电解池金属的化学腐蚀与防护

第七章化学反应中的能量变化电化学,第3讲电解池金属的电化学腐蚀,高三第一轮总复习,桃源一中高三化学备课组,2010年11月,考试说明,1、了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电解总反应方程式。,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。,阳极,阴极,NaCl溶液,【知识回顾】,1、下图装置是否为原电池？,电解池,2、碳棒和铁棒分别是什么极？,3、电子的流向、电解质溶液中离子的流向如何？,Na+、H+,阴极,Cl-、OH-,阳极,阳极,阴极,NaCl溶液,【知识回顾】,阳极：2Cl-2e-=Cl2,阴极：2H+2e-=H2(或2H2O+2e-=H2+2OH-),氧化反应,还原反应,4、电极反应及电解池总反应如何？若在两极分别滴入酚酞，有何现象？,阳极,阴极,NaCl溶液,阳极：Fe-2e-=Fe2+,阴极：2H+2e-=H2(或2H2O+2e-=H2+2OH-),氧化反应,还原反应,【思考与交流】,若将铁棒及碳棒的位置交换，电极反应及电解池总反应又如何？有何现象？,一、电解原理,1、电解：,2、电解池：,2)构成条件,与直流电源相连的两个电极（活性或惰性）,电解质溶液或熔化的电解质,形成闭合回路,使电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴阳两极发生氧化还原反应的过程。,1）定义：,将电能转化为化学能的装置，它是一个非自发的氧化还原反应。,3、电极的判断与反应类型,阴极：,阳极：,与电源正极相连；电子流出,阴离子移向该极，失电子，发生氧化反应。,与电源负极相连，电子流入；,阳离子移向该极，得电子，发生还原反应。,4、电极产物的判断离子放电顺序,阴极:,阳离子放电，得电子能力强者先放电,Ag+(Fe3+)Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca+K+,阳极:,阴离子放电或活泼金属电极放电，失电子能力强者先放电,（Pt、Au除外）金属电极S2-I-Br-Cl-OH-NO3-(等含氧酸根离子）F-,即金属越不活泼的对应阳离子越容易得电子；,例1：如图为以惰性电极进行电解：,（1）写出A、B、C、D各电极上的电极方程式：,A.，B.，C.，D.。,（2）在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为。,小结：分析电解反应的一般思路：,明确溶液中存在哪些离子,由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。（弱电解质的须保持分子形式）,判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序，根据阳极氧化、阴极还原完成电极反应式。（注意得失电子守恒）,先电离,后电解,【练1】某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和MgCl2，对该溶液以惰性电极进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。,练2：如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的（）,（09年安徽理综12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取。Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O=Cu2O+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。,体验高考,1.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：,（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,则电解池中X电极上的电极反应式为，在X电极附近观察到的现象是。Y电极上的电极反应式为，检验该电极反应产物的方法是。,1.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：,（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是，电极反应式为。Y电极的材料是，电极反应式为。（说明：杂质发生的电极反应不必写出）,二、电解原理的应用：,1、电解饱和NaCl溶液,（氯碱工业）,两极材料：碳棒或其它惰性电极,NaCl=Na+Cl,阴极：,阳极：,2Cl2eCl2,2H+2eH2,2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2,总反应：,通电,阳极产物和阴极产物能接触吗？,阳极产物Cl2和阴极产物NaOH如何检验？,阳极：,使湿润的KI淀粉试纸变蓝。,阴极：,滴入酚酞，溶液。,变红,离子交换膜,1110,氯碱工业离子交换膜法制烧碱,离子交换膜的作用是什么?。,a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；b、避免Cl2和NaOH反应生成，而影响NaOH的产量。,2、铜的电解精炼,粗铜：含杂质（Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）,阳极：,Zn2e=Zn2+Fe2e=Fe2+Ni2e=Ni2+Cu2e=Cu2+,ZnFeNiCuAgAu,阴极：,阳极泥,思考：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？,粗铜,纯铜,硫酸铜溶液,阳极,阴极,Cu2+2e=Cu,基本不变，但变小。,3、电镀,定义：,利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的方法。,电镀材料的选择：,阴极镀件(待镀金属制品)阳极镀层金属电镀液含有镀层金属离子的溶液,装置：,铜,镀件,CuSO4溶液,阳极,阴极,（电镀铜）,阳极：,阴极：,Cu2e=Cu2+,Cu2+2e=Cu,电镀的特点：,电镀液的浓度基本不变。,阳极参加反应的电解，,4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）,制取金属钠,电解熔融状态的氯化钠。,通直流电后，,阳极：,2Cl-2e-=Cl2,阴极：,2Na+2e-=2Na,总反应：,2NaCl(熔融)2Na+Cl2,结论：电解法是冶炼金属的一种重要方法，是最强有力的氧化还原的手段。,阳极：6O2-12e-=3O2阴极：4Al3+12e-=4Al,冶炼铝原理:,助熔剂：冰晶石（Na3AlF6：六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充,思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?,4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）,电解池、电镀池、电解精炼池的比较,练1金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2Ni2Cu2)()A阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni22e=NiB电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2和Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,D,练2某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为31.用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段下列叙述不正确的是()A阴极自始至终只析出H2B阳极先析出Cl2，后析出O2C电解最后阶段为电解水D溶液pH不断增大，最后为7,D,试写出以石墨为电极分别电解下列溶液的电极反应式和电解总方程式：1、硫酸、2、氢氧化钠、3、硫酸钠4、硝酸银、5、硫酸铜、6、氯化铜7、盐酸8、氯化钠9、硫化钾,上述溶液电解过程中溶液的pH值将如何变化？欲使上述溶液复原，应分别向上述电解后溶液中加入或通入何物质？,（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。若为酸性pH，若碱性溶液，则溶液的pH，若为中性，则pH。(4)电解时，既不生成H2又不生成O2，即电解电解质。