電解池,金屬腐蝕

第六章化學(xué)反應(yīng)與能量第四節(jié)電解池金屬的腐蝕與防腐一、電解原理1、電解：

使電流通過電解質(zhì)溶液而在陽、陰兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。2、電解池（電解槽）：把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置

CuCl2溶液在電流的作用下發(fā)生了化學(xué)變化，分解生成了Cu和Cl2一、電解原理實(shí)驗(yàn)4-2：用惰性(石墨)電極電解氯化銅溶液陰極陽極氯氣銅CuCl2溶液有氣泡，氣體有刺激性氣味，并能使?jié)駶櫟腒I-淀粉試紙變藍(lán)碳棒上有一層紅色的物質(zhì)析出現(xiàn)象：

陰極：

陽極：——銅——Cl2

結(jié)論：Cu2+－＋e-e-電子流出Cu2+運(yùn)動(dòng)Cl-運(yùn)動(dòng)Cl-oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooCl2oooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooCl-Cl-運(yùn)動(dòng)電子流入Cu通電后：

Cu2+

、Ｈ+移向陰極：

2Cl－-2e－=Cl2↑

Cu2++2e－=Cu

Cl-

、OH-移向陽極：

陽極陰極H+H+OH-OH-離子：陽離子流向陰極

陰離子流向陽極（異性相吸）電子：電源負(fù)極→陰極陽極→電源正極（還原反應(yīng)）（氧化反應(yīng)）3、形成電解池的條件⑷有兩個(gè)電極⑵電解質(zhì)溶液或熔化的電解質(zhì)⑶形成閉合回路⑴有直流電源惰性電極：C、Pt、Au等，活性電極：除Pt、Au以外的金屬等，4、電解池的離子放電順序Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>陰極:較活潑金屬﹥S

2->I

->Fe2+﹥Br

->Cl

->OH

->含氧酸根陽極：（氧化性強(qiáng)者優(yōu)先）（還原性強(qiáng)者優(yōu)先）【思考1】電解后CuCl2的濃度如何變化？怎樣使電解質(zhì)溶液復(fù)原？【思考2】電解CuSO4溶液時(shí)，寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng).怎樣使電解質(zhì)溶液復(fù)原？【思考3】在電解氯化銅溶液的裝置中，若把電解質(zhì)換成K2S，其PH如何變化？寫出電極反應(yīng)和總反應(yīng)。加適量的氧化銅

陰極：2H++2e—=H2↑

陽極：S2-－2e—=S↓【思考4】硫化鉀溶液換成熔融的氫氧化鈉，其結(jié)果又如何呢？寫出電極反應(yīng)?？偡磻?yīng)：

S2-+2H2O=2OH-+H2↑+S↓電解陰極Na++e-=Na陽極4OH--4e-=2H2O+O2↑PH增大小結(jié)1：分析電解反應(yīng)(用惰性電極時(shí))的一般思路：明確溶液中存在哪些離子根據(jù)陽極氧化、陰極還原以及氧化性、還原性強(qiáng)弱判斷反應(yīng)的離子先后，最后分析得出產(chǎn)物陰陽兩極附近有哪些離子電解池能量轉(zhuǎn)換離子的遷移方向發(fā)生氧化反應(yīng)的電極

發(fā)生還原反應(yīng)的電極反應(yīng)能否自發(fā)

電能轉(zhuǎn)為化學(xué)能陽極（接正極）陰極（接負(fù)極）陰離子向陽極陽離子向陰極原電池化學(xué)能轉(zhuǎn)為電能負(fù)極正極陰離子向負(fù)極陽離子向正極相同點(diǎn)(從原理分析)都是氧化還原反應(yīng)小結(jié)3：原電池與電解池的比較:不自發(fā)自發(fā)陰極陽極氧氣氫氣Na2SO4溶液電極反應(yīng)溶液濃度PH復(fù)原小結(jié)4：電解規(guī)律1、指出A、B池的名稱、電極名稱、電極反應(yīng)式、二池pH值的變化情況。（A）（B）（C）（D）CuSO4AgNO3AgNO3NaHSO4AgCuCuCPtPtAgFe2、寫出下列裝置的電極反應(yīng)式，并判斷A、B、C溶液PH值的變化。-+陰極陽極陰極陽極陽極陰極3、下圖所示裝置中，a、b都是惰性電極，通電一段時(shí)間后，b極附近溶液呈紅色。下列說法正確的是A．X是正極，Y是負(fù)極B．CuSO4溶液的PH值不變C．CuSO4溶液的PH值逐漸減小D． X是負(fù)極，Y是正極a?XY

