电解池 金属的化学腐蚀与防护

第七章化学反应中的能量变化电化学第3讲电解池金属的电化学腐蚀高三第一轮总复习桃源一中高三化学备课组2010年11月考试说明1、了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电解总反应方程式。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。阳极阴极NaCl溶液e-e-电子流向【知识回顾】碳棒铁棒负极正极1、下图装置是否为原电池？电解池2、碳棒和铁棒分别是什么极？3、电子的流向、电解质溶液中离子的流向如何？Na+、H+阴极Cl-、OH-阳极阳极阴极NaCl溶液e-e-电子流向【知识回顾】阳极：2Cl--2e-=Cl2↑阴极：2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+2OH-)氧化反应还原反应电解总反应:2Cl-+2H2O2Cl2+H2↑+2OH-电解碳棒铁棒负极正极4、电极反应及电解池总反应如何？若在两极分别滴入酚酞，有何现象？阳极阴极NaCl溶液e-e-电子流向阳极：Fe-2e-=Fe2+阴极：2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+2OH-)氧化反应还原反应电解总反应:Fe+2H2OH2↑+Fe(OH)2电解铁棒碳棒负极正极【思考与交流】若将铁棒及碳棒的位置交换，电极反应及电解池总反应又如何？有何现象？一、电解原理1、电解：2、电解池：2)构成条件⑴与直流电源相连的两个电极（活性或惰性）⑵电解质溶液或熔化的电解质⑶形成闭合回路使电流通过电解质溶液(或熔化的电解质)而在阴阳两极发生氧化—还原反应的过程。1）定义：将电能转化为化学能的装置，它是一个非自发的氧化还原反应。3、电极的判断与反应类型阴极：阳极：①与电源正极相连；电子流出②阴离子移向该极，失电子，发生氧化反应。①与电源负极相连，电子流入；②阳离子移向该极，得电子，发生还原反应。4、电极产物的判断—离子放电顺序阴极:阳离子放电，得电子能力强者先放电Ag+＞(Fe3+)＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca+＞K+阳极:阴离子放电或活泼金属电极放电，失电子能力强者先放电（Pt、Au除外）金属电极＞S2-＞I-＞Br-＞Cl-＞OH-＞NO3-(等含氧酸根离子）＞F-即金属越不活泼的对应阳离子越容易得电子；例1：如图为以惰性电极进行电解：（1）写出A、B、C、D各电极上的电极方程式：A.，B.，C.，D.。（2）在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量之比为。小结：分析电解反应的一般思路：明确溶液中存在哪些离子由阴阳两电极反应式，合并得总反应式。（弱电解质的须保持分子形式）判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序，根据阳极氧化、阴极还原完成电极反应式。（注意得失电子守恒）先电离后电解【练1】某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和MgCl2，对该溶液以惰性电极进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。练2：如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的（）a极板b极板X电极Z溶液A锌石墨负极CuSO4B石墨石墨正极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2（09年安徽理综·12）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取。Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应：2Cu+H2O==Cu2O+H2↑下列说法正确的是A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成。体验高考1.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞溶液,则①电解池中X电极上的电极反应式为，在X电极附近观察到的现象是。②Y电极上的电极反应式为，检验该电极反应产物的方法是。1.电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO4溶液，则①X电极的材料是，电极反应式为。②Y电极的材料是，电极反应式为。（说明：杂质发生的电极反应不必写出）二、电解原理的应用：1、电解饱和NaCl溶液（氯碱工业）两极材料：碳棒或其它惰性电极NaCl==Na++Cl–H2O==H++OH–阴极：阳极：2Cl––2e–＝Cl2↑2H++2e–＝H2↑2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑总反应：通电阳极产物和阴极产物能接触吗？阳极产物Cl2和阴极产物NaOH如何检验？阳极：使湿润的KI淀粉试纸变蓝。阴极：滴入酚酞，溶液。变红离子交换膜1110氯碱工业——离子交换膜法制烧碱离子交换膜的作用是什么?。a、防止氢气和氯气混合而引起爆炸；b、避免Cl2和NaOH反应生成，而影响NaOH的产量。2、铜的电解精炼粗铜：含杂质（Zn、Fe、Ni、Ag、Au等）阳极：Zn–2e–=Zn2+Fe–2e–=Fe2+Ni–2e–=Ni2+Cu–2e–=Cu2+ZnFeNiCuAgAu阴极：阳极泥思考：电解完后，CuSO4溶液的浓度有何变化？粗铜纯铜硫酸铜溶液阳极阴极Cu2++2e–=Cu基本不变，但变小。3、电镀⑴定义：利用电解原理在某些金属的表面镀上一薄层其它金属或是合金的方法。⑵电镀材料的选择：阴极——镀件(待镀金属制品)阳极——镀层金属电镀液——含有镀层金属离子的溶液⑶装置：铜镀件CuSO4溶液阳极阴极（电镀铜）阳极：阴极：Cu–2e–=Cu2+Cu2++2e–=Cu⑷电镀的特点：电镀液的浓度基本不变。阳极参加反应的电解，4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）制取金属钠电解熔融状态的氯化钠。通直流电后，阳极：2Cl-－2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑通电结论：电解法是冶炼金属的一种重要方法，是最强有力的氧化还原的手段。