學(xué)案電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與防護

1、高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí)學(xué)案電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與防護設(shè)計人：郭平 審核：高三年組 使用時間：2016年11月考綱要求1、了解電解池的工作原理，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。知識點一電解池、電解原理一、電解原理1、電解：使_通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在_引起_的過程。2、電解池(也叫電解槽)：把_能轉(zhuǎn)化為_能的裝置。 (1)構(gòu)成條件有與電源相連的兩個電極。電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)。形成閉合回路。(2)電極名稱及電極反應(yīng)式(如圖)總方程式：_ (3)電子和離子的移動方向特別提醒電解時，在外電路中有電子通過，而在溶液中是依靠離子

2、定向移動形成電流，即電子本身不會通過電解質(zhì)溶液。3、分析電解過程的思維程序(1)首先判斷陰、陽極，分析陽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、陽兩組(不要忘記水溶液中的H和OH)。(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序陰極：陽離子放電順序：Ag>Fe3>Cu2>H(酸)>Fe2>Zn2>H(水)>Al3>Mg2>Na>Ca2>K。陽極：活潑電極>S2>I>Br>Cl>OH>含氧酸根離子。注意陰極不管是什么材料，電極本身都不反應(yīng)，一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的

3、陽離子放電。最常用、最重要的放電順序是：陽極：Cl>OH；陰極：Ag>Cu2>H。電解水溶液時，KAl3不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。(4)分析電極反應(yīng)，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。(5)最后寫出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。二、電解類型及有關(guān)計算1、用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型如下表所示：類型電極反應(yīng)特點實例電解對象電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型陰：4H4e=2H2陽：4OH4e=2H2OO2NaOHH2SO4Na2SO4電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl

4、CuCl2放H2生堿型陰極：H2O放H2生堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放O2生酸CuSO42、電解池中有關(guān)量的計算或判斷電解池中有關(guān)量的計算或判斷主要包括以下方面：根據(jù)直流電源提供的電量求產(chǎn)物的量(析出固體的質(zhì)量、產(chǎn)生氣體的體積等)、溶液的pH、相對原子質(zhì)量或某元素的化合價、化學(xué)式等。解題依據(jù)是得失電子守恒。知識點二電解原理的應(yīng)用1、電解飽和食鹽水(1)電極反應(yīng)陽極反應(yīng)式：_ _(_反應(yīng))陰極反應(yīng)式：_(_反應(yīng))(2)總反應(yīng)方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2離子反應(yīng)方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)應(yīng)用：氯堿工業(yè)制_、_和

5、_。2、電鍍右圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問題：(1)鍍件作_極，鍍層金屬銀作_極。(2)電解質(zhì)溶液是_。(3)電極反應(yīng)：陽極：_；陰極：_。(4)特點：_極溶解，_極沉積，電鍍液的濃度_。3、電解精煉銅(1)電極材料：陽極為_；陰極為_。(2)電解質(zhì)溶液：含Cu2的鹽溶液。(3)電極反應(yīng)：陽極為_；陰極為_。4、電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。(1)冶煉鈉2NaCl(熔融)2NaCl2電極反應(yīng)：陽極：_，陰極：_。(2)冶煉鋁2Al2O3(熔融)4Al3O2電極反應(yīng)：陽極：_，陰極：_。問題思考1、如何設(shè)計實驗驗證電解飽和食鹽水的各種產(chǎn)物？2、

6、電解過程中放H2生堿型和放O2生酸型的實質(zhì)是什么？3、用惰性電極電解，若要使電解后的溶液復(fù)原，應(yīng)怎樣操作？知識點三金屬的腐蝕和防護1、金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子_變?yōu)開，金屬發(fā)生_。2、金屬腐蝕的類型(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬跟_接觸不純金屬或合金跟_接觸現(xiàn)象_電流產(chǎn)生_電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被_較活潑金屬被_聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，_腐蝕更普遍(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：析氫腐蝕吸氧腐蝕條件電極反應(yīng)負極正極總反應(yīng)式聯(lián)系_更普遍問題思考鐵銹是怎樣形成的？3、金屬的防護(1)電化學(xué)防護犧牲陰極的陽極保護法_原理a_：比被保護金屬活潑的金屬；b_：被保護的金屬設(shè)

