电解池与金属的防护.ppt

1、考纲要求 1了解电解池的工作原理，能写出电极反应式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。,考点研析 1以选择题形式考查电极反应式书写、电极附近溶液pH变化、两极得失电子守恒等。 2综合应用电解原理解决实际问题。 3有关电化学的计算。,一、电解原理 填写电解池工作原理的关系图，并回答有关问题： (1)能量转换： 转化为 。,电能,化学能,还原,电极,电解质,电解质,闭合回路,流出,流入,失去,得到,氧化,思考1电解池的阳极材料不同，对电解产物有何影响？ 提示：由于电解池的阳极发生氧化反应，若阳极材料是活性电极(金属活动性顺序表中Ag及Ag之前的

2、金属单质)，则阳极失去电子而溶解，溶液中的阴离子不发生变化；若阳极材料是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则阳极不发生变化，而溶液中的阴离子失电子。,镀层金属离子,粗铜板,Cu2eCu2,纯铜片,CuSO4溶液,镀层金属,镀件,2NaOHH2Cl2,2Cl2eCl2,2H2eH2,还原,氧化,思考2铜的电解精炼过程中，为什么Cu2浓度会略有减小？ 提示：因为粗铜中含有Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属，它们失去电子后，以离子形式存在于溶液中，而阴极上只能由Cu2得电子析出Cu，故溶液中的Cu2浓度会略有减小。,三、金属的腐蚀与防护 1化学腐蚀与电化学腐蚀,金属原子失去电子被氧化,2.钢铁的析氢腐蚀

3、与吸氧腐蚀,吸氧腐蚀,3.金属的防护 (1)电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。 外加电流的阴极保护法利用电解原理。 (2)其他 改变金属内部结构，如制成合金； 使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。,思考3请比较金属在下列条件下腐蚀的快慢_。 (1)化学腐蚀(2)原电池原理引起的腐蚀(3)有防护措施的腐蚀(4)电解原理引起的腐蚀 提示：(4)(2)(1)(3),1(2012海淀期末)下列现象与电化学腐蚀无关的是() A生铁比纯铁易生锈 B纯银饰品久置表面变暗 C黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿 D与铜管连接的铁管易生锈 解析：B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗

4、与电化学腐蚀无关。 答案：B,2(2012抚顺模拟)下列说法正确的是() A铅蓄电池放电时铅电极发生还原反应 B电解饱和食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠 C给铁钉镀铜可采用CuSO4溶液作电镀液 D生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀,解析：A项，铅蓄电池放电时，铅电极上Pb2eSO42=PbSO4发生氧化反应，A错。B项，电解NaCl溶液时，阳极：2Cl2e=Cl2，阴极：2H2e=H2，B错。C项，电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属阳离子的溶液作为电镀液，C对。D项，因为食盐水显中性，所以生铁因发生吸氧腐蚀。 答案：C,3下图为电解饱和食盐水的简易装置(铁丝缠在蛋壳外面)，下列

5、有关说法正确的是(),A电解一段时间后，往蛋壳中的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色 B蛋壳表面缠绕的铁丝发生氧化反应 C铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 D蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触,解析：蛋壳内的碳棒作阳极发生氧化反应，电极反应为：2Cl2e=Cl2，蛋壳外的铁丝作阴极发生还原反应，电极反应为：2H2e=H2，在生成H2的同时，有NaOH生成，所以D正确。 答案：D,4如图所示，A、F为石墨电极，B、E为铁片电极，按要求回答下列问题。,(1)打开K2，闭合K1时。B为_极，A的电极反应为_，最终可观察到的现象是_，涉及的化学反应方程式有：_。 (2)打开K1，闭合K

6、2时。E为_极，F极的电极反应为_，检验F极产生气体的方法是_。 (3)若往U形管中滴加酚酞试液，进行(1)(2)操作时，A、B、E、F电极周围能变红的是_。,解析：(1)当打开K2，闭合K1时，刚好形成原电池，较活泼的Fe作负极，A作正极，在正极溶液中O2得电子发生还原反应，即发生吸氧腐蚀，生成Fe(OH)2，进一步被氧化为红褐色的Fe(OH)3。(2)打开K1，闭合K2，形成电解池，故E为电解池的阴极，F为电解池的阳极，在阳极Cl失电子生成Cl2。(3)A、E两极都生成了OH，故遇酚酞试液会变红。,答案：(1)负O22H2O4e=4OH溶液中有红褐色沉淀生成2FeO22H2O=2Fe(OH

