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1、第3節(jié)電解池金屬的腐蝕與防護,考綱要求:1.理解電解池的構成、工作原理及應用,能書寫電極反應和總反應方程式。(宏觀辨識與微觀探析) 2.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。(科學態(tài)度與社會責任),考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,電解原理 1.電解池 (1)電解池:把轉化為的裝置。 (2)構成條件: 與直流電源相連的兩個電極; 電解質溶液(或熔融鹽); 形成閉合回路。,電能,化學能,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,(3)工作原理(以惰性電極電解CuCl2溶液為例)。 總反應離子方程式:Cu2++2Cl-

2、 Cu+Cl2 電極。 陰極:與電源相連,電子,發(fā)生反應。 陽極:與電源相連,電子,發(fā)生反應。 電子和離子的移動方向。 電子:從電源流出后,流向電解池的;從電解池的流出,流向電源的。 離子:陽離子移向電解池的,陰離子移向電解池的。,氧化,還原,負極,得到,還原,正極,失去,氧化,負極,陰極,陽極,正極,陰極,陽極,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,2.電極反應式的書寫步驟與方法,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,自主練習 1.判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。 (1)電解池的陽極發(fā)生氧化反應,陰極發(fā)生還原反應 () (2)直流電源跟電解池

3、連接后,電子從電源負極流向電解池陽極 () (3)電解CuCl2溶液,陰極逸出的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊罱K變藍 () (4)用惰性電極電解飽和食鹽水,溶液的pH不變 () (5)某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應,通過電解可以實現(xiàn) () (6)電解NaCl溶液得到22.4 L H2(標準狀況),理論上需要轉移NA個電子 (),,,,,,,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,2.下列關于電解Na2SO4溶液的敘述正確的是() A.隨著電解的進行,溶液的pH升高 B.OH-向陽極移動,陽極附近溶液呈堿性 C. 向陽極移動,Na+向陰極移動,分別在對應的電極上析出 D.

4、陰極上H+得電子被還原成H2,使陰極附近的溶液呈堿性,D,解析電解Na2SO4溶液,實質上發(fā)生的是2H2O 2H2+O2,電解的過程中溶液pH不變,A項錯誤;陽極因發(fā)生反應4OH--4e-==O2+2H2O而破壞附近水的電離使c(H+)c(OH-),則陽極附近溶液呈酸性,B項錯;在陰、陽極上分別是H+、OH-放電,C項錯。,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,考向1電解基本原理及規(guī)律 例1(2018課標全國,13)最近我國科學家設計了一種CO2+H2S協(xié)同轉化裝置,實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示,其中電極分別為ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)

5、和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應為: EDTA-Fe2+-e-==EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3++H2S==2H++S+2EDTA-Fe2+,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,該裝置工作時,下列敘述錯誤的是() A.陰極的電極反應:CO2+2H++2e-==CO+H2O B.協(xié)同轉化總反應:CO2+H2S==CO+H2O+S C.石墨烯上的電勢比ZnO石墨烯上的低 D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性,答案,解析,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,易錯警示(1)判斷電解產(chǎn)物、書寫電極反應

6、式以及分析電解質溶液的變化時,首先要看陽極是活性材料還是惰性材料。 (2)書寫電解化學方程式時,應看清是電解的水溶液還是熔融電解質。Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在熔融狀態(tài)下放電。,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,歸納總結1.判斷電解池陰、陽極的常用方法,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,2.用惰性電極電解電解質溶液的規(guī)律,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,對點演練 下圖裝置中X和Y均為石墨電極,電解質溶液為500 mL某藍色溶液,電解一段

7、時間后,觀察到X電極表面有紅色的固態(tài)物質生成,Y電極有無色氣體生成;溶液中原有溶質完全電解后,停止電解,取出X電極,洗滌、干燥、稱量,電極增重1.6 g。下列有關說法中錯誤的是() A.X電極是陰極 B.Y電極產(chǎn)生氣體的體積為0.224 L C.電解后溶液的pH=1 D.要使電解后溶液恢復到電解前的狀態(tài),需加入一定量的CuO或CuCO3,答案,解析,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,,答案,解析,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,歸納總結電化學的計算技巧 原電池和電解池的相關計算,主要包括兩極產(chǎn)物的定量計算、相對原子質量的計算、阿伏加德羅常數(shù)

8、測定的計算、溶液pH的計算,根據(jù)產(chǎn)物的量求轉移電子的物質的量及根據(jù)轉移電子的物質的量求產(chǎn)物的量等。在進行有關計算時,可運用以下基本方法: (1)根據(jù)總反應式計算。 先寫出電極反應式,再寫出總反應式,最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。 (2)根據(jù)電子守恒計算。 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算,其依據(jù)是各電極上轉移的電子數(shù)相等。 用于混合溶液中電解的分階段計算。,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,(3)根據(jù)關系式計算。 根據(jù)得失電子守恒關系建立起已知量與未知量之間的橋梁,構建計算所需的關系式。 如以通過4 mol e-為橋梁可構建如下關系式:

