版高考化学一轮复习第六章化学反应与能量第21讲电解池金属电化学腐蚀与防护讲义.docx

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版高考化学一轮复习第六章化学反应与能量第21讲电解池金属电化学腐蚀与防护讲义

第21讲　电解池　金属电化学腐蚀与防护

[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（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。

1．电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？

答案：

一定有化学反应发生，因为在电解池的两极有电子转移，发生了氧化还原反应，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。

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

阳极反应式________________________________________________________________________；

阴极反应式________________________________________________________________________；

总反应离子方程式________________________________________________________________________。

（5）用惰性电极电解熔融MgCl2

阳极反应式________________________________________________________________________；

阴极反应式________________________________________________________________________；

总反应离子方程式________________________________________________________________________。

答案：

（1）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

4Ag＋＋4e－===4Ag

4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋

（2）2Cl－－2e－===Cl2↑

2H＋＋2e－===H2↑

Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑

（3）Fe－2e－===Fe2＋

2H＋＋2e－===H2↑

Fe＋2H2OFe（OH）2↓＋H2↑

（4）Cu－2e－===Cu2＋

2H＋＋2e－===H2↑

Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑

（5）2Cl－－2e－===Cl2↑

Mg2＋＋2e－===Mg

Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑

考向1　电极反应、电解反应方程式的书写

（1）[2015·高考全国卷Ⅱ，28

（2）]实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：

电解时发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

（2）（2014·高考全国卷Ⅱ，T27节选）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]　

（1）由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，结合质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3。

（2）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]　

（1）NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3

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

「思维建模」　　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。

1.

电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。

在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。

已知：

3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O，下列说法不正确的是（　　）

A．右侧发生的电极反应式：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

B．电解结束时，右侧溶液中含有IO

C．电解槽内发生反应的总化学方程式：

KI＋3H2OKIO3＋3H2↑

D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变

解析：

选D。

该电解槽的两极均为惰性电极（Pt），在一定条件下通电，发现左侧溶液变蓝色，说明发生电极反应：

2I－－2e－===I2，由淀粉溶液遇单质碘显蓝色可知，左侧为阳极，右侧为阴极，阴极上溶液中的H＋得电子发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－（或2H＋＋2e－===H2↑），A项正确。

阴极周围溶液中产生的OH－经阴离子交换膜移向左侧，并与左侧电极上产生的I2发生反应：

3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O，一段时间后，蓝色逐渐变浅，电解结束时，左侧溶液中的IO经阴离子交换膜进入右侧溶液，B项正确。

结合阴、阳极发生的反应及I2与OH－的反应可知，电解槽内总反应为I－＋3H2OIO＋3H2↑，C项正确。

若用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内总反应为2I－＋2H2OI2＋H2↑＋2OH－，D项错。

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－

正确书写电极反应式技巧

（1）做到“三看”

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＋）。

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。

（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，且应注明条件“电解”。

③电解水溶液时，应注意放电顺序在H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。

考向2　电解原理及规律

（2015·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（C