高考化学一轮复习第六单元化学反应与能量6.3电解池金属的电化学腐蚀与防护课件.ppt

第3节电解池金属的电化学腐蚀与防护 考纲要求 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 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解原理1 电解 2 电解池 1 定义 电解池是把电能转变为化学能的装置 2 电解池的构成条件 有外接直流电源 有与电源相连的两个电极 形成闭合回路 电解质溶液或熔融电解质 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 自主巩固下图图 是原电池 图 是电解池 图 中Zn电极为阴极 电子由电源负极到Zn电极 电子在Zn电极与溶液中的Cu2 结合生成Cu 发生还原反应 溶液中的Cu2 H 向Zn电极移动 OH 向石墨电极移动 OH 在石墨电极失电子生成O2 发生氧化反应 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 1 判断电解池阴 阳极的常用方法 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 2 以惰性电极电解电解质溶液的规律 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例1 2017课标全国 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 C 解析 A项 根据题意 铝表面形成致密 耐腐蚀的氧化膜 即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝 因此待加工铝质工件为阳极 A正确 B项 阴极上电极材料本身不反应 只传导电流可以选用不锈钢网作为阴极 B正确 阴极的电极反应式为2H 2e H2 C错误 D项 电解过程中阴离子移向阳极 即向阳极移动 D项正确 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例2用惰性电极电解2L0 5mol L 1的硝酸银溶液 当在电路中通过0 1mol电子后 调换正 负极 电路中又通过了0 2mol电子 此时溶液pH为 假设溶液体积不变 A 1B 2C 3D 无法确定 A 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 方法技巧分析电解过程的思维程序 1 首先判断阴 阳极 确定阳极材料是惰性电极还是活性电极 2 再分析电解质溶液的组成 找全离子 并分成阴 阳离子两组 不要忘记水溶液中的H 和OH 3 然后考虑阴极 阳极离子的放电顺序 阴极上阳离子的放电顺序 阳极上阴离子的放电顺序 活性电极 S2 I Br Cl OH 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 4 确定电极反应 判断电极产物 写出电极反应式 要遵循原子守恒和电荷守恒 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 跟踪训练1 工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱 生产装置如图所示 其中阴极和阳极均为惰性电极 测得同温同压下 气体甲与气体乙的体积比约为1 2 以下说法中正确的是 A a极与电源的负极相连B 产物丙为硫酸溶液C 离子交换膜d为阴离子交换膜D b电极反应式 4OH 4e O2 2H2O 答案 解析 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 2 用铅蓄电池电解甲 乙电解池中的溶液 已知铅蓄电池的总反应为 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 电解一段时间后向c极和d极附近分别滴加酚酞溶液 c极附近溶液变红 下列说法正确的是 A d极为阴极B 放电时铅蓄电池负极的电极反应式为 C 若利用甲池精炼铜 b极应为粗铜D 若四个电极均为石墨电极 当析出6 4gCu时 两池中共产生气体3 36L 标准状况下 答案 解析 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解原理的应用1 电解饱和食盐水 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 特别提醒 1 氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制 除去NaCl中混有的Ca2 Mg2 2 电镀铜时 电解质溶液中c Cu2 不变 电解精炼铜时 电解质溶液中c Cu2 减小 3 电解熔融MgCl2冶炼镁 而不能电解MgO冶炼镁 是因为MgO的熔点很高 电解熔融Al2O3冶炼铝 而不能电解AlCl3冶炼铝 是因为AlCl3是共价化合物 其熔融态不导电 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 自主巩固判断正误 正确的画 错误的画 1 电解精炼铜时 两极得失电子数一定相同 2 电镀铜时 电解质溶液中的Cu2 浓度不变 3 电解精炼铜时 电解质溶液中的Cu2 浓度不变 4 电解精炼铜时 阳极泥中的金属没有得失电子 5 电解冶炼镁 铝通常电解MgCl2和Al2O3 也可电解MgO和AlCl3 6 氯碱工业阴极产物只有H2 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解原理应用的四点注意事项1 阳离子交换膜 以电解NaCl溶液为例 只允许阳离子 Na 通过 而阻止阴离子 Cl OH 和分子 Cl2 通过 这样既能防止H2与Cl2混合发生爆炸 又能避免Cl2与NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱的质量 2 电解或电镀时 电极质量减少的电极必为金属电极 阳极 电极质量增加的电极必为阴极 即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上 3 电解精炼铜 粗铜中含有的Zn Fe Ni等活泼金属失去电子 变成金属阳离子进入溶液 其他活动性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积 电解过程中电解质溶液中的Cu2 浓度会逐渐减小 4 电镀时 阳极 镀层金属 失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等 因此电镀液中电解质的浓度保持不变 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 答案 解析 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例4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 选填 a b c 或 d 位置流出 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 