高考化學(xué)總復(fù)習(xí) 6.3電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)課件.ppt

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第三節(jié) 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù),考綱要求 1.了解電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。,一、電解原理 1．電解：使 通過(guò)電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽(yáng)兩極引起 的過(guò)程。 2．電解池(電解槽)：把 的裝置。,考點(diǎn)一 電解原理,電流,氧化還原反應(yīng),電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,3．電解池的組成和工作原理 (用惰性電極電解CuSO4溶液) (1)電極名稱與電極反應(yīng)： 與電源正極相連的為 ，發(fā)生 反應(yīng)，電極反應(yīng)式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 與電源負(fù)極相連的為 ，發(fā)生 反應(yīng)，電極反應(yīng)式：2Cu2＋＋4e－===2Cu。,陽(yáng)極,氧化,陰極,還原,4．電解池中粒子流向 (1)電子：電子從電源 沿導(dǎo)線流入電解池的 極，陽(yáng)極失去的電子沿導(dǎo)線流回電源的 。,負(fù)極,陰,正極,陰,陽(yáng),二、電極反應(yīng)及電極產(chǎn)物的判斷 1．電解質(zhì)溶液中離子的流向,2．電解對(duì)電極產(chǎn)物的判斷 (1)首先判斷陰、陽(yáng)極，分析陽(yáng)極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽(yáng)兩組 (不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后列出陰、陽(yáng)兩極的放電順序：,,,特別提示 (1)判斷電解產(chǎn)物、書寫電極反應(yīng)式以及分析電解質(zhì)溶液的變化時(shí)首先要注意陽(yáng)極是活性材料還是惰性材料。 (2)書寫電解化學(xué)方程式時(shí)，應(yīng)看清是電解的水溶液還是熔融電解質(zhì)。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融狀態(tài)下放電，在水溶液中Zn2＋只有在電鍍時(shí)才放電。,增大,水,(2)稀H2SO4： 陽(yáng)極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 或4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 陰極：_____________________ 電解后溶液的pH值 ，加入 可恢復(fù)電解前狀態(tài)。,4H＋＋4e－===2H2↑,減小,H2O,(3)NaCl溶液： 陽(yáng)極：_____________________ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑或 _______________________________ 總反應(yīng)的離子方程式為：,2Cl－－2e－===Cl2↑,2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－,增大,HCl,(4)AgNO3溶液： 陽(yáng)極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 陰極：4Ag＋＋4e－===4Ag 總反應(yīng)的離子方程式： ___________________________________ 電解后溶液的pH值 ，加入適量 可恢復(fù)原狀態(tài)。 當(dāng)AgNO3完全反應(yīng)后，溶液_________________________________。,減小,Ag2O,因變成了稀HNO3溶液，能繼續(xù)導(dǎo)電,1．電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時(shí)是否一定發(fā)生化學(xué)變化？ 提示：一定。且一定發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 2．下列過(guò)程一定不可逆的是________。 a．電離 B．電解 c．水解 提示：b,1.右圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列有關(guān)判斷正確的是( ) A．a(chǎn)為負(fù)極、b為正極 B．a(chǎn)為陽(yáng)極、b為陰極 C．電解過(guò)程中，d電極質(zhì)量增加 D．電解過(guò)程中，氯離子濃度不變,考查電解原理,,解析：根據(jù)電流的方向判斷a為正極，b為負(fù)極，則c為陽(yáng)極，d為陰極。電解CuCl2溶液的電極反應(yīng)式為：陽(yáng)極(c電極)2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極(d電極)Cu2＋＋2e－===Cu，C正確。 答案：C,解析：由反應(yīng)式知鐵為陽(yáng)極，電解液為堿性溶液，故A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)錯(cuò)誤；鐵失去3 mol電子可以在陰極得到1.5 mol氫氣，標(biāo)準(zhǔn)狀況下為33.6 L，D項(xiàng)錯(cuò)誤。 答案：C,3．用鉑電極電解一定濃度的下列物質(zhì)的水溶液，在電解后的電解液中加適量水，能使溶液濃度恢復(fù)到電解前濃度的是( ) A．NaCl B．Na2CO3 C．CuSO4 D．K2S 解析：加適量水能使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，則實(shí)際是電解水，故只有B項(xiàng)符合條件。 答案：B,考查電解的規(guī)律,4.右圖為直流電源電解稀Na2SO4溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是( ) A．逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的 B．