模块二考点八 电解池 金属的电化学腐蚀与防护

1、【课前准备】 (校本教材 P661.电解定义在 电流作用 下, 电解质在两个电极上分别发生 氧化反应 和还原反应 的过程。2.能量转化形式:电能转化为化学能 。3.电解池(1构成条件 有与电源相连的两个电极。电解质 (或 熔融盐 。形成闭合回路。(2电极名称及电极反应式 (如图 (3 电子和离子的移动方向 【 特别提醒 】 电解时,在 外电路中有电子通过 ,而在 溶 液中 是依靠 离子定向移动形成电流 , 即 电子本身不会通 过电解质溶液 。4.分析电解过程的思维程序 (校本教材 P67+部分补充内容 (1首先 判断阴、阳极 ,分析阳极材料是惰性电极还是 活泼电极。题型 1:电解池阴阳极的判断

2、 由电源的正负极判断 :与电源负极相连的是阴极, 与 电源正极相连的是阳极。 由电极现象确定 :通常情况下, 在电解池中某一电极 不断溶解或质量不断减少,则该电极发生氧化反应,为 阳极 ;某一电极质量不断增加或电极质量不变, 则该电 极发生还原反应,为阴极。 由反应类型判断 :失去电子发生氧化反应的是阳极 ; 得到电子发生还原反应的是阴极。(2再 分析电解质水溶液 的组成, 找全离子 并分阴、阳 两组 (不要忘记水溶液中的 H +和 OH - 。(3然后排出 阴 、 阳 两极的放电顺序阴极 :Ag+>Hg 2+>Fe3+>Cu2+>H +(酸 >Pb 2+>

3、Fe2+> Zn 2+>H +(水 >【 Al 3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+】 阳极 :活泼电极 >S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根 离子。【注意】阴极不管是什么材料,电极本身都不反应, 一定是溶液 (或熔融电解质 中的阳离子放电。 最常用、 最重要的放电顺序是:阳极:Cl ->OH-;阴极:Ag +>Cu2+>H+。电解水溶液时, K +Al 3+不可能在 阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到 K 、 Ca 、 Na 、 Mg 、 Al 等金属。(4分析电极反应, 判断

4、电极产物 ,写出电极反应式, 要注意遵循原子守恒和电荷守恒。题型 2:电解产物的判断阳极产物的判断。若阳极由 活性材料 (除 Pt 、 Au 外 的其他金属 做成 ,则阳极反应是 阳极金属 失去电子而被 氧化成阳离子 的反应。若阳极由 C 、 Pt 、 Au 等 惰 性电极材料做成 , 则阳极是 电解电解质溶液 中的阴离子。 综上, 阴离子的失去电子能力的大小顺序为:活泼电 极 >S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子阴极产物的判断。 阴极反应一般是溶液中的阳离子得电 子的还原反应,阳离子的得电子能力的大小顺序为:A g +>Hg 2+&g

5、t;Fe3+>Cu2+>H +(酸 >Pb 2+>Fe2+>Zn2+> H +(水 >【 Al 3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+】(5最后 写出电解反应的总化学方程式或离子方程式 。 题型 3:电解后电解质溶液的复原遵循“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 。 如用惰性电极电解 CuSO 4溶液 ,要恢复电解质溶液,可向电解质溶液中 加入 CuO 或 CuCO 3;但不能加入 Cu(OH2,因 Cu(OH2能与 H 2SO 4反应使水的量增加。加入的物质的物质的量需根据电路中的电子守

6、恒进行计算。 考向一 电解的原理题组一 电解原理和电解规律的考查 (校本教材 P681.如图为 直流电源 电解稀 Na 2SO 4水溶液 的装置。 通电 后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加几滴石蕊溶液 。 下列 实验现象描述正确的是 (A . 逸出气体的体积, a 电极的小于 b 电极的B .一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气体C . a 电极附近呈红色, b 电极附近呈蓝色D . a 电极附近呈蓝色, b 电极附近呈红色2.用惰性电极电解一定浓度的 CuSO 4溶液,通电一段 时间后,向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu(OH2后恰好 恢复到电解前的浓度和 pH 。 则下列说法

7、正确的是 (A .电解过程中阴极没有气体生成B .电解过程中转移的电子的物质的量为 0.4 molC .原 CuSO 4溶液的浓度为 0.1 mol·L -1D . 电解过程中阳极收集到的气体体积为 1.12 L(标 况下 5. 电极反应的书写 (电解池原理的综合利用 (校本教材 P67 题组二 突破电极反应式、电解总方程式的书写 (校本 教材 P691.做到“三看” , 正确书写电极反应式(1一看 电极材料 ,若是金属 (Au、 Pt 除外 作阳极,金 属一定被电解 (注 Fe 生成 Fe 2+ 。(2二看 介质 ,介质是否参与电极反应。(3三看 电解质状态 , 若是熔融状态, 就

