第八單元第3講電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)
解讀與闡釋
考綱要求權(quán)威解讀
1.了解電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式；
2．理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。 常見的考查形式：①電解池的工作原理及電極反應(yīng)式的書寫；②有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算；③判斷金屬的電化學(xué)腐蝕及一般的防腐方法。
梳理與整合
一、電解原理
導(dǎo)學(xué)誘思
怎樣判斷原電池與電解池？
答：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
教材回歸
1．電解定義
使電流通過溶液或熔融而在______兩極引起________反應(yīng)的過程叫做電解。
注意：電解不同于電解質(zhì)的電離，電離是電解的前提；電解質(zhì)溶液導(dǎo)電的過程，就是電解質(zhì)溶液的電解過程。
2．電解池
將____能轉(zhuǎn)化為____能的裝置叫做電解池。電解池是由____電源、固體電極材料以及電解質(zhì)溶液或熔融電解質(zhì)組成。
3．原理圖示
原電池和電解池電極的判斷是難點(diǎn)也是重點(diǎn)，為了方便記憶，我們可采取口訣的方法記憶：原電池，正負(fù)極；電解池，陰陽極；失去電子負(fù)(原電池)陽(電解池)極；發(fā)生氧化定無疑。
二、電解原理的應(yīng)用
導(dǎo)學(xué)誘思
工業(yè)上怎樣制取燒堿：______________；怎樣冶煉金屬鈉或鋁：__________________；怎樣提純銅：__________。
教材回歸
1．電解飽和食鹽水
(1)電極反應(yīng)
陽極：__________________________；
陰極：________________________。
(2)電池總反應(yīng)方程式：_____________________________________________________。
(3)應(yīng)用：工業(yè)制____、____、____。
2．電解精煉銅
(1)陽極：材料為____；電極反應(yīng)為_________________________________________。
(2)陰極：材料為____；電極反應(yīng)為___________________________________________。
3．電冶金(電解熔融的NaCl)
(1)電極反應(yīng)
陽極：__________________________；
陰極：__________________________。
(2)電池總反應(yīng)方程式：_______________________________________________。
(3)應(yīng)用：冶煉鈉。
三、金屬的腐蝕與防護(hù)
導(dǎo)學(xué)誘思
下列各燒杯中液體均為海水，鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)開___________。
教材回歸
1．金屬腐蝕的本質(zhì)
金屬原子____電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生____反應(yīng)。
2．化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕
類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕
概念金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2等)或非電解質(zhì)液體等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸，會(huì)形成______，______的金屬失去電子被氧化腐蝕
特點(diǎn)____電流產(chǎn)生______電流產(chǎn)生
普遍性金屬的______腐蝕比較普遍，而且危害性大，腐蝕速率快
3．鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕
類型析氫腐蝕吸氧腐蝕
水膜酸性
負(fù)極反應(yīng)
正極反應(yīng)
電池反應(yīng)
其他反應(yīng)___________________、Fe(OH)3→Fe2O3?xH2O(鐵銹)
普遍性____腐蝕更普遍
4.金屬腐蝕由快到慢的規(guī)律
電解池的陽極＞原電池的負(fù)極＞化學(xué)腐蝕＞原電池的正極＞電解池的陰極。
5．金屬的防護(hù)
一般有三條途徑：
(1)改變金屬內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)，可以增強(qiáng)金屬耐腐蝕的能力，如不銹鋼。
(2)在金屬表面覆蓋一層保護(hù)層，如油脂、油漆、搪瓷、塑料、電鍍金屬、氧化成致密的氧化膜，以斷絕金屬與外界物質(zhì)接觸，達(dá)到耐腐蝕的效果。
(3)電化學(xué)保護(hù)法：犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外加電流的陰極保護(hù)法。
理解與深化
一、電解池的兩極
1．電解池陰陽極的判斷
(1)由電源的正負(fù)極判斷：與電源負(fù)極相連的是電解池的陰極；與電源正極相連的是電解池的陽極。
(2)由電極現(xiàn)象確定：通常情況下，在電解池中某一電極若不斷溶解或質(zhì)量不斷減少，該電極發(fā)生氧化反應(yīng)，為陽極；某一電極質(zhì)量不斷增加或電極質(zhì)量不變，該電極發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極。
(3)由反應(yīng)類型判斷：失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的是陽極；得電子發(fā)生還原反應(yīng)的是陰極。
2．放電順序及產(chǎn)物
陽極：①如果陽極是活潑金屬單質(zhì)(金屬活動(dòng)順序中Ag以前的金屬)材料，則陽極金屬電極失電子變成對(duì)應(yīng)的陽離子進(jìn)入溶液(Fe變成Fe2＋)，電解質(zhì)溶液中的陰離子不失電子；②如果陽極是惰性電極(Pt、Au、石墨)材料，應(yīng)是溶液中的陰離子失電子，其放電順序如下：S2－>I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根(含氧酸根在水溶液中不放電)。
陰極：陽離子的放電順序?yàn)锳g＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋＞Zn2＋，所以活潑金屬陽離子如(K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)在水溶液中不放電，是H＋放電。
