高考化学一轮复习学案课件（人教版）：第6章 化学反应与能量第3节　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

高考化学一轮复习学案课件（人教版）：第6章 化学反应与能量第3节　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

第三节　电解池　金属的电化学腐蚀与防护 一、电解原理 1. 电解：使______通过电解质溶液或熔融电解质而在__________引起 ____________的过程。 2. 电解池：把________转化为________的 装置叫电解池(也叫电解槽)。 3. 电解池的组成 (1)两个导体作电极，与电源正极相连的为 ____极，与电源负极相连的为____极； (2)电解质溶液或熔融电解质； (3)一个直流电源且形成闭合回路。 【想一想】 如何判断一个装置是原电池还是电解池？ 【答案】①首先看有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可 能为原电池。②然后依据原电池的形成条件分析判断。 4. 工作原理(以电解CuCl2溶液为例) 电极名称 阴极 阳极 电极材料 石墨 石墨 实验现象 石墨棒上____________________ 石墨棒上产生______， 且能使湿润的碘化钾 淀粉试纸变成______ 色 电解质溶液的颜色__________ 电极反应 反应类型 总反应 方程式 闭合回路 的形成 电子从电源的________极沿导线流入电解池的______极； 电解质溶液中的阳离子(Cu2＋)移向电解池的______极且 ______电子，阴离子(Cl－)移向电解池的______极且 ______电子；电子再从电解池的__________极流出，并 沿导线流回电源的______极 【温馨提示】电解质的电离是电解质溶液导电的前提条件。电解质溶液的 导电过程就是电解质溶液的电解过程。 二、电解原理的应用 1. 电解饱和食盐水 (1)电极反应　阳极：__________；阴极：______________。 (2)总反应方程式：______________________。 (3)应用：氯碱工业制________、______和______。 2. 电镀铜或电解精炼铜 (1)两极材料：待镀金属或纯铜作______，镀层金属或粗铜作____。 (2)电极反应　阳极：__________；阴极：__________。 3. 电解冶炼Na(如电解熔融NaCl获得Na) (1)电极反应　阳极：____________；阴极：____________。 (2)总反应方程式：__________________。 (3)应用：冶炼____________等活泼金属。 【想一想】 电镀铜和电解精炼铜的过程中，电解质溶液中Cu2＋的浓度变化吗？ 【答案】电镀铜的过程中，Cu2＋的浓度基本不变；电解精炼铜的 过程中，Cu2＋的浓度逐渐减小。 三、金属的电化学腐蚀与防护 1. 金属腐蚀：金属与周围的气体或液态物质发生________反应而引 起损耗的现象。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 2. 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与______________直接 接触 ____________跟电解质 溶液接触 特点 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属失电子变成金属阳离子而被氧化 (M－ne－===Mn＋) 金属被氧化的过程 ________的金属被氧 化的过程 相互 关系 两种腐蚀往往同时发生，但____________更普遍，危害 更严重 3. 电化学腐蚀分类(以钢铁的腐蚀为例) 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜呈____________或 __________ 水膜呈 ______ 正极反应 负极反应 总反应 进一步生成 铁锈的反应 相互关系 ______腐蚀更普遍 【想一想】 把纯铁丝放入稀硫酸中放出H2，该过程属于析氢腐蚀吗？ 【答案】不属于析氢腐蚀，属于化学腐蚀。 4. 金属的防护方法 (1)电化学防护法 ①牺牲阳极的阴极保护法 在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属(Zn)，让被保护的金属作原电池 的________。 ②外加电流的阴极保护法 用被保护的钢铁设备作______，惰性电极作______，外接直流电源。 (2)其他方法 ①改变金属内部结构，如把金属制成防腐的__________(如不锈钢)； ②加涂防护层如__________、________、________、________或________等 方法。 【答案】一、1. 电流　阴、阳两极　氧化还原反应 2. 电能　化学能　3. (1)阳　阴 4. 逐渐覆盖一层红色物质　刺激性气味的气体　蓝　逐渐变浅 Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑　还原反应　氧化反应　CuCl2Cu＋ Cl2↑　负　阴　阴　得到　阳　失去　阳　正 二、1. (1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑ (2)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3)Cl2　H2　NaOH 2. (1)阴极　阳极　(2)Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu 3．(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2Na＋＋2e－===2Na (2)2NaCl(熔融)2Na＋ Cl2↑　(3)Na、Mg、Al　 三、1. 氧化还原　2. 干燥气体或非电解质　不纯金属或合金　较活泼　电化学腐蚀　 3. 很弱的酸性　中性　酸性 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋　2Fe＋O2 ＋2H2O===2Fe(OH)2　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O　吸 氧 4. (1)①正极　②阴极　阳极　(2)①合金　②喷油漆　涂油脂　电镀　喷镀　表面钝 化 电极名称、电极产物的判断及有关反应式的书写 【例1】　(2010高考·海南卷，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Cu===Cu2＋＋2e－ D. 电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥 【解析】电解精炼铜就是利用电解法将粗铜中的铜提取出来，因此粗铜作阳 极，连接电源正极，电极反应是Cu －2e－===Cu2＋ ；精铜作阴极，连接电 源负极，电极反应是Cu2＋＋2e－===Cu。粗铜含有金属活动性比铜弱的少量 Ag、Pt等金属，故Ag、Pt等金属随着粗铜中铜的溶解而沉积在阳极底部，形 成阳极泥。 【答案】BD 1. 电解池电极的判断 2. 2. 电解时电解产物的判断 3. (1)阳极产物的判断：①若阳极是活性电极(除C、Pt、Au以外的金属)， 则阳极金属材料失去电子而被氧化成阳离子； 4. ②若阳极是惰性电极(C、Pt、Au)，则是电解液中阴离子在阳极失去电 子被氧化。