【高中化学】一轮复习学案:9.2 电解池 金属的电化学腐蚀与防护(选修)
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【高三】2021届高考化学电解池金属的电化学腐蚀与防护复习教案2021届高考化学第一轮复习必修部分讲义第八单元第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护解读与阐释考纲要求权威解读1.了解电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式;2.理解金属发生电化学腐蚀的原因,金属腐蚀的危害,防止金属腐蚀的措施。
常见的考查形式:①电解池的工作原理及电极反应式的书写;②有关电化学的计算;③判断金属的电化学腐蚀及一般的防腐方法。
梳理与整合一、电解原理导学诱思怎样判断原电池与电解池?答:________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
教材回归1.电解定义使电流通过溶液或熔融而在______两极引起________反应的过程叫做电解。
注意:电解不同于电解质的电离,电离是电解的前提;电解质溶液导电的过程,就是电解质溶液的电解过程。
2.电解池将____能转化为____能的装置叫做电解池。
电解池是由____电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成。
3.原理图示原电池和电解池电极的判断是难点也是重点,为了方便记忆,我们可采取口诀的方法记忆:原电池,正负极;电解池,阴阳极;失去电子负(原电池)阳(电解池)极;发生氧化定无疑。
二、电解原理的应用导学诱思工业上怎样制取烧碱:______________;怎样冶炼金属钠或铝:__________________;怎样提纯铜:__________。
教材回归1.电解饱和食盐水(1)电极反应阳极:__________________________;阴极:________________________。
(2)电池总反应方程式:_____________________________________________________。
第8章第2节 电解池 金属的腐蚀与防护1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
了解电解池的工作原理,认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害,了解防止金属腐蚀的措施。
2.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。
能利用电化学原理解释金属腐蚀现象,选择并设计防腐措施。
3.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。
能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题。
1.本部分主要考查:(1)电解池的工作原理,如电解池阴阳极的判断、电极反应式的书写及溶液pH的变化等。
(2)电解规律及其应用,如氯碱工业、粗铜的精炼、电镀等。
(3)金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措施。
题型有选择题、填空题。
2.对电解原理的复习应该针对以下几点:(1)理解电解池基本原理;(2)阴、阳电极的判断;(3)电极反应类型;(4)电极反应式;(5)电子或电流流向。
内容索引第一环节 必备知识落实第二环节 关键能力形成第三环节 核心素养提升实验探源第一环节 必备知识落实1电解池原理及其应用知识筛查1.电解2.电解池(1)定义:电解池是把电能转变为化学能的装置。
(2)电解池的构成条件:①有外接直流电源;②有与电源相连的两个电极;③形成闭合回路;(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)。
(4)电解原理示意图。
特别提醒(1)“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属电极。
金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时,称为惰性电极,主要有铂(Pt)、石墨等。
(2)电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流的,即电子不通过电解质溶液。
3.判断电解池阴极、阳极常用的方法判断方法阳极阴极电源正负极与正极相连与负极相连闭合回路导线中电子流出电子流入电解质溶液中阳离子移离阳离子移向阴离子移向阴离子移离电极反应得失电子失电子得电子化合价升高降低反应类型氧化反应还原反应电极质量通常减小或不变通常增大或不变4.用惰性电极电解电解质溶液的一般规律特别提醒分析电解池注意“两看”:(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe 在阳极失电子生成Fe2+)。
电解池金属腐蚀与防护考点一电解原理[知识梳理]一、电解和电解池1.电解:在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2.电解池:将电能转化为化学能的装置。
3.电解池的构成(1)有与电源相连的两个电极。
(2)电解质溶液(或熔融电解质)。
(3)形成闭合回路。
二、电解池的工作原理电子和离子的移动方向(1)电子:从电源的负极流出后,流向电解池的阴极;从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
(2)离子:阳离子移向电解池的阴极,阴离子移向电解池的阳极。
三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写步骤1.阴、阳极的判断(1)根据外接电源的正、负极判断电源正极连接阳极,电源负极连接阴极。
(2)根据电极产物判断电极溶解、逸出O2(或电极区变酸性)或逸出Cl2的一极为阳极;析出金属或逸出H2(或电极区变碱性)的一极为阴极。
2.电极反应式的书写步骤(1)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 -)。
