广东省惠东县高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 第三节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件.ppt

电解池金属的电化学腐蚀与防护 地球与地图 栏目索引 真题重组集训 考点一电解原理 知识梳理 1 电解 使电流通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在阴 阳两极引起氧化还原反应的过程 2 电解池 电解槽 电解池是把电能转化为化学能的装置 3 电解池的组成和工作原理 电解cucl2溶液 4 电子和离子移动方向 1 电子 从电源负极流向电解池的阴极 从电解池的阳极流向电源的正极 2 离子 阳离子移向电解池的阴极 阴离子移向电解池的阳极 5 阴 阳两极放电顺序 1 阴极 ag fe3 cu2 h 酸 fe2 zn2 h 水 al3 mg2 na ca2 k 2 阳极 活泼电极 s2 i br cl oh 含氧酸根离子 问题与探究 分析电解下列物质的过程 并总结电解规律 用惰性电极电解 水 水 水 酸 盐 水和盐 水和盐 增大 减小 加水 增大 增大 加水 加水 不变 增大 增大 增大 通hcl 减小 增大 加cucl2 增大 通hcl 减小 加cuo或cuco3 1 上表中要使电解后的cuso4溶液复原 加入cu oh 2固体可以吗 2 在框图推断中若出现 a h2ob c d 的模式 则a一般可能为什么物质 若通电一段时间 cuso4未电解完 即cu2 未全部放电 使溶液复原应加入cuo 而加入cu oh 2会使溶液的浓度降低 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 此时浓度偏高 cuso4 nacl kcl 或agno3 要视其他条件而定 题组训练 题组一考查电解原理 1 用惰性电极电解下列物质的稀溶液 经过一段时间后 溶液的ph减小的是 a na2so4b naohc nacld agno3 解析 根据电解规律 电解na2so4和naoh的稀溶液实质是电解水 na2so4溶液ph不变 naoh溶液ph变大 电解nacl溶液生成naoh ph变大 电解agno3溶液生成hno3 ph变小 d a 3 1 用惰性电极电解agno3溶液 阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 2 用惰性电极电解mgcl2溶液阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 3 用铁作电极电解nacl溶液阳极反应式 阴极反应式 总化学方程式 4 用铜作电极电解盐酸溶液阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 题型二电极反应式 电解方程式的书写 4oh 4e o2 2h2o 4ag 4e 4ag 2h 2e h2 2cl 2e cl2 2h 2e h2 fe 2e fe2 2h 2e h2 cu 2e cu2 解析 第一阶段阳极 2cl 2e cl2 阴极 cu2 2e cu第二阶段阴极 2cu2 4e 2cu阳极 4oh 4e o2 2h2o第三阶段阴极 4h 4e 2h2 阳极 4oh 4e o2 2h2o将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式 4 cui是一种不溶于水的白色固体 可以由反应 2cu2 4i 2cui i2得到 现以石墨为阴极 以cu为阳极电解ki溶液 通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液 1 阳极区的现象 2 阳极电极反应式 5 某溶液中含有等物质的量浓度的cu no3 2和nacl 以惰性电极对该溶液进行电解 分阶段写出电解反应的化学方程式 铜电极逐渐溶解 有白色沉淀产生 溶液变为蓝色 2cu 4i 4e 2cui i2 考点二电解原理的应用 知识梳理 2 电镀与电解精炼铜 1 1 电解氯化钠溶液时 如何用简便的方法检验产物 2 氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开 原因是什么 2 电解精炼铜时 阳极泥是怎样形成的 3 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 2 粗铜中往往含有锌 铁 镍 银 金等多种金属杂质 当含杂质的铜在阳极不断溶解时 金属活动性位于铜之前的金属杂质 如zn fe ni等也会同时失去电子 但是它们的阳离子比铜离子难以还原 所以它们并不能在阴极析出 而只能以离子的形式留在电解液里 金属活动性位于铜之后的银 金等杂质 因为失去电子的能力比铜弱 难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解 所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后 它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部 形成阳极泥 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可以用酚酞试剂检验 防止h2和cl2混合爆炸 防止cl2与溶液中的naoh反应 1 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 d 2 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 