1、第三讲 电解池 金属腐蚀与防护第六章 化学反应与能量1理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。第六章 化学反应与能量 电解原理知识梳理一、电解使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起_的过程。二、电解池1定义：电解池是把_转变为_的装置。氧化还原反应电能化学能2构成条件(1)有外接直流电源。(2)有与_相连的两个电极。(3)形成闭合回路。(4)电解质溶液或熔融电解质。(5)电解池工作原理(以电解 CuCl2 溶液为例)总反应方程式：CuCl2=电解 CuCl2。电源阴极还原反应Cu2+2e=Cu阳极氧化
2、反应2Cl2e=Cl23电解原理示意图正氧化负还原阴阳 三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写1判断电解池的阴、阳极(1)根据外接电源的正、负极判断电源正极连接_，电源负极连接_。(2)根据电极产物判断电极溶解、逸出 O2(或电极区变酸性)或逸出 Cl2 的为_；析出金属、逸出 H2(或电极区变碱性)的为_。阳极阴极阳极阴极2电极反应式的书写步骤(1)分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的 H和 OH)。(2)排出阴、阳两极的放电顺序阳极活性电极(Zn、Fe、Cu 等)：电极材料失电子；惰性电极(Pt、Au、石墨等)：S2IBrClOH含氧酸根。阴极AgFe3Cu2H
3、(酸中)Fe2Zn2。(3)写出两极电极反应式阳极：活性电极_电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子_电子生成相应的单质或高价态化合物。阴极：溶液中的阳离子_电子生成相应的单质或低价态化合物。(4)写出电解总反应式在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。失去失去得到四、惰性电极电解电解质溶液的四种类型类型电解质 类型电极反应式 及总反应式电解质溶 液浓度溶液 pH 电解 水型含氧酸，如H2SO4阴极：4H4e=2H2阳极：4OH4e=O22H2O总反应式：2H2O=电解 2H2 O2增大减小可溶性强碱，如 NaOH _ 活泼金属含氧酸盐，如KNO3
4、 _ 增大不变类型电解质 类型电极反应式 及总反应式电解质溶 液浓度溶液 pH 电解 电解 质型无氧酸，如 HCl阴极：_阳极：_总反应式：2HCl=电解H2Cl2减小_不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2阴极：Cu22e=Cu阳极：2Cl2e=Cl2总反应式：CuCl2=电解 CuCl22H2e=H2 2Cl2e=Cl2 增大类型电解质 类型电极反应式 及总反应式电解质溶 液浓度溶液 pH 放 H2 生碱 型活泼金属无氧酸盐，如NaCl阴极：_阳极：_总反应式：_ 放 O2 生酸 型不活泼金属含氧酸盐，如CuSO4阴极：_阳极：4OH4e=O22H2O总反应式：2CuSO42H2O=电解 2Cu
5、2H2SO4O2_2H2e=H2 2Cl2e=Cl2 2NaCl2H2OCu22e=Cu增大减小=电解 2NaOHH2Cl2自我检测1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应。()(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)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。()(4)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。()(5)用铜作电极电解 CuSO4 溶液的方程式为 2Cu2H2O=电解2CuO24H。()(6)电解 NaCl 溶液得到 22.4LH2(标准状况)，理论上需要转移NA 个电子。(
6、)(7)电解质溶液通电后，电解质发生了电离，阴、阳离子分别向两极移动。()(8)若使电解后的 CuSO4 溶液复原(用惰性电极电解)，可加入Cu(OH)2 固体。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2下列关于电解 Na2SO4 溶液的叙述正确的是()A随着电解的进行，溶液的 pH 升高BOH向阳极移动，阳极附近溶液呈碱性CSO24 向阳极移动，Na向阴极移动，分别在对应的电极上析出D阴极上 H得电子被还原成 H2，使阴极附近的溶液呈碱性解析：选 D。电解 Na2SO4溶液，实质上发生的是 2H2O=电解 2H2O2，电解的过程中溶液 pH 不变，A 项错；阳极因 4OH4
7、e=O22H2O 而破坏附近水的电离平衡，使c(H)c(OH)，呈酸性，B 项错；在阴、阳极上分别是 H、OH放电，C 项错。(1)电解池电极判断的“五方法”判断依据电极材料电极反应电子流向离子移向电极现象阳极与电源正极相连氧化反应流出阴离子移向电极溶解或不变阴极与电源负极相连还原反应流入阳离子移向电极增重或有气体放出注意 只要产生氧气、氯气的一极一定是阳极。(2)电解时溶液 pH 的变化规律若电解时阴极上产生 H2，阳极上无 O2产生，则电解后溶液 pH 增大；若阴极上无 H2产生，阳极上产生 O2，则电解后溶液 pH 减小；若阴极上有 H2产生，阳极上有 O2产生，且 VH22VO2，则有
8、“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：a.如果原溶液为酸溶液，则 pH 变小；b.如果原溶液为碱溶液，则 pH 变大；c.如果原溶液为中性溶液，则 pH 不变。(3)电解质溶液的复原措施电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入 HCl 气体而不能加入盐酸。(2016高考全国卷，11，6 分)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 均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的 Na和 SO24 可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙
