2025届新高考化学热点精准复习 电解池++金属腐蚀与保护

2025届新高考化学热点精准复习

电解池金属腐蚀与防护基于大单元教学设计下的一轮复习情景再现

清洁能源——H2氢气因其清洁无污染、热量高等优点，被誉为21世纪最具发展前景的清洁能源。根据氢气的来源，可以将氢气分为灰氢、蓝氢、绿氢。绿氢在制备过程中可以实现零碳排放量，因此也被称为最纯正的绿色能源。其中，电解水制氢作为目前最重要的绿氢制备手段之一，备受世界各国关注。电解水制氢电解水制氢是指在直流电作用下，水分子在电解槽中被解离生成氧气和氢气的过程。自1800年电解水被发现证实以来，电解水技术的发展已经历了两个多世纪。根据电解槽的不同，目前主流的电解水制氢技术可以分为4种类型。电解水制氢系统四种电解水技术中碱性电解水技术（ALK）是最早开展的电解水制氢技术之一，其发展最成熟，投资、运行成本低，但存在碱液流失、腐蚀、能耗高等问题。质子交换膜电解水技术（PEM）具有能耗低、设备紧凑的优势，能适应可再生能源电力输入，但存在电解槽使用寿命较短，设备成本高等问题。高温固体氧化物电解水技术（SOEC）在高温下运行，制氢系统电化学性能显著提升，效率更高。但高温也制约着该技术的推广应用，因此SOEC还在初期示范阶段。固体聚合物阴离子交换膜电解水技术（AEM）作为最新的电解水技术，其潜力在于将碱性电解槽的低成本与PEM的简单、高效相结合，目前处于研发阶段。教学目标素养目标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.宏观辨识与微观探析：能多角度、动态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要贡献，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问题做出正确的价值判断【环节一】电解原理及其规律探究【活动1】自主测评1、判断正误(1)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。()(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。()(3)电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。()(4)用Cu作电极电解盐酸发生反应Cu＋2H＋=Cu2＋＋H2↑。()(5)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。()(6)电解过程中电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×【环节一】电解原理及其规律探究【活动2】必备知识梳理电解池定义将电能转化为化学能的装置构成条件电极材料可以都是金属，也可以都是非金属导体工作原理两电极：与电源负极相连的是阴极，与电源正极相连的是阳极直流电源电解液电子、离子移动方向(惰性电极)【环节一】电解原理及其规律探究【活动3】能力特训典例2、环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛应用于农药、橡胶、塑料等的生产。回答下列问题：环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为________，总反应为________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为_____________________。答案：Fe电极Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑水会阻碍中间产物Na的生成，且水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2方法指导1．书写电极反应式和总反应式的规律：必须正确书写电解池的电极反应式和总反应式。高考主要从下面三个方面进行考查：(1)根据给出的两个电极反应式，写总反应式。已知两个电极反应式，写总反应式并不难，只要使两个电极反应式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式即可。(2)给出总反应式，写电极反应式。2.书写电极反应式的步骤一般分为四步：①列物质、标得失；②选离子、配电荷；③配个数、巧用水；④两式加、验总式。(3)根据信息给予知识，写电极反应式和总反应式。3．做到“三看”，正确书写电极反应式：(1)一看电极材料，若金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定放电(注：Fe生成Fe2＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的冶炼。4．规避“三个”失分点：(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总反应式时，弱电解质要写成分子式。(2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“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。【环节一】电解原理及其规律探究【活动4】能力提升3、近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：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新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示。阴极区发生的电极反应为__________________________。电路中转移1mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。答案：Fe3＋＋e－=Fe2＋5.6【环节二】掌握电解原理的应用【活动5】自主测评4、判断正误(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。()(2)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。()(3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。()(4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。()(5)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×【环节二】掌握电解原理的应用【活动5】必备知识梳理4．电冶金：3．电镀铜：2．电解精炼铜：1．