届高考一轮复习人教版第23讲电解池金属腐蚀与防护 学案80.docx
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届高考一轮复习人教版第23讲电解池金属腐蚀与防护学案80
第23讲 电解池 金属腐蚀与防护
【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,金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。
考点一|电解原理(重点保分型——师生共研)
授课提示:
对应学生用书第111页
[核心知识大通关]
1.电解
2.电解池
(1)概念:
电解池是把电能转变为化学能的装置。
(2)构成条件
①有与直流电源相连的两个电极。
②两个电极插入电解质溶液(或熔融电解质)中。
③形成闭合回路。
(3)电解池中电子和离子的移动
①电子:
从电源负极流出后,流向电解池的阴极;再从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子:
阳离子移向电解池的阴极,阴离子移向电解池的阳极。
3.电解工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
总反应方程式:
Cu2++2Cl-
Cu+Cl2↑。
4.阴、阳两极放电顺序
(1)惰性电极:
石墨、铂、金电极。
活性电极:
除石墨、铂、金以外的电极。
(2)放电顺序
①阴极(与电极材料无关):
②阳极(与电极材料有关):
小题热身
正误判断,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。
( )
(4)电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大。
( )
(5)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应。
( )
(6)电解硫酸钠溶液一段时间,可向电解液中加适量水以恢复到原浓度。
( )
(7)电解硫酸铜溶液一段时间,为复原可加适量Cu(OH)2。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)×
[考向精练提考能]
考向一 电极反应式、电解方程式的书写
1.首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
2.再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。
3.然后写出阴、阳两极的放电顺序
4.分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
5.最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
1.按要求书写电极反应式和总方程式:
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液
阳极反应式:
_______________________________;
阴极反应式:
_________________________________;
总反应离子方程式:
_____________________________________。
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式:
_____________________________________;
阴极反应式:
___________________________________________;
总反应离子方程式:
_______________________________________。
(3)用铁做电极电解NaCl溶液
阳极反应式:
___________________________________________;
阴极反应式:
_____________________________________________;
总反应化学方程式:
________________________________________。
(4)用铁做电极电解NaOH溶液
阳极反应式:
___________________________________________;
阴极反应式:
__________________________________________;
总反应离子方程式:
_________________________________________。
(5)用Al做电极电解NaOH溶液
阳极反应式:
_________________________________________;
阴极反应式:
_____________________________________;
总反应离子方程式:
_____________________________________。
(6)用Al做阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
阳极反应式:
_______________________________________;
阴极反应式:
____________________________________________;
总反应离子方程式:
______________________________________。
(7)用Al做阳极,石墨做阴极,电解NaHCO3溶液
阳极反应式:
______________________________________;
阴极反应式:
_____________________________________;
总反应离子方程式:
____________________________________。
(8)用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极反应式:
_________________________________________;
阴极反应式:
_________________________________________;
总反应离子方程式:
____________________________________。
答案:
(1)4OH--4e-===O2↑+2H2O(或2H2O-4e-===O2↑+4H+)
4Ag++4e-===4Ag
4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Mg2++2Cl-+2H2O
Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Fe+2H2O
Fe(OH)2↓+H2↑
(4)Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑
(5)2Al-6e-+8OH-===2AlO
+4H2O 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-(或6H++6e-===3H2↑)
2Al+2H2O+2OH-
2AlO
+3H2↑
(6)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
6H++6e-===3H2↑
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑
(7)2Al+6HCO
-6e-===2Al(OH)3↓+6CO2↑
6H++6e-===3H2↑(或6H2O+6e-===3H2↑+6OH-)
2Al+6HCO
+6H2O===2Al(OH)3↓+6CO2↑+3H2↑+6OH-
(8)2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg
Mg2++2Cl-
Mg+Cl2↑
2.某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl,以惰性电极对该溶液进行电解,分阶段写出电解反应的化学方程式。
解析:
第一阶段 阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
Cu2++2e-===Cu
第二阶段 阴极:
2Cu2++4e-===2Cu
阳极:
4OH--4e-===O2↑+2H2O
第三阶段 阴极:
4H++4e-===2H2↑
阳极:
4OH--4e-===O2↑+2H2O
将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。
答案:
第一阶段的反应:
CuCl2
Cu+Cl2↑
第二阶段的反应:
2Cu(NO3)2+2H2O
2Cu+O2↑+4HNO3
第三阶段的反应:
2H2O
2H2↑+O2↑
[练后反思] 规避“三个”失分点
1.书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。
2.要确保两极电子转移数目相同,且应注明条件“电解”。
3.电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
考向二 以惰性电极电解电解质溶液的规律
3.用惰性电极电解NaOH溶液
阴极反应式:
_______________________________________;
阳极反应式:
_______________________________________;
电解方程式:
______________________________________。
答案:
4H++4e-===2H2↑
4OH--4e-===O2↑+2H2O
2H2O
2H2↑+O2↑
[练后反思]
由框内阴、阳离子组成可溶于水的电解质,用惰性电极电解时,只电解水。
4.
