高考化学一轮总复习第三单元第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护课件

第3节电解池金属(jīnshǔ)的电化学腐蚀与防护第一页，共57页。1．了解(liǎojiě)电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式(chéngshì)。2．理解(lǐjiě)金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。第二页，共57页。◎回归(huíguī)教材◎一、电解池直流电氧化(yǎnghuà)反应还原(huányuán)反应

1．概念。 在________的作用下，在两电极上分别发生__________和__________的过程叫电解。通过电解使不能自发进行的反应顺利进行。电解过程中电能转化为__________。将电能转化为化学能的装置称为__________。化学能电解池第三页，共57页。2．电解(diànjiě)原理。负极(fùjí)阴极(yīnjí)阳离子

电子从外接电源的________流出，经导线到达电解池的________。电解质溶液中的________移向阴极，氧化性强的离子在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解第四页，共57页。质溶液中的________移向阳极，其中还原性强的离子在________上失去电子(也可能是阳极很活泼，本身失去电子)而被氧化，发生(fāshēng)氧化反应。这样电子又从电解池的________流出，沿导线流回外接直流电源的________。3．电极的判断(pànduàn)及电极反应。阳极(yángjí)阳极正极

阳极与电源__________相连，溶液中阴离子移向此极，失去电子，发生__________；阴极与电源__________相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生__________。正极氧化反应负极还原反应阴离子第五页，共57页。二、金属(jīnshǔ)的腐蚀与保护1．金属腐蚀(jīnshǔfǔshí)的实质。失去(shīqù)金属原子__________电子被氧化而消耗的过程。2．金属腐蚀的分类。化学反应原电池(1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生__________而引起的腐蚀。同时电化学化学电化学

(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触，发生__________反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。

(3)两种腐蚀往往________发生，但________腐蚀更普遍，速度快，危害更严重。________腐蚀无电流产生，________腐蚀有电流产生。第六页，共57页。很弱(或呈中性(zhōngxìng))较强3．电化学腐蚀的常见(chánɡjiàn)类型。电化学腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性_____________水膜酸性______正极反应__________________________________________负极反应Fe－2e－===Fe2＋O2＋4e－＋2H2O===4OH－2H＋＋2e－===H2↑第七页，共57页。内部(nèibù)表面(biǎomiàn)阴极(yīnjí)正极

4.金属的防护。

(1)改变金属的________组成结构。

(2)在金属________覆盖保护层。常见方式：涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。

(3)电化学保护法：外加电流的阴极保护法——接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作________；牺牲阳极的阴极保护法——外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作________。第八页，共57页。5．金属腐蚀快慢(kuàimàn)的规律。(1)电解原理引起(yǐnqǐ)的阳极腐蚀＞原电池原理引起(yǐnqǐ)的负极腐蚀＞化学腐蚀(fǔshí)＞有防护措施的腐蚀(fǔshí)。

(2)对同一种金属，强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。

(3)对同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。第九页，共57页。三、电解(diànjiě)的应用1．精炼(jīngliàn)与电镀。阳阴应用(1)精炼铜(2)电镀铜形成条件粗铜金属作______极，精铜作______极，CuSO4溶液作电解液镀层金属作______极，镀件作______极，电镀液必须含有______电极反应式阳极：_________________Cu－2e－===Cu2＋阴极：_________________Cu2＋＋2e－===Cu溶液变化电解液的浓度______溶液中溶质浓度______说明粗铜中Zn、Fe、Ni等杂质，同时失去电子形成阳离子，银、金等杂质以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥电镀是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Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu减小阳阴Cu2＋不变第十页，共57页。第十一页，共57页。 ◎自主(zìzhǔ)测评◎1．(2013年北京卷)用石墨电极电解CuCl2溶液(如下图)。下列(xiàliè)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(diànlí) C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体第十二页，共57页。 解析：由溶液中离子(lízǐ)移动方向可知，U型管左侧电极是阴极，连接电源的负极，故a端是电源的负极，A正确；通电使CuCl2发生电解，不是(bùshi)电离，B错误；阳极发生氧化反应，Cl－在阳极放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；Cl－发生氧化(yǎnghuà)反应，在阳极放电生成Cl2，D错误。 答案：A第十三页，共57页。基本原理如图所示。下列说法(shuōfǎ)不正确的是( 2．(2015年浙江卷)在固态金属氧化物电解池中，高温(gāowēn)共电解H2O-CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，)。A．X是电源(diànyuán)的负极B．阴极的反应式是：H2O＋2e－===H2＋O2－，CO2＋2e－===CO＋O2－

