四川省成都市经济技术开发区实验中学高三化学总复习 63 电解池金属的电化学腐蚀与防护.docx
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四川省成都市经济技术开发区实验中学高三化学总复习63电解池金属的电化学腐蚀与防护
第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
[考纲解读] 1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。
2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点一 电解的原理
1．电解定义
2．能量转化形式
3．电解池
①有与________相连的两个电极。
②__________（或__________）。
③形成____________。
①电子：
从电源________流向电解池的________；从电解池的________流向电源的________。
②离子：
阳离子移向电解池的________；
4．分析电解过程的思维程序
（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－）。
阴极：
阳离子放电顺序：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
（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．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律（用惰性电极电解）
电解质（水溶液）
电极方程式
被电解的物质
电极产物
溶液pH变化的原因、结果
电解质溶液复原
阳极
阴极
含氧酸（如H2SO4）
阳极：
____
阴极：
____________
水减少，酸溶液的浓度____，pH____
加____
强碱（如NaOH）
阳极：
____________
阴极：
____________
水减少，碱溶液的浓度____，pH____
加____
活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）
阳极：
____________阴极：
____________
水减少，盐溶液的浓度____，pH__________（若为水解的盐）
加____
无氧酸（如HCl），除HF外
阳极：
____________阴极：
____________
（如Cl2）
H＋放电，c（H＋）减小，pH____
不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外
阳极：
____________阴极：
____________
（如Cl2）
（如Cu）
pH基本不变
加______
活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）
阳极：
____ ___
阴极：
___________
（如Cl2）
H＋放电，c（H＋）减小，c（OH－）增大，pH____
不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）
阳极：
____________阴极：
____________
（如Cu）
OH－放电，c（OH－）减小，c（H＋）增大，pH____
加____或
1．分别写出用惰性电极电解上述5中各物质的化学方程式或离子方程式：
（1）_______________________________________________________________________；
（2）_______________________________________________________________________；
（4）_______________________________________________________________________；
（5）_______________________________________________________________________。
2．电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？
3．用惰性电极电解，若要使电解后的溶液复原，应怎样操作？
4．Ⅰ.以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________________________________________________________________________。
Ⅱ.用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。
写出阳极生成R的电极反应式：
_________________________。
5．CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：
2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2得到。
现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。
回答下列问题：
（2）阳极电极反应式_________________________________________________________。
（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
考点二 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
阳极反应式：
__________________（________反应）
（2）总反应方程式：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：
2Cl－＋2H2O
2OH－＋H2↑＋Cl2↑
2．电镀右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问
3．电解精炼铜
4．电冶金
2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑
6．
（1）如何检验电解饱和食盐水时的阳极产物？
（2）氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？
7．工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。
电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示：
（3）除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口 （填“A”或“B”）导出。
8．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（ ）
A．电解时以精铜作阳极
B．电解时阴极发生氧化反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
考点三 金属的腐蚀和防护
1．金属腐蚀的本质
2．金属腐蚀的类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟__________接触
不纯金属或合金跟________接触
现象
____电流产生
______电流产生
本质
金属被____
较活泼金属被____
联系
两者往往同时发生，______腐蚀更普遍
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
电
极
反
应
负极
正极
总反应式
联系
________更普遍
铁锈的形成：
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O（铁锈）＋（3－x）H2O。
3．金属的防护
①牺牲阳极的阴极保护法—______原理
②外加电流的阴极保护法—________原理
9．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
外加电源的阴极保护法
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