3．電解池電極反應(yīng)式的書寫
(1)書寫電解池電極反應(yīng)式時(shí)，要以實(shí)際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)方程式時(shí)，弱電解質(zhì)要寫分子式。如電解Na2SO4溶液：陽極反應(yīng)為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，陰極反應(yīng)為4H＋＋4e－===2H2↑，總反應(yīng)為2H2O=====電解2H2↑＋O2↑。
(2)書寫電解池電極反應(yīng)式與原電池電極反應(yīng)式的書寫步驟相似。首先要判斷電解池的陰陽極，然后根據(jù)放電順序判斷電極反應(yīng)并進(jìn)行書寫，以鉛蓄電池充電時(shí)的反應(yīng)為例，總反應(yīng)為Pb＋PbO2＋2H2SO4????放電充電2PbSO4＋2H2O，電極反應(yīng)式的書寫步驟如下：
陰極反應(yīng)為PbSO4＋2e－===Pb??→等號(hào)右邊補(bǔ)充SO2－4PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4
陽極反應(yīng)為PbSO4－2e－===PbO2??→等號(hào)右邊補(bǔ)充SO2－4PbSO4－2e－===PbO2＋SO2－4??→結(jié)合電解質(zhì)補(bǔ)充H＋、H2OPbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO2－4＋4H＋(也可以用總反應(yīng)式減去陰極反應(yīng)式得到陽極反應(yīng)式)
【例1】 (改編組合)Ⅰ.(2010?山東理綜)(1)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應(yīng)為____________________________________________。
(2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時(shí)用銅而不用石墨作陽極的原因是________________________________________________________________________。
Ⅱ.(2010?天津理綜)用Al單質(zhì)作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進(jìn)行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q。寫出陽極生成R的電極反應(yīng)式：______________________________。
二、電解類型及有關(guān)計(jì)算
1．用惰性電極電解電解質(zhì)溶液
類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解
對(duì)象電解質(zhì)
濃度pH電解質(zhì)
溶液復(fù)原
電解水型陰極：4H＋＋4e－===2H2↑
陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOH水增大增大水
H2SO4水增大減小水
Na2SO4水增大不變水
電解電解質(zhì)型電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大氯化氫
CuCl2電解質(zhì)減小略增大氯化銅
放H2生堿型陰極：H2O放H2生堿
陽極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)
和水生成新
電解質(zhì)增大氯化氫
放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽離子放電陽極：H2O放O2生酸CuSO4電解質(zhì)
和水生成新
電解質(zhì)減小氧化銅
2．有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算
原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測(cè)定的計(jì)算、根據(jù)電荷量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)物的量求電荷量的計(jì)算等。無論哪類計(jì)算，均可概括為下列三種方法：
(1)根據(jù)電子守恒法計(jì)算：用于串聯(lián)電路、陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電荷量等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。
(2)根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算：先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)式，最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算。
(3)根據(jù)關(guān)系式計(jì)算：根據(jù)得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計(jì)算所需的關(guān)系式。
【例2】 (2011?北京育園中學(xué)測(cè)試)用惰性電極實(shí)現(xiàn)電解，下列說法正確的是( )。
A．電解稀硫酸溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變
B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液pH減小
C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2
D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練用惰性電極電解M(NO3)x的水溶液，當(dāng)陰極上增重a g 時(shí)，在陽極上同時(shí)產(chǎn)生b L氧氣(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，則可知M的相對(duì)原子質(zhì)量為 ( )。
A.22.4axb B.11.2axb
C.5.6axb D.2.5axb
實(shí)驗(yàn)與探究
電解法制備物質(zhì)
我們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常應(yīng)用電解來制備一些物質(zhì)，如氫氣、氯氣、鈉、鎂、鋁等，所以高考題中經(jīng)常出現(xiàn)有關(guān)電解生成物質(zhì)的分離提純、物質(zhì)的檢驗(yàn)、物質(zhì)的制備及化學(xué)工藝綜合考查題目。
