案39　電解池　金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)

　　[考綱要求]　1.了解電解池的工作原理，寫(xiě)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。

　　知識(shí)點(diǎn)一　電解池、電解原理

　　1．電解原理

　　(1)電解：使________通過(guò)電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在__________引起____________________的過(guò)程。

　　(2)電解池(也叫電解槽)：把____能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______能的裝置。

　　(3)電極名稱(chēng)與電極反應(yīng)：

　　與電源正極相連的為_(kāi)_______，發(fā)生________反應(yīng)；

　　與電源負(fù)極相連的為_(kāi)_______，發(fā)生________反應(yīng)。

　　2．電解CuCl2溶液(如右圖所示)

　　(1)陽(yáng)極反應(yīng)：________________________________________________________________________

　　(2)陰極反應(yīng)：________________________________________________________________________

　　(3)總方程式：________________________________________________________________________

　　問(wèn)題思考

　　1．電解質(zhì)的電離和溶液的導(dǎo)電有什么聯(lián)系？

　　2．電解池的陰、陽(yáng)極與電極材料有什么關(guān)系？

　　知識(shí)點(diǎn)二　電解原理的應(yīng)用

　　1．電解飽和食鹽水

　　(1)電極反應(yīng)

　　陽(yáng)極反應(yīng)式：________________________________________________________________________

　　(________反應(yīng))

　　陰極反應(yīng)式：________________________________________________________________________

　　(________反應(yīng))

　　(2)總反應(yīng)方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

　　離子反應(yīng)方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑

　　(3)應(yīng)用：氯堿工業(yè)制________、________和________。

　　2．電鍍

　　右圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問(wèn)題：

　　(1)鍍件作____極，鍍層金屬銀作____極。

　　(2)電解質(zhì)溶液是________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(3)電極反應(yīng)：

　　陽(yáng)極：________________________________________________________________________；

　　陰極：________________________________________________________________________。

　　(4)特點(diǎn)：____極溶解，____極沉積，電鍍液的濃度________________________________________________________________________。

　　3．電解精煉銅

　　(1)電極材料：陽(yáng)極為_(kāi)_______；陰極為_(kāi)_______。

　　(2)電解質(zhì)溶液：含Cu2＋的鹽溶液。

　　(3)電極反應(yīng)：

　　陽(yáng)極為_(kāi)_______________________________________________________________________；

　　陰極為_(kāi)_______________________________________________________________________。

　　4．電冶金

　　利用電解熔融鹽的方法來(lái)冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。

　　(1)冶煉鈉

　　2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑

　　電極反應(yīng)：

　　陽(yáng)極：________________________________________________________________________，

　　陰極：________________________________________________________________________。

　　(2)冶煉鋁

　　2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑

　　電極反應(yīng)：

　　陽(yáng)極：________________________________________________________________________，

　　陰極：________________________________________________________________________。

　　問(wèn)題思考

　　3．如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電解飽和食鹽水的各種產(chǎn)物？

　　4．電解過(guò)程中放H2生堿型和放O2生酸型的實(shí)質(zhì)是什么？

　　5．用惰性電極電解，若要使電解后的溶液復(fù)原，應(yīng)怎樣操作？

　　知識(shí)點(diǎn)三　金屬的腐蝕和防護(hù)

　　1．金屬腐蝕的本質(zhì)

　　金屬原子________變?yōu)開(kāi)_______，金屬發(fā)生________。

　　2．金屬腐蝕的類(lèi)型

　　(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕

　　化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕條件 金屬跟__________接觸 不純金屬或合金跟________________接觸現(xiàn)象 ____電流產(chǎn)生 ______電流產(chǎn)生

　　本質(zhì) 金屬被____ 較活潑金屬被________

　　聯(lián)系 兩者往往同時(shí)發(fā)生，________腐蝕更普遍

　　(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕

　　以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析：

　　析氫腐蝕 吸氧腐蝕

　　條件 負(fù)極

　　正極

　　聯(lián)系 ________更普遍

　　問(wèn)題思考

　　6．鐵銹是怎樣形成的？

　　3．金屬的防護(hù)

　　(1)電化學(xué)防護(hù)

