高优指导高三化学一轮复习 6.3 电解池 金属的腐蚀与防护课件 新人教版.ppt

第3节电解池金属的腐蚀与防护 2 考纲要求 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 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 3 基础梳理 考点突破 考点一电解原理1 电解2 电解池 1 定义 电解池是把电能转变为化学能的装置 2 电解池的构成条件 有外接直流电源 有与电源相连的两个电极 形成闭合回路 电解质溶液或熔融电解质 4 基础梳理 考点突破 3 电解池工作原理 以电解cucl2溶液为例 4 电解原理示意图 5 基础梳理 考点突破 自主巩固1 判断正误 正确的画 错误的画 1 电解质溶液导电的过程一定发生氧化还原反应 2 电解质电离就是电解质导电的过程 3 电离是物理变化 而电解是化学变化 且电离是电解的前提 4 zn h2so4znso4 h2 只能设计成原电池 不能设计成电解池 6 基础梳理 考点突破 2 下图图 是原电池 图 是电解池 图 中zn电极为阴极 电子由电源负极到zn电极 在zn电极与溶液中的cu2 结合生成cu 发生还原反应 溶液中的cu2 h 向zn电极移动 oh 向c电极移动 oh 在c电极失电子生成o2 发生氧化反应 7 基础梳理 考点突破 1 判断电解池阴 阳极的常用方法 8 基础梳理 考点突破 2 离子放电顺序与惰性电极电解电解质溶液的类型 9 基础梳理 考点突破 3 以惰性电极电解电解质溶液的规律 10 基础梳理 考点突破 11 基础梳理 考点突破 例1 1 2014海南化学 3 以石墨为电极 电解ki溶液 含有少量的酚酞和淀粉 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 2 2015山东理综 29节选 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 填 a 或 b 电极迁移 12 基础梳理 考点突破 3 2015北京理综 27节选 利用下图所示装置从海水中提取co2 有利于减少环境温室气体含量 结合方程式简述提取co2的原理 用该装置产生的物质处理b室排出的海水 合格后排回大海 处理至合格的方法是 13 基础梳理 考点突破 14 基础梳理 考点突破 15 基础梳理 考点突破 思维建模 电解池电极反应式的书写步骤与方法一判 判断电解池的阴 阳极 二看 看清电解池的阳极材料是惰性电极还是活性电极 除au pt外的金属电极一般为活性电极 三写 化合物 阳离子放电顺序 ag fe3 cu2 h 酸 fe2 zn2 h 水 al3 mg2 na ca2 k 16 基础梳理 考点突破 跟踪训练1 2013北京理综 9 用石墨电极电解cucl2溶液 见右图 下列分析正确的是 a a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 cu2 2e cud 通电一段时间后 在阴极附近观察到黄绿色气体 答案 解析 17 基础梳理 考点突破 2 2015北京朝阳期末 碘盐中添加的碘酸钾在工业上可用电解ki溶液的方法制取 电极材料是石墨和不锈钢 化学方程式是ki 3h2okio3 3h2 有关说法不正确的是 a 石墨作阳极 不锈钢作阴极b i 在阳极放电 h 在阴极放电c 电解过程中电解质溶液的ph变小d 电解转移3mole 时 理论上可制得kio3107g 答案 解析 18 基础梳理 考点突破 3 2015江苏南通模拟 氮的重要化合物如氨 nh3 肼 n2h4 三氟化氮 nf3 等 在生产 生活中具有重要作用 在微电子工业中nf3常用作氮化硅的蚀刻剂 工业上通过电解含nh4f等的无水熔融物生产nf3 其电解原理如图所示 1 氮化硅的化学式为 2 a电极为电解池的 填 阴 或 阳 极 写出该电极的电极反应式 电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质 该气体的分子式是 答案 解析 19 基础梳理 考点突破 4 1 2014北京理综 26节选 电解no制备nh4no3 其工作原理如下图所示 为使电解产物全部转化为nh4no3 需补充物质a a是 说明理由 20 基础梳理 考点突破 2 2013天津 福建理综 电化学法利用h2s废气制取氢气的过程的示意图如图 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 