2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題7.3 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)講案(含解析)

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1、2022年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題7.3 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)講案(含解析)復(fù)習(xí)目標(biāo):1、 了解電解池的工作原理,能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2、 理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。基礎(chǔ)知識回顧:一、電解池原理1、定義使電流通過 電解質(zhì)溶液 而在陰陽兩極上引起 氧化還原反應(yīng)的過程。2、電解池把 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 的裝置(電解槽)。3、裝置特點借助于電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置。4、電解池的形成條件(1)與電源相連的兩個電極:陽極連電源的 正 極;陰極連電源的 負(fù) 極。(2)電解質(zhì)溶液(或 熔融 的電解質(zhì))。(3)形成 閉合的回路。5、電極反應(yīng):陽極上發(fā)

2、生 失 電子的氧化反應(yīng),陰極上發(fā)生 得 電子的還原反應(yīng)。電子的流向從電源的 負(fù) 極到電解池的 陰 極,再從電解池的 陽 極到電源的 正 極。電解池和原電池比較電解池原電池定義將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置裝置舉例形成條件兩個電極與直流電源相連電解質(zhì)溶液形成閉合回路活潑性不同的兩電極(連接)電解質(zhì)溶液形成閉合回路能自發(fā)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)電極名稱陽極:與電源正極相連的極陰極:與電源負(fù)極相連的極負(fù)極:較活潑金屬(電子流出的極)正極:較不活潑金屬(或能導(dǎo)電的非金屬)(電子流入的極)電極反應(yīng)陽極:溶液中的陰離子失電子,或電極金屬失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)陰極:溶液中的陽離子得電子,發(fā)生還原反應(yīng)

3、負(fù)極:較活潑電極金屬或陰離子失電子,發(fā)生氧化反應(yīng)正極:溶液中的陽離子或氧氣得電子,發(fā)生還原反應(yīng)溶液中的離子移向陰離子移向陽極,陽離子移向陰極陰離子移向負(fù)極,陽離子移向正極電子流向陽極正極負(fù)極陰極負(fù)極正極實質(zhì)均發(fā)生氧化還原反應(yīng),兩電極得失電子數(shù)相等聯(lián)系原電池可以作為電解池的電源,二者共同形成閉合回路6、電解產(chǎn)物的判斷(1)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極,若是活性電極(一般是除Au、Pt外的金屬),則電極材料本身失電子,電極被溶解形成陽離子進(jìn)入溶液;若是惰性電極(如石墨、鉑、金等),則根據(jù)溶液中陰離子放電順序加以判斷。陽極放電順序:金屬(一般是除Au、Pt外)S2IBrClOH含氧酸根F。(2)陰極產(chǎn)物

4、的判斷直接根據(jù)溶液中陽離子放電順序加以判斷。陽離子放電順序:AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2HAl3Mg2NaCa2K?!咎崾尽浚?)處理有關(guān)電解池兩極產(chǎn)物的問題,一定要先看電極是活性電極還是惰性電極?;钚噪姌O在陽極放電,電極溶解生成相應(yīng)的金屬離子,此時陰離子在陽極不放電。對于惰性電極,則只需比較溶液中定向移動到兩極的陰陽離子的放電順序即可。(2)根據(jù)陽離子放電順序判斷陰極產(chǎn)物時,要注意下列三點:陽離子放電順序表中前一個c(H)與其他離子的濃度相近,后一個c(H)很小,來自水的電離;Fe3得電子能力大于Cu2,但第一階段只能被還原到Fe2;Pb2、Sn2、Fe2、Zn2控制一定

5、條件(即電鍍)時也能在水溶液中放電;Al3、Mg2、Na、Ca2、K只有在熔融狀態(tài)下放電?!镜湫屠}1】【廣東省珠海一中等六校xx屆高三第三次聯(lián)考】下列有關(guān)用惰性電極電解AgNO3溶液的說法不正確的是:A電解過程中陰極質(zhì)量不斷增大B電解過程中陽極附近的pH不斷降低C電解一段時間后,向溶液中加入適量的Ag2O固體可使溶液恢復(fù)到電解前的狀況D電解過程中,溶液中電子由陰極遷向陽極【遷移訓(xùn)練1】【廣東省深圳中學(xué)xx年高考化學(xué)預(yù)測試題(二)】下列各裝置中,在銅電極上不能產(chǎn)生氣泡的是二電解的應(yīng)用1、電解飽和食鹽水制取氯氣和燒堿(氯堿工業(yè))(1)氯堿工業(yè)的主要原料是食鹽,由于粗鹽中含有泥沙、Ca2、Mg2、

