高考化学总复习（JS版）《6.3 电能转化为化学能　金属的腐蚀及防护》课件.ppt

一 电解原理1 电解 使电流通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在引起的过程 2 电解池 也叫电解槽 把转变为的装置 两极上 氧化还原 电能 化学能 3 电解池的组成和工作原理 电解cucl2溶液 思考 电解进行时 溶液中的离子浓度一定会减小吗 提示 不一定 有些离子浓度会减小 如用惰性电极电解盐酸时 h 与cl 均发生电极反应而消耗掉 使hcl变稀 而有的浓度会增大 如电解na2so4 hno3等实际上就是电解水 故离子浓度增大 二 电解原理的应用1 电解饱和食盐水 1 电极反应 阳极 2cl 2e cl2 阴极 2h 2e h2 2 总反应方程式 3 应用 氯碱工业制cl2 h2和naoh 2 电镀铜或电解精炼铜 1 两极材料 待镀金属或纯铜做 镀层金属或粗铜做 2 电极反应 阳极 cu 2e cu2 阴极 cu2 2e cu 阴极 阳极 3 电解冶炼钠 电解熔融nacl 1 电极反应 阳极 2cl 2e cl2 阴极 2na 2e 2na 2 总反应方程式 3 应用 冶炼k na mg al等活泼金属 三 金属的电化学腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生反应而引起损耗的现象称为金属腐蚀 1 化学腐蚀金属跟接触到的干燥气体如 o2 cl2 so2等 或非电解质液体 如石油 等直接发生而引起的腐蚀 2 电化学腐蚀 1 概念 不纯的金属跟电解质溶液接触时 会发生反应 比较活泼的金属失去电子而被氧化 氧化还原 化学反应 原电池 2 分类以铁的腐蚀为例 注意 把纯铁丝放入稀h2so4中发生的不是析氢腐蚀而是化学腐蚀 四 金属的电化学防护1 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如等 让被保护的金属作原电池的 2 外加电源的阴极保护法 电解池原理用被保护的钢铁设备作 惰性电极作 外接直流电源 3 其他方法改变金属内部结构 如 加涂防护层如 等方法 锌块 正极 阴极 阳极 不锈钢 喷油漆 涂油脂 电镀 1 取一张用饱和nacl溶液浸湿的ph试纸 两根铅笔芯作电极 接通直流电源 一段时间后 发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆 内圆为白色 外圈呈浅红色 则下列说法错误的是 a b电极是阴极b a电极与电源的正极相连接c 电解过程中 水是氧化剂d b电极附近溶液的ph变小答案 d 2 2011年南通一模 利用如图所示装置 当x y选用不同材料时 可将电解原理广泛应用于工业生产 下列说法中正确的是 a 氯碱工业中 x y均为石墨 y附近能得到氢氧化钠b 铜的精炼中 x是纯铜 y是粗铜 z是cuso4c 电镀工业中 x是待镀金属 y是镀层金属d 外加电流的阴极保护法中 y是待保护金属答案 ad 3 采用惰性电极从no3 so42 h cu2 ba2 ag cl 等离子中 选出适当的离子组成电解质 对其溶液进行电解 1 两极分别放出h2和o2时 电解质的化学式可能是 2 若阴极析出金属 阳极放出o2时 电解质的化学式可能是 3 两极分别放出气体 且体积比为1 1时 电解质的化学式可能是 答案 1 hno3 h2so4 ba no3 2 2 cu no3 2 cuso4 agno3 3 hcl bacl2 4 钢铁很容易生锈而被腐蚀 每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一 1 钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀 该腐蚀过程中的电极反应式为 2 为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率 可以采用图甲所示的方案 其中焊接在铁闸门上的固体材料r可以采用 填序号 a 铜b 钠c 锌d 石墨 3 图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率 其中铁闸门应该连接在直流电源的 极 答案 1 负极 2fe 4e 2fe2 正极 o2 2h2o 4e 4oh 2 c 3 负 要点1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 