高考化学核心考点轻松阅读电解池金属的电化学腐蚀与防护.docx
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高考化学核心考点轻松阅读电解池金属的电化学腐蚀与防护
2014高考化学核心考点轻松阅读：
电解池 金属的电化学腐蚀与防护
[考纲要求] 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
知识梳理
1．电解定义
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．能量转化形式
电能转化为化学能。
3．电解池
（1）构成条件
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液（或熔融盐）。
③形成闭合回路。
（2）电极名称及电极反应式（如图）
（3）电子和离子移动方向
①电子：
从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
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。
4．分析电解过程的思维程序
（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
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。
注意 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、最重要的放电顺序是：
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。
（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。
深度思考
1．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总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原
含氧酸（如H2SO4）阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大减小加H2O
强碱（如NaOH）阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大增大加H2O
活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====电解O2↑＋2H2↑增大不变加H2O
无氧酸（如HCl），除HF外阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：
2H＋＋2e－===H2↑酸2HCl=====电解Cl2↑＋H2↑减小增大通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu盐CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑减小加CuCl2
活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：
2H＋＋2e－===H2↑水和盐2Cl－＋2H2O
=====电解Cl2↑＋H2↑＋2OH－生成新电解质增大通入HCl气体
不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：
2Cu2＋＋4e－===2Cu水和盐2Cu2＋＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO3
2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？
答案 放H2生碱型的实质是水电离出的H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，放O2生酸型的实质是水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，使H＋浓度增大。
3．
（1）上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？
（2）上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu（OH）2固体可以吗？
答案 电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。
（1）电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。
（2）同理，使CuSO4溶液复原应加入CuO，而加入Cu（OH）2也会使溶液的浓度降低。
4．在框图推断中若出现“A＋H2O=====电解B＋C＋D”的模式，则A一般可能为什么物质？
答案 CuSO4、NaCl（KCl）或AgNO3，要视其他条件而定。
题组一 电解原理和电解规律的考查
1．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是（ ）
A．CuSO4B．NaOHC．BaCl2D．H2SO4
答案 A
解析 符合该题条件的电解质应为不活泼金属的含氧酸盐。
2．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是（ ）
A．NaClB．Na2CO3C．CuSO4D．K2S
答案 B
解析 加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，故只有B项符合
条件。
3．右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。
通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。
下列实验现象描述正确的是（ ）
A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
答案 D
解析 SO2－4、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c（H＋）>c（OH－），石蕊试液变红。
Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c（OH－）>c（H＋），石蕊试液变蓝。
所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。
A、B均错。
题组二 电极反应式、电解总方程式的书写
4．按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
（1）用惰性电极电解AgNO3溶液：
阳极反应式_____________________________________________________；
阴极反应式_____________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________。
（2）用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式______________________________________________________；
阴极反应式______________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________。
（3）用铁作电极电解NaCl溶液
阳极反应式______________________________________________________；
阴极反应式______________________________________________________；
总化学方程式____________________________________________________。
（4）用铜作电极电解盐酸溶液
阳极反应式_____________________________________________________；
阴极反应式_____________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________。
答案
（1）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O=====电解4Ag＋O2↑＋4H＋
（2）2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=====电解Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑
