第八章 学案39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护(11页).doc

-第八章 学案39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护-第 11 页学案39电解池金属的电化学腐蚀与防护考纲要求，写出电极反应和电池反应方程式。、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。知识点一电解池、电解原理1电解原理(1)电解：使_通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在_引起_的过程。(2)电解池(也叫电解槽)：把_能转化为_能的装置。(3)电极名称与电极反应：与电源正极相连的为_，发生_反应；与电源负极相连的为_，发生_反应。2电解CuCl2溶液(如右图所示)(1)阳极反应：_(2)阴极反应：_(3)总方程式：_问题思考1电解质的电离和溶液的导电有什么联系？2电解池的阴、阳极与电极材料有什么关系？知识点二电解原理的应用1电解饱和食盐水(1)电极反应阳极反应式：_(_反应)阴极反应式：_(_反应)(2)总反应方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2离子反应方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)应用：氯碱工业制_、_和_。2电镀右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作_极，镀层金属银作_极。(2)电解质溶液是_。(3)电极反应：阳极：_；阴极：_。(4)特点：_极溶解，_极沉积，电镀液的浓度_。3电解精炼铜(1)电极材料：阳极为_；阴极为_。(2)电解质溶液：含Cu2的盐溶液。(3)电极反应：阳极为_；阴极为_。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)2NaCl2电极反应：阳极：_，阴极：_。(2)冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O2电极反应：阳极：_，阴极：_。问题思考3如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物？4电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？5用惰性电极电解，若要使电解后的溶液复原，应怎样操作？知识点三金属的腐蚀和防护1金属腐蚀的本质金属原子_变为_，金属发生_。2金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟_接触不纯金属或合金跟_接触现象_电流产生_电流产生本质金属被_较活泼金属被_联系两者往往同时发生，_腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：析氢腐蚀吸氧腐蚀条件电极反应负极正极总反应式联系_更普遍问题思考6铁锈是怎样形成的？3金属的防护(1)电化学防护牺牲阴极的阳极保护法_原理a_：比被保护金属活泼的金属；b_：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法_原理a_：被保护的金属设备；b_：惰性金属。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。一、电解池的电极及电极产物的判断1如何分析电解池中的两极变化？2如何判断电解池的电极产物及书写电极反应式和总反应式？典例导悟1将含有KCl、CuCl2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。有以下结论：溶液中几乎没有Cl电解质溶液为无色最终溶液显碱性K、Na、SO的浓度几乎没有变化正确的是(设全部气体从溶液中出)()AB仅CD均正确听课记录：二、电解类型及有关计算1用惰性电极电解电解质溶液的类型如下表所示：类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴：4H4e=2H2阳：4OH4e=2H2OO2NaOH H2SO4 Na2SO4电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HClCuCl2放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：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。典例导悟2(1)用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后， mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_ mol。(2) mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为_ mol。(3) mol Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为_ mol。3比较金属腐蚀快慢判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解池原理引起的腐蚀>_引起的腐蚀>_腐蚀>有防护措施的腐蚀。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越_。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度_，腐蚀越快。