阴离子放电顺序 s2 i br cl oh 含氧酸根 阴极 溶液中的阳离子得电子 生成相应的单质或低价化合物 阳离子放电顺序 ag fe3 cu2 h fe2 zn2 al3 mg2 na ca2 k 2 电极反应式的书写 1 首先判断阴 阳极 分析电极材料 判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电 阳极为金属活性电极时 电极材料放电 2 再分析溶液中的离子种类 根据离子放电顺序 分析电极反应 并判断电极产物 写出电极反应式 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反应 3 电解化学方程式的书写 1 必须在等号上标明通电或电解 2 只是电解质被电解 电解化学方程式中只写电解质及电解产物 如电解cucl2溶液 cucl2cu cl2 3 只有水被电解 只写水及电解产物即可 如 电解稀硫酸 电解naoh溶液 电解na2so4溶液时 化学方程式可以写为 2h2o2h2 o2 4 电解质 水同时被电解 则都要写进方程式 如电解饱和食盐水 2nacl 2h2oh2 cl2 2naoh 名师解惑 当电解过程中电解的是水和电解质时 电极反应式中出现的是h 或oh 放电 但在书写总反应式时要将反应物中的h 或oh 均换成水 在生成物中出现的是碱或酸 同时使阴极 阳极反应式得失电子数目相同 将两个电极反应式相加 即得到总反应的化学方程式 例1 2009年安徽高考 cu2o是一种半导体材料 基于绿色化学理念设计的制取cu2o的电解池示意图如图 电解总反应为 2cu h2ocu2o h2 下列说法正确的是 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 思路点拨 根据总的电解反应方程式分析 cu发生氧化反应 作阳极 h 发生还原反应 在阴极发生 解析 由反应得在通电时cu失电子 发生氧化反应 在阳极放电 与电源的正极相连 石墨作阴极 发生还原反应 2h 2e h2 根据反应方程式2cu cu2o 2e 120 05mol0 1mol故b c d错误 答案 a 迁移应用 即时迁移小试牛刀 1 2011年金华十校模拟 用石墨作电极 电解氯化铜和氯化钠的混合溶液 在任何情况下 阴 阳两极不可能同时发生的反应是 a 阴极 2h 2e h2 阳极 4oh 4e 2h2o o2 b 阴极 2h 2e h2 阳极 2cl 2e cl2 c 阴极 cu2 2e cu阳极 4oh 4e 2h2o o2 d 阴极 cu2 2e cu阳极 2cl 2e cl2 答案 c 要点2电解类型及有关计算1 以惰性电极电解电解质溶液的类型 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几方面 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 解题方法有如下 1 根据电子守恒法计算 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 2 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式计算 3 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系 在已知量与未知量之间 建立计算所需的关系式 名师解惑 1 若阴极为h 放电 则阳极区c oh 增大 若阳极为oh 放电 则阴极区c h 增大 若阴极 阳极同时有h oh 放电 相当于电解水 电解质溶液浓度增大 2 用惰性电极电解电解质溶液时 若要使电解后的溶液恢复到原状态 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 例2 2010年全国理综 下图是一个用铂丝作电极 电解稀的mgso4溶液的装置 电解液中加有中性红指示剂 此时溶液呈红色 指示剂的ph变色范围 6 8 8 0 酸色 红色 碱色 黄色 回答下列问题 1 下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 填编号 a管溶液由红变黄 b管溶液由红变黄 a管溶液不变色 b管溶液不变色 2 写出a管中发生反应的反应式 3 写出b管中发生反应的反应式 4 检验a管中气体的方法是 5 检验b管中气体的方法是 