高考化学大一轮复习 第六章 化学反应与能量 6.3 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件 新人教版.ppt

第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护 考点一电解原理及规律 核心自主排查 1 电解 使电流通过电解质溶液而在阴 阳两极引起 的过程 氧化还原反应 2 电解池 1 定义 将 转变成 的装置 2 形成条件 两电极接 两电极 一般为惰性电极 同时插入同一 溶液 用导线相互连接组成 回路 电能 化学能 直流电源 电解质 闭合 3 工作原理 以惰性电极电解cucl2溶液为例 阴极 还原反应 阳极 氧化反应 4 电解池中电子和离子的移动 电子 从电源的 流出后 流向电解池的 从电解池的 流向电源的正极 离子 阳离子移向电解池的 阴离子移向电解池的 负极 阴极 阳极 阴极 阳极 3 电极反应 1 阴极 电极本身不反应 溶液中阳离子在阴极得电子发生 反应 阳离子放电顺序 ag hg2 fe3 cu2 h pb2 sn2 fe2 zn2 al3 mg2 na ca2 k 还原 阴极反应式书写一般遵循以下先后顺序 a 首先看溶液是否存在ag 若有则发生 b 其次看有无fe3 若有则发生 c 然后看有无cu2 若有则发生 d 最后写 ag e ag fe3 e fe2 cu2 2e cu 2h 2e h2 2 阳极 若为惰性电极 则电极本身不反应 溶液中的阴离子 电子 发生 反应 阴离子放电顺序 还原性强弱顺序 s2 i br cl oh 含氧酸根离子 若为活性电极 则电极本身失去电子 发生氧化反应 失去 氧化 阳极反应式书写一般遵循以下先后顺序 a 若为金属电极则发生 r ne rn b 其次看有无s2 若有则发生 c 然后看有无卤素元素的离子 若有则发生2x 2e x2 x表示cl br i d 最后写 s2 2e s 4oh 4e 2h2o o2 4 电解规律 1 电解含氧酸 强碱和活泼金属含氧酸盐的水溶液 实际上都是电解 即 2h2o2h2 o2 2 电解无氧酸 hf除外 不活泼金属无氧酸的水溶液 就是电解 例如 2hclh2 cl2 cucl2cu cl2 水 溶质本身 3 电解活泼金属无氧酸盐溶液时 电解的总化学方程式的通式可表示为溶质 h2oh2 碱 卤素单质x2 或s 4 电解不活泼金属含氧酸盐的溶液时 电解的总化学方程式的通式可表示为溶质 h2oo2 酸 金属单质 思维诊断 正确的打 错误的打 1 用铜作电极电解cuso4溶液的方程式为2cu 2h2o2cu o2 4h 提示 铜作电极电解cuso4溶液时 阳极上cu失去电子生成cu2 不会得到o2 2 电解nacl溶液得到22 4lh2 标准状况 理论上需要转移na个电子 提示 电解nacl溶液的阴极反应 2h 2e h2 产生标准状况下22 4lh2 可转移2na个电子 3 电解质溶液通电后 电解质溶液发生了电离 阴 阳离子分别向两极移动 提示 电解质在水分子的作用下发生电离无须通电 4 电解质溶液的导电过程 就是电解质溶液的电解过程 提示 电解质溶液的导电就是阴 阳离子的定向移动 5 若使电解后的cuso4溶液复原 用惰性电极电解 可加入cu oh 2固体 提示 若通电一段时间 cuso4未电解完 即cu2 未全部放电 使溶液复原应加入cuo 而加入cu oh 2会使溶液的浓度减小 若cu2 全部放电 又继续通电一段时间 此时电解水 要使溶液复原应加入cu oh 2或cu2 oh 2co3 若只加入cuo 此时浓度偏大 方法点拨 1 电极判断的 五 方法 注意 只要产生氧气 氯气的一极一定是阳极 电解池 2 电解时溶液ph的变化规律 若电解时阴极上产生h2 阳极上无o2产生 电解后溶液ph增大 若阴极上无h2产生 阳极上产生o2 则电解后溶液ph减小 若阴极上有h2产生 阳极上有o2产生 且则有 酸更酸 碱更碱 中性就不变 即 a 如果原溶液是酸溶液 