第18讲电解池金属的电化学腐蚀与防护高考化学一轮复习课件

第五章化学反应与能量第18讲电解池

金属的电化学腐蚀与防护一个本质：氧化还原反应（两剂两产物）。两套装置：原电池，电解池（构成条件，工作原理，两极判断）。三种电池模型：一次电池（工作原理），二次电池（铅蓄电池，燃料电池）四种惰性电极电解实例：知识回顾：

1.了解电解池的工作原理，能设计简单的电解池。2.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。3.能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择设计防腐措施。

复习目标4必备知识，识记理解考点一电解原理1．电解与电解池阴极：_______

电子，发生_______反应阳极：_______电子，发生______

反应

_______

转化为_______的装置电解电解池

得到

还原

失去

氧化

电能

化学能

①有与________相连的两个电极。②______________(或__________)。③形成____________。(1)构成条件：电源

电解质溶液熔融盐闭合回路电解氯化铜溶液微观模拟5(2)电极名称及电极反应式(如图)：CCCuCl2溶液电极名称：_______反应类型：_______反应电极反应式：_____________________电极名称：_______反应类型：_______反应电极反应式：_____________________阴极还原阳极氧化Cu2＋＋2e－=Cu2Cl－－2e－=Cl2↑(3)电子和离子的移动方向：e－e－阴离子失电子阳离子得电子阴极阳极电解质

？电解时电子和离子是怎样移动的？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导电，即电子本身不会通过电解质溶液。e－e－2．分析电解过程的思维程序首先判断阴、阳极，分析阳极材料时惰性电极还是活泼电极再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组（不要忘记水溶液的H+和OH-)然后排出阴、阳两极的放电顺序：阴极：阳离子放电顺序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+酸>Fe2+>Zn2+>H+水>Al3+>Mg2+>Na+阳极：活泼电极>S2-

>I-

>Br->Cl-

>OH-

>含氧酸根离子>F-

？电解时电极参与反应吗？电解时的放电顺序是什么？3．利用电解的思维程序分析电解规律(注：四种惰性电极电解实例：)

类型

实例

电极反应电解液浓度pH电解质溶液复原NaOH阴：

增大

Na2SO4阳：阴：

增大H2SO4阳：

增大阴：阳：阴：阳：阴：阳：阴：阳：电解水型电解电解质型放H2生碱型放O2生酸型HCICuCI2NaCICuSO44OH－－4e－=2H2O＋O2↑4H＋＋4e－=2H2↑2Cl－－2e－=Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑Cu2＋＋2e－=Cu减小减小生成新电解质生成新电解质2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－2Cl－－2e－=Cl2↑2Cu2＋＋4e－=2Cu2H2O－4e－=4H＋＋O2↑2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－4H＋＋4e－=2H2↑2H2O－4e－=4H＋＋O2↑？增大

减小不变

加水

加水

加水

增大

HClCuCl2增大HCl减小CuOCuCO3

？

？电解水溶液时，能否用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属？电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属1.水银法电解食盐水是氯碱工业发展进程中的重要里程碑，以制得碱液纯度高、质量好而著称，其生产原理示意图如下。下列说法不正确的是(

)A．电解器中阳极的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑B．解汞室中产生氢气的电极为阴极C．当阳极产生3.36L(标准状况)气体时，解汞室中生成NaOH的质量为12gD．在直流电作用下，电解器中的Na＋变成金属钠，与水银形成钠汞合金，从而与Cl2分开Na++e－=Na2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑实际工业生产中

阴、阳极的反应可能与理论上的放电规律略有不同……（离子浓度，电极材料）(1)根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。(2)根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。(3)根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。(4)根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。(5)根据电极产物：a.阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；

b.阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。阴、阳极的判断方法知识锦囊CCCuCl2溶液e－e－阳氧阴还秒判正误(1)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色(

)(2)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大(

)(3)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的状况(

)(4)根据金属活动性顺序，Cu和稀H2SO4不反应，因此不能根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2(

)(5)电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极()(6)用铁作电极电解饱和食盐水时，阳极上Cl－失电子变为Cl2()(7)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋()电解×××××××关键能力

讲练提升1．(新教材RJ选择性必修1P115T6)如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。在电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重情况为b＜d。符合上述实验结果的盐溶液是(

)

选项XYAMgSO4CuSO4BAgNO3Pb(NO3)2CFeSO4Al2(SO4)3DCuSO4AgNO32．(新教材改编)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AgNO3溶液：阳极反应式__________________________________________________________；阴极反应式__________________________________________________________；总反应离子方程式____________________________________________________。(2)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____________________________________________________。2H2O－4e－=4H＋＋O2↑4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋电解4Ag＋＋4e－=4Ag2Cl－－2e－=Cl2↑2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑电解(3)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_____________________________________________________。(4)用铁作电极电解NaOH溶液

阳极反应式__________________________________________________________；

阴极反应式__________________________________________________________；

总反应离子方程式_____________________________________________________。Fe－2e－=Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑或

