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文档简介
电解池 金属的腐蚀与防护1.了解电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。(高频)2.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。(中频)电解原理1电解、电解池2电解池的组成和工作原理(电解cucl2溶液)总反应方程式:cucl2cucl2电解原理的应用1氯碱工业制烧碱、氯气和氢气2电镀电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法,也用在金属的精炼上。如电镀铜或电解精炼铜含锌、铁等杂质时:3电冶金冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属,必须用电解法。如电解熔融氯化钠得到钠时:金属的腐蚀与防护1化学腐蚀和电化学腐蚀的比较金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的物质直接发生反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应区别无电流产生有微弱电流产生实质与联系(1)实质都是金属原子失去电子被氧化而损耗;(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但电化学腐蚀更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质酸性较强酸性很弱或呈中性负极反应fe2e=fe2正极反应2h2e=h22h2oo24e=4oh其他反应及产物fe22oh= fe(oh)22feo22h2o=2fe(oh)24fe(oh)2o22h2o=4fe(oh)32fe(oh)3=fe2o3xh2o(3x)h2o普遍性吸氧腐蚀更普遍3.金属的防护(1)(2)其他:改变金属内部结构和金属表面外加保护层1易误诊断(正确的打“”,错误的打“”)。(1)电解是把电能转变成化学能()(2)电解是把化学能转变成电能()(3)电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化()(4)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现()(5)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈()(6)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等()(7)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀()(8)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极()【答案】(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2. 如图所示,甲、乙两试管中各放一枚铁钉,甲试管中为nh4cl溶液,乙试管中为nacl溶液,数天后导管中观察到的现象是_,甲中正极反应为_,乙中正极反应为_。试管中残留气体平均相对分子质量的变化为:甲_;乙_(填“增大”、“减小”或“不变”)。【答案】导管中液面左低右高4h4e=2h22h2oo24e=4oh减小减小 两个电极的判断:(1)阳极:与电源正极相连、发生氧化反应、阴离子移向的一极。(2)阴极:与电源负极相连、发生还原反应、阳离子移向的一极。,两极放电顺序阴极:agfe3cu2h(酸)fe2zn2h(水)al3mg2na两种电化学腐蚀类型的正极反应式,析氢腐蚀:2h2e=h2吸氧腐蚀:o22h2o4e=4oh电解规律及有关计算1.电解时电极产物的判断2以惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解质溶浓度ph电解质液复原电解水型阴:4h4e=2h2阳:4oh4e=2h2oo2naoh增大增大加水h2so4增大减小加水na2so4增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电hcl减小增大通氯化氢cucl2减小加氯化铜放h2生碱型阴极:h2o放h2生碱阳极:电解质阴离子放电nacl生成新电解质增大通氯化氢放o2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:h2o放o2生酸cuso4生成新电解质减小加氧化铜3.电解计算的类型和方法(1)计算类型电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面:根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的ph、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。(2)解题方法根据电子守恒法计算:用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。根据总反应式计算:先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。根据关系式计算:根据得失电子守恒关系,在已知量与未知量之间,建立计算所需的关系式如:4e4h2h24oho22cl22cu(2013海南高考)下图所示的电解池和中,a、b、c和d均为pt电极。电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重bd。符合上述实验结果的盐溶液是()选项xyamgso4cuso4bagno3pb(no3)2cfeso4al2 (so4)3dcuso4agno3【解析】题意表明b、d没有气体逸出,所以析出金属,由质量关系知,b正确。【答案】b(1)若阴极为h放电,则阴极区c(oh)增大;若阳极为oh放电,则阳极区c(h)增大;若阴极、阳极同时有h、oh放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大。(2)用惰性电极电解电解质溶液时,若要使电解后的溶液恢复到原状态,应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则,一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。