10.炒菜后未洗的铁锅，很快就会产生红褐色的锈斑。
关于该生锈过程的说法正确的是（ ）
A．铁与NaCl反应生成FeCl3
B．发生电化学腐蚀时直接生成了Fe（OH）3
C．发生电化学腐蚀时吸收了O2
D．发生电化学腐蚀时生成了氢气
11．下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（ ）
A．④>②>①>③B．②>①>③>④
C．④>②>③>①D．③>②>④>①
判断金属腐蚀快慢的规律
电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
应对电化学定量计算的三种方法
1．根据电子守恒法计算
用于串联电路、阴阳两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
2．根据总反应式计算
3．根据关系计算
n（mol）21224444
【例1】 在如图中，甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g，则
（6）甲烧杯中滴入石蕊试液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到______溶液。
解题指导 涉及电化学的计算题，可依据电子得失守恒原理，通过“转移电子数相等”之桥，寻找关系式进行计算。
友情提示：
通过4mole－为桥可构建如下关系式：
4e－～2Cl2（Br2、I2）～O2～4H＋
阳极产物
4OH－～2H2～2Cu～4Ag～
M
阴极产物
说明：
M为金属，n为其化合价。
当然，也可根据电池总反应式列比例式求解。
【例2】 两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。
当电解液的pH从6.0变为3.0时，（设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计）电极上析出银的质量最大为（ ）
A．27mgB．54mgC．106mgD．216mg
【例3】
（1）用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液（不考虑电解过程中溶液体积的变化），通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。
（2）如果向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。
（3）如果向所得的溶液中加入0.1molCu2（OH）2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑CO2的溶解），电解过程中转移的电子为________mol。
电解原理的应用
电解池的工作原理及应用是电化学的重要内容，有关电解时电解质溶液的变化、电极产物的判断、溶液pH的变化等内容都是每年高考命题的热点内容，涉及电解原理与工业生产密切联系的氯碱工业、电解精炼、电解法处理污水等内容成为高考考查的重点。
【例4】 某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题。
（1）若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应式为____________。
①溶液中Na＋向A极移动 ②从A极处逸出的气体能使湿润的淀粉KI
试纸变蓝 ③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度 ④若标准状况
（3）该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
此时通过阴离子交换膜的离子数 （填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口（填“A”、“B”、“C”或“D”） 导出。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为______________________________________________________________________。
【例5】 碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘
（1）碘是 （填颜色）固体物质，实验室常用 的方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。
3I2+6KOH===5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区。
另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。
每生成1molKIO3，电路中通过的电子的物质的量为 。
（3）电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I-。
请设计一个检验电解液中是否有I-的实验方案，并按要求填写下表。
实验方法
实验现象及结论
步骤②的操作名称是______________，步骤⑤的操作名称是____________。
步骤④洗涤晶体的目的是_____________________________________________________________。
高考题组一 电解原理及其应用
（一）电解精炼铜、废液中铜的提取
1．（2011·上海，16）用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是（ ）
A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片
B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片
C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D．用带火星的木条检验阳极产物
（二）电镀
2．（2011·山东理综，15）以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的
是（ ）
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
（三）氯碱工业、电解制氢
3．（2011·北京理综，26）氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。
（1）溶液A的溶质是 。
（3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3。
用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：
________________________________________________________________________。
4．氢气是一种清洁能源，氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点，其中电解法是一种重要方法，其原理是电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液，制氢的装置示意图如下（电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。
电解时，阳极的电极反应式为______________________________________________________________________。
（四）电解法制备O3的原理
5．O3可由臭氧发生器（原理如下图）电解稀硫酸制得。
①图中阴极为 （填“A”或“B”），其电极反应式为
③若C处不通入O2，D、E处分别收集到xL和yL气体（标准状况），则E处收集的气体中O3所占的体积分数为 。
（忽略O3的分解）
高考题组二 电解规律及有关计算
6．（2011·大纲全国卷，10）用石墨作电极电解CuSO4溶液。
通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的（ ）
C．CuOD．CuSO4·5H2O
7．（2009·全国理综Ⅰ，28）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。
据此回答问题：
