安徽省太和县高考化学一轮复习 第10讲 电解池 金属的腐蚀与防护课件.ppt

组织建设 第10讲电解池金属的腐蚀与防护 化学 2018年高考一轮复习 考试说明1 理解电解池的构成 工作原理及应用 能书写电极反应和总反应方程式 2 了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 考点一电解的原理1 电解定义在电流作用下 电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程 2 能量转化形式电能转化为化学能 3 电解池 1 构成条件 有与电源相连的两个电极 电解质溶液 或熔融盐 形成闭合回路 知识梳理 2 电极名称及电极反应式 如图 阳极 氧化 2cl 2e cl2 cu2 2e cu 阴极 还原 3 电子和离子的移动方向 4 阴阳两极上放电顺序阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电 离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力 另外也与离子的浓度及电极材料有关 1 阴极 阴极上放电的总是溶液中的阳离子 与电极材料无关 氧化性强的先放电 放电顺序 2 阳极 若是活性电极作阳极 则活性电极首先失电子 发生氧化反应 若是惰性电极作阳极 则仅是溶液中的阴离子放电 常见离子的放电顺序是 注意 一般情况下 离子按上述顺序放电 但如果离子浓度相差十分悬殊 离子浓度大的也可以先放电 如理论上h 的放电能力大于fe2 zn2 但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中 由于溶液中c fe2 或c zn2 c h 则先在阴极上放电的是fe2 或zn2 因此阴极上的主要产物为fe或zn 但在水溶液中 al3 mg2 na 等是不会在阴极上放电的 5 四种基本电解类型 用惰性电极电解 1 电解水型 4oh 4e o2 2h2o 4h 4e 2h2 h2o h2o h2o 例1 电解水型电解一段时间后 其电解质的浓度一定增大吗 举例说明 不一定 如用惰性电极电解饱和na2so4溶液 一段时间后会析出na2so4 10h2o晶体 剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液 此时浓度保持不变 2 电解电解质型 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2cl 2e cl2 cu2 2e cu hcl cucl2 3 放h2生碱型 2cl 2e cl2 2h 2e h2 hcl 例2 要使电解后的nacl溶液复原 滴加盐酸可以吗 为什么 不可以 因为电解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 加入盐酸会引入过多的水 4 放o2生酸型 4oh 4e 2h2o o2 2cu2 4e 2cu cuo cuco3 例3 要使电解后的cuso4溶液复原 加入cu oh 2固体可以吗 为什么 加入cuco3为什么也可复原 不可以 因为电解cuso4溶液时 尽管cu2 和oh 分别放电 按照电极反应式cu2 2e cu 4oh 4e 2h2o o2 氢元素变成h2o仍然留在溶液中 只有cu析出和o2逸出 且物质的量之比为2 1 所以要让溶液复原 需要加cuo 而不能加cu oh 2 加入cuco3时 co2变为气体逸出 相当于加的是cuo 例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 4na 方法一 98gcu oh 2的物质的量为1mol 相当于电解了1mol的cuso4后 又电解了1mol的水 所以转移的电子数为2na 2na 4na 方法二 可以认为整个电路中转移的电子数与cu oh 2的o2 失电子数相等 共4na 例4 通过以上分析 电解质溶液复原应遵循什么原则 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 例5 根据金属活动顺序表 cu和稀h2so4不反应 怎样根据电化学的原理实现cu和稀h2so4反应产生h2 cu作阳极 c作阴极 稀h2so4作电解质溶液 通入直流电就可以实现该反应 电解反应式为阳极 cu 2e cu2 阴极 2h 2e h2 总反应式 cu 2h cu2 h2 6 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 三看是否有特殊信息 7 电化学综合计算的三种常用方法 1 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出比例式计算 2 根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物 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 用于混合溶液中电解的分阶段计算 3 根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁 构建计算所需的关系式 如以通过4mole 为桥梁可构建如下关系式 式中m为金属 n为其离子的化合价数值 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值 熟记电极反应式 灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题 提示在电化学计算中 还常利用q i t和q n e na 1 60 10 19c来计算电路中通过的电量 