课堂新概念高考一轮苏教版28讲义电解池金属的腐蚀与防护Word格式文档下载.docx
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2H++2e-===H2↑
2H2O+O2+4e-===4OH-
其他反应及产物
Fe2++2OH-===Fe(OH)2
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·
xH2O+(3-x)H2O
普遍性
吸氧腐蚀更普遍
3.金属的防护
(1)
(2)其他:
改变金属内部结构和金属表面外加保护层
1.易误诊断(正确的打“√”,错误的打“×
”)。
(1)电解是把电能转变成化学能( )
(2)电解是把化学能转变成电能( )
(3)电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化( )
(4)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现( )
(5)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈( )
(6)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等( )
(7)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( )
(8)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( )
【答案】
(1)√
(2)×
(3)√ (4)√ (5)√ (6)×
(7)×
(8)×
2.
如图所示,甲、乙两试管中各放一枚铁钉,甲试管中为NH4Cl溶液,乙试管中为NaCl溶液,数天后导管中观察到的现象是____________,甲中正极反应为_____________________
____________,乙中正极反应为____________。
试管中残留气体平均相对分子质量的变化为:
甲________;
乙________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】 导管中液面左低右高 4H++4e-===2H2↑
2H2O+O2+4e-===4OH- 减小 减小
两个电极的判断:
(1)阳极:
与电源正极相连、发生氧化反应、阴离子移向的一极。
(2)阴极:
与电源负极相连、发生还原反应、阳离子移向的一极。
两极放电顺序
②阴极:
Ag+>
Fe3+>
Cu2+>
H+(酸)>
Fe2+>
Zn2+>
H+(水)>
Al3+>
Mg2+>
Na+
两种电化学腐蚀类型的正极反应式,
①析氢腐蚀:
②吸氧腐蚀:
O2+2H2O+4e-===4OH
电解规律及有关计算
1.电解时电极产物的判断
2.以惰性电极电解电解质溶液的规律
电极反应特点
实例
电解质溶浓度
pH
电解质液复原
电解水型
阴:
4H++4e-===2H2↑
阳:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOH
增大
加水
H2SO4
减小
Na2SO4
不变
电解电解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
通氯化氢
加氯化铜
放H2生碱型
阴极:
H2O放H2生碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
生成新电解质
放O2生酸型
电解质阳离子放电
H2O放O2生酸
CuSO4
加氧化铜
3.电解计算的类型和方法
(1)计算类型
电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面:
根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。
(2)解题方法
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、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:
根据得失电子守恒关系,在已知量与未知量之间,建立计算所需的关系式如:
4e-~4H+~2H2~4OH-~O2~2Cl2~2Cu
(2013·
海南高考)下图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中,a、b、c和d均为Pt电极。
电解过程中,电极b和d上没有气体逸出,但质量均增大,且增重b>
d。
符合上述实验结果的盐溶液是( )
选项
X
Y
A
MgSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
【解析】 题意表明b、d没有气体逸出,所以析出金属,由质量关系知,B正确。
【答案】 B
(1)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;
若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;
若阴极、阳极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质溶液浓度增大。
(2)用惰性电极电解电解质溶液时,若要使电解后的溶液恢复到原状态,应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则,一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。
(3)电解过程中产生的H+或OH-,其物质的量等于转移电子的物质的量。
考向1 电解产物的判断
1.(2012·
海南高考)下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是( )
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
【解析】 电解时只生成氢气和氧气,说明实质为电解水:
A项只有Ba(OH)2,B项有NaOH、H2SO4,D项有H2SO4和Ba(OH)2,故均不正确。
