届一轮复习人教版 电解池 金属的腐蚀与防护 学案.docx

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届一轮复习人教版电解池金属的腐蚀与防护学案

第三节电解池金属的腐蚀与防护

　教材复习——打牢基础，基稳才能楼高

电解原理

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

（1）概念：

将

能转化为化学能的装置。

（2）构成条件

①有外接直流电源。

②有与直流电源相连的两个电极。

③形成闭合回路。

④电解质溶液或熔融电解质。

（3）电解原理（以电解CuCl2溶液为例）

①电极反应式：

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

②总反应方程式：

Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑

3．电极反应式的书写

（1）确定电解池的阴、阳极

电源正极连接

极；电源负极连接

极。

（2）分析电解质溶液的组成

找全离子并分阴、阳两组（不要忘记水溶液中的H＋和OH－）。

（3）阴、阳两极的放电顺序

①阴极（与电极材料无关）：

②阳极（与电极材料有关）：

[对点练习]

1．用石墨电极电解CuCl2溶液（见右图）。

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　通过图中离子的运动状态可判断连接a的电极为阴极，连接b的电极为阳极，故a端为直流电源的负极，b端为直流电源的正极，A项正确；CuCl2在水溶液中就能发生电离，而不是通电的结果，B项错误；阳极发生氧化反应，即2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；阴极发生还原反应，析出Cu，阳极发生氧化反应，在阳极附近可观察到黄绿色气体，D项错误。

2．如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。

则下列有关判断中正确的是（　　）

A．a为正极、b为负极

B．c为阴极、d为阳极

C．电解过程中，d电极质量增加

D．电解过程中，Cl－浓度不变

解析：

选A　由电子流向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，c极：

2Cl－－2e－===Cl2↑；d极：

2H＋＋2e－===H2↑，B、C、D项均错误。

电解原理的应用

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、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

③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量

2．电镀和电解精炼铜

电镀（如铁制

品上镀Cu）

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

待镀铁制品

精铜

电极反应

Cu2＋＋2e－===Cu

电解质溶液

含Cu2＋的盐溶液

电解精炼铜时，阳极粗铜中的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（或氧化物）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

[对点练习]

1．下面有关电化学的图示，完全正确的是（　　）

解析：

选D　在CuZn原电池中，由于金属活动性：

Zn＞Cu，所以Zn作负极，Cu作正极，在正极上发生还原反应生成H2，A错误；粗铜精炼时，粗铜作阳极，精铜作阴极，电极连接不正确，B错误；在Fe片上镀锌时，Fe作阴极，Zn作阳极，电极连接不正确，C错误；电解饱和NaCl溶液时，阳极发生反应：

2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2有强氧化性，与KI发生反应：

Cl2＋2KI===2KCl＋I2，I2使淀粉溶液变为蓝色，阴极发生反应：

2H＋＋2e－===H2↑，由于氢气的密度比空气密度小，所以用向下排空气的方法收集，D正确。

2．利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（　　）

A．电解时以精铜作阳极

B．电解时阴极发生氧化反应

C．粗铜连接电源负极，其主要的电极反应是Cu－2e－===Cu2＋

D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥

解析：

选D　电解精炼铜时，粗铜作阳极，A项错误；电解时阴极发生还原反应，B项错误；粗铜连接电源正极，其主要的电极反应是Cu－2e－===Cu2＋，C项错误；由于Ag、Pt不如Cu活泼，电解时不能失电子，最终以阳极泥的形式沉积下来，D项正确。

3．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。

完成下列填空：

（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式_______________________________________

________________________________________________________________________。

（2）离子交换膜的作用为___________________________________________________、

________________________________________________________________________。

（3）精制饱和食盐水从图中________位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。

（选填“a”、“b”、“c”或“d”）

解析：

（1）电解饱和食盐水的离子方程式是2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－。

（2）图中的离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH－进入阳极室与氯气发生反应，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。

精制饱和食盐水从图中阳极区的a位置补充，由于阴极H＋不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出。

答案：

（1）2Cl－＋2H2O

Cl2↑＋H2↑＋2OH－

（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（答案合理即可）

（3）a　d

金属的腐蚀与防护

1．金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。

2．金属腐蚀的类型

（1）化学腐蚀和电化学腐蚀

比较项目

化学腐蚀

电化学腐蚀

发生条件

金属与接触到的物质直接反应

不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应

共同点

M－ne－===Mn＋

是否构成

原电池

无原电池构成

有无数微小原电池构成

实质

金属被腐蚀

较活泼金属被腐蚀

有无电流

电流产生

电流产生

联系

两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍

（2）析氢腐蚀和吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例）

比较项目

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

发生条件

钢铁表面吸附的

水膜酸性较强

钢铁表面吸附的水膜

酸性较弱或呈中性

电极反应

负极

Fe－2e－===Fe2＋

正极

2H＋＋2e－===H2↑

2H2O＋O2＋4e－===4OH－

总反应

Fe＋2H＋===

Fe2＋＋H2↑

2Fe＋O2＋2H2O===

2Fe（OH）2

其他反应

铁锈的形成：

4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，

2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O（铁锈）＋（3－x）H2O

联系

吸氧腐蚀更普遍

3．金属的防护

（1）电化学防护

牺牲阳极的保护法

——原电池原理

负极：

比被保护金属活泼的金属

正极：

被保护的金属设备

外加电流的阴极保护法

——电解原理

阴极：

被保护的金属设备

阳极：

惰性电极

（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。

[对点练习]