c 3 甲图为一种新型污水处理装置 该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能 乙图是一种家用环保型消毒液发生器 用惰性电极电解饱和食盐水 下列说法中不正确的是 a 装置乙的a极要与装置甲的x极连接b 装置乙中b极的电极反应式为2cl 2e cl2 c 若有机废水中主要含有葡萄糖 则装置甲中m极发生的电极反应为c6h12o6 6h2o 24e 6co2 24h d n电极发生还原反应 当n电极消耗5 6l 标况下 气体时 则有2na个h 通过离子交换膜 因图甲中传递的是质子 葡萄糖在m极放电 故电极反应式为c6h12o6 6h2o 24e 6co2 24h c正确 d 氧气在n电极得到电子 电极反应式为o2 4h 4e 2h2o 故消耗5 6l氧气时 转移1mol电子 即有na个h 通过离子交换膜 d错误 解析 由图甲分析得出m 或x 为负极 n 或y 为正极 由图乙分析得出a为阴极 b为阳极 乙的a极要与甲的x极相连接 a项正确 乙的b极为阳极 氯离子放电 b项正确 4 工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质 可用离子交换膜法电解提纯 电解槽内装有阳离子交换膜 只允许阳离子通过 其工作原理如下图所示 1 该电解槽的阳极反应式是 2 通电开始后 阴极附近溶液ph会增大 请简述原因 3 除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口 填写 a 或 b 导出 4oh 4e 2h2o o2 h 放电 促进水的电离 oh 浓度增大 b 5 对金属制品进行抗腐蚀处理 可延长其使用寿命 1 以下为铝材表面处理的一种方法 碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜 碱洗时常有气泡冒出 原因是 用离子方程式表示 为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收 最好向槽液中加入下列试剂中的 a nh3b co2c naohd hno3 以铝材为阳极 在h2so4溶液中电解 铝材表面形成氧化膜 阳极电极反应式为 取少量废电解液 加入nahco3溶液后产生气泡和白色沉淀 产生沉淀的原因是 2 镀铜可防止铁制品腐蚀 电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 解析 1 冒气泡的原因是al与naoh溶液反应 离子方程式为2al 2oh 2h2o 2alo2 3h2 使alo2 生成沉淀 最好是通入co2 若加hno3 过量时沉淀容易溶解 2al 2oh 2h2o 2alo2 3h2 b 解析 1 阳极是al发生氧化反应 要生成氧化膜 还必须有h2o参加 故电极反应式为2al 3h2o 6e al2o3 6h 加入nahco3溶液后产生气泡和白色沉淀 是由于hco消耗h 使溶液ph不断升高 2al 3h2o 6e al2o3 6h hco3 消耗h c h 减小 c oh 增大 使al oh 3沉淀析出 阳极cu可以发生氧化反应生成cu2 考点三金属的腐蚀与防护 知识梳理 1 化学腐蚀与电化学腐蚀 2 电化学腐蚀的分类 钢铁腐蚀 1 判断正误 正确的打 错误的打 1 所有金属纯度越大 越不易被腐蚀 2 纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样 3 干燥环境下金属不被腐蚀 4 al fe cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 5 钢铁发生电化学腐蚀时 负极铁失去电子生成fe3 6 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 7 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 2 探究钢铁生锈 fe2o3 xh2o 的主要过程 3 探究影响金属腐蚀的因素 1 下面各容器中盛有海水 铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是 a b c d a 题组训练 题组一考查金属腐蚀快慢比较 2 相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是 解析 a d均由fe cu构成原电池加速铁的腐蚀 在b中 食盐水提供电解质溶液环境 炒锅和铁铲都是铁合金 符合原电池形成的条件 铁是活泼金属作负极 碳作正极 易被腐蚀 c中铜镀层把铁完全覆盖 构不成原电池而不被腐蚀 c 解析 生铁片中的碳是原电池的正极 a错 雨水酸性较强 开始时铁片发生化学腐蚀和析氢腐蚀 产生氢气 导管内液面下降 一段时间后铁片发生吸氧腐蚀 吸收氧气 导管内液面回升 b错 墨水回升时 铁片发生吸氧腐蚀 碳极为正极 电极反应为o2 2h2o 4e 4oh c对 铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀 具支试管内溶液ph均增大 d错 c 4 按如图所示装置 进行铁钉被腐蚀的实验 一周后观察 设水不蒸发 1 若试管中液面上升 发生的是 腐蚀 正极反应式为 负极反应式为 要顺利完成此实验 所用的电解质溶液可以是 2 若试管中液面下降 发生的是 腐蚀 正极反应式为 负极反应式为 要顺利完成此实验 所用的电解质溶液可以是 稀硫酸 或其他合理答案 吸氧 2h2o o2 4e 4oh 2fe 4e 2fe2 析氢 