《（浙江選考）2020版高考化學一輪復習 專題六 第三單元 電解池 金屬的腐蝕與防護課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（浙江選考）2020版高考化學一輪復習 專題六 第三單元 電解池 金屬的腐蝕與防護課件.ppt（54頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、第三單元電解池金屬的腐蝕與防護,一 電解池的工作原理及應用,二 金屬的腐蝕與防護,教材研讀,突破一電解原理的應用,突破二原電池、電解池、電鍍池的比較,重難突破,突破三電化學定量計算與“多池組合”電池,一、電解池的工作原理及應用 1.電解原理 (1)概念 電解:在直流電的作用下,在兩電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。,教材研讀,電解池:將電能轉化為化學能的裝置。 陽極:與電源的正極相連的電極。 陰極:與電源的負極相連的電極。 (2)電解池的組成條件 直流電源;兩個電極(活性電極或惰性電極);電解質溶液(或熔融電解質);構成閉合回路。,(3)電子流向 (4)電解結果 在兩極上發(fā)生氧化、還原
2、反應,產生新的物質。 陽極上發(fā)生氧化反應;陰極上發(fā)生還原反應。,2.電解反應方程式的書寫 步驟一:定離子,寫電極反應。 先根據(jù)電解質的電離、水的電離,找出溶液中所有的離子;再結合離子放電順序,找出放電的離子,寫出電極反應。 如電解CuCl2溶液,溶液中有CuCl2電離出來的Cu2+、Cl-,水電離出來的H+、OH-;根據(jù)放電順序,放電能力是Cl- OH-,Cu2+H+,所以,陽極反應為2Cl--2e-Cl2,陰極反 應為Cu2++2e-Cu。,離子放電順序如下 (由難到易): 陽極(失電子):惰性電極(C、Pt)、F-、含氧酸根離子、OH-、Cl-、Br-、I-、 S2-、金屬電極 陰極(得電
3、子):K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+、H+(水)、Zn2+、Fe2+、Sn2+、Pb2+、H+(酸)、Cu2+、Fe3+、Hg2+、Ag+ 步驟二:兩電極反應相加,得電解反應方程式。 如電解CuCl2溶液,兩電極反應相加得電解反應:Cu2++2Cl- Cu+Cl2。,3.電解原理的應用 (1)冶煉活潑金屬 針對H+(水)之前的活潑金屬,應該用非水溶液電解法冶煉。例如:,3.電解原理的應用 (1)冶煉活潑金屬 針對H+(水)之前的活潑金屬,應該用非水溶液電解法冶煉。例如:,(2)氯堿工業(yè) a.概念:用電解飽和食鹽水的方法來制取NaOH、Cl2和H2,并以它們?yōu)樵仙a一系列化工產品的
4、工業(yè)體系,叫氯堿工業(yè)。 b.原理:陽極(石墨)為2Cl--2e-Cl2; 陰極(Fe)為2H++2e-H2; c.總反應為2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH-。 裝置:離子交換膜電解槽。其中離子交換膜是陽離子交換膜,Na+可以移,向陰極,而OH-卻不能移向陽極。,二、金屬的腐蝕與防護 1.金屬的腐蝕 (1)化學腐蝕:金屬與其他物質直接接觸發(fā)生氧化還原反應而引起的腐蝕。 (2)電化學腐蝕:不純的金屬或合金發(fā)生原電池反應,使較活潑的金屬失去電子被氧化而引起的腐蝕。電化學腐蝕又分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕。,(3)吸氧腐蝕與析氫腐蝕(以鋼鐵為例),2.金屬的防護 (1)改變金屬內部結構,使其穩(wěn)定。如
