2020年高考化学一轮复习课件:模块2 第四单元 第3节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 .ppt
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1、第3节 电解池,金属的电化学腐蚀与防护,考纲点击:1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书 写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。,回归教材 一、电解原理,1.电解、电解池,电流,氧化还原反应,(1)电解:使_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。,(2)电解池(也叫电解槽),电能转化为化学能,电解池是把_的装置。,(3)电解池的构成条件:,有外接直流电源。,电源,熔融,有与_相连的两个电极。,形成闭合回路。,阴极,阳极,还原反应,氧化反应,电解质溶液或_电解质。 (4)电解池工作原理(以电解 CuCl2
2、溶液为例)。 总反应方程式:_,Cu22e=Cu,2Cl2e=Cl2,(5)微粒的移动方向,负极,阴极,阳极,正极,电子:从电源_流向电解池的_;从电解池的,_流向电源的_。,阳离子,阴离子,离子:_移向电解池的阴极;_移向电解,池的阳极。,正,负,氧化,还原,阴,阳,(6)电解原理示意图,2.分析电解过程的思维程序,(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活性,电极。,(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子,并分成阴、阳,离子两组(不要忘记水溶液中的 H和 OH)。,(3)排出阴、阳两极的放电顺序,Fe2e=Fe2,Cu2e=Cu2,Age=Ag,(4)分析电极反应,判断电极产物
3、,写出电极反应式,要注,意遵循原子守恒、电荷守恒和电子转移守恒。,(5)写出电解总反应式,在两极转移电子数目相同的前提 下,两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。 特别提醒(1)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电 解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。 (2)书写电解化学方程式时,应看清是电解电解质的水溶液,态下才放电。,还是熔融电解质。Al3、Mg2、Na、Ca2、K只有在熔融状,二、电解原理的应用 1.电解饱和食盐水 (1)电极反应,(3)应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。,2.电镀和电解精炼铜,镀层,粗铜,纯铜,待镀,镀层,(续表),Cu2e=Cu2,阳离
4、子,阳极泥,基本不变,减小,Cu22e=Cu,Cu22e=Cu,记忆卡片,电镀与电解精炼记忆口诀,阳为镀层阴镀件,阳杂阴纯是精炼。 活泼入液稳成泥,溶液含有相应盐。,3.电冶金利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金,属 Na、Ca、Mg、Al 等。,三、金属的腐蚀与防护 1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,无,有,电化学,2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀,2H2e=H2,2H2OO24e=4OH,3.金属的防护,原电池,负极,正极,(1)电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法_原理 a._:比被保护金属活泼的金属。 b._:被保护的金属设备。 外加电流的阴极保护法_原理 a._:被保护的金属设备。,b
5、._:惰性金属。,电解,阴极,阳极,(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀 或表面钝化等方法。,基础测评 1.判断正误,正确的打“”,错误的打“”。,(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应(,)。,(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程,( (,)。 (3)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现 )。 (4)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(,)。,=2CuO24H(,(5)用铜作电极电解 CuSO4 溶液的方程式为 2Cu2H2O,电解,)。,(6)电解 Na
