电解池金属的电化学腐蚀与防护.pdf

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1、第 22 讲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、防止金属腐蚀的措施。 考点一电解的原理 1电解和电解池 (1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池：电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的构成 有与电源相连的两个电极。 电解质溶液(或熔融电解质 )。 形成闭合回路。 2电解池的工作原理 (1)电极名称及电极反应式(电解 CuCl2溶液为例 ) 总反应式： CuCl2= 电解 CuCl2 (2)电子和离子的移动方向 电子：从电

2、源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。 离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。 3阴阳两极上放电顺序 (1)阴极： (与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序： (2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极，放电顺序为 注意阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子 放电。 最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl OH；阴极： AgCu2H。电解水 溶液时， K Al 3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到 K、Ca、Na、Mg、 Al 等金属。 4用惰性电极电

3、解电解质溶液的规律 类型实例电极反应式 电解 对象 溶液 pH 变化溶液复原 电解 水型 含氧酸H2SO4 阳极： _ 阴极： _ 总反应： _ 水 强碱NaOH 活泼金属的 含氧酸盐 KNO3 电解电 解质型 无氧酸 (氢氟酸除外 ) HCl 阳极： _ 阴极： _ 总反应： _ 不活泼金属 的无氧酸盐 CuCl2 阳极： _ 阴极： _ 总反应： _ 放氢生 碱型 活泼金属的 无氧酸盐 NaCl 阳极： _ 阴极： _ 总反应： _ 放氧生 酸型 不活泼金属 的含氧酸盐 AgNO3 阳极： _ 阴极： _ 总反应： _ 答案4OH 4e =2H2O O2 4H 4e =2H2 2H2O=

4、电解 2H2 O2 减小 增大不变水2Cl 2e =Cl2 2H 2e =H2 2HCl= 电解 H2 Cl2 HCl 增大HCl2Cl 2e =Cl2 Cu 2 2e =CuCuCl2= 电解 CuCl2 CuCl2CuCl2 2Cl 2e=Cl 2 2H 2e =H2 2NaCl 2H2O= 电解 H2 Cl2 2NaOH NaCl 和H2O 增 大HCl4OH 4e =2H2O O2 4Ag 4e =4Ag 4AgNO3 2H2O= 电解 4Ag O2 4HNO3 AgNO 3和 H2O减小Ag2O 电解基础知识 (1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程() (2)某些不能自

5、发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现() (3)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应() (4)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极() (5)电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极 () (6)电解 CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色() (7)电解盐酸、硫酸等溶液，H放电，溶液的pH 逐渐增大 ( ) (8)电解 NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH 减小 () 1根据金属活动顺序表，Cu 和稀 H2SO4不反应， 怎样根据电化学的原理实现Cu 和稀 H2SO4 反应产生H2? 答案Cu 作阳极， C 作阴极，稀 H2SO4作电解质溶液，

6、通入直流电就可以实现该反应。电解 反应式为阳极： Cu2e =Cu2，阴极： 2H 2e=H 2。总反应式： Cu 2H = 电解 Cu 2 H2。 2若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶 液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？ 答案4NA 解析方法一： 98 g Cu(OH)2的物质的量为1 mol，相当于电解了1 mol 的 CuSO4后，又电解 了 1 mol 的水，所以转移的电子数为2NA 2NA4NA。 方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的 O 2 失电子数相等，共4NA。 题组一电解规律及电极产

7、物的判断 1(2017 天津市实验中学高三模拟)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D 解析以石墨为电极，电解KI 溶液，发生的反应为2KI 2H2O= 电解 2KOH H2I2(类似 于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和 KOH ，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和 淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝 )，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性 )，A、 B、C 正确；由于电解产物有KOH 生成，所以溶液的pH 逐渐增大， D 错误。 2如图是一个用铂丝作电

8、极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂， 此时溶液呈红色。(指示剂的pH 变色范围： 6.88.0，酸色 红色，碱色 黄色， Mg(OH) 2 沉淀的 pH9)，接通电源一段时间后A 管产生白色沉淀，回答下列问题： (1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号 )。 A 管溶液由红变黄 B 管溶液由红变黄A 管溶液不变色B 管溶液不变色 (2)写出 A 管中发生的反应：_ 。 (3)写出 B 管中发生的反应：_ 。 (4)检验 b 管中气体的方法是_ 。 (5)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。 答案(1) (2)2H 2