(2)排出阴、阳两极的放电顺序①阳极活性电极:金属做阳极(Pt、Au除外),金属本身被电解;惰性电极(Pt、Au、石墨等):还原性强的离子先放电,放电顺序为S2->I->Br->Cl->OH ->含氧酸根离子。
②阴极(放电顺序与电极材料无关)氧化性强的离子先放电,放电顺序为Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸中)>Fe2+>Zn2+>H+(水中)。
(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)最常用、最重要的放电顺序为阳极:Cl->OH-;阴极:Ag+>Cu2+>H+。
(3)电解水溶液时,K+~Al3+不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
(3)写出两极电极反应式①阳极:活性电极失去电子生成相应的金属阳离子;溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。
第20讲电解池金属的腐蚀与防护复习目标1.认识电能与化学能相互转化的实际意义及其重要应用。
2.了解电解池的工作原理,认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
3.了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害,了解防止金属腐蚀的措施。
4.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。
考点一电解原理必备知识整理1.电解与电解池(1)电解:使________通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起____________的过程。
(2)电解池:将______直接转化为______的装置。
(3)电解池的构成①有与________相连的两个电极;②________溶液(或________);③形成________。
2.电解池的工作原理(1)工作原理(2)以惰性电极电解CuCl2溶液为例分析电子和离子的移动方向(惰性电极))3.阴、阳两极上的放电顺序 (1)阴极(与电极材料无关)氧化性强的先放电,放电顺序如下:阳离子放电顺序:Ag +>Fe 3+>Cu 2+>H +(酸)>Fe 2+>Zn 2+>H +(水)>Al 3+>Mg 2+。
①若金属阳离子(Fe 3+除外)放电,则得到相应金属单质;若H +放电,则得到H 2。
②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律,即得(失)电子能力强的离子先放电。
(2)阳极(与电极材料有关) ①活性电极作阳极(除Au 、Pt 以外的金属),则活性电极本身失去电子,发生氧化反应。
Cu -2e -===Cu 2+,Fe -2e -===Fe 2+。
②惰性电极作阳极(Pt 、Au 、石墨碳棒) 离子的放电顺序如下:4.惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)示例:用惰性电极电解CuSO 4溶液(放O 2生酸型)阳极反应式:2H 2O -4e -===O 2↑+4H +(或4OH --4e -===2H 2O +O 2↑)阴极反应式:2Cu 2++4e -===2Cu电解总反应式:2CuSO 4+2H 2O=====电解2Cu +O 2↑+2H 2SO 4 微点拨(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。
第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护[考纲要求] 1.了解电解池的工作原理,能写出电极反应和电池反应方程式。
2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点一电解的原理1.电解定义在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2.能量转化形式电能转化为化学能。
3.电解池(1)构成条件1有与电源相连的两个电极。
2电解质溶液(或熔融盐)。
3形成闭合回路。
(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子移动方向1电子:从电源负极流向电解池的阴极;从电解池的阳极流向电源的正极。
2离子:阳离子移向电解池的阴极;阴离子移向电解池的阳极。
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。
注意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最常用、最重要的放电顺序是:阳极,Cl—>OH—;阴极:Ag+>Cu2+>H+。
3电解水溶液时,K+~Al3+不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
(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)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
深度思考1.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)22答案放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O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。
第二节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护【高考目标定位】【考纲知识梳理】一、 电解原理1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应 的过程.2.电解池:(也叫电解槽)把电能转变为化学能的装置. 3.电解池的工作原理 以电解CuCl2溶液为例(1)电极名称和电极反应与电源正极相连的为阳极,发生氧化反应,电极反应式2Cl --2e -=== Cl 2↑ 与电源负极相连的为阴极,发生还原反应,电极反应式为:Cu 2++2e -=== Cu (2)总反应方程式:二、电解原理的应用 1.电解饱和食盐水(1)电极反应:阳极2Cl --2e -=== Cl 2↑ 阴极:2H ++2e -=== H 2↑ (2)总反应方程式:(3)应用:氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。