典例导悟3下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()A>>>B>>>C>>> D>>>题组一电解原理及其应用1(2011·上海，16)用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是()A用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D用带火星的木条检验阳极产物2(2010·海南，9改编)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()A电解时以精铜作阳极B电解时阴极发生氧化反应C粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu2e=Cu2D电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥3.(2010·全国理综，29)右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：，酸色红色，碱色黄色)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)；A管溶液由红变黄 B管溶液由红变黄A管溶液不变色B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：_；(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_；(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。题组二金属的电化学腐蚀和防护4(2011·北京理综，8)结合下图判断，下列叙述正确的是()A和中正极均被保护B和中负极反应均是Fe2e=Fe2C和中正极反应均是O22H2O4e=4OHD和中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色沉淀5(2011·山东理综，15)以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是()A未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用6(2011·浙江理综，10)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)，如右图所示。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()A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O22H2O4e=4OHC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Cu2e=Cu27(2010·北京理综，6)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铁遇冷浓硝酸表面钝化，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Fe3e=Fe3题号124567答案题组三电解的规律及有关计算8(2009·全国理综，28)下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：电源的N端为_极；电极b上发生的电极反应为_；列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积。电极c的质量变化是_g；电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：甲溶液_；乙溶液_；丙溶液_；(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？题组一电解原理及其应用1(2011·大同质检)如图a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解(电解液足量)。下列说法正确的是()A甲中a的电极反应式为4OH4e=O22H2OB电解时向乙中滴入酚酞溶液，c电极附近变红C向乙中加入适量盐酸，溶液组成可以恢复D当b极有64 g Cu析出时，c电极产生2 g气体题组二电解的规律及有关计算2500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)6 mol·L1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体 L(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是()A原混合溶液中c(Na)6 mol·L1B电解后溶液中c(H)4 mol·L1C上述电解过程中共转移8 mol电子D电解后得到的Cu的物质的量为2 mol3用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后， mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。则电解过程中转移的电子的物质的量为()A mol B molC mol D mol题组三金属的电化学腐蚀与防护4铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是()A正极的电极反应式为：2H2e=H2B此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此过程中铜并不被腐蚀D此过程中电子从Fe移向Cu题号1234答案5.如图水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察。(1)若试管内液面上升，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应：负极：_；正极：_。(2)若试管内液面下降，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，电极反应：负极：_；正极：_。题组四实验探究6下列四种装置中，盛200 mL mol·L1硫酸铜溶液盛200 mL mol·L1硫酸盛200 mL氯化锌溶液盛200 mL氯化钾溶液(1)上述四种装置中，为电解池的是_(用编号回答)，装置中两电极的电极反应式分别是_(注明电极名称)；(2)用离子方程式回答：通电时装置中的总反应式是_，溶液中可能发生的副反应是_；(3)工作一段时间后， mol电子，则上述四种装置中溶液pH最小的是_(用编号回答，溶液体积变化忽略不计)；(4)若将装置中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，则Fe极上发生的反应是_，C极上发生的反应是_。