9、述正确的是()A通电后中间隔室的 SO24 离子向正极迁移，正极区溶液 pH 增大B该法在处理含 Na2SO4 废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品C负极反应为 2H2O4e=O24H，负极区溶液 pH 降低D当电路中通过 1mol 电子的电量时，会有 0.5mol 的 O2 生成解析 该装置为电解池。H2O 在正(阳)极区放电，生成 O2 和H，正(阳)极区溶液 pH 减小，中间隔室中的阴离子 SO24 通过cd 离子交换膜移向正(阳)极，故正(阳)极区可得到 H2SO4；当电路中通过 1mol 电子时生成 0.25molO2；H2O 在负(阴)极区放电，生成 OH和 H2，负(阴
10、)极区溶液 pH 增大，中间隔室中的阳离子 Na通过 ab 离子交换膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到 NaOH，A、C、D 项错误，B 项正确。答案 B上述例题中装置不变，若向中间隔室里加入的是含 NaNO3 废水，则两端隔室分别得到什么产物？若是含 NaCl 废水呢？答案：加入含 NaNO3 废水时，阳极室得到 O2 和 HNO3，阴极室得到 NaOH 和 H2；加入含 NaCl 废水时，阳极室得到 Cl2，阴极室得到 NaOH 和 H2。题组一 电解基本原理及规律1(2017高考全国卷，11，6 分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为 H2SO4H
11、2C2O4 混合溶液。下列叙述错误的是()A待加工铝质工件为阳极B可选用不锈钢网作为阴极C阴极的电极反应式为 Al33e=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动解析：选 C。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的 Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A 项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是 H放电，C 项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D 项正确。2(2018聊城模拟)用石墨作电极电解 KCl 和 CuSO4(等体积混合)混合溶液，电解过程中溶液 pH 随时间 t 的变化如图所示，下列说法正确的是()
12、Aab 段 H被还原，溶液的 pH 增大Bcd 段相当于电解水Cc 点时加入适量 CuCl2 固体，电解液可恢复原来浓度D原溶液中 KCl 和 CuSO4 的物质的量浓度之比为 21解析：选 B。用惰性电极电解等体积的 KCl 和 CuSO4混合溶液，阴极离子放电顺序是 Cu2H，阳极离子放电顺序是 ClOH，电解过程中分三段，第一阶段：阳极电极反应式为 2Cl2e=Cl2、阴极电极反应式为 Cu22e=Cu，铜离子浓度减小，水解得到氢离子浓度减小，溶液 pH 上升；第二阶段：阳极电极反应式为 4OH4e=2H2OO2，阴极电极反应式为Cu22e=Cu，反应中生成硫酸，溶液 pH 降低；第三阶
13、段：阳极电极反应式为 4OH4e=2H2OO2、阴极电极反应式为 2H2e=H2，实质是电解水，溶液中硫酸浓度增大，pH继续降低。A.ab 段由于铜离子浓度减小，水解得到氢离子浓度减小，溶液 pH 上升，铜离子被还原，A 错误；B.由上述分析可知，cd 段相当于电解水，B 正确；C.电解至 c 点时，溶液中溶质为硫酸、硫酸钾，往电解液中加入适量 CuCl2固体，不能使电解液恢复至原来的浓度，C 错误；D.若 KCl 和 CuSO4浓度之比为 21，则相当于电解 CuCl2和水，只有两个阶段，D 错误。题组二 电极反应式的判断与书写 3(2016高考北京卷)用石墨电极完成下列电解实验。实验一实验
14、二装置 现象a、d 处试纸变蓝；b 处变红，局部褪色；c 处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n 处有气泡产生下列对实验现象的解释或推测不合理的是()Aa、d 处：2H2O2e=H22OHBb 处：2Cl2e=Cl2Cc 处发生了反应：Fe2e=Fe2D根据实验一的原理，实验二中 m 处能析出铜解析：选 B。由于有外接电源，所以实验一和实验二均为电解池装置。实验一中，铁丝中的电流方向为从 d 到 c，电子移动方向为从 c 到 d，所以实验一的装置是比较复杂的电解池，其中 a 为阴极，c 为阳极，d 为阴极，b 为阳极。a、d 处发生反应 2H2O2e=H22OH，A 项正确；若 b 处只发
15、生反应2Cl2e=Cl2，不足以解释 b 处“变红”和“褪色”现象，B 项错误；c 处铁作阳极，发生反应 Fe2e=Fe2，由于生成的 Fe2浓度较小，且 pH 试纸本身有颜色，故颜色上无明显变化，C 项正确；实验二是一个更加复杂的电解池装置，两个铜珠的左端均为阳极，右端均为阴极，初始时两个铜珠的左端(阳极)均发生反应 Cu2e=Cu2，右端(阴极)均发生反应 2H2e=H2，一段时间后，Cu2移动到 m 处，m 处附近 Cu2浓度增大，发生反应 Cu22e=Cu，m 处能生成铜，D 项正确。4(2015高考四川卷)用如图所示装置除去含CN、Cl废水中的 CN时，控制溶液 pH 为910，阳极
