电解池,金属腐蚀

1、第六章第六章 化学反应与能量化学反应与能量第四节第四节 电电 解解 池池 金属的金属的腐蚀与防腐腐蚀与防腐一、电解原理一、电解原理1、电解：、电解： 使电流通过电解质溶液而使电流通过电解质溶液而在在阳阳、阴阴两极引起两极引起氧化氧化还原还原反应反应的过程。的过程。2、电解池（、电解池（电解槽电解槽）：）：把把电能电能转化为转化为化学能化学能的装置的装置CuCl2溶液在电流的作用下发生了溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了化学变化，分解生成了Cu和和Cl2一、电解原理一、电解原理实验实验4-2：用惰性用惰性(石墨石墨)电极电解氯化铜溶液电极电解氯化铜溶液阴极阴极阳极阳极氯氯气气铜铜CuC

2、l2溶液溶液有气泡，气体有刺有气泡，气体有刺激性气味，并能使激性气味，并能使 湿润的湿润的KI-淀淀 粉试纸变蓝粉试纸变蓝碳棒上有一层红色碳棒上有一层红色的物质析出的物质析出现象：现象： 阴极：阴极： 阳极：阳极：铜铜Cl2 结论：结论：CuCu2+2+ e-e-ClCl- -oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooCl2oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooClCl- -Cu阳阳极极阴阴极极H H+ +OHOH- -离子：阳离子离子：阳离子流向流向阴极阴极 阴离子阴离子流向流向阳极阳极 （异性相吸）

3、（异性相吸）电子：电源负极电子：电源负极阴阴极极 阳极阳极电源正极电源正极（还原反应）（还原反应）（氧化反应）（氧化反应）3、形成电解池的条件、形成电解池的条件有两个电极有两个电极电解质溶液电解质溶液或或熔化熔化的电解的电解质质形成闭合回路形成闭合回路有有直流直流电源电源4 4、电解池的离子放电顺序、电解池的离子放电顺序阴极阴极: :阳极：阳极：（氧化性（氧化性强者优先强者优先）（还原性还原性强者优先强者优先）【思考思考1 1】电解后】电解后CuCl2的浓度如何变化？的浓度如何变化？怎样使怎样使电解质溶液复原？电解质溶液复原？【思考思考2 2】电解】电解CuSO4CuSO4溶液时，写出溶液时，

4、写出电极反应和总反应电极反应和总反应. .怎样使怎样使电解质溶电解质溶液复原？液复原？【思考思考3 3】在电解氯化铜溶液的装置】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成中，若把电解质换成K K2 2S S，其，其PHPH如何如何变化？写出电极反应和总反应。变化？写出电极反应和总反应。加适量的氧化铜加适量的氧化铜 阴阴 极：极：2H+ + 2e = H2 阳阳 极：极：S2-2e = S【思考思考4 4】硫化钾溶液换成熔融的氢氧】硫化钾溶液换成熔融的氢氧化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。化钠，其结果又如何呢？写出电极反应。总反应：总反应： S2- + 2H2O = 2OH- + H2 + S

5、电解电解阴极阴极Na+ + e- = Na阳极阳极4OH- - 4e- = 2H2O + O2PH增大增大小结小结1：分析电解反应分析电解反应(用惰性电极时用惰性电极时)的一般思路：的一般思路：明确溶液中存在哪些离子明确溶液中存在哪些离子根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、根据阳极氧化、阴极还原以及氧化性、还原性强弱判断反应的离子先后，还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子阴阳两极附近有哪些离子电解池电解池能量转换能量转换离子的迁移离子的迁移方向方向发生氧化反发生氧化反应的电极应的电极 发生还原反发生还原反应的电极应的电极反应能否自反应能否自发发 电

6、能转为化学能电能转为化学能阳极（接正极）阳极（接正极）阴极（接负极）阴极（接负极）阴离子向阳极阴离子向阳极阳离子向阴极阳离子向阴极原电池原电池化学能转为电能化学能转为电能负极负极正极正极阴离子向负极阴离子向负极阳离子向正极阳离子向正极相同点相同点(从原理分析从原理分析)都是氧化还原反应都是氧化还原反应小结小结3：原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较:不自发不自发自发自发阴极阴极阳极阳极氧氧气气氢氢气气Na2SO4溶液溶液电极反应 溶液浓度 PH 复原小结小结4：电解规律电解规律1、指出、指出A、B池的名称、电极名称、电池的名称、电极名称、电极反应式、二池极反应式、二池pH值的变化情况。值的

