2020版高考一轮复习：第6单元-第20讲-电解原理-金属的腐蚀和防护课件

第20讲PART20电解原理金属的腐蚀和防护考点分阶突破│高考真题体验│教师备用习题考试说明第20讲

1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。1.电解电极反应式的书写(1)电解池:将

能转化为

能的装置,又叫

。

(2)电解:考点分阶突破考点一电解池的工作原理化学电电解槽熔融溶液还原氧化知识梳理图20-1(3)电解池构成①有外接

电源;②有两个电极:与电源负极相连的为

极,与电源正极相连的为

极;③有

或

;④构成闭合回路。

(4)电路沟通外电路:电子由电解池的

极流向电源的

极,由电源的

极流向电解池的

极;

内电路:阳离子移向

极,阴离子移向

极。

考点分阶突破直流阴阳电解质溶液熔融电解质阳正负阴阴阳考点分阶突破·理解应用1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。 (

)(2)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应。 (

)(3)用铁作电极电解饱和食盐水时,阴极上Fe失电子变为Fe2+进入溶液。(

)(4)电解饱和食盐水(添加有少量酚酞),阳极区首先显红色。 (

)(5)电解硫酸钠溶液一段时间,可向电解液中加适量水以恢复到原浓度。(

)考点分阶突破(6)电解池的阳极与原电池的正极电极反应类型相同。 (

)(7)用惰性电极电解盐酸、硫酸等溶液,阴极上H+放电,溶液的pH逐渐增大。 (

)(8)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现。 (

)考点分阶突破[答案](1)√

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

(6)×

(7)×

(8)√[解析](2)电解池的阳极带正电,阴离子移向阳极。(3)铁作电极时,电解池中阴极本身不参与电极反应,阳极上发生反应Fe-2e-=Fe2+。(4)阴极区发生反应:2H2O+2e-=H2↑+2OH-,先显红色。(5)电解Na2SO4溶液本质上是电解水。(6)原电池正极发生还原反应,电解池阳极发生氧化反应。(7)电解H2SO4溶液的本质是电解水,硫酸浓度增大,pH变小。考点分阶突破2.用惰性电极电解2mol·L-1NaCl和1mol·L-1CuSO4的混合溶液,试判断阴、阳两极得到的产物是什么?并写出相应的电极反应式。[答案]电解第一阶段:阳极得到Cl2、阴极得到单质Cu。电极反应式分别为阳极:2Cl--2e-=Cl2↑阴极:Cu2++2e-=Cu电解第二阶段:阳极得到O2、阴极得到H2。电极反应式分别为阳极:4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极:4H++4e-=2H2↑。考点分阶突破1.非信息型电解过程中电极产物的判断——离子放电顺序(1)首先观察电极与电源的连接方式,明确阳极材料是否为惰性电极(Pt、Au、石墨),然后找出体系内所有阴、阳离子,要特别注意H+是否来自于酸的电离。核心突破考点分阶突破考点分阶突破考点分阶突破考点分阶突破考点分阶突破考点分阶突破4.电解的类型与本质以惰性材料为电极电解电解质溶液的四种类型分析类型实例电极反应特点电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型NaOH溶液阴:4H++4e-=2H2↑阳:4OH--4e-=2H2O+O2↑增大增大加水H2SO4溶液增大减小加水Na2SO4溶液增大不变加水电解电解质型HCl溶液电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电减小增大通氯化氢CuCl2溶液减小—加氯化铜考点分阶突破类型实例电极反应特点电解质浓度pH电解质溶液复原放H2生碱型NaCl溶液阴极:H2O放H2生碱阳极:电解质阴离子放电生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型CuSO4溶液阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生酸生成新电解质减小加氧化铜考点分阶突破题组训练1.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中,下列有关分析完全正确的是 (

