2019年高考化学总复习专题15电解池金属的腐蚀与防护课件.ppt

专题十五电解池金属的腐蚀与防护 专题十五电解池金属的腐蚀与防护 考情精解读 A 考点帮 知识全通关 目录CONTENTS 考点1电解原理及其应用考点2金属的腐蚀与防护 考纲要求 命题规律 命题分析预测 知识体系构建 方法1电解原理及其应用方法2电解池中电极反应式的书写方法3金属的腐蚀方法4惰性电极电解电解质溶液的类型和规律方法5与电化学有关的定量计算微课11 串联电池 的两大模型 B 方法帮 素养大提升 C 考法帮 考向全扫描 考向1活泼阳极电解池电解产物的判断考向2新情境电解池中电极反应式的书写考向3离子交换膜电解槽考向4电化学防腐考向5电解原理在化工中的应用考向6电解池的有关计算 考情精解读 考纲要求命题规律命题分析预测知识体系构建 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 考纲要求 命题规律 考情分析电化学知识是中学化学中的重要基础理论之一 也是近年来高考考查的热点 1 电解原理及其应用 近年常考的电解池有离子交换膜电解池 活泼阳极电解池 这类试题主要以电解池的基本原理为基础 考查考生的迁移运用能力 题型为选择题 分值为6分 2 电解池 金属的腐蚀与防护部分的试题设计突出 理论联系实际 强调学以致用 注重以实际化工生产过程为问题情境 以电化学基础知识为载体 将化学研究的基本思想与方法 基本概念与原理 重要物质的性质与应用巧妙融合于试题之中 考查考生的应用和实践能力 分值为4 8分 命题分析预测 命题预测预计2019年高考仍会考查电解原理在实际化工生产中的应用 结合物质制备 分离和提纯等知识综合考查 涉及电极反应式的书写 物质的提纯操作以及电极反应产物的判断等 命题分析预测 知识体系构建 A 考点帮 知识全通关 考点1电解原理及其应用考点2金属的腐蚀与防护 1 电解使电流通过电解质溶液而在阴 阳两极引起氧化还原反应的过程 2 电解池 或电解槽 1 定义借助于电流引起氧化还原反应的装置 也就是把电能转化为化学能的装置 2 阳极与阴极阳极 与电源正极相连的电极叫阳极 发生氧化反应 阴极 与电源负极相连的电极叫阴极 发生还原反应 考点1电解原理及其应用 重点 3 电解池的构成条件 与直流电源相连的两个电极 阳极和阴极 电解质溶液 或熔融电解质 形成闭合回路 4 电解池的工作原理 以电解CuCl2溶液为例 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 3 电解原理的应用 1 电解饱和食盐水制取烧碱 氯气和氢气 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 阳极 石墨 2Cl 2e Cl2 氧化反应 阴极 铁或石墨 2H2O 2e H2 2OH 还原反应 总反应 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 离子方程式 2Cl 2H2O2OH H2 Cl2 2 电镀应用电解原理 在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 实例 电镀铜阳极 铜片 Cu 2e Cu2 阴极 待镀铁件 Cu2 2e Cu 3 铜的精炼 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 阳极 粗铜 Cu 2e Cu2 杂质金属的溶解 Fe 2e Fe2 Zn 2e Zn2 Ni 2e Ni2 等 阴极 纯铜 Cu2 2e Cu 1 粗铜中不活泼的杂质 金属活动性顺序中位于铜之后的银 金等 在阳极难以失去电子 当阳极上的铜失去电子变成离子之后 它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部 成为阳极泥 2 活泼的杂质 金属活动性顺序中位于铜之前的金属如铁 镍等 当铜在阳极不断溶解时 它们也同时失去电子形成阳离子 但它们的阳离子比铜离子难还原 故不能在阴极获得电子而析出 而只能留在电解液里 通过电解在阴极得到纯度很高的金属铜 拓展延伸 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 4 电冶金 电解熔融NaCl制取金属钠NaCl在高温下熔融 并发生电离 NaClNa Cl 通直流电后 阴极 2Na 2e 2Na阳极 2Cl 2e Cl2 总反应 2NaCl 熔融 2Na Cl2 电解熔融MgCl2制取金属镁阴极 Mg2 2e Mg阳极 2Cl 2e Cl2 总反应 MgCl2 熔融 Mg Cl2 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 电解Al2O3和冰晶石 Na3AlF6 的熔融液制取金属铝阴极 4Al3 12e 4Al阳极 6O2 12e 3O2 总反应 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 