高考化学大一轮复习 专题7 化学反应与能量变化 第三单元 电解池 金属的腐蚀与防护（加试）课件.ppt

第三单元电解池金属的腐蚀与防护 加试 专题7化学反应与能量变化 考试标准 考点一电解池的工作原理及应用 课时训练 微专题11电解原理广泛应用集训 内容索引 考点二金属的腐蚀与防护 电解池的工作原理及应用 考点一 一 电解池的构成及工作原理1 概念把电能转化为化学能的装置 2 构成条件 1 有与相连的两个电极 2 或 3 形成 知识梳理 电源 电解质溶液 熔融电解质 闭合回路 3 电极名称及电极反应式 如图 阳极 氧化 2cl 2e cl2 阴极 还原 cu2 2e cu 4 电子和离子的移动方向 特别提醒电解时 在外电路中有电子通过 而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流 即电子本身不会通过电解质溶液 二 分析电解过程的思维程序1 首先判断阴 阳极 分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极 2 再分析电解质水溶液的组成 找全离子并分阴 阳两组 不要忘记水溶液中的h 和oh 3 然后排出阴 阳两极的放电顺序阴极 阳离子放电顺序 ag fe3 cu2 h 酸 fe2 zn2 h 水 al3 mg2 na ca2 k 阳极 活泼电极 s2 i br cl oh 含氧酸根离子 注意 阴极不管是什么材料 电极本身都不反应 一定是溶液 或熔融电解质 中的阳离子放电 最常用 最重要的放电顺序 阳极 cl oh 阴极 ag cu2 h 电解水溶液时 k al3 不可能在阴极放电 即不可能用电解水溶液的方法得到k ca na mg al等金属 4 分析电极反应 判断电极产物 写出电极反应式 要注意遵循原子守恒和电荷守恒 5 最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式 三 电解原理的应用1 电解饱和食盐水 1 电极反应阳极反应式 反应 阴极反应式 反应 2 总反应方程式2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 离子反应方程式 2cl 2h2o2oh h2 cl2 3 应用氯碱工业制 和 氧化 还原 烧碱 氯气 氢气 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2 电镀如图为金属表面镀银的工作示意图 据此回答下列问题 1 镀件作极 镀层金属银作极 2 电解质溶液是 3 电极反应 阳极 阴极 4 特点 极溶解 极沉积 电镀液的浓度 agno3溶液等含镀层金属阳离子的 ag e ag ag e ag 阳 阴 不变 阴 阳 盐溶液 3 电解精炼铜 1 电极材料 阳极为 阴极为 2 电解质溶液 含cu2 的盐溶液 3 电极反应 阳极 阴极 粗铜 纯铜 zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 cu 2e cu2 cu2 2e cu 4 电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属na k ca mg al等 1 冶炼钠2nacl 熔融 2na cl2 电极反应 阳极 阴极 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 2 冶炼铝2al2o3 熔融 4al 3o2 电极反应 阳极 阴极 6o2 12e 3o2 4al3 12e 4al 1 2017 浙江11月选考 30 二 科学家发现 以h2o和n2为原料 熔融naoh koh为电解质 纳米fe2o3作催化剂 在250 和常压下可实现电化学合成氨 阴极区发生的变化可视为按两步进行 请补充完整 电极反应式 和2fe 3h2o n2 2nh3 fe2o3 解题探究 答案 fe2o3 6e 3h2o 2fe 6oh 1 2 2 2015 浙江10月选考 30 2 单质mg还可以通过电解熔融mgcl2得到 不能用电解mgcl2溶液的方法制备mg的理由是 答案 电解mgcl2溶液时 阴极上h 比mg2 容易得电子 电极反应式为2h 2e h2 所以不能得到mg单质 1 2 备考导向有关电解的原理及应用在选考中考查的较少 但个别较难 涉及到电极反应 电解方程式的书写及电解原理在冶金工业中的应用等 复习时应根据考试标准既要全面 还要突出重点 1 2 题组一分类突破电解的规律1 用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程 并总结电解规律 用惰性电极电解 填写表中空白 1 电解水型 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 