高三化学-一轮复习-63-电解池-金属的腐蚀与防护课件-新人教.ppt

1、第第3 3节电解池金属的腐蚀与防护节电解池金属的腐蚀与防护-2-考纲要求:1.了解电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。-3-基础梳理考点突破考点一电解原理1.电解2.电解池(1)定义:电解池是把电能转变为化学能的装置。(2)电解池的构成条件。有外接直流电源。有与电源相连的两个电极。形成闭合回路。电解质溶液或熔融电解质。-4-基础梳理考点突破(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)。(4)电解原理示意图-5-基础梳理考点突破自主巩固1.判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)电解质溶液导电的过程一定发

2、生氧化还原反应()(2)电解质电离就是电解质导电的过程()(3)电离是物理变化,而电解是化学变化,且电离是电解的前提()(4)Zn+H2SO4ZnSO4+H2只能设计成原电池,不能设计成电解池()-6-基础梳理考点突破2.下图图是原电池,图是电解池,图中Zn电极为阴极;电子由电源负极到Zn电极,在Zn电极与溶液中的Cu2+结合生成Cu,发生还原反应;溶液中的Cu2+、H+向Zn电极移动,、OH-向C电极移动,OH-在C电极失电子生成O2,发生氧化反应。-7-基础梳理考点突破1.判断电解池阴、阳极的常用方法-8-基础梳理考点突破2.离子放电顺序与惰性电极电解电解质溶液的类型-9-基础梳理考点突破

3、3.以惰性电极电解电解质溶液的规律-10-基础梳理考点突破-11-基础梳理考点突破例1(1)(2014海南化学,3)以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小(2)(-12-基础梳理考点突破(3)(-14-基础梳理考点突破-15-基础梳理考点突破-16-基础梳理考点突破思维建模:电解池电极反应式的书写步骤与方法一判判断电解池的阴、阳极|二看看清电解池的阳极材料是惰性电极还是活性电极(除Au、Pt外的金属电极一般为活性电极)|三写化合物阳离子放电顺序:Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2

4、+Zn2+H+(水)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+-17-基础梳理考点突破跟踪训练1.(2013北京理综,9)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。下列分析正确的是()A.a端是直流电源的负极B.通电使CuCl2发生电离C.阳极上发生的反应:Cu2+2e-CuD.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体 答案解析解析关闭阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动,可知a为负极、b为正极,A选项正确;阳极发生失电子的反应生成Cl2、阴极发生得电子的反应生成Cu,C、D选项错误;电解质的电离与是否通电无关,B选项错误。答案解析关闭A-18-基础梳理考点突破2.(答案解析解析关闭由总反应方程式可知,

5、I-在阳极放电,H+在阴极放电,故石墨应作阳极,不锈钢作阴极;电解过程中溶液的pH基本不变;由关系式KIKIO36e-可知,转移3 mol e-时,理论上可制得107 g KIO3。答案解析关闭C-19-基础梳理考点突破3.(答案解析解析关闭 答案解析关闭-20-基础梳理考点突破4.(1)(2014北京理综,26节选)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如下图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是,说明理由:。-21-基础梳理考点突破(2)(2013天津、福建理综)电化学法利用H2S废气制取氢气的过程的示意图如图。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是;反应池中

6、发生反应的化学方程式为。反应后的溶液进入电解池,阳极的电极反应为;电解总反应的离子方程式为。-22-基础梳理考点突破-23-基础梳理考点突破-24-基础梳理考点突破考点二电解原理的应用1.电解饱和食盐水-25-基础梳理考点突破2.电解精炼铜-26-基础梳理考点突破3.电镀铜-27-基础梳理考点突破4.电冶金-28-基础梳理考点突破自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)电解精炼铜时,两极得失电子数一定相同()(2)电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变()(3)电解精炼铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变()(4)电解精炼铜时,阳极泥中的金属没有得失电子()(5)电解冶炼镁、铝通

7、常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3()(6)氯碱工业阴极产物只有H2()-30-基础梳理考点突破电解原理应用的四点注意1.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,这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。2.电解或电镀时,电极质量减少的电极必为金属电极阳极;电极质量增加的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。3.电解精炼铜,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子,变成金属阳离子进入溶液,其他活泼性弱于铜的杂