考点2金属的腐蚀与防护 重点 1 金属的腐蚀 1 金属的腐蚀是指金属或合金跟周围接触到的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗的过程 2 金属腐蚀的实质金属失去电子而被损耗 M ne Mn M表示金属 3 金属腐蚀的类型 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 2 钢铁电化学腐蚀的类型 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 B 方法帮 素养大提升 方法1电解原理及其应用方法2电解池中电极反应式的书写方法3金属的腐蚀方法4惰性电极电解电解质溶液的类型和规律方法5与电化学有关的定量计算微课11 串联电池 的两大模型 方法1电解原理及其应用 方法解读 1 电解池阴 阳极的判断 1 根据电源的正负极 离子移动的方向 反应的类型判断 2 依据电极质量变化判断一般电极质量减轻的是阳极 电极质量增加的是阴极 3 依据电极产物判断如果电极上产生Cl2或O2 该电极是阳极 如果电极上产生H2 该电极是阴极 4 依据溶液变化判断如果电解某中性溶液 如NaCl溶液 Na2SO4溶液 时 某电极附近溶液能使酚酞呈红色 则该电极是阴极 H 放电 OH 浓度增大 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 2 电解时电极产物的判断 1 阳极产物的判断 若阳极由活性材料 除Pt Au外的其他金属 做成 则阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子的反应 若阳极由C Pt Au等惰性材料做成 则阳极反应一般是电解液中的阴离子在阳极失去电子被氧化的反应 阴离子失去电子能力的大小顺序为S2 I Br Cl OH 含氧酸根离子 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 最常用 最重要的放电顺序 阳极 Cl OH 阴极 Ag Cu2 H 电解水溶液时 K Ca2 Na Mg2 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 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 3 电解后电解质溶液的恢复解决电解质溶液恢复原状的问题 可以按照下面两个步骤进行 1 首先确定电极产物 如果是活性电极 金属活动性顺序中Ag以前的金属 则电极材料失去电子 电极溶解 溶液中的阴离子不能失电子 如果是惰性电极 则应按照阴 阳离子在溶液中的放电顺序进行判断 2 恢复电解质溶液 应遵循 缺什么加什么 缺多少加多少 的原则 一般加入由阴极产物所含元素与阳极产物所含元素组成的化合物 如用惰性电极电解CuSO4溶液 不考虑电解水 要恢复电解质溶液 可向电解后的溶液中加入CuO 但不能加入Cu OH 2 因Cu OH 2能与生成的H2SO4反应使水的量增加 加入物质的物质的量需根据电路中的电子守恒进行计算 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例1 电极名称的判断 2013北京理综 9 6分 用石墨电极电解CuCl2溶液 如图所示 下列分析正确的是A a端是直流电源的负极B 通电使CuCl2发生电离C 阳极上发生的反应 Cu2 2e CuD 通电一段时间后 在阴极附近观察到黄绿色气体 化学专题十四原电池 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 思维导引 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 解析根据电解质溶液中Cu2 阳离子 的移动方向可判断左边的石墨电极为电解池阴极 再由与电源负极相连的电极为阴极判断a端是直流电源的负极 选项A正确 离子化合物的电离不需要通电 其电离条件是 溶于水 或 熔融 选项B错误 电解池中 还原剂在阳极失去电子发生氧化反应 2Cl 2e Cl2 选项C错误 通电一段时间后 阴极析出金属铜 故在阴极附近可观察到红色固体 阳极放出氯气 故在阳极附近可观察到黄绿色气体 选项D错误 答案A 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例2 电解后电解质溶液的复原 2017南宁模拟 如图所示 甲池的总反应式为2CH3OH 3O2 4KOH2K2CO3 6H2O 下列说法正确的是 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 思维导引 由燃料电池特点 甲池为甲醇燃料电池 CH3OH 6e 8OH CO32 6H2O 甲池中消耗280mL 标准状况下 氧气 转移电子0 05mol 丙池中H 