1、第三节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 【高考导航】1了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。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。在此过程中，能转化为能。2电解池(1)概念：电解池是的装置。(2)电解池的构成条件：有外接电源；有与或相连的两个电极；形成闭合回路。氧化还原反应电化学把电能转化为化学能电解质溶液熔融的电解质(3)电极名称及电极反应式(以电解 CuCl2 溶液为例)：总反应方程式：CuCl2=电解。(4)电解池中电子和离子的移动：电子：从电源流出后，流向电解池；从电解池
2、的流向电源的正极。离子：阳离子移向电解池的，阴离子移向电解池的。CuCl2 负极阴极阳极阴极阳极3在惰性电极上离子的放电顺序(1)阴极(与电极材料无关)：(2)阳极(与电极材料有关)：4电解总方程式的书写(1)必须在连接号上标明“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HCl 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、NaOH 溶液、Na2SO4 溶液时，化学方程式应写为。(4)电解质、水同时被电解，则都要写进化学方程式。如电解饱和食盐水：。1电解时电子能通过电解质溶液吗？为什么？2有人说电解质溶液只有通电的时候才能发生电离，也有人说电
3、解质溶液导电的过程也是电解的过程，会浪费电能，你赞成这两种说法吗？提示：电解质溶液通电电解时，在外电路中有电流(电子)通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成闭合电路。因此电解质溶液的电阻比较大。提示：前者观点错误，电解质溶液电离不需要通电。后者观点正确，因为通电条件下，电解质溶液中的离子会发生定向移动，从而发生电解；或者从另外一个角度讲电解质溶液相当于一个大电阻，会浪费电能。3分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。类型电解质类别电极反应式及总反应式电解质溶液浓度溶液pH含氧酸，如 H2SO4减小可溶性强碱，如 NaOH增大电解水型活泼金属含氧酸盐，如 KNO3阴极：4H4e
4、=2H2阳极：4OH4e=2H2OO2总反应式：2H2O=电解 2H2O2增大不变无氧酸，如 HCl阴极：2H2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2总反应式：2HCl=电解 H2Cl2增大电解电解质型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 CuCl2减小放 H2生碱型活泼金属无氧酸盐，如 NaCl阴极：2H2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2总反应式：2NaCl2H2O=电解 2NaOHH2Cl2增大放 O2生酸型不活泼金属含氧酸盐，如 CuSO4阴极：2Cu24e=2Cu阳极：4OH4e=2H2OO2总反应式：2CuSO42H2O
5、=电解 2Cu2H2SO4O2减小4.如何实现铜与稀硫酸反应产生氢气？5小明同学根据离子的放电顺序，将水(H、OH)作为原点，以惰性电极电解各种电解质溶液的情况画在了平面坐标系的四个象限(个别包括数轴)内，如图所示：提示：以铜作阳极，石墨作阴极，稀 H2SO4 作电解质溶液电解。其中阳极反应式：Cu2e=Cu2，阴极反应式：2H2e=H2，总反应式：CuH2SO4(稀)=电解 CuSO4H2。据图思考放 H2 生碱型和放 O2 生酸型的实质是什么？电解一段时间后，溶液的pH 变化情况？要使 NaCl 溶液复原，滴加盐酸可以吗？要使电解后的 CuSO4 溶液复原，加入 Cu(OH)2 固体可以吗
6、？提示：放 H2 生碱型的实质是水电离出的 H放电，破坏了水的电离平衡，使OH浓度增大，pH 增大；放 O2 生酸型的实质是水电离出的 OH放电，破坏了水的电离平衡，使 H浓度增大，pH 减小。电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪些元素的原子，则应按比例补入哪些原子。电解 NaCl 溶液时析出的是等物质的量的 Cl2 和 H2，所以应通入氯化氢气体，而加入盐酸会引入过多的水。同理，使 CuSO4 溶液复原应加入 CuO 或 CuCO3，而加入 Cu(OH)2 也会使溶液的浓度降低。角度一：电极反应式、电解总反应式的书写1按要求书写有关的电极反应式及总反应式。
7、(1)(2014新课标全国卷节选)PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2 和Cu(NO3)2 的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为_，阴极上观察到的现象是_；若电解液中不加入 Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为_，这样做的主要缺点是_。(2)(2013福建高考节选)以惰性电极电解 FeCl2 和 HCl 的混合物可制备FeCl3 和 H2。阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(3)(2010山东高考节选)以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。阳极反应式：_；阴极反应式：_；总化学方程式：_。(4)用惰性电极电解 AgN