则ph变小 b 如果原溶液为碱溶液 则ph变大 c 如果原溶液为中性溶液 则电解后ph不变 3 电解质溶液的复原措施 电解后的溶液恢复到原状态 出什么加什么 即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物 如用惰性电极电解盐酸 足量 一段时间后 若使溶液复原 应通入hcl气体而不能加入盐酸 基础小题快练 1 下列叙述中不正确的是 a 电解池的阳极上发生氧化反应 阴极上发生还原反应b 电源跟电解池连接后 电子从电源负极流向电解池阳极 c 电解质溶液中阴离子向阳极移动 阳离子向阴极移动d 电解含酚酞的饱和食盐水时 先变红的一极是阴极 解析 选b 电解池的阳极接电源正极 发生氧化反应 阴极接电源负极 发生还原反应 a正确 电子由电源的负极流向电解池的阴极 b错误 电解质溶液中 阴离子向阳极移动 阳离子向阴极移动 c正确 电解饱和食盐水 h 在阴极放电 得到氢氧化钠溶液和氢气 阴极先变红 d正确 2 如图为直流电源电解稀na2so4水溶液的装置 通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液 下列实验现象描述正确的是 a 逸出气体的体积 a电极的小于b电极的b 一电极逸出无味气体 另一电极逸出有刺激性气味的气体c a电极附近呈红色 b电极附近呈蓝色d a电极附近呈蓝色 b电极附近呈红色 解析 选d b极oh 放电产生o2 b极附近c h c oh 石蕊溶液变红 在a极h 放电产生h2 a极附近c oh c h 石蕊溶液变蓝 所以产生的气体体积a电极的大于b电极的 两种气体均为无色无味的气体 a b c错误 d正确 高考模拟预测 1 下列各组中 每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是 a hcl cucl2 kohb naoh agno3 h2so4c naoh hno3 k2co3d nabr h2so4 ba oh 2 解析 选c cucl2 agno3 nabr电解时分别产生cu ag br2单质 a b d错误 naoh hno3 k2co3溶液电解时只生成氢气和氧气 c正确 2 用两支惰性电极插入cuso4溶液中 通电电解 当有1 10 3mol的oh 放电时 溶液显浅蓝色 则下列叙述正确的是世纪金榜导学号30682092 a 阳极上析出3 6mlo2 标准状况 b 阴极上析出32mgcuc 阴极上析出11 2mlh2 标准状况 d 阳极和阴极质量都无变化 解析 选b 用惰性电极电解cuso4溶液时 阴极 2cu2 4e 2cu 阳极 4oh 4e o2 2h2o 当有1 10 3mol的oh 放电时 生成标准状况下的o2为5 6ml a错误 在阴极上析出32mgcu 阴极质量增加 b正确 c d错误 加固训练 1 用惰性电极电解足量的agno3溶液 下列说法错误的是 a 电解过程中阴极质量增加b 电解过程中溶液的ph不断降低 c 向溶液中加入适量的ag2o固体可使溶液恢复到电解前的状态d 电解后两极产生的气体体积比为2 1 解析 选d 电解反应为4agno3 2h2o4ag o2 4hno3 阴极上析出ag 阳极上放出o2 a正确 d错误 由于生成hno3溶液 ph应不断降低 b正确 加入ag2o可以使溶液恢复到电解前的状态 c正确 2 用惰性电极电解一定浓度cuso4溶液 通电一段时间后 向所得的溶液中加入0 1molcu oh 2后恰好恢复到电解前的浓度和ph 则下列说法正确的是 a 电解过程中阴极没有气体生成b 电解过程中转移的电子的物质的量为0 4mol c 原cuso4溶液的浓度为0 1mol l 1d 电解过程中阳极收集气体体积为1 12l 标准状况下 解析 选b 加入0 1molcu oh 2相当于加入0 1molcuo和0 1molh2o 故cuso4电解完后还电解了部分水 阴极析出了0 1molcu和0 1molh2 a错误 析出0 