步步高高届高级高三一轮复习课件配套学案专题6第三单元.docx
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步步高高届高级高三一轮复习课件配套学案专题6第三单元
第三单元 电解池 金属的腐蚀与防护
[考试标准] 1.电解池的概念(b)。
2.电解CuCl2溶液的原理及电极反应式(b)。
3.电解池的构成条件(b)。
4.原电池、电解池的判断(c)。
5.电解池的构造与工作原理(b)。
6.电解池的电极反应式与电解反应方程式(b)。
7.金属冶炼、氯碱工业、电镀在生产生活中的应用(b)。
8.金属腐蚀的危害(a)。
9.金属发生电化学腐蚀的基本原理(c)。
10.金属的防护(b)。
考点一 电解池的工作原理
(一)电解池的构成及工作原理
1.概念
把电能转化为化学能的装置。
2.构成条件
(1)有与电源相连的两个电极。
(2)电解质溶液(或熔融电解质)。
(3)形成闭合回路。
3.电极名称及电极反应式(如图)
4.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。
(二)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。
注意 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:
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。
(三)利用电解的思维程序,分析电解的规律
填写表中空白(用惰性电极电解):
1.电解水型
电解质(水溶液)
电极反应式
电解物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
含氧酸(如H2SO4)
阳极:
4OH--4e-===O2↑+2H2O
阴极:
4H++4e-===2H2↑
H2O
2H2O
O2↑+2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱(如NaOH)
增大
加H2O
活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)
不变
加H2O
2.电解电解质型
电解质(水溶液)
电极反应式
电解物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
无氧酸(如HCl),HF除外
阴极:
2H++2e-===H2↑
酸
2HCl
H2↑+Cl2↑
减小
增大
通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),氟化物除外
阳极:
2Cl--
2e-===Cl2↑
阴极:
Cu2++
2e-===Cu
盐
CuCl2
Cu+Cl2↑
加CuCl2固体
3.放H2生碱型
电解质(水溶液)
电极反应式
电解物质
总离子
方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
水和盐
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
生成新电解质
增大
通入HCl气体
阴极:
2H++
2e-===H2↑
4.放O2生酸型
电解质(水溶液)
电极反应式
电解物质
总离子
方程式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
水和盐
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
生成新电解质
减小
加CuO或CuCO3
阴极:
2Cu2++4e-===2Cu
复原措施探究
(1)要使电解后的NaCl溶液复原,滴加盐酸可以吗?
提示 不可以,电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2,所以应通入氯化氢气体,加入盐酸会引入水。
(2)要使电解后的CuSO4溶液复原,加入Cu(OH)2固体可以吗?
提示 应具体情况具体分析,若通电一段时间,CuSO4未电解完(即Cu2+未全部放电),使溶液复原应加入CuO,而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小;若Cu2+全部放电,又继续通电一段时间(此时电解水),要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,若只加入CuO,此时浓度偏大。
(3)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98gCu(OH)2固体,才能使电解质溶液复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为多少?
提示 4NA
(4)通过以上分析,电解质溶液复原应遵循什么原则?
提示 电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则,即从溶液中析出哪种元素的原子,则应按比例补入哪些原子。
多维度思考
1.辨析易错易混
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程( )
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现( )
(3)电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极( )
(4)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( )
(5)电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大( )
(6)电解NaNO3溶液时,随着电解进行,溶液的pH减小( )
答案
(1)√
(2)√ (3)× (4)× (5)× (6)×
2.利用电解规律,书写电极反应式
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液
阳极反应式:
__________________________________________________________________;
阴极反应式:
___________________________________________________________________;
总反应离子方程式:
_____________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式:
_________________________________________________________________;
阴极反应式:
_________________________________________________________________;
总反应离子方程式:
____________________________________________________________。
(3)用铁作电极电解NaCl溶液
阳极反应式:
_________________________________________________________________;
阴极反应式:
__________________________________________________________________;
总反应化学方程式:
____________________________________________________________。
(4)用铁作电极电解NaOH溶液
阳极反应式:
__________________________________________________________________;
阴极反应式:
__________________________________________________________________;
总反应离子方程式:
____________________________________________________________。
(5)用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