2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑电解Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)22H2O＋2e－=H2↑＋2OH－Fe＋2H2O

Fe(OH)2↓＋H2↑电解(5)用铜作电极电解盐酸溶液阳极反应式__________________________________________________________；阴极反应式__________________________________________________________；总反应离子方程式_____________________________________________________。(6)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式__________________________________________________________；阴极反应式__________________________________________________________；总反应离子方程式_____________________________________________________。Cu－2e－=Cu2＋2H＋＋2e－=H2↑Cu＋2H＋

Cu2＋＋H2↑电解2Al－6e－＋8OH－=2AlO2-＋4H2O6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－2Al＋2H2O＋2OH－

2AlO2-＋3H2↑电解(7)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式__________________________________________________________；阴极反应式__________________________________________________________；总反应离子方程式____________________________________________________。(8)用Al单质作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液阳极反应式__________________________________________________________；阴极反应式__________________________________________________________；总反应离子方程式_________________________________________________。2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－=3H2↑2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑电解2Al＋6HCO3-－6e－=2Al(OH)3↓＋6CO2↑6H＋＋6e－=3H2↑2Al＋6HCO3-＋6H＋

2Al(OH)3↓＋6CO2↑＋3H2↑电解(9)用惰性电极电解熔融MgCl2阳极反应式

阴极反应式

___________________________________________________________________；总反应离子方程式___________________________________________________。2Cl－－2e－=Cl2↑Mg2＋＋2e－=MgMg2＋＋2Cl－

Mg＋Cl2↑电解(10)写出下列电解池的阳极反应式。Fe－6e－＋8OH－=FeO42-＋4H2O2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋2Cu－2e－＋2OH－=Cu2O＋H2O①制备K2FeO4①②铝片表面氧化膜增厚②③制备纳米

Cu2O③3．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该溶液，根据电极产物的不同，可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是(

)A．阴极只析出H2B．阳极先析出Cl2，后析出O2C．电解最后阶段为电解水D．溶液pH不断增大，最后为7阴极反应:2H＋＋2e－=H2↑

阳极反应:2Cl－－2e－=Cl2↑

2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－

2Cl－－2e－=Cl2↑4OH－－4e－=2H2O＋O2↑2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－阴极阳极H＋Na＋Cl－OH－SO42－放电顺序结合投料比和粒子放电先后顺序明显分三个阶段：先电解HCl溶液，再电解NaCl溶液，最后电解水（NaOH）

(1)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，弱电解质要写成化学式。(2)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。(3)当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身

失电子，不能再用电解规律。名师点睛

规避“三个”失分点考点二电解原理的应用必备知识，识记理解1．电解饱和食盐水(1)原理电解饱和食盐水电极反应总反应应用（惰性）阳极反应:2Cl－－2e－=Cl2↑

阴极反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑电解氯碱工业制烧碱、氢气和氯气氯气氢气阳极阴极NaCl溶液

？1.怎么避免OH-与Cl2接触?2.如何避免Cl2与H2接触－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜

阳极金属钛网阴极碳钢网阳极室阴极室(2)装置(2)装置装置离子交换膜电解槽阳极钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极碳钢网阳离子交换膜①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过②将电解槽隔成阳极室和阴极室2.电解精炼铜（阳粗阴纯是精炼）电解精炼铜两极材料两极反应阳极：阳极（含Zn、Ni、Au等杂质）阴极：阴极：阳极泥主要反应Cu2＋浓度减少，SO42-浓度不变质量减少质量增加

？电解精炼铜时，阳极、阴极的质量有什么变化？电解液中粒子浓度怎么变化？如图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作______极，镀层金属银作______极。(2)电解质溶液是___________________________________。(3)电极反应：阳极：Ag－e－=Ag＋；阴极：Ag＋＋e－=Ag。(4)特点：______极溶解，______极沉积，电镀液的浓度________。阴

阳AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液阳阴

不变3．电镀（镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液不变）电镀银原理银片待镀件硝酸银溶液4．电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。(1)冶炼钠2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑电极反应：阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－=2Na。电解2Al2O3(熔融)

4Al＋3O2↑电极反应：阳极：6O2－－12e－=3O2↑；阴极：4Al3＋＋12e－=4Al。电解冰晶石(2)冶炼铝电解熔融氯化钠制钠阳极C电解质烟罩熔融态铝钢壳钢导电棒阴极C耐火材料冶炼铝设备图秒判正误(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(

)(2)用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为

2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H↑＋2OH－(

)(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变(

)(4)若把Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极(

)(5)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为

2Cl－－2e－=Cl2↑(

)(6)粗铜电解精炼时，若电路中通过2mole－，阳极减少64g()(7)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3()电解××××××关键能力

讲练提升

能力一电解原理的“寻常”应用1．(新教材RJ选择性必修1P106T5)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯。下列叙述中正确的是(

)A．电解时以精铜作阳极B．电解时阴极上发生的反应为Cu2＋＋2e－=CuC．粗铜连接电源的负极，其电极反应为Cu2＋＋2e－=CuD．电解后，电解槽底部会形成仅含有少量Pt的阳极泥Cu－2e－=Cu2＋2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(

