电解原理金属腐蚀与防护.DOC

1、第三单元 电解原理 金属腐蚀与防护考纲展示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 电解原理 学生用书 P108一、电解使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质 )而在阴、阳两极引起 氧化还原反应的过程。二、电解池(也叫电解槽)电解池是把电能转化为化学能的装置。三、电解池的组成和工作原理(以电解 CuCl2 溶液为例)总反应方程式：CuCl 2 CuCl 2= = = = =通 电 四、电子和离子移动方向1电子：从电源的负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。2离子：阳离子移向电解池的阴

2、极；阴离子移向电解池的阳极。五、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 )。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)Pb 2 Sn2 Fe2 Zn2 H (水)Al3 Mg2 Na Ca2 K 。阳极：活泼电极S 2 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。六、电解规律(用惰性电极电解 )电解质(水溶液)电极反应式

3、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：2H2O4e =4H O 2阴极：4H 4e =2H2水2H2O= = = = =通 电O22H 2 增大 减小 加 H2O强碱 阳极： 水 2H2O 增大 增大 加 H2O(如 NaOH) 4OH 4e =O22H 2O阴极：4H2O4e =2H24OH= = = = =通 电 O22H 2活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极：4OH 4e =O22H 2O阴极：4H 4e =2H2水2H2O= = = = =通 电O22H 2 增大 不变 加 H2O无氧酸(如 HCl，除 H

4、F 外)阳极：2Cl 2e =Cl2阴极：2H 2e =H2酸2HCl= = = = =通 电Cl2H 2减小 增大 通入 HCl气体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= = = = =通 电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 2H 2O= = = = =通 电Cl2H 22OH 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 =O22H 2O阴极：2Cu2 4e =2Cu水和盐

5、2Cu2 2H2O= = = = =通 电2CuO 24H 生成新电解质 减小加 CuO 或CuCO3名师点拨1阴极不管是什么材料，电极本身都不反 应，一定是电解质溶液或熔融电解质 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 、Ca2 、Na 、Mg2 、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。(2013高考海南卷)下图所示的电解池 和中，a、b、c 和 d 均为 Pt 电极。电解过程中，电极 b 和 d 上没有气体逸出，但质量均增大，且增重 bc(OH )，石蕊试液变红。

6、 a 极 H 放电产生 H2，a 极附近 c(OH )c(H )，石蕊 试液变蓝。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。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。符合这一情况的是下表中的( )选项 a 极板 b 极板 X Z 溶液A 锌 石墨 负极 CuSO4B 石墨 石墨 负极 NaOHC 银 铁 正极 AgNO3D 铜 石墨 负极 CuCl2解析：选 A。由题意知，通电 后 a 极板质量增加， 说明有金属析出，由此可知，a 极为电解池的阴极，则 X 为电源负极，B、C 均不符合；又 b 处放出的

7、是无色无味的气体，D 不符合。3用惰性电极电解物质的量浓度为 13 的 CuSO4 和 NaCl 的混合溶液，可能发生的反应有( )2Cu 2 2H 2O 2Cu4H O 2= = = = =通 电 Cu 2 2Cl CuCl 2= = = = =通 电 2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2= = = = =通 电 2H 2O 2H2O 2= = = = =通 电 A BC D 解析：选 C。设 CuSO4 和 NaCl 的物质的量分别为 1 mol 和 3 mol，溶液中的阳离子放电顺序：Cu2 H Na ，阴离子放电顺 序：Cl OH SO 。根据离子的放电顺序和电子守恒可知24电解

8、过程应分为如下阶段。(1)电解 CuCl2 溶液阳极：2Cl 2e =Cl2 阴极：Cu 2 2e =Cu2 mol 2 mol 1 mol 2 mol总反应式：Cu 2 2Cl CuCl 2= = = = =通 电 (2)电解 NaCl 溶液阳极：2Cl 2e =Cl2 阴极： 2H 2e =H21 mol 1 mol 1 mol 1 mol总反应式：2Cl 2H 2O Cl2H 22OH = = = = =通 电 (3)电解 Na2SO4 溶液阳极：4OH 4e =2H2OO 2；阴极：4H 4e =2H2；总反应式：2H 2O 2H2O 2。= = = = =通 电 题组二 电解计算题4

9、两个惰性电极插入 500 mL AgNO3 溶液中通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为 3.0 时(设电解过程中阴极没有H2 放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计 )，电极上析出银的质量最大为 ( )A27 mg B54 mgC106 mg D216 mg解析：选 B。首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极为4OH 4e =O22H 2O；阴极为 Ag e =Ag，总反应式为 4AgNO32H 2O4AgO 24HNO 3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的 n(H )= = = = =通 电 n(HNO 3)n (Ag)(10 3 molL1 10 6 molL1

