电解池金属的腐蚀与防护

第三讲电解池金属的腐蚀与防护高三化学第一轮复习第六章化学反应与能量变化1．理解电解池的工作原理，能正确书写电极反应式。2．能进行有关电解产物的判断和计算。3．了解电镀池、电解精炼池及应用。4．了解金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措施。一、电解原理1、电解:使电流通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程。2、电解池:借助氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置。3、电解池的构成条件:(1)外加直流电源(2)与电源相连的两个电极：接电源正极的为阳极，发生氧化反应，高失三氧化接电源负极的为阴极，发生还原反应，低得三还原(3)电解质溶液或熔化的电解质(4)闭合电路

4、重要知识点（1）电极惰性电极(铂、金、石墨)：仅仅导电，不参与反应活性电极（除铂、金外的金属）：在阳极要导电、又要参与电极反应，原因是活性电极还原大于溶液中阴离子（2）电极放电规律阳极A、惰性电极时：阴离子放电次序S

2->I

->Br

->Cl

->OH

->NO3-、SO42-(等含氧酸根离子）>F-B、活性电极时：金属放电次序Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>Cu>Ag阴极;与电极活性无关Ag+>Fe3+

>Cu2+>H+>

Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+来自于水来自于酸来自于水5、电解知识运用的步骤（1）画图且标直流电的正负极、电极的阴阳极和惰性与活性（2）判断溶液中阴、阳离子还原性或氧化性强弱并写电极反应式（3）合并阴阳极电极反应式写总反应离子方程式（4）总结溶液或电极区浓度或PH变化（5）利用电子守恒进行计算★电解规律（惰性电极）阴极阳极氯气氢气实例电极反应

浓度PH值复原HCl

阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H++2e-=H2↑减小增大HClHCl溶液

2HClH2↑

+Cl2↑电解1、电解电解质型阳极阴极氧气氢气实例电极反应

浓度PH值复原Na2SO4

阳极:4OH--4e-

=

2H2O+O2↑阴极:

4H++4e-=2H2↑变大不变

加H2ONa2SO4溶液2H2O2H2↑

+O2↑电解2、电解水型阳极阴极氯气氢气实例电极反应

浓度PH值复原NaCl

阳极:2Cl--2e-=Cl2↑

阴极:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑

+Cl2↑电解减小增大

加HClNaCl溶液3、放氢生碱型实例电极反应浓度PH值复原CuSO4阳极阴极氧气铜阳极:4OH-

-4e-=

2H2O+O2↑阴极：Cu2++2e-=Cu减小减小

加CuOCuSO4溶液

2CuSO4+

2H2O2Cu+O2

↑+2H2SO4电解4、放氧生酸型电解规律（惰性电极）小结

阳极：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡⅢⅣⅠ与Ⅲ区：电解本身型如CuCl2

、HClⅠ与Ⅳ区：放氢生碱型如NaClⅡ与Ⅲ区：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ与Ⅳ区：电解水型如Na2SO4、H2SO4

、NaOH阴极：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+二、电解原理的应用1、氯碱工业（电解饱和食盐水以制造烧碱、氯气和氢气的工业）阳极：2Cl-

－2e-==Cl2↑阴极：2H++2e-==H2↑总反应：2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑食盐水中存在的离子：Na+

、Cl-

、H+

、OH-离子放电顺序：阳离子H+

＞Na+

阴离子Cl-

＞OH-电极反应：H+Na+Cl-OH-阴极阳极

氧化反应

还原反应【问题1】若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后为

，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？

阴极附近的溶液无色变为红色阳极:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.阴极:产生无色、无味气体【问题2】避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式:

.Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O【问题3】避免生成物H2和Cl2混合,因为:

.混合遇火或遇强光爆炸解决方法:使用离子交换膜－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜

阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室2、电镀：在某些金属表面镀上一薄层其他金属（如锌铬镍银等）或合金的方法。目的是增强抗腐蚀能力增加美观和表面硬度。电镀铜原理铜片待镀件硫酸铜溶液阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属的电解质实质：阳极参加反应的电解阳极：镀层金属（纯铜板）阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属的电解质（硫酸铜溶液）电镀铜3、粗铜的电解精炼+纯铜粗铜－CuSO4溶液问:电解完后,CuSO4溶液的浓度有何变化？阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-