6、SO42等雜質(zhì)離子,對生產(chǎn)設(shè)備造成損壞,影響產(chǎn)品的質(zhì)量,故必須進(jìn)行精制?;瘜W(xué)方法a:依次加入沉淀劑BaCl2、Na2CO3、NaOH溶液,每次所加試劑都必須稍稍過量以便使相應(yīng)離子完全沉淀。b過濾。c濾液中加鹽酸:調(diào)節(jié)溶液pH值為46,CO322H=CO2H2O。離子交換法:對于上述處理后的溶液,需送入離子交換塔,進(jìn)一步通過陽離子(Na)交換樹脂除去殘存的Ca2、Mg2,以達(dá)到技術(shù)要求。(2)精制的飽和食鹽水中存在著Na+、Cl-、H+、OH-四種離子,用石墨作電極,通電時H+ 和Cl-優(yōu)先放電,電極反應(yīng)式為陽極:2Cl2e=Cl2,陰極:2H2e=H2 總反應(yīng):2NaCl2H2O = 2NaO

7、HH2Cl2。2、電鍍(1)概念:電鍍是利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他 金屬 或 合金 的過程。(2)形成條件:電解時,鍍層金屬作 陽極;鍍件作 陰極;含 鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作電鍍液;用 直流電源。(3)特征:陽極本身 放電被氧化 ;宏觀上看無新物質(zhì)生成;電解液的總量、濃度、pH均不變。3、電冶煉電解熔融電解質(zhì),可煉得活潑金屬。如:電解熔融NaCl時,電極反應(yīng)式為:陽極:2Cl2e=Cl2 ,陰極:2Na2e=2Na ,總反應(yīng)式為:2NaCl = 2NaCl2 。4、電解精煉電解精煉粗銅時,陽極材料是粗銅,陰極材料是精銅,電解質(zhì)溶液是CuSO4溶液(或 Cu(NO3)2溶液)。

8、長時間電解后,電解質(zhì)溶液必須補(bǔ)充?!镜湫屠}2】下列有關(guān)電化學(xué)裝置完全正確的是()ABCD銅的精煉鐵上鍍銀防止Fe被腐蝕構(gòu)成銅鋅原電池【遷移訓(xùn)練2】【xx屆高三七校5月聯(lián)考理綜化學(xué)試題】右圖是模擬電化學(xué)反應(yīng)裝置圖。下列說法中錯誤的是A若X為碳棒,開關(guān)K置于N處,可以減緩鐵的腐蝕 B若X為鋅,開關(guān)K置于N處,則X極附近溶液的顏色會變黃色 C若X為碳棒,開關(guān)K置于M處,則X電極的電極反應(yīng)式為:O24e2H2O4OHD若X為鋅,開關(guān)K置于M處,保護(hù)鐵電極,則為犧牲陽極的陰極保護(hù)法三、金屬的腐蝕與防護(hù)1、金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。2、金屬腐蝕的類型(1)化學(xué)腐蝕與

9、電化學(xué)腐蝕類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)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(xué)腐蝕更普遍(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析:類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(qiáng)(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性電極反應(yīng)負(fù)極Fe2e=Fe2正極2H2e=H2O22H2O4e=4OH總反應(yīng)式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍鐵銹的形成:4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(鐵銹)(3x)H2O。3、金屬的防護(hù)(1)電

