高考化学一轮复习 （考基梳理+助学提升）第6章 第3讲《电解池　金属的电化学腐蚀与保护》课件.ppt

1 了解电解池的工作原理 2 能写出电极反应和电解总反应方程式 3 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 第三讲电解池金属的电化学腐蚀与保护 1 电解池中电极反应式的书写 电极附近溶液酸碱性的变化 电解质溶液中离子的移动 两极上得失电子的守恒关系等 2 电解原理的应用 特别在新型充电电池中的应用 3 电解原理在金属防腐方面的应用 一 电解原理1 电解让通过电解质溶液或熔融的电解质 在两个电极上分别发生和的过程 2 能量转化形式转化为 直流电 氧化反应 还原反应 电能 化学能 3 电解池 1 构成条件 有与相连的两个电极 电解质溶液 或 形成 2 电极名称及电极反应 如图 电源 熔融电解质 闭合回路 3 电子和离子移动方向 电子 从电源流向电解池的 从电解池的流向电源的 离子 阳离子移向电解池的 阴离子移向电解池的 负极 阴极 阳极 正极 阴极 阳极 1 电解时电子通过电解质溶液吗 2 电解质溶液导电时 一定会有化学反应发生吗 提示 1 电解质溶液通电电解时 在外电路中有电子通过 而溶液中是依靠离子定向移动 形成了电流 2 一定有化学反应发生 因为在电解池的两极有电子转移 发生了氧化还原反应 生成了新物质 所以一定有化学反应发生 naoh h2 cl2 氯碱工业 2 铜的电解精炼 1 电极反应阳极 电极材料为 阴极 电极材料为 cu2 2e cu 2 溶液中各离子浓度的变化 阴离子浓度 阳离子中cu2 浓度变 zn2 fe2 ni2 等浓度变 3 阳极泥的成分 含有等贵重金属 粗铜 精铜 不变 小 大 ag pt au 3 电镀 1 阳极 2 阴极 3 电镀液 一般用含有的电解质溶液作电镀液 4 电镀液浓度 镀层金属 镀件 镀层金属阳离子 保持不变 4 电冶金利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属na 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 6o2 12e 3o2 4al3 12e 4al 2cl 2e cl2 mg2 2e mg cu的还原性比h2弱 能否采取一定措施使cu将酸中的h 置换出来 采用什么措施 三 金属的腐蚀和防护1 金属腐蚀的本质金属原子变为 金属发生 2 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀与电化学腐蚀 失去电子 金属阳离子 氧化反应 非金属单质直接 电解质溶液 无 氧化 有微弱 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 铁锈的形成 4fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 3 2fe oh 3 fe2o3 xh2o 铁锈 3 x h2o 3 金属的防护 1 电化学防护 牺牲阳极保护法 原理a 比被保护金属活泼的金属 b 被保护的金属设备 外加电流的阴极保护法 原理a 被保护的金属设备 b 惰性金属 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 负极 正极 电解 阴极 阳极 影响金属腐蚀的因素有哪些 提示影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面 就金属本性来说 金属越活泼 就越容易失去电子而被腐蚀 介质对金属的腐蚀的影响也很大 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 四个对应1 正极和负极对应 2 阳极和阴极对应 3 失电子和得电子对应 4 氧化反应和还原反应对应 三个相等 1 同一原电池的正 负极的电极反应得 失电子数相等 2 同一电解池的阴极 阳极电极反应中得 失电子数相等 3 串联电路中的各个电极反应得 失电子数相等 上述三种情况下 在写电极反应式时 得 失电子数要相等 在计算电解产物的量时 应按得 失电子数相等计算 一个原则用惰性电极电解电解质溶液时 若使电解后的溶液恢复原状态 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 两种技巧1 三池 的判断技巧原电池 电解池 电镀池判定规律 若无外接电源 可能是原电池 