4oh 4e o2 2h2o 1 2 3 4 5 6 7 8 4h 4e 2h2 h2o 2h2oo2 2h2 增大 减小 h2o 增大 h2o h2o 不变 2 电解电解质型 答案 2cl 2e cl2 1 2 3 4 5 6 7 8 2h 2e h2 酸 增大 答案 2cl 2e cl2 1 2 3 4 5 6 7 8 cu2 2e cu 盐 cucl2cu cl2 cucl2 3 放h2生碱型 答案 2cl 2e cl2 1 2 3 4 5 6 7 8 2h 2e h2 水和盐 增大 通入hcl气体 4 放o2生酸型 答案 4oh 4e 2h2o o2 反思归纳 1 2 3 4 5 6 7 8 2cu2 4e 2cu 减小 cuco3 2cu2 2h2o2cu o2 4h cuo 复原措施探究 1 要使电解后的nacl溶液复原 滴加盐酸可以吗 提示不可以 电解nacl溶液时析出的是等物质的量的cl2和h2 所以应通入氯化氢气体 加入盐酸会引入水 2 要使电解后的cuso4溶液复原 加入cu oh 2固体可以吗 提示应具体情况具体分析 若通电一段时间 cuso4未电解完 即cu2 未全部放电 使溶液复原应加入cuo 而加入cu oh 2会使溶液的浓度减小 若cu2 全部放电 又继续通电一段时间 此时电解水 要使溶液复原应加入cu oh 2或cu2 oh 2co3 若只加入cuo 此时浓度偏大 1 2 3 4 5 6 7 8 3 若用惰性电极电解cuso4溶液一段时间后 需加入98gcu oh 2固体 才能使电解质溶液复原 则这段时间 整个电路中转移的电子数为多少 提示4na 4 通过以上分析 电解质溶液复原应遵循什么原则 提示电解质溶液的复原应遵循 从溶液中析出什么补什么 的原则 即从溶液中析出哪种元素的原子 则应按比例补入哪些原子 1 2 3 4 5 6 7 8 题组二电极反应式 电解方程式的书写2 按要求书写电极反应式和总方程式 1 用惰性电极电解agno3溶液阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 2 用惰性电极电解mgcl2溶液阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 答案 4oh 4e o2 2h2o 或2h2o 4e o2 4h 1 2 3 4 5 6 7 8 4ag 4e 4ag 4ag 2h2o4ag o2 4h 2cl 2e cl2 2h 2e h2 或2h2o 2e h2 2oh mg2 2cl 2h2omg oh 2 cl2 h2 3 用铁作电极电解nacl溶液阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 4 用铁作电极电解naoh溶液阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 fe 2e fe2 2h 2e h2 或2h2o 2e h2 2oh fe 2h2ofe oh 2 h2 fe 2e 2oh fe oh 2 2h 2e h2 或2h2o 2e h2 2oh fe 2h2ofe oh 2 h2 5 用al作阳极 电解h2so4溶液 铝材表面形成氧化膜阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 6 用惰性电极电解熔融mgcl2阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 题后反思 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 2al 6e 3h2o al2o3 6h 6h 6e 3h2 2al 3h2oal2o3 3h2 2cl 2e cl2 mg2 2e mg mg2 2cl mg cl2 1 做到 三看 正确书写电极反应式 1 一看电极材料 若是金属 au pt除外 作阳极 金属一定被电解 注 fe生成fe2 2 二看介质 介质是否参与电极反应 3 三看电解质状态 若是熔融状态 就是金属的电冶炼 1 2 3 4 5 6 7 8 2 规避 三个 失分点 1 书写电解池中电极反应式时 一般以实际放电的离子表示 但书写总电解反应方程式时 弱电解质要写成分子式 2 要确保两极电子转移数目相同 且应注明条件 通电 3 电解水溶液时 应注意放电顺序中h oh 之后的离子一般不参与放电 1 2 3 4 5 6 7 8 题组三电解原理的应用3 利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用 下列说法正确的是 解析氯碱工业中阳极是cl 放电生成cl2 电解精炼铜时阳极粗铜溶解 阴极cu2 放电析出cu 由于粗铜中含有锌 铁 镍等杂质 溶液中cu2 浓度变小 