6 电解一段时间后 切断电源 将电解液倒入烧杯内观察到的现象是 解析 本题考查电解原理和气体检验 意在考查考生化学用语书写能力和实验能力 根据图可以确定 a极为阴极 b极为阳极 a极h 放电 a极附近oh 增加 溶液碱性增强 a极附近溶液变黄色 同时mg2 与oh 结合生成mg oh 2沉淀 b极oh 放电 使得溶液中h 增加 b极附近溶液显酸性 溶液仍为红色 电解后 将电解液倒入烧杯中 a极附近生成的mg oh 2与b极附近生成的h2so4反应 生成mgso4 即沉淀溶解 溶液呈红色 根据上述分析 a中收集的是氢气 b中收集的是o2 答案 1 2 2h 2e h2 或2h2o 2e 2oh h2 mg2 2oh mg oh 2 3 4oh 4e 2h2o o2 或2h2o 4e 4h o2 4 用拇指按住管口 取出试管 靠近火焰 放开拇指 有爆鸣声 管口有蓝色火焰 5 用拇指按住管口 取出试管 放开拇指 将带有火星的木条伸入试管内会复燃 6 溶液呈红色 白色沉淀溶解 或大部分溶解 迁移应用 即时迁移小试牛刀 2 2010年镇江模拟 在如图所示的装置中 若通入直流电5min时 铜电极质量增加2 16g 试回答 1 电源电极x名称为 2 ph变化 填 增大 减小 或 不变 a b c 3 通电5min时 b中共收集224ml气体 标准状况 溶液体积为200ml 则通电前cuso4溶液的物质的量浓度为 设电解前后溶液体积无变化 4 若a中kcl溶液的体积也是200ml 电解后 溶液的ph为 设电解前后溶液体积无变化 解析 1 c装置的铜电极质量增加 说明铜极上有金属析出 即溶液中的银离子被还原生成银单质 故铜极为阴极 由此可确定x极为负极 2 a装置是电解kcl溶液 阴极析出氢气 阳极析出氯气 溶液中氢氧根离子浓度增大 b装置阴极上先析出铜 当铜离子消耗完后析出氢气 而阳极上析出氧气 溶液中氢离子浓度增大 c装置阴极析出银单质 阳极上的银失去电子变成银离子 理论上溶液的物质的量浓度不变 3 b装置两极上电子转移的数目与c装置中转移的电子数目相同 c装置中转移的电子数目为0 02mol 经判断 b装置两极上的反应为 阴极 cu2 2e cu 2h 2e h2 阳极 4oh 4e o2 2h2o根据题意可得 2n h2 2n cu 4n o2 0 02mol n h2 n o2 解得n cu 0 005mol cuso4溶液的物质的量浓度为 0 005mol 0 2l 0 025mol l 4 a装置的反应为 2kcl 2h2o2koh h2 cl2 即反应中电子转移的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等 为0 02mol c oh 0 1mol l 故ph 13 答案 1 负极 2 增大减小不变 3 0 025mol l 4 13 要点3化学腐蚀与电化学腐蚀 名师解惑 两种腐蚀往往同时发生 只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍 危害更大 例3如图所示水槽中试管内有一枚铁钉 放置数天观察 1 铁钉在逐渐生锈 则铁钉的腐蚀属于 腐蚀 2 若试管内液面上升 则原溶液呈 性 发生 腐蚀 电极反应 负极 正极 3 若试管内液面下降 则原溶液呈 性 发生 腐蚀 电极反应 负极 正极 思路点拨 1 析氢腐蚀在酸性条件下生成h2 2 吸氧腐蚀在弱酸或中性条件下消耗o2 解析 据原电池的构成条件 两种不同的材料在有电解质溶液时 若形成闭合回路 即可构成原电池 根据金属腐蚀的条件 原理及实验结果可知 试管内液面上升 说明试管内压强减小 气体被吸收所致 则铁钉发生了吸氧腐蚀 据此写出电极反应式 试管内液面下降 说明试管内气体压强变大 试管内产生了新气体所致 即铁钉发生了析氢腐蚀 据此写出电极反应 答案 1 电化学 2 弱酸性或中吸氧2fe 4e 2fe2 o2 4e 2h2o 4oh 3 较强的酸析氢fe 2e fe2 2h 2e h2 易错点1不清楚电解原理或电解过程中离子的放电顺序 导致对产物判断错误例1串联电路中的四个电解池分别装有0 05mol l下列溶液 用惰性电极电解 连接直流电源一段时间后 溶液的ph最小的是 a kno3b naclc agno3d cucl2 错因分析 如果不清楚离子的放电顺序 认为电解氯化钠溶液或氯化铜溶液会生成盐酸 会错选b或d 正确解答 电解kno3溶液实质是电解水 ph不变 电解nacl溶液 h 在阴极上得电子 