6、Cl 溶液得到 22.4 L H2(标准状况),理论上需要转,移 NA 个电子(,)。,(7)电解质溶液通电后,电解质发生了电离,阴、阳离子分,别向两极移动(,)。,(8)若使电解后的 CuSO4 溶液复原(用惰性电极电解),可加,入 Cu(OH)2 固体(,)。,答案:(1),(2),(3),(4),(5) (6),(7),(8),2.Na2FeO4 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 为_(填“阴”或“阳”)极,其电极反应式为_ _,与铁电极相连的为电源的_极。,3.利用如右下图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应,用。下列说法正确的
7、是(,)。,解析:氯碱工业中阳极是 Cl放电生成 Cl2;电解精炼铜时 阳极粗铜溶解,阴极 Cu2放电析出 Cu,由于粗铜中含有锌、铁、 镍等杂质,溶液中 Cu2浓度变小;铁片上镀铜时,阴极应该是,铁片,阳极是纯铜。,答案:D,4.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度,)。,由快到慢的顺序为( A. C.,B. D.,解析:是 Fe 为负极,杂质碳为正极的原电池腐蚀,是铁 的吸氧腐蚀,腐蚀较慢;均为原电池,中 Fe 为负极, 均被腐蚀,但 Fe 和 Cu 的金属活泼性差异大于 Fe 和 Sn 的,故 FeCu 原电池中 Fe 被腐蚀得较快;是 Fe 接电源正极作阳极, Cu 接电源
8、负极作阴极的电解腐蚀,加快了 Fe 的腐蚀。根据以 上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为。,答案:C,考点一 考向1,电解池原理 电极、电池反应式的书写,典例1下图中的 A 为直流电源,B 为浸透饱和氯化钠溶液 和酚酞试液的滤纸,C 为电镀槽,接通电路后,发现 B 上的 c 点显红色。请填空:,(1)电源 A 中 a 为_极。,(2)滤纸 B 上发生的总反应方程式为:,_。 (3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌,接通 K 点,使 c、d 两点 短路,则电极 e 上发生的反应为:_,电极 f 上 发生的反应为:_,槽中盛放的电镀液 可以是_或_(只要求填两种电解质溶液)。,方法技巧 电解池中方程式
9、书写的 3 个关键点,(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,弱电解质要写成化学式。 (2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反 应物和生成物,然后根据“阴得阳失”加上得失电子数目,最,后根据电解质溶液酸碱性补上H、OH或H2O,依据电荷守恒,配平。,(3)要确保两极得失电子数目相等,且注明条件“电解”。,考向2,阴、阳极和电解产物的判断,典例2(2018 年河北邯郸模拟)如图中两烧杯盛有相同电解 质溶液,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(,)。,解析:由通电后 a
10、、b 两极的现象知,X 为负极,Y 为正极, 故B、D错误;b为阳极,A项中的阳极反应:4OH4e=O2 2H2O,C 项中的阳极发生反应:Fe2e=Fe2,结合 b 极 板处有无色无味气体放出,则 A 正确,C 错误。,答案:A,方法技巧,阴、阳极的判断方法,考向3,电解规律的考查, 典例3(2016 年新课标卷) 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。,4,下列叙述正确的是( )。 A.通电后中间隔室的SO向正极迁移,正极区
11、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2H2O4e=O24H,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成,解析:该装置为电解池,H2O 在正(阳)极区放电,生成 O2,正(阳)极区得到 H2SO4 ,当电路中通过 1 mol 电子时生成 0.25 mol O2,正(阳)极区溶液 pH 减小,H2O 在负(阴)极区放电,生,在负(阴)极区放电生成 H2 和 OH,中间隔室中的阳离子 Na通 过 ab 膜移向负(阴)极,故负(阴)极区可得到 NaOH,而正(阳)极 区可得到 H2SO4,故 B
12、正确。,答案:B,成OH和H2,负(阴)极区溶液pH增大,A、C、D均错误;H2O,和H,中间隔室中的阴离子SO 通过cd膜移向正(阳)极,故,规律总结,1.以惰性电极电解电解质的规律,(续表),2.电解过程中离子浓度的变化规律,(1)若阴极为H放电,则阴极区c(OH)增大。 (2)若阳极为OH放电,则阳极区c(H)增大。,(3)若阴、阳两极同时有H、OH放电,相当于电解水,溶,质离子的浓度增大。,【拓展演练】,1.(2018 年新课标卷)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
