部编版高考化学一轮综合复习 第六章 第22讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护练习.docx

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部编版高考化学一轮综合复习第六章第22讲电解池金属的电化学腐蚀与防护练习

第22讲　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

考纲要求

　1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

2.了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．电解和电解池

（1）电解：

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）电解池：

电能转化为化学能的装置。

（3）电解池的构成

①有与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．电解池的工作原理

（1）电极名称及电极反应式（电解CuCl2溶液为例）

总反应式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑

（2）电子和离子的移动方向

①电子：

从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。

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。

3．阴阳两极上放电顺序

（1）阴极：

（与电极材料无关）。

氧化性强的先放电，放电顺序：

（2）阳极：

若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。

若是惰性电极作阳极，放电顺序为

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、最重要的放电顺序为阳极：

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．用惰性电极电解电解质溶液的规律

类型

实例

电极反应式

电解对象

溶液pH变化

溶液复原

电解

水型

含氧酸

H2SO4

阳极：

________

阴极：

________

总反应：

________

水

强碱

NaOH

活泼金属的含氧酸盐

KNO3

电解电解质型

无氧酸

（氢氟酸除外）

HCl

阳极：

________

阴极：

________

总反应：

________

不活泼金属的无氧酸盐

CuCl2

阳极：

________

阴极：

________

总反应：

________

放氢生碱型

活泼金属的无氧酸盐

NaCl

阳极：

________

阴极：

________

总反应：

________

放氧生酸型

不活泼金属的含氧酸盐

AgNO3

阳极：

________

阴极：

________

总反应：

________

答案　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　4H＋＋4e－===2H2↑　2H2O

2H2↑＋O2↑　减小　增大　不变　水　2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　2HCl

H2↑＋Cl2↑　HCl　增大　HCl　2Cl－－2e－===Cl2↑　Cu2＋＋2e－===Cu　CuCl2

Cu＋Cl2↑　CuCl2　CuCl2　2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　2NaCl＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2NaOH　NaCl和H2O　增大　HCl　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　4Ag＋＋4e－===4Ag4AgNO3＋2H2O

4Ag＋O2↑＋4HNO3　AgNO3和H2O　减小　Ag2O　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

电解基础知识

（1）电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程（√）

（2）某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现（√）

（3）电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应（√）

（4）直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极（×）

（5）电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极（×）

（6）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（×）

（7）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大（×）

（8）电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小（×）

1．根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?

答案　Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。

电解反应式为阳极：

Cu－2e－===Cu2＋，阴极：

2H＋＋2e－===H2↑。

总反应式：

Cu＋2H＋

Cu2＋＋H2↑。

2．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu（OH）2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？

答案　4NA

解析　方法一：

98gCu（OH）2的物质的量为1mol，相当于电解了1mol的CuSO4后，又电解了1mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。

方法二：

可以认为整个电路中转移的电子数与Cu（OH）2的O2－失电子数相等，共4NA。

题组一　电解规律及电极产物的判断

1．（2017·天津市实验中学高三模拟）以石墨为电极，电解KI溶液（含有少量的酚酞和淀粉）。

下列说法错误的是（　　）

A．阴极附近溶液呈红色B．阴极逸出气体

C．阳极附近溶液呈蓝色D．溶液的pH变小

答案　D

解析　以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O

2KOH＋H2↑＋I2（类似于电解饱和食盐水），阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。

由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝（淀粉遇碘变蓝），阴极附近的溶液会变红（溶液呈碱性），A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。

2．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，Mg（OH）2沉淀的pH＝9），接通电源一段时间后A管产生白色沉淀，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管中发生的反应：

_______________________________________________。

（3）写出B管中发生的反应：

____________________________________________________。

（4）检验b管中气体的方法是______________________________________________________。

（5）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是__________________。

答案　

（1）①④

（2）2H＋＋2e－===H2↑、Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓

（或2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg（OH）2↓）

（3）4OH－－4e－===2H2O＋O2↑（或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋）

（4）用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃

（5）溶液呈红色，白色沉淀溶解

解析　电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，导致阳极附近溶液呈酸性；阴极上氢离子放电生成氢气，同时有氢氧根离子生成，氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，溶液呈弱碱性。

题组二　电极反应式的书写与判断

3．按要求书写电极反应式和总反应方程式：

（1）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：

___________________________________________________________。

（2）用Al作电极电解NaOH溶液

阳极反应式：

______________________________________________________________；

阴极反应式：

_________________________________________________________________；

总反应离子方程式：

______________________________________________________________。

答案　

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑

Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg（OH）2↓

Mg2＋＋2Cl－＋2H2O

Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑

（2）2Al－6e－＋8OH－===2AlO

＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－（或6H＋＋6e－===3H2↑）

2Al＋2H2O＋2OH－

2AlO

＋3H2↑

4．锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。

（1）MnO2可作超级电容器材料。

用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是__________________。

MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，已知碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO（OH）＋Zn（OH）2，碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是________________________________________________________________________。

（2）硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。

由硫化氢获得硫单质有多种方法。

将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。

电解过程中阳极区发生如下反应：

S2－－2e－===S　（n－1）S＋S2－===S

①写出电解时阴极的电极反应式：

_________________________________________________

________________________________________________________________________。

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________________________。

（3）电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是____________，说明理由：

________________________________________。

答案　

（1）Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋　MnO2＋H2O＋e－===MnO（OH）＋OH－

（2）①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②S

＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑

（3）NH3　根据总反应：

8NO＋7H2O

3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的HNO3多，应补充NH3

解析　

（1）Mn的化合价从＋2价升到＋4价，失电子发生氧化反应，则阳极电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。

碱性锌锰干电池中，MnO2作为正极，发生还原反应，其电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnO（OH）＋OH－。

