高届高级步步高高中化学一轮复习全套课件学案第六章第22讲.docx

1、高届高级步步高高中化学一轮复习全套课件学案第六章第22讲第22讲电解池金属的电化学腐蚀与防护考纲要求1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。考点一电解的原理1.电解和电解池(1)电解: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)电解池:电能转化为化学能的装置。(3)电解池的构成有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融电解质)。形成闭合回路。2.电解池的工作原理(1)电极名称及电极反应式(电解CuCl2溶液为例)总反应式:CuCl2CuCl2(2)电子和离子的移动方向

2、电子:从电源负极流出后,流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。离子:阳离子移向电解池的阴极,阴离子移向电解池的阳极。3.阴阳两极上放电顺序(1)阴极:(与电极材料无关)。氧化性强的先放电,放电顺序:(2)阳极:若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,发生氧化反应。若是惰性电极作阳极,放电顺序为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、最重要的放电顺序为阳极: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到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。4.用惰性电极电解电解质溶液的规律类型实

3、例电极反应特点或反应式电解产物溶液pH变化溶液复原电解水型含氧酸H2SO4溶液中的H和OH分别在阴阳两极放电:阴极:_阳极:_H2O2强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐KNO3电解电解质型无氧酸(氢氟酸除外)HCl电解质电离的阴阳离子分别在两极放电:阳极:_H2Cl2不活泼金属的无氧酸盐CuCl2CuCl2放氢生碱型活泼金属的无氧酸盐NaCl阴极水电离的H放电,阳极电解质电离的阴离子放电阴极:_阳极:_放氧生酸性不活泼金属的含氧酸盐AgNO3阳极水电离的OH放电,阴极电解质的阳离子放电阴极:_Ag阳极:_【参考答案】：4H4e=2H24OH4e=2H2OO2减小增大不变水2Cl2e=Cl2增大HC

4、lCuCl2H2(或H2、NaOH)Cl2增大HClAge=AgO2减小Ag2O(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程()(2)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现()(3)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极()(4)电解稀硫酸制H2、O2时,可用不活泼的铜作阳极()(5)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色()(6)电解盐酸、硫酸等溶液,H放电,溶液的pH均增大()1.根据金属活动性顺序表,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?【参考答案】：Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4

5、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。2.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_。【参考答案】：4NA【试题解析】：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2NA2NA4NA。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。题组一电解规律及电极产物的判断1.用惰性电极电解下列

6、各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的pH依次为升高、不变、降低的是()A.AgNO3CuCl2Cu(NO3)2 B.KClNa2SO4CuSO4C.CaCl2KOHNaNO3 D.HClHNO3K2SO4【参考答案】：B【试题解析】：由电解电解质溶液的四种类型可知:类型化学物质pH变化放O2生酸型CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2降低放H2生碱型KCl、CaCl2升高电解电解质型CuCl2HCl升高电解H2O型NaNO3、Na2SO4、K2SO4不变KOH升高HNO3降低2.(2018天津市实验中学高三模拟)以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(

7、)A.阴极附近溶液呈红色 B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色 D.溶液的pH变小【参考答案】：D【试题解析】：以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI2H2O2KOHH2I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D错误。3.用石墨作电极,电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示,通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是()A.逸出气体的体积:A电极B电极B.一

8、电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气味气体C.A电极附近呈红色,B电极附近呈蓝色D.电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性【参考答案】：D【试题解析】：SO、OH移向B电极,在B电极OH放电,产生O2,B电极附近c(H)c(OH),石蕊溶液变红,Na、H移向A电极,在A电极H放电产生H2,A电极附近c(OH)c(H),石蕊溶液变蓝,C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极,A项错误；两种气体均为无色无味的气体,B项错误。题组二电子守恒在电化学计算中的应用4.(2018宜昌调研)以铅蓄电池为电源,石墨为电极电解CuSO4溶液,装置如下图。若一段时间后Y电极

9、上有6.4 g 红色物质析出,停止电解。下列说法正确的是()A.a为铅蓄电池的负极B.电解过程中SO向右侧移动C.电解结束时,左侧溶液质量增重8 gD.铅蓄电池工作时,正极电极反应式为:PbSO42e=PbSO【参考答案】：C【试题解析】：Y极有Cu析出,发生还原反应,Y极为阴极,故b为负极,a为正极,A错误；电解过程中阴离子向阳极移动,B错误；阴极反应式为Cu22e=Cu,阳极反应式为4OH4e=O22H2O,当有6.4 g Cu析出时,转移0.2 mol e,左侧生成1.6 g O2,同时有0.1 mol (9.6 g) SO进入左侧,则左侧质量净增加9.6 g1.6 g8 g,C正确；铅

