高考化学大一轮复习 第六章 化学反应与能量 第三讲 电解池金属腐蚀与防护讲义.docx

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高考化学大一轮复习第六章化学反应与能量第三讲电解池金属腐蚀与防护讲义

2019-2020年高考化学大一轮复习第六章化学反应与能量第三讲电解池金属腐蚀与防护讲义

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考纲要求

真题统计

命题趋势

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。

xx，卷Ⅱ28T

（2）；

xx，卷Ⅰ27T（4）；

xx，卷Ⅱ27T（3）

　　预计xx年高考仍将重点考查电解池的工作原理，如阴阳极的判断、电极反应式的书写及溶液pH的变化等；借助电解原理进行的工业实际问题如新材料的制取等。

复习备考时应注重电解原理的实质，从氧化还原反应的角度认识电化学，注重与元素化合物、有机化学、电解质溶液、化学实验设计、新能源等知识的联系。

考点一　电解原理[学生用书P145]

一、电解

使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

在此过程中，电能转化为化学能。

二、电解池

1．电解池的构成条件

（1）有与电源相连的两个电极。

（2）两个电极插入电解质溶液（或熔融盐）中。

（3）形成闭合回路。

2．电极名称及电极反应式

以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：

总反应方程式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑。

3．电解池中电子和离子的移动

（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。

三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写

1．判断电解池的阴、阳极

（1）根据外接电源的正、负极判断

电源正极连接阳极；电源负极连接阴极。

（2）根据电极产物判断

电极溶解、逸出O2（或电极区变酸性）或逸出Cl2的为阳极；析出金属、逸出H2（或电极区变碱性）的为阴极。

2．电极反应式的书写步骤

（1）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－）。

（2）排出阴、阳两极的放电顺序

①阳极

活性电极（Zn、Fe、Cu等）：

电极材料失电子；

惰性阳极（Pt、Au、石墨等）：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。

②阴极

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸中）>Fe2＋>Zn2＋。

（3）写出两极电极反应式

①阳极：

活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。

②阴极：

溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。

（4）写出电解总反应式

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

1．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）

电极反应式

被电

解的

物质

总化学方程式

或离子方程式

电解

质浓

度变

化

溶液

pH

变化

电解质溶

液复原

方法

含氧酸

（如

H2SO4）

　阳极：

____________________________________　

　阴极：

________________________________________________　

加______

强碱（如

NaOH）

　阳极：

____________________________________________________________　

　阴极：

____________________________________________________________　

加______

活泼金属

的含氧酸

盐（如

KNO3、

Na2SO4）

　阳极：

____________________________________________________________　

　阴极：

________________________________________________________________________　

加______

无氧酸

（如HCl，

除HF外）

　阳极：

____________________________________________________________　

　阴极：

____________________________________________________________　

续　表

电解质

（水溶液）

电极反应式

被电

解的

物质

总化学方程式

或离子方程式

电解

质浓

度变

化

溶液

pH

变化

电解质溶

液复原

方法

不活泼金

属的无氧

酸盐（如

CuCl2，

除氟化

物外）

　阳极：

_______________________________________________________________　

　阴极：

_______________________________________________________________　

加______

活泼金属

的无氧酸

盐（如

NaCl）

　阳极：

_______________________________________________________________　

　阴极：

_____________________________________________　

水和

盐

生成

新电

解质

不活泼金

属的含氧

酸盐（如

CuSO4）

　阳极：

_______________________________________________________________　

　阴极：

_______________________________________________________________　

2Cu2＋＋2H2O

2Cu＋O2↑

＋4H＋

生成

新电

解质

加______

（1）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？

电解质溶液的复原遵循什么原则？

（2）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：

（从左到右，从上到下）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

4H＋＋4e－===2H2↑　水　2H2O

O2↑＋2H2↑　增大　减小　水

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4H＋＋4e－===2H2↑　水

2H2O

O2↑＋2H2↑　增大　增大　水

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4H＋＋4e－===2H2↑　水

2H2O

O2↑＋2H2↑　增大　不变　水

2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　酸　2HCl

Cl2↑＋H2↑　减小　增大　通入HCl气体

2Cl－－2e－===Cl2↑　Cu2＋＋2e－===Cu　盐　CuCl2

Cu＋Cl2↑　减小　CuCl2

2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－　增大　通入HCl气体

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　2Cu2＋＋4e－===2Cu　水和盐　减小　CuO（或CuCO3）

（1）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。

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。

（2）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不可以，加入Cu（OH）2固体会使溶液的浓度比原来低。

2．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）用铜作电极电解NaCl溶液

阳极反应式：

________________________________________________________________________；

阴极反应式：

________________________________________________________________________；

总反应化学方程式：

________________________________________________________________________。

（4）用铜作电极电解HCl溶液

阳极反应式：

________________________________________________________________________；

阴极反应式：

________________________________________________________________________；

总反应离子方程式：

________________________________________________________________________。

解析：

注意阳极若是活性材料，则阳极金属失电子形成离子。

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）Cu－2e－===Cu2＋

2H＋＋2e－===H2↑

Cu＋2H2O

Cu（OH）2↓＋H2↑

（4）Cu－2e－===Cu2＋

2H＋＋2e－===H2↑

Cu＋2H＋

Cu2＋＋H2↑

名师点拨

　电解过程中溶液pH的变化规律

（1）电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH增大。

（2）电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH减小。

（3）电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解H2O。

①若原溶液为酸性溶液，则溶液的pH减小；

②若原溶液为碱性溶液，则溶液的pH增大；

③若原溶液为中性溶液，则溶液的pH不变。

　（xx·高考福建卷）某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料（C3H8O）。

下列说法正确的是（　　）

A．该装置将化学能转化为光能和电能

B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移

C．每生成1molO2，有44gCO2被还原

D．a电极的反应为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O

[解析]　该装置为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，H＋为阳离子，在电解池中向a极（阴极）区移动，B项正确；右侧H2O→O2发生的是氧化反应，每生成1molO2，转移4mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是－2，3CO2→C3H8O，转移18mol电子，故生成1molO2消耗2/3molCO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：

