届一轮复习人教版电解池的工作原理及应用 金属的腐蚀与防护加试要求教案浙江专用.docx
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届一轮复习人教版电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护加试要求教案浙江专用
第三单元 电解池的工作原理及应用 金属的腐蚀与防护（加试要求）
浙江考试标准
知识条目
必考要求
加试要求
（1）电解池的概念、构造与工作原理
b
（2）电解CuCl2溶液的原理及电极反应式
b
（3）电解池的构成条件
b
（4）电解池的电极反应式与电解反应方程式
b
（5）电解原理在金属冶炼、氯碱工业、电镀等生产生活中的应用
b
（6）原电池、电解池的判断
c
（7）金属腐蚀的危害
a
（8）金属发生电化学腐蚀的基本原理
c
（9）金属的防护
b
考点1|电解原理及应用
[基础知识自查]
1．电解、电解池
2．电解池的构成和工作原理
（1）构成条件
①有与外接直流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）电解池工作原理（以电解CuCl2溶液为例）
（3）电解池中电子和离子的移动
①电子：
从电解池的阳极流向电源的正极，流向电源负极，流向电解池的阴极。
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．电解原理的应用
（1）电解饱和食盐水
（2）电解精炼铜
（3）电镀铜
（4）电解冶炼钠
[核心要点提升]
1．电解池中阴极和阳极的特征
2．电极产物的判断和电极反应式的书写
（1）电极产物的判断
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：
金属（Au、Pt除外）电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。
（2）电极反应式的书写
①判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。
阳极为金属活性电极时，电极材料放电。
②根据离子放电顺序，确定放电的离子种类，分析电极反应，并判断电极产物，按照“阳极氧化、阴极还原”写出电极反应式。
③电解水溶液时，应注意水电离出的H＋、OH－放电时电极反应式的书写，H＋、OH－之后的离子一般不参加放电反应。
3.以惰性电极电解电解质溶液的类型
【易错警示】
（1）强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐，用惰性电极电解时，实际上是电解H2O，溶质的质量分数增大，浓度增大。
（2）电解后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质，要考虑溶质的量，也要考虑水的量。
例如用惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，也可加入CuCO3，但不能加入Cu（OH）2，因为Cu（OH）2与生成的H2SO4反应后使水的量增加。
[典型例题讲解]
（2016·浙江名校协作体3月联考）在一定条件下，可以用图
（1）所示的硼化钒（VB2）空气电池（工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5）为电源给图
（2）所示装置通电，模拟有机物的电化学储氢。
下列说法正确的是（ ）
图
（1） 图
（2）
A．整套装置工作时A连接D、B连接C
B．VB2极发生的电极反应为：
2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
C．电极F产生3mol气体时电极E得到的氧化产物为2mol
D．储氢装置工作时，右侧电极区的pH减小
【解析】 由电池工作反应知图
（1）中右侧电极为正极，电极反应为：
11O2＋22H2O＋44e－===44OH－；左侧电极为负极，负极反应为：
4VB2＋44OH－－44e－===2V2O5＋4B2O3＋22H2O。
由图
（2）知，E为阴极，C应与电源负极相连，E极上电极反应为：
2＋12H＋＋12e－===2，为还原产物；F为阳极，D应与电源正极相连，电极反应为6H2O－12e－===12H＋＋3O2↑，储氢装置工作时，产生的H＋经高分子电解质膜移至左侧，右侧电极区的pH不会减小。
综上所述，只有B选项正确。
【答案】 B
氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。
如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：
（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式_______________________。
（2）离子交换膜的作用为：
_________________________________、
________________________________________________。
（3）精制饱和食盐水从图中________位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
（选填“a”“b”“c”或“d”）
【解析】
（1）电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H＋在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl－在阳极失去电子，发生氧化反应，产生Cl2。
反应的离子方程式是2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
（2）图中的离子交换膜只允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH－进入阳极室，与氯气发生反应，阻止Cl－进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。
同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。
精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H＋不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出。
【答案】
（1）2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
（2）阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：
2OH－＋Cl2===Cl－＋ClO－＋H2O 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸
（3）a d
分析电解过程的一般思路
（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、阳两组（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
（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。
[题组对点训练]
1．用石墨电极电解CuCl2溶液如图所示。
下列分析正确的是（ ）
A．a端是直流电源的负极
B．通电使CuCl2发生电离
C．阳极上发生的反应：
Cu2＋＋2e－===Cu
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
