高考化学第一轮复习 8.3 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件 新人教版.ppt

必考部分 第八单元 化学反应与能量 第3节电解池金属的电化学腐蚀与防护 1 了解电解池的工作原理 能写出电极反应式和电池反应方程式 2 了解电镀池与精炼池的原理 能分析常见的电镀池和精炼池 3 能够进行有关电解产物的判断和计算 4 认识金属腐蚀的危害 理解金属发生电化学腐蚀的原因 能选用恰当的措施防止铁 铝等金属腐蚀 本节重点考查 电解池的工作原理 如阴 阳极的判断 电极反应式 电解反应方程式的书写及溶液ph变化等 电解规律及应用 金属的腐蚀与防护 尤其是吸氧腐蚀 2015年高考将电解原电池融合在一起考查的可能性较大 一 电解原理1 电解 1 定义使 通过电解质溶液 或熔融的电解质 而在 引起 反应的过程 2 特点 电解过程是非自发的 电解质导电一定发生 变化 2 电解池 1 概念把 转化为 的装置 2 形成条件 与 相连的两个电极 电解质溶液 或 电解质 形成 3 工作原理 以电解cucl2溶液为例 如图所示 电极反应式阴极 发生 反应 阳极 发生 反应 电子流向 电源的负极 离子得电子 离子或 失电子 电源的正极 3 电解原理的应用 1 氯碱工业电极反应式阴极 阳极 总反应式 2 电镀 概念应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 形成条件a 待镀金属作 极 b 镀层金属作 极 c 含有 离子的溶液作电镀液 d 外加直流电源 特点电镀前后电镀液浓度不变 3 铜的电解精炼 阳极材料 含杂质fe zn ni的粗铜 阴极材料 电解质溶液 4 电冶金 金属冶炼的实质金属冶炼的实质是使矿石中的 得到电子 从它们的化合物中 出来 实例电解熔融氯化钠冶炼金属钠 阴极反应 阳极反应 二 金属的腐蚀及其防护1 金属腐蚀的本质金属原子在反应中 电子被 2 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀金属跟接触到的 或 等直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀 2 电化学腐蚀 的金属跟 接触 因发生 反应而引起的腐蚀 电化学腐蚀包括 和 两类 3 电化学腐蚀的分类 钢铁腐蚀 4 金属防护 1 改变金属内部组织结构 如制成 等 2 金属表面加保护层 如在金属表面喷油漆 涂油脂 电镀或表面钝化等方法 3 电化学保护 牺牲阳极的阴极保护法 原理被保护的金属上连接一种更 的金属 被保护的金属作原电池的 极 外加电流的阴极保护法 原理被保护的金属与电源的 极相连 作电解池的 极 答案 1 1 失去氧化m ne mn 2 1 干燥气体非电解质液体 2 不纯电解质溶液原电池析氢腐蚀吸氧腐蚀3 酸性2h 2e h2 2h2o o2 4e 4oh 2fe o2 2h2o 2fe oh 24 1 合金不锈钢 3 原电池活泼正电解负阴 1 下图是电解饱和nacl溶液的实验装置 其中c d为石墨电极 则下列有关判断中正确的是 a a为正极 b为负极b c为阴极 d为阳极 c 电解过程中 d电极质量增加d 电解过程中 氯离子浓度不变解析 从电流方向可以判断电源中a为正极 b为负极 因此电解池中c为阳极 d为阴极 电解过程中 阴极上h 放电 电极质量不变 阳极上cl 放电 氯离子浓度减小 答案 a 2 下列叙述中不正确的是 a 电解池的阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应b 原电池跟电解池连接后 电子从原电池负极流向电解池阳极c 电镀时 电镀池里的阳极材料发生氧化反应d 电解饱和食盐水时 阴极得到氢氧化钠溶液和氢气解析 原电池与电解池相连时 原电池的正极与电解池的阳极相连 负极与电解池的阴极相连 因此电子从原电池的负极流向电解池的阴极 b错 答案 b 3 下列图示中关于铜电极的连接错误的是 答案 c 4 下图图 是原电池 图 是电解池 图 中zn板为 极 电子由电源 极到zn电极 在zn电极与溶液中的 结合生成 发生 反应 溶液中的cu2 h 向 板移动 so42 oh 向 电极移动 在c电极 电子生成 发生 反应 答案 阴负cu2 cu还原zncoh 失o2氧化 5 下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是 a 钢管与电源正极连接 钢管可被保护b 铁遇冷浓硝酸表面钝化 可保护内部不被腐蚀c 钢管与铜管露天堆放在一起时 钢管不易被腐蚀d 钢铁发生析氢腐蚀时 负极反应是fe 3e fe3 解析 钢管与电源正极相连 则钢管作阳极 发生氧化反应而被腐蚀 a项错误 铁遇冷浓硝酸表面钝化 在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀 b项正确 钢管与铜管露天堆放在一起 形成原电池时钢管作负极 