高考化学二轮习题电解池金属腐蚀与防护.docx
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高考化学二轮习题电解池金属腐蚀与防护
第三讲 电解池 金属腐蚀与防护
[考纲展示]
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[学生用书P132]
一、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。
在此过程中，电能转化为化学能。
二、电解池
1．电解池的构成条件
（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
以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：
总反应方程式：
CuCl2
Cu＋Cl2↑。
3．电解池中电子和离子的移动
（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。
三、电解产物的判断及有关反应式的书写
1．判断电解池的阴、阳极
（1）根据外接电源的正、负极判断
电源正极连接阳极；电源负极连接阴极。
（2）根据电极产物判断
电极溶解、逸出O2（或电极区变酸性）或逸出Cl2的为阳极；析出金属、逸出H2（或电极区变碱性）的为阴极。
2．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．排出阴、阳两极的放电顺序
阳极阴极
惰性电极（Pt、Au、石墨等）：
S2－>I－>Br－>Cl－
>OH－>含氧酸根
4．写出两极电极反应式
（1）阳极：
活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；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。
（2）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。
5．写出电解总反应式
在两极转移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。
四、电解规律
1．电解水型
电解质（水溶液）
电极方程式
电解物质
总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
含氧酸（如H2SO4）
强碱（如NaOH）
活泼金属的含氧酸盐
（如KNO3、Na2SO4）阳极：
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：
4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2O
O2↑＋2H2↑
增大
减小
加H2O
增大
加H2O
不变
加H2O
2.电解电解质型
电解质（水溶液）
电极方程式
电解物质
总反应式
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
Cl2↑＋H2↑
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.放H2生碱型
电解质（水溶液）
电极方程式
电解物质
总反应式
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
4.放O2生酸型
电解质（水溶液）
电极方程式
电解物质
总反应式
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－===O2↑＋2H2O
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
（1）电解质溶液通电电解时，在外电路中有电子通过，而电子不能通过溶液，溶液中是依靠离子定向移动形成电流。
（2）电解质溶液导电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。
（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（C3H8O）。
下列说法正确的是（ ）
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
[解析] 该装置为电解装置，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，H＋为阳离子，在电解池中向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。
[答案] B
1.（2014·高考海南卷）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。
本题解题思路是首先了解电解反应原理。
如果是惰性电极，则是电解质溶液中的离子在阴极、阳极发生氧化还原反应。
其次是掌握阴离子、阳离子放电顺序。
最后是电极反应发生后的产物与溶液中其它物质反应的性质及相应的实验现象，就可迅速得到解答。
以石墨为电极，电解KI溶液。
阴离子在阳极的放电能力：
I－>OH－。
阳离子在阴极的放电能力：
H＋>K＋。
所以该电解反应的方程式是2KI＋2H2O
I2＋H2↑＋2KOH。
由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近碘单质遇淀粉，溶液变为蓝色；在阴极由于产生OH－，溶液显碱性，遇酚酞溶液变为红色。
因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大，因此答案选D。
题组一 电解原理和电解规律
1．（教材改编）判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
（1）电解是将电能转化为化学能。
（ ）
（2）电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。
（ ）
（3）电解池的阳极和原电池的正极都发生氧化反应。
（ ）
（4）使用惰性电极电解后的NaCl溶液复原，可以滴加盐酸。
（ ）
（5）使用惰性电极电解后的CuSO4溶液复原，可以加入Cu（OH）2固体。
（ ）
（6）电解NaCl溶液的阳极反应一定是2Cl－－2e－===Cl2↑。
（ ）
解析：
原电池的正极发生还原反应，（3）错；惰性电极电解NaCl溶液后，应通HCl才可复原，（4）错；惰性电极电解CuSO4溶液，需加CuO或CuCO3复原，加Cu（OH）2会多生成水，（5）错；电解NaCl溶液时若用活泼金属作阳极的电极，则活泼金属失电子，（6）错。
答案：
（1）√
（2）√ （3）× （4）× （5）× （6）×
2．（2015·河北衡水模拟）Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图所示，电解总反应为2Cu＋H2O
Cu2O＋H2↑。
下列说法正确的是（ ）
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成
解析：
选A。
从反应中得知Cu在通电时失电子在阳极放电，发生氧化反应：
2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，另一电极（石墨）作阴极，发生还原反应：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，转移0.1mol电子生成0.05molCu2O，故B、C、D项错。
题组二 电解方程式的书写
3．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）用铜作电极电解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溶液
阳极反应式：
________________________________________________________________________；
阴极反应式：
________________________________________________________________________；
总反应离子方程式：
________________________________________________________________________。
解析：
注意阳极若是活性材料时，则阳极金属失电子形成离子。
答案：
（1）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O电解,4Ag＋O2↑＋4H＋
（2）2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2O电解,Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑
（3）Cu－2e－===Cu2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Cu＋2H2O电解,Cu（OH）2↓＋H2↑
（4）Cu－2e－===Cu2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Cu＋2H＋电解,Cu2＋＋H2↑
4．用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并写出电极反应方程式。
（1）阳极
产物：
____________________；
电极反应：
________________________________________________________________________。
（2）阴极
产物：
____________________；
电极反应：
________________________________________________________________________。
解析：
在混合液中，尤其注意离子的放电顺序，溶液中的阴离子有Cl－、SO
、OH－，放电顺序为Cl－>OH－>SO
，阳离子有Na＋、Cu2＋、H＋，放电顺序为Cu2＋>H＋>Na＋，结合题中“两极均有两种产物产生”，按顺序写出电极反应式即可。
答案：
（1）Cl2、O2 2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
（2）Cu、H2 Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑
电解池中方程式书写四个常见失分点的规避
（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应离子方程式时，弱电解质要写成分子式。
