电解池金属的电化学腐蚀与防护

1、电解池 金属的电化学腐蚀与防护【考纲解读】课标要求考纲要求 1、了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应式。2、实验探究：电能与化学能的相互转化。3、能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，通过实验探究防止金属腐蚀的措施。1、了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应式。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。【高考重点】1. 电解原理 2.电解原理的应用 3.金属的腐蚀与防护。【基础知识】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)而在阴阳两极引起氧化还原反应 的过程2. 电解池：(也叫电解槽) 把电能转变为化学能的装置3

2、电解池的工作原理 以电解CuCl2溶液为例(1)电极名称和电极反应 与电源正极相连的为阳极，发生氧化反应，电极反应式：2Cl2e = Cl2 与电源负极相连的为阴极，发生还原反应，电极反应式为：Cu22e = Cu(2)总反应方程式：4分析电解过程的思维程序（1）首先判断阴、阳极材料是惰性电极还是活泼电极。（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：阳离子放电顺序阳极：阴离子放电顺序强调：当极板材料（阳极）为 Pt 或C时，还原性非常弱，此条件不被氧化称为_电极。当极板材料（阳极）为Cu等金属（除了Pt和C

3、），还原性强，易_电子,易被氧化称为_电极。（4）分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。（5）最后合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式。5.用分析电解过程的思维程序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）电解质（水溶液）电极方程式被电解的物质电极产物溶液pH变化原因、结果电解质溶液的复原阳极阴极含氧酸（如H2SO4）阳极：4OH4e-=O2+2H2O阴极： 4H+4e-=2H2强碱（如NaOH）阳极：4OH4e-=O2+2H2O阴极： 4H+4e-=2H2活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）阳极：4OH4e-=O2+2H2O

4、阴极： 4H+4e-=2H2无氧酸（如HCl），除HF外阳极： 2Cl2e-=Cl2阴极： 2H+2e-=H2不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2）,除氟化物外阳极：2Cl2e-=Cl2阴极： 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）阳极：阴极：不活泼金属的含氧酸盐（CuSO4）阳极：阴极：例1、在如图中，甲烧杯中盛有100ml 0.5molL-1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100ml 0.25 molL-1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g，则（1）电源E为 极，F为 极。（2）A极的电极反应式为 ，析出物质 mol. （3）B极的电极

5、反应式为 ，析出气体 mL（标准状况）。（4）C极的电极反应式为 ，析出物质 mol. （5）D极的电极反应式为 ，析出气体 mL（标准状况）。（6）甲烧杯中滴入石蕊试液， 极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到 溶液。例2、（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.

6、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3、两个惰性电极插入500molAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时，（设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计）电极上析出银的质量最大为 mg。二、电解池和原电池比较1、能量转换2、形成条件两电极接外电源电极插入电解质溶液中形成闭合回路两种活动性不同的金属作电极（或金属和能导电的非金属等）电解质溶液中（电极插入其中，活泼的金属和电解质溶液自发的氧化还原反应）形成闭合回路3、电极名称及其判断阴极：与电源负极相连；得电

7、子极；还原反应极；电子流入极。阳极：与电源正极相连；失电子极；氧化反应极；电子流出极。阳极：负极：较活泼金属；失电子极；氧化反应极；电子流出极。正极：较不活泼金属；得电子极；还原反应极；电子流入极。 电子从负极流出 流入正极 电子从负极流出 流入阴极外电路：（电子） 电流从正极流出 流入负极 电流从正极流出 流入阳极 阳离子向正极移动 阳离子向阴极移动内电路（离子） 阴离子向负极移动 阴离子向阳极移动4、池型判断有外加电源一定为电解池，无外加电源一定为原电池；多池组合时，一般含活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下的电解池。三、电解原理的应用1、电镀铜当镀层金属作_ 极，含有 金属离子的

8、电解质为电解液，把 金属制品浸入电镀液为_ 极时的电解即为_。电镀时，由于两极得失电子相同，所以理论上电解液的浓度保持_。阴极： 阳极： 2、电解精炼铜阳极材料： 阴极材料： 电解液： 3、电解法冶炼活泼金属（如Na、Mg、Al等），以氧化铝为例写出电解方程式阴极： 阳极： 4、氯碱工业（1）电解饱和食盐水反应原理 实验步骤按图装置，在U形管里倒入饱和食盐水，插入一根石墨棒作阳极，一根铁棒作阴极。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。接通直流电源后，注意管内发生的现象。实验现象阳极上有气泡逸出，气体呈黄绿色，有刺激性气味，使湿润的碘化钾淀粉试纸变为蓝色，