发生氧化反应而被腐蚀 c项错误 钢铁发生析氢腐蚀时 负极反应为 fe 2e fe2 d项错误 答案 b 电解原理的考查一 电解池的电极及电极产物的判断1 电解池电极的判断 2 电解时电极产物的判断 1 阳极产物的判断首先看电极 如果是活性电极 金属活动性顺序表ag以前 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如是惰性电极 pt au 石墨 则要看溶液中离子的失电子能力 此时根据阴离子放电顺序加以判断 阴离子放电顺序s2 i br cl oh 含氧酸根 f 2 阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断 阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反 其中ag fe3 cu2 h fe2 zn2 al3 mg2 na 1 阳极放电顺序一定要先看电极 2 阴极发生得电子的还原反应 与电极材料无关 是溶液中的阳离子得电子 其顺序基本上与金属活动性顺序一致 即越活泼的金属 其阳离子越不易得电子 若溶液中h 浓度比较小时 则h 放电顺序处于zn2 和al3 之间 二 用惰性电极电解电解质溶液的规律 例1 2013 浙江 11 电解装置如图所示 电解槽内装有ki及淀粉溶液 中间用阴离子交换膜隔开 在一定的电压下通电 发现左侧溶液变蓝色 一段时间后 蓝色逐渐变浅 已知 3i2 6oh io3 5i 3h2o下列说法不正确的是 a 右侧发生的电极反应式 2h2o 2e h2 2oh b 电解结束时 右侧溶液中含有io3 d 如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜 电解槽内发生的总化学反应不变 根据题目描述的现象确定左侧电极上i 放电生成i2 从而确定电解池两极 解析 本题考查电解基本原理 包括电极反应式的书写 电解总反应的判断等 根据题干信息可知 图中左侧为阳极 右侧为阴极 a项 图中右侧为阴极 发生还原反应 有h2生成 电极反应为2h2o 2e h2 2oh 正确 b项 电解过程中阳极生成的i2会被溶液中的oh 消耗而生成io3 该阴离子可通过阴离子交换膜而进入右侧溶液 正确 c项 电解最终生成物为h2和 kio3 正确 d项 若用阳离子交换膜 则右侧生成的oh 就不能进入左侧溶液中 也就阻止了i2与oh 的反应 所以总反应不同 错误 答案 d 分析电解原理时应注意以下几个问题 1 首先要判定是否为电解池 若有外接电源 则为电解池 2 电解池的阳极反应首先要考虑阳极材料 若为惰性电极 溶液中的阴离子被氧化 若为金属活泼电极 则被氧化的是电极本身 阴极是溶液中的阳离子放电 不必考虑电极材料 3 若溶液中的阴阳离子有多种 一定要根据离子放电顺序判定哪种离子先放电 如果给出离子的物质的量限制数据 还要依据电子守恒判断电极反应的始终 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 由电解总反应可知 cu参加了反应 所以cu作电解池的阳极 发生氧化反应 b选项错误 石墨作阴极 阴极上是溶液中的h 反应 电极反应为 2h 2e h2 a选项正确 阳极与电源的正极相连 c选项错误 阳极反应为2cu 2oh 2e cu2o h2o 当有0 1mol电子转移时 有0 05molcu2o生成 d选项错误 答案 a 电解的有关计算电化学计算包括两极产物的定量计算 溶液ph计算 相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算 电量与产物量的互算等 不论哪类计算 均可概括为下列三种方法 1 根据电子守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电量等类型的计算 其依据是电路上转移的电子数目相等 2 根据总反应式计算 凡是总反应式中反映出的物质的量的关系都可以列比例式计算 3 根据关系式计算 由得失电子守恒关系建立各量间的关系 例2 2013 全国大纲 9 电解法处理酸性含铬废水 主要含有cr2o72 时 以铁板作阴 阳极 处理过程中存在反应cr2o72 6fe2 14h 2cr3 6fe3 7h2o 最后cr3 以cr oh 3形式除去 下列说法不正确的是 a 阳极反应为fe 2e fe2 b 电解过程中溶液ph不会变化c 过程中有fe oh 3沉淀生成d 电路中每转移12mol电子 最多有1molcr2o72 被还原 铁作阳极 电解过程中提供还原剂fe2 阴极h 放电 提供沉淀剂oh 解析 本题考查了电解原理的应用以及有关简单计算 电解时用铁做阳极失去电子生成具有还原性的fe2 fe2 将废水中的cr2o72 还原为cr3 同时本身被氧化为fe3 cr3 与fe3 都转化为沉淀 a项正确 电解过程中消耗h 溶液的ph发生变化 b项错误 电解过程中h2o电离出的h 得电子 c oh 增大 cr3 