C．总反应可表示为：H2O＋CO2

H2＋CO＋O2

D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1...第十四页，共57页。 答案(dáàn)：D第十五页，共57页。第十六页，共57页。 答案(dáàn)：B第十七页，共57页。第十八页，共57页。答案(dáàn)：D解析：阳极要产生(chǎnshēng)ClO－，则铁只能作阴极，不能作阳极,否则就是铁失电子,A项正确；阳极是Cl－失电子产生(chǎnshēng)ClO－，电极反应式为：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B项正确；阴极是H＋产生(chǎnshēng)H2，碱性溶液，故阴极的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项正确；溶液为碱性，方程式应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－。第十九页，共57页。5．(2013年北京卷)下列金属防腐(fángfǔ)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 解析：钢闸门连接电源的负极，为电解池的阴极，被保护，属于(shǔyú)外加电流的阴极保护法，A正确；涂漆、喷涂高分子膜是在金属表面覆盖保护层，B、C错误；镁比铁活泼，构成原电池，铁为正极，被保护，是牺牲阳极的阴极保护法，D错误。 答案：A第二十页，共57页。考点(kǎodiǎn)一考向1电解池原理电解产物的判断以及电解质溶液的变化(biànhuà)分析[例1]下列各组中，每种电解质溶液(róngyè)电解时只生成氢气和氧气的是()。A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2

B．NaOH、CuSO4、H2SO4C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2

D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2第二十一页，共57页。 解析：电解时只生成氢气和氧气，则电解质所含的阳离子在金属活动性顺序表中铜之前(zhīqián)，阴离子失电子能力在放电顺序中OH－之后(zhīhòu)；电解HCl的方程式为：2HClCl2↑＋H2↑，A错误(cuòwù)；电解CuSO4溶液的方程式为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4

＋O2↑，B错误；电解NaBr的方程式为：2NaBr＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Br2，D错误。答案：C第二十二页，共57页。[方法(fāngfǎ)技巧]惰性电极电解的一般规律。(1)放电顺序。①阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料(cáiliào)无关。放电顺序(shùnxù)是：

②若为活性电极作阳极，则电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极作阳极，则溶液中的阴离子放电，放电顺序是：第二十三页，共57页。(2)惰性电极电解电解质溶液的四种(sìzhǒnɡ)类型。类型电极反应特点电解质溶液电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极:4H＋＋4e－===2H2↑阳极:4OH－－4e－===2H2O＋O2↑强碱(如NaOH)水增大增大加水含氧酸(如H2SO4)水增大减小加水活泼金属的含氧酸盐(如Na2SO4)水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电无氧酸(如HCl)电解质减小增大通入氯化氢气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)电解质减小－加氯化铜第二十四页，共57页。（续表）类型电极反应特点电解质溶液电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原放H2生碱型阴极：H2O放H2生成碱阳极：电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)电解质和水生成新电解质增大通入氯化氢气体放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生成酸不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)电解质和水生成新电解质减小加氧化铜第二十五页，共57页。考向2电解(diànjiě)方程式的书写 [例2](1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面(biǎomiàn)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，NaHCO3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：____________________。第二十六页，共57页。第二十七页，共57页。[方法(fāngfǎ)技巧](1)电解(diànjiě)方程式书写的具体步骤。 ①判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 ②分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的H＋和OH－)，然后排出(páichū)阴、阳两极的放电顺序。③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。④写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。第二十八页，共57页。(2)书写的注意(zhùyì)问题：①必须在连接号上标明通电(tōngdiàn)或电解。 ②书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子(lízǐ)表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。③要确保两极电子转移数目相同。④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。第二十九页，共57页。【考点练透】 1.(2013年海南(hǎinán)卷)下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重(zēnɡzhònɡ)b>d。符合上述实验结果的盐溶液是()。 解析：题意表明b、d没有气体逸出，所电解(diànjiě)的盐溶液中金属元素，应该在金属活动性顺序表中氢以后，只有D符合题意。 答案：B选项XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO3第三十页，共57页。 2．Cu2O是一种半导体材料，基于(jīyú)绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下图，电解总反应为：2Cu＋H2O===Cu2O＋H2↑。下列说法(shuōfǎ)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(shēnɡchénɡ) 解析：根据反应方程式及题图可知，铜极发生氧化反应，连接电源正极，当有0.1mol电子转移时，有0.05molCu2O生成，石墨极发生还原反应。 答案：A第三十一页，共57页。3．(2015年云南昆明模拟(mónǐ))如图是模拟(mónǐ)电化学反应装置图。下列(xiàliè)说法正确的是()。A.开关(kāiguān)K置于N处，则铁电极的电极反应式为：Fe－2e－===Fe2+B．开关K置于N处，可以减缓铁的腐蚀第三十二页，共57页。C.开关(kāiguān)K置于M处，则铁电极的电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑ D.开关K置于M处，电子从碳棒经开关K流向铁棒(tiěbànɡ) 解析：开关K置于N处，构成电解池，铁电极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，铁的腐蚀减缓；开关K置于M处，构成原电池，铁电极为负极，电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，电子从铁棒(tiěbànɡ)经开关K流向碳棒。答案(dáàn)：B第三十三页，共57页。考点(kǎodiǎn)二考向1电解原理的应用(yìngyòng)电解原理在工业中的应用(yìngyòng)[例3]利用如图所示装置，当X、Y选用不同(bùtónɡ)材料时，可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是()。第三十四页，共57页。A．氯碱工业中，X、Y均为石墨，X附近能得到氢氧化钠B．铜的精炼中，X是纯铜，Y是粗铜，Z是CuSO4C．电镀工业中，X是待镀金属，Y是镀层金属D．外加电流(diànliú)的阴极保护法中，Y是待保护金属 解析：电解饱和食盐水时，阴极区得到H2和NaOH。铜的电解精炼(jīngliàn)时，应用粗铜作阳极、纯铜作阴极；电镀时，应以镀层金属作阳极、待镀金属作阴极。答案(dáàn)：D第三十五页，共57页。考向2电解(diànjiě)原理在计算中的应用 [例4](2015年贵州六盘水质检)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)，通电一段时间后进行如下操作。 (1)如果向所得的溶液中加入(jiārù)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(jiārù)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。第三十六页，共57页。解析：(1)电解(diànjiě)硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，从方程式可以看出(kànchū)，电解硫酸铜过程(guòchéng)中只析出铜和释放出氧气，加入0.1molCuO可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有0.1mol，转移的电子为0.2mol。 (2)加入0.1molCu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程(guòchéng)中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。0.1molCu(OH)2可以看做是0.1mol的CuO和0.1mol的H2O，因此电解过程(guòchéng)中有0.1mol的硫酸铜和0.1mol的水被电解。第三十七页，共57页。答案(dáàn)：(1)0.2(2)0.4第三十八页，共57页。[方法技巧]电化学定量计算(jìsuàn)的三种方法。(1)根据总反应式计算(jìsuàn)：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据(gēnjù)总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算：