阳极的电极反应为 电解总反应的离子方程式为 21 基础梳理 考点突破 22 基础梳理 考点突破 23 基础梳理 考点突破 考点二电解原理的应用1 电解饱和食盐水 24 基础梳理 考点突破 2 电解精炼铜 25 基础梳理 考点突破 3 电镀铜 26 基础梳理 考点突破 4 电冶金 27 基础梳理 考点突破 自主巩固判断正误 正确的画 错误的画 1 电解精炼铜时 两极得失电子数一定相同 2 电镀铜时 电解质溶液中的cu2 浓度不变 3 电解精炼铜时 电解质溶液中的cu2 浓度不变 4 电解精炼铜时 阳极泥中的金属没有得失电子 5 电解冶炼镁 铝通常电解mgcl2和al2o3 也可电解mgo和alcl3 6 氯碱工业阴极产物只有h2 28 基础梳理 考点突破 电解原理应用的四点注意1 阳离子交换膜 以电解nacl溶液为例 只允许阳离子 na 通过 而阻止阴离子 cl oh 和分子 cl2 通过 这样既能防止h2和cl2混合发生爆炸 又能避免cl2和naoh溶液作用生成naclo影响烧碱质量 2 电解或电镀时 电极质量减少的电极必为金属电极 阳极 电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吸附在阴极上 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 其他活泼性弱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 29 基础梳理 考点突破 例2 2015福建理综 11 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 解析 30 基础梳理 考点突破 例3 1 粗铜的电解精炼如图所示 在粗铜的电解过程中 粗铜板是图中电极 填图中的字母 在电极d上发生的电极反应为 若粗铜中还含有au ag fe 它们在电解槽中的存在形式和位置为 31 基础梳理 考点突破 2 2013山东理综 28节选 右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为 32 基础梳理 考点突破 33 基础梳理 考点突破 方法技巧 电化学计算技巧原电池和电解池的计算 主要包括两极产物的定量计算 相对原子质量的计算 阿伏加德罗常数测定的计算 溶液ph的计算 根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等 在进行有关计算时 可运用以下基本方法 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 34 基础梳理 考点突破 3 根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系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 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 35 基础梳理 考点突破 跟踪训练1 2015浙江理综 11 在固态金属氧化物电解池中 高温共电解h2o co2混合气体制备h2和co是一种新的能源利用方式 基本原理如图所示 下列说法不正确的是 答案 解析 36 基础梳理 考点突破 答案 解析 37 基础梳理 考点突破 3 2015河北衡水中学期中 右图装置中x和y均为石墨电极 电解液为500ml某蓝色溶液 电解一段时间 观察到x电极表面有红色的固态物质生成 y电极有无色气体生成 溶液中原有溶质完全电解后 停止电解 取出x电极 洗涤 干燥 称量 电极增重1 6g 下列有关说法中不正确的是 a x电极是阴极b y电极产生气体的体积为0 224l 标准状况下 c 电解后溶液的ph 1d 要使电解后溶液恢复到电解前的状态 需加入一定量的cuo或cuco3 答案 解析 38 基础梳理 考点突破 4 2015上海化学 氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气 氢气 烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品 下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图 图中的离子交换膜只允许阳离子通过 完成下列填空 1 写出电解饱和食盐水的离子方程式 2 离子交换膜的作用为 3 精制饱和食盐水从图中位置补充 