届高考化学一轮复习电解池金属的腐蚀与防护学案.docx

届高考化学一轮复习电解池金属的腐蚀与防护学案.docx

《届高考化学一轮复习电解池金属的腐蚀与防护学案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《届高考化学一轮复习电解池金属的腐蚀与防护学案.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

届高考化学一轮复习电解池金属的腐蚀与防护学案

第3讲　电解池、金属的腐蚀与防护

【2020·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。

核心素养：

1.变化观念与平衡思想：

认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。

2.科学精神与社会责任：

肯定电解原理对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。

考点一　电解原理

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

名师课堂导语电解原理是电化学重要的理论基础，掌握好放电顺序，总结好电解规律，是解答好电解原理应用题的前提。

另外对于设题方式多且灵活多变的实物图分析问题，应加以关注。

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。

（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－>最高价含氧酸根离子。

（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。

1.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。

2.最常用的放电顺序：

阳极：

活泼金属（一般指Pt、Au以外的金属）>Cl－>OH－；阴极：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电，如理论上H＋的放电能力大于Zn2＋，由于溶液中c（Zn2＋）≥c（H＋），则先在阴极上放电的是Zn2＋，例如铁上镀锌时，放电顺序：

Zn2＋>H＋。

5.惰性电极电解电解质溶液的产物判断（图示）

[速查速测]

1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”

（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）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（×）

（3）电解时，电子的移动方向为：

电源负极→阴极→阳极→电源正极（×）

（4）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大（×）

（5）用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu（OH）2可使电解质溶液恢复到电解前的情况（×）

2.（教材知识拓展题）要实现反应：

Cu＋2HCl===CuCl2＋H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是（　　）

解析　铜与盐酸不能直接发生反应，由于不是能自发进行的氧化还原反应，故不能设计成原电池，即A、B选项不符合；由于铜失去电子，故铜作阳极，与电源的正极相连，选项C符合。

答案　C

3.（探究思考题）用惰性电极电解2mol·L－1NaCl和1mol·L－1CuSO4的混合溶液，可看做两个电解阶段，试判断在两个阶段中阴、阳两极得到的产物是什么？

并写出相应的电极反应式。

第一阶段：

阳极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________；

阴极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________。

第二阶段：

阳极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________。

阴极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________。

答案　Cl2　2Cl－－2e－===Cl2↑

Cu　Cu2＋＋2e－===Cu

O2　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

H2　4H＋＋4e－===2H2↑

[A组　基础知识巩固]

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.下图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。

通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。

下列实验现象中正确的是（　　）

A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的

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.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

解析　电解Na2SO4溶液时，a为阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。

答案　D

3.（2018·河南豫南九校质量考评）如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。

已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电，下列分析正确的是（　　）

A.C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑

B.C1电极处溶液首先变黄色

C.C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑

D.当C1电极上有2g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移

解析　C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，作阳极，Fe2＋的还原性强于Cl－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===

Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2电极处溶液首先变黄色，B错误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。

答案　C

【原创总结】

以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律

类型

放电规律

电解质（水溶液）

电解水型

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。

含氧酸（如H2SO4）

强碱（如NaOH）

活泼金属的含氧酸盐

电解电

解质型

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。

无氧酸（如HCl），除HF外

不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外

放H2生碱型

阳离子为放电顺序排在H＋之后的金属阳离子；阴离子为放电顺序排在OH－之前的阴离子。

活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）

放O2生酸型

阳离子为放电顺序排在H＋之前的金属阳离子；阴离子为放电顺序排在OH－之后的阴离子。

不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）

说明：

请同学们写出上述实例中的半反应和总反应的离子方程式，并分析电解后溶液的pH变化。

[B组　考试能力过关]

4.（海南高考）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　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。

答案　D

5.（北京高考）用石墨电极电解CuCl2溶液（见图）。

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　根据溶液中离子移动方向可知，U型管左侧电极是阴极，连接电源的负极，a端是电源的负极，A正确；通电使CuCl2发生电解，不是电离，B错误；阳极发生氧化反应，Cl－在阳极放电2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；Cl－发生氧化反应，在阳极放电生成Cl2，D错误。

答案　A

6.

