高考化学一轮复习第7章电化学基础第2节电解池金属的电化学腐蚀与防护学案Word文件下载.docx

高考化学一轮复习第7章电化学基础第2节电解池金属的电化学腐蚀与防护学案Word文件下载.docx

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3．电解产物的判断及有关反应式的书写

（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（勿忘水溶液中的H＋和OH－）。

（3）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、电荷守恒和电子转移守恒。

（5）写出电解总反应式

在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。

4．电解规律

（1）电解水型

续表

（2）电解电解质型

（3）放H2生碱型

（4）放O2生酸型

易错警示　　电解池中方程式书写四个常见失分点的规避

（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）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。

（3）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。

（4）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。

即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。

判断正误，正确的画“√”，错误的画“×

”。

（1）任何化学反应都可以设计成电解池反应。

（　　）

（2）电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。

（3）某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。

（4）电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。

（5）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。

（6）电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。

提示　

（1）×

（2）√　（3）√　（4）×

　（5）×

　（6）×

题组一电极反应式、电解总反应式的书写

1.按要求书写有关的电极反应式及总反应式。

（1）以惰性电极电解FeCl2和HCl的混合物可制备FeCl3和H2。

阳极反应式：

________________________________________；

阴极反应式：

总反应离子方程式：

__________________________________。

（2）以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。

总化学方程式：

______________________________________。

（3）用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应方程式。

①阳极

产物：

______________________________________________；

电极反应：

__________________________________________。

②阴极

_______________________________________________；

___________________________________________。

答案　

（1）Fe2＋－e－===Fe3＋　2H＋＋2e－===H2↑

2Fe2＋＋2H＋

2Fe3＋＋H2↑

（2）2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋

6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2O

Al2O3＋3H2↑

（3）①Cl2、O2　2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

②Cu、H2　Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑

解析　利用阴、阳极放电顺序可以分别写出阴、阳极反应式，再书写总化学方程式。

2．[2015·

四川高考]用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。

下列说法不正确的是（　　）

A．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式：

Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O

C．阴极的电极反应式：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O

答案　D

解析　用石墨作阳极，铁作阴极符合题意，A项正确；

由题目信息提示，溶液中的离子为CN－和Cl－，而阳极产生ClO－，故其反应物一定是Cl－，即Cl－在阳极被氧化为ClO－，B项正确；

阴极为水得电子生成氢气的反应，C项正确；

题目信息提示，该反应体系提供的是碱性环境，故反应式中不可能有H＋，除去CN－的正确的反应式为2CN－＋5ClO－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，D项错误。

★总结提升

电解总方程式的书写

（1）必须在连接号上标明通电或电解。

（2）只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。

如电解CuCl2溶液：

（3）只有水被电解，只写水及电解产物即可。

如电解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液时，化学方程式应写为2H2O

2H2↑＋O2↑。

（4）电解质、水同时被电解，则都要写进化学方程式。

如电解饱和食盐水：

2NaCl＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。

题组二电解原理、电解规律的考查

3.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是（　　）

A．AgNO3　CuCl2　Cu（NO3）2

B．KCl　Na2SO4　CuSO4

C．CaCl2　KOH　NaNO3

D．HCl　HNO3　K2SO4

答案　B

解析　由电解电解质溶液的四种类型可知：

类型

化学物质

pH变化

放O2生酸型

CuSO4、AgNO3、Cu（NO3）2

降低

放H2生碱型

KCl、CaCl2

升高

电解电解质型

HCl

电解H2O型

NaNO3、Na2SO4、K2SO4

不变

KOH

HNO3

4.[2015·

北京东城期末]用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，停止电解，向所得溶液中加入0.1molCu（OH）2，恰好反应时溶液浓度恢复至电解前。

关于该电解过程的说法不正确的是（　　）

A．生成Cu的物质的量是0.1mol

B．转移电子的物质的量是0.2mol

C．随着电解的进行溶液的pH减小

D．阳极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋

解析　由加入0.1molCu（OH）2恰好反应时溶液浓度恢复至电解前，H2SO4＋Cu（OH）2===CuSO4＋2H2O可知，电解过程中消耗CuSO4和H2O的物质的量分别为0.1mol、0.2mol。

又根据2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑可知，此过程中消耗CuSO4和H2O的物质的量应相等。

实际电解过程中消耗H2O的物质的量大于CuSO4，所以整个电解过程可分为两个阶段：

第一阶段消耗0.1molCuSO4（同时消耗0.1molH2O），第二阶段电解稀硫酸（实际上是电解水），消耗0.1molH2O，反应方程式依次为2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑、2H2O