1molcu转移电子0 2mol 析出0 1molh2转移电子0 2mol 故转移的电子的总物质的量为0 4mol b正确 原cuso4溶液的物质的量为0 1mol 不知溶液体积 无法求浓度 c错误 电解过程中阳极始终产生o2 根据转移的电子的总物质的量为0 4mol 产生o2体积为2 24l 标准状况下 d错误 考点二电解原理的应用 核心自主排查 1 电解饱和食盐水 1 电极反应及电极判断 阳极 反应 产生黄绿色气体的一极或使淀粉ki试纸变 的一极 2cl 2e cl2 氧化 蓝 阴极 反应 产生无色气体或加入酚酞先变红的一极 2h 2e h2 还原 2 总反应方程式 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 离子反应方程式 阳极产物 阴极产物 3 应用 氯碱工业制 和 2cl 2h2o2oh h2 cl2 cl2 naoh h2 烧碱 氯气 氢气 2 电镀 1 待镀金属作 极 镀层金属作 极 2 电解质溶液 3 电极反应 阳极 r ne rn r表示金属 阴极 rn ne r 阴 阳 含镀层金属离子的盐溶液 4 特点 极溶解 极沉积 电镀液的浓度 阳 阴 不变 3 电解精炼铜 1 电极材料 阳极为 阴极为 2 电解质溶液 含cu2 的盐溶液 粗铜 纯铜 3 电极反应 阳极 zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 阴极 cu 2e cu2 cu2 2e cu 4 电解质溶液电解一段时间后 溶液中cu2 的浓度 减小 4 电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属na ca mg al等 2nacl 熔融 2na cl2 mgcl2 熔融 mg cl2 2al2o3 熔融 4al 3o2 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 2cl 2e cl2 mg2 2e mg 6o2 12e 3o2 4al3 12e 4al 思维诊断 正确的打 错误的打 1 粗铜精炼和电镀铜 以硫酸铜为电解质溶液 溶液中的c cu2 不变 提示 电镀铜时溶液中的c cu2 不变 粗铜精炼时溶液中c cu2 减小 2 电解精炼铜时 以粗铜作阴极 纯铜作阳极 提示 电解精炼铜时 粗铜作阳极 纯铜作阴极 3 电解或电镀时 电极质量减少的电极必为金属电极即阴极 提示 电解或电镀时 电极质量减少的电极必为金属电极即阳极 电极质量增加的电极必为阴极 即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上 4 氯碱工业中阳离子交换膜的作用是防止h2和cl2混合爆炸 同时避免cl2和naoh溶液作用生成naclo影响烧碱质量 提示 阳离子交换膜只允许阳离子 na 通过 而阻止阴离子 cl oh 和分子 cl2 通过 5 工业上可以通过电解熔融的alcl3 mgo制备al mg 提示 alcl3是共价化合物 mgo的熔点高 只能用电解熔融的al2o3 mgcl2制备al mg 6 电解饱和食盐水时 两个电极均不能用金属材料 提示 阴极只起导电作用 所以阴极可以用金属材料 高考命题探究 高考母题示例 电解应用 2016 乙卷 三室式电渗析法处理含na2so4废水的原理如图所示 采用惰性电极 ab cd均为离子交换膜 在直流电场的作用下 两膜中间的na 和可通过离子交换膜 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室 下列叙述正确的是世纪金榜导学号30682093 a 通电后中间隔室的离子向正极区迁移 正极区溶液ph增大b 该法在处理含na2so4废水时可以得到naoh和h2so4产品 c 负极反应为2h2o 4e o2 4h 负极区溶液ph降低d 当电路中通过1mol电子的电量时 会有0 5mol的o2生成 