高中化学必修1电化学基础(4)教学设计
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高中化学必修1电化学基础(4)教学设计

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资料简介
高中化学必修 1 电化学基础(4)教学设计 授课人:董 xx ①理解原电池原理。初步了解化学电源。 教学目标: ②理解电解原理。了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。 ③原电池和电解池电极判断以及电极方程式书写。 教学重点: 原电池原理、理解电解原理、电极方程式书写 教学难点: 原电池和电解池电极判断以及电极方程式书写 教学方法: 分析比较法 教学过程: 第四课时 基础知识精析 三、金属的腐蚀与防护 1、金属腐蚀的分类 ①化学腐蚀:直接由化学反应引起的腐蚀 ②电化腐蚀:由于原电池反应引起的腐蚀,包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀两种。 a. 析氢腐蚀:酸性条件 负极:Fe-2e-=Fe2+ 正极:2H++2e-=H2 总反应:Fe+2H+=Fe2+ H2 b. 吸氧腐蚀:中性或碱性条件 负极:Fe-2e-=Fe2+ 正极:O2+2H2O+4e-=4OH- 总反应:Fe+O2+2H2O=Fe(OH)2 电解引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。 2、金属的防护 金属的防护的基本思路是防止金属形成原电池,发生原电池反应。 (1)阻断原电池法 由于钢铁腐蚀主要是形成原电池而被腐蚀的,所以也可以让它不形成原电池, 从而得到保护。①覆盖保护膜法: 在钢铁表面覆盖一层保护膜(涂油漆,电镀,钝化等),从而阻断它和外界 环境的接触,这样就会因为没有电解质溶液,而不能形成原电池。 ②改变金属的内部结构法: 在钢铁中加入一定量的镍和铬,由于镍和铬在空气中容易氧化生成致密的保 护膜,从而阻止内部金属与外界接触。从而把普通钢变成不锈钢。这个原理和镁 铝自身防腐的原理相似。 (2)牺牲阳极的阴极保护法: 利用原电池原理,在被保护的钢铁金属设备上,装上若干锌块。由于锌比铁 活泼,当它们在潮湿或有水的环境中形成原电池时,腐蚀(牺牲)的是镁或锌 (阳极),而阴极的铁得到保护,所以,这种防腐方法称为牺牲阳极的阴极保护 法。这种防腐方法要定期更换锌块,可以保证钢铁金属设备不被腐蚀。 (3)外加电源的阴极保护法: 利用电解原理,在被保护的钢铁金属设备上连接直流电源,把被保护的钢铁 金属设备作为阴极,用惰性电极作为辅助阳极。装上若干镁合金或锌块。当钢铁 设备接触电解质溶液(海水)时,接通电源,电子强制流向被保护的钢铁设备 (阴极),使其无法失去电子,而得到保护,所以这种防腐方法称为外加电源的 阴极保护法。 深度思考 1.下列有关金属腐蚀的叙述正确的是 (  ) A.金属越纯越不易被腐蚀 B.干燥环境下金属不被腐蚀 C.铜一定比铁难腐蚀 D.金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀 答案 D解析 A 项,金属能不能被腐蚀主要取决于它的活泼性,而不是它的纯度, 如纯钾易被腐蚀,不正确;B 项,干燥环境下,如果遇到氯气,金属也可以发生 化学腐蚀,故不正确;C 项,如果遇到浓硝酸,铜比铁易腐蚀,不正确。 2.下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是 (  ) 选项 方法 对相应方法的描述 A 改变金属内部的组成结构 此法实际上是将金属制成合金,增强抗腐蚀能力 B 在金属表面覆盖保护层 保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用 C 外加电流的阴极保护法 接外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴 极 D 牺牲阳极的阴极保护法 构成原电池,被保护的金属作正极 答案 B 解析 如果镀层金属比被保护的金属活泼,破损后可构成原电池,仍然能在 一定程度上保护金属,B 错误。 考纲要求 (1)理解原电池原理。初步了解化学电源。了解化学腐蚀与电化学腐蚀及 一般防腐蚀方法。   (2)理解电解原理。了解铜的电解精炼、镀铜、氯碱工业反应原理。 (3)原电池和电解池电极判断以及电极方程式书写。 (4)原电池和电解池的简单计算。 【探究高考】 1.(2012·山东理综,13)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 (  ) A.图 a 中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重 B.图 b 中,开关由 M 改置于 N 时,CuZn 合金的腐蚀速率减小C.图 c 中,接通开关时 Zn 腐蚀速率增大,Zn 上放出气体的速率也增大 D.