(1)用惰性电极电解盐酸
阴极反应式:
__________________________________________;
阳极反应式:
__________________________________________;
电解离子方程式:
_______________________________________。
(2)模仿3题的形式,归纳电解时只电解电解质的电解质溶液(下同)。
答案:
(1)2H++2e-===H2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2Cl-
H2↑+Cl2↑
(2)由框内阴、阳离子组成可溶于水的电解质,用惰性电极电解其水溶液时,只电解电解质:
5.
(1)用惰性电极电解NaCl溶液
阴极反应式:
___________________________________________;
阳极反应式:
___________________________________________;
电解离子方程式:
_____________________________________。
(2)归纳电解时放H2生成碱的电解质。
答案:
(1)2H++2e-===H2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
2H2O+2Cl-
H2↑+Cl2↑+2OH-
(2)由框内阴、阳离子组成能溶于水的电解质,用惰性电极电解时,放H2生成碱:
Ag+>Fe3+>Cu2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>
>OH->含氧酸根离子
6.
(1)用惰性电极电解CuSO4溶液
阴极反应式:
_________________________________________;
阳极反应式:
_________________________________________;
电解离子方程式:
_____________________________________。
(2)归纳电解时,放出O2生成酸的电解质。
答案:
(1)2Cu2++4e-===2Cu
4OH--4e-===2H2O+O2↑
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
(2)由框内阴、阳离子组成能溶于水的电解质,用惰性电极电解其溶液时,放出O2生成酸:
>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
S2->I->Br->Cl->OH->
考向三 电解原理和电解规律的综合考查
7.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.NaCl B.Na2CO3
C.CuSO4D.K2S
解析:
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:
B
8.(2016·全国高考卷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SO
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SO
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:
负极区(阴极)电极反应为4H++4e-===2H2↑,正极区(阳极)电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。
A项,通电后SO
向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应为4H++4e-===2H2↑,溶液pH增大;D项,当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.25molO2生成。
答案:
B
考点二|电解原理的应用(重点保分型——师生共研)
授课提示:
对应学生用书第113页
[核心知识大通关]
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式:
2H++2e-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
(3)应用:
氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2.
电镀
如图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答下列问题:
(1)镀件做阴极,镀层金属银做阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液。
(3)电极反应:
阳极:
Ag-e-===Ag+;
阴极:
Ag++e-===Ag。
(4)特点:
阳极溶解,阴极沉积,电镀液的浓度不变。
3.电解精炼铜
(1)电极材料:
阳极为粗铜;阴极为纯铜。
(2)电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液。
(3)电极反应:
阳极:
Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
阴极:
Cu2++2e-===Cu。
4.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
电极反应:
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑;
阴极:
2Na++2e-===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
电极反应:
阳极:
6O2--12e-===3O2↑
阴极:
4Al3++12e-===4Al。
小题热身
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3。
( )
(2)若把Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑设计成电解池,应用Cu做阳极。
( )
(3)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。
( )
(4)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极。
( )
(5)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。
( )
(6)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过。
( )
(7)电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-。
( )
答案:
(1)×
(2)√ (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)×
[考向精练提考能]
1.比较下列两种装置有哪些不同?
(1)请分析两装置中各电极的质量变化?
(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化?
