届高考化学总复习第6章化学反应与能量变化第3讲电解池金属的腐蚀与防护配套练习新人教版.docx

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届高考化学总复习第6章化学反应与能量变化第3讲电解池金属的腐蚀与防护配套练习新人教版

第3讲　电解池、金属的腐蚀与防护

【2019·备考】

最新考纲：

1.理解电解池的构成、工作原理及应用。

2.能书写电极反应和总反应方程式。

3.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。

考点一　电解原理

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

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形成闭合电路。

（2）电极名称及电极的反应式（如图）

（3）电子和离子的移动方向（惰性电极）

4．电解过程

（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。

说明　不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。

（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。

说明　①“活泼电极”一般指Pt、Au以外的金属。

②最常用的放电顺序：

阳极：

活泼金属>Cl－>OH－；阴极：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。

（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。

名师助学：

在掌握放电顺序的基础上，总结用惰性电极电解电解质的规律，是灵活运用电解原理的基础。

1．电解水型

规律：

H＋、OH－放电，电解质形成的阳离子要么是H＋，要么是放电顺序排在H＋之后的活泼性较强的金属对应的阳离子；阴离子要么是OH－，要么是放电顺序排在OH－之后的含氧酸根等。

实例

电解质

（水溶液）

电极

方程式

电解

物质

总化学

方程式

电解质

浓度

溶液

pH

溶液

复原

含氧酸（如H2SO4）

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

H2O

2H2O

O2↑

＋2H2↑

增大

减小

加

H2O

强碱（如NaOH）

增大

加

H2O

活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）

不变

加

H2O

2.电解电解质型

规律：

电解质形成的阴、阳离子放电，电解质电离形成的阴、阳离子要么是H＋、OH－，要么是放电顺序排在H＋、OH－之前的对应离子。

实例：

电解质

（水溶液）

电极

方程式

电解

物质

总化学

方程式

电解质

浓度

溶液

pH

溶液

复原

无氧酸（如HCl），除HF外

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

酸

2HCl

H2↑＋Cl2↑

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↑

加

CuCl2

固体

3.电解电解质和水型

规律：

放电离子分别是水电离形成的H＋或OH－以及电解质形成的阴离子或阳离子。

实例1　放H2生碱型

电解质

（水溶液）

电极

方程式

电解

物质

总化学

方程式

电解质

浓度

溶液

pH

溶液

复原

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

实例2　放O2生酸型

电解质

（水溶液）

电极

方程式

电解

物质

总化学

方程式

电解质

浓度

溶液

pH

溶液

复原

不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋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

题组一　电解原理的理解及电解规律的应用

1．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是（　　）

解析　A项，该装置是原电池装置，H＋放电生成氢气，溶液的pH增大，A项错误；B项，阳极：

Cu－2e－＋2OH－===Cu（OH）2↓，阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为：

Cu＋2H2O

Cu（OH）2＋H2↑，pH增大，B项错误；电解食盐水，总反应为：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成氢氧化钠使溶液的pH增大，C项错误；电解硫酸铜溶液的总反应为：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液的pH减小，D项正确。

答案　D

2．（2018·宜昌期末）用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。

电解过程实验数据如图乙所示。

横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。

下列说法不正确的是（　　）

A．A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态

B．电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生

C．Q点时M、N两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同

D．若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变

解析　惰性材料作电极，在阳极上H2O先放电，即阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，在阴极，Cu2＋先放电，即阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，P点后，气体体积突然增大，说明P点Cu2＋消耗完全，P点后，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，即A点是电解完CuSO4后，又电解了一部分水，应加入CuO和H2O或Cu（OH）2，才能恢复到原来的状态，故A说法错误；N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，故B说法正确；Q点的气体来自两个阶段，第一阶段：

阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，第二阶段：

阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，P点产生的气体为氧气，其体积为bL，从P点到Q点，第二阶段，阴极产生的气体体积为2bL，阳极产生的气体体积为bL，阳极气体总体积为（b＋b）L＝2bL，故C说法正确；若M电极换成Cu，阳极上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，故D说法正确。

答案　A

题组二　电解装置分析及电极方程式书写

3．纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。

采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为：

2Cu＋H2O

Cu2O＋H2↑。

下列说法正确的是（　　）

A．钛电极发生氧化反应

B．阳极附近溶液的pH逐渐增大

C．离子交换膜应采用阳离子交换膜

D．阳极反应式是：

2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O

解析　钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，电极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误，D项正确；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应，消耗OH－，pH值减小，B项错误。

