化學(xué)選修ⅳ人教新課標同步知識點學(xué)練考--電解池 金屬的腐蝕與防護

1、電解池 金屬的腐蝕與防護【教法探析】一、引入新課我們知道化學(xué)能可以轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，即反?yīng)熱?；瘜W(xué)能也能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，用原電池裝置。今天這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)電能如何轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。二、進行新課一、電解原理講：首先我們來比較金屬導(dǎo)電和電解質(zhì)導(dǎo)電的區(qū)別。金屬電解質(zhì)導(dǎo)電粒子導(dǎo)電狀態(tài)溫度影響導(dǎo)電實質(zhì)電子定向移動過渡：電解質(zhì)導(dǎo)電的實質(zhì)是什么呢？一起看實驗（見課本）。實驗：現(xiàn)象一極有氣泡，檢驗為氯氣；另一極有紅色的物質(zhì)析出，分析為銅。講：要分析此現(xiàn)象我們得研究此裝置，首先看電極。1.電極陽極與電源正極相連陰極與電源負極相連隋性電極只導(dǎo)電,不參與氧化還原反應(yīng)（C/Pt/Au）活性電極既導(dǎo)電又參與氧化還原反應(yīng)（Cu/Ag

2、）問：通電前和通電時分別發(fā)生了怎樣的過程？通電前：CuCl2=Cu2+2Cl- H2O H+OH-通電中：陽離子（Cu2+,H+）向陰極移動被還原；陰離子（Cl-,OH-）向陽極移動被氧化講：即在電極上分別發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，稱電極反應(yīng)。2.電極反應(yīng)（ 陽氧陰還 ）陽極：2Cl- -2e-=Cl2 （氧化）陰極：Cu2+2e-=Cu（還原）總電極方程式：_放電：陰離子失去電子或陽離子得到電子的過程叫放電。3.電解：電流（外加直流電）通過電解質(zhì)溶液而在陰陽兩極引起氧化還原反應(yīng)（被動的不是自發(fā)的）的過程叫電解。講：所以電解質(zhì)導(dǎo)電的實質(zhì)便是電解電解池：借助電流引起氧化還原反應(yīng)的裝置，即把電能轉(zhuǎn)化為化

3、學(xué)能的裝置叫電解池或電解槽。問：構(gòu)成電解池的條件是什么？電源、電極、電解質(zhì)構(gòu)成閉和回路。思考：電解CuCl2水溶液為何陽極是Cl-放電而不是OH-放電，陰極放電的是Cu2+而不是H+ ？4.離子的放電順序陰極：（陽離子在陰極上的放電順序（得e-）Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+（指酸電離的）>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+陽極（1）是惰性電極時：陰離子在陽極上的放電順序（失e-）S2->I->Br->Cl->OH->NO3-&

4、gt;SO42-（等含氧酸根離子）>F-（SO32-/MnO4->OH-）（2）是活性電極時：電極本身溶解放電問：放電能力弱于H+和OH的物質(zhì)在水溶液中放電嗎？否，但亞鐵離子濃度遠大于氫離子濃度時,亞鐵離子放電。問：電解水時為了增強水的導(dǎo)電性常常需加入氫氧化鈉或稀硫酸，為什么？可以加食鹽嗎？練習(xí)：電解碘化汞、硝酸銅、氯化鋅、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉的電極方程式。5.電解規(guī)律：（1）電解含氧酸、強堿溶液及活潑金屬的含氧酸鹽，實質(zhì)上是電解水，電解水型。問：初中電解水時加硫酸或氫氧化鈉增強導(dǎo)電性，影響水的電解嗎？電解硫酸和氫氧化鈉時為何H2和O2之比大于2？氧氣溶解度大于氫氣又為何硫酸一定大

5、于2，而氫氧化鈉可能等于2？硫酸根可能放電。（2）電解不活潑金屬的含氧酸鹽，陽極產(chǎn)生氧氣，陰極析出不活潑金屬，放氧生酸型。練習(xí)：電解硫酸銅方程式。加入下列哪些物質(zhì)可以恢復(fù)到硫酸銅原來的溶液：氧化銅、氫氧化銅、銅、碳酸銅。（3）電解不活潑金屬無氧酸鹽，實際上是電解電解質(zhì)本身，分解電解質(zhì)型。（4）電解活潑金屬（K/Ca/Na）的無氧酸鹽，陰極產(chǎn)生氫氣，陽極析出非金屬，放氫生堿型。6.電解中電極附近溶液pH值的變化。（1）電極區(qū)域 A.陰極H+放電產(chǎn)生H2，陰極區(qū)域pH變大。B.陽極OH-放電產(chǎn)生O2，陽極區(qū)域pH變小。（2）電解質(zhì)溶液中 A.電解過程中,既產(chǎn)生H2,又產(chǎn)生O2,則原溶液呈酸性的pH