1．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是（　　）

A．水中的钢闸门连接电源的负极

B．金属护栏表面涂漆

C．汽车底盘喷涂高分子膜

D．地下钢管连接镁块

解析：

选A　水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门为阴极，从而得以保护，A项正确；金属护栏表面涂漆的原理是隔绝金属护栏与空气接触，从而减缓金属护栏的腐蚀，B项错误；汽车底盘喷涂高分子膜的原理也是隔绝与空气的接触，C项错误；地下钢管连接镁块，形成了原电池，属于牺牲阳极的阴极保护法，D项错误。

2．利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护，下列说法不正确的是（　　）

A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀

B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁电极的反应

Fe－2e－===Fe2＋

C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀

D．若X为碳棒，开关K置于N处，铁电极的反应

2H＋＋2e－===H2↑

解析：

选B　A项，此时是牺牲阳极的阴极保护法，正确；B项，此时构成原电池，锌作负极被氧化，铁作正极被保护，错误；C项，此时为外加电流的阴极保护法，正确；D项，此时构成电解池，铁为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确。

3．钢铁在潮湿的空气中会发生吸氧腐蚀。

以下说法中，正确的是（　　）

A．负极发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋

B．正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O

C．腐蚀过程中，电子从正极流向负极

D．钢柱在水下的部分比在空气与水交界处更容易发生吸氧腐蚀

解析：

选A　负极铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A项正确；正极发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B项错误；腐蚀过程中，形成原电池，电子从负极流向正极，C项错误；水中氧气的溶解度较小，故钢柱在水下的部分比在空气与水交界处更难发生吸氧腐蚀，D项错误。

[基础过关练]　

1．下列描述中，不符合生产实际的是（　　）

A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极

解析：

选A　电解熔融的氧化铝制取金属铝所需温度很高，若用铁作阳极一则因铁失电子，二则铁在高温条件下可熔化，故实际生产中利用石墨作电极。

2．以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉）。

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，阳极产物为I2，阴极产物为KOH、H2，因此，阳极生成的I2遇淀粉呈蓝色，C项正确；KOH溶液使酚酞呈红色，阴极逸出气体，A项、B项正确；生成KOH溶液的pH变大，D项错误。

3．图1是电解饱和氯化钠溶液示意图。

图2中，x轴表示实验时流入阴极的电子的物质的量，y轴表示（　　）

A．n（Na＋）B．n（Cl－）

C．c（OH－）D．c（H＋）

解析：

选C　电解饱和食盐水装置中，阳极氯离子放电生成氯气：

2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极氢离子放电：

2H＋＋2e－===H2↑，总反应：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑。

故溶液中n（Na＋）不变，n（Cl－）减小，c（OH－）变大、c（H＋）变小。

4．研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。

下列有关说法错误的是（　　）

A．d为石墨，铁片腐蚀加快

B．d为石墨，石墨上电极反应为

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．d为锌块，铁片不易被腐蚀

D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑

解析：

选D　A．铁、石墨及海水构成原电池，由于活动性：

Fe>石墨，Fe为负极，铁片腐蚀加快，正确；B.d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确；C.若d为锌块，铁、锌、海水构成原电池则由于金属活动性：

Zn>Fe，Zn为负极，Fe为正极，Zn被腐蚀，Fe得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D.d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。

5．如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。

电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b

符合上述实验结果的盐溶液是（　　）

选项

X

Y

A

MgSO4

CuSO4

B

AgNO3

Pb（NO3）2

C

FeSO4

Al2（SO4）3

D

CuSO4

AgNO3

解析：

选D　由题意表明b、d没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属活动顺序表中（H）以后，只有D符合题意。

6．

（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）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示（电极材料为石墨）。

①图中a极要连接电源的________（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是________。

②SO

放电的电极反应式为_____________________________________________。

③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：

________________________________________________________________________。

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Cu活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。

（2）根据Na＋、SO

的移向判断阴极是a极，阳极是b极，a极接电源负极，其电极反应式分别为

阳极：

SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋

阴极：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－

所以从C口流出的是H2SO4；在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c（H＋）减小，c（OH－）增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。

