2022高考化学一轮复习电解池金属的电化学腐蚀与防护知识研习（人教版）

第六章化学反应与能量第三讲电解池金属的电化学腐蚀与防护知识研读(对应学生用书P85)课程解读课程标准了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。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。考点展示理解电解原理及利用电解原理进行创新实验设计。2.应用电解原理解决工业、生产、生活中的实际问题。3.对比化学腐蚀与电化学腐蚀，学会一般的防腐方法。知识梳理一、电解原理1．电解使______通过电解质溶液在阴、阳两极引起____________的过程。2．能量变化_____转化为______。3．电解池的构成(1)_________。(2)______溶液或熔融态的______。

直流电氧化还原反应电能化学能直流电源电解质电解质(3)两个电极①阳极：与电源_____相连的电极，发生______反应。②阴极：与电源_____相连的电极，发生_____反应。(4)形成闭合回路。4．电子流向电源正极→电解池____→电解池_____→电源负极。5．电极反应式正极氧化负极还原阳极阴极A极为_____，电极反应式为_________________。B极为_____，电极反应式为________________。总反应式为_________________。6．离子移动在电解池内阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。二、电解原理应用1．电解饱和食盐水制烧碱、氯气和氢气阳极：_________________。阴极：________________。总反应：_________________________________。阳极阴极2Cl－－2e－===Cl2↑Cu2＋＋2e－===CuCuCl2===Cu＋Cl2↑通电2NaCl＋2H2O===2NaOH＋H2↑＋Cl2↑通电2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑2．电镀铜或电解精炼铜(1)两极材料：待镀金属或精铜做阴极，镀层金属或粗铜做____。(2)电极反应：阳极：_______________阴极：_______________3．电解冶炼Na(1)电极反应：阳极：________________阴极：_________________(2)总反应方程式：________________________(3)应用：冶炼___________等活泼金属。通电2NaCl(熔融)===2Na＋Cl2↑Na、Mg、Al2Na＋＋2e－===2Na2Cl－－2e－===Cl2↑阳极Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu[想一想1]如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物？提示：向饱和食盐水中滴加几滴酚酞，电解后阴极区域溶液变红，证明有NaOH生成；用两支试管分别收集两极气体，阳极的用湿润的淀粉KI试纸验证，阴极的用爆鸣实验验证。三、金属的电化学腐蚀与防护1．金属的腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生________反应而引起损耗的现象。(1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生________而引起的腐蚀。(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生______反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。2．电化学腐蚀分类以铁的腐蚀为例氧化还原化学反应原电池吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜呈_______或_____水膜呈_________正极反应________________________________________负极反应_________________总反应__________________2Fe(OH)2_____________________弱酸性中性较强酸性2H2O＋O2＋4e－===4OH－2H＋＋2e－===H2↑Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===3.金属的防护方法(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如____，让被保护的金属做原电池的_____。(2)外加电源的阴极保护法——电解池原理用被保护的钢铁设备作_____，惰性电极作_____，外接直流电源。(3)其他方法：改变金属内部结构，如______；加涂防护层如_______、______、____等方法。[想一想2]铁锈是怎样形成的？锌块正极阴极阳极不锈钢喷细漆涂油脂喷镀提示：铁腐蚀后，一般会生成铁锈，其原因是：随着析氢腐蚀进行，溶液中c(H＋)降到一定浓度后，则发生吸氧腐蚀，发生的反应为：2Fe－4e－===2Fe2＋，2H2O＋O2＋4e－===4OH－，Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。考点整合(即时巩固解析为教师用书独有)考点一电解池的电解原理反应式的书写1．电解池电极的判断灵犀一点：①对电解池阴阳两极的记忆，可用音同字不同加强记忆，如“氧化反应—阳极”这一对应关系帮助记忆。也可以利用外接电源正负极来判断。②电解池的阴阳极取决与外接电源的正负极，与电极材料的金属活动性无关。2．电解时电极产物的判断(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，阴离子放电顺序：(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，即：Au>Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。灵犀一点：①电解质溶液的导电过程，就是该溶液的电解过程，是化学变化。②在水溶液中，含氧酸根和活泼金属离子一般不放电，而是OH-和H+放电。3．电极反应式和电解总反应式的书写(1)电极反应式①确定电极与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。②确定电极反应阳极发生氧化反应。若是活泼金属电极，电极材料放电；若是惰性电极，溶液中阴离子放电。阴极发生还原反应，溶液中的阳离子放电。③写电极反应式在原子守恒和电荷守恒的基础上写出电极反应式。(2)电解总反应式①在确保两极转移电子数目相同的条件下，将两电极反应式合并即得总反应式。②总反应式要注明条件：通电。若电解的H＋或OH－来自于H2O，离子方程式中要以水分子的形式书写。灵犀一点：①电极反应的总方程式等于两电极反应式的加和。②某一电极反应式等于电极反应的总方程式与另一电极反应式的差。③如果在电解的总反应中有非氧化还原反应的因素，则两电极反应式之和就不等于电解反应方程式，如电解食盐水的反应。【案例1】