9、阳极区溶液由无色变为黄绿色。阴极上有气泡逸出，气体无色、无味。阴极区溶液由无色变为浅红色，红色逐渐加深、区域逐渐扩大。实验结论用惰性材料作阳极，电解食盐的饱和溶液，生成Cl2、H2和NaOH。阳极：2Cl2eCl2（放电顺序：Cl>OH）阴极：2H2eH2（放电顺序：H>Na）在上述反应中，由于H在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近的水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液里OH的浓度增大而呈现碱性。（2）离子交换膜法制烧碱离子交换膜电解槽的组成由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。右图表示一个单元

10、槽的示意图。阳离子交换膜的作用将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子（Na）通过，而阻止阴离子（Cl、OH）和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。（3）阳离子交换膜法电解制烧碱的主要生产流程（4）食盐的精制粗盐的成分:粗盐中的主要成分是NaCl,此外还含有泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42杂质。这样的粗盐不符合电解要求，因此必须经过精制。杂质的危害：Ca2、Mg2、Fe3等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜；此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。除杂质的过程：注意：除杂质时所加试剂

11、的顺序要求是：a、Na2CO3必须在BaCl2之后； b、加入盐酸在过滤之后。试剂加入顺序有多种选择，如：a、BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl；b、BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl；c、NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。（5）、以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途四、电化学计算的基本方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：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

12、荷量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算高考资根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式高.例4、以惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，一段时间后取出电极，加入9.8 g Cu（OH）2后溶液与电解前相同，则电解时电路中流过的电子为（）A0.1mol B0.2molC0.3molD0.4mol例5、用惰性电极电解烧杯中盛装的100mL含0.2molCuCl2、0.4molMgCl2的溶液，一段时间后在阳极上产生标准状况下气体11.2L，则在阴极上增重A.32g

13、B.20g C.12.8g D.12g例6、下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%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？ 五、金属的腐蚀金属的

14、腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程。1、实质 :金属原子（M）失去电子而被氧化的过程，即 M ne Mn。2、类型 :有电化腐蚀和化学腐蚀两种。（1） 电化腐蚀：不纯的金属 ( 或合金 ) 接触到电解质溶液发生原电池反应，相对较活泼的金属原子失去电子而被氧化所引起的腐蚀。 （2） 化学腐蚀：金属跟接触到的物质 ( 一般为非电解质 ) 直接发生氧化还原反应而引起的一种腐蚀。化学腐蚀电化腐蚀条件金属与电解质等直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流发生本质金属被氧化的过程较活泼金属被氧化的过程相互 关系化学腐蚀与电化腐蚀往往同时发生 , 但电

15、化腐蚀更普遍，危害严重 3 、电化腐蚀的类型 通常有析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种情况。这两种腐蚀的差异主要体现在正极反应上。钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较见下表析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性正极反应2H 2e H2O2 2H2O 4e 4OH负极反应Fe 2e Fe2金属的电化学腐蚀中最主要的是钢铁的腐蚀。钢铁发生电化学腐蚀的主要化学反应原理是：如图，在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量 H和 OH，还溶解了O2等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好 形成无数微小的原电池 。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。铁失去

16、电子而被氧化。负极： 2Fe4e 2Fe2正极： 2H2O O2 4e 4OH电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的 主要原因 。说明 ：影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。由于钢铁制品通常所处的外部环境干燥度较低，氧气的存在又非常广泛，在相同条件下，原电池反应比一般的氧化还原反应速率高，因此，在钢铁的腐蚀类型中主要是电化学腐蚀，其次是化学腐蚀。但是，钢铁的腐蚀类型并不单一，一般是电化学腐蚀与化学腐蚀并存，只是有主次之分而已。无论哪种类型的金属腐蚀

17、，其本质都是金属被氧化。4、金属的防护方法 （1）改变金属的内部结构 :如在铁中添加一些其它元素形成不锈钢，如镍铬不锈钢。（2）覆盖保护层 （3）使用电化学保护法 外加电流的保护法将被保护的金属与外加直流电源负极相连，能导电的惰性材料（如石墨）与电源正极相连，通电后，被保护的金属上积累电子而防止其被氧化而腐蚀。 外接活泼电极的保护法在被保护的金属上连接一种更活泼的金属，当发生电化腐蚀时，首先锈蚀的是负极（活泼金属一极），这样就保护了另一极的金属不腐蚀。此外，还有其它保护方法，这里不再介绍。答案. （1）正极 4OH-4e=2H2O + O2。水减少的质量：生成O2体积：16g 碱性增大，因为电

18、解后，水量减少溶液中NaOH浓度增大酸性增大，因为阳极上OH-生成O2，溶液中H+离子浓度增大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CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应。【解析】（1）乙中C电极质量增加，则c处发生的反应为：Cu2+2e=Cu，即C处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中为K2SO4，相当于电解水，设电解的水的质量为xg。由电解前后溶质质量相等有，100×10%=（100-x）×10.47%，得x=4.5g，故为0.25mol。由方程式2H2+O2 2H2O可知，生成2molH2O，转移4mol电子，所以整个反应中转化0.5mol电子，而整个电路是串联的，故每个