学年第二学期高二化学《电解池 金属的电化学腐蚀与防护》复习学案含答案.docx

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学年第二学期高二化学《电解池金属的电化学腐蚀与防护》复习学案含答案

电解池　金属的电化学腐蚀与防护

考纲要求

　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。

考点一　电解的原理

1.电解和电解池

（1）电解：

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）电解池：

电能转化为化学能的装置。

（3）电解池的构成

①有与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.电解池的工作原理

（1）电极名称及电极反应式（电解CuCl2溶液为例）

总反应式：

CuCl2

Cu＋Cl2↑

（2）电子和离子的移动方向

①电子：

从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。

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。

3.阴阳两极上放电顺序

（1）阴极：

（与电极材料无关）。

氧化性强的先放电，放电顺序：

（2）阳极：

若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。

若是惰性电极作阳极，放电顺序为

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、最重要的放电顺序为阳极：

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.用惰性电极电解电解质溶液的规律

类型

实例

电极反应特点或反应式

电解产物

溶液pH变化

溶液复原

电解水型

含氧酸

H2SO4

溶液中的H＋和OH－分别在阴阳两极放电：

阴极：

____________

阳极：

____________

H2

O2

强碱

NaOH

活泼金属的含氧酸盐

KNO3

电解电解质型

无氧酸（氢氟酸除外）

HCl

电解质电离的阴阳离子分别在两极放电：

阳极：

____________

H2　Cl2

不活泼金属的无氧酸盐

CuCl2

Cu　Cl2

放氢生碱型

活泼金属的无氧酸盐

NaCl

阴极水电离的H＋放电，阳极电解质电离的阴离子放电

阴极：

___

阳极：

___

放氧生酸性

不活泼金属的含氧酸盐

AgNO3

阳极水电离的OH－放电，阴极电解质的阳离子放电

阴极：

____________

Ag阳极：

_____

答案　4H＋＋4e－===2H2↑　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　减小　增大　不变　水　2Cl－－2e－===Cl2↑　增大　HCl　CuCl2　H2（或H2、NaOH）　Cl2　增大　HCl　Ag＋＋e－===Ag　O2　减小　Ag2O

（1）电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程（√）

（2）某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现（√）

（3）直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极（×）

（4）电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极（×）

（5）电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色（×）

（6）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大（×）

1.根据金属活动性顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?

答案　Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。

电解反应式为阳极：

Cu－2e－===Cu2＋，阴极：

2H＋＋2e－===H2↑。

总反应式：

Cu＋2H＋

Cu2＋＋H2↑。

2.若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu（OH）2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为____________。

答案　4NA

解析　方法一：

98gCu（OH）2的物质的量为1mol，相当于电解了1mol的CuSO4后，又电解了1mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。

方法二：

可以认为整个电路中转移的电子数与Cu（OH）2的O2－失电子数相等，共4NA。

题组一　电解规律及电极产物的判断

1.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是（　　）

A.AgNO3　CuCl2　Cu（NO3）2B.KCl　Na2SO4　CuSO4

C.CaCl2　KOH　NaNO3D.HCl　HNO3　K2SO4

答案　B

解析　由电解电解质溶液的四种类型可知：

类型

化学物质

pH变化

放O2生酸型

CuSO4、AgNO3、Cu（NO3）2

降低

放H2生碱型

KCl、CaCl2

升高

电解电解质型

CuCl2

HCl

升高

电解H2O型

NaNO3、Na2SO4、K2SO4

不变

KOH

升高

HNO3

降低

2.（2018·天津市实验中学高三模拟）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

答案　D

解析　以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O

2KOH＋H2↑＋I2（类似于电解饱和食盐水），阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。

由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝（淀粉遇碘变蓝），阴极附近的溶液会变红（溶液呈碱性），A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。

3.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。

下列有关叙述正确的是（　　）

A.逸出气体的体积：

A电极＜B电极

B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

C.A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色

D.电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

答案　D

解析　SO

、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c（H＋）＞c（OH－），石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c（OH－）＞c（H＋），石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。

题组二　电子守恒在电化学计算中的应用

4.（2018·宜昌调研）以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。

若一段时间后Y电极上有6.4g红色物质析出，停止电解。

下列说法正确的是（　　）

A.a为铅蓄电池的负极

B.电解过程中SO

向右侧移动

C.电解结束时，左侧溶液质量增重8g

D.铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：

PbSO4＋2e－===Pb＋SO

答案　C

解析　Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当有6.4gCu析出时，转移0.2mole－，左侧生成1.6gO2，同时有0.1mol（9.6g）SO

进入左侧，则左侧质量净增加9.6g－1.6g＝8g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO

===PbSO4＋2H2O，D错误。

5.500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO

）＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体（标准状况下），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（　　）

A.原混合溶液中c（K＋）为0.2mol·L－1

B.上述电解过程中共转移0.2mol电子

C.电解得到的Cu的物质的量为0.05mol

D.电解后溶液中c（H＋）为0.2mol·L－1

答案　A

解析　石墨作电极电解KNO3和Cu（NO3）2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：

Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。

从收集到O2为2.24L可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1mol。

电解前后分别有以下守恒关系：

c（K＋）＋2c（Cu2＋）＝c（NO

），c（K＋）＋c（H＋）＝c（NO

），不难算出：

电解前c（K＋）＝0.2mol·L－1，电解后c（H＋）＝0.4mol·L－1。

电化学综合计算的三种常用方法

（1）根据总反应式计算

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

（2）根据电子守恒计算

①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

（3）根据关系式计算

根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：

4e－～

～

　　　阳极产物　　　　　　阴极产物

（式中M为金属，n为其离子的化合价数值）

该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

题组三　电极反应式的书写与判断

6.按要求书写电极反应式和总反应方程式：

（1）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：

________________________________________________________。

（2）用Al作电极电解NaOH溶液

阳极反应式：

______________________________________________________________；

阴极反应式：

______________________________________________________________；

总反应离子方程式：

________________________________________________________。

（3）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：

____________________________________________________________。

（4）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，阴极反应式为____________________________。

