电解池 金属的腐蚀与防护课件

nullnullnull一、电解原理 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 反应的过程。 2．电解池(也叫电解槽) 把 转变为 的装置。化学能氧化还原电能null3．电解池的工作原理 以电解CuCl2溶液为例：nullCu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑还原反应 氧化反应负阴阳正null[思考·感悟] 1．电解质溶液导电时，一定会发生化学反应吗？金属 导电呢？ [提示]　电解质溶液导电一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，生成了新物质，而金属导电，是物理变化，不会有化学反应发生。null二、电解原理的应用 1．电解饱和食盐水 阳极(C)： 。 阴极：(Fe)： 。 总反应： 。 应用：氯碱工业制NaOH、H2、Cl2。2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑null2．电镀 电镀时，用 作阳极， 作阴极，用含 的溶液作电解质溶液。理论上讲，电镀时，电解质溶液的成分及浓度是不变的。 如往铁制品上镀铜： 阳极材料： ， 阴极材料： ， 电解质溶液： 。镀层金属待镀金属镀层金属离子铜铁制品CuSO4溶液或CuCl2溶液null3．铜的精炼(粗铜中通常含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等 杂质)Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cunull粗铜中比较活泼的金属杂质形成阳离子进入溶液，金属活动性弱于铜的金属(Ag和Au)沉淀在电解槽底部，形成 。阳极泥null4．电冶金(钠的冶炼) 阴极：2Na＋＋2e－===2Na， 阳极： ， 总反应： 。2Cl－－2e－===Cl2↑null[思考·感悟] 2．电解精炼铜时，CuSO4溶液的浓度是否是不变的？ [提示]　电解精炼铜时，粗铜中的Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属失去电子，阴极上只有Cu2＋得电子，所以CuSO4溶液的浓度略有降低。null三、金属的腐蚀与防护 1．化学腐蚀和电化学腐蚀原电池无电流产生有微弱电流产生null2．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀酸性较强酸性很弱或呈中性Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑2H2O＋O2＋4e－===4OH－nullFe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=== 2Fe(OH)2吸氧腐蚀null3．金属的防护 (1)电化学防护法：null(2)其他：null[思考·感悟] 3．为什么要在轮船水线以下的船壳上嵌入一定数量的 锌块？ [提示]　Fe－Zn－海水构成原电池。其中Zn作负极，Fe作正极。锌被腐蚀，而船体受到保护。null1．金属发生电化学腐蚀的条件 金属电化学腐蚀是原电池原理，条件有： (1)金属不纯，相当于原电池两极； (2)在潮湿空气中或与水接触，相当于电解质溶液； (3)与空气接触。null2．金属防护的原理及措施 (1)改变内部结构，如不锈钢； (2)隔离空气、水，如表面涂漆、钝化等； (3)电化学原理； ①原电池，使被保护金属作正极； ②电解池，使被保护金属作阴极。null[特别提醒]　由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式；另外，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，如铜绿的形成就属吸氧腐蚀。null[例3]　(2011·浙江高考)将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是 (　　)nullA．液滴中的 Cl－由 a 区向 b 区迁移 B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋ 2H2O＋4e－===4OH－ C．液滴下的 Fe 因发生还原反应而被腐蚀，生成的 Fe2＋由 a 区向 b 区迁移，与 b 区的OH－形成 Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴 加 NaCl 溶液，则负极发生的电极反应为：Cu－2e－===Cu2＋null[答案]　B[解析]　本题考查金属的腐蚀，意在考查考生运用电化学原理分析金属腐蚀过程的能力。铁板为铁和碳的合金，滴入 NaCl 溶液，形成原电池，显然 a 区为负极，溶液中 Cl－由 b区向a区迁移，A错；液滴边缘为正极区，溶解在溶液中的 O2 放电，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B 对；液滴下的 Fe 因发生氧化反应而被腐蚀，C 错；改用嵌有铜螺丝钉的铁板，则铁为负极，D 错。 nullnull1．钢铁发生吸氧腐蚀时，发生还原反应的电极反应 式是 (　　) A．Fe－2e－===Fe2＋ B．2H＋＋2e－===H2↑ C．4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ D．2H2O＋O2＋4e－===4OH－null答案： D解析：还原反应发生在正极上，是O2得电子生成OH－的反应。null2．(2010·北京高考)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的 是 (　　) A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B．铁遇冷浓硝酸表现钝化，可保护内部不被腐蚀 C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀 D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋null解析：本题考查金属的腐蚀和防护，意在考查考生对金属腐蚀原理的理解和防护措施的应用。钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。答案： Bnull3．如图为用惰性电极电解CuCl2溶液，并验证其产物的 实验装置，则下列说法不正确的是 (　　)nullA．电源a极为负极 B．KI—淀粉溶液会变蓝 C．可以将惰性电极Ⅰ换为铜棒 D．