2020年高考化学一轮复习6.3电解池金属的电化学腐蚀与防护教案
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1、第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护考纲要求: 1.了解电解池的工作原理。2.能写出电极反应式和电解反应方程式。3.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 电解原理教材知识层面1电解使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2电解池(也叫电解槽)(1)概念:电解池是把电能转变为化学能的装置。(2)构成条件:有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(3)电极名称及电极反应式(如图):总反应方程式:Cu22ClCuCl2(4)电子和离子移动方向:电子:从电源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极;阴离子移向电解池的阳极。高考考查层面命题点1电解方程式的书写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:AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K(水溶液中Al3、Mg2、Na、Ca2、K不放电)。阳极:活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子(水溶液中含氧酸根离子不放电)。(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
3、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,要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,且注明条件“电解”。(3)注意题目信息中提示的离子的放电,如电解法制取KMnO4等。典题示例1按要求书写有关的电极反应式及总方程式。(1)用惰性电极电解AgNO3溶液:阳极反应式:_;阴极反应式:_;总反应离子方程式:_。(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式:_;阴极反应式:_;总反应离子方程式:_。(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式:_;阴极反应式:_;总化学方程式:_。(4)用铜作电极电解盐酸溶液阳极
4、反应式:_;阴极反应式:_;总反应离子方程式:_。【答案】(1)4OH4e=O22H2O4Ag4e=4Ag4Ag2H2O4AgO24H(2)2Cl2e=Cl22H2e=H2Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2(3)Fe2e=Fe22H2e=H2Fe2H2OFe(OH)2H2(4)Cu2e=Cu22H2e=H2Cu2HCu2H22.以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解,铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为_。.用Al单质作阳极,石墨作阴极,NaHCO3溶液作电解液进行电解,生成难溶物R,R受热分解生成化合物Q。写出阳极生成R的电极反应式:_。【答案】.2Al6e3H2O=Al2O36H.
5、Al3HCO3e=Al(OH)33CO2【解析】.依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3,Al失电子生成Al2O3,Al2O3中的氧是由水提供的,溶液显酸性,所以有H生成;.Al作阳极,失电子,生成Al3,Al3水解显酸性,溶液中的HCO水解显碱性,两者水解互相促进,生成Al(OH)3和CO2。命题点2电解质溶液的类型及规律典题示例1如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置,其中c、d为石墨电极。则下列有关判断中正确的是()Aa为正极、b为负极Bc为阴极、d为阳极C电解过程中,d电极质量增加D电解过程中,氯离子浓度不变【答案】A【解析】由电子流向可知,a为正极,b为负极,c为阳极,d为阴极,c极
6、:2Cl2e=Cl2;d极:2H2e=H2,因此,B、C、D项均错。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()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】D【解析】以石墨为电极,电解KI溶液的方程式是2KI2H2O通电,I2H22KOH。由于其中含有少量酚酞和淀粉,所以在阳极附近碘单质遇淀粉,溶液变为蓝色;在阴极由于产生氢气,溶液显碱性,遇酚酞,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。因此选项是D。3用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的pH依次为升高、不变、降低的是()AAg
7、NO3CuCl2Cu(NO3)2BKClNa2SO4CuSO4CCaCl2KOHNaNO3DHClHNO3K2SO4【答案】B【解析】由电解电解质溶液的四种类型可知:类型化学物质pH变化放O2生酸型CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2降低放H2生碱型KCl、CaCl2升高电解电解质型CuCl2升高HCl升高电解H2O型NaNO3、Na2SO4、K2SO4不变KOH升高HNO3降低方法技巧惰性电极电解电解质溶液的四种类型类型电极反应特点电解质溶液电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极:4H4e=2H2阳极:4OH4e=2H2OO2强碱(如NaOH)水增大增大加水含氧酸(如H2SO4
8、)水增大减小加水活泼金属的含氧酸盐(如Na2SO4)水增大不变加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无氧酸(如HCl)电解质减小增大通入氯化氢气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)电解质减小加氯化铜放H2生碱型阴极:H2O放H2生成碱阳极:电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)电解质和水生成新电解质增大通入氯化氢气体放O2生酸型阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生成酸不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)电解质和水生成新电解质减小加氧化铜考点达标层面1、电解装置如图所示,电解槽内装有KI及淀粉溶液,中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电,发现左侧溶液变蓝色,
