高考化学一轮复习 9.2电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件.ppt

第2讲电解池金属的电化学腐蚀与防护 一 电解池的构造及其工作原理 1 电解池反应的原理 相连的分别称为阳极和阴极 阳极发生氧化反应 阴极发生还原反应 俗称放电 和原电池联系起来记忆就是 负氧阳氧升失氧 负极和阳极均发生了氧化反应 2 阳极若用c pt这两种常温下非常稳定的物质作电极时 称为惰性电极 则是阴离子失去电子被氧化 若用非惰性电极时 则是电极本身被氧化 而阴极则无论何种电极都是阳离子得到电子被还原 具体而言 图 阳极 2cl 2e cl2 阴极 cu2 2e cu 1 电解池的最方便的判断方法是看有无外接电源 一般来说 有外接电源的即为电解池 与电源正极 负极 图 阳极 2ag 2e 2ag ag虽然活泼性差 但不属惰性电极 阴极 2h 2e h2 图 a b两极都是惰性电极 c 此时溶液中的阳离子有h 和mg2 h 得电子的能力比mg2 得电子的能力强 故是h 得电子被还原 而阳极由于oh 的还原性比s强 故oh 失去电子 所以 阳极 4oh 4e o2 2h2o 阴极 4h 4e 2h2 1 阳极 由于阳极发生的是氧化反应 当使用惰性电极时各阴离子的还原性强弱顺序即决定了其放电顺序 常见阴离子的放电顺序如下 s2 i br cl oh 含氧酸根离子 f 当使用非惰性电极时 就是电极本身被氧化 如fe ag cu作阳极时 电极反应式分别是fe 2e fe2 ag e ag cu 2e cu2 特别提醒 fe作阳极被氧化时首先被氧化为fe2 而不是fe3 2 阴极 由于阴极发生的是还原反应 故各阳离子的氧 2 电解时溶液中各离子的放电顺序 化性强弱顺序即决定了其放电顺序 常见阳离子的放电顺序如下 ag hg2 fe3 cu2 h c h 较大 pb2 sn2 fe2 zn2 h 水电离 al3 mg2 na ca2 k 特别提醒 上述阴 阳极放电顺序是指一般而言 在溶液中各离子浓度特殊 电极材料特殊 电解质溶液特殊等情况下 放电顺序及产物有可能有所变化 必须具体情况具体分析 电解电极反应式的书写比原电池电极反应式要简单一些 阳极是阴离子或金属本身失电子 发生氧化反应 阴极是阳离子得电子 发生还原反应 关键是把握好电极上的放电顺序 首先分析电解质水溶液或熔融电解质的组成 找全离子并分为阴 阳两组 然后分别对阴 阳离子排出放电顺序 写出两极上的电极反应式 在书写时要遵循原子守恒和电荷守恒 合并两个电极反应式即得电解反应的总反应式 二 电解电极反应式的书写 常见的几个重要的电解反应如下 1 电解cubr2和cucl2的混合溶液 阳极为惰性电极 阳极 先是br 失电子 然后是cl 失电子 即先 2br 2e br2 后 2cl 2e cl2 阴极 cu2 2e cu 总反应式 cubr2cu br2 cucl2cu cl2 2 电解水 阳极为惰性电极 阳极和阴极反应式可分别写成4oh 4e o2 2h2o 和4h 4e 2h2 但考虑到水的电离平衡的存在 h2oh oh 阳极也可以写成2h2o 4e o2 4h 所以阳极区ph变小 阴极也可以写成4h2o 4e 2h2 4oh 所以阴极区ph变大 若在图 的a区 阴极 滴入石蕊显蓝色 而在b区 阳极 滴入石蕊显红色 总反应式依然是2h2o2h2 o2 3 电解nacl溶液 阳极为惰性电极 阳极 2cl 2e cl2 阴极 2h 2e h2 或2h2o 2e h2 2oh 总反应式 2h2o 2cl h2 2oh cl2 电解kcl溶液 mgcl2溶液的电极反应式均与此相似 特别提醒 书写电解反应的电极反应式不需要写上条件 但书写最终的总反应式一定要写上条件 电解 4 电解cuso4溶液 阳极为惰性电极 阳极 2h2o 4e o2 4h 阴极 2cu2 4e 2cu 总反应式 2h2o 2cu2 o2 4h 2cu 电解agno3溶液 cu no3 2溶液的电极反应式均与此相似 5 电解cuso4溶液 阳极为cu 阳极 cu 2e cu2 阴极 cu2 2e cu 当阴极采用非铜材料时 此时可以理解为在阴极上电镀铜 而当阴极采用纯铜时 此时可理解为cu的电解法精炼 特别提醒 电解是最强有力的氧化还原手段 与物质的氧化性 还原性强弱无关 即氧化性再弱的物质接上电源负极时也会得电子 还原性再弱的物质接上正极作阳极时也会失电子 三 电解原理的应用 电解是最强有力的氧化还原反应手段 