2021版高考化学一轮复习第九章能量化学反应与能量第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护课件新人教版

第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护[最新考纲]1．理解电解池的构成、工作原理及应用。2．能书写电极反应和总反应方程式。3．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。考点一电解原理/基础·自主落实1．电解使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起的过程。在此过程中，能转化为能。2．电解池(1)概念：电解池是把能转化为能的装置。(2)电解池的构成条件：①有外接电源；②有与或相连的两个电极；③形成闭合回路。氧化还原反应电化学电化学电解质溶液熔融的电解质深化提能素养再进阶(3)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)总反应方程式：。总反应离子方程式：。CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑Cu2＋＋2Cl－=====电解Cu＋Cl2↑①电极阴极：与电源相连，电子，发生反应。阳极：与电源相连，电子，发生反应。②电子和离子的移动方向(惰性电极)负极得到还原正极失去氧化[注意]①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。②电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。3．阴、阳两极上离子的放电顺序(1)阴极：与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，放电顺序：4．惰性电极电解电解质溶液的四种类型类型电解质(水溶液)电极反应式总化学方程式或离子方程式电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原电解水型含氧酸(如H2SO4)阳极：__________________________阴极：____________________2H2OO2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱(如NaOH)阳极：_________________________阴极：__________________________2H2OO2↑＋2H2↑增大增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极：___________________________阴极：__________________________2H2OO2↑＋2H2↑增大不变加H2O2H2O－4e－===O2↑＋4H＋4H＋＋4e－===2H2↑4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4H＋＋4e－===2H2↑类型电解质(水溶液)电极反应式总化学方程式或离子方程式电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原电解电解质型无氧酸(如HCl，除HF外)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑2HClCl2↑＋H2↑减小_____通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2，氟化物除外)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===CuCuCl2Cu＋Cl2↑减小——加CuCl2增大类型电解质(水溶液)电极反应式总化学方程式或离子方程式电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原放H2生碱型活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：__________________________2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－生成新电解质增大通入HCl气体放O2生酸型不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：_________________________阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO32H2O＋2e－===H2↑＋2OH－2H2O－4e－===O2↑＋4H＋[基础排查]1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程()(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现()(3)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应()(4)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极()(5)电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极()(6)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色()(7)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大()(8)电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小()√√√×××××2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是()A．AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B．KClNa2SO4CuSO4C．CaCl2KOHNaNO3D．HClHNO3K2SO4解析：AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2溶液随电解的进行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl电解的电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱溶液碱性更强，酸溶液酸性更强。答案：B3.如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，下列说法正确的是()A．电路中电子流向：负极→d→c→b→a→正极B．a、c两极产生气体的物质的量相等C．SO2－4向b电极移动，Cl－向c电极移动D．通电后乙烧杯滴入酚酞溶液d极附近会变红解析：电子只能在外电路中移动，故A错误；a极产生O2，c极产生Cl2，根据电子守恒O2～2Cl2～4e－，O2和Cl2的物质的量之比为1∶2，故B错误；阴离子向阳极移动，a和c是阳极，所以SO2－4向a电极移动，Cl－向c电极移动，故C错误；d极是阴极，电极反应式可表示为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以滴入酚酞溶液d极附近会变红，故D正确。答案：D4.如图是一个石墨作电极，电解稀的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。下列有关叙述正确的是()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味气体C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶解呈中性解析：A、B电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同温度和压强下，A电极逸出气体体积大于B电极的，A错误；阳极上生成O2，阴极上生成H2，O2和H2都是无色无味气体，B错误；由电极反应式知，A电极附近溶液呈碱性，B电极附近溶液呈酸性，则A电极附近溶液呈蓝色，B电极附近溶液呈红色，C错误；惰性电极电解稀的Na2SO4溶液，实际是电解水，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性，D正确。答案：D素养·应用达成运用思维模型解相关电解原理及应用题[典例](2019·全国卷Ⅱ·节选)环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为_______，总反应为_______________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为_________________________________________________________________________。[解析]根据阳极“升、失、氧”可知Fe为阳极，根据题干信息知阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，电解液中钠离子起到催化剂的作用使得环戊二烯得电子生成氢气，同时与亚铁离子结合生成二茂铁，故总反应式为Fe＋2===＋H2↑；电解必须在无水条件下进行，因为中间产物Na会与水反应生成氢氧化钠和氢气，亚铁离子会和氢氧根离子结合生成沉淀。[答案]Fe电极Fe＋2===＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2[模型认知]1．阴、阳极的判断方法根据外接电源正极连阳极，负极连阴极根据电流方向从阴极流出，从阳极流入根据电子流向从阳极流出，从阴极流入根据离子流向阴离子移向阳极，阳离子移向阴极根据电极产物①阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；②阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)2．电极反应式的书写步骤[注意]①书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋H2↑＋Cl2↑。②电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。③Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。[对点训练]1．(类比迁移能力)最近我国成功研制出高效电催化固氮催化剂Mo2N，如图所示，在0.1mol·L－1盐酸中，一定电压下具有较高的产氨速率和稳定的电流效率。下列判断错误的是()A．石墨电极为阳极B．P为阳离子交换膜C．Mo2N/GCE电极区的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3D．为提高溶液的导电性，可在石墨电极区加入适量盐酸解析：由图可知，Mo2N/GCE电极上N2被还原生成NH3，则Mo2N/GCE电极是阴极，石墨电极是阳极，A正确；阴极上生成NH3，则Mo2N/GCE电极区的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，C正确；阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极产生H＋，阴极消耗H＋，H＋要透过隔膜P向左侧移动，故P为阳离子交换膜，B正确；在石墨电极区加入适量盐酸，石墨电极上Cl－发生氧化反应生成Cl2，产生污染性气体，D错误。答案：D2．(思维建模能力)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2时，连接___________________________。产生H2的电极反应式是________________________________________。②改变开关连接方式，可得O2。③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：__________________________________________________。解析：①电解生成H2时，根据电极放电规律可知H＋得到电子变为氢气，因而电极须连接负极，因而制H2时，连接K1，该电池在碱性溶液中，由H2O提供H＋，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；③电极3上NiOOH和Ni(OH)2相互转化，其反应式为NiOOH＋e－＋H2ONi(OH)2＋OH－，当连接K1时，Ni(OH)2失去电子变为NiOOH，当连接K2时，NiOOH得到电子变为Ni(OH)2，因而作用是连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移。答案：①K12H2O＋2e－===H2↑＋2OH－③连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移3．(大题滚动练)铅及其化合物广泛用于蓄电池、机械制造、电缆防护等行业。(1)用PbS熔炼铅的过程中会有如下反应发生：2PbS(s)＋3O2(g)===2PbO(s)＋2SO2(g)ΔH＝akJ·mol－1PbS(s)＋2O2(g)===PbSO4(s)ΔH＝bkJ·mol－1PbS(s)＋2PbO(s)===3Pb(s)＋SO2(g)ΔH＝ckJ·mol－1写出PbS与PbSO4反应生成Pb和SO2的热化学方程式__________________________