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1、第三单元电解池 金属的腐蚀与防护,1理解电解池的工作原理，能正确书写电极反应式。2能进行有关电解产物的判断和计算。3了解电镀池、电解精炼池及应用。4了解金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措 施。,一、电解原理,电流,氧化还原反应,正极,氧化,负极,还原反应,负极,阴极,阳极,正极,阴极,阳极,S2,I,Cl,OH,Cu2,Pb2,Fe2,(1)电解时电子通过电解质溶液吗？提示电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成了电流。(2)电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？提示一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物
2、质，所以一定有化学反应发生。,电解原理的应用氯碱工业概念：用电解饱和NaCl溶液的方法来制取、和，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为。,二、,1,NaOH,H2,Cl2,氯碱工业,电镀电镀是电解原理的重要应用，所用装置与电解装置相同，只是要求镀件做阴极，镀层金属做，电解质溶液含_。,2,阳极,一个转化 电解池是电能转化为化学能的装置，与原电池的能量转化过程相反。四个对应1正极和负极对应。2阳极和阴极对应。3失电子和得电子对应。4氧化反应和还原反应对应。,三个相等(1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。(2)同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。(3)串联电路
3、中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。一个原则用惰性电极电解电解质溶液时，若使电解后的溶液恢复原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。,我的警示 原电池中电子由负极经导线流回正极，电流方向与电子流动方向相反。在电解池中，阳极失去电子，电子经导线流向电源的正极，再从负极流向阴极，而电流方向刚好与电子的流向相反。,铜的电解精炼(1)电极材料：粗铜板与直流电源正极相连作，纯铜片与直流电源负极相连作。(2)电解质溶液：用 作电解液。(3)过程分析通电前：电解
4、质和水电离，是自由移动的。,3.,阳极,阴极,硫酸酸化的硫酸铜溶液,阳极,离子,Cu2e=Cu2,阳离子(Cu2、Zn2、Fe2、Ni2、H)移向阴极，由于氧化性Cu2HNi2Fe2Zn2，发生电极反应：，最后在阴极得到纯铜。,Cu22e=Cu,氯碱工业中阳离子交换膜的作用是什么？提示氯碱工业中阳离子交换膜的作用：将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na)通过，而且阻止阴离子(Cl、OH)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。,金属的腐蚀和防护金属的腐蚀(1)金属腐蚀是指金属与周围接触到的空
5、气或液体发生_ 反应而引起损耗的现象。(2)金属腐蚀可以分为 和。化学腐蚀是金属与接触到的氧化性气体或氧化性液体等直接发生化学反应而引起的腐蚀。而电化学腐蚀是指不纯的金属与_ 溶液接触时，因发生 反应而发生的腐蚀。(3)金属发生电化学腐蚀时，可分为 腐蚀和 腐蚀。两者的本质相同，但正极反应不同，即析氢腐蚀的正极反应为，而吸氧腐蚀的正极反应为_。,三、,1,电化学腐蚀,化学腐蚀,原电池,析氢,吸氧,O22H2O4e=4OH,2H2e=H2,金属的防护(1)加防护层，如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。(2)电化学防护 原电池原理正极：；负极：_
6、。电解原理阴极：；阳极：。(3)添加缓蚀剂。,2,牺牲阳极的阴极保护法,被保护的金属设备,外加电流的阴极保护法,被保护的金属设备,惰性电极,影响金属腐蚀的因素有哪些？提示影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。,电解池中电极反应式的书写(1)根据装置书写根据电源确定阴、阳两极确定阳极是否是活性金属电极据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。,电解池中电极反应式的书写电极产物的判断,1,在确保阴、阳两极转移电子数目相同的
7、条件下，将两极电极反应式合并即得总反应式。(2)由氧化还原反应方程式书写电极反应式找出发生氧化反应和还原反应的物质两极名称和反应物利用得失电子守恒分别写出两极反应式。若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。电极产物的判断阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，要注意到金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。,2,阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除Pt、