铁片上镀铜时 阴极应该是铁片 阳极是纯铜 答案 解析 a 氯碱工业中 x电极上反应式是4oh 4e 2h2o o2 b 电解精炼铜时 z溶液中的cu2 浓度不变c 在铁片上镀铜时 y是纯铜d 制取金属镁时 z是熔融的氯化镁 1 2 3 4 5 6 7 8 4 2016 浙江嘉善一中高三月考 下列实验装置中 按要求设计正确的是 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 5 2017 杭州西湖高级中学高三月考 下列装置可达到铁片上镀锌目的的是 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 解析 题组四原电池 电解池的判断6 如图所示装置中 装置a中盛放0 1mol l 1的h2so4溶液 装置b中盛放0 1mol l 1的cucl2溶液 两种溶液均足量 且不考虑电极产物在溶液中的溶解 下列说法中不正确的是 a 装置a为原电池 装置b为电解池b 装置a为电解池 装置b为原电池c 两烧杯中产生的气体的物质的量相等d 一段时间后 装置b中溶液的ph升高 1 2 3 4 5 6 7 8 解析装置a为原电池 装置b应为电解池 且装置a为装置b提供电能 故a正确 b错误 装置a中碳棒作正极 反应式 2h 2e h2 铁棒作负极 反应式 fe 2e fe2 总反应为fe h2so4 feso4 h2 装置b中与a装置中铁棒相连的碳棒作阴极 cu2 2e cu 与a装置中碳棒相连的碳棒作阳极 反应式为2cl 2e cl2 总反应为cucl2cu cl2 由于不考虑cl2的溶解 由两池中的总反应可推知在相同时间内两烧杯中生成气体的物质的量相同 c正确 b装置在电解过程中cucl2溶液的浓度变小 溶液的酸性减弱 一段时间后 溶液的ph升高 d正确 1 2 3 4 5 6 7 8 7 2017 瑞安第一次联考 某小组为研究电化学原理 设计如图装置 下列叙述不正确的是 a a和b不连接时 铁片上会有金属铜析出b a和b用导线连接时 铜片上发生的反应为cu2 2e cu 答案 解析 c 无论a和b是否连接 铁片均会溶解 溶液从蓝色逐渐变成浅绿色d a和b分别连接直流电源正 负极 电压足够大时 cu2 向铜电极移动 1 2 3 4 5 6 7 8 解析若a和b不连接 则不能构成原电池 单质铁直接与cu2 发生氧化还原反应而置换出铜 反应方程式为fe cu2 fe2 cu a正确 若a和b用导线连接 则构成原电池 此时铁作负极 铜作正极 电极反应式分别为fe 2e fe2 cu2 2e cu b正确 由a b分析可知 c正确 若a和b分别连接直流电源正 负极 则构成电解池 此时铜作阳极失去电子被氧化 铁作阴极 在电解池中阳离子向阴极移动 因此d错误 1 2 3 4 5 6 7 8 8 如图所示 某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜 含少量锌 金 银等杂质 的精炼原理 其中乙装置中x为阳离子交换膜 请按要求回答相关问题 1 甲烷燃料电池正极反应式是 答案 o2 4e 2h2o 4oh 解析在碱性介质中 燃料电池的正极是氧气得到电子与水反应生成氢氧根离子 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 2 乙装置中阳离子通过x膜向 填 fe 或 c 极移动 石墨 c 极的电极反应式为 答案 fe 解析乙图中 铁与甲中的负极相连 为阴极 该极氢离子放电生成氢气 同时溶液中生成氢氧根离子 c电极附近氯离子放电生成氯气 为保持电中性 溶液中的阳离子即钠离子通过x向铁极移动 解析 2cl 2e cl2 1 2 3 4 5 6 7 8 3 若在标准状况下 有2 24l氧气参加反应 则丙装置中阴极析出铜的质量为 g 硫酸铜溶液的浓度将 填 增大 减小 或 不变 答案 12 8 解析依据电路中各个电极的转移电子数相等 可求出析出的铜的质量 氧气为0 1mol 转移电子0 4mol 所以析出铜0 2mol 质量为12 8g 丙中 粗铜中比铜活泼的杂质金属也参与电极反应 所以析出的铜多于溶解的铜 溶液中硫酸铜的浓度会减小 解析 减小 练后归纳 1 2 3 4 5 6 7 8 原电池 电解池 电镀池的比较 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 电解原理广泛应用集训 微专题11 1 用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯 其原理如图所示 1 b电极上的电极反应式为 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 解析电解时 二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯 电极反应式为2co2 12h 12e c2h4 4h2o 解析 2co2 12e 12h c2h4 4h2o 2 该装置中使用的是 填 阳 或 阴 离子交换膜 解析离子交换膜应只允许氢离子通过 所以是阳离子交换膜 阳 2 利用固体氧化物电解池通过电解方式分解氮氧化物的过程如图所示 写出电解池中通入no一端的电极反应式 答案 解析电解池的阴极上 no发生得电子的还原反应生成n2 电极反应式为2no 4e n2 2o2 阳极上 o2 发生失去电子的氧化反应生成o2 电极反应式为2o2 4e o2 解析 2no 4e n2 2o2 1 2 3 4 5 6 7 8 3 h3po2可用电渗析法制备 四室电渗析法 工作原理如图所示 阳离子交换膜和阴离子交换膜分别只允许阳离子 阴离子通过 解析氢氧根离子在阳极放电 有氧气生成 阳极反应式为2h2o 4e o2 4h 解析 答案 1 写出阳极反应式 2h2o 4e o2 4h 1 2 3 4 5 6 7 8 2 a b c分别是 离子交换膜 离子交换膜 离子交换膜 填 阴 或 阳 解析氢氧根离子在阳极放电 有氧气生成 原料室中的次磷酸根离子通过阴离子交换膜进入产品室 阳极室生成的氢离子通过阳离子交换膜进入产品室 二者在产 解析 答案 阳 阴 阳 品室结合生成次磷酸 h3po2 因此b为阴离子交换膜 a为阳离子交换膜 阴极区内氢离子放电 有氢气生成 原料室中的钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室 生成氢氧化钠 1 2 3 4 5 6 7 8 解析根据2h2o 4e o2 4h 阳极室中溶液的酸性增强 ph变小 解析 答案 3 阳极室中溶液ph 填 变大 变小 或 不变 变小 1 2 3 4 5 6 7 8 4 o3可由臭氧发生器 原理如图所示 电解稀硫酸制得 1 图中阴极为 填 a 或 b 解析由图可知 b极生成o2 o3 b极发生氧化反应 电解池阳极发生氧化反应 a为阴极 电极反应为2h 2e h2 解析 答案 a 1 2 3 4 5 6 7 8 2 若c处不通入o2 d e处分别收集到11 2l和4 48l气体 标准状况下 则e处收集的气体中o3所占的体积分数为 忽略o3的分解 解析若c处不通入o2 实质为电解水 d处为氢气 体积为11 2l 物质的量为0 5mol e处为氧气 臭氧 体积共为4 48l 物质的量为0 2mol 设臭氧的物质的量为xmol 根据电子转移守恒有0 5 2 x 3 2 0 2 x 2 2 解得x 0 1 所以e处收集的气体中o3所占的体积分数为0 1mol 0 2mol 100 50 解析 答案 50 1 2 3 4 5 6 7 8 3 若c处通入o2 则a极的电极反应式为 解析c处通入o2 o2发生还原反应 在酸性条件下生成水 电极反应式为o2 4h 4e 2h2o 解析 答案 o2 4h 4e 2h2o 1 2 3 4 5 6 7 8 5 工业上常用高浓度的k2co3溶液吸收co2 得溶液x 再利用电解法使k2co3溶液再生 其装置示意图如右图 1 在阳极区发生的反应包括 和h h2o co2 解析与电源正极相连的为电解池的阳极 与电源负极相连的为电解池的阴极 阳极上是氢氧根离子失电子生成氧气 电极反应为4oh 4e 2h2o o2 解析 答案 4oh 4e 2h2o o2 或2h2o 4e 4h o2 1 2 3 4 5 6 7 8 2 简述在阴极区再生的原理 答案 存在电离平衡 hco h 阴极h 放电 h 浓度减小 平衡右移 或溶液中h 放电 增大了oh 浓度 与反应 从而使再生 1 2 3 4 5 6 7 8 6 电解甲醇水溶液制备氢气最大的优点是需要的电压低 写出阳极电极反应方程式 答案 ch3oh 6e h2o co2 6h 1 2 3 4 5 6 7 8 7 利用一种钾盐水溶液作电解质 co2电催化还原为乙烯 如图所示 在阴极上产生乙烯的电极反应方程式为 答案 2co2 12h 12e ch2 ch2 4h2o 1 2 3 4 5 6 7 8 8 电解co制备ch4和w 工作原理如下图所示 生成物w是 其原理用电解总离子方程式解释是 nahco3 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 金属的腐蚀与防护 考点二 1 金属腐蚀的本质金属原子变为 金属发生 知识梳理 失去电子 金属阳离子 氧化反应 2 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀与电化学腐蚀 非金属单质直接 电解质溶液 无 有微弱 氧化 氧化 电化学 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析 水膜酸性较强 ph 4 3 水膜酸性很弱或呈中性 