電解池,金屬腐蝕

1、第六章第六章 化學(xué)反應(yīng)與能量化學(xué)反應(yīng)與能量第四節(jié)第四節(jié) 電電 解解 池池 金屬的金屬的腐蝕與防腐腐蝕與防腐一、電解原理一、電解原理1、電解：、電解： 使電流通過電解質(zhì)溶液而使電流通過電解質(zhì)溶液而在在陽陽、陰陰兩極引起兩極引起氧化氧化還原還原反應(yīng)反應(yīng)的過程。的過程。2、電解池（、電解池（電解槽電解槽）：）：把把電能電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為化學(xué)能化學(xué)能的裝置的裝置CuCl2溶液在電流的作用下發(fā)生了溶液在電流的作用下發(fā)生了化學(xué)變化，分解生成了化學(xué)變化，分解生成了Cu和和Cl2一、電解原理一、電解原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-2：用惰性用惰性(石墨石墨)電極電解氯化銅溶液電極電解氯化銅溶液陰極陰極陽極陽極氯氯氣氣銅銅CuC

2、l2溶液溶液有氣泡，氣體有刺有氣泡，氣體有刺激性氣味，并能使激性氣味，并能使 濕潤的濕潤的KI-淀淀 粉試紙變藍(lán)粉試紙變藍(lán)碳棒上有一層紅色碳棒上有一層紅色的物質(zhì)析出的物質(zhì)析出現(xiàn)象：現(xiàn)象： 陰極：陰極： 陽極：陽極：銅銅Cl2 結(jié)論：結(jié)論：CuCu2+2+ e-e-ClCl- -oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooCl2oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooClCl- -Cu陽陽極極陰陰極極H H+ +OHOH- -離子：陽離子離子：陽離子流向流向陰極陰極 陰離子陰離子流向流向陽極陽極 （異性相吸）

3、（異性相吸）電子：電源負(fù)極電子：電源負(fù)極陰陰極極 陽極陽極電源正極電源正極（還原反應(yīng)）（還原反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）3、形成電解池的條件、形成電解池的條件有兩個(gè)電極有兩個(gè)電極電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液或或熔化熔化的電解的電解質(zhì)質(zhì)形成閉合回路形成閉合回路有有直流直流電源電源4 4、電解池的離子放電順序、電解池的離子放電順序陰極陰極: :陽極：陽極：（氧化性（氧化性強(qiáng)者優(yōu)先強(qiáng)者優(yōu)先）（還原性還原性強(qiáng)者優(yōu)先強(qiáng)者優(yōu)先）【思考思考1 1】電解后】電解后CuCl2的濃度如何變化？的濃度如何變化？怎樣使電解質(zhì)溶液復(fù)原？怎樣使電解質(zhì)溶液復(fù)原？【思考思考2 2】電解】電解CuSO4CuSO4溶液時(shí)，寫出溶液時(shí)，

4、寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)電極反應(yīng)和總反應(yīng). .怎樣使電解質(zhì)溶怎樣使電解質(zhì)溶液復(fù)原？液復(fù)原？【思考思考3 3】在電解氯化銅溶液的裝置】在電解氯化銅溶液的裝置中，若把電解質(zhì)換成中，若把電解質(zhì)換成K K2 2S S，其，其PHPH如何如何變化？寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)。變化？寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)。加適量的氧化銅加適量的氧化銅 陰陰 極：極：2H+ + 2e = H2 陽陽 極：極：S2-2e = S【思考思考4 4】硫化鉀溶液換成熔融的氫氧】硫化鉀溶液換成熔融的氫氧化鈉，其結(jié)果又如何呢？寫出電極反應(yīng)?；c，其結(jié)果又如何呢？寫出電極反應(yīng)。總反應(yīng)：總反應(yīng)： S2- + 2H2O = 2OH- + H2 + S