2H2↑＋O2↑，两反应中转移的电子分别为0.2mol、0.2mol，共0.4mol，故B错误；

根据上述分析可知生成Cu的物质的量为0.1mol，A正确；

电解的第一阶段生成硫酸，溶液的pH逐渐减小，第二阶段电解水，硫酸的浓度逐渐增大，溶液的pH逐渐减小，C正确；

该电解池的阳极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D正确。

（1）若阴极为H＋放电，则阴极区c（OH－）增大，pH增大；

若阳极为OH－放电，则阳极区c（H＋）增大，pH减小；

若阴极、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。

（2）用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。

（3）电解过程中产生的H＋或OH－，其物质的量等于转移电子的物质的量。

　电解原理的应用

1．氯碱工业——电解饱和食盐水

用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。

（2）电极反应

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑（反应类型：

氧化反应），

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑（反应类型：

还原反应），

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，

离子方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

（3）阳离子交换膜的作用：

阳离子交换膜只允许Na＋通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。

2．电镀和电解精炼铜

电镀

电解精炼铜

概念

电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法

运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜

主要目的

使金属增强抗腐蚀能力、增大表面硬度等

将粗铜提炼为纯铜

示意图

3.冶炼金属

（1）原理：

利用电解原理使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。

（2）适用范围：

制取活泼金属单质，如电解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al，化学方程式分别为：

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑，MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑，2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑。

易错警示　　电解原理应用中的注意要点

（1）电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；

电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。

（2）电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。

精炼铜时由于阳极发生多个反应，阴极增重质量不等于阳极减少的质量，并且溶液中c（Cu2＋）减小。

（1）用惰性电极电解饱和食盐水，实验停止后要想使溶液复原需加入适量盐酸。

（2）电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室。

（3）工业上可以通过电解MgCl2溶液制备Mg。

（4）电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小。

（5）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。

（2）×

　（3）×

　（4）√　（5）×

题组一电解原理的基本应用

1.[2015·

烟台模拟]利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。

下列说法正确的是（　　）

A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变

C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜

D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁

解析　A项，X为阳极，由于还原性Cl－>

OH－，电极反应为：

2Cl－－2e－===Cl2↑，错误；

B项，电解精炼铜时，Cu2＋浓度减小，错误；

C项，电镀铜时，纯铜作阳极，故C错。

合肥一模]电解硫酸钠溶液生产硫酸和烧碱的装置如图所示，其中阴极和阳极均为惰性电极。

测得同温同压下，气体甲与气体乙的体积比约为1∶2，下列有关说法正确的是（　　）

（说明：

阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过）

A．a电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑

B．产物丙为硫酸

C．d为阴离子交换膜

D．Na2SO4溶液浓度增大

解析　电解硫酸钠溶液的实质是电解水，又同温同压下气体甲与气体乙的体积比约为1∶2，则甲为O2，乙为H2，故a电极上为H2O电离出的OH－放电，产生氧气，A项错误；

a电极为阳极，阳极上H2O电离出的OH－放电，SO

向阳极移动，因此产物丙为硫酸，B项正确；

b为阴极，阴极上H2O电离出的H＋放电，Na＋向阴极移动，则d为阳离子交换膜，C项错误；

Na2SO4溶液中Na＋向阴极移动、SO

向阳极移动，因此Na2SO4溶液的浓度减小，D项错误。

题组二电解原理在化工制备中的应用

3.[2015·

厦门期末]电解NO制备NH4NO3的工作原理如图所示，X、Y均为Pt电极，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A。

A．物质A为NH3

B．X电极为电解池的阳极

C．Y电极上发生了还原反应

D．Y电极反应式为NO－3e－＋4OH－===NO

＋2H2O

答案　A

解析　结合题中电解NO制备NH4NO3的装置图可知，阳极反应为NO－3e－＋2H2O===NO

＋4H＋，阴极反应为NO＋5e－＋6H＋===NH

＋H2O，由两极反应可知，要使得失电子守恒，则阳极产生的n（NO

）大于阴极产生的n（NH

），总反应方程式为8NO＋7H2O

3NH4NO3＋2HNO3，因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3，则需补充NH3，A项正确；

由于X电极上生成NH

，故X电极为阴极，Y电极为阳极，Y电极发生氧化反应，Y电极的反应式为NO－3e－＋2H2O===NO

＋4H＋，B、C、D项错误。

4．[2015·

新疆联考]以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，采用电解法制备Fe（OH）2，装置如图所示，其P端通入CO2。

（1）石墨Ⅰ电极上的电极反应式为_______________________。

（2）通电一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色，则下列说法中正确的是________（填序号）。

A．X、Y两端都必须用铁作电极

B．可以用NaOH溶液作电解液

C．阴极发生的反应是：

D．白色沉淀只能在阳极上产生

（3）若将所得Fe（OH）2沉淀暴露在空气中，则其颜色变化为________，该反应的化学方程式为________________________。

答案　

（1）H2－2e－＋CO

===CO2＋H2O

（2）BC　（3）白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色　4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3

解析　

（1）石墨Ⅰ电极为负极，负极上H2发生氧化反应，且CO

向负极移动参与反应。

（2）用电解法制备Fe（OH）2，阳极（Y）必须用Fe作电极，但阴极（X）可以不用Fe作电极，A错；

电解质溶液可以为碱溶液，B对；

阴极上H＋发生还原反应，C对；

白色沉淀在阴极区生成，D错。

（3）Fe（OH）2暴露在空气中，会被空气中的氧气氧化为Fe（OH）3，现象为白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。