8、质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会逐渐减小。4.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,因此电镀液的浓度保持不变。-31-基础梳理考点突破例2(答案解析解析关闭 答案解析关闭-32-基础梳理考点突破例3(1)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中,粗铜板是图中电极(填图中的字母);在电极d上发生的电极反应为;若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形式和位置为。-33-基础梳理考点突破(2)(2013山东理综,28节选)右图为电解精炼银的示意图,(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体产生,则生

9、成该气体的电极反应为。-34-基础梳理考点突破-35-基础梳理考点突破方法技巧:电化学计算技巧原电池和电解池的计算,主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算,根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等。在进行有关计算时,可运用以下基本方法:(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算。用于串联电路中阴阳两极产物、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。用于混合溶液中电解的分阶段计算。-36-基础梳理考点突破(3)根据关系式计算。根据得失电子守恒定律关系建

10、立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示:在电化学计算中,还常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19 C来计算电路中通过的电量。-37-基础梳理考点突破跟踪训练1.(答案解析解析关闭 答案解析关闭-38-基础梳理考点突破 答案解析解析关闭 答案解析关闭-39-基础梳理考点突破3.(答案解析解析关闭 答案解析关闭-40-基础梳理考点突破4.(-41-基础梳理考点突破(2)阻止OH-进入

11、阳极室,与Cl2发生副反应:以便得到纯度更高的氢氧化钠溶液阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸(3)ad-42-基础梳理考点突破解析:(1)电解饱和食盐水时,溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出,使附近的水溶液显碱性,溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子产生Cl2。反应的离子方程式是(2)图中的离子交换膜只允许阳离子通过,是阳离子交换膜,可以允许阳离子通过,不能使阴离子通过,这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室与氯气发生反应,阻止Cl-进入阴极室,使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)随着电解的进行,溶质NaC

12、l不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从阳极补充,即从图中a位置补充,由于阴极H+不断放电,附近的溶液显碱性,氢氧化钠溶液从图中d位置流出;水不断消耗,所以从b口不断加入蒸馏水,从c位置流出的是稀的NaCl溶液。-43-基础梳理考点突破考点三金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。-45-基础梳理考点突破2.化学腐蚀与电化学腐蚀-46-基础梳理考点突破3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀-47-基础梳理考点突破4.金属防护的三种方法方法一电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法原电池原理。负极:比被保护金属活泼的金属;正极:被保护的金属。(2)外加电流的阴

13、极保护法电解池原理。阴极:被保护的金属;阳极:惰性金属。-48-基础梳理考点突破方法二加保护层如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料;采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或其氧化物。方法三改变金属的内部结构如把铬、镍等金属添加到普通钢中冶炼成不锈钢。-49-基础梳理考点突破自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)(2014天津理综)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性()(2)(2014江苏化学)若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的腐蚀()(3)(2013江苏化学)电解法精炼铜时,以粗铜作阴极,纯铜作阳极()(4)(2013四川理综

14、)用铜作电极电解CuSO4溶液:2Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+()-50-基础梳理考点突破(5)(2012山东理综)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准状况),理论上需要转移NA个电子(NA表示阿伏加德罗常数的值)()(6)(2012广东理综)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致()(7)(2012江苏化学)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈()-51-基础梳理考点突破判断金属腐蚀快慢的规律(1)纯度越高的金属,腐蚀的速率越慢。(2)不纯的金属或合金,在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。(3)对于活动性不同的两种金属的合金,活动性差别越大,氧

15、化还原反应速率越快,活泼金属腐蚀越快。(4)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序:电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀应用原电池原理有保护措施的腐蚀应用电解原理有保护措施的腐蚀。或电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极。(5)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序:强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。-52-基础梳理考点突破例4(-53-基础梳理考点突破(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为。(5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中,负

16、极是(填图中字母“a”或“b”或“c”);环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl,其离子方程式为;若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为 L(标准状况)。-54-基础梳理考点突破(3)催化剂通过降低反应的活化能,加快反应速率,故A、B项正确;催化剂不能改变反应的焓变,也不能改变反应的平衡常数,C、D项错误。(4)Ag2O与CuCl的复分解反应为-55-基础梳理考点突破(5)在图中铜被腐蚀,由单质变为Cu2+,可知铜为负极。在铜的吸氧腐蚀中,负极反应产物为Cu2+,正极反应产物为OH-,二者与Cl-反应的离子方程式为4