5、電解電解陰極陰極Na+ + e- = Na陽極陽極4OH- - 4e- = 2H2O + O2PH增大增大小結(jié)小結(jié)1：分析電解反應(yīng)分析電解反應(yīng)(用惰性電極時(shí)用惰性電極時(shí))的一般思路：的一般思路：明確溶液中存在哪些離子明確溶液中存在哪些離子根據(jù)陽極氧化、陰極還原以及氧化性、根據(jù)陽極氧化、陰極還原以及氧化性、還原性強(qiáng)弱判斷反應(yīng)的離子先后，還原性強(qiáng)弱判斷反應(yīng)的離子先后，最后分析得出產(chǎn)物最后分析得出產(chǎn)物陰陽兩極附近有哪些離子陰陽兩極附近有哪些離子電解池電解池能量轉(zhuǎn)換能量轉(zhuǎn)換離子的遷移離子的遷移方向方向發(fā)生氧化反發(fā)生氧化反應(yīng)的電極應(yīng)的電極 發(fā)生還原反發(fā)生還原反應(yīng)的電極應(yīng)的電極反應(yīng)能否自反應(yīng)能否自發(fā)發(fā) 電

6、能轉(zhuǎn)為化學(xué)能電能轉(zhuǎn)為化學(xué)能陽極（接正極）陽極（接正極）陰極（接負(fù)極）陰極（接負(fù)極）陰離子向陽極陰離子向陽極陽離子向陰極陽離子向陰極原電池原電池化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能負(fù)極負(fù)極正極正極陰離子向負(fù)極陰離子向負(fù)極陽離子向正極陽離子向正極相同點(diǎn)相同點(diǎn)(從原理分析從原理分析)都是氧化還原反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng)小結(jié)小結(jié)3：原電池與電解池的比較原電池與電解池的比較:不自發(fā)不自發(fā)自發(fā)自發(fā)陰極陰極陽極陽極氧氧氣氣氫氫氣氣Na2SO4溶液溶液電極反應(yīng) 溶液濃度 PH 復(fù)原小結(jié)小結(jié)4：電解規(guī)律電解規(guī)律1、指出、指出A、B池的名稱、電極名稱、電池的名稱、電極名稱、電極反應(yīng)式、二池極反應(yīng)式、二池pH值的變化情況。值的

7、變化情況。（ A ）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe2、寫出下列裝置的電極反應(yīng)式，并判、寫出下列裝置的電極反應(yīng)式，并判斷斷A、B、C溶液溶液PH值的變化。值的變化。-+陰極陰極陽極陽極陰極陰極陽極陽極陽極陽極陰極陰極3、下圖所示裝置中，下圖所示裝置中，a、b都是惰都是惰性電極，通電一段時(shí)間后，性電極，通電一段時(shí)間后，b極附極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是近溶液呈紅色。下列說法正確的是AX是正極，是正極，Y是負(fù)極是負(fù)極BCuSO4溶液的溶液的PH值不變值不變CCuSO4溶液的溶液的PH值逐漸減小值逐漸減小DX是負(fù)極，是負(fù)極，Y是正極是正

8、極a X Y bPtCuCuSO4溶液溶液NaCl和酚酞溶液和酚酞溶液AC 二、電解原理的應(yīng)用二、電解原理的應(yīng)用1、氯堿工業(yè)（、氯堿工業(yè)（電解飽和食鹽水電解飽和食鹽水）陽極陽極2Cl - 2e- = Cl2陰極陰極2H+ + 2e- = H2 電極反應(yīng)：電極反應(yīng)：陰極陰極陽極陽極氧化反應(yīng)氧化反應(yīng) 還原反應(yīng)還原反應(yīng)OHHClOHCl222222電解2NaCl+2H2O 2NaOH +Cl2+H2 通 電 若電解前向溶液中滴加酚酞，通電后現(xiàn)若電解前向溶液中滴加酚酞，通電后現(xiàn)象為：象為：_ ，兩極極板上都有氣體產(chǎn)生，如何檢驗(yàn)兩極極板上都有氣體產(chǎn)生，如何檢驗(yàn)氣體的種類？氣體的種類？ 陰極附近的溶液無色

