高考化学总复习 专题6 第三单元 电能转化为化学能 金属腐蚀及防护课件.ppt

第三单元电能转化为化学能金属腐蚀及防护 2013高考导航 一 电解原理1 电解 在直流电的作用下 在两电极上分别发生 反应和 反应的过程 2 电解池 也叫电解槽 把 转变为 的装置 氧化 还原 电能 化学能 3 电解池的组成和工作原理 电解cucl2溶液 思考感悟电解进行时 溶液中的离子浓度一定会减小吗 提示 不一定 有些离子浓度会减小 如用惰性电极电解盐酸时 h 与cl 均发生电极反应而消耗掉 使hcl变稀 而有的浓度会增大 如电解na2so4 hno3等 实际上就是电解水 故离子浓度增大 二 电解原理的应用1 电解饱和食盐水 1 电极反应 阳极 阴极 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2 总反应方程式 3 应用 氯碱工业制cl2 h2和naoh 2 电镀铜或电解精炼铜 1 两极材料 待镀金属或纯铜作 镀层金属或粗铜作 2 电极反应 阳极 阴极 阴极 阳极 cu 2e cu2 cu2 2e cu 3 电解冶炼钠 电解熔融nacl 1 电极反应 阳极 阴极 2 总反应方程式 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 3 应用 冶炼k na mg al等活泼金属 三 金属的腐蚀与防护1 金属的腐蚀 1 化学腐蚀金属与其他物质直接接触发生 反应而引起的腐蚀 氧化还原 2 电化学腐蚀 定义 不纯的金属或合金发生 反应 使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀 与化学腐蚀往往同时发生 但 腐蚀更为普遍 速率也大 钢铁的电化学腐蚀 原电池 电化学 2 金属的防护 1 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 2 其他 改变金属组成或结构 如制成合金 使金属与空气 水等物质隔离 如电镀 喷油漆等 考点一电解池的原理及其规律1 电解原理及电极的判断 2 电极产物的判断 1 阳极产物的判断首先看电极 如果是活性电极 金属活动性顺序表ag以前 则电极材料失电子 电极被溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如果是惰性电极 pt au 石墨等 则要再看溶液中的离子的失电子能力 此时根据阴离子放电顺序加以判断 阴离子放电顺序 s2 i br cl oh 含氧酸根 2 阴极产物的判断阳离子得电子顺序 金属活动顺序表的反表 k ca2 na mg2 al3 zn2 fe2 sn2 pb2 h cu2 hg2 ag 阳离子放电顺序与浓度有关 并不绝对 3 电解质溶液电解规律 采用惰性电极 用惰性电极 如石墨和pt电极 电解酸 碱 盐的水溶液时 主要有三种电解形式 电解水 电解电解质本身 电解电解质和水 其规律如下 特别提醒用惰性电极电解酸 碱 盐溶液 其溶液ph变化的判断方法是 先分析原溶液的酸碱性 再看电极产物 即无氧只放氢 ph升 无氢有氧放 ph降 氢 氧一齐放 是碱ph升 是酸ph降 即时应用1 用惰性电极电解物质的量浓度相同 体积比为1 3的cuso4和nacl的混合溶液 可能发生的反应有 a b c d 解析 选c 设cuso4和nacl的物质的量分别为1mol和3mol 根据离子的放电规律和电子守恒可知电解过程应分为如下阶段 1 电解cucl2阳极 2cl 2e cl2 2mol2mol 考点二有关电化学的计算规律1 常见计算类型 1 两极产物的定量计算 求析出固体的质量 产生气体的体积等 2 溶液ph的计算 3 相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算 4 某元素的化合价或确定物质的化学式 5 根据电量求产物的量或根据产物的量求电量 2 解答此类问题的常用方法 1 守恒法 原子守恒 电子守恒等 2 总反应式法 3 关系式法 如 物质 或微粒 h2 o2 cl2 cu ag h oh e n mol 21224444 特别提醒无论是电解产物判断还是有关电解的计算 首先应看阳极是活性电极还是惰性电极 若为活性电极 则电极材料直接失电子 若为惰性电极 则按有关规律判断 即时应用2 如图 通电5min后 电极5质量增加2 16g 提示 注意3个电解池的电荷守恒 回答 1 电源 a是 极 b是 极 a池电极反应 电极1 电极2 c池电极反应 电极5 电极6 2 如果b池中共收集到224ml气体 标准状况 且溶液体积为200ml 设电解过程中溶液体积不变 则通电前溶液中cu2 的物质的量浓度为 解析 1 因c池中电极5质量增加 说明电极5为阴极 