8、是金属的电冶炼。 2. 规避“三个”失分点(1书写电解池中电极反应式时, 要 以实际放电的离子表 示 ,但 书写总电解反应方程式时, 弱电解质要写成分子 式 。(2书写总电解反应方程式时 要确保 两极电子转移数目 相同 ,且应 注明条件 “电解” 。(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。3.按要求书写电极反应式和总方程式(1 用惰性电极电解 AgNO 3溶液:阳极反应式 _;阴极反应式 _;总反应离子方程式 _。(2 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 _。 (3 用惰性电极电解熔融 MgCl 2阴极反

9、应式 _;阳极反应式 _;总反应离子方程式 _。4. (1以 铝材为阳极 ,在 H 2SO 4溶液 中电解, 铝材表 面形成氧化膜 , 阳极电极反应式 为 _。 (2用 Al 单质作阳极 , 石墨作阴极 , NaHCO 3溶液作电 解液 进行电解,生成难溶物 R , R 受热分解生成化合物 Q 。写出 阳极生成 R 的电极反应式 :_。 考向二 电解原理的应用 (校本教材 P691.电解饱和食盐水(1电极反应 阳极反应式:2Cl -2e -Cl 2 (氧化反应 阴极反应式:2H +2e -H 2 (还原反应 (2总反应方程式 2NaCl +2H 2O 通电 2NaOH +H 2+Cl 2离子反

10、应方程式:2Cl -+2H 2O 通电 2OH -+H 2+Cl 2(3应用:氯碱工业 制烧碱、氯气和氢气 。2.电镀:利用电解的原理,在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的 过程右图为金属表面镀 Cu 的工作示意图(1 镀件作阴极,镀层金属银作阳极。(2 电解质溶液是 AgNO 3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。(3 电极反应:阳极:Ag -e -Ag +阴极:Ag +e -Ag(4 特点:阳极溶解,阴极沉积,电镀液的浓度不变。3.电解精炼铜(1电极材料:阳极为粗铜;阴极为纯铜。(2电解质溶液:含 Cu 2+的盐溶液。 (3电极反应:阳极:Zn -2e -Zn 2+、Fe -2e -Fe

11、2+、Cu -2e -Cu 2+;阴极:Cu 2+2e -Cu 。4.电冶金利用 电解熔融盐 的方法来 冶炼活泼金属 Na 、 Ca 、 Mg 、 Al 等。(1冶炼钠 2NaCl(熔融 通电 2Na +Cl 2电极反应:阳极:2Cl -2e -Cl 2; 阴极:2Na +2e -2Na 。 (2冶炼铝 2Al 2O 3(熔融 通电 4Al +3O 2电极反应:阳极:6O 2-12e -3O 2; 阴极:4Al 3+12e -4Al 。题组一 电解原理的 “ 常规 ” 应用 (校本教材 P701.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

12、反应式是 4OH -4e -2H 2O +O 2 B . 电解精炼铜 时, Z 溶液中的 Cu 2 +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2.使用氯化钠作原料可以得到多种产品。(1实验室用惰性电极电解 100 mL 0.1 mol·L-1NaCl 溶液,若阴阳两极均得到 112 mL气体 (标准状况 ,则 所得溶液的物质的量浓度是 _(忽略反应前 后溶液体积的变化 。(2某学生想制作一种家用 环保型消毒液发生器, 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液,通电时,为使 Cl 2被完全吸收,制得有较强杀菌能力的消毒液, 设计了如图的装置。 对

13、电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 _(填字母序号 。A . a 为正极, b 为负极; NaClO 和 NaClB . a 为负极, b 为正极; NaClO 和 NaClC . a 为阳极, b 为阴极; HClO 和 NaClD. a为阴极, b 为阳极; HClO 和 NaCl(3实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的 Fe(OH2沉淀。某同学利用上图装置,只更换一个电极, 通过电解法制取较纯净的 Fe(OH2沉淀, 且较长时间不变色。 该同学换上的电解材料是 _(用 元素符号表示 ,总的反应式是 _。考向三 金属的腐蚀和防护 (校本教材 P711. 金属腐蚀的本质金