10、化學(xué)防護(hù)犧牲陽極的陰極保護(hù)法原電池原理a負(fù)極:比被保護(hù)金屬活潑的金屬;b正極:被保護(hù)的金屬設(shè)備。外加電流的陰極保護(hù)法電解原理a陰極:被保護(hù)的金屬設(shè)備;b陽極: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(hù)層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法?!镜湫屠}3】如圖裝置中,小試管內(nèi)為紅墨水,具支試管內(nèi)盛有pH4久置的雨水和生鐵片。實驗時觀察到:開始時導(dǎo)管內(nèi)液面下降,一段時間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升,略高于小試管內(nèi)液面。下列說法正確的是()A生鐵片中的碳是原電池的陽極,發(fā)生還原反應(yīng)B雨水酸性較強(qiáng),生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕C墨水回升時,碳電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4

11、OHD具支試管中溶液pH逐漸減小【遷移訓(xùn)練3】【甘肅省武威市第六中學(xué)xx屆高三上學(xué)期第五次月考】下列與金屬腐蝕有關(guān)的說法正確的是A圖a中,插入海水中的鐵棒,越靠近底端腐蝕越嚴(yán)重B圖b中,開關(guān)由M改置于N時,CuZn合金的腐蝕速率減小C圖c中,接通開關(guān)時Zn腐蝕速率增大,Zn上放出氣體的速率也增大D圖d中,Zn-MnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的考點詳析:考點一:電解電極反應(yīng)方程式的書寫1、電解方程式的書寫步驟以寫出用石墨作電極電解CuSO4溶液的電極反應(yīng)式及總的電解方程式為例。第一步:明確溶液中存在哪些離子。陽離子:Cu2、H;陰離子:OH、SO。第二步:判斷陰陽兩極附近

12、離子種類及離子放電順序。陰極:Cu2H;陽極:OHSO。第三步:寫電極反應(yīng)式和總的電解方程式。陰極:2Cu24e=2Cu;陽極:2H2O4e=O24H。根據(jù)得失電子數(shù)相等,兩極反應(yīng)式相加得總方程式:2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。2、規(guī)避電解池中方程式書寫的3個易失分點(1)書寫電解池中電極反應(yīng)式時,要以實際放電的離子表示,但書寫總電解反應(yīng)方程式時,弱電解質(zhì)要寫成分子式。(2)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同,且注明條件“電解”。(3)電解水溶液時,應(yīng)注意放電順序中H、OH之后的離子一般不參與放電。【典型例題4】以鋁材為陽極,在H2SO4溶液中電解,鋁材表面形成氧化膜,陽極電極反應(yīng)式為_

13、。用Al單質(zhì)作陽極,石墨作陰極,NaHCO3溶液作電解液進(jìn)行電解,生成難溶物R,R受熱分解生成化合物Q。寫出陽極生成R的電極反應(yīng)式:_。【遷移訓(xùn)練4】【安徽第一卷xx第二次聯(lián)考】下圖為某化工廠用石墨電解Na2CrO4溶液制備Na2Cr2O7的模擬裝置,下列有關(guān)說法錯誤的是( )A溶液中OH-由陰極區(qū)流向陽極區(qū)B陽極區(qū)產(chǎn)生的氣體與陰極區(qū)產(chǎn)生的氣體在相同狀況 下體積之比為1:2C陽極的電極反應(yīng)式為:2H2O-4e-=O2+4H+DNa2CrO4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7的離子方程式為:2CrO+2H+= Cr2O+H2O考點二:電解規(guī)律用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律電解類型電解質(zhì)類別實例電極反應(yīng)特點電

14、解對象電解質(zhì)濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型強(qiáng)堿、含氧酸、活潑金屬的含氧酸鹽NaOHH和OH分別在陰極和陽極放電生成H2和O2水增大增大水H2SO4減小水Na2SO4不變水電解電解質(zhì)型無氧酸、不活潑金屬的無氧酸鹽HCl電解質(zhì)電離出的陰陽離子分別在兩極放電電解質(zhì)減小增大HClCuCl2CuCl2放H2生堿型活潑金屬的無氧酸鹽NaCl陰極:H2O得電子放H2生成堿陽極:電解質(zhì)陰離子放電電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大HCl放O2生酸型不活潑金屬的含氧酸鹽CuSO4陰極:電解質(zhì)陽離子放電陽極:H2O失電子放O2生成酸電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小CuO或 CuCO3【特別提醒】 當(dāng)電解過程中電解的是水和電解質(zhì)時

