高考化学一轮复习 专题四 基本理论 第19讲 电解池 金属的腐蚀与防护讲解课件.ppt

化学课标版 第19讲电解池金属的腐蚀与防护 考点一电解原理及规律1 电解 2 电解池 1 构成条件a 直流电源 b 有与电源相连的两个电极 c 电解质溶液 或熔融盐 d 形成闭合回路 2 电极名称及电极反应式 如图 3 电子和离子的移动方向 3 电极反应式的书写步骤与方法 特别提醒 1 判断电解产物 书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料 2 书写电解化学方程式时 应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质 a mg2 na ca2 k 只有在熔融状态下才放电 1 判断正误 正确的画 错误的画 1 任何化学反应都可以设计成电解池反应 2 电解时 电解液中阳离子移向阳极 发生还原反应 3 某些不能自发进行的氧化还原反应 通过电解可以实现 4 电解cucl2溶液 阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色 5 电解盐酸 硫酸等溶液 h 放电 溶液的ph逐渐增大 6 用惰性电极电解cuso4溶液一段时间后 加入cu oh 2可使电解质溶液恢复到电解前的状态 7 用惰性电极电解饱和食盐水 溶液的ph不变 答案 1 2 3 4 5 6 7 2 多维思考 1 电解质溶液通电时 一定会发生化学反应吗 为什么 2 要使电解后的cuso4溶液复原 加入cu oh 2固体可以吗 答案 1 一定发生化学反应 因为在电解池的阴极 阳极分别发生了还原反应和氧化反应 发生了电子的转移 生成了新物质 所以一定有化学反应发生 2 若通电一段时间 cuso4未电解完 即cu2 未全部放电 或刚好电解完 使溶液复原应加入cuo 而加入cu oh 2会使cuso4溶液的浓度降低 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 此时溶液浓度偏高 1 以石墨为电极 电解ki溶液 其中含有少量酚酞和淀粉 下列说法错误的是 a 阴极附近溶液呈红色b 阴极逸出气体c 阳极附近溶液呈蓝色d 溶液的ph变小 题组一电解原理和电解规律 答案d以石墨为电极 电解ki溶液的化学方程式是2ki 2h2oi2 h2 2koh 由于其中含有少量酚酞和淀粉 所以在阳极附近溶液变为蓝色 在阴极附近溶液变为红色 因为产生了碱 溶液碱性增强 所以溶液的ph变大 2 2016山东济南模拟 四个电解装置都以pt作电极 它们分别装着如下电解质溶液进行电解 电解一段时间后 测定其ph变化 所记录的结果正确的是 答案c电解盐酸 溶质hcl的量会减少 溶剂的量不变 所以酸性减弱 ph增大 故a错误 电解硝酸银溶液生成硝酸 金属银和氧气 溶液酸性增强 ph减小 故b错误 电解氢氧化钾溶液的实质是电解水 溶质的量不变 溶剂量减少 碱性增强 ph增大 故c正确 电解氯化钡溶液得到的是氢氧化钡 氢气和氯气 溶液碱性增强 ph增大 故d错误 3 2016课标 11 6分 三室式电渗析法处理含na2so4废水的原理如图所示 采用惰性电极 ab cd均为离子交换膜 在直流电场的作用下 两膜中间的na 和s可通过离子交换膜 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室 下列叙述正确的是 a 通电后中间隔室的s离子向正极迁移 正极区溶液ph增大b 该法在处理含na2so4废水时可以得到naoh和h2so4产品c 负极反应为2h2o 4e o2 4h 负极区溶液ph降低d 当电路中通过1mol电子的电量时 会有0 5mol的o2生成 答案b负极区 阴极 电极反应为 4h 4e 2h2 正极区 阳极 电极反应为 4oh 4e 2h2o o2 a项 通电后s向正极移动 正极区oh 放电 溶液酸性增强 ph减小 c项 负极反应为4h 4e 2h2 溶液ph增大 d项 当电路中通过1mol电子的电量时 会有0 25molo2生成 反思归纳以惰性电极电解电解质溶液的规律 题组二电极反应式 电解方程式的书写 4 na2feo4是一种既能杀菌 消毒 又能絮凝净水的水处理剂 其电解制法如图所示 请根据图示分析 fe为 填 阴 或 阳 极 其电极反应式为 与铁电极相连的为电源的极 答案阳fe 8oh 6e fe 4h2o正 解析na2o4 铁元素化合价升高 发生氧化反应 故铁作阳极 5 2015山东理综 29 节选 利用lioh和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料 lioh可由电解法制备 钴氧化物可通过处理钴渣获得 利用如图装置电解制备lioh 两电极区电解液分别为lioh和licl溶液 b极区电解液为溶液 填化学式 阳极电极反应式为 电解过程中li 向电极迁移 填 a 或 b 答案lioh2cl 2e cl2 b 解析b极区产生h2 则b极区发生还原反应 为阴极 a极电极反应式为2cl 2e cl2 为阳极 a极区电解液为licl溶液 b极区电解液为lioh溶液 li 阳离子 向阴极 b电极 移动 反思归纳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 金属一定被氧化 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 2 规避电解池中化学方程式书写的四个易失分点 