然后依据原电池的形成条件分析判定 若有外接电源 两极插入电解质溶液中 则可能是电解池或电镀池 当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池 其他情况为电解池 2 串联电路中 原电池 与 电解池 的判断若无外接电源 必有一个是原电池 根据原电池的构成条件进行判断 其余是电解池 若有外接电源 则全是电解池 我的体会这一部分的学习主要是掌握阴 阳两极离子的放电顺序 这样就能正确判断两极产物 书写电极方程式了 解题时要特别注意活性电极作阳极的情况 这种情况是很容易被忽视的 我的警示原电池中电子由负极经导线流回正极 在电解池中 阳极失去电子 电子经导线流向电源的正极 再从负极流向阴极 两种情况电流方向都与电子的流向相反 问题征解氯碱工业中阳离子交换膜有什么作用 提示氯碱工业中阳离子交换膜的作用 将电解槽隔成阴极室和阳极室 它只允许阳离子 na 通过 而且阻止阴离子 cl oh 和气体通过 这样既能防止阴极产生的h2和阳极产生的cl2相混合而引起爆炸 又能避免cl2与naoh作用生成naclo而影响烧碱的质量 必考点44电极产物的判断与有关反应式的书写1 电解时电极产物的判断 阳失阴得 2 电解池中电极反应式的书写 1 根据装置书写 根据电源确定阴 阳两极 确定阳极是否是活性金属电极 据电极类型及电解质溶液中阴 阳离子的放电顺序写出电极反应式 在确保阴 阳两极转移电子数目相同的条件下 将两极电极反应式合并即得总反应式 2 由氧化还原反应方程式书写电极反应式 找出发生氧化反应和还原反应的物质 两极名称和反应物 利用得失电子守恒分别写出两极反应式 若写出一极反应式 而另一极反应式不好写 可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式 典例1 2011 重庆理综 29节选 臭氧是一种强氧化剂 常用于消毒 灭菌等 o3可由臭氧发生器 原理如图 电解稀硫酸制得 1 图中阴极为 填 a 或 b 其电极反应式为 2 若c处通入o2 则a极的电极反应式为 3 若c处不通入o2 d e处分别收集到xl和yl气体 标准状况 则e处收集的气体中o3所占的体积分数为 忽略o3的分解 解析观察电解装置图知 特殊惰性电极b上产生了氧气和臭氧 该极失去电子发生氧化反应作阳极 则特殊惰性电极a为阴极 得电子发生还原反应 电极反应式为2h 2e h2 若从c处通入氧气 氧气将参与反应 阴极生成的将是水 电极反应式为o2 4h 4e 2h2o 设yl混合气体中臭氧的体积分数为a 由电子得失守恒有2x ya 6 y 1 a 4 解得a x 2y y 答案 1 a2h 2e h2 2 o2 4h 4e 2h2o 3 x 2y y 电极反应式的书写 二判二析一写 应用1 2013 镇江模拟 cui是一种不溶于水的白色固体 它可以由反应 2cu2 4i 2cui i2而得到 如图所示装置中 a b都是惰性电极 通电一段时间后 在ki 淀粉溶液中阳极周围变蓝色 则下列说法正确的是 解析电解nacl溶液 滴有酚酞 阴极附近变红 若a极变红 则x为电源的负极 y为正极 故cu电极为阳极 则cu 2e cu2 2cu2 4i 2cui i2 淀粉遇碘变蓝 若b极变红 则x极为正极 pt电极为阳极 则2i 2e i2 淀粉遇碘变蓝 故c正确 答案c 必考点45电解的类型 规律及有关计算1 以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 2 电解池中有关量的计算或判断电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面 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 解题依据是得失电子守恒 解题方法如下 典例2 在下图中 甲烧杯中盛有100ml0 50mol l 1agno3溶液 乙烧杯中盛有100ml0 25mol l 1cucl2溶液 a b c d均为质量相同的石墨电极 如果电解一段时间后 发现a极比c极重1 9g 则 1 电源e为 极 f为 极 2 a极的电极反应式为 析出的物质 mol 3 b极的电极反应式为 析出气体 ml 标准状况 4 c极的电极反应式为 析出的物质 mol 5 d极的电极反应式为 析出气体 ml 标准状况 6 甲烧杯中滴入石蕊试液 极附近变红 如果继续电离 在甲烧杯中最终得到 溶液 由此可知 两电解池内的电解质均是足量的 故两池电极反应式分别为 