题组三电解原理在环境治理中的应用

5．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如右，下列说法不正确的是（　　）

A．A为电源正极

B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

C．阴极区附近溶液pH降低

D．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L（标准状况）时，有0.1molCr2O

被还原

答案　C

解析　根据图示，A作阳极，B作阴极，电极反应式为：

Fe－2e－===Fe2＋　阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

然后，Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，由于在阴极区c（H＋）减小，所以pH增大。

根据

6H2～6Fe2＋～Cr2O

得，当有13.44L（标准状况）H2放出时，应有0.1molCr2O

被还原。

6．[2015·

太原一模]用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示（电极材料为石墨）。

（1）图中a极要连接电源的________极，C口流出的物质是________（填名称）。

（2）SO

放电的电极反应式为___________________________。

（3）电解过程中阴极区碱性明显增强，请用平衡移动原理解释原因：

____________________________________________________。

答案　

（1）负　硫酸浓溶液　

（2）SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋　（3）H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强

解析　

（1）由题给条件和装置图分析可知，此装置是电解亚硫酸钠溶液得到氢氧化钠和硫酸。

由Na＋的移动方向可知，a为阴极，应与电源的负极相连。

B口产物为NaOH浓溶液，C口流出的是硫酸浓溶液。

失去电子转化为SO

，电极反应式为SO

＋2H＋。

（3）在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，水的电离平衡正向移动，c（OH－）增大，碱性增强。

　与电化学有关的定量计算

1．计算类型

原电池和电解池的计算主要包括以下几个方面：

（1）根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）；

（2）溶液pH的计算；

（3）相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算；

（4）产物的量与电荷量关系的计算。

2．解题方法

（1）根据总反应式计算

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

（2）根据电子守恒计算

①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、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用于混合溶液中电解的分阶段计算。

（3）根据关系式计算

据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

串联电路中各电极得失电子数相等，即电路中通过的电量（电子总数）相等。

如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：

该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

易错警示　　在电化学计算中，还常利用Q＝I·

t和Q＝n（e－）×

NA×

1.60×

10－19C来计算电路中通过的电量。

题组一根据总反应式，建立等量关系进行计算

1.如下图所示，A池用石墨电极电解pH＝13的NaOH溶液100mL，B池为模拟电解精炼铜的装置，其中c电极为纯铜，d电极为粗铜（含有杂质Fe、Ag），溶液是足量CuSO4溶液，通电一段时间后停止电解，A池a极上产生的气体在标准状况下为2.24L，则下列说法正确的是（　　）

A．d电极质量一定减少6.4g

B．c电极质量一定增加6.4g

C．A池pH不变

D．A池溶液质量减少3.6g

解析　电解精炼铜时粗铜作阳极，精铜作阴极，即d为阳极，c为阴极，则a、b分别为阴极和阳极。

a极产生的气体为0.1molH2，根据电子守恒，流经各电极的电子均为0.2mol，在d极，比铜活泼的铁优先失去电子，银不失电子，故失电子的铜和铁共有0.1mol，其质量减少不等于6.4g，A项错误；

而阴极只有Cu2＋得电子，故其质量增加一定为6.4g，B项正确；

A池实质上是电解水，根据电子守恒，消耗0.1mol水，NaOH的浓度变大，pH变大，溶液质量减少1.8g，故C、D项错误。

2．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO

、SO

、Cl－，在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。

接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8g。

常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。

据此回答下列问题：

（1）M为电源的____极（填“正”或“负”），甲、乙两个烧杯中的电解质分别为________、________（填写化学式）。

（2）计算电极f上生成气体的物质的量为________mol。

（3）写出乙烧杯中的电解反应方程式：

______________________

______________________________。

（4）若电解后甲溶液的体积为10L，则该溶液的pH为________。

答案　

（1）负　NaCl　AgNO3　

（2）0.025　（3）4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3　（4）12

解析　根据电解一段时间后，c电极质量增加了10.8g，判断出c为阴极，则连接阴极的电极M是电源的负极。

电解时，甲装置中溶液的pH增大，说明阴极上是水电离出的H＋放电，阳极上是放电能力大于OH－的Cl－放电，Cl－与Ag＋不能共存，故甲中的电解质溶液为NaCl溶液；

电解时，乙装置中pH减小，说明阳极上是水电离出的OH－放电，溶液中含有的离子是含氧酸根离子，阴极上析出金属，所以含有Ag＋，该电解质溶液是AgNO3溶液；

丙装置中溶液的pH不变，说明丙装置中是Na2SO4溶液，则f上电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据乙中反应：

4AgNO3＋2H2O

4Ag＋4HNO3＋O2↑可知，n（O2）＝

n（Ag）＝

×

＝0.025moL。

电解后，甲中n（OH－）＝n（e－）＝n（Ag）＝0.1mol，则c（OH－）＝

＝0.01mol·

L－1,pH＝12。

题组二根据电子守恒突破电解的分阶段计算

济南调研]某溶液中含有两种溶质