高考化学一轮复习课件：专题6第3单元电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护.ppt

1、一、电解原理 1电解 在 作用下，电解池阴、阳两极上分别发生的过程。 2能量变化 转化为。,直流电,还原反应,和氧化反应,电能,化学能,3电解池的构成 (1) 。 (2) 溶液或熔融态的。 (3)两个电极 阳极：与电源相连的电极，发生 反应。 阴极：与电源相连的电极，发生 反应。 (4)形成闭合回路。 4电流流向 电源正极电解池电解池电源负极。,直流电源,电解质,电解质,正极,氧化,负极,还原,阳极,阴极,5电极反应式 A极为阳极，电极反应式为。 B极为阴极，电极反应式为。 总反应式为。 6离子移动 在电解池内 向阳极移动， 向阴极移动。,2Cl2e=Cl2,Cu22e=Cu,阴离子,阳离子,

2、二、电解原理应用 1电解饱和食盐水制取氯气和烧碱 电解前应除去食盐水中的 等杂质离子。 阳极(石墨)反应式为。 阴极(铁)反应式为。 总反应为 。,Ca2、Mg2、SO24,2Cl2e=Cl2,2H2e=H2,2铜的电解精炼 阳极(用 )反应式为 。 粗铜中的金、银等金属杂质因失电子能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而以的形式沉积下来。 阴极(用 )反应式为 。,粗铜,Cu(粗铜)2e=Cu2,阳极泥,精铜,Cu22e=Cu(精铜),3电镀 电镀时，阳极是 ，阴极是 ，一般用含有 的电解质溶液做电镀液。电镀池工作时，阳极质量，阴极质量 ，电解质溶液的浓度 。,镀层金属,待镀金属

3、,镀层金属,减少,增大,不变,想一想1如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物？ 提示：向饱和食盐水中滴加几滴酚酞，电解后阴极区域溶液变红，证明有NaOH生成；用两支试管分别收集两极气体，阳极的用湿润的淀粉KI试纸验证，阴极的用爆鸣实验验证。,三、金属的电化学腐蚀与防护 1金属的腐蚀 金属与周围的气体或液体物质发生 反应而引起损耗的现象。 (1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生 而引起的腐蚀。 (2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生 反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。,氧化还原,化学反应,原电池,2电化学腐蚀分类 以铁的腐蚀为例,弱酸,中性,较强酸性,2H2OO24e=4OH,2H2

4、e=H2,Fe2e=Fe2,2FeO2 2H2O=2Fe(OH)2,2HFe=Fe2H2,3.金属的防护方法 (1)牺牲阳极的阴极保护法原电池原理 在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如 ，让被保护的金属做原电池的。 (2)外加电源的阴极保护法电解池原理 用被保护的钢铁设备作，惰性电极作，外接直流电源。 (3)其他方法：改变金属内部结构，如 ；加涂防护层如等方法。,锌块,正极,阴极,阳极,不锈钢,喷油漆、涂油脂、喷镀,想一想2铁锈是怎样形成的？ 提示：铁腐蚀后，一般会生成铁锈，其原因是：随着析氢腐蚀进行，溶液中c(H)降到一定浓度后，则发生吸氧腐蚀，发生的反应为：2Fe4e=2Fe2，2H2

5、OO24e=4OH，Fe22OH=Fe(OH)2,4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。,电解池的电解原理 1电解池电极的判断,灵犀一点： 对电解池阴阳两极的记忆，可用音同字不同加强记忆，如“氧化反应阳极”这一对应关系帮助记忆，也可以利用外接电源正负极来判断。 电解池的阴阳极取决于外接电源正负极，与电极材料的金属活动性无关。,2电解时电极产物的判断 (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)，则要看溶

6、液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，阴离子放电顺序： S2IBrClOH含氧酸根(SO42、NO3)F。,(2)阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，即： AuAgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2Al3Mg2NaCa2K。,灵犀一点： 电解质溶液的导电过程，就是该溶液的电解过程，是化学变化。 在水溶液中，含氧酸根和活泼金属离子一般不放电，而是OH和H放电。,3电极反应式和电解总反应式的书写 (1)电极反应式 确定电极 与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。 确定电极反应 阳极发生氧化反应。若是活泼金属电极，电极材料

