第30讲电解池金属的腐蚀与防护-2024高考化学一轮复习课件(共21张PPT)

(共21张PPT)
第30讲
电解池　金属的腐蚀与防护
诊断性评价
(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中
A.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
√
一、电解池
电极材料：惰性电极/活泼电极
电极反应：
阳极（氧化反应），阴极（还原反应）
离子导体：
阴离子向阳极移动
阳离子向阴极移动
电子导体：导线
离子导体
Cu2＋
H＋
Cl－
OH－
＋ －
直流电源
C
C
e-
e-
阴极
阳极
电子导体
电极材料
S2﹣＞I﹣＞Br﹣＞Cl﹣＞OH﹣＞含氧酸根离子＞F﹣
Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋
＞Zn2＋＞H＋(水) ＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋
阴极
阳极
溶液中的微粒得电子
惰性
电极
活泼
电极
溶液中的微粒失电子
活泼电极自身失电子
放电
顺序
类型 电极反应特点 实例 电解质溶液浓度变化 pH 电解质溶液
复原
电解 水型 阴极：酸或水中的H＋放电 阳极：碱或水中的OH－放电 NaOH
H2SO4
Na2SO4
电解本身型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 HCl
CuCl2
放氢生 碱型 阴极：H2O放出H2生成OH－ 阳极：电解质阴离子放电 KCl
放氧生 酸型 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放出O2生成H＋ CuSO4
增大
增大
增大
增大
增大
增大
增大
减小
减小
减小
减小
生成新
电解质
生成新
电解质
不变
加水
加水
加水
通HCl
通HCl
加CuCl2
加CuO或
CuCO3
二、陌生电解池电极式的书写
①Ce4＋从电解槽的_____(填字母)口流出，电极反应式：___________________。
a
Ce3＋－e－===Ce4＋
②写出阴极的电极反应式：___________________________________。
三、电解池中的竞争、先后问题
铅的电解精炼需要调控好电解液中的c(H2SiF6)。其他条件相同时，测得槽电压(槽电压越小，对应铅产率越高)随起始时溶液中c(H2SiF6)的变化趋势如图所示。由图可推知，
随c(H2SiF6)增大，铅产率先增大后减小，减小的原因可能是_______________________
________________________________________________________________________。
A.电解过程中，a电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生
B.b电极上发生的反应为氢氧根离子放电生成氧气
C.OP段表示氢气的体积变化
D.Q点时收集到的混合气体中H2和O2体积比为1:1
√
四、电解原理应用1——多室电解池
两室电解池
电极反应？总反应？
a、b、c、d分别对应的物质？
X、Y分别对应的物质？
离子交换膜的类似？作用？
氯碱工业可以得到哪些产品？
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
三室电解池
电极反应？总反应？
物质A为？
a、b分别对应何种离子交换膜？
A
a
b
技巧：找到电极反应
关注目标产物
确定离子交换膜种类
四室电解池
利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)
电极反应？
a、b、c分别对应何种离子交换膜？
技巧：关注隔室名称
确定离子交换膜种类
a
b
c
四、电解原理应用2——电解精炼
粗铜与精铜分别放哪一极？
粗铜
精铜
（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）
Cu－2e-＝Cu2+
氧化反应
阳极
Zn－2e-＝Zn2+
等等
还原反应
阴极
Cu2+ + 2e-＝Cu
CuSO4溶液
电解质溶液选用什么？
电解结束后，阳极泥中含有Au、Pt、Ag等，
电解质溶液中的金属阳离子有Zn2＋、Cu2＋等，
需定期补充电解液
依据得失电子守恒，溶液中的铜离子浓度有何变化？
但电解液中Cu2＋的浓度减小
四、电解原理应用3——电镀
阴极材料
（镀件）
阳极材料
（镀层金属）
离子导体
（含镀层金属离子的盐溶液）
电子导体
电极反应
（氧化）
电极反应
（还原）
助剂
电解液浓度
电压
大小
电解
时间
电极
间距
表面光滑程度
调控
电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：
(1)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_______________
___________________________________________________。
(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式：______________________________；
阴极反应式：__________________；
总反应方程式：_____________________________。
(3)用有机阳离子、 组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的_______极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为_________________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
用铜作阳极
可补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
负
H2
五、金属的腐蚀
化学腐蚀与电化学腐蚀的区别？
不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
负极：Fe－2e－===Fe2＋
负极：Fe－2e－===Fe2＋
正极：2H＋＋2e－===H2↑
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
腐蚀速率比较
如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为_______________。
⑤④②①③⑥
对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀；外界条件相同时，电解质浓度越大，金属腐蚀越快
对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢 强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快
六、金属的防护
改变金属材料的组成
在金属表面覆盖保护层
电化学防护法
牺牲阳极法
外加电流法
终结性评价
1.(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是
A.阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
√
2.(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。
下列叙述错误的是
A.阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2
的反应
B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
√
3.(2022·海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。
下列有关说法正确的是
A.在b电极上，N2被还原
B.金属Ag可作为a电极的材料
C.改变工作电源电压，反应速率不变
D.电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
√
4.(2022·北京，13)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。下列说法不正确的是
装置示意图 序号 电解质溶液 实验现象
① 0.1 mol·L－1 CuSO4＋少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋
② 0.1 mol·L－1 CuSO4＋过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触
B.①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu
C.随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，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缓慢析出，镀层更致密
√