ag 得电子 电极6为阳极 又为cu电极 故cu失电子 电源a极为负极 b极为正极 a池中电极1为阴极 h 得电子 电极2为阳极 且为惰性电极 故cl 失去电子 答案 1 负正2h 2e h2 2cl 2e cl2 2ag 2e 2agcu 2e cu2 2 0 025mol l 1 考点三金属的腐蚀和防护1 金属腐蚀的快慢规律 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 有防护措施的腐蚀 2 电化学腐蚀规律 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 活动性不同的两金属 活动性差别越大 活动性强的金属腐蚀越快 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 对于不同氧化剂来说 氧化性越强 金属腐蚀越快 反之 防腐措施由好到差的顺序为 外加电流的阴极保护法防腐 牺牲阳极的阴极保护法防腐 有一般防护条件的防腐 无防护条件的防腐 2 金属的防护方法 1 牺牲阳极的阴极保护法 原电池原理如在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如锌块 让被保护的金属作原电池的正极 2 外加电流的阴极保护法 电解池原理 如用被保护的钢铁设备作阴极 惰性电极作阳极 外接直流电源 3 其他方法改变金属组成或结构 如不锈钢 加涂防护层如喷油漆 涂油脂 喷镀等方法 即时应用3 钢铁生锈现象随处可见 钢铁的电化学腐蚀原理如图所示 1 写出石墨电极的电极反应式 2 将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置 请在图中虚线框内所示位置作出修改 并用箭头标出导线中电子流动的方向 3 写出修改后石墨电极的电极反应式 解析 1 钢铁主要发生吸氧腐蚀 负极 fe 2e fe2 正极 o2 2h2o 4e 4oh 2 采用外加电流的阴极保护法 将钢铁与直流电源的负极相连接 可以保护钢铁不被腐蚀 3 修改后的装置为电解池 石墨电极作阳极 cl 放电 电极反应式为 2cl 2e cl2 答案 1 2h2o o2 4e 4oh 2 3 2cl 2e cl2 用惰性电极电解100ml4mol l 1cu no3 2溶液 一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1 12l 停止电解 向电解后的溶液中加入足量的铁粉 充分作用后溶液中的fe2 浓度为 设溶液的体积不变 a 0 75mol l 1b 3mol l 1c 4mol l 1d 3 75mol l 1 解析 本题涉及的反应过程可分为两个阶段 第一个阶段是电解cu no3 2溶液 第二个阶段是混合溶液与足量的铁粉反应 注意硝酸与足量铁粉反应是生成硝酸亚铁 电解后溶液中硝酸和硝酸铜分别为0 2mol 0 3mol 前者与足量的铁粉反应生成硝酸亚铁0 075 mol 后者与足量的铁粉反应生成0 3mol硝酸亚铁 答案 d 目前人们正在研究开发一种高能电池 钠硫电池 它是以熔融的钠 硫为两极 以能使na 自由通过而导电的 al2o3陶瓷作固体电解质 反应式为2na xsna2sx 回答下列问题 1 电池在工作时 正极反应式为 负极反应式为 2 用该电池作电源电解含有0 2molcuso4和0 2molnacl的混合溶液500ml时 若此电池工作一段时间后消耗23gna 则阳极理论上产生气体体积为 l 标准状况下 若电解后将溶液加水稀释至2l 则稀释后溶液的ph为 由于消耗23gna时 电路中有1mol电子转移 即阳极 阴极均转移1mol电子 对于阳极 cl 全部放电产生0 1molcl2 转移0 2mol电子 另转移的0 8mol电子使oh 放电产生o20 2mol 共产生气体v cl2 v o2 0 3mol 22 4l mol 1 6 72l 对于阴极 使cu2 全部放电需消耗0 4mol电子 另有0 6mol电子使0 6molh 放电 名师指津 电化学定量计算的方法总结有关电化学定量计算类试题 主要为原电池和电解池的计算 均可用下列两种方法 1 根据总反应式计算 先写出电极反应式 再写出总反应式 最后根据总反应式列比例式计算 2 守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物等类型的计算 其依据是电路中转移的电子数相等 2012 徐州高三第一次模拟 装置 为一种可充电电池的示意图 其中的离子交换膜只允许k 通过 该电池的总反应式为2k2s2 ki3k2s4 3ki 装置 为电解池的示意图 当闭合开关k时 电极x附近溶液先变红 则闭合k时 下列说法正确的是 