电解池,金属腐蚀.

第六章化学反应与能量第四节电解池金属的腐蚀与防腐一、电解原理1、电解：使电流通过电解质溶液而在阳、阴两极引起氧化还原反应的过程。2、电解池（电解槽）：把电能转化为化学能的装置CuCl2溶液在电流的作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2一、电解原理实验4-2：用惰性(石墨)电极电解氯化铜溶液阴极阳极氯气铜CuCl2溶液有气泡，气体有刺激性气味，并能使湿润的KI-淀粉试纸变蓝碳棒上有一层红色的物质析出现象：阴极：阳极：——铜——Cl2结论：Cu2+－＋e-e-电子流出Cu2+运动Cl-运动Cl-oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooCl2oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooCl-Cl-运动电子流入Cu通电后：Cu2+、Ｈ+移向阴极：2Cl－-2e－=Cl2↑Cu2++2e－=CuCl-、OH-移向阳极：阳极阴极H+H+OH-OH-离子：阳离子流向阴极阴离子流向阳极（异性相吸）电子：电源负极→阴极阳极→电源正极（还原反应）（氧化反应）3、形成电解池的条件⑷有两个电极⑵电解质溶液或熔化的电解质⑶形成闭合回路⑴有直流电源惰性电极：C、Pt、Au等，活性电极：除Pt、Au以外的金属等，4、电解池的离子放电顺序Ag+Fe3+Cu2+H+阴极:较活泼金属﹥S2-I-Fe2+﹥Br-Cl-OH-含氧酸根阳极：（氧化性强者优先）（还原性强者优先）【思考1】电解后CuCl2的浓度如何变化？怎样使电解质溶液复原？【思考2】电解CuSO4溶液时，写出电极反应和总反应.怎样使电解质溶液复原？【思考3】在电解氯化铜溶液的装置中，若把电解质换成K2S，其PH如何变化？写出电极反应和总反应。加适量的氧化铜阴极：2H++2e—=H2↑阳极：S2-－2e—=S↓【思考4】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。总反应：S2-+2H2O=2OH-+H2↑+S↓电解阴极Na++e-=Na阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑PH增大小结1：分析电解反应(用惰性电极时)的一般思路：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、还原性强弱判断反应的离子先后，最后分析得出产物阴阳两极附近有哪些离子电解池能量转换离子的迁移方向发生氧化反应的电极发生还原反应的电极反应能否自发电能转为化学能阳极（接正极）阴极（接负极）阴离子向阳极阳离子向阴极原电池化学能转为电能负极正极阴离子向负极阳离子向正极相同点(从原理分析)都是氧化还原反应小结3：原电池与电解池的比较:不自发自发阴极阳极氧气氢气Na2SO4溶液电极反应溶液浓度PH复原小结4：电解规律1、指出A、B池的名称、电极名称、电极反应式、二池pH值的变化情况。（A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe2、写出下列装置的电极反应式，并判断A、B、C溶液PH值的变化。-+阴极阳极阴极阳极阳极阴极3、下图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法正确的是A．X是正极，Y是负极B．CuSO4溶液的PH值不变C．CuSO4溶液的PH值逐渐减小D．X是负极，Y是正极a•XY•bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC二、电解原理的应用1、氯碱工业（电解饱和食盐水）阳极2Cl-－2e-=Cl2↑阴极2H++2e-==H2↑电极反应：阴极阳极氧化反应还原反应OHHClOHCl222222电解2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑通电若电解前向溶液中滴加酚酞，通电后现象为：__________，两极极板上都有气体产生，如何检验气体的种类？阴极附近的溶液无色变为红色阳极:产生刺激气体使湿润KI淀粉试纸变蓝色.阴极:产生无色、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+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇强光爆炸解决方法:使用离子交换膜电解饱和食盐水必须解决两个主要问题第一个问题：离子交换膜电解槽阳离子交换膜：只允许阳离子通过(Cl－、OH－离子和气体不能通过)，把电解槽隔成阴极室和阳极室。氯碱工业:离子交换膜法制烧碱（1）生产设备名称：－+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第二个问题：精制食盐水3、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杂吗？2、用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42—1、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粗盐提纯杂质的除去过程：粗盐水精制盐水)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：①每种除杂剂过量②Na2CO3必须在BaCl2之后。2、电镀（在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法）铜片阳极待镀件阴极硫酸铜溶液阳极：镀层金属阴极：待镀金属制品电镀液：含有镀层金属的电解质实质：阳极参加反应的电解电镀铜3、粗铜的电解精炼问:电解完后,CuSO4溶液浓度有何变化？