1、第三节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 一、电解原理 1.电解定义 在直流电作用下,电解质在两个电极上分别发生_ _和_的过程。2.能量转化形式 电能转化为_ 氧化 反应 还原反应 化学能 3.电解池(1)构成条件 有与_相连的两个电极;_(或熔融盐);形成_。直流电源 电解质溶液 闭合回路(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子的移动方向【微点拨】电解是在电解质电离的基础上完成的。电解需要外加直流电源,是化学过程,电离一般在水溶液或熔融状态下完成,为物理过程。二、电解的应用 1.电解饱和食盐水(1)电极反应 阳极反应式:2Cl-2e-=Cl2(_反应)阴极反应式:2H+2e-=H2
2、(_反应)氧化 还原(2)总反应方程式 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2 离子反应方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2+Cl2(3)应用:氯碱工业制_、_和_。烧碱 氯气 氢气【微点拨】在实际的氯碱工业中,需要加阳离子交换膜,既能防止氢气和氯气混合爆炸,又能避免氯气和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。2.电镀 如图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答下列问题:(1)镀件作_极,镀层金属银作_极。(2)电解质溶液是_ _。(3)电极反应:阳极:Ag-e-=Ag+;阴极:Ag+e-=Ag。(4)特点:_极溶解,_极沉积,电镀液的浓度_。阴 阳 AgNO3溶液等含镀层金
3、属阳离子的盐 溶液 阳 阴 不变 3.电解精炼铜(1)电极材料:阳极为_;阴极为_。(2)电解质溶液:含Cu2+的盐溶液。(3)电极反应:阳极:Zn-2e-=Zn2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-=Ni2+、Cu-2e-=Cu2+;阴极:Cu2+2e-=Cu。粗铜 纯铜 4.电解冶炼活泼金属 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(熔融)2Na+Cl2 电极反应:阳极:2Cl-2e-=Cl2;阴极:2Na+2e-=2Na。(2)冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al+3O2 电极反应:阳极:6O2-12e-=3O2;阴极:4Al3+12e-=4
4、Al。(3)冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg+Cl2 电极反应:阳极:_;阴极:_。2Cl-2e-=Cl2 Mg2+2e-=Mg【微点拨】(1)工业上冶炼铝用电解熔融氧化铝而不用熔融氯化铝的原因:AlCl3是共价化合物,熔融状态下以分子形式存在,不导电,也就无法进行电解。(2)工业上冶炼镁用电解熔融氯化镁(熔点714)而不用熔融氧化镁的原因:氧化镁熔点太高(2852),消耗能量太大。三、金属的腐蚀与防护 1.金属腐蚀的本质 金属原子_变为_,金属发生_ _。失去电子 金属阳离子 氧化 反应 2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀。类型化学腐蚀电化学腐蚀条件 金属跟_ _接触不纯金属或合金跟
5、 _接触现象_电流产生_电流产生本质金属被_较活泼金属被_联系 两者往往同时发生,_腐蚀更普遍非金属单质 直接 电解质溶液 无 有微弱 氧化 氧化 电化学(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀。以钢铁的腐蚀为例进行分析:类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件_ _ _电极反应负极Fe-2e-=Fe2+正极 2H+2e-=H2 O2+2H2O+4e-=4OH-水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈 中性 类型析氢腐蚀吸氧腐蚀总反应式 Fe+2H+=Fe2+H22Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍【微点拨】(1)铁锈的成分为Fe2O3xH2O,其形成过程还涉及如下反应:4Fe(OH)2+O2+2H2
6、O=4Fe(OH)3;2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。(2)牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极。3.金属的防护(1)电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法_原理。a._极:比被保护金属活泼的金属;b._极:被保护的金属设备。原电池 负 正 外加电流的阴极保护法_原理。a._极:被保护的金属设备;b._极:惰性金属或石墨。(2)改变金属的内部结构,如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。电解 阴 阳 1.(RJ必修2P83改编题)下列叙述中,正确的是()电解池是既能将化学能转变成电能又能将电能转变 成化
7、学能的装置 金属和石墨导电均为物理变化,电解液导电是化学 变化 不能自发进行的氧化还原反应,通过电解有可能实现 A.B.C.D.只有 【解析】选B。电解池是能将电能转化为化学能的装置,错;金属和石墨导电是自由电子在电场作用下定向移动,电解质溶液导电时两极上均有离子放电,是化学变化,对;电解可强制氧化还原反应发生,对。2.(RJ必修2P83改编题)下列选项的描述中,不符合生产实际的是()A.电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极 B.电解法精炼粗铜,用纯铜作阴极 C.电解饱和食盐水制烧碱,用涂镍碳钢网作阴极 D.在镀件上电镀锌,用锌作阳极【解析】选A。电解熔融的氧化铝制取金属铝,是用石墨作阳极。
8、B、C、D中的描述都是正确的。3.(RJ选修4P79改编)如图所示,用石墨电极电解CuCl2溶液。下列分析正确的是()A.b为阳极、a为阴极 B.通电一段时间后,d极附近观察到黄绿色气体 C.阳极上发生的反应:Cu2+2e-=Cu D.若电路中转移0.2 mol e-,则d极增重6.4 g【解析】选B。如图所示,根据电流方向可判断:b为正极、a为负极、c为阴极、d为阳极;用石墨电极电解CuCl2溶液,阳极发生氧化反应:2Cl2e-=Cl2;阴极发生还原反应:Cu2+2e-=Cu。A.由上述分析知b为正极、a为负极,故A错误;B.d为阳极,生成氯气为黄绿色,故B正确;C.阳极发生氧化反应:2Cl
9、2e-=Cl2,故C错误;D.d极产生氯气,电极质量不变,故D错误。4.(RJ必修2P83改编题)下列叙述正确的是()A.在原电池的负极和电解池的阴极上都发生氧化反应 B.用惰性电极电解CuSO4溶液,阴阳两极产物的物质的 量之比为12 C.依据导电能力的大小,把电解质分为强电解质和弱 电解质 D.水溶液导电的过程就是电解过程,是化学变化【解析】选D。电解池阴极上发生还原反应,故A错误;阴、阳极产物的物质的量之比是21,故B错误;依据电离程度的大小,把电解质分为强电解质和弱电解质,故C错误。5.(RJ选修4P79改编)下图所示装置中,a、b、c、d、e、f均为惰性电极,电解质溶液均足量。接通电
10、源后,d极附近显红色。下列说法正确的是()A.电源B端是正极 B.a、c电极均有单质生成,其物质的量之比为21 C.欲用丁装置给铜镀银,N应为Ag,电解液为AgNO3溶液 D.f极附近变红,说明氢氧化铁胶粒带正电荷【解析】选D。乙装置为电解饱和食盐水装置,d极变 红说明d为阴极,则B为负极,b、d、f为阴极,A为正 极,a、c、e为阳极。B为负极,A错;甲为电解CuSO4溶 液,阳极OH-放电产生O2,乙阳极为Cl-放电产生Cl2,电 路中转移电子数相同,因此a、c两电极产生气体的物 质的量之比为12,B错;给铜镀银,银为阳极,故M应为 银,C错;电解时,电解质溶液中阳离子移向阴极,f为阴极,f极附近变红说明Fe(OH)3胶粒移向f极,则Fe(OH)3胶粒带有正电荷,D正确。