7、備。外加電流的陰極保護法_原理a_：被保護的金屬設(shè)備；b_：惰性金屬。(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。4、判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)電解池原理引起的腐蝕>_引起的腐蝕>_腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質(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，活潑性強的金屬腐蝕越_。(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度_，腐蝕越快。附頁：1、下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是()A>>

8、;> B>>>C>>> D>>>2、(2011·上海，16)用電解法提取氯化銅廢液中的銅，方案正確的是()A用銅片連接電源的正極，另一電極用鉑片B用碳棒連接電源的正極，另一電極用銅片C用氫氧化鈉溶液吸收陰極產(chǎn)物D用帶火星的木條檢驗陽極產(chǎn)物3、(2010·海南，9)利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是()A電解時以精銅作陽極B電解時陰極發(fā)生還原反應(yīng)C粗銅連接電源負極，其電極反應(yīng)是Cu2e=Cu2D電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥4、(2010·全國

9、理綜，29)右圖是一個用鉑絲作電極，電解稀的MgSO4溶液的裝置，電解液中加有中性紅指示劑，此時溶液呈紅色。(指示劑的pH變色范圍：6.88.0，酸色紅色，堿色黃色)回答下列問題：(1)下列關(guān)于電解過程中電極附近溶液顏色變化的敘述正確的是_(填編號)；A管溶液由紅變黃 B管溶液由紅變黃A管溶液不變色B管溶液不變色(2)寫出A管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)式：_；(3)寫出B管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)式：_；(4)檢驗a管中氣體的方法是_；(5)檢驗b管中氣體的方法是_；(6)電解一段時間后，切斷電源，將電解液倒入燒杯內(nèi)觀察到的現(xiàn)象是_。學(xué)案33電解池金屬的電化學(xué)腐蝕與防護【課前準備區(qū)】知識點一1(1)電流陰、陽兩

10、極氧化還原反應(yīng)(2)電化學(xué)(3)陽極氧化陰極還原2(1)2Cl2e=Cl2(2)Cu22e=Cu(3)CuCl2CuCl2知識點二1(1)2Cl2e=Cl2氧化2H2e=H2還原(3)燒堿氯氣氫氣2(1)陰陽(2)AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的溶液(3)Age=AgAge=Ag(4)陽陰不變3(1)粗銅純銅(3)Cu2e=Cu2Cu22e=Cu4(1)2Cl2e=Cl22Na2e=2Na(2)6O212e=3O24Al312e=4Al知識點三1失去電子金屬陽離子氧化反應(yīng)2(1)化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被

11、氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍(2)3.(1)原電池a負極b正極電解a陰極b陽極問題思考1溶液的導(dǎo)電，首先要有電解質(zhì)的電離，大家知道，非電解質(zhì)的水溶液并不導(dǎo)電，就是因為溶液中沒有自由離子。因此，電解質(zhì)溶于水就發(fā)生電離，產(chǎn)生了自由離子，該溶液就可以導(dǎo)電。電解質(zhì)的導(dǎo)電過程就是其電解過程。2電解池的陰、陽極取決于外接電源的正負極，與電極材料的金屬活動性無關(guān)。3向飽和食鹽水中滴加幾滴酚酞，電解后陰極區(qū)域溶液變紅，證明有NaOH生成；用兩支試管分別收集兩極氣體，陽極產(chǎn)物用濕潤的淀粉KI試紙驗證，陰極產(chǎn)物用爆鳴實驗驗證。4放H2生堿型的實質(zhì)是水電離出的H放電，破壞了水的電離平衡

12、，使OH濃度增大，放O2生酸型的實質(zhì)是水電離出的OH放電，破壞了水的電離平衡，使H濃度增大。5用惰性電極電解時，若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài)，應(yīng)遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物形成的化合物。6鐵被腐蝕后，一般會生成鐵銹，其原因是：隨著析氫腐蝕進行，溶液中c(H)降到一定濃度后，則發(fā)生吸氧腐蝕，發(fā)生的反應(yīng)為2Fe4e=2Fe2，2H2OO24e=4OH，F(xiàn)e22OH=Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(鐵銹)(3x)H2O。【課堂活動區(qū)】一、1.分析電解池中兩極的變化，首先要看清楚

