1、第三單元電解池金屬的腐蝕與防護,題組一電解池的工作原理及應(yīng)用 1.電解原理 (1)概念 電解:在直流電的作用下,在兩電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。 電解池:將 能轉(zhuǎn)化為 能的裝置。 陽極:與電源的極相連的電極。 陰極:與電源的 極相連的電極。,電,化學(xué),正,負,(2)電解池的組成條件 直流電源;兩個電極(活性電極或惰性電極);電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì));構(gòu)成閉合回路。 (3)電子流向,(4)電解結(jié)果 在兩極上發(fā)生氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生新的物質(zhì)。 陽極上發(fā)生 反應(yīng);陰極上發(fā)生 反應(yīng)。 2.電解反應(yīng)方程式的書寫 步驟一:定離子,寫電極反應(yīng)。 先根據(jù)電解質(zhì)的電離、水的電離,找出溶液中所有的離子

2、;再結(jié)合離子放電順序,找出放電的離子,寫出電極反應(yīng)。,氧化,還原,如電解CuCl2溶液,溶液中有CuCl2電離出來的 、 ,水電離出來的 、 ;根據(jù)放電順序,放電能力是Cl- OH-,Cu2+H+,所以,陽極反應(yīng)為 ,陰極 反應(yīng)為 。 離子放電順序,Cu2+,Cl-,H+,OH-,2Cl-2e-Cl2,Cu2+2e-Cu,說明(1)從上述順序可知:陽極若是金屬,是陽極本身溶解(如電 鍍)。當惰性物質(zhì)(如C、Pt)作陽極時,才能使溶液中的陰離子失電子。 (2)上述中“H+(酸)”指強酸性溶液中的H+,“H+(水)”指水電離出來的H+。由于在水溶液中有H+存在,所以從上述放電順序可知:水溶液中的

3、K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+在電解時得不到電子,是水電離出的H+放 電。要想用電解法冶煉K、Mg等,必須用電解熔融KCl、MgCl2的方法冶煉。 步驟二:兩電極反應(yīng)相加,得電解反應(yīng)方程式。,如電解CuCl2溶液,兩電極反應(yīng)相加得電解反應(yīng): 。 3.電解原理的應(yīng)用 (1)冶煉活潑金屬 針對H+(水)之前的活潑金屬,應(yīng)該用非水溶液電解法冶煉。例如:,6O2-12e- 3O2,4Al3+12e- 4Al,2Cl-2e- Cl2,2Na+2e- 2Na,(2)氯堿工業(yè) a.概念:用電解飽和食鹽水的方法來制取NaOH、Cl2和H2,并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)體系,叫氯堿工業(yè)。

4、b.原理:陽極(石墨)為 ; 陰極(Fe)為 ; c.總反應(yīng)為 。 裝置:離子交換膜電解槽。其中離子交換膜是陽離子交換膜,Na+可以移向 極,而OH-卻不能移向 極。,2Cl-2e-Cl2,2H+2e-H2,2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH-,陰,陽,題組二金屬的腐蝕與防護 1.金屬的腐蝕 (1)化學(xué)腐蝕:金屬與其他物質(zhì)直接接觸發(fā)生氧化還原反應(yīng)而引起的腐蝕。 (2)電化學(xué)腐蝕:不純的金屬或合金發(fā)生原電池反應(yīng),使較活潑的金屬失電子被氧化而引起的腐蝕。電化學(xué)腐蝕又分為吸氧腐蝕和析氫腐蝕。 (3)吸氧腐蝕與析氫腐蝕(以鋼鐵為例),O2+2H2O+4e- 4OH-,2H+2e- H2,特別提醒

5、 判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 (1)對同一電解質(zhì)溶液來說,腐蝕速率的快慢:電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學(xué)腐蝕有防護措施的腐蝕。 (2)對同一金屬來說,在不同溶液中腐蝕速率的快慢:強電解質(zhì)溶液中弱電解質(zhì)溶液中非電解質(zhì)溶液中。 (3)活動性不同的兩種金屬,活動性越強,腐蝕越快。 (4)對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)濃度越大,金屬腐蝕越快。 2.金屬的防護 (1)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu),使其穩(wěn)定。如不銹鋼(鉻鋼、鎳鋼)。,(2)覆蓋保護層,使金屬與電解質(zhì)溶液隔離,不能形成原電池。如涂油漆、涂油、電鍍、化學(xué)鍍、覆蓋搪瓷、表面鈍化(形成一層致密的氧化物保護膜)等。 (3)干燥,使其不能構(gòu)成原電池。 (

