（课标通用）山东省2020版高考化学总复习 专题六 第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件

第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护微专题一电解原理及规律微专题二电解原理的应用总纲目录微专题三金属的腐蚀与防护 1.了解电解池的工作原理,认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。2.能分析解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。3.了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害,了解防止金属腐蚀的措施。4.学生必做实验:简单的电镀实验。山东省教学指导意见微专题一电解原理及规律1.电解原理(1)电解与电解池 (2)电解池工作原理示意图 (3)电极产物的判断 [注意]a.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。b.最常用、最重要的放电顺序为阳极:Cl-OH-;阴极:Ag+Cu2+H+。c.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。2.用惰性电极电解电解质溶液的规律1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。(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)电解池工作时,电流方向与阳离子移动方向相同 (√)(4)Fe3+在电解池阴极放电时的电极反应式为Fe3++3e- Fe(✕)(5)电解CuCl2溶液,阳极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 (✕)(6)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变 (✕)(7)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+ (✕)(8)电解NaCl溶液得到22.4LH2(标准状况),理论上需要转移NA个电子 (✕)2.【深度思考】写出下列相关的电极反应式和总反应方程式。阳极反应式阴极反应式总反应方程式(1)用惰性电极电解AgNO3溶液(2)用惰性电极电解MgCl2溶液(3)用铜作电极电解NaCl溶液(4)用惰性电极电解Na2SO4溶液答案(1)4OH--4e- 2H2O+O2↑4Ag++4e- 4Ag4Ag++2H2O 4Ag+O2↑+4H+(2)2Cl--2e- Cl2↑2H++2e- H2↑Mg2++2Cl-+2H2O Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑(3)Cu-2e- Cu2+2H++2e- H2↑Cu+2H2O Cu(OH)2+H2↑(4)4OH--4e- 2H2O+O2↑4H++4e- 2H2↑2H2O 2H2↑+O2↑题组一电解原理和电解规律1.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息标示在下图中,下列有关分析完全正确的是 () 选项ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子解析B根据电子的移动方向可知a为阴极,c为负极,d为正极,b为阳极,P离子为阴离子,Q离子为阳离子。2.以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是 (D)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变小解析以石墨为电极,电解KI溶液的化学方程式是2KI+2H2O I2+H2↑+2KOH。由于溶液中含有少量酚酞和淀粉,所以在阳极附近溶液变为蓝色,在阴极附近溶液变为红色。因为产生了碱,溶液碱性增强,所以溶液的pH变大。3.如图是一个用铂丝作电极,电解稀的MgSO4溶液的装置,电解液中加有中性红指示剂,此时溶液呈红色。[指示剂的pH变色范围:6.8~8.0,酸色—红色,碱色—黄色,Mg(OH)2沉淀的pH=9]。接通电源一段时间后A管产生白色沉淀,回答下列问题: (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是(填编号)。①A管溶液由红变黄②B管溶液由红变黄③A管溶液不变色④B管溶液不变色(2)写出A管中发生的反应:。(3)写出B管中发生的反应:。(4)检验b管中气体的方法是。(5)电解一段时间后,切断电源,将电解液倒入烧杯内观察到的现象是。答案(1)①④(2)2H++2e- H2↑、Mg2++2OH- Mg(OH)2↓[或2H2O+2e-+Mg2+ H2↑+Mg(OH)2↓](3)4OH--4e- 2H2O+O2↑(或2H2O-4e- O2↑+4H+)(4)用拇指堵住管口,取出试管,放开拇指,将带有火星的木条伸入试管内,木条复燃(5)溶液呈红色,白色沉淀溶解题后悟道电解时溶液pH的变化规律①若电解时阴极上产生H2,阳极上无O2产生,电解后溶液pH增大;②若阴极上无H2产生,阳极上产生O2,则电解后溶液pH减小;③若阴极上有H2产生,阳极上有O2产生,且 =2 ,则有“酸更酸,碱更碱,中性就不变”,即:a.如果原溶液是酸溶液,则pH变小;b.如果原溶液为碱溶液,则pH变大;c.如果原溶液为中性溶液,则电解后pH不变。2HV2OV题组二电极反应式的书写及正误判断4.(2018山东滨州三县联考)以甲醇燃料电池(KOH为电解质)为电源,在实验中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程。实验中,通电一段时间后可观察到铝电极逐渐失去光泽,并出现细小气泡,装置如图所示,下列说法正确的是 () A.燃料电池b电极上发生的反应为CH3OH-6e-+H2O 6H++CO2↑B.电解池中石墨电极作阴极,发生的反应为2H++2e- H2↑C.电解池中Al电极上发生的反应为Al-3e-+3HC  Al(OH)3+3CO2↑D.理论上每生成19.5g沉淀,标准状况下a电极上消耗2.1LO23O解析C由铝电极发生失电子的氧化反应可知燃料电池a电极为正极,则燃料电池b电极为负极,发生氧化反应,因电解质溶液为KOH溶液,则发生的反应为CH3OH-6e-+8OH- C +6H2O,故A错误;电解池中石墨电极作阴极,电极反应式为2HC +2e- H2↑+2C ,故B错误;电解池中Al为阳极,电极反应式为Al-3e-+3HC  Al(OH)3+3CO2↑,生成的氢氧化铝再转化成氧化铝保护膜,故C正确;19.5gAl(OH)3的物质的量为 =0.25mol,则反应中转移电子的物质的量为0.25mol×323O3O23O3O119.5g78gmol=0.75mol,则标准状况下a电极上消耗O2的体积为 ×22.4L·mol-1=4.2L,故D错误。