(学生用)电解精讲.ppt

电解池电解池 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护2014高考化学一轮复习高考化学一轮复习1 1、形成电解池的条件、形成电解池的条件eeCCCuCl2溶液溶液与直流电源相连的两个电极与直流电源相连的两个电极电解质溶液或熔化的电解质电解质溶液或熔化的电解质形成闭合回路形成闭合回路阴极阴极阳极阳极电能转化为化学能的装置电能转化为化学能的装置一、电解池一、电解池阳极阳极（与电源的正极相连（与电源的正极相连)：2Cl-2e-=Cl2（氧化）（氧化）阴极阴极（与电源的负极相连（与电源的负极相连)：Cu2+2e-=Cu （还原）（还原）阳阳极极阴阴极极电解池的工作原理电解池的工作原理 阴离子阴离子阳阳离子离子氧化反应氧化反应还原反应还原反应 Nm+me-=NeRnneRe 请根据电子转移方向、反应类型以及离子移动请根据电子转移方向、反应类型以及离子移动方向判断电极。方向判断电极。2、电极上离子放电顺序、电极上离子放电顺序：阴极阴极(与电极材料无关与电极材料无关)：Fe3+,Cu2+,H+，Pb2+,Sn2+,Fe2+,Zn2+,由易到难由易到难(溶液中只考虑这些离子放电）溶液中只考虑这些离子放电）阳极阳极(与电极材料有关与电极材料有关)：活泼电极活泼电极-电极本身溶解电极本身溶解惰性电极惰性电极-S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-F-由易到难由易到难 当溶液中离子浓度很大时，放电顺序会发生改变，当溶液中离子浓度很大时，放电顺序会发生改变，如电镀锌时如电镀锌时Zn2+在在 H+之前放电。之前放电。阳极阳极 阴极阴极电极反应电极反应溶液中易得电子的阳离子优先放电溶液中易得电子的阳离子优先放电 Rn+ne-=R 活泼金属作电极活泼金属作电极 由电极本身失电子由电极本身失电子 R ne-=Rn+惰性电极惰性电极 溶液中较易失电子的溶液中较易失电子的 阴离子优先放电阴离子优先放电 Rn-ne-=R 1、一看电极材料；二看离子的放电顺序一看电极材料；二看离子的放电顺序 电解水溶液时，放电顺序中的电解水溶液时，放电顺序中的H+、OH-后的离子一后的离子一般不参与放电。般不参与放电。2、书写电解的电极反应式时以实际放电的离子表示，、书写电解的电极反应式时以实际放电的离子表示，但写电解的总方程式时，弱电解质要写成分子式，注但写电解的总方程式时，弱电解质要写成分子式，注意得失电子数相等，注明条件意得失电子数相等，注明条件-“电解电解”电极反应的书写电极反应的书写电极反应的书写电极反应的书写注意事项注意事项用用a、b、c、d 四个四个Pt电极按图示进行电解电极按图示进行电解,通电一段时通电一段时间后间后,在在a、b、c、d 四个四个电极上所得产物的物质的量之电极上所得产物的物质的量之比为比为 ()CuCl2AgNO3 adb cA、2:2:4:1B、1:4:2:2C、2:2:2:1 D、4:1:2:23 3、惰性电极电解的类型、惰性电极电解的类型、惰性电极电解的类型、惰性电极电解的类型电解电解类型类型举举 例例电极反应电极反应溶液变化溶液变化溶液溶液复原复原物质类别物质类别实例实例PH浓度浓度电电解解水水含氧酸含氧酸H2SO4阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O阴极：阴极：4H+4e-=2H2减小减小增大增大H2O强碱强碱NaOH增大增大增大增大活泼金属的活泼金属的含氧酸盐含氧酸盐Na2SO4不变不变增大增大分解分解电解电解质质无氧酸无氧酸HCl阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e=H2增大增大减小减小HCl不活泼金属不活泼金属的无氧酸盐的无氧酸盐CuCl2阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：Cu2+2e-=Cu/CuCl2溶质溶质和溶和溶剂同剂同时电时电解解活泼金属的活泼金属的无氧酸盐无氧酸盐NaCl阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：阴极：2H+2e-=H2增大增大放出放出H2生生成碱成碱生成生成新物新物质质HCl不活泼金属不活泼金属的含氧酸盐的含氧酸盐CuSO4阳极：阳极：4OH-4e-=O2+2H2O阴极：阴极：2Cu2+4e-=2Cu减小减小放出放出O2生生成酸成酸生成生成新物新物质质CuO减小减小4、判断溶液的、判断溶液的pH变化：变化：先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。