届高考化学一轮复习电解池金属的腐蚀与防护学案Word版Word文档格式.docx
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金属(Au、Pt除外)电极>
S2->
I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根离子。
[注] ①阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
②阳极材料若是金属电极(Au、Pt除外),溶液中的阴离子不反应,电极金属失电子被氧化。
2.以惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
实例
阴、阳极电极反应
总反应方程式
pH
电解质溶
液复原
电解
水型
NaOH
H2SO4
Na2SO4
2H++2e-===H2↑、4OH--4e-===2H2O+O2↑
2H2O2H2↑+O2↑
增大
加水
减小
不变
质型
HCl
2H++2e-===H2↑、2Cl--2e-===Cl2↑
2HClH2↑+Cl2↑
加氯化氢
CuCl2
Cu2++2e-===Cu、2Cl--2e-===Cl2↑
CuCl2Cu+Cl2↑
-
加氯化铜
放H2
生碱
型
NaCl
2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
加氯
化氢
放O2
生酸
CuSO4
Cu2++2e-===Cu、4OH--4e-===O2↑+2H2O
2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2↑
加氧化铜
角度1 电解原理分析
1.如图所示为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是TiO2中的氧解离进入熔融盐中而得到纯钛。
下列说法中正确的是( )
A.a极是正极,石墨极是阴极
B.反应后,石墨电极的质量不发生变化
C.电解过程中,O2-、Cl-均向a极移动
D.阴极的电极反应式为TiO2+4e-===Ti+2O2-
D [TiO2发生还原反应得到纯钛,故加入高纯TiO2的电极是电解池的阴极,a极是电源的负极,石墨极是阳极,A项错误;
O2-在阳极发生氧化反应生成O2,高温下,石墨与O2反应生成CO、CO2,导致石墨质量减小,B项错误;
电解过程中,阴离子向阳极(石墨极)移动,C项错误;
TiO2中的氧解离进入熔融盐而得到纯钛,发生了还原反应,生成了Ti和O2-,D项正确。
]
2.如图所示,在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。
已知在此电压下,阴、阳离子根据放电能力顺序,都可能在阳极放电,下列分析正确的是( )
A.C1电极上的电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑
B.C1电极处溶液首先变黄色
C.C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2+-e-===Fe3+、2Cl--2e-===Cl2↑
D.当C1电极上有2g物质生成时,就会有2NA个电子通过溶液发生转移
C [C1电极与电源的负极相连,作阴极,溶液中的H+在阴极放电,电极反应式为2H++2e-===H2↑,A错误;
C1电极上H+放电生成H2,C2电极与电源的正极相连,作阳极,Fe2+的还原性强于Cl-,则依次发生的电极反应为Fe2+-e-===Fe3+、2Cl--2e-===Cl2↑,故C2电极处溶液先变黄色,B错误,C正确;
电子只能通过导线传递,不能通过溶液传递,D错误。
阴、阳极的判断方法
(1)根据外接电源:
正极连阳极,负极连阴极。
(2)根据电流方向:
从阴极流出,从阳极流入。
(3)根据电子流向:
从阳极流出,从阴极流入。
(4)根据离子流向:
阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。
(5)根据电极产物:
a.阳极:
电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2;
b.阴极:
析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。
角度2 电解池中电极反应式与电解方程式的书写
3.按要求书写
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液
阳极反应式:
________________________________________________________________________;
阴极反应式:
总反应离子方程式________________________________________________________________________。
(2)以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极反应式为________________________________________________________________________;
阴极反应式为________________________________________________________________________。
(3)用惰性电极电解MgCl2溶液
总反应离子方程式:
________________________________________________________________________。
(4)用铁作电极电解NaOH溶液
总反应方程式:
(5)惰性电极电解浓度均为0.1mol/L的NaCl和CuSO4的等量混合液,电解过程分三个阶段,写出三个阶段的两极反应式:
第一阶段:
__________,__________;
第二阶段:
第三阶段:
____________,__________。
[答案]
(1)4OH--4e-===O2↑+2H2O
4Ag++4e-===4Ag
4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+ 6H++6e-===3H2↑
(3)2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(4)Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2
Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑
(5)第一阶段:
阴极:
Cu2++2e-===Cu
阳极:
2Cl--2e-===Cl2↑
4OH--4e-===2H2O+O2↑
书写电解池电极方程式的常见失分点