电解饱和食盐水：【环节二】掌握电解原理的应用【活动6】能力特训典例5(2021·全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是()A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B．阳极上的反应式为HOOCCOOH＋2H＋＋2e－=HOOCCHO＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移D方法指导1．两种技巧(1)“三池”的判断技巧原电池、电解池、电镀池判定规律：若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定；若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池；当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其他情况为电解池。(2)串联电路中“原电池”与“电解池”的判断若无外接电源，必有一个是原电池，根据原电池的构成条件进行判断，其余是电解池。若有外接电源，则全是电解池。2．串联装置图比较图甲中无外接电源，二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置)，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，即左图为原电池装置，右图为电解装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。3．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Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。【环节二】掌握电解原理的应用【活动7】能力提升6、将电化学法和生物还原法有机结合，利用微生物电化学方法生产甲烷，装置如图所示。下列说法错误的是()A．离子交换膜可允许H＋通过B．a为电源正极，b为电源负极C．阳极的电极反应式为CH3COO－＋2H2O－6e－=2CO2↑＋7H＋D．生成0.1molCH4时阳极室中理论上生成CO2的体积是4.48L(标准状况)C【环节二】掌握电解原理的应用【活动8】直击高考7、铌酸钾(KNbO3)在激光领域有广泛用途。用镍(Ni)、铌作电极电解浓KOH溶液制备铌酸钾的装置如图所示。下列说法正确的是()A．铌是阳极，电极反应式为Nb＋3H2O－5e－===NbO3—＋6H＋B．电解一段时间后，镍电极附近溶液的pH减小C．每制得1molKNbO3，理论上可以产生标准状况下44.8LH2D．若离子交换膜为阳离子交换膜，则电解结束后左侧溶液中不可能含有NbO3—解析：电极反应式为Nb＋6OH－－5e－=NbO3—＋3H2O，A错误；镍作阴极，镍电极上水中氢离子放电生成氢气，氢氧根离子浓度增大，所以溶液的pH增大，B错误；根据得失电子守恒，每制得1molKNbO3，理论上可以产生标准状况下56LH2，C错误；阳离子交换膜只允许阳离子通过，电解结束后左侧溶液中不可能含有NbO3—，D正确。8、（2023年全国甲卷）用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度K+的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是()A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上B.Cl—从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极C.阴极发生的反应有：2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2OD.每转移1mol电子，阳极生成11.2L气体(标准状况)【环节二】掌握电解原理的应用【活动8】直击高考解析:由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e—=O2↑+4H+，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e−=C2H5OH+3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。故选C【环节三】了解金属的腐蚀与防护【活动9】自主测评9、判断正误(1)金属发生腐蚀就是金属得电子转变为金属化合物的过程。()(2)钢铁发生电化学腐蚀时，负极上铁失去电子生成Fe3＋。()(3)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中发生腐蚀均生成氧化物。()(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损，就完全失去了对金属的保护作用。()(5)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。()(6)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀。()(7)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√【环节三】了解金属的腐蚀与防护【活动9】必备知识梳理类型化学腐蚀电化学腐蚀定义金属与接触的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质溶液等直接发生化学反应引起的腐蚀不纯金属与电解质溶液接触，会形成原电池，较活泼的金属失去电子被氧化腐蚀特点无电流产生有微弱电流产生普遍性金属的电化学腐蚀比较普遍，而且危害性大，腐蚀速率快类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质酸性较强酸性较弱或呈中性负极反应Fe－2e－=Fe2＋正极反应2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－总反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2其他反应4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)普遍性吸氧腐蚀更普遍1、金属腐蚀的类型：2、钢铁的腐蚀：3、金属的防护：(1)电化学防护法：①牺牲阳极法——利用原电池原理②外加电流法——利用电解池原理(2)改变金属内部结构：制成不锈钢、加保护层(电镀、喷漆、覆膜)知识导图电解池定义原理应用氯碱工业电解精炼铜电镀电冶金电极反应阳极阴极氧化反应还原反应腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀金属的腐蚀与防护防护牺牲阳极法外加电流法惰性电极四种类型的电解腐蚀本质M-ne－=Mn+课后提升10、高铁酸钠(Na2FeO4)是一种高效多功能水处理剂，在强碱性条件下稳定，易被H2还原。以铁合金、Ni为