(2008·全国Ⅱ理综)如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附近分别滴加一滴石蕊试液，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电极附近出现蓝色D．a电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色【解析】

本题考查电解放电顺序和电解Na2SO4溶液的结果，中等难度。Na2SO4溶液中存在的阳离子是Na＋、H＋，水中H＋在阴极得电子的产物是无色无味的H2，OH－使a极附近的石蕊呈蓝色；Na2SO4溶液中存在的阴离子有、OH－，水中的OH－在阳极失去电子产生无色无味的O2，H＋使b附近石蕊呈红色，故选项D正确，B、C不正确。电解Na2SO4溶液的本质是电解水，其电解总方程式为2H2O===2H2↑＋O2↑，a极逸出H2多于b极逸出的O2，故A不正确。【答案】

D电解【规律技巧】①处理有关电解池两极产物的问题，一定要先看电极，看电极是活性电极还是惰性电极。活性电极在阳极放电，电极溶解生成相应的金属离子，此时阴离子在阳极不放电。对于惰性电极，则只需比较溶液中定向移动到两极的阴阳离子的放电顺序即可。②根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：a.Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，但第一阶段只能被还原到Fe2＋；b.Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋在一定条件下(即电镀)也能在水溶液中放电；c.Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋只有在熔融状态下放电。【即时巩固1】如图两个装置中，溶液体积均为200mL，开始时，电解质溶液的浓度均为0.1mol/L，工作一段时间后，测得导线上都通过了0.02mol电子，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述中正确的是(

)A．①中Cu棒为阳极；②中Cu棒为负极B．电极上析出物质的质量：①<②C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；②中负极：2H＋＋2e－===H2↑D．c(Cu2＋)：①中不变；②中减小【解析】由装置特点可知，①为电解池，②为原电池。A项，①中Cu棒与电源正极相连，作阳极；②中Cu棒为正极。B项，①中Cu棒失电子而溶解变细，Fe棒有Cu析出：Cu2＋＋2e－===Cu；②中Cu棒有Cu极出：Cu2＋＋2e－===Cu，Zn棒失电子而溶解变细，显然导线上通过相同的物质的量电子时，①②中析出的物质的质量相等。C项，①中阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋；②中负极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。D项，①为电镀铜，Cu作阳极，溶液中c(Cu2＋)不变；②为Zn－Cu原电池，Cu2＋在正极上得电子析出，溶液中c(Cu2＋)减小。【答案】

D考点二电解电解质溶液的规律及电解的有关计算1．电解类型类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴极：4H＋＋4e－―→2H2↑阳极：4OH－―→2H2O＋O2↑＋4e－NaOH水增大增大加水H2SO4水增大减小加水Na2SO4水增大不变加水分解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小变大加氯化氢CuCl2电解质减小加氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2，生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大加氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2，生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小加氧化铜或碳酸铜2.电解的有关计算(1)常见计算类型：①两极产物的定量计算(求析出固体的质量、产生气体的体积等)；②溶液pH的计算；③相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算；④某元素的化合价或确定物质的化学式；⑤根据电量求产物的量或根据产物的量求电量等。(2)解答此类问题的常用方法：①守恒法：原子守恒、电量守恒等；②总反应式法；③关系式法，如：物质(或微粒)：灵犀一点：①应用得失电子守恒，可以解决有关电极产物的定量关系，同时注意电极产物变化的情况。②应用得失电子守恒，也可以解决电解质溶液的pH的变化、某些离子浓度的变化及晶体的析出等定量问题。【案例2】

(2008·全国理综Ⅰ)电解100mL含c(H＋)＝0.30mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04mol电子时，理论上析出金属质量最大的是(

)A．0.10mol/LAg＋

B．0.20mol/LZn2＋C．0.20mol/LCu2＋D．0.20mol/LPb2＋【解析】电解含有Zn2＋、Pb2＋的溶液，H＋得电子生成H2，不能析出金属，B、D项错；电解含有Ag＋的溶液，可得Ag0.1mol·L－1×0.1L×108g·mol－1＝1.08g，电解含有Cu2＋的溶液，可得铜0.2mol·L－1×0.1L×64g·mol－1＝1.28g。【答案】

C【规律方法】

①解答有关电解的计算，关键是正确判断离子的放电顺序及电极产物。②利用电子守恒法计算时，务必弄清电极(或线路)上通过的电子的物质的量与已知量及未知量之间的关系。【即时巩固2】按右图的装置进行电解实验，A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质溶液中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极质量增加7.68g，溶液质量增加0.03g，则A极合金中Cu、Zn的原子个数之比为(

)A．4∶1

B．3∶1

C．2∶1

D．任意比【解析】

B极增加的质量为Cu的质量，其物质的量为0.12mol，则合金中铜和锌的总物质的量也为0.12mol。由溶液增加的质量可求得Zn的物质的量为：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu

Δm1mol1gxmol0.03g求得x＝0.03，由此可知合金中Cu的物质的量n(Cu)＝0.12mol－0.03mol＝0.09mol，所以选项B符合题意。【答案】