氢氧化钠溶液从图中位置流出 选填 a b c 或 d 39 基础梳理 考点突破 2 阻止oh 进入阳极室 与cl2发生副反应 以便得到纯度更高的氢氧化钠溶液阻止阳极产生的cl2和阴极产生的h2混合发生爆炸 3 ad 40 基础梳理 考点突破 解析 1 电解饱和食盐水时 溶液中的阳离子h 在阴极得到电子变为h2逸出 使附近的水溶液显碱性 溶液中的阴离子cl 在阳极失去电子产生cl2 反应的离子方程式是 2 图中的离子交换膜只允许阳离子通过 是阳离子交换膜 可以允许阳离子通过 不能使阴离子通过 这样就可以阻止阴极溶液中的oh 进入阳极室与氯气发生反应 阻止cl 进入阴极室 使在阴极区产生的naoh纯度更高 同时可以阻止阳极产生的cl2和阴极产生的h2混合发生爆炸 3 随着电解的进行 溶质nacl不断消耗 所以应该及时补充 精制饱和食盐水从阳极补充 即从图中a位置补充 由于阴极h 不断放电 附近的溶液显碱性 氢氧化钠溶液从图中d位置流出 水不断消耗 所以从b口不断加入蒸馏水 从c位置流出的是稀的nacl溶液 41 基础梳理 考点突破 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为金属阳离子 金属发生氧化反应 42 基础梳理 考点突破 2 化学腐蚀与电化学腐蚀 43 基础梳理 考点突破 3 钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 44 基础梳理 考点突破 4 金属防护的三种方法方法一电化学防护 1 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理 负极 比被保护金属活泼的金属 正极 被保护的金属 2 外加电流的阴极保护法 电解池原理 阴极 被保护的金属 阳极 惰性金属 45 基础梳理 考点突破 方法二加保护层如在金属表面加上油漆 搪瓷 沥青 塑料 橡胶等耐腐蚀的非金属材料 采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或其氧化物 方法三改变金属的内部结构如把铬 镍等金属添加到普通钢中冶炼成不锈钢 46 基础梳理 考点突破 自主巩固判断正误 正确的画 错误的画 1 2014天津理综 铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性 2 2014江苏化学 若在海轮外壳上附着一些铜块 则可以减缓海轮外壳的腐蚀 3 2013江苏化学 电解法精炼铜时 以粗铜作阴极 纯铜作阳极 4 2013四川理综 用铜作电极电解cuso4溶液 2cu2 2h2o2cu o2 4h 47 基础梳理 考点突破 5 2012山东理综 电解nacl溶液得到22 4lh2 标准状况 理论上需要转移na个电子 na表示阿伏加德罗常数的值 6 2012广东理综 自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致 7 2012江苏化学 镀铜铁制品镀层受损后 铁制品比受损前更容易生锈 48 基础梳理 考点突破 判断金属腐蚀快慢的规律 1 纯度越高的金属 腐蚀的速率越慢 2 不纯的金属或合金 在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥 隔绝空气条件下的腐蚀速率 3 对于活动性不同的两种金属的合金 活动性差别越大 氧化还原反应速率越快 活泼金属腐蚀越快 4 在同一电解质溶液中 金属腐蚀由快到慢的顺序 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 应用原电池原理有保护措施的腐蚀 应用电解原理有保护措施的腐蚀 或电解池阳极 原电池负极 化学腐蚀 原电池正极 电解池阴极 5 同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 49 基础梳理 考点突破 例4 2015重庆理综 11 我国古代青铜器工艺精湛 有很高的艺术价值和历史价值 但出土的青铜器大多受到环境腐蚀 故对其进行修复和防护具有重要意义 1 原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第周期 2 某青铜器中sn pb的质量分别为119g 20 7g 则该青铜器中sn和pb原子的数目之比为 3 研究发现 腐蚀严重的青铜器表面大都存在cucl 关于cucl在青铜器腐蚀过程中的催化作用 下列叙述正确的是 a 降低了反应的活化能b 增大了反应的速率c 