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第三節(jié) 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護,考綱要求 1.了解電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。2.理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。,一、電解原理 1．電解：使 通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起 的過程。 2．電解池(電解槽)：把 的裝置。,考點一 電解原理,電流,氧化還原反應,電能轉化為化學能,3．電解池的組成和工作原理 (用惰性電極電解CuSO4溶液) (1)電極名稱與電極反應： 與電源正極相連的為 ，發(fā)生 反應，電極反應式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 與電源負極相連的為 ，發(fā)生 反應，電極反應式：2Cu2＋＋4e－===2Cu。,陽極,氧化,陰極,還原,4．電解池中粒子流向 (1)電子：電子從電源 沿導線流入電解池的 極，陽極失去的電子沿導線流回電源的 。,負極,陰,正極,陰,陽,二、電極反應及電極產物的判斷 1．電解質溶液中離子的流向,2．電解對電極產物的判斷 (1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組 (不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后列出陰、陽兩極的放電順序：,,,特別提示 (1)判斷電解產物、書寫電極反應式以及分析電解質溶液的變化時首先要注意陽極是活性材料還是惰性材料。 (2)書寫電解化學方程式時，應看清是電解的水溶液還是熔融電解質。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融狀態(tài)下放電，在水溶液中Zn2＋只有在電鍍時才放電。,增大,水,(2)稀H2SO4： 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 或4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 陰極：_____________________ 電解后溶液的pH值 ，加入 可恢復電解前狀態(tài)。,4H＋＋4e－===2H2↑,減小,H2O,(3)NaCl溶液： 陽極：_____________________ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑或 _______________________________ 總反應的離子方程式為：,2Cl－－2e－===Cl2↑,2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－,增大,HCl,(4)AgNO3溶液： 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 陰極：4Ag＋＋4e－===4Ag 總反應的離子方程式： ___________________________________ 電解后溶液的pH值 ，加入適量 可恢復原狀態(tài)。 當AgNO3完全反應后，溶液_________________________________。,減小,Ag2O,因變成了稀HNO3溶液，能繼續(xù)導電,1．電解質溶液導電時是否一定發(fā)生化學變化？ 提示：一定。且一定發(fā)生氧化還原反應。 2．下列過程一定不可逆的是________。 a．電離 B．電解 c．水解 提示：b,1.右圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關判斷正確的是( ) A．a為負極、b為正極 B．a為陽極、b為陰極 C．電解過程中，d電極質量增加 D．電解過程中，氯離子濃度不變,考查電解原理,,解析：根據(jù)電流的方向判斷a為正極，b為負極，則c為陽極，d為陰極。電解CuCl2溶液的電極反應式為：陽極(c電極)2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極(d電極)Cu2＋＋2e－===Cu，C正確。 答案：C,解析：由反應式知鐵為陽極，電解液為堿性溶液，故A項錯誤，B項錯誤；鐵失去3 mol電子可以在陰極得到1.5 mol氫氣，標準狀況下為33.6 L，D項錯誤。 答案：C,3．用鉑電極電解一定濃度的下列物質的水溶液，在電解后的電解液中加適量水，能使溶液濃度恢復到電解前濃度的是( ) A．NaCl B．Na2CO3 C．CuSO4 D．K2S 解析：加適量水能使溶液恢復到電解前的濃度，則實際是電解水，故只有B項符合條件。 答案：B,考查電解的規(guī)律,4.右圖為直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象中正確的是( ) A．逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的 B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體 C．a電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色 D．a電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色 答案：D,,答案：C,1．以惰性電極電解電解質溶液的規(guī)律,3．判斷電解質溶液離子濃度的變化 (1)若陰極為H＋放電，則陰極區(qū)c(OH－)增大。 (2)若陽極為OH－放電，則陽極區(qū)c(H＋)增大。 (3)若陰、陽兩極同時有H＋、OH－放電，相當于電解水，電解質溶液的濃度增大。,一、 氯堿工業(yè) 電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣 1．電極反應 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 2．總反應方程式 ________________________________________。 離子方程式： ________________________________________。 3．在兩極滴入酚酞試液，陰極附近變紅,考點二 電解原理的應用及計算,二、電鍍與電解精煉銅,三、電冶金 1．電解冶煉鈉(電解熔融NaCl) (1)電極反應：陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 陰極：2Na＋＋2e－===2Na。 (2)總反應方程式：____________________________。 2．冶煉鎂(電解熔融的MgCl2) 總反應為：______________________________ 3．冶煉鋁(電解熔融的Al2O3) 電極反應： 陽極：______________________ 陰極：______________________ 總反應為_______________________________,6O2－－12e－===3O2↑,4Al3＋＋12e－===4Al,1．