只有C项完全都是电解水。
【答案】 C
考向2 电解后电解质溶液恢复问题
2.(2011·
大纲全国卷)用石墨作电极电解CuSO4溶液。
通电一段时间后,欲使电解液恢复到起始状态,应向溶液中加入适量的( )
A.CuSO4 B.H2O
C.CuOD.CuSO4·
5H2O
【解析】 石墨为惰性电极,电解CuSO4溶液时,阳极发生反应:
4OH--4e-===2H2O+O2↑,阴极发生反应:
2Cu2++4e-===2Cu,欲使电解液恢复到起始状态,可向溶液中加入适量的CuO。
考向3 电解有关的计算
3.(2012·
重庆高考节选)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图。
(1)电源的负极为________(填“A”或“B”)。
(2)阳极室中发生的反应依次为_____________、___________________。
(3)电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将________;
若两极共收集到气体13.44L(标准状况),则除去的尿素为________g(忽略气体的溶解)。
【解析】
(1)产生Cl2极为阳极知A为正极,B为负极。
(2)阳极室发生的反应依次为2Cl--2e-===Cl2↑。
由产物CO2、N2知CO(NH2)2在此室反应被氧化,CO(NH2)2―→CO2+N2,发生还原反应的为Cl2。
故方程式为CO(NH2)2+3Cl2+H2O===N2+CO2+6HCl。
(3)阴极室2H++2e-===H2↑。
阳极室产生的H+通过质子交换膜进入阴极室,从而使阴极室H+浓度保持不变。
pH与电解前相比不变。
两极共收集到的气体n(气体)=
=0.6mol,
阳极 阴极
~6e-~CO(NH2)2
5mol 60g
0.6mol m[CO(NH2)2]
m[CO(NH2)2]=
=7.2g。
【答案】
(1)B
(2)2Cl--2e-===Cl2↑
CO(NH2)2+3Cl2+H2O===N2+CO2+6HCl
(3)不变 7.2
电解原理的应用
1.氯碱工业
(1)主要生产过程
(2)电极反应
2Cl--2e-===Cl2↑
总反应:
2NaCl+2H2O
Cl2↑+H2↑+2NaOH
2.电镀(如铁件镀锌)
电镀液:
含Zn2+的盐溶液(如ZnCl2溶液)
阳极(Zn):
Zn-2e-===Zn2+
阴极(铁件):
Zn2++2e-===Zn
电镀过程中电镀液浓度不发生变化。
镀层金属作阳极,镀件作阴极,电镀液中必须含有镀层金属离子。
3.电解精炼
如粗铜(含Zn、Fe、Ag等)的提纯
电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液(如CuSO4溶液)
阳极(粗铜):
阴极(纯铜):
Cu2++2e-===Cu
电解过程中,活泼性比Cu弱的Ag等不放电,形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag等);
电解质溶液中c(Cu2+)会不断减小,应定期更换电解质溶液。
(1)(2013·
北京高考节选)①如图为电解精炼银的示意图,________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银,若b极有少量红棕色气体产生,则生成该气体的电极反应式为_______________。
②为处理银器表面的黑斑(Ag2S),将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触,Ag2S转化为Ag,食盐水的作用是_________________________________。
(2)(2013·
福建高考节选)利用H2S废气制取氢气电解法制氢过程的示意图如下。
反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式,其目的是____________________________;
反应池中发生反应的化学方程式为_______。
反应后的溶液进入电解池,电解总反应的离子方程式为________。
【解析】
(1)①电解精炼银时,用含杂质的粗银作阳极,用纯银作阴极,含Ag+的电解质溶液做电解液。
图中b极与电源的负极相连,则b极为阴极,NO
在阴极放电生成红棕色的NO2,电极反应式为NO
+2H++e-===NO2↑+H2O。
②银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触,形成原电池,Al作负极被氧化成Al3+,银器表面的Ag2S作正极,被还原为金属Ag。
食盐水为电解质溶液,起导电作用。
(2)采用气、液逆流方式的目的是增大反应物接触面积,使反应更充分。
反应池内发生反应的化学方程式为H2S+2FeCl3===2FeCl2+S↓+2HCl。
进入电解池的物质应为FeCl2和HCl,根据电解池图示,左侧生成的为Fe3+,右侧生成的为H2,则可得总反应的离子方程式:
2Fe2++2H+
2Fe3++H2↑。
【答案】
(1)①a NO
+2H++e-===NO2↑+H2O
②做电解质溶液(或导电)
(2)增大反应物接触面积,使反应更充分 H2S+2FeCl3===2FeCl2+S↓+2HCl 2Fe2++2H+
2Fe3++H2↑
分析电解原理五步骤:
第一步,看电极材料。
若阳极为铁、锌、铜、银等活泼电极,金属发生氧化反应;
第二步,将电解质溶液中的离子分组,并按放电顺序确定反应的先后顺序;
第三步,写出电极反应式,注意介质是否参与电极反应;
第四步,分析电极材料、电解质溶液发生的变化;
第五步,联系问题找到答题的切入点。
考向1 电解法处理废水
4.(2013·
大纲全国卷)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O
)时,以铁板作阴、阳极,处理过程中存在反应Cr2O
+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O,最后Cr3+以Cr(OH)3形式除去。
下列说法不正确的是( )
A.阳极反应为Fe-2e-===Fe2+
B.电解过程中溶液pH不会变化