7、放电；若是惰性电极，溶液中阴离子放电。阴极发生还原反应，溶液中的阳离子放电。,写电极反应式 在原子守恒和电荷守恒的基础上写出电极反应式。 (2)电解总反应式 在确保两极转移电子数目相同的条件下，将两电极反应式合并即得总反应式。 总反应式要注明条件：通电。若电解的H或OH来自于H2O，离子方程式中要以水分子的形式书写。,灵犀一点： 电极反应的总方程式等于两电极反应式的加和。 某一电极反应式等于电极反应的总方程式与另一电极反应式的差。 如果在电解的总反应中有非氧化还原反应的因素，则两电极反应式之和就不等于电解反应方程式，如电解食盐水的反应。,【案例1】(2008全国理综)如图为直流电源电解稀Na2

8、SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是(),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，另一电极逸出刺激性气味气体 Ca电极附近呈红色，b电极附近出现蓝色 Da电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色,【答案】D,处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极，看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴阳离子的放电顺序即可。 根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：a.Fe3得电子能力大于Cu2，但第一阶段只能被还原到

9、Fe2；b.Pb2、Sn2、Fe2、Zn2在一定条件下(即电镀)也能在水溶液中放电；c.Al3、Mg2、Na、Ca2只有在熔融状态下放电。,【规律技巧】,【即时巩固1】如图两个装置中，溶液体积均为200 mL，开始时，电解质溶液的浓度均为0.1 mol/L，工作一段时间后，测得导线上都通过了0.02 mol电子，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是() A中Cu棒为阳极；中Cu棒为负极 B电极上析出物质的质量： C电极反应式：中阳极：4OH4e=2H2OO2；中负极：2H2e=H2 Dc(Cu2)：中不变；中减小,【解析】由装置特点可知，为电解池，为原电池。A项，中Cu棒与电源正极相连

10、，作阳极；中Cu棒为正极。B项，中Cu棒失电子而溶解变细，Fe棒有Cu析出：Cu22e=Cu；中Cu棒有Cu极出：Cu22e=Cu，Zn棒失电子而溶解变细，显然导线上通过相同的物质的量电子时，中析出的物质的质量相等。C项，中阳极反应为Cu2e=Cu2；中负极反应式为Zn2e=Zn2。D项，为电镀铜，Cu作阳极，溶液中c(Cu2)不变；为ZnCu原电池，Cu2在正极上得电子析出，溶液中c(Cu2)减小。,【答案】D,电解电解质溶液的规律及电解的有关计算 1电解类型,2.电解的有关计算 (1)常见计算类型： 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)； 溶液pH的计算； 相对原子质量

11、和阿伏加德罗常数测定的计算； 某元素的化合价或确定物质的化学式； 根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等。,(2)解答此类问题的常用方法： 守恒法：原子守恒、电量守恒等； 总反应式法； 关系式法，如： 物质(或微粒)： H2O2Cl2CuAgHOHe n(mol) 2 12 2 4444,灵犀一点： 应用得失电子守恒，可以解决有关电极产物的定量关系，同时注意电极产物变化的情况。 应用得失电子守恒，也可以解决电解质溶液的pH的变化、某些离子浓度的变化及晶体的析出等定量问题。,【案例2】(2008全国理综)电解100 mL含c(H)0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子

12、时，理论上析出金属质量最大的是() A0.10 mol/L AgB0.20 mol/L Zn2 C0.20 mol/L Cu2 D0.20 mol/L Pb2,【解析】电解含有Zn2、Pb2的溶液，H得电子生成H2，不能析出金属，B、D项错；电解含有Ag的溶液，可得Ag 0.1 molL10.1 L108 gmol11.08 g，电解含有Cu2的溶液，可得铜0.2 molL10.1 L64 gmol11.28 g。 【答案】C,【规律方法】解答有关电解的计算，关键是正确判断离子的放电顺序及电极产物。 利用电子守恒法计算时，务必弄清电极(或线路)上通过的电子的物质的量与已知量及未知量之间的关系。

13、,【即时巩固2】按右图的装置进行电解实验，A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质溶液中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68 g，溶液质量增加0.03 g，则A极合金中Cu、Zn的原子个数之比为() A41B31 C21D任意比,【解析】B极增加的质量为Cu的质量，其物质的量为0.12 mol，则合金中铜和锌的总物质的量也为0.12 mol。由溶液增加的质量可求得Zn的物质的量为： ZnCu2=Zn2Cum 1 mol 1 g x mol 0.03 g 求得x0.03，由此可知合金中Cu的物质的量n(Cu)0.12 mol0.03 mol0.09 mol，所

