广西专用2021高考化学一轮复习专题3第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护课件苏教版

第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护-2-考纲要求:1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能写出电极反应和总反应方程式。2.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。-3-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破导学诱思右图图是原电池,图是电解池,图①中Zn电极为极;电子由电源极到Zn电极,在Zn电极与溶液中的结合生成,发生反应;溶液中的Cu2+、H+向电极移动,、OH-向电极移动,在C电极电子生成,发生反应。SO42-②①阴负Cu2+Cu还原ZnCOH-失O2氧化电解原理及电极反应式的书写-4-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破落实基础1.电解池将能转化为能的装置叫做电解池。电解池是由电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成的。2.原理图示电化学直流正氧化负还原-5-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破易错辨析判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。(1)电解质溶液导电的过程一定发生氧化还原反应()(2)电解质电离就是电解质导电的过程()(3)电离是物理变化,而电解是化学变化,且电离是电解的前提()(4)Zn+H2SO4ZnSO4+H2↑只能设计成原电池,不能设计成电解池()√×√×-6-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度一电解池两极的判断例1将下图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是()A.Cu电极上发生还原反应B.电子沿Zn→a→b→Cu路径流动C.片刻后甲池中c()增大D.片刻后可观察到滤纸b点变红色SO42-答案解析解析关闭将装置中K闭合,该装置构成原电池,其中Zn电极上发生氧化反应,Zn电极为负极,Cu电极上发生还原反应,Cu电极为正极,故A正确;电子沿Zn→a,在a上溶液中的H+得到电子,在b上溶液中的OH-失去电子,电子不能直接由a→b,故B错误;该装置工作过程中,甲、乙两烧杯中的SO42-的浓度都不改变,只是盐桥中的Cl-和K+分别向甲、乙两烧杯中移动,故C错误;b接电源正极,b为阳极,在此极溶液中的OH-失去电子,c(OH-)减小,c(H+)增大,b处滤纸不能变红色,故D错误。答案解析关闭A-7-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导(1)判断电解池阴、阳极的常用方法:判断方法阳极阴极电源正、负极与正极相连与负极相连闭合回路导线中电子流出电子流入电解质溶液中阳离子移离阳离子移向阴离子移向阴离子移离电极反应得失电子失电子得电子元素化合价升高降低反应类型氧化反应还原反应电极质量减小或不变增大或不变-8-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(2)原电池和电解池电极的判断是解题的关键,为了方便记忆,我们可采取口诀或谐音的方法记忆。①原电池,正负极;电解池,阴阳极;失去电子负(原电池)阳(电解池)极;发生氧化定无疑。②还可以用谐音帮助记忆:阴得阳失;阳氧阴还。-9-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度二电极反应式的书写步骤及方法例2Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂,其电解制法如图所示,请根据图示分析:Fe电极的电极反应式为,与铁电极相连的为电源的极。答案解析解析关闭首先分析化合价F0eNa2Fe+6O4,铁作阳极,Fe-6e-FeO42-,用OH-配平电荷,Fe+8OH--6e-FeO42-,用水配平H得Fe+8OH--6e-FeO42-+4H2O,最后用O检查是否配平。答案解析关闭Fe+8OH--6e-FeO42-+4H2O正-10-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破互动探究(1)上述装置如果把铁电极换成铝电极,即可在铝表面形成氧化膜,阳极电极反应式为。(2)如果既把铁电极换成铝电极,又把NaOH溶液换成稀硫酸,也可在铝表面形成氧化膜,阳极电极反应式为。答案:(1)2Al+6OH--6e-Al2O3+3H2O(2)2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+-11-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导电解池电极反应式的书写可总结为五步:一判、二看、三分、四写、五平。一判:判断阴、阳极。二看:阳极要看清电极材料。对于铁、铝、铜、银等活泼电极,则阳极金属电极失电子变成阳离子进入溶液(Fe变成Fe2+),阴离子不失电子;如果是惰性电极(Pt、Au、石墨等)材料,应是溶液中的阴离子失电子。三分:将离子分成阳离子组、阴离子组(注意:水溶液中一定不要漏掉H+、OH-),阳离子向阴极移动,在阴极得电子;阴离子向阳极移动,在阳极失电子。根据得失电子能力对离子排序,得电子能力:Ag+Fe3+Cu2+H+;失电子能力:S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根。-12-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破四写:由放电顺序及信息确定放电产物和电极反应。五平:配平方法与原电池电极反应相同:①找化合价变化的物质、②确定电极产物、③配平除氢、氧原子之外的其他原子、④依据电荷守恒配平电荷、⑤依据氢原子守恒配平氢原子、⑥用氧原子检查配平情况;如下图所示:-13-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破阳极的电极反应式书写及配平方法:①阳极HSO3-、SO32-失电子生成SO42-,HSO3--2e-SO42-、SO32--2e-SO42-;②溶液显酸性用H+配平电荷,HSO3--2e-SO42-+3H+、SO32--2e-SO42-+2H+;③补水配平氢,HSO3--2e-+H2OSO42-+3H+、SO32--2e-+H2OSO42-+2H+;④用氧原子检查配平情况。注意:(1)避免思维定式。“阴得阳失”的意义是阳离子在阴极发生得电子的反应,阴离子(或电极材料)在阳极发生失电子的反应,但也不要形成思维定式,有时依据题干信息,阴离子也可在阴极发生得电子的反应。