化学6.3 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 新人教版 .ppt
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1、第第3 3节电解池金属的电化学腐蚀与防护节电解池金属的电化学腐蚀与防护考纲要求:1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。-3-基础梳理考点突破电解原理1.电解2.电解池(1)定义:电解池是把转变为的装置。(2)电解池的构成条件:有外接直流电源。有与相连的两个电极。形成闭合回路。电解质溶液或电解质。还原氧化电能化学能电源熔融-4-基础梳理考点突破阴极还原反应Cu2+2e-=Cu阳极氧化反应2Cl-2e-=Cl2正氧化负还原阴阳-5-基础梳理考点突破自主巩固自主巩固下图图是原电池,图是电解池,图中Z
2、n电极为极;电子由电源极到Zn电极,电子在Zn电极与溶液中的结合生成,发生反应;溶液中的Cu2+、H+向电极移动,、OH-向电极移动,在石墨电极电子生成,发生反应。阴负Cu2+Cu还原Zn石墨OH-失O2氧化-6-基础梳理考点突破-7-基础梳理考点突破-8-基础梳理考点突破-9-基础梳理考点突破-10-基础梳理考点突破例1(2016山东沂水二中期末)下列叙述错误的是()A.如图所示装置通电一段时间后,石墨电极上可能会有铜析出B.在原电池的负极和电解池的阴极上都发生氧化反应C.电解精炼铜时,同一时间段内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小D.用惰性电极电解Na2SO4溶液,阴、阳两极产物的物质的
3、量之比为21 答案解析解析关闭电解一段时间后,溶液中铜离子达到一定浓度后,石墨电极上铜离子放电生成铜,故A项正确;原电池的负极上发生氧化反应,电解池的阳极上发生氧化反应,故B项错误;电解精炼铜时,因为粗铜中含有杂质,所以同一时间段内,阳极溶解的铜的质量比阴极析出的铜的质量小,故C项正确;用惰性电极电解Na2SO4溶液,实质是电解水,阳极是氢氧根离子失电子生成氧气,阴极是氢离子得到电子生成氢气,阴、阳两极产物的物质的量之比为21,故D项正确。答案解析关闭B-11-基础梳理考点突破例2(2016湖南益阳三模)用惰性电极电解2L0.5molL-1的硝酸银溶液,当在电路中通过0.1mol电子后,调换正
4、、负极,电路中又通过了0.2mol电子,此时溶液pH为(假设溶液体积不变)()A.1B.2C.3D.无法确定A-12-基础梳理考点突破答题模板1.有关电解池解题的思维路径-13-基础梳理考点突破2.电解池电极反应式的书写步骤一判判断电解池的阴、阳极二看看清电解池的阳极材料是惰性电极还是活性电极(除Au、Pt外的金属电极一般为活性电极)-14-基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练1.(2016安徽淮南一模)工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱,生产装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为12,以下说法中正确的是()A.a极与电源的负极相连B.产物丙为
5、硫酸溶液C.离子交换膜d为阴离子交换膜D.b电极反应式:4OH-4e-=O2+2H2O 答案解析解析关闭通过装置图分析可知该装置是电解装置,电解硫酸钠溶液实质是电解水,气体甲与气体乙的体积比约为12,气体甲为氧气,气体乙为氢气,阳极生成氧气,电极反应式为4OH-4e-=2H2O+O2,阴极生成氢气,电极反应式为2H+2e-=H2,气体体积比为12,所以判断a电极是阳极,b电极是阴极,在阳极室得到硫酸,在阴极室得到氢氧化钠,则c为阴离子交换膜,d为阳离子交换膜。进一步分析可知a电极为阳极,与电源正极相连,A项错误;阳极a生成氧气,电极反应为4OH-4e-=2H2O+O2,阳极室水的电离平衡被破坏
6、生成大量氢离子,生成产物丙为硫酸,阴极生成氢气,2H+2e-=H2,生成产物丁为氢氧化钠,B项正确;c为阴离子交换膜,d为阳离子交换膜,C项错误;b电极是阴极,该电极上应该发生得电子的还原反应,D项错误。答案解析关闭B-15-基础梳理考点突破2.(2016吉林东北师大附中最后一卷)用铅蓄电池电解甲、乙电解池中的溶液。已知铅蓄电池的总反应为:电解一段时间后向c极和d极附近分别滴加酚酞溶液,c极附近溶液变红,下列说法正确的是()-16-基础梳理考点突破A.d极为阴极B.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为:C.若利用甲池精炼铜,b极应为粗铜D.若四个电极材料均为石墨,当析出6.4gCu时,两池中共产生
7、气体3.36L(标准状况下)答案解析解析关闭 答案解析关闭-17-基础梳理考点突破电解原理的应用1.电解饱和食盐水2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H2-18-基础梳理考点突破2.电解精炼铜 粗铜精铜Cu-2e-=Cu2+Cu2+2e-=Cu-19-基础梳理考点突破3.电镀铜 精铜待镀金属Cu2+Cu-2e-=Cu2+Cu2+2e-=Cu-20-基础梳理考点突破4.电冶金 2Cl-2e-=Cl22Na+2e-=2Na2Cl-2e-=Cl2Mg2+2e-=Mg6O2-12e-=3O24Al3+12e-=4Al-21-基础梳理考点突破特别提醒(1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制,除去NaCl中
8、混有的Ca2+、Mg2+、。(2)电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2+)不变;电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)减小。(3)电解熔融MgCl2冶炼镁,而不能电解MgO冶炼镁,是因为MgO的熔点很高;电解熔融Al2O3冶炼铝,而不能电解AlCl3冶炼铝,是因为AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电。-22-基础梳理考点突破自主巩固自主巩固判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)电解精炼铜时,两极得失电子数一定相同()(2)电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变()(3)电解精炼铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变()(4)电解精炼铜时,阳极泥中的金属没有得失电子()(5)电解冶炼镁、铝
9、通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3()(6)氯碱工业阴极产物只有H2()-23-基础梳理考点突破电解原理应用的四点注意事项1.阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱的质量。2.电解或电镀时,电极质量减少的电极必为金属电极阳极;电极质量增加的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。3.电解精炼铜,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子,变成金属阳离子进入溶液,其他活泼性弱
