2022年学案电解池金属的电化学腐蚀与防护.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆高三化学一轮复习学案考纲要求 学问点一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1、明白电解池的工作原理,写出电极反应和电池反应方程式；2、懂得金属发生电化学腐蚀的缘由、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施；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

2、子和离子的移动方向特殊提示 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第一判定阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极仍是活泼电极；2再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组不要遗忘水溶液中的H和 OH；3然后排出阴、阳两极的放电次序名师归纳总结 - - - - - - -阴极：阳离子放电次序：AgFe3Cu2H酸 Fe2Zn2H水Al3Mg2NaCa2K；阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子；留意阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,肯定是溶液或熔融电解质 中的阳离子放电；最常用、最重要的放电次序是：

3、阳极：ClOH；阴极： Ag Cu2H；电解水溶液时,KAl3不行能在阴极放电,即不行能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg 、Al 等金属；第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆4分析电极反应,判定电极产物,写出电极反应式,要留意遵循原子守恒和电荷守恒；5最终写出电解反应的总化学方程式或离子方程式；二、电解类型及有关运算1、用惰性电极电解电解质溶液的类型如下表所示：类型电极反应特实例电解电解质pH 电解质溶点对象浓度液复原电解阴：4H4eNaOH =2H 2阳： 4OHH 2SO4水型Na2SO44e=2H2O电解O2HCl

4、电解质电离出的阴、阳离电解CuCl 2子分别在两质型极放电放 H2阴极：H2O 放NaCl H2生碱生碱阳极：电解质型阴离子放电阴极：电解质放 O2阳离CuSO4生酸子放电型阳极：H2O 放O2生酸 2、电解池中有关量的运算或判定 电解池中有关量的运算或判定主要包括以下方面：依据直流电源供应的电量求产物的量 析出固体的质量、产愤怒体的体积等 、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；学问点二 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 电解 2总反应方程式：2NaCl 2H 2O= 2NaOH H2 C

5、l2电解 离子反应方程式：2Cl 2H2O= 2OHH2 Cl 23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,据此回答以下问题：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_ ；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆1电极材料：阳极为 2电解质溶液：含_；阴极为 _；Cu 2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

6、来冶炼活泼金属1冶炼钠 电解 2NaCl 熔融 = 2NaCl 2Na、Ca、 Mg、Al 等；电极反应：阳极： _ ,阴极： _ ；2冶炼铝 电解 2Al 2O3熔融 = 4Al 3O2电极反应：阳极： _ ,阴极： _ ；问题摸索1、如何设计试验验证电解饱和食盐水的各种产物？2、电解过程中放H 2生碱型和放O2 生酸型的实质是什么？3、用惰性电极电解,如要使电解后的溶液复原,应怎样操作？学问点三 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条件化学腐蚀电化学腐蚀金属跟 _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 负极极 反 正极 应 总反应式联系 _更普遍问题摸索铁锈是怎样形成的？名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆3、金属的防护 1电化学防护 牺牲阴极的阳极爱护法_原理 a _：比被爱护金属活泼的金属；b_：被爱护的金属设备；外加电流的阴极爱护法_原理a _：被爱护的金属设备；b_：惰性金属；2转变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等；3加防护层,如在金属

8、表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法；4、判定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次序是 A B C D 2、2022 上海, 16用电解法提取氯化铜废液中的铜,方案正确选项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用氢氧化钠溶液吸取阴极产物D用带

9、火星的木条检验阳极产物3、2022 海南, 9利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt 等杂质的粗铜提纯,以下表达正确选项 A 电解时以精铜作阳极B电解时阴极发生仍原反应 C粗铜连接电源负极,其电极反应是D电解后,电解槽底部会形成含少量Cu2e=Cu 2Ag 、Pt 等金属的阳极泥4、2022 全国理综 ,29 右图是一个用铂丝作电极,电解稀的 MgSO 4 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 变色范畴： 6.88.0,酸色 红色,碱色 黄色 回答以下问题：1以下关于电解过程中电极邻近溶液颜色变化的表达正确选项 _填编号 ；A 管溶液由红变黄 B 管溶液由红

10、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看到的现象是_；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆学案 33电解池金属的电化学腐蚀与防护【课前预备区】学问点一11电流阴、阳两极氧化仍原反应仍原2电化学3阳极 氧化 阴极 仍原212Cl2e =Cl 22Cu 22e =Cu 电解3CuCl 2=