3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。

[答案]　B

写出例1中b电极上的反应式以及该装置的总反应的化学方程式。

答案：

b电极上的电极反应式：

2H2O－4e－===O2＋4H＋；

总反应的化学方程式：

6CO2＋8H2O===9O2＋2C3H8O。

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。

[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＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、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～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。

题组一　电解原理的考查

1．（教材改编）判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）电解是将电能转化为化学能。

（　　）

（2）电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。

（　　）

（3）电解池的阳极和原电池的正极都发生氧化反应。

（　　）

（4）电解NaCl溶液的阳极反应一定是2Cl－－2e－===Cl2↑。

（　　）

解析：

原电池的正极发生还原反应，（3）错；电解NaCl溶液时若用活泼金属作阳极，则活泼金属失电子，（4）错。

答案：

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）×

2．（xx·高考上海卷）如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中。

下列分析正确的是（　　）

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001mol气体

解析：

选B。

K1闭合构成原电池，铁是活泼的金属，铁棒是负极，铁失去电子，发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋；石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，A不正确，B正确。

K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电产生氢气，铁不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法；石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，两极电极反应式分别为2H＋＋2e－===H2↑、2Cl－－2e－===Cl2↑，电路中通过0.002NA个电子时，两极均产生0.001mol气体，共计是0.002mol气体，C、D均不正确。

题组二　电极反应式的书写

3．[xx·高考全国卷Ⅱ，27－（3）]PbO2也可以通过石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液电解制取。

阳极发生的电极反应式为________________________________________________________________________。

阴极上观察到的现象是________________________________________________________________________；

若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式为________________________________________________________________________，

这样做的主要缺点是________________________________________________________________________。

解析：

电解池的阳极发生失电子反应（氧化反应），因为Pb2＋→PbO2属于氧化反应，所以发生的电极反应为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；由于Cu2＋的放电能力强于

Pb2＋，故阴极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，则阴极产生的现象是石墨上包上铜镀层；若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极发生的电极反应式为Pb2＋＋2e－===Pb，这样一来就不能有效利用Pb2＋。

答案：

Pb2＋＋2H2O－2e－

PbO2＋4H＋　石墨上包上铜镀层　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋

4．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、阳两极的产物并写出电极反应方程式。

（1）阳极

产物：

____________________；

电极反应：

________________________________________________________________________。

（2）阴极

产物：

____________________；

电极反应：

________________________________________________________________________。

解析：

在混合液中，尤其注意离子的放电顺序，溶液中的阴离子有Cl－、SO

、OH－，放电顺序为Cl－>OH－>SO

，阳离子有Na＋、Cu2＋、H＋，放电顺序为Cu2＋>H＋>Na＋，结合题中“两极均有两种产物产生”，按顺序写出电极反应式即可。

答案：

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

（2）Cu、H2　Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑

书写电解池电极方程式的四个常见失分点

（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应离子方程式时，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，且总反应式注明条件“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。

考点二　电解原理的应用[学生用书P147]

一、电解饱和食盐水

1．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）。

2．总反应化学方程式及离子方程式

化学方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；

离子方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

3．应用：

氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。

二、电镀和电解精炼铜

电镀（Fe表面镀Cu）

电解精炼铜

阳极

电极材料

镀层金属铜

粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）

电极反应

Cu－2e－===Cu2＋

Zn－2e－===Zn2＋

Fe－2e－===Fe2＋

Ni－2e－===Ni2＋

Cu－2e－===Cu2＋

阴极

电极材料

待镀金属铁

纯铜

电极反应

Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶液

含Cu2＋的盐溶液

注：

电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥

三、电冶金

利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。

1．冶炼钠

2NaCl

2Na＋Cl2↑

电极反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑；

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na。

2．冶炼镁

MgCl2

Mg＋Cl2↑

电极反应：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑；

阴极：

Mg2＋＋2e－===Mg。

3．冶炼铝

2Al2O3

4Al＋3O2↑

电极反应：

阳极：

6O2－－12e－===3O2↑；

阴极：

4Al3＋＋12e－===_4Al。

1．（教材改编）连一连。

（a）原电池负极

（b）原电池正极　　　　　　　　　

（1）氧化反应

（c）电解池阳极

（d）电镀池镀件

（e）氯碱工业生成H2的电极

（2）还原反应

（f）电解精炼的粗铜

答案：

（a）—

（1）　（b）—

（2）　（c）—

（1）　（d）—

（2）　（e）—

（2）　（f）—

（1）

2．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________，电极反应式为________________________________________。

（2）B极为________，电极反应式为________________________________________。

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。

答案：

（1）阳极　CO（NH2）2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO

＋6H2O　

（2）阴极　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

名师点拨

在电解原理的几个常见应用中，电镀和电解精炼铜比较相似，但注意区别：

电镀过程中，溶液中离子浓度不变，电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上Cu2＋被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化，同时阴、阳两极的质量变化也不相等。

　（xx·高考上海卷）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。

下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：

（1）离子交换膜的作用为________________________________________________________________________、

____________________________________。

（2）精制饱和食盐水从图中________位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。

（选填“a”“b”“c”或“d”）

[解析]　

（1）图中的离子交换膜只允许阳离子通过，是阳离子交换膜，不能使阴离子和气体通过，这样就可以阻止阳极的Cl－和产生的Cl2进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高；同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应而爆炸。

（2）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。

精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H＋不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b位置不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