10、于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会逐渐减小。4.电镀时,阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,因此电镀液中电解质的浓度保持不变。-24-基础梳理考点突破例3(2016课标全国乙,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的向正极迁移,正极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.负极反应为2H2O-4e
11、-=O2+4H+,负极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成B-25-基础梳理考点突破解析:在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-=2H2+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+,故正极区pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区电极反应可知C选项错误;每通过1mol电子,有0.25molO2生成,D选项错误。-26-基础梳理考点突破例4(2015上海化学)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐
12、水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空:(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式:。(2)离子交换膜的作用为、。(3)精制饱和食盐水从图中位置补充,氢氧化钠溶液从图中(选填“a”“b”“c”或“d”)位置流出。-27-基础梳理考点突破答案:(1)2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-(2)阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,以便得到纯度更高的氢氧化钠溶液阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸(3)ad-28-基础梳理考点突破解析:(1)电解饱和食盐水时,溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出,使附近的水溶液
13、显碱性,溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子产生Cl2。该电解反应的离子方程式是2Cl-+2H2OCl2+H2+2OH-。(2)图中的离子交换膜是阳离子交换膜,可以允许阳离子通过,不能使阴离子通过,这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室与氯气发生反应,阻止Cl-进入阴极室,使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)随着电解的进行,溶质NaCl不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从阳极补充,即从图中a位置补充,由于阴极H+不断放电,附近的溶液显碱性,氢氧化钠溶液从图中d位置流出;水不断消耗,所以从b口不断加入蒸馏水,从c位置流出的是
14、稀的NaCl溶液。-29-基础梳理考点突破方法技巧电化学计算技巧原电池和电解池的计算,主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算,根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等。在进行有关计算时,可运用以下基本方法:(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算。用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。-30-基础梳理考点突破(3)根据关系式计算。根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建
15、计算所需的关系式。如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示:在电化学计算中,还常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19C来计算电路中通过的电量。-31-基础梳理考点突破跟踪训练跟踪训练3.(2016北京理综,12)用石墨电极完成下列电解实验。-32-基础梳理考点突破下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A.a、d处:2H2O+2e-=H2+2OH-B.b处:2Cl-2e-=Cl2C.c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+D.根据实验一的
16、原理,实验二中m处能析出铜 答案解析解析关闭A项,电解NaCl溶液,a、d处试纸变蓝,为H+放电生成H2,剩余OH-,使试纸变蓝,正确;B项,b处为阳极,b处变红,局部褪色,说明溶液中的Cl-和OH-均放电,错误;C项,实验一相当于两个串联电路,所以c处的Fe作阳极,故Fe失去电子生成Fe2+,正确;D项,根据实验一的原理知,实验二相当于三个串联电解池,每个铜珠的左、右两侧分别作为两个电极,其中m为阴极,n为阴极,右边的铜珠中,与n相对的一侧为阳极,其与m作电极构成的电解池中,电解时会存在Cu2+在m处放电生成Cu,正确。答案解析关闭B-33-基础梳理考点突破4.(2015福建理综,11)某模
17、拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()A.该装置将化学能转化为光能和电能B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移C.每生成1molO2,有44gCO2被还原D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-=C3H8O+5H2O 答案解析解析关闭 答案解析关闭-34-基础梳理考点突破-35-基础梳理考点突破电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在(填“阴极室”或“阳极室”)。电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为。c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2F
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