第3讲电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护.docx
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第3讲电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护
第3讲 电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护
[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。
了解金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点一 电解的原理
1．电解定义
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
（2）电极名称及电极反应式（如图）
（3）电子和离子移动方向
4．分析电解过程的思维程序
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
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（ ）
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
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________________________________________________。
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：
__________________。
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__________________________________________________。
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－、SO
。
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－>SO
。
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
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．[2010·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___________________________________________
____________________________________________________________________。
8．如图所示，用石墨电极电解氯化铜溶液。
查阅资料可
知，CuCl
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？
______________________________________。
考点二 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
2．电镀
3．电解精炼铜
4．电冶金
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？
（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？
2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？
题组训练 电解原理的应用
1．工业废水中常含有一定量的Cr2O
，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Cr2O
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Cr2O
＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋
6Fe3＋＋7H2O
D．消耗1molCr2O
，将有336gFe消耗，因此要定期更换铁电极
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______________________________________________________________________。
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为___________________________________________。
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。
（3）通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因______________________
______________________________________________________________________。
（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，则电池正极的反应式为_________________________________________________________________。
考点三 应对电化学定量计算的三种方法
1．计算类型
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
2．方法技巧
（1）根据电子守恒计算
。
（2）根据总反应式计算
（3）根据关系式计算
题组一 电化学的有关基本计算
1．两个惰性电极插入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
2．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
（1）电源E为________极，F为________极。
（2）A极的电极反应式为_____________________________________________，
析出物质______mol。
（3）B极的电极反应式为________________________________________________，
析出气体________mL（标准状况）。
（4）C极的电极反应式为_____________________________________________，
析出的物质________mol。
（5）D极的电极反应式为_____________________________________________，
析出气体________mL（标准状况）。
（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。
题组二 分阶段电解的相关计算
3．500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO
）＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体（标准状况下），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（ ）
A．原混合溶液中c（K＋）为0.2mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05mol
D．电解后溶液中c（H＋）为0.2mol·L－1
4．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后，用石墨
电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线
如右图所示，则下列说法错误的是（ ）
A．阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出
H2
B．AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生Cu
C．BC段表示在阴极上是H＋放电产生了H2
D．CD段相当于电解水
5．
（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。
考点四 金属的腐蚀和防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．金属腐蚀的类型
（1）化学腐蚀与电化学腐蚀
（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：
铁锈的形成：
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
②外加电流的阴极保护法—电解原理
（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。
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
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
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．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥
2．相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是（ ）
判断金属腐蚀快慢的规律
（1）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>有防腐措施的腐蚀。
（2）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。
（3）活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
（4）对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
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______________________________。
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
1．（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＋4H2O
2K2Cr2O7＋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＋4H2O
2K2Cr2O7＋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20
转化量2αα
最终量2－2αα
则有
＝
＝d
解得α＝2－d，D项错误。
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·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，Cu Zn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，Zn MnO2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，Cu Zn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，Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。
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－＋2H2O
H2↑＋Cl2↑＋2OH－，A、B都错；当断开K1，闭合K2时组
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