6、變小原溶液呈堿性的pH變大,原溶液呈中性的pH不變（濃度變大）。B.電解過程中, 無H2和O2產(chǎn)生, pH幾乎不變。但象CuCl2變大C.電解過程中,只產(chǎn)生H2, pH變大。D.電解過程中,只產(chǎn)生O2, pH變小。過渡：如果把陽極換成銅棒，陽極發(fā)生的反應(yīng)就是銅自身溶解，如果電解質(zhì)是硫酸，陰極析出的是什么？也是銅，這就是我們的銅的電解精煉法。二、電解原理的應(yīng)用1.銅的電解精煉陽極：粗銅棒陰極：精銅棒電解質(zhì)：含銅電解質(zhì)問：精煉中硫酸銅的濃度怎樣？基本不變，但變小。過渡：若把陰極精銅棒換成鐵棒，電解過程變嗎？不變，但不是精煉銅了，而叫電鍍銅。2.電鍍銅陽極：鍍層金屬陰極：待鍍金屬（鍍件）電鍍液：含鍍

7、層金屬的電解質(zhì)。3.電解飽和食鹽水氯堿工業(yè)問：1.電解飽和食鹽水的陰極產(chǎn)物、陽極產(chǎn)物分別是什么？2.轉(zhuǎn)移的電子數(shù)和氫氧化鈉的物質(zhì)的量的關(guān)系？3.從Cl- Cl2一定需要加氧化劑嗎？4.陰極產(chǎn)物和陽極產(chǎn)物能接觸嗎？5.飽和食鹽水為何需要精制？如何精制？精制：步驟一、1）先加過量的BaCl2和過量的NaOH（順序可換），再加入過量的Na2CO32）過濾3）加鹽酸調(diào)節(jié)pH為7步驟二、送入陽離子交換塔除去Ca2+、Mg2+等。4.電冶金電解熔融氯化鈉：2NaCl（熔融）（電解）2Na+Cl2適用范圍：活潑金屬KAl三、金屬腐蝕閱讀回答什么是金屬腐蝕？板書金屬腐蝕：金屬（或合金）跟周圍接觸到的氣體（或液

8、體）反應(yīng)而腐蝕損耗的過程。講述 金屬的化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。例如：鐵在高溫下與氧氣直接化合而被腐蝕，在工業(yè)生產(chǎn)中氯氣跟鐵或與其他金屬化合使金屬銹蝕。特點：反應(yīng)簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。板書1.化學(xué)腐蝕：金屬跟接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。特點：反應(yīng)簡單、金屬與氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)。講述溫度對化學(xué)腐蝕的影響：科學(xué)探究不同條件下鐵釘?shù)匿P蝕注意：光亮鐵釘浸沒在菜油之中；光亮鐵釘半浸半露在菜油中；光亮鐵釘完全浸沒在食鹽水中；光亮鐵釘完全浸沒在酸性溶液中或堿性溶液中。學(xué)生分別觀察并寫出報告以培養(yǎng)學(xué)生的觀察與描述能力。教師不但要給學(xué)生出題目，

9、還要發(fā)揮點撥作用，提出注意點：觀察的一周中不要振蕩試管，否則會破壞生銹的界面；把各人設(shè)置的具體條件和的狀況詳盡記錄在案，以利分析和歸納，寫出高質(zhì)量的家庭探究報告。實驗方案記錄結(jié)論總結(jié)鐵釘生銹的條件：鐵釘含雜質(zhì)、與電解質(zhì)溶液接觸。思考絕大多數(shù)鋼鐵生銹是否是化學(xué)腐蝕？為什么？板書2.電化學(xué)腐蝕講解由于金屬和液態(tài)介質(zhì)（常為水溶液）構(gòu)成微小的原電池而發(fā)生金屬腐蝕的過程.電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的主要形式.例如:鋼鐵在潮濕的空氣中生銹就是電化學(xué)腐蝕造成的.板書 電化學(xué)腐蝕 ：不純的金屬或合金與電解質(zhì)溶液接觸，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕。共同分析形成原電池的原因。板書投影鋼鐵的吸氧腐蝕

10、與析氫腐蝕：講解 吸氧腐蝕與析氫腐蝕：發(fā)生條件、正負極反應(yīng)、總反應(yīng)。板書分類析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強（弱酸）水膜酸性較弱或呈中性負極反應(yīng)Fe 2e = Fe2+2Fe 4e = 2 Fe2+正極反應(yīng)2H+ + 2e = H22H2O + O2 + 4e = 4OH-總反應(yīng)Fe + 2H+ = Fe2+ + H22Fe + 2H2O + O2 = 2Fe（OH）24Fe（OH）2 + 2H2O + O2= 4Fe（OH）3Fe2O3.xH2O次要主要歸納與交流化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的對比。板書3.化學(xué)腐蝕與電化腐蝕的對比（1）本質(zhì)：金屬原子失電子而被氧化 M ne = Mn+（2）（3）相互

