化学高考一轮复习课件第8章第3讲电解池金属的电化学高考腐蚀与防护高中化学课件

第八章化学反应中的能量变化电化学第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护基础盘点一、电解的原理1．电解定义在作用下，电解质在两个电极上分别发生和的过程。2．能量转化形式转化为。电流氧化反应还原反应电能化学能3．电解池(1)构成条件①有与相连的两个电极。②(或)。③形成。(2)电极名称及电极反应(如图)电源电解质溶液熔融盐闭合回路阳极氧化阴极还原2Cl--2e-==Cl2↑Cu2++2e-==Cu(3)电子和离子移动方向①电子：从电源流向电解池的；从电解池的流向电源的。②离子：阳离子移向电解池的；阴离子移向电解池的。二、电解原理的应用1．电解饱和食盐水(1)电极反应阳极反应式：(反应)阴极反应式：(反应)负极阴极阳极正极阴极阳极氧化还原2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑(2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑离子反应方程式：2Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋H2↑＋Cl2↑(3)应用：氯碱工业制、和。2．电镀铜或电解精炼铜(1)两极材料：待镀金属或精铜作极，镀层金属或粗铜作极。(2)电极反应：阳极：；阴极：。(3)电解质溶液：CuSO4溶液。烧碱氯气氢气阴阳Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu三、金属的腐蚀与防护1．金属的腐蚀(1)实质(M代表金属原子)(2)类型①化学腐蚀金属与周围的氧化剂直接接触发生而产生的腐蚀。②电化学腐蚀不纯金属或合金在潮湿空气里或电解质溶液中，发生反应而产生的腐蚀。化学反应电化学M－ne－===Mn＋2．电化学腐蚀的分类比较以钢铁的腐蚀为例进行分析：析氢腐蚀吸氧腐蚀条件________________________________________________电极反应负极_______________________正极_________________________________________________总反应式____________________________________________________联系更普遍水膜酸性较强(pH≤4.3)水膜酸性很弱或中性Fe-2e-==Fe2+2H＋＋2e－==H2↑O2＋2H2O＋4e－==4OH－Fe＋2H＋==Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2吸氧腐蚀3.金属的防护(1)加防护层，如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。(2)电化学防护①——原电池原理正极：。负极：。②——电解原理阴极：。阳极：(3)添加缓蚀剂。牺牲负极的正极保护被保护的金属设备比被保护的金属活泼的金属外加电流的阴极保护被保护的金属设备惰性电极考点精讲考点一电极产物的判断和电极反应式的书写1．电极的名称及溶液中离子的移动方向原电池的两极称为正、负极，是由两极材料的相对活泼程度决定。(原电池的正、负极在内电路中有时也分别称为阴极、阳极)电解池的两极称为阴、阳极，是由外接电源决定。两极上发生的反应类型如下图：无论是原电池还是电解池，阳离子总是向阴极移动，阴离子总是向阳极移动。2．电极产物的判断阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，要注意到金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。3．电极反应式的书写(1)首先分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组。(2)然后分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式。在书写时要遵循原子守恒和电荷守恒。(3)最后合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。注意：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，弱电解质要写成分子式。②要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。例1(2009·安徽理综，12)Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为：2Cu＋H2O=====通电Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是()A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成解析由总反应知失电子的为Cu，得电子的是H2O中的氢元素。因此Cu极为电解池的阳极，接电源的正极，石墨为阴极，接电源的负极。当有0.1mol电子转移时，应有0.05molCu2O生成。答案A规律方法这类问题首先根据题给条件(现象、反应或外接电源的情况等)，确定两极所发生的反应，进而达到解决问题的目的。即时巩固1如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的()a极板b极板X电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析由题意知，通电后a极板质量增加，说明有金属析出，由此可知，a极为电解池的阴极，则X为电源负极，B、C均不符合；又b放出的是无色无味的气体，可淘汰D。答案A电解水型电解电解质型放H2生碱型放O2生酸型电极反应特点阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===2H2OO2↑电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电阴极：2H＋＋2e－===H2↑阳极：电解质阴离子放电阴极：电解质阳离子放电阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O考点二电解的规律及有关计算1．