降低了反应的焓变d 增大了反应的平衡常数 50 基础梳理 考点突破 4 采用 局部封闭法 可以防止青铜器进一步被腐蚀 如将糊状ag2o涂在被腐蚀部位 ag2o与有害组分cucl发生复分解反应 该化学方程式为 5 如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图 腐蚀过程中 负极是 填图中字母 a 或 b 或 c 环境中的cl 扩散到孔口 并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈cu2 oh 3cl 其离子方程式为 若生成4 29gcu2 oh 3cl 则理论上耗氧体积为l 标准状况 51 基础梳理 考点突破 3 催化剂通过降低反应的活化能 加快反应速率 故a b项正确 催化剂不能改变反应的焓变 也不能改变反应的平衡常数 c d项错误 4 ag2o与cucl的复分解反应为 52 基础梳理 考点突破 5 在图中铜被腐蚀 由单质变为cu2 可知铜为负极 在铜的吸氧腐蚀中 负极反应产物为cu2 正极反应产物为oh 二者与cl 反应的离子方程式为 4 29gcu2 oh 3cl的物质的量为则铜被腐蚀失去电子的物质的量为n e 2 2 0 02mol 0 08mol 根据电子守恒可知 耗氧的物质的量为n o2 0 02mol 则标准状况下v o2 0 02mol 22 4l mol 1 0 448l 53 基础梳理 考点突破 易错警示 影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和介质两个方面 就金属本身的性质来说 金属越活泼 就越容易失去电子而被腐蚀 介质对金属腐蚀的影响也很大 如果金属在潮湿的空气中 接触腐蚀性气体或电解质溶液 都容易被腐蚀 由于在通常情况下 金属表面不会遇到酸性较强的溶液 所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式 因此 电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀 但只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀 54 基础梳理 考点突破 跟踪训练1 2015北京海淀期末 下列与金属腐蚀有关的说法中 不正确的是 a 钢铁在潮湿空气中生锈属于电化学腐蚀b 电化学腐蚀一般可分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀c 金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程d 铝具有很强的抗腐蚀能力 是因为其不易与氧气发生反应 答案 解析 55 基础梳理 考点突破 2 2015上海化学 14 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 答案 解析 56 基础梳理 考点突破 3 糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉 氯化钠 木炭粉等 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fe 3e fe3 c 脱氧过程中碳作原电池负极 电极反应为2h2o o2 4e 4oh d 含有1 12g铁粉的脱氧剂 理论上最多能吸收氧气336ml 标准状况 答案 解析 57 基础梳理 考点突破 4 1 2014广东理综 32节选 石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐 完成如图防腐示意图 并作相应标注 2 2014福建理综 24节选 右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图 该电化学腐蚀称为 图中a b c d四个区域 生成铁锈最多的是 填字母 答案 解析 58 考情分析 解题策略 六 电化学原理综合考查将原电池和电解池结合在一起 综合考查化学反应中的能量变化 氧化还原反应 化学实验和化学计算等知识 是高考试卷中电化学部分的重要题型 该类题目的考查内容通常有以下几个方面 电极的判断 电极反应式及电池反应总方程式的书写 实验现象的描述 溶液中离子的移动 溶液ph的变化 电解质溶液的恢复及运用得失电子守恒进行相关计算等 59 考情分析 解题策略 1 多池串联装置中电池类型的判断 1 直接判断 非常直观明显的装置 