電解池-金屬的電化學腐蝕與防護

1、電解池金屬的電化學腐蝕與防護,地球與地圖,欄目索引,考點一 電解原理,考點二 電解原理的應用,考點三 應對電化學定量計算 的三種方法,課堂小結 · 真題巧妙發掘,考點四 金屬的腐蝕與防護,,,,,,考點一 電解原理,【知識梳理】,1．電解：使電流通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。2．電解池(電解槽)：電解池是把電能轉化為化學能的裝置。,3．電解池的

2、組成和工作原理(電解CuCl2溶液),結束放映,返回導航頁,,,,欄目導引,4．電子和離子移動方向(1)電子：從電源負極流向電解池的陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。(2)離子：陽離子移向電解池的陰極；陰離子移向電解池的陽極。,5．陰、陽兩極放電順序(1)陰極：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋

3、>K＋。(2)陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子。,分析電解下列物質的過程，并總結電解規律(用惰性電極電解),水,水,水,酸,鹽,水和鹽,水和鹽,增大,減小,加水,增大,增大,加水,加水,不變,增大,增大,增大,通HCl,減小,增大,加CuCl2,增大,通HCl,減小,加CuO或CuCO3,1.上表中要使電解后的CuSO4溶液復原，加Cu(OH)2 固體可以嗎

4、？,2.在框圖推斷中若出現“A＋H2O B＋C＋D”的模式，則A一般可能為什么物質？,若通電一段時間，CuSO4未電解完(即Cu2＋未全部放電)，使溶液復原應加入CuO，而加入Cu(OH)2會使溶液的濃度降低；若Cu2＋全部放電，又繼續通電一段時間(此時電解水)，要使溶液復原應加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此時濃度偏高。,CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3，要視其他條件而定。,題組一　考查電

5、解原理和電解規律,1．用惰性電極電解下列物質的稀溶液，經過一段時間后，溶液的pH減小的是(　　)A．Na2SO4　 B．NaOH C．NaCl D．AgNO3,解析：根據電解規律，電解Na2SO4和NaOH的稀溶液實質是電解水，Na2SO4溶液pH不變，NaOH溶液pH變大；電解NaCl溶液生成NaOH，pH變大，電解AgNO3溶液生成HNO3，pH變小。,D,B,3．(1)用惰性電極電解AgNO3溶液： 陽極反應式 __

6、___________________； 陰極反應式___________________； 總反應離子方程式________________________________。(2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應式__________________； 陰極反應式____________________； 總反應離子方程式___________________________________________

7、_。,題組二 電極反應式、電解方程式的書寫,4OH－－4e－==O2↑＋2H2O,4Ag＋＋4e－==4Ag,2H＋＋2e－==H2↑,2Cl－－2e－==Cl2↑,,,,,,(3)用鐵作電極電解NaCl溶液 陽極反應式___________________； 陰極反應式__________________； 總化學方程式____________________________。(4)用銅作電極電解鹽酸溶液 陽極反應式

8、__________________； 陰極反應式________________； 總反應離子方程式________________________。,Fe－2e－===Fe2＋,2H＋＋2e－===H2↑,Cu－2e－===Cu2＋,2H＋＋2e－===H2↑,4．某水溶液中含有等物質的量濃度的Cu(NO3)2和NaCl，以惰性電極對該溶液進行電解，分階段寫出電解反應的化學方程式。,解析：第一階段　陽極：2Cl－－2e－==

9、=Cl2↑陰極：Cu2＋＋2e－===Cu第二階段　陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O第三階段　陰極：4H＋＋4e－===2H2↑陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O將電極反應式合并可得電解反應的化學方程式。,,,,,考點二 電解原理的應用,2．電鍍與電解精煉銅,1．(1)電解氯化鈉溶液時，如何用簡便的方法檢驗產物？(2)氯堿工業在生產過程中必須把陽極室和陰極室用離

10、子交換膜隔開，原因是什么？2．電解精煉銅時，陽極泥是怎樣形成的？3．Cu的還原性比H2弱，能否采取一定措施使Cu將酸中的H＋置換出來？采用什么措施？,2.粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種金屬雜質，當含雜質的銅在陽極不斷溶解時，金屬活動性位于銅之前的金屬雜質，如Zn、Fe、Ni等也會同時失去電子，但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不能在陰極析出，而只能以離子的形式留在電解液里。金屬活動性位于銅之后的銀、金等雜質，

11、因為失去電子的能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子而溶解，所以當陽極的銅等失去電子變成陽離子溶解之后，它們以金屬單質的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥。,陽極產物Cl2可以用淀粉－KI試紙檢驗，陰極產物H2可以通過點燃檢驗，NaOH可以用酚酞試劑檢驗。,防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2與溶液中的NaOH反應。,1.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業生產上的應用。下列說法正確的是(　　)A．氯堿工業中，X電極上反應式是4OH－