a极 4ag 4e 4ag b极 4oh 4e 2h2o o2 c极 cu2 2e cu d极 2cl 2e cl2 a c两极析出物质的物质的量分别为0 025mol和0 0125mol b极析出o2的体积为 0 00625mol 22 4l mol 1 0 14l 140ml d极析出cl2的物质的量为0 0125mol 22 4l mol 1 0 28l 280ml 答案 1 负正 2 4ag 4e 4ag0 025 3 4oh e 2h2o o2 140 4 cu2 2e cu0 0125 5 2cl 2e cl2 280 6 bhno3 涉及电化学的计算题 可依据电子得失守恒原理 通过 转移电子数相等 之桥 寻找关系式进行计算 提示通过4mole 为桥可构建如下关系式 说明 m为金属 n为其化合价 当然 也可根据电解池总反应式列比例式求解 应用2 2013 合肥调研 将等物质的量浓度的cuso4和nacl等体积混合后 用石墨电极进行电解 电解过程中 溶液ph随时间t变化的曲线如下图所示 则下列说法错误的是 a 阳极先析出cl2 后析出o2 阴极先产生cu 后析出h2b ab段阳极只产生cl2 阴极只产生cuc bc段表示在阴极上是h 放电产生了h2d cd段相当于电解水 解析由于两种溶液的体积相等 物质的量浓度也相等 即溶质的物质的量相等 设cuso4和nacl的物质的量各1mol 电解分3个阶段 第一阶段 阳极 1mol氯离子失1mol电子 阴极 0 5mol铜离子得1mol电子 因为铜离子水解使溶液显酸性 随着电解的进行 铜离子的浓度降低 酸性减弱 ph将增大 第二阶段 阳极 1mol氢氧根离子失1mol电子 来源于水的电离 阴极 0 5mol铜离子再得1mol电子 因为氢氧根离子消耗 使水溶液中氯离子浓度增大 ph迅速减小 第三阶段 阳极 氢氧根离子失电子 阴极 氢离子得电子 它们都来源于水的电离 实质是电解水 导致溶液的体积减小 使溶液中氢离子浓度增大 ph继续减小 答案c 必考点46电解原理在工农业生产中的应用1 氯碱工业 1 食盐水的精制 2 主要生产过程 2 电镀 如铁件镀锌 电镀液 含zn2 的盐溶液 如zncl2溶液 阳极 zn zn 2e zn2 阴极 铁件 zn2 2e 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 zn 2e zn2 fe 2e fe2 cu 2e cu2 阴极 纯铜 cu2 2e cu电解过程中 活泼性比cu弱的ag au不放电 形成阳极泥 可从阳极泥中提纯ag au 电解质溶液中c cu2 会不断减小 应定期更换电解质溶液 典例3 2013 重庆名校联考 有一种节能的氯碱工业新工艺 将电解池与燃料电池相组合 相关流程如图所示 电极未标出 回答下列有关问题 1 电解池的阴极反应式为 2 通入空气的电极为 燃料电池中阳离子的移动方向 填 从左向右 或 从右向左 3 电解池中产生2molcl2 理论上燃料电池中消耗 molo2 4 a b c的大小关系为 解析 2 氧气是氧化剂 在正极被消耗 生成氢氧根离子 所以正极需要阳离子补充电荷 所以阳离子从左向右移动 3 产生2molcl2 转移4mol电子 所以消耗氧气1mol 4 阴极产生的a 的氢氧化钠溶液加入燃料电池中 正极生成氢氧化钠使浓度增大 负极氢气失电子生成的氢离子消耗氢氧根离子 所以负极出来的氢氧化钠溶液浓度减小 所以c a b 答案 1 2h 2e h2 或2h2o 2e h2 2oh 2 正极从左向右 3 1 4 c a b a 石墨电极上产生氢气b 铜电极发生还原反应c 铜电极接直流电源的负极d 当有0 1mol电子转移时 有0 1molcu2o生成 解析本题突破点是电解法制氧化亚铜的电解方程式 通过氧化还原反应判断电极名称 进而推断电源的正 负极 电源负极与电解池的阴极相连 电源正极与电解池的阳极相连 根据电解方程式知 铜发生氧化反应 水中的氢离子发生还原反应 石墨为阴极 铜为阳极 h 在阴极反应 2h 2e h2 a选项正确 在电解池中 阳极发生氧化反应 铜为活性电极 失去电子的能力比oh 的强 故铜极发生氧化反应 b选项错误 铜为阳极 铜极与直流电源正极相接 c选项错误 根据电解方程式知 铜由0价升至 1价 故生成0 1molcu2o必转移0 2mol电子 d选项错误 答案a 必考点47金属腐蚀与防护电化学腐蚀规律1 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 2 