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第3节电解池金属的腐蚀与防护-2-考查要点说明核心素养解读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。1.变化观念与平衡思想:认识化学变化的本质是有新物质生成,并伴有能量的转化;能多角度、动态地分析电解池中发生的反应,并运用电解原理解决实际问题。2.科学态度与社会责任:肯定电解原理对社会发展的重大贡献,具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。-3-自主预诊考向突破电解原理1.电解池(1)电解池:把转化为的装置。(2)构成条件:①与直流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。电能化学能-4-自主预诊考向突破(3)工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)①电极名称及电极反应式。总反应式:CuCl2Cu+Cl2↑②电子和离子的移动方向。电子:从电源流出后,流向电解池阴极;从电解池的流出后流向电源的正极。离子:阳离子移向电解池的,阴离子移向电解池的。氧化还原负极阳极阴极阳极-5-自主预诊考向突破2.电极反应式的书写步骤与方法-6-自主预诊考向突破微点拨(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)Fe3+在阴极上放电时生成Fe2+而不是得到单质Fe。-7-自主预诊考向突破3.以惰性电极电解电解质溶液的规律类型实例电极反应特点电解质溶液浓度pH电解质溶液复原电解水型NaOH阴极:阳极:增大增大加H2SO4增大减小加Na2SO4增大不变加4H++4e-=2H2↑(碱性溶液:4OH-+4e-=4OH-+2H2↑)4OH--4e-=2H2O+O2↑(酸性溶液:2H2O-4e-=4H++O2↑)水水水-8-自主预诊考向突破类型实例电极反应特点电解质溶液浓度pH电解质溶液复原电解电解质型HCl电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电减小增大通CuCl2减小—加放H2生碱型NaCl、KCl阴极水电离的H+放电,阳极电解质电离的阴离子放电生成新电解质通放O2生酸型CuSO4、Cu(NO3)2阳极水电离的OH-放电,阴极电解质的阳离子放电生成新电解质加或HClCuCl2增大HCl减小CuOCuCO3-9-自主预诊考向突破自我诊断1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)电解池的阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。()(2)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。()(3)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸最终变蓝。()(4)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变。()(5)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现。()(6)电解NaCl溶液得到22.4LH2(标准状况),理论上需要转移NA个电子。()答案:(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×-10-自主预诊考向突破2.电解质溶液通直流电时,一定会发生化学反应吗?为什么?提示:一定发生化学反应。因为在电解池的阴极、阳极分别发生了还原反应和氧化反应,发生了电子的转移,生成了新物质,所以一定有化学反应发生。3.若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98gCu(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:方法一:98gCu(OH)2的物质的量为1mol,相当于电解了1mol的CuSO4后,又电解了1mol的水,所以转移的电子数为2NA+2NA=4NA。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。-11-自主预诊考向突破考向1电解基本原理及规律典例❶(1)(2019全国3,28节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:负极区发生的反应有(写反应方程式)。电路中转移1mol电子,需消耗氧气L(标准状况)。-12-自主预诊考向突破(2)(2018全国3,27节选)KIO3是一种重要的无机化合物,可作为食盐中的补碘剂。KIO3也可采用“电解法”制备,装置如图所示。①写出电解时阴极的电极反应式。②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为,其迁移方向是由。③与“电解法”相比,“KClO3氧化法”的主要不足之处有(写出一点)。-13-自主预诊考向突破答案:(1)Fe3++e-=Fe2+,4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O5.6(2)①2H2O+2e-=2OH-+H2↑②K+a到b③产生Cl2易污染环境等解析:(1)电解过程中,负极区即阴极上发生的是得电子的反应,元素化合价降低,属于还原反应,图中左侧为负极区,根据图示信息知电极反应为Fe3++e-=Fe2+,溶液中的反应为4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O;电路中转移1mol电子,根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol÷4=0.25mol,其在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L·mol-1=5.6L。(2)①阴极为阳离子放电,即为H+得电子生成H2,而H+来自于水,故电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑。②阳离子交换膜只允许阳离子通过,b处水电离产生的H+放电,右侧溶液中的阴离子浓度增大,故K+从a移至b来平衡电荷。③“KClO3氧化法”中生成Cl2,会污染环境。-14-自主预诊考向突破易错警示(1)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。(2)书写电解反应的化学方程式时,应看清是电解的水溶液还是熔融电解质。Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+只有在电解熔融盐时放电,在水溶液中Zn2+只有在电镀条件下才放电。-15-自主预诊考向突破对点演练1右图装置中X和Y均为石墨电极,电解质溶液为500mL某蓝色溶液,电解一段时间后,观察到X电极表面有红色的固态物质生成,Y电极有无色气体生成;溶液中原有溶质完全电解后,停止电解,取出X电极,洗涤、干燥、称量,电极增重1.6g。下列有关说法中错误的是()A.X电极是阴极B.Y电极产生气体的体积为0.224LC.电解后溶液的pH=1D.要使电解后溶液恢复到电解前的状态,需加入一定量的CuO或CuCO3答案解析解析关闭蓝色溶液中可能含有Cu2+,并且在电解过程中析出红色固体,进一步验证析出的是铜,X电极是阴极;Y电极是阳极,电极上析出的无色气体应该是O2,电解离子方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+。根据电解离子方程式得:n(H+)=2n(Cu2+)=2×1.664mol=0.05mol,故溶液中c(H+)=0.05mol0.5L=0.1mol·L-1,溶液的pH=1。要使溶液恢复到电解前,可以加入CuO或CuCO3。根据电解离子方程式得:n(O2)=12×n(Cu)=0.0125mol,在标准状况下的体积V(O2)=22.4L·mol-1×0.0125mol=0.28L,所以B项错误。答案解析关闭B-16-自主预诊考向突破考向2电解的有关计算典例❷(2019江西师范大学附属中学高三期末)在500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中,c(N)=6mol·L-1,用石墨电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是()A.电解得到的Cu的物质的量为0.5molB.向电解后的溶液中加入98g的Cu(OH)2可恢复为原溶液C.原混合溶液中c(K+)=4mol·L-1D.电解后溶液中c(H+)=2mol·L-1O3-答案解析解析关闭用石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4L气体(标准状况),n(O2)=22.4L22.4L·mol-1=1mol,阳极发生反应4OH--4e-O2↑+2H2O,生成1mol氧气转移4mol电子,阴极发生反应Cu2++2e-Cu、2H++2e-H2↑,生成1mol氢气,转移2mol电子,因此Cu2+放电转移2mol电子生成1mol铜,则电解得到的Cu的物质的量为1mol,故A项错误;根据电解原理和原子守恒,溶液中减少的原子有铜、氧、氢,向电解后的溶液中加入Cu(OH)2,可恢复为原溶液,需要1molCu(OH)2,其质量为98g,故B项正确;c(Cu2+)=1mol0.5L=2mol·L-1,由电荷守恒可知,原混合溶液中c(K+)为6mol·L-1-2mol·L-1×2=2mol·L-1,故C项错误;电解后溶液中c(H+)为4mol-2mol0.5L=4mol·L-1,故D项错误。答案解析关闭B-17-自主预诊考向突破对点演练2用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为()A.0.4molB.0.5molC.0.6molD.0.8mol答案解析解析关闭电解硫酸铜溶液时,开始反应生成铜、氧气和硫酸,后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解,反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜,相当于加入了0.2mol氧化铜和0.1mol水,而0.1mol水应是第二阶段的反应所消耗的,该阶段转移了0.2mol电子,第一阶段转移了0.4mol电子,则一共转移了0.6mol电子,C项正确。答案解析关闭C-18-自主预诊考向突破深度指津电化学的计算技巧原电池和电解池的相关计算,主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算,根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时,可运用以下基本方法:(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算。①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物在相同电量时的计算,其依据是各电极上转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。-19-自主预诊考向突破(3)根据关系式计算。根据得失电子守恒关系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4mole-为桥梁可构建如下关系式:4e-~2Cl2(Br2、I2)~O2阳极产物~2H2~2Cu~4Ag~4𝑛M阴极产物(式中M为金属,n为金属离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用,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。提示在电化学计算中,还常利用Q=I·t和Q=n(e-)×NA×1.60×10-19C来计算电路中通过的电量。-20-自主预诊考向突破电解原理在工业生产中的应用1.电解饱和食盐水(1)电极反应。阳极:(反应类型:氧化反应),阴极:(反应类型:还原反应)。(2)总反应式。总反应方程式:。总反应离子方程式:。2Cl--2e-=Cl2↑2H++2e-=H2↑2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑-21-自主预诊考向突破(3)应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。阳离子交换膜:①只允许阳离子通过,能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。-22-自主预诊考向突破2.电解精炼铜粗铜精铜Cu-2e-=Cu2+Cu2++2e-=Cu-23-自主预诊考向突破3.电镀铜待镀金属精铜Cu2+Cu-2e-=Cu2+Cu2++2e-=Cu-24-自主预诊考向突破4.电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑冶炼镁MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑2Cl--2e-=Cl2↑2Na++2e-=2Na2Cl--2e-=Cl2↑Mg2++2e-=Mg6O2--1