化学选修ⅳ人教新课标同步知识点学练考--电解池 金属的腐蚀与防护

1、电解池 金属的腐蚀与防护【教法探析】一、引入新课我们知道化学能可以转变为热能，即反应热。化学能也能转变为电能，用原电池装置。今天这节课我们就来学习电能如何转化为化学能。二、进行新课一、电解原理讲：首先我们来比较金属导电和电解质导电的区别。金属电解质导电粒子导电状态温度影响导电实质电子定向移动过渡：电解质导电的实质是什么呢？一起看实验（见课本）。实验：现象一极有气泡，检验为氯气；另一极有红色的物质析出，分析为铜。讲：要分析此现象我们得研究此装置，首先看电极。1.电极阳极与电源正极相连阴极与电源负极相连隋性电极只导电,不参与氧化还原反应（C/Pt/Au）活性电极既导电又参与氧化还原反应（Cu/Ag

2、）问：通电前和通电时分别发生了怎样的过程？通电前：CuCl2=Cu2+2Cl- H2O H+OH-通电中：阳离子（Cu2+,H+）向阴极移动被还原；阴离子（Cl-,OH-）向阳极移动被氧化讲：即在电极上分别发生了氧化还原反应，称电极反应。2.电极反应（ 阳氧阴还 ）阳极：2Cl- -2e-=Cl2 （氧化）阴极：Cu2+2e-=Cu（还原）总电极方程式：_放电：阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。3.电解：电流（外加直流电）通过电解质溶液而在阴阳两极引起氧化还原反应（被动的不是自发的）的过程叫电解。讲：所以电解质导电的实质便是电解电解池：借助电流引起氧化还原反应的装置，即把电能转化为化

3、学能的装置叫电解池或电解槽。问：构成电解池的条件是什么？电源、电极、电解质构成闭和回路。思考：电解CuCl2水溶液为何阳极是Cl-放电而不是OH-放电，阴极放电的是Cu2+而不是H+ ？4.离子的放电顺序阴极：（阳离子在阴极上的放电顺序（得e-）Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸电离的）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+阳极（1）是惰性电极时：阴离子在阳极上的放电顺序（失e-）S2->I->Br->Cl->OH->NO3-&

4、gt;SO42-（等含氧酸根离子）>F-（SO32-/MnO4->OH-）（2）是活性电极时：电极本身溶解放电问：放电能力弱于H+和OH的物质在水溶液中放电吗？否，但亚铁离子浓度远大于氢离子浓度时,亚铁离子放电。问：电解水时为了增强水的导电性常常需加入氢氧化钠或稀硫酸，为什么？可以加食盐吗？练习：电解碘化汞、硝酸铜、氯化锌、盐酸、硫酸、氢氧化钠的电极方程式。5.电解规律：（1）电解含氧酸、强碱溶液及活泼金属的含氧酸盐，实质上是电解水，电解水型。问：初中电解水时加硫酸或氢氧化钠增强导电性，影响水的电解吗？电解硫酸和氢氧化钠时为何H2和O2之比大于2？氧气溶解度大于氢气又为何硫酸一定大

5、于2，而氢氧化钠可能等于2？硫酸根可能放电。（2）电解不活泼金属的含氧酸盐，阳极产生氧气，阴极析出不活泼金属，放氧生酸型。练习：电解硫酸铜方程式。加入下列哪些物质可以恢复到硫酸铜原来的溶液：氧化铜、氢氧化铜、铜、碳酸铜。（3）电解不活泼金属无氧酸盐，实际上是电解电解质本身，分解电解质型。（4）电解活泼金属（K/Ca/Na）的无氧酸盐，阴极产生氢气，阳极析出非金属，放氢生碱型。6.电解中电极附近溶液pH值的变化。（1）电极区域 A.阴极H+放电产生H2，阴极区域pH变大。B.阳极OH-放电产生O2，阳极区域pH变小。（2）电解质溶液中 A.电解过程中,既产生H2,又产生O2,则原溶液呈酸性的pH

6、变小原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性的pH不变（浓度变大）。B.电解过程中, 无H2和O2产生, pH几乎不变。但象CuCl2变大C.电解过程中,只产生H2, pH变大。D.电解过程中,只产生O2, pH变小。过渡：如果把阳极换成铜棒，阳极发生的反应就是铜自身溶解，如果电解质是硫酸，阴极析出的是什么？也是铜，这就是我们的铜的电解精炼法。二、电解原理的应用1.铜的电解精炼阳极：粗铜棒阴极：精铜棒电解质：含铜电解质问：精炼中硫酸铜的浓度怎样？基本不变，但变小。过渡：若把阴极精铜棒换成铁棒，电解过程变吗？不变，但不是精炼铜了，而叫电镀铜。2.电镀铜阳极：镀层金属阴极：待镀金属（镀件）电镀液：含镀