13、烯包裹的 ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生的反应为:,EDTAFe2e=EDTA-Fe3 2EDTAFe3H2S=2HS2EDTA-Fe2,解析:该装置属于电解池,CO2在ZnO石墨烯电极上转化为CO,发生得电子的还原反应,为阴极,石墨烯电极为阳极,发生失电子的氧化反应。CO2在ZnO石墨烯电极为阴极,电极反应式为CO22H2e=COH2O,A正确;根据石墨烯电极上发生的电极反应可知即得到H2S2e= 2HS,因此总反应式为CO2H2S=COH2OS,B正确;石墨烯电极为阳极,与电源的正极相连,因此石墨烯上的电势比ZnO石墨烯电极上的高,C错误;由于铁离子、亚铁离子均易水解,所以如果采用Fe
14、3/Fe2取代EDTA-Fe3/EDTA- Fe2,溶液需要酸性,D正确。 答案:C,2.(2018 届河南新乡三模) 利用电化学原理还原 CO2 制取 ZnC2O4 的装置如图所示(电解液不参加反应),下列说法正确的,是(,)。 A.可用 H2SO4 溶液作电解液 B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性 C.工作电路中每流过 0.02 mol 电子,Zn 电极质量减重 0.65 g,考点二 考向 1,电化学计算题和解题方法 得失电子守恒应用于电化学计算,典例 4(2018 年山东潍坊模拟)(1)用惰性电极电解 400 mL 一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化), 通电一段时
15、间后,向所得的溶液中加入 0.1 mol CuO 后,使溶 液恰好恢复到电解前的浓度和 pH,电解过程中转移的电子为 _ mol。,(2)如果向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu(OH)2 后,使溶液恰 好恢复到电解前的浓度和 pH,电解过程中转移的电子为_ mol。,(3)如果向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu2(OH)2CO3 后,使溶 液恰好恢复到电解前的浓度和 pH(不考虑 CO2 的溶解),电解过 程中转移的电子为_ mol。,解析:(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为 2CuSO42H2O 2Cu2H2SO4O2,从方程式可以看出,电解硫酸铜过 程中只析出铜和释放出氧气,加
16、入 0.1 mol CuO 可以使溶液恢 复至原来状态,说明参与反应的硫酸铜只有 0.1 mol,转移的电 子为 0.2 mol。(2)加入 0.1 mol Cu(OH)2 可以使溶液恢复至原来 状态,说明电解过程中不仅硫酸铜被电解,而且有水被电解。0.1 mol Cu(OH)2 可以看作是 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O,则转移的 电子为 0.4 mol。(3)加入 0.1 mol Cu2(OH)2CO3 可以看作 0.2 mol CuO、0.1 mol H2O 和 0.1 mol CO2,相当于有 0.2 mol 的硫酸铜 和 0.1 mol 的水被电解,因此转移的电子
17、为 0.6 mol。,答案:(1)0.2 (2)0.4,(3)0.6,考向2,多池串联的计算,典例5(2018 年山东淄博检测)某小组用下图装置进行实,验,下列说法正确的是(,)。,D.导线中通过0.15mole时,加入5.55gCu2(OH)2CO3,,A.盐桥中的电解质可以用 KCl,B.闭合 K,外电路电流方向为 Fe 电极石墨电极 C.闭合 K,石墨电极上只生成铜,CuSO4 溶液可恢复原组成,解析:由于 KCl 能和 AgNO3 反应产生沉淀,因此盐桥中的 电解质不能用 KCl,故 A 错误;闭合 K,铁比银活泼,铁为负 极,与铁相连的石墨为阴极,所以外电路电流方向为石墨电极 Fe
18、电极,故 B 错误;闭合 K,与铁相连的石墨电极为阴极,,2e=H2,故还会放出氢气,故 C 错误;CuSO4 溶液中,发生还原反应,首先Cu22e=Cu,析出Cu,然后2H,n(Cu2)0.05 mol,完全消耗时转移电子数为 0.1 mol,导线中 通过 0.15 mol e,说明有 H在阴极放电,电解 CuSO4 溶液的总,反应式为 2Cu22H2O,2CuO24H,溶液中减少的,是 2Cu 和 O2(相当于 2CuO),需要补充 0.05 mol CuO 才能使溶,液恢复,电解水的总反应式为 2H2O,2H2O2,转移电,子数为 0.05 mol 时消耗 0.025 mol H2O ,
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