5、制成不銹鋼(鉻鋼、鎳鋼)。 (2)覆蓋保護層,使金屬與電解質溶液隔離,不能形成原電池。如涂油漆、涂油、電鍍、化學鍍、覆蓋搪瓷、表面鈍化(形成一層致密的氧化物保護膜)等。 (3)干燥,使其不能構成原電池。 (4)犧牲陽極的陰極保護法。如輪船上鑲嵌鋅板、鋼閘門連鋅塊等,構成原電池,比鐵活潑的鋅作負極。,(5)外加電流的陰極保護法被保護的金屬作陰極。,1.某小組為研究電化學原理,設計了甲、乙、丙三種裝置(C1、C2、C3均為石墨)。下列敘述正確的是(C),,A.甲、丙中化學能轉化為電能,乙中電能轉化為化學能 B.C1、C2分別是陽極、陰極;鋅片、鐵片上都發(fā)生氧化反應 C.C1上和C3上放出的氣體相同
6、,銅片上和鐵片上放出的氣體也相同 D.甲中溶液的pH逐漸增大,丙中溶液的pH逐漸減小,2.用惰性電極進行電解,下列說法正確的是(D) A.電解稀硫酸,實際上是電解水,故溶液的pH不變 B.電解稀氫氧化鈉溶液,要消耗OH-,故溶液的pH降低 C.電解硫酸鈉溶液,陰極上和陽極上生成產物的物質的量之比為12 D.電解氯化銅溶液,陰極上和陽極上生成產物的物質的量之比為11,,3.用惰性電極電解物質的量濃度相同、體積比為31的CuSO4溶液和NaCl溶液的混合溶液,不可能發(fā)生的反應是(C) A.2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2 B.Cu2++2Cl-Cu+Cl2 C.2Cl-+2H2O2OH-+
7、H2+Cl2 D.2H2O2H2+O2,,4.用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液,當陰極質量增加a g時,在陽極上產生b L氧氣(標準狀況),則M的相對原子質量是(C) A.B.C.D.,,突破一電解原理的應用,重難突破,1.電解時電極產物的判斷,2.電極反應式的書寫 (1)根據(jù)裝置書寫 根據(jù)電源確定陰、陽兩極確定陽極是否是活性電極根據(jù)電極類型及電解質溶液中陰、陽離子的放電順序寫出電極反應式。 在確保陰、陽兩極轉移電子數(shù)目相同的條件下,將兩極電極反應式合并即得總反應式。,(2)由氧化還原反應方程式書寫電極反應式 找出發(fā)生氧化反應和還原反應的物質兩極名稱和反應物利用得 失電子守恒分別寫出兩極反
8、應式。 若寫出一極反應式,而另一極反應式不好寫,可用總反應式減去已寫出的電極反應式即得另一電極反應式。,3.電解方程式的書寫 (1)必須在等號上標明通電或電解。 (2)只是電解質被電解,電解方程式中只寫電解質及電解產物。如電解CuCl2溶液:CuCl2 Cu+Cl2。 (3)只是水被電解,只寫水及電解產物即可。如電解稀硫酸、電解NaOH溶液、電解Na2SO4溶液時,電解方程式可以寫為2H2O 2H2+O2。 (4)電解質、水同時被電解,則都要寫進方程式。如電解飽和食鹽水:,2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH。,典例1某同學按如圖所示的裝置進行實驗,A、B為兩種常見金屬,它們的硫酸鹽
9、可溶于水。當K閉合時,在陰離子交換膜處S從右向左移 動。下列分析正確的是(D),,A.溶液中c(A2+)濃度減小 B.B極的電極反應式B-2e-B2+ C.y電極上有H2產生,發(fā)生還原反應 D.反應初期,x電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀,不久沉淀溶解,解析當K閉合時,在陰離子交換膜處S從右向左移動,說明A為負極, B為正極,原電池中負極A上金屬失電子發(fā)生氧化反應,生成金屬陽離子進入溶液導致溶液中c(A2+)增大,故A錯誤;B極溶液中的金屬陽離子得電子生成金屬單質,電極反應式為B2++2e-B,故B錯誤;右側裝置中連接 B的y極為陽極,連接A的x極為陰極,電解池工作時,y極上氯離子失電子,發(fā)生氧化反應