11、關(guān)系：往往同時發(fā)生，電化腐蝕要比化學(xué)腐蝕普遍得多。【學(xué)法導(dǎo)引】一、考綱展示（1）了解電解池的工作原理（2）能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式（3）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二、考點關(guān)注（1）電解產(chǎn)物的判斷與簡單計算（2）電極及電池反應(yīng)方程式的書寫（3）金屬腐蝕的原因及防護措施（4）利用電解原理進行實驗方案設(shè)計三、考點展示1.電解池電極及電解產(chǎn)物的判斷；2.電解的規(guī)律及有關(guān)計算；四、考試誤區(qū)1.病例：電解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液時陰極上依次析出Cu、Fe、Al診斷：不能按照離子放電順序判斷電極產(chǎn)物2.病例：銅的金屬活潑性比鐵弱，可在海輪上裝

12、若干銅塊以減緩其腐蝕診斷：金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，一般應(yīng)是較活潑金屬被腐蝕，較不活潑金屬被保護3.病例：電解58.5 g熔融的NaCl，能產(chǎn)生22.4 L氯氣（標準狀況）、23.0 g 金屬鈉診斷：不能按照電子守恒或關(guān)系式法進行有關(guān)電解的計算4.病例：利用電解法進行粗銅提純時，以精銅作陽極診斷：粗銅精煉時粗銅作陽極5.病例：鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕時，負極反應(yīng)是Fe3e=Fe3診斷：鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時負極應(yīng)生成Fe2五、溫馨提示 1.K、Ca2、Na、Mg2、Al3只有在熔化狀態(tài)下放電。2.在水溶液中，含氧酸根和活潑金屬離子一般不放電，而是OH和H放電。3.Fe3放電時生成Fe2而不是Fe，其電極反應(yīng)

13、式為：Fe3e=Fe2。4.若陰極為H放電，則陰極區(qū)c（OH）增大；若陽極為OH放電，則陽極區(qū)c（H）增大；若陰極、陽極同時有H、OH放電，相當(dāng)于電解水，電解質(zhì)溶液濃度增大。5.在框圖推斷中若出現(xiàn)“AH2OBCD”的模式，則A一般為CuSO4、NaCl或AgNO3及類似的鹽，視條件而定。6.在電解池中陽極生成的氣體一般是O2或Cl2，陰極生成的氣體一定是H2。7.由于金屬表面一般不會遇到酸性較強的溶液，故吸氧腐蝕是金屬腐蝕的主要形式；另外，只有在金屬活動性順序中位于氫前面的金屬才可能發(fā)生析氫腐蝕，而位于氫之后的金屬只能發(fā)生吸氧腐蝕，如銅綠的形成就屬吸氧腐蝕?！灸M練習(xí)】1.下列敘述正確的是（

14、）A.銅、鋅、稀硫酸形成的原電池放電時，溶液中陽離子向銅電極移動B.充電時，把鉛蓄電池的負極接在外電源的正極上C.鍍鋅鐵鍍層破損后鐵更易被腐蝕D.堿性氫氧燃料電池工作時，負極反應(yīng)為：O22H2O4e=4OH2.關(guān)于電解飽和NaCl水溶液，下列敘述正確的是（ ）A.電解時在陽極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉B.若在陽極附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C.若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無色D.電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性3.化學(xué)用語是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具，下列用來表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語中，正確的是（ ）A.用惰性電極電解飽和食鹽水時，陽極的電極反應(yīng)式為：2

15、Cl=Cl22eB.氫氧燃料電池的負極反應(yīng)式：O22H2O4e=4OHC.粗銅精煉時，與電源正極相連的是純銅，正極反應(yīng)式為：Cu2e=Cu2D.鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式：Fe2e=Fe24.21世紀是鈦的世紀。在800 1 000 時電解TiO2可制得鈦，裝置如圖所示。下列敘述正確的是（ ）A.a為電源的正極B.石墨電極上發(fā)生還原反應(yīng)C.陰極發(fā)生的反應(yīng)為：TiO24e=Ti2O2D.每生成0.1 mol鈦，轉(zhuǎn)移電子0.2 mol下面兩套實驗裝置，都涉及金屬的腐蝕反應(yīng)，假設(shè)其中的金屬塊和金屬絲都是足量的。請同學(xué)們仔細觀察，完成56題。5.下列敘述正確的是（ ）A.裝置在反應(yīng)過程中自始至終只