一電極逸出無(wú)味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體 C．a(chǎn)電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色 D．a(chǎn)電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色 答案：D,,答案：C,1．以惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律,3．判斷電解質(zhì)溶液離子濃度的變化 (1)若陰極為H＋放電，則陰極區(qū)c(OH－)增大。 (2)若陽(yáng)極為OH－放電，則陽(yáng)極區(qū)c(H＋)增大。 (3)若陰、陽(yáng)兩極同時(shí)有H＋、OH－放電，相當(dāng)于電解水，電解質(zhì)溶液的濃度增大。,一、 氯堿工業(yè) 電解飽和食鹽水制燒堿、氯氣和氫氣 1．電極反應(yīng) 陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 2．總反應(yīng)方程式 ________________________________________。 離子方程式： ________________________________________。 3．在兩極滴入酚酞試液，陰極附近變紅,考點(diǎn)二 電解原理的應(yīng)用及計(jì)算,二、電鍍與電解精煉銅,三、電冶金 1．電解冶煉鈉(電解熔融NaCl) (1)電極反應(yīng)：陽(yáng)極：2Cl－－2e－===Cl2↑。 陰極：2Na＋＋2e－===2Na。 (2)總反應(yīng)方程式：____________________________。 2．冶煉鎂(電解熔融的MgCl2) 總反應(yīng)為：______________________________ 3．冶煉鋁(電解熔融的Al2O3) 電極反應(yīng)： 陽(yáng)極：______________________ 陰極：______________________ 總反應(yīng)為_______________________________,6O2－－12e－===3O2↑,4Al3＋＋12e－===4Al,1．電鍍銅時(shí)，Cu2＋濃度如何改變？電解精煉銅時(shí)，CuSO4溶液的濃度是否改變？ 提示：電鍍銅時(shí)，電解質(zhì)溶液中的Cu2＋濃度不變；電解精煉銅時(shí)，粗銅中的Zn、Fe、Ni等比Cu活潑的金屬在陽(yáng)極失去電子，陰極上只有Cu2＋得電子，所以CuSO4溶液的濃度會(huì)降低。,答案：(1) (2) (3) (4)√ (5),1.(2014年臨沂模擬)電鍍?cè)诠I(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，可以鍍鋅、鍍銅、鍍金等。利用如圖所示裝置可以將銅牌變?yōu)殂y牌，即在銅牌表面電鍍一層銀。下列有關(guān)說(shuō)法中正確的是( ) A．通電后，Ag＋向陽(yáng)極移動(dòng) B．銀片與電源負(fù)極相連 C．該電解池的陰極反應(yīng)可表示為Ag＋＋e－===Ag D．當(dāng)電鍍一段時(shí)間后，將電源反接，銅牌可恢復(fù)如初 答案：C,電解原理的應(yīng)用,,2．氯堿工業(yè)的基本原理就是電解飽和食鹽水。下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)室電解飽和食鹽水的說(shuō)法中正確的是( ) A．可以選用石墨棒作為陰、陽(yáng)極材料，但陽(yáng)極材料也可以用鐵棒 B．用濕潤(rùn)的淀粉KI試紙靠近陰極區(qū)域，試紙變藍(lán) C．電解過(guò)程中，在陽(yáng)極區(qū)域溶液中滴加品紅，品紅褪色 D．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將溶液攪拌，然后用pH試紙檢驗(yàn)，溶液呈中性 答案：C,答案：(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Fe－2e－===Fe2＋或 Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 (2)bcd,4．對(duì)金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長(zhǎng)其使用壽命。 (1)以鋁材為陽(yáng)極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽(yáng)極電極反應(yīng)為________________________________________。取少 量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是________________________________________________。 (2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時(shí)用銅而不用石墨做陽(yáng)極的原因是______________________________________________________ ____________________________________________________。,(3)以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進(jìn)行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì))的電解精煉，下列說(shuō)法正確的是________。 a．電能全部轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 b．粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng) c．溶液中Cu2＋向陽(yáng)極移動(dòng) d．利用陽(yáng)極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬 (4)粗銅的電解精煉如圖所示。在粗銅的電解過(guò)程中，粗銅板是圖中電極________(填圖中的字母)；在電極d上發(fā)生的電極反應(yīng)為________；若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，它們?cè)陔娊獠壑械拇嬖谛问胶臀恢脼開______________________________。