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内容举例: 《电解池及其应用 金属的电化学腐蚀及防护》知识要点 一、电解原理 1.电解:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程. 2.电解池:(也叫电解槽)把电能转变为化学能的装置. 3.电解池的组成和工作原理(以电解CuCl2溶液为例) 总反应方程式:Cu2++2Cl-==== Cl2↑+ Cu 二、电解原理的应用 1.电解饱和食盐水 (1)电极反应:阳极2Cl--2e- ==== Cl2↑ 阴极 2H++2e- ==== H2↑ (2)总反应方程式: 2NaCl+ 2H2O ====2NaOH+Cl2↑+H2↑ (3)应用:氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。 2.电镀铜或电解精炼铜电镀(Fe上镀Cu) 电解精炼铜 阳极[来源:Z|xx|k.Com] 电极材料 [来源:学。科。网Z。X。X。K] 铜[来源:学,科,网][来源:学,科,网] 粗通(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 Cu-2e-====Cu2+ Cu-2e-====Cu2+ Zn-2e-====Zn2+ Fe-2e-====Fe2+ Ni-2e-====Ni2+ 阴极 电极材料 铁 纯铜电极反应 Cu2++2e- ==== Cu 电解质溶液 CuSO4溶液 注:电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉在电解池底部形成阳极 泥。 3.电解冶炼钠(电解熔融NaCl) ⑴电极反应:阳极:2Cl-—2e-==Cl2↑ 阴极:2Na++2e-==2Na ⑵总反应方程式: 2NaCl====2Na+ Cl2↑ ⑶应用:冶炼Na、Mg、Al等活泼金属。 三、金 属的腐 蚀与防护 1.化学腐蚀和电化学腐 蚀的比较 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与干燥气体或非电解质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 特点 无电流产生 有电流产生 本质 金属失电子变成金属阳离子而被氧化(M—ne-==Mn+)金属被氧化的过程 较活泼的金属被氧化的过程 相互关系 两种腐蚀往往同时发生,但电化学腐蚀更普遍,危害更严重 2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 金属在较强的酸性溶液中 金属在中性或酸性很弱的溶液中 电极反应 负极(Fe):Fe-2e-=Fe2+ 正极(C):2H++2e-=H2↑ 负极(Fe):2Fe-4e-=2Fe2+ 正极(C):2H2O+O2+4e-=4OH- 发生情况 相对较少,腐蚀速率一般较快 非常普遍,腐蚀速率一般较慢 联系 两种腐蚀常相继发生,吸氧腐蚀为主 3 .金属的防护 (1)加防护层,如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。 (2)电化学防护 ①牺牲负极的正极保护 ——原电池原理 正极:被保护的金属设备 。 负极:比被保护的金属活泼的金属 。 ②外加电流的阴极保护 ——电解原理 阴极:被保护的金属设备 。 阳极:惰性电极 (3)添加缓蚀剂。 【热点难点全析】 ※考点一 原电池、电解池、电镀池的比较 类型 原电池 电解池 本质 化学能转化为电能 电能转化为化学能 装置判断 无外加电源 有外加电源 电极判断 负极:还原性较强的极或电子流出的极 正极:还原性较弱的极或电子流入的极 阳极:与直流电 源正极相连的极 阴极:与直流电源负极相连的极 电极上的反应 (1)负极本身或还原剂失去电子发生氧化反应 (2)正极:溶液中某些阳离子或氧化剂得到电子 (1)阳极发生氧化反应即阳极金属或溶液中阴离子失去电子的反应 (2)阴极本身不反应,溶液中的阳离子得到电子发生还原反应 电子流向 负极→外电路→正极 电源负极→由导线→阴极→由溶液→阳极→电源正极 电流方向 正极→外电路→负极 电源正极→由导线→阳极→由溶液→阴极→电源负极 应用 铅蓄电池 电镀、精炼、冶金 【警示】(1)判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源,有时并无外加电源,存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源,另一个装置则是电解池。 (2)二次电池的放电过程是原电池,充电过程是电解池。 原电池的两极称为正、负极,是由两极材料的相对活泼程度决定。(原电池的正、负极在内电路中有时也分别称为阴极、阳极)电解池的两极称为阴、阳极,是由外接电源决定。 无论是原电池还是电解池,阳离子总是向阴极移动,阴离子总是向阳极移动。 1.电极产物的判断 阴极与电源负极相连,得电子发生还原反应。其规律有两个:一是电极本身不参加反应;二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子,如Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+,要注意到金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。 阳极与电源正极相连,失去电子发生氧化反应。其规律有两个:一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极),电极本身失去电子被氧化,电解质溶液中的阴离子不参与电极反应;二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极),电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化,如S2-> I->Br->Cl->OH->含氧酸根。 2.电极方程式、电解方程式的书写 书写电解反应的一般步骤是:以写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。 第一步:明确溶液中存在哪些离子 溶液中的阳离子:Cu2+、H+,阴离子:OH-、SO2-4。 第二步:判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序 阴极:Cu2+>H+ 阳极:OH->SO2-4 第三步:写电极反应式和总的电解方程式 阴极:2Cu2++4e-===2Cu 阳极:4OH--4e-===2H2O+O2↑或2H2O-4e-===O2↑+4H+ 使得失电子数相等,两极反应式相加得总方程式:2Cu2++2H2O=====电解2Cu+O2↑+4H+(离子方程式)或2CuSO4+2H2O=====电解2Cu+O2↑+2H2SO4。 [注意] ①上述例子中的电极若换成铜棒,阳极电极反应式为:C u-2e-===C u2+,阴极电极反应式不变。 ②电极反应式的书写要以实际放电的离子表示,但电解方程式的书写中,弱电解质要以分子式的形式书写。如本例中的阳极反应式可写为OH-,但是电解总反应方程式则必须写为H2O。 【典例1】(2012·潍坊模拟)有关下列装置的叙述不正确的是( ) A.图①铝片发生的电极反应式是:Al+4OH--3e-====AlO2-+2H2O B.图②发生析氢腐蚀, 离子方程式为:Fe+2H+====Fe2++H2↑ C.图③溶液中发生的变化: 4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3 D.图④充电时,阳极反应是:PbSO4+2H2O-2e-====PbO2+SO42-+4H+ 【解析】选B。图①中铝片作负极,镁片作正极,铝被氧化;图②发生析氢腐蚀,但醋酸为弱电解质,不能拆分;图③发生吸氧腐蚀,空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化;图④是铅蓄电池,放电时,PbO2被还原为PbSO4,充电时,硫酸铅被氧化为二氧化铅。
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