622 电解池金属的电化学腐蚀与防护Word文档下载推荐.docx
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H2O
2H2O
O2↑+2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱(如NaOH)
活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)
不变
电解水型电解一段时间后,其电解质的浓度一定增大吗?
举例说明。
答案 不一定,如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液,一段时间后会析出Na2SO4·
10H2O晶体,剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液,此时浓度保持不变。
(2)电解电解质型
无氧酸(如HCl),除HF外
2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
酸
2HCl
H2↑+Cl2↑
通入HCl
气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外
2Cl--2e-===Cl2↑阴极:
Cu2++2e-===Cu
盐
CuCl2
Cu+Cl2↑
加CuCl2固体
(3)放H2生碱型
电解物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液复原
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
水
和
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
生成新电解质
通入HCl气体
要使电解后的NaCl溶液复原,滴加盐酸可以吗?
为什么?
答案 不可以,因为电解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,加入盐酸会引入过多的水。
(4)放O2生酸型
电极方程式
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
4OH--4e-===2H2O+O2↑
2Cu2++4e-===2Cu
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
加CuO或CuCO3
①要使电解后的CuSO4溶液复原,加入Cu(OH)2固体可以吗?
加入CuCO3为什么也可复原?
答案 不可以 因为电解CuSO4溶液时,尽管Cu2+和OH-分别放电,按照电极反应式Cu2++2e-===Cu、4OH--4e-===2H2O+O2↑,氢元素变成H2O仍然留在溶液中,只有Cu析出和O2逸出,且物质的量之比为2∶1,所以要让溶液复原,需要加CuO,而不能加Cu(OH)2。
加入CuCO3时,CO2变为气体逸出,相当于加的是CuO。
②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?
答案 4NA
解析 方法一:
98gCu(OH)2的物质的量为1mol,相当于电解了1mol的CuSO4后,又电解了1mol的水,所以转移的电子数为2NA+2NA=4NA。
方法二:
可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O2-失电子数相等,共4NA。
(5)通过以上分析,电解质溶液复原应遵循什么原则?
答案 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。
2.根据金属活动顺序表,Cu和稀H2SO4不反应,怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?
答案 Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。
电解反应式为阳极:
Cu-2e-===Cu2+,阴极:
2H++2e-===H2↑。
总反应式:
Cu+2H+
Cu2++H2↑。
题组一 电解规律的应用
1.以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水,关于两个电解池反应的说法正确的是( )
A.阳极反应式相同
B.电解结束后所得液体的pH相同
C.阴极反应式相同
D.通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压)
2.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的pH依次为升高、不变、降低的是( )
A.AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2
B.KCl Na2SO4 CuSO4
C.CaCl2 KOH NaNO3
D.HCl HNO3 K2SO4
题组二 电极方程式及电极产物的判断
3.(2016·
北京理综,12)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝;
b处变红,局部褪色;
c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生;
n处有气泡产生……
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:
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
4.按要求书写电极反应式和总反应方程式:
(1)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:
。
(2)用Al作电极电解NaOH溶液
;
(3)用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
5.
(1)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(填化学式)溶液,阳极电极反应式为,
电解过程中Li+向(填“A”或“B”)电极迁移。
(2)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。
由有机阳离子、Al2Cl
和AlCl
组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。
钢制品应接电源的极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极电极反应式为。
若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为。
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)三看是否有特殊信息,如4(3)目的是制取氧化铝,因而阳极产物不能是Al3+,再如5
(2)是非水体系,且不产生其他离子,因而离子只能在Al2Cl
之间转化。
题组三 有关电化学的计算
6.将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为( )
A.4×
10-3mol·
L-1B.2×
L-1
C.1×
L-1D.1×
10-7mol·
7.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO
)=0.6mol·
L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(K+)为0.2mol·
B.上述电解过程中共转移0.2mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05mol
D.电解后溶液中c(H+)为0.2mol·
8.(2017·
牡丹江一中月考)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和
pH(不考虑二氧化碳的溶解)。
则电解过程中转移电子的物质的量为( )
A.0.4molB.0.5mol
C.0.6molD.0.8mol
电化学综合计算的三种常用方法
(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
①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。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律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和价值,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。
考点二 电解原理在工业生产中的应用
1.氯碱工业
(1)电极反应
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
2H++2e-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
(3)氯碱工业生产流程图
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:
Ag-e-===Ag+;
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。
Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
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、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
电极反应:
2Cl--2e-===Cl2↑;
2Na++2e-===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑;
4Al3++12e-===4Al。
正误判断,正确的打“√”,错误的打“×
”
(1)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变( )
(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料( )
(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可以电解MgO和AlCl3( )
(4)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(5)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( )
题组一 应用电解原理制备新物质
1.下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐,阴极最后只剩下纯钛。