阴离子放电顺序为：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。 5. (2)阴极产物的判断：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应。 阳离子放电顺序为：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋> Al3＋ >Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。 Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，第一阶段只能被还原为Fe2＋。 3. 电解时电极反应式的书写 (1)首先判断电极名称(阴极、阳极)。 (2)其次分析电极材料。判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。 (3)再次分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应、判断 电极产物，写出电极反应式。 【温馨提示】电解水溶液时，应注意位于放电顺序中H＋和OH－之后的离 子一般不放电。 4. 电解总反应方程式的书写 (1)必须注明反应条件：通电或电解。 (2)当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H＋或OH －放电，但在书写电解总反应方程式时要将反应物中的H＋或OH－均换成 水，在生成物中出现的是碱或酸。 【知识关联】与氧化还原反应、原电池等知识联系。 1. 右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极 a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是(　　) A. 逸出气体的体积：a电极的小于b电极的 B. 一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C. a电极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ D. a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 【解析】用惰性石墨电极通直流电电解稀Na2SO4水溶液实际是电解 水。根据电解原理，a极：2H＋＋2e－===H2↑，该电极附近的溶液 中剩余OH－，显碱性，故该极附近石蕊试液呈蓝色；b极：4OH－ －4e－===2H2O＋O2↑，该电极附近的溶液中剩余H＋，显酸性，该 极附近呈红色。 【答案】D 惰性电极电解电解质溶液的规律 【例2】　(2011·山东济宁一中期末)如下图所示的装置，C、D、E、F都是惰 性电极。将电源接通后，向乙装置的溶液中滴入酚酞溶液，在E极附近显红 色。则以下说法不正确的是(　　) A. 电源B极是正极 B. 甲、乙装置的C、D、E、F电极 均有单质生成，其物质的量比为 1∶ 2∶ 2∶ 2 C. 欲用丙装置给铜镀银，H应该是Ag， 电镀液选择AgNO3溶液 D. 甲装置中D电极附近溶液的pH变小 【解析】乙装置E极附近的溶液遇酚酞显红色，说明E极是电解池的阴极，C、 G也为电解池的阴极；A是电源的负极，B是电源的正极；D、F、H是电解池 的阳极。C、D、E、F电极生成的单质分别为Cu、O2、H2、Cl2，其物质的 量比为2∶ 1∶ 2∶ 2 。用丙装置给铜镀银，则G电极反应式为：Ag＋＋e－ ===Ag ，H电极反应式为：Ag－e－===Ag＋。 【答案】B 【温馨提示】①若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；若阳极 为OH－放电，则阳极区c(H＋)增大。②用惰性电极电解电解质溶液 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(按方程式对应 系数确定的比例)的化合物。 2. (2010·福建泉州一中期中)用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极 上的主要产物分别是H2和O2的是(　　) A. 稀NaOH溶液 B. HCl溶液 C. NaCl溶液 D. 酸性AgNO3溶液 【解析】根据用惰性电极电解电解质溶液的类型可知，电解稀NaOH溶液 属于电解水型，阴极和阳极的产物分别是H2和O2，A正确。B中生成的气 体是H2和Cl2，C中生成的气体是H2和Cl2，D中生成的气体只有O2。 【答案】A 电解池的有关计算 【例3】　用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液 的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积 变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是(　　) A. 27 mg 　B. 54 mg C. 108 mg D. 216 mg 【解析】首先写出电极反应方程式，阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴 极：4Ag＋＋4e－===4Ag。根据电子守恒建立关系式：4H＋～4OH－～4e －～4Ag，物质的量关系为：n(e－)＝n(H＋)＝n(Ag)；所以，m(Ag)＝ n(Ag)×108 g/ mol＝0.5 L×10－3 mol/L×108 g/mol×103mg·g－1＝54 mg 【答案】B 1. 电解池有关计算的类型 主要包括：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、相对原子质量或元素的化合价、 化学式等。 2. 解题方法：电子守恒法、总离子方程式法、关系式法、差量法等。 3. 电解100 mL含c(H＋)＝0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是(　　) A. 0.10 mol/L Ag＋ B. 0.02 mol/L Zn2＋ C. 0.20 mol/L Cu2＋ D. 0.20 mol/L Pb2＋ 【解析】根据离子的放电顺序可知，当电路中通过0.04 mol的电子时， 能析出金属的只有选项A和C，根据Ag＋＋e－===Ag和Cu2＋＋2e－ ===Cu可知分别析出0.01 mol的Ag和0.02 mol的Cu，其质量分别为1.08 g和1.28 g。 【答案】C 金属的电化学腐蚀与防护 【例4】　(2010高考·北京卷，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，钢管不易被腐蚀 D. 钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋ 【解析】根据外加电流的阴极保护法，钢管必须接在电源的负极上才 能被保护，A错。钢管是铁与碳的合金，而铁与铜构成原电池时，铁做 负极被腐蚀，C错。钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－2e－ ===Fe2＋，D错。 【答案】B 影响金属腐蚀快慢的因素 1. 与构成原电池的电极材料有关。两电极材料的活动性差距越大， 氧化还原反应的速率就越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。