16、生成紅棕色氣體B.裝置開始階段鐵絲只發(fā)生析氫腐蝕C.裝置在反應(yīng)過程中能產(chǎn)生氫氣D.裝置在反應(yīng)結(jié)束時溶液中的金屬陽離子只有Cu26.下列與反應(yīng)原理相關(guān)的敘述不正確的是（ ）A.裝置中不可能發(fā)生如下反應(yīng)：Fe2Fe3=3Fe2B.裝置在反應(yīng)結(jié)束時溶液中存在Fe2C.裝置的溶液若換為稀硝酸，則腐蝕過程與原裝置不同D.裝置中的鐵絲能發(fā)生電化學(xué)腐蝕參考答案1.【答案】A2.【答案】B3.【解析】電池的負極發(fā)生的是氧化反應(yīng)，B不對；粗銅精煉時，純銅應(yīng)該連接電源的負極；鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，鐵為負極。【答案】A4.【解析】由O2移動方向可知b為電源正極，A項錯誤；b為電源正極，石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng)，B項錯

17、誤；D項每生成0.1 mol鈦，轉(zhuǎn)移電子0.4 mol，錯誤。【答案】C5.【解析】裝置形成原電池銅作負極、鐵作正極，反應(yīng)的實質(zhì)是銅與硝酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，開始生成二氧化氮，硝酸變稀后生成一氧化氮；濃硝酸變稀后，鐵和銅兩個電極轉(zhuǎn)換，溶液中會有亞鐵離子生成；裝置開始發(fā)生的是化學(xué)腐蝕不是電化學(xué)腐蝕，鐵、氧氣和水反應(yīng)生成鐵銹，氧氣消耗后壓強變小液面左移，接觸后發(fā)生析氫腐蝕，有氫氣放出?！敬鸢浮緾6.【解析】濃硝酸變稀，稀硝酸與鈍化生成的氧化物反應(yīng)有鐵離子生成，鐵單質(zhì)與鐵離子發(fā)生反應(yīng)：Fe2Fe3=3Fe2，溶液中最終只含有Fe2；稀硝酸存在時，鐵作負極，銅作正極，鐵被腐蝕過程發(fā)生變化；裝置開始發(fā)生的

18、是化學(xué)腐蝕不是電化學(xué)腐蝕，鐵、氧氣和水反應(yīng)生成開始鐵銹，氧氣消耗后壓強變小液面左移，接觸后發(fā)生析氫腐蝕。【答案】A【真題再現(xiàn)】1. 2012·安徽理綜卷11 某興趣小組設(shè)計如下微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產(chǎn)生；一段時間后，斷開K1、閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表A指針偏轉(zhuǎn)。下列有關(guān)描述正確的是()圖0A斷開K2，閉合K1時，總反應(yīng)的離子方程式為：2H2ClCl2H2B斷開K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液變紅C斷開K1，閉合K2時，銅電極上的電極反應(yīng)式為：Cl22e=2ClD斷開K1，閉合K2時，石墨電極作正極D解析 本題考查原電池及電解池工作原理，旨在考查考生對知

19、識的綜合應(yīng)用能力。斷開K2，閉合K1時，裝置為電解池，兩極均有氣泡產(chǎn)生，則反應(yīng)為2Cl2H2OH22OHCl2，石墨為陽極，銅為陰極，因此石墨電極處產(chǎn)生Cl2，在銅電極處產(chǎn)生H2，附近產(chǎn)生OH，溶液變紅，故A、B兩項均錯誤；斷開K1、閉合K2時，為原電池反應(yīng)，銅電極反應(yīng)為H22e2OH=2H2O，為負極，而石墨電極反應(yīng)為Cl22e=2Cl，為正極，故C項錯誤，D項正確。2.2012·福建理綜卷9 將如圖所示實驗裝置的K閉合，下列判斷正確的是()圖0ACu電極上發(fā)生還原反應(yīng)B電子沿ZnabCu路徑流動C片刻后甲池中c(SO42)增大D片刻后可觀察到濾紙b點變紅色A解析 本題考查原電池和電解池工作原理。A項，K閉合時，Zn和Cu構(gòu)成原電池，Cu作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，正確；B項，在電解Na2SO4溶液時，電子不能流入電解質(zhì)溶液中，即ab電子不能通過，錯；C項，甲池中硫酸根離子沒有放電，所以濃度不變，錯誤；D項，b為陽極，OH放電，留下H，使得b附近溶液顯酸性，不能使酚酞變紅，錯誤。3. 2012·浙江理綜卷10已知電極上每通過96 500 C的電量就會有1 mol電子發(fā)生轉(zhuǎn)移。精確測量金屬離子在惰性電極上以鍍層形式