10、)0.5 L510 4 mol，m(Ag)510 4 mol108 gmol1 0.054 g 54 mg。5电解 100 mL 含 c(H )0.30 molL1 的下列溶液，当电路中通过 0.04 mol 电子时，理论上析出金属质量最大的是( )A0.10 molL 1 Ag B0.20 molL 1 Zn2C0.20 molL 1 Cu2 D0.20 molL 1 Pb2解析：选 C。对于选项 A，Ag 先放电， H 后放电， 电极反 应式为 Ag e =Ag,2H 2e =H2，当 电路中通过 0.04 mol 电子时，只析出 0.01 mol 金属银，即 1.08 g。与选项 A 类

11、似，选项 C 中 Cu2 恰好完全放电，析出金属铜 0.02 mol，即 1.28 g。对于选项B，H 先放电，Zn 2 后放电，电极反应式为 2H 2e =H2，Zn 2 2e =Zn，当电路中通过 0.04 mol 电子时，先放出 0.015 mol H2，后析出 0.005 mol 金属锌，即 0.325 g。与选项 B类似，选项 D 中析出金属铅的物质的量也为 0.005 mol，即 1.035 g。反思归纳考 点 二 电解原理的应用 学生用书 P110一、电解饱和食盐水1电极反应阳极：2Cl 2e =Cl2(反应类型：氧化反应) ；阴极：2H 2e =H2(反应类型：还原反应)。2总

12、反应方程式：2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2；= = = = =通 电 离子方程式：2Cl 2H 2O 2OH H 2Cl 2。= = = = =通 电 3应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。二、电镀和电解精炼铜电镀(Fe 上镀 Cu) 电解精炼铜电极材料 镀层金属铜粗铜( 含 Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等杂质)阳极 电极反应 Cu2e =Cu2Cu2e =Cu2 、Zn2e =Zn2Fe2e =Fe2 、Ni2e =Ni2电极材料 待镀金属铁 纯铜阴极电极反应 Cu2 2e =Cu电解质溶液 含 Cu2 的盐溶液注：电解精炼铜时，粗铜中的 Ag、Au 等不反应，沉积在电解池底

13、部形成阳极泥三、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冶炼钠：2NaCl 2NaCl 2= = = = =通 电 阳极：2Cl 2e =Cl2；阴极：2Na 2e =2Na。2冶炼镁：MgCl 2 MgCl 2= = = = =通 电 阳极：2Cl 2e =Cl2；阴极：Mg 2 2e =Mg。3冶炼铝：2Al 2O3 4Al3O 2= = = = =通 电 阳极：6O 2 12e =3O2 ；阴极：4Al 3 12e =4Al。名师点拨1在电镀时，溶液中离子 浓度保持不 变。2电解法精炼铜时，阳极粗铜 中比铜不活泼的金属 银、金等 形成阳极泥。3电解质溶液导

14、电的过程就是电解的过程。判断原 电池、电解池的关键是看是否有外加电源。(2013高考山东卷节选) 金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是_。aFe 2O3 bNaCl cCu 2S dAl 2O3(2)右图为电解精炼银的示意图，_( 填“a” 或“b”)极为含有杂质的粗银，若 b 极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为_。(3)为处理银器表面的黑斑(Ag 2S)，将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触，Ag 2S 转化为 Ag，食盐水的作用是_。解析 (1)电解法常用于冶炼非常活泼的金属，如 K、Ca、Na、Mg、Al 等，显然 b、d 项

15、正确。工业上以 Fe2O3、Cu2S 为原料，采用 热还原法冶炼金属 Fe、Cu。(2)电解精炼银时，用含 杂质的粗银作阳极，用纯银作阴极，含 Ag 的电解质溶液作电解液。图中 b 极与电源的负极相连，则 b 极为阴极， NO 在阴极放电生成红棕色的 NO2，电极反 3应式为 NO 2H e =NO2H 2O。 3(3)银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触，形成原电池，Al 作负极被氧化成 Al3 ，银器表面的 Ag2S 作正极，被 还原为金属 Ag。食盐水为电解质溶液，起导电作用。答案 (1)bd (2)a NO 2H e =NO2H 2O (3)作电解质溶液(或导电) 3题组一 电解原理

16、的应用1(2015福建漳州高三调研) 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 Ni 2 Cu 2 )( )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 Zn2D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt解析：选 D。阳极应发生氧化反应：Ni2e =Ni2 ，A 错；由于 Fe、Zn 的还原性大于 Ni，所以阳极同时还有 Zn2e =Zn2 、Fe2e =Fe2 ，比较两电极反应，因 Fe

17、、Zn、Ni 的相对原子质量不等，当两极通 过的电量相等时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不等，B错；纯镍作阴极，电解质溶液中需含有 Ni2 ，因 Ni2 的氧化性大于 Fe2 和 Zn2 ，所以溶液中阳离子有 Fe2 、Zn2 和 Ni2 ，C 错；Cu 、Pt 还原性小于 Ni，所以不反应，D 正确。2电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为 12，以下说法正确的是( )Aa 极与电源的负极相连B产物丙为硫酸溶液C离子交换膜 d 为阴离子交换膜Da 电极反应式：2H 2O2e = H22OH 解析：选 B。以

