2017届高考化学一轮复习课件：第23课时《电解池-金属的电化学腐蚀与防护》3年高考2年模拟

1、第23课时电解池金属的电化学腐蚀与防护,课标版 化学,一、电解的原理 1.电解 使 通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在 两极引起 的过程。 2.能量转化形式 转化为 。 3.电解池 (1)构成条件 a.直流电源。 b.与 相连的两个电极。 c. (或 )。,电流,阴、阳,氧化还原反应,电能,化学能,电源,电解质溶液,熔融的电解质,d.形成 。 (2)电极名称及电极反应式(如图),闭合回路,(3)电子、离子移动方向 电子:从电源 流向电解池的 ;从电解池的 流向电源的 。 离子:阳离子移向电解池的 ;阴离子移向电解池的 。,负极,阴极,阳极,正极,阴极,阳极,自测1下列关于电解NaNO3溶液的

2、叙述正确的是() A.随着电解的进行,溶液的 pH 减小 B.OH-向阳极移动,阳极附近溶液呈碱性 C.N向阳极移动,Na+向阴极移动,分别在对应的电极上析出 D.阴极上 H+得电子被还原成H2,使阴极附近的溶液呈碱性 答案D电解NaNO3溶液的实质是电解水,化学方程式为2H2O 2H2+ O2,电解的过程中溶液 pH 不变,A项错;阳极因4OH- - 4e- O2+2 H2O 而使c(H+)c(OH-),溶液呈酸性,B 项错;在阴、阳极上分别是H+、OH-放电,C 项错。,自测2如图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液,下列实验现象中正确的是

3、() A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的 B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体 C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色 D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色 答案D电解Na2SO4溶液时发生的反应为: a为阴极:4H+4e- 2H2 b为阳极:4OH-4e- O2+2H2O 对照分析A、B不正确。a极周围溶液由于H+放电呈碱性,石蕊显蓝色;b极周围溶液由于OH-放电呈酸性,石蕊显红色。,二、电解原理的应用 1.电解饱和食盐水 2.电解精炼铜,3.电镀(Fe上镀Cu),4.电解冶炼钠 自测3金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量杂质Fe、Zn、Cu、Pt,可用电解法制备高纯度的

4、镍(已知:氧化性Fe2+Ni2+Cu2+),下列叙述正确的是() A.阳极发生还原反应,其电极反应式:Ni2+2e- Ni B.电解过程中,阳极减少的质量与阴极增加的质量相等 C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt,答案DA项,阳极失电子,发生氧化反应;B项,阴极只析出Ni,阳极上 Ni、Fe、Zn都溶解,所以阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等;C项,溶液中还存在大量Ni2+;D项,Cu、Pt不如Ni活泼,在阳极不放电,最终存在于阳极泥中。 自测4判断下列说法是否正确。 (1)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反

5、应式为2Cl-2e- Cl2。() (2)电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl-+2H2O Cl2+H2+ 2OH-。(),(3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。() (4)Cu+H2SO4 CuSO4+H2可以设计成电解池,但不能设计成原电池。 () (5)粗铜电解精炼时,若电路中通过2 mol e-,阳极减少64 g。() 答案(1)(2)(3)(4)(5),三、金属的腐蚀和防护 1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,原电池,2.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀),酸性,2H+2e- H2,2H2O+O2+4e- 4OH-,3.金属的防护 (1)原电池

6、原理 习惯称为 的阴极保护法 (2)电解池原理 习惯称为 的阴极保护法 (3)改变金属内部结构 如不锈钢 (4)加保护层 如电镀等 自测5下列叙述不正确的是() 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,镀件为阳极,铜盐溶液为电镀液 D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀,牺牲阳极,外加电流,答案C生铁中含有碳,可以形成原电池加快铁的腐蚀,故生铁抗腐蚀 能力比纯铁弱,A项正确;用锡焊接的铁质器件,焊接处易形成原电池,铁作负极,加速铁的腐蚀,B项正确;镀铜时,镀件为阴极,铜为阳极,C项错误;铁管上镶嵌锌块,易形成原电池,锌作负极,D项正确。 自

7、测6判断下列说法是否正确。 (1)纯银器在空气中因化学腐蚀表面渐渐变暗。() (2)金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍。() (3)金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程。() (4)铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中直接发生反应:Fe -3e-Fe3+,继而 形成铁锈。() (5)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。(),(6)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。() (7)当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用。() (8)牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀。() (9)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连,正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀。() (10)将钢闸门与浸入海水

8、的锌块用导线相连,可防止钢闸门被腐蚀。 () 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9) (10),考点一电解池中电极判定与电极反应式的书写 1.阴、阳极的判断方法 (1)根据电源的正负极、离子移动的方向、反应的类型判断 (2)依据电极质量变化判断 一般电极质量减轻的是阳极;电极质量增加的是阴极。,(3)依据电极产物判断 如果电极上产生Cl2或O2,它一定是阳极;如果电极上产生H2,它一定是阴极。 (4)依据溶液变化判断 如果电解某中性溶液(如NaCl、Na2SO4)时某极附近溶液能使酚酞呈红色,则它是阴极(H+放电,OH-浓度增大)。 2.电解时电极产物的判断,3.电极反应式