16、产生的 ClO将 CN氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()A用石墨作阳极，铁作阴极B阳极的电极反应式：Cl2OH2e=ClOH2OC阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OHD除去 CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O解析：选 D。A.由题干信息可知 Cl在阳极放电生成 ClO，则阳极应为惰性电极，A 项正确；B.Cl在阳极放电生成 ClO，Cl 的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，B 项正确；C.阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O 提供阳离子(H)，C 项正确；D.由于溶液是碱性条件，故除去 CN发生的反应为 2CN
17、5ClOH2O=N22CO25Cl2OH，D 项错误。电解原理的应用知识梳理1氯碱工业(1)电极反应及电极判断阳极：_(_反应)；产生黄绿色气体的一极或使淀粉-KI 试纸变_的一极。阴极：_(_反应)；产生无色气体或加入酚酞先变红的一极。2Cl2e=Cl2氧化蓝2H2e=H2还原(2)总反应化学方程式：2NaCl2H2O=电解 2NaOHH2Cl2；离子方程式：_；阳极产物：_，阴极产物：_。(3)应用：氯碱工业制_、氯气和氢气。2Cl2H2O=电解 2OHH2Cl2Cl2NaOH、H2烧碱2电镀和电解精炼铜电镀(Fe 表面镀 Cu)电解精炼铜 阳极 电极材料 镀层金属铜_(含 Zn、Fe、N
18、i、Ag、Au 等杂质)电极反应Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2Fe2e=Fe2Ni2e=Ni2Cu2e=Cu2阴极电极材料待镀金属铁纯铜电极反应Cu22e=Cu 电解质溶液含 Cu2的盐溶液注：电解精炼铜时，粗铜中的 Ag、Au 等不反应，沉积在电解池底部形成_粗铜阳极泥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。总反应化学方程式阳极、阴极反应式冶炼钠_阳极：2Cl2e=Cl2、阴极：2Na2e=2Na2NaCl(熔融)=电解2NaCl2总反应化学方程式阳极、阴极反应式冶炼镁_阳极：2Cl2e=Cl2、阴极：Mg22e=Mg冶炼铝_阳极：6O212e=3
19、O2、阴极：4Al312e=4AlMgCl2(熔融)=电解MgCl22Al2O3(熔融)=电解4Al3O2 冶炼镁不可用 MgO 作原料；冶炼铝不可用 AlCl3作原料。自我检测1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)在镀件上镀铜时镀件作阳极。()(2)用电解法精炼粗镍时粗镍作阴极。()(3)用惰性电极电解饱和食盐水时，能使酚酞变红的为电解池的阳极。()(4)电解熔融氯化钠制钠时不能用铜作阳极。()答案：(1)(2)(3)(4)2(教材改编题)电解法精炼含有 Fe、Zn、Ag 等杂质的粗铜。下列叙述正确的是()A电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极B粗铜与电源负极相连，发生氧化反应C
20、阴极上发生的反应是 Cu22e=CuD电解后 Fe、Zn、Ag 等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥解析：选 C。A 项，精铜应作阴极；B 项，粗铜应作阳极，与电源正极相连；D 项，Fe、Zn 比 Cu 活泼，在阳极先放电，不会形成阳极泥。(1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。(2)电镀时，阳极镀层金属失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。(3)在电解原理的几个常见应用中，电镀和电解精炼铜比较相似，但注意区别：电镀过程中，溶液中离子浓度不变，电解精炼铜时，由于粗铜
21、中含有 Zn、Fe、Ni 等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上只有 Cu2被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化，同时阴、阳两极的质量变化也不相等。(2015高考上海卷)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：(1)离子交换膜的作用为_、_。(2)精制饱和食盐水从图中_位置补充，氢氧化钠溶液从图中_位置流出。(选填“a”“b”“c”或“d”)解析(1)图中的离子交换膜只允许阳离子通过，是阳离子交换膜，不能使阴离子和气体通过
22、，这样就可以阻止阳极的 Cl和产生的 Cl2 进入阴极室，使在阴极区产生的 NaOH 纯度更高；同时可以阻止阳极产生的 Cl2 和阴极产生的 H2 混合发生反应而爆炸。(2)随着电解的进行，溶质 NaCl 不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中 a 位置补充；由于阴极 H不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中 d 位置流出；阴极区水不断消耗，所以从 b 位置不断加入蒸馏水；从 c位置流出的是稀的 NaCl 溶液。答案(1)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液 阻止阳极产生的Cl2 和阴极产生的 H2 混合发生反应而爆炸(2)a d(1)在氯碱工业中，隔膜是非常重要的，若采
23、用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2 会与 NaOH 充分接触，导致产物仅是 NaClO和 H2。无 隔 膜 法 电 解 冷 的 食 盐 水 相 应 的 离 子 方 程 式 为_。(2)氯碱工业耗能高，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能 30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。精制的饱和 NaCl 溶液应从图中电解池的_(填“左”或“右”)室注入。图中 X 是_(填化学式)；乙中右室的电极反应式为_，图示中氢氧化钠溶液质量分数 a%与 b%的关系是_(填字母)。Aa%b%Ba%b%Ca%b%解析：(1)根