惰性电极Ⅰ上发生的电极反应为：Cu－2e－===Cu2＋null答案：D解析：根据实验装置，可以判断Ⅱ电极产生氯气，即a极是负极。电极Ⅱ处产生氯气，KI—淀粉溶液会变蓝。电极Ⅰ是阴极，用铜棒不会影响电解。null4．判断下列描述的正误。 (1)与原电池不同，电解池放电时，电极本身不会参加反应。 (　　) (2)用惰性电极电解稀硫酸的过程中，溶液的pH保持不变。 (　　) (3)在原电池的正极和电解池的阳极上发生的都是氧化反应。 (　　) (4)工业上常用电解NaCl、MgCl2溶液的方法来制取Na、Mg等金属。 (　　) (5)黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿。 (　　)null解析：(1)若金属材料(除Au、Pt外)作阳极时，电极本身也会参加反应。 (2)用惰性电极电解稀H2SO4即是电解水，硫酸的浓度增大，溶液pH减小。 (3)原电池的正极上发生的是还原反应，电解池的阳极上发生的是氧化反应。 (4)非常活泼的金属(如Na、Mg等)，常采用电解熔融盐的方法来制取。 (5)铜—锌—膜形成的原电池中，铜作正极，受到保护，不易产生铜绿。答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√null5．用惰性电极电解下列物质的水溶液，写出电极反应 式及总反应式。 (1)电解CuSO4溶液： 阳极反应式：________________________________， 阴极反应式：________________________________， 总反应的离子方程式：________________________。null(2)电解AgNO3溶液： 阴极反应式：___________________________________， 总反应的化学方程式：___________________________。 (3)电解食盐水总反应的离子方程式： _______________________________________________。 (4)电解NaOH溶液总反应的化学方程式： _______________________________________________。null解析：(1)电解CuSO4溶液时，Cu2＋在阴极上获得电子生成单质Cu，OH－在阳极上失去电子放出O2。 (2)电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极上获得电子生成Ag，OH－在阳极上失去电子生成O2。 (3)电解食盐水生成NaOH、H2和Cl2。 (4)电解NaOH溶液实际上是电解水。nullnull1．电解池电极的判断null2．电解时电极产物的判断 (1)阳极产物的判断： ①活性阳极(Fe、Cu、Ag等金属)： 电极材料失电子，电极被溶解。 溶液中阴离子不能失电子。 如Fe作阳极：Fe－2e－===Fe2＋。null②惰性阳极(Pe、Au、石墨)： 溶液中阴离子放电顺序为： ┊ (2)阴极产物的判断： 溶液阳离子放电顺序为： Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞┊＞OH－＞含氧酸根 生成O2null[特别提醒] (1)K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋只有在熔化状态下放电。 (2)在水溶液中，含氧酸根和活泼金属离子一般不放电，而是 OH－和H＋放电。 (3)Fe3＋放电时生成Fe2＋而不是Fe，其电极反应式为： Fe3＋＋e－===Fe2＋。null[例1]　(2010·全国卷Ⅱ)如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色——红色，碱色——黄色)null回答下列问题： (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)； ①A管溶液由红变黄　　 ②B管溶液由红变黄 ③A管溶液不变色　　　 ④B管溶液不变色 (2)写出A管中发生反应的反应式：_______________________________________________ ______________________________________________；null(3)写出B管中发生反应的反应式：________________ ______________________________________________； (4)检验a管中气体的方法是_______________________ ______________________________________________； (5)检验b管中气体的方法是________________________ ______________________________________________。 null[解析]　A与电源负极相连，为阴极，B与电源正极相连，为阳极，溶液中H＋、OH－分别在A、B两极上放电，反应式为： A极：2H＋＋2e－===H2↑， B极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O， 则A极附近会产生OH－(水电离出来的)，B极附近会产生H＋(水电离出来的)，所以A处溶液由红变黄，B处溶液不变色。null[答案]　(1)①④ (2)2H＋＋2e－===H2↑(写2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑同样正确)，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ (3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(写2H2O－4e－===4H＋＋O2↑同样正确) (4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰 (5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃nullnull1－1.按右图装置进行实验： (1)若滤纸用KI淀粉溶液浸湿，将a、 b连接上直流电源后，铅笔芯C点处 出现蓝色，则b连接的是电源的____________。 (2)若滤纸用硫酸钠和酚酞的混合溶液浸湿，将b与直流电源负极相连，请预测铅笔芯C点处出现的现象是什么？null答案： (1)正极 (2)b为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。此处破坏水的电离平衡，使c(OH－)＞c(H＋)，故铅笔芯C点处出现红色。