9、一段时间后,蓝色逐渐变浅。已知:3I26OH=IO5I3H2O,下列说法不正确的是()A右侧发生的电极反应式:2H2O2e=H22OHB电解结束后,右侧溶液中含有IOC电解槽内发生反应的总化学方程式:KI3H2OKIO33H2D如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜,电解槽内发生的总化学反应不变【答案】D【解析】装置图中左侧电极为阳极,I失去电子生成I2,右侧电极为阴极,H2O得到电子生成H2,A、C项正确;电解结束后,左侧溶液中的IO经阴离子交换膜进入右侧,B项正确;D项,如果将阴离子交换膜换为阳离子交换膜,那么阴极产生的OH不会与I2发生反应,故电解槽内发生的总化学反应要变化,D项错误。2如下
10、图所示,x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极极板质量增加,b极极板处有无色无味的气体放出,符合这一情况的是()a极板b极板x电极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【答案】A【解析】由题意知a极板质量增加,a应为阴极,则b为阳极,x为电源的负极,y为电源正极。A选项中a极板为阴极,b极板为阳极,参考各个选项知,A项符合,电解时,a极有Cu附着,b极有O2放出;B项不符合,电解时a极无质量变化;C项阳极为Fe,为活性电极,电解时Fe在阳极放电溶解,无气体生成,故C项不符合;D项电解时,Cl在阳极放电生成Cl2,Cl2为黄绿色有刺激气味
11、的气体,与原题题意不符合。考点二 电解原理的应用教材知识层面1电解饱和食盐水(1)电极反应:阳极:2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极:2H2e=H2(还原反应)(2)总反应方程式:2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2离子方程式:2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)应用:氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。2电镀和电解精炼铜电镀(Fe上镀Cu)电解精炼铜阳极电极材料镀层金属铜粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu2e=Cu2Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2Fe2e=Fe2Ni2e=Ni2阴极电极材料待镀金属Fe纯铜电极反应Cu22e=Cu电解质溶液含Cu2的盐溶液电解精炼铜时,粗铜中
12、的Ag、Au等不反应,沉积在电解池底部形成阳极泥3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。总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2NaCl22Cl2e=Cl22Na2e=2Na冶炼镁MgCl2(熔融)MgCl22Cl2e=Cl2Mg22e=Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O26O212e=3O24Al312e=4Al高考考查层面命题点1电解原理在工业中的应用1利用如图所示装置,当X、Y【答案】用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是()A氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠B铜的精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuS
13、O4C电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属D外加电流的阴极保护法中,Y是待保护金属【答案】D【解析】电解饱和食盐水时,阴极区得到H2和NaOH。铜的电解精炼时,应用粗铜作阳极、纯铜作阴极;电镀时,应以镀层金属作阳极、待镀金属作阴极。2电化学原理广泛用于工业生产中,如有一种电化学净水法的原理是:在电解过程中将低价金属离子(如Co2)氧化成高价态的离子(Co3),然后以此高价态的金属离子作氧化剂把废水中的有机物氧化成CO2而净化。实验室用如图装置模拟上述过程,下列说法正确的是()A电极a可以是石墨,电极b可以是铜B电解后阴极附近H浓度不变CCo3氧化甲醇的离子方程式为:6Co3CH3OHH2O=
14、CO26Co26HD当1 mol 甲醇被完全氧化时,阳极应该失去4 mol 电子【答案】C【解析】选项A,Cu与电源正极相连时,Cu失去电子而溶解,所以b极不能用Cu,应用石墨等惰性电极。选项B,根据题给信息,阳极是溶液中的Co2失去电子生成Co3:2Co22e=2Co3,阴极是溶液中的H得到电子变为H2:2H2e=H2,所以阴极附近H浓度变小。选项C,CH3OH被氧化为CO2,溶液中的Co3被还原为Co2,再根据得失电子守恒和离子方程式的正误判断方法可知该离子方程式正确。选项D,阳极失去电子的物质的量等于Co3获得电子的物质的量,1 mol CH3OH被氧化,转移6 mol电子。命题点2电解
15、原理在计算中的应用根据电解原理进行的相关计算主要包括以下几个方面,根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。具体解题方法主要有以下三种:典题示例1将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为()A4103 mol/LB2103 mol/LC1103 mol/L D1107 mol/L【答案】A【解析】阴极反应:Cu22e=Cu,增重0.064 g应是Cu的质量,设生成H的物质的量为
16、x,根据总反应方程式: 2Cu22H2O 2CuO24H264 g 4 mol0.064 g xx0.002 molc(H)4103 mol/L。2用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化),通电一段时间后进行如下操作。(1)如果向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为_mol。(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH,电解过程中转移的电子为_mol。【答案】(1)0.2(2)0.4【解析】(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO42H
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- 2020 年高 化学 一轮 复习
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