先分析原溶液的酸碱性，再看电极产物。（1）如果只产生氢气而没有氧气，）如果只产生氢气而没有氧气，pH变大；变大；（2）如果只产生氧气而没有氢气，）如果只产生氧气而没有氢气，pH变小；变小；（3）如果既产生氢气又产生氧气）如果既产生氢气又产生氧气 若原溶液呈酸性则若原溶液呈酸性则pH减小；减小；若原溶液呈碱性若原溶液呈碱性pH增大；增大；若原溶液呈中性若原溶液呈中性pH不变。不变。电解池电解池能量转换能量转换离子的迁移方离子的迁移方向向发生氧化反应发生氧化反应的电极的电极 发生还原反应发生还原反应的电极的电极 电能转化为化学能电能转化为化学能阳极（接电源正极）阳极（接电源正极）阴极（接电源负极）阴极（接电源负极）阴离子向阳极迁移阴离子向阳极迁移阳离子向阴极迁移阳离子向阴极迁移原电池原电池化学能转化为电能化学能转化为电能负极负极正极正极阴离子向负极迁移阴离子向负极迁移阳离子向正极迁移阳离子向正极迁移相同点相同点(从原理分析从原理分析)都是氧化还原反应都是氧化还原反应原电池与电解池的比较原电池与电解池的比较:电极：电极：阳极阳极镀层金属镀层金属 阴极阴极镀件镀件 二、电解池的应用二、电解池的应用-电镀、精炼铜及氯碱工业电镀、精炼铜及氯碱工业待镀制品待镀制品铜片铜片硫酸铜溶液硫酸铜溶液电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电镀液：含有镀层金属离子的电解质溶液。电解质溶液：溶液中电解质溶液：溶液中CuSO4的浓度保持不变。的浓度保持不变。1、电镀、电镀2、铜的电解精炼、铜的电解精炼 粗铜所含的杂质粗铜所含的杂质Zn、Fe、Ni、Ag、Au等等+纯铜纯铜粗铜粗铜CuSO4溶液溶液阳极阳极-粗铜，粗铜，阴极阴极-纯铜，纯铜，电解液电解液-CuSO4溶液溶液Zn、Fe-以离子的形式进入电解质溶液以离子的形式进入电解质溶液金、银等金、银等-阳极泥阳极泥食盐的精制：食盐的精制：（1）粗盐的成份：）粗盐的成份：泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42杂杂质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜；质，会与碱性物质反应产生沉淀，损坏离子交换膜；3、氯碱工业：产品、氯碱工业：产品-NaOH、Cl2、H21用什么方法除去泥沙？用什么方法除去泥沙？2用什么试剂除去用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？3所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能 设计一个合理的顺序逐一除杂吗？设计一个合理的顺序逐一除杂吗？思考：思考：（2）杂质的除去过程：）杂质的除去过程：粗盐水粗盐水 含少量含少量Ca2+.Mg2+精制精制盐水盐水注意：注意：Na2CO3溶液在溶液在BaCl2溶液之后，盐酸在过滤之后。溶液之后，盐酸在过滤之后。问：如何确定问：如何确定BaCl2溶液过量？溶液过量？实实 验验阳极：碳棒阳极：碳棒 阴极：铁棒阴极：铁棒电解质溶液：氯化钠溶液，电解质溶液：氯化钠溶液，滴入几滴酚酞试液滴入几滴酚酞试液 现象：现象：阳极阳极产生气体使产生气体使KI-淀粉试纸变蓝淀粉试纸变蓝 阴极阴极产生气体（产生气体（H2）、酚酞变酚酞变红红 阴极：阴极：阳极：阳极：2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl2 总反应：总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2电解电解原理原理该装置的缺点：该装置的缺点：1.H2和和Cl2 混合不安全。混合不安全。2.Cl2会和会和NaOH反应，会反应，会使得到的使得到的NaOH不纯。不纯。离子交换膜的作用：离子交换膜的作用：(1)防止防止氯气和氢气混合而氯气和氢气混合而引起爆炸。引起爆炸。(2)避免避免氯气与氢氧化钠反氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量和质量。化钠的产量和质量。+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水淡盐水NaOH溶液溶液精制饱和精制饱和NaCl溶液溶液H2O（含少量含少量NaOH）离子交换膜离子交换膜 阳阳 极极金属钛网金属钛网阴阴 极极碳钢网碳钢网电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠熔融熔融NaClNaCl阴极阴极阳极阳极e e-e e-Na+Cl-2Cl-2e-=Cl2 2Na+2e-=2Na氧化反应氧化反应还原反应还原反应4.