高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第3讲 电解池 金属的腐蚀与防护课件 新人教版.ppt

第六章化学反应与能量 第三讲电解池金属的腐蚀与防护 考纲要求 1 了解电解池的工作原理 能写出电极反应式和电解反应方程式 2 理解金属发生电化学腐蚀的原因 金属腐蚀的危害 防止金属腐蚀的措施 1 电解定义在 作用下 电解质在两个电极上分别发生 和 的过程 2 能量转化形式电能转化为 3 电解池 1 构成条件 有与 相连的两个电极 或 形成 考点一电解的原理 知识梳理 电流 氧化反应 还原反应 化学能 电源 电解质溶液 熔融盐 闭合回路 2 电极名称及电极反应式 如图 3 电子和离子的移动方向 特别提醒电解时 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 4 用惰性电极电解电解质溶液的规律 1 某同学组装了如图所示的电化学装置 电极 为Al 其他均为Cu 则 A 电流方向 电极 A 电极 B 电极 发生还原反应C 电极 逐渐溶解D 电极 的电极反应 Cu2 2e Cu 解析分析图可知 左侧两个烧杯的装置形成原电池 且 为负极 为正极 而最右边的装置为电解池 因此 该装置中电子流向 电极 A 电极 则电流方向 电极 A 电极 A项正确 电极 发生氧化反应 B项错误 电极 的电极反应为Cu2 2e Cu 有铜析出 C项错误 电极 为电解池的阳极 其电极反应为Cu 2e Cu2 D项错误 答案A 题组训练 2 为增强铝的耐腐蚀性 现以铅蓄电池为外电源 以Al作阳极 Pb作阴极 电解稀硫酸 使铝表面的氧化膜增厚 反应原理如下 电池 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 3 某兴趣小组设计如图所示微型实验装置 实验时 先断开K2 闭合K1 两极均有气泡产生 一段时间后 断开K1 闭合K2 发现电流表A指针偏转 下列有关描述正确的是 4 如图所示 将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中 下列分析正确的是 5 2015 四川理综 用如图所示装置除去含CN Cl 废水中的CN 时 控制溶液pH为9 10 阳极产生的ClO 将CN 氧化为两种无污染的气体 下列说法不正确的是 A 用石墨作阳极 铁作阴极 B 阳极的电极反应式 Cl 2OH 2e ClO H2O 解析若铁作阳极 则铁失电子生成Fe2 则CN 无法除去 故铁只能作阴极 A项正确 Cl 要生成ClO Cl的化合价升高 故在阳极发生氧化反应 又已知该溶液为碱性条件 故B项正确 阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应 碱性条件下 H2O提供阳离子H 故C项正确 由于溶液是碱性条件 故除去CN 发生的反应为2CN 5ClO H2O N2 2CO2 5Cl 2OH D项错误 答案D 6 2015 浙江理综 在固态金属氧化物电解池中 高温共电解H2O CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式 基本原理如图所示 下列说法不正确的是 A X是电源的负极 1 分析电解过程的思维程序 1 首先判断阴 阳极 分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极 2 再分析电解质水溶液的组成 找全离子并分阴 阳两组 不要忘记水溶液中的H 和OH 3 然后排出阴 阳两极的放电顺序阴极 阳离子放电顺序 Ag Fe3 Cu2 H 酸 Fe2 Zn2 H 水 Al3 Mg2 Na Ca2 K 阳极 活泼电极 S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子 特别提醒 1 阴极不管是什么材料 电极本身都不反应 一定是溶液 或熔融电解质 中的阳离子放电 2 最常用 最重要的放电顺序是 阳极 Cl OH 阴极 Ag Cu2 H 3 电解水溶液时 K Al3 不可能在阴极放电 即不可能用电解水溶液的方法得到K Ca Na Mg Al等金属 4 分析电极反应 判断电极产物 写出电极反应式 要注意遵循原子守恒和电荷守恒 5 最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式 考点二电解原理的应用 知识梳理 氧化 还原 烧碱 氯气 氢气 阴 阳 AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 阳 阴 不变 粗铜 纯铜 1 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 解析氯碱工业中阳极是Cl 放电生成Cl2 电解精炼铜时阳极粗铜溶解 阴极Cu2 放电析出Cu 由于粗铜中含有锌 铁 镍等杂质 溶液中Cu2 浓度变小 铁片上镀铜时 阴极应该是铁片 阳极是纯铜 答案D 题组训练 A 氯碱工业中 X电极上反应式是4OH 4e 2H2O O2 B 电解精炼铜时 Z溶液中的Cu2 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 2 金属镍有广泛的用途 粗镍中含有Fe Zn Cu Pt等杂质 可用电解法制得高纯度的镍 