24、据反应物和最终产物知，把 Cl2 和 OH看作中间产物约去，相当于合并 2Cl2H2O=电解 Cl2H22OH与Cl22OH=ClClOH2O，得到 ClH2O=电解 H2ClO。(2)燃料电池中，通入空气的电极是正极，则通入 Y 的电极为负极，结合电解池电极产物知 Y 为 H2，故 Y 为电解池甲的阴极产物，则 X 为其阳极产物 Cl2；由此可推知精制的饱和 NaCl 溶液应从图中电解池的左室注入；燃料电池乙的正极发生得电子的还原反应：O22H2O4e=4OH，电池中的离子膜只允许阳离子通过，阳离子 Na的移动方向是从负极流向正极，正极氧气得到电子产生 OH，所以经正极反应后氢氧化钠的浓度升
25、高，即 a%b%。答案：(1)ClH2O=电解 H2ClO(2)左 Cl2 O22H2O4e=4OH C工业上用粗盐生产烧碱、氯气和氢气的过程题组一 电解原理的基本应用 1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)CuH2SO4=CuSO4H2可以设计成电解池，但不能设计成原电池。()(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。()(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)任何水溶液电解时，必然发生氧化还原反应。()(5)用铜作阳极、石墨作阴极电解 CuCl2 溶液时，阳极电极反应式为 2Cl2e=Cl2。()(6)用惰性电极电解 MgCl
26、2 溶液，发生反应的离子方程式为 2Cl2H2O=电解 Cl2H22OH。()(7)粗铜电解精炼时，若电路中通过 2mole，阳极质量减少 64g。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2(教材改编题)利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A氯碱工业中，X 电极上反应式是 4OH4e=2H2OO2B电解精炼铜时，Z 溶液中的 Cu2浓度不变C在铁片上镀铜时，Y 是纯铜D制取金属镁时，Z 是熔融的氯化镁解析：选 D。A 项，X 电极反应式应为 2Cl2e=Cl2；B项，电解精炼铜时，Cu2浓度减小；C 项，在铁片上镀铜时，Y 是铁片。题组二 电解原理的
27、综合应用 3(污水处理)利用电解原理净化含有机物的废水，其原理是在电解条件下将较低价态的金属离子(Co2)氧化成较高价态的金属离子(Co3)，利用较高价态的金属离子将废水中的有机物氧化成CO2。装置如图所示。下列说法正确的是()A锌极为负极，发生氧化反应B石墨极上发生的电极反应式为 Co2e=Co3C电解过程中，阴极附近溶液 pH 减小D氧化 1molHCHO 时电路中至少转移 3mol 电子解析：选 B。根据题图知，锌为阴极、石墨为阳极，阴极发生还原反应，A 项错误；石墨极发生氧化反应，电极反应式为 Co2e=Co3，B 项正确；锌极的电极反应式为 2H2e=H2，阴极附近的电解质溶液 pH
28、 增大，C 项错误；4Co3HCHOH2O=CO24H4Co2，氧化 1molHCHO 时电路中至少转移 4mol 电子，D 项错误。4(物质制备)如图所示为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是 TiO2 中的氧解离进入熔融盐中而得到纯钛。下列说法中正确的是()Aa 极是正极，石墨极是阴极B反应后，石墨电极的质量不发生变化C电解过程中，O2、Cl均向 a 极移动D阴极的电极反应式为 TiO24e=Ti2O2解析：选 D。TiO2 发生还原反应得到纯钛，故加入高纯 TiO2的电极是电解池的阴极，a 极是电源的负极，石墨极是阳极，A 项错误；O2在阳极发生氧化反应生成 O2，
29、高温下，石墨与O2 反应生成 CO、CO2，导致石墨质量减小，B 项错误；电解过程中，阴离子向阳极(石墨极)移动，C 项错误；TiO2 中的氧解离进入熔融盐而得到纯钛，发生了还原反应，生成了 Ti 和O2，D 项正确。正确书写电解过程中电极反应式的方法(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt 除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe 生成 Fe2)。(2)二看电解产物，对于规定产物的电极反应式，根据电子得失书写电极反应式。(3)三看介质，介质是否参与电极反应。(4)书写总离子方程式时，弱电解质要写成分子式(化学式不能拆)，且一定注明条件“电解”。有关电化学的计算知识梳理一、有关电化学的计算电化学
30、的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。1解题关键(1)电极名称要区分清楚；(2)电极产物要判断准确；(3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。2三种计算方法相等得失电子 如以通过 4mole为桥梁可构建以下关系式：(式中 M 为金属，n 为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，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。二、多池串联装置中电池类型的判断将原电池和电解池结合在一起，或几个电解池串联在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考中电化学部
