第36讲 电解池 金属的腐蚀与防护(基础课)（课件PPT）-【名师导航】2025年高考化学一轮微考点分层突破（通用版）

第36讲　电解池 金属的腐蚀与防护 第四部分 化学反应原理 第六章 化学反应与能量 电解池的构成 知识点1　电解池 电解原理 电解池工作原理动态图 知识点1　电解池 电解原理 还原 阴极 阳极 氧化 电解池工作原理图解 知识点1　电解池 电解原理 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 阳极：连电源的正极 阴极：连电源的负极 正极 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，都必须有离子导体 知识点1　电解池 电解原理 (1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 (2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后排出阴、阳两极的放电顺序： 阴极：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 (4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 (5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。 电极反应式、电解方程式的书写 知识点1　电解池 电解原理 电解的类型（惰性电极电解电解质溶液） (1)电解水型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 溶液pH 电解质溶液复原 含氧酸，如H2SO4 阴极： 阳极： 总反应式： 可溶性强碱，如NaOH 活泼金属含氧酸盐，如KNO3 4H2O＋4e－=== 2H2↑＋4OH－ 2H2O－4e－=== O2↑＋4H＋ 2H2O 2H2↑＋O2↑ 增大 减小 增大 不变 加水 知识点1　电解池 电解原理 (2)电解电解质型 电解质类型 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 溶液pH 电解质溶液复原 无氧酸，如HCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：2HCl H2↑＋Cl2↑ 减小 增大 通入HCl气体 不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：CuCl2 Cu＋Cl2↑ 加入CuCl2固体 不能是盐酸 知识点1　电解池 电解原理 电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl) 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应式：2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新电解质 增大 通入HCl气体 (2)电解电解质和水——生碱放氢型 不能是盐酸 知识点1　电解池 电解原理 (2)电解电解质和水——生酸放氧型 电解质(水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4] 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 总反应式：2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3 助力思考 电解质复原时加入的物质可看作是由阳极和阴极析出的物质化合而成的物质。 不能是Cu(OH)2 知识点1　电解池 电解原理 典型例题 （2024·天津宁河模拟）一种如图所示的光电催化体系，该体系在实现烟气脱SO2的同时，获得H2O2。下列说法不正确的是（ ） A．阳极反应为： B．该装置将光能和电能转化为化学能 C．每生成1molSO42-，伴随着1molH2O2的生成 D．交换膜a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜 A 知识点1　电解池 电解原理 解析：左侧电极为二氧化硫转化为硫酸根离子的过程，S元素化合价升高，失电子，做阳极，则直流电源的左侧是正极，右侧是阴极，为氧气得电子的还原反应转化为过氧化氢的过程，左侧是阳极，SO2失去电子生成SO42-，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为： ，A错误；该装置将光能和化学能，电能也转化为化学能，B正确；阳极中SO2失去电子生成SO42-，S由+4价上升到+6价，每生成1mol硫酸根离子，伴随2mol电子转移，阴极中O2得到电子生成H2O2，电极方程式为：O2+2e-+2H+=H2O2，根据电子守恒，得到过氧化氢是1mol，C正确；氢氧根离子靠近阳极的交换膜进入阳极参加反应，a应该为阴离子交换膜；氢离子通过靠近阴极的交换膜进入阴极参加反应，b应该是阳离子交换膜，D正确； 知识点1　电解池 电解原理 1．氯碱工业(离子交换膜电解槽) 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应) 总反应方程式： 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ （1）只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过。 （2）把电解槽隔成阴极室和阳极室，防止H2和Cl2混合而引起爆炸；避免Cl2和NaOH反应生成，而影响NaOH的产量。 助力思考 阳离子交换膜的作用 知识点2　电解原理的应用 粗铜 精铜 CuSO4溶液 2．电解精炼铜 Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 阳极： 阳极： CuSO4溶液的浓度变小 知识点2　电解原理的应用 3．