解析 选b 电解池中阴离子向阳极移动 所以通电后中间隔室的向正极区迁移 阳极上氢氧根离子放电产生氧气 溶液中氢离子浓度增大 ph减小 a项错误 电解时在负极区生成naoh 在正极区生成h2so4 b项正确 阴极反应是氢离子得到电子生成氢气 溶液中氢氧根离子浓度增大 ph升高 c项错误 当电路中通过1mol电子的电量时 会有0 25mol的o2生成 d项错误 高考母题变式 1 正极区的电极反应式是 随着电解的进行na2so4溶液浓度 填 增大 不变 或 减小 提示 4oh 4e 2h2o o2 减小 通电后oh 移向阳极 oh 放电产生氧气 由于na 和不断被交换 分别进入阴极区 阳极区 所以na2so4浓度减小 2 ab cd分别为 填 阴 或 阳 离子交换膜 提示 ab是阳离子交换膜 cd是阴离子交换膜 通电后阴离子移向阳极 阳离子移向阴极 所以ab是阳离子交换膜 cd是阴离子交换膜 模拟母题示例 电极反应式书写 2017 宁波模拟 电解no制备nh4no3 其工作原理如图所示 下列说法不正确的是世纪金榜导学号30682094 a 电解池的阳极的电极反应式为no 3e 4oh 2h2ob 电解池总反应方程式为8no 7h2o3nh4no3 2hno3c a极上的电极反应式为no 5e 6h h2od 为使电解产物全部转化为nh4no3 需补充的物质a是nh3 解析 选a no失电子生成 根据反应后溶液呈酸性 电极反应为no 3e 2h2o 4h a错误 根据得失电子守恒 结合阳极 阴极的电极反应式 则电解过程总反应的离子方程式为8no 7h2o5 3 2h b正确 a极为阴极 no得电子生成 电极反应为no 5e 6h h2o c正确 电解产物的物质的量大于 要使产物全部转化为nh4no3 需补充nh3 d正确 模拟母题变式 1 b极上发生 填 氧化 或 还原 反应 提示 氧化 no失电子生成 b极为阳极 发生氧化反应 2 电解过程中补充的物质a能与no在加热 催化剂存在下发生反应生成无污染的气体 写出反应方程式 提示 4nh3 6no5n2 6h2o 探究归纳总结 1 分析电解过程的思维程序 1 首先判断阴 阳极 分析阳极材料是惰性电极还是活性电极 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 阴极不管是什么材料 电极本身都不反应 一定是溶液 或熔融电解质 中的阳离子放电 最常用 最重要的放电顺序 阳极 s2 i br cl oh 阴极 ag fe3 cu2 h 电解水溶液时 k al3 不可能在阴极放电 即不可能用电解水溶液的方法得到k ca na mg al等金属 2 正确书写电极反应式的方法 1 一看电极材料 若是金属 au pt除外 作阳极 金属一定被电解 注 fe生成fe2 2 二看电解产物 对于规定产物的电极反应式 根据电子得失书写电极反应式 3 三看介质 介质是否参与电极反应 4 书写总化学方程式或离子方程式时 弱电解质要写成分子式 且一定注明条件 电解 高考模拟预测 1 为使反应ag 2hcl agcl h2 能够发生 下列设计方案正确的是 a 用银片作负极 石墨电极作正极 氯化钠溶液为电解质溶液构成原电池b 用银片作电极 外接直流电源电解硫酸铜溶液 c 用银片作阳极 铁片作阴极 电解稀盐酸d 用银片作阴 阳电极 电解硝酸银溶液 解析 选c 该反应为非自发进行的氧化还原反应 必须设计为电解池才能发生 阳极为银放电 阴极为h 放电 即用银作阳极 电解质溶液为稀盐酸 c正确 2 2017 梧州模拟 用一种阴 阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 模拟装置如图所示 下列说法正确的是世纪金榜导学号30682095 a 阳极的电极反应式为fe 3e fe3 b 阴极的电极反应式为4oh 4e 2h2o o2 c 电解一段时间后 阴极室溶液中的ph升高d 电解一段时间后 阴极室溶液中的溶质一定是 nh4 3po4 