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1、第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护,-2-,考纲要求:1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能写出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-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,导学诱思 右图图 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,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C电极 电子生成 ,发生 反应。,阴,负,Cu2+,Cu,还原,Zn,C,OH-,失,O2,氧化,电解原理及电极反应式的书写,-4-,必备知识自主预诊,关键
2、能力考向突破,落实基础 1.电解池 将 能转化为 能的装置叫做电解池。电解池是由 电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成的。 2.原理图示,电,化学,直流,正,氧化,负,还原,-5-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,易错辨析判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)电解质溶液导电的过程一定发生氧化还原反应( ) (2)电解质电离就是电解质导电的过程( ) (3)电离是物理变化,而电解是化学变化,且电离是电解的前提 ( ) (4)Zn+H2SO4 ZnSO4+H2只能设计成原电池,不能设计成电解池( ),-6-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度一 电解池两极的判断
3、例1将下图所示实验装置的K闭合,下列判断正确的是( ) A.Cu电极上发生还原反应 B.电子沿ZnabCu路径流动 C.片刻后甲池中c( )增大 D.片刻后可观察到滤纸b点变红色,答案,解析,-7-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 (1)判断电解池阴、阳极的常用方法:,-8-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(2)原电池和电解池电极的判断是解题的关键,为了方便记忆,我们可采取口诀或谐音的方法记忆。 原电池,正负极;电解池,阴阳极; 失去电子负(原电池)阳(电解池)极; 发生氧化定无疑。 还可以用谐音帮助记忆: 阴得阳失;阳氧阴还。,-9-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,
4、考查角度二 电极反应式的书写步骤及方法 例2Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂,其电解制法如图所示,请根据图示分析:Fe电极的电极反应式为 , 与铁电极相连的为电源的 极。,答案,解析,-10-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,互动探究(1)上述装置如果把铁电极换成铝电极,即可在铝表面形成氧化膜,阳极电极反应式为 。 (2)如果既把铁电极换成铝电极,又把NaOH溶液换成稀硫酸,也可在铝表面形成氧化膜,阳极电极反应式为 。,-11-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 电解池电极反应式的书写可总结为五步:一判、二看、三分、四写、五平。 一判:判断阴、阳极。
5、二看:阳极要看清电极材料。对于铁、铝、铜、银等活泼电极,则阳极金属电极失电子变成阳离子进入溶液(Fe变成Fe2+),阴离子不失电子;如果是惰性电极(Pt、Au、石墨等)材料,应是溶液中的阴离子失电子。 三分:将离子分成阳离子组、阴离子组(注意:水溶液中一定不要漏掉H+、OH-),阳离子向阴极移动,在阴极得电子;阴离子向阳极移动,在阳极失电子。根据得失电子能力对离子排序,得电子能力:Ag+Fe3+Cu2+H+;失电子能力:S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根。,-12-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,四写:由放电顺序及信息确定放电产物和电极反应。 五平:配平方法与原电池电极反应相同:找化合
6、价变化的物质、确定电极产物、配平除氢、氧原子之外的其他原子、依据电荷守恒配平电荷、依据氢原子守恒配平氢原子、用氧原子检查配平情况;如下图所示:,-13-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,注意:(1)避免思维定式。“阴得阳失”的意义是阳离子在阴极发生得电子的反应,阴离子(或电极材料)在阳极发生失电子的反应,但也不要形成思维定式,有时依据题干信息,阴离子也可在阴极发生得电子的反应。,-14-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,(2)书写电极反应式时,应看清电解的是水溶液还是熔融电解质,如果是水溶液应注意运用H+、OH-、H2O进行配平。电解池电极反应中,如果是H+、OH-放电,不知溶液酸碱性
7、则写H+、OH-得、失电子,其他情况下酸性溶液中一定不能存在OH-,同理在碱性溶液中一定不能存在H+。 (3)书写电解池的电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写电解总方程式时,弱电解质要写成分子式。 (4)书写电解总方程式时必须在连接号上注明通电。,-15-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度三 实验现象的分析 例3以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( ) 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,答案,解析,-16-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-17-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,
8、考查角度四 电解后电解质溶液的复原 例4用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液,在电解后的电解液中加适量水,能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是( ) A.NaCl B.Na2CO3 C.CuSO4 D.K2S,答案,解析,-18-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 电解后要恢复原电解质溶液的浓度,需加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如用惰性电极电解下列电解质溶液:,-19-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,电解CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反