C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D.电路中每转移12mol电子,最多有1molCr2O
被还原
【解析】 A.电解时用铁作阳极,失去电子生成具有还原性的Fe2+,Fe2+将废水中的Cr2O
还原为Cr3+。
B.电解过程中消耗H+,溶液的pH发生变化。
C.电解过程中H2O电离出的H+参与反应,c(OH-)增大,Cr3+与Fe3+都与OH-结合为沉淀。
D.根据电极反应式Fe-2e-===Fe2+,可知每转移12mole-生成6molFe2+,6molFe2+可还原1molCr2O
。
考向2 氯碱工业
5.(2011·
北京高考节选)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。
①溶液A的溶质是________。
②电解饱和食盐水的离子方程式是________________________________________。
③电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3。
用化学平衡移动原理解释盐酸的作用:
___________________。
(2)(2011·
四川高考节选)
如图电解NaCl的饱和溶液,写出该电解池中发生反应的总反应方程式:
____________。
将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中,观察到的现象是______________。
【解析】
(1)根据电解原理以及H+在阴极放电可知在阴极区有大量的OH-剩余,所以溶质为NaOH。
(2)由于阳极是惰性电极,则电解饱和氯化钠溶液的方程式为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑,生成的Cl2与NaOH溶液发生反应:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,故总反应方程式为NaCl+H2O
NaClO+H2↑,酚酞试液遇NaOH显红色后被HClO氧化褪色。
【答案】
(1)①NaOH
②2Cl-+2H2O
H2↑+Cl2↑+2OH-
③Cl2与水反应:
Cl2+H2O
HCl+HClO,增大HCl的浓度使平衡逆向移动,减少Cl2在水中的溶解,有利于Cl2的逸出
(2)NaCl+H2O
NaClO+H2↑ 先变红后褪色
金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀规律
金属腐蚀既受到其组成的影响,又受到外界因素的影响。
通常金属腐蚀遵循以下规律。
(1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀的快慢是:
电解池的阳极>
原电池的负极>
化学腐蚀>
原电池的正极>
电解池的阴极。
(2)在不同溶液中:
金属在强电解质溶液中的腐蚀>
金属在弱电解质溶液中的腐蚀>
金属在非电解质溶液中的腐蚀。
(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
(4)由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液,故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式,只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀,而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。
2.金属的防护措施图示
上海高考)糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等,其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。
下列分析正确的是( )
A.脱氧过程是吸热反应,可降低温度,延长糕点保质期
B.脱氧过程中铁作原电池正极,电极反应为:
Fe-3e-===Fe3+
C.脱氧过程中碳作原电池负极,电极反应为:
D.含有1.12g铁粉的脱氧剂,理论上最多能吸收氧气336mL(标准状况)
【解析】 根据题意铁作为电池负极(Fe-2e-===Fe2+)碳作原电池正极(2H2O+O2+4e-===4OH-)因此B、C错误,脱氧过程是放热反应,A项错误,D项生成的Fe2+继续被O2氧化。
【答案】 D
考向1 金属防护方法
6.(2013·
北京高考)下列金属防腐的措施中,使用外加电流的阴极保护法的是( )
A.水中的钢闸门连接电源的负极
B.金属护栏表面涂漆
C.汽车底盘喷涂高分子膜
D.地下钢管连接镁块
【解析】 A.水中的钢闸门连接电源的负极,即使用了外加电流,正确。
B.金属护栏表面涂漆,是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。
C.汽车底盘喷涂高分子膜,也是一种使用外加涂层而使金属隔绝空气和水分的保护方法。
D.地下钢管连接镁块,是牺牲阳极的阴极保护法。
【答案】 A
考向2 金属腐蚀快慢的比较
7.(2012·
山东高考)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
a b c 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,CuZn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,ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
【解析】 A项:
插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触,易发生吸氧腐蚀;
B项:
开关由M改置于N时,Zn作负极,CuZn合金作正极,合金受到保护;
C项:
接通开关形成原电池,Zn作负极,Zn的腐蚀速率增大,但气体是在Pt电极上生成;
D项:
ZnMnO2中自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。
电解原理实验探究
高考母题
1.
