苏教版备战高考化学复习必修讲义电解池金属的电化学腐蚀与防护

苏教版备战高考化学复习必修讲义电解池金属的电化学腐蚀与防护

‎2012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 使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在______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：_____________________________________________________。‎ ‎(3)应用：工业制____、____、____。‎ ‎2．电解精炼铜 ‎(1)阳极：材料为____；电极反应为_________________________________________。‎ ‎(2)阴极：材料为____；电极反应为___________________________________________。‎ ‎3．电冶金(电解熔融的NaCl)‎ ‎(1)电极反应 阳极：__________________________；‎ 阴极：__________________________。‎ ‎(2)电池总反应方程式：_______________________________________________。‎ ‎(3)应用：冶炼钠。‎ 三、金属的腐蚀与防护 导学诱思 下列各烧杯中液体均为海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为____________。‎ 教材回归 ‎1．金属腐蚀的本质 金属原子____电子变为金属阳离子，金属发生____反应。‎ ‎2．化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 概念 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______，______的金属失去电子被氧化腐蚀 特点 ‎____电流产生 ‎______电流产生 普遍性 金属的______腐蚀比较普遍，而且危害性大，腐蚀速率快 ‎3．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜酸性 负极反应 正极反应 电池反应 其他反应 ‎___________________、Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)‎ 普遍性 ‎____腐蚀更普遍 ‎4.金属腐蚀由快到慢的规律 电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。‎ ‎5．金属的防护 一般有三条途径：‎ ‎(1)改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力，如不锈钢。‎ ‎(2)在金属表面覆盖一层保护层，如油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。‎ ‎(3)电化学保护法：牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。‎ 理解与深化 一、电解池的两极 ‎1．电解池阴阳极的判断 ‎(1)由电源的正负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。‎ ‎(2)由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，为阴极。‎ ‎(3)由反应类型判断：失电子发生氧化反应的是阳极；得电子发生还原反应的是阴极。‎ ‎2．放电顺序及产物 阳极：①如果阳极是活泼金属单质(金属活动顺序中Ag以前的金属)材料，则阳极金属电极失电子变成对应的阳离子进入溶液(Fe变成Fe2＋)，电解质溶液中的阴离子不失电子；‎ ‎②如果阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨)材料，应是溶液中的阴离子失电子，其放电顺序如下：S2－>I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根(含氧酸根在水溶液中不放电)。‎ 阴极：阳离子的放电顺序为Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋＞Zn2＋，所以活泼金属阳离子如(K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)在水溶液中不放电，是H＋放电。‎ ‎3．电解池电极反应式的书写 ‎(1)书写电解池电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写分子式。如电解Na2SO4溶液：阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，总反应为2H2O2H2↑＋O2↑。‎ ‎(2)书写电解池电极反应式与原电池电极反应式的书写步骤相似。首先要判断电解池的阴阳极，然后根据放电顺序判断电极反应并进行书写，以铅蓄电池充电时的反应为例，总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，电极反应式的书写步骤如下：‎ 阴极反应为PbSO4＋2e－===PbPbSO4＋2e－===Pb＋SO 阳极反应为PbSO4－2e－===PbO2PbSO4－2e－===PbO2＋SOPbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO＋4H＋(也可以用总反应式减去阴极反应式得到阳极反应式)‎ ‎【例1】 (改编组合)Ⅰ.(2010·山东理综)(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为____________________________________________。‎ ‎(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是________________________________________________________________________。‎ Ⅱ.(2010·天津理综)用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。写出阳极生成R的电极反应式：______________________________。‎ 二、电解类型及有关计算 ‎1．用惰性电极电解电解质溶液 类型 电极反应特点 实例 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质 溶液复原 电解水型 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ NaOH 水 增大 增大 水 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ H2SO4‎ 水 增大 减小 水 Na2SO4‎ 水 增大 不变 水 电解电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 HCl 电解质 减小 增大 氯化氢 CuCl2‎ 电解质 减小 略增大 氯化铜 放H2生碱型 阴极：H2O放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质 和水 生成新 电解质 增大 氯化氢 放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸 CuSO4‎ 电解质 和水 生成新 电解质 减小 氧化铜 ‎2．