fe 2e fe2 2h 2e h2 o2 2h2o 4e 4oh fe 2h fe2 h2 2fe o2 2h2o 2fe oh 2 吸氧腐蚀 3 金属的防护 1 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 原理a 极 比被保护金属活泼的金属 b 极 被保护的金属设备 外加电流阴极保护法 原理a 极 被保护的金属设备 b 极 惰性金属或石墨 原电池 电解 负 正 阴 阳 2 改变金属的内部结构 如制成合金 不锈钢等 3 加防护层 如在金属表面喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀或表面钝化等方法 1 2 3 4 5 题组一金属腐蚀与快慢判断1 利用右图装置进行实验 开始时 a b两处液面相平 密封好 放置一段时间 下列说法不正确的是 解题探究 a a管发生吸氧腐蚀 b管发生析氢腐蚀b 一段时间后 a管液面高于b管液面c a处溶液的ph增大 b处溶液的ph减小d a b两处具有相同的电极反应式 fe 2e fe2 答案 解析 解析根据装置图判断 左边铁丝发生吸氧腐蚀 右边铁丝发生析氢腐蚀 其电极反应为左边负极 fe 2e fe2 正极 o2 4e 2h2o 4oh 右边负极 fe 2e fe2 正极 2h 2e h2 a b处的ph均增大 c错误 1 2 3 4 5 2 2016 浙江江山实验中学高二10月教学质量检测 如图 向还原铁粉中加入少量的炭粉 混合均匀后 撒入内壁用nacl溶液润湿过的具支试管中 塞紧橡皮塞 几分钟后 打开止水夹 观察到导管中水柱上升 对此过程所做的分析正确的是 答案 a 铁粉在电化学腐蚀过程中作正极b 炭粉被氧化c 发生了吸氧腐蚀d 发生了析氢腐蚀 答案 1 2 3 4 5 3 下图容器中盛有海水 铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 解析根据图知 装置是原电池 在 中 金属铁作负极 中金属铁作正极被保护 作负极的腐蚀速率快 所以 装置是电解池 其中金属铁为阳极 加快腐蚀 腐蚀最快 所以腐蚀速率是 故选a 答案 解析 a b c d 1 2 3 4 5 题组二金属腐蚀的实验探究4 铜是人类最早使用的金属 它与人类生产生活关系密切 请运用所学知识解释下列与铜有关的化学现象 如右图 在硫酸型酸雨地区 不纯的铜制品发生电化学腐蚀 cu发生 填 氧化 或 还原 反应 写出正极的电极反应式 答案 氧化 o2 4h 4e 2h2o 解析在硫酸型酸雨地区 不纯的铜制品发生的是吸氧腐蚀 cu是负极 发生的是氧化反应 正极的电极反应式为o2 4h 4e 2h2o 解析 1 2 3 4 5 5 2017 浙江省名校协作体高二下学期调研 全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一 用压强传感器研究生铁发生腐蚀的装置及得到的图像如下 1 2 3 4 5 1 在该电化学腐蚀中正极电极反应式 解析在该电化学腐蚀中溶液显中性 发生吸氧腐蚀 正极电极反应式为o2 4e 2h2o 4oh 解析 答案 o2 4e 2h2o 4oh 1 2 3 4 5 2 钢铁表面镀铜可以提高抗腐蚀性能 装置示意如右图所示 则与电源正极相连的金属是 填元素名称 解析电镀时待镀金属作阴极 镀层金属作阳极 所以与电源正极相连的金属是铜 解析 答案 铜 1 2 3 4 5 课时训练 1 n2o5是一种新型硝化剂 工业上可用n2o4通过电解制备n2o5 阴 阳极室之间用质子交换膜隔开 两极电解液分别为稀硝酸溶液和溶有n2o4的无水硝酸 用惰性电极电解时 生成n2o5极室的电极反应式为 答案 n2o4 2e 2hno3 2n2o5 2h 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2 某化学小组构想将汽车尾气 nox 转化为重要的化工原料hno3 其原理如图所示 其中a b为多孔材料 写出总化学方程式 答案 4nox 5 2x o2 2h2o 4hno3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 利用电化学原理 用铁钉和氢氧化钾溶液为原料可以获得k2feo4 在制备过程中铁钉作 极 请写出获得的电极反应式 答案 fe 6e 8oh 4h2o 阳 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 连二亚硫酸钠 na2s2o4 具有强还原性 废水处理时可在弱酸性条件下加入亚硫酸氢钠电解产生连二亚硫酸根 进而将废水中的hno2还原成无害气体排放 连二亚硫酸根氧化为原料循环电解 产生连二亚硫酸根的电极反应式为 连二亚硫酸根与hno2反应的离子方程式 答案 1 2 3 4 5 6