2012届高考化学一轮复习学案课件人教版第6章化学反应与能量第3节电解池金属的电化学腐蚀

第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护一、电解原理1.电解：使______通过电解质溶液或熔融电解质而在__________引起____________的过程。2.电解池：把________转化为________的装置叫电解池(也叫电解槽)。3.电解池的组成(1)两个导体作电极，与电源正极相连的为____极，与电源负极相连的为____极；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)一个直流电源且形成闭合回路。【想一想】如何判断一个装置是原电池还是电解池？【答案】①首先看有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。②然后依据原电池的形成条件分析判断。4.工作原理(以电解CuCl2溶液为例)电极名称阴极阳极电极材料石墨石墨实验现象石墨棒上____________________石墨棒上产生______，且能使湿润的碘化钾淀粉试纸变成______色电解质溶液的颜色__________电极反应反应类型总反应方程式闭合回路的形成电子从电源的________极沿导线流入电解池的______极；电解质溶液中的阳离子(Cu2＋)移向电解池的______极且______电子，阴离子(Cl－)移向电解池的______极且______电子；电子再从电解池的__________极流出，并沿导线流回电源的______极【温馨提示】电解质的电离是电解质溶液导电的前提条件。电解质溶液的导电过程就是电解质溶液的电解过程。二、电解原理的应用1.电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：__________；阴极：______________。(2)总反应方程式：______________________。(3)应用：氯碱工业制________、______和______。2.电镀铜或电解精炼铜(1)两极材料：待镀金属或纯铜作______，镀层金属或粗铜作____。(2)电极反应阳极：__________；阴极：__________。3.电解冶炼Na(如电解熔融NaCl获得Na)(1)电极反应阳极：____________；阴极：____________。(2)总反应方程式：__________________。(3)应用：冶炼____________等活泼金属。【想一想】电镀铜和电解精炼铜的过程中，电解质溶液中Cu2＋的浓度变化吗？【答案】电镀铜的过程中，Cu2＋的浓度基本不变；电解精炼铜的过程中，Cu2＋的浓度逐渐减小。三、金属的电化学腐蚀与防护1.金属腐蚀：金属与周围的气体或液态物质发生________反应而引起损耗的现象。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。2.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与______________直接接触____________跟电解质溶液接触特点无电流产生有微弱电流产生本质金属失电子变成金属阳离子而被氧化(M－ne－===Mn＋)金属被氧化的过程________的金属被氧化的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但____________更普遍，危害更严重3.电化学腐蚀分类(以钢铁的腐蚀为例)吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈____________或__________水膜呈______正极反应负极反应总反应进一步生成铁锈的反应相互关系______腐蚀更普遍【想一想】把纯铁丝放入稀硫酸中放出H2，该过程属于析氢腐蚀吗？【答案】不属于析氢腐蚀，属于化学腐蚀。4.金属的防护方法(1)电化学防护法①牺牲阳极的阴极保护法在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属(Zn)，让被保护的金属作原电池的________。②外加电流的阴极保护法用被保护的钢铁设备作______，惰性电极作______，外接直流电源。(2)其他方法①改变金属内部结构，如把金属制成防腐的__________(如不锈钢)；②加涂防护层如__________、________、________、________或________等方法。【答案】一、1.电流阴、阳两极氧化还原反应2.电能化学能3.(1)阳阴4.逐渐覆盖一层红色物质刺激性气味的气体蓝逐渐变浅Cu2＋＋2e－===Cu2Cl－－2e－===Cl2↑还原反应氧化反应CuCl2Cu＋Cl2↑负阴阴得到阳失去阳正二、1.(1)2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑(2)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(3)Cl2H2NaOH2.(1)阴极阳极(2)Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu3．(1)2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na(2)2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑(3)Na、Mg、Al三、1.氧化还原2.干燥气体或非电解质不纯金属或合金较活泼电化学腐蚀3.很弱的酸性中性酸性2H2O＋O2＋4e－===4OH－2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O吸氧4.(1)①正极②阴极阳极(2)①合金②喷油漆涂油脂电镀喷镀表面钝化电极名称、电极产物的判断及有关反应式的书写【例1】(2010高考·海南卷，9)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()A.电解时以精铜作阳极B.电解时阴极发生还原反应C.粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu===Cu2＋＋2e－D.电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥【解析】电解精炼铜就是利用电解法将粗铜中的铜提取出来，因此粗铜作阳极，连接电源正极，电极反应是Cu－2e－===Cu2＋；精铜作阴极，连接电源负极，电极反应是Cu2＋＋2e－===Cu。粗铜含有金属活动性比铜弱的少量Ag、Pt等金属，故Ag、Pt等金属随着粗铜中铜的溶解而沉积在阳极底部，形成阳极泥。【答案】BD1.电解池电极的判断2.电解时电解产物的判断(1)阳极产物的判断：①若阳极是活性电极(除C、Pt、Au以外的金属)，则阳极金属材料失去电子而被氧化成阳离子；②若阳极是惰性电极(C、Pt、Au)，则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。