9、,(式中M為金屬,n為金屬離子的化合價數(shù)值) 該關系式具有總攬電化學計算的作用,熟記電極反應式,靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。 提示在電化學計算中,還常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19 C來計算電路中通過的電量。,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,對點演練 用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液時,通電一段時間后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好使溶液恢復到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)。則電解過程中轉移電子的物質的量為() A.0.4 molB.0.5 molC.0.6 molD.0.8

10、mol,答案,解析,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應用 1.電解飽和食鹽水 (1)電極反應。 陽極:(反應類型:氧化反應), 陰極:(反應類型:還原反應)。 (2)總反應式。 總反應方程式:。 總反應離子方程式:。,2Cl--2e-==Cl2,2H++2e-==H2,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,(3)應用:氯堿工業(yè)制燒堿、氫氣和氯氣。,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,2.電解精煉銅,粗銅,精銅,Cu-2e-==Cu2+,Cu2++2e-==Cu,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵

11、能力考向突破,考點三,3.電鍍銅,精銅,待鍍金屬,Cu2+,Cu-2e-==Cu2+,Cu2++2e-==Cu,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,4.電冶金,2Cl--2e-==Cl2,2Na++2e-==2Na,2Cl--2e-==Cl2,Mg2++2e-==Mg,6O2--12e-==3O2,4Al3++12e-==4Al,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,自主練習 1.電鍍銅時,Cu2+濃度如何改變?電解精煉銅時,CuSO4溶液的濃度是否改變?,提示 電鍍銅時,電解質溶液中的Cu2+濃度不變;電解精煉銅時,粗銅中的Zn、Fe、Ni等比C

12、u活潑的金屬在陽極失去電子,陰極上只有Cu2+得電子,所以CuSO4溶液的濃度會降低。,考點一,考點二,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點三,2.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)上的應用。下列說法正確的是() A.氯堿工業(yè)中,X電極上反應式是4OH--4e-==2H2O+O2 B.電解精煉銅時,Z溶液中的Cu2+濃度不變 C.在鐵片上鍍銅時,Y是純銅 D.制取金屬鎂時,Z是熔融的氯化鎂,答案,解析,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,考向電解原理的應用 例(1)(2018課標全國,27節(jié)選)焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應用廣泛

13、?；卮鹣铝袉栴}: 制備Na2S2O5可采用三室膜電解技術,裝置如圖所示,其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為。電解后,室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結晶脫水,可得到Na2S2O5。,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,(2)(2017江蘇化學,16節(jié)選)電解Na2CO3溶液的原理如下圖所示。陽極的電極反應式為,陰極產(chǎn)生的物質A的化學式為。,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,歸納總結電解原理應用的四點注意事項 1.陽離子交換膜(以電解NaCl溶

14、液為例),只允許陽離子(Na+)通過,而阻止陰離子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通過,這樣既能防止H2和Cl2混合發(fā)生爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液反應生成NaClO而影響燒堿的質量。 2.電解或電鍍時,電極質量減小的電極必為金屬電極陽極;電極質量增加的電極必為陰極,即溶液中的金屬陽離子得電子變成金屬附著在陰極上。 3.電解精煉銅,粗銅中含有的Zn、Fe、Ni等活潑金屬失去電子,變成金屬陽離子進入溶液,其他活潑性弱于銅的雜質以陽極泥的形式沉積。電解過程中電解質溶液中的Cu2+濃度會逐漸減小。 4.電鍍時,陽極(鍍層金屬)失去電子的數(shù)目與陰極鍍層金屬離子得到電子的數(shù)目相等,因此電鍍液中電

15、解質的濃度保持不變。,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,對點演練 (2016課標全國,11)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示,采用惰性電極,ab、cd均為離子交換膜,在直流電場的作用下,兩膜中間的Na+和 可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。 下列敘述正確的是() A.通電后中間隔室的 離子向正極遷移,正極區(qū)溶液pH增大 B.該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品 C.負極反應為2H2O-4e-==O2+4H+,負極區(qū)溶液pH降低 D.當電路中通過1 mol電子的電量時,會有0.5 mol的O2生

16、成,答案,解析,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,金屬的電化學腐蝕與防護 1.金屬腐蝕的本質 金屬原子變?yōu)?金屬發(fā)生氧化反應。,失去電子,金屬陽離子,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,2.金屬腐蝕的類型 (1)化學腐蝕與電化學腐蝕:,電解質溶液,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵的腐蝕為例):,注意鐵銹的形成:4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3, 2Fe(OH)3==Fe2O3xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O。,2H++2e-==H2,O2+2H2O+4e-==4O