活动性不同的两金属 活动性差别越大 活动性强的金属腐蚀越快 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 且氧化剂的浓度越高 腐蚀越快 4 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀 5 对于不同氧化剂来说 氧化性越强 金属腐蚀越快 反之 防腐措施由好到差的顺序为 外接电源的阴极保护法防腐 牺牲阳极的阴极保护法防腐 有一般防护条件的防腐 无防护条件的防腐 典例4 如图各容器中盛有海水 铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 a b c d 思维引入弄清原电池 电解池失电子规律 解析 中fe放置在海水中 形成了无数微小的原电池 发生电化学腐蚀 均构成了原电池 中fe的活动性强于sn fe作负极被腐蚀 中zn的活动性比fe强 zn作负极被腐蚀 而fe被保护 形成电解池 其中 中fe作阳极被腐蚀而 中fe作阴极 cu被腐蚀 fe被保护 因此fe被腐蚀由快到慢的顺序为 答案为a 答案a 1 牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的钢铁设备 如海水中的闸门 地下的天然气管道等 上连接或直接安装若干锌块 使锌 铁形成原电池 锌作阳极 从而保护了钢铁免受腐蚀 2 外加电流的阴极保护法 外加电流的阴极保护法是使被保护的钢铁设备作为阴极 接电源负极 用惰性电极作为阳极 接电源正极 在两者之间连接直流电源 通电后 电子被强制流向被保护的钢铁设备 从而使钢铁表面产生电子积累 抑制钢铁设备失去电子 起到保护的作用 金属的两大防腐方法 应用4 2013 潮州检测 下列关于各装置图的叙述中 不正确的是 a 用装置 精炼铜 则a极为粗铜 电解质为cuso4溶液b 装置 的总反应是 cu 2fe3 cu2 2fe2 c 装置 中钢闸门应与外接电源的负极相连d 装置 中的铁钉几乎不被腐蚀解析精炼铜时 粗铜为阳极 由电流方向知a极为阳极 a正确 装置 为原电池 fe作负极 铜为正极 总反应是 fe 2fe3 3fe2 b错误 在电解池中 铁被保护 则应与外接电源的负极相连 c正确 装置 中 铁遇浓硫酸 钝化 d正确 答案b 两看 一看 电极材料 若阳极材料是除金 铂以外的其他金属 则在电解过程中 优先考虑阳极材料本身失去电子被氧化 而不考虑溶液中阴离子放电的难易 再看 离子放电的难易 若阳极材料是惰性电极 则在电解过程中首先分析溶液中离子放电的难易 4 二次电池放电时体现原电池原理 充电时体现电解池原理 5 电解池阳极阴离子的放电顺序 失电子由易到难 为s2 i br cl oh 含氧酸根 阴极阳离子的放电顺序 得电子由易到难 为ag fe3 cu2 h fe2 zn2 答案d hold住考向 名师揭秘电解原理及其应用是高考的高频考点 因其与氧化还原反应 离子反应 电解质溶液 元素化合物性质等知识联系密切而成为高考的重点和热点 由于电解原理在工业上的应用更加广泛 预测2014年高考 仍会联系化学工艺过程对电解原理的应用进行考查 应给予高度关注 角度1 原理分析1 2012 安徽理综卷 11 某兴趣小组设计如图所示的微型实验装置 实验时 先断开k2 闭合k1 两极均有气泡产生 一段时间后 断开k1 闭合k2 发现电流表a指针偏转 下列有关描述正确的是 答案d 2 2012 浙江理综 10 以铬酸钾为原料 电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下 答案d 角度2 规律应用3 2012 海南化学 3 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 a hcl cucl2 ba oh 2b naoh cuso4 h2so4c naoh h2so4 ba oh 2d nabr h2so4 ba oh 2解析电解质溶液电解时只生成氧气和氢气 相当于是电解水 根据电解时离子的放电顺序 当电解强酸 强碱 活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水 答案c 4 2011 大纲全国 10 用石墨做电极电解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 a cuso4b h2oc cuod cuso4 5h2o答案c 1 2011 山东理综 15 