)题组一化学反应中的热量变化图20-2

ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极考点分阶突破[答案]B[解析]电子由电源的负极流出,故a是阴极、d是正极,A、C、D项错误,B项正确。考点分阶突破图20-3考点分阶突破[答案]A[解析]由电子转移方向可知石墨为阴极,铁为阳极,阳极发生氧化反应,阴离子移向阳极,A项正确、B项错误;Fe3+首先在石墨电极得到电子转化为Fe2+,C项错误;Fe为活性电极,阳极上是Fe放电转化为Fe2+,D项错误。考点分阶突破·易错警示电解时,一般情况下,当阳极材料不是石墨、金、铂等惰性电极时,阳极本身失去电子。考点分阶突破3.如图20-4所示的两个实验装置中,溶液的体积均为200mL,开始时电解质溶液的浓度均为0.1mol·L-1,工作一段时间后,测得两端导线中均通过0.02mol电子,若不考虑盐的水解和溶液体积的变化,则下列叙述中正确的是 (

)A.产生气体的体积:①>②B.电极上析出物质的质量:②>①C.溶液的pH变化:①增大,②减小D.①中阳极电极反应式:4OH--4e-=2H2O+O2↑;②中阴极电极反应式:2H++2e-=H2↑题组二电极反应式的书写、电解产物分析图20-4考点分阶突破[答案]D[解析]由题可知①中电极反应为阳极:4OH--4e-=O2↑+2H2O,阴极:2Cu2++4e-=2Cu;②中电极反应为阳极:2Zn-4e-=2Zn2+,阴极:4H++4e-=2H2↑。由上述分析可知通过0.02mol电子时,产生的气体体积②>①;①中在阴极上析出Cu、在阳极上放出O2,②中只在阴极上放出H2,故电极上析出物质的质量①>②;①中电解CuSO4溶液时生成了H2SO4使溶液pH减小,②中消耗H+,pH增大;A、B、C错误,D正确。考点分阶突破4.按要求书写电极反应式和总反应方程式:(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式:

;

阴极反应式:

。

总反应离子方程式:

。

(2)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式:

;

阴极反应式:

。

总反应化学方程式:

。

(3)用铁作电极电解NaOH溶液阳极反应式:

。

总反应方程式:

。

考点分阶突破(4)用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜阳极反应式:

。

总反应方程式:

。

(5)用惰性电极电解熔融MgCl2阴极反应式:

;

总反应离子方程式:

。

(6)电解K2MnO4溶液制备KMnO4

阳极反应式:

;

阴极反应式:

。

总反应离子方程式:

。

考点分阶突破考点分阶突破考点分阶突破·易错提醒书写电极反应及总反应方程式时,要注意电极产物是否与介质中的离子进一步发生离子反应,若二者之间能反应,则二者反应后的结果才是最终的答案。

1.氯碱工业(1)含义:电解饱和食盐水制取

,并以这些产物为原料生产一系列化工产品的工业。

(2)生产原理:阳极:

,阴极:

。

总反应:

。

考点分阶突破考点二电解原理的应用Cl2、H2、NaOH知识梳理(1)两极材料待镀金属或精铜作

极;镀层金属或粗铜作

极

(2)电极反应式阳极:

;阴极:

(3)电解质溶液成分及c(Cu2+)变化含有

的盐;电镀中c(Cu2+)

;电解精炼中c(Cu2+)

(4)两电极质量变化两电极质量变化可能不相同的是

考点分阶突破阴阳Cu2+不变减小电解精炼2.电镀、电解精炼(以镀铜、精炼铜为例)

阳极电极反应式阴极电极反应式总反应式冶炼钠

冶炼铝

考点分阶突破3.重要金属电解冶炼原理考点分阶突破·理解应用1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中的c(Cu2+)均保持不变。 (

)(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3。 (

)(3)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。 (

)(4)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极。 (

)考点分阶突破(5)若把Cu+H2SO4=CuSO4+H2↑设计成电解池,阳极材料必须是Cu。 (

)