答案:
(1)甲图中铜片质量减小,铁制品质量增加;乙图中粗铜质量减小,精铜质量增加。
(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化,因为阳极溶解多少铜,阴极增加多少铜;乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小,因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质,放电后转化成Zn2+、Fe2+等离子,此时Cu2+会转化为Cu,造成CuSO4溶液浓度减小。
2.
(1)电镀时,镀件与电源的________极连接。
(2)化学电镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。
①若用铜盐进行化学镀铜,应选用________(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。
②某化学镀铜的反应速率随镀液pH变化如图所示。
该镀铜过程中,镀液pH控制在12.5左右。
据图中信息,给出使反应停止的方法:
_______________________。
解析:
(1)电镀时,镀件与电源的负极相连。
(2)①铜盐中,铜化合价降低,做氧化剂,需要选择还原剂;②pH降低,镀铜反应速率降低,pH在8~9之间,反应几乎停止。
答案:
(1)负
(2)①还原剂 ②调节溶液pH在8~9之间
3.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如图所示(电极材料为石墨)。
(1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极,C口流出的物质是________。
(2)SO
放电的电极反应式为_____________________________。
(3)电解过程中阴极区碱性明显增强,用平衡移动原理解释原因。
________________________________________________________________________。
答案:
(1)负 硫酸
(2)SO
-2e-+H2O===SO
+2H+
(3)H2OH++OH-,在阴极H+放电生成H2,c(H+)减小,水的电离平衡正向移动,碱性增强
4.次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品,具有较强还原性,回答下列问题:
H3PO2也可用电渗析法制备。
“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:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)阳极为水电离出的OH-放电,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+。
(2)阳极室中的H+穿过阳膜进入产品室,原料室中的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2。
(3)在阳极区H2PO
或H3PO2可能失电子发生氧化反应,即生成物中会混有PO
。
答案:
(1)2H2O-4e-===O2↑+4H+
(2)阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO
穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2
(3)PO
H2PO
或H3PO2被氧化
考点三|金属的腐蚀和防护(重点保分型——师生共研)
授课提示:
对应学生用书第114页
[核心知识大通关]
1.金属腐蚀的本质
金属原子失电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。
2.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M-ne-===Mn+
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有电流产生
注:
通常两种腐蚀同时存在,但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,危害也更严重
3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性
弱酸性或中性或碱性
负极反应
Fe-2e-===Fe2+
正极反应
2H++2e-===H2↑
2H2O+O2+4e-===4OH-
总反应
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
其他反应
吸氧腐蚀还伴随以下反应:
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O
注:
吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
4.金属的防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。
(2)外加电流的阴极保护法利用电解池原理。
(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。
(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。
小题热身
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)干燥环境下金属不被腐蚀。
( )
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。
( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-===Fe3+。
( )
(4)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈。
( )
(5)在潮湿空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀。
( )
(6)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极。
( )
(7)在船体外嵌入锌块,可以减缓船体的腐蚀,属于牺牲阴极的保护法。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)×
[考向精练提考能]
考向一 腐蚀快慢与防护方法的比较
1.判断金属腐蚀快慢的方法
(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢:
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的快慢:
强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀越快。
2.两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。
1.
(1)(RJ选修4·P883、4题改编)以下装置中(杯中均盛有海水)
Zn片腐蚀由快到慢的顺序为________。
(2)(RJ选修4·P889题改编)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁),________铁板更耐腐蚀,原因为_________________________。
答案:
(1)④③⑥①②⑤
(2)镀锌 镀层破坏后,镀锌铁板中的铁为正极受到保护,镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
2.下列铁制品(铁钉或钢铁管道)易被腐蚀的是( )
解析:
Fe接电源负极,做阴极,被保护,A不易被腐蚀;B和C均为牺牲阳极的阴极保护法,铁质管道受到保护,均不易被腐蚀;CuFe和水膜很容易形成原电池,Fe易被氧化,故铁质铆钉易被腐蚀。
答案:
D
3.下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.出土青铜器生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程,但不是化学反应过程
B.当镀锡铁制品的镀层破损时,镀层仍能对铁制品起保护作用
C
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