放电 产生0 025molMg OH 2 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 解析A项 经分析可知甲池是原电池 将化学能转化为电能 乙 丙池是电解池 将电能转化为化学能 错误 B项 在碱性条件下 原电池负极不可能生成H 应生成H2O 错误 C项 乙池中石墨电极与电源正极相连 作阳极 用惰性电极电解CuSO4溶液的总反应方程式为2CuSO4 2H2O2Cu O2 2H2SO4 要使CuSO4溶液恢复到原浓度 则需要加CuO 错误 D项 n O2 0 0125mol 根据得失电子守恒可得n Mg OH 2 2n O2 0 025mol m Mg OH 2 58g mol 1 0 025mol 1 45g 答案D 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 突破攻略 判断无外接电源的原电池和电解池时 可利用直观明显的电池装置直接判断 如燃料电池 铅蓄电池等在电路中为原电池 则其他装置为电解池 本题中 甲池为燃料电池 则乙 丙池为电解池 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例3 电解产物的判断 常温下 将物质的量浓度相等的CuSO4溶液和NaCl溶液等体积混合后 用石墨电极进行电解 电解过程中 溶液的pH随时间t的变化曲线如图所示 下列说法中不正确的是 A A点对应溶液的pH小于7 因为Cu2 水解使溶液显酸性B 整个电解过程中阳极先产生Cl2 后产生O2C BC段对应的电解过程阳极产物是Cl2D CD段对应的电解过程电解的物质是水 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 思维导引 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 解析CuSO4水解 溶液显酸性 A点对应溶液的pH小于7 A项说法正确 根据阳极放电顺序 整个过程中阳极上Cl 先放电 产生Cl2 H2O后放电 产生O2 B项说法正确 阳极先产生Cl2 后产生O2 BC段对应的电解过程溶液pH减小 说明阳极电解H2O 阳极产物是O2和H 阴极产物为Cu C项说法错误 CD段对应的电解过程 溶液pH下降速率减小 为电解H2O 阳极产物为O2 阴极产物为H2 D项说法正确 答案C 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 突破攻略 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例4 电解实验探究 2016北京理综 12 6分 用石墨电极完成下列电解实验 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 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 Cl2 C c处发生了反应 Fe 2e Fe2 D 根据实验一的原理 实验二中m处能析出铜 教材探源本题的电解实验 源于人教版教材选修4第88页第10题 意在考查考生对电解原理的实际应用分析能力 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 解析由于有外接电源 所以实验一和实验二均为电解池装置 实验一中 铁丝中的电流方向为从d到c 电子移动方向为从c到d 所以实验一的装置是比较复杂的电解池 其中a为阴极 c为阳极 d为阴极 b为阳极 a d处发生反应2H2O 2e H2 2OH A项正确 若b处发生反应2Cl 2e Cl2 不足以解释b处 变红 和 褪色 现象 故B项错误 c处铁作阳极 发生反应Fe 2e Fe2 由于生成的Fe2 浓度较小 且pH试纸本身有颜色 故颜色上无明显变化 C项正确 实验二是一个更加复杂的电解池装置 两个铜珠的左端均为阳极 右端均为阴极 初始时两个铜珠的左端 阳极 均发生反应Cu 2e Cu2 右端 阴极 均发生反应2H 2e H2 一段时间后 Cu2 移动到m处 m处附近Cu2 浓度增大 发生反应Cu2 2e Cu m处能生成铜 D项正确 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 答案B 突破攻略 此题A选项 a d处电极反应式相同 考查电解池的知识 电解池的阳极可能发生金属腐蚀 可能生成卤素 也可能放O2生酸等 阴极可能有金属析出或放H2生碱等 b处变红和部分褪色是发生了放O2生酸和生成卤素两个反应 D选项中左边铜球m处为阴极 另一个铜球左端阳极发生反应Cu 2e Cu2 Cu2 移动到m处 发生反应Cu2 2e Cu 能析出金属铜 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 拓展变式1将含有CuSO4 NaCl