7、层金属的电解质。3.电解饱和食盐水氯碱工业问：1.电解饱和食盐水的阴极产物、阳极产物分别是什么？2.转移的电子数和氢氧化钠的物质的量的关系？3.从Cl- Cl2一定需要加氧化剂吗？4.阴极产物和阳极产物能接触吗？5.饱和食盐水为何需要精制？如何精制？精制：步骤一、1）先加过量的BaCl2和过量的NaOH（顺序可换），再加入过量的Na2CO32）过滤3）加盐酸调节pH为7步骤二、送入阳离子交换塔除去Ca2+、Mg2+等。4.电冶金电解熔融氯化钠：2NaCl（熔融）（电解）2Na+Cl2适用范围：活泼金属KAl三、金属腐蚀阅读回答什么是金属腐蚀？板书金属腐蚀：金属（或合金）跟周围接触到的气体（或液

8、体）反应而腐蚀损耗的过程。讲述 金属的化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。例如：铁在高温下与氧气直接化合而被腐蚀，在工业生产中氯气跟铁或与其他金属化合使金属锈蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。板书1.化学腐蚀：金属跟接触到的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。特点：反应简单、金属与氧化剂之间的氧化还原反应。讲述温度对化学腐蚀的影响：科学探究不同条件下铁钉的锈蚀注意：光亮铁钉浸没在菜油之中；光亮铁钉半浸半露在菜油中；光亮铁钉完全浸没在食盐水中；光亮铁钉完全浸没在酸性溶液中或碱性溶液中。学生分别观察并写出报告以培养学生的观察与描述能力。教师不但要给学生出题目，

9、还要发挥点拨作用，提出注意点：观察的一周中不要振荡试管，否则会破坏生锈的界面；把各人设置的具体条件和的状况详尽记录在案，以利分析和归纳，写出高质量的家庭探究报告。实验方案记录结论总结铁钉生锈的条件：铁钉含杂质、与电解质溶液接触。思考绝大多数钢铁生锈是否是化学腐蚀？为什么？板书2.电化学腐蚀讲解由于金属和液态介质（常为水溶液）构成微小的原电池而发生金属腐蚀的过程.电化学腐蚀是金属腐蚀的主要形式.例如:钢铁在潮湿的空气中生锈就是电化学腐蚀造成的.板书 电化学腐蚀 ：不纯的金属或合金与电解质溶液接触，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子被氧化的腐蚀。共同分析形成原电池的原因。板书投影钢铁的吸氧腐蚀

10、与析氢腐蚀：讲解 吸氧腐蚀与析氢腐蚀：发生条件、正负极反应、总反应。板书分类析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强（弱酸）水膜酸性较弱或呈中性负极反应Fe 2e = Fe2+2Fe 4e = 2 Fe2+正极反应2H+ + 2e = H22H2O + O2 + 4e = 4OH-总反应Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 = 2Fe（OH）24Fe（OH）2 + 2H2O + O2= 4Fe（OH）3Fe2O3.xH2O次要主要归纳与交流化学腐蚀与电化腐蚀的对比。板书3.化学腐蚀与电化腐蚀的对比（1）本质：金属原子失电子而被氧化 M ne = Mn+（2）（3）相互

11、关系：往往同时发生，电化腐蚀要比化学腐蚀普遍得多。【学法导引】一、考纲展示（1）了解电解池的工作原理（2）能写出电极反应式和电池反应方程式（3）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二、考点关注（1）电解产物的判断与简单计算（2）电极及电池反应方程式的书写（3）金属腐蚀的原因及防护措施（4）利用电解原理进行实验方案设计三、考点展示1.电解池电极及电解产物的判断；2.电解的规律及有关计算；四、考试误区1.病例：电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al诊断：不能按照离子放电顺序判断电极产物2.病例：铜的金属活泼性比铁弱，可在海轮上装

12、若干铜块以减缓其腐蚀诊断：金属发生电化学腐蚀时，一般应是较活泼金属被腐蚀，较不活泼金属被保护3.病例：电解58.5 g熔融的NaCl，能产生22.4 L氯气（标准状况）、23.0 g 金属钠诊断：不能按照电子守恒或关系式法进行有关电解的计算4.病例：利用电解法进行粗铜提纯时，以精铜作阳极诊断：粗铜精炼时粗铜作阳极5.病例：钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3诊断：钢铁发生电化学腐蚀时负极应生成Fe2五、温馨提示 1.K、Ca2、Na、Mg2、Al3只有在熔化状态下放电。2.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.Fe3放电时生成Fe2而不是Fe，其电极反应