(6)电解电解质溶液时,若有氢气生成,则它一定在阴极上析出。 (

)(7)电解饱和食盐水时,在阳极区产生氢氧化钠。 (

)(8)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。 (

)考点分阶突破[答案](1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

(6)√

(7)×

(8)√[解析](1)电解精炼铜时,阳极上有多种成分失去电子而阴极只有Cu2+得到电子,故精炼过程中c(Cu2+)减小。(2)AlCl3熔融状态下不电离而无法电解,MgO熔点太高,电解MgO需要消耗大量电能。(3)电解食盐水时,阴极可用金属作电极。(4)镀件金属应接电源负极。(5)铜只有作阳极时才能失去电子。(6)H2通常是由+1价氢得到电子生成的,而得到电子的反应只能在阴极进行。(7)NaOH在阴极区生成。(8)电解精炼时,阳极材料中所含金、银等贵重金属会以单质形式沉积在阳极区。考点分阶突破2.比较下列两种装置有哪些不同?(1)请分析两装置中各电极的质量变化。

。

(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化。

。

图20-5考点分阶突破提示:(1)甲图中铜片质量减小,铁制品质量增加;乙图中粗铜质量减小,精铜质量增加。(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化,因为阳极溶解多少铜,阴极就析出多少铜;乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小,因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质,放电后转化成Zn2+、Fe2+等离子,而阴极一直是Cu2+得电子转化为Cu,造成CuSO4溶液浓度减小。考点分阶突破1.电解中的定量问题分析(1)根据得失电子守恒分析①串联电路中,通过阴极、阳极的电量相等且等于通过电路中的电量。②串联电路中,定向移动的阴离子、阳离子,或消耗与生成的某种离子所带电荷均等于电路中通过的电量。如电解CuSO4

溶液,当电路中有0.2mol电子转移时,消耗Cu2+为0.1mol,生成的H+是0.2mol。(2)根据电极反应式或电解总反应方程式进行计算。核心突破考点分阶突破考点分阶突破题组训练1.下列各组中,均使用石墨电极,则下列电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(

)A.HCl、Ba(OH)2 B.CuSO4、H2SO4

C.NaOH、H2SO4 D.NaBr、K2SO4、Ba(OH)2题组一放电顺序与溶液恢复方法考点分阶突破[答案]C考点分阶突破2.LiOH是制备锂离子电池正极材料的重要原料,其电解法制备的装置如图20-6所示。已知产生的气体a通入淀粉KI溶液,溶液变蓝,持续一段时间后,蓝色逐渐褪去。则M极为电源的

(填“正”或“负”)极,B极区电解液为

(填化学式)溶液,该离子交换膜是

(填“阳”或“阴”)离子交换膜,使用该交换膜的理由是

,LiOH在

极区生成。

图20-6考点分阶突破[答案]负LiCl阳防止OH-进入阳极区与阳极上生成的Cl2反应阴考点分阶突破3.用惰性电极电解400mL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0.1molCuO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0.1molCu(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。

考点分阶突破[答案](1)0.2

(2)0.4考点分阶突破考点分阶突破·答题模板在题目没有提供有关产物信息的条件下,确定电极产物的依据是放电顺序;其中在分析阳极电极产物时要特别注意阳极材料是否为非惰性电极。考点分阶突破题组二生产中的电解装置图20-7考点分阶突破[答案]C考点分阶突破考点分阶突破图20-8考点分阶突破[答案]B考点分阶突破考点分阶突破图20-9考点分阶突破考点分阶突破考点分阶突破(1)电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在

(填“阴极室”或“阳极室”)。

(2)电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为

。

(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图乙,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:

。

图20-10考点分阶突破考点分阶突破题组三电解的相关计算考点分阶突破[答案]B考点分阶突破考点分阶突破9.在如图20-11所示装置中,甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L-1AgNO3溶液,乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L-1CuCl2溶液,A、B、C、D均为质量相同的石墨电极,如果电解一段时间后,发现A极比C极重1.9g,则(1)E为电源