图 d 中,ZnMnO2 干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2 的氧化作用引起的 答案 B 解析 A 项,插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触,易发生吸氧腐 蚀;B 项,开关由 M 改置于 N 时,Zn 作负极,CuZn 合金作正极,合金受到保 护;C 项,接通开关形成原电池,Zn 作负极,Zn 的腐蚀速率增大,但气体是在 Pt 电极上生成;D 项,ZnMnO2 干电池自放电腐蚀主要是 Zn 发生氧化反应而自 放电。 2.(2012·海南,10)下列叙述错误的是 (  ) A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱 B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈 C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液 D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀 答案 C 解析 选项 A,生铁中的碳和铁可以在铁的表面构成无数微小的原电池,能 加速铁的锈蚀;选项 B,焊接处铁、锡形成无数微小原电池,加速铁的腐蚀;选 项 C,电镀时,镀层金属铜作阳极,铁制品作阴极,用铜盐溶液作电镀液;选项 D,由于 Zn 比 Fe 活泼,故镶嵌锌块的铁管不易被腐蚀。 3.(2012·上海,14)右图装置中发生反应的离子方程式为 Zn+2H+―→Zn2++ H2↑,下列说法错误的是 (  ) A.a、b 不可能是同种材料的电极 B.该装置可能是电解池,电解质溶液为稀盐酸 C.该装置可能是原电池,电解质溶液为稀盐酸 D.该装置可看作是铜-锌原电池,电解质溶液是稀硫酸 答案 A 解析 若该装置为电解池,则 a、b 两电极的材料可以都为 Zn,选项 A 错误; 在保证阳极为 Zn 时,该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸,选项 B 正确;在保证其中一电极的材料为 Zn,另一电极的材料的活动性比 Zn 弱的情况下,该原电 池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以,选项 C、D 正确。 4.(2012·浙江理综,10)以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置 示意图如下: 下列说法不正确的是 (  ) A.在阴极室,发生的电极反应为 2H2O+2e-===2OH-+H2↑ B.在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区 H+浓度增大, 使平衡 2CrO+2H+=Cr2O+H2O 向右移动 C.该制备过程中总反应的化学方程式为 4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+4KOH+ 2H2↑+O2↑ D.测定阳极液中 K 和 Cr 的含量,若 K 与 Cr 的物质的量之比(nK/nCr)为 d,则 此时铬酸钾的转化率为 1- 答案 D 解析 本题应结合电解的原理来具体分析、解决问题。 根据阴、阳离子的放电顺序可知,该电解池中的反应如下: 阴极:4H2O+4e-===2H2↑+4OH-、阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+,阳极 区 K2CrO4 溶液中存在平衡:2CrO+2H+=Cr2O+H2O,H+浓度增大,使该平衡右 移生成 Cr2O。故电解池中的总反应式可写成 4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+4KOH+ 2H2↑+O2↑。故 A、B、C 项均正确。 D 项,设 K2CrO4 转化为 K2Cr2O7 的转化率为 α,则:       2K2CrO4~K2Cr2O7 初始量 2 0 转化量 2α α 最终量 2-2α α则有==d 解得 α=2-d,D 项错误。 5.(2012·安徽理综,11)某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时,先断开 K2,闭合 K1,两极均有气泡产生;一段时间后,断开 K1,闭合 K2,发现电流表 A 指针偏转。 下列有关描述正确的是 (  ) A.断开 K2,闭合 K1 时,总反应的离子方程式为 2H++2Cl-Cl2↑+H2↑ B.断开 K2,闭合 K1 时,石墨电极附近溶液变红 C.断开 K1,闭合 K2 时,铜电极上的电极反应式为 Cl2+2e-===2Cl- D.断开 K1,闭合 K2 时,石墨电极作正极 答案 D 解析 解答本题时应特别注意,金属 Cu 在电解池和原电池中作何种电极。 