电镀 电镀池结构 阳极：镀层金属 阴极：镀件 电镀液：含镀层金属阳离子的盐溶液，电镀液的浓度不变。 镀层金属 含镀层金属阳离子 Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 知识点2　电解原理的应用 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↑ 4.电冶金 知识点2　电解原理的应用 （2024·广东江门一模）高氯酸（HClO4）是制备导弹和火箭的固体推进剂高氯酸铵（NH4ClO4）的原料之一，下图为一种惰性电极电解高纯次氯酸制备高氯酸的模拟装置。下列有关说法不正确的是（ ） A．b为电源的正极 B．电极M处发生氧化反应 C．H+从左到右穿过质子交换膜 D．电极N的电极反应式： 典型例题 A 知识点2　电解原理的应用 解析：图为一种惰性电极电解高纯次氯酸制备高氯酸的模拟装置，则M极次氯酸失去电子发生氧化反应得到高氯酸，M为阳极、N为阴极，与之对应的a为正极、b为负极，A错误；电极M处发生氧化反应，B正确；电解池中阳离子向阴极迁移，故H+从左到右穿过质子交换，C正确；N为阴极，氢离子得到电子发生还原反应生成氢气， ，D正确。 知识点2　电解原理的应用 1．金属腐蚀的本质 2．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 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 知识点3　金属的腐蚀与防护 3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 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 知识点3　金属的腐蚀与防护 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 腐蚀速率比较 助力思考 知识点3　金属的腐蚀与防护 金属腐蚀速率快慢比较的数轴表示 知识点3　金属的腐蚀与防护 4.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 原电池原理 电解原理 知识点3　金属的腐蚀与防护 （2024·北京顺义一模）某小组探究不同pH时钢铁的腐蚀，实验装置及结果如下。下列说法正确的是（ ） A．pH=2.0时，300～400s的反应速率比100～200s的速率快，可能与反应放热有关 B．pH=2.5时，碳粉作正极，发生的主要反应为O2+2H2O+4e-=4OH- C．pH=4.0时，仅发生析氢腐蚀 D．当析氢腐蚀为主时，pH越大，反应速率越大 A 典型例题 知识点3　金属的腐蚀与防护 解析：pH=2.0时，正极电极反应：2H++2e-=H2↑，300～400 s的氢离子浓度小于100～200 s的氢离子浓度，但气体压强增大，可能与反应放热有关，反应为放热反应，温度影响为主，A正确；pH=2.5时，碳粉作正极，主要是析氢腐蚀，电极反应：2H++2e-=H2↑，B错误；图象分析可知，pH=4.0时，气体压强减小，原因是发生了吸氧腐蚀，C错误；当析氢腐蚀为主时，pH越大，反应速率越慢，D错误。 知识点3　金属的腐蚀与防护 课堂总结 1.（2024·四川部分学校一模）硫酸盐还原菌（SRB）会腐蚀许多金属及合金。模拟SRB诱导腐蚀碳素钢发生厌氧电化学腐蚀实验，实验后发现碳素钢表面覆盖物成分是硫化物(主要含FeS)，腐蚀机理如图所示。下列说法正确的是（ ） A．碳素钢厌氧腐蚀过程中SRB做还原剂 B．温度越高，SRB诱导碳素钢厌氧腐蚀速率越快 C．碳作负极，电极反应为： D．该实验生成FeS的总反应： D 当堂检测 解析：氢原子将+6价的硫酸根离子还原为-2价的硫离子，SRB不做还原剂，A错误；温度超过一定范围，硫酸盐还原菌(SRB)活性下降，速率减慢，B错误；碳作正极，电极反应为：H+ +e−=H，C错误；根据示意图可知，总反应的化学方程式为 ，D正确。 当堂检测 2.（2024·广东佛山一模）如图装置可合成重要的化工中间体乙醛酸，双极膜中的H2O能解离为H+和OH-，下列说法正确的是（ ） A．石墨也可以用Pb代替 B．双极膜解离出来的H+向石墨电极移动 C．H2C2O4在Pb电极表面发生反应： D．当石墨电极析出1 molO2 ，Pb电极附近一定生成2 mol乙醛酸 C 当堂检测 解析：若用铅电极代替石墨电极，铅会在阳极失去电子发生氧化反应生成铅离子，所以不能用铅电极代替石墨电极，A错误；铅电极为电解池的阴极，石墨电极为阳极，双极膜解离出来的氢氧根离子进入阳极区、氢氧根离子进入阴极区，B错误；铅电极为电解池的阴极，酸性条件下草酸在阴极得到电子发生还原反应生成乙醛酸和水，电极反应式为 ，C正确；铅电极为电解池的阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，酸性条件下草酸在阴极得到电子发生还原反应生成乙醛酸和水，则石墨电极析出1mol氧气时，无法计算铅电极附近生成乙醛酸的物质的量，D错误。 当堂检测 3.（2024·辽宁一模）用锂硫电池处理含有氯化铵的废水装置如图，锂硫电池工作原理：16Li + S8 8Li2S。下列说法正确的是（ ） A．a 电极与锂硫电池的正极相连 B．c、e为阴离子交换膜，d为阳离子交换膜 C．当锂硫电池中消耗32g硫时，N室增加的离子总物质的量为4 mol D．出口一和出口二物质分别为H3PO4浓溶液、Na2SO4浓溶液 C 当堂检测 解析：a为阴极，与锂硫电池的负极相连，A错误；c、e为阳离子交换膜，d为阴离子交换膜，B错误；根据正极电极反应式可知，32g硫，即1molS转移2mol电子，有2mol钠离子和2mol氯离子向N室移动，N室增加的离子总物质的量为4mol，C正确；出口一和出口二物质分别为磷酸铵、浓硫酸，D错误。 当堂检测 Lavf57.25.100 Lavf57.25.100 Lavf57.25.100 $$