10、,電極反應式為2Cl--2e-Cl2,故C錯誤;右側裝置中x極 上發(fā)生的電極反應為2H++2e-H2,由于氫離子放電而氫氧根離子,不放電導致溶液呈堿性,鋁離子和氫氧根離子反應生成難溶性的氫氧化 鋁,隨著反應的進行,氫氧根離子濃度變大,氫氧化鋁和氫氧根離子反應生成偏鋁酸根離子,沉淀溶解,故D正確。,1-1某科研小組研究采用BMED膜堆(示意圖如下),模擬以精制濃海水為原料直接制備酸和堿。BMED膜堆包括陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜(A、D)。已知:在直流電源的作用下,雙極膜內中間界面層中的水發(fā)生電離,生成H+和OH-。下列說法錯誤的是(B),A.電極a連接電源的正極 B.B為陽離子交換膜
11、C.電解質溶液采用Na2SO4溶液可避免有害 氣體的產生,D.口排出的是淡水,,解析根據(jù)題干信息確定該裝置為電解池,陰離子向陽極移動,陽離子向陰極移動,所以電極a為陽極,連接電源的正極,A正確;水在雙極膜A內電離后,氫離子吸引陰離子透過B膜到B膜左側形成酸,B為陰離子交換膜,B錯誤;電解質溶液采用Na2SO4溶液,電解時生成氫氣和氧氣,可避免有害氣體的產生,C正確;海水中的陰、陽離子透過兩側交換膜向兩側移動,淡水從口排出,D正確。,1-2(1)二氧化氯(ClO2)為一種黃綠色氣體,是國際上公認的高效、廣譜、快速、安全的殺菌消毒劑。目前已開發(fā)出用電解法制取ClO2的新工藝。,圖中用石墨作電極,在
12、一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2。則陽極產生ClO2的電極反應式為。 電解一段時間,當陰極產生的氣體體積為112 mL(標準狀況)時,停止電解。通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為mol;用平衡移動原理解釋陰極區(qū)pH增大的原因:。,(2)為提高甲醇燃料的利用率,科學家發(fā)明了一種燃料電池,電池的一個電極通入空氣,另一個電極通入甲醇氣體,電解質是摻入了Y2O3的ZrO2 晶體,在高溫下它能傳導O2-。電池工作時正極反應式為。若以該電池為電源,用石墨作電極電解100 mL含有以下離子的溶液。,電解一段時間后,當兩極收集到相同體積(相同條件)的氣體時(忽略溶液體積的變化及電極產物可能存在的溶解現(xiàn)象
13、),陽極上收集到氧氣的物質的量為mol。 答案(1)Cl--5e-+2H2OClO2+4H+0.01在陰極發(fā)生反應2 H++2e-H2,H+濃度減小,使H2OH++OH-的平衡向右移動,OH-濃 度增大,pH增大 (2)O2+4e-2O2-0.1,解析(1)陽極失去電子,發(fā)生氧化反應。水電離產生的H+在陰極上放電產生氫氣,轉移電子的物質的量n(e-)=2n(H2)=2(0.112 L22.4 Lmol-1)=0.01 mol,則在內電路中移動的電荷為0.01 mol,每個Na+帶一個單位的正電荷,則通過的Na+為0.01 mol。(2)電池工作時,正極上O2得電子發(fā)生還原反應生成O2-。結合離
14、子濃度可知電解過程可分為三個階段:先是電解CuCl2、然后電解HCl、最后電解水,由此可見陰極首先析出 0.1 mol Cu(同時陽極生成0.1 mol Cl2),然后生成氫氣;陽極上先是生成 0.2 mol Cl2(此時陰極已生成0.1 mol H2),再生成氧氣,設陽極生成x mol O2,時兩極生成氣體體積相等,由題意可得:0.2+x=0.1+2x,解得x=0.1。,突破二原電池、電解池、電鍍池的比較,典例2如圖所示,某同學設計了一個燃料電池并探究氯堿工業(yè)原理和粗銅的精煉原理,其中乙裝置中X為陽離子交換膜。請按要求回答相關問題:,(1)甲烷燃料電池負極反應式是。 (2)石墨(C)極的電極