双选 解析 选项a 当闭合开关k时 电极x附近溶液先变红 说明x电极为电解池的阴极 y电极为电解池的阳极 电极a为原电池的负极 电极b为原电池的正极 所以k 从左到右通过离子交换膜向电极b迁移 选项b 根据电池反应 可知电极a上是k2s2失去电子 其电极反应为2k2s2 2e k2s4 2k 选项c 电极x上是溶液中的h 获得电子 2h 2e h2 选项d 根据电子守恒 当有0 1molk 通过离子交换膜 x电极上0 1molh 获得0 1mol电子生成0 05molh2 标准状况下气体体积为1 12l 答案 ad 2010 高考福建卷 铅蓄电池的工作原理为 pb pbo2 2h2so4 2pbso4 2h2o 研读下图 下列判断不正确的是 在上述总反应式中 得失电子总数为2e 当电路中转移0 2mol电子时 可以计算出 中消耗的硫酸的量为0 2mol 所以b对 k闭合一段时间 也就是充电一段时间后 可以作为原电池 由于c表面生成pb 放电时作电源的负极 d表面生成pbo2 作电源的正极 所以d也正确 k闭合时d是阳极 阴离子向阳极移动 所以c错 答案 c 名师指津 本题以铅蓄电池为例综合考查原电池和电解池的工作原理 解题时应注意 可充电电池在放电时发生原电池反应而在充电时发生电解池反应 二者恰好相反 在如图所示的实验装置中 e为一张淀粉 碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸 c d为夹在滤纸两端的铂夹 x y分别为直流电源的两极 在a b中充满koh溶液后倒立于盛有koh溶液的水槽中 再分别插入铂电极 切断电源开关s1 闭合开关s2 通直流电一段时间后 请回答下列问题 1 标出电源的正 负极 x为 极 y为 极 2 在滤纸的c端附近 观察到的现象是 在滤纸的d端附近 观察到的现象是 3 写出电极反应式 a中 b中 c中 d中 4 若电解一段时间后 a b中均有气体包围电极 此时切断开关s2 闭合开关s1 则电流计的指针是否发生偏转 填 偏转 或 不偏转 常见错误 错因分析 1 因为阴极 阳极分析错误导致正 负极答错 虽然理解了电解koh溶液实际就是电解水 但不能从气体体积的差别判断得失电子的情况 将电极判错 由于a试管中气体体积是b试管中气体的两倍 所以a中应为h2 b中应为o2 即a为阴极 b为阳极 则x为正极 y为负极 2 不明白电解碘化钾淀粉溶液时 应该是i 和h 放电 c与电源正极相连为阳极 2i 2e i2 故试纸变蓝 不是变紫 d与电源负极相连为阴极 2h2o 2e h2 2oh 或2h 2e h2 酚酞遇碱变红色 只要正负极判断错 本题就回答错 3 对离子放电确定不准 不仔细是导致出错的主要原因 4 答错原因主要是对氢氧燃料电池掌握不准确 实际是因符合原电池的条件 发生缓慢的氢氧燃料电池反应 把化学能转化为电能 答案 1 正负 2 滤纸变蓝滤纸变红 3 4h 4e 2h2 4oh 4e 2h2o o2 4i 4e 2i24h2o 4e 2h2 4oh 或4h 4e 2h2 4 偏转 探究电解原理的应用电解原理在工业生产及日常生活中有着广泛的应用 除了课本上介绍的氯碱工业 电解精炼和冶炼金属之外 还可用于净化工业废水 制备通常情况下难以得到的物质 测定金属的相对原子质量和阿伏加德罗常数等 随着高考与工业生产 日常生活的紧密联系 关于电解原理应用的题目频频出现 该类题目综合性强 能够很好地考查学生对化学知识 学以致用 的能力 1 惰性电极2 直流电源3 离子交换膜4 冷却水 典例探究 2010 高考四川卷 碘被称为 智力元素 科学合理地补充碘可防止碘缺乏病 碘酸钾 kio3 是国家规定的食盐加碘剂 它的晶体为白色 可溶于水 碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘 以碘为原料 通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示 请回答下列问题 1 碘是 填颜色 固体物质 实验室常用 方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘 2 电解前 先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液 溶解时发生反应 3i2 6koh 5ki kio3 3h2o 将该溶液加入阳极区 另将氢氧化钾溶液加入阴极区 电解槽用水冷却 电解时 阳极上发生反应的电极反应式为 阴极上观察到的实验现象是 3 电解过程中 为确定电解是否完成 需检验电解液中是否有i 请设计一个检验电解液中是否有i 的实验方案 并按要求填写下表 要求 所需药品只能从下列试剂中选择 实验仪器及相关用品自选 试剂 淀