8、Au之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2IBrClOH含氧酸根。,某同学按如图所示的装置进行电解实验。下列说法正确的是()。A电解过程中，铜电极上有H2产生C长时间电解后，石墨电极的质量不会增加D整个电解过程中，H的浓度不断增大,【典例1】,解析电解是最强有力的氧化还原手段，有些在通常条件下不能发生的反应(如本题中铜与稀硫酸不能发生反应)通过电解的方法可以发生。阳极：Cu2e=Cu2，阴极：2H2e=H2(起始)。随着电解的进行，阳极产生的Cu2浓度增
9、大，在电场的作用下向阴极移动，由于Cu2的氧化性大于H，因此Cu2也会在阴极放电，析出铜单质，即阴极上先是H得电子放出H2，后是Cu2得电子析出Cu。在整个电解过程中，起始时H的浓度不断减小，随后H的浓度基本保持不变。答案B,【应用1】(2010扬州期末)电镀等工业废水中常含有剧毒、致癌的Cr2O。该废水处理的一种方法是：利用还原剂把Cr2O还原成毒性较低的Cr3，再加碱生成沉淀。另一种方法是：向废水中加入适当的NaCl，用Fe作电极进行电解。下列说法错误的是()。A电解时，阳极反应为：Fe2e=Fe2B电解过程中阴极能产生氢气D电解过程中，阳极附近生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀,解析
10、电解过程中，H在阴极放电生成H2，使阴极附近溶液中c(H)c(OH)，显碱性，阳离子Fe3、Cr3移到阴极附近后与OH结合转化成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，故D项错。答案D,1以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律,电解的类型、规律及有关计算,电解池中有关量的计算或判断电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。解题依据是得失电子守恒，解题方法如下：(1)根据得失电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数
11、相等。(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。,2.,(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。最常见的关系式如下：物质：H2O2Cl2CuAgHOHe,(2011榆次模拟)在右图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 molL1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 molL1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则(1)电源E为_极，F为_极。(2)A极的电极反应式为_，析出的物质_mol。(3)B极的电极反应式为_，析出气体
12、_ mL(标准状况)。(4)C极的电极反应式为_，析出的物质_mol。,【典例2】,(5)D极的电极反应式为_，析出气体_mL(标准状况)。(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，_极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到_溶液。,由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两池电极反应式分别为：A极：Age=Ag；B极：4OH4e=2H2OO2；C极：Cu22e=Cu；D极：2Cl2e=Cl2。A、C两极析出物质的物质的量分别为0.025 mol和0.012 5 mol；B极析出O2的体积为：0.006 25 mol 22.4 Lmol10.14 L140 mL；D极析出Cl2的物质的量为0.012
13、5 mol22.4 Lmol10.28 L280 mL。答案(1)负正(2)4Ag4e=4Ag0.025(3)4OH4e=2H2OO2140(4)Cu22e=Cu0.012 5(5)2Cl2e=Cl2280(6)BHNO3,用惰性电极实现电解，下列说法正确的是()。A电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变B电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH，故溶液pH减小C电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为12D电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为11解析电解稀H2SO4，实质上是电解水，硫酸的物质的量不变，但溶液体积减小，浓度增大，故溶液pH减小，A不正确；电解