电冶金电冶金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金（使用电解法冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼金 属的方法）属的方法）总反应：总反应：2NaCl(熔融熔融)2Na +Cl2 铝的冶炼：铝的冶炼：原料：原料：纯净的纯净的Al2O3（2045）,冰晶石冰晶石Na3AlF6 （1000）冰晶石冰晶石Na3AlF6的的作用：作用：作为熔剂作为熔剂,降低降低Al2O3的的熔点熔点 设备：电解槽设备：电解槽电极：电极：阳极是炭素材料阳极是炭素材料,阴极是炭素阴极是炭素 原理：原理：阴极阴极(C)：4Al3+12e-=4Al阳极阳极(C)：6O2-12e-=3O2 总的总的电解方程式：电解方程式：2 Al2O3 3O2+4Al 电解电解冰晶石冰晶石 注意：因注意：因O2 在在阳极放出阳极放出,立即与碳棒电极反应立即与碳棒电极反应,C+O2=CO2 所以碳棒损耗要定期补充。所以碳棒损耗要定期补充。从从NO3、SO42、H+、Cu2+、Ba2+、Ag+、Cl等离子等离子中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶中选出适当的离子组成电解质，采用惰性电极对其溶液进行电解。液进行电解。两极分别放出两极分别放出H2和和O2，电解质的化学式可能是，电解质的化学式可能是 ；若阴极析出金属，阳极放出若阴极析出金属，阳极放出O2，电解质的化学式可，电解质的化学式可能为能为 ；两极分别放出气体，且体积比为两极分别放出气体，且体积比为1：1，电解质的化，电解质的化学式可能是学式可能是 。练习：练习：用石墨电极电解用石墨电极电解100mL H2SO4与与CuSO4的混合液，通的混合液，通电一段时间后，两极均收集到电一段时间后，两极均收集到2.24L（标况）气体，则标况）气体，则原混合液中原混合液中Cu2+的物质的量浓度为（的物质的量浓度为（）A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/L金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是的是 （已知：氧化性（已知：氧化性Fe2+Ni2+Cu2+）A阳极发生还原反应，其电极反应式：阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2+2e=NiB电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加 相等相等C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和和Zn2+D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和和Pt练习：将练习：将500mL0.1molL-1CuSO4溶液和溶液和500mL4molL-NaCl溶液混和溶液混和,然后用石墨电极进行电解然后用石墨电极进行电解,若电解过程若电解过程中共有中共有0.2mol电子通过电子通过,则阴极可析出则阴极可析出Cu 克克,阳极阳极产生产生 升气体升气体(S、P、T),电解后溶液的电解后溶液的pH值为值为 。、向水中加入等物质的量的向水中加入等物质的量的Ag+、Pb2+、Na+、Cl-，SO42-、NO3-将该溶液倒入惰性材料作电极的电解槽中通电片刻。将该溶液倒入惰性材料作电极的电解槽中通电片刻。氧化产物与还原产物的质量比为氧化产物与还原产物的质量比为（A）35.5：108 （B）16：207（C）8：1 （D）108：35.5以惰性电极电解以惰性电极电解CuSO4溶液。一段时间后取出电极，溶液。一段时间后取出电极，加入加入9.8 g Cu(OH)2后溶液与电解前相同，则电解时后溶液与电解前相同，则电解时电路中流过的电子为电路中流过的电子为：A0.1 mol B0.2 mol C0.3 mol D0.4 mol以以KCl和和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是说法正确的是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.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用镀锌层破损后对铁制品失去保护作用某硝酸盐晶体化学式为某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)xnH2O，相对分子，相对分子质量为质量为242，将，将1.21g该晶体溶于水配成该晶体溶于水配成100mL溶液，溶液，用惰性电极进行电解。