若为酸性pH，若碱性溶液，则溶液的pH，若为中性，则pH。,增大,减小,减小,增大,不变,小结：电解过程中溶液pH的变化规律,增大,减小,不变,练：从H+、Cu2+、Na+、SO42-、Cl-、OH-六种离子中选取一些恰当的组成电解质，按下列要求进行电解。（1）以碳棒为电极，使电解质质量减小，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是。（2）以碳棒为电极，使电解质质量不变，水质量减小，进行电解，则可采用的电解质是。（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水质量都减小，进行电解，则可采用的电解质是。,HClCuCl2,H2SO4Na2SO4NaOHNaHSO4,NaClCuSO4,【例1】（1）用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液（不考虑电解过程中溶液体积的变化），通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为mol。（2）如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为mol。（3）如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑CO2的溶解），电解过程中转移的电子为_mol。,【例2】如图为相互串联的甲乙两电解池,(1)乙池中若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后Fe极附近呈_色。(2)若甲池中阴极增重12.8g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为_，若此时乙池剩余液体为400mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为_，pH为_。,CuSO4溶液,红,4.48L,1.0mol/L,14,例3：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，式量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：金属M的相对原子质量及x、n值；电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。,Mx+xe-=M0.005mol0.01mol0.32g,所以：x=2；M=64；n=3,产生H+为0.01mol，pH=1,【例4】如图，A为直流电源，B为电解槽，c、d为石墨电极，B中存放有100mLNaCl和CuCl2的混合溶液，其中Cu2的物质的量浓度0.1mol/L，闭合S，d极收集到标准状况下气体甲448mL，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝气体体积均在标准状况下测定，假设溶液的体积变化忽略不计，不考虑电解产生的气体溶解和吸收请回答下列问题,(1)A电源的a极是_，d极发生反应的电极反应式_,(2)c极理论上收集到的气体的体积是_(标准状况下),(3)假设100mL溶液中，c(Cu2)amol/L，c(Na+)bmol/L，Cu2完全放电后，理论上d极产生甲气体的体积V的范围是_(用含a、b的代数式表示),2.24aLV(2.24a1.12b)L,224mL,负极,2Cl2e=Cl2,练1：用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是：A、27mgB、54mgC、108mgD、216mg,B,练2、用惰性电极电解2L1.0mol/L的CuSO4溶液，在电路中通过0.5mol电子后，调换正负极继续电解，电路中通过了1mol电子，此时溶液中c（H）为（）A.1.5mol/LB.0.75mol/LC.0.5mol/LD.0.25mol/L,C,作业：,1、用碳棒作阳极，Cu作阴极，电解1L0.1mol/L的AgNO3溶液，当阴极质量增加2.16g时，计算阳极放出的气体在标准状况下的体积。,2、铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液，通电一段时间，两极均产生11.2L(S.T.P)气体。求电解后溶液的pH，并确定析出铜的物质的量.,练2、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，通电片刻，则氧化产物与还原产物的质量比为（）A35.5：108B16：207C8：1D108：35.5,C,练1：用石墨作电极电解AlCl3溶液时，下图所示的电解液变化曲线合理的是（）,A,B,C,D,AD,PH,7,PH,7,0,0,0,0,沉淀质量,沉淀质量,本质：是金属原子失去电子被氧化的过程,化学腐蚀与电化腐蚀,四、金属的腐蚀与保护,例1：如图,水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：,(1)若试管液面上升，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应为：负极：；正极：。（2）若试管液面下降，则溶液呈性，发生腐蚀，电极反应：负极：；正极：。,中性或碱,Fe2e-Fe2+,O2+2H2O+4e-4OH,酸,析氢,Fe2e-Fe2+,2H+2e-H2,吸氧,四、金属的腐蚀与保护,析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以Fe为例）,O2+2H2O+4e-=4OH-,2H+2e-=H2,Fe+2H+=Fe2+H2,2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2,Fe-2e=Fe2+,负极,正极,电极反应,例2：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Fe3e=Fe3,小结：金属防护的几种重要方法改变金属内部的组织结构，制成合金。在金属表面覆盖保护层。电化学保护法，即将金属作为原电池的正极或电解池的阴极而受到保护。,B,例3：下图各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（）,Sn,Fe,A,B,C,D,Zn,Fe,Cu,Fe,A,在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢规律如下：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腐措施的腐蚀,防腐措施由好到坏的顺序如下：外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法有一般防腐条件的腐蚀无防腐条件的腐蚀,A.B.C.D.,变：如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为,C,（07年广东理基25）钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2以下说法正确的是A负极发生的反应为：Fe2e=Fe2B正极发生的反应为：2H2OO22e=4OHC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,体验高考,A,（08年广东化学12）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是A纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗B当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用C在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀,AC,（09年广东化学10）出土的锡青铜（铜锡合金）文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面。下列说法正确的是A锡青铜的熔点比纯铜高B在自然环境中，锡青铜中的锡对铜起保护作用C锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快D生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程,答案：BC,1、某研究性学习小组进行电化学实验，研究装置如图所示。有关说法不正确的是（）,A.镁为负极B.原电池中碳极的电极反应式为Fe3+e-Fe2+C.电解池中阳极处先变红D.电解池中阴极的电极反应式为2H+2e-H2,练