14、属原子失去电子变为金属阳离子, 金属发生氧化反应。 2. 金属腐蚀的类型 (2电化学腐蚀又分为 析氢腐蚀 与 吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析: 3.金属的防护(1电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理a .负极:比被保护金属活泼的金属;b .正极:被保护的金属设备。 外加电流的阴极保护法 电解原理a .阴极:被保护的金属设备;b .阳极:惰性金属或石墨。(2改变金属的内部结构 ,如制成合金、不锈钢等。 工业上把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢,大大增加了 钢铁对各种侵蚀的抵抗力(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。【例 1】 判断正误,正确的划 “”

15、,错误的划 “×”(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 (4Al、 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 Fe 3+(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 (题组一 腐蚀快慢与防护方法的比较 (校本教材 P72 【反思归纳】 (1判断金属腐蚀快慢的规律对 同一电解质溶液 来说,腐蚀速率的快慢:电解原理 引起的腐蚀 &g

16、t;原电池原理引起的腐蚀 >化学腐蚀 >有防 腐措施的腐蚀 。对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的快慢:强 电解质溶液中 >弱电解质溶液中 >非电解质溶液中。 活动性不同的两种金属, 活动性差别越大, 腐蚀越快 。 对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐 蚀越快 。1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的 速度由快到慢的顺序为 ( A. B. C . D .【归纳总结】 (2两种保护方法的比较:外加电流的阴极 保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。2.下列与金属腐蚀有关的说法, 正确 的是 ( A .图 1中,铁钉易被腐蚀B .图 2中,滴加少量 K

17、 3Fe(CN6溶液,没有蓝色沉淀出现C .图 3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D .图 4中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极题组二 正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀3.利用下图装置进行实验,开始时, a 、 b 两处液面相平,密封好,放置一段时间。下列说法不正确的是 (A.a 管发生吸氧腐蚀, b 管发生析氢腐蚀B. 一段时间后, a 管液面高于 b 管液面C . a 处溶液的 pH 增大, b 处溶液的 pH 减小D . a 、 b 两处具有相同的电极反应式:Fe-2e -2+4.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有 pH

18、=4久置的雨水和生铁片。 实验时观察到:开始时导 管内液面下降, 一段时间后导管内液面回升,略高于小 试管内液面。 下列说法正确的是 A .生铁片中的碳是原电池的阳极,发生还原反应B .雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀C . 墨水回升时, 碳电极反应式为 O 2+2H 2O +4e -4OH -D .具支试管中溶液 pH 逐渐减小【归纳总结】 正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析 氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。 潮湿的空气、中性溶液 发生 吸氧腐蚀 ; NH 4Cl 溶液、 稀 H 2SO 4等 酸性溶液 发生 析 氢腐蚀 。【课后作业】1.如图是用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图,若该零件置于潮湿

19、空气中,下列说法正确的是 (A .发生电化学腐蚀,铜为负极,铜极产生 H 2B .铜易被腐蚀,铜极上发生还原反应,吸收 O 2C .铁易被腐蚀,铁发生氧化反应, Fe -2e=Fe2+D .发生化学腐蚀:Fe +Cu 2+=Cu+Fe 2+2.现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔融后用铂电极进行电解,下列有关电极产物的判断正确的是 (A .阴极产物是氢气 B .阳极产物是氧气 C .阴极产物是铝和氧气 D .阳极产物只有氯气3.下列图示中关于铜电极的连接错误的是 (4.如图装置中 X 和 Y 均为石墨电极,电解液为 500 mL某蓝色溶液,电解一段时间,观察到 X 电极表面有红色的 固态物质生成, Y

20、电极有无色气体生成; 溶液中原有溶质完全电解后, 停止电解, 取出 X 电极, 洗涤、 干燥、 称量, 电极增重 1.6 g。下列有关说法中不正确的是 (A . X 电极是阴极B . Y 电极产生气体的体积为 0.28 LC .电解后溶液的 pH =1D .要使电解后溶液恢复到电解前的状态,需加入一定量的 CuO 或 CuCO 35.制备单质锰的实验装置如图,阳极以稀硫酸为电解液,阴极以硫酸锰和硫酸混合液为电解液,电解装置中箭头 表示溶液中阴离子移动的方向。下列说法不正确的是 (A . M 是电源的负极B .左侧气孔逸出的气体可能为副产物 H 2MnSO 4+2H 2O=电解MnO 2+H 2+H 2SO 4 C .电解槽中发生的总反应为 D .若用阳离子交换膜代替阴 离子交换膜,阳极可能得到 MnO 2 6.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