(3)电解过程中产生的h或oh,其物质的量等于转移电子的物质的量。考向1电解产物的判断1(2012海南高考)下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是()ahcl、cucl2、ba(oh)2bnaoh、cuso4、h2so4cnaoh、h2so4、ba(oh)2dnabr、h2so4、ba(oh)2【解析】电解时只生成氢气和氧气,说明实质为电解水:a项只有ba(oh)2,b项有naoh、h2so4,d项有h2so4和ba(oh)2,故均不正确。只有c项完全都是电解水。【答案】c考向2电解后电解质溶液恢复问题2(2011大纲全国卷)用石墨作电极电解cuso4溶液。通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的()acuso4bh2occuo dcuso45h2o【解析】石墨为惰性电极,电解cuso4溶液时,阳极发生反应:4oh4e=2h2oo2,阴极发生反应:2cu24e=2cu,欲使电解液恢复到起始状态,可向溶液中加入适量的cuo。【答案】c考向3电解有关的计算3(2012重庆高考节选)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图。(1)电源的负极为_(填“a”或“b”)。(2)阳极室中发生的反应依次为_、_。(3)电解结束后,阴极室溶液的ph与电解前相比将_;若两极共收集到气体13.44 l(标准状况),则除去的尿素为_g(忽略气体的溶解)。【解析】(1)产生cl2极为阳极知a为正极,b为负极。(2)阳极室发生的反应依次为2cl2e=cl2。由产物co2、n2知co(nh2)2在此室反应被氧化,co(nh2)2co2n2,发生还原反应的为cl2。故方程式为co(nh2)23cl2h2o=n2co26hcl。(3)阴极室2h2e=h2。阳极室产生的h通过质子交换膜进入阴极室,从而使阴极室h浓度保持不变。ph与电解前相比不变。两极共收集到的气体n(气体)0.6 mol,阳极阴极6eco(nh2)25 mol 60 g06 mol mco(nh2)2mco(nh2)27.2 g。【答案】(1)b(2)2cl2e=cl2co(nh2)23cl2h2o=n2co26hcl(3)不变7.2电解原理的应用1.氯碱工业(1)主要生产过程(2)电极反应阳极:2cl2e=cl2阴极:2h2e=h2总反应:2nacl2h2ocl2h22naoh2电镀(如铁件镀锌)电镀液:含zn2的盐溶液(如zncl2溶液)阳极(zn):zn2e=zn2阴极(铁件):zn22e=zn电镀过程中电镀液浓度不发生变化。镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液中必须含有镀层金属离子。3电解精炼如粗铜(含zn、fe、ag等)的提纯电解质溶液:含cu2的盐溶液(如cuso4溶液)阳极(粗铜):zn2e=zn2fe2e=fe2阴极(纯铜):cu22e=cu电解过程中,活泼性比cu弱的ag等不放电,形成阳极泥(可从阳极泥中提纯ag等);电解质溶液中c(cu2)会不断减小,应定期更换电解质溶液。(1)(2013北京高考节选)如图为电解精炼银的示意图,_(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为_。为处理银器表面的黑斑(ag2s),将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触,ag2s转化为ag,食盐水的作用是_。(2)(2013福建高考节选)利用h2s废气制取氢气电解法制氢过程的示意图如下。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是_;反应池中发生反应的化学方程式为_。反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离子方程式为_。【解析】(1)电解精炼银时,用含杂质的粗银作阳极,用纯银作阴极,含ag的电解质溶液做电解液。图中b极与电源的负极相连,则b极为阴极,no在阴极放电生成红棕色的no2,电极反应式为no2he=no2h2o。银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触,形成原电池,al作负极被氧化成al3,银器表面的ag2s作正极,被还原为金属ag。食盐水为电解质溶液,起导电作用。(2)采用气、液逆流方式的目的是增大反应物接触面积,使反应更充分。反应池内发生反应的化学方程式为h2s2fecl3=2fecl2s2hcl。进入电解池的物质应为fecl2和hcl,根据电解池图示,左侧生成的为fe3,右侧生成的为h2,则可得总反应的离子方程式:2fe22h2fe3h2。【答案】(1)ano2he=no2h2o做电解质溶液(或导电)(2)增大反应物接触面积,使反应更充分h2s2fecl3=2fecl2s2hcl2fe22h2fe3h2分析电解原理五步骤:第一步,看电极材料。若阳极为铁、锌、铜、银等活泼电极,金属发生氧化反应;第二步,将电解质溶液中的离子分组,并按放电顺序确定反应的先后顺序;第三步,写出电极反应式,注意介质是否参与电极反应;第四步,分析电极材料、电解质溶液发生的变化;第五步,联系问题找到答题的切入点。考向1电解法处理废水4(2013大纲全国卷)电解法处理酸性含铬废水(主要含有cr2o)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应cr2o6fe214h=2cr36fe37h2o,最后cr3以cr(oh)3形式除去。下列说法不正确的是()a阳极反应为fe2e=fe2b电解过程中溶液ph不会变化c过程中有fe(oh)3沉淀生成d电路中每转移12 mol电子,最多有1 mol cr2o被还原【解析】a电解时用铁作阳极,失去电子生成具有还原性的fe2,fe2将废水中的cr2o还原为cr3。b.电解过程中消耗h,溶液的ph发生变化。c.电解过程中h2o电离出的h参与反应,c(oh)增大,cr3与fe3都与oh结合为沉淀。d.根据电极反应式fe2e=fe2,可知每转移12 mol e生成6 mol fe2,6 mol fe2可还原1 mol cr2o。【答案】b考向2氯碱工业5(2011北京高考节选)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。溶液a的溶质是_。电解饱和食盐水的离子方程式是_。电解时用盐酸控制阳极区溶液的ph在23。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用:_。