)A．氯碱工业中，X电极上反应式是

4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁阳极:2Cl－－2e－=Cl2↑

Cu2＋浓度减少镀层金属作阳极，镀件作阴极氯化镁熔点比氧化镁低，更适合3．镍金属在冶金电镀等方面有着重要作用，同时工业废水的排放也随之增多。用双模三室电沉积回收酸性废水中(以NiCl2的形式存在)的Ni，装置图如图(已知：电解前后浓缩室中溶液体积为1L并忽略其变化，交换膜只允许离子通过)：下列说法正确的是(

)A．电极X为阳极，电解后硫酸溶液

质量减少8gB．交换膜a、b分别为阴离子交换膜、

阳离子交换膜C．Y电极反应为Ni2＋＋2e－=Ni、

2H＋＋2e－=H2↑D．若用氢氧燃料电池作电源，消耗

5.6LO22H2O－4e－=O2↑＋4H＋1mol0.25mol9g阳极阴极H＋Cl－无标况备考方略电解池解题的思维路径确定阴阳极分析电极材料、电解质溶液中的阴阳离子、题干信息分析电极反应写出电极反应式写出总反应式质量守恒电荷守恒现象、计算4．(2020山东省等级考试T11)工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8。电解时，阴极材料为Pb；阳极(铂电极)电极反应式为2HSO4-－2e－=S2O82-＋2H＋。下列说法正确的是(

)A．阴极电极反应式为Pb＋HSO4-－2e－=PbSO4＋H＋B．阳极反应中S的化合价升高C．S2O82-中既存在非极性键又存在极性键D．可以用铜电极作阳极

能力二电解原理的“创新”应用阳氧阴还S2O82-中S为＋6价，O为－2、－1价，阴极反应中氧的化合价部分升高，而硫元素化合价不变若用铜作电极则铜放电，故不能用铜作阳极OOOOSOOOOSHH－1－15．(多选)我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制H2(装置如图)。总反应为CO(NH2)2＋H2O===3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法中错误的是(

)A．a为正极，CO(NH2)2发生还原反应B．b电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．每转移6mol电子，a电极产生1molN2D．电解一段时间，a极区溶液pH升高—+阳氧阴还阴极:2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑阳极:CO(NH2)2－6e－＋H2O=CO2↑＋N2↑＋6H＋a极发生CO(NH2)2－6e－＋H2O===CO2↑＋N2↑＋6H＋，a极区溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH降低，D错误6．(多选)燃料燃烧产生的尾气含有一定量的NO，科学家提出一种间接电化学法对大气污染物NO进行无害化处理，其原理示意如图(质子膜允许H＋和H2O通过)，下列相关判断正确的是(

)A．电极Ⅱ连接电源的负极B．电解池发生的反应为

4HSO3-2S2O42-＋2H2O＋O2↑C．吸收塔中每产生1molHSO3-，理论

上处理NO气体的体积为11.2LD．每产生1molO2电解池中从电极Ⅱ

向电极Ⅰ转移4molH＋电解阴极阳极电极Ⅰ：2HSO3-＋2H＋＋2e－=S2O42-＋2H2O，电极Ⅱ：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋阳氧阴还无标况H＋外电路转移的电子数等于内电路转移的阴离子或者阳离子所带的电荷数考点三金属的电化学腐蚀与防护必备知识，识记理解1．金属腐蚀的实质金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。实质是金属原子失去电子而氧化的过程，即M－ne－=Mn＋。2．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀：

类型化学腐蚀电化学腐蚀发生条件金属与非电解质等直接接触不纯金属或合金与电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀：以钢铁的腐蚀为例：析氢腐蚀吸氧腐蚀形成条件负极反应正极反应腐蚀速率联系水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性Fe－2e－=Fe2＋2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－腐蚀速率较快，一般较少腐蚀速率较慢，非常普遍往往两种腐蚀交替发生，但以吸氧腐蚀为主，两种过程都有微弱电流产生3.金属电化学腐蚀规律(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______。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，

且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。(4)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。>

>

快

>>>知识锦囊(1)改变金属内部结构：如把Ni、Cr等加入普通钢里制成不锈钢合金，

具有很强的抗腐蚀性。(2)覆盖保护层：在金属的表面覆盖保护层如涂防锈漆、油脂、搪瓷、

加塑料保护层及电镀等可阻止金属与周围可发生反应的物质接触。金属的三种防护措施(3)使用电化学保护法：原电池原理正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属电解原理牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极原电池原理正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属电解原理秒判正误(1)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－=Fe3＋(

)(2)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(

)(3)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀(

)(4)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(

)(5)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀(

)(6)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极(

)(7)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用(

)×××××关键能力

讲练提升1．(新教材RJ选择性必修1P113T4)下列叙述中错误的是(

)A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C．在铁制品上镀铜时，铁制品为阳极，铜盐为电镀液D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀镀层金属作阳极，镀件作阴极2．(2020山东省等级考试T13)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学