2022年学案电解池金属的电化学腐蚀与防护 .pdf

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1、学而不思则惘，思而不学则殆高三化学一轮复习学案电解池金属的电化学腐蚀与防护设计人：郭平审核：高三年组使用时间： 20XX 年 11月考纲要求 1、了解电解池的工作原理，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。知识点一电解池、电解原理一、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。(1)构成条件有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐 )。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图 ) 总方程式： _ (3)电子和离子的移动方向特别提醒

2、电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。3、分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H和 OH)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序：AgFe3Cu2H(酸 )Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。注意阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。最常用、最重要的放电顺序是：阳极：ClOH；阴极： AgCu2H。电解

3、水溶液时，KAl3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg 、Al 等金属。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。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 H2SO4Na2SO4电解电解质型

4、电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl CuCl2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CuSO42、电解池中有关量的计算或判断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。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：2NaCl2H2O=电解2NaOHH2 Cl2

5、离子反应方程式：2Cl 2H2O=电解2OHH2 Cl2(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、电解精炼铜精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆(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

6、盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、 Mg、Al 等。(1)冶炼钠2NaCl(熔融 )=电解2NaCl2电极反应：阳极： _ ，阴极： _ 。(2)冶炼铝2Al2O3(熔融 )=电解4Al 3O2电极反应：阳极： _ ，阴极： _ 。问题思考1、如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物？2、电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？3、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

7、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_更普遍问题思考铁锈是怎样形成的？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆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、

8、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。4、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。附页：1、 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 2、(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

9、用带火星的木条检验阳极产物3、(2010 海南， 9)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电解时阴极发生还原反应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4、(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： 6.88.0，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

10、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_。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆学案 33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=

11、Cu (3)CuCl2=电解CuCl2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)Ag e=AgAge=Ag (4)阳阴不变3(1)粗铜纯铜(3)Cu2e=Cu2Cu22e=Cu 4(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) 精选学

12、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆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

13、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)

14、H2O。【课堂活动区】一、 1.分析电解池中两极的变化，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

15、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S2IBrClOH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 AgFe3Cu2H精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆Fe2Zn2Al3Mg2Na。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

16、)的来源，写出总反应方程式。二、 1. 3.(1)原电池原理化学(3)快(4)越大典例导悟1A 2(1)0.2(2)0.4(3)0.6 解析(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO42H2O=电解2Cu 2H2SO4O2 ， 从方程式可以看出，电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气，加入0.1 mol CuO 可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有0.1 mol，转移的电子为0.2 mol。 (2)加入 0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol CuO 和 0.1

17、 mol H2O， 则转移的电子为0.4 mol。(3)加入 0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作 0.2 mol CuO 、0.1 mol H2O 和 0.1 mol CO2，相当于有0.2 mol 的硫酸铜和0.1 mol 的水被电解，因此转移的电子为0.6 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

18、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。 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆【课后练习区】高考集训1B电解氯化铜溶液的总反应式为CuCl2=通电CuCl2，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。 2BD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、C 错

19、， B 正确；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

20、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

21、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O2 2H2O4e=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

22、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 4OH 4e=2H2O O2水减少的质量：100 g(110.00%10.47%)4.5 g，生成 O2的体积：4.5 g18 g mol11222.4 L mol12.8 L 16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

23、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Cu2 2e=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，10010%(100 x)10.47%，得 x4.5 g，故为 0.25 mol。由方程式2H2O2=2H2O 可知，生成2 mol H2O，转移 4 mol 电子，所以整个反应中转化0.5 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4

24、OH4e=2H2OO2。 转移 0.5 mol 电子，则生成O2为 0.5/40.125 mol ，标精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 9 页学而不思则惘，思而不学则殆况下的体积为0.125 mol 22.4 L mol12.8 L。 Cu22e=Cu，转移 0.5 mol 电子，则生成的m(Cu)0.5/2 mol 64 gmol116 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

25、 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1AB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(NO3)6 mol L1 0.5 L3 mol，则 NaNO3的物质的量为 1 mol，电解后c(H)2 mol 0.5 L 4 mol L1。 3 D若

26、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。 4AD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 2FeO2 2H2O=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=Fe212O22eH2O=2OH(2)较强酸析氢Fe 2e=Fe22H2e=H26(1)阴极：

27、2Cu24e=2Cu，阳极： 4OH4e=O2 2H2O (2)2Cl2H2O=电解H2 Cl2 2OHCl2 2OH=ClClO H2O (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，中呈现碱性。通过0.002 mol 电子时， 中生成 H为0.002 mol，H浓度为 0.01 molL1；中消耗 H为 0.002 mol，剩余 H为 0.01 molL12200103 L0.002 mol 0.002 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 9 页