电解原理金属腐蚀与防护.docx
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电解原理金属腐蚀与防护
第三单元 电解原理 金属腐蚀与防护
[考纲展示]
1.了解电解池的工作原理,能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。
考点一 电解原理[学生用书P108]
一、电解
使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
二、电解池(也叫电解槽)
电解池是把电能转化为化学能的装置。
三、电解池的组成和工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
总反应方程式:
CuCl2
Cu+Cl2↑
四、电子和离子移动方向
1.电子:
从电源的负极流向电解池的阴极;从电解池的阳极流向电源的正极。
2.离子:
阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极。
五、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)>Pb2+>Sn2+>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。
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。
六、电解规律(用惰性电极电解)
电解质
(水溶液)
电极反应式
被电解
的物质
总化学方程式
或离子方程式
电解质
浓度
溶液pH
电解质溶液复原
含氧酸
(如H2SO4)
阳极:
2H2O-4e-===
4H++O2↑
阴极:
4H++4e-===2H2↑
水
2H2O
O2↑+2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱
(如NaOH)
阳极:
4OH--4e-===
O2↑+2H2O
阴极:
4H2O+4e-===
2H2↑+4OH-
水
2H2O
O2↑+2H2↑
增大
增大
加H2O
活泼金属
的含氧酸盐
(如KNO3、
Na2SO4)
阳极:
4OH--4e-===
O2↑+2H2O
阴极:
4H++4e-===2H2↑
水
2H2O
O2↑+2H2↑
增大
不变
加H2O
无氧酸
(如HCl,
除HF外)
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
2H++2e-===H2↑
酸
2HCl
Cl2↑+H2↑
减小
增大
通入HCl气体
不活泼金属
的无氧酸盐
(如CuCl2,
除氟化物外)
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
Cu2++2e-===Cu
盐
CuCl2
Cu+Cl2↑
减小
加CuCl2
活泼金属的
无氧酸盐
(如NaCl)
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
阴极:
2H++2e-===H2↑
水和盐
2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
生成新
电解质
增大
通入HCl气体
不活泼金属
的含氧酸盐
(如CuSO4)
阳极:
4OH--4e-===
O2↑+2H2O
阴极:
2Cu2++4e-===2Cu
水和盐
2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
生成新
电解质
减小
加CuO或CuCO3
名师点拨
(1)阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(2)最常用、最重要的放电顺序是阳极:
Cl->OH-;阴极:
Ag+>Cu2+>H+。
(3)电解水溶液时,K+、Ca2+、Na+、Mg2+、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。
(2013·高考海南卷)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 符合上述实验结果的盐溶液是( ) 选项 X Y A MgSO4 CuSO4 B AgNO3 Pb(NO3)2 C FeSO4 Al2(SO4)3 D CuSO4 AgNO3 [解析] 题意表明b、d没有气体逸出,质量均增大,说明所电解的盐溶液中含有金属元素,且该元素离子的放电能力强于水中的H+,再根据电解过程中增重b [答案] D (1)(2014·高考新课标全国卷Ⅰ节选)H3PO2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________________________________________________________________________。 (2)(2014·高考新课标全国卷Ⅱ节选)PbO2可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。 阳极发生的电极反应式为________________________,阴极上观察到的现象是________________________________________________________________________; 若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 ________________________________________________________________________, 这样做的主要缺点是________________________________________________________________________。 [解析] (1)①阳极是水电离出的OH-放电,其反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+;②阳极室中产生的H+穿过阳膜进入产品室,原料室的H2PO 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2;③阳极室内可能有部分H2PO 或H3PO2失电子发生氧化反应,导致生成物中混有PO 。 (2)阳极发生氧化反应,即Pb2+失去电子被氧化生成PbO2,同时考虑盐溶液水解得到的强酸性环境;阴极发生还原反应,即氧化性强的Cu2+得到电子生成铜;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的则是Pb2+得电子变为Pb,这样就不能有效利用Pb2+。 [答案] (1)①2H2O-4e-===O2↑+4H+ ②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的H2PO 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应生成H3PO2 ③PO H2PO 或H3PO2被氧化 (2)Pb2++2H2O-2e-===PbO2+4H+ 石墨上包上铜镀层 Pb2++2e-===Pb 不能有效利用Pb2+ —电极反应式的书写——“二判二析一写” 题组一 电解规律题 1. 右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。 通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。 下列实验现象描述正确的是( ) A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的 B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气体 C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色 D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色 解析: 选D。 b极OH-放电产生O2,b极附近c(H+)>c(OH-),石蕊试液变红。 a极H+放电产生H2,a极附近c(OH-)>c(H+),石蕊试液变蓝。 产生的气体体积a电极的大于b电极的,两种气体均为无色无味的气体。 2.如图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色、无味气体放出。 符合这一情况的是下表中的( ) 选项 a极板 b极板 X Z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 解析: 选A。 由题意知,通电后a极板质量增加,说明有金属析出,由此可知,a极为电解池的阴极,则X为电源负极,B、C均不符合;又b处放出的是无色无味的气体,D不符合。 3.用惰性电极电解物质的量浓度为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液,可能发生的反应有( ) ①2Cu2++2H2O 2Cu+4H++O2↑ ②Cu2++2Cl- Cu+Cl2↑ ③2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑ ④2H2O 2H2↑+O2↑ A.①②③ B.①②④ C.②③④D.②④ 解析: 选C。 设CuSO4和NaCl的物质的量分别为1mol和3mol,溶液中的阳离子放电顺序: Cu2+>H+>Na+,阴离子放电顺序: Cl->OH->SO 。 根据离子的放电顺序和电子守恒可知电解过程应分为如下阶段。 (1)电解CuCl2溶液 阳极: 2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极: Cu2++2e-===Cu 2mol 2mol 1mol 2mol 总反应式: Cu2++2Cl- Cu+Cl2↑ (2)电解NaCl溶液 阳极: 2Cl--2e-===Cl2↑ 阴极: 2H++2e-===H2↑ 1mol 1mol 1mol 1mol 总反应式: 2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH- (3)电解Na2SO4溶液 阳极: 4OH--4e-===2H2O+O2↑; 阴极: 4H++4e-===2H2↑; 总反应式: 2H2O 2H2↑+O2↑。 题组二 电解计算题 4.两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中通电电解。 当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有 H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计),电极上析出银的质量最大为( ) A.27mgB.54mg C.106mgD.216mg 解析: 选B。 首先结合离子放电顺序,弄清楚两极的反应: 阳极为4OH--4e-===O2↑+2H2O;阴极为Ag++e-===Ag,总反应式为4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3。 由电解的总反应式可知,电解过程中生成的n(H+)=n(HNO3)=n(Ag)=(10-3mol·L-1-10-6mol·L-1)×0.5L≈5×10-4mol,m(Ag)=5×10-4mol×108g·mol-1=0.054g=54mg。 5.电解100mL含c(H+)=0.30mol·L-1的下列溶液,当电路中通过0.04mol电子时,理论上析出金属质量最大的是( ) A.0.10mol·L-1Ag+B.0.20mol·L-1Zn2+ C.0.20mol·L-1Cu2+D.0.20mol·L-1Pb2+ 解析: 选C。 对于选项A,Ag+先放电,H+后放电,电极反应式为
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- 电解 原理 金属腐蚀 防护
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