1 书写电解池中电极反应式时 要以实际放电的离子表示 但书写总电解反应方程式时 弱电解质要写成化学式 2 电极反应式的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物 然后根据 阴得阳失 加上得失电子数目 最后根据电解质溶液酸碱性补上h oh 和h2o 依据电荷守恒配平 3 注意运用h oh h2o进行配平 电解池电极反应中 如果是h oh 放电 不论溶液酸碱性则一定写h oh 得 失电子 其他情况下酸性溶液中一定不能存在oh 同理在碱性溶液中一定不能存在h 4 要确保两极得失电子数目相等 总电解反应方程式注明条件 电解 或 通电 考点二电解原理的应用1 电解饱和食盐水总反应方程式 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 2 电镀镀层金属作 阳极 待镀元件作 阴极 电解质溶液含有 镀层金属离子 如铁上镀锌 见图 3 电解精炼铜 4 电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属na ca mg al等 1 判断正误 正确的画 错误的画 1 电解饱和食盐水时 两个电极均不能用金属材料 2 电解精炼铜时 同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小 3 在镀件上电镀铜时 镀件应连接电源的正极 4 电解冶炼镁 铝通常电解mgcl2和al2o3 也可电解mgo和alcl3 5 cu h2so4cuso4 h2 可以设计成电解池 但不能设计成原电池 答案 1 2 3 4 5 2 多维思考 电解饱和食盐水时 如何用简便的方法检验产物 答案阳极产物cl2可以用淀粉 ki试纸检验 阴极产物h2可以通过点燃检验 naoh可以用酚酞试液检验 1 金属镍有广泛的用途 粗镍中含有fe zn cu pt等杂质 可用电解法制得高纯度的镍 下列叙述中正确的是 已知 氧化性fe2 ni2 cu2 a 阳极发生还原反应 其电极反应式为 ni2 2e nib 电解过程中 阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等c 电解后 溶液中存在的阳离子只有fe2 和zn2 d 电解后 电解槽底部的阳极泥中有cu和pt 题组一电解原理的常规应用 答案d电解时 阳极zn fe ni失去电子 发生氧化反应 a错误 因氧化性ni2 fe2 zn2 故阴极反应为ni2 2e ni 可见 阳极质量减少是因为zn fe ni溶解 而阴极质量增加是因为析出ni b错误 电解后溶液中的阳离子除fe2 和zn2 外 还有ni2 h c错误 2 2016湖北孝感模拟 某同学用下图所示装置进行铜的电解精炼实验 粗铜中有锌 铁 镍 银等杂质 部分导线未画出 下列说法正确的是 a a应与c相连接 b应与d相连接b 电解一段时间 b与d两极析出物质的物质的量相等 c 电解一段时间 b极附近溶液的ph降低d 电解过程中 y池中cu2 的浓度始终不变 答案bx池中zn为负极 接y池的纯铜 x池中cu为正极 接y池的粗铜 故a错误 b极电极反应式为2h 2e h2 d极电极反应式为cu2 2e cu 所以电解一段时间后 b d两极析出物质的物质的量相同 故b正确 b极电极反应式为2h 2e h2 电解后ph升高 故c错误 y池中c极电极反应式为zn 2e zn2 fe 2e fe2 cu 2e cu2 d极电极反应式为cu2 2e cu 故d错误 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 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是熔融的氯化镁答案d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 技法总结电解原理应用的四点注意事项 1 阳离子交换膜只允许阳离子通过 而阻止阴离子和分子通过 2 电解或电镀时 质量减小的电极必为金属电极 阳极 质量增加的电极必为阴极 即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上 3 电解精炼铜 粗铜中含有的zn fe ni等活泼金属失去电子 变成金属阳离子进入溶液 其中活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积 电解过程中电解质溶液中的cu2 浓度会逐渐减小 4 电镀时 阳极 镀层金属 失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电 子的数目相等 因此电镀液的浓度保持不变 4 工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质ni的原理如图所示 下列说法不正确的是 已知 ni2 在弱酸性溶液中发生水解 氧化性 ni2 高浓度 h ni2 低浓度 题组二电解原理的特殊应用 a 碳棒上发生的电极反应 4oh 4e o2 2h2ob 电解过程中 b室中nacl溶液中溶质的物质的量浓度将不断减小c 为了提高ni的产率 电解过程中需要控制废水phd 若将图中阳离子膜去掉 将a b两室合并 则电解反应总方程式发生改变 答案b电极反应式为阳极 4oh 4e 2h2o o2 阴极 ni2 2e ni 2h 2e h2 a项正确 b项 