9、變?yōu)殛帢O附近的溶液無色變?yōu)榧t色紅色陽極陽極:產(chǎn)生產(chǎn)生刺激刺激氣體使?jié)駳怏w使?jié)?潤潤KI淀粉試紙變藍(lán)色淀粉試紙變藍(lán)色. 陰極陰極: :產(chǎn)生無色、產(chǎn)生無色、 無味氣體無味氣體(2)避免生成物H2和Cl2混合, 因?yàn)? .(1)避免Cl2接觸NaOH溶液會(huì)反應(yīng),使產(chǎn)品不純,反應(yīng)方程式: .Cl2 +2 NaOH =NaCl + NaClO + H2O混合遇火或遇強(qiáng)光爆炸混合遇火或遇強(qiáng)光爆炸解決解決方法:使用離子交換膜使用離子交換膜電解飽和食鹽水必須解決兩個(gè)主要問題電解飽和食鹽水必須解決兩個(gè)主要問題第一個(gè)問題：第一個(gè)問題：離子交換膜電解槽離子交換膜電解槽陽離子交換膜：陽離子交換膜：只允許陽離子通過只允

10、許陽離子通過(Cl、OH離子和氣體不能通過離子和氣體不能通過)，把電解槽，把電解槽隔成陰極室和陽極室。隔成陰極室和陽極室。 氯堿工業(yè)氯堿工業(yè):離子交換膜法制燒堿離子交換膜法制燒堿（1）生產(chǎn)設(shè)備名稱：）生產(chǎn)設(shè)備名稱：+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡鹽水淡鹽水NaOH溶液溶液精制飽和精制飽和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）離子交換膜離子交換膜 陽陽 極極金屬鈦網(wǎng)金屬鈦網(wǎng)陰陰 極極碳鋼網(wǎng)碳鋼網(wǎng)陽陽極極室室陰陰極極室室第二個(gè)問題：第二個(gè)問題：精制食鹽水精制食鹽水3、所有試劑只有過量才能除盡，、所有試劑只有過量才能除盡，你能設(shè)計(jì)一個(gè)合理的順序逐一除你能設(shè)計(jì)一個(gè)合理的順序逐一除雜嗎？

11、雜嗎？2、用什么試劑除去、用什么試劑除去Ca2+ 、Mg2+、 Fe3+ 、SO421、用什么方法除去泥沙？、用什么方法除去泥沙？電解飽和食鹽水必須解決兩個(gè)主要問題電解飽和食鹽水必須解決兩個(gè)主要問題粗鹽提純粗鹽提純雜質(zhì)的除去過程：雜質(zhì)的除去過程：粗鹽水粗鹽水精制精制鹽水鹽水)SO(BaCl242除過量)(除泥沙及沉淀過濾)Ba.Ca(CONa2232除過量)CO(23除適量鹽酸)Fe.Mg(NaOH32除過量注意：注意：每種除雜劑過量每種除雜劑過量NaNa2 2COCO3 3必須在必須在BaClBaCl2 2之后。之后。2、電鍍、電鍍（在某些金屬表面鍍上一薄層其他（在某些金屬表面鍍上一薄層其他

