2020年高三化学 第六章 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。考纲要求1考点(一)电解原理2考点(二)电解原理的应用3考点(三)金属的电化学腐蚀与防护5课时跟踪检测目录CONTENTS4考点(四)串联电池与电化学定量计算考点(一)电解原理【点多面广精细研】过基础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。氧化还原反应电化学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。电化学电解质溶液熔融的电解质(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：。CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑(4)电解池中电子和离子的移动：①电子：从电源流出后，流向电解池；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_____。负极阴极阳极正极阴极阳极3．阴、阳两极上离子的放电顺序Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋(酸)Fe2＋Zn2＋H＋(水)Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋――――――――――――――――――――――――――→得到电子由易到难活泼电极S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F－――――――――――――――――――――――――→失去电子由易到难(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：[小题练微点]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()(9)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋4H＋()(10)电解NaCl溶液得到22.4LH2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子()×××××[学霸微提醒](1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。(2)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。过题点题点一电解原理1.(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：①EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋②2EDTA­Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋该装置工作时，下列叙述错误的是()A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性解析：由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。答案：C2．(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO2－4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A．通电后中间隔室的SO2－4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成解析：A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO2－4向正极迁移，正极区溶液的pH减小；B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4；C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高；D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1mol电子的电量时，生成0.25molO2。答案：B[方法规律]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.电解产物的分析方法首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。(1)阳极：①金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；②惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根离子)。(2)阴极：溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳离子放电顺序：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋Fe2＋Zn2＋)。题点二电解规律3.(2016·北京高考)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜解析：根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成Fe2＋，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成Cu2＋，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来Cu2＋移到m处，m处Cu2＋得到电子生成单质铜，D选项正确。答案：B4．(1)(2018·全国卷Ⅲ)KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式_____________________。②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。(2)(2017·江苏高考)电解Na2CO3溶液的原理如图所示。阳极的电极反应式为______________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。解析：(1)①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解过程中阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。(2)阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO2－3反应生成HCO－3。阴极上H2O放电生成H2。答案：(1)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑②K＋由a到b(2)4CO2－3＋2H2O－4e－===4HCO－3＋O2↑H2[方法规律]以惰性电极电解电解质溶液的规律类型实例电极反应特点电解质溶液浓度pH电解质溶液复原NaOH增大增大加水H2SO4增大减小加水电解水型Na2SO4阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑增大不变加水类型实例电极反应特点电解质溶液浓度pH电解质溶液复原HCl减小增大通HCl电解电解质型CuCl2电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电减小—加CuCl2放H2生碱型NaCl、KCl阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电生成新电解质增大通HCl放O2生酸型CuSO4、Cu(NO3)2阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸生成新电解质减小加CuO过能力1．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X和Y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，X电极的小于Y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．X电极附近呈红色，Y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[做一当十]点拨：由题图分析，X、Y分别为阴极、阳极，电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，所以X电极附近OH－浓度增大，呈蓝色，Y电极附近H＋浓度增大，呈红色。解析：X、Y电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同温度和压强下，X电极生成气体体积大于Y电极，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，X电极附近溶液呈碱性，Y电极附近溶液呈酸性，则X电极溶液呈蓝色，Y电极溶液呈红色，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：D2．装置(Ⅰ)为铁镍(Fe­Ni)可充电的碱性电池：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；装置(Ⅱ)为电解示意图。当闭合开关K时，电极Y附近溶液先变红。X、Y电极为惰性电极。下列说法正确的是()A．闭合K时，电极X上有无色无味的气体产生B．闭合K时，电极X的反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑C．闭合K时，电子从电极A流向电极XD．闭合K时，电极A的反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2解析：闭合K时，电极Y附近溶液先变红，说明Y极H＋放电产生氢气，是阴极，则X极是阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项错误，B项正确；电极A是正极，电极B是负极，电子从B极流出，C项错误；装置(Ⅰ)为碱性电池，故A极放电时的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－，D项错误。答案：B3．下列各组中，每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的一组是()A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2B．NaOH、CuSO4、H2SO4C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2解析：用惰性电极电解时，常见离子的放电顺序：阳离子的放电顺序为Ag＋Cu2＋H＋Na＋K＋，阴离子的放电顺序为I－Br－Cl－OH－常见含氧酸根离子。电解HCl溶液生成H2和Cl2，电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2，电解Ba(OH)2溶液生成H2和O2，A不符合；电解NaOH和H2SO4溶液均生成H2和O2，电解C