電解池金屬的腐蝕與防護(hù)

第三講電解池金屬的腐蝕與防護(hù)高三化學(xué)第一輪復(fù)習(xí)第六章化學(xué)反應(yīng)與能量變化1．理解電解池的工作原理，能正確書寫電極反應(yīng)式。2．能進(jìn)行有關(guān)電解產(chǎn)物的判斷和計算。3．了解電鍍池、電解精煉池及應(yīng)用。4．了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因和防止金屬腐蝕的措施。一、電解原理1、電解:使電流通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。2、電解池:借助氧化還原反應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。3、電解池的構(gòu)成條件:(1)外加直流電源(2)與電源相連的兩個電極：接電源正極的為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，高失三氧化接電源負(fù)極的為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，低得三還原(3)電解質(zhì)溶液或熔化的電解質(zhì)(4)閉合電路

4、重要知識點(diǎn)（1）電極惰性電極(鉑、金、石墨)：僅僅導(dǎo)電，不參與反應(yīng)活性電極（除鉑、金外的金屬）：在陽極要導(dǎo)電、又要參與電極反應(yīng)，原因是活性電極還原大于溶液中陰離子（2）電極放電規(guī)律陽極A、惰性電極時：陰離子放電次序S

2->I

->Br

->Cl

->OH

->NO3-、SO42-(等含氧酸根離子）>F-B、活性電極時：金屬放電次序Mg>Al>Zn>Fe>Sn>Pb>Cu>Ag陰極;與電極活性無關(guān)Ag+>Fe3+

>Cu2+>H+>

Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>(H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca+>K+來自于水來自于酸來自于水5、電解知識運(yùn)用的步驟（1）畫圖且標(biāo)直流電的正負(fù)極、電極的陰陽極和惰性與活性（2）判斷溶液中陰、陽離子還原性或氧化性強(qiáng)弱并寫電極反應(yīng)式（3）合并陰陽極電極反應(yīng)式寫總反應(yīng)離子方程式（4）總結(jié)溶液或電極區(qū)濃度或PH變化（5）利用電子守恒進(jìn)行計算★電解規(guī)律（惰性電極）陰極陽極氯氣氫氣實(shí)例電極反應(yīng)

濃度PH值復(fù)原HCl

陽極：2Cl--2e-=Cl2↑陰極：2H++2e-=H2↑減小增大HClHCl溶液

2HClH2↑

+Cl2↑電解1、電解電解質(zhì)型陽極陰極氧氣氫氣實(shí)例電極反應(yīng)

濃度PH值復(fù)原Na2SO4

陽極:4OH--4e-

=

2H2O+O2↑陰極:

4H++4e-=2H2↑變大不變

加H2ONa2SO4溶液2H2O2H2↑

+O2↑電解2、電解水型陽極陰極氯氣氫氣實(shí)例電極反應(yīng)

濃度PH值復(fù)原NaCl

陽極:2Cl--2e-=Cl2↑

陰極:2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑

+Cl2↑電解減小增大

加HClNaCl溶液3、放氫生堿型實(shí)例電極反應(yīng)濃度PH值復(fù)原CuSO4陽極陰極氧氣銅陽極:4OH-

-4e-=

2H2O+O2↑陰極：Cu2++2e-=Cu減小減小

加CuOCuSO4溶液

2CuSO4+

2H2O2Cu+O2

↑+2H2SO4電解4、放氧生酸型電解規(guī)律（惰性電極）小結(jié)

陽極：S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-

ⅠⅡⅢⅣⅠ與Ⅲ區(qū)：電解本身型如CuCl2

、HClⅠ與Ⅳ區(qū)：放氫生堿型如NaClⅡ與Ⅲ區(qū)：放氧生酸型如CuSO4、AgNO3Ⅱ與Ⅳ區(qū)：電解水型如Na2SO4、H2SO4

、NaOH陰極：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>（H+）>Al3+>Mg2+>Na+二、電解原理的應(yīng)用1、氯堿工業(yè)（電解飽和食鹽水以制造燒堿、氯氣和氫氣的工業(yè)）陽極：2Cl-