7、变化情况。（ A ）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe2、写出下列装置的电极反应式，并判、写出下列装置的电极反应式，并判断断A、B、C溶液溶液PH值的变化。值的变化。-+阴极阴极阳极阳极阴极阴极阳极阳极阳极阳极阴极阴极3、下图所示装置中，下图所示装置中，a、b都是惰都是惰性电极，通电一段时间后，性电极，通电一段时间后，b极附极附近溶液呈红色。下列说法正确的是近溶液呈红色。下列说法正确的是AX是正极，是正极，Y是负极是负极BCuSO4溶液的溶液的PH值不变值不变CCuSO4溶液的溶液的PH值逐渐减小值逐渐减小DX是负极，是负极，Y是正极是正

8、极a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC 二、电解原理的应用二、电解原理的应用1、氯碱工业（、氯碱工业（电解饱和食盐水电解饱和食盐水）阳极阳极2Cl - 2e- = Cl2阴极阴极2H+ + 2e- = H2 电极反应：电极反应：阴极阴极阳极阳极氧化反应氧化反应 还原反应还原反应OHHClOHCl222222电解2NaCl+2H2O 2NaOH +Cl2+H2 通 电 若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：象为：_ ，两极极板上都有气体产生，如何检验两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？气体的种类？ 阴极附近的溶液无色

9、变为阴极附近的溶液无色变为红色红色阳极阳极:产生产生刺激刺激气体使湿气体使湿 润润KI淀粉试纸变蓝色淀粉试纸变蓝色. 阴极阴极: :产生无色、产生无色、 无味气体无味气体(2)避免生成物H2和Cl2混合, 因为: .(1)避免Cl2接触NaOH溶液会反应,使产品不纯,反应方程式: .Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O混合遇火或遇强光爆炸混合遇火或遇强光爆炸解决解决方法:使用离子交换膜使用离子交换膜电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题第一个问题：第一个问题：离子交换膜电解槽离子交换膜电解槽阳离子交换膜：阳离子交换膜：只允许阳离子通过只允

10、许阳离子通过(Cl、OH离子和气体不能通过离子和气体不能通过)，把电解槽，把电解槽隔成阴极室和阳极室。隔成阴极室和阳极室。 氯碱工业氯碱工业:离子交换膜法制烧碱离子交换膜法制烧碱（1）生产设备名称：）生产设备名称：+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网阳阳极极室室阴阴极极室室第二个问题：第二个问题：精精制制食盐水食盐水3、所有试剂只有过量才能除尽，、所有试剂只有过量才能除尽，你能设计一个合理的顺序逐一除你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？

11、杂吗？2、用什么试剂除去、用什么试剂除去Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO421、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？电解饱和食盐水必须解决两个主要问题电解饱和食盐水必须解决两个主要问题粗盐提纯粗盐提纯杂质的除去过程：杂质的除去过程：粗盐水粗盐水精制精制盐水盐水)SO(BaCl242除过量)(除泥沙及沉淀过滤)Ba.Ca(CONa2232除过量)CO(23除适量盐酸)Fe.Mg(NaOH32除过量注意：注意：每种除杂剂过量每种除杂剂过量NaNa2 2COCO3 3必须在必须在BaClBaCl2 2之后。之后。2、电镀、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他（在某些金属表面镀上一薄层其他

12、金属或合金的方法）金属或合金的方法）铜铜片片阳极阳极待待镀镀件件阴极阴极硫酸铜硫酸铜溶液溶液阳极：阳极：镀层金属镀层金属阴极：阴极：待镀金属制品待镀金属制品电镀液：电镀液：含有镀层金含有镀层金属的电解质属的电解质实质：阳极参加反应的电解实质：阳极参加反应的电解电镀铜电镀铜3 3、粗铜的电解精炼、粗铜的电解精炼问问:电解完后电解完后,CuSO4溶液浓度有何变化？溶液浓度有何变化？阳极：阳极： Zn-2e- = Zn2+Fe -2e- = Fe2+Ni -2e- = Ni2+Cu-2e- = Cu2+ Zn Fe Ni CuAg Au 阴极阴极: Cu2+ + 2e- = Cu阳极泥阳极泥 阳极泥

13、阳极泥: 相对不活泼的相对不活泼的 金属以单质的金属以单质的 形式沉积在电形式沉积在电 解槽底解槽底,形成形成 阳极泥阳极泥CuSO4的浓度基本不变（略小）。的浓度基本不变（略小）。电冶金电冶金（冶炼活泼（冶炼活泼Na、Ca、Mg、Al等）等）制取金属钠制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。电解熔融状态的氯化钠。通直流电后，通直流电后，阳极：阳极：2Cl - 2e- = Cl2阴极：阴极：2Na+ + 2e- = 2Na总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通 电 电解法是冶炼金属的一种重要方电解法是冶炼金属的一种重要方 法，是法，是最强有力的氧化还原最强有力的氧化还原的手段。