电解规律电解水型电解电解质型放H2生碱型放O2生酸型电解质可溶性强碱(NaOH)含氧酸(H2SO4)活泼金属含氧酸盐(Na2SO4)无氧酸(HCl)不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)活泼金属无氧酸盐(NaCl)不活泼金属含氧酸盐[Cu(NO3)2]电解对象水水水电解质电解质电解质和水电解质和水电解水型电解电解质型放H2生碱型放O2生酸型电解质浓度增大增大增大减小减小生成新电解质—碱生成新电解质—酸pH增大减小不变增大增大减小电解质溶液复原需加入物质水水水氯化氢氯化铜氯化氢氧化铜2.与电解有关的计算(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：凡是总反应式中反映出的物质的量关系都可以列比例式计算。(3)根据关系计算：由得失电子守恒定律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，如物质：H2～O2～Cl2～Cu～Ag～H＋～OH－～e－n(mol)21224444例2在如图中，甲烧杯中盛有100mL0.50mol/LAgNO3溶液，乙烧杯中盛有100mL0.25mol/LCuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g，则(1)电源E为________极，F为________极。(2)A极的电极反应式为_________________，析出物质______mol。(3)B极的电极反应式为__________________，析出气体________mL(标准状况)。(4)C极的电极反应式为___________________，析出的物质________mol。(5)D极的电极反应式为___________________，析出气体________mL(标准状况)。(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到______溶液。解析由电解一段时间后A极比C极重，可知A极上有Ag析出，C极上有Cu析出，若A极上析出银的物质的量为n(Ag)，则C极上析出Cu的物质的量为12n(Ag)，有关系式108g/mol·n(Ag)－64g/mol·n(Ag)×12＝1.9g，n(Ag)＝0.025mol。由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两池电极反应式分别为：A极：Ag＋＋e－===Ag；B极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C极：Cu2＋＋2e－===Cu；D极：2Cl－－2e－===Cl2↑。A、C两极析出物质的物质的量分别为0.025mol和0.0125mol；B极析出O2的体积为：0.00625mol×22.4L/mol＝0.14L＝140mL；D极析出Cl2的物质的量为0.0125mol×22.4L/mol＝0.28L＝280mL。答案(1)负正(2)4Ag＋＋4e－===4Ag0.025(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑140(4)Cu2＋＋2e－===Cu0.0125(5)2Cl－－2e－===Cl2↑280(6)BHNO3规律方法有关电化学涉及的计算题，可依据电子得失守恒原理，通过“转移电子数相等”之桥，寻找关系式进行计算。友情提示：通过4mole－为桥可构建如下关系式：4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～4H＋阳极产物4OH－～2H2～2Cu～4Ag～4nM阴极产物说明：M为金属，n为其化合价。当然，也可根据电池总反应式列比例式求解。即时巩固2两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时，(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为()A．27mgB．54mgC．106mgD．216mg解析首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极Ag＋＋e－===Ag，电解的总反应式为：4AgNO3＋2H2O=====电解4Ag＋O2↑＋4HNO3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的n(H＋)＝n(HNO3)＝n(Ag)＝(10－3mol/L－10－6mol/L)×0.5L≈5×10－4mol，m(Ag)＝5×10－4mol×108g/mol＝0.054g＝54mg。答案B提示阴极的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑，由于H＋放电，使得c(H＋)减少，促使周围水的电离平衡(H2＋＋OH－)向右移动，使得c(OH－)＞c(H＋)，阴极区附近溶液呈碱性，故酚酞呈红色，而阳极的反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，由于Cl2＋H2＋HClO，使得阳极周围溶液呈酸性且有较强的氧化性，故酚酞不会呈红色。考点三电解原理的应用问题1：在电解已加入少量酚酞的NaCl溶液时，为什么阴极区变红色？阳极区会变红色吗？提示向饱和食盐水中滴加几滴酚酞，电解后阴极区域溶液变红，证明有NaOH生成；用两支试管分别收集两极气体，阳极产物用湿润的淀粉­KI试纸验证，阴极产物用爆鸣实验验证。问题2：如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物？问题3：为什么粗铜通过电解精炼可以提纯？提示粗铜(阳极)溶液精铜（阴极）Cu-2e－==Cu2＋Zn-2e－==Zn2＋Ni-2e－==Ni2＋Fe-2e－==Fe2＋Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋Cu2＋＋2e－==CuAg、Au等阳极泥例3电解原理在化学工业中有广泛的应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则①电解池中X极上的电极反应式为_______________，在X极附近观察到的现象是____________________。②Y电极上的电极反应式为____________________，检验该电极反应产物的方法是__________________。(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则①