（1）（2017·江苏高考）电解Na2CO3溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为_________________________________________________________________，

阴极产生的物质A的化学式为______________________________________。

（2）（2015·山东高考）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。

LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。

利用如图所示装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。

B极区电解液为_________________________________________________________

溶液（填化学式），阳极电极反应式为_________________________________，

电解过程中Li＋向　　　　电极迁移（填“A”或“B”）。

解析　

（1）电解Na2CO3溶液，实际上是电解水，观察电解池装置可知，阳极产物有NaHCO3和O2，则阳极反应式为4CO

＋2H2O－4e－===4HCO

＋O2↑，阴极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产物为H2。

（2）根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极，阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。

电解过程中，阳离子向阴极迁移，则Li＋向B电极迁移。

答案　

（1）4CO

＋2H2O－4e－===4HCO

＋O2↑　H2

（2）LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B

考点二　电解原理的应用

（频数：

★★★　难度：

★★☆）

名师课堂导语电解原理的综合应用是高考考查的重要内容，在掌握好电解原理基本应用的基础上，要特别关注电解在物质制备、污水处理等方面的拓展应用，在分析电解装置时，应注意半透膜的作用。

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。

[速查速测]

1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”

（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（×）

2.（教材改编题）

（1）（LK选修4·P183改编）电解精炼铜时，如果转移0.04mol电子，阴极材料的质量将增加1.28g。

（2）（RJ选修4·P834改编）电解饱和食盐水时，从阴极逸出2.24L氢气，从阳极逸出Cl2气体，逸出气体的体积为2.24L（在标准状况下，不考虑气体溶解）。

3.（思维探究题）比较下列两种装置有哪些不同？

（1）请分析两装置中各电极的质量变化？

____________________________________________________________________。

（2）请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？

____________________________________________________________________。

答案　

（1）甲图中铜片质量减小，铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加

（2）甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化，因为阳极溶解多少铜，阴极就析出多少铜；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度减小

[A组　基础知识巩固]

1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。

下列说法正确的是（　　）

A.氯碱工业中，X电极上反应式是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

解析　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化为Zn2＋、Fe2＋，阴极Cu2＋放电析出Cu，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。

答案　D

2.（物质制备）（2018·武汉市部分学校调研）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

3.（废气处理）（2018·湖南三湘名校教育联盟第三次大联考）[Fe（CN）6]3－

可将气态废弃物中的硫化氢氧化为可利用的硫，自身被还原为[Fe（CN）6]4－。

工业上常采用如图所示的电解装置，通电电解，然后通入H2S加以处理。

下列说法不正确的是（　　）

A.电解时，阳极反应式为[Fe（CN）6]4－－e－===[Fe（CN）6]3－

B.电解时，阴极反应式为2HCO

＋2e－===H2↑＋2CO

C.当电解过程中有标准状况下22.4LH2生成时，溶液中有32gS析出（溶解忽略不计）

D.整个过程中需要不断补充K4[Fe（CN）6]与KHCO3

解析　电解时，阳极上[Fe（CN）6]4－失去电子，阳极的电极反应式为[Fe（CN）6]4－－e－===[Fe（CN）6]3－，A正确；阴极上HCO

放电，发生还原反应，阴极反应式为2HCO

＋2e－===H2↑＋2CO

，B正确；标准状况下22.4LH2的物质的量为1mol，则转移2mol电子。

H2S失去2mol电子，生成1mol单质S，即析出32gS，C正确；根据以上分析可知，反应的结果相当于是H2S被电解生成H2和S，所以不需要补充K4[Fe（CN）6]和KHCO3，D错误。

答案　D

【方法技巧】

电化学中定量计算方法

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。

[B组　考试能力过关]

4.（2018·课标全国Ⅰ，13）最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。

示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：

①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋

②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋

该装置工作时，下列叙述错误的是（　　）

A.阴极的电极反应：

CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O

B.协同转化总反应：

CO2＋H2S===CO＋H2O＋S

C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低

D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性

解析　阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。

答案　C

5.（2016·课标全国Ⅰ，11）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　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，错误。

答案　B

6.[2018·课标全国Ⅰ，27（3）]制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。

阳极的电极反应式为____________________________________________________________________。

电解后，　　　　室的NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

解析　阳极发生氧化反应：

2H2O－4e－===4H＋＋O2↑（或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑），阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。

阴极发生还原反应，析出H2，OH－增多，Na＋由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增大。

答案　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑（或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑）　a

考点三　金属的腐蚀与防护

（频数：

★☆☆　难度：

★☆☆）

名师课堂导语金属的腐蚀与防护，是电化学的重要组成部分，虽然考查力度没有新型电源和电解应用频率高，但作为考点知识轮换，在近几年的考题中时有出现，复习时应特别关注两种电化学防腐（牺牲阳极的阴极保护法外、外加电流的阴极保护法）。

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

1.电解质所处环境决定金属的腐蚀方式：

若电解质酸性较强，如NH4Cl、H2SO4等，则发生析氢腐蚀，相当于金属与酸构成原电池；若电解质为弱酸、中性、弱碱，则发生吸氧腐蚀，相当于金属、氧气构成燃料电池。

2.两种腐蚀正极的现象不同：

析氢腐蚀正极产生H2，气体压强变大，pH增大；吸氧腐蚀正极吸收O2，气体压强变小，pH增大。

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