2024届一轮复习人教版 第六章 第三节 电解池 金属的腐蚀与防护 课件（65张）

第三节电解池金属的腐蚀与防护课标要求核心素养1.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。2.能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。1.证据推理与模型认知：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.科学探究与创新意识：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作出正确的价值判断。[目标导航][自主测评](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

溶液作电解质溶液，不可能在铁上镀锌。()(6)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变。()

答案：(1)×错因：阳极逸出的气体是Cl2，能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(2)×错因：电子的移动方向：电源负极→阴极、阳极→电源正极。

(3)×错因：电解硫酸实质是电解水，所以溶液的pH逐渐减小。

(4)√

(6)×错因：电解精炼铜时电解质溶液中c(Cu2+)减小。2.如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解。下列说法正确的是()

A.电路中电子流向：负极→d→c→b→a→正极

B.a、c两极产生气体的物质的量相等D.通电后向烧杯中滴入酚酞溶液，d极附近会变红答案：D3.下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是()

A.牺牲阳极的阴极保护法利用了电解池原理

移给还原剂

C.外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零

D.铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，负极

答案：CB.金属的化学腐蚀的实质：M－ne－===Mn＋，电子直接转的电极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－考点一电解原理及规律1.电解池工作原理还原阴阳氧化注意：电子不下水，离子不上线。项目电解池原电池能否自发使“不能”变为“能”或使“能”变为“易”能自发进行能量转化____转化为____能______能转化为____能装置有外加电源无外加电源电极由外加电源决定阳极：连电源的______阴极：连电源的______由电极或反应物性质决定，称为正极或负极2.电解池与原电池的比较电能化学化学电能正极负极项目电解池原电池反应类型阳极：____反应阴极：____反应负极：____反应正极：____反应离子移动阳离子移向____阴离子移向____阳离子移向____阴离子移向____相同点都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体（续表）氧化还原氧化还原阴极阳极正极负极[方法技巧]电极放电顺序(1)阴极：(与电极材料无关)(2)阳极：①活性电极作阳极，活性电极失电子。②惰性电极作阳极，放电顺序为考点二电解原理的应用1.氯碱工业(电解饱和食盐水)(1)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图2.电镀和电解精炼铜粗铜类型电镀(Fe表面镀Cu)电解精炼铜阳极电极材料镀层金属铜______(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu－2e－===Cu2+①Zn－2e－===Zn2+；②Fe－2e－===Fe2+；③Ni－2e－===Ni2+；④Cu－2e－===Cu2+（续表）类型电镀(Fe表面镀Cu)电解精炼铜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。

注意：冶炼镁不可用MgO作原料；冶炼铝不可用AlCl3作原料。

考点三金属腐蚀与防护

1.金属的腐蚀(1)金属腐蚀的本质氧化

金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生______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其表面接触到的物质直接发生化学反应不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质M－ne－===Mn＋M－ne－===Mn＋现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)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反应负极Fe－2e－===Fe2+正极2H＋＋2e－===H2↑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根据介质判断电化学腐蚀类型

正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性的溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4

等酸性溶液中发生析氢腐蚀。

钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。原电池负正2.金属的防护(1)电化学保护法①牺牲阳极法——________原理a.____极：比被保护金属活泼的金属；b.____极：被保护的金属设备。电解池阴阳

②外加电流法——________原理

a.____极：被保护的金属设备；

b.____极：惰性电极。

(2)改变金属材料的组成，如制成防腐的合金等。

(3)在金属表面覆盖致密的保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

考向1电解池的组成及工作原理分析A.Ag为阳极B.Ag＋由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为WO3＋xAg===AgxWO3答案：C解析：通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中生成AgxWO3，根据Ag＋移动方向判断，Ag电极是阳极，透明导电层是阴极，则Ag＋由银电极向变色层迁移，A、B正确；WO3在阴极发生还原反应，W元素化合价降低，C错误；阳极上Ag放电，阴极上WO3放电，反应生成AgxWO3，故电池总反应式为WO3＋xAg

===AgxWO3，D正确。

2.(2022年福州一模)国内某动力电池研究院运用FFC剑桥工艺实现熔盐电解SiO2

制备硅材料，装置如图所示。下列说法错误的是()答案：B解析：石墨电极生成二氧化碳，所以石墨电极为阳极，阳极反应为C＋2O2－－4e－===CO2↑，A正确；SiO2电极减重60g时，消耗1molSiO2，阳极生成1molCO2，未说明气体所处的状态，体积不一定为22.4L，B错误；电解过程中，阳离子移向阴极，SiO2所在的电极为阴极，所以熔融盐中Ca2+移向SiO2所在电极的方向，C正确；若用其他惰性电极代替石墨作阳极，可能是O2－、Cl－失电子生成O2、Cl2，D正确。考向2电解池的电极反应式书写及相关计算

