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1、第3节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护,考纲要求: 1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。 2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。,-3-,基础梳理,考点突破,电解原理 1.电解,2.电解池 (1)定义:电解池是把 转变为 的装置。 (2)电解池的构成条件: 有外接直流电源。 有与 相连的两个电极。 形成闭合回路。 电解质溶液或 电解质。,还原,氧化,电能 化学能,电源,熔融,-4-,基础梳理,考点突破,阴极,还原反应,Cu2+2e-=Cu,阳极,氧化反应,2Cl-2e-=Cl2,正,氧化,负,还原,阴,阳,-5-,基础梳理,考点
2、突破,自主巩固 下图图 是原电池,图 是电解池,图中Zn电极为 极;电子由电源 极到Zn电极,电子在Zn电极与溶液中的 结合生成 ,发生 反应;溶液中的Cu2+、H+向 电极移动, 、OH-向 电极移动, 在石墨电极 电子生成 ,发生 反应。,阴,负,Cu2+,Cu,还原,Zn,石墨,OH-,失,O2,氧化,-6-,基础梳理,考点突破,-7-,基础梳理,考点突破,-8-,基础梳理,考点突破,-9-,基础梳理,考点突破,-10-,基础梳理,考点突破,例1(2016山东沂水二中期末)下列叙述错误的是 ( ) A.如图所示装置通电一段时间后,石墨电极上可能会有铜析出 B.在原电池的负极和电解池的阴极
3、上都发生氧化反应 C.电解精炼铜时,同一时间段内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小 D.用惰性电极电解Na2SO4溶液,阴、阳两极产物的物质的量之比为21,答案,解析,-11-,基础梳理,考点突破,例2(2016湖南益阳三模)用惰性电极电解2 L 0.5 molL-1的硝酸银溶液,当在电路中通过0.1 mol电子后,调换正、负极,电路中又通过了0.2 mol电子,此时溶液pH为(假设溶液体积不变)( ) A.1 B.2 C.3 D.无法确定,A,-12-,基础梳理,考点突破,答题模板 1.有关电解池解题的思维路径,-13-,基础梳理,考点突破,2.电解池电极反应式的书写步骤 一判判断电解池的
4、阴、阳极 二看看清电解池的阳极材料是惰性电极还是活性电极(除Au、Pt外的金属电极一般为活性电极) ,-14-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.(2016安徽淮南一模)工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱,生产装置如图所示,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,以下说法中正确的是( ) A.a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 D.b电极反应式:4OH-4e-=O2+2H2O,答案,解析,-15-,基础梳理,考点突破,2.(2016吉林东北师大附中最后一卷)用铅蓄电池电解甲、乙电解池中的溶液。已知铅蓄电池的总反
5、应为:,电解一段时间后向c极和d极附近分别滴加酚酞溶液,c极附近溶液变红,下列说法正确的是( ),-16-,基础梳理,考点突破,A.d极为阴极 B.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为:,C.若利用甲池精炼铜,b极应为粗铜 D.若四个电极材料均为石墨,当析出6.4 g Cu时,两池中共产生气体3.36 L(标准状况下),答案,解析,-17-,基础梳理,考点突破,电解原理的应用 1.电解饱和食盐水,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,-18-,基础梳理,考点突破,2.电解精炼铜,粗铜,精铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,-19-,基础梳理,考点突破,3.电镀铜,精铜,待镀金属
6、,Cu2+,Cu-2e-=Cu2+,Cu2+2e-=Cu,-20-,基础梳理,考点突破,4.电冶金,2Cl-2e-=Cl2,2Na+2e-=2Na,2Cl-2e-=Cl2,Mg2+2e-=Mg,6O2-12e-=3O2,4Al3+12e-=4Al,-21-,基础梳理,考点突破,特别提醒(1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制,除去NaCl中混有的Ca2+、Mg2+、 。 (2)电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2+)不变;电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)减小。 (3)电解熔融MgCl2冶炼镁,而不能电解MgO冶炼镁,是因为MgO的熔点很高;电解熔融Al2O3冶炼铝,而不能电解AlCl3冶炼铝
7、,是因为AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电。,-22-,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)电解精炼铜时,两极得失电子数一定相同 ( ) (2)电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变 ( ) (3)电解精炼铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变 ( ) (4)电解精炼铜时,阳极泥中的金属没有得失电子 ( ) (5)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3 ( ) (6)氯碱工业阴极产物只有H2 ( ),-23-,基础梳理,考点突破,电解原理应用的四点注意事项 1.阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(N
8、a+)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混合发生爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱的质量。 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,其他活泼性弱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,因此电镀液中电解质的浓度保持不变。,-24