7、)2；4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3 (2)阴2Cl2e=Cl2用湿润的淀粉碘化钾试纸靠近F，若试纸变蓝，则产生的气体是Cl2。 (3)A、E,1两极判断 (1)根据电源判断：与电源负极相连的为阴极，与电源正极相连的为阳极。 (2)根据反应判断：发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。,(3)根据电子或离子的移动方向判断：电子流出、阴离子流向的电极为阳极，电子流入、阳离子流向的电极为阴极。 (4)根据两极材料的质量变化判断：如果电极质量减少，一般为阳极，如果电极质量增加，一般为阴极。,2电解产物的判断 (1)阳极产物的判断 首先看电极，如果是活性电极(除Au、Pt、石墨以外

8、的金属材料做电极)作阳极，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中阴离子不能失电子。 如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中阴离子的失电子能力，依据阴离子放电顺序加以判断。 阴离子放电顺序：S2IBrClOH高价含氧酸根(SO42、NO3等)F。若S2、I、Br、Cl放电，产物是S、I2、Br2、Cl2；若OH放电，则得H2O和O2。,(2)阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断。常见阳离子放电顺序：AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2Al3Mg2NaCa2K。若金属阳离子(Fe3除外)放电则得到相应金属单质，若H放电则得到H2。,3电极反应式的书写 (1)首先判断阴、阳极

9、，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时，电极材料放电。 (2)再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。 (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反应。,特别提醒：当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H或OH放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H或OH均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两个电极反应式相如，即得到总反应的化学方程式。,例1A、B、C、D、E均易溶于水形成溶液，组成它们的离子如下表所示： 阳离子K、Ag、Cu

10、2、H阴离子OH、Cl、NO3、SO42,分别用石墨作电极，电解A、B、C、D、E的水溶液，实验(忽略气体在水中的溶解)结果如下：只有B溶液和E溶液进行电解时，阴、阳两极都有气体产生，且体积之比为21(相同条件下)，电解后E溶液的pH不变，B溶液的pH变大。 A溶液分别与B溶液、C溶液、D溶液、E溶液混合时均有沉淀生成。,据此推断： (1)A_；B_；C_； D_；E_。 (2)A溶液中电解反应的离子方程式：_。 (3)C溶液中电极反应式：阳极：_； 阴极_；恢复到原状态应_。,解题指导(1)抓住题目隐藏的“特性”，Ag只能与NO3结合，得到易溶于水的物质AgNO3，只有Ag才可能与三种以上的

11、溶液混合时有沉淀生成，抓住该“特性”就非常容易得出：A是硝酸银。根据信息可以确定电解B和E溶液的本质是电解水，电解后E溶液的pH不变，则电解质溶液是含氧酸的活泼金属盐溶液。B溶液的pH变大说明电解质溶液是强碱溶液，就得出B为氢氧化钾，E可能是硝酸钾或硫酸钾。再根据信息，E与A混合时有沉淀生成，,A是AgNO3，则可以确定E为硫酸钾。根据信息已经确定B是氢氧化钾，A是硝酸银，再根据信息可以确定D是氯化铜或硫酸铜，C是氯化氢。(2)用石墨作电极电解AgNO3溶液，阳离子中Ag放电生成Ag；阴离子中OH放电生成O2，,1以惰性电极电解电解质溶液的类型,2.电解池中有关量的计算或判断 电解池中有关量的

12、计算或判断主要包括以下几方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。有如下解题方法：,特别提醒：(1)若阴极为H放电，则阴极区c(OH)增大；若阳极为OH放电，则阳极区c(H)增大；若阴极、阳极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。 (2)用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“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。 (3)电解过程中产生的H或OH，其物质的量等于转移电子的物质的量。,例2某同学按如图所示的装置进行实验。A、B分别为铜

13、、锌中的一种，开始时A、B的质量相等。当K闭合时，在交换膜处SO42从右向左移动。,(1)B是金属_，y电极上发生_反应。 (2)乙装置通电一段时间后，断开K，向所得的溶液中加入18 g溶质质量分数为36.5%的盐酸后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移电子的物质的量为_。 (3)乙装置中，若电解质溶液为1 molL1 CuSO4溶液和4 molL1 NaCl溶液各50 mL的混合液，当A、B两电极的质量相差25.8 g时，y极析出的气体体积为_(标准状况)。,解题指导(1)由图可知，甲装置是原电池，乙装置是电解池。甲中SO42从右向左移动，说明B是正极，A是负极，故A是锌，B是铜，

