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    高考化学一轮复习第7章化学反应与能量第36讲电解池金属的腐蚀与防护课件

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    这是一份高考化学一轮复习第7章化学反应与能量第36讲电解池金属的腐蚀与防护课件,共55页。PPT课件主要包含了氧化还原,通入HCl气体,加CuCl2固体,加入Ag2O固体,精制饱和NaCl溶液,淡盐水,NaOH溶液,Cl2,OH-,基本不变等内容,欢迎下载使用。

    1.理解电解池的构成和工作原理,能书写电极反应和总反应。2.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。3.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。
    考点一 电解原理 1.电解与电解池
    2.图解电解池的构成及工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
    2Cl--2e-===Cl2↑
    Cu2++2e-===Cu
    3.电解中的放电规律(1)阳极放电规律。①活性电极(除Au、Pt外的金属材料为电极),电极材料本身失电子,生成金属阳离子。②惰性电极(Pt、Au、石墨),要依据阴离子的放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。S2-、I-、Br-、Cl-放电,产物分别是S、I2、Br2、Cl2;若OH-放电,则得到O2。
    (2)阴极放电规律。阳离子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+。①在溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+等不会在阴极上放电,但在熔融状态下会放电。②若金属阳离子(Fe3+除外)放电,则得到相应金属单质;若H+放电,则得到H2。
    (3)用惰性电极电解各类电解质溶液的规律
    2H2O-4e-===4H++O2↑
    4H++4e-===2H2↑
    4OH--4e-===2H2O+O2↑
    4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
    4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
    2Cl--2e-===Cl2↑
    2H++2e-===H2↑
    2H2O+2e-===H2↑+2OH-
    H2↑+Cl2↑+2OH-
    4Ag++4e-===4Ag
    4Ag+O2↑+4H+
    答案:(1)√ (2)× (3)√  (4)√ (5)× (6)√
    1.用石墨作为电极,电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示,通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是(  )A.逸出气体的体积:电极A<电极BB.一电极逸出无味的气体,另一电极逸出有刺激性气味的气体C.电极A附近溶液呈红色,电极B附近溶液呈蓝色D.电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性
    解析:用惰性电极电解Na2SO4溶液,电极A为阴极,电极B为阳极。在电极B上H2O放电产生O2和H+,电极B附近 c(H+)>c(OH-),石蕊溶液变红;在电极A上H2O放电产生H2和OH-,电极A附近c(OH-)>c(H+),石蕊溶液变蓝,产生H2和O2的体积之比为2∶1。
    2.如图所示,x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味的气体放出,符合这一情况的是(  )
    解析:由题意知,a极板质量增加,a应为阴极,b为阳极,x为电源负极,y为电源正极。电解CuSO4溶液时,a极板有Cu附着,b极板有O2放出,A项符合题意;电解NaOH溶液时,a极板质量无变化,B项不符合题意;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,C项不符合题意;电解CuCl2溶液时,Cl-在阳极放电生成Cl2,Cl2为黄绿色有刺激性气味的气体,D项不符合题意。
    3.在下图所示的装置中,通直流电5 min时,铜电极的质量增加2.16 g。回答下列问题。
    (1)电源中X为直流电源的__________极。(2)pH变化:A__________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),B__________,C__________。(3)通电5 min时,B中共收集到224 mL(标准状况下)气体,溶液体积为200 mL,则通电前CuSO4溶液中溶质的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。(4)常温下,若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL,电解后,溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。答案:(1)负 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 ml·L-1 (4)13
    [方法技巧]电化学计算中常用的三种方法(1)根据总反应计算:先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算:①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;②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。如以电路中通过4 ml e-为桥梁可构建以下关系式: (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,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.氯碱工业习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。(1)反应原理。阳极:____________________(________反应)。阴极:_____________________________(________反应)。总反应离子方程式:_______________________________________________。
    (2)离子交换膜法的生产过程。
    ①a、b、c、d加入或流出的物质依次是__________________________、H2O(含少量NaOH)、____________、____________;X、Y分别为________、________。②阳离子交换膜的作用是阻止__________进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O,阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
    2.电镀铜和电解精炼铜
    Cu-2e-===Cu2+
    3.电冶金利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
    2Na++2e-===2Na
    Mg2++2e-===Mg
    6O2--12e-===3O2↑
    4Al3++12e-===4Al
    [易错秒判](1)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料(  )(2)在镀件上电镀铜时,可以用惰性材料为阳极,用硫酸铜溶液为电解液(  )(3)根据得失电子守恒可知,电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等(  )(4)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3(  )(5)用Zn为阳极,Fe为阴极,ZnCl2溶液为电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌(  )答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
    1.下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列说法不正确的是(  )
