（江苏专用版）2020版高考化学总复习 专题五 第3讲 电解池 金属的腐蚀与防护课件

第3讲电解池金属的腐蚀与防护考点一电解池及电解原理的应用考点二有关电化学的计算总纲目录考点三金属的腐蚀与防护高考演练考点一电解池及电解原理的应用1.电解 2.电解池的构成条件(1)有与⑤电源相连的两个电极。(2)两个电极插入⑥电解质溶液(或⑦熔融电解质)中。(3)形成⑧闭合回路。3.电解池中电子和离子的移动方向 电子:从电源⑨负极流出,流向电解池的 阴极;从电解池的 阳极流向电源的 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。 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.电解池工作原理 总反应方程式: CuCl2 Cu+Cl2↑。5.电解时两极粒子放电顺序 6.电解原理的应用(1)电解饱和食盐水 总反应方程式: 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。(2)电镀镀层金属作 阳极,待镀元件作 阴极,电解质溶液中含有 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.【易错辨析】判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。(1)铜的金属活泼性比铁的弱,可在海轮外壳上镶入若干铜块以减缓其腐蚀。 (✕)(2)电解精炼铜时,粗铜与外电源的正极相连。 (√)(3)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。 (✕)(4)电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大。 (✕)(5)任何水溶液电解时,必将导致氧化还原反应。 (√)(6)电解时电解液中的阳离子不可能被氧化。 (✕)(7)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应。 (✕)(8)电解池的电极一定是惰性电极。 (✕)2.【多维思考】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↑电解池的电极判断、电极反应与电解规律1.阴、阳极的判断方法(1)根据外接电源:正极连阳极,负极连阴极。(2)根据电流方向:从阴极流出,从阳极流入。(3)根据电子流向:从阳极流出,从阴极流入。(4)根据离子流向:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。(5)根据电极产物:a.阳极:电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2;b.阴极:析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。2.电解方程式的书写步骤和注意问题(1)方法步骤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(勿忘水溶液中的H+和OH-)。③然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极:阳离子放电顺序为Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+H+(水)Al3+Na+K+。阳极:活泼电极S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子。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。(2)注意问题①书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。②要确保两极电子转移数目相同。③电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。3.用惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解物质电解质溶液浓度pH电解质溶液复原需加入的物质电解水型阴极:4H++4e- 2H2↑阳极:4OH--4e- 2H2O+O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小—氯化铜放H2生碱型阴极:放出H2阳极:电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:OH-放电CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜注:电解水型的电解质溶液为不饱和溶液时才符合上述规律。典例1(2018常州一模)下图是以甲烷和O2构成的燃料电池电解AlCl3溶液的装置,电极材料均为石墨。用该装置进行实验,反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是 () A.原电池中电解质溶液的pH增大B.电解池中电解AlCl3溶液的总反应为2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-C.M处通入的气体为CH4,电极反应式为CH4+10OH--8e- C +7H2OD.电解池中Cl-向x极移动23O答案C解析由x电极附近出现白色沉淀,可知x极为阴极,电极反应式为6H2O+6e-+2Al3+ 2Al(OH)3↓+3H2↑,y极为阳极,b为正极,a为负极。A项,原电池中总反应为CH4+2O2+2OH- C +3H2O,消耗OH-,电解质溶液的pH应减小,故错误;B项,电解池中总反应为6Cl-+6H2O+2Al3+ 3Cl2↑+3H2↑+2Al(OH)3↓,故错误;D项,电解池中,Cl-应向阳极(y极)移动,故错误。23O典例2某小组设计电解饱和食盐水的装置如图所示,通电后两极均有气泡产生,下列叙述正确的是 (D) A.铜电极附近观察到黄绿色气体C.溶液中的Na+向石墨电极移动B.石墨电极附近溶液呈红色D.铜电极上发生还原反应解析本题考查电解饱和食盐水的工作原理。由通电后两极均有气泡产生知石墨为阳极,铜电极为阴极,阳极的电极反应式为2Cl--2e- Cl2↑,阴极的电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-。在石墨电极附近观察到黄绿色气体,铜电极附近溶液呈红色,故A、B项错误;溶液中阳离子移向阴极,C项错误;阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应,故D项正确。