专题一化学反应与能量变化 第三单元 电解池的工作原理及应用 金属的腐蚀与防护.docx
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专题一化学反应与能量变化第三单元电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护
专题一化学反应与能量变化
第三单元 电解池的工作原理及应用 金属的腐蚀与防护
考点一 电解的原理
1.电解定义:
在________作用下,电解质在两个电极上分别发生______和__________的过程。
2.能量转化形式:
________转化为________。
3.电解池
(1)构成条件:
①有与________相连的两个电极。
②__________(或__________)。
③形成____________。
(2)电极名称及电极反应
(3)电子和离子移动方向
①电子:
从电源________流向电解池的________;从电解池的________流向电源的________。
②离子:
阳离子移向电解池的________;阴离子移向电解池的________。
4.分析电解过程的思维程序
(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序
阴极:
阳离子放电顺序:
Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
阳极:
活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。
(4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后合并两个电极反应式得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
5.用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程,并总结电解规律(用惰性电极电解)
电解质(水溶液)
电极方程式
被电解
的物质
电极产物
溶液pH变化的原因、结果
电解质溶液复原加
阳极
阴极
含氧酸(如H2SO4)
阳极:
____________
阴极:
____________
水减少,酸溶液的浓度____,pH____
强碱(如NaOH)
阳极:
____________
阴极:
____________
水减少,碱溶液的浓度____,pH____
活泼金属的含氧酸盐(如Na2SO4)
阳极:
____________
阴极:
____________
水减少,盐溶液的浓度____,pH_______
无氧酸
(如HCl),
除HF外
阳极:
____________
阴极:
____________
H+放电,c(H+)减小,pH____
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外
阳极:
____________
阴极:
____________
pH基本不变
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
阳极:
__________
阴极:
________
H+放电,c(H+)减小,c(OH-)增大,pH____
不活泼金属的含氧酸盐
(如CuSO4)
阳极:
____________
阴极:
____________
OH-放电,c(OH-)减小,c(H+)增大,pH____
2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么?
3.用惰性电极电解,若要使电解后的溶液复原,应怎样操作?
5.CuI是一种不溶于水的白色固体,可以由反应:
2Cu2++4I-===2CuI↓+I2得到。
现以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。
回答下列问题:
(1)阳极区的现象_______________________________________________________。
(2)阳极电极反应式______________________________________________________。
(1)书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同,且注明条件“电解”。
(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
考点二 电解原理的应用
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式:
__________________(________反应)
阴极反应式:
__________________(________反应)
(2)总反应方程式:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子反应方程式:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用:
氯碱工业制________、________和________。
2.电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答下列问题:
(1)镀件作____极,镀层金属银作____极。
(2)电解质溶液是_____________。
(3)电极反应:
阳极:
___________________________________________________________;
阴极:
_____________________________________________________________。
(4)特点:
____极溶解,____极沉积,电镀液的浓度________。
3.电解精炼铜
(1)电极材料:
阳极为________;阴极为________。
(2)电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液。
(3)电极反应:
阳极:
__________________________________________________________;
阴极:
_______________________________________________________________。
4.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
电极反应:
阳极:
_______________________________________________________________,
阴极:
______________________________________________________________。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
电极反应:
阳极:
______________________________________________________________,
阴极:
________________________________________________________________。
6.
(1)如何检验电解饱和食盐水时的阳极产物?
(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开,原因是什么?
