1、第二节 电解池 金属的腐蚀与防护点面导图考向分析 本节高考重点考查：(1)电解池工作原理；(2)电解原理在生产生活中的应用；(3)金属的腐蚀与防护。多以选择题型呈现，有时也会在非选择题中要求书写电极反应或有关计算，难度中等。预计2013年仍会以生产生活、新科学技术为素材进行考查。基于此，我们在复习时注意以离子放电次序为依据，分析电解池的电极反应和电解质溶液相关变化，涉及计算应以电子守恒为准。一、电解原理1电解、电解池2电解池的工作原理(以电解CuCl2溶液为例)电极名称阴极阳极电极材料_电极反应_反应类型_电子流向电源_导线电解池_；电解池_导线电源_铜石墨Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2
2、还原反应氧化反应负极阴极阳极正极1(判一判)下列关于电解的叙述是否正确(填“”或“”)。电解是把电能转变成化学能()电解是把化学能转变成电能()电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化()某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现()任何水溶液电解时，必将导致氧化还原反应()【答案】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：2(判一判)在铜片上镀银时，下列叙述是否正确(填“”或“”)。将铜片
3、接在电源的正极上()将银片接在电源的正极上()在铜上发生的反应是：Age=Ag()在银片上发生的反应是：4OH4e=O22H2O()需用硫酸铜溶液为电镀液()需用硝酸银溶液为电镀液()【答案】4.(选一选)(2012广州高三一模)某小组为研究电化学原理，设计如图装置，下列叙述正确的是()A若a和b为石墨，通电后a电极上发生的反应为Cu22e=CuB若a和b为石墨，通电后滴入酚酞，a电极附近溶液呈红色C若a为铜，b为铁，通电后Cu2向a电极移动D若a为粗铜，b为纯铜，通电后b电极质量增加【答案】D三、金属的腐蚀与防护1化学腐蚀和电化学腐蚀的比较金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的物质直接
4、反应不纯金属接触到电解质溶液发生_反应区别_电流产生_微弱电流产生实质与联系(1)实质都是金属原子失去电子被氧化而损耗；(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快原电池无有点击查看 钢铁的吸氧腐蚀与防护多媒体动画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_正极反应_其他反应及产物_4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O普遍性_更普遍酸性较强酸性很弱或呈中性Fe2e=Fe22H2e=H2 2H2OO24e=4OHFe22OH=Fe(OH)22FeO22H2O=2Fe(OH)
5、2吸氧腐蚀3.金属的防护5(填一填)如图所示，甲、乙两试管中各放一枚铁钉，甲试管中为NH4Cl溶液，乙试管中为NaCl溶液，数天后导管中观察到的现象是_，甲中正极反应为_，乙中正极反应为_。【答案】导管中液面左低右高 4H4e=2H2 2H2OO24e=4OH电解产物的判断与有关反应式的书写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
6、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：CuCl2=电解 CuCl2。(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：2H2O=电解 2H2O2。(4)电解质、水同时被电解，则都要写进方程式。如电解饱和食盐水：2NaCl2H2O=电解 H2Cl22NaOH。(2012哈尔滨高三期末)电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示两个串联的电解池。图中B装置中盛有1 L 2 molL1Na2SO4溶液，A装置中盛有1 L 2 mo
7、lL1AgNO3溶液。通电后，铂片上有气体生成。(1)电源X极为_极。(2)B池中阳极电极反应式为_，阴极电极反应式为_。(3)A池中阳极电极反应式为_，电解化学方程式为_。【破题技巧】A中盛有AgNO3溶液，铂片上有气体生成，则Pt为阳极，X为负极。【精讲精析】(1)A 中 Pt 电极上产生气体，则该电极的反应为：4OH4e=2H2OO2，即 Pt 为阳极，与电源正极相连，所以 X 为负极。(2)Y 是正极，则 B 中 Cu 为阳极，电极反应为：Cu2e=Cu2；石墨为阴极，电极反应式为：2H2e=H2。(3)A 中盛有 AgNO3溶液，阴极反应式为：Age=Ag，则电解化学方程式为：4Ag
8、NO32H2O=电解 4AgO24HNO3。【答案】(1)负(2)Cu2e=Cu2 2H 2e=H2 (3)4OH 4e=2H2O O2 4AgNO3 2H2O=电解 4AgO24HNO31(改编组合).(2010山东高考)(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为_。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_。.(2010天津高考)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：_。【解析】.(1)依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3，Al失电子生成
9、Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，所以有H生成；.Al作阳极，失电子，生成Al3，Al3水解显酸性，溶液中的HCO水解显碱性，两者互相促进，生成Al(OH)3。【答案】.(1)2Al6e3H2O=Al2O36H(2)镀铜时，铜单质作阳极，铜发生氧化反应生成 Cu2，使溶液中的 Cu2保持一定的浓度.Al3HCO3 3e=Al(OH)33CO21.以惰性电极电解电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电解质浓度 pH电解质溶液复原电解水型阴：4H4e=2H2阳：4OH4e=2H2OO2NaOH增大增大加水H2SO4增大减小加水Na2 SO4增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴
10、、阳离子分别在两极放电HCl减小增大通氯化氢CuCl2减小加氯化铜电解类型及相关计算放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4生成新电解质减小加氧化铜2.电解计算的类型和方法(1)计算类型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。(2)解题方法根据电子守恒法计算：用于串联电路、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。根
11、据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。(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。(2012湛江一中质检)在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g，试回答：(1)电源电极X名称为_。(2)pH变化：A_，B_，C_
12、。(填“增大”、“减小”或“不变”)(3)通电5 min时，B中共收集224 mL气体(标准状况)，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)。【精讲精析】(1)C装置的铜电极质量增加，铜极为阴极，由此可确定X极为负极。(2)A装置是电解KCl溶液，溶液中氢氧根离子浓度增大。B装置阴极上先析出铜，当铜离子消耗完后将析出氢气，而阳极上析出氧气，溶液中氢离子浓度增大。C装置阴极析出银单质，阳极上的银失去电子变成银离子，理
13、论上溶液的物质的量浓度不变。(3)B 装置两极上电子转移的数目与 C 装置中转移的电子数目相同为 2.16 g108 g/mol0.02 mol。阳极上的反应为：4OH4e=O22H2O转移 0.02 mol 电子，放出 O2 112 mL(标准状况)，说明阴极上有 112 mL(标准状况)氢气放出，产生这些氢气同时得电子 0.01 mol，则 Cu2得电子 0.01 mol，n(CuSO4)5103 molc(CuSO4)0.025 mol/L。(4)A 装置的反应为：2KCl2H2O=电解 2KOHH2Cl2即反应中电子转移的物质的量与生成的氢氧根离子的物质的量相等，为 0.02 mol。
14、c(OH)0.02 mol0.2 L 0.1 mol/L故 pH13。【答案】(1)负极(2)增大 减小 不变(3)0.025 mol/L(4)132如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。请回答：(1)B 极 是 电 源 的 _，一 段 时 间 后，甲 中 溶 液 颜 色_，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明_，在电场作用下向Y极移动。(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为_。(3)现用丙
15、装置给铜件镀银，则H应是_(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是_溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为_，甲中溶液的pH_(填“变大”、“变小”或“不变”)。(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为：_。【解析】乙装置为电解 NaCl 溶液，F 极附近变红色，说明 F 极反应为：2H2e=H2，故为阴极，据此可知 D、F、H、Y 为阴极，B 为负极；C、E、G、X 为阳极，A 为正极。(1)甲电解总反应方程式：2CuSO42H2O=电解 2CuO22H2SO4；丁装置中现象说明 Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2
16、)电极反应，C：4OH4e=O22H2O，D：2Cu24e=2Cu，E：2Cl2e=Cl2，F：2H2e=H2，根 据 电 子 守 恒 可 知 产 物 物 质 的 量 之 比 为：1222。(3)电镀时镀层金属作阳极，镀件作阴极。(4)铁为活泼电极，作阳极时，自身放电。【答案】(1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶粒带正电荷(2)1222(3)镀件 AgNO3(合理即可)5.4 g 变小(4)FeCu2=电解 CuFe2热点探究金属的电化学腐蚀与防护 金属腐蚀既受到其组成的影响，又受到外界因素的影响。通常金属腐蚀遵循以下规律。(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢是：电解池的阳极原电池的负极化学腐
17、蚀原电池的正极电解池的阴极。(2)在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀金属在弱电解质溶液中的腐蚀。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。(4)由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀。在近几年的高考中，除传统的选择题中出现外，也有将该部分融合在综合题中的趋势。下面是某实验小组为研究铁生锈的条件而设计的快速易行的实验方法首先检查制氧气装置的气密性，然后按图连接好装置，点燃酒精灯给药品加热，持续3
18、分钟左右，观察到的实验现象为：直形管中用蒸馏水浸过的光亮铁丝表面颜色变得灰暗，发生锈蚀；直形管中干燥的铁丝表面依然光亮，没有发生锈蚀；烧杯中潮湿的铁丝表面依然光亮。试回答以下问题：(1)由于与金属接触的介质不同，金属腐蚀分成不同类型，本实验中铁生锈属于_，能表示其原理的反应方程式为_。(2)仪 器 A 的 名 称 为 _，其 中 装 的 药 品 可 以 是_，其作用是_。(3)由实验可知，该类铁生锈的条件为_。【精讲精析】钢铁在潮湿环境下形成原电池，发生电化学腐蚀。此实验在直形管中的现象说明，潮湿是铁生锈的前提，而没有潮湿程度对生锈快慢的影响，直形管实验与烧杯实验的对比，则说明O2浓度是影响生
19、锈快慢的一个重要因素。【答案】(1)电化学腐蚀 负极：2Fe4e=2Fe2 正极：2H2O O2 4e =4OH (也 可 写 总 反 应 方 程 式，多 写Fe(OH)2Fe(OH)3的反应方程式也不算错)(2)球形干燥管 碱石灰(或无水CaCl2)干燥O2(3)与O2接触；与水接触电化学腐蚀中，只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属只能发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀比析氢腐蚀更为普遍。如图是该实验小组设计的有关吸氧腐蚀和析氢腐蚀现象分析实验，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：(1)试管内液面上升，则原溶液呈_，电极反应式为：负极：_，正极：_。(2)若