2h 2e h2 fe 2e fe2 5 下列装置中 杯中均盛有海水 能使铁受到保护不被腐蚀的是 6 利用如图装置 可以模拟铁的电化学防护 若x为碳棒 为减缓铁的腐蚀 开关k应置于 处 若x为锌 开关k置于m处 该电化学防护法称为 解析 a d项中fe为电解池的阳极 加快fe的腐蚀 b项中fe为电解池的阴极被保护 c项中fe为原电池的负极 易被腐蚀 b 解析 铁被保护 可以作原电池的正极 或者电解池的阴极 若x为碳棒 开关k置于n处 fe作阴极受到保护 若x为锌 开关k置于m处 铁作正极 锌作负极 称为牺牲阳极的阴极保护法 n 牺牲阳极的阴极保护法 解题技能原电池 电解池组合装置及相关计算 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 则其他装置为电解池 如图 a为原电池 b为电解池 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与一个碳棒做电极 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 原电池中的电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自发反应 如图 b为原电池 a为电解池 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 2 组合装置中的计算 1 计算依据 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 2 电解计算的常用方法 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 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料 两电极上分别通入ch4和o2 电解质为koh溶液 某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源 进行饱和氯化钠溶液电解实验 如图所示 1 甲烷燃料电池正极 负极的电极反应分别为 2 闭合k开关后 a b电极上均有气体产生 其中b电极上得到的是 电解氯化钠溶液的总反应方程式为 解析 1 总反应式为ch4 2o2 2oh co32 3h2o 正极反应式为2o2 4h2o 8e 8oh 则负极反应式由总反应式减正极反应式得到 2o2 4h2o 8e 8oh ch4 10oh 8e co32 7h2o 解析 2 由图可看出一二两池为串联的电源 其中甲烷是还原剂 所在电极为负极 因而与之相连的b电极为阴极 产生的气体为氢气 h2 3 若每个电池甲烷通入量为1l 标准状况 且反应完全 则理论上通过电解池的电量为 法拉第常数f 9 65 104c mol 1 列式计算 最多能产生的氯气体积为 l 标准状况 解析 1mol甲烷氧化失去电子8mol 电量为8 96500c 因题中虽有两个燃料电池 但电子的传递只能用一个池的甲烷量计算 1l为1 22 4mol 可求电量 甲烷失电子是cl 失电子数的8倍 则得到氢气为4l ch4 8cl 4cl2 4 8 9 65 104c mol 1 3 45 104c 答案 3 45 104c 1 某同学按下图所示的装置进行实验 a b为两种常见金属 它们的硫酸盐可溶于水 当k闭合时 so42 从右向左通过交换膜移向a极 下列分析正确的是 a 溶液中c a2 减小b b极的电极反应 b 2e b2 c y电极上有h2产生 发生还原反应d 反应初期 x电极周围出现白色胶状沉淀 解析 根据so42 从右向左通过交换膜移向a极 则a极为负极 故a极的电极反应为a 2e a2 溶液中c a2 增大 a错误 b极为正极 发生还原反应 b错误 解析 y极为阳极 为cl 放电 发生氧化反应 2cl 2e cl2 有cl2产生 c错误 右边u形管中最初为电解alcl3溶液 x电极为h 放电 c h 减小 c oh 增大 且al3 移向x极 因此会产生al oh 3白色胶状沉淀 d正确 d 2 500mlkno3和cu no3 2的混合溶液中c no 0 6mol l 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2 24l气体 标准状况下 假定电解后溶液体积仍为500ml 下列说法正确的是 a 原混合溶液中c k 为0 2mol l 1b 上述电解过程中共转移0 2mol电子c 电解得到的cu的物质的量为0 05mold 电解后溶液中c h 为0 2mol l 1 解析 石墨作电极电解kno3和cu no3 2的混合溶液 阳极反应式 4oh 4e 2h2o o2 阴极先后发生两个反应 cu2 2e cu 2h 2e h2 从收集到o2为2 24l这个事实推知上述电解过程中共转移0 4mol电子 而在生成2 24lh2的过程中转移0 2mol电子 所以cu2 共得到0 4mol 0 2mol 0 2mol电子 电解前cu2 的物质的量和电解得到的cu的物质的量都为0 1mol 电解前后分别有以下守恒关系 c k 2c cu2 c no3 c k c h c no3 不难算出 电解前c k 0 2mol l 电解后c h 0 4mol l a 题组一电解原理及其应用 1 2014 广东理综 11 某同学组装了如图所示的电化学装置 电极 为al 其他均为cu 则 解析 分析图可知 左侧两个烧杯的装置形成原电池 且 为负极 为正极 而最右边的装置为电解池 因此 该装置中电子流向 电极 a 电极 则电流方向 电极 a 电极 a正确 电极 发生氧化反应 b错误 电极 的电极反应为cu2 2e