极,D为

极。

(2)A极的电极反应式为

,析出物质

mol。

(3)B极的电极反应式为

,放出气体

mL(标准状况)。

图20-11考点分阶突破(4)C极的电极反应式为

,析出物质

mol。

(5)D极的电极反应式为

,放出气体

mL(标准状况)。

(6)向甲烧杯中滴入石蕊溶液,

极附近变红,如果继续电解,在甲烧杯中最终得到

溶液。

考点分阶突破考点分阶突破考点分阶突破1.金属的腐蚀(1)含义:金属与周围接触到的气体或液体物质发生

反应而引起损耗的现象。

(2)金属腐蚀的本质:金属单质被

的过程,它分为化学腐蚀、电化学腐蚀两类,二者往往同时发生且

更普遍、危害性更大。

(3)化学腐蚀:金属单质被其接触到的物质直接

的过程。(4)电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触时,会发生原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化的过程,它又有如下两种情况(以铁为例)。考点分阶突破考点三金属的腐蚀与防护氧化还原氧化电化学腐蚀氧化知识梳理

析氢腐蚀吸氧腐蚀介质酸碱性

性较强

电极反应式负极

正极

总反应

;

4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3联系

腐蚀更普遍

异同比较负极反应式相同,正极反应不同,①氧化剂是

,还原产物是

;②

氧化剂是

,反应后转化为OH-

考点分阶突破酸酸性较弱或中性吸氧H+H2O2考点分阶突破考点分阶突破2.金属的防护(1)电化学防腐蚀①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理负极:比被保护的金属更

的金属。

正极:需要被保护的金属。②外加电流的阴极保护法——电解原理阴极:

的金属,与外加电源的

极相连。

阳极:

。

活泼一些被保护负惰性电极考点分阶突破(2)金属防护的常用方法:①改变金属的内部结构,使金属性质改变,成为耐腐蚀金属,如不锈钢等。②加保护层,使金属与

剂隔离开:如采用

、

、表面钝化、涂油脂等。

氧化喷油漆电镀考点分阶突破·理解应用1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。(1)[2016·天津卷]

金属发生吸氧腐蚀时,被腐蚀的速率和氧气浓度无关。(

)(2)钢铁水闸可以用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。 (

)(3)在船体外嵌入锌块,可以减缓船体的腐蚀,属于牺牲阴极的阳极保护法。(

)(4)某些铁制品出厂时会在其表面涂上一层油膜,其目的是防止铁制品被氧化。(

)(5)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈。 (

)考点分阶突破(6)[2018·天津卷]

铁管镀锌层局部破损后,铁管仍不易生锈。 (

)(7)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。 (

)(8)[2017·江苏卷]

地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀。(

)考点分阶突破[答案](1)×

(2)√

(3)×

(4)√

(5)√

(6)√

(7)×

(8)√[解析](1)反应物浓度的大小影响反应速率。(2)铁作原电池的正极或电解池的阴极时,铁受到保护。(3)在船体外嵌入锌块后可形成原电池,是牺牲阳极的阴极保护法。(4)铁制品表面涂上油膜后,可将金属与空气隔离开,从而避免了铁制品被氧化。(5)镀层破损后,在构成原电池时,铁作负极被加速腐蚀。(7)铜转化为碱式碳酸铜。考点分阶突破2.炒过菜的铁锅,若没有洗净,不久后锅底处就可以看到有红褐色的锈斑出现。(1)此过程中,铁锅发生的主要腐蚀类型是