①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)第三十九页，共57页。第四十页，共57页。【考点练透】 4．(2015年山东潍坊模拟)1L某溶液中含有的离子(lízǐ)如下表： 用惰性电极电解该溶液，当电路中有3mole－通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，下列说法(shuōfǎ)正确的是()。A．电解(diànjiě)后溶液呈酸性C．阳极生成1.5molCl2

B．a＝3D．阴极析出的金属是铜与铝离子Cu2＋Al3＋NOCl－物质的量浓度/(mol·L－1)11a1第四十一页，共57页。解析：1molCu2＋放电的过程中，另一极Cl－和OH－各放电1mol，故溶液显酸性，A项正确；根据电荷守恒可推知a＝4，B不正确；Cl－的物质的量为1mol，阳极不会产生1.5molCl2，C不正确；铝较活泼(huópo)，在溶液中Al3＋不会放电，D不正确。答案：A第四十二页，共57页。5．(1)电镀时，镀件与电源(diànyuán)的________极连接。 (2)化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面(biǎomiàn)形成的镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用________(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。(3)粗铜的电解(diànjiě)精炼如图所示。在粗铜的电解(diànjiě)过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_______________。第四十三页，共57页。 (4)以CuSO4溶液(róngyè)为电解质溶液(róngyè)进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________。 a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应 c．溶液(róngyè)中Cu2＋向阳极移动 d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属答案(dáàn)：(1)负(2)还原剂(3)cCu2＋＋2e－===CuAu、Ag以单质(dānzhì)的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中

(4)bd第四十四页，共57页。 6．(2015年山东卷)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别(fēnbié)为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为__________，电解过程中Li＋向________电极迁移(填“A”或“B”)。第四十五页，共57页。解析：根据示意图，B极区产生H2，同时生成(shēnɡchénɡ)LiOH，则B极区电解液不能是LiCl溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl－失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑；根据电流方向,电解过程中Li＋向B电极迁移。答案：LiOH2Cl－－2e－===Cl2↑B第四十六页，共57页。正确(zhèngquè)的是(考点(kǎodiǎn)三考向1 金属的腐蚀(fǔshí)与防护析氢腐蚀(fǔshí)与吸氧腐蚀(fǔshí)的分析判断

[例5](2015年山东潍坊模拟)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)。...第四十七页，共57页。A．a管发生(fāshēng)吸氧腐蚀，b管发生(fāshēng)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(róngyè)的pH增大，b处溶液(róngyè)的pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋ 解析：a管发生(fāshēng)吸氧腐蚀，a处溶液的pH增大，b管发生(fāshēng)析氢腐蚀，b处溶液的H＋减小pH增大，故C项错。答案：C第四十八页，共57页。考向2金属腐蚀(jīnshǔfǔshí)快慢的比较[例6]相同材质的铁在下列(xiàliè)各情形下最不易被腐蚀的是()。

ACB D第四十九页，共57页。 解析：A中，食醋作电解质溶液，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；B中，食盐水作电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；D中，酸雨作电解质溶液，铁铆钉(mǎodīng)和铜板分别作负极、正极，形成原电池。答案(dáàn)：C第五十页，共57页。[方法技巧(jìqiǎo)]金属腐蚀的快慢与下面两种因素有关： (1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。 (2)与金属所接触(jiēchù)电解质的强弱有关，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。 一般来说，可用下列(xiàliè)原则判断：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。第五十一页，共57页。[例7]下列有关(yǒuguān)金属腐蚀与防护的说法不正确的是(考向3金属