1、第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护第3讲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、了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。考点一电解的原理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)构成条件有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子的移动方向特别提醒电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。4.分析
2、电解过程的思维程序(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(不要忘记水溶液中的H和OH)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序：AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。 阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。注意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。最常用、最重要的放电顺序是：阳极：ClOH；阴极：AgCu2H。电解水溶液时，KAl3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)分析
3、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。深度思考1.用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)电解质(水溶液)电极方程式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸(如H2SO4)水2H2OO22H2增大减小强碱(如NaOH)水2H2OO22H2增大增大活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)水2H2OO22H2增大不变无氧酸(如HCl)，除HF外酸2HClCl2H2减小增大不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外盐CuCl2CuCl
4、2减小活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)水和盐2Cl2H2OCl2H22OH生成新电解质增大不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)水和盐2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质减小2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？答案放H2生碱型实质是水电离出H在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出OH在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H浓度增大。3.(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？(2)上表中要使电解后的CuSO4
5、溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？4.若用惰性电极电解饱和的Na2SO4溶液，此时溶液的浓度和pH怎样发生变化？为什么？题组一电解原理和电解规律的考查1.右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是 ()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2.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确
6、的是 ()A.电解过程中阴极没有气体生成B.电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 molC.原CuSO4溶液的浓度为0.1 molL1D.电解过程中阳极收集到的气体体积为1.12 L(标况下)题组二突破电极反应式、电解总方程式的书写3.按要求书写电极反应式和总方程式(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)用铁作电极电解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_。(5)用Al
7、作电极电解NaOH溶液阴极反应式_；阳极反应式_；总反应离子方程式_。(6)用惰性电极电解熔融MgCl2阴极反应式_；阳极反应式_；总反应离子方程式_。4.(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_。(2)用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。写出阳极生成R的电极反应式：_。答案(1)2Al6e3H2O=Al2O36H(2)Al3HCO3e=Al(OH)33CO21.体会书写步骤以石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式的书写为例。第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu
8、2、H；阴离子：OH、SO。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2H；阳极：OHSO。第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu24e=2Cu；阳极：4OH4e=O22H2O。根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。2.规避“三个”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。题组三与酸、碱、盐电解有关的实验设计5.某课外活动小组
9、设计了如图所示装置，调节滑动变阻器，在电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验(此时，打开止水夹a，关闭止水夹b)。由于粗心，实验并未达到预期目的，但也看到了令人高兴的现象。请帮助他们分析并回答下列问题(图中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过)：(1)写出B装置中的电极反应式：Pt极_；Fe极_。(2)写出观察到的A装置中的现象：_；_；_。(3)当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b，再观察C装置。若无现象，说明理由；若有现象，请写出有关反应方程式_。(4)若想达到电解NaCl溶液的目的，应如何改进装置，请提出你的意见_。考点二电解原理的应用1.电解饱和
10、食盐水(1)电极反应阳极反应式：2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极反应式：2H2e=H2(还原反应)(2)总反应方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2离子反应方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。2.电镀右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。(3)电极反应： 阳极：Age=Ag；阴极：Age=Ag。(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。3.电解精炼铜(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。(2)电解质溶液：含Cu2的盐溶液。(3
11、)电极反应：阳极：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2、Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。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。(1)冶炼钠 2NaCl(熔融) 2NaCl2电极反应：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na。(2)冶炼铝 2Al2O3(熔融) 4Al3O2电极反应：阳极：6O212e=3O2；阴极：4Al312e=4Al。深度思考1.(1)电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？2.电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？题组一电解原理的“常规”应用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
12、的是()A.氯碱工业中，X电极上反应式是4OH4e=2H2OO2B.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100 mL 0.1 molL1 NaCl溶液，若阴阳两极均得到112 mL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_(填字母序号)
13、。A.a为正极，b为负极；NaClO和NaCl B.a为负极，b为正极；NaClO和NaClC.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_。题组二电解原理的“不寻常”应用(一)处理废水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
14、溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O6Fe214H=2Cr36Fe37H2OC.阴极区附近溶液pH降低D.若不考虑气体的溶解，当收集到H2 13.44 L(标准状况)时，有0.1 mol Cr2O被还原(二)制备物质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_。(2)B极为_，电极反应式为_。答案(1)阳极CO(NH2)28OH6e=N2CO6H2O(2)阴极6H2O6e=3H26OH解析H2产生是因为H2O电离的H在阴极上得电子，即6H2O6e=3H26OH，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO(N
15、H2)26e8OH=N2CO6H2O，阳极反应式容易错写成4OH4e=2H2OO2。(三)处理废气5.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_。(2)SO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_。考点三应对电化学定量计算的三种方法1.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。2.方法技巧(1)根
16、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4 mol e为桥梁可构建如下关系式：4e2Cl2(Br2、I2)O22H22Cu4AgM 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。提示在电化学计算中，还常利用QIt和Qn
17、(e)NA1.601019C来计算电路中通过的电量。题组一根据电子守恒，突破电化学的基本计算1.两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为 ()A.27 mg B.54 mg C.106 mg D.216 mg题组二根据电子守恒，突破电解池的“串联”计算2.在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题。(1)电源中X电极为直流电源的_极。(2)pH变化：A：_，B：_，C：_(填“增大”、“减小”或“不变”
18、)。(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为_(设电解前后溶液体积无变化)。(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为_(设电解前后溶液体积无变化)。 无明显“外接电源”的电解池的“串联”问题，主要是根据“原电池”的形成条件判断“电源”的正、负极，从而判断电解池的阴、阳极。题组三根据电子守恒，突破电解的分阶段计算3.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.6 molL1，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2.24 L气体(标准状况下
19、)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是 ()A.原混合溶液中c(K)为0.2 molL1B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 molD.电解后溶液中c(H)为0.2 molL14.将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如图所示，则下列说法错误的是 ()A.阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出H2 B.AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生CuC.BC段表示在阴极上是H放电产生了H2 D.CD段相当于电解水考点四金属的腐蚀和防护1.金属腐蚀的本质金属原
20、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跟非金属单质直接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(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe2e=Fe2正极2H2e=H2O22H2O4e=4OH总反应式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2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阴极保护法原电池原理a.
21、负极：比被保护金属活泼的金属； b.正极：被保护的金属设备。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，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。深度思考1.判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀 ()(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样 ()(3)干燥环境下金属不被腐蚀 ()(4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 ()(5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3 ()(6)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全
22、失去了对金属的保护作用 ()(7)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀 ()2.写出钢铁、铜制品在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈、铜绿的原理。答案(1)铁锈的形成 负极：2Fe4e=2Fe2 正极：O24e2H2O=4OH2FeO22H2O=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O(2)铜锈的形成负极：2Cu4e=2Cu2 正极：O22H2O4e=4OH2Cu2H2OO2=2Cu(OH)2 2Cu(OH)2CO2=Cu2(OH)2CO3(铜绿)
23、H2O题组一腐蚀快慢与防护方法的比较1.如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为 ()A. B. C. D.2.下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是 ()A.图1中，铁钉易被腐蚀B.图2中，滴加少量K3Fe(CN)6溶液，没有蓝色沉淀出现C.图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D.图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极(1)判断金属腐蚀快慢的规律对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀。对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中。活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。(2)两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。题组二正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀3.利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是 ()