（3）Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H2O=====电解Fe（OH）2↓＋H2↑
（4）Cu－2e－===Cu2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋=====电解Cu2＋＋H2↑
5．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：
__________________。
答案 Ⅰ.2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
Ⅱ.Al＋3HCO－3－3e－===Al（OH）3＋3CO2↑
解析 Ⅰ.依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3，Al失电子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，所以有H＋生成；Ⅱ.Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO－3水解显碱性，两者水解互相促进，生成Al（OH）3和CO2。
6．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：
（1）阳极区的现象____________________________________________________。
（2）阳极电极反应式__________________________________________________。
答案
（1）铜电极逐渐溶解，有白色沉淀产生，溶液变为蓝色
（2）2Cu＋4I－－4e－===2CuI↓＋I2
1.电解方程式的书写步骤
以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。
第一步：
明确溶液中存在哪些离子。
阳离子：
Cu2＋、H＋；阴离子：
OH－、SO2－4。
第二步：
判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。
阴极：
Cu2＋>H＋；阳极：
OH－>SO2－4。
第三步：
写电极反应式和总的电解方程式。
阴极：
2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：
2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
2．规避电解池中方程式书写的3个易失分点
（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。
题组三 与酸、碱、盐的电解有关的实验设计
7．[2013•大纲全国卷Ⅱ，29
（1）
（2）（3）（4）（5）]如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。
（指示剂的pH变色范围：
6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色）
回答下列问题：
（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________（填编号）；
①A管溶液由红变黄；②B管溶液由红变黄；③A管溶液不变色；④B管溶液不变色
（2）写出A管中发生反应的反应式：
_____________________________________；
（3）写出B管中发生反应的反应式：
_____________________________________；
（4）检验a管中气体的方法是___________________________________________
_____________________________________________________________________；
（5）检验b管中气体的方法是___________________________________________
____________________________________________________________________。
答案
（1）①④
（2）2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑） Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
（3）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑（或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑）
（4）用拇指按住管口，取出试管，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰
（5）用拇指按住管口，取出试管正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃
解析
（1）由于MgSO4是强酸弱碱盐，在水溶液中存在Mg2＋＋2H2OMg（OH）2＋2H＋水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前A、B管均显红色。
铂丝是惰性电极，电解池中阴离子在阳极发生氧化反应，阳离子在阴极发生还原反应，在A管溶液中，铂丝作阴极，由于H＋的氧化性大于Mg2＋的氧化性，H＋先得电子被还原为H2，
Mg2＋与OH－生成Mg（OH）2沉淀，酸性减弱，随着水的电解，OH－浓度增大，颜色由红变黄。
而在B管溶液中铂丝作阳极，OH－的还原性大于SO2－4，OH－失电子，随着电解的进行，酸性增大，溶液不变色（始终为红色）。
（2）（3）由
（1）可知，在A管中发生：
2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑）
Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
在B管中：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑（或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑）
（4）（5）H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住管口，取出试管a，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰；O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住管口，取出试管b正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。
8．如图所示，用石墨电极电解氯化铜溶液。
查阅资料可
知，CuCl2－4显黄色，氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色；
向体积相同浓度分别为0.01mol•L－1,0.05mol•L－1,0.1
mol•L－1,0.5mol•L－1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和，
对比发现。
溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
请回答下列问题：
（1）阳极上的气体呈________色，检验该气体可用___________________________。
（2）写出电解的离子方程式：
____________________________________________。
（3）实验时，装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色，原因是__________________
______________________________________________________。
（4）取出阴极的石墨棒，发现表面有浅蓝色固体，试设计实验探究此浅蓝色固体的成分：
_________________________________________________________________。
（5）为什么要设计连接后面的装置？
______________________________________。
答案
（1）黄绿 湿润的淀粉KI试纸
（2）Cu2＋＋2Cl－=====电解Cu＋Cl2↑
（3）阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小
（4）取此浅蓝色固体于试管中，加入硫酸，若溶解且溶液变蓝色，则为Cu（OH）2