3.(2019年全国Ⅲ卷节选)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种如图所示的新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程。负极区发生的反应为______________________________________________(写反应方程式)。解析：负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极区，根据图示信息知电极反应为Fe3+＋e－===Fe2+和4Fe2+＋O2＋4H＋===4Fe3+＋2H2O。答案：Fe3+＋e－===Fe2+和4Fe2+＋O2＋4H＋===4Fe3+＋2H2O

4.(2020年山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备H2O2

的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是()A.阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B.电解一段时间后，阳极室的pH未变C.电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D.电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量答案：D解析：从图可知，a电极上产生氧气，则为阳极；b电极上O2转化为H2O2，发生还原反应，则为阴极。阳极发生氧化反应失去电子生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A正确；该装置阳极和阴极之间是通过质子的移动形成闭合回路的，即H＋由a极区移向b极区，电路中电子的转移量与H＋的迁移量相同，所以阳极区的pH不发生变化，B、C正确；阳极产生1molO2转移电子4mol，阴极消耗1molO2转移电子2mol，据得失电子守恒可得，电解过程中a极生成的O2与b极反应的O2物质的量之比为1∶2，D错误。[方法技巧]1.电解池中电极反应式的书写2.电解池相关计算的“3

个方法”

考向3

金属的腐蚀与防护

5.(2020年江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在下图所示的情境中，下列有关说法正确的是()

B.金属M的活动性比Fe的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快A.阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2+解析：该装置为原电池，阴极处为正极，参与电极反应的是O2或是溶液中的H＋，A错误；M比Fe活泼，M作为负极，发生氧化反应，失去的电子转移至Fe处，B错误；钢铁设施表面有M传过来的电子，则O2或H＋得到的电子不是Fe失去的电子，故Fe被保护，C正确；海水中存在大量的电解质，所以更容易发生电化学腐蚀，D错误。答案：C6.(2022年淮安期初调研)研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误的是()图1图2D.图2钢铁桥墩上发生的反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－A.桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀B.钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀得更快C.图1辅助电极的材料可以为石墨

解析：海水呈弱碱性，桥墩在海水中主要发生吸氧腐蚀，A错误；海水中电解质含量高于河水，因此钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀得更快，B正确；图1是外加电流的阴极保护法，钢铁桥墩与电源的负极相连，辅助电极可以是石墨或惰性金属，C正确；图2是牺牲阳极的阴极保护法，辅助电极是比铁更活泼的金属，钢铁桥墩作正极，发生吸氧腐蚀，电极反应答案：A式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。[方法技巧]金属电化学保护的两种方法考向4通过电化学法利用离子交换膜除杂

7.(2022年天津第一中学模拟)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。2－4

向正极区移动，Na＋解析：电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO向负极区移动，正极区水放电生品，溶液pH增大，A、C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，D错误。

答案：B成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水放电生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产

8.(2020年山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl

溶液模拟海水，采用惰性电极，用如图所示

错误的是()的装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法故隔膜1、2分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜，B错误；根据通过电路的电量相等，电路中转移1mol电子，通过离子交换膜的Na＋、Cl－也分别是1mol，即可除盐58.5g，C正确；酸性条件下，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D正确。答案：B

考向5

通过电化学法利用离子交换膜制备物质

9.(2021年广东卷)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。水溶液中电解制备金属钴的装置如图所示。下列说法正确的是()A.工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变解析：该装置为电解池，石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Ⅰ室中阳离子数目增多，为维持溶液呈电中性，Ⅰ室中H＋通过阳离子交换膜向Ⅱ室迁移；钴电极为阴极，电极反应式为Co2+＋2e－===Co，Ⅲ室中Cl－通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，电解总反应的离子方程式为2Co＋2H2O2Co＋O2↑＋4H＋，D正确。放电生成的H＋2+通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，A错误；阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，B错误；若移除离子交换

应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，C错误。

答案：D膜，Cl－的放电能力强于水，Cl－会在阳极失去电子发生氧化反离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是(

10.(2022年鞍山重点校联考)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解)A.电极a连接电源的正极B.B为阳离子交换膜C.电解质溶液采用Na2SO4

溶液可避免有害气体的产生

D.Ⅱ口排出的是淡水

解析：该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B错误；电解质溶液采用Na2SO4

溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D正确。答案：BA.阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋

1.(2022年广东卷)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(

)

B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等

解析：根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si

等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和Al3+，Cu和Si

不参与反应，阴极区Al3+得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。阴极发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。答案：CA.充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2

B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时，正极发生反应O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2

解析：光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，D正确。

答案：CLi＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，

3.(2022年海南卷)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图所示。下列有关说法正确的是()A.在b电极上，N2