　　①犧牲陰極的陽(yáng)極保護(hù)法—________原理

　　a．________：比被保護(hù)金屬活潑的金屬；

　　b．________：被保護(hù)的金屬設(shè)備。

　　②外加電流的陰極保護(hù)法—________原理

　　a．________：被保護(hù)的金屬設(shè)備；

　　b．________：惰性金屬。

　　(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。

　　(3)加防護(hù)層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。

　　一、電解池的電極及電極產(chǎn)物的判斷

　　1．如何分析電解池中的兩極變化？

　　2．如何判斷電解池的電極產(chǎn)物及書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式？

　　典例導(dǎo)悟1　將含有KCl、CuCl2、Na2SO4三種物質(zhì)的水溶液用鉑電極進(jìn)行電解，且電解時(shí)間足夠長(zhǎng)。有以下結(jié)論：

　　①溶液中幾乎沒(méi)有Cl－　②電解質(zhì)溶液為無(wú)色　③最終溶液顯堿性　④K＋、Na＋、SO的濃度幾乎沒(méi)有變化

　　正確的是(設(shè)全部氣體從溶液中出)()

　　A．①②③　B．僅③　C．①④　D．均正確

　　聽(tīng)課記錄：　

　　二、電解類(lèi)型及有關(guān)計(jì)算

　　1．用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類(lèi)型如下表所示：

　　類(lèi)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：4H＋＋4e－2H2↑

　　陽(yáng)：4OH－－4e－2H2O＋O2↑ NaOH H2SO4 Na2SO4電解

　　電解

　　質(zhì)型 電解質(zhì)電離出的陰、陽(yáng)離子分別在兩極放電 HCl

　　CuCl2

　　放H2

　　生堿

　　型 陰極：H2O放H2生堿

　　陽(yáng)極：電解質(zhì)陰離子放電 NaCl

　　放O2

　　生酸

　　型 陰極：電解質(zhì)陽(yáng)離

　　子放電

　　陽(yáng)極：H2O放O2生酸 CuSO4

　　2.電解池中有關(guān)量的計(jì)算或判斷

　　電解池中有關(guān)量的計(jì)算或判斷主要包括以下方面：根據(jù)直流電源提供的電量求產(chǎn)物的量(析出固體的質(zhì)量、產(chǎn)生氣體的體積等)、溶液的pH、相對(duì)原子質(zhì)量或某元素的化合價(jià)、化學(xué)式等。解題依據(jù)是得失電子守恒。

　　典例導(dǎo)悟2　(1)用惰性電極電解400 mL一定濃度的硫酸銅溶液(不考慮電解過(guò)程中溶液體積的變化)，通電一段時(shí)間后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子為_(kāi)_______ mol。

　　(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH，電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子為_(kāi)_______ mol。

　　(3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)，電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子為_(kāi)_______ mol。

　　3．比較金屬腐蝕快慢

　　判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律

　　(1)電解池原理引起的腐蝕>__________引起的腐蝕>________腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。

　　(2)對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō)，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。

　　(3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，活潑性強(qiáng)的金屬腐蝕越________。

　　(4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液濃度________________________________________________________________________，

　　腐蝕越快。

　　典例導(dǎo)悟3　下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時(shí)由快到慢的順序是()

　　A．④>②>①>③B．②>①>③>④

　　C．④>②>③>①

　　D．③>②>④>①

　　題組一　電解原理及其應(yīng)用

　　1．(2011·上海，16)用電解法提取氯化銅廢液中的銅，方案正確的是()

　　A．用銅片連接電源的正極，另一電極用鉑片

　　B．用碳棒連接電源的正極，另一電極用銅片

　　C．用氫氧化鈉溶液吸收陰極產(chǎn)物

　　D．用帶火星的木條檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)物

　　2．(2010·海南，9改編)利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質(zhì)的粗銅提純，下列敘述正確的是()

　　A．電解時(shí)以精銅作陽(yáng)極

　　B．電解時(shí)陰極發(fā)生氧化反應(yīng)

　　C．粗銅連接電源負(fù)極，其電極反應(yīng)是Cu－2e－Cu2＋

　　D．電解后，電解槽底部會(huì)形成含少量Ag、Pt等金屬的陽(yáng)極泥

　　3.(2010·全國(guó)理綜Ⅱ，29)

　　右圖是一個(gè)用鉑絲作電極，電解稀的MgSO4溶液的裝置，電解液中加有中性紅指示劑，此時(shí)溶液呈紅色。(指示劑的pH變色范圍：6.8～8.0，酸色—紅色，堿色—黃色)

　　回答下列問(wèn)題：

　　(1)下列關(guān)于電解過(guò)程中電極附近溶液顏色變化的敘述正確的是________(填編號(hào))；

　　①A管溶液由紅變黃　② B管溶液由紅變黃　③A管溶液不變色　④B管溶液不變色

　　(2)寫(xiě)出A管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)式：________________________________________________________________________；

