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1、第二节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护,三年12考 高考指数: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。,一、电解原理1.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_的过程。2.电解池(也叫电解槽)电解池是把_的装置。,氧化还原反应,电能转变为化学能,3.电解池的组成和工作原理 “两极一液一连线,电解还需直流电”以电解CuCl2溶液为例:总反应方程式:_。,电极名称:阴极,反应类型:还原反应,电极反应式:Cu2+2e-=Cu,电极名称:阳极,反应类型:氧化反应,电极反应式:2Cl-2e-=C
2、l2,二、电解原理的应用1.电解饱和食盐水阳极:_,阴极:_,总反应:_。,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,2.电镀与电解精炼铜,电镀(Fe上镀Cu),电解精炼铜,粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质),阳极,阴极,电极材料,电极反应,铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu-2e-=Cu2+ Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+,电极材料,电极反应,铁,纯铜,Cu2+2e- = Cu,电解质溶液,注:电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉在电解池底部形成阳极泥。,CuSO4溶液,3.电冶金(1)钠的冶炼。总反应:_,阴极反应:_,阳极反应:2Cl
3、-2e-=Cl2。(2)Mg的冶炼。总反应:_。(3)Al的冶炼。总反应:_。,2Na+2e-=2Na,三、金属的腐蚀与防护1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,现象,条件,本质,区别,无电流产生,金属被腐蚀,金属与接触到的物质直接反应,不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应,M-ne-=Mn+,较活泼金属被腐蚀,有电流产生,注:通常两种腐蚀同时存在,但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,危害也更严重,2.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀),水膜性质,Fe+2H+ = Fe2+H2,Fe-2e-= Fe2+,2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)32F
4、e(OH)3 = Fe2O3xH2O+(3-x)H2O,弱酸性或中性或碱性,酸性,负极反应,正极反应,2H+2e- = H2,2H2O+O2+4e- = 4OH-,总反应,其他反应,注:吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,3.金属的防护(1)牺牲阳极的阴极保护法利用_;(2)外加电流的阴极保护法利用_;(3)改变金属内部结构如制成不锈钢;(4)加保护层如电镀、喷漆、覆膜等。,原电池原理,电解池原理,1.用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反应式为2Cl-2e-=Cl2。( )【分析】错误,活性金属作阳极时,金属首先失电子被氧化,故阳极反应为:Cu-2e-=Cu2+。2.Cu+H2SO4=
5、CuSO4+H2可以设计成电解池,但不能设计成原电池。( )【分析】正确,能设计成原电池的反应是一个自发的氧化还原反应,而电解池可以是一个非自发的氧化还原反应。,3.可用电解熔融的AlCl3制取铝。( )【分析】错误,因AlCl3为共价化合物,其熔融态不导电,故不能通过电解AlCl3的方法制备Al。4.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。( )【分析】错误。电解精炼铜时,阴极析出的只有Cu,而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中,不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部,故两极的质量变化不相等。,5.外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直
6、流电源的正极。( )【分析】错误。接直流电源的正极相当于电解池的阳极,发生氧化反应,使金属腐蚀得更快。,原电池、电解池、电镀池的比较,原电池,电解池,电镀池,应用电解原理在金属表面镀一层其他金属或合金的装置,将电能转变成化学能的装置,将化学能转变成电能的装置,定义,装置举例,镀层金属接电源正极,待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属离子,两电极接直流电源两电极插入电解质溶液中形成闭合回路,活泼性不同的两电极电解质溶液(电极插入其中)形成闭合回路,形成条件,电极名称,负极:较活泼金属正极:较不活泼金属(或能导电的非金属),阳极:与电源正极相连的电极阴极:与电源负极相连的电极,名称同电解池,但有
7、限制条件阳极:必须是镀层金属阴极:镀件,阳极:金属电极失电子阴极:电镀液中的阳离子得电子,阳极:氧化反应,金属电极失电子或溶液中的阴离子失电子阴极:还原反应,溶液中的阳离子得电子,负极:氧化反应正极:还原反应,电极反应,【高考警示钟】 (1)判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源,有时并无外加电源,存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源,另一个装置则是电解池。(2)二次电池的放电过程是原电池,充电过程是电解池。,【典例1】如图所示装置中,X是铁,Y是石墨电极,a是硫酸钠溶液,实验开始前,在U形管的两边同时各滴入几滴酚酞试液,下列叙述正确的是( )A.闭合K1,断开K2,X极放出H2B.