9、e=H 2、 Mg 22OH=Mg(OH) 2 (或 2H2O 2e Mg2=H 2 Mg(OH)2) (3)4OH 4e=2H 2O O2(或 2H2O4e =O 2 4H ) (4)用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃 (5)溶液呈红色，白色沉淀溶解 解析电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，导致阳极附近溶液呈酸性；阴极上氢离子 放电生成氢气，同时有氢氧根离子生成，氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，溶液 呈弱碱性。 题组二电极反应式的书写与判断 3按要求书写电极反应式和总反应方程式： (1)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：_ ； 阴极反应

10、式：_ ； 总反应离子方程式：_ 。 (2)用 Al 作电极电解NaOH 溶液 阳极反应式：_ ； 阴极反应式：_ ； 总反应离子方程式： _ 。 答案(1)2Cl 2e =Cl 2 Mg 22H 2O 2e =H 2 Mg(OH)2 Mg 22Cl2H 2O= 电解 Mg(OH)2 Cl2 H2 (2)2Al 6e 8OH=2AlO 24H2O6H2O6e =3H 2 6OH (或 6H6e =3H2) 2Al 2H2O 2OH = 电解 2AlO 23H2 4锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。 (1)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解 MnSO4溶液可制得MnO2，其

11、阳极的电极反 应式是 _。MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，已知碱性锌锰电池的总反 应为 Zn2MnO 2 2H2O=2MnO(OH) Zn(OH)2，碱性锌锰电池放电时， 正极的电极反应式 是_ 。 (2)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。 由硫化氢获得硫单质有多种方法。 将用烧碱吸收H2S 后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。 电解过程中阳极 区发生如下反应： S 22e=S (n1)SS 2 =S 2 n 写出电解时阴极的电极反应式：_ _ 。 电 解 后 阳 极 区 的 溶 液 用 稀 硫 酸 酸 化 得 到 硫 单 质 ， 其 离 子 方 程 式 可 写

12、成 _ 。 (3)电解 NO 制备 NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为 NH4NO3，需补 充物质 A，A 是_，说明理由： _ 。 答案(1)Mn 2 2H 2O2e =MnO 24H MnO 2H2Oe =MnO(OH) OH (2) 2H2O2e =H 2 2OH S2 n 2H =(n 1)S H 2S (3)NH3 根据总反应： 8NO7H2O= 电解 3NH4NO32HNO3，电解产生的 HNO 3 多，应补充 NH3 解析(1)Mn 的化合价从 2 价升到 4价，失电子发生氧化反应，则阳极电极反应式为Mn 2 2H2O2e=MnO24H 。碱性锌锰干电池中，

13、 MnO2作为正极，发生还原反应，其电极 反应式为MnO2H2Oe=MnO(OH) OH 。 (2) 电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H 放电生成 H2。由题给反应可 知，阳极区生成了S 2 n，S 2 n可以理解为 (n1)SS 2 ，加入稀硫酸生成S单质和 H2S 气体。 (3)根据电解NO 制备NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO15e18H =3NH 43H2O，阳极反应式为5NO15e10H2O=5NO 320H ，总反应式为 8NO 7H2O= 电解 3NH4NO32HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充 NH3。 做到 “三看

14、 ”，正确书写电极反应式 (1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt 除外 )作阳极，金属一定被电解(注： Fe 生成 Fe 2而不是 生成 Fe 3 )。 (2)二看介质，介质是否参与电极反应。 (3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。 题组三有关电解的计算 5(2018 兰州质检 )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() A410 3 mol L 1 B 210 3 mol L 1 C110 3 mol L 1 D110 7 mo

15、l L 1 答案A 解析根据2CuSO4 2H2O= 电解 2Cu 2H2SO4O2，得： n(H )2n(H 2SO4)2n(Cu) 2 0.064 g 64 g mol 10.002 mol ，c(H )0.002 mol 0.5 L 4 10 3 mol L 1。 6 500 mL KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中 c(NO 3)0.6 molL 1，用石墨作电极电解此溶液， 当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L 气体 (标准状况下 )，假定电解后溶液体积仍为500 mL ，下列说法正确的是() A原混合溶液中c(K )为 0.2 mol L 1 B上述电解过程中共转移0.