6、4)原電池保護法即犧牲陽極的陰極保護法。如輪船上鑲嵌鋅板、鋼閘門連鋅塊等,構(gòu)成原電池,比鐵活潑的鋅作極。 (5)外加電流的陰極保護法被保護的金屬作 極。,負,陰,題組一電解池的工作原理及應(yīng)用 1.某化學(xué)課外學(xué)習(xí)小組在雞蛋殼內(nèi)加入一些飽和食鹽水,設(shè)計了下圖所示的簡易電解裝置。下列有關(guān)說法不正確的是() A.電解一段時間后,往蛋殼外的溶液中滴加幾滴酚酞,呈紅色 B.蛋殼內(nèi)的碳棒上發(fā)生氧化反應(yīng),C.鐵絲表面生成的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{ D.蛋殼可阻止生成的氯氣與氫氣、氫氧化鈉溶液接觸 答案C蛋殼外為陰極(鐵絲)區(qū),有OH-生成,A項正確;B項,碳棒電極是陽極,在陽極上發(fā)生氧化反應(yīng),正確;在

7、陽極產(chǎn)生使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{的Cl2,C項錯誤。 2.用鉛蓄電池電解苦鹵水(含Cl-、Br-、Na+、Mg2+)的裝置如下圖所示(a、b為石墨電極)。下列說法中正確的是(),A.鉛蓄電池的負極反應(yīng)式為Pb-2e- Pb2+ B.鉛蓄電池放電時,B極質(zhì)量減輕,A極質(zhì)量增加 C.鉛蓄電池充電時,A極應(yīng)與外電源負極相連 D.電解苦鹵水時,a電極首先放電的是Br-,答案D鉛蓄電池放電時,負極反應(yīng)式為Pb+S-2e- PbSO4,A項 錯。B極為負極,由其電極反應(yīng)式Pb+S-2e- PbSO4,可知負極質(zhì)量 增加,所以B項錯。充電時,A極(陽極)應(yīng)接外電源的正極,C項錯。a極為陽極,溶液中的陰離子

8、失電子,根據(jù)離子放電順序知Br-先放電,所以D項正確。,題組二金屬的腐蝕與防護 3.相同材質(zhì)的鐵在下圖各情形中最不易被腐蝕的是(),答案CA中,食醋作電解質(zhì)溶液,鐵勺和銅盆是相互接觸的兩個金屬電極,形成原電池,鐵是活潑金屬作負極;B中,食鹽水作電解質(zhì)溶液,鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金,符合原電池形成的條件,鐵是活潑金屬作負極,碳作正極;C中,銅鍍層將鐵球覆蓋,使鐵被保護,所以鐵不易被腐蝕;D中,酸雨作電解質(zhì)溶液,鐵鉚釘和銅板分別作負極、正極,形成原電池。,4.按如圖所示裝置,進行鐵釘被腐蝕的實驗,一周后觀察(設(shè)水不蒸發(fā))。 (1)若試管中液面上升,發(fā)生的是腐蝕,則正極反應(yīng)式為 ,負極反應(yīng)式為 。要

9、順利完成此實驗,所用的電解質(zhì)溶液可以是。 (2)若試管中液面下降,發(fā)生的是腐蝕,正極反應(yīng)式為,負極反應(yīng)式為。要順利完成此實驗,所用的電解質(zhì)溶液可以是。,答案(1)吸氧2H2O+O2+4e- 4OH-Fe-2e- Fe2+氯化鈉溶液 (或其他合理答案) (2)析氫2H+2e- H2Fe-2e- Fe2+稀硫酸(或其他合理答案),解析(1)試管中的液面上升,表明內(nèi)部壓強減小,即發(fā)生吸氧腐蝕,故正極反應(yīng)式為2H2O+O2+4e- 4OH-,負極反應(yīng)式為Fe-2e- Fe2+;吸氧腐 蝕的電解質(zhì)溶液是中性或弱酸性溶液,如氯化鈉溶液等。(2)試管中的液面下降,表明發(fā)生了析氫腐蝕,則正極反應(yīng)式為2H+2e