13、式为：Fe3e=Fe2。4.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；若阴极、阳极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。5.在框图推断中若出现“AH2OBCD”的模式，则A一般为CuSO4、NaCl或AgNO3及类似的盐，视条件而定。6.在电解池中阳极生成的气体一般是O2或Cl2，阴极生成的气体一定是H2。7.由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式；另外，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，如铜绿的形成就属吸氧腐蚀。【模拟练习】1.下列叙述正确的是（

14、）A.铜、锌、稀硫酸形成的原电池放电时，溶液中阳离子向铜电极移动B.充电时，把铅蓄电池的负极接在外电源的正极上C.镀锌铁镀层破损后铁更易被腐蚀D.碱性氢氧燃料电池工作时，负极反应为：O22H2O4e=4OH2.关于电解饱和NaCl水溶液，下列叙述正确的是（ ）A.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性3.化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是（ ）A.用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为：2

15、Cl=Cl22eB.氢氧燃料电池的负极反应式：O22H2O4e=4OHC.粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，正极反应式为：Cu2e=Cu2D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：Fe2e=Fe24.21世纪是钛的世纪。在800 1 000 时电解TiO2可制得钛，装置如图所示。下列叙述正确的是（ ）A.a为电源的正极B.石墨电极上发生还原反应C.阴极发生的反应为：TiO24e=Ti2O2D.每生成0.1 mol钛，转移电子0.2 mol下面两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。请同学们仔细观察，完成56题。5.下列叙述正确的是（ ）A.装置在反应过程中自始至终只

16、生成红棕色气体B.装置开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C.装置在反应过程中能产生氢气D.装置在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu26.下列与反应原理相关的叙述不正确的是（ ）A.装置中不可能发生如下反应：Fe2Fe3=3Fe2B.装置在反应结束时溶液中存在Fe2C.装置的溶液若换为稀硝酸，则腐蚀过程与原装置不同D.装置中的铁丝能发生电化学腐蚀参考答案1.【答案】A2.【答案】B3.【解析】电池的负极发生的是氧化反应，B不对；粗铜精炼时，纯铜应该连接电源的负极；钢铁发生电化学腐蚀时，铁为负极。【答案】A4.【解析】由O2移动方向可知b为电源正极，A项错误；b为电源正极，石墨电极上发生氧化反应，B项错

17、误；D项每生成0.1 mol钛，转移电子0.4 mol，错误。【答案】C5.【解析】装置形成原电池铜作负极、铁作正极，反应的实质是铜与硝酸发生氧化还原反应，开始生成二氧化氮，硝酸变稀后生成一氧化氮；浓硝酸变稀后，铁和铜两个电极转换，溶液中会有亚铁离子生成；装置开始发生的是化学腐蚀不是电化学腐蚀，铁、氧气和水反应生成铁锈，氧气消耗后压强变小液面左移，接触后发生析氢腐蚀，有氢气放出。【答案】C6.【解析】浓硝酸变稀，稀硝酸与钝化生成的氧化物反应有铁离子生成，铁单质与铁离子发生反应：Fe2Fe3=3Fe2，溶液中最终只含有Fe2；稀硝酸存在时，铁作负极，铜作正极，铁被腐蚀过程发生变化；装置开始发生的

18、是化学腐蚀不是电化学腐蚀，铁、氧气和水反应生成开始铁锈，氧气消耗后压强变小液面左移，接触后发生析氢腐蚀。【答案】A【真题再现】1. 2012·安徽理综卷11 某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1、闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是()图0A断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H2ClCl2H2B断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl22e=2ClD断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极D解析 本题考查原电池及电解池工作原理，旨在考查考生对知

19、识的综合应用能力。断开K2，闭合K1时，装置为电解池，两极均有气泡产生，则反应为2Cl2H2OH22OHCl2，石墨为阳极，铜为阴极，因此石墨电极处产生Cl2，在铜电极处产生H2，附近产生OH，溶液变红，故A、B两项均错误；断开K1、闭合K2时，为原电池反应，铜电极反应为H22e2OH=2H2O，为负极，而石墨电极反应为Cl22e=2Cl，为正极，故C项错误，D项正确。2.2012·福建理综卷9 将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是()图0ACu电极上发生还原反应B电子沿ZnabCu路径流动C片刻后甲池中c(SO42)增大D片刻后可观察到滤纸b点变红色A解析 本题考查原电池和电解池工作原理。A项，K闭合时，Zn和Cu构成原电池，Cu作正极，发生还原反应，正确；B项，在电解Na2SO4溶液时，电子不能流入电解质溶液中，即ab电子不能通过，错；C项，甲池中硫酸根离子没有放电，所以浓度不变，错误；D项，b为阳极，OH放电，留下H，使得b附近溶液显酸性，不能使酚酞变红，错误。3. 2012·浙江理综卷10已知电极上每通过96 500 C的电量就会有1 mol电子发生转移。精确测量金属离子在惰性电极上以镀层形式