9、-,基础梳理,考点突破,例3(2016课标全国乙,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。,下列叙述正确的是( ) A.通电后中间隔室的 向正极迁移,正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O-4e-=O2+4H+,负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成,B,-25-,基础梳理,考点突破,解析:在负极区发生的电极反应为4H2
10、O+4e-=2H2+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-=O2+4H+,故正极区pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH, 移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区电极反应可知C选项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D选项错误。,-26-,基础梳理,考点突破,例4(2015上海化学)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图,图中的离子交换膜只允许阳离子通过。,完成下列填空: (1)写出电解饱和食盐水的离子方程式: 。 (2)离子交换膜的作用为 、 。 (
11、3)精制饱和食盐水从图中 位置补充,氢氧化钠溶液从图中 (选填“a”“b”“c”或“d”)位置流出。,-27-,基础梳理,考点突破,答案:(1)2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH- (2)阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,以便得到纯度更高的氢氧化钠溶液 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸 (3)a d,-28-,基础梳理,考点突破,解析:(1)电解饱和食盐水时,溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出,使附近的水溶液显碱性,溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子产生Cl2。该电解反应的离子方程式是 2Cl-+2H2O
12、Cl2+H2+2OH-。 (2)图中的离子交换膜是阳离子交换膜,可以允许阳离子通过,不能使阴离子通过,这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室与氯气发生反应,阻止Cl-进入阴极室,使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 (3)随着电解的进行,溶质NaCl不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从阳极补充,即从图中a位置补充,由于阴极H+不断放电,附近的溶液显碱性,氢氧化钠溶液从图中d位置流出;水不断消耗,所以从b口不断加入蒸馏水,从c位置流出的是稀的NaCl溶液。,-29-,基础梳理,考点突破,方法技巧 电化学计算技巧 原电池和电解池的
13、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,根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等。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。 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、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。 用于混合溶液中电解的分阶段计算。,-30-,基础梳理,考点突破,(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4 mol e-为桥梁可构建如下
14、关系式:,(式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 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=It和Q=n(e-)NA1.60 10-19 C来计算电路中通过的电量。,-31-,基础梳理,考点突破,跟踪训练 3.(2016北京理综,12)用石墨电极完成下列电解实验。,-32-,基础梳理,考点突破,下列对实验现象的解释或推测不合理的是( ) A.a、d处:2H2O+2e-=H2+2OH- B.b处:2Cl-2e-=Cl2 C.c处发生了反应:Fe-2e-=Fe2+ D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出
15、铜,答案,解析,-33-,基础梳理,考点突破,4.(2015福建理综,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( ) A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-=C3H8O+5H2O,答案,解析,-34-,基础梳理,考点突破,-35-,基础梳理,考点突破,电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在 (填“阴极室”或“阳极室”)。 电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为
16、 。 c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因: 。,-36-,基础梳理,考点突破,(2)(2015山东理综,节选)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 (填“A”或“B”)电极迁移。,-37-,基础梳理,考点突破,答案:(1)阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢 N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低 (2)LiOH 2Cl-2e-=Cl2 B,-38-,基础梳理,考点