?bPtCuCuSO4溶液NaCl和酚酞溶液AC二、電解原理的應(yīng)用1、氯堿工業(yè)（電解飽和食鹽水）陽極2Cl-

－2e-=Cl2↑陰極2H++2e-==H2↑電極反應(yīng)：陰極陽極氧化反應(yīng)

還原反應(yīng)2NaCl+2H2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑若電解前向溶液中滴加酚酞，通電后現(xiàn)象為：__________

，兩極極板上都有氣體產(chǎn)生，如何檢驗(yàn)氣體的種類？

陰極附近的溶液無色變?yōu)榧t色陽極:產(chǎn)生刺激氣體使?jié)駶橩I淀粉試紙變藍(lán)色.陰極:產(chǎn)生無色、無味氣體(2)避免生成物H2和Cl2混合,

因?yàn)?

.(1)避免Cl2接觸NaOH溶液會(huì)反應(yīng),使產(chǎn)品不純,反應(yīng)方程式:

.Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O混合遇火或遇強(qiáng)光爆炸解決方法:使用離子交換膜電解飽和食鹽水必須解決兩個(gè)主要問題第一個(gè)問題：離子交換膜電解槽陽離子交換膜：只允許陽離子通過(Cl－、OH－離子和氣體不能通過)，把電解槽隔成陰極室和陽極室。氯堿工業(yè):離子交換膜法制燒堿（1）生產(chǎn)設(shè)備名稱：－+Cl2Cl2Cl—H2Na+H+OH—淡鹽水NaOH溶液精制飽和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）離子交換膜

陽極金屬鈦網(wǎng)陰極碳鋼網(wǎng)陽極室陰極室第二個(gè)問題：精制食鹽水3、所有試劑只有過量才能除盡，你能設(shè)計(jì)一個(gè)合理的順序逐一除雜嗎？2、用什么試劑除去Ca2+

、Mg2+、Fe3+

、SO42—1、用什么方法除去泥沙？電解飽和食鹽水必須解決兩個(gè)主要問題粗鹽提純雜質(zhì)的除去過程：粗鹽水精制鹽水注意：①每種除雜劑過量②Na2CO3必須在BaCl2之后。2、電鍍（在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法）銅片陽極待鍍件陰極硫酸銅溶液陽極：鍍層金屬陰極：待鍍金屬制品電鍍液：含有鍍層金屬的電解質(zhì)實(shí)質(zhì)：陽極參加反應(yīng)的電解電鍍銅3、粗銅的電解精煉問:電解完后,CuSO4溶液濃度有何變化？陽極：Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-

=Fe2+Ni

-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+

ZnFeNiCuAgAu陰極:Cu2++2e-=Cu陽極泥

陽極泥:

相對不活潑的金屬以單質(zhì)的形式沉積在電解槽底,形成陽極泥CuSO4的濃度基本不變（略?。?。⑶電冶金（冶煉活潑Na、Ca、Mg、Al等）制取金屬鈉電解熔融狀態(tài)的氯化鈉。通直流電后，陽極：2Cl-

－2e-==Cl2↑陰極：2Na++2e-==2Na總反應(yīng)：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑電解法是冶煉金屬的一種重要方法，是最強(qiáng)有力的氧化還原的手段。制取金屬鋁電解熔融狀態(tài)的氧化鋁。陽極：6O2-

－12e-==3O2↑陰極：4Al3++12e-==4Al總反應(yīng)：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑冰晶石助熔劑：冰晶石（Na3AlF6