9、的书写 (1)首先判断阴、阳极,分析电极材料,阳极为金属活性电极时,电极材料放电。,(2)再分析溶液中的离子种类,根据离子放电顺序,分析电极反应并判断电极产物,写出电极反应式。 (3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+(水)、OH-之后的离子一般不参与放电反应。 4.电解池中电极反应式书写的3个易失分点 (1)书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应式时,弱电解质要写成化学式。 (2)电极反应式的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物,然后根据“阴得阳失”写上得失电子数目,最后根据电解质溶液酸碱性补上H+、OH-或H2O,依据电荷守恒配平。,(3)注意运用H

10、+、OH-、H2O进行配平:电解池电极反应中,如果是H+、OH-放电,不论溶液酸碱性一定写H+、OH-得、 失电子,其他情况下酸性溶液中一定不能大量存在OH-,碱性溶液中一定不能大量存在H+。 典例1以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下:,下列说法不正确的是() A.在阴极室,发生的电极反应为:2H2O+2e- 2OH-+H2 B.在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区H+浓度增大,使平衡2Cr+2H+ Cr2+H2O向右移动 C.该制备过程总反应的化学方程式为:4K2CrO4+4H2O 2K2Cr2O7+4KOH +2H2+O2 D.测定阳极液中K和Cr的含

11、量,若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d,则此时铬酸钾的转化率为1- 答案D观察实验装置,阴极反应为:4H2O+4e- 4OH-+2H2,阳极反 应为:2H2O-4e- 4H+O2,阳极室水中的OH-放电,导致H+浓度增大,使平,衡2Cr+2H+ Cr2+H2O右移,从而在阳极区得到K2Cr2O7,故A、B、 C正确。D项,设最初阳极室中的K2CrO4为1 mol,通电后转化的K2CrO4为x mol,依题意有2(1-x)+2=d1,x=2-d,K2CrO4的转化率为100%,故D项 错误。 1-1(2015安徽蚌埠质检)高铁酸盐在能源、环境保护等方面有着广泛的用途,可以用电解法制高铁

12、酸盐(已知高铁酸盐在酸性条件下不稳定),总反应式为Fe+2H2O+2OH- 3H2+Fe。下列说法正确的是() A.铁为阳极,H2SO4为电解液 B.铁为阴极,浓NaOH溶液为电解液 C.阳极发生的电极反应为Fe+8OH-6e- 4H2O+Fe D.铁失去3 mol电子可以在阴极得到33.6 L氢气,答案C由总反应式知铁为阳极,电解液为碱性溶液,故A项错误,B项错 误;铁失去3 mol电子可以在阴极得到1.5 mol氢气,标准状况下为33.6 L,D项错误。 1-2Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂,其电解制法如图所示,请根据图示分析:,Fe为(填“阴”或“阳”)极,其

13、电极反应式为,与铁电极相连的为电源的极。 答案阳Fe+8OH-6e- Fe+4H2O正 解析 Na2O4,铁元素化合价升高,发生氧化反应,故铁作阳极。,考点二以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律,用惰性电极电解CuSO4溶液时,若要恢复原溶液,可加入CuO,而不是 Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3,因为Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3与硫酸反应后使水量增加。,典例2用甲装置电解一定量的CuSO4溶液,M、N为惰性电极。电解过程中实验数据如图乙所示。x轴表示电解过程中转移电子的物质的量,y轴表示电解过程中产生气体在标准状况下的总体积。则下列说法不正确的是(),A.电解过程中N电极表面

14、先有红色物质生成,后有气泡产生 B.A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态 C.Q点时M、N两电极上产生的气体在相同条件下体积相同 D.若M电极材料换成Cu,则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变,答案BN为电解池的阴极,根据放电顺序,首先Cu2+得电子生成红色物 质Cu,然后H+得电子生成H2,A正确;根据图乙,OP段阴极发生Cu2+得电子生成Cu的反应,P点后阴极H+放电生成H2,阳极一直是OH-失电子生成O2,所以P点以后相当于电解水,A点所得溶液中只加入CuO固体不能恢复到起始状态,B错误;由图乙可以看出,OP段通过a mol电子,阳极得到氧气体积为b L,PQ段又通过

15、a mol电子,阳极生成氧气体积为b L,则到Q点时,阳极共生成氧气2b L,生成氢气为(4b-2b)L=2b L,C正确;若M电极材料换成Cu,阳极是Cu失电子,阴极是Cu2+得电子,电解过程中CuSO4溶液的浓度不变,D正确。,(1)根据阴、阳离子放电顺序正确判断出电解产物,特别要注意电解过程中离子浓度的变化。 (2)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,可以按“析出什么,加上什么”的思路,加上适量某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。,2-1用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解液中加适量水,能使溶液恢复到电解前浓度的是() A.NaClB.Na2CO3C.CuSO4D.

