學案33電解池金屬的電化學腐蝕與防護

1、電解池金屬的電化學腐蝕與防護知識點一電解池、電解原理1電解原理(1)電解：使_通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在_引起_的過程。(2)電解池(也叫電解槽)：把_能轉(zhuǎn)化為_能的裝置。(3)電極名稱與電極反應：與電源正極相連的為_，發(fā)生_反應；與電源負極相連的為_，發(fā)生_反應。2電解CuCl2溶液(如右圖所示)(1)陽極反應：_(2)陰極反應：_(3)總方程式：_3、電極名稱判斷1）由連接方式判斷（正-陽-氧）2）由電極反應判斷（通常由電極現(xiàn)象判斷電極反應。如：電極質(zhì)量的變化，電極附近溶液PH的變化，兩極氣體的產(chǎn)生等）3）由工作原理判斷（電子、電流、離子的移動方向）4、電極反應式的書寫惰性電極下

2、電解質(zhì)溶液中離子放電順序陰離子放電順序：S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-F-陽離子放電順序：Ag+>Fe3+>Cu2+>【】>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> 【】>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+惰性電極電解的四種情況（電極反應式的書寫及PH的變化）1、電解水型：如電解 NaOH 、 H2SO4 、 Na2SO42、分解電解質(zhì)型：如電解  HCl 、CuCl23、放H2生堿型：如電解  NaCl4、放O2生酸型：如電解CuSO4知識點二電解原理

3、的應用1電解飽和食鹽水(1)電極反應陽極反應式：_(_反應)陰極反應式：_(_反應)(2)總反應方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2離子反應方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)應用：氯堿工業(yè)制_、_和_。2電鍍右圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問題：(1)鍍件作_極，鍍層金屬銀作_極。(2)電解質(zhì)溶液是_。(3)電極反應：陽極：_；陰極：_。(4)特點：_極溶解，_極沉積，電鍍液的濃度_。3電解精煉銅(1)電極材料：陽極為_；陰極為_。(2)電解質(zhì)溶液：含Cu2的鹽溶液。(3)電極反應：陽極為_；陰極為_。4電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、

4、Al等。(1)冶煉鈉2NaCl(熔融)2NaCl2電極反應：陽極：_，陰極：_。(2)冶煉鋁2Al2O3(熔融)4Al3O2電極反應：陽極：_，陰極：_。知識點三金屬的腐蝕和防護1金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子_變?yōu)開，金屬發(fā)生_。2金屬腐蝕的類型(1)化學腐蝕與電化學腐蝕(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：3金屬的防護(1)電化學防護犧牲陰極的陽極保護法_原理a_：比被保護金屬活潑的金屬；b_：被保護的金屬設(shè)備。外加電流的陰極保護法_原理a_：被保護的金屬設(shè)備；b_：惰性金屬。(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍

5、化等方法。二、電解類型及有關(guān)計算1用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型如下表所示：類型電極反應特點實例電解對象電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復原電解水型陰：4H4e=2H2陽：4OH4e=2H2OO2NaOHH2SO4Na2SO4電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HClCuCl2放H2生堿型陰極：H2O放H2生堿陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放O2生酸CuSO4(2009·全國理綜，28)下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，

6、電極均為石墨電極。(1)接通電源，經(jīng)過一段時間后，測得丙中K2SO4質(zhì)量分數(shù)為10.47%，乙中c電極質(zhì)量增加。據(jù)此回答問題：電源的N端為_極；電極b上發(fā)生的電極反應為_；列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積。電極c的質(zhì)量變化是_g；電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發(fā)生變化，簡述其原因：甲溶液_；乙溶液_；丙溶液_；(2)如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續(xù)進行，為什么？題組一電解原理及其應用1(2011·上海，16)用電解法提取氯化銅廢液中的銅，方案正確的是()A用銅片連接電源的正極，另一電極用鉑片B用碳棒連接電源的正極，另一電極用銅片C用氫氧化鈉溶液吸收陰極產(chǎn)物D用

