2016届高考化学一轮复习第六章_第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护

第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护第六章化学反应与能量[考纲要求]1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。电解池金属的电化学腐蚀与防护考点三应对电化学定量计算的三种方法考点二电解原理的应用考点一电解的原理练出高分考点四金属的腐蚀和防护探究高考明确考向如何使图中的铁棒上析出铜，而铁的质量不变？问题讨论：设计成电解池且铁作阴极一、电解池原理1.定义：(1)两个电极（活性或惰性）(2)电解质溶液(3)直流电源（4）形成闭合回路电能转化为化学能的装置为电解池，它是一个非自发的氧化还原反应。2.构成条件3.电极名称：与电源负极相连的电极为阴极与电源正极相连的电极为阳极电极的判断方法？4.电子、离子定向移动方向：“负极出电子，电子回正极”电解池必发生得电子的还原反应必发生失电子的氧化反应电子的流向:电子从外加电源的负极流出，流到电解池的阴极，再从阳极流回电源正极。（注意：电子只在外电路定向移动，不能从溶液中移动）离子定向移动的方向:阳离子向阴极移动,阴离子向阳极移动。【思考4】电解质溶液导电的实质是什么？e－e－CCCuCl2溶液阴极阳极电子和离子的移动方向特别提醒电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。5、电解质溶液导电的实质对电解质溶液（或熔融态电解质）通电时，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电解质的阳离子移向阴极得电子发生还原反应；电解质的阴离子移向阳极失去电子（有的是组成阳极的金属原子失去电子）发生氧化反应，电子从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极。这样，电流就依靠电解质溶液（或熔融态电解质）里阴、阳离子的定向移动而通过溶液（或熔融态电解质），所以电解质溶液（或熔融态电解质）的导电过程，就是电解质溶液（或熔融态电解质）的电解过程。4.分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序什么叫放电？(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。Ag+﹥Hg2+﹥Fe3+﹥Cu2+﹥【H+】﹥Pb2+﹥Sn2+﹥Fe2+﹥Zn2+﹥【H+】﹥Al3+﹥Mg2+﹥Na+﹥Ca2+﹥K+无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：阴极:阳离子放电顺序离子放电顺序【说明】：水溶液中只考虑：Ag+﹥Hg2+﹥Fe3+﹥Cu2+﹥【H+】浓度很大时排在【H+】前面：Pb2+﹥Sn2+﹥Fe2+﹥Zn2+﹥【H+】只在熔融状态下放电：Al3+﹥Mg2+﹥Na+﹥Ca2+﹥K+离子放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+H+（酸）Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+(H+)（水）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+注：当离子浓度相差较大时，放电顺序要发生变化，酸性溶液按H+,接近中性水溶液时氢离子浓度小而金属离子浓度大时按（H+）无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是：阴极:①阳极：活性材料作电极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，阴离子不容易在电极上放电。②阳极：用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：溶液中阴离子的放电顺序是：S2-SO32-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等最高价含氧酸根离子）F-若是非惰性电极作阳极，则是电极本身失电子。要明确溶液中阴阳离子的放电顺序，有时还需兼顾到溶液的离子浓度。如果离子浓度相差十分悬殊的情况下，离子浓度大的有可能先放电。如理论上H+的放电能力大于Fe2+、Zn2+，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液时，由于溶液C（Fe2+）或C（Zn2+）C(H+)，则先在阴极上放电的是Fe2+或Zn2+，因此，阴极上的主要产物则为Fe和Zn。但在水溶液中，Al3+、Mg2+、Na+等是不会在阴极上放电的，只有熔融状态下放电。①活性材较活泼金属（除Pt、Au外）作阳极时：金属在阳极失电子被氧化成阳离子进人溶液，溶液中的阴离子一律不放电，而阳极材料失电子。②用惰性电极(Pt、Au、石墨、钛等)时：则看溶液中的阴离子的失电子能力。此时根据阴离子放电顺序加以判断：阴离子的放电顺序：S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等高最价含氧酸根离子）F-说明：在水溶液中只考虑：S2-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥OH-1.用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)电解质(水溶液)电极方程式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：阴极：加4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大减小H2O深度思考强碱(如NaOH)阳极：阴极：加活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极：阴极：加4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大增大H2O4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大不变H2O无氧酸(如HCl)，除HF外阳极：阴极：不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外阳极：阴极：加2Cl－－2e－===Cl2↑2HCl=====电解Cl2↑＋H2↑酸减小增大通入HCl气体2H＋＋2e－===H2↑2Cl－－2e－===Cl2↑Cu2＋＋2e－===Cu盐CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑减小CuCl2活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：阴极：生成新电解质不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：阴极：2Cu2＋＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质加或2Cl－－2e－===Cl2↑2Cl－＋2H2O=====电解Cl2↑＋H2↑＋2OH－水和盐增大通入HCl气体2H＋＋2e－===H2↑4OH－－4e－===O2↑＋2H2O2Cu2＋＋4e－===2Cu水和盐减小CuOCuCO3电解质溶液用惰性电极电解的示例：电解类型举例电极反应溶液PH变化溶液复原方法物质类别实例仅溶剂水电解仅溶质电解溶质和溶剂都电解含氧酸H2SO4强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐Na2SO4无氧酸HCl阴极:4H++4e-=2H2↑阳极:4OH-－4e-=O2↑+2H2O减小增大不变H2O阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑增大HCl不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:Cu2++2e-=Cu↓增大CuCl2活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极:2Cl-－2e-=Cl2↑阴极:2H++2e-=H2↑增大HCl不活泼金属的含氧酸盐CuSO4阳极:4OH-－4e-=O2↑+2H2O阴极:2Cu2++4e-=2Cu↓减小CuO放氢生碱放氧生酸2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？答案放H2生碱型实质是水电离出H＋在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH－浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出OH－在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H＋浓度增大。3.(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？(2)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？答案电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。(1)电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。(2)①若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2＋未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度降低。②若Cu2＋全部放电，又继续通电一段时间(此时电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏高。4.若用惰性电极电解饱和的Na2SO4溶液，此时溶液的浓度和pH怎样发生变化？为什么？答案溶液浓度和pH均不发生变化，因为用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，实质是电解水，会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，所以浓度和pH值均不变。1.右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是()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电极附近呈红色题组一电解原理和电解规律的考查解析SO2－4、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c(H＋)c(OH－)，石蕊试液变红。Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c(OH－)c(H＋)，石蕊试液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B、C均错。答案D2.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是()A.电解过程中阴极没有气体生成B.电解过程中转移的电子的物质的量为0.4molC.原CuSO4溶液的浓度为0.1mol·L－1D.电解过程中阳极收集到的气体体积为1.12L(标况下)解析由2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋2H2SO4＋O2↑知，如CuSO4未电解完，加CuO即可复原，而加入Cu(OH)2相当于加入CuO·H2O，故CuSO4电解完后，还电解了部分水。电解析出了0.1molCu，转移电子0.2mol，而电解0.1molH2O转移电子0.2mol，故转移的电子的总物质的量为0.4mol。B3.按要求书写电极反应式和总方程式(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________________________________。题组二突破电极反应式、电解总方程式的书写4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4Ag＋＋4e－===4Ag4Ag＋＋2H2O=====电解4Ag＋O2↑＋4H＋(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_______________________________________。(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式__________________________；阴极反应式_____________________________；总反应离子方程式_______________________________。2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=====电解Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑Fe＋2H2O=====电解Fe(OH)2↓＋H2↑(4)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____________________________。(5)用Al作电极电解NaOH溶液阴极反应式