31、分的重要题型。解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时电子守恒是数据处理的法宝。1直接判断非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。如图：A 为_，B 为_。原电池电解池2根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒电极。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图：A 为_，B 为_。电解池原电池3根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电
32、池类型。如图：若 C 极溶解，D 极上析出 Cu，B 极附近溶液变红，A 极上放出黄绿色气体，则可知乙是_，D 是_，C 是_，甲是_，A 是_，B 是_。B、D 极发生_反应，A、C 极发生_反应。原电池正极负极电解池阴极还原阳极氧化4原电池和电解池的组合装置的思维模型三、综合装置中的有关计算原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：串联电路中各支路电流相等；并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。图中装置甲是_，乙是_，若电路中有 0.2mol电子转移，则 Zn 极溶解_g，Cu 极上析出 H2_L(标准状况)，Pt 极上析
33、出 Cl2_mol，C 极上析出 Cu_g。甲池中 H被还原，生成 H2 和 ZnSO4，溶液 pH 变大；乙池中是电解 CuCl2，由于 Cu2浓度的减小使溶液 pH 微弱增大，电解后再加入适量 CuCl2 固体可使溶液复原。原电池电解池6.52.240.16.4自我检测1(教材改编题)1L1molL1 的 AgNO3 溶液在以银为阳极，铁为阴极的电解槽中电解，当阴极增重 2.16g 时，下列判断不正确的是()A此时溶液呈酸性B阳极上产生 112mLO2(标准状况)C转移的电子数是 1.2041022D反应中有 0.02mol 金属被氧化解析：选 B。AgNO3 溶液中 Ag水解显酸性，A
34、正确；阳极反应为 Age=Ag，阴极反应为 Age=Ag，阳极上无氧气生成，B 错误；2.16gAg 的物质的量为 0.02mol，故阳极有0.02mol 银被氧化，转移的电子数是 1.2041022，C、D 均正确。2将两个铂电极插入 500mLCuSO4 溶液中进行电解，通电一段时间后，某一电极增重 0.064g(设电解时该电极无气体析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为()A4103molL1 B2103molL1C1103molL1D1107molL1解析：选 A。阴极反应：Cu22e=Cu，增重 0.064g 应是生成 Cu 的质量，设生成 H的物质的量为 x，
35、根据总反应离子方程式：2Cu22H2O=电解 2CuO24H 264g4mol 0.064gx x0.002mol，c(H)0.002mol0.5L4103molL1。(1)若有多个电解装置串联，其电极分别按阴、阳极依次交替排列，不可颠倒。(2)无论是原电池还是电解池，串联在同一个电路中的每个电极上转移的电子数都是相同的，这是该类题型的计算依据。(3)在电化学计算中，除上述常见问题外，还常利用 QIt 和Qn(e)NA1.601019Cn(e)F来计算电路中通过的电量，要熟练掌握。(2018承德高三质检)如图装置所示，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
36、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)现用丙装置给铜件镀银，则 H 应该是_(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 500mL)，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，
37、其他装置都不变，则甲中发生总反应的离子方程式是_。解析(1)F 极附近呈红色，说明 F 是阴极，E 是阳极，则 A 为电源正极，B 为电源负极。甲中因 Cu2放电使溶液颜色变浅。丁中 Y 极附近颜色变深，说明 Fe(OH)3胶粒向阴极移动，即 Fe(OH)3胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F 的电极产物分别为 O2、Cu、Cl2、H 2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1222。(3)乙中溶液 pH13，生成 n(NaOH)0.1molL10.5L0.05mol，电路中通过的电子的物质的量为 0.05mol，所以丙中镀件上析出银的质量为 0.05mol108gmol15.4g。(
38、4)当活泼金属作阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲中发生反应的离子方程式为 FeCu2=电解 Fe2Cu。答案(1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶体粒子带正电荷(2)1222(3)镀件 AgNO3 5.4g 变小(4)FeCu2=电解 CuFe2(1)上述例题整个电路中电子的流动方向为 BYXHG FEDCA，对吗？说明理由。(2)若上述例题中的电源为甲烷-氧气(KOH)燃料电池，若负极消耗标准状况下 1LCH4，则 C 电极与 E 电极分别生成气体_L 和_L。解析：(2)CH48e，C 电极生成氧气，E 电极生成氯气，根据 4e2Cl2O2，可迅速得出氧气为 2L，氯气为 4L。答
39、案：(1)不对。电子只能在导线中移动，走“旱路”，在溶液中是阴、阳离子发生定向移动，即离子走“水路”。(2)2 4题组一 电化学的计算1(2018开封高三模拟)用两支惰性电极插入 CuSO4 溶液中，通电电解，当有 1103mol 的 OH放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是()A阳极上析出 3.6mLO2(标准状况)B阴极上析出 32mgCuC阴极上析出 11.2mLH2(标准状况)D阳极和阴极质量都无变化解析：选 B。用惰性电极电解 CuSO4 溶液时，电极反应为阴极：2Cu24e=2Cu，阳极：4OH4e=O22H2O。当有 1103mol 的 OH放电时，生成标准状况下的 O2 为