KNO3各1mol的溶液分别置于甲 乙 丙三个烧杯中进行电解 电极均为石墨且质量相等 如图1所示 接通电源一段时间后 b电极质量增加 常温下 三个烧杯中溶液的pH随通电时间的变化如图2所示 图1 图2 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 1 M是直流电源的 填 正极 或 负极 c电极的电极反应为 2 0 t1s内 e电极上生成的气体在标准状况下的体积为L t1s时 电极b c的质量差为g 3 t2s时 若将直流电源正 负极对调 则电解至各电极质量均不再发生变化的过程中 a电极的电极反应为 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 方法2电解池中电极反应式的书写 方法解读 规避 四个 失分点1 书写电解池中电极反应式时 要以实际放电的离子表示 但书写电解总反应方程式时 弱电解质要写成分子式 2 书写电解总反应方程式时 要确保两极电子转移数目相同 且注明条件 电解 3 电解水溶液时 应注意放电顺序中H OH 之后的离子一般不参与放电 4 当电解池的电极材料为活性电极时 则阳极为电极本身失电子 不能再用电解规律 注意 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例5 高考组合题 1 2015山东理综 29 1 6分 利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料 LiOH可由电解法制备 钴氧化物可通过处理钴渣获得 利用如图装置电解制备LiOH 两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液 B极区电解液为溶液 填化学式 阳极电极反应式为 电解过程中Li 向电极迁移 填 A 或 B 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 突破攻略 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 方法3金属的腐蚀 方法解读 1 金属的腐蚀规律 1 在同一电解质溶液中 金属腐蚀由快到慢的顺序 电解原理引起的阳极腐蚀 原电池原理引起的负极腐蚀 化学腐蚀 应用原电池原理有保护措施的腐蚀 应用电解原理有保护措施的腐蚀 或电解池阳极 原电池负极 化学腐蚀 原电池正极 电解池阴极 2 同一种金属在不同介质中电化学腐蚀由快到慢的顺序 强电解质溶液 弱电解质溶液 非电解质溶液 3 对于活动性不同的两种金属的合金 活动性差别越大 氧化还原反应速率越大 活泼金属腐蚀越快 4 对于同一电解质溶液 电解质溶液浓度越大 金属腐蚀越快 除钝化外 5 纯度越高的金属 腐蚀得越慢 6 不纯的金属或合金 在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥 隔绝空气条件下的腐蚀速率 2 金属腐蚀的防护方法 1 改变金属的内部结构 可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 2 覆盖保护层 可以采用喷油漆 涂油脂 电镀 喷镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离 3 使用电化学保护法 牺牲阳极的阴极保护法 将活泼金属与被保护金属连接的保护方法 外加电流的阴极保护法 将被保护的金属与外加电源负极连接 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例6如图所示 各烧杯中盛有海水 铁在其中的腐蚀由快到慢的顺序为 A B C D 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 思维导引 先判断装置形成的是原电池还是电解池 再分析金属活动性的差别 解析 中Fe为负极 C为正极 属于钢铁的吸氧腐蚀 腐蚀较慢 形成的均为原电池装置 中Fe为正极 被保护 中Fe为负极 均被腐蚀 但相对来说Fe和Cu的金属活动性差别较Fe和Sn的大 故Fe Cu原电池中Fe的腐蚀较快 中Fe接电源正极作阳极 Cu接电源负极作阴极 加快了Fe的腐蚀 中Fe接电源负极作阴极 Cu接电源正极作阳极 防止了Fe的腐蚀 根据以上分析可知 铁在其中的腐蚀由快到慢的顺序为 答案C 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 突破攻略 外加电流的阴极保护法与牺牲阳极的阴极保护法的区别1 外加电流的阴极保护法应用了电解池原理 牺牲阳极的阴极保护法应用了原电池原理 2 牺牲阳极的阴极保护法的装置中阳极指的是原电池的负极 3 外加电流的阴极保护法的保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法的保护效果 如本题中 中的保护效果强于 中的保护效果 