答案 1 2Cl 2H2OCl2 H2 2OH 2 阻止OH 进入阳极室与Cl2发生副反应 2NaOH Cl2 NaCl NaClO H2O 以便得到纯度更高的氢氧化钠溶液阻止阳极产生的Cl2与阴极产生的H2混合发生爆炸 3 ad 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 解析 1 电解饱和食盐水时 溶液中的阳离子H 在阴极得到电子变为H2逸出 使附近的水溶液显碱性 溶液中的阴离子Cl 在阳极失去电子产生Cl2 该电解反应的离子方程式是2Cl 2H2OCl2 H2 2OH 2 图中的离子交换膜是阳离子交换膜 允许阳离子通过 使阴离子不能通过 这样就可以阻止阴极溶液中的OH 进入阳极室与氯气发生反应 阻止Cl 进入阴极室 使在阴极区产生的NaOH纯度更高 同时可以阻止阳极产生的Cl2与阴极产生的H2混合发生爆炸 3 随着电解的进行 溶质NaCl不断消耗 所以应该及时补充 精制饱和食盐水从阳极补充 即从图中a位置补充 由于阴极H 不断放电 附近的溶液显碱性 氢氧化钠溶液从图中d位置流出 水不断消耗 所以从b口不断加入蒸馏水 从c位置流出的是稀的NaCl溶液 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 方法技巧电化学计算题计算技巧原电池和电解池的计算 主要包括两极产物的定量计算 相对原子质量的计算 阿伏加德罗常数测定的计算 溶液pH的计算 根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等 在进行有关计算时 可运用以下基本方法 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 2 根据电子守恒计算 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 用于混合溶液中电解的分阶段计算 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 3 根据关系式计算 根据得失电子守恒关系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4mole 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 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 NA 1 60 10 19C来计算电路中通过的电量 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 跟踪训练3 2016北京理综 用石墨电极完成下列电解实验 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 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处析出铜 答案 解析 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 4 某模拟 人工树叶 电化学实验装置如下图所示 该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料 C3H8O 下列说法正确的是 A 该装置将化学能转化为光能和电能B 该装置工作时 H 从b极区向a极区迁移C 每生成1molO2 有44gCO2被还原D a电极的反应为 3CO2 18H 18e C3H8O 5H2O 答案 解析 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解一段时间后 c OH 降低的区域在 填 阴极室 或 阳极室 电解过程中 须将阴极产生的气体及时排出 其原因为 c Na2FeO4 随初始c NaOH 的变化如图2 任选M N两点中的一点 分析c Na2FeO4 低于最高值的原因 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 2 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 填 A 或 B 电极迁移 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 答案 1 阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 M点 c OH 低 Na2FeO4稳定性差 且反应慢N点 c OH 过高 铁电极上有Fe OH 3 或Fe2O3 生成 使Na2FeO4产率降低 2 LiOH2Cl 2e Cl2 B 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 金属的腐蚀与防护1 金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子 金属发生氧化反应 2 化学腐蚀与电化学腐蚀 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 3 钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 特别提醒 1 钢铁发生电化学腐蚀时 负极铁失去电子生成Fe2 而不是生成Fe3 2 金属腐蚀时 电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在 但前者更普遍 危害也更严重 3 铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀 而不是电化学腐蚀 生成铜绿的化学成分是Cu2 OH 2CO3 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 自主巩固判断正误 正确的画 错误的画 1 钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀 2 钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe 3e Fe3 3 镀铜铁制品镀层受损后 铁制品比受损前更容易生锈 4 在潮湿空气中 钢铁表面形成水膜 金属发生的一定是吸氧腐蚀 5 在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀 6 外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 7 Al Fe Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 8 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 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 判断金属腐蚀快慢的规律 1 纯度越高的金属 腐蚀速率越小 2 不纯的金属或合金 在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥 隔绝空气条件下的腐蚀速率 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 在同一电解质溶液中 金属腐蚀由快到慢的顺序 电解原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 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 5 其他条件相同 同一种金属在不同介质中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 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 例5我国古代青铜器工艺精湛 有很高的艺术价值和历史价值 但出土的青铜器大多受到环境腐蚀 故对其进行修复和防护具有重要意义 1 原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第周期 2 某青铜器中Sn Pb的质量分别为119g 20 7g 则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为 3 研究发现 腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl 关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用 下列叙述正确的是 A 降低了反应的活化能B 增大了反应的速率C 降低了反应的焓变D 增大了反应的平衡常数 4 采用 局部封闭法 可以防止青铜器进一步被腐蚀 如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位 Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应 该化学方程式为 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 5 如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图 腐蚀过程中 负极是 填图中字母 a 或 b 或 c 环境中的Cl 扩散到孔口 并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2 OH 3Cl 其离子方程式为 若生成4 29gCu2 OH 3Cl 则理论上耗氧体积为L 标准状况 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 答案 1 四 2 10 1 3 AB 4 Ag2O 2CuCl 2AgCl Cu2O 5 c 2Cu2 3OH Cl Cu2 OH 3Cl 0 448 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 易错警示影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和介质两个方面 就金属本身的性质来说 金属越活泼 就越容易失去电子而被腐蚀 介质对金属腐蚀的影响也很大 如果金属在潮湿的空气中 接触腐蚀性气体或电解质溶液 都容易被腐蚀 由于在通常情况下 金属表面不会遇到酸性较强的溶液 所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式 因此 电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀 但只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 跟踪训练6 2017课标全国 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 答案 解析 考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 7 下列铁制品 铁钉或钢铁管道 易被腐蚀的是 答案 解析 电解原理及其应用 例题采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法 如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图 电解液不参与反应 下列说法正确的是 A Zn与电源的负极相连B ZnC2O4在交换膜右侧生成C 电解的总反应为2CO2 ZnZnC2O4D 通入11 2LCO2时 转移0 5mol电子 C 2 1 3 4 6 5 1 下列关于铜电极的叙述正确的是 A 铜锌原电池中铜是负极B 电解熔融氯化钠制钠时不能用铜作阴极C 在镀件上电镀铜时用金属铜作阳极D 电解稀硫酸制H2 O2时铜作阳极 C 解析 锌比铜活泼 故铜锌原电池中铜作正极 A项错误 电解熔融氯化钠时用铜作阳极 阳极上Cl 不能失电子生成Cl2 B项错误 电镀时 待镀金属作阴极 镀层金属为阳极 C项正确 电解稀硫酸制H2 O2时 阳极必为惰性电极 D项错误 2 1 3 4 6 5 2 在以银为阳极 铁为阴极的电解槽中电解1L1mol L 1的AgNO3溶液 当阴极增重2 16g时 下列判断不正确的是 A 溶液浓度仍为1mol L 1B 阳极上产生112mLO2 标准状况 C 转移的电子数是1 204 1022D 反应中有0 02mol金属银被氧化 B 解析 电镀过程中 电解质溶液的浓度不变 A项正确 电镀过程中阳极反应为Ag e Ag 阴极反应为Ag e Ag 阳极上无氧气生成 B项错误 2 16gAg的物质的量为0 02mol 故阳极有0 02mol银被氧化 转移的电子数是1 204 1022 C D项正确 4 3 1 2 6 5 3 最近有研究人员发现了一种处理高浓度乙醛废水的新方法 隔膜电解法 乙醛分别在阴 阳极发生反应 转化为乙醇和乙酸 实验室以一定浓度的乙醛 Na2SO4溶液为电解质溶液 模拟乙醛废水的处理过程 其装置如图所示 下列说法不正确的是 A 若以CH4 空气燃料电池为直流电源 燃料电池的a极应通入空气B 阳极反应为CH3CHO H2O 2e CH3COOH 2H C 电解过程中 阴极区Na2SO4的物质的量增大D 电解过程中 两极除分别生成乙酸和乙醇外 均产生了无色气体 则阳极产生的是O2 答案 解析 4 3 1 2 6 5 4 用如图装置研究电化学原理 下列分析中错误的是 答案 解析 6 5 3 1 2 4 5 2016课标全国 节选 NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂 也常用来漂白织物等 其一种生产工艺如下 电解 所用食盐水由粗盐水精制而成 精制时 为除去Mg2 和Ca2 要加入的试剂分别为 电解 中阴极反应的主要产物是 6 5 3 1 2 4 6 5 3 1 2 4 6 铁及其化合物与生产 生活关系密切 右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 1 该电化学腐蚀称为 2 图中A B C D四个区域 生成铁锈最多的是 填字母 答案 1 吸氧腐蚀 2 B解析 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