12、－4e－===2H2O＋O2↑B．電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2＋濃度不變C．在鐵片上鍍銅時，Y是純銅D．制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂,D,2．以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是 (　　)A．未通電前上述鍍鋅裝置可構成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程B．因部分電能轉化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系C．電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率D．鍍鋅層破損后

13、即對鐵制品失去保護作用,C,3．甲圖為一種新型污水處理裝置，該裝置可利用一種微生物將有機廢水的化學能直接轉化為電能。乙圖是一種家用環保型消毒液發生器，用惰性電極電解飽和食鹽水。下列說法中不正確的是(　　),A．裝置乙的a極要與裝置甲的X極連接B．裝置乙中b極的電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑C．若有機廢水中主要含有葡萄糖，則裝置甲中M極發生的電極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋ D．N電

14、極發生還原反應，當N電極消耗5.6 L(標況下)氣體時，則有2NA個H＋通過離子交換膜,因圖甲中傳遞的是質子，葡萄糖在M極放電，故電極反應式為C6H12O6＋6H2O－24e－==6CO2↑＋24H＋，C正確. 。,D,氧氣在N電極得到電子，電極反應式為O2＋4H＋＋4e－==2H2O，故消耗5.6 L氧氣時，轉移1 mol電子，即有NA個H＋通過離子交換膜，D錯誤.,解析：　由圖甲分析得出M(或X)為負極，N(或Y)為正極，由圖乙分析

15、得出a為陰極，b為陽極。乙的a極要與甲的X極相連接，A項正確；乙的b極為陽極，氯離子放電，B項正確。,4．對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。(1)以下為鋁材表面處理的一種方法： ①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時常有氣泡冒出，原因是_____________________________________(用離子方程式表示)。為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的__________

16、。a．NH3　　 b．CO2 c．NaOH d．HNO3②以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應式為___________________________。取少量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產生氣泡和白色沉淀，產生沉淀的原因是___________________________________。(2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是______

17、___________________________。,解析：(1)①冒氣泡的原因是Al與NaOH溶液反應，離子方程式為2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2-＋3H2↑；使AlO2-生成沉淀，最好是通入CO2，若加HNO3，過量時沉淀容易溶解。,2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2-＋3H2↑,b,解析： （1）②陽極是Al發生氧化反應，要生成氧化膜，還必須有H2O參加，故電極反應式為2Al＋3H2O－6e－===Al2

18、O3＋6H＋；加入NaHCO3溶液后產生氣泡和白色沉淀，是由于HCO消耗H＋，使溶液pH不斷升高。,2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋,HCO3-消耗H＋c(H＋)減小，c(OH－)增大，使Al(OH)3沉淀析出,陽極Cu可以發生氧化反應生成Cu2＋,考點三 應對電化學定量計算的三種方法,【知識梳理】,1．計算依據原電池和電解池綜合裝置的有關計算的根本依據就是電子轉移的守恒，分析時要注意兩點：(1)串聯電路中各支路電流

19、相等；(2)并聯電路中總電流等于各支路電流之和。,2．三種常用方法,提示：　在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C來計算電路中通過的電量,分析判斷A～D各屬于哪種電化學裝置？,原電池,原電池,電解池,電解池,題組一　根據總反應式，建立等量關系進行計算,1．兩個惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中，通電電解。當電解液的pH從6.0變為3.0時(設電

20、解過程中陰極沒有H2放出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計)，電極上析出銀的質量最大為 (　　)A．27 mg　　B．54 mg C．106 mg D．216 mg,B,2．將兩個鉑電極插入500 mL CuSO4溶液中進行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064 g(設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為(　　)A．4×10－3 mol·L－1

21、 B．2×10－3 mol·L－1C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1,A,3．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol/L，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到2.24 L氣體(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是(　　)A．原混合溶液中c(K＋)為

22、0.2 mol·L－1B．上述電解過程中共轉移0.2 mol電子C．電解得到的Cu的物質的量為0.05 molD．電解后溶液中c(H＋)為0.2 mol·L－1,解析：石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，陽極反應式：4OH－－4e－==2H2O＋O2↑，陰極先后發生兩個反應：Cu2＋＋2e－==Cu,2H＋＋2e－==H2↑。從收集到O2為2.24 L這個事實推知上述電解過程中共轉移0.4 mo

23、l電子，而在生成2.24 L H2的過程中轉移0.2 mol電子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol電子，電解前Cu2＋的物質的量和電解得到的Cu的物質的量都為0.1 mol。,A,電解前后分別有以下守恒關系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO3-)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO3-)，不難算出：電解前c(K＋)＝0.2 mol/L，電解后c(H＋)＝0.4 mol/L。,題組二　根據電子守恒，突破

24、電解分段計算,4.新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質為KOH溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示。,(1)甲烷燃料電池正極、負極的電極反應分別為______________________、____________________________；(2)閉合K開關后，a、b電極上均有氣體產生，其中b電極上得到的是 ________，電解氯化鈉溶