17、H-,吸氧,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,3.金屬腐蝕的防護措施,原電池,電解池,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考點一,考點二,考點三,自主練習 1.判斷正誤,正確的畫“”,錯誤的畫“”。 (1)純銀器在空氣中因化學腐蝕表面漸漸變暗 () (2)金屬的電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍 () (3)銅在酸性環(huán)境中易發(fā)生析氫腐蝕 () (4)當鍍錫鐵制品的鍍層破損時,鍍層仍能對鐵制品起保護作用 () (5)犧牲陽極的陰極保護法是利用電解原理防腐蝕 () (6)將鋼閘門與浸入海水的鋅塊用導線相連,可防止鋼閘門被腐蝕 (),,,,,,,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,

18、考點一,考點二,考點三,2.(2018湖南衡陽八中高三月考)埋在地下的鋼管道可以用如圖所示方法進行電化學保護。下列說法正確的是 () 潮濕的堿性土壤 A.該方法將電能轉化成化學能 B.在此裝置中鋼管道作正極 C.該方法稱為“外加電流的陰極保護法” D.鎂塊上發(fā)生的電極反應為O2+2H2O+4e-==4OH-,答案,解析,考點一,考點二,考點三,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,考向金屬的腐蝕與防護 例(2018北京理綜,12)驗證犧牲陽極的陰極保護法,實驗如下(燒杯內均為經(jīng)過酸化的3% NaCl溶液)。,考點一,考點二,考點三,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,下列說法不正確的是() A

19、.對比,可以判定Zn保護了Fe B.對比,K3Fe(CN)6可能將Fe氧化 C.驗證Zn保護Fe時不能用的方法 D.將Zn換成Cu,用的方法可判斷Fe比Cu活潑,答案,解析,考點一,考點二,考點三,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,易錯警示金屬越活潑,就越容易失去電子而被腐蝕,金屬活動性順序中位于氫前面和氫后面的金屬都能發(fā)生吸氧腐蝕,但只有在金屬活動性順序中排在氫前面的金屬才可能發(fā)生析氫腐蝕。,考點一,考點二,考點三,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,歸納總結判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 (1)純度越高的金屬,腐蝕速率越小。 (2)不純的金屬或合金,在潮濕的空氣中腐蝕速率遠大于在干燥、隔絕空氣條

20、件下的腐蝕速率。 (3)對于活動性不同的兩種金屬的合金,活動性差別越大,形成原電池時氧化還原反應速率越大,活潑金屬腐蝕越快。 (4)在同一電解質溶液中,金屬腐蝕由快到慢的順序:電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕應用原電池原理有保護措施的腐蝕應用電解原理有保護措施的腐蝕?；螂娊獬仃枠O原電池負極化學腐蝕原電池正極電解池陰極。 (5)其他條件相同時,同一種金屬在不同介質中腐蝕由快到慢的順序:強電解質溶液弱電解質溶液非電解質溶液。,考點一,考點二,考點三,必備知識自主預診,關鍵能力考向突破,對點演練 (2017課標全國,11)支撐海港碼頭基礎的鋼管樁,常用外加電流的陰極保護法進行防腐,工作

21、原理如圖所示,其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是() A.通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零 B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁 C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流 D.通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調整,答案,解析,2,3,4,1,1,2,3,4,1.金屬鎳有廣泛的用途,粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質,可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述中正確的是(已知:氧化性Fe2+

22、中存在的陽離子只有Fe2+和Zn2+ D.電解后,電解槽底部的陽極泥中只有Cu和Pt,答案,解析,1,2,3,4,2.(2017課標全國,11,6分)用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜,電解質溶液一般為H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是() A.待加工鋁質工件為陽極 B.可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極 C.陰極的電極反應式為:Al3++3e-==Al D.硫酸根離子在電解過程中向陽極移動,答案,解析,1,2,3,4,3.(2018廣東汕頭一模)在日常生活中,我們經(jīng)?？吹借F制品生銹、鋁制品表面出現(xiàn)白斑等眾多的金屬腐蝕現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^下列裝置所示實驗進行探究。下列說法正確的

23、是() A.按圖裝置實驗,為了更快更清晰地觀察到液柱上升,可采用酒精燈加熱具支試管的方法 B.圖是圖所示裝置的原理示意圖,圖的正極材料是鐵 C.鋁制品表面出現(xiàn)白斑可以通過圖裝置進行探究,Cl-由活性炭區(qū)向鋁箔表面遷移,并發(fā)生電極反應:2Cl--2e-==Cl2 D.圖裝置的總反應為4Al+3O2+6H2O==4Al(OH)3,生成的Al(OH)3進一步脫水形成白斑,答案,解析,1,2,3,4,4.(2019黑龍江大慶實驗中學高三上月考)鋁表面在空氣中天然形成的氧化膜耐磨性和抗蝕性不夠強?？刂埔欢ǖ臈l件,用如圖所示的電化學氧化法,可在鋁表面生成堅硬致密、耐腐蝕的氧化膜。下列有關敘述正確的是() A.陰極上有金屬鋁生成 B.電極A為石墨,電極B為金屬鋁 C.OH-在電極A上放電,有氧氣生成 D.陽極的電極反應式為2Al-6e-+3H2O==Al2O3+6H+,答案,解析,