,,有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算,答案：A,6．在如圖所示的裝置中，若通入直流電5 min時(shí)，銅電極質(zhì)量增加2.16 g，試回答：,,(1)電源電極X為________極。 (2)pH變化：A________，B________，C________(填“增大”“減小”或“不變”)。 (3)通電5 min時(shí)，B中共收集224 mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，溶液體積為200 mL。則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為________(設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化)。 (4)若A中KCl溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為________(設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化)。,(4)A中生成OH－＝n(e－)＝0.02 mol， c(OH－)＝0.1 molL－1，pH＝13。 答案：(1)負(fù) (2)增大 減小 不變 (3)0.02 5 molL－1 (4)13,電解池中有關(guān)量的計(jì)算或判斷 (1)電解計(jì)算的常用方法。,,(2)計(jì)算時(shí)常用的4e－關(guān)系。 (3)電解生成酸或堿的反應(yīng)中，生成H＋或OH－的物質(zhì)的量等于轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量，以此作為求溶液pH的基礎(chǔ)依據(jù)。,,1．金屬腐蝕的本質(zhì) 金屬原子 電子變?yōu)榻饘訇?yáng)離子，金屬發(fā)生 反應(yīng)。 2．化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較,考點(diǎn)三 金屬的腐蝕與防護(hù),失去,氧化,3.電化學(xué)腐蝕的分類(鋼鐵腐蝕),4.金屬防護(hù)方法 (1)金屬表面覆蓋保護(hù)層： ①涂礦物性油脂、油漆或覆蓋搪瓷塑料。 ②鍍耐腐蝕的金屬或合金。 ③用化學(xué)方法鈍化使金屬表面形成一層致密的氧化物膜。 (2)電化學(xué)防護(hù)法： ①外加電流的 (電解池原理)，如鋼閘門接低壓直流電負(fù)極，石墨接電源正做作陽(yáng)極，浸入水中。 ②犧牲陽(yáng)極的 (原電池原理)，如船殼上釘上鋅塊。 (3)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：普通鋼鐵加入鉻、鎳等轉(zhuǎn)變?yōu)椴讳P鋼等。,陰極保護(hù)法,陰極保護(hù)法,1．銅在酸雨較嚴(yán)重的地區(qū)發(fā)生的是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕？為什么？ 提示：吸氧腐蝕。銅位于金屬活動(dòng)順序表氫以后，不能從酸溶液中置換出H2。而是發(fā)生吸氧腐蝕生成Cu2(OH)2CO3。,2．判斷正誤，正確的畫“√”，錯(cuò)誤的畫“” (1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。( ) (2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。( ) (3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極鐵失去電子生成Fe3＋。( ) (4)在金屬表面覆蓋保護(hù)層，若保護(hù)層破損后，就完全失去了對(duì)金屬的保護(hù)作用。( ) 答案：(1) (2) (3) (4),1．下列與金屬腐蝕有關(guān)的說(shuō)法正確的是( ),金屬的腐蝕與防護(hù),,,A．圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴(yán)重 B．圖b中，開關(guān)由M改置于N時(shí)，CuZn合金的腐蝕速率減小 C．圖c中，接通開關(guān)時(shí)Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大 D．圖d中，ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的 答案：B,2．以下現(xiàn)象與電化學(xué)腐蝕無(wú)關(guān)的是( ) A．黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產(chǎn)生銅綠 B．生鐵比純鐵芯(幾乎是純鐵)容易生銹 C．鐵制器件附有銅制配件，在接觸處易生鐵銹 D．銀制獎(jiǎng)牌(純銀制成)久置后表面變暗 答案：D,3.如圖裝置中，小試管內(nèi)為紅墨水，具支試管內(nèi)盛有pH＝4久置的雨水和生鐵片。實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到：開始時(shí)導(dǎo)管內(nèi)液面下降，一段時(shí)間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升，略高于小試管內(nèi)液面。下列說(shuō)法正確的是( ) A．生鐵片中的碳是原電池的陽(yáng)極，發(fā)生還原反應(yīng) B．雨水酸性較強(qiáng)，生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕 C．墨水回升時(shí)，碳電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．具支試管中溶液pH逐漸減小,,解析：生鐵片中的碳是原電池的正極，A錯(cuò)；雨水酸性較強(qiáng)，開始時(shí)鐵片發(fā)生化學(xué)腐蝕和析氫腐蝕，產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)管內(nèi)液面下降，一段時(shí)間后鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，吸收氧氣，導(dǎo)管內(nèi)液面回升，B錯(cuò)；墨水回升時(shí)，鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，碳極為正極，電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C對(duì)；鐵片無(wú)論是發(fā)生析氫腐蝕還是吸氧腐蝕，具支試管內(nèi)溶液pH均增大，D錯(cuò)。 