實(shí)驗(yàn)典例
1．惰性電極
2．直流電源
3.離子交換膜
4．冷卻水
(2010?四川理綜)碘被稱為“智力元素”，科學(xué)合理地補(bǔ)充碘可防止碘缺乏病。碘酸鉀(KIO3)是國(guó)家規(guī)定的食鹽加碘劑，它的晶體為白色，可溶于水。碘酸鉀在酸性介質(zhì)中與過氧化氫或碘化物作用均生成單質(zhì)碘。以碘為原料，通過電解制備碘酸鉀的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。請(qǐng)回答下列問題：
(1)碘是______(填顏色)固體物質(zhì)。
(2)電解前，先將一定量的精制碘溶于過量氫氧化鉀溶液，溶解時(shí)發(fā)生反應(yīng)3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，將該溶液加入陽極區(qū)。另將氫氧化鉀溶液加入陰極區(qū)，電解槽用水冷卻。
電解時(shí)，陽極上發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式為____________________；陰極上觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是________________________________________________________________________。
(3)電解過程中，為確定電解是否完成，需檢驗(yàn)電解液中是否有I－。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)檢驗(yàn)電解液中是否有I－的實(shí)驗(yàn)方案，并按要求填寫下表。
要求：所需藥品只能從下列試劑中選擇，實(shí)驗(yàn)儀器及相關(guān)用品自選。
試劑：淀粉溶液、碘化鉀淀粉試紙、過氧化氫溶液、稀硫酸。
實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論
(4)電解完畢，從電解液中得到碘酸鉀晶體的實(shí)驗(yàn)過程如下：
步驟②的操作名稱是______________，步驟⑤的操作名稱是______________。步驟④洗滌晶體的目的是_____________________________________________________。
答案與解析
梳理與整合
一、
導(dǎo)學(xué)誘思
①從裝置圖上判斷原電池沒有外接電源，而電解池需要外接電源；②從能量角度判斷：原電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，而電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；③從反應(yīng)的自發(fā)性角度判斷：原電池中發(fā)生的是能自發(fā)進(jìn)行的，而電解池中發(fā)生的一般是不能自發(fā)進(jìn)行的
教材回歸
1．陰、陽 氧化還原
2．電 化學(xué) 直流
3．正 氧化 負(fù) 還原
二、
導(dǎo)學(xué)誘思
電解飽和食鹽水 電解熔融的氯化鈉或Al2O3 電解精煉銅
教材回歸
1．2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 燒堿 氯氣 氫氣
2．粗銅 Cu－2e－===Cu2＋ 精銅 Cu2＋＋2e－===Cu
3．2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na 2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑
三、
導(dǎo)學(xué)誘思
④②①③⑤
教材回歸
1．失去 氧化
2．原電池 較活潑 無 有微弱 電化學(xué)
3．酸性較強(qiáng) 酸性較弱或中性 Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 吸氧
理解與深化
【例1】答案：Ⅰ.(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
(2)鍍銅時(shí)，銅單質(zhì)作陽極，銅發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2＋，使溶液中的Cu2＋保持一定的濃度
Ⅱ.Al＋3HCO－3－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑
解析：Ⅰ.(1)依據(jù)信息陽極形成的氧化膜一定為Al2O3，Al失電子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液顯酸性，所以有H＋生成；Ⅱ.Al作陽極，失電子，生成Al3＋，Al3＋水解顯酸性，溶液中的HCO－3水解顯堿性，兩者互相促進(jìn)，生成Al(OH)3。
【例2】D 解析：A、B、C選項(xiàng)均是電解水，但硫酸濃度增大，pH減小，A錯(cuò)誤；電解稀氫氧化鈉溶液時(shí)，pH增大，B錯(cuò)誤；陰極4H＋＋4e－===2H2↑，陽極4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極上和陽極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2∶1，C錯(cuò)誤；電解氯化銅溶液，陰極Cu2＋＋2e－===Cu，陽極2Cl－－2e－===Cl2↑，D正確。
對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練 C 解析：陰極增重a g，說明析出金屬M(fèi)是a g，陽極的電極反應(yīng)為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，則產(chǎn)生b L O2轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目為b L22.4 L?mol－1×4＝b5.6 mol，則陰極a g M得到的電子為b5.6 mol，axM＝b5.6，則M＝5.6axb，選C。
實(shí)驗(yàn)與探究
答案：(1)紫黑色
(2)I－＋6OH－－6e－===IO－3＋3H2O
有氣泡產(chǎn)生
(3)
實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論
取少量陽極區(qū)電解液于試管中，加稀硫酸酸化后加入幾滴淀粉試液，觀察是否變藍(lán)如果不變藍(lán)，說明無I－(如果變藍(lán)，說明有I－)
(4)冷卻結(jié)晶 干燥 洗去吸附在碘酸鉀晶體上的氫氧化鉀等雜質(zhì)
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