15、反應式為。 (3)若在標準狀況下,有2.24 L氧氣參加反應,則乙裝置中鐵極上生成的氣體體積為L;丙裝置中陰極析出銅的質量為g。 (4)某同學利用甲烷燃料電池設計電解法制取漂白液或Fe(OH)2的實驗裝置如圖所示。,若用于制漂白液,a為電池的極,電解質溶液最好用。 若用于制Fe(OH)2,使用硫酸鈉作電解質溶液,陽極選用作電極。,答案(1)CH4-8e-+10OH- C+7H2O (2)2Cl--2e- Cl2 (3)4.4812.8 (4)負飽和氯化鈉溶液或食鹽水鐵,解析(1)甲烷燃料電池負極上發(fā)生氧化反應,即甲烷在負極上被氧化,在KOH溶液中甲烷被氧化的產物為碳酸鉀,負極反應式為CH4-8
16、e-+10OH- C+7H2O。(2)原電池的負極與電解池的陰極相接,鐵極為陰 極,則C極為陽極,在C極上發(fā)生氧化反應,電極反應式為2Cl--2e- Cl2 。(3)n(O2)==0.1 mol,甲池中正極反應式為O2+4e-+2H2O 4OH-,經(jīng)過甲、乙、丙裝置的電子的物質的量為0.4 mol。鐵極為 陰極,發(fā)生還原反應,電極反應式為2H2O+2e- 2OH-+H2,n(H2)=,=0.2 mol,V(H2)=0.2 mol22.4 Lmol-1=4.48 L。丙池中精銅為陰 極,發(fā)生還原反應,電極反應式為Cu2++2e- Cu,n(Cu)==0.2 mol, m(Cu)=0.2 mol6
17、4 gmol-1=12.8 g。(4)漂白液的有效成分是次氯酸鈉,制備原理是2Cl-+2H2O 2OH-+Cl2+H2,Cl2+2OH- Cl-+ClO-+H2O,氣體與液體反應,氣體應在下端產生,所以該裝置的B端為陽極,A端為陰極,陰極與電源負極相連,故a極為負極;電解質溶液最好用飽和氯化鈉溶液。若制備氫氧化亞鐵,用硫酸鈉溶液作電解質溶液,應選用鐵作陽極。,2-1某同學用下圖所示裝置進行銅的電解精煉實驗(粗銅中有鋅、鐵、鎳、銀等雜質,部分導線未畫出),下列說法正確的是(B) A.a應與c相連接,b應與d相連接 B.電解一段時間,b與d兩極析出物質的物 質的量相等 C.電解一段時間,b極附近
18、溶液的pH減小 D.電解過程中,Y池中Cu2+的濃度始終不變,,解析X池中Zn為負極,接Y池的純銅,X池中Cu為正極,接Y池的粗銅,故A錯誤;b極電極反應式為2H++2e- H2,d極電極反應式為Cu2++2e- Cu,所以電解一段時間后,b、d兩極析出物質的物質的量相同,故B 正確;b極電極反應式為2H++2e- H2,電解一段時間后b極附近溶液 pH增大,故C錯誤;粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質,電解過程中Y池中Cu2+濃度減小,故D錯誤。,2-2依據(jù)下面的甲、乙、丙三圖,判斷下列敘述不正確的是(B) A.甲是原電池,乙是電鍍裝置 B.甲、乙裝置中,鋅極上均發(fā)生氧化反應 C.乙裝置中,銅極因
19、發(fā)生氧化反應而溶解 D.乙裝置中,c(Cu2+)不變,丙裝置中,c(Cu2+)減小,解析甲是銅鋅原電池,乙是在Zn片上鍍銅的電鍍池,丙是銅的精煉裝置。,,突破三電化學定量計算與“多池組合”電池 電化學定量計算的方法,典例3用石墨作電極電解200 mL CuSO4溶液,電解過程中電子轉移的物質的量n(e-)與產生氣體的體積V(標準狀況)的關系如圖所示(假設溶液體積不變)。下列說法正確的是(C),,A.電解前CuSO4溶液中溶質的物質的量濃度為2 molL-1 B.電解后所得溶液中c(H+)=4 molL-1 C.當n(e-)=0.6 mol時,V(H2)V(O2)=23 D.向電解后的溶液中加入