(2)(2011四川高考节选)如图电解nacl的饱和溶液,写出该电解池中发生反应的总反应方程式:_。将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中,观察到的现象是_。【解析】(1)根据电解原理以及h在阴极放电可知在阴极区有大量的oh剩余,所以溶质为naoh。(2)由于阳极是惰性电极,则电解饱和氯化钠溶液的方程式为2nacl2h2o2naohh2cl2,生成的cl2与naoh溶液发生反应:cl22naoh=naclnacloh2o,故总反应方程式为naclh2onacloh2,酚酞试液遇naoh显红色后被hclo氧化褪色。【答案】(1)naoh2cl2h2oh2cl22ohcl2与水反应:cl2h2ohclhclo,增大hcl的浓度使平衡逆向移动,减少cl2在水中的溶解,有利于cl2的逸出(2)naclh2onacloh2先变红后褪色金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀规律金属腐蚀既受到其组成的影响,又受到外界因素的影响。通常金属腐蚀遵循以下规律。(1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀的快慢是:电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。(2)在不同溶液中:金属在强电解质溶液中的腐蚀金属在弱电解质溶液中的腐蚀金属在非电解质溶液中的腐蚀。(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。(4)由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液,故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀,而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。2金属的防护措施图示(2013上海高考)糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是()a脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期b脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:fe3e=fe3c脱氧过程中碳作原电池负极,电极反应为:2h2oo24e=4ohd含有1.12 g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336 ml(标准状况)【解析】根据题意铁作为电池负极(fe2e=fe2) 碳作原电池正极(2h2oo24e=4oh)因此b、c错误,脱氧过程是放热反应,a项错误,d项生成的fe2继续被o2氧化。【答案】d考向1金属防护方法6(2013北京高考)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是()a水中的钢闸门连接电源的负极b金属护栏表面涂漆c汽车底盘喷涂高分子膜d地下钢管连接镁块【解析】a水中的钢闸门连接电源的负极,即使用了外加电流,正确。b.金属护栏表面涂漆,是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。c.汽车底盘喷涂高分子膜,也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。d.地下钢管连接镁块,是牺牲阳极的阴极保护法。【答案】a考向2金属腐蚀快慢的比较7(2012山东高考)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()ab c da图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重b图b中,开关由m改置于n时,cuzn合金的腐蚀速率减小c图c中,接通开关时zn腐蚀速率增大,zn上放出气体的速率也增大d图d中,znmno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的【解析】a项:插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触,易发生吸氧腐蚀;b项:开关由m改置于n时,zn作负极,cuzn合金作正极,合金受到保护;c项:接通开关形成原电池,zn作负极,zn的腐蚀速率增大,但气体是在pt电极上生成;d项:znmno2中自放电腐蚀主要是zn发生氧化反应而自放电。【答案】b电解原理实验探究高考母题1.(2013北京高考)用石墨电极电解cucl2溶液(见右图)。下列分析正确的是()aa端是直流电源的负极b通电使cucl2发生电离c阳极上发生的反应:cu22e=cud通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体2(2010大纲全国卷)下图是一个用铂丝作电极,电解稀的mgso4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。(指示剂的ph变色范围:6.88.0,酸色红色,碱色黄色)回答下列问题:(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号);a管溶液由红变黄b管溶液由红变黄a管溶液不变色b管溶液不变色(2)写出a管中发生反应的反应式:_;(3)写出b管中发生反应的反应式:_;(4)检验a管中气体的方法是_;(5)检验b管中气体的方法是_;(6)电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。【解析】1.可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极,并写出电极反应式和反应现象。a铜离子应移向阴极,则a为负极。b.cucl2发生电离是在水分子的作用下完成的,并非通电才能发生。c.反应cu22e=cu应在阴极上发生,阳极上发生的反应应为2cl2e=cl2。d.通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色气体。2a管内电极为电解池的阴极,电极反应式为2h2e=h2,h来自于水的电离,由于h不断放电,电极附近溶液中c(oh)c(h),溶液由酸性变为碱性,颜色由红变黄;一段时间后a
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