高考化学一轮复习 第6章 化学反应与能量 第3节 电解池 金属的腐蚀与防护教师用书 新人教版.docx

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第三节　电解池　金属的腐蚀与防护

考纲定位

考情播报

1.了解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。

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。

2016·全国乙卷T11/全国丙卷T11

2015·全国卷ⅡT28

（2）

2014·全国卷ⅠT27（4）/全国卷ⅡT27（3）

2013·全国卷ⅠT10、T27（5）（6）

考点1|电解原理　

[基础知识自查]

1．电解、电解池

2．电解池的构成和工作原理

（1）构成条件

①有与外接直流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）电解池工作原理（以电解CuCl2溶液为例）

（3）电解池中电子、电流和离子的移向

①电子：

负极→阴极，阳极→正极

②电流：

正极→阳极→阴极→负极

③离子：

阳离子→阴极，阴离子→阳极

（4）两极放电（氧化或还原）顺序

①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：

金属（Au、Pt除外）电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。

注：

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阳极材料若是金属电极（Au、Pt除外），溶液中的阴离子不反应，电极金属失电子被氧化。

[应用体验]

1．填写下列表格（均为惰性电极）

[提示]　①4H＋＋4e－===2H2↑　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　H2O　减小　H2O

②Cu2＋＋2e－===Cu　2Br－－2e－===Br2　CuBr2　CuBr2

③2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑　NaCl和H2O　增大　HCl

④2Cu2＋＋4e－===2Cu　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　CuSO4和H2O　减小　CuO

2．用铜作电极电解稀H2SO4溶液，阴、阳极反应式分为

_______________________________________________________________、

_______________________________________________________________，

电解总离子方程式为_________________________________________。

[提示]　2H＋＋2e－===H2↑　Cu－2e－===Cu2＋　Cu＋2H＋

Cu2＋＋H2↑

[考点多维探究]

角度1　电解的原理分析

1.如图所示为用固体二氧化钛（TiO2）生产海绵钛的装置示意图，其原理是TiO2中的氧解离进入熔融盐中而得到钝钛。

下列说法中正确的是（　　）

A．a极是正极，石墨极是阴极

B．反应后，石墨电极的质量不发生变化

C．电解过程中，O2－、Cl－均向a极移动

D．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

D　[TiO2发生还原反应得到纯钛，故加入高纯TiO2的电极是电解池的阴极，a极是电源的负极，石墨极是阳极，A项错误；O2－在阳极发生氧化反应生成O2，高温下，石墨与O2反应生成CO、CO2，导致石墨质量减小，B项错误；电解过程中，阴离子向阳极（石墨极）移动，C项错误；TiO2中的氧解离进入熔融盐而得到纯钛，发生了还原反应，生成了Ti和O2－，D项正确。

]

2．（2015·福建高考）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（　　）

【导学号：

95812154】

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

B　[结合装置图为电解装置，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，在电解池中H＋为阳离子，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。

]

3.图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。

下列判断正确的是（　　）

A．滤纸上c点附近会变红色

B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大

C．Z中溶液的pH先减小，后增大

D．溶液中的SO

向Cu电极定向移动

A　[紫红色斑即MnO

向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极，NaCl溶液中H＋放电，产生OH－，c点附近会变红色，A正确；电解硫酸铜溶液时，Pt为阳极，溶液中的OH－放电：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子，生成铜，总反应式为2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO

向Pt电极移动，B、D不正确；随着电解的进行，Z中溶液变为硫酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH减小，C不正确。

]

阴、阳极的判断方法

（1）根据外接电源：

正极连阳极，负极连阴极。

（2）根据电流方向：

从阴极流出，从阳极流入。

（3）根据电子流向：

从阳极流出，从阴极流入。

（4）根据离子流向：

阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

（5）根据电极产物：

a.阳极：

电极溶解、逸出O2（或极区变酸性）或Cl2；b.阴极：

析出金属、逸出H2（或极区变碱性）。

角度2　电极反应式和电解方程式的书写

4．按要求书写方程式

【导学号：

95812155】

（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）用惰性电极电解Na2CO3溶液

阳极反应式________________________；

总反应方程式________________________________。

（4）用铁作电极电解NaOH溶液

阳极反应式_______________________________________________；

阴极反应式________________________________________________；

总反应方程式_____________________________________________。

（5）用Ag作电极电解稀盐酸

阳极反应式___________________________________________；

阴极反应式____________________________________________；

总反应离子方程式_____________________________________。

（6）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_____________________________________________。

（7）用惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合液（CuSO4与NaCl的物质的量为1∶1），明显分三个阶段，写出三个阶段的阴、阳两极反应式_________________。

[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）4OH－－4e－===H2O＋O2↑

2H2O

2H2↑＋O2↑

（4）Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2

2H＋＋2e－===H2↑

Fe＋2H2O

Fe（OH）2＋H2↑

（5）2Ag－2e－===2Ag＋　2H＋＋2e－===H2↑

2Ag＋2H＋＋2Cl－

2AgCl＋H2↑

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

2Al＋3H2O

Al2O3＋3H2↑

（7）第一阶段：

阴：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳：

2Cl－－2e－===Cl2↑

第二阶段：

阴：

Cu2＋＋2e－===Cu

阳：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

第三阶段：

阴：

2H＋＋2e－===H2↑

阳：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

5．（2015·全国卷Ⅱ改编）实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2（亚氯酸钠）为原料，通过以下过程制备ClO2：

（1）电解时的阴极反应式为___________________________，

阳极反应式为_______________________________________，

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

（2）NaClO2溶液与NCl3溶液反应的化学方程式为_______________。

[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＋2HCl

3H2↑＋NCl3。

（2）由图可知，NCl3溶液中加入NaClO2溶液，得到ClO2和NH3及溶液X，N由＋3价降低为－3价，NaClO2中Cl由＋3价升高到＋4价，生成ClO2，Cl－未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH。

