江苏专用201X版高考化学一轮复习 专题6 化学反应与能量变化 3 第三单元 电解原理 金属的腐.docx

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江苏专用201X版高考化学一轮复习专题6化学反应与能量变化3第三单元电解原理金属的腐

第三单元　电解原理　金属的腐蚀与防护

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、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

　电解原理

[知识梳理]

1．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。

2．电解池（也叫电解槽）

电解池是把电能转化为化学能的装置。

3．电解池的组成和工作原理（以电解CuCl2溶液为例）

总反应方程式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑。

4．电子和离子移动方向

（1）电子：

从电源的负极流向电解池的阴极；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。

5．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）其次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－）。

排出阴、阳两极的放电顺序。

阴极：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Pb2＋>Sn2＋>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。

（3）然后分析电极反应，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。

（4）最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。

6．电解规律（用惰性电极电解）

电解质

电极反应式

被电解

总化学方程式

电解质

溶液

电解质溶

（水溶液）

的物质

或离子方程式

浓度

pH

液复原方法

含氧酸

（如H2SO4）

阳极：

2H2O－4e－===

4H＋＋O2↑

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：

4H2O＋4e－===

2H2↑＋4OH－

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CuCl

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－

盐

CuCl2

Cu＋Cl2↑

减小

加CuCl2固体

2，

除氟化物外）

===Cu

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：

2H2O－4e－===4H＋

＋O2↑

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

[自我检测]

1．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。

（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：

___________________________________________；

总化学方程式：

_________________________________________。

（4）用铜作电极电解盐酸

阳极反应式：

___________________________________________；

阴极反应式：

___________________________________________；

总反应离子方程式：

_____________________________________。

答案：

（1）2H2O－4e－===4H＋＋O2↑

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↑

2．（教材改编）下列关于铜电极的叙述正确的是（　　）

A．铜锌原电池中铜一般作负极

B．电解熔融氯化钠制钠时用铜作阳极

C．在镀件上电镀铜时用金属铜作阳极

D．电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极

解析：

选C。

A项，锌比铜活泼，故铜一般作正极，错误；B项，电解熔融氯化钠时用铜作阳极，阳极上Cl－不能失电子生成Cl2，错误；C项，电镀时，待镀金属作阴极，镀层金属为阳极，正确；D项，电解H2SO4制H2、O2时，阳极必为惰性电极，错误。

（1）阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是电解质溶液（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、Ca、Na、Mg、Al等金属。

　（2016·高考全国卷Ⅰ，11，6分）三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO

可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是（　　）

A．通电后中间隔室的SO

离子向正极迁移，正极区溶液pH增大

B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低

D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成

[解析]　该装置为电解池。

H2O在正（阳）极区放电，生成O2和H＋，正（阳）极区溶液pH减小，中间隔室中的阴离子SO

通过cd离子交换膜移向正（阳）极，故正（阳）极区可得到H2SO4；当电路中通过1mol电子时生成0.25molO2；H2O在负（阴）极区放电，生成OH－和H2，负（阴）极区溶液pH增大，中间隔室中的阳离子Na＋通过ab离子交换膜移向负（阴）极，故负（阴）极区可得到NaOH，A、C、D项错误，B项正确。

[答案]　B

上述例题中装置不变，若向中间隔室里加入的是含NaNO3废水，则两端隔室分别得到什么产物？

若是含NaCl废水呢？

答案：

加入含NaNO3废水时，阳极室得到O2和HNO3，阴极室得到NaOH和H2；加入含NaCl废水时，阳极室得到Cl2，阴极室得到NaOH和H2。

题组一　电解原理和电解规律的考查

1．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

解析：

选D。

以石墨为电极，电解KI溶液，阴离子在阳极的放电能力：

I－>OH－。

阳离子在阴极的放电能力：

H＋>K＋。

所以该电解反应的方程式是2KI＋2H2O

I2＋H2↑＋2KOH。

由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近淀粉遇碘单质变为蓝色；在阴极逸出H2，由于产生OH－，溶液显碱性，使酚酞溶液变为红色。

因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。

2．（2018·唐山高三检测）用石墨电极电解CuCl2溶液（见下图）。

下列分析正确的是（　　）

A．a端是直流电源的负极

B．通电使CuCl2发生电离

C．阳极上发生的反应：

Cu2＋＋2e－===Cu

D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体

解析：

选A。

A项铜离子移向阴极，则a为负极。

B项CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生。

C项反应Cu2＋＋2e－===Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－===Cl2↑。

D项通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。

题组二　电极反应式的书写

3．（2015·高考四川卷）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

解析：

选D。

A.由题干信息可知Cl－在阳极放电生成ClO－，则阳极应为惰性电极，A项正确；B.Cl－在阳极放电生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，B项正确；C.阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O提供阳离子（H＋），C项正确；D.由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D项错误。

4．

（1）PbO2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_________________________________________。

（2）将烧碱吸收H2S后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：

__________________________________________。

解析：

（1）阳极发生氧化反应，即Pb2＋失去电子被氧化生成PbO2，同时考虑盐溶液水解得到的强酸性环境；阴极发生还原反应，即氧化性强的Cu2＋得到电子生成铜；若电解液中不加入Cu（NO3）2，阴极Pb2＋得电子变为Pb，这样就不能有效利用Pb2＋。