20、试管内液面下降，则原溶液呈_，发生_腐蚀，电极反应式为：负极：_，正极：_。【解析】构成原电池的条件：有两种不同的电极材料(铁不纯，Fe为负极，C为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。根据金属腐蚀的条件、原理及结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被消耗所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果，据此写出电极反应；试管内液面下降，说明试管内压强增大，试管内产生了新气体所致，是铁钉析氢腐蚀的结果；以此写出电极反应。【答案】(1)碱性或中性 2Fe4e=2Fe2O22H2O4e=4OH(2)酸性 析氢 Fe2e=Fe2 2H2e=H2题规范电极反应式的书写规范考题实
21、录 1.(2010山东高考节选)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Al3e=Al3。2.(2010天津高考节选)用M单质(由上知M为Al)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，写出阳极生成R的电极反应式Al3e=Al3。3.(1)铅蓄电池放电时，电流流入的极为负极，其电极反应式为Pb2e=Pb2。(2)氢氧燃料电池若用KOH作电解质溶液，其负极的电极反应式为H22e=2H。(3)氢氧燃料电池若用H2SO4作电解质溶液，其正极的电极反应式为O24e2H2O=4OH。(4)依据CH42O2CO22H2O，利用KOH溶液作电解质溶
22、液制成燃料电池，则负极的电极反应式为CH48e8OHCO24H2O。答题规范指导 在书写电极方程式时，不能忽略介质，有时介质也要参与电极反应。同一个原电池反应在不同的介质中其电极方程式不同，另外，书写时要规范，电子符号不能只写 e，要加“”号。规范答案1.2Al3H2O6e=Al2O36H2.Al3HCO3 3e=Al(OH)33CO2 3.(1)负 Pb2eSO24=PbSO4(2)H22e2OH=2H2O(3)O24e4H=2H2O(4)CH48e10OH=CO23 7H2O高考题组一 电解原理及应用1(2011大纲全国高考)用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到
23、起始状态，应向溶液中加入适量的()ACuSO4 BH2OCCuODCuSO45H2O【解析】石墨为惰性电极，电解CuSO4溶液时，阳极发生反应：4OH4e=2H2OO2，阴极发生反应：2Cu24e=2Cu，欲使电解液恢复到起始状态，可向溶液中加入适量的CuO。【答案】C2(1)(2011北京高考节选)氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。溶液A的溶质是_。电解饱和食盐水的离子方程式是_。电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在23。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：_。(2)(2011四川高考节选)如图电解NaCl的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：_将充分电解后所得溶液逐滴
24、加入到酚酞试液中，观察到的现象是_。【解析】(1)根据电解原理以及 H在阴极放电可知在阴极区有大量的 OH剩余，所以溶质为 NaOH。(2)由于阳极是惰性电极，则电解饱和氯化钠溶液的方程式为 2NaCl2H2O=通电 2NaOHH2Cl2，生成的 Cl2 与NaOH 溶液发生反应：Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，故总反应方程式为 NaClH2O=NaClOH2，酚酞试液遇NaOH 显红色后被 HClO 氧化褪色。【答案】(1)NaOH2Cl2H2O=通电 H2Cl22OHCl2 与水反应：Cl2H2HClO，增大 HCl的浓度使平衡逆向移动，减少 Cl2 在水中的溶解，有利于 Cl
25、2的逸出(2)NaClH2O=NaClOH2 先变红后褪色高考题组二 金属腐蚀及其防护3(2010北京高考)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A钢管与电源正极连接，钢管可被保护B铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀D钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是：Fe3e=Fe3【解析】A选项，应与电源负极相连，A选项错误；B选项，发生钝化，生成致密的氧化膜，氧化膜对内部金属起到保护作用；C选项，形成铁铜原电池，铁被腐蚀；D选项不符合客观事实，负极反应是铁失去2个电子生成亚铁离子。【答案】B4(2011浙江高考)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一
26、段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是()A液滴中的Cl由a区向b区迁移B液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O22H2O4e=4OHC液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2由a区向b区迁移，与b区的OH形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈D若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为：Cu2e=Cu2【解析】由图可知外围腐蚀速率大于中心腐蚀速率，腐蚀区将逐渐变小，铁锈环逐渐向中心扩展，当水蒸发完时电化学腐蚀结束。所以液滴中Na、Cl都是随着腐蚀区的减小由b区向a区移动，故A错；Fe被腐蚀时发生氧化反应，所以C错；改用嵌有铜螺丝钉的铁板，铁仍为负极而被腐蚀，D错。【答案】B 课时知能训练