11、CuCl 2学问点二2e=Cl 2氧化2H2e=H2112Cl3烧碱氯气氢气21阴阳2AgNO 3溶液等含镀层金属阳离子的溶液3Ag e =AgAge =Ag 4阳阴不变31粗铜 纯铜3Cu 2e=Cu 2Cu 22e=Cu 412Cl2e =Cl 22Na2e =2Na 26O 212e =3O24Al 312e =4Al 学问点三1失去电子金属阳离子氧化反应21 条件化学腐蚀电化学腐蚀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柔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 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共

12、 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆3.1原电池a负极b正极电解a阴极b阳极问题摸索1溶液的导电,第一要有电解质的电离,大家知道,非电解质的水溶液并不导电,就是由于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,阳极产物用潮湿的淀粉KI 试纸验证,阴极产物用爆鸣试验验证；4放 H 2生碱型的实质是水电离出的

13、 H放电,破坏了水的电离平稳,使 OH浓度增大,放 O2 生酸型的实质是水电离出的 OH放电,破坏了水的电离平稳,使 H浓度增大；5用惰性电极电解时,如要使电解后的溶液复原到原状态,应遵循“ 缺什么加什么,缺多少加多少”的原就,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,其缘由是：随着析氢腐蚀进行,溶液中 cH降到肯定浓度后,就发生吸氧腐蚀,发生的反应为2Fe4e =2Fe 2,2H2OO24e=4OH,Fe 22OH =FeOH 2,4FeOH 2O22H2O=4FeOH 3,2FeOH 3=Fe2O3xH 2O铁锈 3xH 2O；【课堂活动区】一、 1.分析电解池

14、中两极的变化,第一要看清晰电解池的电极,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,金属电极或电解质供应的自由移动的阴 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,电解质供应的自由移动的阳离子在该极上得电子发生仍原反应；2第一要看清晰电解池的电极；在阳极：假如阳极是活泼金属除金、铂外 形成的活性电极,就电解时,阳极是电极放电,即电极溶解变为金属阳离子；假如是惰性电极,可以按以下步骤分析电极反应：1分析电解质水溶液的组成,找全离子并分为阴、阳两组；名师归纳总结 - - - - - - -2分别对阴、阳离子排出放电次序,写出

15、各电极的电极反应式；阳极电极式的书写：2溶液中,阴离子放电次序为 S I Br和 OH,就 Cl先放电,反应为 2Cl2eCl OH 含氧酸根 F；按此次序依次放电,如溶液中有 Cl=Cl 2 ,只有当 Cl反应完了才发生反应：4OH4e =O22H 2O；阴极电极式的书写：阳离子放电次序与金属活动性次序相反,其中 AgFe3Cu2H直接依据阳离子放电次序进行判定,第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆2FeZn2Al3Mg2Na；其电极反应式为Mnne=M；3分析各电极反应,找出放电物质 二、 1. 3.1原电池原理 化学3快 4越

16、大 典例导悟1A 210.220.430.6 或离子 的来源,写出总反应方程式；解析1电解硫酸铜溶液的反应方程式为电解 2CuSO42H2O= 2Cu 2H 2SO4O2 ,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 可以使溶液复原至原先状态,说明参加名师归纳总结 - - - - - - -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 CuOH 2 可以使溶液复原至原先状态,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 CuOH 2可以看作是0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O,就

17、转移的电子为0.4 mol；3加入 0.1 mol Cu 2OH 2CO 3 可以看作 0.2 mol CuO 、0.1 mol H 2O 和 0.1 mol CO 2,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,不活泼金属便被爱护起来,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,就被腐蚀的速率增大,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Fe 2的形式进入容器中,从而加速了铁的腐蚀,在上述

18、四种容器中,容器中的铁被腐蚀速率是最快的；综上分析,铁被腐蚀的快慢次序为； 第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆【课后练习区】高考集训1B 电解氯化铜溶液的总反应式为 CuCl 2= 通电 CuCl 2 ,阴极产物为 Cu,阳极产物为 Cl 2,所以C、D 错误； 如将铜片连接到电源正极上,就发生反应 Cu2e=Cu 2,明显与从废液中提取铜的主旨是相违反的,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,得电子发生仍原反应,A、C 错, B 正确；由于在金属活动

19、性次序表中 Ag、 Pt 排在 Cu 的后面,所以电解时 Ag 、Pt 不会失电子, D 正确； 3122H2e =H 2 或 2H2O2e =2OHH 2 Mg 22OH =MgOH 234OH4e=2H 2OO2 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=H 2 ,B 为阳极,电极反应式为 4OH4e=O22H 2O, A 管邻近产生 OH,故溶液由红变黄,B 管邻