（2）①在阴极电解质溶液是NaOH，同时图中显示产生了H2，因此阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；②加入H2SO4后，H＋与S

反应生成S和H2S。

答案：

（1）Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋　石墨上包上铜镀层　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋

（2）①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

②S

＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑

电解池电极反应式的书写——“二判二析一写”

题组三　有关电解的计算

5．（2018·开封高三模拟）用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10－3mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是（　　）

A．阳极上析出3.6mLO2（标准状况）

B．阴极上析出32mgCu

C．阴极上析出11.2mLH2（标准状况）

D．阳极和阴极质量都无变化

解析：

选B。

用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。

当有1×10－3mol的OH－放电时，生成标准状况下的O2为5.6mL，在阴极上析出32mgCu，阴极质量增加。

6．在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。

试回答下列问题：

（1）电源中X为直流电源的________极。

（2）pH变化：

A________，B________，C________。

（填“增大”“减小”或“不变”）

（3）通电5min时，B中共收集224mL（标准状况下）气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________（设电解前后溶液体积无变化）。

（4）若A中的KCl足量且溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为________（设电解前后溶液体积无变化）。

解析：

（1）三个装置是串联的电解池。

电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。

（2）电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。

（3）通电5min时，C中析出0.02molAg，电路中通过0.02mol电子。

B中共收集0.01mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04mol电子，电子转移不守恒。

因此，B中电解分为两个阶段，首先电解CuSO4溶液，生成O2和Cu，然后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。

设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02mol（电子转移守恒），x＋3y＝0.01mol（气体物质的量之和），解得x＝y＝0.0025mol，所以n（CuSO4）＝2×0.0025mol＝0.005mol，c（CuSO4）＝0.005mol÷0.2L＝0.025mol·L－1。

（4）通电5min时，A中放出0.01molH2，溶液中生成0.02molKOH，c（OH－）＝0.02mol÷0.2L＝0.1mol·L－1，pH＝13。

答案：

（1）负　

（2）增大　减小　不变

（3）0.025mol·L－1　（4）13

解电解计算题的常用方法

　电解原理的应用

[知识梳理]

1．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。

2．电镀和电解精炼铜

电镀（以Fe

上镀Cu为例）

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：

（1）电镀时，溶液中离子浓度保持不变；

（2）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

3.电冶金

利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Ca、Na、Mg、Al等。

（1）冶炼钠：

2NaCl

2Na＋Cl2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑；

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na。

（2）冶炼镁：

MgCl2

Mg＋Cl2↑

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑；

阴极：

Mg2＋＋2e－===Mg。

（3）冶炼铝：

2Al2O3

4Al＋3O2↑

阳极：

6O2－－12e－===3O2↑；

阴极：

4Al3＋＋12e－===4Al。

[自我检测]

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）反应Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池。

（　　）

（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。

（　　）

（3）根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。

（　　）

（4）电解是把电能转变成化学能。

（　　）

（5）电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。

（　　）

（6）任何水溶液电解时，必发生氧化还原反应。

（　　）

答案：

（1）√　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）√　（6）√

2．下列描述中，符合生产实际的是________（填序号）。

①电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

②电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

③电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

④在镀件上电镀锌，用锌作阳极

解析：

①中电解熔融的氧化铝制取金属铝，应用石墨作阳极，若用铁作阳极，铁会被氧化。

答案：

②③④

　（2017·高考全国卷Ⅱ，11，6分）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H2SO4H2C2O4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．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al

D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动

[解析]　利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。

[答案]　C

（2017·高考海南卷）一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。

下列叙述错误的是（　　）

A．Pd电极b为阴极

B．阴极的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3

C．H＋由阳极向阴极迁移

D．陶瓷可以隔离N2和H2

解析：

选A。

此装置为电解池，总反应是N2＋3H2

2NH3，Pd电极b上是氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；H＋在阴极上与N2反应，则H＋由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。

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

解析：

选D。

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，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，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．金属镍有广泛的用途。

粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：

氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋）（　　）

A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni

B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等

C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋

D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt

解析：

选D。

阳极应发生氧化反应：

Ni－2e－===Ni2＋，A错；由于Fe、Zn的还原性大于Ni，所以阳极同时还发生：

Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋，比较两电极反应，因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等，当两极通过的电量相等时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，B错；纯镍作阴极，电解质溶液中需含有Ni2＋，因Ni2＋的氧化性大于Fe2＋和Zn2＋，所以溶液中阳离子有Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋，C错；Cu、Pt还原性小于Ni，所以不反应，D正确。

题组二　电解原理的“不寻常”应用

3．（2018·泉州高三检测）工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。

已知：

①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解

②氧化性：

Ni2＋（高浓度）＞H＋＞Ni2＋（低浓度）

下列说法不正确的是（　　）

A．碳棒上发生的电极反应：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少

C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH

D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变

解析：

选B。

A项，电极反应式为阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：

Ni2＋＋2e－===Ni、2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，由于C中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C移向B，A中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A移向B，所以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋（低浓度）的氧化性，所以为了提高Ni的产率

，电解过程需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。

4．

（1）根据2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O设计图示装置（均为惰性电极）电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的______极，其电极反应式为_______________

________________________________________________________________________。

（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。

①A极为________，电极反应式为________________________________。

②B极为________，电极反应式为____________________