7、帶火星的木條檢驗陽極產(chǎn)物2(2010·海南，9)利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是()A電解時以精銅作陽極B電解時陰極發(fā)生還原反應C粗銅連接電源負極，其電極反應是Cu2e=Cu2D電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥3.(2010·全國理綜，29)右圖是一個用鉑絲作電極，電解稀的MgSO4溶液的裝置，電解液中加有中性紅指示劑，此時溶液呈紅色。(指示劑的pH變色范圍：6.88.0，酸色紅色，堿色黃色)回答下列問題：(1)下列關(guān)于電解過程中電極附近溶液顏色變化的敘述正確的是_(填編號)；A管溶液由紅變黃 B管溶液由紅變黃

8、A管溶液不變色B管溶液不變色(2)寫出A管中發(fā)生反應的反應式：_；(3)寫出B管中發(fā)生反應的反應式：_；(4)檢驗a管中氣體的方法是_；(5)檢驗b管中氣體的方法是_；(6)電解一段時間后，切斷電源，將電解液倒入燒杯內(nèi)觀察到的現(xiàn)象是_。題組二金屬的電化學腐蝕和防護4(2011·北京理綜，8)結(jié)合下圖判斷，下列敘述正確的是()A和中正極均被保護B和中負極反應均是Fe2e=Fe2C和中正極反應均是O22H2O4e=4OHD和中分別加入少量K3Fe(CN)6溶液，均有藍色沉淀5(2011·山東理綜，15)以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是()A未通

9、電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程B因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關(guān)系C電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率D鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護作用6(2011·浙江理綜，10)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓圈中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如右圖所示。導致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說法正確的是()A液滴中的Cl由a區(qū)向b區(qū)遷移B液滴邊緣是正極區(qū)，發(fā)生的電極反應為O22H2O4e=4OHC液滴下的Fe因發(fā)生還原反應而被腐蝕，生成的Fe2由

10、a區(qū)向b區(qū)遷移，與b區(qū)的OH形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水形成鐵銹D若改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負極發(fā)生的電極反應為Cu2e=Cu27(2010·北京理綜，6)下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是()A鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護B鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護內(nèi)部不被腐蝕C鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕D鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應是Fe3e=Fe3題組三電解的規(guī)律及有關(guān)計算8(2009·全國理綜，28)下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g

11、10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。(1)接通電源，經(jīng)過一段時間后，測得丙中K2SO4質(zhì)量分數(shù)為10.47%，乙中c電極質(zhì)量增加。據(jù)此回答問題：電源的N端為_極；電極b上發(fā)生的電極反應為_；列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積。電極c的質(zhì)量變化是_g；電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發(fā)生變化，簡述其原因：甲溶液_；乙溶液_；丙溶液_；(2)如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續(xù)進行，為什么？題組一電解原理及其應用1(2011·大同質(zhì)檢)如圖a、b、c、d均為石墨電極，通電進行電解(電解液足量)。下列說法正確的是()A甲中a的電極反應式為4OH4e=O22H2O

12、B電解時向乙中滴入酚酞溶液，d電極附近變紅C向乙中加入適量鹽酸，溶液組成可以恢復D當b極有64 g Cu析出時，c電極產(chǎn)生2 g氣體題組二電解的規(guī)律及有關(guān)計算2500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)6 mol·L1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到氣體22.4 L(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是()A原混合溶液中c(Na)6 mol·L1B電解后溶液中c(H)4 mol·L1C上述電解過程中共轉(zhuǎn)移8 mol電子D電解后得到的Cu的物質(zhì)的量為2 mol3用石墨電極電解CuSO4溶液一

13、段時間后，向所得溶液中加入0.2 mol Cu(OH)2后，恰好使溶液恢復到電解前的濃度。則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為()A0.4 mol B0.5 molC0.6 mol D0.8 mol題組三金屬的電化學腐蝕與防護4銅板上鐵鉚釘處的吸氧腐蝕原理如圖所示，下列有關(guān)說法中，不正確的是()A正極的電極反應式為：2H2e=H2B此過程中還涉及到反應：4Fe(OH)22H2OO2=4Fe(OH)3C此過程中銅并不被腐蝕D此過程中電子從Cu移向Fe5.如圖水槽中試管內(nèi)有一枚鐵釘，放置數(shù)天觀察。(1)若試管內(nèi)液面上升，則原溶液呈_性，發(fā)生_腐蝕，電極反應：負極：_；正極：_。(2)若試管內(nèi)液面下降