－2e-==Cl2↑陰極：2H++2e-==H2↑總反應(yīng)：2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑食鹽水中存在的離子：Na+

、Cl-

、H+

、OH-離子放電順序：陽離子H+

＞Na+

陰離子Cl-

＞OH-電極反應(yīng)：H+Na+Cl-OH-陰極陽極

氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)【問題1】若電解前向溶液中滴加酚酞，通電后為

，兩極極板上都有氣體產(chǎn)生，如何檢驗(yàn)氣體的種類？

陰極附近的溶液無色變?yōu)榧t色陽極:產(chǎn)生刺激氣體使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍(lán)色.陰極:產(chǎn)生無色、無味氣體【問題2】避免Cl2接觸NaOH溶液會反應(yīng),使產(chǎn)品不純,反應(yīng)方程式:

.Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O【問題3】避免生成物H2和Cl2混合,因?yàn)?

.混合遇火或遇強(qiáng)光爆炸解決方法:使用離子交換膜－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡鹽水NaOH溶液精制飽和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）離子交換膜

陽極金屬鈦網(wǎng)陰極碳鋼網(wǎng)陽極室陰極室2、電鍍：在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬（如鋅鉻鎳銀等）或合金的方法。目的是增強(qiáng)抗腐蝕能力增加美觀和表面硬度。電鍍銅原理銅片待鍍件硫酸銅溶液陽極：鍍層金屬陰極：待鍍金屬制品電鍍液：含有鍍層金屬的電解質(zhì)實(shí)質(zhì)：陽極參加反應(yīng)的電解陽極：鍍層金屬（純銅板）陰極：待鍍金屬制品電鍍液：含有鍍層金屬的電解質(zhì)（硫酸銅溶液）電鍍銅3、粗銅的電解精煉+純銅粗銅－CuSO4溶液問:電解完后,CuSO4溶液的濃度有何變化？陽極：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-

=Fe2+Ni

-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+

ZnFeNiCuAgAu陰極:Cu2++2e-=Cu陽極泥陽極泥:相對不活潑的金屬以單質(zhì)的形式沉積在電解槽底,形成陽極泥電解精煉銅電解精煉銅原理：①粗銅的溶解與純銅的生成：陽極（粗銅）：Cu－2e-=Cu2+陰極（純銅）：Cu2++2e-=Cu②比銅活潑的金屬：Zn、Fe、Ni只溶解，不析出；③比銅不活潑的金屬：Au、Pt不溶解，而以單質(zhì)沉積形成陽極泥；④電解質(zhì)溶液中CuSO4的濃度基本不變（略小）。制取金屬鈉電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。陽極：2Cl-

－2e-==Cl2↑陰極：2Na++2e-==2Na總反應(yīng)：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑4、電冶金由于電解是最強(qiáng)有力的氧化還原手段，所以電解法是冶煉金屬的一種重要的方法。對于冶煉像Na、Ca、Mg、Al這樣活潑的金屬，電解法幾乎是唯一可行的工業(yè)方法。電解熔融氯化鈉制鈉4、電冶金（使用電解法冶煉像鈉、鎂、鋁等活潑金屬的方法）制取金屬鋁電解熔融狀態(tài)的氧化鋁。陽極：6O2-

－12e-==3O2↑陰極：4Al3++12e-==4Al總反應(yīng)：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑冰晶石助熔劑：冰晶石（Na3AlF6

六氟合鋁酸鈉）陽極材料(碳)和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充思考:工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁Al2O3的方法冶煉鋁而不用AlCl3?AlCl3為分子晶體，在融融狀態(tài)下不電離，不導(dǎo)電，不能被電解。金屬腐蝕的類型：（1）化學(xué)腐蝕金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕叫做化學(xué)腐蝕。（2）電化學(xué)腐蝕不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子而被氧化的腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。三、金屬的腐蝕與防護(hù)鋼鐵的析氫腐蝕示意圖鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕的原理：負(fù)極（Fe）：Fe—2e—=Fe2+正極（C）：2H++2e—=H2↑