40、 5.6mL，在阴极上析出 32mgCu，阴极质量增加。2两个惰性电极插入 500mLAgNO3 溶液中，通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为 3.0 时(设电解过程中阴极没有 H2 放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为()A27mg B54mgC106mgD216mg解析：选 B。两极反应：阳极 4OH4e=O22H2O；阴极4Ag4e=4Ag，电解的总反应式为 4AgNO32H2O=电解 4AgO24HNO3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的 n(Ag)n(HNO3)n(H)(103molL1106molL1)0.5L5 104mol，m(
41、Ag)5104mol108gmol10.054g54mg。题组二 电解的分阶段计算3(2018大连模拟)用惰性电极电解一定浓度的 CuSO4 溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入 0.1molCu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和 pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为()A0.4molB0.5molC0.6molD0.8mol解析：选 C。Cu2(OH)2CO3 可改写为 2CuOH2OCO2，因反应后生成的 CO2 离开溶液，所以加入 0.1molCu2(OH)2CO3 相当于加入 0.2molCuO、0.1molH2O，根据 2CuO O2 4e 2
42、mol 4mol 02mol 0.4mol 2H2O O2 4e 2mol 4mol 01mol 0.2mol 转移电子的物质的量0.4mol0.2mol0.6mol。4(2018山西四校联考)500mLNaNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO3)0.3molL1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体 1.12L(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为 500mL，下列说法正确的是()A原混合溶液中 c(Na)0.2molL1B电解后溶液中 c(H)0.2molL1C上述电解过程中共转移 0.4mol 电子D电解后得到的 Cu 的物质的量为 0.1mol解析：
43、选 B。阳极是阴离子放电，放电顺序：OHNO3，根据题给信息，阳极一定是 OH放电，生成 0.05mol 氧气，转移0.2mol 电子；阴极离子放电顺序：Cu2HNa，所以 Cu2先放电，然后是 H放电，阴极生成 0.05mol 氢气时，转移 0.1mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2转移 0.1mol 电子，n(Cu2)0.05mol。所以原溶液中 nCu(NO3)20.05mol，又 n(NO3)0.3molL10.5L0.15mol，则 n(NaNO3)0.05mol。原混合溶液中 c(Na)0.1molL1，A 项错误；结合以上分析及电解总方程式 Cu22H2O=电解 CuH2O22
44、H可知，生成 0.05molCu、0.05molO2、0.05molH2 和 0.1molH，电解后溶液中 c(H)0.1mol0.5L 0.2molL1，B 项正确，D 项错误；上述电解过程中共转移 0.2mol 电子，C 项错误。题组三 多池串联的分析与计算5某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为 Al，其他均为 Cu，则下列说法正确的是()A电流方向：电极A 电极B电极发生还原反应C电极逐渐溶解D电极的电极反应：Cu22e=Cu解析：选 A。当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的为原电池，其他池为电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A.电子移动方向：电极A 电极
45、，电流方向与电子移动方向相反，A 正确。B.原电池负极在工作中失去电子，被氧化，发生氧化反应，B 错误。C.原电池正极得电子，铜离子在电极上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C 错误。D.电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极为正极，因此电极为电解池的阳极，其电极反应式为 Cu2e=Cu2，D 错误。6(2018黄石模拟)如图为相互串联的甲、乙两电解池。试回答：(1)若甲池为用电解原理精炼铜的装置，则 A 是_极，材料是_，电极反应式为_，电解质溶液为_。当一极有 1mol 铜析出时，另一极溶解的铜_1mol(填“大于”“小于”或“等于”)。(2)若乙池
46、中滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后 Fe 电极附近呈_色，电极反应式为_。(3)若甲池中阴极增重 12.8g，则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为_L，若此时乙池剩余液体为 400mL，则电解后溶液的 pH 为_。解析：(1)与电源负极相连的电极是电解池的阴极，与电源正极相连的电极是电解池的阳极。由图示装置知甲池中 A 为阴极，B 为阳极，乙池中 Fe 为阴极，C(碳棒)为阳极。若甲池为精炼铜的装置，则 A 极材料是精铜，电极反应式为 Cu22e=Cu，电解质溶液可以为 CuSO4 溶液。阳极材料为粗铜，电极反应式为 Cu2e=Cu2、Zn2e=Zn2、Ni2e=Ni2，根据电极反应和电