由于c室中ni2 h 不断减少 cl 通过阴离子膜从c室移向b室 a室中oh 不断减少 na 通过阳离子膜从a室移向b室 所以b室中nacl溶液中溶质的物质的量浓度不断增大 错误 c项 由于h 的氧化性大于ni2 低浓度 的氧化性 所以为了提高ni的产率 电解过程需要控制废水的ph 正确 d项 若去掉阳离子膜 在阳极cl 首先放电生成cl2 反应总方程式发生改变 正确 5 2016山东潍坊模拟 一定条件下 如图所示装置可实现有机物的电化学储氢 忽略其他有机物 则下列叙述正确的是 a 多孔性惰性电极e为电解池的阴极b 装置中气体c为氢气 c 由a至d 导线中电子转移方向为d ad 装置中阴极的电极反应式为c6h6 6h 6e c6h12 答案d根据图知 苯中的碳得电子生成环己烷 则d作阴极 e作阳极 故a错误 阳极上氢氧根离子放电生成氧气 故b错误 a为负极 b是正极 d作阴极 电子从负极流向阴极 所以电子从a流向d 故c错误 该实验的目的是储氢 所以阴极上发生的反应为生产目标产物 电极反应式为c6h6 6h 6e c6h12 故d正确 考点三金属的腐蚀与防护1 金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成 金属阳离子 金属发生氧化反应 2 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀与电化学腐蚀 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例 3 金属的保护 1 判断正误 正确的画 错误的画 1 纯银器在空气中因化学腐蚀表面渐渐变暗 2 金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程 3 牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀 4 铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀 5 在金属表面覆盖保护层 若保护层破损后 就完全失去了对金属的保护作用 6 al fe cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 答案 1 2 3 4 5 6 2 多维思考 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 答案液面左低右高2h 2e h2 2h2o o2 4e 4oh 减小减小 1 如下图所示 各烧杯中均盛有海水 铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 a b c d 题组一金属的腐蚀快慢与防护方法的比较 答案b在同一电解质溶液中 金属腐蚀的快慢规律如下 电解池的阳极 原电池的负极 两极材料的活泼性差别越大 氧化还原反应的速率越快 化学腐蚀 原电池的正极 电解池的阴极 2 2016上海金山一模 利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护 下列说法不正确的是 a 若x为锌棒 开关k置于m处 可减缓铁的腐蚀b 若x为锌棒 开关k置于m处 铁电极发生的反应为 fe 2e fe2 c 若x为碳棒 开关k置于n处 可减缓铁的腐蚀 d 若x为碳棒 开关k置于n处 铁电极的反应 2h 2e h2 答案b若x为锌棒 开关k置于m处 形成原电池 此时金属锌为负极 金属铁为正极 金属铁被保护 可减缓铁的腐蚀 故a正确 若x为锌棒 开关k置于m处 形成原电池 此时金属锌为负极 金属铁为正极 氧气在该极发生还原反应 故b错误 若x为碳棒 开关k置于n处 形成电解池 此时金属铁为阴极 铁被保护 可减缓铁的腐蚀 故c正确 若x为碳棒 开关k置于n处 形成电解池 x极为阳极 发生氧化反应 铁电极为阴极 发生还原反应 故d正确 技法总结1 判断金属腐蚀快慢的规律 1 对同一电解质溶液来说 腐蚀速率的快慢 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀 2 对同一金属来说 在不同溶液中腐蚀速率的快慢 强电解质溶液中 弱电解质溶液中 非电解质溶液中 3 活动性不同的两种金属 活动性差别越大 腐蚀速率越快 4 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 金属腐蚀越快 2 两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法保护效果比牺牲阳极的阴极保护法好 3 研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示 下列有关说法错误的是 a d为石墨 铁片腐蚀加快b d为石墨 石墨上电极反应为 o2 2h2o 4e 4oh c d为锌块 铁片不易被腐蚀d d为锌块 铁片上电极反应为 2h 2e h2 题组二析氢腐蚀和吸氧腐蚀 答案dd为石墨 活泼金属铁片作负极 发生电化学腐蚀 所以铁片腐蚀加快 故a正确 海水呈中性 发生吸氧腐蚀 所以石墨作正极 电极反应为o2 2h2o 4e 4oh 故b正确 锌比铁片活泼 腐蚀锌 而使铁片不易被腐蚀 故c正确 d为锌块 作负极 因海水呈中性 所以发生吸氧腐蚀 铁片上电极反应为o2 2h2o 4e 4oh 故d错误 4 利用如图装置进行实验 