16、2 mol 电子 C电解得到的Cu 的物质的量为0.05 mol D电解后溶液中c(H )为 0.2 molL 1 答案A 解析石墨作电极电解KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH4e=2H2O O2 ，阴极先后发生两个反应：Cu 2 2e=Cu,2H2e=H2。从收集到 O2为 2.24 L 可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol 电 子，所以Cu 2共得到 0.4 mol0.2 mol0.2 mol 电子，电解前 Cu 2的物质的量和电解得到 的 Cu 的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系

17、：c(K )2c(Cu2)c(NO 3)， c(K )c(H)c(NO 3)，不难算出：电解前c(K )0.2 mol L 1，电解后 c(H)0.4 mol L 1。 电化学综合计算的三种常用方法 (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。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律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为桥梁可构建如下关系式： 阳极

18、产物阴极产物 (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和价值，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。 考点二电解原理的应用 1氯碱工业 (1)电极反应 阳极反应式：2Cl 2e=Cl 2(氧化反应 ) 阴极反应式：2H 2e=H 2(还原反应 ) (2)总反应方程式 2NaCl2H2O= 电解 2NaOHH2 Cl2 (3)氯碱工业生产流程图 2电镀 下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题： (1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。 (2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极：

19、 Ag e =Ag； 阴极： Ag e =Ag。 (4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。 3电解精炼铜 (1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。 (2)电解质溶液：含Cu 2的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极： Zn2e =Zn2、Fe2e=Fe2 、Ni2e =Ni2、Cu2e=Cu2； 阴极： Cu 22e=Cu。 4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。 (1)冶炼钠 2NaCl(熔融 )= 电解 2NaCl2 电极反应： 阳极： 2Cl 2e=Cl 2；阴极： 2Na 2e=2Na。 (2)冶炼铝 2Al2O3(熔融 )= 电解 4Al 3O

20、2 电极反应： 阳极： 6O 212e=3O 2； 阴极： 4Al 312e=4Al 。 有关电解原理的应用 (1)在镀件上电镀铜时，镀件与电源的正极连接() (2)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液() (3)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料() (4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu 2 )均保持不变 () (5)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和 Al2O3，也可以电解MgO 和 AlCl3() (6)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料() (7)用 Zn 作阳极， Fe 作阴极， ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H Zn 2

21、 ，不可能在铁上 镀锌 () (1)电解过程中，阳离子交换膜的作用为只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过。 (2)电解过程中A 中 CuSO4溶液浓度逐渐减小，而B 中 CuSO4溶液浓度基本不变。 (3)下图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜 阳极反应式：2Al 6e6HCO 3=Al2O36CO23H2O； 阴极反应式：6H2O6e=3H26OH 。 题组一应用电解原理制备物质 1 下图为 EFC 剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴 极电位下， TiO2(阴极 )中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是 () A阳极

22、的电极反应式为2Cl 2e=Cl 2 B阴极的电极反应式为TiO24e =Ti2O2 C通电后， O 2、 Cl均向阴极移动 D石墨电极的质量不发生变化 答案B 解析电解质中的阴离子O 2、Cl 向阳极移动，由图示可知阳极生成 O2、CO、 CO2，所以 电极反应为2O 24e =O2，O2与石墨反应生成CO、 CO2，A、C、D 项错误，只有B 项正确。 2(2017 山西质检 )采用电化学法还原CO2是一种使 CO2资源化的方法。下图是利用此法制 备 ZnC2O4的示意图 (电解液不参与反应)。下列说法中正确的是() AZn 与电源的负极相连 BZnC2O4在交换膜右侧生成 C电解的总反应

23、为2CO2Zn= 电解 ZnC2O4 D通入 11.2 L CO2时，转移 0.5 mol 电子 答案C 解析电解过程中Zn 被氧化，作阳极，所以Zn 与电源的正极相连，A 错误； Zn2透过阳离 子交换膜到达左侧与生成的C2O 2 4 形成 ZnC2O4， B 错误；没有给出气体所处的温度和压强， D 错误。 题组二精练和电镀 3电解法精炼含有Fe、Zn、Ag 等杂质的粗铜。下列叙述正确的是() A电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C阴极上发生的反应是Cu 22e =Cu D电解后Fe、Zn、Ag 等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案C 解析根据电解池原理，粗铜作阳极，比铜活泼的Zn、Fe 等杂质发生氧化反应，比Cu 不活 泼的金属单质，如Ag、Au 等在阳极底部沉积；精铜作阴极，只发生Cu 22e=Cu。