18、惰性电极电解硫酸钠溶液实质上是电解水，气体甲为氧气，气体乙为氢气，a为阳极，与电源的正极相连，A 项错误；a 电极反应式为 2H2O4e =O24H ，产物丙为硫酸溶液，B 项正确，D 项错误；b 电极反应式为 2H2O2e = H22OH ，离子交换膜 d 为阳离子交换膜，溶液中的 钠离子向右边区域移动，得到产品氢氧化钠，C 项错误。反思归纳电解原理应用中的注意要点(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(Cl 2)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

19、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生成金属附着在阴极上。(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。(4)电镀时，阳极( 镀层金属)失去 电子的数目跟阴极镀层金属离子得到 电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。考 点 三 金属的腐蚀与防护 学生用书 P112一、化学腐蚀和电化学腐蚀的比较类型 化学腐蚀 电化学腐蚀条件 金属与接触到的 物质直接反应 不纯金属接

20、触到电解质 溶液发生原电池反应本质 Mne =Mn现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀区别 无电流产生 有电流产生联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍二、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀水膜性质 酸性 弱酸性或中性负极反应 Fe2e =Fe2正极反应 2H 2e =H2 2H2OO 24e=4OH总反应 Fe2H =Fe2 H 22Fe O22H 2O=2Fe(OH)2其他反应 铁锈的形成：4Fe(OH) 2O 22H 2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x )H2O三、金属的防护1电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理负极(阳

21、极) 是作保护材料的金属，正极(阴极) 是被保护的金属设备。(2)外加电流的阴极保护法利用电解原理阴极是被保护的金属设备；阳极是惰性电极。2其他方法(1)改变金属内部结构，如制成合金；(2)使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。名师点拨1金属腐蚀的本质是金属失去电子， 发生氧化反应。 2金属防护的方法有覆盖保护层法， 牺牲阳极的阴极保护 法，外接电源的阴极保护法，改变金属内部结构法。(2012高考山东卷)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )A图 a 中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重B图 b 中，开关由 M 改置于 N 时，Cu-Zn 合金的腐蚀速率减小C图 c 中，接通开关

22、时 Zn 腐蚀速率增大，Zn 上放出气体的速率也增大D图 d 中，Zn-MnO 2 干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2 的氧化作用引起的解析 图 a 中，铁棒靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A 项错误；图 b 中，开关由 M 置于 N 时，Cu-Zn 合金作正极，腐 蚀速率减小， B 项正确；图 c 中，接通开关时 Zn 作负极，腐蚀速率增大，但氢气在 Pt 电极上放出，C 项错误； 图 d 中，干 电池自放电腐蚀主要是 Zn 发生氧化反应而自放电， D 项错误。答案 B题组一 金属的腐蚀1相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( )解析：选 C。A、D 均为由 Fe、Cu 构成的

23、原电池，从而加速铁的腐蚀；在 B 中，食 盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是 铁碳合金，符合原 电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极，易被腐蚀；C 中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池而不易被腐蚀。2.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有 pH4 的久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是( )A生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应B雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C墨水回升时，碳电极反应式为 O22H 2O4e =4OHD具支试管中溶液 pH 逐渐减小解析：选 C。生铁片中的碳是原电池的正极

24、，A 错；雨水酸性 较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀 ，吸收氧气， 导管内液面回升， B错；墨水回升时，铁片发生吸氧腐 蚀，碳极 为正极，电极反应为 O22H 2O4e =4OH ，C对；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支 试管内溶液 pH 均增大，D 错。题组二 金属的防护3为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是( )A将青铜器放在银质托盘上B将青铜器与直流电源的正极相连C将青铜器保存在潮湿的空气中D在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜解析：选 D。A、C 两项易构成原 电池，且 铜作负极，会加快铜的腐蚀；B 项，青铜器作电解池的阳极

25、，腐蚀加快；在青铜器的表面覆盖防渗的高分子膜，防止了原电池的形成，避免了金属的腐蚀，D 正确。4下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )A钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是 O22H 2O4e =4OHB当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用C在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法D可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀解析：选 B。弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，A 正确；当镀层破损时，锡、 铁和电解质溶液可形成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀，B 错误；铁、锌、海水形成原 电池，锌失去电子作负极，从而保护了铁，C 正确；

26、采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D 正确。反思归纳电化学腐蚀规律(1)对同一种金属来说，腐 蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。(4)电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐 蚀有防护措施的腐蚀。(5)从防腐措施方面分析，腐蚀的快慢为无防护条件的防腐有一般防护条件的防腐牺牲阳极的阴极保护法防腐外接电源的阴极保护法防腐。1(2013高考北京卷)下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( )A水中的钢闸门连接电源的负极B金属护栏表面涂漆C汽车底盘喷涂高分子膜D地下钢管连接镁块