六氟合鋁酸鈉）陽極材料(碳)和熔融氧化鋁需要定期補(bǔ)充思考:工業(yè)上為什么用電解熔融氧化鋁的方法冶煉鋁而不用AlCl3?AlCl3為分子晶體，在融融狀態(tài)下不電離，不導(dǎo)電，不能被電解。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu冶煉方法電解法熱分解法熱還原法關(guān)于金屬冶煉的補(bǔ)充知識(shí)1、電解法(K—Al)2NaCl(熔融)====2Na+Cl2↑電解2Al2O3(熔融)====4Al+3O2↑電解2、還原法(Zn—Cu)常用還原劑：C、CO、

H2、Al等3、熱分解法(Hg—Ag)2HgO===2Hg+O2↑△2AgNO3===2Ag+2NO2↑+O2↑△例1鉑電極電解1LCu(NO3)2和KNO3混合溶液,通電一段時(shí)間,兩極均產(chǎn)生11.2L(標(biāo)況)氣體.求電解后溶液的pH,并確定析出銅的物質(zhì)的量.解析：陽極4OH--4e-=2H2O+O2↑

陰極Cu2++2e-=Cu2H++2e-=H2↑C(H+)=1mol/LpH=0

生成H2轉(zhuǎn)移的電子:0.5×2=1mol,故還有1mole-

用于還原Cu2+,可析出銅為0.5mol.四、電解計(jì)算——電子守恒法例2：用石墨電極電解100mLH2SO4與CuSO4的混合液，通電一段時(shí)間后，兩極均收集到2.24L（標(biāo)況）氣體，則原混合液中Cu2+的物質(zhì)的量濃度為（）

A.1mol/LB.2mol/LC.3mol/LD.4mol/LA陽極O2為0.1mol，電子為0.4mol則H2為0.1mol，所以Cu為0.1mol，濃度為A練習(xí)：用兩支惰性電極插入50mLAgNO3溶液中，通電電解。當(dāng)電解液的PH值從6.0變?yōu)?.0時(shí)(設(shè)電解時(shí)陰極沒有氫氣析出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略)，電極上析出銀的質(zhì)量大約是：

A、2.7mgB、5.4mgC、10.8mgD、21.6mgB金屬的腐蝕在生活中非常普遍鋼鐵生銹Fe2O3·nH2O銅器生銹銅器表面生成銅綠Cu2(OH)2CO3

二、金屬的腐蝕1、定義:

金屬或合金與周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行氧化還原反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。2、金屬腐蝕的類型①化學(xué)腐蝕②電化學(xué)腐蝕。直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。（鐵與氯氣直接反應(yīng)）

不純的金屬(或合金)跟“電解質(zhì)溶液”接觸時(shí)，發(fā)生原電池反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生氧化的反應(yīng)而腐蝕。例如鋼鐵在潮濕的空氣中被腐蝕②電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕包括：吸氧腐蝕，析氫腐蝕。吸氧腐蝕

水膜呈中性或者弱酸環(huán)境下，鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕。

負(fù)極：正極：總反應(yīng)：2Fe-4e-=2Fe2+O2+2H2O+4e=4OH-2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3

Fe2O3·nH2O

（鐵銹）

析氫腐蝕鋼鐵表面的水膜酸性較強(qiáng)的話,正極就會(huì)析出氫氣,稱為析氫腐蝕。

負(fù)極：Fe-2e-=Fe2+正極：2H++2e-=H2↑總反應(yīng)：Fe+2H+=Fe2++H2↑隨著氫氣的析出,水的PH上升,Fe2+和OH-結(jié)合生成Fe(OH)2被O2氧化后生成Fe(OH)3,進(jìn)而形成鐵銹。通常兩種腐蝕同時(shí)存在，但后者更普遍?；瘜W(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件電流本質(zhì)影響因素聯(lián)系金屬跟干燥氣體或非電解質(zhì)液體直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生金屬被氧化較活潑金屬被氧化與接觸物質(zhì)的氧化性及溫度有關(guān)與電解質(zhì)溶液的酸堿性及金屬活性有關(guān)兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍[知識(shí)歸納]

三、金屬的防護(hù)Ⅰ改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)Ⅱ在金屬表面覆蓋保護(hù)