10、- H2,負極反 應(yīng)式為Fe-2e- Fe2+;此時需要酸性電解質(zhì)溶液,如稀硫酸等。,1.電解時電極產(chǎn)物的判斷,重難一電解原理的應(yīng)用,2.電極反應(yīng)式的書寫 (1)根據(jù)裝置書寫 根據(jù)電源確定陰、陽兩極確定陽極是否是活性電極根據(jù)電極類型及電解質(zhì)溶液中陰、陽離子的放電順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式。 在確保陰、陽兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相同的條件下,將兩極電極反應(yīng)式合并即得總反應(yīng)式。 (2)由氧化還原反應(yīng)方程式書寫電極反應(yīng)式 找出發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì)兩極名稱和反應(yīng)物利用得失電子守恒分別寫出兩極反應(yīng)式。 若寫出一極反應(yīng)式,而另一極反應(yīng)式不好寫,可用總反應(yīng)式減去已寫出的電極反應(yīng)式即得另一電極反應(yīng)式。,3.電解方程式

11、的書寫 (1)必須在等號上標明通電或電解。 (2)只是電解質(zhì)被電解,電解方程式中只寫電解質(zhì)及電解產(chǎn)物。如電解CuCl2溶液:CuCl2 Cu+Cl2。 (3)只是水被電解,只寫水及電解產(chǎn)物即可。如電解稀硫酸、電解 NaOH溶液、電解Na2SO4溶液時,電解方程式可以寫為2H2O 2H2+O2。 (4)電解質(zhì)、水同時被電解,則都要寫進方程式。如電解飽和食鹽水:2NaCl+2H2O H2+Cl2+2NaOH。,特別提醒可充電電池放電時作原電池,充電時作電解池,兩池的電極 反應(yīng)式正好相反,即電解池的陰極反應(yīng)式對應(yīng)于原電池的負極反應(yīng)的逆反應(yīng)式,但電解池反應(yīng)與原電池反應(yīng)并不是相應(yīng)的可逆反應(yīng)。,典例1如圖

12、所示,下列敘述中正確的是() A.Y為陰極,發(fā)生還原反應(yīng) B.X為正極,發(fā)生氧化反應(yīng) C.Y與濾紙接觸處有氧氣生成 D.X與濾紙接觸處變紅,解析從題圖可以看出左側(cè)裝置為原電池,右側(cè)裝置為電解池,原電池中Zn棒一端為負極,與之相連的電解池的Y極為電解池的陰極,發(fā)生還原反應(yīng)。X極應(yīng)為電解池的陽極,B項錯誤。電解池Y極上應(yīng)為H+放電產(chǎn)生H2,X極上OH-放電產(chǎn)生O2,該端不能使酚酞變紅,C、D兩項均錯誤。,答案A,1.電解尿素CO(NH2)2的堿性溶液制氫的裝置示意圖如下(電解池中隔膜僅阻止氣體通過,a、b極均為惰性電極)。下列說法正確的是(),變式訓(xùn)練,A.電解時,b極是陰極放出H2,發(fā)生氧化反應(yīng)

13、 B.溶液中OH-逐漸向b極移動 C.電解時,a極的電極反應(yīng)式為: CO(NH2)2+8OH-6e- C+N2+6H2O D.若在b極產(chǎn)生標準狀況下224 mL氫氣,則消耗尿素2 g,答案C,解析從所給裝置圖可知b極上H+得電子發(fā)生還原反應(yīng)而放出H2,A錯;由于b極上H+放電,b極附近溶液中OH-濃度增大,OH-向a極移動,B錯;a極是電解池的陽極,a極上CO(NH2)2中-3價的N失電子被氧化為N2,C元素在堿性條件下以C形式存在,電極反應(yīng)式為CO(NH2)2+8OH-6e- C+N2+6H2O,C正確;b極產(chǎn)生標準狀況下224 mL氫氣時,電路中通過的電子為0.01 mol2=0.02 m

14、ol,則消耗尿素:0.02 mol=0.2 g,D錯。,1.原電池、電解池和電鍍池的比較,重難二原電池、電解池、電鍍池的比較,2.原電池與電解池的區(qū)別與聯(lián)系 (1)原電池裝置與電解池裝置的判斷,原電池無外接電源,兩極稱為 正、負極,溶液中陰離子向負極移動,陽離子向正極移動;電解池有外接電源,兩極稱為陰、陽極,陰、陽離子在外加電場的作用下分別向陽極和陰極移動。,(2)串聯(lián)裝置圖比較 圖1中無外接電源,其中必有一個裝置是原電池裝置,為電解池裝置提供電能,其中兩個電極活潑性差異大者為原電池裝置,如圖1中左邊為原電池裝置,右邊為電解池裝置。圖2中有外接電源,兩燒杯均作電解池,且串聯(lián)電解,相同時間內(nèi)通過

