年高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第3讲 电解池 金属电化学腐蚀与防护课件

1、第3讲电解池金属电化学腐蚀与防护,【最新考纲】 1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电解池总反应的反应方程式。 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。,考点一电解原理,1电解定义 在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 2能量转化形式 电能转化为化学能。 3电解池,(1)构成条件。 有与电源相连的两个电极。 电解质溶液(或熔融盐)。 形成闭合回路。 (2)电极名称及电极反应式(如下图)。,(3)电子和离子的移动方向。,注意：电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。,电解质

2、溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？ 思考提示：一定有化学反应发生，因为在电解池的两极有电子转移，发生了氧化还原反应，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。,【典例1】(2015福建卷)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(),A该装置将化学能转化为光能和电能 B该装置工作时，H从b极区向a极区迁移 C每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原 Da电极的反应为3CO218H18e=C3H8O5H2O,解析：该装置为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，H为阳

3、离子，在电解池中向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2OO2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是2，3CO2C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO218H18e=C3H8O5H2O，D项错误。 答案：B,题组一电解原理及规律 1(教材改编)判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。 (1)电解是将电能转化为化学能() (2)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化() (3)电解池的阳极和原电池的正极都发生氧化反应(),(4)使用惰性电极电解后的NaC

4、l溶液复原，可以滴加盐酸() (5)使用惰性电极电解后的CuSO4溶液复原，可以加入Cu(OH)2固体() (6)电解NaCl溶液的阳极反应一定是2Cl2e=Cl2(),解析：原电池的正极发生还原反应，(3)错；惰性电极电解NaCl溶液后，应通HCl才可复原，(4)错；惰性电极电解CuSO4溶液，需加CuO或CuCO3复原，加Cu(OH)2会多生成水，(5)错；电解NaCl溶液时若用活泼金属作阳极的电极，则活泼金属失电子，(6)错。 答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6),2(2015河北衡水模拟)Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反

5、应为2CuH2O Cu2OH2。下列说法正确的是(),A石墨电极上产生氢气 B铜电极发生还原反应 C铜电极接直流电源的负极 D当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成,解析：从反应中得知Cu在通电时失电子在阳极放电，发生氧化反应：2Cu2OH2e=Cu2OH2O，另一电极(石墨)作阴极，发生还原反应：2H2O2e=H22OH，转移0.1 mol电子生成0.05 mol Cu2O，故B、C、D项错。 答案：A,题组二电极反应、电解反应方程式的书写 3(高考组合题)(1)(2015新课标卷)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：,(

6、1)电解时发生反应的化学方程式为_。 (2)(2014新课标卷，节选)PbO2也可以通过石墨为电极Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为_。阴极上观察到的现象是_；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为_，这样做的主要缺点是_。,解析：(1)依据题意，电解时产生的氢气，说明有H得电子，因此需要分析是负三价的N失去电子还是负一价的Cl失去电子，根据后续题意可以得出，NCl3水解得氨气和次氯酸，所以NaClO2被次氯酸氧化，所以电解方程式是NH4Cl2HCl 3H2NCl3。 (2)电解池的阳极发生失电子反应(氧化反应)，因为Pb2P

7、bO2属于氧化反应，所以发生的电极反应为Pb22H2O2e=PbO24H；由于Cu2的放电能力强于Pb2，故阴极上的电极反应为Cu22e,=Cu，则阴极产生的现象是石墨上包上铜镀层；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为Pb22e=Pb，这样一来就不能有效利用Pb2。 答案：(1)NH4Cl2HCl 3H2NCl3 (2)Pb22H2O2e=PbO24H石墨上包上铜镀层Pb22e=Pb不能有效利用Pb2,【归纳提升】正确书写电极反应式的技巧 (1)做到“三看”。 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)。 二看介质，介质是否参与电极反

8、应。 三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。,(2)规避“三个”失分点。 书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。 要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。 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。,考点二电解原理的应用,1电解饱和食盐水 (1)电极反应。 阳极：2Cl2e=Cl2(反应类型：氧化反应)。 阴极：2H2e=H2(反应类型：还原反应)。,电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？ 思考提示：阳极产物Cl2可以用淀粉KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试

9、剂检验。,2电镀和电解精炼铜,电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？ 思考提示：粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜,之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。,电镀过程中，溶液中离子浓度不变，电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，

10、反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上Cu2被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。,【典例2】(2014全国新课标卷)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：,写出阳极的电极反应式_。 分析产品室可得到H3PO2的原因_。 早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质，该杂质产生的原因是_。,

11、题组一电解原理的一般应用 1(教材改编)连线。,答案：,2使用氯化钠作原料可以得到多种产品。 (1)实验室用惰性电极电解100 mL 0.1 molL1 NaCl溶液，若阴、阳两极均得到112 mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是_(忽略反应前后溶液体积的变化)。 (2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的_(填字母)。,Aa为正极，b为负极；NaClO和NaCl Ba为负极，b为正极；NaClO和NaCl Ca为阳极，b为阴极；