与fe3 都与oh 结合转化为沉淀 c项正确 根据电极反应式 fe 2e fe2 可知每转移12mole 生成6molfe2 6molfe2 可还原1molcr2o72 d项正确 答案 b 涉及电化学的计算题 可依据电子得失守恒原理 通过 转换电子数相等 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 在水中加入等物质的量的ag pb2 na so42 no3 cl 该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中 通电片刻后氧化产物与还原产物质量比为 a 35 5 108b 16 207c 8 1d 108 35 5答案 c 金属的腐蚀与防护1 金属腐蚀的比较 2 金属腐蚀的快慢规律 1 不同类型的腐蚀规律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 2 电化学腐蚀规律 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 活动性不同的两金属 活泼性差别越大 活泼金属腐蚀越快 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 对于不同氧化剂来说 氧化性越强 金属腐蚀越快 例3 2013 北京 7 下列金属防腐的措施中 使用外加电流的阴极保护法的是 a 水中的钢闸门连接电源的负极b 金属护栏表面涂漆c 汽车底盘喷涂高分子膜d 地下钢管连接镁块 金属防腐措施的原理是什么 解析 本题考查电化学原理在生活 生产中的应用 外加电流的阴极保护法是利用的电解池原理 a项正确 金属护拦表面涂漆是隔绝空气的保护法 b项错误 汽车底盘喷涂高分子膜也是隔绝空气的保护法 c项错误 地下钢管连接镁是牺牲阳极的阴极保护法 d项错误 答案 a 金属腐蚀快慢的判断方法 1 根据构成原电池的材料判断 两极材料的活泼性相差越大 氧化还原反应的速率越快 金属被腐蚀的速率就越快 2 根据金属所接触的电解质强弱判断 活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀 在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀 3 一般说来金属的腐蚀快慢顺序为 电解池的阳极 原电池的负极 化学腐蚀 原电池的正极 电解池的阴极 钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀 发生的原电池反应为2fe 2h2o o2 2fe oh 2 以下说法正确的是 a 负极发生的反应为fe 2e fe2 b 正极发生的反应为2h2o o2 2e 4oh c 原电池是将电能转变为化学能的装置d 钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀 解析 由给出的原电池反应可知 此腐蚀为吸氧腐蚀 负极反应为fe 2e fe2 正极发生的反应为2h2o o2 4e 4oh 故a正确 b错 原电池是将化学能转化为电能的装置 c错 由于吸氧腐蚀与氧气 水有关 所以钢柱在空气与水交界处比水下部分更容易腐蚀 故d错 答案 a 串联电路中各类电化学装置的工作原理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 电极反应方程式的书写 实验现象的描述 溶液离子的移动 ph的变化及电解质溶液的恢复 运用电子守恒处理相关数据等 注重考查学生对知识的迁移能力 灵活应用能力 运用化学用语的能力 规律方法解答该类试题时电池种类的判断是关键 整个电路中各个电池工作时电子守恒 是数据处理的法宝 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 如下图 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电极一个碳棒做电极 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 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 电极反应方程式的书写 实验现象的描述 溶液离子的移动 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 3 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 1 串联电路中各支路电流相等 2 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 如图所示 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 生成znso4 溶液ph变大 乙池中是电解cucl2 由