10、蓄电池的负极是Pb,正极是PbO2,正极反应式为PbO22e4HSO=PbSO42H2O,D错误。5.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.6 molL1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是()A.原混合溶液中c(K)为0.2 molL1B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 molD.电解后溶液中c(H)为0.2 molL1【参考答案】：A【试题解析】：石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为4O

11、H4e=2H2OO2,阴极先后发生两个反应:Cu22e=Cu,2H2e=H2。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子,而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2共得到0.4 mol0.2 mol0.2 mol电子,电解前Cu2的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K)2c(Cu2)c(NO),c(K)c(H)c(NO),不难算出:电解前c(K)0.2 molL1,电解后c(H)0.4 molL1。电化学综合计算的三种常用方法(1)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

12、根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式:4e 阳极产物 阴极产物(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。题组三电极反应式的书写与判断6.按要求书写电极反应式和总反应方程式:(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式:

13、_；阴极反应式:_；总反应离子方程式:_。(2)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:_。(3)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜阳极反应式:_；阴极反应式:_；总反应方程式:_。(4)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的_极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极反应式为_。若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为_。【参考答案】：(1)2Cl2e=Cl2Mg22H2O2e=H2Mg(OH)2Mg22Cl2H2O

14、Mg(OH)2Cl2H2(2)2Al6e8OH=2AlO4H2O6H2O6e=3H26OH(或6H6e=3H2)2Al2H2O2OH2AlO3H2(3)2Al6e3H2O=Al2O36H6H6e=3H22Al3H2OAl2O33H2(4)负4Al2Cl3e=Al7AlClH2【试题解析】：(4)电镀时,镀件作阴极,即钢制品作阴极,接电源负极,根据阴极生成Al可知反应式为4Al2Cl3e=Al7AlCl。若改用AlCl3水溶液作电解液,阴极反应为2H2e=H2,产物为H2。7.整合有效信息书写电极反应(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收

15、H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S22e=S(n1)SS2=S写出电解时阴极的电极反应式:_。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成_。(2)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示,为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是_,说明理由:_。【参考答案】：(1)2H2O2e=H22OHS2H=(n1)SH2S(2)NH3根据总反应:8NO7H2O3NH4NO32HNO3,电解产生的HNO3多,应补充NH3【试题解析】：(1)电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水溶液中的H放电生成H2。由题给反应可知,

16、阳极区生成了S,S可以理解为(n1)SS2,加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知:阴极反应式为3NO15e18H=3NH3H2O,阳极反应式为5NO15e10H2O=5NO20H,总反应式为8NO7H2O3NH4NO32HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。做到“三看”,正确书写电极反应式(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe生成Fe2而不是生成Fe3)。(2)二看介质,介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的电冶炼。考点二电解原理的应用1.氯

17、碱工业阳极反应式:2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极反应式:2H2e=H2(还原反应)总反应方程式:2NaCl2H2O2NaOHH2Cl22.电镀与电解精炼电镀电解精炼铜示意图电极反应阳极Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2,Cu2e=Cu2阴极Cu22e=CuCu22e=Cu电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度不变CuSO4溶液的浓度变小3.电冶金电解冶炼冶炼钠冶炼铝电极反应阳极:2Cl2e=Cl2阴极:2Na2e=2Na阳极:6O212e=3O2阴极:4Al312e=4Al总反应2NaCl(熔融) 2NaCl22Al2O3(熔融) 4Al3O2(1)在镀件上电镀铜时,也可以用惰性材料作阳极

18、,用硫酸铜溶液作电解液()(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料()(3)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2)均保持不变()(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可以电解MgO和AlCl3()(5)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()(6)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2作电解质溶液,由于放电顺序HZn2,不可能在铁上镀锌()题组一电解原理的常规应用1.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知:氧化性Fe2Ni2Cu2)()A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni22e=N

19、iB.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2和Zn2D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt【参考答案】：D【试题解析】：电解时,阳极Zn、Fe、Ni失去电子,发生氧化反应,A项错误；因氧化性Ni2Fe2Zn2,故阴极反应式为Ni22e=Ni,可见,阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解,而阴极质量增加是因为Ni析出,B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2和Zn2外,还有Ni2和H,C项错误。2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是()A.氯碱工业中,X电极上的反应式是4OH4e=2H2OO2B.电解精炼铜时,

