第六章第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护

1第3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①有与电源相连的两个电极。②电解质溶液(或熔融盐)。③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－)。2(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋(酸)Fe2＋Zn2＋H＋(水)Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋。阳极：活泼电极S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根离子。注意①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。②最常用、最重要的放电顺序是：阳极：Cl－OH－；阴极：Ag＋Cu2＋H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋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)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)电解质(水溶液)电极方程式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱(如NaOH)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大不变加H2O无氧酸(如HCl)，除HF外阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑酸2HCl=====电解Cl2↑＋H2↑减小增大通入HCl气体3不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu盐CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑减小加CuCl2活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑水和盐2Cl－＋2H2O=====电解Cl2↑＋H2↑＋2OH－生成新电解质增大通入HCl气体不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu水和盐2Cu2＋＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO32．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。3．(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？(2)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？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。(1)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。(2)①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会使溶液的浓度降低。②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，此时浓度偏高。4．若用惰性电极电解饱和的Na2SO4溶液，此时溶液的浓度和pH怎样发生变化？为什么？答案溶液浓度和pH均不发生变化，因为用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，实质是电解水，会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，所以浓度和pH值均不变。4题组一电解原理和电解规律的考查1．如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是()A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色答案D解析SO2－4、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c(H＋)c(OH－)，石蕊试液变红。Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c(OH－)c(H＋)，石蕊试液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B、C均错。2．用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是()A．电解过程中阴极没有气体生成B．电解过程中转移的电子的物质的量为0.4molC．原CuSO4溶液的浓度为0.1mol·L－1D．电解过程中阳极收集到的气体体积为1.12L(标况下)答案B解析由2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋2H2SO4＋O2↑知，如CuSO4未电解完，加CuO即可复原，而加入Cu(OH)2相当于加入CuO·H2O，故CuSO4电解完后，还电解了部分水。电解析出了0.1molCu，转移电子0.2mol，而电解0.1molH2O转移电子0.2mol，故转移的电子的总物质的量为0.4mol。题组二突破电极反应式、电解总方程式的书写3．按要求书写电极反应式和总方程式(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：阳极反应式_________________________________________________________；5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___________________________________________________；总化学方程式__________________________________________________。(4)用铜作电极电解盐酸溶液阳极反应式_________________________________________________________；阴极反应式_______________________________________________________；总反应离子方程式____________________________________________________。(5)用Al作电极电解NaOH溶液阴极反应式______________________________________________________；阳极反应式________________________________________________________；总反应离子方程式__________________________________________________。(6)用惰性电极电解熔融MgCl2阴极反应式_____________________________________________________；阳极反应式__________________________________________________________；总反应离子方程式_____________________________________________________。答案(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4Ag＋＋4e－===4Ag4Ag＋＋2H2O=====电解4Ag＋O2↑＋4H＋(2)2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=====电解Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(3)Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑Fe＋2H2O=====电解Fe(OH)2↓＋H2↑(4)Cu－2e－===Cu2＋2H＋＋2e－===H2↑6Cu＋2H＋=====电解Cu2＋＋H2↑(5)6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－或6H＋＋6e－===3H2↑2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O2Al＋2H2O＋2OH－=====电解2AlO－2＋3H2↑(6)Mg2＋＋2e－===Mg2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2Cl－=====电解Mg＋Cl2↑4．(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为______________________________________________________________________。(2)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：________________________________________________________________________。答案(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋(2)Al＋3HCO－3－3e－===Al(OH)3↓＋3CO2↑解析(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；(2)Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO－3水解显碱性，两者水解互相促进，生成Al(OH)3和CO2。1.体会书写步骤以石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式的书写为例。第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2＋、H＋；阴离子：OH－、SO2－4。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2＋H＋；阳极：OH－SO2－4。第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋2H2SO4。2．规避“三个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电