20、近产生 H溶液仍呈红色,A 管邻近产生的 OH与 Mg 2结合生成 MgOH 2 沉淀；但停止电解后,生成的 MgOH 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 H 2 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；4A A 项两个装置都是原电池,负极都是活泼金属,依据原电池原理可知,原电池对正极起到了爱护作用,故 A 正确； B 项 中的负极反应为 Zn2e=Zn 2,故 B 错误； C 项中的正极反应

21、为 2H2e=H2,故 C 错误； D 项 中不能生成蓝色沉淀； 5C A 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 铁构成了原电池,锌作负极被腐蚀,爱护了铁,故 D 错误； C 正确； D 项,镀锌层破旧后与6B Cl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

22、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爱护膜,从而爱护内部不被腐蚀,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=Fe 2,D 项错； 81正 4OH 4e =2H2O O2水削减的质量：100 g 110.00% 10.47%4.5 g,生成 O2 的体积：18 g mol 4.5 g112 22.4 L mol12.8 L 16 碱性增大,由于相当于电解水 酸性增大,因 OH放电,H增多 酸碱性不变,相当于电解水名师归纳总结 - - -

23、- - - -2能连续进行,由于CuSO4溶液已转变为H 2SO4 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,就c 处发生的反应为Cu 2 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K 2SO4,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 x4.5 g,故为 0.25 mol；由方程式2H 2O2=2H 2O 可知,生成2 mol H 2O,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

24、数是相等的；甲中为 NaOH ,相当于电解H 2O,阳极 b 处为阴离子 OH放电,即 4OH4e=2H 2OO2 ； 转移 0.5 mol 电子,就生成O2为 0.5/40.125 mol ,标第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 学而不思就惘,思而不学就殆况下的体积为 0.125 mol 22.4 Lmol12.8 L； Cu 22e=Cu,转移 0.5 mol 电子,就生成的 mCu0.5/2 mol 64 gmol 116 g； 甲中相当于电解水,故 NaOH 的浓度增大, pH 变大；乙中阴极为 Cu 2放电, 阳极为 OH 放电, 所以 H 增多,

25、 故 pH 减小； 丙中为电解水, 对于 K 2SO4 而言, 其 pH 几乎不变；2铜全部析出,可以连续电解 H2SO4,有电解液即可电解；考点集训1AB 此题易误选 C,在电解液足量的情形下,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,由于盐酸中有 H2O,应通入适量 HCl 气体才能达到目的； 2B 阳极收集到 1 mol O 2,转移 4 mol e,而阴极收集到 1 mol H 2,转移 2 mol e,就生成 Cu 转移 2 mol e,故 CuNO 3 2的物质的量为1 mol,由 nNO3 6 mol L1 0.5 L3 mol ,就 NaNO3

26、 的物质的量为 1 mol ,电解后 cH2 mol 0.5 L 4 mol L 1； 3D 如只电解 CuSO4加入 CuO 即可复原电解前的浓度, 题意加入 CuOH2说明电解了 0.2 mol CuSO4 和 0.2 mol H 2O,故转移的电子数目为 0.4 mol0.4 mol 0.8 mol ； 4AD 铁钉发生吸氧腐蚀时,负极为铁,反应为 2Fe4e=2Fe 2,正极为铜,反应为 2H2OO24e=4OH,总反应 2FeO2 2H2O=2FeOH 2,又发生 4FeOH 2O22H 2O=4FeOH 3,反应中电子从负极 Fe 流向正极 Cu,铜不被腐蚀； 251中性、碱性或弱

27、酸 吸氧 Fe2e =Fe12O22eH 2O=2OH2较强酸 析氢 Fe 2e=Fe 22H2e=H 261 阴极： 2Cu 24e =2Cu,阳极： 4OH4e电解22Cl2H 2O= H2 Cl2 2OHCl 2 2OH=ClClO H 2O 23 42Fe4e =2Fe O22H 2O4e =4OH=O2 2H2O 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 Cl 2 与 KOH 会发生氧化仍原反应；3工作一段时间后, 溶液出现酸性,中出现碱性；通过 0.002 mol 电子时, 中生成 H为0.002 mol,H浓度为 0.01 mol L 1；中消耗 H为 0.002 mol,剩余 H为 0.01 mol L1 2 200 10 3 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 Zn 2水解所得,酸性较弱；所以 中酸性最强, pH 最小；4 如将装置中的外加电源拆去,用导线将两个电极连接,由于氯化钾溶液呈中性,所以装置就成了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀；名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页