47、子守恒知阴极有 1mol 铜析出时，阳极溶解的铜小于 1mol。(2)乙池中是电解 NaCl 溶液，C 为阳极，放出 Cl2，Fe 为阴极，电极反应式为 2H2e=H2，阴极区溶液呈碱性，若滴入少量酚酞溶液，电解一段时间后 Fe 极附近呈红色。(3)若甲池为电解精炼铜，阴极增重 12.8g，生成铜的质量为 12.8g，物质的量为 0.2mol，转移电子的物质的量为 0.4mol，根据电子守恒知乙池中阳极放出氯气的物质的量为 0.2mol，在标准状况下的体积为 4.48L；根据 2H2e=H2知生成 OH的物质的量为 0.4mol，溶液的体积为 0.4L，c(OH)1molL1，pH14。答案：
48、(1)阴 精铜 Cu22e=Cu CuSO4 溶液(其他合理答案也可)小于(2)红 2H2e=H2(3)4.48 14 金属的腐蚀与防护知识梳理1化学腐蚀和电化学腐蚀的比较类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应类型化学腐蚀电化学腐蚀本质Mne=Mn 现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别_电流产生_电流产生 联系两者往往同时发生，_腐蚀更普遍无有电化学2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质(强)酸性弱酸性或中性正极反应 _ _ 负极反应Fe2e=Fe2 总反应Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH
49、)2其他反应铁锈的形成：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O2H2e=H22H2OO24e=4OH3.金属的防护原电池电解池自我检测1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)因空气中 CO2 的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。()(2)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。()(3)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。()(4)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。()(5)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致。()(6)(2017高考江苏卷)地下钢铁管道用导线连接锌块
50、可以减缓管道的腐蚀。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2.(2015高考上海卷)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是()Ad 为石墨，铁片腐蚀加快Bd 为石墨，石墨上电极反应为 O22H2O4e=4OHCd 为锌块，铁片不易被腐蚀Dd 为锌块，铁片上电极反应为 2H2e=H2解析：选 D。A.由于活动性：Fe石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为 Fe2进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时铁片的腐蚀速率快，正确。B.d 为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原
51、反应，电极反应为 O22H2O4e=4OH，正确。C.若 d为锌块，则由于金属活动性：ZnFe，Zn 为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是 Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D.d 为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为 O22H2O4e=4OH，错误。影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和外界环境两个方面。就金属本身的性质来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。外界环境对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。由于在通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液中会发生吸氧
52、腐蚀，所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式。(2017高考全国卷，11，6 分)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是()A通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整解析 依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于 0，铁不容易失去电子，A 项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B 项正确；高硅铸铁作阳极