考点二电解原理在工业生产中的应用1 氯碱工业 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 2cl 2e cl2 氧化 2h 2e h2 还原 3 氯碱工业生产流程图 2 电镀下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 阳 agno3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 阴 3 电极反应 阳极 阴极 4 特点 极溶解 极沉积 电镀液的浓度 ag e ag ag e ag 阳 阴 不变 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 ca mg al等 1 冶炼钠 电极反应 阳极 阴极 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 2 冶炼铝 电极反应 阳极 阴极 6o2 12e 3o2 4al3 12e 4al 例1 正误判断 正确的打 错误的打 1 电镀铜和电解精炼铜时 电解质溶液中c cu2 均保持不变 2 电解饱和食盐水时 两个电极均不能用金属材料 3 电解冶炼镁 铝通常电解mgcl2和al2o3 也可以电解mgo和alcl3 4 电解精炼时 阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料 5 用zn作阳极 fe作阴极 zncl2作电解质溶液 由于放电顺序h zn2 不可能在铁上镀锌 5 隔膜在电化学中的功能 1 常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜 由高分子特殊材料制成 离子交换膜分三类 阳离子交换膜 简称阳膜 只允许阳离子通过 即允许h 和其他阳离子通过 不允许阴离子通过 阴离子交换膜 简称阴膜 只允许阴离子通过 不允许阳离子通过 质子交换膜 只允许h 通过 不允许其他阳离子和阴离子通过 2 隔膜的作用 能将两极区隔离 阻止两极区产生的物质接触 防止发生化学反应 能选择性的通过离子 起到平衡电荷 形成闭合回路的作用 例题 2014 新课标全国卷 27 4 h3po2也可用电渗析法制备 四室电渗析法 工作原理如图所示 阳膜和阴膜分别只允许阳离子 阴离子通过 解这类问题可以分三步 第一步 分清隔膜类型 即交换膜属于阳膜 阴膜或质子膜中的哪一种 判断允许哪种离子通过隔膜 第二步 写出电极反应式 判断交换膜两侧离子变化 推断电荷变化 根据电荷平衡判断离子迁移方向 第三步 分析隔膜作用 在产品制备中 隔膜作用主要是提高产品纯度 避免产物之间发生反应 或避免产物因发生反应而造成危险 考点三金属的腐蚀与防护1 金属腐蚀的本质金属原子变为 金属发生 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 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 原电池 负 正 电解 阴 阳 例1 正误判断 正确的打 错误的打 1 纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样 2 al fe cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 3 钢铁发生电化学腐蚀时 负极铁失去电子生成fe3 4 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 5 外加电流的阴极保护法 构成了电解池 牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池 二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀 例2 写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理 铁锈的形成负极 2fe 4e 2fe2 正极 o2 4e 2h2o 4oh 2fe o2 2h2o 2fe oh 24fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 32fe oh 3 fe2o3 xh2o 铁锈 3 x h2o 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大于牺牲阳极的阴极保护法 考点四串联电池的两大模型原电池和电解池统称为电池 将多个电池串联在一起 综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点 该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况 需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力 1 串联装置图比较 图甲中无外接电源 二者必有一个装置是原电池 相当于发电装置 为电解装置提供电能 其中两个电极活动性差异大者为原电池装置 即左图为原电池装置 右图为电解装置 图乙中有外接电源 两烧杯均作电解池 且串联电解 通过的电流相等 2 串联 类电池的解题流程 类型一外接电源与电解池的串联类型二原电池与电解池的串联多个电池 串联 在一起 但没有外接直流电源 其中一个装置是原电池 装置中两个电极活泼性差异最大的装置为原电池 较活泼的作负极 其余均为电解池 例1 烧杯a中盛入0 1mol l 1的h2so4溶液 烧杯b中盛放0 1mol l 1的cucl2溶液 两种溶液均足量 装置如图所示 下列说法不