9、应后使水量增加。,-20-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,跟踪训练 1.某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述中正确的是 ( ) A.若a和b为石墨,通电后a电极上发生的反应为2Cl-2e-=Cl2 B.若a和b为石墨,通电后b电极上发生氧化反应 C.若a为铜,b为铁,通电后a电极质量增加 D.若a为铜,b为铁,通电后Cl-向铁电极移动,答案,解析,-21-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2.用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( ) A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C
10、.阴极的电极反应式为Al3+3e-=Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,答案,解析,-22-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.(2018河北石家庄4月一模)工业上通过电化学原理在铝表面形成氧化膜来提高其抗腐蚀能力,工作原理如图所示。下列说法中不正确的是 ( ) A.石墨棒可用铜棒代替,其作用是传递电流 B.通电一段时间后,溶液的pH减小 C.通电后电子被强制从石墨棒通过电解质溶液流向铝片使铝表面形成氧化膜 D.可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速率,答案,解析,-23-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,4.(1)H3PO2可用电渗析法制备,“四室电渗析法”工作原理如图所
11、示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过): 写出阳极的电极反应式: 。 分析产品室可得到H3PO2的原因: 。,-24-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质,该杂质产生的原因是 。 (2)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 ;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为 ,阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu
12、(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 ,这样做的主要缺点是 。,-25-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-26-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,-27-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,电解原理的应用 导学诱思 下列图示中关于铜电极的连接错误的是( ),答案,-28-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,落实基础 1.电解饱和食盐水 (1)电极反应。阳极: ; 阴极: 。 (2)总反应: 。 (3)应用:工业制 、 、 。 2.电解精炼铜 (1)阳极。材料: ; 电极反应: 。 (2)阴极。材料: ;电极反应: 。 (3)电解液: 。,烧碱,氯气,氢气,粗铜,精铜,CuSO4溶
13、液,-29-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,3.电镀池(如铁上镀铜) (1)阳极。材料: ;电极反应: 。 (2)阴极。材料: ;电极反应: 。 (3)电解液: 。,铜,铁,CuSO4溶液,-30-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,4.电冶金 冶炼Na、Mg、Al等活泼金属必须用电解法,原理: (1)电解熔融的NaCl冶炼金属钠: 阳极反应: ; 阴极反应: ; 总反应: 。 (2)电解熔融的Al2O3冶炼金属铝: 阳极反应: ; 阴极反应: ; 总反应: 。,-31-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,易错辨析判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)电解精炼铜时,两极得失电
14、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( ),提示: (3)电解精炼铜时,粗铜中的Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属在阳极失去电子,阴极上只有Cu2+得电子,所以CuSO4溶液的浓度会降低。,-32-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度一 电解精炼与电镀 例1下列关于各图的说法,正确的是( ),A.中电解一段时间后溶液中c(Cu2+)不变 B.中待镀铁制品应与电源正极相连 C.中钢闸门应与外接电源的正极相连,称为牺牲阳极的阴极保护法 D.中的离子
15、交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应,答案,解析,-33-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,方法指导 电解池应用时电极的连接判断要抓住氧化还原反应,发生得电子的一极应该与电源负极相连,失电子的一极应该与电源正极相连。,-34-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,考查角度二 污水除杂及净化,例2(2018湖北十堰调研)用铁和石墨作电极电解酸性废水,可将废水中的 以FePO4(不溶于水)的形式除去,其装置如图所示。,答案,解析,-35-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,跟踪训练 1.某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽内盛放含铬废水,工作原理如右图所示,下列说法不正确的是( ) A.A接电源正极 B.B极区附近溶液pH降低 C.A极区溶液中发生的氧化还原反应为,答案,解析,-36-,必备知识自主预诊,关键能力考向突破,2. 金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍(用NiSO4溶液作电解质溶液)。已知:氧化性Fe2+Ni2+Cu2+,下列叙述正确的是