　　(3)寫(xiě)出B管中發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)式：________________________________________________________________________；

　　(4)檢驗(yàn)a管中氣體的方法是________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________；

　　(5)檢驗(yàn)b管中氣體的方法是________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________；

　　(6)電解一段時(shí)間后，切斷電源，將電解液倒入燒杯內(nèi)觀(guān)察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________。

　　題組二　金屬的電化學(xué)腐蝕和防護(hù)

　　4．(2011·北京理綜，8)結(jié)合下圖判斷，下列敘述正確的是()

　　A．Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護(hù)

　　B．Ⅰ和Ⅱ中負(fù)極反應(yīng)均是Fe－2e－Fe2＋

　　C．Ⅰ和Ⅱ中正極反應(yīng)均是O2＋2H2O＋4e－4OH－

　　D．Ⅰ和Ⅱ中分別加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有藍(lán)色沉淀

　　5．(2011·山東理綜，15)以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說(shuō)法正確的是()

　　A．未通電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池，電鍍過(guò)程是該原電池的充電過(guò)程

　　B．因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電鍍時(shí)通過(guò)的電量與鋅的析出量無(wú)確定關(guān)系

　　C．電鍍時(shí)保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率

　　D．鍍鋅層破損后即對(duì)鐵制品失去保護(hù)作用

　　6．(2011·浙江理綜，10)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)液滴覆蓋的圓圈中心區(qū)(a)已被腐蝕而變暗，

　　在液滴外沿形成棕色鐵銹環(huán)(b)，如右圖所示。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說(shuō)法正確的是()

　　A．液滴中的Cl－由a區(qū)向b區(qū)遷移

　　B．液滴邊緣是正極區(qū)，發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2H2O＋4e－4OH－

　　C．液滴下的Fe因發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕，生成的Fe2＋由a區(qū)向b區(qū)遷移，與b區(qū)的OH－形成Fe(OH)2，進(jìn)一步氧化、脫水形成鐵銹

　　D．若改用嵌有一銅螺絲釘?shù)蔫F板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)為Cu－2e－Cu2＋

　　7．(2010·北京理綜，6)下列有關(guān)鋼鐵腐蝕與防護(hù)的說(shuō)法正確的是()

　　A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護(hù)

　　B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護(hù)內(nèi)部不被腐蝕

　　C．鋼管與銅管露天堆放在一起時(shí)，鋼管不易被腐蝕

　　D．鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí)，負(fù)極反應(yīng)是Fe－3e－Fe3＋

　　題號(hào) 1 2 4 5 6 7

　　答案

　　題組三　電解的規(guī)律及有關(guān)計(jì)算

　　8．(2009·全國(guó)理綜Ⅰ，28)下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個(gè)燒杯依次分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。

　　(1)接通電源，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，測(cè)得丙中K2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.47%，乙中c電極質(zhì)量增加。據(jù)此回答問(wèn)題：

　　①電源的N端為_(kāi)_______極；

　　②電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)_______________________________________________________________________；

　　③列式計(jì)算電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積。

　　④電極c的質(zhì)量變化是__________g；

　　⑤電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發(fā)生變化，簡(jiǎn)述其原因：

　　甲溶液________________________________________________________________________；

　　乙溶液________________________________________________________________________；

　　丙溶液________________________________________________________________________；

　　(2)如果電解過(guò)程中銅全部析出，此時(shí)電解能否繼續(xù)進(jìn)行，為什么？

　　題組一　電解原理及其應(yīng)用

　　1．(2011·大同質(zhì)檢)如圖a、b、c、d均為石墨電極，通電進(jìn)行電解(電解液足量)。下列說(shuō)法正確的是()

　　A．甲中a的電極反應(yīng)式為4OH－－4e－O2↑＋2H2O

　　B．電解時(shí)向乙中滴入酚酞溶液，c電極附近變紅

　　C．向乙中加入適量鹽酸，溶液組成可以恢復(fù)

　　D．當(dāng)b極有64 g Cu析出時(shí)，c電極產(chǎn)生2 g氣體

　　題組二　電解的規(guī)律及有關(guān)計(jì)算

　　2．500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6 mol·L－1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到氣體22.4 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說(shuō)法正確的是()

　　A．原混合溶液中c(Na＋)＝6 mol·L－1

　　B．電解后溶液中c(H＋)＝4 mol·L－1

　　C．上述電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移8 mol電子