典例3用如图所示装置(熔融CaF2-CaO作电解质)获得金属钙,并以钙为还原剂,还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是 (B) A.电解过程中,Ca2+向阳极移动B.阳极的电极反应式为:C+2O2--4e- CO2↑C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO的总量减少D.若用铅蓄电池作该装置的电源,则“+”接线柱是Pb电极解析A项,电解时,Ca2+(阳离子)应向阴极移动,故错误;B项,根据题图,阳极有CO2逸出,可推得阳极的电极反应式为:C+2O2--4e- CO2↑,故正确;C项,根据用题给电解装置可获得金属Ca,可推出阴极电极反应式为:Ca2++2e- Ca,结合2Ca+TiO2 Ti+2CaO,可知总反应式为C+TiO2 Ti+CO2↑,所以整套装置中CaO的总量不变,故错误;D项,“+”接线柱应接铅蓄电池的正极,即PbO2电极,故错误。题组一电解原理和电解规律1.(2018扬州高邮中学高三10月第二次阶段测试)空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC),RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的充电电池。下图为RFC的工作原理示意图,下列有关说法中正确的是 ()A.当有0.1mol电子转移时,a极产生标准状况下的O21.12LB.b极上发生的电极反应是4H2O+4e- 2H2↑+4OH-C.c极上发生还原反应,B池中的H+可以通过隔膜进入A池D.d极上发生的电极反应是O2+4H++4e- 2H2O答案C由题图可知a为阴极,b为阳极,则气体X为H2,气体Y为O2;C为正极,d为负极。正极、阴极发生还原反应,负极、阳极发生氧化反应,A、B、D错误;在原电池中阳离子移向正极,C正确。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C.阳极附近溶液呈蓝色B.阴极逸出气体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。题组二电解原理的应用3.(2018无锡高三上期末)H2S有剧毒,石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。先将含H2S的废气(其他成分不参与反应)通入FeCl3溶液中,过滤后将溶液加入以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如下图所示),电解后溶液可以循环利用。下列有关说法不正确的是 ()A.过滤所得沉淀的成分为S和FeSB.与外接电源a极相连的电极反应式为Fe2+-e- Fe3+C.与外接电源b相连的是铁电极D.若有0.20mol的电子转移,得到氢气2.24L(标准状况)答案AA项,因FeCl3与H2S发生氧化还原反应:2Fe3++H2S S↓+2Fe2++2H+,生成H+,而FeS+2H+ Fe2++H2S↑,所以沉淀中不可能有FeS,故错误。4.(2018南京、盐城一模)一种生物电化学方法脱除水体中N 的原理如下图所示: 下列说法正确的是 ()4HA.装置工作时,化学能转化为电能B.装置工作时,a极周围溶液pH降低C.装置内工作温度越高,N 脱除率一定越大D.电极b上发生的反应之一是2N -2e- N2↑+3O2↑4H3O答案BA项,根据有外接电源可判断该装置为电解池,工作时电能转变为化学能,故错误;C项,装置内工作温度过高会导致细菌体内蛋白质发生变性,N 脱除率会降低,故错误;D项,电极b与电源负极相连,为阴极,应发生得电子的还原反应,故错误。4H误区警示(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2和Cl2混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO,影响烧碱质量。(2)电解或电镀时,电极质量减少的电极必为金属电极——阳极;电极质量增加的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。(3)电解精炼铜,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子,变成金属阳离子进入溶液,其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会逐渐减小。考点二有关电化学的计算题组一电化学的计算1.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N )=0.6mol·L-1,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2.24L(标准状况下)气体,假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是 (A)A.原混合溶液中c(K+)为0.2mol·L-1B.上述电解过程中共转移0.2mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.05molD.电解后溶液中c(H+)为0.2mol·L-13O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4OH--4e- 2H2O+O2↑,阴极先后发生两个反应:Cu2++2e- Cu,2H++2e- H2↑。从收集到O2为2.24L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子,而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子,所以Cu2+共得到0.4mol-0.2mol=0.2mol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0.1mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(N ),c(K+)+c(H+)=c(N ),不难算出电解前c(K+)=0.2mol·L-1,电解后c(H+)=0.4mol·L-1。3O3O方法技巧电解计算的常用方法(1)根据得失电子守恒计算用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算,其依据是电路上转移的电子数相等。(2)根据总反