14、，則原溶液呈_性，發(fā)生_腐蝕，電極反應：負極：_；正極：_。題組四實驗探究6下列四種裝置中，盛200 mL 0.005 mol·L1硫酸銅溶液盛200 mL 0.01 mol·L1硫酸盛200 mL氯化鋅溶液盛200 mL氯化鉀溶液(1)上述四種裝置中，為電解池的是_(用編號回答)，裝置中兩電極的電極反應式分別是_(注明電極名稱)；(2)用離子方程式回答：通電時裝置中的總反應式是_，溶液中可能發(fā)生的副反應是_；(3)工作一段時間后，測得導線上均通過0.002 mol電子，則上述四種裝置中溶液pH最小的是_(用編號回答，溶液體積變化忽略不計)；(4)若將裝置中的外加電源拆去，

15、用導線將兩個電極連接，則Fe極上發(fā)生的反應是_，C極上發(fā)生的反應是_。學案33電解池金屬的電化學腐蝕與防護【課前準備區(qū)】知識點一1(1)電流陰、陽兩極氧化還原反應(2)電化學(3)陽極氧化陰極還原2(1)2Cl2e=Cl2(2)Cu22e=Cu(3)CuCl2CuCl2知識點二1(1)2Cl2e=Cl2氧化2H2e=H2還原(3)燒堿氯氣氫氣2(1)陰陽(2)AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的溶液(3)Age=AgAge=Ag(4)陽陰不變3(1)粗銅純銅(3)Cu2e=Cu2Cu22e=Cu4(1)2Cl2e=Cl22Na2e=2Na(2)6O212e=3O24Al312e=4Al知識點三1

16、失去電子金屬陽離子氧化反應2(1)化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學腐蝕更普遍(2)3.(1)原電池a負極b正極電解a陰極b陽極問題思考1溶液的導電，首先要有電解質(zhì)的電離，大家知道，非電解質(zhì)的水溶液并不導電，就是因為溶液中沒有自由離子。因此，電解質(zhì)溶于水就發(fā)生電離，產(chǎn)生了自由離子，該溶液就可以導電。電解質(zhì)的導電過程就是其電解過程。2電解池的陰、陽極取決于外接電源的正負極，與電極材料的金屬活動性無關(guān)。3向飽和食鹽水中滴加幾滴酚酞，電解后陰極區(qū)域溶液變紅，證明有NaOH生

17、成；用兩支試管分別收集兩極氣體，陽極產(chǎn)物用濕潤的淀粉KI試紙驗證，陰極產(chǎn)物用爆鳴實驗驗證。4放H2生堿型的實質(zhì)是水電離出的H放電，破壞了水的電離平衡，使OH濃度增大，放O2生酸型的實質(zhì)是水電離出的OH放電，破壞了水的電離平衡，使H濃度增大。5用惰性電極電解時，若要使電解后的溶液恢復到原狀態(tài)，應遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物形成的化合物。6鐵被腐蝕后，一般會生成鐵銹，其原因是：隨著析氫腐蝕進行，溶液中c(H)降到一定濃度后，則發(fā)生吸氧腐蝕，發(fā)生的反應為2Fe4e=2Fe2，2H2OO24e=4OH，F(xiàn)e22OH=Fe(OH)2，4Fe(OH)2O22H2O=

18、4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(鐵銹)(3x)H2O?！菊n堂活動區(qū)】一、1.分析電解池中兩極的變化，首先要看清楚電解池的電極，一般Pt、Au、石墨為惰性電極，其他的金屬電極均為非惰性電極；與電源正極相連的是電解池的陽極，金屬電極或電解質(zhì)提供的自由移動的陰離子將在該極上失電子發(fā)生氧化反應；與電源負極相連的是電解池的陰極，電解質(zhì)提供的自由移動的陽離子在該極上得電子發(fā)生還原反應。2首先要看清楚電解池的電極。在陽極：如果陽極是活潑金屬(除金、鉑外)形成的活性電極，則電解時，陽極是電極放電，即電極溶解變?yōu)榻饘訇栯x子；如果是惰性電極，可以按下列步驟分析電極反應：(1)分