15、,電極反應(yīng)式中出現(xiàn)的是H或OH放電,但在書寫總反應(yīng)式時要將反應(yīng)物中的H或OH均換成水,在生成物中出現(xiàn)的是堿或酸,同時使陰極、陽極反應(yīng)式得失電子數(shù)目相同,將兩個電極反應(yīng)式相加,即得到總反應(yīng)的化學(xué)方程式。兩惰性電極電解時,若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài),應(yīng)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)物的化合物。【典型例題5】用石墨做電極電解1 mol/L CuSO4溶液,當(dāng)c(Cu2)為0.5 mol/L時,停止電解,向剩余溶液中加入下列何種物質(zhì)可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)至原來的狀態(tài)()ACuSO4 BCuO CCu(OH)2 DCuSO45H2O【答案】B【遷移訓(xùn)練5】【浙江省湖州

16、市xx年度高三二??荚嚲怼坑枚栊噪姌O電解一定量的硫酸銅溶液,實驗裝置如圖1所示。電解過程中的實驗數(shù)據(jù)如圖2所示,橫坐標(biāo)表示電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量,縱坐標(biāo)表示電解過程中產(chǎn)生氣體的總體積(標(biāo)況)。則下列說法中正確的是A電解過程中,b電極表面先有紅色物質(zhì)析出,然后才有氣泡產(chǎn)生B從開始到Q點時收集到的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量為17C曲線OP 段表示H2和O2混合氣體的體積變化,曲線PQ段表示O2的體積變化Da電極上發(fā)生反應(yīng)的方程式為:2H+ + 2e- = H2和4OH-4 e-=2H2O+ O2考點三:電化學(xué)定量計算1、計算類型原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對

17、原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。2、方法技巧(1)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(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算,其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。(2)根據(jù)總反應(yīng)式計算先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁,構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。如以通過4 mol e為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式:(式中M為金屬,n為其離子的化合價數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值,熟記電極反應(yīng)式,靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題?!咎崾尽吭陔娀瘜W(xué)計算中,還常利用Q

18、It和Qn(e)NA1.601019C來計算電路中通過的電量。【典型例題6】兩個惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中,通電電解。當(dāng)電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時,(設(shè)電解過程中陰極沒有H2放出,且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計)電極上析出銀的質(zhì)量最大為()A27 mg B54 mg C106 mg D216 mg【遷移訓(xùn)練6】【廣東省汕頭市xx屆高三上學(xué)期教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控(期末)】(15分)(1)在298K時,1molCH4在氧氣中完全燃燒生成二氧化碳和液態(tài)水,放出熱量890.0 kJ。寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式 ?,F(xiàn)有CH4和CO的混合氣體0.75mol,完全燃燒后,生成CO2氣體和

19、18克液態(tài)水,并放出515kJ熱量,則CH4和CO的物質(zhì)的量分別為 、 mol.(2)利用該反應(yīng)設(shè)計一個燃料電池:用氫氧化鉀溶液作電解質(zhì)溶液,多孔石墨做電極,在電極上分別通入甲烷和氧氣。通入甲烷氣體的電極應(yīng)為 極(填寫“正”或“負(fù)”),該電極上發(fā)生的電極反應(yīng)是 (填字母代號)。a. CH4e- + 2O2 = CO2 + 2H2O b. CH48e- + 10OH- = CO32- + 7H2Oc. O2 + 2H2O + 4 e- = 4OH- d. O24 e- + 4H+ = 2H2O (3)在右圖所示實驗裝置中,石墨棒上的電極反應(yīng)式 為 ;如果起始時盛有1000mL pH=5的硫酸銅溶液(25,CuSO4足量),一段時間后溶液的pH變?yōu)?,此時可觀察到的現(xiàn)象是 ;若要使溶液恢復(fù)到起始濃度(溫度不變,忽略溶液體積的變化),可向溶液中加入 (填物質(zhì)名稱),其質(zhì)量約為 。

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