7.工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。
电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如图所示:
(1)该电解槽的阳极反应式是
________________________________________________________________________。
(2)通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因
________________________________________________________________________。
(3)除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口 (填“A”或“B”)导出。
8.利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯,下列叙述正确的是( )
A.电解时以精铜作阳极
B.电解时阴极发生氧化反应
C.粗铜连接电源负极,其电极反应是Cu-2e-===Cu2+
D.电解后,电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
考点三 金属的腐蚀和防护
1.金属腐蚀的本质:
金属原子__________变为__________,金属发生___________________。
2.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟__________接触
不纯金属或合金跟________接触
现象
____电流产生
______电流产生
本质
金属被____
较活泼金属被____
联系
两者往往同时发生,______腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析:
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
电极反应
负极
正极
总反应式
联系
________更普遍
铁锈的形成:
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。
3.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—______原理a.________:
比被保护金属活泼的金属;b.________:
被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—________原理a.________:
被保护的金属设备;b.________:
惰性金属。
(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
9.下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是( )
选项
方法
对相应方法的描述
A
改变金属内部的组成结构
此法实际上是将金属制成合金,增强抗腐蚀能力
B
在金属表面覆盖保护层
保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用
C
外加电源的阴极保护法
接外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极
D
牺牲阳极的阴极保护法
构成原电池,被保护的金属作正极
10.炒菜后未洗的铁锅,很快就会产生红褐色的锈斑。
关于该生锈过程的说法正确的是( )
A.铁与NaCl反应生成FeCl3
B.发生电化学腐蚀时直接生成了Fe(OH)3
C.发生电化学腐蚀时吸收了O2
D.发生电化学腐蚀时生成了氢气
11.下面各容器中盛有海水,铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是( )
A.④>②>①>③B.②>①>③>④C.④>②>③>①D.③>②>④>①
专题一化学反应与能量变化
第三单元 电解池的工作原理及应用 金属的腐蚀与防护
课时规范训练
教材习题回扣
1.用铂(惰性)电极进行电解,下列说法中正确的是( )
A.电解稀硫酸,在阴极和阳极分别产生氢气和氧气
B.电解氯化钠溶液,在阴极析出钠
C.电解硫酸钠溶液,在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为1∶2
D.电解氯化铜溶液,在阴极和阳极析出产物的物质的量之比为1∶1
2.若要在铜片上镀银时,下列叙述中错误的是( )
①将铜片接在电源的正极 ②将银片接在电源的正极
③在铜片上发生的反应是Ag++e-===Ag ④在银片上发生的反应是4OH--4e-===O2↑+2H2O
⑤可用CuSO4溶液作电解质溶液 ⑥可用AgNO3溶液作电解质溶液
A.①③⑥B.②③⑥C.①④⑤D.②③④⑥
3.下列事实中,与电化学腐蚀无关的是( )
A.埋在潮湿土壤里的铁管比埋在干燥土壤里的铁管更易被腐蚀
B.为保护海轮的船壳,常在船壳上镶入锌块
C.在空气中,金属银的表面生成一层黑色物质
D.镀银的铁制品,镀层部分受损后,露出的铁表面易被腐蚀
4.下图各烧杯中盛有海水,铁在其中会发生腐蚀。
铁腐蚀的速率由快至慢的顺序为
___________。
能力提升训练
1.关于电解饱和NaCl水溶液,下列叙述正确的是( )
A.电解时在阳极得到氯气,在阴极得到金属钠
B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液,溶液呈棕色
C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液,溶液呈无色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
2.化学用语是学习化学的重要工具,下列用来表示物质变化的化学用语中,正确的是( )
A.用惰性电极电解饱和食盐水时,阳极的电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑
B.氢氧燃料电池的负极反应式:
O2+2H2O+4e-===4OH-
C.粗铜精炼时,与电源正极相连的是纯铜,阳极反应式为Cu-2e-===Cu2+
D.钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式:
Fe-2e-===Fe2+
3.某研究性学习小组的课题为“MgC原电池电解淀粉KI溶液的研究”,其研究装置如图所示。