有关电化学的计算 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的计算等。无论哪类计算，均可概括为下列三种方法：‎ ‎(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，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，最后根据总反应式列比例式计算。‎ ‎(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。‎ ‎【例2】 (2011·北京育园中学测试)用惰性电极实现电解，下列说法正确的是(　　)。‎ A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变 B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小 C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2‎ D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1‎ 对点训练用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g 时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，则可知M的相对原子质量为 (　　)。‎ A. B. C. D. 实验与探究 电解法制备物质 我们在工业生产及实验室中经常应用电解来制备一些物质，如氢气、氯气、钠、镁、铝等，所以高考题中经常出现有关电解生成物质的分离提纯、物质的检验、物质的制备及化学工艺综合考查题目。‎ 实验典例 ‎1．惰性电极 ‎2．直流电源 ‎　3.离子交换膜 ‎4．冷却水 ‎(2010·四川理综)碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。请回答下列问题：‎ ‎(1)碘是______(填颜色)固体物质。‎ ‎(2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。‎ 电解时，阳极上发生反应的电极反应式为____________________；阴极上观察到的实验现象是________________________________________________________________________。‎ ‎(3)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I－。请设计一个检验电解液中是否有I－的实验方案，并按要求填写下表。‎ 要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。‎ 试剂：淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。‎ 实验方法 实验现象及结论 ‎　　(4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：‎ 步骤②的操作名称是______________，步骤⑤的操作名称是______________。步骤④洗涤晶体的目的是_____________________________________________________。‎ 答案与解析 梳理与整合 一、‎ 导学诱思 ‎①从装置图上判断原电池没有外接电源，而电解池需要外接电源；②从能量角度判断：原电池是把化学能转化为电能，而电解池是把电能转化为化学能；③从反应的自发性角度判断：原电池中发生的是能自发进行的氧化还原反应，而电解池中发生的一般是不能自发进行的氧化还原反应 教材回归 ‎1．阴、阳　氧化还原 ‎2．电　化学　直流 ‎3．正　氧化　负　还原 二、‎ 导学诱思 电解饱和食盐水　电解熔融的氯化钠或Al2O3　电解精炼铜 教材回归 ‎1．2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑　烧碱　氯气　氢气 ‎2．粗铜　Cu－2e－===Cu2＋　精铜　Cu2＋＋2e－===Cu ‎3．2Cl－－2e－===Cl2↑　2Na＋＋2e－===2Na　2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑　‎ 三、‎ 导学诱思 ‎④②①③⑤‎ 教材回归 ‎1．失去　氧化 ‎2．原电池　较活泼　无　有微弱　电化学 ‎3．酸性较强　酸性较弱或中性　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑　2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　吸氧 理解与深化 ‎【例1】答案：Ⅰ.(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋‎ ‎(2)镀铜时，铜单质作阳极，铜发生氧化反应生成Cu2＋，使溶液中的Cu2＋保持一定的浓度 Ⅱ.Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑‎ 解析：Ⅰ.(1)依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3，Al失电子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，所以有H＋生成；Ⅱ.Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO水解显碱性，两者互相促进，生成Al(OH)3。‎ ‎【例2】D　解析：A、B、C选项均是电解水，但硫酸浓度增大，pH减小，A错误；电解稀氢氧化钠溶液时，pH增大，B错误；阴极4H＋＋4e－===2H2↑，阳极4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1，C错误；电解氯化铜溶液，阴极Cu2＋＋2e－===Cu，阳极2Cl－－2e－===Cl2↑，D正确。‎ 对点训练　C　解析：阴极增重a g，说明析出金属M是a g，阳极的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则产生b L O2转移的电子数目为×4＝ mol，则阴极a g M得到的电子为 mol，＝，则M＝，选C。‎ 实验与探究 答案：(1)紫黑色 ‎(2)I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O 有气泡产生 ‎(3)‎ 实验方法 实验现象及结论 取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液，观察是否变蓝 如果不变蓝，说明无I－(如果变蓝，说明有I－)‎ ‎(4)冷却结晶　干燥　洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质 解析：(2)阳极阴离子失电子，阳极区的阴离子有I－、IO、OH－，根据信息I－失电子生成IO，阴极H＋得电子生成H2；(3)检验溶液中的I－，用淀粉碘化钾试纸无法检验；由题目信息可知过氧化氢与IO反应生成I2，因为溶液中含有IO，所以不能使用过氧化氢溶液；只能用淀粉和稀硫酸，因为在酸性溶液中I－和IO能生成I2，从而检验出I－。‎