第八章 学案39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护.docx
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第八章学案39电解池金属的电化学腐蚀与防护
学案39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
[考纲要求] 1.了解电解池的工作原理,写出电极反应和电池反应方程式。
2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
知识点一 电解池、电解原理
1.电解原理
(1)电解:
使________通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在__________引起
____________________的过程。
(2)电解池(也叫电解槽):
把____能转化为________能的装置。
(3)电极名称与电极反应:
与电源正极相连的为________,发生________反应;
与电源负极相连的为________,发生________反应。
2.电解CuCl2溶液(如右图所示)
(1)阳极反应:
________________________________________________________________________
(2)阴极反应:
________________________________________________________________________
(3)总方程式:
________________________________________________________________________
问题思考
1.电解质的电离和溶液的导电有什么联系?
2.电解池的阴、阳极与电极材料有什么关系?
知识点二 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:
________________________________________________________________________
(________反应)
阴极反应式:
________________________________________________________________________
(________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________、________和________。
2.电镀
右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____极,镀层金属银作____极。
(2)电解质溶液是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)电极反应:
阳极:
________________________________________________________________________;
阴极:
________________________________________________________________________。
(4)特点:
____极溶解,____极沉积,电镀液的浓度
________________________________________________________________________。
3.电解精炼铜
(1)电极材料:
阳极为________;阴极为________。
(2)电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液。
(3)电极反应:
阳极为
________________________________________________________________________;
阴极为
________________________________________________________________________。
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:
阳极:
________________________________________________________________________,
阴极:
________________________________________________________________________。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
电极反应:
阳极:
________________________________________________________________________,
阴极:
________________________________________________________________________。
问题思考
3.如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物?
4.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么?
5.用惰性电极电解,若要使电解后的溶液复原,应怎样操作?
知识点三 金属的腐蚀和防护
1.金属腐蚀的本质
金属原子________变为________,金属发生________。
2.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟__________接触
不纯金属或合金跟________________接触
现象
____电流产生
______电流产生
本质
金属被____
较活泼金属被________
联系
两者往往同时发生,________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
条件
电极反应
负极
正极
总反应式
联系
________更普遍
问题思考
6.铁锈是怎样形成的?
3.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阴极的阳极保护法—________原理
a.________:
比被保护金属活泼的金属;
b.________:
被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—________原理
a.________:
被保护的金属设备;
b.________:
惰性金属。
(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。
一、电解池的电极及电极产物的判断
1.如何分析电解池中的两极变化?
2.如何判断电解池的电极产物及书写电极反应式和总反应式?
典例导悟1
将含有KCl、CuCl2、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Cl- ②电解质溶液为无色 ③最终溶液显碱性 ④K+、Na+、SO
的浓度几乎没有变化
正确的是(设全部气体从溶液中出)( )
A.①②③ B.仅③ C.①④ D.均正确
听课记录:
二、电解类型及有关计算
1.用惰性电极电解电解质溶液的类型如下表所示:
类型
电极反应特点
实例
电解
对象
电解质
浓度
pH
电解质溶
液复原
电解
水型
阴:
4H++4e-===2H2↑
阳:
4OH--4e-===2H2O+O2↑
NaOHH2SO4Na2SO4
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
CuCl2
放H2
生碱
型
阴极:
H2O放H2生碱
阳极:
电解质阴离子放电
NaCl
放O2
生酸
型
阴极:
电解质阳离
子放电
阳极:
H2O放O2生酸
CuSO4
2.电解池中有关量的计算或判断
电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面:
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。
解题依据是得失电子守恒。
典例导悟2
(1)用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化),通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1molCuO后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为________mol。
(2)如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为________mol。
(3)如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解),电解过程中转移的电子为________mol。
3.比较金属腐蚀快慢
判断金属腐蚀快慢的规律
(1)电解池原理引起的腐蚀>__________引起的腐蚀>________腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)对同一种金属来说,腐蚀的快慢:
强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)活泼性不同的两金属,活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越________。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度
________________________________________________________________________,
腐蚀越快。
典例导悟3
下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A.④>②>①>③ B.②>①>③>④
C.④>②>③>①D.③>②>④>①
题组一 电解原理及其应用
1.(2011·上海,16)用电解法提取氯化铜废液中的铜,方案正确的是( )
A.用铜片连接电源的正极,另一电极用铂片
B.用碳棒连接电源的正极,另一电极用铜片
C.用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D.用带火星的木条检验阳极产物
2.(2010·海南,9改编)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是( )
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生氧化反应
C.粗铜连接电源负极,其电极反应是Cu-2e-===Cu2+
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
3.(2010·全国理综Ⅱ,29)
右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________________________________________________________________________。
题组二 金属的电化学腐蚀和防护
4.(2011·北京理综,8)结合下图判断,下列叙述正确的是( )
A.Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B.Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-===Fe2+
C.Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2+2H2O+4e-===4OH-
D.Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe(CN)6]溶液,均有蓝色沉淀
5.(2011·山东理综,15)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
6.(2011·浙江理综,10)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗,
在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如右图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。
下列说法正确的是( )
A.液滴中的Cl-由a区向b区迁移
B.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀,生成的Fe2+由a区向b区迁移,与b区的OH-形成Fe(OH)2,进一步氧化、脱水形成铁锈
D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板,在铜铁接触处滴加NaCl溶液,则负极发生的电极反应为Cu-2e-===Cu2+
7.(2010·北京理综,6)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.钢管与电源正极连接,钢管可被保护
B.铁遇冷浓硝酸表面钝化,可保护内部不被腐蚀
C.钢管与铜管露天堆放在一起时,钢管不易被腐蚀
D.钢铁发生析氢腐蚀时,负极反应是Fe-3e-===Fe3+
题号
1
2
4
5
6
7
答案
题组三 电解的规律及有关计算
8.(2009·全国理综Ⅰ,28)下图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。
(1)接通电源,经过一段时间后,测得丙中K2SO4质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。
据此回答问题:
①电源的N端为________极;
②电极b上发生的电极反应为
________________________________________________________________________;
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积。
④电极c的质量变化是__________g;
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化,简述其原因:
甲溶液
________________________________________________________________________;
乙溶液
________________________________________________________________________;
丙溶液
________________________________________________________________________;
(2)如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行,为什么?
