届高考化学一轮复习电解池 金属的电化学腐蚀与防护.docx
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届高考化学一轮复习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
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）电子和离子的移动方向
特别提醒 电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。
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
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
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
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
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
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
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
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？
在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？
答案 放H2生碱型实质是水电离出H＋在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH－浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出OH－在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，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）①若通电一段时间，CuSO4未电解完（即Cu2＋未全部放电），使溶液复原应加入CuO，而加入Cu（OH）2会使溶液的浓度降低。
②若Cu2＋全部放电，又继续通电一段时间（此时电解水），要使溶液复原应加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏高。
4.若用惰性电极电解饱和的Na2SO4溶液，此时溶液的浓度和pH怎样发生变化？
为什么？
答案 溶液浓度和pH均不发生变化，因为用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，实质是电解水，会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，所以浓度和pH值均不变。
题组一 电解原理和电解规律的考查
1.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 SO
、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、C均错。
2.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。
则下列说法正确的是（ ）
A.电解过程中阴极没有气体生成
B.电解过程中转移的电子的物质的量为0.4mol
C.原CuSO4溶液的浓度为0.1mol·L－1
D.电解过程中阳极收集到的气体体积为1.12L（标况下）
答案 B
解析 由2CuSO4＋2H2O
2Cu＋2H2SO4＋O2↑知，如CuSO4未电解完，加CuO即可复原，而加入Cu（OH）2相当于加入CuO·H2O，故CuSO4电解完后，还电解了部分水。
电解析出了0.1molCu，转移电子0.2mol，而电解0.1molH2O转移电子0.2mol，故转移的电子的总物质的量为0.4mol。
题组二 突破电极反应式、电解总方程式的书写
3.按要求书写电极反应式和总方程式
（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）用Al作电极电解NaOH溶液
阴极反应式________________________________________________；
阳极反应式____________________________________________________；
总反应离子方程式_____________________________________________。
（6）用惰性电极电解熔融MgCl2
阴极反应式_____________________________________________；
阳极反应式________________________________________________；
总反应离子方程式______________________________________________________。
答案
（1）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O
4Ag＋O2↑＋4H＋
（2）2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2O
Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑
（3）Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H2O
Fe（OH）2↓＋H2↑
（4）Cu－2e－===Cu2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋
Cu2＋＋H2↑
（5）6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－或6H＋＋6e－===3H2↑
2Al－6e－＋8OH－===2AlO
＋4H2O
2Al＋2H2O＋2OH－
2AlO
＋3H2↑
（6）Mg2＋＋2e－===Mg
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2Cl－
Mg＋Cl2↑
4.
（1）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_____。
（2）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
（1）2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
（2）Al＋3HCO
－3e－===Al（OH）3↓＋3CO2↑
解析
（1）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；
（2）Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO
水解显碱性，两者水解互相促进，生成Al（OH）3和CO2。
1.体会书写步骤
以石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式的书
写为例。
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：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
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“三个”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、盐电解有关的实验设计
5.某课外活动小组设计了如图所示装置，调节滑动变阻器，在电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验（此时，打开止水夹a，关闭止水夹b）。
由于粗心，实验并未达到预期目的，但也看到了令人高兴的现象。
请帮助他们分析并回答下列问题（图中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过）：
（1）写出B装置中的电极反应式：
Pt极________________________________________________________________________；
Fe极________________________________________________________________________。
（2）写出观察到的A装置中的现象：
①________________________________________________________________________；
②________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________。
（3）当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b，再观察C装置。
若无现象，说明理由；若有现象，请写出有关反应方程式___________________________。
（4）若想达到电解NaCl溶液的目的，应如何改进装置，请提出你的意见________________。
答案
（1）2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑） Fe－2e－===Fe2＋
（2）①A装置烧杯中的H2O倒吸进烧瓶并产生红色喷泉 ②烧瓶中液面上升到高于左侧导管口一定程度后又逐渐下落至与导管口相平 ③最后烧杯中溶液呈红色，导管口有气泡逸出
（3）Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3[或4Fe2＋＋8OH－＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3↓]
（4）把Fe电极换成C、Pt等惰性电极（或将装置中两电极调换位置等）
解析
（1）据图知，Pt极是阴极，氢离子放电生成氢气，故电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑（或写成2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑）；Fe极为阳极，属活泼电极，故电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
（2）打开止水夹a、关闭止水夹b时，生成的氢气进入烧瓶，压强增大，将氨气压出，氨气将导管内空气排出后，与烧杯中水接触而开始溶解，引起A装置烧杯中的H2O倒吸进烧瓶产生红色喷泉；但由于氢气不溶于水，故烧瓶中液面上升到高于左侧导管口一定程度后又逐渐下落至导管口相平；最终烧杯中溶液呈红色，导管口有气泡（氢气）逸出。
（3）关闭止水夹a、打开止水夹b，Pt极产生的氢气，会将电解质溶液压入烧杯C中，发生反应：
Fe2＋＋2OH－===Fe（OH）2↓，4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3[或4Fe2＋＋8OH－＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3↓]。
（4）若想达到电解NaCl溶液的目的，应把Fe电极换成C、Pt等惰性电极或将装置中两电极调换位置等。
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
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：
2Cl－＋2H2O
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）
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。
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。
题组一 电解原理的“常规”应用
1.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
答案 D
解析 氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。
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________（填字母序号）。
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
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
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
Fe（OH）2↓＋H2↑。
题组二 电解原理的“不寻常”应用
（一）处理废水
3.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，原理示意图如下，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
阳极：
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。
（二）制备物质
4.电解尿素[CO（NH2）2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：
电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。
（1）A极为________，电__________________________________________。
（2）B极为________，电极反应式为_____________________________________。
答案
（1）阳极 CO（NH2）2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO
＋6H2O
（2）阴极 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
解析 H2产生是因为H2O电离的H＋在阴极上得电子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO（NH2）2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO
＋6H2O，阳极反应式容易错写成4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
（三）处理废气
5.用NaOH溶液吸收烟气中
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