14、的手段。制取金属铝制取金属铝电解熔融状态的电解熔融状态的氧氧化铝。化铝。阳极：阳极：6O 2- 12e- = 3O2阴极：阴极：4Al 3+ + 12e- = 4Al总反应：总反应：2Al2O3(熔融熔融) 4Al + 3O2 通 电 冰晶石助熔剂：冰晶石（助熔剂：冰晶石（Na3AlF6 六氟合铝酸钠）六氟合铝酸钠）阳极材料阳极材料(碳碳)和熔融氧化铝需要定期补充和熔融氧化铝需要定期补充思考思考:工业上为什么用电解熔融工业上为什么用电解熔融氧氧化铝的化铝的方法冶炼铝而不用方法冶炼铝而不用AlCl3?AlClAlCl3 3为分子晶体，在融融状态下不电离，为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不

15、能被电解。不导电，不能被电解。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au冶炼冶炼方法方法电解法电解法热分解法热分解法热还原法热还原法1、电解法、电解法(KAl)2NaCl(熔融熔融)=2Na + Cl2电解电解2Al2O3 (熔融熔融)=4Al + 3O2电解电解2、还原法、还原法(ZnCu)常用还原剂：常用还原剂：C、CO、 H2、Al等等3、热分解法、热分解法(HgAg)2HgO = 2Hg + O22AgNO3 = 2Ag + 2NO2+ O2例例1 铂电极电解铂电极电解1LCu(NO3)2和和KNO3混混合溶液合溶液,通电一段时间通电一段时

16、间,两极均产生两极均产生11.2L(标况标况)气体气体.求电解后溶液的求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量并确定析出铜的物质的量.解析：阳极解析：阳极 4OH-4e-=2H2O+O2 阴极阴极 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2C(H+)=1mol/L pH=0 生成生成H2转移的电子转移的电子:0.5 2=1mol,故故还有还有1mole- 用于还原用于还原Cu2+,可析出铜为可析出铜为0.5mol. 四、电解计算四、电解计算电子守恒法电子守恒法例例2 ： 用石墨电极电解用石墨电极电解100mL H2SO4与与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两的混合液，通电一段时间后，两

17、极均收集到极均收集到2.24L（标况）气体，则原混（标况）气体，则原混合液中合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（ ） A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/LA阳极阳极O2为为0.1mol，电子为，电子为0.4mol则则H2为为0.1mol，所以，所以Cu为为0.1mol，浓度，浓度为为A练习：练习：用两支惰性电极插入用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的溶液中，通电电解。当电解液的PH值从值从6.0变为变为3.0时时(设电解时阴极没有氢气析设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以出，且电解液在电解前后体积变

18、化可以忽略忽略)，电极上析出银的质量大约是：，电极上析出银的质量大约是： A、2.7mg B、5.4mg C、10.8mg D、21.6mgB金属的腐蚀在生活中非常普遍金属的腐蚀在生活中非常普遍钢铁生锈钢铁生锈Fe2O3nH2O铜器生锈铜器生锈铜器表面生成铜绿铜器表面生成铜绿Cu2(OH)2CO3 二、金属的腐蚀二、金属的腐蚀1、定义、定义: 金属或合金与周围接触金属或合金与周围接触到的气体或液体进行到的气体或液体进行氧化还原氧化还原反应反应而引起损耗的现象。而引起损耗的现象。2 2、金属腐蚀的类型、金属腐蚀的类型化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀。电化学腐蚀。直接发生直接发生化学反应而引起的腐蚀。（

19、铁与氯气化学反应而引起的腐蚀。（铁与氯气 直接反应）直接反应） 不纯的金属不纯的金属( (或合金或合金) )跟跟“电解质电解质 溶液溶液”接触时，发生接触时，发生原电池原电池反应，反应，负极负极发生氧化的反应而发生氧化的反应而腐蚀腐蚀。例如例如 钢铁在潮湿的空气中被腐蚀钢铁在潮湿的空气中被腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀包括：电化学腐蚀包括：吸氧腐蚀，吸氧腐蚀， 析氢腐蚀。析氢腐蚀。吸氧腐蚀吸氧腐蚀 水膜呈水膜呈中性或者弱酸中性或者弱酸环境环境下，钢铁发生下，钢铁发生吸氧吸氧腐蚀。腐蚀。 负极：负极： 正极：正极： 总反应：总反应： 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e=4OH- 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH) 2 4Fe(OH) 2+2H2O+O2=4Fe(OH) 3 Fe2O3 nH2O （铁锈）（铁锈） 析氢腐蚀析氢腐蚀钢铁表面的水膜钢铁表面的水膜酸性酸性较强的话较强的话,正正极就会析出氢气极就会析出氢气,称为称为析氢析氢腐蚀。腐蚀。 负极负极 ：Fe-2e-=Fe2+正极：正极：2H+2e-=H2总反应：总反应：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 随着氢气的析出随着氢气的析出,水的水的PH上升上升,Fe2+和和OH-结合生成结合生成Fe(OH)