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 拓展变式3下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 图a图b图c图d A 图a中 插入海水中的铁棒 越靠近底端腐蚀越严重B 图b中 开关由M改置于N时 Cu Zn合金的腐蚀速率减小C 图c中 接通开关时Zn腐蚀速率增大 Zn上放出气体的速率也增大D 图d中 Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 答案B 解析选项A 图a中 铁棒发生电化学腐蚀 靠近底端的部分与氧气接触少 腐蚀程度较轻 错误 选项B 图b中开关置于M时 Cu Zn合金作负极 由M改置于N时 Cu Zn合金作正极 腐蚀速率减小 正确 选项C 图c中接通开关时Zn作负极 腐蚀速率增大 但氢气在Pt极上放出 错误 选项D 图d中Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的 错误 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 方法4惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 方法解读 续表 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 续表 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例7如图所示 通电5min后 电极5的质量增加2 16g 请回答下列问题 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 1 a为电源的 填 正 或 负 极 C池是池 A池阳极的电极反应为 C池阴极的电极反应为 2 如果通电5min后B池中共收集到224mL气体 标准状况 且溶液体积为200mL 设电解过程中溶液体积不变 则通电前溶液中Cu2 的物质的量浓度为 3 如果A池溶液为200mL足量的食盐水 设电解过程中溶液体积不变 则通电5min后 溶液的pH为 25 时 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 思维导引 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 解析 1 根据已知条件通电5min后 电极5的质量增加2 16g 说明电极5作阴极 银离子放电 电极反应为Ag e Ag 转移电子的物质的量为0 02mol 同时可知电极6作阳极 与电源的正极相连 所以a是电源的负极 b是电源的正极 电极1 3 5作阴极 电极2 4 6作阳极 A池阳极的电极反应式为2Cl 2e Cl2 2 B池中电解总反应为2CuSO4 2H2O2Cu O2 2H2SO4 若转移0 02mol电子时只收集到O2 只电解溶质 则根据关系式2CuSO4 O2 4e 可得n O2 0 005mol 体积为112mL 标准状况 224mL 说明溶质CuSO4已耗完 然后电解水 设整个过程消耗CuSO4xmol 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 答案 1 负电解2Cl 2e Cl2 Ag e Ag 2 0 025mol L 1 3 13 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 突破攻略 电解前后电解质溶液的酸碱性变化可概括为 有氢无氧增碱性 有氧无氢增酸性 有氢有氧增原性 无氢无氧减原性 即 1 电极区域 阴极H 放电产生H2 阴极区pH变大 阳极OH 放电产生O2 阳极区pH变小 2 电解质溶液 电解过程中 既产生H2 又产生O2 实质是电解水 溶液浓度增大 因而原溶液呈酸性的pH变小 原溶液呈碱性的pH变大 原溶液呈中性的pH不变 电解过程中 无H2和O2产生 pH几乎不变 电解过程中 只产生H2 溶液中OH 浓度增大 pH变大 电解过程中 只产生O2 溶液中H 浓度增大 pH变小 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 方法5与电化学有关的定量计算 方法解读 原电池和电解池的相关计算包括两极产物的定量计算 溶液pH的计算 根据电量求产物的量与根据产物的量求电量等的计算 不论哪类计算 均可概括为下列三种 1 根据电子守恒法计算 用于串联电路 阴阳两极产物 正负两极产物等类型的计算 其依据是电路中转移的电子数相等 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 根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的桥梁 列出计算所需的关系式 例如 通过4mole 