14、稀NaOH溶液，阳极消耗OH，阴极消耗H，实质也是电解水，NaOH溶液浓度增大，故溶液的pH增大，B不正确；,【应用2】,电解Na2SO4溶液时，在阳极发生反应：4OH4e=H2OO2，在阴极发生反应：4H4e=2H2，由于两电极通过的电量相等，故析出H2与O2的物质的量之比为21，C不正确；电解CuCl2溶液时，阴极反应为Cu22e=Cu，阳极反应为2Cl2e=Cl2，两极通过电量相等时，Cu和Cl2的物质的量之比为11，D正确。答案D,氯碱工业(1)食盐水的精制,电解原理的工业应用,1,(2)主要生产过程,电镀(如铁件镀锌)电镀液：含Zn2的盐溶液(如ZnCl2溶液)阳极(Zn)：Zn2e
15、=Zn2阴极(铁件)：Zn22e=Zn电镀过程中电镀液浓度不发生变化。镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液中必须含有镀层金属离子。电解精炼如粗铜(含Zn、Fe、Ag等)的提纯电解质溶液：含Cu2的盐溶液(如CuSO4溶液)阳极(粗铜)：Zn2e=Zn2Fe2e=Fe2Cu2e=Cu2阴极(纯铜)：Cu22e=Cu,2,3,电解过程中，活泼性比Cu弱的Ag、Au不放电，形成阳极泥(可从阳极泥中提纯Ag、Au)；电解质溶液中c(Cu2)会不断减小，应定期更换电解质溶液。注意阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na)通过，而阻止阴离子(Cl、OH)和分子(Cl2)通过，这样既能阻止H
16、2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量。电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极阳极：电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。,铝的阳极氧化，是一种常用的金属表面处理技术，它能使铝的表面生成一层致密的氧化膜，该氧化膜不溶于稀硫酸。某化学研究小组在实验室中按下列步骤模拟该生产过程。请回答：(1)配制实验用的溶液。要配制200 mL密度为1.2 gcm3的溶质质量分数为16%的NaOH溶液，需要称取_g NaOH固体。(2)把铝片浸入热的16%NaOH溶液中约半分钟左右洗去油污，除去表面的氧化膜，取出用水冲洗。写出除
17、去氧化膜的离子方程式_。,【典例3】,(3)按下图组装好仪器，接通开关K，通电约25 min。在阳极生成氧化铝，阴极产生气体。写出该过程中的电极反应式。,阳极_；阴极_。(4)断开电路，取出铝片，用1%稀氨水中和表面的酸液，再用水冲洗干净。写出该过程发生反应的离子方程式_。解析(1)mNaOH(aq)V200 mL1.2 gcm3240 g，m(NaOH)mNaOH(aq)w240 g16%38.4 g。(2)铝片表面的氧化膜为Al2O3，是一种两性氧化物，可与强碱反应生成偏铝酸盐和水。(3)阳极是Al失去电子，与H2O共同作用转化成Al2O3；阴极是电解质溶液中的H得到电子而转化成H2。(4
18、)NH3H2O属于弱碱，写离子方程式时要写成化学式的形式。,【应用3】(2012淄博调研)电解原理在化学工业中有广泛的应用。右图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则电解池中X极上的电极反应式为_ _，在X极附近观察到的现象是_。,Y电极上的电极反应式为_，检验该电极反应产物的方法是_。(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则X电极的材料是_，电极反应式为_。Y电极的材料是_，电极反应式为_ _。(说明：杂质发生的电极反应不必写出
19、)解析(1)用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极反应2Cl2e=Cl2；阴极反应2H2e=H2。与电源正极相连的为阳极，反之为阴极。所以X为阴极，Y为阳极。X极在反应过程中消耗了H2O电离出的H，溶液呈碱性，加入酚酞试液变成红色；Y极产生Cl2，能使湿润的淀粉KI试纸变成蓝色。,(2)电解精炼Cu时，用含杂质的Cu为阳极，纯Cu为阴极。反应过程中阳极上的Cu以及比Cu活泼的金属失去电子，成为离子进入溶液，活泼性比Cu差的金属形成阳极泥；在阴极只有Cu2能得电子成为单质，其他较活泼的金属对应的离子不能得电子。根据装置图，X为阴极，Y为阳极。所以，X电极的材料是纯铜，电极反应式为Cu22e=Cu；Y电
20、极材料是粗铜，电极反应式为Cu2e=Cu2。答案(1)2H2e=H2有气泡产生，溶液变红2Cl2e=Cl2把湿润的淀粉-KI试纸放在Y电极附近，试纸变蓝色(2)纯铜Cu22e=Cu粗铜Cu2e=Cu2,电解原理及其应用是高考的高频考点之一，因其与氧化还原反应、离子反应、电解质溶液、元素化合物性质等知识联系密切而成为高考的重点和热点。由于电解原理在工业上的应用更加广泛，预测2013年高考，仍会联系化学工艺过程对电解原理的应用进行考查。应给予高度关注。,单击此处进入 高考揭秘,电化学是高考的热点，电解池原理及其应用在高考中占有比较高的地位，同学们在复习时应引起相当高的重视。【常见考点】电解池及电解