25、液的總反應方程式為____________________________________；,解析：(1)總反應式為CH4＋2O2＋2OH－==CO32-＋3H2O，正極反應式為2O2＋4H2O＋8e－==8OH－，則負極反應式由總反應式減正極反應式得到。,2O2＋4H2O＋8e－===8OH－,CH4＋10OH－－8e－==CO32-＋7H2O,解析：(2)由圖可看出一二兩池為串聯的電源，其中甲烷是還原劑，所在電極為負極，因而與之

26、相連的b電極為陰極，產生的氣體為氫氣；,H2,(3)若每個電池甲烷通入量為1 L(標準狀況)，且反應完全，則理論上通過電解池的電量為__________, (法拉第常數F＝9.65×104 C·mol－1，列式計算)，最多能產生的氯氣體積為 _______L(標準狀況)。,解析：1 mol甲烷氧化失去電子8 mol，電量為8×96 500 C，因題中雖有兩個燃料電池，但電子的傳遞只能用一個池的甲烷量計算，1

27、 L為1/22.4 mol，可求電量；甲烷失電子是Cl－失電子數的8倍，則得到氫氣為4 L(CH4～8Cl－～4Cl2)。,4,×8×9.65×104 C·mol－1＝3.45×104 C,【答案】,3.45×104 C,,,,,,考點四 金屬的腐蝕與防護,【知識梳理】,結束放映,返回導航頁,,,,欄目導引,1．化學腐蝕與電化學腐蝕,2.電化學腐蝕的分類(鋼鐵腐蝕),3.金屬

28、的防護(1)犧牲陽極的陰極保護法利用原電池原理。(2)外加電流的陰極保護法利用電解池原理。(3)改變金屬內部結構→如制成不銹鋼。(4)加保護層→如電鍍、噴漆、覆膜等。,1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)所有金屬純度越大，越不易被腐蝕(　　)(2)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣 (　　)(3)干燥環境下金屬不被腐蝕 (　　)(4)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物

29、 (　　)(5)鋼鐵發生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋(　 )(6)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用 (　　)(7)外加電流的陰極保護法，構成了電解池；犧牲陽極的陰極保護法構成了原電池。二者均能有效地保護金屬不容易被腐蝕 (　　),×,×,×,×,×,×,√,2．探究鋼鐵生銹(Fe2O3·xH2O)的主要過程。

30、3．探究影響金屬腐蝕的因素。,題組一　金屬腐蝕快慢的比較,1．下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是(　　) A．④>②>①>③　　　　 B．②>①>③>④ C．④>②>③>① D．③>②>④>①,A,2．相同材質的鐵在下列情形下最不易被腐蝕的是(　　),解析：A、D均由Fe、Cu構成原電池加速鐵的

31、腐蝕；在B中，食鹽水提供電解質溶液環境，炒鍋和鐵鏟都是鐵合金，符合原電池形成的條件，鐵是活潑金屬作負極，碳作正極，易被腐蝕；C中銅鍍層把鐵完全覆蓋，構不成原電池而不被腐蝕。,C,題組二　正確判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕,3．如圖所示的鋼鐵腐蝕中，下列說法正確的是(　),A．碳表面發生氧化反應B．鋼鐵被腐蝕的最終產物為FeOC．生活中鋼鐵制品的腐蝕以圖①所示為主D．圖②中，正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－,D,4．[201

32、5·重慶理綜，11(4)(5)]我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術價值和歷史價值。但出土的青銅器大多受到環境腐蝕，故對其進行修復和防護具有重要意義。(1)采用“局部封閉法”可以防止青銅器進一步被腐蝕。如將糊狀Ag2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發生復分解反應，該化學方程式為________________________________________。,Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O,①腐蝕

33、過程中，負極是________(填圖中字母“a”或“b”或“c”)；②環境中的Cl－擴散到孔口，并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為_______________________________；(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為__________L(標準狀況)。,(2)如圖所示為青銅器在潮濕環境中發生電化學腐蝕的原理示意圖。,c,2Cu2＋＋3O

34、H－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓,0.448,,,,,,結束放映,返回導航頁,,,,欄目導引,【高考還可以這樣考】,(1)閉合K2，該裝置為電解裝置，則： ①陰極反應式：__________________________， ②陽極反應式：__________， 如何通過實驗檢驗該電極產物？____________， ③總反應的化學方程式：__________________。,結束放映,返回導航頁,,,,欄目導引,(2

35、)閉合K2，電解一段時間后，如何操作才能使電解液恢復到電解前的狀態？_________。(3)閉合K1，鐵棒上發生的電極反應式是______，此時石墨棒周圍溶液pH如何變化？ (4)閉合K2，鐵棒不會被腐蝕，此種金屬的防護方法是__________________________。,【答案】,(5)閉合K1，鐵棒被腐蝕，此電化學腐蝕是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕？________，寫出其正極反應式____________________。