阳极反应式:
__________________________________________________________________;
阴极反应式:
__________________________________________________________________;
总反应化学方程式:
____________________________________________________________。
(6)用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极反应式:
__________________________________________________________________;
阴极反应式:
__________________________________________________________________;
总反应离子方程式:
____________________________________________________________。
答案
(1)4OH--4e-===O2↑+2H2O(或2H2O-4e-===O2↑+4H+)
4Ag++4e-===4Ag
4Ag++2H2O
4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Mg2++2Cl-+2H2O
Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑
(4)Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Fe+2H2O
Fe(OH)2+H2↑
(5)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
6H++6e-===3H2↑
2Al+3H2O
Al2O3+3H2↑
(6)2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg
Mg2++2Cl-
Mg+Cl2↑
1.做到“三看”,正确书写电极反应式
(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:
Fe生成Fe2+)。
(2)二看介质,介质是否参与电极反应。
(3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的电冶炼。
2.规避“三个”失分点
(1)书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同,且应注明条件“通电”。
(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。
1.(2018·安吉高三模拟)以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小
答案 D
解析 以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O
2KOH+H2↑+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。
由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确;由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D错误。
2.用石墨作电极电解1mol·L-1CuSO4溶液,当c(Cu2+)为0.5mol·L-1时,停止电解,向剩余溶液中加入下列何种物质可使电解质溶液恢复至原状( )
A.CuSO4B.CuO
C.Cu(OH)2D.CuSO4·5H2O
答案 B
解析 电解CuSO4溶液时,阴极:
2Cu2++4e-===2Cu,阳极:
4OH--4e-===2H2O+O2↑。
从整个溶液减少的物质来考虑,两电极产物分别为Cu和O2,且二者的物质的量之比为2∶1,将两者化合即为CuO,所以加入CuO可使溶液恢复原状。
3.将含有KCl、CuBr2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解,且电解时间足够长。
有以下结论:
①溶液中几乎没有Br-;②电解质溶液为无色;③最终溶液显碱性;④K+、Na+和SO
的浓度几乎没有变化。
正确的是(设Cl2、Br2全部从溶液中逸出)( )
A.①②③B.仅③C.①④D.均正确
答案 A
解析 溶液中存在的阴离子有Cl-、Br-、SO
、OH-,阳离子有K+、Cu2+、Na+、H+。
因用Pt电极电解足够长的时间,阴离子中首先放电的是Br-,其次是Cl-,最后是OH-,SO
在溶液中不放电,阳离子先放电的是Cu2+,其次是H+。
所以电解过程中相当于先电解CuBr2,阳极逸出Br2,阴极析出Cu,当CuBr2电解完毕时,相当于继续电解HCl(H+来自于水中),当Cl-被消耗尽时,则继续电解水。
由于Cu2+转化为单质铜,电解液变为无色;Cl-放电时,水电离出的H+放电,使溶液中的c(OH-)增大;由于水被消耗,c(K+)、c(Na+)和c(SO
)会增大。
4.如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,Mg(OH)2沉淀的pH=9),接通电源一段时间后A管产生白色沉淀,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管中发生的反应:
____________________________________________________。
(3)写出B管中发生的反应:
_____________________________________________________。
(4)检验b管中气体的方法是_____________________________________________________。
(5)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________________________________________________________________________。
答案
(1)①④
(2)2H++2e-===H2↑、Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
(或2H2O+2e-+Mg2+===H2↑+Mg(OH)2↓)
(3)4OH--4e-===2H2O+O2↑(或2H2O-4e-===O2↑+4H+)
(4)用拇指堵住试管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃
(5)溶液呈红色,白色沉淀溶解
解析 电解时,阳极上氢氧根离子放电生成氧气,导致阳极附近溶液呈酸性;阴极上氢离子放电生成氢气,同时有氢氧根离子生成,氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀,溶液呈弱碱性。
考点二 电解原理的应用
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式:
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式:
2H++2e-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子反应方程式:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用
氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2.电镀
下图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答下列问题:
(1)镀件作阴极,镀层金属银作阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
(3)电极反应:
阳极:
Ag-e-===Ag+;阴极:
Ag++e-===Ag。
(4)特点:
阳极溶解,阴极沉积,电镀液的浓度不变。
3.电解精炼铜
(1)电极材料:
阳极为粗铜;阴极为纯铜。
