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文档介绍
全国版2021高考化学一轮复习第19讲电解池金属的电化学腐蚀与防护课件
化学反应与能量转化 第六章 第 19 讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 1. 理解电解池的构成、工作原理及应用。 2. 能写出电极反应式和反应方程式。 3. 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。 栏 目 导 航 考点一 电解原理 考点二 电解原理在工业生产中的应用 考点三 金属的腐蚀与防护 探究高考 · 明确考向 1 ． 电解 在 __________ 作用下，电解质在两个电极上分别发生 __________ 和 __________ 的过程。 2 ． 电解池 (1) 概念： 电解池是把 __________ 能转化为 __________ 能的装置。 考点一 电解原理 电流 氧化反应 还原反应 电 化学 (2) 构成条件： ①有与 __________ 相连的两个电极。 ②电解质溶液 ( 或熔融盐 ) 。 ③形成 __________ 。 电源 闭合回路 3 ． 电解池工作原理 (1) 电极名称及电极反应式 ( 如图 ) (2) 电子和离子的移动方向 一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。如理论上 H ＋ 的放电能力大于 Fe 2 ＋ 、 Zn 2 ＋ ，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中 c (Fe 2 ＋ ) 或 c (Zn 2 ＋ ) ≫ c (H ＋ ) ，则先在阴极上放电的是 Fe 2 ＋ 或 Zn 2 ＋ ，因此阴极上的主要产物为 Fe 或 Zn ；但在水溶液中， Al 3 ＋ 、 Mg 2 ＋ 、 Na ＋ 等是不会在阴极上放电的。 5 ． 用惰性电极电解电解质溶液的规律 水 减小 增大 不变 水 HCl 增大 HCl CuCl 2 CuCl 2 NaCl 和 H 2 O 增大 HCl 4HNO 3 AgNO 3 和 H 2 O 减小 Ag 2 O [ 想一想 ] (1) 电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。 提示： 不一定，如用惰性电极电解饱和 Na 2 SO 4 溶液，一段时间后会析出 Na 2 SO 4 · 10H 2 O 晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。 (2) 要使电解后的 CuSO 4 溶液复原，加入 Cu(OH) 2 固体可以吗？为什么？加入 CuCO 3 为什么也可复原？ 提示： 不可以，因为电解 CuSO 4 溶液时，尽管 Cu 2 ＋ 和 OH － 分别放电，按照电极反应式 Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu 、 4OH － － 4e － ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ ，氢元素变成 H 2 O 仍然留在溶液中，只有 Cu 析出和 O 2 逸出，且物质的量之比为 2∶1 ，所以要让溶液复原，需要加 CuO ，而不能加 Cu(OH) 2 。加入 CuCO 3 时， CO 2 变为气体逸出，相当于加的是 CuO 。 (3) 通过上述分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？ 提示： 电解质溶液的复原应遵循 “ 从溶液中析出什么补什么 ” 的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入那种元素的原子。 (4) 根据金属活动顺序表， Cu 和稀 H 2 SO 4 不反应，怎样根据电化学的原理实现 Cu 和稀 H 2 SO 4 反应产生 H 2 ? 阴 CO 2 ＋ 6H ＋ ＋ 6e － ===CH 3 OH ＋ H 2 O A 从左向右 (4) 将二氧化碳转化为乙烯的装置如图所示，使用的电极材料均为惰性电极。则 a 为电源的 ______ 极，阴极反应式为 ________________________________________ ； 阳极反应式 __________________________ 。 正极 2CO 2 ＋ 12H ＋ ＋ 12e － ===C 2 H 4 ＋ 4H 2 O 2H 2 O － 4e － ===O 2 ↑ ＋ 4H ＋ 电极反应式的书写 —— “ 二判二析一写 ” 题组二 电解原理的分析与运用 2 ． (2019 · 河南安阳调研 ) 某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是 ( ) A ．石墨电极与直流电源的负极相连 B ．铜电极的电极反应式为 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ C ．氢氧化钠在石墨电极附近产生， Na ＋ 向石墨电极迁移 D ．用湿润的淀粉－ KI 试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 B 解析 3 ．如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 变色范围： 6.8 ～ 8.0 ，酸色 — 红色，碱色 — 黄色， Mg(OH) 2 沉淀的 pH ＝ 9) ，接通电源一段时间后 A 管产生白色沉淀，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 ) 。 ① A 管溶液由红变黄 ② B 管溶液由红变黄 ③ A 管溶液不变色 ④ B 管溶液不变色 ①④ (2) 写出 A 管中发生的反应： _________________________________________ ________________________________________ 。 (3) 写出 B 管中发生的反应： ____________________________________________________________ 。 (4) 检验 b 管中气体的方法是 ______________________________________________________________________ 。 (5) 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 电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，导致阳极附近溶液呈酸性；阴极上氢离子放电生成氢气，同时有氢氧根离子生成，氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，溶液呈弱碱性。 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ 、 Mg 2 ＋ ＋ 2OH － ===Mg(OH) 2 ↓ ( 或 2H 2 O ＋ 2e － ＋ Mg 2 ＋ ===H 2 ↑ ＋ Mg(OH) 2 ↓ ) 4OH － － 4e － ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ ( 或 2H 2 O － 4e － ===O 2 ↑ ＋ 4H ＋ ) 用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃 溶液呈红色，白色沉淀溶解 1 ．