当有用惰性电极进行电解。当有0.01 mol 电子转移时，溶电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：求：金属金属M的相对原子质量及的相对原子质量及 x、n 值；值；电解溶液的电解溶液的pH（溶液体积仍为溶液体积仍为100mL）。）。按下图的装置进行电解实验：按下图的装置进行电解实验：A极是铜锌合金，极是铜锌合金，B极为极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若若A极恰好全部溶解，此时极恰好全部溶解，此时B极质量增加极质量增加7.68克，溶液克，溶液质量增加质量增加0.03克，则克，则A合金中合金中Cu、Zn原子个数比为原子个数比为 A、41 B、31 C、21 D、任意比、任意比三、金属腐蚀三、金属腐蚀1.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质金属原子失去电子被氧化变成阳离子而损耗金属原子失去电子被氧化变成阳离子而损耗2.金属腐蚀的分类：金属腐蚀的分类：化学腐蚀和电化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐蚀两种腐蚀往往两种腐蚀往往同时发生同时发生，电化学腐蚀电化学腐蚀比比化学腐蚀化学腐蚀普遍普遍得多，腐蚀速度也快得多。得多，腐蚀速度也快得多。化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀条件条件金属跟化学物质直接接触而金属跟化学物质直接接触而反应反应不纯金属或合金不纯金属或合金跟电解质溶液接触跟电解质溶液接触现象现象腐蚀速度随温度升高而加快腐蚀速度随温度升高而加快有有微弱电流微弱电流产生产生本质本质金属被氧化金属被氧化较活泼金属被氧化较活泼金属被氧化联系联系电化腐蚀更普遍电化腐蚀更普遍钢铁的电化学腐蚀钢铁的电化学腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀吸氧吸氧腐蚀腐蚀发生条件发生条件电电极极反反应应负极负极正极正极总总反应反应钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较強时性较強时Fe-2e-=Fe2+2H+2e-=H2Fe+2H+=Fe2+H2钢铁表面吸附的水膜酸钢铁表面吸附的水膜酸性较弱或呈中性时性较弱或呈中性时2Fe-4e-=2 Fe2+O22H2O4e-=4OH-Fe2+2OH-=Fe(OH)24Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈铁锈)+(3-x)H2O吸氧吸氧腐蚀腐蚀比比析氢析氢腐蚀腐蚀普遍得多普遍得多实验：吸氧腐蚀实验：吸氧腐蚀将经过酸洗除去铁锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡以下，将经过酸洗除去铁锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡以下，放入具支试管中，观察导管中水柱变化。放入具支试管中，观察导管中水柱变化。现象：导管内水柱上升。现象：导管内水柱上升。铁锈的生成铁锈的生成4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)32Fe(OH)3Fe2O3xH2O(3-x)H2O生成的生成的Fe2O3xH2O就是铁锈就是铁锈。负极：负极：2Fe-4e-=2Fe2+正极：正极：O22H2O4e-=4OH-2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2金属的防护金属的防护1.改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）改变金属的内部组织结构（如制不锈钢）2.在金属表面覆盖保护层：在金属表面覆盖保护层：（1）在表面刷一层油漆或涂上机油；）在表面刷一层油漆或涂上机油；（2）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；）在表面镀一层其他耐腐蚀金属；（3）在表面烧制搪瓷）在表面烧制搪瓷；（4）使金属表面形成致密的氧化膜）使金属表面形成致密的氧化膜。3.