一般地， 金属腐蚀的快慢顺序为：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>有 防护措施的腐蚀。 2. 与金属所接触的电解质的强弱有关。同一种金属在相同浓度的不 同电解质中的腐蚀快慢顺序为：强电解质>弱电解质>非电解质。 4. 如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________腐蚀。 (2)若试管内液面上升，则原溶液呈________性，发生 ________腐蚀，负极电极反应：____________， 正极电极反应：_________________。 (3)若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生______腐蚀，负极 电极反应：________________，正极电极反应：________________。 【解析】根据金属腐蚀的条件、原理及实验结果可知：试管内液面上升， 说明试管内压强减小，气体被吸收所致，则铁钉发生了吸氧腐蚀；试管 内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，即 铁钉发生了析氢腐蚀。 【答案】(1)电化学 (2)弱酸性或中　吸氧　2Fe－4e－===2Fe2＋ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ (3)较强的酸　析氢　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑ 1. (2009高考·广东理科基础卷，25)钢铁生锈过程发生如下反应： 2. ① 2 F e ＋ O 2 ＋ 2 H 2 O = = = 2 F e ( O H ) 2 ；② 4 F e ( O H ) 2 ＋ O 2 ＋ 2H2O===4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O。下列说法正确的是 (　　) 3. A. 反应①、②中电子转移数目相等 4. B. 反应①中氧化剂是氧气和水 5. C. 与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 6. D. 钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 7. 【解析】本题考查钢铁的腐蚀。①②反应中消耗O2的量相等，两个反应 也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。①中H2O的 H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电 池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中 易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。 8. 【答案】A 3. 用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10－3mol的 OH－放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是(　　) A. 阳极上析出3.6 mL O2(标准状况) B. 阴极上析出32 mg Cu C. 阴极上析出11.2 mL H2(标准状况) D. 阳极和阴极质量都无变化 【解析】本题考查电解的有关计算。用惰性电极电解CuSO4溶液时，阴 极的电极反应为：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极的电极反应为：4OH－－ 4e－===O2↑＋2H2O。当有1×10－3 mol的OH－放电时，生成标准状况 下的O2为5.6 mL，此时转移电子数为1×10－3 mol，则在阴极上析出32 mg Cu。 【答案】B 4. (2010高考·新课标卷，26(2)) 利用电解可提纯Cu，在该电解反应 中阳极物质是________，阴极物质是________，电解质溶液是 ________。 【解析】电解提纯Cu的方法是将粗铜作为电解池的阳极，精铜作 为电解池的阴极，一般用CuSO4溶液作电解质溶液。 【答案】粗铜　精铜　CuSO4溶液 5. (2010高考·全国卷Ⅱ，29)下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：6.8～8.0，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)； ①A管溶液由红变黄　②B管溶液由红变黄 ③A管溶液不变色　　④B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 __________________________________________________________________ _______________________________。 【解析】本题考查电解原理、电极反应式的书写和H2、O2的检验方法。 (1)由于MgSO4是强酸弱碱盐，在水溶液中存在Mg2＋＋2H2O Mg(OH)2＋2H＋水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前A、B管均显红 色。在A管溶液中，铂丝做阴极，电解池中阴离子在阳极发生氧化反应， 阳离子在阴极发生还原反应，由于H＋的氧化性大于Mg2＋的氧化性， H＋先得电子被还原为H2，Mg2＋与剩余的OH－生成Mg(OH)2沉淀， 酸性减弱，随着水的电解，OH－浓度增大，颜色由红变黄。而在B管 溶液中铂丝作阳极，OH－的还原性大于SO，OH－失电子，随着电解 的进行，酸性增大，溶液不变色(始终为红色)。 (2)由(1)可知，在A管中发生： 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) Mg2＋＋ 2OH－===Mg(OH)2↓ (3)由(1)可知在B管中发生： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑) (4)H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住试管口，取出 试管a，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰。 (5)O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住试管口，取出试 管b，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。 (6)电解一段时间后，将电解液倒入烧杯内，由于两极产生的H＋和 OH－[后生成Mg(OH)2]恰好中和，故溶液基本恢复电解前状态 (MgSO4浓度增大)，故溶液仍显红色，同时白色的Mg(OH)2沉淀溶 解。 【答案】(1)①④ (2)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2 ↑)、Mg2＋＋ 2OH －===Mg(OH)2↓ (3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑) (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