题组一 电解原理及其应用
1.(2011·大同质检)如图a、b、c、d均为石墨电极,通电进行电解(电解液足量)。
下列说法正确的是( )
A.甲中a的电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O
B.电解时向乙中滴入酚酞溶液,c电极附近变红
C.向乙中加入适量盐酸,溶液组成可以恢复
D.当b极有64gCu析出时,c电极产生2g气体
题组二 电解的规律及有关计算
2.500mLNaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO
)=6mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到气体22.4L(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(Na+)=6mol·L-1
B.电解后溶液中c(H+)=4mol·L-1
C.上述电解过程中共转移8mol电子
D.电解后得到的Cu的物质的量为2mol
3.用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后,向所得溶液中加入0.2molCu(OH)2后,恰好使溶液恢复到电解前的浓度。
则电解过程中转移的电子的物质的量为( )
A.0.4molB.0.5mol
C.0.6molD.0.8mol
题组三 金属的电化学腐蚀与防护
4.铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示,下列有关说法中,不正确
的是( )
A.正极的电极反应式为:
2H++2e-===H2↑
B.此过程中还涉及到反应:
4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3
C.此过程中铜并不被腐蚀
D.此过程中电子从Fe移向Cu
题号
1
2
3
4
答案
5.
如图水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察。
(1)若试管内液面上升,则原溶液呈__________性,发生________腐蚀,电极反应:
负极:
________________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________________。
(2)若试管内液面下降,则原溶液呈________性,发生________腐蚀,电极反应:
负极:
________________________________________________________________________;
正极:
________________________________________________________________________。
题组四 实验探究
6.下列四种装置中,①盛200mL0.005mol·L-1硫酸铜溶液 ②盛200mL0.01mol·L-1硫酸 ③盛200mL氯化锌溶液 ④盛200mL氯化钾溶液
(1)上述四种装置中,为电解池的是__________(用编号回答),装置①中两电极的电极反应式分别是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(注明电极名称);
(2)用离子方程式回答:
通电时装置④中的总反应式是
________________________________________________________________________,
溶液中可能发生的副反应是
________________________________________________________________________;
(3)工作一段时间后,测得导线上均通过0.002mol电子,则上述四种装置中溶液pH最小的是__________(用编号回答,溶液体积变化忽略不计);
(4)若将装置④中的外加电源拆去,用导线将两个电极连接,则Fe极上发生的反应是________________________________________________________________________,
C极上发生的反应是
________________________________________________________________________。
学案39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
【课前准备区】
知识点一
1.
(1)电流 阴、阳两极 氧化还原反应
(2)电 化学
(3)阳极 氧化 阴极 还原
2.
(1)2Cl--2e-===Cl2↑
(2)Cu2++2e-===Cu
(3)CuCl2
Cu+Cl2↑
知识点二
1.
(1)2Cl--2e-===Cl2↑ 氧化 2H++2e-===H2↑ 还原
(3)烧碱 氯气 氢气
2.
(1)阴 阳
(2)AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的溶液
(3)Ag-e-===Ag+
Ag++e-===Ag
(4)阳 阴 不变
3.
(1)粗铜 纯铜
(3)Cu-2e-===Cu2+ Cu2++2e-===Cu
4.
(1)2Cl--2e-===Cl2↑
2Na++2e-===2Na
(2)6O2--12e-===3O2↑ 4Al3++12e-===4Al
知识点三
1.失去电子 金属阳离子 氧化反应
2.
(1)
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
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
两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍
(2)
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强
(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或中性
电极反应
负
极
Fe-2e-===Fe2+
正极
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
总反应式
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
3.
(1)①原电池 a.负极 b.正极 ②电解 a.阴极 b.阳极
问题思考
1.溶液的导电,首先要有电解质的电离,大家知道,非电解质的水溶液并不导电,就是因为溶液中没有自由离子。
因此,电解质溶于水就发生电离,产生了自由离子,该溶液就可以导电。
电解质的导电过程就是其电解过程。
2.电解池的阴、阳极取决于外接电源的正负极,与电极材料的金属活动性无关。
3.向饱和食盐水中滴加几滴酚酞,电解后阴极区域溶液变红,证明有NaOH生成;用两支试管分别收集两极气体,阳极产物用湿润的淀粉-KI试纸验证,阴极产物用爆鸣实验验证。
4.放H2生碱型的实质是水电离出的H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,放O2生酸型的实质是水电离出的OH-放电,破坏了水的电离平衡,使H+浓度增大。
5.用惰性电极电解时,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形成的化合
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