答案：C,解析：金屬腐蝕主要是吸氧腐蝕，不一定生成H2。 答案：A,5．(2014年邯鄲模擬)如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)? ) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④②①③⑥ C．⑤④③①②⑥ D．⑤③②④①⑥,,解析：在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的快慢規(guī)律如下：電解池的陽(yáng)極原電池的負(fù)極(兩極材料的活潑性差別越大，氧化還原反應(yīng)的速率越快)化學(xué)腐蝕犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法外接電源的陰極保護(hù)法。 答案：B,1．金屬腐蝕的一般規(guī)律 (1)電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防護(hù)措施的腐蝕。 (2)對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō)，腐蝕的快慢： 強(qiáng)電解質(zhì)溶液弱電解質(zhì)溶液非電解質(zhì)溶液。 (3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。 (4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。故輪船在海水中比在河水中腐蝕的快。 (5)O2濃度越大，腐蝕越快。,2．廣泛存在的吸氧腐蝕 (1)鋼鐵既能發(fā)生析氫腐蝕，又能發(fā)生吸氧腐蝕，但主要發(fā)生吸氧腐蝕。 (2)銅只能發(fā)生吸氧腐蝕，其銅綠產(chǎn)生的電化學(xué)原理為： 負(fù)極：2Cu－4e－===2Cu2＋ 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 總反應(yīng)：2Cu＋O2＋2H2O===2Cu(OH)2 2Cu(OH)2＋CO2===Cu2(OH)2CO3＋H2O,污水處理——電浮選凝聚法 (1)實(shí)驗(yàn)裝置：,,(2)化學(xué)反應(yīng)： 陽(yáng)極：Fe－2e－===Fe2＋，2H2O－4e－===4H＋＋O2↑， 4Fe2＋＋10H2O＋O2===4Fe(OH)3↓＋8H＋ 陰極：2H＋＋2e－===H2↑ (3)原理及操作： 接通直流電源后，與直流電源正極相連的陽(yáng)極鐵失去電子生成Fe2＋，進(jìn)一步被氧化，并生成Fe(OH)3沉淀，F(xiàn)e(OH)3有吸附性，可吸附污物而沉積下來(lái)，具有凈化的作用；與直流電源負(fù)極相連的陰極產(chǎn)生H2，氣泡把污水中的懸浮物帶到水面形成浮渣層，積累到一定厚度時(shí)刮去(或撇掉)浮渣層，即起到了浮選凈化的作用。,典例 電浮選凝聚法是工業(yè)上采用的一種處理污水的方法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，污水的pH始終保持在5.0～6.0之間。如圖是電解污水實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。接通直流電源一段時(shí)間后，在A電極附近有深色物質(zhì)產(chǎn)生，在B電極附近有氣泡產(chǎn)生。試根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及圖示回答下列問(wèn)題：,,(1)電解池的電極A、B分別為________極和________極。 (2)B電極材料的物質(zhì)X的名稱可以是________________________。 (3)因深色物質(zhì)具有________性，因而可以將水中的污物沉積下來(lái)。 (4)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為__________________________________、 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑；陽(yáng)極區(qū)生成深色物質(zhì)的離子方程式是________________________________________________________。 (5)若污水導(dǎo)電性不良時(shí)，可以加入適量________溶液(寫某鹽的化學(xué)式)。,解析 根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，A極附近產(chǎn)生了具有吸附作用的Fe(OH)3，所以A極與電源正極相連為陽(yáng)極，F(xiàn)e失去電子變?yōu)镕e2＋，同時(shí)A極附近的水電離產(chǎn)生的OH－也失去電子產(chǎn)生O2：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，產(chǎn)生的O2將Fe2＋氧化為Fe3＋而形成Fe(OH)3膠體：4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3(膠體)＋8H＋。溶液中的H＋在B極獲得電子產(chǎn)生H2：2H＋＋2e－===H2↑，X電極選擇能導(dǎo)電的Cu、石墨均可。若污水導(dǎo)電性不良時(shí)，說(shuō)明溶液中離子濃度較小，加入Na2SO4、KNO3等鹽類即可增強(qiáng)其導(dǎo)電性。,答案 (1)陽(yáng) 陰 (2)石墨(其他合理答案也可) (3)吸附 (4)2Fe－4e－===2Fe2＋ 4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3(膠體)＋8H＋ (5)Na2SO4、KNO3等,,請(qǐng)根據(jù)以上知識(shí)回答下列問(wèn)題： (1)含鉻廢水預(yù)處理的方法是_____________________________。 (2)寫出下列反應(yīng)的離子方程式： ①電解過(guò)程中的陰極反應(yīng)式______________________________。,(5)當(dāng)廢水顏色不再發(fā)生明顯變化時(shí)，切斷電源，取出電極，再調(diào)節(jié)電解液的pH至8左右。調(diào)節(jié)pH的目的是 ____________________________________________________。,