电化学保护法电化学保护法：（1）牺牲阳极的阴极保护法）牺牲阳极的阴极保护法 （2）外加电流的阴极保护法）外加电流的阴极保护法 FeZnFeC牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法外加电流的阴极保护法外加电流的阴极保护法ZnFe 酸化的酸化的NaCl溶液溶液牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法实验：实验：牺牲阳极的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法3Fe2+2Fe(CN)63-=Fe3Fe(CN)62K3Fe(CN)6铁氰化钾，俗称赤血盐（溶液为黄色）铁氰化钾，俗称赤血盐（溶液为黄色）蓝色沉淀蓝色沉淀现象：电压表指针偏转，铁电现象：电压表指针偏转，铁电极上有气泡生成。溶液中无蓝极上有气泡生成。溶液中无蓝色沉淀生成。色沉淀生成。（3）金属腐蚀快慢的判断）金属腐蚀快慢的判断电解原理引起的腐蚀（电解池的阳极）电解原理引起的腐蚀（电解池的阳极）原电池原原电池原理引起的腐蚀（原电池的负极）理引起的腐蚀（原电池的负极）化学腐蚀化学腐蚀 有防腐有防腐蚀措施的腐蚀蚀措施的腐蚀同一种金属的腐蚀：同一种金属的腐蚀：强电解质强电解质弱电解质弱电解质非电解质非电解质同一种电解质溶液同一种电解质溶液 两极材料的活动性差别越大，金属被腐蚀的速度两极材料的活动性差别越大，金属被腐蚀的速度就越快；电解质浓度越大，金属腐蚀越快。就越快；电解质浓度越大，金属腐蚀越快。下列各装置中都盛有下列各装置中都盛有0.1 molL-1 的的NaCl溶液，放置溶液，放置一定时间后，锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是一定时间后，锌片的腐蚀速率由快到慢的顺序是A B C D 结合下图判断，下列叙述正确的是结合下图判断，下列叙述正确的是A和和中正极均被保护中正极均被保护B.和和中负极反应均是中负极反应均是Fe-2e-Fe2+C.和和中正极反应均是中正极反应均是O2+2H2O+4e-4OH-D.和和中分别加入少量中分别加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有蓝色溶液，均有蓝色沉淀沉淀工业采用以铁和石墨为电极电解工业采用以铁和石墨为电极电解K2MnO4溶液来制取溶液来制取KMnO4。电解过程中，应以电解过程中，应以_为阴极，阴极附近溶液的为阴极，阴极附近溶液的pH将会将会_（增大、减小、不变）；（增大、减小、不变）；阴极的反应为阴极的反应为_；电解的总化学方程式为电解的总化学方程式为_。把两支惰性电极插入把两支惰性电极插入 500 L的的AgNO3溶液中，通电电溶液中，通电电解，当溶液的解，当溶液的pH值从值从6.0变为变为3.0，（设电解时没有，（设电解时没有H2析出，且溶液体积变化忽略不计。）电极上析出析出，且溶液体积变化忽略不计。）电极上析出Ag的的质量是质量是A27mgB54mgC108mg D216mg（2013浙江卷）电解装置如图所示，电解槽内装有浙江卷）电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知变浅。已知:3I2+6OH-=IO3-+5I-+3H2O下列说法不正确下列说法不正确的是的是A右侧发生的电极方程式：右侧发生的电极方程式：2H2O+2e-=H2+2OH-B电解结束时，右侧溶液中含有电解结束时，右侧溶液中含有IO3-C电解槽内发生反应的总化学方程式电解槽内发生反应的总化学方程式 KI+3H2OKIO3+3H2D如果用阳离子交换膜代替阴离子如果用阳离子交换膜代替阴离子 交换膜，电解槽内发生的总化学交换膜，电解槽内发生的总化学 方程式不变方程式不变（2013上海卷）糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性上海卷）糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相铁粉、氯化钠、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，延长糕点保质脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期期B脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe-3e=Fe3+C脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为：脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为：2H2O+O2+4e=4OH-D含有含有1.12g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气 336mL（标准状况）（标准状况）