12、金屬或合金的方法）金屬或合金的方法）銅銅片片陽極陽極待待鍍鍍件件陰極陰極硫酸銅硫酸銅溶液溶液陽極：陽極：鍍層金屬鍍層金屬陰極：陰極：待鍍金屬制品待鍍金屬制品電鍍液：電鍍液：含有鍍層金含有鍍層金屬的電解質(zhì)屬的電解質(zhì)實(shí)質(zhì)：陽極參加反應(yīng)的電解實(shí)質(zhì)：陽極參加反應(yīng)的電解電鍍銅電鍍銅3 3、粗銅的電解精煉、粗銅的電解精煉問問:電解完后電解完后,CuSO4溶液濃度有何變化？溶液濃度有何變化？陽極：陽極： Zn-2e- = Zn2+Fe -2e- = Fe2+Ni -2e- = Ni2+Cu-2e- = Cu2+ Zn Fe Ni CuAg Au 陰極陰極: Cu2+ + 2e- = Cu陽極泥陽極泥 陽極泥

13、陽極泥: 相對不活潑的相對不活潑的 金屬以單質(zhì)的金屬以單質(zhì)的 形式沉積在電形式沉積在電 解槽底解槽底,形成形成 陽極泥陽極泥CuSO4的濃度基本不變（略?。?。的濃度基本不變（略?。?。電冶金電冶金（冶煉活潑（冶煉活潑Na、Ca、Mg、Al等）等）制取金屬鈉制取金屬鈉電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。通直流電后，通直流電后，陽極：陽極：2Cl - 2e- = Cl2陰極：陰極：2Na+ + 2e- = 2Na總反應(yīng)：總反應(yīng)：2NaCl(熔融熔融) 2Na + Cl2 通 電 電解法是冶煉金屬的一種重要方電解法是冶煉金屬的一種重要方 法，是法，是最強(qiáng)有力的氧化還原最強(qiáng)有力的氧化還原的手段。

14、的手段。制取金屬鋁制取金屬鋁電解熔融狀態(tài)的電解熔融狀態(tài)的氧氧化鋁。化鋁。陽極：陽極：6O 2- 12e- = 3O2陰極：陰極：4Al 3+ + 12e- = 4Al總反應(yīng)：總反應(yīng)：2Al2O3(熔融熔融) 4Al + 3O2 通 電 冰晶石助熔劑：冰晶石（助熔劑：冰晶石（Na3AlF6 六氟合鋁酸鈉）六氟合鋁酸鈉）陽極材料陽極材料(碳碳)和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充思考思考:工業(yè)上為什么用電解熔融工業(yè)上為什么用電解熔融氧氧化鋁的化鋁的方法冶煉鋁而不用方法冶煉鋁而不用AlCl3?AlClAlCl3 3為分子晶體，在融融狀態(tài)下不電離，為分子晶體，在融融狀態(tài)下不電離，不導(dǎo)電，不

15、能被電解。不導(dǎo)電，不能被電解。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au冶煉冶煉方法方法電解法電解法熱分解法熱分解法熱還原法熱還原法1、電解法、電解法(KAl)2NaCl(熔融熔融)=2Na + Cl2電解電解2Al2O3 (熔融熔融)=4Al + 3O2電解電解2、還原法、還原法(ZnCu)常用還原劑：常用還原劑：C、CO、 H2、Al等等3、熱分解法、熱分解法(HgAg)2HgO = 2Hg + O22AgNO3 = 2Ag + 2NO2+ O2例例1 鉑電極電解鉑電極電解1LCu(NO3)2和和KNO3混混合溶液合溶液,通電一段時(shí)間通電一段時(shí)

16、間,兩極均產(chǎn)生兩極均產(chǎn)生11.2L(標(biāo)況標(biāo)況)氣體氣體.求電解后溶液的求電解后溶液的pH,并確定析出銅的物質(zhì)的量并確定析出銅的物質(zhì)的量.解析：陽極解析：陽極 4OH-4e-=2H2O+O2 陰極陰極 Cu2+2e- =Cu 2H+2e- =H2C(H+)=1mol/L pH=0 生成生成H2轉(zhuǎn)移的電子轉(zhuǎn)移的電子:0.5 2=1mol,故故還有還有1mole- 用于還原用于還原Cu2+,可析出銅為可析出銅為0.5mol. 四、電解計(jì)算四、電解計(jì)算電子守恒法電子守恒法例例2 ： 用石墨電極電解用石墨電極電解100mL H2SO4與與CuSO4的混合液，通電一段時(shí)間后，兩的混合液，通電一段時(shí)間后，兩