17、.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为则铜被腐蚀失去电子的物质的量为n(e-)=220.02 mol=0.08 mol;根据电子守恒可知,耗氧的物质的量为n(O2)=0.02 mol,则标准状况下V(O2)=0.02 mol22.4 Lmol-1=0.448 L。-56-基础梳理考点突破易错警示:影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和介质两个方面。就金属本身的性质来说,金属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大,如果金属在潮湿的空气中,接触腐蚀性气体或电解质溶液,都容易被腐蚀。由于在通常情况下,金属表面不会遇到酸性较强的溶液,所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,因此,

18、电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀,但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。-57-基础梳理考点突破跟踪训练1.(答案解析解析关闭D项,铝具有很强的抗腐蚀能力,是因为铝易被空气中的氧气氧化生成一层致密的氧化物保护膜,保护内部金属不被腐蚀。答案解析关闭D-59-基础梳理考点突破2.(答案解析解析关闭 答案解析关闭-60-基础梳理考点突破3.糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、木炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是()A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期B.脱氧过程中铁作

19、原电池正极,电极反应为Fe-3e-Fe3+C.脱氧过程中碳作原电池负极,电极反应为2H2O+O2+4e-4OH-D.含有1.12 g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)答案解析解析关闭 答案解析关闭-61-基础梳理考点突破4.(1)(2014广东理综,32节选)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐。完成如图防腐示意图,并作相应标注。(2)(2014福建理综,24节选)右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。该电化学腐蚀称为。图中A、B、C、D四个区域,生成铁锈最多的是(填字母)。答案解析解析关闭 答案解析关闭-62-考情分析解题策略(六六)电化学原理综合考

20、查电化学原理综合考查将原电池和电解池结合在一起,综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识,是高考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通常有以下几个方面:电极的判断、电极反应式及电池反应总方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、溶液pH的变化、电解质溶液的恢复及运用得失电子守恒进行相关计算等。-63-考情分析解题策略1.多池串联装置中电池类型的判断(1)直接判断。非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中时,则其他装置为电解池。如下图:A为原电池,B为电解池。-64-考情分析解题策略(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断。原电池一般是两种

21、不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒做电极;而电解池则一般都是两个惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。原电池(燃料电池除外)中的负极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液进行自发反应。如图:B为原电池,A为电解池。-65-考情分析解题策略(3)根据电极反应现象判断。在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型,如图:若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。-66-考情分析解题策略2.有关概念

22、的分析判断在确定了原电池和电解池后,有关概念的分析和判断如:电极的判断、电极反应式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、溶液pH的变化及电解质溶液的恢复等,只要按照各自的规律分析就可以了。-67-考情分析解题策略-68-考情分析解题策略-69-考情分析解题策略-70-考情分析解题策略(2)非水溶液中的电极反应式书写。步骤与水溶液中类似,只是步骤4中改用题中所给阴、阳离子配平电荷。(3)分析实验现象、判断电极反应式的正误。分析电极及电极附近的pH及实验现象时,要从电极反应式入手;分析电解质溶液的pH及实验现象时,要从电池反应入手。-72-考情分析解题策略4.电解池电极反应式的书写电解池电

23、极反应式的书写可总结为五步:一判、二看、三分、四写、五平。一判:判断阴、阳极。二看:阳极要看清电极材料。对于铁、铝、铜、银等活泼电极,则阳极金属电极失电子变成阳离子进入溶液(Fe变成Fe2+),阴离子不失电子;如果是惰性电极(Pt、Au、石墨等)材料,应是溶液中的阴离子失电子。三分:将离子分成阳离子组、阴离子组(注意:水溶液中一定不要漏掉H+、OH-),阳离子向阴极移动,在阴极得电子;阴离子向阳极移动,在阳极失电子。根据得失电子能力对离子排序,得电子能力:Ag+Fe3+Cu2+H+;失电子能力:S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根。-73-考情分析解题策略四写:由放电顺序及信息确定放电产物和电