20、Z溶液中的Cu2浓度不变C.在铁片上镀铜时,Y是纯铜D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁【参考答案】：D【试题解析】：氯碱工业中阳极是Cl放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解,阴极上Cu2放电析出Cu,由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,电解质溶液中Cu2浓度变小；铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。3.(2017全国卷,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极C.阴极的电极反应式为Al33e=AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动【参考答案】：C【

21、试题解析】：A项,根据电解原理可知,Al要形成氧化膜,化合价升高失电子,因此铝为阳极,正确；B项,阴极仅作导体,可选用不锈钢网,且不锈钢网接触面积大,能增加电解效率,正确；C项,阴极应为氢离子得电子生成氢气,错误；D项,电解时,阴离子移向阳极,正确。题组二应用电解原理制备新物质4.高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4,其工作原理如图所示,两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是()A.阳极反应式:Fe6e8OH=FeO4H2OB.甲溶液可循环利用C.离子交换膜a是阴离子交换膜D.当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mo

22、l H2生成【参考答案】：C【试题解析】：A项,阳极发生氧化反应,电极反应式:Fe6e8OH=FeO4H2O,正确；B项,阴极发生还原反应,水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根,甲溶液为浓的氢氧化钠溶液,可循环利用,正确；C项,电解池中阳离子向阴极移动,通过离子交换膜a的是Na,故a为阳离子交换膜,错误；D项,阴极发生还原反应,水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根,电极反应式为2H2O2e=H22OH,当电路中通过2 mol电子的电量时,会有1 mol H2生成,正确。5.用惰性电极电解法制备硼酸H3BO3或B(OH)3的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法

23、正确的是()A.阴极与阳极产生的气体体积比为12B.b极的电极反应式为2H2O2e=O24HC.产品室中发生的反应是B(OH)3OH=B(OH) D.每增加1 mol H3BO3产品,NaOH溶液增重22 g【参考答案】：D【试题解析】：由图可知,b电极为阳极,电解时阳极上水失电子生成O2和H,a电极为阴极,电解时阴极上水得电子生成H2和OH,原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中B(OH)通过阴膜进入产品室,b极室中氢离子通过阳膜进入产品室,B(OH)、H发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O2e=H22OH、2H2O4e=O24H,理论上每生

24、成1 mol产品,b极生成1 mol H、a极生成0.5 mol H2。6.(2018太原质检)采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。下图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是()A.Zn与电源的负极相连B.ZnC2O4在交换膜右侧生成C.电解的总反应为2CO2ZnZnC2O4D.通入11.2 L CO2时,转移0.5 mol电子【参考答案】：C【试题解析】：电解过程中Zn被氧化,作阳极,所以Zn与电源的正极相连,A错误；Zn2透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O形成ZnC2O4,B错误；没有给出气体所处的温度和压强,D错误。题组三应用电解原理

25、治理污染7.某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置,进行果品的安全生产,解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是()A.a为直流电源的负极,与之相连的电极为阴极B.离子交换膜为阴离子交换膜C.“酸性水”具有强氧化性,能够杀菌D.阴极反应式为H2O2e=H2O2【参考答案】：C【试题解析】：由“碱性水”可推知b为直流电源的负极,a为直流电源的正极,A项错误；右侧生成OH,K穿过离子交换膜移到右侧,即该离子交换膜为阳离子交换膜,B项错误；阳极反应为2Cl2e=Cl2,Cl2H2O=HClHClO,故“酸性水”中含HClO,具有强氧化性,能杀菌,C项正确；水溶液中不可能存在O2,

26、D项错误。8.(2019重庆调研)用铁和石墨作电极电解酸性废水,可将废水中的PO以FePO4(不溶于水)的形式除去,其装置如图所示。下列说法中正确的是()A.若X、Y电极材料连接反了,则仍可将废水中的PO除去B.X极为石墨,该电极上发生氧化反应C.电解过程中Y极周围溶液的pH减小D.电解时废水中会发生反应:4Fe2O24H4PO=4FePO42H2O【参考答案】：D【试题解析】：根据题意分析,X电极材料为铁,Y电极材料为石墨,若X、Y电极材料连接反了,铁就不能失电子变为离子,也就不能生成FePO4,A项错误；Y电极材料为石墨,该电极发生还原反应,B项错误；电解过程中Y极上发生的反应为O24e4H=2H2O,氢离子浓度减小,溶液的pH变大,C项错误；铁在阳极失电子变为Fe2,通入的氧气把Fe2氧化为Fe3,Fe3与PO反应生成FePO4,D项正确。9.SO2和NOx是主要大