为基准可构建电极产物之间的关系式如下 注意在电化学计算中 还常利用Q I t和Q n e NA 1 60 10 19C来计算电路中通过的电量 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例8以石墨电极电解200mLCuSO4溶液 电解过程中转移电子的物质的量n e 与产生气体总体积V g 标准状况 的关系如图所示 下列说法中正确的是 A 电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2mol L 1B 忽略溶液体积变化 电解后所得溶液中c H 2mol L 1C 当n e 0 6mol时 V H2 V O2 3 2D 向电解后的溶液中加入16gCuO 则溶液可恢复到电解前的浓度 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 思维导引 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 2CuSO4 2H2O2Cu O2 2H2SO4 2H2O2H2 O2 n H2 0 1mol n O2 0 1mol 0 05mol 0 15mol 所以V H2 V O2 0 1mol 0 15mol 2 3 C项错误 因电解后从溶液中析出Cu O2 H2O 所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度 D项错误 答案B 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 微课11 串联电池 的两大模型 微点解读 1 串联类电池的解题流程 2 串联电池 的判断方法 1 外接电源与电解池的串联有外接电源的各电池均为电解池 若电池阳极材料的组成元素与电解质溶液中的阳离子对应的元素相同 则该电池为电镀池 如 则甲为电镀池 乙 丙均为电解池 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 2 原电池与电解池的串联多个电池 串联 在一起 但没有外接电源 则其中两个电极活动性差异最大的一个 或多个 装置为原电池 其余均为电解池 甲 乙 甲中无外接电源 二者必有一个装置是原电池 为电解装置提供电能 其中两个电极活动性差异较大者为原电池 则甲中左装置为原电池 右装置为电解池 乙中有外接电源 左 右装置均为电解池 且电解时通过两装置的电量相等 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例9某同学按图所示的装置进行实验 A B为两种常见金属 它们的硫酸盐可溶于水 当K闭合时 Y极上产生黄绿色气体 下列分析正确的是 A 溶液中c A2 减小B B极的电极反应 B 2e B2 C Y极上有Cl2产生 发生还原反应D 反应初期 X极周围出现白色胶状沉淀 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 解析根据Y极有黄绿色气体生成 Y极电极反应为2Cl 2e Cl2 即Y为电解池的阳极 B为原电池的正极 A为原电池的负极 故A极的电极反应式为A 2e A2 溶液中c A2 增大 A错误 B极为正极 发生还原反应 B错误 Y极上有Cl2产生 发生的是氧化反应 C错误 右边U形管中最初的反应为电解AlCl3溶液 H 在X极上放电 c H 减小 c OH 增大 且Al3 移向X极 反应初期 Al3 过量 因此会产生Al OH 3白色胶状沉淀 D正确 答案D 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 C 考法帮 考向全扫描 考向1活泼阳极电解池电解产物的判断考向2新情境电解池中电极反应式的书写考向3离子交换膜电解槽考向4电化学防腐考向5电解原理在化工中的应用考向6电解池的有关计算 1 高考中活泼阳极电解池的考查常结合工业上的具体应用 其中活泼阳极的氧化产物必须根据试题中的信息进行确定 其中 常见的有三类 Cu作活泼阳极 精炼铜 Fe作活泼阳极 铁电极电解稀氢氧化钠溶液制备氢氧化亚铁以及电解浓氢氧化钾溶液制备高铁酸钾 铝作活泼阳极 给铝制品氧化膜增厚 2017年全国卷 第11题 即考查利用铝作活泼阳极 给铝制品氧化膜增厚的活泼阳极电解池的有关问题 2 近几年高考涉及交换膜装置的题很多 重点在避免副反应 分离提纯 提高电池效率 定量分析计算 反应物再生 工业制备等方面进行命题 且从单膜到多膜 单室到多室 渐趋复杂 其中2016年全国卷 第11题属于 三室式 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 考情揭秘 多膜电解装置 3 将电化学腐蚀与电解池及化学实验结合考查电化学腐蚀的应用 如2017年全国卷 第11题考查了外加电流的阴极保护法的防腐问题 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例10 