或2H2O+O2+4e—=4OH—【討論】兩者情況的進(jìn)一步反應(yīng)或總反應(yīng)三、金屬的防護(hù)1、改善金屬的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)(內(nèi)因)——制成合金（不銹鋼）2、在金屬表面覆蓋保護(hù)層——電鍍、油漆、鈍化等3、電化學(xué)保護(hù)法——犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外加直流電源的陰極保護(hù)法

犧牲陽極的陰極保護(hù)法

形成原電池反應(yīng)時，讓被保護(hù)金屬做正極，不反應(yīng)，起到保護(hù)作用；而活潑金屬反應(yīng)受到腐蝕。外加電流的陰極保護(hù)法

將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電解池的兩個極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)。此法主要用于防止土壤、海水及水中金屬設(shè)備的腐蝕。1.用兩支惰性電極插入50mLAgNO3溶液中，通電電解。當(dāng)電解液的pH值從6.0變?yōu)?.0時(設(shè)電解時陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是：

A、27mgB、54mgC、108mgD、216mgB2（08寧夏卷）一種燃料電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：在酸性溶液中甲醇與氧作用生成水和二氧化碳。該電池負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)是（)A.CH3OH(g)+O2(g)=H2O(1)+CO2(g)+2H+(aq)+2e－B．O2(g)+4H+(aq)+4e－=2H2O(1)C．CH3OH(g)+H2O(1)=CO2(g)+6H+(aq)+6e－D．O2(g)+2H2O(1)+4e－=4OH－C3（08江蘇卷）鎳鎘（Ni-Cd）可充電電池在現(xiàn)代生活中有廣泛應(yīng)用。已知某鎳鎘電池的電解質(zhì)溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進(jìn)行：

Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2有關(guān)該電池的說法正確的是（）A．充電時陽極反應(yīng)：Ni(OH)2-e-+OH-==NiOOH+H2OB．充電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程C．放電時負(fù)極附近溶液的堿性不變D．放電時電解質(zhì)溶液中的OH-向正極移動A4（09廣東化學(xué)14）可用于電動汽車的鋁-空氣燃料電池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液，鋁合金為負(fù)極，空氣電極為正極。下列說法正確的是A．以NaCl溶液或NaOH溶液為電解液時，正極反應(yīng)都為：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－B．以NaOH溶液為電解液時，負(fù)極反應(yīng)為：Al＋3OH－－3e-＝Al(OH)3↓C．以NaOH溶液為電解液時，電池在工作過程中電解液的pH保持不變D．電池工作時，電子通過外電路從正極流向負(fù)極A5、據(jù)報道，我國擁有完全自主產(chǎn)權(quán)的氫氧燃料電池車在北京奧運(yùn)會期間為運(yùn)動員提供服務(wù)。某種氫氧燃料電池的電解液為KOH溶液，下列有關(guān)該電池的敘述不正確的是（）A．正極反應(yīng)式為：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

B．工作一段時間后，電解液中KOH的物質(zhì)的量不變C．該燃料電池的總反應(yīng)方程式為：

2H2＋O2=2H2OD．用該電池電解CuCl2溶液，產(chǎn)生2.24LCl2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時，有0.1mol電子轉(zhuǎn)移D6、（2012福建高考）將右圖所示實(shí)驗(yàn)裝置的K閉合，下列判斷正確的是

A.Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)

B.電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動

C.片刻后甲池中c(SO42-)增大

D.片刻后可觀察到濾紙b點(diǎn)變紅色

A7、（2012四川高考）一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計的酒精檢測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為：CH3CH2OH–4e–+H2O=CH3COOH+4H+。下列有關(guān)說法正確的是

A．檢測時，電解質(zhì)溶液中的H+向負(fù)極移動

B．若有0.4mol電子轉(zhuǎn)移，則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48L氧氣

C．電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O

D．正極上發(fā)生的反應(yīng)為：

O2+4e–+2H2O=4OH–

C8、電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。如圖表示一個電解池，裝有電解液a；X，Y是兩塊電極板，通過導(dǎo)線與直流電源相連。請回答以下問題：(1)若X，Y都是惰性電極，a是飽和NaCl溶液，實(shí)驗(yàn)開始時，同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液，則：①電解池中X極上的電極反應(yīng)式為_____。在X極附近觀察到的現(xiàn)象是______。