阳极：6O2--12e-=3O2↑阴极：4Al3++12e-=4Al通电总式：2Al2O34Al+3O2↑冶炼铝原理:助熔剂：冰晶石（Na3AlF6：六氟合铝酸钠）阳极材料(碳)和熔融氧化铝需要定期补充思考:工业上为什么用电解熔融氧化铝的方法冶炼铝而不用AlCl3?4、电冶金（冶炼活泼金属钠、镁、铝等）池型电解池电镀池铜的精炼池装置特征阳极:惰性电极阴极:不一定是惰性电极阳极:镀层金属(M)阴极：镀件电镀液：含镀层金属离子阳极:粗铜阴极:精铜电解液:CuSO4溶液电极反应阳极:易放电的阴离子首先放电阴极:易放电的阳离子首先放电阳极：M－ne-==Mn+阴极：Mn++ne-==M阳极：Cu－2e-==Cu2+阴极：Cu2++2e-==Cu电解质溶液的浓度改变不变基本不变电解池、电镀池、电解精炼池的比较练1．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)()A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－==NiB．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和PtD练2．某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4，它们的物质的量之比为3∶1.用石墨做电极电解该混合溶液时，根据电极产物，可明显分为三个阶段．下列叙述不正确的是()A．阴极自始至终只析出H2B．阳极先析出Cl2，后析出O2C．电解最后阶段为电解水D．溶液pH不断增大，最后为7D试写出以石墨为电极分别电解下列溶液的电极反应式和电解总方程式：1、硫酸、2、氢氧化钠、3、硫酸钠4、硝酸银、5、硫酸铜、6、氯化铜7、盐酸8、氯化钠9、硫化钾上述溶液电解过程中溶液的pH值将如何变化？欲使上述溶液复原，应分别向上述电解后溶液中加入或通入何物质？（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH。（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH。（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解水。①若为酸性pH，②若碱性溶液，则溶液的pH，③若为中性，则pH。(4)电解时，既不生成H2又不生成O2，即电解电解质。①若为酸性pH，②若碱性溶液，则溶液的pH，③若为中性，则pH。增大减小减小增大不变小结：电解过程中溶液pH的变化规律增大减小不变练：从H+、Cu2+、Na+、SO42-、Cl-、OH-六种离子中选取一些恰当的组成电解质，按下列要求进行电解。（1）以碳棒为电极，使电解质质量减小，水质量不变，进行电解，则可采用的电解质是。（2）以碳棒为电极，使电解质质量不变，水质量减小，进行电解，则可采用的电解质是。（3）以碳棒为阳极，铁棒为阴极，使电解质和水质量都减小，进行电解，则可采用的电解质是。HClCuCl2H2SO4Na2SO4NaOHNaHSO4NaClCuSO4【例1】（1）用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液（不考虑电解过程中溶液体积的变化），通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为mol。（2）如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为mol。（3）如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑CO2的溶解），电解过程中转移的电子为___mol。【例2】如图为相互串联的甲乙两电解池．(1)乙池中若滴入少量酚酞试液，电解一段时间后Fe极附近呈________色。(2)若甲池中阴极增重12.8g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为________，若此时乙池剩余液体为400mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为________，pH为________。CuSO4溶液红4.48L1.0mol/L14例3：某硝酸盐晶体化学式为M(NO3)x·nH2O，式量为242，将1.21g该晶体溶于水配成100mL溶液，用惰性电极进行电解。当有0.01mol电子转移时，溶液中金属离子全部析出，此时阴极增重0.32g。求：①金属M的相对原子质量及x、n值；②电解溶液的pH（溶液体积仍为100mL）。Mx++xe-=M0.005mol0.01mol0.32g所以：x=2；M=64；n=3产生H+为0.01mol，pH=1【例4】如图，A为直流电源，B为电解槽，c、d为石墨电极，B中存放有100mLNaCl和CuCl2的混合溶液，其中Cu2＋的物质的量浓度0.1mol/L，闭合S，d极收集到标准状况下气体甲448mL，该气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝．气体体积均在标准状况下测定，假设溶液的体积变化忽略不计，不考虑电解产生的气体溶解和吸收．请回答下列问题．(1)A电源的a极是________，d极发生反应的电极反应式________________________(2)c极理论上收集到的气体的体积是________(标准状况下)．(3)假设100mL溶液中，c(Cu2＋)＝amol/L，c(Na+)＝bmol/L，Cu2＋完全放电后，理论上d极产生甲气体的体积V的范围是__________________(用含a、b的代数式表示)．2.24aL≤V≤(2.24a＋1.12b)L224mL负极2Cl－2e－==Cl2↑练1：用两支惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的PH值从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上析出银的质量大约是：A、27mgB、54mgC、108mgD、216mgB练2、用惰性电极电解2L1.0mol/L的CuSO4溶液，在电路中通过0.5mol电子后，调换正负极继续电解，电路中通过了1mol电子，此时溶液中c（H＋）为（）A.1.5mol/LB.0.75mol/LC.