2.电镀铜或电解精炼铜(1)两极材料:待镀金属或精铜做阴极,镀层金属或粗铜做阳极。
(2)电极反应:阳极:阴极:3.电解冶炼钠(电解熔融NaCl)(1)电极反应:阳极 .阴极:(2)总反应方程式:三、金属的腐蚀与防腐化学腐蚀:腐蚀过程中无电流产生1.金属腐蚀分类电化学腐蚀:腐蚀过程中有电流产生2.钢铁腐蚀的电化学原理(1)析氢腐蚀(酸性较强环境中)负极:Fe → Fe2+ + 2e-正极:2H+ + 2e-→ H2↑电池反应为 Fe + 2H+ == Fe2+ + H2↑(2)吸氧腐蚀(中性或酸性很弱环境中)负极: Fe → Fe2+ + 2e-正极:2H2O + O2 + 4e—→ 4OH-电池反应为 2Fe+ O2 + 2H2O == Fe(OH)23.金属的保护(1)在金属表面覆盖保护层(如油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶、电镀、钝化等)(2)电化学保护法(3)改变金属的内部组织结构【要点名师精解】一、电解规律及相关计算1.以惰性电极电解电解质溶液的类型2.电化学计算的基本方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。
电解第二节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护【高考新动向】【考纲全景透析】一、电解原理1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程.2.电解池:(也叫电解槽)把电能转变为化学能的装置. 3.电解池的组成和工作原理(以电解CuCl 2溶液为例)总反应方程式:Cu 2++2Cl -==== Cl 2↑+ Cu二、电解原理的应用1.电解饱和食盐水(1)电极反应:阳极2Cl --2e -==== Cl 2↑ 阴极 2H ++2e -==== H 2↑ (2)总反应方程式:2NaCl+ 2H 2O ====2NaOH+Cl 2↑+H 2↑ (3)应用:氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。
2.电镀铜或电解精炼铜3.电解冶炼钠(电解熔融NaCl)⑴电极反应:阳极:--2↑ 阴极:2Na ++2e -==2Na⑵总反应方程式:2↑ ⑶应用:冶炼Na 、Mg 、Al 等活泼金属。
三、金属的腐蚀与防护1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较(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①牺牲负极的正极保护 ——原电池原理 正极:被保护的金属设备 。
负极:比被保护的金属活泼的金属。
②外加电流的阴极保护——电解原理阴极:被保护的金属设备。
阳极:惰性电极(3)添加缓蚀剂。
【热点难点全析】※考点一原电池、电解池、电镀池的比较类型原电池电解池本质化学能转化为电能电能转化为化学能装置判断无外加电源有外加电源电极判断负极:还原性较强的极或电子流出的极正极:还原性较弱的极或电子流入的极阳极:与直流电源正极相连的极阴极:与直流电源负极相连的极电极上的反应(1)负极本身或还原剂失去电子发生氧化反应(2)正极:溶液中某些阳离子或氧化剂得到电子(1)阳极发生氧化反应即阳极金属或溶液中阴离子失去电子的反应(2)阴极本身不反应,溶液中的阳离子得到电子发生还原反应电子流向负极→外电路→正极电源负极→由导线→阴极→由溶液→阳极→电源正极电流方向正极→外电路→负极电源正极→由导线→阳极→由溶液→阴极→电源负极应用铅蓄电池电镀、精炼、冶金【警示】(1)判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源,有时并无外加电源,存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源,另一个装置则是电解池。
(2)二次电池的放电过程是原电池,充电过程是电解池。
原电池的两极称为正、负极,是由两极材料的相对活泼程度决定。
(原电池的正、负极在内电路中有时也分别称为阴极、阳极)电解池的两极称为阴、阳极,是由外接电源决定。
无论是原电池还是电解池,阳离子总是向阴极移动,阴离子总是向阳极移动。
1.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Ag +>Fe 3+>Cu 2+>H +>Pb 2+>Sn 2+>Fe 2+>Zn 2+,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。
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 、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S 2-> I ->Br ->Cl ->OH ->含氧酸根。
2.电极方程式、电解方程式的书写书写电解反应的一般步骤是:以写出用石墨做电极电解CuSO 4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。
第一步:明确溶液中存在哪些离子溶液中的阳离子:Cu 2+、H +,阴离子:OH -、SO 2-4。
第二步:判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序 阴极:Cu 2+>H +阳极:OH ->SO 2-4第三步:写电极反应式和总的电解方程式 阴极:2Cu 2++4e -===2Cu阳极:4OH --4e -===2H 2O +O 2↑或2H 2O -4e -===O 2↑+4H+使得失电子数相等,两极反应式相加得总方程式:2Cu 2++2H 2O=====电解2Cu +O 2↑+4H +(离子方程式)或2CuSO 4+2H 2O=====电解2Cu +O 2↑+2H 2SO 4。
[注意] ①上述例子中的电极若换成铜棒,阳极电极反应式为:Cu -2e -===Cu 2+,阴极电极反应式不变。
②电极反应式的书写要以实际放电的离子表示,但电解方程式的书写中,弱电解质要以分子式的形式书写。
如本例中的阳极反应式可写为OH -,但是电解总反应方程式则必须写为H 2O 。