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 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c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 a b处的ph均增大 c错误 考点四电化学的有关计算题组一根据得失电子守恒计算1 2015福建理综 11 6分 某模拟 人工树叶 电化学实验装置如下图所示 该装置能将h2o和co2转化为o2和燃料 c3h8o 下列说法正确的是 a 该装置将化学能转化为光能和电能b 该装置工作时 h 从b极区向a极区迁移c 每生成1molo2 有44gco2被还原d a电极的反应为 3co2 18h 18e c3h8o 5h2o 答案b由模拟 人工树叶 电化学实验装置可知 该装置将光能和电能转化为化学能 故a错误 在电解池内部 阳离子向阴极迁移 故h 从b极区向a极区迁移 b正确 阴极上 3co2 c3h8o 18e 阳极上 2h2o o2 4e 根据得失电子守恒可知 当阳极生成1molo2时 阴极被还原的co2的质量为 44g mol 29 3g 故c错误 a电极的反应为 3co2 18h 18e c3h8o 5h2o 故d错误 2 用石墨作电极电解200mlcuso4溶液 电解过程中电子转移的物质的量n e 与产生气体的体积v 标准状况 的关系如图所示 下列说法正确的是 a 电解前cuso4溶液的物质的量浓度为2mol l 1 b 电解后所得溶液中c h 2mol l 1c 当n e 0 6mol时 v h2 v o2 2 3d 向电解后的溶液中加入16gcuo 则溶液可恢复为电解前的浓度 答案c从曲线的变化趋势可知 当转移0 4mole 时 cuso4消耗完 由cu2 2e cu可求得电解前n cuso4 0 2mol 其浓度为1mol l 1 a错误 电解得到稀硫酸 根据硫原子守恒可知n h2so4 0 2mol n h 0 4mol 若电解后溶液体积不变 则c h 2mol l 1 实际上溶液体积减小 则c h 2mol l 1 b错误 当n e 0 6mol时 阴极先发生反应 cu2 2e cu 消耗0 4mole 再发生反应 2h 2e h2 生成0 1molh2 阳极只发生反应 4oh 4e 2h2o o2 生成0 15molo2 故v h2 v o2 2 3 c正确 如果电解过程中仅发生反应 2cuso4 2h2o2cu 2h2so4 o2 加入0 2molcuo可使电解质溶液恢复为电解前的浓度 实际上电解后期发生反应 2h2o2h2 o2 故d错误 3 1 用惰性电极电解400ml一定浓度的硫酸铜溶液 不考虑电解过程中溶液体积的变化 通电一段时间后 向所得的溶液中加入0 1molcuo后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度 电解过程中转移的电子为mol 2 如果向所得的溶液中加入0 1molcu oh 2后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度 电解过程中转移的电子为mol 3 如果向所得的溶液中加入0 1molcu2 oh 2co3后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度 不考虑co2的溶解 电解过程中转移的电子为mol 解析 1 电解硫酸铜溶液的反应方程式为2cuso4 2h2o2cu 2h2so4 o2 由方程式可以看出 电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气 加入0 1molcuo可以使溶液恢复至原来状态 说明参与反应的硫酸铜只有0 1mol 转移的电子为0 2mol 2 加入0 1molcu oh 2可以使溶液恢复至原来状态 说明电解过程中不仅硫酸铜被电解 而且有水被电解 根据原子守恒 0 1molcu oh 2可以看作是0 1molcuo和0 1molh2o 每摩尔cuso4被电解转移2mole 每摩尔水被电解转移电子2mol 则该过程共转移的电子为0 4mol 3 根据原子守恒 加入0 1molcu2 oh 2co3可以看作0 2molcuo 0 1molh2o和0 1molco2 相当于有0 2mol硫酸铜和0 1mol水被电解 因此该过程共转移的电子为0 6mol 答案 1 0 2 2 0 4 3 0 6 反思归纳电化学计算方法 1 根据得失电子守恒法计算用于串联电路阴 阳两极产物 正 负两极产物等的计算 2 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 3 根据关系式计算借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立计算所需的关系式 式中m为金属 n为其离子所带的电荷数 熟记电极反应式 灵活运用以上关系式便能快速解决常见的电化学计算问题 4 某小组用下图装置进行实验 下列说法正确的是 a 盐桥中的电解质可以用kclb 闭合k 外电路电流方向为fe电极 石墨电极c 闭合k 石墨电极上只生成铜 题组二多池串联的计算 d 导线中通过0 15mole 时 加入5 55gcu2 oh 2co3 cuso4溶液可恢复原组成 答案d由于kcl能和agno3反应产生沉淀 因此盐桥中的电解质不能用kcl 故a错误 闭合k 铁比银活泼 铁为负