17、極均收集到極均收集到2.24L（標(biāo)況）氣體，則原混（標(biāo)況）氣體，則原混合液中合液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為（的物質(zhì)的量濃度為（ ） A.1mol/L B.2mol/L C.3mol/L D.4mol/LA陽極陽極O2為為0.1mol，電子為，電子為0.4mol則則H2為為0.1mol，所以，所以Cu為為0.1mol，濃度，濃度為為A練習(xí)：練習(xí)：用兩支惰性電極插入用兩支惰性電極插入50mLAgNO3溶液中，通電電解。當(dāng)電解液的溶液中，通電電解。當(dāng)電解液的PH值從值從6.0變?yōu)樽優(yōu)?.0時(shí)時(shí)(設(shè)電解時(shí)陰極沒有氫氣析設(shè)電解時(shí)陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以出，且電解液在電解前后體積變

18、化可以忽略忽略)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是：，電極上析出銀的質(zhì)量大約是： A、2.7mg B、5.4mg C、10.8mg D、21.6mgB金屬的腐蝕在生活中非常普遍金屬的腐蝕在生活中非常普遍鋼鐵生銹鋼鐵生銹Fe2O3nH2O銅器生銹銅器生銹銅器表面生成銅綠銅器表面生成銅綠Cu2(OH)2CO3 二、金屬的腐蝕二、金屬的腐蝕1、定義、定義: 金屬或合金與周圍接觸金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行到的氣體或液體進(jìn)行氧化還原氧化還原反應(yīng)反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。而引起損耗的現(xiàn)象。2 2、金屬腐蝕的類型、金屬腐蝕的類型化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕。直接發(fā)生直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。（

19、鐵與氯氣化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。（鐵與氯氣 直接反應(yīng)）直接反應(yīng)） 不純的金屬不純的金屬( (或合金或合金) )跟跟“電解質(zhì)電解質(zhì) 溶液溶液”接觸時(shí)，發(fā)生接觸時(shí)，發(fā)生原電池原電池反應(yīng)，反應(yīng)，負(fù)極負(fù)極發(fā)生氧化的反應(yīng)而發(fā)生氧化的反應(yīng)而腐蝕腐蝕。例如例如 鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕包括：電化學(xué)腐蝕包括：吸氧腐蝕，吸氧腐蝕， 析氫腐蝕。析氫腐蝕。吸氧腐蝕吸氧腐蝕 水膜呈水膜呈中性或者弱酸中性或者弱酸環(huán)境環(huán)境下，鋼鐵發(fā)生下，鋼鐵發(fā)生吸氧吸氧腐蝕。腐蝕。 負(fù)極：負(fù)極： 正極：正極： 總反應(yīng)：總反應(yīng)： 2Fe-4e-=2Fe2+ O2+2H2O+4e=4OH- 2Fe+2H2O+O2= 2 Fe(OH) 2 4Fe(OH) 2+2H2O+O2=4Fe(OH) 3 Fe2O3 nH2O （鐵銹）（鐵銹） 析氫腐蝕析氫腐蝕鋼鐵表面的水膜鋼鐵表面的水膜酸性酸性較強(qiáng)的話較強(qiáng)的話,正正極就會(huì)析出氫氣極就會(huì)析出氫氣,稱為稱為析氫析氫腐蝕。腐蝕。 負(fù)極負(fù)極 ：Fe-2e-=Fe2+正極：正極：2H+2e-=H2總反應(yīng)：總反應(yīng)：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2 隨著氫氣的析出隨著氫氣的析出,水的水的PH上升上升,Fe2+和和OH-結(jié)合生成結(jié)合生成Fe(OH)