(2013·
北京高考)用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。
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:
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
2.(2010·
大纲全国卷Ⅱ)下图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4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)
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);
①A管溶液由红变黄 ②B管溶液由红变黄 ③A管溶液不变色 ④B管溶液不变色
(2)写出A管中发生反应的反应式:
______________________________________;
(3)写出B管中发生反应的反应式:
_______________________________________;
(4)检验a管中气体的方法是_____________________________________________;
(5)检验b管中气体的方法是_____________________________________________;
(6)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】 1.可利用电解质溶液中离子的移动方向判断出电源的正负极,并写出电极反应式和反应现象。
A.铜离子应移向阴极,则a为负极。
B.CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的,并非通电才能发生。
C.反应Cu2++2e-===Cu应在阴极上发生,阳极上发生的反应应为2Cl--2e-===Cl2↑。
D.通电一段时间后,应在阳极附近观察到黄绿色气体。
2.A管内电极为电解池的阴极,电极反应式为2H++2e-===H2↑,H+来自于水的电离,由于H+不断放电,电极附近溶液中c(OH-)>
c(H+),溶液由酸性变为碱性,颜色由红变黄;
一段时间后A管内Mg2+与OH-结合生成Mg(OH)2白色沉淀;
B管内电极为电解池的阳极,电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,水电离出的OH-不断放电致使B管内溶液酸性增强,但溶液的颜色仍显红色。
若电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内,B管溶液中的H+会溶解A管内生成的Mg(OH)2沉淀,溶液仍是MgSO4溶液,颜色仍显红色。
【答案】 1.A
2.
(1)①④
(2)2H++2e-===H2↑(写2H2O+2e-===2OH-+H2↑同样也可),Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
(3)4OH--4e-===2H2O+O2↑(写2H2O-4e-===4H++O2↑同样也可)
(4)用拇指按住管口,取出试管,靠近火焰,放开拇指,有爆鸣声,管口有蓝色火焰
(5)用拇指按住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内木条会复燃
(6)溶液呈红色,白色沉淀溶解(或大部分溶解)
教材溯源
(人教选修4P79)
CuCl2溶液的电解
在U形管中注入CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极,如图,把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。
接通直流电源,观察U形管内的现象和试纸颜色的变化。
命题展望
教材中以电解CuCl2的实验,探究电解的工作原理,而高考命题在此基础上进行变化创新,很好地考查了学生的电解基础知识,同时也考查了学生运用知识解决问题的迁移能力。
该实验还可以从这几方面考查:
1.写出电解CuCl2溶液的总方程式?
【提示】 CuCl2
Cu+Cl2↑。
2.根据现象判断阴、阳极或外接电源的正负极。
如某电极增重,则该极为电解池的什么极,该极连接电源的什么极?
【提示】 阴极。
连接电源负极。
3.考查电解计算
当阴极增重质量为3.2g时,阳极产生Cl2(标准状况下)的体积为多少升?
Cu + Cl2↑
64g 22.4L
3.2gV
V=
×
22.4L
=1.12L
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