答案　D

4．铅蓄电池在日常生活中应用广泛。

回答下列问题：

（1）铅蓄电池放电时的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解（电解液足量），测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减少11.2g。

请回答下列问题：

①A是铅蓄电池的________极。

②Ag电极的电极反应式是_____________________________________，

该电极的电极产物共________g。

③Cu电极的电极反应式是_______________________________________，

CuSO4溶液的浓度________（填“减小”“增大”或“不变”）。

（2）铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为_______________________________________________________________；

PbO2也可以石墨为电极，Pb（NO3）2和Cu（NO3）2的混合溶液为电解液制取。

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____________________________________________。

（3）将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：

S2－－2e－===S，（n－1）S＋S2－===S

。

电解时阴极的电极反应式：

_______________________________________。

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）①因电解过程中铁电极质量减少，判断A是电源负极，B是电源正极。

②电解时Ag极作阴极，发生2H＋＋2e－===H2↑，转移0.4mol电子时，析出氢气0.4g。

③右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。

（2）根据电子得失守恒可得PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－。

用电解法制PbO2，Pb价态升高，PbO2应为阳极产物，即Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋；阴极Cu2＋放电，在石墨极上析出铜；若不加Cu（NO3）2，则阴极为Pb2＋放电，损失Pb2＋，不能有效利用Pb2＋。

（3）阴极只有H＋得电子生成H2；反应物为S

、H＋，产物有S，所以S

中S的化合价既升高也降低，有H2S生成，配平即可。

答案　

（1）①负　②2H＋＋2e－===H2↑　0.4

③Cu－2e－===Cu2＋　不变

（2）PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－

Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋

石墨上析出铜

Pb2＋＋2e－===Pb↓

不能有效利用Pb2＋

（3）2H＋＋2e－===H2↑

S

＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑

【易错警示】

规避“四个”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。

（4）当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电解规律。

题组三　电解过程中的定量分析

5．用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCu2（OH）2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑二氧化碳的溶解）。

则电解过程中转移电子的物质的量为（　　）

A．0.4molB．0.5mol

C．0.6molD．0.8mol

解析　电解硫酸铜时，开始硫酸铜和水反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。

如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。

而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2mol氧化铜和0.1mol水，而0.1mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2mol电子，第一阶段转移了0.4mol电子，即一共转移了0.6mol电子，C项正确。

答案　C

6．（2018·华中师大附中期末）用惰性电极电解100mL3mol·L－1的Cu（NO3）2溶液，一段时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12L，停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中Fe2＋浓度为（设溶液体积不变）（　　）

A．3mol·L－1B．2.75mol·L－1

C．2mol·L－1D．3.75mol·L－1

解析　阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极生成的气体为氧气，氧气的物质的量为1.12L÷22.4L·mol－1＝0.05mol，则

故电解后溶液中生成的HNO3的物质的量为0.2mol。

电解后溶液中硝酸铜的物质的量为0.1L×3mol·L－1－0.1mol＝0.2mol，硝酸与足量的铁反应生成硝酸亚铁，反应方程式为8HNO3＋3Fe===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O，故0.2molHNO3生成Fe（NO3）2的物质的量为0.2mol×3/8＝0.075mol，硝酸铜与铁反应生成硝酸亚铁，离子方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故0.2mol硝酸铜生成Fe（NO3）2的物质的量为0.2mol，反应后溶液中Fe2＋的物质的量为0.2mol＋0.075mol＝0.275mol，反应后溶液中Fe2＋浓度为0.275mol/0.1L＝2.75mol·L－1，选B。

答案　B

【方法规律】

突破电化学定量计算的三种方法

考点二　电解原理的应用

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

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、氢气和氯气

阳极：

钛网（涂有钛、钌等氧化物涂层）。

阴极：

碳钢网。

阳离子交换膜：

①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。

②将电解槽隔成阳极室和阴极室。

2．电解精炼铜

3．电镀铜

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

总方程式

阳极、阴极反应式

冶炼钠

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

2Cl－－2e－===Cl2↑

2Na＋＋2e－===2Na

冶炼镁

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

2Cl－－2e－===Cl2↑

Mg2＋＋2e－===Mg

冶炼铝

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

6O2－－12e－===3O2↑

4Al3＋＋12e－===4Al

由于AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石（Na3AlF6）；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。

1．源于教材电解原理的基本判断

（1）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）均保持不变（　　）

（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（　　）

（3）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3（　　）

（4）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（　　）

（5）用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）√　（5）×

2．（溯源题）（2017·课标全国Ⅱ，11）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H2SO4－H2C2O4混合溶液。