19、析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分為陰、陽兩組。(2)分別對陰、陽離子排出放電順序，寫出各電極的電極反應式。陽極電極式的書寫：溶液中，陰離子放電順序為S2>I>Br>Cl>OH>含氧酸根>F。按此順序依次放電，若溶液中有Cl和OH，則Cl先放電，反應為2Cl2e=Cl2，只有當Cl反應完了才發(fā)生反應：4OH4e=O22H2O。陰極電極式的書寫：直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷，陽離子放電順序與金屬活動性順序相反，其中Ag>Fe3>Cu2>H>Fe2>Zn2>Al3>Mg2>Na。其電極反應式為Mnne=M。(3)

20、分析各電極反應，找出放電物質(zhì)(或離子)的來源，寫出總反應方程式。二、1.3.(1)原電池原理化學(3)快(4)越大典例導悟1A2(1)0.2(2)0.4(3)0.6解析(1)電解硫酸銅溶液的反應方程式為2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，從方程式可以看出，電解硫酸銅過程中只析出銅和釋放出氧氣，加入0.1 mol CuO可以使溶液恢復至原來狀態(tài)，說明參與反應的硫酸銅只有0.1 mol，轉(zhuǎn)移的電子為0.2 mol。(2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢復至原來狀態(tài)，說明電解過程中不僅硫酸銅被電解，而且有水被電解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol CuO和

21、0.1 mol H2O，則轉(zhuǎn)移的電子為0.4 mol。(3)加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作0.2 mol CuO、0.1 mol H2O和0.1 mol CO2，相當于有0.2 mol的硫酸銅和0.1 mol的水被電解，因此轉(zhuǎn)移的電子為0.6 mol。3A在原電池中，活潑金屬為負極，該金屬被氧化，不活潑金屬便被保護起來，其被腐蝕的速率大大減小，所以裝置中的鐵被腐蝕的速率比中的慢；反之，當鐵與比它不活潑的金屬，如Sn、Cu等連接起來，則被腐蝕的速率增大，所以在容器中鐵比容器中的鐵腐蝕得快。容器是一個電鍍池，在這里鐵是陽極，不斷以Fe2的形式進入容器中，從而加速了鐵的腐蝕，在上

22、述四種容器中，容器中的鐵被腐蝕速率是最快的。綜上分析，鐵被腐蝕的快慢順序為>>>。【課后練習區(qū)】高考集訓1B電解氯化銅溶液的總反應式為CuCl2CuCl2，陰極產(chǎn)物為Cu，陽極產(chǎn)物為Cl2，所以C、D錯誤；若將銅片連接到電源正極上，則發(fā)生反應Cu2e=Cu2，顯然與從廢液中提取銅的主旨是相違背的，故A錯，B正確。2BD電解時粗銅作陽極，與電源正極相連，失電子發(fā)生氧化反應；精銅作陰極，與電源負極相連，得電子發(fā)生還原反應，A、C錯，B正確；因為在金屬活動性順序表中Ag、Pt排在Cu的后面，所以電解時Ag、Pt不會失電子，D正確。3(1)(2)2H2e=H2(或2H2O2e=2OH

23、H2)Mg22OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(寫2H2O4e=4HO2同樣給分)(4)用拇指按住管口，取出試管，靠近火焰，放開拇指，有爆鳴聲，管口有藍色火焰(5)用拇指按住管口，取出試管，放開拇指，將帶有火星的木條伸入試管內(nèi)會復燃(6)溶液呈紅色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)解析該電解池A為陰極，反應式為2H2e=H2，B為陽極，電極反應式為4OH4e=O22H2O，A管附近產(chǎn)生OH，故溶液由紅變黃，B管附近產(chǎn)生H溶液仍呈紅色，A管附近產(chǎn)生的OH與Mg2結(jié)合生成Mg(OH)2沉淀。但停止電解后，生成的Mg(OH)2與H反應，白色沉淀溶解，溶液仍呈紅色。檢驗a管中產(chǎn)生的H2的