阴极附近oh 浓度增大 阳极上cl 放电 阳极区域h oh 的浓度基本不变 溶液的ph变大 电解agno3溶液 在阴极ag 得到电子 阳极oh 放电 阳极区h 浓度变大 溶液ph变小 电解cucl2溶液 h 或oh 都没有参与电极反应 不考虑ph的变化问题 答案 c 易错补练1电解池装置如图所示 下列关于实验现象的描述正确的是 解析 这是一个电解装置 其中a d项中都是惰性电极 且电解液含有氯离子 所以b电极应该放出黄绿色的气体 氯气 b项中的a电极质量不变 c项中所组成的电解池相当于电镀池 其中b电极质量减少 而a电极上析出铜 a电极质量增加 答案 c 易错点2不能正确识别多装置之间的联系例2如图所示装置中 甲 乙 丙三个烧杯依次分别盛放100g5 00 的naoh溶液 足量的cuso4溶液和100g10 00 的k2so4溶液 电极均为石墨电极 1 接通电源 经过一段时间后 测得丙中k2so4的浓度为10 47 乙中c电极质量增加 据此回答问题 电源的n端为 极 电极b上发生的电极反应为 列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积 电极c的质量变化是 g 电解前后各溶液的酸 碱性大小是否发生变化 简述其原因 甲溶液 乙溶液 丙溶液 2 如果电解过程中铜全部析出 此时电解能否继续进行 为什么 错因分析 如果不清楚甲 乙 丙装置中电极串联 会错误判断电极 导致回答问题出错 正确解答 本题考查综合分析电解原理及计算能力 1 依题意 甲装置中装氢氧化钠溶液 实质相当于电解水 乙装置电解硫酸铜溶液 阴极 2cu2 4e 2cu 阳极 4oh 4e 2h2o o2 c电极质量增加 说明该电极为阴极 由d极为阳极 依次类推 e极为阴极 f极为阳极 n极为正极 m极为负极 a极为阴极 b极为阳极 甲装置中装氢氧化钠溶液 在b极oh 发生氧化反应 4oh 4e 2h2o o2 电解反应为 2h2o2h2 o2 丙装置中装k2so4溶液 电解前后溶质质量不变 实质是电解水 设电解水的 质量为x 100g 10 00 100g x 10 47 x 4 5g n h2o 0 25mol n o2 0 125mol v o2 0 125mol 22 4l mol 2 8l 电解0 25mol水转移电子的物质的量为0 5mol c极反应 cu2 2e cu 根据电子守恒知 析出金属质量为m cu 0 25mol 64g mol 16g 甲 丙装置实质是电解水 乙装置电解反应式为2cuso4 2h2o2cu 2h2so4 o2 溶液酸性增强 2 如果铜全部析出 甲装置装有氢氧化钠溶液 乙装置装有硫酸溶液 丙装置装有硫酸钾溶液 仍然能电解 三个装置都相当于电解水 答案 1 正 4oh 4e 2h2o o2 水减少的质量 100g 1 4 5g生成o2体积 22 4l mol 1 2 8l 16 碱性增大 因为电解后 水量减少 溶液中naoh浓度增大酸性增大 因为在阳极上oh 生成o2 溶液中h 浓度增加酸碱性大小没有变化 因为k2so4是强酸强碱盐 浓度增加不影响溶液的酸碱性 2 能继续进行 因为乙装置中已转变为h2so4溶液 反应也就变为水的电解反应 易错补练2用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水 含cl br na mg2 的装置如图所示 a b为石墨电极 下列说法中正确的是 a 电池工作时 正极反应式为 o2 2h2o 4e 4oh b 电解时 a电极周围首先放电的是br 而不是cl 说明当其他条件相同时前者的还原性强于后者c 电解时 电子流动路径是 负极 外电路 阴极 溶液 阳极 正极d b为负极 当电池中消耗0 02gh2时 b极周围会产生0 02gh2 解析 电池工作时 通入o2的一极为电源的正极 发生还原反应 由于该电池为酸性介质 因此正确的电极反应式为 o2 4h 4e 2h2o a错 在原电池中两极只能称正 负极 电解池中两极只能称阴 阳极 和电池负极 通入h2的一极 相连的b极作阴极 不能称作负极 因此选项d错 选项b中 a作阳极 阳极材料为惰性电极 因此溶液中还原性强的br 先放电 b正确 选项c中要注意到不论在原电池中还是在电解池中均无电子通过电解质溶液 溶液中依靠离子的定向移动构成回路 c错 答案 b 金属生锈的实验探究钢铁的腐蚀与防护和工业生产联系密切 电化学原理应用于生产是近几年高考的趋势 如2010年山东高考 本部分内容与实验 