電鍍銅時，Cu2＋濃度如何改變？電解精煉銅時，CuSO4溶液的濃度是否改變？ 提示：電鍍銅時，電解質溶液中的Cu2＋濃度不變；電解精煉銅時，粗銅中的Zn、Fe、Ni等比Cu活潑的金屬在陽極失去電子，陰極上只有Cu2＋得電子，所以CuSO4溶液的濃度會降低。,答案：(1) (2) (3) (4)√ (5),1.(2014年臨沂模擬)電鍍在工業(yè)上有著廣泛的應用，可以鍍鋅、鍍銅、鍍金等。利用如圖所示裝置可以將銅牌變?yōu)殂y牌，即在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關說法中正確的是( ) A．通電后，Ag＋向陽極移動 B．銀片與電源負極相連 C．該電解池的陰極反應可表示為Ag＋＋e－===Ag D．當電鍍一段時間后，將電源反接，銅牌可恢復如初 答案：C,電解原理的應用,,2．氯堿工業(yè)的基本原理就是電解飽和食鹽水。下列關于實驗室電解飽和食鹽水的說法中正確的是( ) A．可以選用石墨棒作為陰、陽極材料，但陽極材料也可以用鐵棒 B．用濕潤的淀粉KI試紙靠近陰極區(qū)域，試紙變藍 C．電解過程中，在陽極區(qū)域溶液中滴加品紅，品紅褪色 D．實驗結束后，將溶液攪拌，然后用pH試紙檢驗，溶液呈中性 答案：C,答案：(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Fe－2e－===Fe2＋或 Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 (2)bcd,4．對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。 (1)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應為________________________________________。取少 量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產生氣泡和白色沉淀，產生沉淀的原因是________________________________________________。 (2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨做陽極的原因是______________________________________________________ ____________________________________________________。,(3)以CuSO4溶液為電解質溶液進行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質)的電解精煉，下列說法正確的是________。 a．電能全部轉化為化學能 b．粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應 c．溶液中Cu2＋向陽極移動 d．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬 (4)粗銅的電解精煉如圖所示。在粗銅的電解過程中，粗銅板是圖中電極________(填圖中的字母)；在電極d上發(fā)生的電極反應為________；若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，它們在電解槽中的存在形式和位置為_______________________________。,,有關電化學的計算,答案：A,6．在如圖所示的裝置中，若通入直流電5 min時，銅電極質量增加2.16 g，試回答：,,(1)電源電極X為________極。 (2)pH變化：A________，B________，C________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (3)通電5 min時，B中共收集224 mL氣體(標準狀況)，溶液體積為200 mL。則通電前CuSO4溶液的物質的量濃度為________(設電解前后溶液體積無變化)。 (4)若A中KCl溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為________(設電解前后溶液體積無變化)。,(4)A中生成OH－＝n(e－)＝0.02 mol， c(OH－)＝0.1 molL－1，pH＝13。 答案：(1)負 (2)增大 減小 不變 (3)0.02 5 molL－1 (4)13,電解池中有關量的計算或判斷 (1)電解計算的常用方法。,,(2)計算時常用的4e－關系。 (3)電解生成酸或堿的反應中，生成H＋或OH－的物質的量等于轉移電子的物質的量，以此作為求溶液pH的基礎依據(jù)。,,1．金屬腐蝕的本質 金屬原子 電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生 反應。 2．化學腐蝕和電化學腐蝕的比較,考點三 金屬的腐蝕與防護,失去,氧化,3.電化學腐蝕的分類(鋼鐵腐蝕),4.金屬防護方法 (1)金屬表面覆蓋保護層： ①涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷塑料。 ②鍍耐腐蝕的金屬或合金。 ③用化學方法鈍化使金屬表面形成一層致密的氧化物膜。 (2)電化學防護法： ①外加電流的 (電解池原理)，如鋼閘門接低壓直流電負極，石墨接電源正做作陽極，浸入水中。 ②犧牲陽極的 (原電池原理)，如船殼上釘上鋅塊。 (3)改變金屬的內部結構：普通鋼鐵加入鉻、鎳等轉變?yōu)椴讳P鋼等。,陰極保護法,陰極保護法,1．銅在酸雨較嚴重的地區(qū)發(fā)生的是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕？為什么？ 提示：吸氧腐蝕。銅位于金屬活動順序表氫以后，不能從酸溶液中置換出H2。而是發(fā)生吸氧腐蝕生成Cu2(OH)2CO3。,2．判斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“” (1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。( ) (2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。( ) (3)鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋。( ) (4)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用。( ) 答案：(1) (2) (3) (4),1．下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是( ),金屬的腐蝕與防護,,,A．圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴重 B．圖b中，開關由M改置于N時，CuZn合金的腐蝕速率減小 C．圖c中，接通開關時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大 D．