解析 选c fe为阳极 发生反应fe 2e fe2 a错误 阴极上h 放电生成h2 电极反应式为2h 2e h2 b错误 电解时 阴极上h 放电生成h2 溶液中c oh 增大 溶液中ph增大 c正确 电解时 溶液中向阴极室移动 h 放电生成h2 溶液中oh 和结合生成电解质nh3 h2o 所以阴极室中溶质为nh3 h2o和 nh4 3po4或nh4h2po4 nh4 2hpo4 d错误 加固训练 1 以石墨为电极 电解ki溶液 含有少量的酚酞和淀粉 下列说法错误的是 a 阴极附近溶液呈红色b 阴极逸出气体c 阳极附近溶液呈蓝色d 溶液的ph变小 解析 选d 电解反应为2ki 2h2o2koh h2 i2 类似于电解饱和食盐水 阴极产物是h2和koh 阳极产物是i2 由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉 所以阳极附近的溶液会变蓝 淀粉遇碘变蓝 阴极附近的溶液会变红 溶液呈碱性 a b c正确 由于电解产物有koh生成 所以溶液的ph逐渐增大 d错误 2 电解加工是利用电解原理使金属在电解液中溶蚀成预定形状的方法 电解加工一铜构件的示意图如图 阳极铜件被溶蚀 而阴极的质量和形状都保持不变 则原始电解液不宜含有大量的 a b cl c na d cu2 解析 选d 由题意阴极的质量和形状都保持不变 可判断阴极没有金属析出 故原电解液不宜含有大量的cu2 3 2017 承德模拟 酸性废水中含cr2 采用电解法进行处理 电解时采用fe作阳极 惰性电极作阴极 已知 氧化性 cr2 fe3 cr2的还原产物是cr3 ksp cr oh 3 6 3 10 31 下列说法正确的是 a 阳极材料也可以是cub 阴极每产生3molh2 则有1molcr2被还原c 一段时间后溶液中发生反应cr2 6fe2 14h 2cr3 6fe3 7h2od 电解最后阶段需要加碱 使溶液中的阳离子转化为沉淀 解析 选c 阳极材料若是cu 电解过程生成的cu2 没有还原性 不能还原cr2 a错误 阴极产生3molh2 转移电子6mol 根据氧化还原反应得失电子守恒得6fe 12e 6fe2 cr2 2cr3 则有0 5molcr2被还原 b错误 电解过程中阳极产生的fe2 与废水中的cr2发生氧化还原反应 c正确 反应过程中不断消耗h 溶液的碱性增强 电解最后阶段不需要加碱 d错误 考点三金属的腐蚀与防护 核心自主排查 1 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 原电池 较活泼金属 无 有 2 电化学腐蚀的分类 钢铁腐蚀 酸性 fe 2e fe2 2h 2e h2 2h2o o2 4e 4oh 吸氧 3 金属的防护 原电池 电解池 思维诊断 正确的打 错误的打 1 因空气中co2的存在 金属表面形成一层酸膜 所以大多数金属发生的是析氢腐蚀 提示 强酸性环境发生析氢腐蚀 弱酸性或中性环境发生吸氧腐蚀 自然界中大多数金属发生吸氧腐蚀 2 钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀 提示 当铁作原电池的正极或电解池的阴极时 铁均会受到保护 3 若在海轮外壳上附着一些铜块 则可以减缓海轮外壳的腐蚀 提示 在海轮外壳上附着一些铜 可形成铁 铜原电池 铁比铜活泼 作为负极被腐蚀 4 铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性 提示 铁表面镀锌 可以形成原电池 锌作负极 增强铁的抗腐蚀能力 5 自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致 提示 钢铁主要发生的是吸氧腐蚀 方法点拨 1 金属腐蚀快慢的规律 1 电解池的阳极金属 除pt au外 原电池的负极金属 化学腐蚀的金属 原电池的正极金属 电解池的阴极金属 2 同种金属的腐蚀在强电解质中 弱电解质中 非电解质中 