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）①负　硫酸

②SO

－2e－＋H2O===SO

＋2H＋

③H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，使水的电离平衡右移，达到新平衡后，c（OH－）>c（H＋），溶液呈碱性

　高考研究——把握考情，方向不对努力白费

考纲要求

高频考点

1.理解电解池的构成、工作原理及应用。

2．能书写电极反应式和总反应方程式。

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。

1.生产生活中的电解原理

5年5考

2.金属的腐蚀与防护

5年3考

3.电化学组合装置问题分析

5年2考

考点一　生产生活中的电解原理分析

[高考这样考]

1．（2017·全国卷Ⅱ）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：

选C　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，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，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。

2．（2016·全国卷Ⅰ）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：

选B　A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO

向正极迁移，正极区溶液的pH减小。

B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。

C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高。

D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1mol电子的电量时，生成0.25molO2。

3．（2017·天津高考节选）某混合物浆液含Al（OH）3、MnO2和少量Na2CrO4。

考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（如图），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。

回答下列问题（含铬元素溶液的分离和利用）。

用惰性电极电解时，CrO

能从浆液中分离出来的原因是________________________________________________，分离后含铬元素的粒子是________；阴极室生成的物质为________（写化学式）。

解析：

题图中电解分离装置采用离子交换膜，根据电解时阴离子向阳极移动，则在直流电场作用下，CrO

通过阴离子膜向阳极室移动，脱离浆液。

在阳极室，CrO

发生可逆反应：

2CrO

＋2H＋Cr2O

＋H2O，故分离后含铬元素的粒子是CrO

、Cr2O

。

在阴极室，H2O放电：

2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c（OH－）增大，且Na＋向阴极室移动，故阴极室生成的物质为NaOH、H2。

答案：

在直流电场作用下，CrO

通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液　CrO

和Cr2O

　NaOH和H2

4．（2016·全国卷Ⅰ节选）高锰酸钾（KMnO4）是一种常用氧化剂，主要用于化工、防腐及制药工业等。

以软锰矿（主要成分为MnO2）为原料生产高锰酸钾的工艺路线如下：

“电解法”为现代工艺，即电解K2MnO4水溶液。

电解槽中阳极发生的电极反应为________________________________________________________________________，

阴极逸出的气体是________。

解析：

阳极为失电子的极，MnO

在阳极处失电子生成MnO

，即阳极反应式为MnO

－e－===MnO

；阴极上为氢离子得电子生成H2。

答案：

MnO

－e－===MnO

　H2

[师说高考]

知

考

情

电解原理及应用是高考常考内容，一般以填空题形式考查。

往往与生产、生活及新科技等相联系，题材广、信息新，考查考生阅读相关材料、提炼关键信息等综合分析的能力、知识迁移能力，具有一定的难度

明

学

法

复习时，必须熟练掌握电解池阴、阳极的判断、电极产物的判断、溶液pH变化、离子移动方向的判断等知识，熟练书写电极反应式并能灵活运用得失电子守恒原理进行相关计算

[备考这样办]

角度1　电解池阴、阳极的判断方法

根据外接电源

连正极为阳极，连负极为阴极

根据电流方向

从阴极流出，从阳极流入

根据电子流向

从阳极流出，从阴极流入

根据离子移向

阴离子移向阳极，阳离子移向阴极

根据电极产物

阳极：

电极溶解、逸出O2（或极区变酸性）或Cl2

阴极：

析出金属、逸出H2（或极区变碱性）

角度2　电极反应式和总反应式的书写

阳极

①活性电极失去电子生成相应的金属阳离子

②溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物

阴极

溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物

电解总反应式

在得失电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式，且应注明条件“电解”

角度3　用惰性电极电解电解质溶液时的分析

（1）电解规律

类型

实例

电极反应

特点

电解质

浓度

pH

电解质

溶液复原

电解

水型

强碱溶液，如NaOH溶液

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

增大

增大

加水

含氧酸溶液，

如H2SO4溶液

增大

减小

加水

活泼金属的

含氧酸盐溶液，

如Na2SO4溶液

增大

不变

加水

电解

电解

质型

无氧酸溶液，如盐酸

电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电

减小

增大

通入HCl

气体

不活泼金属的无氧酸盐溶液，如CuCl2溶液

减小

—

加入

CuCl2

固体

放H2

生碱

型　

活泼金属的无氧酸盐溶液，如NaCl溶液

阴极：

H2O放H2生成碱

阳极：

电解质阴离子放电

生成新电解质

增大

通入

HCl气体

放O2

生酸

型　

不活泼金属的含氧酸盐溶液，如CuSO4溶液

阴极：

电解质阳离子放电

阳极：

H2O放O2生成酸

生成新电解质

减小

加入

CuO

（2）注意事项

电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。

①要使电解后的NaCl溶液复原，不能滴加盐酸。

因为电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。

②要使电解后的CuSO4溶液复原（阴极产物只有Cu时），可加入CuO、