【典例1】(2012·潍坊模拟)有关下列装置的叙述不正确的是( )A.图①铝片发生的电极反应式是:Al+4OH--3e-====AlO2-+2H2OB.图②发生析氢腐蚀,离子方程式为:Fe+2H+====Fe2++H2↑C.图③溶液中发生的变化:4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3D.图④充电时,阳极反应是:PbSO4+2H2O-2e-====PbO2+SO42-+4H+【解析】选B。
图①中铝片作负极,镁片作正极,铝被氧化;图②发生析氢腐蚀,但醋酸为弱电解质,不能拆分;图③发生吸氧腐蚀,空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化;图④是铅蓄电池,放电时,PbO2被还原为PbSO4,充电时,硫酸铅被氧化为二氧化铅。
※考点二电解规律及电解的相关计算1.以惰性电极电解电解质溶液的类型2.电解时的放电顺序与电极产物的判断(1)电解池电极的判断(2)电解时电极产物的判断①阳极产物的判断首先看电极,如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag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;如是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要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,阴离子放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F-。
②阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反,其中Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+。
3.电解池中有关量的计算或判断解题依据是得失电子守恒,其解题方法有守恒法、总反应式法、关系式法。
(1)根据守恒法计算: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。
(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。
【典例2】用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)。
则电解过程中共转移电子的物质的量是( )A.0.8 molB.0.6 molC.0.5 molD.0.4 mol【解析】选B 。
加入0.1 mol 碱式碳酸铜[Cu 2(OH)2CO 3] 恢复原状,可将0.1 mol [Cu 2(OH)2CO 3]分解成0.2 mol CuO 、0.1 mol H 2O 、0.1 mol CO 2(因它可从溶液中跑掉,可忽略),由此说明有0.2 mol 硫酸铜电解完成后,又有0.1 mol H 2O 发生电解,故电子转移的物质的量应为电解CuSO 4和电解水电子 转移的量之和:0.4 mol+0.2 mol=0.6 mol 。
【高考零距离】【2012年高考】1、(2012·浙江高考·10)以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下:下列说法不正确的是A .在阴极式,发生的电极反应为:2H 2O +2e-2OH ―+H 2↑B .在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区H +浓度增大,平衡224CrO -+2H 227Cr O -+H 2O 向右移动C .该制备过程总反应的化学方程式为:4K 2CrO 4+4H 2O通电2K 2Cr 2O 7+4KOH +2H 2↑+2O 2↑D .测定阳极液中K 和Cr 的含量,若K 与Cr 的物质的量之比(n K /n Cr )为d ,则此时铬酸钾的转化率为α=1-0.5d【解题指南】解答本题时应注意以下两点: (1)看清阴阳极的电极材料; (2)阴阳极上放电的离子分析。
【解析】选D 。
有反应的装置分析,惰性电极为阳极,则电解该溶液的实质是电解水,所以阳极是溶液中的氢氧根离子失电子,而阴极是氢离子得电子,故在阴极发生的电极反应为2H 2O +2e-2OH ―+H 2↑,A对;由于阳极氢氧根放电所以剩余大量的氢离子会使氢离子的浓度变大,故使平衡224CrO -+2H+227Cr O -+H 2O 向右移动,B 对;根据阴阳极放电的离子可以得知总反应为4K 2CrO 4+4H 2O 通电2K 2Cr 2O 7阳离子交换膜KOH 稀24K CrO 溶液+4KOH+2H2↑+2O2↑,C对;根据B选项中的转化关系,阳极4K2CrO4~2K2Cr2O7,设共有4mol K2CrO4,则在阳极每转化xmol K2CrO4,就减少xmol钾离子,即n K/n Cr=(8-x):4=d,解得铬酸钾的转化率为α=x/4=(8-4d)/4=2-d,D不正确。
2、(2012·海南高考·3)下列各组中,每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是A. HCl、 CuCl2、 Ba(OH)2B. NaOH、CuSO4、 H2SO4C. NaOH、H2SO4、 Ba(OH)2D. NaBr、 H2SO4、 Ba(OH)2【解析】考查基本电解原理。
电解时只生成氧气和氢气,则电解质所含阳离子在金属活动顺序表位于铜之前,阴离子不是简单离子。
【答案】C3、(2012·海南高考·4)下列实验操作正确的是A.可用氨水除去试管内壁上的银镜B.硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中C.将三氯化铁溶液蒸干,可制得无水三氯化铁D.锌与稀硫酸反应时,要加大反应速率可滴加少量硫酸铜【解析】银镜用稀硝酸除去;硅酸钠是一种矿物胶不能用玻璃塞的瓶;蒸干三氯化铁时FeCl3水解,得不到晶体。
【答案】D4、(2012·广东高考·7)化学与生活息息相关,下列说法不正确的是A 用食醋可除去热水壶内壁的水垢B 淀粉,油脂和蛋白质都是高分子化合物C 自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致D新型复合材料使手机、电脑等电子产品更轻巧、实用和新潮【解题指南】解答本题时应从化学与生活的角度考虑【解析】选B。