计算结合起来 综合性较强 能很好地考查学生的学科内综合能力和实验探究能力 实验探究某研究性学习小组对铁生锈进行研究 1 甲同学设计了a b c一组实验 如图 探究铁生锈的条件 经过较长时间后 甲同学观察到的现象是 a中铁钉生锈 b中铁钉不生锈 c中铁钉不生锈 通过上述实验现象分析 可得出铁生锈的外部条件是 铁钉发生电化学腐蚀的正极电极反应式为 实验b所用的水要经过 处理 植物油的作用是 实验c中碱石灰的作用是 2 乙同学为了达到同样目的 设计了实验d 如图 发现一段时间后 试管中的液面升高 其原因是 该实验 填 能 或 不能 说明水对铁钉生锈产生影响 3 丙同学为了探究铁锈 fe2o3 nh2o 的组成 将甲同学实验产生的铁锈刮下来 称取1 96g这种铁锈 按如图所示装置进行实验 充分反应后 称得b装置的质量增加0 36g c装置的质量增加1 32g 则根据实验数据 推断铁锈的化学式中n值为 4 为了保证实验安全 实验开始时应先点燃 填a或e 处的酒精灯 解析 1 对a b c三个装置比较可知铁生锈的条件为有水和空气 铁钉发生电化学腐蚀时正极反应为o2 4e 2h2o 4oh 因为植物油的作用是隔绝空气 因此所用水应加热煮沸以赶尽其中溶解的o2 碱石灰的作用应是干燥 2 根据现象知 铁发生了吸氧腐蚀 3 b装置中0 36g水即n h2o 0 02mol c装置中1 32gco2即n co2 0 03mol 可推知fe2o3中含n o 0 03mol n fe2o3 0 01mol 所以n fe2o3 n h2o 0 01 0 02 1 2 故答案可知 答案 1 有水 或电解质溶液 和氧气 或空气 o2 4e 2h2o 4oh 煮沸 或除去氧气 隔绝空气 或防止氧气与铁接触 吸收水蒸气 或干燥 保持试管内干燥环境 2 铁的腐蚀要吸收氧气 使气体体积减少不能 3 2 4 e 1 能用电解原理说明的问题是 电解是把电能转变成化学能 电解是化学能转化成电能 电解质溶液导电是化学变化 金属导电是物理变化 不能自发进行的氧化还原反应 通过电解的原理可以实现 任何溶液被电解时 必然导致氧化还原反应的发生a b c d 答案 d 2 下列有关电化学知识的描述中正确的是 a 原电池的正极和电解池的阳极均发生氧化反应b 铜的电解精炼时 粗铜板作阳极c 铜 锌和稀硫酸构成的原电池中铜为负极d 石墨作电极电解氯化镁溶液的离子方程式为 2cl 2h2o2oh h2 cl2 答案 b 2010年12月新课标教学质量抽样 下面两套实验装置 都涉及到金属的腐蚀反应 假设其中的金属块和金属丝都是足量的 请同学们仔细观察 完成3 4题 3 下列叙述正确的是 a 装置 在反应过程中自始至终只生成红棕色气体b 装置 开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀c 装置 在反应过程中能产生氢气d 装置 在反应结束时溶液中的金属阳离子只有cu2 答案 c 4 下列与反应原理相关的叙述不正确的是 a 装置 中不可能发生如下反应 fe 2fe3 3fe2 b 装置 在反应结束时溶液中存在fe2 c 装置 的溶液若换为稀硝酸 则腐蚀过程与原装置不同d 装置 中的铁丝能发生电化学腐蚀答案 a 5 用惰性电极实施电解 下列说法正确的是 a 电解稀硫酸溶液 实质上是电解水 故溶液ph不变b 电解稀氢氧化钠溶液 要消耗oh 故溶液ph减小c 电解硫酸钠溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 2d 电解氯化铜溶液 在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1 1答案 d 6 500mlkno3和cu no3 2的混合溶液中c no3 6mol l 1 用石墨作电极电解此溶液 当通电一段时间后 两极均收集到22 4l气体 标准状况 假定电解后溶液体积仍为500ml 下列说法不正确的是 a 原混合溶液c k 为2mol l 1b 上述电解过程中共转移4mol电子c 电解得到的cu的物质的量为1mold 电解后溶液中c h 为2mol l 1 解析 该溶液用石黑作电极电解 阳极反应为 4oh 4e 2h2o o2 生成1mol氧气失去4mol电子 阴极反应先为 cu2 2e cu 后为 2h 2e h2 生成1mol氢气得2mol电子 而阴阳两极得失电子数相等 故cu2 得2mol电子生成1mol铜 原溶液中c cu2 2mol l