学案39电解池金属的电化学腐蚀与防护【课前准备区】知识点一1(1)电流阴、阳两极氧化还原反应(2)电化学(3)阳极氧化阴极还原2(1)2Cl2e=Cl2(2)Cu22e=Cu(3)CuCl2CuCl2知识点二1(1)2Cl2e=Cl2氧化2H2e=H2还原(3)烧碱氯气氢气2(1)阴阳(2)AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的溶液(3)Age=AgAge=Ag(4)阳阴不变3(1)粗铜纯铜(3)Cu2e=Cu2Cu22e=Cu4(1)2Cl2e=Cl22Na2e=2Na(2)6O212e=3O24Al312e=4Al知识点三1失去电子金属阳离子氧化反应2(1)化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH)水膜酸性很弱或中性电极反应负极Fe2e=Fe2正极2H2e=H2O22H2O4e=4OH总反应式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍3.(1)原电池a负极b正极电解a阴极b阳极问题思考1溶液的导电，首先要有电解质的电离，大家知道，非电解质的水溶液并不导电，就是因为溶液中没有自由离子。因此，电解质溶于水就发生电离，产生了自由离子，该溶液就可以导电。电解质的导电过程就是其电解过程。2电解池的阴、阳极取决于外接电源的正负极，与电极材料的金属活动性无关。3向饱和食盐水中滴加几滴酚酞，电解后阴极区域溶液变红，证明有NaOH生成；用两支试管分别收集两极气体，阳极产物用湿润的淀粉KI试纸验证，阴极产物用爆鸣实验验证。4放H2生碱型的实质是水电离出的H放电，破坏了水的电离平衡，使OH浓度增大，放O2生酸型的实质是水电离出的OH放电，破坏了水的电离平衡，使H浓度增大。5用惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物。6铁被腐蚀后，一般会生成铁锈，其原因是：随着析氢腐蚀进行，溶液中c(H)降到一定浓度后，则发生吸氧腐蚀，发生的反应为2Fe4e=2Fe2，2H2OO24e=4OH，Fe22OH=Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(铁锈)(3x)H2O。【课堂活动区】一、，首先要看清楚电解池的电极，一般Pt、Au、石墨为惰性电极，其他的金属电极均为非惰性电极；与电源正极相连的是电解池的阳极，金属电极或电解质提供的自由移动的阴离子将在该极上失电子发生氧化反应；与电源负极相连的是电解池的阴极，电解质提供的自由移动的阳离子在该极上得电子发生还原反应。2首先要看清楚电解池的电极。在阳极：如果阳极是活泼金属(除金、铂外)形成的活性电极，则电解时，阳极是电极放电，即电极溶解变为金属阳离子；如果是惰性电极，可以按下列步骤分析电极反应：(1)分析电解质水溶液的组成，找全离子并分为阴、阳两组。(2)分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出各电极的电极反应式。阳极电极式的书写：溶液中，阴离子放电顺序为S2>I>Br>Cl>OH>含氧酸根>F。按此顺序依次放电，若溶液中有Cl和OH，则Cl先放电，反应为2Cl2e=Cl2，只有当Cl反应完了才发生反应：4OH4e=O22H2O。阴极电极式的书写：直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中Ag>Fe3>Cu2>H>Fe2>Zn2>Al3>Mg2>Na。其电极反应式为Mnne=M。(3)分析各电极反应，找出放电物质(或离子)的来源，写出总反应方程式。二、1.类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴：4H4e=2H2阳：4OH4e=2H2OO2NaOH水增大增大加水H2SO4水增大减小加水Na2SO4水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大通氯化氢CuCl2电解质减小加氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小加氧化铜3.(1)原电池原理化学(3)快(4)越大典例导悟1A2(1)(2)(3)解析(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2 mol mol。(2) mol Cu(OH)2 mol Cu(OH)2 mol mol H2 mol。(3) mol Cu2(OH)2CO3 mol mol H2 mol CO2 mol。3A在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速率大大减小，所以装置中的铁被腐蚀的速率比中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如Sn、Cu等连接起来，则被腐蚀的速率增大，所以在容器中铁比容器中的铁腐蚀得快。容器是一个电镀池，在这里铁是阳极，不断以Fe2的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器中的铁被腐蚀速率是最快的。综上分析，铁被腐蚀的快慢顺序为>>>。【课后练习区】高考集训1B电解氯化铜溶液的总反应式为CuCl2CuCl2，阴极产物为Cu，阳极产物为Cl2，所以C、D错误；若将铜片连接到电源正极上，则发生反应Cu2e=Cu2，显然与从废液中提取铜的主旨是相违背的，故A错，B正确。2D电解时粗铜作阳极，与电源正极相连，失电子发生氧化反应；精铜作阴极，与电源负极相连，得电子发生还原反应，A、B、C均错误；因为在金属活动性顺序表中Ag、Pt排在Cu的后面，所以电解时Ag、Pt不会失电子，D正确。