若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。

答案　

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg（OH）2↓　Mg2＋＋2Cl－＋2H2O

Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑

（2）2Al－6e－＋8OH－===2AlO

＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－（或6H＋＋6e－===3H2↑）　2Al＋2H2O＋2OH－

2AlO

＋3H2↑

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

Al2O3＋3H2↑

（4）负　4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

　H2

解析　（4）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

。

若改用AlCl3水溶液作电解液，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，产物为H2。

7.整合有效信息书写电极反应

（1）硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。

由硫化氢获得硫单质有多种方法。

将用烧碱吸收H2S后所得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____________。

（2）电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是____________，说明理由：

____________________________________。

答案　

（1）①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　②S

＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑

（2）NH3　根据总反应：

8NO＋7H2O

3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的HNO3多，应补充NH3

解析　

（1）①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。

②由题给反应可知，阳极区生成了S

，S

可以理解为（n－1）S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。

（2）根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：

阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===3NH

＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===5NO

＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O

3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。

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＋而不是生成Fe3＋）。

（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。

考点二　电解原理的应用

1.氯碱工业

阳极反应式：

2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）

阴极反应式：

2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）

总反应方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

2.电镀与电解精炼

电镀

电解精炼铜

示意图

电极反应

阳极

Cu－2e－===Cu2＋

Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋

阴极

Cu2＋＋2e－===Cu

Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶液的浓度变化

CuSO4溶液的浓度不变

CuSO4溶液的浓度变小

3.电冶金

电解冶炼

冶炼钠

冶炼铝

电极反应

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2Na＋＋2e－===2Na

阳极：

6O2－－12e－===3O2↑

阴极：

4Al3＋＋12e－===4Al

总反应

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

（1）在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液（√）

（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（×）

（3）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）均保持不变（×）

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

（5）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（√）

（6）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（×）

题组一　电解原理的常规应用

1.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。

下列叙述中正确的是（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，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等

C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋

D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt

答案　D

解析　电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。

2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。

下列说法正确的是（　　）

A.氯碱工业中，X电极上的反应式是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

答案　D

解析　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。

3.（2017·全国卷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。

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

答案　C

解析　A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。

题组二　应用电解原理制备新物质

4.高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型绿色水处理剂。

工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。

下列说法错误的是（　　）

A.阳极反应式：

Fe－6e－＋8OH－===FeO

＋4H2O

B.甲溶液可循环利用

C.离子交换膜a是阴离子交换膜

D.当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成

答案　C

解析　A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：

Fe－6e－＋8OH－===FeO

＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molH2生成，正确。

5.用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B（OH）3]的工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过）。

下列有关说法正确的是（　　）

A.阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2

B.b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋

C.产品室中发生的反应是B（OH）3＋OH－===B（OH）

D.每增加1molH3BO3产品，NaOH溶液增重22g

答案　D

解析　由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c（NaOH）增大，原料室中B（OH）

通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，B（OH）

、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1mol产品，b极生成1molH＋、a极生成0.5molH2。

6.（2018·太原质检）采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。

下图是利用此法制备ZnC2O4的示意图（电解液不参与反应）。

下列说法中正确的是（　　）

A.Zn与电源的负极相连

B.ZnC2O4在交换膜右侧生成

C.电解的总反应为2CO2＋Zn

ZnC2O4

D.通入11.2LCO2时，转移0.5mol电子

答案　C

解析　电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O

形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。

题组三　应用电解原理治理污染

7.某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。

下列说法正确的是（　　）

A.a为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极

B.离子交换膜为阴离子交换膜

C.“酸性水”具有强氧化性，能够杀菌

D.阴极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－

答案　C

解析　由“碱性水”可推知b为直流电源的负极，a为直流电源的正极，A项错误；右侧生成OH－，K＋穿过离子交换膜移到右侧，即该离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2＋H2O===HCl＋HClO，故“酸性水”中含HClO，具有强氧化性，能杀菌，C项正确；水溶液中不可能存在O2－，D项错误。

8.（2019·重庆调研）用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的PO

以FePO4（不溶于水）的形式除去，其装置如图所示。

下列说法中正确的是（　　）

A.若X、Y电极材料连接反了，则仍可将废水中的PO

除去

B.X极为石墨，该电极上发生氧化反应

C.电解过程中Y极周围溶液的pH减小

D.电解时废水中会发生反应：

4Fe2＋＋O2＋4H＋＋4PO

===4FePO4↓＋2H2O

答案　D

解析　根据题意分析，X电极材料为铁，Y电极材料为石墨，若X、Y电极材料连接反了，铁就不能失电子变为离子，也就不能生成FePO4，A项错误；Y电极材料为石墨，该电极发生还原反应，B项错误；电解过程中Y极上发生的反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，氢离子浓度减小，溶液的pH变大，C项错误；铁在阳极失电子变为Fe2＋，通入的氧气把Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋与PO

反应生成FePO4，D项正确。

9.SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。

下列有关说法错误的是（　　）

A.a极为直流电源的负极，与其相连的电极发生还原反应

B.阴极得到2mol电子时