20、16 g CuO,則溶液可恢復為電解前的濃度,解析從曲線的變化趨勢可知,當轉移0.4 mol e-時,CuSO4消耗完,由Cu2++2e- Cu可求得電解前CuSO4的物質的量為0.2 mol,其濃度為1 molL-1, A錯誤。電解后得到稀硫酸,根據(jù)硫原子守恒可知n(H2SO4)=0.2 mol, n(H+)=0.4 mol,則c(H+)=2 molL-1,B錯誤。當n(e-)=0.6 mol時,陰極先發(fā)生反應:Cu2++2e- Cu(轉移0.4 mol e-),再發(fā)生反應:2H++2e- H2,生 成0.1 mol H2,陽極只發(fā)生反應:2H2O-4e-4H++O2,生成0.15 mol
21、O2, 故V(H2)V(O2)=23,C正確。如果電解過程中僅發(fā)生反應:2CuSO4+ 2H2O 2Cu+2H2SO4+O2,加入0.2 mol CuO可使電解質溶液恢復為電,解前的濃度,實際上電解后期還發(fā)生反應:2H2O 2H2+O2,故D錯誤。,3-1用惰性電極電解100 mL 3 molL-1的Cu(NO3)2溶液,一段時間后在陽極收集到標準狀況下氣體1.12 L,停止電解,向電解后的溶液中加入足量的鐵粉,充分作用后溶液中Fe2+濃度為(設溶液體積不變)(B) A.3 molL-1B.2.75 molL-1 C.2 molL-1D.3.75 molL-1,,解析陽極反應式為2H2O-4e
22、-4H++O2,陰極反應式為Cu2++2e- Cu,陽極生成的氣體為氧氣,氧氣的物質的量為1.12 L22.4 L mol-1=0.05 mol,則電解后溶液中生成的HNO3的物質的量為0.2 mol,電解后溶液中硝酸銅的物質的量為0.1 L3 molL-1-0.1 mol =0.2 mol,硝酸與足量的鐵反應生成硝酸亞鐵,反應的化學方程式為8HNO3+3Fe3Fe(NO3)2+2 NO+4H2O,故0.2 mol HNO3與Fe反應生成Fe(NO3)2的物質的量為0.2 mol=0.075 mol,硝酸銅與鐵反應生成硝酸亞鐵,離子方程式為Fe+Cu2+ Fe2++Cu,故0.2 mol硝酸銅
23、與Fe反應生成Fe(NO3)2的物質的量為0.2,mol,反應后溶液中Fe2+的物質的量為0.2 mol+0.075 mol=0.275 mol,Fe2+濃度為=2.75 molL-1,選B。,3-2某小組用下圖裝置進行實驗,下列說法正確的是(D),,A.鹽橋中的電解質可以用KCl B.閉合K,外電路電流方向為Fe電極石墨電極 C.閉合K,石墨電極上只生成銅 D.導線中通過0.15 mol e-時,向CuSO4溶液中加入5.55 g Cu2(OH)2CO3,CuSO4溶液可恢復原組成,解析由于KCl能和AgNO3反應產生沉淀,因此鹽橋中的電解質不能用KCl,故A錯誤;閉合K,鐵比銀活潑,鐵為負
24、極,與鐵相連的石墨為陰極,所以外電路電流方向為石墨電極Fe電極,故B錯誤;閉合K,與鐵相連的石墨為陰極,發(fā)生還原反應,首先發(fā)生Cu2++2e- Cu,析出Cu,待Cu2+消耗 完后發(fā)生2H++2e- H2,放出氫氣,故C錯誤;CuSO4溶液中n(Cu2+)=0.0 5 mol,完全消耗時轉移電子數(shù)為0.1 mol,導線中通過0.15 mol e-,說明有H+在陰極放電,電解CuSO4溶液的總反應式為2Cu2++2H2O 2Cu+O2+ 4H+,溶液中減少的是2Cu和O2(相當于2CuO),需要補充0.05 mol CuO,電,解水的總反應式為2H2O 2H2+O2,轉移電子數(shù)為0.05 mol時消耗 0.025 mol H2O,Cu2(OH)2CO3可寫為2CuOH2OCO2,所以向CuSO4溶液中加入0.025 mol222 g/mol=5.55 g Cu2(OH)2CO3,CuSO4溶液可恢復原組成,故D正確。,
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