A [根据溶液中离子移动的方向，Cu2＋移向的一极是阴极，则a是负极，Cl－移向的一极是阳极，b是正极，A正确；CuCl2电离的条件是溶于水或受热熔化，B错误；阴极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑，C、D错误。
]
2．（2017·浙江杭州七校质检）如图是利用一种微生物将废水中的有机物（假设是淀粉）的化学能直接转化为电能，并利用此电能在铁上镀铜。
下列说法中正确的是（ ）
【导学号：
81640090】
A．质子透过离子交换膜由右向左移动
B．铜电极应与X相连接
C．M电极反应式：
（C6H10O5）n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋
D．当N电极消耗0.2mol气体时，则铁电极增重16g
C [根据题给信息知，甲图装置是将化学能转化为电能的原电池，M是负极，N是正极，质子透过离子交换膜由左向右移动，A错误；铁上镀铜，则铁为阴极，应与负极相连，铜为阳极，应与正极相连，故B错误；C正确；当N电极消耗0.2mol氧气时，则转移0.2mol×4＝0.8mol电子，所以铁电极增重×64g/mol＝25.6g，故D错误。
]
3．按如图所示装置进行实验，并回答下列问题：
（1）判断装置的名称：
A池为________，B池为________。
（2）锌极为________极，电极反应式为________________________________________________；
铜极为________极，电极反应式为________________；石墨棒C1为________极，电极反应式为____________；
石墨棒C2附近发生的实验现象为_______________________。
（3）当C2极析出224mL气体（标准状况）时，锌的质量________（填“增加”或“减少”）_______g，CuSO4溶液的质量______（填“增加”或“减少”）_____g。
【解析】 A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池。
A池中Zn为负极，Cu为正极，B池中C1为阳极，C2为阴极，阴极区析出H2，周围OH－富集，酚酞变红，且n（H2）＝＝0.01mol，故电路中转移电子的物质的量为0.01mol×2＝0.02mol，根据得失电子守恒，锌极有0.01molZn溶解，即Zn极质量减少0.01mol×65g·mol－1＝0.65g，铜极上有0.01molCu析出，即CuSO4溶液增加了0.01mol×（65g·mol－1－64g·mol－1）＝0.01g。
【答案】
（1）原电池 电解池
（2）负 Zn－2e－===Zn2＋ 正 Cu2＋＋2e－===Cu 阳 2Cl－－2e－===Cl2↑ 有无色气体产生，附近溶液出现红色 （3）减少 0.65 增加 0.01
4．某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。
将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。
试回答下列问题：
（1）电极A极的名称是________。
（2）甲装置中电解反应的总化学方程式：
____________________。
（3）如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是________。
（4）欲用丙装置给铜镀银，G应该是________（填“铜”或“银”），电镀液的主要成分是________（填化学式）。
（5）装置丁中的现象是___________________________。
【解析】
（1）这是一个串联电解装置，乙中F极出现红色，说明在F极放出H2，生成NaOH，F为阴极，B为负极，A为正极。
（2）甲池电解CuSO4溶液：
2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
（3）乙池电解NaCl溶液：
2NaCl＋2H2O===2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，V（Cl2）∶V（H2）＝1∶1。
（4）给铜镀银，银应为阳极，铜为阴极，G为银，电镀液为AgNO3溶液。
（5）丁装置是胶体的电泳，Fe（OH）3胶体胶粒带正电荷，通电后向阴极移动，阴极区颜色变深。
【答案】
（1）正极
（2）2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
（3）1∶1 （4）银 AgNO3
（5）Y极附近红褐色变深
考点2|金属的腐蚀与防护
[基础知识自查]
1．化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应引起的腐蚀
不纯金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀
现象
无电流产生
有电流产生
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.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性较强
酸性很弱、呈中性或碱性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－
===4OH－
其他反应
及产物
Fe2＋＋2OH－===
Fe（OH）2
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O
普遍性
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—电解池原理
a．阴极：
被保护的金属设备；
b．阳极：
惰性金属。
（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。
[核心要点提升]
1．电化学腐蚀规律
（1）对同一种金属来说，腐蚀的快慢：
强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。
（2）活动性不同的两金属：
活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。
（3）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。
（4）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。
（5）从防腐措施方面分析，腐蚀的快慢为：
外接电源的阴极保护法防腐＜牺牲阳极的阴极保护法防腐＜有一般防护条件的防腐＜无防护条件的防腐。
2．金属防护的原理
3.金属的电化学防护
（1）牺牲阳极的阴极保护法
①原理：
应用原电池原理。
②方法：
将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起，更活泼的金属作负极不断被腐蚀，可定期更换，而作为正极的金属就能不被腐蚀而得到保护。
常用于保护海轮外壳及石油管道等。
③实例。
负极：
Zn－2e－===Zn2＋
正极：
2H＋＋2e－===H2↑
铁作正极被保护
（2）外加电流的阴极保护法
①原理：
应用电解池原理。
②方法：
将被保护金属与外加直流电源负极相连，作为阴极，另一附加惰性电极作为阳极。
通电后，电子流向被保护的金属，在金属表面积累了大量的负电荷，从而抑制金属失去电子，阻止金属被腐蚀。
该方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。
③实例。
[典型例题讲解]
（2016·浙江10月选考试题）在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。
铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe（OH）2，Fe（OH）2进一步被氧气氧化为Fe（OH）3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。
下列说法正确的是（ ）
【导学号：
81640091】
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域
C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
【解析】 铁原子失去电子变为Fe2＋，发生氧化反应而被腐蚀，A错误；由于得失电子在不同的区域，所以铁片腐蚀最严重区域与生锈最多的区域是不同的区域，B错误；铁片腐蚀中正极发生的电极反应：
2H2O＋O2＋4e－===4OH－，C错误；由于活动性Fe＞C，所以铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，因为是中性或极弱酸性环境，所以发生的电化学腐蚀是吸氧腐蚀，D正确。
【答案】 D
（1）判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键是看介质的酸碱性。
酸性介质发生析氢腐蚀；碱性、中性介质发生吸氧腐蚀，但对于氢后的不活泼金属只能发生吸氧腐蚀（如Cu）。
（2）金属作原电池正极或电解池阴极时被保护。
利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。
下列说法不正确的是（ ）
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀速率
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应
C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀速率
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
【解析】 若X为锌棒，开关K置于M处，则形成Zn、Fe原电池，由于活动性Zn>Fe，所以首先被腐蚀的是Zn，因此可减缓铁的腐蚀速率，A项正确；若X为锌棒，开关K置于M处，可以形成原电池，由于活动性Zn>Fe，所以首先被腐蚀的是Zn，Zn发生氧化反应，在Fe上发生的是还原反应，B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，则形成的是电解池，Fe作电解池的阴极而被保护，故可减缓铁的腐蚀速率，C项正确；若X为碳棒，开关K置于N处，形成的是电解池，X极是阳极，在阳极上发生氧化反应，D项正确。
【答案】 B
[题组对点训练]
1．下列说法正确的是（ ）
A．金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程
B．合金都比纯金属易被腐蚀
C．将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀
D．镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀
C [金属腐蚀就是金属原子失去电子被氧化的过程，故A项错误；铁中加入镍比纯铁耐腐蚀，故B项错误；C项应用的是牺牲阳极的阴极保护法，故正确；镀锌铁破损后，Zn作负极，Fe仍受保护，而镀锡铁破损后，铁作负极，被腐蚀，故D项错误。
]
2．“瓦良格”号航空母舰，是中国人民解放军海军的第一艘可搭载固定翼飞机的航空母舰。
已知航空母舰的主体是钢铁，减弱甲板的腐蚀是航母制造过程中需要攻克的一个难题。
某同学设计如图实验，请根据铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中被腐蚀的快慢，判断在母舰甲板上最好嵌上的固体应为（ ）
A．铁 B．锌
C．碳D．铜
B [因Zn的活泼性比铁强，因此在甲板上嵌上Zn块可以起到保护铁的作用。
]
3．研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。
下列有关说法错误的是（ ）
A．d为石墨，铁片腐蚀速率加快
B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D [A.由于活动性：
Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确。
B.d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确。
C.若d为锌块，则由于金属活动性：
Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。
D.d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。
]
4．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如图所示：
（1）A中反应的离子方程式是_______________________________。
（2）B中Sn极的电极反应式为________________________________，
Sn极附近溶液的pH________（填“增大”“减小”或“不变”）。
（3）C中被腐蚀的金属是________，总反应的离子方程式是____________，比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是_____________________。
【解析】 铁被腐蚀的实质是Fe－2e－===Fe2＋。
铁在不同的情况下腐蚀的速率不同。
作原电池的负极时易被腐蚀，作原电池的正极时受到保护不易被腐蚀。
【答案】
（1）Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
（2）2H＋＋2e－===H2↑ 增大
（3）Zn Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑ B＞A＞C
5．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
（1）钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为___________。
（2）为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________（填序号）。
A．铜B．钠
C．锌D．石墨
（3）如图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
【解析】
（1）发生吸氧腐蚀时，负极上反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极上O2得到电子，反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
（2）铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如Zn，就可由Zn失去电子，Zn被氧化，而Fe被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。
（3）乙属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。
【答案】
（1）负极：
2Fe－4e－===2Fe2＋；
正极：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
（2）C （3）负
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