2017全国卷 11 6分 用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密 耐腐蚀的氧化膜 电解质溶液一般为H2SO4 H2C2O4混合溶液 下列叙述错误的是A 待加工铝质工件为阳极B 可选用不锈钢网作为阴极C 阴极的电极反应式为 Al3 3e AlD 硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 考向1活泼阳极电解池电解产物的判断 思维导引 题给信息 电解池 阳极 铝制品作活泼阳极 阴极 氧化剂得到电子生成还原产物 阳极反应式 2Al 6e 3H2OAl2O3 6H 阴极反应式 2H 2e H2 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 本题考查电解原理的应用 考查考生对题干信息的挖掘应用 对信息提炼 加工和整合的能力 命题立意 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 特别提醒 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例11 2014新课标全国卷 27 3 6分 PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得 反应的离子方程式为 PbO2也可以通过石墨为电极 Pb NO3 2和Cu NO3 2的混合溶液为电解液电解制取 阳极发生的电极反应式为 阴极上观察到的现象是 若电解液中不加入Cu NO3 2 阴极发生的电极反应式为 这样做的主要缺点是 考向2新情境电解池中电极反应式的书写 解析由题意知 PbO作还原剂 NaClO作氧化剂 反应的离子方程式为PbO ClO PbO2 Cl 根据阳极发生氧化反应知 阳极反应式为Pb2 2H2O 2e PbO2 4H 阴极发生还原反应 Cu2 放电生成Cu 现象为石墨上包上铜镀层 若电解液中不加入Cu NO3 2 则溶液中的Pb2 放电 Pb2 2e Pb 这样Pb2 就不能很好地转化为PbO2 导致Pb2 的利用率降低 答案PbO ClO PbO2 Cl Pb2 2H2O 2e PbO2 4H 石墨上包上铜镀层Pb2 2e Pb 不能有效利用Pb2 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 如表所示的几种常见元素或物质 在酸性或碱性介质中发生反应后的具体存在形态有所不同 务必记住 突破攻略 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 考向3离子交换膜电解槽 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 思维导引 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 解析 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 发生还原反应生成氢气 水电离出的OH 保留在该极区 最终导致该极区OH 浓度增大 同时 中间隔室的Na 将迁移到负极区 最终会生成NaOH B项正确 C项考查电极反应式的书写和电解池中阴极离子的放电情况 在阴极 负极区 电极反应式为2H2O 2e H2 2OH C项错误 D项考查电解池中电子转移的有关计算 每生成1molO2要转移4mol电子 因此 当电路中通过1mol电子的电量时 生成的O2应为0 25mol D项错误 答案B 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 1 本题看似是废水的处理问题 实际上是电解原理的具体应用 题中所谓的 正极 和 负极 实质上就是电解池的 阳极 和 阴极 在负极区和正极区发生的反应 实质上就是电解池的阴极反应和阳极反应 答题关键在于对电解基本原理的理解和掌握 2 多膜电解装置是近几年考查的新热点 解这类问题可以分三步 第一步 分清隔膜类型 即交换膜属于阳膜 阴膜或质子膜中的哪一种 判断隔膜允许哪种离子通过 第二步 写出电极反应式 判断交换膜两侧离子变化 推断电荷变化 根据阴阳极判断离子迁移方向 第三步 分析隔膜的作用 在产品制备过程中 隔膜的作用主要是提高产品纯度 或避免产物因发生反应而造成危险 素养提升 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例13 2017全国卷 11 6分 支撑海港码头基础的钢管桩 常用外加电流的阴极保护法进行防腐 工作原理如图所示 其中高硅铸铁为惰性辅助阳极 下列有关表述不正确的是A 通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B 