12、HClO和NaCl Da为阴极，b为阳极；HClO和NaCl,(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是_(用元素符号表示)，总的反应式是_。,解析：(1)电解饱和食盐水的方程式：2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2，产生气体物质的量n(H2)n(Cl2)0.005 mol，参加反应的n(NaCl)0.01 mol，说明NaCl恰好电解完全，溶液变为NaOH溶液，n(NaOH)n(NaCl)0.01 mol，c(NaOH)0.1 molL1。

13、,(2)电解饱和NaCl溶液时，阳极失去电子产生Cl2，为了保证Cl2全部被吸收，则产生Cl2的电极必须在下部，下部电极为阳极，推出b为电源的正极，另一极a为负极。生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。 (3)题目要求通过电解法制取Fe(OH)2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2和OH。根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生,氧化反应产生Fe2；溶液中的阳离子Na、H向阴极移动，根据放电顺序，阴极H放电产生氢气，H来源于水的电离，电极反应式为2H2O2e=H22OH。在电场作用下，

14、阳极产生的Fe2与阴极产生的OH在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe(OH)2沉淀。将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：Fe2H2O Fe(OH)2H2。 答案：(1)0.1 molL1(2)B (3)FeFe2H2O Fe(OH)2H2,题组二电解原理的综合应用 3某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如下，下列说法不正确的是(),4用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。,【归纳提升】电解原理应用的四点注意 (1)阳离子交

15、换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。 (2)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极阳极；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。,(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2浓度会逐渐减小。 (4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此

16、电镀液的浓度保持不变。,6(2015贵州六盘水高三期末)用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后进行如下操作。 (1)如果向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_mol。 (2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_mol。,解析：(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO42H2O 2Cu2H2SO4O2，从方程式可以看出，电解硫酸铜溶液过程中只析出铜和释放出氧气，加入0.1 mol CuO可以

17、使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有0.1 mol，转移的电子为0.2 mol。 (2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol的CuO和0.1 mol的H2O，因此电解过程中有0.1 mol的硫酸铜和0.1 mol的水被电解。,【归纳提升】电化学定量计算的三种方法 (1)根据电子守恒。 用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 (2)根据总反应式。 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总

18、反应式列出比例式计算。,(3)根据关系式。 根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。,考点三金属的电化学腐蚀与防护,1金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 2金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀。,(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀。 以钢铁的腐蚀为例进行分析：,铁锈的形成：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。 3金属的防护 (1)电化学防护。 牺牲阳极的阴极保护法原电池原理。 a负极：比被保护金属活泼的金属； b正极：被保护的金属设备。,外加电流的阴极保护法电

19、解原理。 a阴极：被保护的金属设备； b阳极：惰性金属。 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。,如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： 试管内液面上升，则原溶液呈酸性还是碱性？ 若试管内液面下降，则原溶液呈酸性还是碱性？发生了哪种类型的腐蚀？ 思考提示：呈弱酸性、碱性或中性。 酸性；析氢腐蚀。,【典例3】(2015重庆卷，节选)(1)研究发现腐蚀严重的青铜器表面大部分存在CuCl，采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，

20、该化学方程式为_。 (2)下图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的示意图。,腐蚀过程中，负极是_(填图中字母“a”“b”或“c”)；,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铜锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_； 若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上消耗氧气的体积为_L(标准状况)。,解析：(1)Ag2O与CuCl发生复分解反应，没有化合价的升价，则化学方程式为Ag2O2CuCl=2AgClCu2O。 (2)根据图示，为原电池装置，负极发生氧化反应，化合价升高，腐蚀过程中，负极是c，正极是b，a为腐蚀之后生成的产物。 环境中的氯离子扩散到孔口，并

21、与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔铜锈Cu2(OH)3Cl，离子方程式为2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl。,4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为4.29 g/241.5 gmol10.02 mol，根据电极放电量相等，则理论上耗氧体积为0.02 mol22.4 Lmol10.448 L(标准状况)。 答案：(1)Ag2O2CuCl=2AgClCu2O (2)c 2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl 0.448,题组一金属的电化学腐蚀 1下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(),A图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的

22、腐蚀速率减小 C图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的,解析：图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关由M改置于N，CuZn作正极，腐蚀速率减小，B项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C项错误；图d中干电池自放电腐蚀是Zn与C活动性不同形成原电池，与MnO2性质无关，MnO2的作用是原电池放电过程中吸收H元素防止电池溶胀，D项错误。 答案：B,2(2014福建卷，节选)铁及其化合物与生产、生活关系密切。如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。,(1)该电化学腐蚀称为_。 (2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_(填字母)。 解析：(1)金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。 (2)发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，生成的铁锈越多。 答案：(1)吸氧腐蚀(2)B,【归纳提升】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，活动性强的金属腐蚀越快。 (3)对同一种电解质溶液来