以kcl和zncl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌 下列说法正确的是 a 未通电前上述镀锌装置可构成原电池 电镀过程是该原电池的充电过程b 因部分电能转化为热能 电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系c 电镀时保持电流恒定 升高温度不改变电解反应速率d 镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 解析a项 未通电时是原电池 但电镀过程并不是原电池的充电过程 故a错误 b项 锌的析出量与通过的电量有确定关系 故b错误 c项 电镀时保持电流恒定 有利于保证电镀的质量 温度不影响电解的速率 故c正确 d项 镀锌层破损后与铁构成了原电池 锌作负极被腐蚀 保护了铁 故d错误 答案c 2 2011 北京理综 26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 1 溶液a的溶质是 2 电解饱和食盐水的离子方程式是 3 电解时用盐酸控制阳极区溶液的ph在2 3 用化学平衡移动原理解释盐酸的作用 3 2012 重庆理综 29 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 原理如图所示 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 44l 标准状况 则除去的尿素为 g 忽略气体的溶解 解析根据电解池中的电极产物h2和cl2可以判断出a为电源的正极 b为电源的负极 故阳极室中发生的反应依次为 2cl 2e cl2 co nh2 2 3cl2 h2o n2 co2 6hcl 阴极反应为 2h2o 2e 2oh h2 或2h 2e h2 根据上述反应式可以看出在阴 阳极上产生的oh h 的数目相等 阳极室中反应产生的h 通过质子交换膜进入阴极室与oh 恰好反应生成水 所以阴极室中电解前后溶液的ph不变 答案 1 b 2 2cl 2e cl2 co nh2 2 3cl2 h2o n2 co2 6hcl 3 不变7 2 1 2012 山东理综 13 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 a 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 cu zn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 zn mno2干电池自放电腐蚀主要是由mno2的氧化作用引起的 解析图a中 铁棒发生化学腐蚀 靠近底端的部分与氧气接触少 腐蚀程度较轻 a项错误 图b中开关由m改置于n cu zn作正极 腐蚀速率减小 b项正确 图c中接通开关时zn作负极 腐蚀速率增大 但氢气在pt上放出 c项错误 图d中干电池自放电腐蚀是zn与c活动性不同形成原电池 与mno2性质无关 mno2的作用是原电池放电过程中吸收h元素防止电池溶胀 d项错误 答案b 2 2012 海南 10 下列叙述错误的是 a 生铁中含有碳 抗腐蚀能力比纯铁弱b 用锡焊接的铁质器件 焊接处易生锈c 在铁制品上镀铜时 镀件为阳极 铜盐为电镀液d 铁管上镶嵌锌块 铁管不易被腐蚀 解析生铁中含有碳 构成原电池加快了腐蚀速率 a项正确 用锡焊接的铁质器件 焊接处易生锈 因为构成的原电池中fe作负极 加快了腐蚀速率 b项正确 在铁制品上镀铜时 镀件应为阴极 镀层金属铜作阳极 c项错误 铁管上镶嵌锌块 构成的原电池中fe作正极 受到保护 d项正确 答案c 常见考点 电解池的工作原理及应用是电化学的重要内容 有关电解时电解质溶液的变化 电极产物的判断 溶液ph的变化等内容都是每年高考命题的热点内容 涉及电解原理与工业生产密切联系的氯碱工业 电解精炼 电解法处理污水等内容成为高考考查的重点 探究方向 1 电解原理及产物判断的实验探究 2 电浮选凝聚法处理污水的实验探究 3 工农业生产方面的实验探究 常考题型 简答题 样题1 污水处理电浮选凝聚法是工业上采用的一种处理污水的方法 实验过程中 污水的ph始终保持在5 0到6 0之间 如图是电解污水实验装置示意图 接通直流电源一段时间后 在a电极附近有深色物质产生 在b电极附近有气泡产生 气泡可将污水中的悬浮物带到水面形成浮渣层 积累到一定厚度时刮去 或撇掉 浮渣层 即起到了浮选净化作用 试根据以上实验现象以