cu 有铜析出 c错误 电极 为电解池的阳极 其电极反应为cu 2e cu2 d错误 a 电流方向 电极 a 电极 b 电极 发生还原反应c 电极 逐渐溶解d 电极 的电极反应 cu2 2e cu a 2 2014 福建理综 11 某原电池装置如下图所示 电池总反应为2ag cl2 2agcl 下列说法正确的是 解析 原电池的正极反应为cl2 2e 2cl a项错误 放电时 白色沉淀agcl在左侧电极处产生 b项错误 用nacl溶液代替盐酸后 电极反应不发生改变 c项错误 当电路中转移0 01mole 时 原电池左侧发生的反应为 ag e cl agcl 减少了0 01mol的cl 根据电荷守恒原理 左侧溶液中的h 通过阳离子交换膜向右侧转移0 01mol 故d项正确 a 正极反应为agcl e ag cl b 放电时 交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成c 若用nacl溶液代替盐酸 则电池总反应随之改变d 当电路中转移0 01mole 时 交换膜左侧溶液中约减少0 02mol离子 d 解析 锂离子电池放电时为原电池 li 向正极移动 a错误 锂硫电池充电时为电解池 锂电极发生还原反应生成li b正确 电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少 两种电池材料不同 其比能量不同 c错误 由图可知 锂离子电池的电极材料为c和licoo2 应为该电池放电完全所得产物 而锂硫电池的电极材料为li和s 应为充电完全所得产物 故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的过程 d错误 b 4 2013 北京理综 9 用石墨电极电解cucl2溶液 如图所示 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 解析 通过图中离子的运动状态可判断连接a的为阴极 连接b的为阳极 故a端为直流电源的负极 b端为直流电源的正极 a项正确 cucl2在水溶液中就能发生电离 而不是通电的结果 b项错误 阳极发生氧化反应 即2cl 2e cl2 c项错误 阴极发生还原反应 析出cu 阳极发生氧化反应 在阳极附近可观察到黄绿色气体 d项错误 a 5 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 3 早期采用 三室电渗析法 制备h3po2 将 四室电渗析法 中阳极室的稀硫酸用h3po2稀溶液代替 并撤去阳极室与产品室之间的阳膜 从而合并了阳极室与产品室 其缺点是产品中混有 杂质 该杂质产生的原因是 1 写出阳极的电极反应式 2 分析产品室可得到h3po2的原因 2h2o 4e o2 4h 阳极室的h 穿过阳膜扩散至产品室 原料室的h2po2 穿过阴膜扩散至产品室 二者反应生成h3po2 po43 h2po2 或h3po2被氧化 6 2014 重庆理综 11 4 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 1 导线中电子移动方向为 用a d表示 2 生成目标产物的电极反应式为 3 该储氢装置的电流效率 生成目标产物消耗的电子数 转移的电子总数 100 计算结果保留小数点后1位 解析 由图可知 苯转化为环己烷的过程是加氢过程 发生还原反应 故为阴极反应 a为电源的负极 b为电源的正极 1 电子从负极流向阴极 即a d 2 该装置的目标是从苯到环己烷实现储氢 电极反应式为c6h6 6h 6e c6h12 a d c6h6 6h 6e c6h12 3 该储氢装置的电流效率 生成目标产物消耗的电子数 转移的电子总数 100 计算结果保留小数点后1位 解析 阳极反应式为2h2o 4e o2 4h 生成2 8mol氧气 失去11 2mol电子 电解过程中通过阴 阳极的电子数目相等 即阴极得到电子也为11 2mol 阴极除生成环己烷外 还生成h2 2h 2e h2 由题意可知 2n h2 6n c6h12 11 2mol 10mol n h2 10 10mol 24 n c6h12 64 3 解得n h2 2mol n c6h12 1 2mol 故生成1 2molc6h12时转移电子1 2mol 6 7 2mol 电流效率为 100 64 3 7 1 2013 山东理综 28 3 4 如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式为 为处理银器表面的黑斑 ag2s 将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触 ag2s转化为ag 食盐水的作用是 2 2013 重庆理综 11 2 化学在环境保护中起着十分重要的作用 催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染 电化学降解no的原理如图所示 电源正极为 填 a 或 b 阴极反应式为 若电解过程中转移了2mol电子 则膜两侧电解液的质量变化差 m左 m右 为 g 解析 1 电解精炼银时 粗银连接在电源正极上 作阳极 电极本身放电溶解 精银连接到电源负极上 作阴极 由图可知 b极为电解池阴极 发生反应为ag e ag 若该电极产生红棕色气体即no2 则应发生如下电极反应 no3 2h e no2 h2o 将银器浸于铝质容器的食盐水中并相互接触 则构成原电池 al作负极 银器作正极 ag2s得电子还原为单质银 食盐水主要是起到电解质溶液导电的作用 a no3 2h e no2 h2o 作电解质溶液 或导电 解析 2 图中no在ag pt电极附近转化成