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为_________________________________________________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积。
④电极c的质量变化是__________g；
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：
高考题组三 金属的电化学腐蚀与防护
8．（2011·浙江理综，10）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如右图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。
下列说法正确的是（ ）
B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈
D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
9．（2010·北京理综，6）下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（ ）
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
10．（2011·广东理综，32）由熔盐电解法获得的粗铝含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。
工艺流程如下：
（注：
NaCl熔点为801℃；AlCl3在181℃升华）
（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为①_____________________________________
和②______________________________________________________________________。
（2）将Cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。
气泡的主要成分除Cl2外还含有__________；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在__________。
（3）在用废碱液处理气体A的过程中，所发生反应的离子方程式为__________________。
（4）镀铝电解池中，金属铝为________极。
熔融盐电镀液中铝元素和氯元素主要以AlCl
和Al2Cl
形式存在，铝电极的主要电极反应式为_______________________________。
（5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是_____________。
11．（2009·海南，15）LiSOCl2电池可用于心脏起搏器。
该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4—SOCl2。
电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
（1）电池的负极材料为__________，发生的电极反应为
________________________________________________________________________。
（2）电池正极发生的电极反应为_____________________________________________。
（3）SOCl2易挥发，实验室中常用NaOH溶液吸收SOCl2，有Na2SO3和NaCl生成。
如果把少量水滴到SOCl2中，实验现象是____________________，反应的化学方程式为
________________________________________________________________________。
（4）组装该电池必须在无水、无氧的条件下进行，原因是_________________________。
简述原因要点要准确
考生答卷案例——找错纠错
失分原因分析
【案例1】所答是氧化铝膜能存在的原因，不是钢材被腐蚀的原因。
【案例2】没有针对“无水、无氧的条件”阐述。
解决方案与规范指导：
考场现场：
审题要准确，把握出题意图，选择合适的答题原理和方向。
如：
【案例1】应围绕钢铁被腐蚀的因素展开阐述。
【案例2】应围绕锂与水、氧气的反应展开阐述。
课时规范训练
教材习题回扣
1．（选修4P83－1）下列关于电解槽的叙述中不正确的是（ ）
A．与电源正极相连的是电解槽的阴极
B．与电源负极相连的是电解槽的阴极
C．在电解槽的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极
2．（选修4P83－2）下列关于铜电极的叙述中不正确的是（ ）
A．锌铜原电池中铜是正极
B．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极
C．用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极
D．用电解法精炼粗铜时纯铜作阳极
3．（选修4P88－6）以下现象与电化学腐蚀无关的是（ ）
A．黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B．生铁比纯铁容易生锈
C．铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D．银质物品久置表面变暗
4．（选修4P88－4改编）下列装置中（杯中均盛有海水）能使铁受到保护不被腐蚀的是（ ）
5．（选修4P83－6）用铂作电极电解某金属的氯化物（XCl2）溶液，当收集到1.12L氯气时（标准状况），阴极增重3.2g，则该金属的相对原子质量为________，电路中转移的电子数为__________。
能力提升训练
1．关于电解饱和NaCl水溶液，下列叙述正确的是（ ）
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
2．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是（ ）
A．用惰性电极电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．氢氧燃料电池的负极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．粗铜精炼时，与电源正极相连的是纯铜，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式：
Fe－2e－===Fe2＋
3．某研究性学习小组的课题为“MgC原电池电解淀粉KI溶液的研究”，其研究装置如图所示。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．镁为负极，发生还原反应
B．原电池中碳极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋
C．电解池中阳极处变蓝
D．电解池中阴极处变红
4．如图电解池中装有硫酸铜溶液，选用不同材料的电极进行电解。
下列说法正确的是（ ）
选项
电极材料
通电后的变化
阴极
阳极
A
石墨
石墨
阴极质量增加，溶液的pH增大
B
铜
铜
阳极质量减小，阴极质量增加
C
铁
铁
两极的质量不发生变化
D
铂
铁
阴极质量减小，溶液的pH不变
5．如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图。
发现开始时U形管左端
A．开始时发生的是析氢腐蚀
B．一段时间后发生的是吸氧腐蚀
C．两种腐蚀负极的电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋
D．析氢腐蚀的总反应式为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2
6．如图所示，将铁棒和石墨棒插入1L1mol·L-1食盐水中。
下列说法正
A．若电键K与N连接，铁被保护不会腐蚀
B．若电键K与N连接，正
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