下列叙述中正确的是 已知 氧化性Fe2 Ni2 Cu2 A 阳极发生还原反应 其电极反应式为 Ni2 2e NiB 电解过程中 阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C 电解后 溶液中存在的阳离子只有Fe2 和Zn2 D 电解后 电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt 解析电解时 阳极Zn Fe Ni失去电子 发生氧化反应 A项错误 因氧化性Ni2 Fe2 Zn2 故阴极反应为Ni2 2e Ni 可见 阳极质量减少是因为Zn Fe Ni溶解 而阴极质量增加是因为析出Ni B项错误 电解后溶液中的阳离子除Fe2 和Zn2 外 还有Ni2 H C项错误 答案D 3 2015 上海卷 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 位置流出 填 a b c 或 d H2 能得到纯度更高的氢氧化钠溶液 避免Cl2与H2反应 a d 4 使用氯化钠作原料可以得到多种产品 1 实验室用惰性电极电解100mL0 1mol L 1NaCl溶液 若阴阳两极均得到112mL气体 标准状况 则所得溶液的物质的量浓度是 忽略反应前后溶液体积的变化 2 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器 用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液 通电时 为使Cl2被完全吸收 制得有较强杀菌能力的消毒液 设计了如图的装置 0 1mol L 1 对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是 填字母序号 A a为正极 b为负极 NaClO和NaClB a为负极 b为正极 NaClO和NaClC a为阳极 b为阴极 HClO和NaClD a为阴极 b为阳极 HClO和NaCl 3 实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe OH 2沉淀 某同学利用上图装置 只更换一个电极 通过电解法制取较纯净的Fe OH 2沉淀 且较长时间不变色 该同学换上的电解材料是 用元素符号表示 总的反应式是 B Fe 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测定的计算 根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算 不论哪类计算 均可概括为下列三种方法 1 根据电子守恒计算用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物 相同电荷量等类型的计算 其依据是电路上转移的电子数相等 考点三有关电化学的计算 知识梳理 2 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比例式计算 3 根据关系式计算由得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁 建立计算所需的关系式 4e 4Ag 2Cu 2Cl2 2H2 O2 4H 4OH 涉及电化学计算方面的要求不高 主要是能根据总反应式或电极反应式进行计算 有时运用物理中的电量知识解题 1 两个惰性电极插入500mLAgNO3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H2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 27mgB 54mgC 106mgD 216mg 题组训练 2 在如图中 甲烧杯中盛有100mL0 50mol L 1AgNO3溶液 乙烧杯中盛有100mL0 25mol L 1CuCl2溶液 A B C D均为质量相同的石墨电极 如果电解一段时间后 发现A极比C极重1 9g 则 1 电源E为 极 F为 极 负 正 4Ag 4e 4Ag 0 025 4OH 4e 2H2O O2 140 4 C极的电极反应式为 析出的物质 mol 5 D极的电极反应式为 析出气体 mL 标准状况 6 甲烧杯中滴入石蕊试液 填 A 或 B 极附近变红 如果继续电解 在甲烧杯中最终得到 溶液 Cu2 2e Cu 0 0125 2Cl 2e Cl2 280 B HNO3 3 1 用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液 不考虑电解过程中溶液体积的变化 通电一段时间后 向所得的溶液中加入0 1molCuO后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH 电解过程中转移的电子为 mol 2 如果向所得的溶液中加入0 1molCu OH 2后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH 电解过程中转移的电子为 mol 3 如果向所得的溶液中加入0 1molCu2 OH 2CO3后 使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH 不考虑CO2的溶解 电解过程中转移的电子为 