故在工业上应用极广 主要应用有氯碱工业 电解法精炼铜 电解法制 备活泼金属na mg al等 电解法制备一些特殊的氧化剂如kmno4 o3等 1 氯碱工业 1 概念 用电解饱和nacl溶液的方法来制取naoh h2和cl2 并以它们为原料生产一系列化工产品 如盐酸 漂白粉等 的工业 称为氯碱工业 2 原理 阳极 c或钛钢网 2cl 2e cl2 阴极 铁丝网 2h2o 2e h2 2oh 总反应式 2h2o 2naclh2 2naoh cl2 注意 为防止阳极cl2与阴极naoh反应 nacl溶液要用隔膜隔开 且nacl溶液一定要精制 2 电镀工业 电镀时 用镀层金属作阳极 待镀金属作阴极 用含镀层金属阳离子的溶液作电解质溶液 理论上讲 电镀时电解质溶液的成分及浓度是基本不变的 3 铜的精炼 粗铜中通常含有zn fe ni ag au等杂质 注意 粗铜中比较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶液 金属活动性弱于铜的金属 ag和au 沉淀在电解槽底部 形成阳极泥 4 电冶金 金属冶炼 mn ne m 1 电解熔融的氯化钠冶炼金属钠 阳极反应 2cl 2e cl2 阴极反应 2na 2e 2na 总反应 2nacl 熔融 2na cl2 注意 工业上为降低成本 常常加入cacl2来帮助nacl熔化 2 电解熔融的氯化镁冶炼金属镁 阳极反应 2cl 2e cl2 阴极反应 mg2 2e mg 总反应 mgcl2 熔融 mg cl2 注意 制取mg时因熔融mgo熔点太高 2800 故电解 的是熔融mgcl2 3 电解熔融的氧化铝冶炼金属铝 阳极反应 6o2 12e 3o2 阴极反应 4al3 12e 4al 总反应 2al2o3 熔融 4al 3o2 注意 制取al时因熔融alcl3不导电 故电解的是熔融al2o3 因其熔点高 故常加入na3alf6来帮助熔化 同时由于阳极c棒与产生的氧气会反应 故c棒要定期补充 互动探究用电解法冶炼活泼金属时 能在水溶液中进行吗 为什么 答案 不能 因为在水溶液中活泼金属阳离子不能得到电子而变成单质 而是h 得到电子生成氢气 1 实质 金属被氧化 m ne mn m代表金属原子 2 类型 1 化学腐蚀 金属与周围的氧化剂直接接触发生化学反应而产生的腐蚀 如铁质的输油管道和石油中的硫反应 氯气等氧化性物质直接氧化金属等 四 金属的电化学腐蚀及防护方法 不纯金属或合金在潮湿空气里或电解质溶液中 发生原电池反应而产生的腐蚀 主要分为两种 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 金属发生电化学腐蚀的概率要比发生化学腐蚀的概率高得多 反应速率也快得多 在电化学腐蚀中 又以吸氧腐蚀较普遍 2 电化学腐蚀 以钢铁的电化学腐蚀为例 3 金属的防护方法 既然电化学腐蚀是由原电池反应所致 那么其防护方法就要从阻断原电池反应下手 图示如下 以钢铁的防护为例 具体有如下几种方法 1 在金属表面覆盖保护层 如在钢铁表面涂油或油漆或电镀不活泼金属等 目的是阻断与o2及水的接触 2 改变金属内部的组成和结构 如制成不锈钢等 目的是增强抗腐蚀能力 纯铁的抗腐蚀能力较强 从发生原电池的条件来看就是因为纯铁没有形成原电池 3 利用原电池原理进行保护 如在海轮外壳上附着活泼金属锌或镁 让锌或镁发生原电池反应而铁被保护 如图所示 4 外加电流的阴极保护法 即将要保护的金属与直流电源的负极相连 强制不让其失电子 另外附加惰性电极与正极相连 如图所示 考点透析 考点1电解池的构造及原理 典例1cui是一种不溶于水的白色固体 它可由反应2cu2 4i 2cui i2得到 现以石墨为阴极 cu为阳极电解ki溶液 通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液 电解后两极附近溶液呈现的颜色正确的是 解析 阳极生成cu2 cu2 与i 反应生成i2 淀粉遇i2变蓝 阴极h 放电 同时溶液中产生oh 遇酚酞变红 c项正确 答案 c 技能归纳 电解过程中电解质溶液的变化规律如下表 1 如图是一种可充电的锂离子电池充 放电的工作示意图 放电时该电池的电极反应式为负极 lixc6 xe c6 xli lixc6表示锂原子嵌入石墨形成的复合材料 正极 li1 xmno2 xli xe limno2 limno2表示含锂原子的二氧化锰 下列有关说法中正确的是 学以致用 c k与n相接时 li 由a极区迁移到b极区 