计算类型 有关原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。 2 ． 三种方法 (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。 电化学计算的三种常见方法 (2) 根据电子守恒计算 ①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。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3) 根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过 4 mol e － 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和价值，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 ＝ I · t 和 Q ＝ n (e － ) × N A × 1.60 × 10 － 19 C 来计算电路中通过的电量。 题组一 根据总反应式建立等量关系进行计算 1 ．将两个铂电极插入 500 mL CuSO 4 溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重 0.064 g( 设电解时该电极无氢气逸出，且不考虑水解和溶液体积变化 ) ，此时溶液中氢离子浓度约为 ( ) A ． 4×10 － 3 mol/L B ． 2×10 － 3 mol/L C ． 1×10 － 3 mol/L D ． 1×10 － 7 mol/L A 解析 2 ．两个惰性电极插入 500 mL AgNO 3 溶液中，通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为 3.0 时 ( 设电解过程中阴极没有 H 2 放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计 ) ，电极上析出银的质量最大为 ( ) A ． 27 mg B ． 54 mg C ． 106 mg D ． 216 mg B 解析 题组二 根据电子守恒突破电解分阶段计算 3 ． (2019 · 山东烟台调研 ) 把物质的量均为 0.1 mol 的 CuCl 2 和 H 2 SO 4 溶于水制成 100 mL 的混合溶液，用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下体积相同。则下列描述正确的是 ( ) A ．电路中共转移 0.6 N A 个电子 B ．阳极得到的气体中 O 2 的物质的量为 0.2 mol C ．阴极质量增加 3.2 g D ．电解后剩余溶液中硫酸的浓度为 1 mol · L － 1 答案 A A 解析 题组三 根据电子守恒突破电解池的 “ 串联 ” 计算 5 ．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中 A 、 B 、 D 均为石墨电极， C 为铜电极。工作一段时间后，断开 K ，此时 A 、 B 两极上产生的气体体积相同。 (1) 甲中负极的电极反应式为 _________________________________________ 。 (2) 乙中 A 极析出的气体在标准状况下的体积为 ________ 。 (3) 丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如下图，则图中 ② 线表示的是 ________ 的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要 ________ mL 5.0 mol · L － 1 NaOH 溶液。 2.24 L Fe 2 ＋ 280 串联装置图比较 图甲中无外接电源，二者必有一个装置是原电池 ( 相当于发电装置 ) ，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，即左图为原电池装置，右图为电解装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。 考点二 电解原理在工业生产中的应用 氧化 还原 (3) 氯碱工业生产流程图 (4) 应用：氯碱工业制 __________ 、 __________ 和 __________ 。 烧碱 氯气 氢气 2 ． 电镀 如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 __________ 。 阴 阳 AgNO 3 溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 Ag － e － ===Ag ＋ Ag ＋ ＋ e － ===Ag 阳 阴 不变 3 ． 电解精炼铜 (1) 电极材料：阳极为 __________ ，阴极为 __________ 。 (2) 电解质溶液：含 Cu 2 ＋ 的盐溶液。 (3) 电极反应： 阳极： ________________________ 、 _____________________ 、 __________________ 、 ___________________________ ； 阴极： _________________________ 。 注意： 随着电解的进行，溶液中 Cu 2 ＋ 的浓度将减小。 粗铜 纯铜 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ Ni － 2e － ===Ni 2 ＋ Cu － 2e － ===Cu 2 ＋ Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu 4 ． 电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na 、 Ca 、 Mg 、 Al 等。 [ 想一想 ] (1) 为什么电解熔融的 MgCl 2 制取单质镁而不电解熔融的 MgO? 提示： 因为 MgO 的熔点比 MgCl 2 的高，浪费能源，且电解熔融的 MgCl 2 还可得到副产物 Cl 2 。 (2) 为什么电解熔融的 Al 2 O 3 制取单质铝而不电解熔融的 AlCl 3 ? 提示： AlCl 3 是共价化合物，熔融状态不导电。 1 ． (2019 · 安徽淮北质检 ) 利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是 ( ) A ．氯碱工业中， X 电极上反应式是 4OH － － 4e － ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ B ．电解精炼铜时， Z 溶液中的 Cu 2 ＋ 浓度不变 C ．在铁片上镀铜时， Y 是纯铜 D ．制取金属镁时， Z 是熔融的氯化镁 D 解析 氯碱工业中阳极是 Cl － 放电生成 Cl 2 ；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极 Cu 2 ＋ 放电析出 Cu ，溶液中 Cu 2 ＋ 浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。 2 ． (2019 · 辽宁沈阳一中检测 ) 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，下列叙述正确的是 ( 已知：氧化性 Fe 2 ＋查看更多