通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C 高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D 通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 考向4电化学防腐 本题考查的知识点较新 是近三年来全国卷首次考查金属电化学腐蚀和防护的知识 且本题背景取材于真实生产生活中海港码头钢管桩防腐 贴近考生实际生活 让考生体会到化学服务于社会 对社会发展的重大贡献 命题立意 教材探源 本题通过电化学防腐的实际应用创设认知冲突 考查考生对电化学原理的应用实践能力 试题呈现的 腐蚀电流 和 强制 等词语直接源于人教版教材选修4第86页倒数第二自然段 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 本题的认知冲突是考生熟知的 铁是电解池的活泼阳极 和题给 高硅铸铁为惰性辅助阳极 平时做题时铁常作电解池的活泼阳极 铁失去电子被氧化而损耗 本题明确告知实际应用过程中高硅铸铁为惰性辅助阳极 就是其中的铁不失去电子不被损耗 只是传递电流 故C不正确 腐蚀电流 是指断开外加直流电源后 钢管桩发生电化学腐蚀过程中形成的电流 通入的保护电流相当于给电池充电 此时腐蚀电流接近于零 A正确 若断开外加直流电源 钢管桩发生电化学腐蚀时电子由铁流向碳 通电后电子则被 强制 从高硅铸铁流向直流电源正极 再由直流电源负极流向钢管桩 B正确 解析 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 通入的保护电流要根据海水中电解质的浓度 pH 温度等环境条件变化而进行调整 从而有效保护钢管桩 D正确 答案C 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例14 2014新课标全国卷 27 3 4 8分 次磷酸 H3PO2 是一种精细磷化工产品 具有较强还原性 回答下列问题 1 H3PO2的工业制法是 将白磷 P4 与Ba OH 2溶液反应生成PH3气体和Ba H2PO2 2 后者再与H2SO4反应 写出白磷与Ba OH 2溶液反应的化学方程式 2 H3PO2也可用电渗析法制备 四室电渗析法 工作原理如图所示 阳膜和阴膜分别只允许阳离子 阴离子通过 考向5电解原理在化工中的应用 写出阳极的电极反应式 分析产品室可得到H3PO2的原因 早期采用 三室电渗析法 制备H3PO2 将 四室电渗析法 中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替 并撤去阳极室与产品室之间的阳膜 从而合并了阳极室与产品室 其缺点是产品中混有杂质 该杂质产生的原因是 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 特别提醒 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 示例15 高考组合题 请回答下列问题 1 2013新课标全国卷 28 5 5分 二甲醚 CH3OCH3 直接燃料电池具有启动快 效率高等优点 其能量密度高于甲醇直接燃料电池 5 93kW h kg 1 若电解质为酸性 二甲醚直接燃料电池的负极反应为 一个二甲醚分子经过电化学氧化 可以产生个电子的电量 该电池的理论输出电压为1 20V 能量密度E 列式计算 能量密度 电池输出电能 燃料质量 1kW h 3 6 106J 2 2014重庆理综 11 4 6分 一定条件下 如图所示装置可实现有机物的电化学储氢 忽略其他有机物 考向6电解池的有关计算 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 为x 生成的氢气的物质的量为y 阴极生成的气态环己烷为 2 4 x mol 得到电子6 2 4 x mol 阴极生成ymolH2得到电子2ymol 阳极 E极 的电极反应式为2H2O 4e O2 4H 生成2 8molO2失去电子物质的量为4 2 8mol 11 2mol 根据得失电子守恒有6 2 4 x mol 2ymol 11 2mol 阴极出来的混合气体中苯蒸气的物质的量分数为x 10 y 0 1 联解得x 1 2mol 电流效率为6 2 4 1 2 11 2 100 64 3 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护 为衡量电池的性能好坏 工业上有电池的理论工作效率 实际工作效率 能量密度和功率密度等概念 命题人通过提供表征电池性能的新概念 要求考生列式计算 可考查考生接受 吸收 整合信息的能力 表征电池性能的新概念并不多 电池的电流效率 能量密度等已在高考中考查过 但功率密度等未考查过 今后高考很可能考查电解装置的效率 且引入法拉第定律 由此创设出新的试题情境 素养提升 化学专题十五电解池金属的腐蚀与防护