3(1)(2)2H2e=H2(或2H2O2e=2OHH2)Mg22OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(写2H2O4e=4HO2同样给分)(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(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)解析该电解池A为阴极，反应式为2H2e=H2，B为阳极，电极反应式为4OH4e=O22H2O，A管附近产生OH，故溶液由红变黄，B管附近产生H溶液仍呈红色，A管附近产生的OH与Mg2结合生成Mg(OH)2沉淀。但停止电解后，生成的Mg(OH)2与H反应，白色沉淀溶解，溶液仍呈红色。检验a管中产生的H2的方法是：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，证明是H2；检测b管中产生的O2的方法是：用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带火星的木条伸入试管内复燃，证明是O2。4AA项两个装置都是原电池，负极都是活泼金属，根据原电池原理可知，原电池对正极起到了保护作用，故A正确；B项中的负极反应为Zn2e=Zn2，故B错误；C项中的正极反应为2H2e=H2，故C错误；D项中不能生成蓝色沉淀。5CA项，未通电时是原电池，但电镀过程并不是原电池的充电过程，故A错误；B项，消耗锌时转移的电子与通过的电量有确定的关系，故锌的析出量与通过的电量有确定关系，故B错误；C项，电镀时保持电流恒定，有利于保证电镀的质量，温度不影响电解的速率，故C正确；D项，镀锌层破损后与铁构成了原电池，锌作负极被腐蚀，保护了铁，故D错误。6BCl由b区向a区迁移，A错；正极反应为O22H2O4e=4OH，B正确；由题干知铁板发生吸氧腐蚀，铁作负极，发生氧化反应，因此C项错；铜镙丝钉作正极，因此D错。7B钢管与电源正极连接，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀，A项错；铁在冷浓硝酸中表面生成一层致密的氧化物保护膜，从而保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管堆放在一起时，构成原电池，钢管作负极而易被腐蚀，C项错；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应：Fe2e=Fe2，D项错。8(1)正4OH4e=2H2O O2水减少的质量：100 g×(1) g，生成O2的体积：×× L·mol1 L16碱性增大，因为相当于电解水酸性增大，因OH放电， H增多酸碱性不变，相当于电解水(2)能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应。解析(1)乙中c电极质量增加，则c处发生的反应为Cu22e=Cu，即c处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中为K2SO4，相当于电解水，设电解的水的质量为x g。由电解前后溶质质量相等有，100×10%(100x)×10.47%，得x g mol。由方程式2H2O2=2H2O可知，生成2 mol H2O，转移4 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。甲中为NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH放电，即4OH4e=2H2OO2。 mol电子，则生成O2/40.125 mol，标况下的体积为0.125 mol×22.4 L·mol12.8 L。Cu22e=Cu，转移0.5 mol电子，则生成的m2 mol×64 g·mol116 g。甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，pH变大。乙中阴极为Cu2放电，阳极为OH放电，所以H增多，故pH减小。丙中为电解水，对于K2SO4而言，其pH几乎不变。(2)铜全部析出，可以继续电解H2SO4，有电解液即可电解。考点集训1A本题易误选C，在电解液足量的情况下，电解过程中只逸出H2和Cl2，只需补充氢和氯两种元素即可，不能加入盐酸，因为盐酸中有H2O，应通入适量HCl气体才能达到目的。2B阳极收集到1 mol O2，转移4 mol e，而阴极收集到1 mol H2，转移2 mol e，则生成Cu转移2 mol e，故Cu(NO3)2的物质的量为1 mol，由n(NO)6 mol·L1× L3 mol，则NaNO3的物质的量为1 mol，电解后c(H)2 mol÷ L4 mol·L1。3D若只电解CuSO4加入CuO即可恢复电解前的浓度，题意加入Cu(OH)2说明电解了0.2 mol CuSO4和0.2 mol H2O，故转移的电子数目为0.4 mol0.4 mol0.8 mol。4A铁钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应为2Fe4e=2Fe2，正极为铜，反应为2H2OO24e=4OH，总反应2FeO22H2O=2Fe(OH)2，又发生4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，反应中电子从负极Fe流向正极Cu，铜不被腐蚀。5(1)中性、碱性或弱酸吸氧Fe2e=Fe2O22eH2O=2OH(2)较强酸析氢Fe2e=Fe22H2e=H26(1)阴极：2Cu24e=2Cu，阳极：4OH4e=O22H2O(2)2Cl2H2OH2Cl22OHCl22OH=ClClOH2O(3)(4)2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH解析(2)装置中是惰性电极电解氯化钾溶液，生成氢气、氯气、KOH，其中Cl2与KOH会发生氧化还原反应。(3)工作一段时间后，溶液呈现酸性， mol电子时，中生成H mol，H mol·L1；中消耗H mol，剩余H mol·L1×2×200×103 L mol，同时溶液中的硫酸锌也会水解；中为氯化锌溶液，其酸性是由Zn2水解所得，酸性较弱。所以中酸性最强，pH最小。(4)若将装置中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，因为氯化钾溶液呈中性，所以装置就成了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。