24、极反应式。五平:配平方法与原电池电极反应式基本相同:找化合价变化的物质、确定电极产物、配平除氢、氧之外的其他原子、依据电荷守恒配平电荷、依据氢守恒配平氢原子、用氧原子检查配平情况。5.电化学综合装置中的有关计算原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒,分析时要注意两点:串联电路中各支路电流相等;并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。-74-考情分析解题策略如图中装置甲是原电池,乙是电解池,若电路中有0.2 mol 电子转移,则Zn极溶解6.5 g,Cu极上析出H2 2.24 L(标准状况),Pt极上析出Cl2 0.1 mol,C极上析出Cu 6

25、.4 g。甲池中H+被还原,产生H2,负极Zn被氧化生成ZnSO4溶液,pH变大;乙池中是电解CuCl2溶液,由于Cu2+浓度的减小使溶液pH微弱增大,电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。-75-考情分析解题策略典例如图装置闭合电键K时,电流计A的指针将发生偏转。试回答:(1)丙池是(填“原电池”或“电解池”),d极的电极反应式为。(2)乙中Cu极的电极反应是;若电路中有0.02 mol电子通过,则乙中b电极的质量增加 g。-76-考情分析解题策略(3)闭合电键K一段时间后,丙池中电解质没有耗完,则丙池中发生反应的总化学方程式是,检验c极气体产物的方法是,要想使电解液恢复到电解前的状态

26、,方法是。若电解氯化钠溶液500 mL,当两极放出气体在标准状况下共1.12 L时,恢复至室温,溶液的pH为。(设溶液体积保持不变)若丙池中c极接甲池中的a极,d极接乙池中的b极,闭合K,一段时间后,能否得到氯气?(填“能”或“不能”)。-77-考情分析解题策略解析:(1)甲和乙形成原电池,所以丙池属于电解池;d极为阴极,发生还原反应:2H+2e-H2。(2)乙中Cu极的电极反应是Cu2+2e-Cu,电路中有0.02 mol电子通过时,b电极的质量增加0.64 g(即0.01 mol)。(3)丙池是电解氯化钠溶液,c极气体产物是氯气,检验氯气用湿润的淀粉碘化钾试纸。根据电解反应式,要想电解液复

27、原,通入适量的氯化氢即可。根据电解方程式2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2知,当两极放出气体在标准状况下共1.12 L时,生成NaOH的物质的量为0.05 mol,又溶液的体积为500 mL,故可得溶液的pH为13。按要求连接后,铁为阳极,铁失去电子,溶液中氯离子不放电,得不到氯气。-78-考情分析解题策略答案:(1)电解池2H+2e-H2(2)Cu2+2e-Cu0.64(3)2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2+H2在c极附近放湿润的淀粉碘化钾试纸,试纸变蓝,则证明有氯气生成(答案合理即可)通入适量的氯化氢13不能-80-考情分析解题策略跟踪训练1.(2014广东理综,11)某

28、同学组装了如图所示的电化学装置,电极为Al,其他均为Cu,则()A.电流方向:电极A电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应:Cu2+2e-Cu 答案解析解析关闭 答案解析关闭-81-考情分析解题策略2.(答案解析解析关闭甲池Al能与NaOH溶液反应,所以为原电池,乙池Pt、C均不与NaOH溶液反应,故乙池为电解池,电流表指针偏转。甲池中Mg为正极,产生H2,Al为负极溶解,Pt作阴极产生H2,C作阳极产生O2,甲池消耗NaOH,pH减小,乙池消耗水,pH增大。根据电子转移数目相等,则Mg、C两极产生的H2、O2体积比为2 1,在一定条件下可以完全反应。答案解析关闭D-82-

29、考情分析解题策略3.下图为相互串联的甲、乙两个电解池。试回答:(1)若甲池利用电解原理在铁上镀银,则A是、(依次填电极材料和电极名称),电极反应是;B是、(依次填电极材料和电极名称),电极反应是;应选用的电解质溶液是。(2)若甲池阴极增重43.2 g且乙池中阴极上一直都有气体产生,则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积是 L。答案解析解析关闭 答案解析关闭-83-考情分析解题策略4.新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4和O2,电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行电解饱和氯化钠溶液的实验,如图所示。-84-考情分析解题策略回答下列问题:(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应式分别为、;(2)闭合K开关后,a、b电极上均有气体产生,其中b电极上得到的是,电解氯化钠溶液的总反应方程式为;(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电量为(法拉第常数F=9.65104 Cmol-1,列式计算),最多能产生的氯气体积为 L(标准状况)。-85-考情分析解题策略