下列有关说法不正确的是( )
A.镁为负极,发生还原反应
B.原电池中碳极反应式为Fe3++e-===Fe2+
C.电解池中阳极处变蓝
D.电解池中阴极处变红
4.如图电解池中装有硫酸铜溶液,选用不同材料的电极进行电解。
下列说法正确的是( )
选项
电极材料
通电后的变化
阴极
阳极
A
石墨
石墨
阴极质量增加,溶液的pH增大
B
铜
铜
阳极质量减小,阴极质量增加
C
铁
铁
两极的质量不发生变化
D
铂
铁
阴极质量减小,溶液的pH不变
5.如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图。
发现开始时U形管左端红墨水水柱下降,一段时间后U形管左端红墨水水柱又上升。
下列说法不正确的是( )
A.开始时发生的是析氢腐蚀
B.一段时间后发生的是吸氧腐蚀
C.两种腐蚀负极的电极反应式均为Fe-2e-===Fe2+
D.析氢腐蚀的总反应式为2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
6.如图所示,将铁棒和石墨棒插入1L1mol·L-1食盐水中。
下列说法正确的是( )
A.若电键K与N连接,铁被保护不会腐蚀
B.若电键K与N连接,正极反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑
C.若电键K与M连接,将石墨棒换成铜棒,可实现铁棒上镀铜
D.若电键K与M连接,当两极共产生28L(标准状况)气体时,生成
了1molNaOH
7.磷酸铁锂电池是一种新型锂电池(如图所示),
是未来锂离子电池的发展方向。
该电池的总反应式为Li+FePO4===LiFePO4。
该电池所用的磷酸亚铁锂可按如下方法生产:
将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出磷酸亚铁锂沉淀。
沉淀经过滤、洗涤、干燥,在800℃左右、惰性气体氛围中灼烧即得晶态磷酸亚铁锂。
下列有关说法错误的是( )
A.在电解制备磷酸亚铁锂的过程中,阳极的电极反应式为
Fe+H2PO
+Li+-2e-===LiFePO4+2H+
B.该锂电池放电时正极反应式为
FePO4+Li++e-===LiFePO4
C.该锂电池充电时,阴极反应式为
Li++e-===Li
D.图中出现了“Fe”的符号,说明磷酸铁锂电池的负极反应物为Fe
8.某同学按下图所示的装置进行实验,A、B为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水。
当K闭合时,在交换膜处SO
从右向左移动。
下列分析正确的是( )
A.溶液中A2+浓度减小
B.B电极的反应:
B-2e-===B2+
C.Y电极上有H2产生,发生还原反应
D.反应初期,X电极周围出现白色胶状沉淀,不久沉淀溶解
9.如图所示甲、乙两个装置,所盛溶液体积和浓度均相同且足量,当两装置电路中通过的电子都是1mol时,下列说法不正确的是( )
A.溶液的质量变化:
甲减小乙增大
B.溶液pH变化:
甲减小乙增大
C.相同条件下产生气体的体积:
V甲=V乙
D.电极反应式:
甲中阴极:
Cu2++2e-===Cu,乙中负极:
Mg-2e-===Mg2+
10.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉,放置数天观察:
(1)若试管内液面上升,则原溶液呈______________________性,发生_____________腐蚀,电极反应:
负极:
__________________________
____________________________________;
正极:
___________________________________________________。
(2)若试管内液面下降,则原溶液呈________性,发生_______腐蚀。
电极反应:
负极:
_____________________________________________________________________;
正极:
_____________________________________________________________________。
11.按下图所示装置进行实验,并回答下列问题:
(1)判断装置的名称:
A池为 ,B池为 。
(2)锌极为 极,电极反应式为
__________________________________________;
铜极为 极,电极反应式为
____________________________________________;
石墨棒C1为 极,电极反应式为
____________________________________________;
石墨棒C2附近发生的实验现象为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)当C2极析出224mL气体(标准状况)时,锌的质量 (填“增加”或“减少”) g,CuSO4溶液的质量 (填“增加”或“减少”) g。
12.下列四种装置中,①盛200mL0.005mol·L-1硫酸铜溶液 ②盛200mL0.01mol·L-1硫酸 ③盛200mL氯化锌溶液 ④盛200mL氯化钾溶液
(1)上述四种装置中,为电解池的是_____________(用编号回答),装置①中两电极的电极反应式分别是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(注明电极名称);
(2)用离子方程式回答:
通电时装置④中的总反应式是
________________________________________________________________________,
溶液中可能发生的副反应是
________________________________________________________________________;
(3)工作一段时间后,测得导线上均通过0.002mol电子,则上述四种装置中溶液pH最小的是 (用编号回答,溶液体积变化忽略不计);
(4)若将装置④中的外加电源拆去,用导线将两个电极连接,则Fe极上发生的反应是__________
______________________________________________________________,
C极上发生的反应是
________________________________________________________________________。
答案
基础再现·深度思考
考点一
1.电流 氧化反应 还原反应
2.电能 化学能
3.