16、K2S 答案B加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度,则电解的实质是电解 水,故选项B符合。 2-2从N、S、Cl-、Cu2+、Ba2+、Ag+、H+等中选出适当的离子组成 电解质,采用惰性电极对其溶液进行电解。 (1)若两极分别放出H2和O2,电解质的化学式为。 (2)若阴极析出金属,阳极放出氧气,电解质的化学式为。 (3)若两极分别放出气体,且体积比为11,电解质的化学式为。,答案(1)HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2 (2)AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4 (3)HCl、BaCl2 解析(1)两极分别放出H2和O2,即H+和OH-放电,实质是电解H2O,水中的 溶质应是起导电作

17、用,它可以是HNO3、H2SO4、Ba(NO3)2中的任意一种,但不是BaSO4。,(2)阴极析出金属,即Ag+或Cu2+放电;阳极放出O2,即OH-放电。水中的溶质可以是AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4中的任意一种。 (3)两极都生成气体,且气体体积比为11,则放电的离子应是Cl-和H+。水中的溶质可以是HCl、BaCl2中的任意一种。,原电池、电解池、电镀池的比较,续表,特别提示判断原电池和电解池的关键是看是否有外加电源,有时并无 外加电源,存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源,另一个装置则是电解池。,考点三与电化学有关的定量计算 1.计算类型 原电池和电解池的计算包括两极产物

18、的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、根据产物的量求电荷量以及根据电荷量求产物的量的计算等。 2.三种方法 (1)根据得失电子守恒法计算,用于串联电路阴、阳两极产物,正、负两极产物等的计算。 (2)根据总反应式计算 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列比例式计算。 (3)根据关系式计算 借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁,建立计算所需的关系式。 如,以通过4 mol e-为桥梁可构建电极产物之间的如下关系式: (式中M为金属,n为其离子所带的电荷数) 熟记电极反应式,灵活运用以上关系式便能快速解决常见的电化学计算问题。,典例3500 mL

19、KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=6.0 molL-1,用石墨 作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L气体(标准状况)。假定电解后溶液体积仍为500 mL,则下列说法中正确的是() A.原混合溶液中c(K+)为2 molL-1 B.上述电解过程中共转移6 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D.电解后溶液中c(H+)为2 molL-1 答案A阳极上生成的气体为O2,阴极上开始时析出单质铜,后产生H2,因阴、阳两极通过的电子数相等且生成的氢气和氧气均为1 mol,故反应中转移4 mol电子,放电的Cu2+是1 mol,故B、C错误。电解后

20、溶液中c(H+)=4 molL-1,D错误。依c(K+)+2c(Cu2+)=c(N)=6 molL-1可得,c(K+)=6 molL-1-2 2 molL-1=2 molL-1,A正确。,3-1把物质的量均为0.1 mol的CuCl2和H2SO4溶于水制成100 mL的混合溶液,用石墨作电极电解,并收集两电极所产生的气体,一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。则下列描述正确的是() A.电路中共转移0.6NA个电子 B.阳极得到的气体中O2的物质的量为0.2 mol C.阴极质量增加3.2 g,D.电解后剩余溶液中硫酸的浓度为1 molL-1 答案A阳极开始产生Cl2,后产生O2;

21、阴极开始生成Cu,后产生H2。根据 “两极收集到的气体在相同条件下体积相同”知阴极产生0.2 mol H2,阳极产生0.1 mol Cl2和0.1 mol O2,则转移电子数为0.6NA,A正确、B错误;阴极析出铜0.1 mol,即质量增加6.4 g,C错误;电解前硫酸的浓度为1 molL-1,电解过程中消耗 0.2 mol 水,故电解后剩余溶液中硫酸的浓度大于1 mol L-1,D错误。,3-2如图所示,通电一段时间后,Cu电极增重2.16 g,同时在A池中收集到标准状况下的气体224 mL,设A池中原混合溶液的体积为 100 mL,则通电前A池原混合溶液中Cu2+的浓度为() A.0.05 mol/LB.0.035 mol/L C.0.025 mol/LD.0.020 mol/L,答案A铜电极质量增加是由于析出Ag,由n(Ag)=0.02 mol 可知,转移电子0.02 mol。由4e-O2知A池阳极产生O2为0.02 mol22.4 L/ mol=0.112 L=112 mL;故阴极还产生112 mL氢气:2H+2e- H2,此过程 中转移电子为0.01 mol,则铜离子放电转移电子0.01 mol:Cu2+2e- Cu,可 知n(Cu2+)=0.005 mol,则A池原混合溶液中Cu2+的浓度为 0.05 mol/L。,考点四金属的腐蚀与防护 1.金