（5）因为阳极产生的氯气为有毒气体，故后面连接装置可以用于检验与吸收
解析
（1）阳极是阴离子放电，即Cl－放电产生Cl2，故颜色为黄绿色；检验Cl2可用湿润的淀粉KI试纸，若试纸变蓝，则确定为氯气。
（2）电解氯化铜的离子方程式为Cu2＋＋2Cl－=====电解Cu＋Cl2↑。
（3）由题目所给信息，Cu2＋与Cl－浓度比值逐渐增大，溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变，故阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小而呈现黄绿色。
（4）随着反应的进行，Cu2＋浓度降低，此时有一部分H＋放电而使此区域OH－浓度增大，故此浅蓝色固体为Cu（OH）2。
（5）电解氯化铜时产生的氯气有毒，故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体，又可用于吸收该有毒气体。
考点二 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
（1）电极反应
阳极反应式：
2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）
阴极反应式：
2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）
（2）总反应方程式：
2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：
2Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋H2↑＋Cl2↑
（3）应用：
氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2．电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
（1）镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
（2）电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
（3）电极反应：
阳极：
Ag－e－===Ag＋；
阴极：
Ag＋＋e－===Ag。
（4）特点：
阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
（1）电极材料：
阳极为粗铜；阴极为纯铜。
（2）电解质溶液：
含Cu2＋的盐溶液。
（3）电极反应：
阳极：
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
（1）冶炼钠
2NaCl（熔融）=====电解2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：
2Na＋＋2e－===2Na。
（2）冶炼铝
2Al2O3（熔融）=====电解4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：
6O2－－12e－===3O2↑；阴极：
4Al3＋＋12e－===4Al。
深度思考
1．
（1）电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？
答案 阳极产物Cl2可以用淀粉KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。
（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？
答案 防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。
2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？
答案 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。
金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。
题组训练 电解原理的应用
1．工业废水中常含有一定量的Cr2O2－7，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。
该法用Fe作电极电解含Cr2O2－7的酸性废水，最终将铬转化为Cr（OH）3沉淀，达到净化目的。
下列有关说法不正确的是（ ）
A．电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极
B．阴极附近的沉淀只有Cr（OH）3
C．阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O2－7＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋
6Fe3＋＋7H2O
D．消耗1molCr2O2－7，将有336gFe消耗，因此要定期更换铁电极
答案 B
解析 Fe作阳极，反应产生Fe2＋，Fe2＋与Cr2O2－7发生氧化还原反应，Fe2＋被氧化为
Fe3＋，Cr2O2－7被还原为Cr3＋；阴极是H＋得到电子，导致阴极附近溶液的碱性增强，
Fe3＋、Cr3＋都会变为Fe（OH）3、Cr（OH）3沉淀，B错误；消耗1molCr2O2－7，必消耗6
molFe2＋，根据Fe守恒，将有6molFe消耗，质量336g。
2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
（1）实验室用惰性电极电解100mL0.1mol•L－1NaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体（标准状况），则所得溶液的物质的量浓度是______________（忽略反应前后溶液体积的变化）。
（2）某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。
对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
（3）实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。
某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe（OH）2沉淀，且较长时间不变色。
该同学换上的电解材料是__________（用元素符号表示），总的反应式是
______________________________________________________________________。
答案
（1）0.1mol•L－1
（2）B
（3）Fe Fe＋2H2O=====电解Fe（OH）2↓＋H2↑
解析
（1）n（H2）＝n（Cl2）＝0.005mol，参加反应的n（NaCl）＝0.01mol，说明NaCl恰好电解完毕，溶液变为NaOH溶液，n（NaOH）＝n（NaCl）＝0.01mol，c（NaOH）＝0.1mol•L－1。
（2）电解饱和氯化钠溶液的总反应：
2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，题目要求使Cl2被完全吸收，则氯气必须在下部的电极上产生，下部的电极是阳极，推出b为电源的正极，另一极为负极a。
生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。
（3）题目要求通过电解法制取Fe（OH）2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2＋和OH－。
根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化反应产生Fe2＋；溶液中的阳离子Na＋、H＋向阴极移动，根据放电顺序，阴极H＋放电产生氢气，H＋来源水的电离，反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
在电场作用下，阳极产生的Fe2＋与阴极产生的OH－在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe（OH）2沉淀。
将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：
Fe＋2H2O=====电解Fe（OH）2↓＋H2↑。
3．某小组同学认为，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。
（1）该电解槽的阳极反应式
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