-14-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破(2)书写电极反应式时,应看清电解的是水溶液还是熔融电解质,如果是水溶液应注意运用H+、OH-、H2O进行配平。电解池电极反应中,如果是H+、OH-放电,不知溶液酸碱性则写H+、OH-得、失电子,其他情况下酸性溶液中一定不能存在OH-,同理在碱性溶液中一定不能存在H+。(3)书写电解池的电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写电解总方程式时,弱电解质要写成分子式。(4)书写电解总方程式时必须在连接号上注明通电。-15-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度三实验现象的分析例3以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小答案解析解析关闭阳极发生2I--2e-I2,C选项正确;阴极发生2H++2e-H2↑,阴极附近溶液的碱性增强,A、B选项正确;依据电池反应:2I-+2H+I2+H2↑可知整个电解质溶液的碱性增强,D选项错误。答案解析关闭D-16-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导(1)分析电极、电极区的pH及实验现象时,要从电极反应入手,如电解CuSO4溶液,阳极发生4OH--4e-2H2O+O2↑,OH-浓度减小,溶液的酸性增强。(2)分析电解质溶液中的pH及实验现象时,要从电池反应入手,如电解CuSO4溶液的总反应式为2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,所以整个电解质溶液的酸性增强。(3)判断电极附近溶液pH的变化,可以通过一般经验进行判断:不论原电池还是电解池,如果pH发生变化,一般失电子的电极附近溶液的pH减小,得电子的电极附近溶液的pH增大。-17-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破考查角度四电解后电解质溶液的复原例4用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解液中加适量水,能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是()A.NaClB.Na2CO3C.CuSO4D.K2S答案解析解析关闭加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度,则实际是电解水,故只有B项符合条件。答案解析关闭B-18-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破方法指导电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如用惰性电极电解下列电解质溶液:类型实例阴、阳极电极反应总反应方程式pH电解质溶液复原电解水型NaOH2H++2e-H2↑、4OH--4e-2H2O+O2↑2H2O2H2↑+O2↑增大水H2SO4减小水Na2SO4不变水电解电解质型HCl2H++2e-H2↑、2Cl--2e-Cl2↑2HClH2↑+Cl2↑增大氯化氢CuCl2Cu2++2e-Cu、2Cl--2e-Cl2↑CuCl2Cu+Cl2↑略增大氯化铜-19-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破类型实例阴、阳极电极反应总反应方程式pH电解质溶液复原放H2生碱型NaCl2H++2e-H2↑、2Cl--2e-Cl2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑增大氯化氢放O2生酸型CuSO4Cu2++2e-Cu、4OH--4e-O2↑+2H2O2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑减小氧化铜电解CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。-20-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破跟踪训练1.(2019四川阆中中学高三模拟)用惰性电极电解稀硫酸、Cu(NO3)2、NaCl的混合液,最初一段时间阴极和阳极上析出的物质分别是()。A.H2和Cl2B.Cu和Cl2C.H2和O2D.Cu和O2答案解析解析关闭由题意知,溶液中存在H+、Cu2+、Na+、SO42-、NO3-、Cl-、OH-,根据离子的放电顺序,阳离子:Cu2+H+Na+,阴离子:Cl-OH-SO42-、NO3-,则阴极:Cu2++2e-Cu,阳极:2Cl--2e-Cl2↑。答案解析关闭B-21-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破2.(2019江苏泰州中学高三模拟)某同学为了使反应2HCl+2Ag═2AgCl+H2↑能进行,设计了下列四个实验,如图所示,你认为可行的方案是()。答案解析解析关闭Ag不能与HCl自发地进行氧化还原反应,所以要使反应2HCl+2Ag═2AgCl+H2↑能进行,应该设计成电解池,Ag失电子发生氧化反应,所以Ag作阳极,氢离子得电子发生还原反应,所以电解质溶液中氢离子放电,则符合条件的是C。答案解析关闭C-22-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破3.工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力,工作原理如图所示。下列说法中不正确的是()。A.石墨棒可用铜棒代替,其作用是传递电流B.通电一段时间后,溶液的pH减小C.通电后电子被强制从石墨棒通过电解质溶液流向铝片使铝表面形成氧化膜D.可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速率答案解析解析关闭根据电解原理,石墨棒为阴极,铜棒能够代替石墨棒,作用是传递电流,A项正确;阳极反应式为2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+,阴极反应式为2H++2e-H2↑,总电解反应式为2Al+3H2OAl2O3+3H2↑,硫酸浓度增大,c(H+)增大,即溶液pH减小,B项正确;电解质溶液中没有电子通过,C项错误;滑动变阻器可调节电路中电流的强度,即可以控制氧化膜的形成速率,D项正确。答案解析关闭C-23-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破4.(1)H3PO2可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):①写出阳极的电极反应式:。②分析产品室可得到H3PO2的原因:。-24-必备知识•自主预诊关键能力•考向突破③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有杂质,该杂质产生的原因是。(2)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为,阴极上观察到的现象是;若电解