判断下列叙述是否正确

（1）待加工铝质工件为阳极（　　）

（2）可选用不锈钢网作为阴极（　　）

（3）阴极的电极反应式为：

Al3＋＋3e－===Al（　　）

（4）硫酸根离子在电解过程中向阳极移动（　　）

答案　

（1）√　

（2）√　（3）×　（4）√

探源：

本题源于RJ选修4P80“电解原理应用”及其知识拓展，对电解原理的应用进行了考查。

题组一　电解原理在物质制备中的应用

1．氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。

电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图所示，下列有关说法正确的是（　　）

A．图中所示物质中，X为H2，Y为N2

B．Y参与的电极反应为H2＋2e－===2H＋

C．当有3molH＋通过质子交换膜时，Z的体积为22.4L

D．反应过程中左边区域溶液pH逐渐升高

解析　根据题图可知，H＋向左边电极移动，则左边电极为阴极，右边电极为阳极，合成氨的过程中N2得电子发生还原反应，H2失去电子发生氧化反应，故X为N2，Y为H2，Z为NH3，A项错误。

H2在阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为H2－2e－===2H＋，B项错误。

未指明温度与压强，无法计算气体体积，C项错误。

N2在阴极上得电子发生还原反应，电极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故左边区域溶液中H＋浓度逐渐降低，溶液pH逐渐升高，D项正确。

答案　D

2．在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．电解结束后电解液Ⅱ中c（Zn2＋）增大

B．电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液

C．Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O

D．当通入44gCO2时，溶液中转移1mol电子

解析　因为右室Zn失去电子生成Zn2＋，溶液中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，c（Zn2＋）不变，A项错误；右室生成的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O

结合为ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液Ⅱ只要是含Zn2＋的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O

，C项正确；当通入44gCO2时，外电路中转移1mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。

答案　C

题组二　电解原理在环境治理中的应用

3．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，下列有关说法不正确的是（　　）

A．X为直接电源的负极，Y为直流电源的正极

B．阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

C．图中的b>a

D．该过程中的产品主要为H2SO4和H2

解析　根据Na＋和SO

、HSO

的移动方向可知Pt（Ⅰ）为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Pt（Ⅱ）为阳极，电极反应式为SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋。

答案　B

4．（2017·南师附中模拟）电化学降解法治理水中硝酸盐的污染原理如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．B为电源正极

B．电解过程中H＋向阳极移动

C．阴极反应式为2NO

＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－

D．理论上电解过程中阴、阳两极产生的气体在同温同压下体积比为2∶5

解析　A项，从图中看，NO

转化成N2，N由＋5价降为0价，得电子，应为阴极，则B为负极，错误；B项，电解过程中，H＋移向阴极，错误；C项，阳极为OH－放电，留下H＋，H＋移向阴极参与电极反应2NO

＋12H＋＋10e－===NO2↑＋6H2O，错误；D项，阴极：

10e－～N2，阳极：

4e－～O2，两者转移电子数相等，则在同温同压下生成的气体体积比为2∶5，正确。

答案　D

题组三　电解原理在物质分离、提纯中的应用

5．（2018·广州综合测试）用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。

下列有关说法错误的是（　　）

A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

B．通电后阴极区溶液pH会增大

C．K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区

D．纯净的KOH溶液从b口导出

解析　阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区附近溶液中c（OH－）增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。

答案　C

考点三　金属的腐蚀与防护

（频数：

★☆☆　难度：

★☆☆）

1．金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。

2．金属腐蚀的类型

（1）化学腐蚀与电化学腐蚀

类型

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等接触

不纯金属或合金跟电解质溶液接触

现象

无电流产生

有微弱电流产生

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）析氢腐蚀与吸氧腐蚀

以钢铁的腐蚀为例进行分析：

类型

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜酸性较强（pH≤

4．3）

水膜酸性很弱或呈中

性

电极材料及反应

负极

Fe：

Fe－2e－===Fe2＋

正极

C：

2H＋＋2e－===H2↑

C：

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

总反应式

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2

联系

吸氧腐蚀更普遍

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组成，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。

教材图解

LK选修4P21　铜锌原电池装置

（2）示意图

RJ选修4P86　牺牲阳极的阴极保护法示意图

以上教材中的两个图示中所说的阳极是指原电池的负极。

1．判断正误（RJ选修4·P886改编）

（1）黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易