如燃料电池 铅蓄电池等在电路中时 则其他装置为电解池 如下图 a为原电池 b为电解池 60 考情分析 解题策略 2 根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒做电极 而电解池则一般都是两个惰性电极 如两个铂电极或两个碳棒 原电池 燃料电池除外 中的负极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应 电解池的电极材料一般不能和电解质溶液进行自发反应 如图 b为原电池 a为电解池 61 考情分析 解题策略 3 根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极 并由此判断电池类型 如图 若c极溶解 d极上析出cu b极附近溶液变红 a极上放出黄绿色气体 则可知乙是原电池 d是正极 c是负极 甲是电解池 a是阳极 b是阴极 b d极发生还原反应 a c极发生氧化反应 62 考情分析 解题策略 2 有关概念的分析判断在确定了原电池和电解池后 有关概念的分析和判断如 电极的判断 电极反应式的书写 实验现象的描述 溶液中离子的移动方向 溶液ph的变化及电解质溶液的恢复等 只要按照各自的规律分析就可以了 63 考情分析 解题策略 64 考情分析 解题策略 65 考情分析 解题策略 66 考情分析 解题策略 2 非水溶液中的电极反应式书写 步骤与水溶液中类似 只是步骤4中改用题中所给阴 阳离子配平电荷 3 分析实验现象 判断电极反应式的正误 分析电极及电极附近的ph及实验现象时 要从电极反应式入手 分析电解质溶液的ph及实验现象时 要从电池反应入手 67 考情分析 解题策略 4 电解池电极反应式的书写电解池电极反应式的书写可总结为五步 一判 二看 三分 四写 五平 一判 判断阴 阳极 二看 阳极要看清电极材料 对于铁 铝 铜 银等活泼电极 则阳极金属电极失电子变成阳离子进入溶液 fe变成fe2 阴离子不失电子 如果是惰性电极 pt au 石墨等 材料 应是溶液中的阴离子失电子 三分 将离子分成阳离子组 阴离子组 注意 水溶液中一定不要漏掉h oh 阳离子向阴极移动 在阴极得电子 阴离子向阳极移动 在阳极失电子 根据得失电子能力对离子排序 得电子能力 ag fe3 cu2 h 失电子能力 s2 i br cl oh 含氧酸根 68 考情分析 解题策略 四写 由放电顺序及信息确定放电产物和电极反应式 五平 配平方法与原电池电极反应式基本相同 找化合价变化的物质 确定电极产物 配平除氢 氧之外的其他原子 依据电荷守恒配平电荷 依据氢守恒配平氢原子 用氧原子检查配平情况 5 电化学综合装置中的有关计算原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒 分析时要注意两点 串联电路中各支路电流相等 并联电路中总电流等于各支路电流之和 在此基础上分析处理其他各种数据 69 考情分析 解题策略 如图中装置甲是原电池 乙是电解池 若电路中有0 2mol电子转移 则zn极溶解6 5g cu极上析出h22 24l 标准状况 pt极上析出cl20 1mol c极上析出cu6 4g 甲池中h 被还原 产生h2 负极zn被氧化生成znso4溶液 ph变大 乙池中是电解cucl2溶液 由于cu2 浓度的减小使溶液ph微弱增大 电解后再加入适量cucl2固体可使溶液复原 70 考情分析 解题策略 典例如图装置闭合电键k时 电流计a的指针将发生偏转 试回答 1 丙池是 填 原电池 或 电解池 d极的电极反应式为 2 乙中cu极的电极反应是 若电路中有0 02mol电子通过 则乙中b电极的质量增加g 71 考情分析 解题策略 3 闭合电键k一段时间后 丙池中电解质没有耗完 则丙池中发生反应的总化学方程式是 检验c极气体产物的方法是 要想使电解液恢复到电解前的状态 方法是 若电解氯化钠溶液500ml 当两极放出气体在标准状况下共1 12l时 恢复至室温 溶液的ph为 设溶液体积保持不变 若丙池中c极接甲池中的a极 d极接乙池中的b极 闭合k 一段时间后 能否得到氯气 填 能 或 不能 72 考情分析 解题策略 解析 1 甲和乙形成原电池 所以丙池属于电解池 d极为阴极 发生还原反应 2h 2e h2 2 乙中cu极的电极反应是cu2 2e cu 电路中有0 02mol电子通过时 b电极的质量增加0 64g 即0 01mol 3 丙池是电解氯化钠溶液 c极气体产物是氯气 检验氯气用湿润的淀粉碘化钾试纸 根据电解反应式 要想电解液复原 通入适量的氯