d 在整个充 放电过程中至少存在3种形式的能量转化 a 该电池的总反应式为li1 xmno2 lixc6limno2 c6 b k与m相接时 a是阳极 该极发生还原反应 解析 a项中 正反应方向为放电反应 逆反应方向为充电反应 k与m相接时 a是阳极 发生氧化反应生成li1 xmno2 放电时 a极需消耗li li 由b极区迁移到a极区 图中的充 放电过程中 能量转化形式至少有3种 充电时为电能转化为化学能 放电时为化学能转化为电能 电能转化为光能 d项正确 答案 d 考点2电解的电极反应式的书写及与电解有关的简单计算 典例2如图所示 a b c d均为石墨电极 通电进行电解 下列说法中正确的是 a 甲中b极的电极反应式为4oh 4e o2 2h2o b 电解时向乙中滴入酚酞试剂 c电极附近变红 c 向电解后的乙装置中通入适量hcl气体 溶液可以恢复原组成 d 当b极有64gcu析出时 c极产生2g气体 解析 此装置是两个串联的电解池 a为阳极 b为阴极 c为阳极 d为阴极 所以b极的电极反应式为cu2 2e cu a项错误 电解时 d极产生oh 滴入酚酞试剂 d极附近溶液变红 b项错误 乙装置中的阴极产生h2 阳极产生cl2 减少的相当于是hcl c项正确 当b极析出64gcu时 电路中转移2mol电子 c极产生1molcl2即71g d项错误 答案 c 1 电解的电极反应式的书写规律与原电池的极其相似 首先要看清电极材料 主要是阳极材料 然后按电极上的放电顺序写出离子 或放电物质 得 失电子及还原 氧化产物 最后填充必要介质 用电子得失守恒和电荷守恒 原子守恒将方程式配平 很明显 它与离子方程式的书写要求如出一辙 技能归纳 质溶液浓度增大 与电解有关的计算主要是依靠得失电子守恒来求解 2 阴阳极ph的变化判断很简单 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 阳两极同时有h oh 放电 相当于电解水 电解 学以致用 2 锂 空气电池被誉为最具有前途的电池技术 图 和图 分别是锂 空气电池放电和充电时的工作示意图 下列说法中错误的是 b 固体电解质具有阻止水分子通过的功能 c 充电时c极的电极反应式为li e li d 充电时d极发生还原反应 a 放电时b极的电极反应式为2h2o o2 4e 4oh 答案 d 考点3金属的电化学腐蚀规律 典例3下列各情况中 fe片腐蚀由快到慢的顺序是 a 1 2 3 4 5 b 5 2 1 3 4 c 5 3 4 2 1 d 5 1 3 4 2 解析 5 为电解 阳极fe被腐蚀最快 而 4 是保护 zn比fe活泼 故保护了fe sn的活泼性差 2 中fe作负极 腐蚀速率快 答案 b 1 不同类型的腐蚀规律 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 2 电化学腐蚀规律 1 对同一种金属来说 腐蚀的快慢 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 2 活动性不同的两金属 活动性差别越大 较活泼金属腐蚀越快 技能归纳 3 对同一种电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 且氧化剂的浓度越高 腐蚀越快 4 对于不同氧化剂来说 氧化性越强 金属腐蚀越快 c 在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀 是采用了牺牲阳极的阴极保护法 d 可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 学以致用 3 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 a 纯银器表面在空气中因电化学腐蚀而渐渐变暗 b 当镀锡铁制品的镀层破损时 镀层仍能对铁制品起保护作用 答案 c 实验探究电解饱和食盐水 电化学实验是高考热点 解决这类题目的关键是 1 分析装置的特点 判断是原电池还是电解池 2 若是电解池要看电极材料是活性电极还是惰性电极 电极材料不同其电极反应也可能不同 3 氯碱工业 金属的精炼 电镀三者的原理相同 但对电极的选择都有其特殊的规定 4 电解过程中要善于从电极反应来分析电解质溶液的成分及ph的变化 5 电解质的状态不同 其电解产物也不同 如电解饱和食盐水和熔融的nacl 二者的产物就不同 1 打开k2