解析：铅笔芯C点出现蓝色，说明此处有I2生成。即电极反应式为：2I－－2e－===I2，故b应连接电源的正极。nullnull解析：设CuSO4和NaCl的物质的量分别为1 mol和3 mol，根据离子的放电规律和电子守恒可知电解过程应分为如下阶段。 ①电解CuCl2： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑， 2 mol　2 mol 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu， 1 mol　2 molnullnull答案： Cnullnull1．电解规律(惰性电极)nullnullnullnull2．电解的有关计算 电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。解题依据是得失电子守恒，有如下解题方法：null(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正 负两极产物、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：先写出电极反应式，再写出总反应 式，最后根据总反应式计算。 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未 知量之间，建立计算所需的关系式。如： 4e－～4Ag～2Cu～2Cl2～2H2～O2～4H＋～4OH－。nullnull[例2]　(2011·全国卷)用石墨电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的 (　　) A．CuSO4　　　　　　　 B．H2O C．CuO D．CuSO4·5H2Onull[答案]　C[解析]　本题考查电化学知识，意在考查考生的思维能力。石墨电极电解硫酸铜溶液一段时间，阳极发生氧化反应得到氧气，阴极发生还原反应得到铜，因此补充氧化铜即可使电解液恢复到起始状态。null2－1.例2中要达到目的还可以加入什么物质？Cu(OH)2 可以吗？答案：可以加入CuCO3　不可以加入Cu(OH)2解析：加入CuCO3，与H2SO4反应生成CuSO4和CO2气体，相当于加入CuO，也可以使溶液恢复原状态；加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，相当于加入CuO和H2O，不能达到目的。null2－2.用惰性电极电解100 mL含c(H＋)＝0.30 mol/L的下列 溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是 (　　) A．0.20 mol/L Ag＋ B．0.02 mol/L Zn2＋ C．0.20 mol/L Cu2＋ D．0.20 mol/L Pb2＋null答案： A解析：用惰性电解含Zn2＋或Pb2＋的酸性溶液时，H＋放电，而无金属单质析出。选项B、D错误；选项A中析出0.02 mol Ag(质量为2.16 g)，选项C中析出0.02 mol Cu(质量为1.28 g)。null1．金属发生电化学腐蚀的条件 金属电化学腐蚀是原电池原理，条件有： (1)金属不纯，相当于原电池两极； (2)在潮湿空气中或与水接触，相当于电解质溶液； (3)与空气接触。null2．金属防护的原理及措施 (1)改变内部结构，如不锈钢； (2)隔离空气、水，如表面涂漆、钝化等； (3)电化学原理； ①原电池，使被保护金属作正极； ②电解池，使被保护金属作阴极。null[特别提醒]　由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式；另外，只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，如铜绿的形成就属吸氧腐蚀。null[例3]　(2011·浙江高考)将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是 (　　)nullA．液滴中的 Cl－由 a 区向 b 区迁移 B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋ 2H2O＋4e－===4OH－ C．液滴下的 Fe 因发生还原反应而被腐蚀，生成的 Fe2＋由 a 区向 b 区迁移，与 b 区的OH－形成 Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴 加 NaCl 溶液，则负极发生的电极反应为：Cu－2e－===Cu2＋null[答案]　B[解析]　本题考查金属的腐蚀，意在考查考生运用电化学原理分析金属腐蚀过程的能力。铁板为铁和碳的合金，滴入 NaCl 溶液，形成原电池，显然 a 区为负极，溶液中 Cl－由 b区向a区迁移，A错；液滴边缘为正极区，溶解在溶液中的 O2 放电，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B 对；液滴下的 Fe 因发生氧化反应而被腐蚀，C 错；改用嵌有铜螺丝钉的铁板，则铁为负极，D 错。 nullnull3－1.将碳粉和铁粉均匀混合，撒入内壁分别用氯化钠溶 液和稀醋酸润湿过的两支试管中，并按下图连接好仪器。试推测装置A、B水中的导管内含出现什么现象？null答案： A中导管口有气泡冒出；B中导管内水面上升。解析：装置A中发生析氢腐蚀，导管中有气泡冒出；装置B中发生吸氧腐蚀，导管中水面上升。null3－2.如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由 快到慢的顺序为________________。null答案： ④>③>①>②>⑤解析： ①为化学腐蚀、腐蚀较慢，②、③实质上为原电池装置，②中Fe作正极被保护，③中Fe作负极，被腐蚀；④是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解池，加快了Fe的腐蚀；⑤Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了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④>③>①>②>⑤。nullnull一、命题常设误角度诊断nullnull二、本节关键点数字记忆 1．把握电解池的2个电极的判断： ①阳极：与电源正极相连，发生氧化反应。 ②阴极：与电源负极相连，发生还原反应。nullnull3．正确书写2种电化学腐蚀中的正极反应： ①析氢腐蚀(强酸性条件)：2H＋＋2e－===H2↑。 ②吸氧腐蚀(弱酸性或中性条件)： O2＋2H2O＋4e－===4OH－。null