B考点三电解原理的应用1．氯碱工业阳极(放电顺序：Cl－>OH－)：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)阴极(放电顺序：H＋>Na＋)：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)在上述反应中，由于H＋在阴极上得到电子而生成H2，破坏了附近水的电离平衡，促进了水继续电离，结果阴极区溶液中OH－的浓度增大而呈碱性。总反应：2．电镀应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。电镀的方法可应用在铜的精炼上：精铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液。电解时，发生如下反应：阳极：Cu－2e－===Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。阳极中存在的金、银等不活泼的贵重金属在电解液中沉积下来，阴极得到纯铜。3．电冶金电解熔融电解质，可炼得活泼金属。如：K、Na、Ca、Mg、Al等金属可通过电解其熔融的氯化物(如MgCl2)或氧化物(如Al2O3)制得。电源的负极是最强的“还原剂”，可“强迫”活泼金属的阳离子得电子。如电解冶炼铝：阳极反应6O2－－12e－===3O2↑，阴极反应4Al3＋＋12e－===4Al，总反应式为：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。【案例3】

(1)原电池反应通常是放热反应，在理论上可设计成原电池的化学反应是____________(填序号)，理由是___________________________________________________。A．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)

ΔH>0B．Ba(OH)2·8H2O(s)＋2NH4Cl(s)===BaCl2(aq)＋2NH3·H2O(l)＋8H2O(l)

ΔH>0C．HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O

ΔH<0D．CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)

ΔH<0(2)电解原理在化学工业中有着广泛的应用。现将你设计的原电池通过导线与右图中的电解池相连，其中，a为电解液，X和Y是两块电极板，则：如果用电解方法精炼粗铜(含Fe、Zn、Ag、Au等杂质)，电解液a选用CuSO4溶液，则①X极的材料是________，电极反应为_____________。②Y极的材料是________，电极反应为______________。③电解质溶液中Cu2＋浓度________。(填“增大”“减小”或“不变”)(3)若在铁棒上镀锌，则X极材料是________，该电极反应式为________________，Y极材料是________，该电极反应式为________。a溶液是________，工作过程中a溶液的浓度________，pH________。【解析】

(1)原电池反应通常是放热反应同时又是自发进行的氧化还原反应，而A项、B项为吸热反应，B项、C项为非氧化还原反应，故应选D项，可设计成原电池。(2)在铜的精炼中，粗铜作阳极，Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋，纯铜作阴极，Cu2＋＋2e－===Cu，但由于阳极(粗铜)含有Fe、Zn等杂质，Fe、Zn在阳极也失电子生成Fe2＋、Zn2＋，因两电极得失电子数目相等，故电解质溶液中Cu2＋的浓度减小。(3)根据电镀的原理，镀层金属为阳极，故Y极为Zn，镀件为阴极，X极为铁棒，且电镀过程中电解质溶液浓度不变，pH不变。【答案】

(1)D

D中反应是放热反应，且是能自发进行的氧化还原反应(2)①纯铜Cu2＋＋2e－===Cu②粗铜Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋③减小(3)铁棒Zn2＋＋2e－===Zn锌Zn－2e－===Zn2＋ZnSO4溶液不变不变【即时巩固3】如下图所示，下列关于实验现象的描述正确的是(

)a电极b电极X溶液实现现象A石墨石墨CuCl2a电极质量增加，b电极放出无色气体BFe石墨KNO3a电极质量增加，b电极放出无色气体CFeCuCuSO4a电极质量增加，b电极质量减小D石墨石墨HCla电极放出无色气体，b电极放出无色气体【解析】这是一个电解装置，其中A、D选项中是惰性电极，且电解液都含有氯离子，所以b电极应该放出淡黄绿色的气体(氯气)；B选项中的a电极质量不变；C选项中所组成的电解池相当于电镀池，其中b电极的铜溶解，质量减小，而a电极上析出铜，质量增加。【答案】

C考点四金属的腐蚀与防护1．金属的腐蚀(1)化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体或非电解质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触特点无电流产生有电流产生本质金属失电子变成金属阳离子而被氧化(M－ne－===Mn＋)金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重(2)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较类型析氢腐蚀吸氧腐蚀形成条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性电解质溶液溶有CO2的水溶液溶有O2的水溶液负极反应Fe－2e－===Fe2＋正极反应2H＋＋2e－===H22H2O＋O2＋4e－===4OH－电子流动Fe失e－成为Fe2＋进入溶液，Fe失去的e－流入C极，H＋趋向于C极，与C极上的e－结合生成H2析出溶液Fe失e－成为Fe2＋进入溶液，Fe失去的e－流入C极，在C极O2获得e－生成OH－进入溶液其他反应及产物Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)22Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O普遍性吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍2.金属腐蚀快慢的判断方法(1)电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。(2)同一金属在不同电解质溶液中的腐蚀速率：强电解质＞弱电解质＞非电解质。(3)原电池原理引起的腐蚀速率：两电极金属活动性相差