第6章第3节电解池金属的电化学腐蚀与防护（完整版）4

第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护命题热点1.电解池的工作原理及电极反应式的书写。2.有关电化学的计算。3.判断金属的电化学腐蚀及一般的防腐方法。教材回扣夯实双基一、电解原理1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起______________的过程。氧化还原反应2．电解池(也叫电解槽)：把______转变为________的装置。3．电解池的组成和工作原理(电解CuCl2溶液)电能化学能电极名称阴极阳极电极材料____________电极反应Cu2＋＋2e－===Cu2Cl－－2e－===Cl2↑反应类型______________________电子流向电子从电源_____沿导线流入电解池的___极，经过阴、阳离子定向移动形成的内电路，再从电解池的_____流出，并沿导线流回电源的_____铜石墨还原反应氧化反应负极阴阳极正极二、电解原理的应用1．氯碱工业制烧碱、氯气和氢气2．电镀电镀是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方法，也用在金属的精炼上。如电镀铜或电解精炼铜时：3．电冶金冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属，必须用电解法。如电解熔融氯化钠得到钠时：三、金属的腐蚀与防护1．化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀反应物金属、干燥气体或非电解质液体不纯金属、电解质溶液反应类型直接发生化学反应原电池反应有无电流产生无有实质金属原子失去电子被氧化2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质________________________________负极反应Fe－2e－===Fe2＋正极反应_________________________________________________________酸性较强酸性很弱或呈中性2H＋＋2e－===H2↑O2＋4e－＋2H2O===4OH－类型析氢腐蚀吸氧腐蚀其他反应及产物Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O普遍性___________更普遍吸氧腐蚀3.金属的防护(1)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法——利用_________原理；②外加电流的阴极保护法——利用_________原理。原电池电解(2)其他①改变金属内部结构，如制成合金；②使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。考点串讲深度剖析考点一电极产物的判断与有关反应式的书写1．电解时电极产物的判断2．电极反应式的书写(1)首先判断阴、阳极，分析电极材料,判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时，电极材料放电。(2)再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。(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反应。3．电解化学方程式的书写(1)必须在长等号上标明通电或电解。(2)只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如电解CuCl2溶液：(3)只有水被电解，只写水及电解产物即可。如：电解稀硫酸、电解NaOH溶液、电解Na2SO4溶液时，化学方程式可以写为：(4)电解质、水同时被电解，则都要写成化学方程式。如电解饱和食盐水：特别提醒当电解过程中电解的是水和电解质时,电极反应式中出现的是H＋或OH－放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H＋或OH－均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两个电极反应式相加，即得到电解的总反应方程式。即时应用1．(2010·高考福建卷)铅蓄电池的工作原理为：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。研读下图，下列判断不正确的是(

)由题给方程式可判断，当电路中转移0.2mol电子时，Ⅰ中消耗的H2SO4为

0.2mol，B项正确；电解池工作时，阴离子移向阳极，即d电极，故C项错误；因Ⅱ池反应为：2PbSO4＋2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO4，因此K闭合一段时间后，Ⅱ池可作为原电池对外供电，其中析出的铅附着在c极上作负极，析出的PbO2附着在d极上作正极，D项正确。考点二电解类型及有关计算

1．以惰性电极电解电解质溶液的类型类型电极反应特点实例电解对象电解水型阴：4H＋＋4e－===2H2↑阳：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOH水H2SO4水Na2SO4水类型电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型增大增大加水增大减小加水增大不变加水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电解质减小增大通氯化氢气体CuCl2电解质减小加氯化铜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通氯化氢气体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2.电解池中有关量的计算或判断电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。有如下解题方法：特别提醒(1)若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；若阳极为OH－放电，则阳极区c(H＋)增大；若阴极、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。(2)用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。(3)电解过程中产生的H＋或OH－，其物质的量等于转移电子的物质的量。即时应用2．(2012·佛山高三模拟)如下图所示，若电解5min时，测得铜电极的质量增加2.16g。试回答：(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。(2)通电5min时，B中共收集到224mL(标准状况)气体，溶液体积为200mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________。(3)若A中KCl溶液的体积也是200mL,则电解后溶液的pH＝________。解析：(1)铜极增重，说明银在铜极析出，则铜极为阴极，X为负极。(2)C中铜极增重2.16g，即析出0.02molAg，电路中通过0.02mol电子。由4e－～O2，可知B中产生的O2只有0.005mol，即112mL。但B中共收集到224mL气体，说明还有112mL是H2，即Cu2＋全部在阴极放电后，H＋接着放电产生了112mLH2，则通过0.01mol电子时，Cu2＋已被电解完。由2e－～Cu,可知n(Cu2＋)＝0.005mol,则：c(CuSO4)＝0.005mol÷0.2L＝0.025mol·L－1。(3)由4e－～4OH－知，A中生成0.02molOH－，则：c(OH－)＝0.1mol·L－1，pH＝13。答案：(1)负(2)0.025mol·L－1