=Fe2+Ni

-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+

ZnFeNiCuAgAu阴极:Cu2++2e-=Cu阳极泥阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥电解精炼铜电解精炼铜原理：①粗铜的溶解与纯铜的生成：阳极（粗铜）：Cu－2e-=Cu2+阴极（纯铜）：Cu2++2e-=Cu②比铜活泼的金属：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；③比铜不活泼的金属：Au、Pt不溶解，而以单质沉积形成阳极泥；④电解质溶液中CuSO4的浓度基本不变（略小）。制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。阳极：2Cl-

－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑4、电冶金由于电解是最强有力的氧化还原手段，所以电解法是冶炼金属的一种重要的方法。对于冶炼像Na、Ca、Mg、Al这样活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法。电解熔融氯化钠制钠4、电冶金（使用电解法冶炼像钠、镁、铝等活泼金属的方法）制取金属铝电解熔融状态的氧化铝。阳极：6O2-

－12e-==3O2↑阴极：4Al3++12e-==4Al总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑冰晶石助熔剂：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Al2O3的方法冶炼铝而不用AlCl3?AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。金属腐蚀的类型：（1）化学腐蚀金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。（2）电化学腐蚀不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化的腐蚀叫做电化学腐蚀。三、金属的腐蚀与防护钢铁的析氢腐蚀示意图钢铁的吸氧腐蚀示意图钢铁在潮湿的空气中发生的电化学腐蚀的原理：负极（Fe）：Fe—2e—=Fe2+正极（C）：2H++2e—=H2↑

或2H2O+O2+4e—=4OH—【讨论】两者情况的进一步反应或总反应三、金属的防护1、改善金属的内部组织结构(内因)——制成合金（不锈钢）2、在金属表面覆盖保护层——电镀、油漆、钝化等3、电化学保护法——牺牲阳极的阴极保护法、外加直流电源的阴极保护法

牺牲阳极的阴极保护法

形成原电池反应时，让被保护金属做正极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。外加电流的阴极保护法

将被保护金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及水中金属设备的腐蚀。1.用两支惰性电极插入50mLAgNO3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、216mgB2（08宁夏卷）一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是（)A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e－B．O2(g)+4H+(aq)+4e－=2H2O(1)C．CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－D．O2(g)+2H2O(1)+4e－=4OH－C3（08江苏卷）镍镉（Ni-Cd）可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：

Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2有关该电池的说法正确的是（）A．充电时阳极反应：Ni(OH)2-e-+OH-==NiOOH+H2OB．充电过程是化学能转化为电能的过程C．放电时负极附近溶液的碱性不变D．放电时电解质溶液中的OH-向正极移动A4（09广东化学14）可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e-＝Al(OH)3↓C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极A5、据报道，我国拥有完全自主产权的氢氧燃料电池车在北京奥运会期间为运动员提供服务。某种氢氧燃料电池的电解液为KOH溶液，下列有关该电池的叙述不正确的是（）A．正极反应式为：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．工作一段时间后，电解液中KOH的物质的量不变C．该燃料电池的总反应方程式为：

2H2＋O2=2H2OD．用该电池电解CuCl2溶液，产生2.24LCl2(标准状况)时，有0.1mol电子转移D6、（2012福建高考）将右图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是

A.Cu电极上发生还原反应

B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动

C.片刻后甲池中c(SO42-)增大

D.片刻后可观察到滤纸b点变红色

A7、（2012四川高考）一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：CH3CH2OH–4e–+H2O=CH3COOH+4H+。下列有关说法正确的是

A．检测时，电解质溶液中的H+向负极移动

B．若有0.4mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48L氧气

C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O

D．正极上发生的反应为：

O2+4e–+2H2O=4OH–

C8、电解原理在化学工业中有广泛的应用。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试液，则：①电解池中X极上的电极反应式为_____。在X极附近观察到的现象是______。