21、原理电极反应式的书写与电解过程中有关量的计算电解原理的应用【常考题型】选择题非选择题,【例1】(2011大纲全国卷)用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的()。ACuSO4 BH2OCCuO DCuSO45H2O,电解产物的判断和惰性电极电解电解质溶液的规律,答案C,1电极产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序中Ag及其以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断。(2)阴极产物的判断直接
22、根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序：AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2Al3Mg2NaCa2K,2惰性电极电解电解质溶液的规律,(2011安徽理综，12)研究人员最近发明了一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电，在海水中电池总反应可表示为：5MnO22Ag2NaCl=Na2Mn5O102AgCl，下列“水”电池在海水中放电时的有关说法正确的是()。A正极反应式：AgCle=AgClB每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子CNa不断向“水”电池的负极移动DAgCl是还原产物,电极反应式的书写与电解过程中有关量的计算,【例2】,解析由电
23、池总反应式可知，Ag在负极失去电子，生成氧化产物AgCl，每生成2 mol AgCl，即生成1 mol Na2Mn5O10时，转移2 mol电子，故A、D错误，B正确；Na应向电池的正极移动，C错误。答案B,电极反应式和总反应式的书写如果题目给定的是图示装置。先分析阴、阳极，再分析溶液中离子的种类和得失电子的能力，根据阴、阳极反应规律写电极反应式；如果题目给定的是总反应式，可分析此反应中的氧化反应或还原反应(即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看做数学中的代数式，用总反应式减去已写出的电极反应式，即得结果。特别需要指出的
24、是：对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方向，放电的过程应用原电池原理，充电的过程应用电解池原理。,1,电解计算(1)简单装置中各电极产物间的计算在一个装置中进行电解时，各电极产物不同，但阴阳极得失电子数相等。根据此标准可对各电极产物、溶液中的产物，以及反应消耗的物质进行计算。(2)复杂装置中(指多个装置串联连接)各电极产物的判断在串联电解装置中，各电极电子转移数相等。据此，可计算各电极产物，溶液中的c(H)、c(OH)的变化。,2,应用原电池、电解池进行有关化学计算，也常见于高考题中，抓住两电极上通过的电子数目相等，是解答这类题的关键。,(2011山东卷)以KCl和ZnCl2混合
25、液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是()。A未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D镀锌层破损后对铁制品失去保护作用,电解原理的应用,【例3】,解析A项，在铁制品上镀锌时，铁作阴极，锌作阳极，由于锌比铁活泼，而锌铁原电池中，锌作负极失去电子，铁作正极，而电镀时锌仍然是失电子，故A错误。B项，通过的电量与锌的析出量有确定的关系；C项，电流恒定，单位时间内提供给阴极的电量就一定，析出的锌的量也一定；D项，镀锌层破损后会形成ZnFe原电池，Zn作负极，起到保护F
26、e的作用。答案D,电解饱和食盐水又称氯碱工业阳极反应：2Cl2e=Cl2阴极反应：2H2e=H2可制烧碱、氯气和氢气，烧碱、氯气是重要的化工原料，电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。电镀定义：应用电解的原理在某些金属的表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。设计：待镀金属制品作阴极；镀层金属作阳极；含有镀层金属离子的溶液作电镀液。,1,2,电解精炼铜用火法冶金炼出的铜是粗铜，常含有Zn、Fe、Ag、Au等。电解时，粗铜与直流电源的正极相连，作阳极，阳极的主要反应为Cu2e=Cu2，相伴随的反应有：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2等。用纯铜片接直流电源的负极，阴极反应为Cu22e=Cu，用CuSO4溶液作电解液。比铜活泼的杂质，如：Zn、Fe被氧化，以离子的形式进入溶液，留在电解液中；比铜活泼性差的杂质，在阳极铜溶解后，Ag、Au沉积在电解槽底部形成阳极泥。,3,冶炼金属利用电解熔融的金属氧化物、氯化物或氢氧化物冶炼活泼金属，如钠、镁、钙、铝。如电解熔融氯化钠：通电前，氯化钠在高温下熔融发生电离：NaCl=NaCl通直流电后：阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2Na2e=2Na,4,单击此处进入 活页限时训练,