,没有洗净时腐蚀快一些的原因是

。

(2)上述过程中,负极上的电极反应式为

,后续发生的离子反应方程式为

,假设有ag铁被腐蚀了,则最终至少要消耗

g氧气。

考点分阶突破考点分阶突破1.金属电化学腐蚀方式、腐蚀速率与环境的一般关系金属腐蚀的快慢与腐蚀时金属所处环境有密切关系,也与金属在环境中所充当的角色有关,具体情况如下:(1)电解池阳极金属>原电池负极金属>化学腐蚀(指自然条件下)。(2)同一金属所处的环境不同腐蚀快慢不同(同浓度时):强电解质>弱电解质。核心突破考点分阶突破2.金属防护方法与效果防护方法原理添加保护层(涂油漆、电镀等)将金属与氧化剂隔离开改变金属内部结构(如添加合金元素)使金属性质惰性化外加电流的阴极保护法(接电源负极)使被保护的金属作电解池的阴极牺牲阳极的阴极保护法使被保护的金属作原电池的正极一般情况下不同防护方法的防腐效果:改变金属内部结构>作电解池阴极(外加电流的阴极保护法)>作原电池正极(牺牲阳极的阴极保护法)>金属表面处理考点分阶突破题组训练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,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小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,Zn-MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的题组一金属的腐蚀考点分阶突破题组训练图20-12考点分阶突破[答案]B考点分阶突破2.[2018·山东临沂一中考前冲刺]

用压强传感器探究生铁在pH=2和pH=4的醋酸溶液中发生腐蚀的装置及得到的图像如下,分析图像。以下结论错误的是(

)A.溶液pH≤2时,生铁发生析氢腐蚀

B.在酸性溶液中生铁可能发生吸氧腐蚀C.析氢腐蚀和吸氧腐蚀的速率一样快

D.两溶液中负极反应均为Fe-2e-=Fe2+图20-13考点分阶突破[答案]C考点分阶突破题组二金属的防护图20-14考点分阶突破[答案]C考点分阶突破选项连接电极材料分析aBAK1K2石墨铁模拟铁的吸氧腐蚀BK1K2锌铁模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法CK1K3石墨铁模拟电解饱和食盐水DK1K3铁石墨模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法4.[2018·山东青岛城阳区调研]

用图20-15装置研究电化学原理,下列分析中错误的是 (

)

图20-15考点分阶突破[答案]D高考真题体验图20-16高考真题体验高考真题体验[答案]C高考真题体验高考真题体验高考真题体验[答案]D[解析]结合实验现象,对比②③可知,连接锌片后,溶液中没有Fe2+,A项正确;对比①②,①中铁表面产生蓝色沉淀,故可能是铁被氧化产生了Fe2+,B项正确;由前面分析可知,不能采用①的方法验证锌保护铁,C项正确;由前面分析可知,无法判断铁是否先被腐蚀,D项错误。高考真题体验3.[2017·全国卷Ⅰ]

支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图20-17所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 (

)A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整图20-17高考真题体验[答案]C[解析]由图示知,该装置为通过“外加电流的阴极保护法”进行防腐的装置,因此需外加强大的电流抑制金属电化学腐蚀产生电流,即通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,A项正确;通电后,被保护的钢管桩作阴极,高硅铸铁作阳极,因此通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以高硅铸铁不损耗,C项错误;外加电流的目的是抑制金属电化学腐蚀产生电流,因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D项正确。4.[2017·全国卷Ⅱ]

用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是 (

)A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式为Al3++3e-=AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动高考真题体验高考真题体验[答案]C5.[2018·全国卷Ⅰ节选]

制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图20-18所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为

。电解后,

室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。

高考真题体验图20-18高考真题体验[答案]2H2O-4e-=4H++O2↑

a6.[2017·江苏卷节选](1)电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是

。

(2)电解Na2CO3溶液,原理如图20-19所示。阳极的电极反应式为

,阴极产生的物质A的化学式为

。

高考真题体验图20-19高考真题体验高考真题体验教师备用习题教师备用习题[答案]D

教师备用习题教师备用习题[答案]C

[解析]装置①中形成双液原电池,Zn作负极,Cu作正极,则盐桥中K+向正极移动,即移向CuSO4溶液,A项错误;装置②用石墨电极电解NaCl溶液,a极是阴极,电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2