mol 0 2 0 4 0 6 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 考点四金属的腐蚀和防护 知识梳理 失去电子 金属阳离子 氧化反应 非金属单质直接 电解质溶液 无 有微弱 氧化 氧化 电化学 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 吸氧腐蚀 3 金属的防护 1 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 原理a 极 比被保护金属活泼的金属 b 极 被保护的金属设备 外加电流的阴极保护法 原理a 极 被保护的金属设备 b 极 惰性金属或石墨 2 改变金属的内部结构 如制成合金 不锈钢等 3 加防护层 如在金属表面喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀或表面钝化等方法 原电池 负 正 电解池 阴 阳 判断正误 正确的划 错误的划 1 所有金属纯度越大 越不易被腐蚀 2 纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样 3 干燥环境下金属不被腐蚀 4 Al Fe Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 5 钢铁发生电化学腐蚀时 负极铁失去电子生成Fe3 6 在金属表面覆盖保护层 若保护层破损后 就完全失去了对金属的保护作用 7 外加电流的阴极保护法 构成了电解池 牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池 二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀 思考辨析 1 2015 北京海淀一模 下列有关钢铁腐蚀和防护的说法不正确的是 A 自行车的钢圈上镀一层铬 防止生锈B 外加直流电源保护钢闸门时 钢闸门与电源的负极相连C 钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应 2H2O O2 4e 4OH D 钢铁发生析氢腐蚀的负极反应 Fe 3e Fe3 解析钢铁发生电化学腐蚀时 Fe失电子均生成Fe2 D选项错误 答案D 题组训练 2 2015 湖南岳阳一模 全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失 某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道 使其免受腐蚀 关于此方法 下列说法不正确的是 解析金属棒M只要比铁活泼即可 太活泼的金属易与水反应 B选项错误 答案B A 土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池B 金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属C 金属棒M上发生反应 M ne Mn D 这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 解析A选项形成原电池 且Fe为负极 Cu为正极 腐蚀速率加快 B D选项均形成原电池 但铁均为正极 被保护 C选项 因为铁被铜全部覆盖 不与外界接触 被保护 只有A选项腐蚀速率最快 答案A 3 2015 广东肇庆二模 相同材质的铁在下图中的四种情况下腐蚀最快的是 4 1 石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐 完成防腐示意图 并作相应标注 2 铁及其化合物与生产 生活关系密切 下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图 该电化学腐蚀称为 图中A B C D四个区域 生成铁锈最多的是 填字母 解析 1 采用外加电流的阴极保护法 2 海水的酸性弱 钢铁发生的是吸氧腐蚀 形成原电池 水中的O2得电子生成OH 最终生成铁锈 符合条件的是B 吸氧腐蚀 B 5 某小组按图1所示的装置探究铁的吸氧腐蚀 1 图2是图1所示装置的示意图 在图2的小括号内填写正极材料的化学式 在方括号内用箭头表示出电子流动的方向 2 正极反应式为 负极反应式为 3 按图1装置实验 约8min时才看到导管中液柱上升 下列措施可以更快更清晰地观察到液柱上升的是 填选项字母 a 用纯氧气代替具支试管内的空气b 将食盐水浸泡过的铁钉表面撒上铁粉和碳粉的混合物c 用毛细尖嘴管代替玻璃导管 并向试管的水中滴加少量红墨水 C 2H2O O2 4e 4OH Fe 2e Fe2 abc 解析 1 本题是探究铁的吸氧腐蚀 所以正极材料为碳 电子经导线由负极流向正极 2 负极反应式为Fe 2e Fe2 正极反应式为2H2O O2 4e 4OH 金属腐蚀快慢的规律 1 对同一电解质溶液来说 腐蚀速率的快慢 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防腐措施的腐蚀 2 对同一金属来说 在不同溶液中腐蚀速率的快慢 强电解质溶液中 弱电解质溶液中 非电解质溶液中 3 活动性不同的两种金属 活动性差别越大 腐蚀速率越快 4 对同一种电解质溶液来说 电解质浓度越大 金属腐蚀越快