(1)阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(2)要确保两极电子转移数目相同,且总反应式注明条件“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。
电解原理的应用
(对应复习讲义第75页)
1.氯碱工业
(1)电极反应
2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
2H++2e-===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式
(3)氯碱工业生产流程图
2.电镀与电解精炼铜
电镀
(Fe上镀Cu)
电解精炼铜
阳极
电极
材料
Cu
粗铜(含Zn、Fe、Ni、
Ag、Au等杂质)
反应
Cu-2e-===Cu2+
Cu-2e-===Cu2+(主)
Zn-2e-===Zn2+
Fe-2e-===Fe2+
Ni-2e-===Ni2+
阴极
电极材料
Fe
纯铜
电极反应
电解质溶液
CuSO4溶液
电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉积在电解池底部形成阳极泥
3.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:
2Cl--2e-===Cl2↑;
2Na++2e-===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑;
4Al3++12e-===4Al。
(1)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变。
( )
(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。
(3)电解冶炼镁、铝通常电解熔融MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融MgO和AlCl3。
(4)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。
(5)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2作电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌。
[提示]
(1)×
(2)×
(3)×
(4)√ (5)×
角度1 电解原理的一般应用
1.
(1)粗铜的电解精炼如图所示。
在粗铜的电解过程中,粗铜板应是图中电极________(填图中的字母);
在电极d上发生的电极反应式为
若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________________。
(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是________。
a.电能全部转化为化学能
b.粗铜接电源正极,发生氧化反应
c.溶液中Cu2+向阳极移动
d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
[答案]
(1)c Cu2++2e-===Cu Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方,Fe以Fe2+的形式进入电解质溶液中
(2)bd
2.利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。
LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图所示装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。
B极区电解液为__________溶液(填化学式),阳极电极反应式为__________,电解过程中Li+向__________电极迁移(填“A”或“B”)。
[解析] 根据电解装置图,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液,B极区产生H2,电极反应式为2H++2e-===H2↑,剩余OH-与Li+结合生成LiOH,所以B极区电解液应为LiOH溶液,B电极为阴极,则A电极应为阳极。
阳极区电解液应为LiCl溶液,电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑。
根据电流方向,电解过程中Li+向B电极迁移。
[答案] LiOH 2Cl--2e-===Cl2↑ B
角度2 电解原理的创新应用
3.(2017·
全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。
下列叙述错误的是( )
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
C [该电解池阳极发生的电极反应为2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+,铝化合价升高失电子,所以待加工铝质工件应为阳极,A正确。
阴极发生的电极反应为2H++2e-===H2↑,阴极可选用不锈钢网作电极,B正确,C错误。
电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D正确。
4.(2016·
全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和SO
可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A.通电后中间隔室的SO
向正极迁移,正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1mol电子的电量时,会有0.5mol的O2生成
B [A项,正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,由于生成H+,正极区溶液中阳离子增多,故中间隔室的SO
向正极迁移,正极区溶液的pH减小。
B项,负极区发生的反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,阴离子增多,中间隔室的Na+向负极迁移,故负极区产生NaOH,正极区产生H2SO4。
C项,由B项分析可知,负极区产生OH-,负极区溶液的pH升高。
D项,正极区发生的反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,当电路中通过1mol电子的电量时,生成0.25molO2。
5.(2018·