24、方法是：用拇指按住管口，取出試管，靠近火焰，放開拇指，有爆鳴聲，管口有藍色火焰，證明是H2；檢測b管中產(chǎn)生的O2的方法是：用拇指按住管口，取出試管，放開拇指，將帶火星的木條伸入試管內(nèi)復燃，證明是O2。4AA項兩個裝置都是原電池，負極都是活潑金屬，根據(jù)原電池原理可知，原電池對正極起到了保護作用，故A正確；B項中的負極反應為Zn2e=Zn2，故B錯誤；C項中的正極反應為2H2e=H2，故C錯誤；D項中不能生成藍色沉淀。5CA項，未通電時是原電池，但電鍍過程并不是原電池的充電過程，故A錯誤；B項，消耗鋅時轉(zhuǎn)移的電子與通過的電量有確定的關(guān)系，故鋅的析出量與通過的電量有確定關(guān)系，故B錯誤；C項，電鍍時保

25、持電流恒定，有利于保證電鍍的質(zhì)量，溫度不影響電解的速率，故C正確；D項，鍍鋅層破損后與鐵構(gòu)成了原電池，鋅作負極被腐蝕，保護了鐵，故D錯誤。6BCl由b區(qū)向a區(qū)遷移，A錯；正極反應為O22H2O4e=4OH，B正確；由題干知鐵板發(fā)生吸氧腐蝕，鐵作負極，發(fā)生氧化反應，因此C項錯；銅鏍絲釘作正極，因此D錯。7B鋼管與電源正極連接，作電解池的陽極，被氧化而腐蝕，A項錯；鐵在冷濃硝酸中表面生成一層致密的氧化物保護膜，從而保護內(nèi)部不被腐蝕，B項正確；鋼管與銅管堆放在一起時，構(gòu)成原電池，鋼管作負極而易被腐蝕，C項錯；鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應：Fe2e=Fe2，D項錯。8(1)正4OH4e=2H2O O2

26、水減少的質(zhì)量：100 g×(1)4.5 g，生成O2的體積：××22.4 L·mol12.8 L16堿性增大，因為相當于電解水酸性增大，因OH放電， H增多酸堿性不變，相當于電解水(2)能繼續(xù)進行，因為CuSO4溶液已轉(zhuǎn)變?yōu)镠2SO4溶液，反應也就變?yōu)樗碾娊夥磻?。解?1)乙中c電極質(zhì)量增加，則c處發(fā)生的反應為Cu22e=Cu，即c處為陰極，由此可推出b為陽極，a為陰極，M為負極，N為正極。丙中為K2SO4，相當于電解水，設(shè)電解的水的質(zhì)量為x g。由電解前后溶質(zhì)質(zhì)量相等有，100×10%(100x)×10.47%，得x4.5 g，故

27、為0.25 mol。由方程式2H2O2=2H2O可知，生成2 mol H2O，轉(zhuǎn)移4 mol電子，所以整個反應中轉(zhuǎn)化0.5 mol電子，而整個電路是串聯(lián)的，故每個燒杯中的電極上轉(zhuǎn)移電子數(shù)是相等的。甲中為NaOH，相當于電解H2O，陽極b處為陰離子OH放電，即4OH4e=2H2OO2。轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，則生成O2為0.5/40.125 mol，標況下的體積為0.125 mol×22.4 L·mol12.8 L。Cu22e=Cu，轉(zhuǎn)移0.5 mol電子，則生成的m(Cu)0.5/2 mol×64 g·mol116 g。甲中相當于電解水，故NaOH的濃度增大，pH變大。乙中陰極為Cu2放電，陽極為OH放電，所以H增多，故pH減小。丙中為電解水，對于K2SO4而言，其pH幾乎不變。(2)銅全部析出，可以繼續(xù)電解H2SO4，有電解液即可電解?？键c集訓1AB本題易誤選C，在電解液足量的情況下，電解過程中只逸出H2和Cl2，只需補充