3 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大 腐蚀越快 对同一电解质溶液来说 电解质溶液浓度越大 腐蚀越快 2 根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 正确判断 介质 溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键 潮湿的空气 酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀 nh4cl溶液 稀硫酸等酸性溶液发生析氢腐蚀 基础小题快练 1 下列对图a和图b的分析合理的是 a 图a负极上发生的反应是o2 4e 2h2o 4oh b 图b接通开关后溶液中的h 向正极移动c 图a中的铁棒发生腐蚀 正极上发生的反应可能是4oh 4e o2 2h2od 图b接通开关后锌被保护 这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 解析 选b 图a负极上发生的反应是fe 2e fe2 a错误 图b接通开关后 形成原电池 溶液中的h 向正极移动 b正确 图a在液面与空气的交界处铁棒发生吸氧腐蚀 正极反应是o2 4e 2h2o 4oh c错误 图b接通开关后锌是负极 铜被保护 d错误 2 相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是 解析 选c a d均可由fe cu构成原电池而加速铁的腐蚀 b中 食盐水提供电解质溶液环境 铁砂锅和铁铲都是铁碳合金 易被腐蚀 c中铜镀层把铁完全覆盖 构不成原电池而不被腐蚀 高考模拟预测 1 2017 滨州模拟 铁制品生锈 铜表面形成铜绿等都是金属腐蚀现象 下列说法正确的是 a 图 装置 为了更快更清晰地观察到液柱上升 可采用下列方法 用酒精灯加热具支试管b 图 是图 所示装置的原理示意图 图 的正极材料是铁 c 铝制品表面出现白斑可以通过图 装置进行探究 cl 由活性炭区向铝箔表面区迁移 并发生电极反应 2cl 2e cl2 d 图 装置的总反应为4al 3o2 6h2o 4al oh 3 生成的al oh 3进一步脱水形成白斑 解析 选d 加热具支试管 试管内的气体受热膨胀 不能更快更清晰地观察到液柱上升 a错误 铁腐蚀中铁作负极 b错误 负极 al失电子 c错误 图 装置的总反应为4al 3o2 6h2o 4al oh 3 生成的al oh 3进一步脱水形成白斑 d正确 2 2015 重庆高考节选 我国古代青铜器工艺精湛 有很高的艺术价值和历史价值 但出土的青铜器大多受到环境腐蚀 故对其进行修复和防护具有重要意义 下图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的原理示意图 1 腐蚀过程中 负极是 填图中字母 a 或 b 或 c 2 环境中的cl 扩散到孔口 并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈cu2 oh 3cl 其离子方程式为 3 若生成4 29gcu2 oh 3cl 则理论上耗氧体积为 l 标准状况 解析 1 根据图示 腐蚀过程中 铜失电子生成cu2 则负极是铜 选c 2 根据上述分析 正极产物是oh 负极产物为cu2 环境中的cl 扩散到孔口 与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈cu2 oh 3cl 则离子方程式为2cu2 3oh cl cu2 oh 3cl 3 4 29gcu2 oh 3cl的物质的量为4 29 214 5 0 02 mol 根据铜原子守恒 cu2 的物质的量为0 04mol 负极反应为2cu 4e 2cu2 正极反应为o2 4e 2h2o 4oh 根据正 负极放电量相等 则理论上耗氧体积为0 02mol 22 4l