資源簡介

(共21張PPT)
第30講
電解池　金屬的腐蝕與防護
診斷性評價
(2022·廣東，10)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現Al的再生。該過程中
A.陰極發生的反應為Mg－2e－===Mg2＋
B.陰極上Al被氧化
C.在電解槽底部產生含Cu的陽極泥
D.陽極和陰極的質量變化相等
√
一、電解池
電極材料：惰性電極/活潑電極
電極反應：
陽極（氧化反應），陰極（還原反應）
離子導體：
陰離子向陽極移動
陽離子向陰極移動
電子導體：導線
離子導體
Cu2＋
H＋
Cl－
OH－
＋ －
直流電源
C
C
e-
e-
陰極
陽極
電子導體
電極材料
S2﹣＞I﹣＞Br﹣＞Cl﹣＞OH﹣＞含氧酸根離子＞F﹣
Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋
＞Zn2＋＞H＋(水) ＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋
陰極
陽極
溶液中的微粒得電子
惰性
電極
活潑
電極
溶液中的微粒失電子
活潑電極自身失電子
放電
順序
類型 電極反應特點 實例 電解質溶液濃度變化 pH 電解質溶液
復原
電解 水型 陰極：酸或水中的H＋放電 陽極：堿或水中的OH－放電 NaOH
H2SO4
Na2SO4
電解本身型 電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl
CuCl2
放氫生 堿型 陰極：H2O放出H2生成OH－ 陽極：電解質陰離子放電 KCl
放氧生 酸型 陰極：電解質陽離子放電 陽極：H2O放出O2生成H＋ CuSO4
增大
增大
增大
增大
增大
增大
增大
減小
減小
減小
減小
生成新
電解質
生成新
電解質
不變
加水
加水
加水
通HCl
通HCl
加CuCl2
加CuO或
CuCO3
二、陌生電解池電極式的書寫
①Ce4＋從電解槽的_____(填字母)口流出，電極反應式：___________________。
a
Ce3＋－e－===Ce4＋
②寫出陰極的電極反應式：___________________________________。
三、電解池中的競爭、先后問題
鉛的電解精煉需要調控好電解液中的c(H2SiF6)。其他條件相同時，測得槽電壓(槽電壓越小，對應鉛產率越高)隨起始時溶液中c(H2SiF6)的變化趨勢如圖所示。由圖可推知，
隨c(H2SiF6)增大，鉛產率先增大后減小，減小的原因可能是_______________________
________________________________________________________________________。
A.電解過程中，a電極表面先有紅色物質析出，后有氣泡產生
B.b電極上發生的反應為氫氧根離子放電生成氧氣
C.OP段表示氫氣的體積變化
D.Q點時收集到的混合氣體中H2和O2體積比為1:1
√
四、電解原理應用1——多室電解池
兩室電解池
電極反應？總反應？
a、b、c、d分別對應的物質？
X、Y分別對應的物質？
離子交換膜的類似？作用？
氯堿工業可以得到哪些產品？
利用三室電解裝置制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。
三室電解池
電極反應？總反應？
物質A為？
a、b分別對應何種離子交換膜？
A
a
b
技巧：找到電極反應
關注目標產物
確定離子交換膜種類
四室電解池
利用“四室電滲析法”制備H3PO2(次磷酸)
電極反應？
a、b、c分別對應何種離子交換膜？
技巧：關注隔室名稱
確定離子交換膜種類
a
b
c
四、電解原理應用2——電解精煉
粗銅與精銅分別放哪一極？
粗銅
精銅
（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質）
Cu－2e-＝Cu2+
氧化反應
陽極
Zn－2e-＝Zn2+
等等
還原反應
陰極
Cu2+ + 2e-＝Cu
CuSO4溶液
電解質溶液選用什么？
電解結束后，陽極泥中含有Au、Pt、Ag等，
電解質溶液中的金屬陽離子有Zn2＋、Cu2＋等，
需定期補充電解液
依據得失電子守恒，溶液中的銅離子濃度有何變化？
但電解液中Cu2＋的濃度減小
四、電解原理應用3——電鍍
陰極材料
（鍍件）
陽極材料
（鍍層金屬）
離子導體
（含鍍層金屬離子的鹽溶液）
電子導體
電極反應
（氧化）
電極反應
（還原）
助劑
電解液濃度
電壓
大小
電解
時間
電極
間距
表面光滑程度
調控
電鍍是材料表面處理中不可或缺的一部分，解答下列問題：
(1)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是_______________
___________________________________________________。
(2)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜。
陽極反應式：______________________________；
陰極反應式：__________________；
總反應方程式：_____________________________。
(3)用有機陽離子、 組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應接電源的_______極，已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極反應式為_________________________________。
若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產物為________。
用銅作陽極
可補充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋濃度恒定
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
負
H2
五、金屬的腐蝕
化學腐蝕與電化學腐蝕的區別？
不純的金屬接觸到電解質溶液發生原電池反應
負極：Fe－2e－===Fe2＋
負極：Fe－2e－===Fe2＋
正極：2H＋＋2e－===H2↑
正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
腐蝕速率比較
如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為_______________。
⑤④②①③⑥
對同一電解質溶液來說，腐蝕速率的快慢 電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕；外界條件相同時，電解質濃度越大，金屬腐蝕越快
對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢 強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中；活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快
六、金屬的防護
改變金屬材料的組成
在金屬表面覆蓋保護層
電化學防護法
犧牲陽極法
外加電流法
終結性評價
1.(2020·江蘇，11)將金屬M連接在鋼鐵設施表面，可減緩水體中鋼鐵設施的腐蝕。在題圖所示的情境中，下列有關說法正確的是
A.陰極的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋
B.金屬M的活動性比Fe的活動性弱
C.鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護
D.鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快
√
2.(2021·全國乙卷，12)沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題， 通常在管道口設置一對惰性電極(如圖所示)，通入一定的電流。
下列敘述錯誤的是
A.陽極發生將海水中的Cl－氧化生成Cl2
的反應
B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClO
C.陰極生成的H2應及時通風稀釋安全地排入大氣
D.陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理
√
3.(2022·海南，9)一種采用H2O(g)和N2(g)為原料制備NH3(g)的裝置示意圖如圖。
下列有關說法正確的是
A.在b電極上，N2被還原
B.金屬Ag可作為a電極的材料
C.改變工作電源電壓，反應速率不變
D.電解過程中，固體氧化物電解質中O2－不斷減少
√
4.(2022·北京，13)利用下圖裝置進行鐵上電鍍銅的實驗探究。下列說法不正確的是
裝置示意圖 序號 電解質溶液 實驗現象
① 0.1 mol·L－1 CuSO4＋少量H2SO4 陰極表面有無色氣體，一段時間后陰極表面有紅色固體，氣體減少。經檢驗電解液中有Fe2＋
② 0.1 mol·L－1 CuSO4＋過量氨水 陰極表面未觀察到氣體，一段時間后陰極表面有致密紅色固體。經檢驗電解液中無Fe元素
A.①中氣體減少，推測是由于溶液中c(H＋)減少，且Cu覆蓋鐵電極，阻礙H＋與鐵接觸
B.①中檢測到Fe2＋，推測可能發生反應：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu
C.隨陰極析出Cu，推測②中溶液c(Cu2＋)減少，Cu2＋＋4NH3 [Cu(NH3)4]2＋平衡逆移
D.②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu緩慢析出，鍍層更致密
√

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