阳极：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极:Cu2++2e-=Cu阳极泥阳极泥:相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底,形成阳极泥CuSO4的浓度基本不变（略小）。⑶电冶金（冶炼活泼Na、Ca、Mg、Al等）制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。通直流电后，阳极：2Cl-－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑通电电解法是冶炼金属的一种重要方法，是最强有力的氧化还原的手段。制取金属铝电解熔融状态的氧化铝。阳极：6O2-－12e-==3O2↑阴极：4Al3++12e-==4Al总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑通电冰晶石助熔剂：冰晶石（Na3AlF6六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?AlCl3为分子晶体，在融融状态下不电离，不导电，不能被电解。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu冶炼方法电解法热分解法热还原法关于金属冶炼的补充知识1、电解法(K—Al)2NaCl(熔融)====2Na+Cl2↑电解2Al2O3(熔融)====4Al+3O2↑电解2、还原法(Zn—Cu)常用还原剂：C、CO、H2、Al等3、热分解法(Hg—Ag)2HgO===2Hg+O2↑△2AgNO3===2Ag+2NO2↑+O2↑△例1铂电极电解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通电一段时间,两极均产生11.2L(标况)气体.求电解后溶液的pH,并确定析出铜的物质的量.解析：阳极4OH--4e-=2H2O+O2↑阴极Cu2++2e-=Cu2H++2e-=H2↑C(H+)=1mol/LpH=0生成H2转移的电子:0.5×2=1mol,故还有1mole-用于还原Cu2+,可析出铜为0.5mol.四、电解计算——电子守恒法例2：用石墨电极电解100mLH2SO4与CuSO4的混合液，通电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（）A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/LA阳极O2为0.1mol，电子为0.4mol则H2为0.1mol，所以Cu为0.1mol，浓度为A练习：用两支惰性电极插入50mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(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忽略)，电极上析出银的质量大约是：A、2.7mgB、5.4mgC、10.8mgD、21.6mgB金属的腐蚀在生活中非常普遍钢铁生锈Fe2O3·nH2O铜器生锈铜器表面生成铜绿Cu2(OH)2CO3二、金属的腐蚀1、定义:金属或合金与周围接触到的气体或液体进行氧化还原反应而引起损耗的现象。2、金属腐蚀的类型①化学腐蚀②电化学腐蚀。直接发生化学反应而引起的腐蚀。（铁与氯气直接反应）不纯的金属(或合金)跟“电解质溶液”接触时，发生原电池反应，负极发生氧化的反应而腐蚀。例如钢铁在潮湿的空气中被腐蚀②电化学腐蚀电化学腐蚀包括：吸氧腐蚀，析氢腐蚀。吸氧腐蚀水膜呈中性或者弱酸环境下，钢铁发生吸氧腐蚀。负极：正极：总反应：2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e=4OH-2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)24Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3Fe2O3·nH2O（铁锈）析氢腐蚀钢铁表面的水膜酸性较强的话,正极就会析出氢气,称为析氢腐蚀。负极：Fe-2e-=Fe2+正极：2H++2e-=H2↑总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑随着氢气的析出,水的PH上升,Fe2+和OH-结合生成Fe(OH)2被O2氧化后生成Fe(OH)3,进而形成铁锈。通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍。化学腐蚀电化学腐蚀条件电流本质影响因素联系金属跟干燥气体或非电解质液体直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触无电流产生有微弱电流产生金属被氧化较活泼金属被氧化与接触物质的氧化性及温度有关与电解质溶液的酸碱性及金属活性有关两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍[知识归纳]三、金属的防护Ⅰ改变金属的内部结构Ⅱ在金属表面覆盖保护层Ⅲ电化学防护——合金（不锈钢）利用“原电池”和“电解池”保护金属——电镀、涂油脂牺牲阳极的阴极保护法和外加电流的阴极保护法————————————————————————————————————海水钢闸门锌板利用“原电池原理”保护极金属正极负极e－e－正阳极阴极“①牺牲阳极的阴极保护法”————————————————————————————————————海水钢闸门惰性电极利用“电解池原理”保护极金属阳极阴极e－e－阴“②外加电流的阴极保护法”金属腐蚀的快慢程度：电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极下列装置暴露空气中一段时间,铁的腐蚀由快到慢顺序.FeFeCFeZnFeZnFeSnA(海水)B(海水)C(海水)D(海水)FeSnF(天然水)E(海水)DEFACB练习