（2）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。
（3）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
（4）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。
考点二 电解原理的应用[学生用书P134]
一、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、氯气和氢气。
二、电镀和电解精炼铜
电镀（Fe表面镀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＋
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
阴极
电极材料
待镀金属铁
纯铜
电极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
含Cu2＋的盐溶液
注：
电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥
三、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。
1．冶炼钠
2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：
2Na＋＋2e－===2Na。
2．冶炼镁
MgCl2（熔融）
Mg＋Cl2↑
电极反应：
阳极：
2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：
Mg2＋＋2e－===Mg。
3．冶炼铝
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：
6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：
4Al3＋＋12e－===4Al。
电镀过程中，溶液中离子浓度不变，电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上Cu2＋被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。
（2014·高考山东卷节选）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] 在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl
和AlCl
形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl
＋3e－===Al＋7AlCl
；在水溶液中，得电子能力：
H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。
[答案] 负 4Al2Cl
＋3e－===Al＋7AlCl
H2
—电解池中阴极和阳极的特征
2.（2013·高考天津卷）为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。
反应原理如下：
电池：
Pb（s）＋PbO2（s）＋2H2SO4（aq）===2PbSO4（s）＋2H2O（l）
电解池：
2Al＋3H2O
Al2O3＋3H2↑
电解过程中，以下判断正确的是（ ）
电池
电解池
A
H＋移向Pb电极
H＋移向Pb电极
B
每消耗3molPb
生成2molAl2O3
C
正极：
PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
阳极：
2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋
D
解析：
选D。
原电池内部H＋向正极迁移（即向PbO2电极迁移），A项错误；当有3molPb被消耗时，转移6mole－，则生成1molAl2O3，B项错误；电池正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO
===PbSO4＋2H2O，C项错误；原电池中Pb―→PbSO4，质量增大，电解池中Pb作阴极，Pb本身不参与反应，故质量不变，D项正确。
题组一 电解原理的一般应用
1．（教材改编）连一连
（a）原电池负极
（b）原电池正极
（1）氧化反应
（c）电解池阳极
（d）电镀池镀件
（e）氯碱工业生成H2的电极
（2）还原反应
（f）电解精炼的粗铜
答案：
（a）—
（1） （b）—
（2） （c）—
（1） （d）—
（2） （e）—
（2） （f）—
（1）
2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
（1）实验室用惰性电极电解100mL0.1mol·L－1NaCl溶液，若阴、阳两极均得到112mL气体（标准状况），则所得溶液的物质的量浓度是____________（忽略反应前后溶液体积的变化）。
（2）某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。
对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
（3）实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。
某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe（OH）2沉淀，且较长时间不变色。
该同学换上的电解材料是________（用元素符号表示），总的反应式是________________________________________________________________________。
解析：
（1）n（H2）＝n（Cl2）＝0.005mol，参加反应的n（NaCl）＝0.01mol，说明NaCl恰好电解完全，溶液变为NaOH溶液，n（NaOH）＝n（NaCl）＝0.01mol，c（NaOH）＝0.1mol·L－1。
（2）电解饱和氯化钠溶液的总反应：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，题目要求使Cl2被完全吸收，则氯气必须在下部的电极上产生，下部的电极是阳极，推出b为电源的正极，另一极a为负极。
生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。
（3）题目要求通过电解法制取Fe（OH）2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2＋和OH－。
根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化反应产生Fe2＋；溶液中的阳离子Na＋、H＋向阴极移动，根据放电顺序，阴极H＋放电产生氢气，H＋来源于水的电离，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
在电场作用下，阳极产生的Fe2＋与阴极产生的OH－在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe（OH）2沉淀。
将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：
Fe＋2H2O
Fe（OH）2↓＋H2↑。
答案：
（1）0.1mol·L－1
（2）B
（3）Fe Fe＋2H2O
Fe（OH）2↓＋H2↑
题组二 电解原理的综合应用
3．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如下，下列说法不正确的是（ ）
A．A为电源正极
B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O
＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
C．阴极区附近溶液pH降低
D．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L（标准状况）时，有0.1molCr2O
被还原
解析：
选C。
根据图示，A作阳极，B作阴极，电极反应式为阳极：
Fe－2e－===Fe2＋
阴极：
2H＋＋2e－===H2↑
生成的Fe2＋与Cr2O
反应：
Cr2O
＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。
由于在阴极区c（H＋）减小，所以pH增大。
根据6H2～6Fe2＋～Cr2O
得，当有13.44L（标准状况）H2放出时，应有0.1molCr2O
被还原。
4．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－
电解原理应用中的注意要点
（1）阳离子交换膜（以电解NaCl溶液为例），只允许阳离子（Na＋）通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和分子（Cl2）通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。
（2）电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。
（3）电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液；活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。
电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
（4）电镀时，阳极（镀层金属）失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。
考点三 有关电化学的计算[学生用书P136]
一、计算类型
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
二、方法技巧
1．根据电子守恒计算
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．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。
3．根据关系式计算
根据得失电子守恒定律关系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－
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