下列说法中正确的是( )
A.阳极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
B.阴极的电极反应式为TiO2+4e-===Ti+2O2-
C.通电后,O2-、Cl-均向阴极移动
D.石墨电极的质量不发生变化
2.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(选填“a”、“b”、“c”或“d”)位置补充,氢氧化钠溶液从图中位置流出。
北京市西城区高三上学期一模)利用下图所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为+1价),其原理是
NH4Cl+2HCl
NCl3+3H2↑
(1)b接电源的(填“正”或“负”)极。
(2)阳极反应式是。
题组二 精炼和电镀
4.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
5.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( )
A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程
B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率
D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
题组三 应用电解原理治理污染
6.用下图所示装置处理含CN-废水时,控制溶液pH为9~10,并加入NaCl,一定条件下电解,阳极产生的ClO-将CN-氧化为无害物质而除去。
铁电极为(填“阴极”或“阳极”),阳极产生ClO-的电极反应为
7.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如下图所示(电极材料为石墨)。
(1)图中a极要连接电源的(填“正”或“负”)极,C口流出的物质是。
(2)SO
放电的电极反应式为。
(3)电解过程中阴极区碱性明显增强,用平衡移动原理解释原因。
1.常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。
离子交换膜分三类:
(1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,即允许H+和其他阳离子通过,不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。
2.隔膜的作用
(1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。
(2)能选择性的通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
专题训练
题组一 提高产品纯度
1.(2016·
宜昌市高三教学测试)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
已知:
①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性:
Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)
A.碳棒上发生的电极反应:
B.电解过程中,B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pH
D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变
2.[2014·
新课标全国卷Ⅰ,27(4)]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):
①写出阳极的电极反应式:
②分析产品室可得到H3PO2的原因
③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
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,判断允许哪种离子通过隔膜。
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,根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步,分析隔膜作用。
在产品制备中,隔膜作用主要是提高产品纯度,避免产物之间发生反应,或避免产物因发生反应而造成危险。
题组二 限制离子迁移
3.某原电池装置如下图所示,电池总反应为2Ag+Cl2===2AgCl。
(1)当电路中转移amole-时,交换膜左侧溶液中约减少mol离子。
交换膜右侧溶液中c(HCl)(填“>”、“<”或“=”)1mol·
L-1(忽略溶液体积变化)。
(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜,其他不变。
若有11.2L氯气(标准状况)参与反应,则必有mol离子(填离子符号)由交换膜侧通过交换膜向迁移。
反应物相同,不同的交换膜,迁移的离子种类不同;
同种交换膜,转移相同的电子数,如果离子所带电荷数不同,迁移离子数不同。
离子迁移依据电荷平衡,而离子数目变化量可能不相等。
题组三 提高电流效率
4.已知:
电流效率=电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。
现有两个电池Ⅰ、Ⅱ,装置如图所示。
下列说法正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同
B.能量转化形式不同
C.Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D.5min后,Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
交换膜隔离两种电解质溶液,避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触,能提高电流效率。
在这种装置中,交换膜起到盐桥作用,且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。
通过限制离子迁移,使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路,完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。
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
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
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
两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析:
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
正极
O2+2H2O+4e-===4OH-
总反应式
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
吸氧腐蚀更普遍
3.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
a.负极:
比被保护金属活泼的金属;
b.正极:
被保护的金属设备。
②外加电流阴极保护法—电解原理
a.阴极:
被保护的金属设备;
b.阳极:
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。
1.正误判断,正确的打“√”,错误的打“×
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样( )
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+( )
(4)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( )
(5)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( )
2.写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。
答案 铁锈的形成
负极:
2Fe-4e-===2Fe2+
正极:
O2+4e-+2H2O===4OH-
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·
xH2O(铁锈)+(3-x)H2O
题组一 腐蚀快慢与防护方法的比较
1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为( )
A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥
2.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是( )
A.图1中,铁钉易被腐蚀
B.图2中,滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,没有蓝色沉淀出现
C.图3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D.图4中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极
1.判断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,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。
2.两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。
题组二 正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
郑州高三模拟)一定条件下,碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是( )
A.当pH<4时,碳钢主要发生析氢腐蚀
B.当pH>6时,碳钢主要发生吸氧腐蚀
C.当pH>14时,正极反应为O2+4H++4e-===2H2O
D.在煮沸除氧气后的碱性溶液中,碳钢腐蚀速率会减缓
4.利用下图装置进行实验,开始时,a、b两处液面相平,密封好,放置一段时间。
A.a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀
B.一段时间后,a管液面高于b管液面
C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小
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