[答案]　

（1）6H＋＋6e－===3H2↑　NH

＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋

NH4Cl＋2HCl

NCl3＋3H2↑

（2）6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH

（1）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＋）。

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，一般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，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。

考点2|电解原理的应用

[基础知识自查]

1．电解饱和食盐水——氯碱工业

（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）。

检验阳极产物的方法是：

用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。

电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。

（2）电解方程式

化学方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

离子方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑

2．电镀与电解精炼铜

注：

①镀层金属作阳极，待镀元件作阴极，电解质溶液含有镀层金属离子。

②电镀铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）减小。

3．电冶金

冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属，必须用电解法。

如电解熔融氯化钠得到钠时：

注：

①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高；②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。

[应用体验]

1．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。

（1）A为________极，X、Y分别是________、________。

（2）离子交换膜的作用：

_____________________________。

（3）a、b、c、d加入或取出的物质分别是________、________、________、________。

[提示]　

（1）阳　Cl2　H2

（2）阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：

2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸

（3）饱和食盐水　稀的NaOH溶液　稀的食盐水　浓NaOH溶液

2．铁片上镀银，铁片作________极，连接电源的________极，________作电镀液，阴极反应式为______________________________________，

阳极反应式为_____________________。

[提示]　阴　负　AgNO3溶液　Ag＋＋e－===Ag　Ag－e－===Ag＋

[考点多维探究]

角度1　电解原理在化工制备方面的应用

1．（2016·潍坊市统考）一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物苯（C6H6）到环己烷（C6H12）的转化。

下列叙述错误的是（　　）

A．导线中电子移动方向为D→A

B．生成目标产物的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12

C．装置图右侧导出的气体是氧气

D．上述过程中电能转化为化学能

A　[根据题图可知，左侧发生苯转化为环己烷的反应，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，B项正确；左侧电极D上发生还原反应，电极D为阴极，则A为电源负极，导线中电子移动方向为电源负极A→电解池阴极D，A项错误；右侧电极E上发生氧化反应：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，导出的气体为氧气，C项正确；题中装置为电解池，电能转化为化学能，D项正确。

]

2．（2017·保定模拟）用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。

其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是（　　）

A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极

B．阳极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．图中的b>a

D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2

B　[根据Na＋和SO

的移向可知Pt（Ⅰ）为阴极，反应为2H＋＋2e－===H2，Pt（Ⅱ）为阳极，反应为SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋。

]

3．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]　产生H2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－

角度2　电镀与精炼金属

4.

（1）粗铜的电解精炼如图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为______________；

若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为

___________________________________________________________。

（2）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是________。

a．电能全部转化为化学能

b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．溶液中Cu2＋向阳极移动

d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

[解析]　

（1）粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。

（2）粗铜的电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收，d正确。

[答案]　

（1）c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中　

（2）bd

5．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________。

[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，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，产物为H2。

[答案]　负　4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

　H2

角度3　电解原理在环境治理方面的应用

6．（2016·全国乙卷）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

B　[电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO

离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B项正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成，故D项错误。

]

7．电镀废水中常含有剧毒的Cr2O

。

该废水处理的一种方法是利用还原剂把Cr2O

还原成毒性较低的Cr3＋，再加碱生成沉淀；另一种方法是向废水中加入适量的NaCl，用Fe作电极进行电解。

下列说法错误的是（　　）

A．电解时，阳极反应式为Fe－2e－===Fe2＋

B．电解过程中，阴极能产生氢气

C．电解过程中，Cr2O

被还原的离子方程式为Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

D．电解过程中，阳极附近生成Fe（OH）3和Cr（OH）3沉淀

D　[电解法处理含铬废水的原理：

用Fe作电极进行电解，Fe被氧化生成Fe2＋，Fe2＋作还原剂把Cr2O

还原成毒性较低的Cr3＋。

电解过程中，H＋在阴极放电生成H2，使阴极附近溶液中的c（H＋）

]

考点3|金属的腐蚀与防护

[基础知识自查]

1．金属腐蚀的两种类型

类型

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属跟具有腐蚀性的化学物质接触

不纯金属或合金跟电解质溶液接触

现象

无电流产生

有电流产生

本质

金属被氧化

较活泼金属被氧化

联系

两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍

2.钢铁电化学腐蚀的两种类型

3.金属的防护

（1）电化学防护

①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理

a．负极：

比被保护金属活泼的金属；

b．正极：

被保护的金属设备。

②外加电流的阴极保护法—电解原理

a．阴极：

被保护的金属设备；

b．阳极：

惰性金属。

（2）改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。

（3）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

[应用体验]

实验探究（如图所示）

（1）若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生______________腐蚀，正极反应式为

____________________________________________，

右试管中现象是_____________________________________。

（2）若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为_______，

右试管中现象是___________________________。

[提示]　

（1）析氢　2H＋＋2e－===H2↑　有气泡冒出

（2）吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　导管内液面上升

[考点多维探究]

角度1　析氢腐蚀与吸氧腐蚀的判断与原理分析

1．利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。

下列说法不正确的是（　　）

A．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小

B．一段时间后，a管液面高于b管液面

C．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀

D．a、b两处具有相同的电极反应式：

Fe－2e－===Fe2＋

A　[左边是发生吸氧腐蚀，右边发生析氢腐蚀。

a处氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，铁失电子生成二价铁离子，氢氧根离子和二价铁离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，所以溶液的pH值变化不大，b处氢离子发生还原反应生成氢气，溶液的pH增大，故A错误。

]

2.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。

实验时观察到：

开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。

（