(2)电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液。
(3)电极反应:
阳极:
Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
阴极:
Cu2++2e-===Cu。
4.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、K、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
电极反应:
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑;
阴极:
2Na++2e-===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
电极反应:
阳极:
6O2--12e-===3O2↑;
阴极:
4Al3++12e-===4Al。
多维度思考
辨析易错易混
(1)在镀件上电镀铜时,镀件与电源的正极连接( )
(2)在镀件上电镀铜时,也可以用惰性材料作阳极,用硫酸铜溶液作电解液( )
(3)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料( )
(4)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变( )
(5)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可以电解MgO和AlCl3( )
(6)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(7)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2作电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌( )
(8)电解饱和食盐水
( )
(9)电镀银
( )
(10)电解精炼铜
( )
答案
(1)×
(2)√ (3)× (4)× (5)× (6)√ (7)× (8)× (9)× (10)×
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( )
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
答案 D
解析 氯碱工业中阳极是Cl-放电生成Cl2,A错误;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,B错误;铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜,C错误。
2.电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。
下列叙述正确的是( )
A.电解时以硫酸铜溶液作电解液,精铜作阳极
B.粗铜与电源负极相连,发生氧化反应
C.阴极上发生的反应是Cu2++2e-===Cu
D.电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
答案 C
解析 根据电解池的工作原理,粗铜作阳极,比铜活泼的Zn、Fe等杂质发生氧化反应,比Cu不活泼的金属单质,如Ag、Au等在阳极底部沉积;精铜作阴极,只发生Cu2++2e-===Cu。
3.下图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜
阳极反应式:
2Al-6e-+6HCO
===Al2O3+6CO2↑+3H2O;
阴极反应式:
6H2O+6e-===3H2↑+6OH-。
4.用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯,其原理如图所示。
(1)b电极上的电极反应式为_____________________________________________________。
(2)该装置中使用的是________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
答案
(1)2CO2+12e-+12H+===C2H4+4H2O
(2)阳
解析
(1)电解时,二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯,电极反应式为2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O。
(2)离子交换膜应只允许氢离子通过,所以是阳离子交换膜。
5.利用固体氧化物电解池通过电解方式分解氮氧化物的过程如图所示,写出电解池中通入NO一端的电极反应式:
________________________________________________________________________。
答案 2NO+4e-===N2+2O2-
解析 电解池的阴极上,NO发生得电子的还原反应生成N2,电极反应式为2NO+4e-===N2+2O2-;阳极上,O2-发生失去电子的氧化反应生成O2,电极反应式为2O2--4e-===O2。
6.O3可由臭氧发生器(原理如下图所示)电解稀硫酸制得。
(1)图中阴极为______(填“A”或“B”)。
(2)若C处不通入O2,D、E处分别收集到11.2L和4.48L气体(标准状况下),则E处收集的气体中O3所占的体积分数为__________(忽略O3的分解)。
(3)若C处通入O2,则A极的电极反应式为______________________________________。
答案
(1)A
(2)50% (3)O2+4H++4e-===2H2O
解析
(1)由图可知,B极生成O2、O3,B极发生氧化反应,电解池阳极发生氧化反应,A为阴极,电极反应为2H++2e-===H2↑。
(2)若C处不通入O2,实质为电解水,D处为氢气,体积为11.2L,物质的量为0.5mol,E处为氧气、臭氧,体积共为4.48L,物质的量为0.2mol,设臭氧的物质的量为xmol,根据电子转移守恒有0.5×2=x×3×2+(0.2-x)×2×2,解得x=0.1,所以E处收集的气体中O3所占的体积分数为0.1mol÷0.2mol×100%=50%。
(3)C处通入O2,O2发生还原反应,在酸性条件下生成水,电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O。
7.工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2,得溶液X,再利用电解法使K2CO3溶液再生,其装置示意图如下:
(1)在阳极区发生的反应包括________________________________________________
和H++HCO
===H2O+CO2↑。
(2)简述CO
在阴极区再生的原理:
__________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
(1)4OH--4e-===2H2O+O2↑(或2H2O-4e-===4H++O2↑)
(2)HCO
存在电离平衡:
HCO
H++CO
阴极H+放电,H+浓度减小,平衡右移(或溶液中H+放电,增大了OH-浓度,与HCO
反应,从而使CO
再生)
解析
(1)与电源正极相连的为电解池的阳极,与电源负极相连的为电解池的阴极,阳极上是氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑。
8.电解CO制备CH4和W,工作原理如下图所示,生成物W是__________,其原理用电解总离子方程式解释是______________________。
答案 NaHCO3 4CO+3CO
+5H2O
6HCO
+CH4
考点三 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.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质直接接触
不纯的金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往
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