13、電解池的電極，一般Pt、Au、石墨為惰性電極，其他的金屬電極均為非惰性電極；與電源正極相連的是電解池的陽極，金屬電極或電解質(zhì)提供的自由移動的陰離子將在該極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；與電源負極相連的是電解池的陰極，電解質(zhì)提供的自由移動的陽離子在該極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)。2首先要看清楚電解池的電極。在陽極：如果陽極是活潑金屬(除金、鉑外)形成的活性電極，則電解時，陽極是電極放電，即電極溶解變?yōu)榻饘訇栯x子；如果是惰性電極，可以按下列步驟分析電極反應(yīng)：(1)分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組。(2)分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出各電極的電極反應(yīng)式。陽極電極式的書寫：溶液中，陰離子放電順序

14、為S2>I>Br>Cl>OH>含氧酸根>F。按此順序依次放電，若溶液中有Cl和OH，則Cl先放電，反應(yīng)為2Cl2e=Cl2，只有當Cl反應(yīng)完了才發(fā)生反應(yīng)：4OH4e=O22H2O。陰極電極式的書寫：直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序與金屬活動性順序相反，其中Ag>Fe3>Cu2>H>Fe2>Zn2>Al3>Mg2>Na。其電極反應(yīng)式為Mnne=M。(3)分析各電極反應(yīng)，找出放電物質(zhì)(或離子)的來源，寫出總反應(yīng)方程式。二、1.3.(1)原電池原理化學(xué)(3)快(4)越大典例導(dǎo)悟1A2(1)0.2(2)0

15、.4(3)0.6解析(1)電解硫酸銅溶液的反應(yīng)方程式為2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，從方程式可以看出，電解硫酸銅過程中只析出銅和釋放出氧氣，加入0.1 mol CuO可以使溶液恢復(fù)至原來狀態(tài)，說明參與反應(yīng)的硫酸銅只有0.1 mol，轉(zhuǎn)移的電子為0.2 mol。(2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢復(fù)至原來狀態(tài)，說明電解過程中不僅硫酸銅被電解，而且有水被電解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，則轉(zhuǎn)移的電子為0.4 mol。(3)加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作0.2 mol CuO、0.1 mol

16、 H2O和0.1 mol CO2，相當于有0.2 mol的硫酸銅和0.1 mol的水被電解，因此轉(zhuǎn)移的電子為0.6 mol。3A在原電池中，活潑金屬為負極，該金屬被氧化，不活潑金屬便被保護起來，其被腐蝕的速率大大減小，所以裝置中的鐵被腐蝕的速率比中的慢；反之，當鐵與比它不活潑的金屬，如Sn、Cu等連接起來，則被腐蝕的速率增大，所以在容器中鐵比容器中的鐵腐蝕得快。容器是一個電鍍池，在這里鐵是陽極，不斷以Fe2的形式進入容器中，從而加速了鐵的腐蝕，在上述四種容器中，容器中的鐵被腐蝕速率是最快的。綜上分析，鐵被腐蝕的快慢順序為>>>?！菊n后練習(xí)區(qū)】高考集訓(xùn)1B電解氯化銅溶液的總反應(yīng)

17、式為CuCl2CuCl2，陰極產(chǎn)物為Cu，陽極產(chǎn)物為Cl2，所以C、D錯誤；若將銅片連接到電源正極上，則發(fā)生反應(yīng)Cu2e=Cu2，顯然與從廢液中提取銅的主旨是相違背的，故A錯，B正確。2BD電解時粗銅作陽極，與電源正極相連，失電子發(fā)生氧化反應(yīng)；精銅作陰極，與電源負極相連，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，A、C錯，B正確；因為在金屬活動性順序表中Ag、Pt排在Cu的后面，所以電解時Ag、Pt不會失電子，D正確。3(1)(2)2H2e=H2(或2H2O2e=2OHH2)Mg22OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(寫2H2O4e=4HO2同樣給分)(4)用拇指按住管口，取出試管，靠近火焰，放開拇

18、指，有爆鳴聲，管口有藍色火焰(5)用拇指按住管口，取出試管，放開拇指，將帶有火星的木條伸入試管內(nèi)會復(fù)燃(6)溶液呈紅色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)解析該電解池A為陰極，反應(yīng)式為2H2e=H2，B為陽極，電極反應(yīng)式為4OH4e=O22H2O，A管附近產(chǎn)生OH，故溶液由紅變黃，B管附近產(chǎn)生H溶液仍呈紅色，A管附近產(chǎn)生的OH與Mg2結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀。但停止電解后，生成的Mg(OH)2與H反應(yīng)，白色沉淀溶解，溶液仍呈紅色。檢驗a管中產(chǎn)生的H2的方法是：用拇指按住管口，取出試管，靠近火焰，放開拇指，有爆鳴聲，管口有藍色火焰，證明是H2；檢測b管中產(chǎn)生的O2的方法是：用拇指按住管口，取出試管，