53、，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C 项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D 项正确。答案 C(2015高考重庆卷)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。(1)腐蚀过程中，负极是_(填图中字母“a”或“b”或“c”)；(2)环境中的 Cl扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_；(3)若生成 4.29gCu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体
54、积为_L(标准状况)。解析：(1)负极发生失电子的反应，铜作负极失电子，因此负极为 c。负极反应：Cu2e=Cu2，正极反应：O22H2O4e=4OH。(2)正极反应产物为 OH，负极反应产物为 Cu2，两者与 Cl反应生成 Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为 2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl。(3)4.29gCu2(OH)3Cl 的物质的量为 0.02mol，由 Cu 元素守恒知，发生电化学腐蚀失电子的 Cu 单质的物质的量为 0.04mol，失去电子 0.08mol，根据电子守恒可得，消耗 O2 的物质的量为0.02mol，所以理论上消耗氧气的体积为 0.448L(标准状况)。答
55、案：(1)c(2)2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl(3)0.448 题组一 金属腐蚀的快慢与防护1如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为()A BCD解析：选 C。是 Fe 为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。均为原电池，中 Fe 为正极，被保护；中 Fe 为负极，均被腐蚀，但 Fe 和 Cu 的金属活泼性差别大于 Fe 和 Sn 的，故 Fe-Cu 原电池中 Fe 被腐蚀的较快。是 Fe 接电源正极作阳极，Cu 接电源负极作阴极的电解腐蚀，Fe 的腐蚀最快。是 Fe 接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，Fe 被保护，且保
56、护效果比好。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为。2下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图 1 中，铁钉易被腐蚀B图 2 中，滴加少量 K3Fe(CN)6溶液，没有蓝色沉淀出现 C图 3 中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D图 4 中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极解析：选 C。A 项，图 1 中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B 项，负极反应为 Fe2e=Fe2，Fe2与Fe(CN)63反应生成 Fe3Fe(CN)62 蓝色沉淀；D 项，为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。1判断金属腐蚀快慢的规律(1)对同一
57、电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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腐措施的腐蚀。(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。2两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。题组二 吸氧腐蚀和析氢腐蚀3(2018潍坊高三模拟)利用如图装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好放置一段时间。下列说法正确的是()A左管中 O2 得到电子，右管中 H得到电子B一段时间后，左管液面低于右管
58、液面Ca、b 两处具有相同的电极反应式：Fe3e=Fe3D右管中溶液的 pH 减小解析：选 A。左管中铁丝发生吸氧腐蚀，O2 得电子，右管中铁丝发生析氢腐蚀，H得电子，A 项正确；左管中吸收氧气，压强减小，右管中析出氢气，压强增大，故一段时间后，左管液面上升，右管液面下降，左管液面高于右管液面，B 项错误；a、b 两处铁丝均作负极，电极反应式均为 Fe2e=Fe2，C 项错误；右管中 H得电子，发生反应：2H2e=H2，溶液 c(H)减小，pH 增大，D 项错误。4(2018郑州高三模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液 pH 的关系如下表。pH2466.5813.514 腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2Fe3O4Fe2O3FeO2下列说法错误的是()A当 pH6 时，碳钢主要发生吸氧腐蚀C当 pH14 时，正极反应为 O24H4e=2H2OD在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓解析：选 C。C 项正极反应为 O24e2H2O=4OH。根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀正确判断“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、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl 溶液、稀 H2SO4 等酸性溶液发生析氢腐蚀。课后达标训练本部分内容讲解结束 按ESC键退出全屏播放