0.75mol45.按下图进行电解实验(A、B、C、D均为惰性电极),可供选择的电解质溶液列于下表。要求满足的条件是:①工作一段时间后甲槽中溶液的pH增大,乙槽中溶液的pH减小;②B、C两极上放电的离子的物质的量相等。 组别ABCD甲槽NaOH溶液AgNO3溶液H2SO4溶液NaCl溶液乙槽CuSO4溶液CuCl2溶液AgNO3溶液AgNO3溶液(1)应选择的电解液是组。(2)写出电极反应式:A极;B极;C极;D极。答案(1)D(2)2H++2e- H2↑2Cl--2e- Cl2↑2Ag++2e- 2Ag4OH--4e- O2↑+2H2O解析由实验装置图可知甲、乙两池串联,四个电极通过的电量相等。由电解原理知用惰性电极电解NaOH、H2SO4溶液实质为电解水,电解池工作一段时间后,溶质的物质的量浓度增大,NaOH溶液pH增大,H2SO4溶液pH减小,电极反应式:A极为2H++2e- H2↑,B极为4OH--4e- O2↑+2H2O。CuSO4、AgNO3均为不活泼金属的含氧酸盐,用惰性电极电解时阴极反应式分别为Cu2++2e- Cu和2Ag++2e- 2Ag,阳极反应式为4OH--4e- O2↑+2H2O。CuCl2为不活泼金属的非含氧酸盐,用惰性电极电解时阴极反应式为Cu2++2e- Cu,阳极反应式为2Cl--2e- Cl2↑。NaCl为活泼金属的非含氧酸盐,用惰性电极电解时阴极反应式为2H++2e- H2↑,阳极反应式为2Cl--2e- Cl2↑。由以上分析可知符合条件的电解液只有D组。题后悟道电解池电极反应式的书写步骤 题组三有关电解的计算6.(2018甘肃兰州质检)将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为 (A)A.4×10-3mol·L-1B.2×10-3mol·L-1C.1×10-3mol·L-1D.1×10-7mol·L-1解析根据2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑,得:n(H+)=2n(H2SO4)=2n(Cu)=2× =0.002mol,c(H+)= =4×10-3mol·L-1。10.064g64gmol0.002mol0.5L7.用石墨作电极电解200mLCu(NO3)2溶液,电解过程中电子转移的物质的量n(e-)与产生气体的体积V(标准状况)的关系如图所示(假设溶液体积不变)。下列说法正确的是 () A.电解前Cu(NO3)2溶液中溶质的物质的量浓度为2mol·L-1B.电解后所得溶液中c(H+)=4mol·L-1C.当n(e-)=0.6mol时,V(H2)∶V(O2)=2∶3D.向电解后的溶液中加入16gCuO,则溶液可恢复为电解前的浓度解析C从曲线的变化趋势可知,当转移0.4mole-时,Cu(NO3)2消耗完,由Cu2++2e- Cu可求得电解前Cu(NO3)2的物质的量为0.2mol,其浓度为1mol·L-1,A错误。电解后得到稀硝酸,根据氮原子守恒可知n(HNO3)=0.4mol,n(H+)=0.4mol,则c(H+)=2mol·L-1,B错误。当n(e-)=0.6mol时,阴极先发生反应:Cu2++2e- Cu(转移0.4mole-),再发生反应:2H++2e- H2↑,生成0.1molH2,阳极只发生反应:2H2O-4e- 4H++O2↑,生成0.15molO2,故V(H2)∶V(O2)=2∶3,C正确。如果电解过程中仅发生反应:2Cu(NO3)2+2H2O 2Cu+4HNO3+O2↑,且Cu(NO3)2完全电解,则加入0.2molCuO可使电解质溶液恢复为电解前的浓度,实际上电解后期还发生反应:2H2O 2H2↑+O2↑,故D错误。题后悟道电化学定量计算的方法 微专题二电解原理的应用1.电解饱和食盐水 总反应方程式:⑤2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。2.电镀镀层金属作⑥阳极,待镀元件作⑦阴极,电解质溶液中含有⑧镀层金属离子。如铁上镀锌: 3.电解精炼铜 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。1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“✕”)。(1)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料 (✕)(2)电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小 (√)(3)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极 (✕)(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3 (✕)(5)阳离子交换膜能阻止阴离子和气体分子通过 (√)(6)电解饱和食盐水时,用淀粉-KI试纸检验阴极产物 (✕)2.【深度思考】(1)电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐,而B中CuSO4溶液浓度。 (2)图C电解过程中,阳离子交换膜的作用为。 C答案(1)减小基本不变(2)只允许阳离子通过,阻止Cl2分子、阴离子通过题组一电解原理的常规应用1.(2018山西太原模拟)下列关于铜电极的叙述不正确的是 (D)A.锌、铜和稀硫酸构成的原电池中铜作正极B.在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极C.用电解法精炼铜时粗铜发生氧化反应D.用电解法精炼铜时纯铜作阳极解析用电解法精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,D错误。2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是 (D) A.氯碱工业中,X电极反应式是4OH--4e- 2H2O+O2↑B.电解精炼铜时,Z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是熔融的氯化镁解析氯碱工业中阳极上Cl-放电生成Cl2;电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极Cu2+放电析出Cu,由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,故电解质溶液中Cu2