14、以选项B符合题意。 【答案】B,电解原理的应用 1氯碱工业 阳极(放电顺序：ClOH)：2Cl2e=Cl2(氧化反应) 阴极(放电顺序：HNa)：2H2e=H2(还原反应) 在上述反应中，由于H在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液中OH的浓度增大而呈碱性。,2电镀 应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。 电镀的方法可应用在铜的精炼上：精铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。电解时，发生如下反应：阳极：Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。阳

15、极中存在的金、银等不活泼的贵重金属在电解液中沉积下来，阴极得到纯铜。,【案例3】(1)原电池反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反应是_(填序号)，理由是_。 AC(s)H2O(g)=CO(g)H2(g)H0 BBa(OH)28H2O(s)2NH4Cl(s)= BaCl2(aq)2NH3H2O(l)8H2O(l)H0 CHCl(aq)NaOH(aq)=NaCl(aq)H2OH0 DCH4(g)2O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H0,(2)电解原理在化学工业中有着广泛的应用。现将你设计的原电池通过导线与右图中的电解池相连，其中，a为电解液，X和Y是两块电极板，则： 如果用电解方

16、法精炼粗铜(含Fe、Zn、Ag、Au等杂质)，电解液a选用CuSO4溶液，则 X极的材料是_，电极反应为_。 Y极的材料是_，电极反应为_。 电解质溶液中Cu2浓度_。(填“增大”“减小”或“不变”),(3)若在铁棒上镀锌，则X极材料是_，该电极反应式为_，Y极材料是_，该电极反应式为_。a溶液是_，工作过程中a溶液的浓度_，pH_。,【解析】(1)原电池反应通常是放热反应同时又是自发进行的氧化还原反应，而A项、B项为吸热反应，B项、C项为非氧化还原反应，故应选D项，可设计成原电池。 (2)在铜的精炼中，粗铜作阳极，Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Cu2e=Cu2，纯铜作阴极，Cu22e=

17、Cu，但由于阳极(粗铜)含有Fe、Zn等杂质，Fe、Zn在阳极也失电子生成Fe2、Zn2，因两电极得失电子数目相等，故电解质溶液中Cu2的浓度减小。 (3)根据电镀的原理，镀层金属为阳极，故Y极为Zn，镀件为阴极，X极为铁棒，且电镀过程中电解质溶液浓度不变，pH不变。,【答案】(1)DD中反应是放热反应，且是能自发进行的氧化还原反应 (2)纯铜Cu22e=Cu 粗铜Cu2e=Cu2，Fe2e=Fe2，Zn2e=Zn2 减小 (3)铁棒Zn22e=Zn 锌Zn2e=Zn2 ZnSO4溶液不变不变,【即时巩固3】如下图所示，下列关于实验现象的描述正确的是(),【解析】这是一个电解装置，其中A、D选

18、项中是惰性电极，且电解液都含有氯离子，所以b电极应该放出淡黄绿色的气体(氯气)；B选项中的a电极质量不变；C选项中所组成的电解池相当于电镀池，其中b电极的铜溶解，质量减小，而a电极上析出铜，质量增加。 【答案】C,金属的腐蚀与防护 1金属的腐蚀 (1)化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较,2.金属腐蚀快慢的判断方法 (1)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)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率：强电解质弱电解质非电解质。 (3)原电池原理引起的腐蚀速率：两电极金属活动性相差越大，越易腐蚀。 (4)对于同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。,3金属的防护 (1)改变金属的成分。 (2)在金属表面覆盖保护层(如电镀)。 (3)电化学保护法 外加电源的阴极保护法,牺牲阳极的阴极保护法,灵犀一点： 在金属活动性顺序表中，“H”前面的金属既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀；“H”后面的金属只能发生吸氧腐蚀。 钢铁发生吸氧腐蚀时，电极反应是Fe2e= Fe2，而不是Fe3e=Fe3。 电化学防护是利用原电池原理保护金属不被腐蚀。,【案例4】下图中，铁腐蚀由快到慢的顺序为(未标注的电解质溶液为水)_。,【解析