(1)①电源 ②电解质溶液 熔融盐
③闭合回路
(2)
(3)①负极 阴极 阳极 正极 ②阴极 阳极
5.(从左至右,从上至下)4OH--4e-===O2↑+2H2O 4H++4e-===2H2↑ 水 O2
H2 增大 减小 H2O
4OH--4e-===O2↑+2H2O 4H++4e-===2H2↑ 水 O2 H2 增大 增大 H2O
4OH--4e-===O2↑+2H2O 4H++4e-===2H2↑ 水 O2 H2 增大 不变或略变化 H2O
2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-===H2↑
酸 非金属单质 H2 增大 通入HCl气体
2Cl--2e-===Cl2↑ Cu2++2e-===Cu 盐 非金属单质 金属单质 CuCl2
2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-===H2↑
水和盐 非金属单质 H2 增大 通入HCl气体
4OH--4e-===O2↑+2H2O 2Cu2++4e-===2Cu 水和盐 O2 金属单质
减小 CuO CuCO3
考点二
1.
(1)2Cl--2e-===Cl2↑ 氧化 2H++2e-===H2↑ 还原
(3)烧碱 氯气 氢气
2.
(1)阴 阳
(2)AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液
(3)Ag-e-===Ag+ Ag++e-===Ag
(4)阳 阴 不变
3.
(1)粗铜 纯铜 (3)Cu-2e-===Cu2+ Cu2++2e-===Cu
4.
(1)2Cl--2e-===Cl2↑ 2Na++2e-===2Na
(2)6O2--12e-===3O2↑ 4Al3++12e-===4Al
考点三
1.失去电子 金属阳离子 氧化反应
2.
(1)(从左至右,从上至下)非金属单质直接 电解质溶液 无 有微弱 氧化 氧化
电化学
(2)(从左至右,从上至下)水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 Fe-2e-===Fe2+ 2H++2e-===H2↑ O2+2H2O+4e-===4OH- Fe+2H+===Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
吸氧腐蚀
3.
(1)①原电池 a.负极 b.正极 ②电解 a.阴极 b.阳极
深度思考
1.
(1)2H2O
2H2↑+O2↑
(2)2HCl
H2↑+Cl2↑
(3)CuCl2
Cu+Cl2↑
(4)2Cl-+2H2O
Cl2↑+H2↑+2OH-
(5)2Cu2++2H2O
2Cu+O2↑+4H+
2.放H2生碱型的实质是水电离出的H+放电,破坏了水的电离平衡,使OH-浓度增大,放O2生酸型的实质是水电离出的OH-放电,破坏了水的电离平衡,使H+浓度增大。
3.用惰性电极电解时,若要使电解后的溶液恢复到原状态,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形成的化合物。
4.Ⅰ.2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
Ⅱ.Al+3HCO
-3e-===Al(OH)3+3CO2↑
5.
(1)铜电极逐渐溶解,有白色沉淀产生,溶液变为蓝色
(2)2Cu+4I--4e-===2CuI↓+I2
6.
(1)湿润的淀粉KI试纸变蓝
(2)防止H2和Cl2混合爆炸,防止Cl2与溶液中的NaOH反应。
7.
(1)4OH--4e-===2H2O+O2↑
(2)H+放电,促进水的电离,OH-浓度增大 (3)B
8.D 9.B 10.C 11.A
规律方法·解题指导
【例1】
(1)
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