（2）①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。

②由题给反应可知，阳极区生成了S

，S

可以理解为（n－1）S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。

（3）根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：

阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===3NH

＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===5NO

＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O

3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。

做到“三看”，正确书写电极反应式

（1）一看电极材料，若是金属（Au、Pt除外）作阳极，金属一定被电解（注：

Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋）。

（2）二看介质，介质是否参与电极反应。

（3）三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。

题组三　有关电解的计算

5．（2018·兰州质检）将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g（设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化），此时溶液中氢离子浓度约为（　　）

A．4×10－3mol·L－1B．2×10－3mol·L－1

C．1×10－3mol·L－1D．1×10－7mol·L－1

答案　A

解析　根据2CuSO4＋2H2O

2Cu＋2H2SO4＋O2↑，得：

n（H＋）＝2n（H2SO4）＝2n（Cu）＝2×

＝0.002mol，c（H＋）＝

＝4×10－3mol·L－1。

6．500mLKNO3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

答案　A

解析　石墨作电极电解KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：

Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。

从收集到O2为2.24L可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol。

电解前后分别有以下守恒关系：

c（K＋）＋2c（Cu2＋）＝c（NO

），c（K＋）＋c（H＋）＝c（NO

），不难算出：

电解前c（K＋）＝0.2mol·L－1，电解后c（H＋）＝0.4mol·L－1。

电化学综合计算的三种常用方法

（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

根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：

　　　阳极产物　　　　　　阴极产物

（式中M为金属，n为其离子的化合价数值）

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。

考点二　电解原理的应用

1．氯碱工业

（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

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

（3）氯碱工业生产流程图

2．电镀

下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）

2Na＋Cl2↑

电极反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：

2Na＋＋2e－===2Na。

（2）冶炼铝

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

电极反应：

阳极：

6O2－－12e－===3O2↑；

阴极：

4Al3＋＋12e－===4Al。

有关电解原理的应用

（1）在镀件上电镀铜时，镀件与电源的正极连接（×）

（2）在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液（√）

（3）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（×）

（4）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）均保持不变（×）

（5）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3（×）

（6）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（√）

（7）用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌（×）

（1）电解过程中，阳离子交换膜的作用为只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过。

（2）电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐减小，而B中CuSO4溶液浓度基本不变。

（3）下图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜

阳极反应式：

2Al－6e－＋6HCO

===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O；

阴极反应式：

6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－。

题组一　应用电解原理制备物质

1．下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2（阴极）中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。

下列说法中正确的是（　　）

A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑

B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动

D．石墨电极的质量不发生变化

答案　B

解析　电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D项错误，只有B项正确。

2．（2017·山西质检）采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。

下图是利用此法制备ZnC2O4的示意图（电解液不参与反应）。

下列说法中正确的是（　　）

A．Zn与电源的负极相连

B．ZnC2O4在交换膜右侧生成

C．电解的总反应为2CO2＋Zn

ZnC2O4

D．通入11.2LCO2时，转移0.5mol电子

答案　C

解析　电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O

形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。

题组二　精练和电镀

3．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。

下列叙述正确的是（　　）

A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极

B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应

C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu

D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥

答案　C

解析　根据电解池原理，粗铜作阳极，比铜活泼的Zn、Fe等杂质发生氧化反应，比Cu不活泼的金属单质，如Ag、Au等在阳极底部沉积；精铜作阴极，只发生Cu2＋＋2e－===Cu。

4．离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。

由有机阳离子、Al2Cl

和AlCl

组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为____________________。

若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。

答案　负　4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

　H2

解析　电镀时，镀件作阴极，即钢制品作阴极，接电源负极，根据阴极生成Al可知反应式为4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

。

若改为AlCl3水溶液作电解液，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，产物为H2。

题组三　应用电解原理治理污染

5．（2018·包头模拟）电浮选凝聚法处理污水的原理如图所示。

电解过程生成的胶体能使污水中的悬浮物凝聚成团而除去，电解时阳极也会产生少量气体。

下列说法正确的是（　　）

A．可以用铝片或铜片代替铁片

B．阳极产生的气体可能是O2

C．电解过程中H＋向阳极移动

D．若污水导电能力较弱，可加入足量硫酸

答案　B

解析　电解原理是铁作阳极发生氧化反应生成Fe2＋，阴极水中H＋放电生成H2，阳极区生成胶体吸附水中悬浮杂质沉降而净水。

A项，铜盐无净水作用，错误；B项，阳极可能有少量OH－放电，正确；C项，H＋在阴极放电，错误；D项，加入的硫酸会与胶体反应，错误。

6．用下图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，CN－与阳极产生的ClO－反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是（　　）

A．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O

C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O

答案　D

解析　阳极产生ClO－，发生的反应为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，所以阳极一定是石墨电极而不是铁电极，A、B两项正确；阴极是H＋得电子产生H2，C项正确；溶液的pH为9～10，显碱性，因而除去CN－的反应为2CN－＋5ClO－＋2OH－===N2↑＋2CO

＋5Cl－＋H2O，D项错误。

题组四　应用金属材料表面处理

7．以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

阳极反应式：

____________________________________________________________；

阴极反应式：

_______________________________________________________________；

总反应方程式：

______________________________________________________________。

答案　2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2O

Al2O3＋3H2↑

8．（2017·全国卷Ⅱ，11）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。

下列叙述错误的是（　　）

A．待加工铝质工件为阳极

B．可选用不锈钢网作为阴极

C．阴极的电极反应式：

Al3＋＋3e－===Al

D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

答案　C

解析　A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。

微专题

　隔膜在电化学中的功能

1．常见的隔膜

隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成