当断开 K2,闭合 K1 时为电解池,由于两极都有气泡冒出,故相当于惰性电极电 解饱和食盐水,故铜作阴极而石墨作阳极,阳极反应为 2Cl--2e-===Cl2↑,电 池总反应的离子方程式为 2Cl-+2H2OH2↑+Cl2↑+2OH-,A、B 都错;当断开 K1,闭合 K2 时组成原电池,铜作负极而石墨作正极,铜电极的电极反应式为 Cu -2e-===Cu2+,故 C 错而 D 正确。 6.[2012·重庆理综,29(3)]人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中 的尿素,原理如下图。①电源的负极为________(填“A”或“B”)。 ②阳极室中发生的反应依次为____________、__________。 ③电解结束后,阴极室溶液的 pH 与电解前相比将________;若两极共收集 到气体 13.44 L(标准状况),则除去的尿素为________g(忽略气体的溶解)。 答案 ①B ②2Cl --2e -===Cl2 ↑ CO(NH 2)2 +3Cl 2 +H 2O===N2 +CO 2 + 6HCl ③不变 7.2 解析 ①由图中产生 Cl2 极为阳极知 A 为正极,B 为负极。 ②阳极室发生反应 2Cl--2e-===Cl2↑。 由产物 CO2、N2 知 CO(NH2)2 在此室反应被氧化,CO(NH2)2―→CO2+N2,发生 还原反应的为 Cl2。故方程式为 CO(NH2)2+3Cl2+H2O===N2+CO2+6HCl。 ③阴极室 2H++2e-===H2↑。阳极室产生的 H+通过质子交换膜进入阴极室, 从而使阴极室 H+浓度保持不变。pH 与电解前相比不变。 两极共收集到的气体 n(气体)==0.6 mol m[CO(NH2)2]==7.2 g 7.[2012·新课标全国卷,36(3)]粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解 过程中,粗铜板应是图中电极________(填图中的字母);在电极 d 上发生的电极 反应式为__________;若粗铜中还含有 Au、Ag、Fe,它们在电解槽中的存在形 式和位置为_________。 答案 c Cu2++2e-===Cu Au、Ag 以单质的形式沉积在 c(阳极)下方,Fe 以 Fe2+的形式进入电解液 解析 电解精炼时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,CuSO4 溶液作电解液,比铜 活泼的金属失电子生成离子进入溶液,不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。 8.[2011·四川理综,26(5)]按右图电解 NaCl 的饱和溶液,写出该电解池中发 生反应的总反应方程式:________。将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液 中,观察到的现象是________。 答案 NaCl+H2O NaClO+H2↑ 酚酞试液先变红后褪色解析 由于阳极是惰性电极,则电解饱和氯化钠溶液的方程式为 2NaCl+ 2H2O2NaOH + H2 ↑ + Cl2 ↑ , 生 成 的 Cl2 与 NaOH 溶 液 发 生 反 应 : Cl2 + 2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,故总反应方程式为 NaCl+H2ONaClO+H2↑,酚 酞试液遇 NaOH 显红色后被 HClO 氧化褪色。 9.(2012·海南,16)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分 别通入 CH4 和 O2 ,电解质为 KOH 溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后 作为电源,进行饱和氯化钠溶液电解实验,如图所示。 回答下列问题: (1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为_______________。 (2)闭合 K 开关后,a、b 电极上均有气体产生,其中 b 电极上得到的是 __________,电解氯化钠溶液的总反应方程式为___________; (3)若每个电池甲烷通入量为 1 L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解 池的电量为_______(法拉第常数 F=9.65×104 C · mol-1 列式计算),最多能产生 的氯气体积为________L(标准状况)。 答案 (1)O2+2H2O+4e-===4OH- CH4+10OH--8e-=CO+7H2O (2)H2 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ (3)×8×9.65×104 C·mol-1=3.45×104 C 4 解析 (1)甲烷燃料电池中正极为 O2 被还原,负极为 CH4 被氧化,在碱性条件 下生成 CO,其电极反应分别为 O2+2H2O+4e-=4OH-、CH4+10OH--8e-=CO +7H2O。 (2)闭合 K 后构成闭合回路,此时 a、b 分别为电解池的阳极和阴极,阴极为 H +得电子被还原,同时得到 H2 和 NaOH,阳极为 Cl-被氧化得到 Cl2,该电解池中 的总反应为 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。(3)每个电池通入 1 L CH 4 ,电路中通过的电量为×8×9.65×10 4 C·mol -1 = 3.45×104 C。 〖教后记〗 题组一 对金属腐蚀快慢的考查 1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序 为(  ) A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥ C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥ 答案 C 解析 ①是 Fe 为负极,杂质碳为正极的原电池腐蚀,是铁的吸氧腐蚀,腐 蚀较慢。其电极反应式:负极 Fe-2e-===Fe2+,正极 2H2O+O2+4e-===4OH-。② ③④均为原电池,③中 Fe 为正极,被保护;②④中 Fe 为负极,均被腐蚀,但 Fe 和 Cu 的金属活泼性差别大于 Fe 和 Sn 的,故 FeCu 原电池中 Fe 被腐蚀的较快。 ⑤是 Fe 接电源正极作阳极,Cu 接电源负极作阴极的电解腐蚀,加快了 Fe 的腐 蚀。⑥是 Fe 接电源负极作阴极,Cu 接电源正极作阳极的电解腐蚀,防止了 Fe 的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③> ⑥。 2.相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是 (  ) 答案 C解析 A 中,食醋作电解质溶液,铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极,形 成原电池,铁是活泼金属作负极;B 中,食盐水作电解质溶液,铁炒锅和铁铲都 是铁碳合金,符合原电池形成的条件,铁是活泼金属作负极,碳作正极;C 中, 铜镀层将铁球覆盖,使铁被保护,所以铁不易被腐蚀;D 中,酸雨作电解质溶液, 铁铆钉和铜板分别作负极、正极,形成原电池。 题组二 对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的考查 3.按如图所示装置,进行铁钉被腐蚀的实验,一周后观察(设水不蒸发)。 (1) 若 试 管 中 液 面 上 升 , 发 生 的 是 __________ 腐 蚀 , 则 正 极 反 应 式 为 ________________,负极反应式为__________________。要顺利完成此实验,所 用的电解质溶液可以是________。 (2) 若 试 管 中 液 面 下 降 , 发 生 的 是 __________ 腐 蚀 , 正 极 反 应 式 为 _______________,负极反应式为__________________。 要顺利完成此实验,所用的电解质溶液可以是___________。 答案 (1)吸氧 2H 2O+O2+4e-===4OH- Fe-2e -===Fe2+ 氯化钠溶液 (2)析氢 2H++2e-===H2↑ Fe-2e-===Fe2+ 稀硫酸 解析 (1)试管中的液面上升,表明内部压强减小,即发生吸氧腐蚀,故正极 反应式为 2H2O+O2+4e-===4OH-,负极反应式为 Fe-2e-===Fe2+;吸氧腐蚀 的电解质溶液是中性或碱性溶液,如氯化钠溶液。(2)试管中的液面下降,表明 发生了析氢腐蚀,则正极反应式为 2H++2e-===H2↑,负极反应式为 Fe-2e- ===Fe2+;此时需要酸性电解质溶液,如稀硫酸等。 4.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有 pH=4 久置的雨水和 生铁片。实验时观察到:开始时导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升, 略高于小试管内液面。下列说法正确的是(  ) A.生铁片中的碳是原电池的阳极,发生还原反应 B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀 C.墨水回升时,碳电极反应式为 O2+2H2O+4e-===4OH- D.具支试管中溶液 pH 逐渐减小 答案 C 解析 生铁片中的碳是原电池的正极,A 错;雨水酸性较强,开始时铁片发 生化学腐蚀和析氢腐蚀,产生氢气,导管内液面下降,一段时间后铁片发生吸氧 腐蚀,吸收氧气,导管内液面回升,B 错;墨水回升时,铁片发生吸氧腐蚀,碳 极为正极,电极反应为 O2+2H2O+4e-===4OH-,C 对;铁片无论是发生析氢腐 蚀还是吸氧腐蚀,具支试管内溶液 pH 均增大,D 错。

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