阴离子放电顺序为：S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根。(2)阴极产物的判断：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应。阳离子放电顺序为：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋Fe2＋Zn2＋Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋。Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，第一阶段只能被还原为Fe2＋。3.电解时电极反应式的书写(1)首先判断电极名称(阴极、阳极)。(2)其次分析电极材料。判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。(3)再次分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应、判断电极产物，写出电极反应式。【温馨提示】电解水溶液时，应注意位于放电顺序中H＋和OH－之后的离子一般不放电。4.电解总反应方程式的书写(1)必须注明反应条件：通电或电解。(2)当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H＋或OH－放电，但在书写电解总反应方程式时要将反应物中的H＋或OH－均换成水，在生成物中出现的是碱或酸。【知识关联】与氧化还原反应、原电池等知识联系。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附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是()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味气体C.a电极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色【解析】用惰性石墨电极通直流电电解稀Na2SO4水溶液实际是电解水。根据电解原理，a极：2H＋＋2e－===H2↑，该电极附近的溶液中剩余OH－，显碱性，故该极附近石蕊试液呈蓝色；b极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，该电极附近的溶液中剩余H＋，显酸性，该极附近呈红色。【答案】D惰性电极电解电解质溶液的规律【例2】(2011·山东济宁一中期末)如下图所示的装置，C、D、E、F都是惰性电极。将电源接通后，向乙装置的溶液中滴入酚酞溶液，在E极附近显红色。则以下说法不正确的是()A.电源B极是正极B.甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量比为1∶2∶2∶2C.欲用丙装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液选择AgNO3溶液D.甲装置中D电极附近溶液的pH变小【解析】乙装置E极附近的溶液遇酚酞显红色，说明E极是电解池的阴极，C、G也为电解池的阴极；A是电源的负极，B是电源的正极；D、F、H是电解池的阳极。C、D、E、F电极生成的单质分别为Cu、O2、H2、Cl2，其物质的量比为2∶1∶2∶2。用丙装置给铜镀银，则G电极反应式为：Ag＋＋e－===Ag，H电极反应式为：Ag－e－===Ag＋。【答案】B【温馨提示】①若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；若阳极为OH－放电，则阳极区c(H＋)增大。②用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物(按方程式对应系数确定的比例)的化合物。2.(2010·福建泉州一中期中)用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是()A.稀NaOH溶液B.HCl溶液C.NaCl溶液D.酸性AgNO3溶液【解析】根据用惰性电极电解电解质溶液的类型可知，电解稀NaOH溶液属于电解水型，阴极和阳极的产物分别是H2和O2，A正确。B中生成的气体是H2和Cl2，C中生成的气体是H2和Cl2，D中生成的气体只有O2。【答案】A电解池的有关计算【例3】用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH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)，电极上应析出银的质量是()A.27mgB.54mgC.108mgD.216mg【解析】首先写出电极反应方程式，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag。根据电子守恒建立关系式：4H＋～4OH－～4e－～4Ag，物质的量关系为：n(e－)＝n(H＋)＝n(Ag)；所以，m(Ag)＝n(Ag)×108g/mol＝0.5L×10－3mol/L×108g/mol×103mg·g－1＝54mg【答案】B1.电解池有关计算的类型主要包括：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或元素的化合价、化学式等。2.解题方法：电子守恒法、总离子方程式法、关系式法、差量法等。3.电解100mL含c(H＋)＝0.30mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是()A.0.10mol/LAg＋B.0.02mol/LZn2＋C.0.20mol/LCu2＋D.0.20mol/LPb2＋【解析】根据离子的放电顺序可知，当电路中通过0.04mol的电子时，能析出金属的只有选项A和C，根据Ag＋＋e－===Ag和Cu2＋＋2e－===Cu可知分别析出0.01mol的Ag和0.02mol的Cu，其质量分别为1.08g和1.28g。【答案】C金属的电化学腐蚀与防护【例4】(2010高考·北京卷，6)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A.钢管与电源正极连接，钢管可被保护B.铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C.钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋【解析】根据外加电流的阴极保护法，钢管必须接在电源的负极上才能被保护，A错。钢管是铁与碳的合金，而铁与铜构成原电池时，铁做负极被腐蚀，C错。钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－2e－===Fe2＋，D错。【答案】B影响金属腐蚀快慢的因素1.与构成原电池的电极材料有关。两电极材料的活动性差距越大，氧化还原反应的速率就越快，活泼金