    解析:右侧电极是电解池阴极,左侧电极是电解池阳极,溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气,A项正确;右侧电极是阴极,溶液中的水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,离子交换膜是阳离子交换膜,只允许阳离子通过,B项正确;该装置是电解池,是将电能转化为化学能的装置,D项正确。
    2.若要在铜片上镀银,下列叙述中正确的是(  )①将铜片接在电源的正极②将银片接在电源的正极③在铜片上发生的反应是Ag++e-===Ag④在银片上发生的反应是2H2O-4e-===O2↑+4H+⑤可用CuSO4溶液作为电解质溶液⑥可用AgNO3溶液作为电解质溶液A.①③⑥  B.②③⑥C.①④⑤D.②③④⑥
    解析:根据电镀原理,若要在铜片上镀银,铜为电解池的阴极,与电源负极相连,电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银;银为电解池的阳极,与电源正极相连,银失电子发生氧化反应生成银离子;电解质溶液为硝酸银溶液。
    3.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性:Fe2+<Ni2+< Cu2+)(  )A.阳极发生还原反应,电极反应为Ni2++2e-===NiB.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
    解析:电解时,阳极Zn、Fe、Ni失去电子,发生氧化反应,A项错误;因氧化性:Ni2+>Fe2+>Zn2+,故阴极的电极反应为Ni2++2e-===Ni,阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解,而阴极质量增加是因为Ni析出,二者质量不相等,B项错误;电解后溶液中存在的阳离子除Fe2+和Zn2+外,还有Ni2+和H+,C项错误。
    考点三 金属的腐蚀与防护 1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子,发生________反应。
    2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀。
    (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁制品锈蚀为例)。
    Fe-2e-===Fe2+
    O2+2H2O+4e-===4OH-
    3.金属的防护(1)改变金属材料的组成,如制成合金等。(2)在金属表面覆盖保护层,如在金属表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料、电镀、发蓝或表面钝化等。(3)电化学保护法。①牺牲阳极法——____________原理a.________:比被保护金属活泼的金属;b.________:被保护的金属设备。②外加电流法——________原理a.________:被保护的金属设备;b.________:惰性电极。
    [易错秒判](1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀原理相同(  )(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(  )(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+(  )(4)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损,则完全失去了对金属的保护作用(  )(5)牺牲阳极法利用原电池原理,能有效地保护金属,不易被腐蚀(  )(6)把金属铬、镍等加入普通钢中能增强钢铁的耐腐蚀性(  )(7)钢铁的发蓝处理能增强其耐腐蚀性(  )答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)√
    1.(2024·华南师范大学附中月考)下列防止金属腐蚀的方法属于电化学防护的是(  )A.船体表面刷漆B.加入铬、锰、硅等制成不锈钢C.自行车链条涂油D.水中的钢闸门连接电源的负极解析:水中的钢闸门连接电源的负极,是外加电流法,是防止金属腐蚀的电化学方法,D项符合题意。
    2.关于研究生铁的锈蚀实验,下列分析不正确的是(  )
    A.①中,NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀B.②中,生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2O C.③中正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-D.对比①②③,说明苯能隔绝O2
    解析:①是密闭体系,NaCl溶液中溶解的O2较少,不足以使生铁片明显锈蚀,A项正确;苯属于非电解质,②中无电解质溶液,不满足电化学腐蚀的条件,B项正确;根据③中现象,铁在中性环境下发生吸氧腐蚀,正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,C项正确;①③NaCl溶液中均溶解有氧气,③中观察到明显锈蚀的现象,说明苯不能隔绝O2,D项错误。
    3.(2024·广州高三阶段测试)全世界每年都因钢铁锈蚀造成巨大的损失,为了保护地下的钢铁输水管所采取的措施如下图所示。下列说法不正确的是(  ) A.钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-B.导线与Zn块连接为牺牲阳极法C.钢铁输水管经导线应连接外接电源的负极D.导线与Cu块连接也可保护钢铁输水管
    解析:A.钢铁发生吸氧腐蚀,正极上为氧气得电子结合H2O生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,A正确;B.导线与Zn块连接为牺牲阳极法,B正确;C.钢铁输水管经导线应连接外接电源的负极,为外加电流法,C正确;D.Cu的活泼性比Fe的弱,导线与Cu块连接不能保护钢铁输水管,D错误。
    1.(2023·新高考广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如下图所示实验。闭合K1,一段时间后,下列说法正确的是(  )A.U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2B.a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性C.b处出现蓝色,说明还原性:Cl->I-D.断开K1,立刻闭合K2,电流表指针发生偏转
    B.U形管左侧生成氯气,氯气与水反应生成HClO,故a处布条褪色,说明HClO具有漂白性,B错误;C.b处出现蓝色,发生反应Cl2+2KI===I2+2KCl,说明还原性:I->Cl-,C错误;D.断开K1,立刻闭合K2,此时构成H2-Cl2燃料电池,导线中有电子通过,电流表指针发生偏转,D正确。
    2.(2023·新高考辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(  )A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2 ml e-生成4 g H2C.电解后海水pH下降D.阳极发生:Cl-+H2O-2e-===HClO+H+
    3.(2022·新高考广东卷)为检验牺牲阳极法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是(  )A.加入AgNO3溶液产生沉淀B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C.加入KSCN溶液无红色出现D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
    解析:若铁片被腐蚀,则溶液中含有Fe2+,向溶液中加入 K3[Fe(CN)6]溶液,反应生成蓝色的KFe[Fe(CN)6] 沉淀,D项正确;A项只能说明溶液中含有Cl-,B、C项只能说明溶液中无Fe3+,三者均不能说明铁片没有被腐蚀。
    解析:废气中SO2排放到大气中会形成硫酸型酸雨,故A正确;
    装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体,CO2与NaHCO3溶液不反应,不能吸收CO2,故C错误;
    5.(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置示意图如下。下列说法正确的是(  )A.石墨电极为阴极,发生氧化反应B.电极A的电极反应:8H++TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4H2OC.该体系中,石墨优先于Cl-参与反应D.电解时,阳离子向石墨电极移动
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