(3)13命题视角把脉高考视角1教材高频考点电解原理的考查是教材中的高频考点。

例1铝及铝合金经过阳极氧化，铝表面能生成几十微米厚的氧化铝膜。某研究性学习小组模拟工业法对铝片表面进行氧化处理。分别以铅片、铝片为电极，以硫酸为电解液，按照如图所示连接电解装置，电解40min后取出铝片，用水冲洗，放在水蒸气中封闭处理20～30min，即可得到更加致密的氧化膜。下列有关说法正确的是(

)A．电解时电子流向：电源正极→导线→铝极，铅极→导线→电源负极B．在电解过程中，H＋向阳极移动，SO向阴极移动C．在电解过程中，阳极周围溶液的pH减小D．电解的总反应方程式：2Al＋6H＋

2Al3＋＋3H2↑【解析】从装置示意图分析，铝片为阳极，铅片为阴极，所以电解时电子的流向：电源负极→导线→铅极，铝极→导线→电源正极，A错；电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子则向阳极移动，B错；根据题意，电解的总反应方程式：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，阳极的电极反应式：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，阳极周围溶液的pH减小，C对，D错。【答案】

C[跟踪训练]用惰性电极电解100mL4mol·L－1Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12L。停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的Fe2＋浓度为(设溶液的体积不变)(

)A．0.75mol·L－1

B．3mol·L－1C．4mol·L－1 D．3.75mol·L－1解析：选D。本题涉及的反应过程可分为两个阶段，第一个阶段是电解Cu(NO3)2溶液，第二个阶段是混合溶液与足量的铁粉反应，注意硝酸与足量铁粉反应是生成硝酸亚铁。电解后溶液中硝酸和硝酸铜分别为0.2mol、0.3mol，前者与足量的铁粉反应生成硝酸亚铁0.075mol，后者与足量的铁粉反应生成0.3mol硝酸亚铁。电解原理以及金属的腐蚀与防护在化工生产、生活中的应用是命题的热点.

(2011·高考山东卷)以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是(

)视角2追踪命题热点例2A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用【解析】本题考查电镀，意在考查考生对电镀原理的理解和应用能力。未通电前，题述装置不能构成原电池,A项错误；锌的析出量与通过的电量成正比，B错；电镀时电解反应速率只与电流大小有关，与温度无关，C项对；镀锌层破损后，会形成铁锌原电池，铁作正极，得到保护，D项错误。【答案】

C 在如图所示的实验装置中，E为一张淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，C、D为夹在滤纸两端的铂夹，X、Y分别为直流电源的两极。在A、B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH溶液的水槽中，再分别插入铂电视角3易错易误剖析例3极。切断电源开关S1，闭合开关S2，通直流电一段时间后，请回答下列问题：(1)标出电源的正、负极：X为________极，Y为______极。(2)在滤纸的C端附近，观察到的现象是________，在滤纸的D端附近，观察到的现象是______________________________________________________________。(3)写出电极反应式：A中_______________________________________________________________；B中______________________；C中______________________；D中______________________。(4)若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断开关S2，闭合开关S1，则电流计的指针是否发生偏转______________(填“偏转”或“不偏转”)。【常见错误】

问题常见错误(1)①填写相反(负正)②极少数错答阴阳极(2)第一个空常错答“试纸变紫”、“试纸变红”或“不变色”；第二个空错答“不变色”或“变蓝色”问题常见错误(3)顺序写反，A中写4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B中写4H＋＋4e－===2H2↑，C中写成4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，D中错答为2I－－2e－===I2(4)错答“不偏转”【错因分析】

(1)因为阴极、阳极分析错误导致正、负极答错。虽然理解了电解KOH溶液实际就是电解水，但不能从气体体积的差别判断得失电子的情况，将电极判错；由于A试管中气体是B试管中气体的两倍，所以A中应为H2，B中应为O2，即A为阴极，B为阳极，则X为正极，Y为负极。(2)不明白电解碘化钾淀粉溶液时，应该是I－和H＋放电，C与电源正极相连为阳极：2I－－2e－===I2，故试纸变蓝，不是变紫；D与电源负极相连为阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，酚酞遇碱变红色。只要正负极判断错,本题就回答错。(3)对离子放电确定不准，不仔细是导致出错的主要原因。(4)答错原因主要是对氢氧燃料电池掌握不准确。实际是因符合原电池的条件，发生缓慢的氢氧燃料电池反应，把化学能转化为电能。【答案】

(1)正负(2)试纸变蓝试纸变红(3)4H＋＋4e－===2H2↑4OH－－4e－===2H2O＋O2↑4I－－4e－===2I2

4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(4)偏转实验探究专项突破电化学原理在实验中的应用电化学原理在生产、生活中的应用非常广泛，在化学实验中的作用亦不可低估。如改变反应速率、制备通常方法难以制备的物质等很多方面，现分别列举如下：1．加快氧化还原反应的速率一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。2．比较金属活动性的强弱两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼3．制备通常方法难以制备的物质电解是最强有力的氧化还原手段，可以制备F2等氧化性很强的物质，也可以制备Na、Mg、Al等还原性很强的物质等。4．利用有关量的关系进行某些测量或测定可以利用电子与物质间的关系测元素的相对原子质量、阿伏加德罗常数等.

电解饱和NaCl溶液是电解原理的重要应用，考查学生对电解原理的理