1、步步高版高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第23讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护讲义第23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)构成条件有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子的移动方向特别提醒电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是依靠离子定向
2、移动形成电流,即电子本身不会通过电解质溶液。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:AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。阳极:活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。注意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。最常用、最重要的放电顺序:阳极:ClOH;阴极:AgCu2H。电解水溶液时,KAl3不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得
3、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)。(1)电解水型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极:4OH4e=O22H2O阴极:4H4e=2H2H2O2H2OO22H2增大减小加H2O强碱(如NaOH)增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)不变加H2O电解水型电解一段时间后,其电解质的浓度一定增大吗?举例
4、说明。答案不一定,如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液,一段时间后会析出Na2SO410 H2O晶体,剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液,此时浓度保持不变。用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液,一段时间后,析出w g Na2SO410 H2O晶体,阴极上放出a g气体,则饱和Na2SO4溶液的质量分数为_。答案100%解析2H2O2H2O2 mol mol被电解的水的质量为9a g被电解的水与w g晶体组成该温度下的饱和溶液其质量分数为100%100%。(2)电解电解质型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸(如HCl),除HF外阳极:2Cl2e=Cl2阴极:
5、2H2e=H2酸2HClH2Cl2减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外阳极:2Cl2e=Cl2阴极:Cu22e=Cu盐CuCl2CuCl2加CuCl2固体(3)放H2生碱型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极:2Cl2e=Cl2阴极:2H2e=H2水和盐2Cl2H2O Cl2H22OH生成新电解质增大通入HCl气体要使电解后的NaCl溶液复原,滴加盐酸可以吗?答案不可以,电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2,所以应通入氯化氢气体,加入盐酸会引入过多的水。(4)放O2生酸型电解
6、质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极:4OH4e=2H2OO2阴极:2Cu24e=2Cu水和盐2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质减小加CuO或CuCO3电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么?在放H2生碱型的电解中,若滴入酚酞试液,哪一极附近溶液变红?答案放H2生碱型实质是水电离出的H在阴极上放电,破坏了阴极附近水的电离平衡,使OH浓度增大,若滴入酚酞试液,阴极附近溶液变红;放O2生酸型的实质是水电离出的OH在阳极上放电,破坏了阳极附近水的电离平衡,使H浓度增大。要使电解后的CuSO4溶液复原,加入Cu(
7、OH)2固体可以吗?答案应具体情况具体分析,若通电一段时间,CuSO4未电解完(即Cu2未全部放电),使溶液复原应加入CuO,而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小;若Cu2全部放电,又继续通电一段时间(此时电解水),要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,若只加入CuO,此时浓度偏大。若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98 g Cu(OH)2固体,才能使电解质溶液复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为多少?答案4NA解析方法一:98 g Cu(OH)2的物质的量为1 mol,相当于电解了1 mol的CuSO4后,又电解了1 mol的水,所以转移的电子数为2
8、NA2NA4NA。方法二:可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O2失电子数相等,共4NA。(5)通过以上分析,电解质溶液复原应遵循什么原则?答案电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则,即从溶液中析出哪种元素的原子,则应按比例补入哪些原子。2根据金属活动顺序表,Cu和稀H2SO4不反应,怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?答案Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极:Cu2e=Cu2,阴极:2H2e=H2。总反应式:Cu2HCu2H2。题组一突破电极反应式、电解方程式的书写1按要求书写电极反应式和
9、总方程式:(1)用惰性电极电解AgNO3溶液阳极反应式_;阴极反应式_;总反应离子方程式_。(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式_;阴极反应式_;总反应离子方程式_。(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式_;阴极反应式_;总反应化学方程式_。(4)用铁作电极电解NaOH溶液阳极反应式_;阴极反应式_;总反应离子方程式_。(5)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式_;阴极反应式_;总反应离子方程式_。(6)用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜阳极反应式_;阴极反应式_;总反应离子方程式_。(7)用Al作阳极,石墨作阴极,电解NaHCO3溶液阳极反应式_;阴极反应式_。(8)用惰性电极电解熔融MgCl2阳极反应式_;阴极反应式_;总反应离子方程式_。答案(1)4OH4e=O22H2O(或2H2O4e=O24H)4Ag4e=4Ag4Ag2H2O4AgO24H(2)2Cl2e=Cl22H2e=H2(或2H2O2e=H22OH)Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2(3)Fe2e=Fe22H2e=H2(或2H2O2e=H22OH)Fe2H2OFe(OH)2H2(4)Fe2e2OH=Fe(OH)2
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