19、放開拇指，將帶火星的木條伸入試管內(nèi)復(fù)燃，證明是O2。4AA項兩個裝置都是原電池，負極都是活潑金屬，根據(jù)原電池原理可知，原電池對正極起到了保護作用，故A正確；B項中的負極反應(yīng)為Zn2e=Zn2，故B錯誤；C項中的正極反應(yīng)為2H2e=H2，故C錯誤；D項中不能生成藍色沉淀。5CA項，未通電時是原電池，但電鍍過程并不是原電池的充電過程，故A錯誤；B項，消耗鋅時轉(zhuǎn)移的電子與通過的電量有確定的關(guān)系，故鋅的析出量與通過的電量有確定關(guān)系，故B錯誤；C項，電鍍時保持電流恒定，有利于保證電鍍的質(zhì)量，溫度不影響電解的速率，故C正確；D項，鍍鋅層破損后與鐵構(gòu)成了原電池，鋅作負極被腐蝕，保護了鐵，故D錯誤。6BCl由

20、b區(qū)向a區(qū)遷移，A錯；正極反應(yīng)為O22H2O4e=4OH，B正確；由題干知鐵板發(fā)生吸氧腐蝕，鐵作負極，發(fā)生氧化反應(yīng)，因此C項錯；銅鏍絲釘作正極，因此D錯。7B鋼管與電源正極連接，作電解池的陽極，被氧化而腐蝕，A項錯；鐵在冷濃硝酸中表面生成一層致密的氧化物保護膜，從而保護內(nèi)部不被腐蝕，B項正確；鋼管與銅管堆放在一起時，構(gòu)成原電池，鋼管作負極而易被腐蝕，C項錯；鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應(yīng)：Fe2e=Fe2，D項錯。8(1)正4OH4e=2H2O O2水減少的質(zhì)量：100 g×(1)4.5 g，生成O2的體積：××22.4 L·mol12.8 L16堿性增大

21、，因為相當于電解水酸性增大，因OH放電， H增多酸堿性不變，相當于電解水(2)能繼續(xù)進行，因為CuSO4溶液已轉(zhuǎn)變?yōu)镠2SO4溶液，反應(yīng)也就變?yōu)樗碾娊夥磻?yīng)。解析(1)乙中c電極質(zhì)量增加，則c處發(fā)生的反應(yīng)為Cu22e=Cu，即c處為陰極，由此可推出b為陽極，a為陰極，M為負極，N為正極。丙中為K2SO4，相當于電解水，設(shè)電解的水的質(zhì)量為x g。由電解前后溶質(zhì)質(zhì)量相等有，100×10%(100x)×10.47%，得x4.5 g，故為0.25 mol。由方程式2H2O2=2H2O可知，生成2 mol H2O，轉(zhuǎn)移4 mol電子，所以整個反應(yīng)中轉(zhuǎn)化0.5 mol電子，而整個電路是

22、串聯(lián)的，故每個燒杯中的電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)是相等的。甲中為NaOH，相當于電解H2O，陽極b處為陰離子OH放電，即4OH4e=2H2OO2。轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，則生成O2為0.5/40.125 mol，標況下的體積為0.125 mol×22.4 L·mol12.8 L。Cu22e=Cu，轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，則生成的m(Cu)0.5/2 mol×64 g·mol116 g。甲中相當于電解水，故NaOH的濃度增大，pH變大。乙中陰極為Cu2放電，陽極為OH放電，所以H增多，故pH減小。丙中為電解水，對于K2SO4而言，其pH幾乎不變。(2)銅全部析出，可以繼續(xù)電解H2SO4，有電解液即可電解。考點集訓(xùn)1AB本題易誤選C，在電解液足量的情況下，電解過程中只逸出H2和Cl2，只需補充氫和氯兩種元素即可，不能加入鹽酸，因為鹽酸中有H2O，應(yīng)通入適量HCl氣體才能達到目的。2B陽極收集到1 mol O2，轉(zhuǎn)移4 mol e，而陰極收集到1 mol H2，轉(zhuǎn)移2 mol e，則生成Cu轉(zhuǎn)移2 mol e，故Cu(NO3)2的物質(zhì)的量為1 mol，由n(NO)6 mol·L1×0.