15、的電量相等。,典例2電解原理在化學(xué)工業(yè)中有廣泛應(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,實驗開始時,同時在兩邊各滴入幾滴酚酞試液,則:,電解池中X電極上的電極反應(yīng)式是,在X極附近觀察到的現(xiàn)象是。 Y電極上的電極反應(yīng)式是,檢驗該電極反應(yīng)產(chǎn)物的方法是。 (2)如果用電解方法精煉粗銅,電解液a選用CuSO4溶液,則: X極的材料是,電極反應(yīng)式為 。 Y極的材料是,電極反應(yīng)式為 。,解析(1)用惰性電極電解飽和食鹽水時,陽極反應(yīng):2Cl-2e- Cl2;陰 極反應(yīng):2H+2e- H2。與電源正

16、極相連的為陽極,反之為陰極。所以 X為陰極,Y為陽極。X極在反應(yīng)過程中消耗了H2O電離出的H+,溶液呈堿性,加入酚酞試液變成紅色;Y極產(chǎn)生Cl2,能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍。 (2)電解精煉Cu時,含雜質(zhì)的Cu為陽極,純Cu為陰極。反應(yīng)過程中陽極上的Cu以及比Cu活潑的金屬失去電子,成為離子進入溶液,活潑性比Cu差的金屬形成陽極泥;在陰極只有Cu2+能得電子成為單質(zhì),其他較活潑的金屬對應(yīng)的離子不能得電子。根據(jù)裝置圖,X為陰極,Y為陽極。所以,X電極的材料是純銅,電極反應(yīng)式為Cu2+2e- Cu;Y電極的材料是粗銅,電 極反應(yīng)式為Cu-2e- Cu2+。,答案(1)2H+2e- H2放出氣體,溶

17、液變紅 2Cl-2e- Cl2把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在Y電極附近,試紙變 藍色 (2)純銅Cu2+2e- Cu 粗銅Cu-2e- Cu2+,2.下列敘述中錯誤的是() A.電解池是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置 B.原電池跟電解池連接后,電子從原電池負極流向電解池陽極 C.電鍍時,電鍍池里的陽極材料發(fā)生氧化反應(yīng) D.電解飽和食鹽水時,陰極得到氫氧化鈉溶液和氫氣 答案B,變式訓(xùn)練,解析電解池中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,A正確。原電池跟電解池連接后,電子從原電池負極流向電解池陰極,B錯誤。電鍍時,電鍍池里的陽極材料發(fā)生氧化反應(yīng),C正確。電解飽和食鹽水時,陰極反應(yīng)為2H+2e- H2, 陰極區(qū)得到氫氧化鈉溶液和氫

18、氣,D正確。,以惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型歸納,重難三以惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型,特別提醒電解后要恢復(fù)原電解質(zhì)溶液的濃度,需加適量的某物質(zhì),該 物質(zhì)可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物,例如用惰性電極電解CuSO4,要恢復(fù)原溶液的濃度,可向電解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因為Cu(OH)2與生成的H2SO4反應(yīng)后會使水的量增加。,典例3在如圖所示的實驗裝置中,E為一張淀粉、碘化鉀和酚酞混合溶液潤濕的濾紙,C、D為夾在濾紙兩端的鉑夾,X、Y分別為直流電源的兩極。在A、B中充滿KOH溶液后倒立于盛有KOH溶液的水槽中,再分別插入鉑電極。切斷開關(guān)S1,閉合開關(guān)S2,通直流電一段時間后,請回答下列問題:,(1)標出電源的正、負極:X為極,Y為極。 (2)在濾紙的C端附近,觀察到的現(xiàn)象是;在濾紙的D端附近,觀察到的現(xiàn)象是。 (3)寫出電極反應(yīng)式:A極;B極;C極;D極。 (4)若電解一段時間后,A、B中均有氣體包圍電極。此時切斷開關(guān)S2,閉合開關(guān)S1,則電流表的指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)?(填“偏轉(zhuǎn)”或“不偏轉(zhuǎn)”)。,解析由于A試管中氣體體積是B試管中氣體體積的二倍,所以A中為H2,電極反應(yīng)