8、闭合K1,断开K2,Y极为阳极C.闭合K2,断开K1,Y极的电极反应式为:O22H2O4e-=4OH-D.闭合K2,断开K1,工作一段时间后,X电极附近显红色,【解题指南】解答本题时要注意以下两点:(1)闭合K1,断开K2,形成原电池,X极为负极。(2)闭合K2,断开K1,形成电解池,Y极为阳极。,【解析】选D。闭合K1,断开K2,形成原电池,X极为负极,铁失去电子,不会放出H2,Y极为正极,故A、B错误;闭合K2,断开K1,形成电解池,Y极的电极反应式为:4OH-4e-=O2+2H2O,X电极H+放电,X极附近OH-浓度增加,故C错误,D正确。,【互动探究】(1)若在铁棒上镀锌,则需对原装置
9、做怎样的改进?提示:闭合K2,断开K1,将Y极换为锌棒,将a换为硫酸锌溶液。(2)若将电源电极互换,闭合K2,断开K1,X极的电极反应式怎样写?提示:电源电极互换后,X极成为阳极,发生氧化反应,电极反应式为:Fe-2e-=Fe2+。,【变式备选】如图所示,a、b是两根石墨棒,下列叙述正确的是( )A.a是阴极,发生还原反应,b是阳极,发生氧化反应B.装置工作时,稀硫酸溶液中c(H+)变小、c(Cu2+)变大C.往滤纸上滴加酚酞试液,a极附近颜色变红D.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变,【解析】选D。选项A,Zn为原电池负极,Cu为原电池正极,故a为阳极,阳极发生氧化反应,b为阴极,发生还原反应
10、。选项B,Cu不参与电极反应,溶液中无Cu2+。选项C,水电离产生的H+在b极放电,b 极附近OH-浓度增大,所以b极附近颜色变红。选项D,SO42-不参与电极反应,其物质的量不变。,电解规律及电解的相关计算1.以惰性电极电解电解质溶液的类型,电解质浓度,电极反应特点,电解水型,NaOH,pH,H2SO4,减小,不变,Na2SO4,类型,实例,电解质溶液复原,阴:4H+4e- = 2H2阳:4OH-4e- =2H2O+O2,增大,加水,增大,加水,加水,增大,增大,减小,减小,增大,电解质,电解质,HCl,CuCl2,电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电,电解电解质型,通氯化氢,加氯化铜,水
11、,电解对象,水,水,电解质浓度,电极反应特点,放H2生碱型,pH,类型,实例,电解 质溶液复原,阴极:H2O放H2生碱阳极:电解质阴离子放电,阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生酸,放O2生酸型,电解对象,NaCl,电解质和水,生成新电解质,增大,通氯化氢,CuSO4,电解质和水,生成新电解质,加氧化铜,减小,2.电解时的放电顺序与电极产物的判断(1)阳极。,(2)阴极。直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序:Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。,3.电解池中有关量的计算或判断(1)根据守恒法计算。用于串联电路、阴阳两极产物、正负两
12、极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算。先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式计算。(3)根据关系式计算。根据得失电子守恒关系,在已知量与未知量之间,建立计算所需的关系式。,【高考警示钟】(1)电解后要恢复原电解质溶液的浓度,可以按:“析出什么,加上什么”的思路,加上适量某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液时,若要恢复原溶液,可加入CuO、CuCO3,而不是Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3。(2)判断两极产物时,先看电极是活性电极还是惰性电极,若是活性电极,电极反应首先表现电极溶解而不是电解质
13、溶液中阴离子放电。(3)Fe3+的放电能力大于Cu2+,其第一阶段放电反应为Fe3+e-=Fe2+,而不是Fe3+3e-=Fe。,【典例2】(2012潮州模拟)如图为相互串联的甲、乙两个电解池。,试回答:(1)若甲池利用电解原理在铁上镀银,则A是_、_(依次填电极材料和电极名称),电极反应是_;B是_、_(依次填电极材料和电极名称),电极反应是_;应选用的电解质溶液是_。(2)若甲池阴极增重43.2 g且乙池中阴极上一直都有气体产生,则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积是_L。【解题指南】解答本题时应注意以下两点:(1)电镀池的连接方式;(2)串联电路的特点:在相同时间内通过各电极的电量
14、相等。,【解析】(1)电镀时镀件作阴极、镀层金属作阳极、含有镀层金属的可溶性盐溶液作电镀液,故铁作阴极、银作阳极、电镀液为硝酸银溶液。(2)甲池中阴极反应为:Ag+e-=Ag,当阴极增重43.2 g时,析出Ag的物质的量为0.4 mol,则转移电子的物质的量也为0.4 mol。乙池中阴极反应式为:2H+2e-=H2,根据电子守恒,析出氢气为0.2 mol,在标准状况下体积为4.48 L。答案:(1)铁 阴极 Ag+e-=Ag 银 阳极Ag-e-=Ag+ AgNO3溶液(2)4.48,【技巧点拨】电解计算的一般解题思路(1)先看阳极材料,是活性电极还是惰性电极。(2)找全离子,将溶液中的所有离子按阴阳离子分开。(3)根据电子守恒,串联电路中转移的电子数目相同,即阴离子(活泼电极)失去的电子数等于阳离子得到的电子数,列出关系式进行计算。常用的计算关系式有:4H+4OH-2H2O22Cu2+2Cu4Ag4Ag+4Cl-2Cl2等。,【变式训练】用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)。则电解过程中共转移电子的物质的量是( )A.0.8 mol B.0.6 molC.0.5 mol D.0.4 mol,