第17讲 电解池 金属的腐蚀与防护- 2024年高考化学大一轮复习【精讲精练+专题讲座】

第17讲 电解池 金属的腐蚀与防护 【化学学科素养】 变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解原理解决实际问题。 证据推理与模型认知：利用电解池装置，分析电解原理，建立解答电解池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。 科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贫献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。 【必备知识解读】 一、电解的原理 1.电解和电解池 (1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2)电解池：电能转化为化学能的装置。 (3)电解池的构成 ①有与电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融电解质)。 ③形成闭合回路。 2.电解池的工作原理 (1)电极名称及电极反应式(电解CuCl2溶液为例) 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑ (2)电子和离子的移动方向 ①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。 ②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。 3.阴阳两极上放电顺序 (1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序： (2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。 若是惰性电极作阳极，放电顺序为 【特别提醒】①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。 二、电解原理的应用 1.氯碱工业 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应) 总反应方程式： 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2.电镀与电解精炼 电镀 电解精炼铜 示意图 电极反应 阳极 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度不变 CuSO4溶液的浓度变小 3.电冶金 电解冶炼 冶炼钠 冶炼铝 电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 总反应 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 三、金属的腐蚀与防护 1.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 2.金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析： 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 3.金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 a.负极：比被保护金属活泼的金属； b.正极：被保护的金属设备。 ②外加电流的阴极保护法——电解原理 a.阴极：被保护的金属设备； b.阳极：惰性金属或石墨。 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 【关键能力拓展】 1．电解池与原电池的比较 电解池 原电池 能否自发 使“不能”变为“能”或使“能”变为“易” 能自发进行 能量转化 电能转化为化学能 化学能转化为电能 装置 有外加电源 无外加电源 电极 由外加电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极 由电极或反应物性质决定，称为正极或负极 反应 类型 阳极：氧化反应； 阴极：还原反应 负极：氧化反应； 正极：还原反应 离子移动 阳离子移向阴极； 阴离子移向阳极 阳离子移向正极； 阴离子移向负极 相同点 都是电极上的氧化还原反应，都