14、则x是阴极，y是阳极，y极发生氧化反应。(2)电解NaCl溶液后，通常通入HCl即可恢复，但本题加入了盐酸才能恢复，说明NaCl完全电解：,B极：Cu22e=Cu，设A极消耗Zn的物质的量为x，则B极增加Cu的物质的量也为x,65 gmol1x64 gmol1x25.8 g，x0.2 mol，故转移电子0.4 mol，即电路中转移电子0.4 mol。乙装置中，y极是阳极：2Cl2e=Cl2，溶液中n(Cl)4 molL10.05 L0.2 mol，生成0.1 mol Cl2，转移电子0.2 mol，故还有0.2 mol电子由OH提供，从而生成O2，因此可知生成O2的物质的量为0.2 mol/4

15、0.05 mol，则y极析出的气体在标准状况下的体积为(0.1 mol0.05 mol)22.4 Lmol13.36 L。 正确答案(1)铜氧化(2)1.45 mol(3)3.36 L,电化学原理在生产、生活中的应用非常广泛，在化学实验中的作用亦不可低估。如改变反应速率、制备通常方法难以制备的物质等很多方面，现分别列举如下： 应用一加快氧化还原反应的速率 一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。如实验室制H2时，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，就能使产生H2的反应速率加快。,应用二比较金属活动性的强弱 两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金

16、属活泼。 应用三制备通常方法难以制备的物质 电解是最强有力的氧化还原手段，可以制备F2等氧化性很强的物质，也可以制备Na、Mg、Al等还原性很强的物质等。 应用四利用有关量的关系进行某些测量或测定 可以利用电子与物质间的关系测元素的相对原子质量、阿伏加德罗常数等。,典例某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点为： 用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如图所示。,在电流强度为I A，通电时间为t s后，精确测得电极上析出的铜的质量为m g。 试回答： (1)这些仪器的正确顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示，下同)：E接_，C接_，_接F。 实验线路中

17、的电流方向为_C_。,(2)写出B电极上发生反应的电极反应式_；G试管中KI淀粉溶液变化的现象为_，相应的离子方程式是_。 (3)为精确测定电极上析出的铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是_。(选填下列操作步骤的编号),称量电解前电极质量 刮下电解后电极上的铜并清洗 用蒸馏水清洗电解后的电极 低温烘干电极后称量 低温烘干刮下的铜后称量 再次低温烘干后称量至恒重 (4)已知电子的电量为1.61019 C，试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：NA_。,1(2011山东理综)以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是() A未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电

18、池的充电过程 B因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 D镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用,解析：本题考查电镀，意在考查考生对电镀原理的理解和应用能力。未通电前，题述装置不能构成原电池，A项错误；锌的析出量与通过的电量成正比，B错；电镀时电解反应速率只与电流大小有关，与温度无关，C项对；镀锌层破损后，会形成铁锌原电池，铁作正极，得到保护，D项错误。 答案：C,2铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：FeNi2O33H2OFe(OH)22Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是() A电池的电解液为碱性溶液，正

19、极为Ni2O3、负极为Fe B电池放电时，负极反应为Fe2OH2e=Fe(OH)2 C电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低 D电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)22OH2e=Ni2O33H2O,解析：本题考查充电电池的有关知识，意在考查考生对充电电池正负极的判断及书写电极反应的能力。在铁镍蓄电池中，Fe是负极，Ni2O3是正极，由于生成Fe(OH)2，则电解液为碱性溶液，故A正确；电池放电时，负极反应为：Fe2OH2e=Fe(OH)2，故B正确；电池充电时，阴极反应式为：Fe(OH)22e=Fe2OH，阴极附近溶液pH升高，故C错误；由充电时的总反应式减去阴极反应式，可得到阳极反应式，D正

20、确。 答案：C,3(2011全国理综)用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的() ACuSO4 BH2O CCuO DCuSO45H2O,解析：本题考查电化学知识，意在考查考生的思维能力。石墨电极电解硫酸铜溶液一段时间，阳极发生氧化反应得到氧气，阴极发生还原反应得到铜，因此补充氧化铜即可使电解液恢复到起始状态。 答案：C,4(2010北京理综)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,解析：本题考查金属的腐蚀和防护，意在考查考生对金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用。钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为：Fe2e=Fe2，D项错误。 答案：B,5如图，E为沾有Na2SO4溶液的滤纸，并加入几滴酚酞。A，B均为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多