全国卷Ⅲ,T27(3))KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式________________________________________________________________________
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________,其迁移方向是________。
(3)与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有________________________(写出一点)。
[解析]
(1)电解法制备KIO3时,H2O在阴极得到电子,发生还原反应:
2H2O+2e-===2OH-+H2↑。
(2)电解池中阳离子向阴极移动,即由电极a向电极b迁移,阳离子交换膜只允许阳离子通过,故主要是K+通过阳离子交换膜。
(3)根据工艺流程分析,KClO3氧化法生成的Cl2有毒,且在调pH时加入KOH的量不易控制,另外,生成的KIO3中杂质较多。
[答案]
(1)2H2O+2e-===2OH-+H2↑
(2)K+ 由a到b (3)产生Cl2易污染环境等
常见交换膜介绍
(1)阳离子交换膜:
只允许阳离子通过,阴离子不能通过;
(2)阴离子交换膜:
只允许阴离子通过,阳离子不能通过;
(3)质子交换膜:
只允许H+通过,其他离子不能通过。
金属的腐蚀与防护
(对应复习讲义第77页)
1.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。
2.化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质液体等直接发生化学反应引起的腐蚀
不纯金属与电解质溶液接触,会形成原电池,
较活泼的金属失去电子被氧化腐蚀
特点
无电流产生
有微弱电流产生
普遍性
金属的电化学腐蚀比较普遍,而且危害性大,腐蚀速率大
3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜酸性
较强
较弱或中性
负极反应
正极反应
2H++2e-
===H2↑
O2+2H2O+4e-
===4OH-
总反应
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O
===2Fe(OH)2
其他反应
4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3、
Fe(OH)3→Fe2O3·
xH2O(铁锈)
吸氧腐蚀更普遍
4.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
a.负极:
比被保护金属活泼的金属;
b.正极:
被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—电解原理
a.阴极:
被保护的金属设备;
b.阳极:
惰性金属。
(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。
(3)加保护层,如电镀、喷漆、覆膜等。
(1)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。
(2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-===Fe3+。
(3)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈。
(4)在潮湿空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀。
(5)铜合金中铜在酸性较强的环境中可发生析氢腐蚀。
[提示]
(1)√
(2)×
(3)√ (4)×
(5)×
角度1 金属腐蚀快慢分析
1.(2019·
海淀月考)下列铁制品(铁钉或钢铁管道)易被腐蚀的是( )
D [A项,Fe被电源保护;
B项,钢铁输水管被Mg保护;
C项,铁管道被Zn保护;
D项,Cu使Fe发生电化学腐蚀。
2.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁(含杂质C)在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
A.②①③④⑤⑥
B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥
D.⑤③②④①⑥
C [①②③④是原电池,⑤⑥是电解池,金属被腐蚀由快到慢的顺序是:
电解池的阳极>
原电池的负极>
原电池的正极>
电解池的阴极。
判断金属腐蚀快慢的方法
(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀的快慢:
电解池原理引起的腐蚀>
原电池原理引起的腐蚀>
化学腐蚀>
有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说,腐蚀的快慢:
强电解质溶液中>
弱电解质溶液中>
非电解质溶液中。
(3)活泼性不同的两种金属,活泼性差异越大,腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀速率越快。
角度2 金属的电化学腐蚀与防护
全国卷Ⅰ)
支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。
下列有关表述不正确的是( )
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
C [A项,外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。
B项,被保护的钢管桩作阴极,高硅铸铁作阳极,电解池中外电路电子由阳极流向阴极,即从高硅铸铁流向钢管桩。
C项,高硅铸铁为惰性辅助阳极,其主要作用是传递电流,而不是作为损耗阳极。
D项,保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流,应根据环境条件变化进行调整。
4.利用下图装置进行实验,开始时,a、b两处液面相平,密封好,放置一段时间。
下列说法不正确的是( )
A.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小
B.一段时间后,a管液面高于b管液面
C.a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀
D.a、b两处具有相同的电极反应式:
A [左边是发生吸氧腐蚀,右边发生析氢腐蚀。
a处氧气得电子和水反应生成氢氧根离子,铁失电子生成二价铁离子,氢氧根离子和二价铁离子反应生成氢氧化亚铁沉淀,所以溶液的pH变化不大,b处氢离子发生还原反应生成氢气,溶液的pH增大,故A错误。
]
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