圖d中，ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的 答案：B,2．以下現(xiàn)象與電化學腐蝕無關的是( ) A．黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產生銅綠 B．生鐵比純鐵芯(幾乎是純鐵)容易生銹 C．鐵制器件附有銅制配件，在接觸處易生鐵銹 D．銀制獎牌(純銀制成)久置后表面變暗 答案：D,3.如圖裝置中，小試管內為紅墨水，具支試管內盛有pH＝4久置的雨水和生鐵片。實驗時觀察到：開始時導管內液面下降，一段時間后導管內液面回升，略高于小試管內液面。下列說法正確的是( ) A．生鐵片中的碳是原電池的陽極，發(fā)生還原反應 B．雨水酸性較強，生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕 C．墨水回升時，碳電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．具支試管中溶液pH逐漸減小,,解析：生鐵片中的碳是原電池的正極，A錯；雨水酸性較強，開始時鐵片發(fā)生化學腐蝕和析氫腐蝕，產生氫氣，導管內液面下降，一段時間后鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，吸收氧氣，導管內液面回升，B錯；墨水回升時，鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，碳極為正極，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C對；鐵片無論是發(fā)生析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，具支試管內溶液pH均增大，D錯。 答案：C,解析：金屬腐蝕主要是吸氧腐蝕，不一定生成H2。 答案：A,5．(2014年邯鄲模擬)如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為( ) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④②①③⑥ C．⑤④③①②⑥ D．⑤③②④①⑥,,解析：在同一電解質溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：電解池的陽極原電池的負極(兩極材料的活潑性差別越大，氧化還原反應的速率越快)化學腐蝕犧牲陽極的陰極保護法外接電源的陰極保護法。 答案：B,1．金屬腐蝕的一般規(guī)律 (1)電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防護措施的腐蝕。 (2)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢： 強電解質溶液弱電解質溶液非電解質溶液。 (3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。 (4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快。故輪船在海水中比在河水中腐蝕的快。 (5)O2濃度越大，腐蝕越快。,2．廣泛存在的吸氧腐蝕 (1)鋼鐵既能發(fā)生析氫腐蝕，又能發(fā)生吸氧腐蝕，但主要發(fā)生吸氧腐蝕。 (2)銅只能發(fā)生吸氧腐蝕，其銅綠產生的電化學原理為： 負極：2Cu－4e－===2Cu2＋ 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 總反應：2Cu＋O2＋2H2O===2Cu(OH)2 2Cu(OH)2＋CO2===Cu2(OH)2CO3＋H2O,污水處理——電浮選凝聚法 (1)實驗裝置：,,(2)化學反應： 陽極：Fe－2e－===Fe2＋，2H2O－4e－===4H＋＋O2↑， 4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ (3)原理及操作： 接通直流電源后，與直流電源正極相連的陽極鐵失去電子生成Fe2＋，進一步被氧化，并生成Fe(OH)3沉淀，F(xiàn)e(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來，具有凈化的作用；與直流電源負極相連的陰極產生H2，氣泡把污水中的懸浮物帶到水面形成浮渣層，積累到一定厚度時刮去(或撇掉)浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。,典例 電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種處理污水的方法，實驗過程中，污水的pH始終保持在5.0～6.0之間。如圖是電解污水實驗裝置示意圖。接通直流電源一段時間后，在A電極附近有深色物質產生，在B電極附近有氣泡產生。試根據(jù)以上實驗現(xiàn)象以及圖示回答下列問題：,,(1)電解池的電極A、B分別為________極和________極。 (2)B電極材料的物質X的名稱可以是________________________。 (3)因深色物質具有________性，因而可以將水中的污物沉積下來。 (4)陽極的電極反應式為__________________________________、 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑；陽極區(qū)生成深色物質的離子方程式是________________________________________________________。 (5)若污水導電性不良時，可以加入適量________溶液(寫某鹽的化學式)。,解析 根據(jù)實驗現(xiàn)象，A極附近產生了具有吸附作用的Fe(OH)3，所以A極與電源正極相連為陽極，F(xiàn)e失去電子變?yōu)镕e2＋，同時A極附近的水電離產生的OH－也失去電子產生O2：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，產生的O2將Fe2＋氧化為Fe3＋而形成Fe(OH)3膠體：4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3(膠體)＋8H＋。溶液中的H＋在B極獲得電子產生H2：2H＋＋2e－===H2↑，X電極選擇能導電的Cu、石墨均可。若污水導電性不良時，說明溶液中離子濃度較小，加入Na2SO4、KNO3等鹽類即可增強其導電性。,答案 (1)陽 陰 (2)石墨(其他合理答案也可) (3)吸附 (4)2Fe－4e－===2Fe2＋ 4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3(膠體)＋8H＋ (5)Na2SO4、KNO3等,,請根據(jù)以上知識回答下列問題： (1)含鉻廢水預處理的方法是_____________________________。 (2)寫出下列反應的離子方程式： ①電解過程中的陰極反應式______________________________。,(5)當廢水顏色不再發(fā)生明顯變化時，切斷電源，取出電極，再調節(jié)電解液的pH至8左右。調節(jié)pH的目的是 ____________________________________________________。,