8、O3 溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(5)用惰性电极电解 MgCl2 溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(6)用铜作电极电解 NaCl 溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总化学方程式：_。答案：(1)Pb22H2O2e=PbO24H 石墨上包上铜镀层 Pb22e=Pb 不能有效利用 Pb2(2)Fe2e=Fe3 2H2e=H22Fe22H=电解 2Fe3H2(3)2Al6e3H2O=Al2O36H6H6e=3H2 2Al3H2O=电解 Al2O33H2(4)4OH4e=O22H2O4Ag4e=4Ag4Ag2H2O=电解 4AgO24H(5)
9、2Cl2e=Cl2 2H2e=H2Mg22Cl2H2O=电解 Mg(OH)2Cl2H2(6)Cu2e=Cu2 2H2e=H2Cu2H2O=电解 Cu(OH)2H22用惰性电极电解 NaCl 和 CuSO4 的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应方程式。(1)阳极产物：_；电极反应：_。(2)阴极产物：_；电极反应：_。答案：(1)Cl2、O2 2Cl2e=Cl2、4OH4e=2H2OO2(2)Cu、H2 Cu22e=Cu、2H2e=H2阴、阳极的判断和电解产物的分析方法(1)阴、阳极的判断方法：根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。根据
10、电流方向：从阴极流出，从阳极流入。根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。根据电极产物：a.阳极：电极溶解、逸出 O2(或极区变酸性)或 Cl2；b.阴极：析出金属、逸出 H2(或极区变碱性)。(2)电解产物的分析方法：首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。阳极：a.金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；b.惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根离子)。阴极：溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳电子放电顺序：AgFe3Cu2HFe
11、2Zn2)。角度二：电解原理、电解规律的考查典例(2013海南高考)如图所示的电解池和中，a、b、c 和 d 均为 Pt 电极。电解过程中，电极 b 和 d 上没有气体逸出，但质量均增大，且增重 bd。符合上述实验结果的盐溶液是()选项ABCDXMgSO4AgNO3FeSO4CuSO4YCuSO4Pb(NO3)2Al2(SO4)3AgNO3 解析 A 项，X 为 MgSO4，Y 为 CuSO4，电极 b 有气体 H2 产生，错误；B 项，X 为 AgNO3，Y 为 Pb(NO3)2，电极 d 上有气体 H2 产生，错误；C 项，X 为 FeSO4，Y 为 Al2(SO4)3，电极 d 上有气体
12、 H2 产生，错误；D 项，X 为 CuSO4，Y 为 AgNO3，电极 b 上析出 Cu，电极 d 上析出 Ag，转移的电子物质的量相等时，增重 bxb电极附近出现黄色，无气泡产生有 Fe3、无 Cl2bx0无明显变化无 Fe3、无 Cl2(1)用 KSCN 溶液检验出 Fe3的现象是_。(2)中，Fe3产生的原因可能是 Cl在阳极放电，生成的 Cl2 将 Fe2氧化。写出有关反应：_。(3)由推测，Fe3产生的原因还可能是 Fe2在阳极放电，原因是 Fe2具有_性。(4)中虽未检验出 Cl2，但 Cl在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH1 的 NaCl 溶液做对照实验，记录如下：序号电压
13、/V阳极现象检验阳极产物axc无明显变化有 Cl2Vcxb无明显变化无 Cl2NaCl 溶液的浓度是_molL1。中检验 Cl2 的实验方法：_。与对比，得出的结论(写出两点)：_。解析：(1)用 KSCN 检验出 Fe3的现象是溶液呈红色。(2)Cl在阳极的放电反应为 2Cl2e=Cl2，Fe2被 Cl2 氧化成 Fe3，Cl2 被还原为 Cl：Cl22Fe2=2Cl2Fe3。(3)Fe2放电生成 Fe3，说明Fe2具有还原性。(4)由题意，NaCl 溶液中 Cl浓度应与 pH1 的0.1 molL1 的 FeCl2 溶液中 Cl浓度相同，所以 NaCl 溶液的浓度为 0.2 molL1。用
14、湿润的淀粉 KI 试纸检验 Cl2，若试纸变蓝则证明有 Cl2生成。比较实验条件和结果可得出结论：通过控制电压，证实了产生 Fe3的两种原因都成立；通过控制电压，验证了 Fe2先于 Cl放电。答案：(1)溶液变红(2)2Cl2e=Cl2、Cl22Fe2=2Cl2Fe3(3)还原(4)0.2 取少量阳极附近的溶液，滴在淀粉 KI 试纸上，试纸变蓝 通过控制电压，证实了产生 Fe3的两种原因都成立；通过控制电压，验证了 Fe2先于 Cl放电题组二 金属的电化学腐蚀与防护7(2013北京高考)下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是()A水中的钢闸门连接电源的负极B金属护栏表面涂漆C汽车底
15、盘喷涂高分子膜D地下钢管连接镁块解析：水中的钢闸门连接电源的负极之后，作电解池的阴极，被保护起来，所以采用的是外加电流的阴极保护法；金属护栏表面涂漆、汽车底盘喷涂高分子膜均使用的是覆盖保护层法的保护措施；地下钢管连接镁块，镁作负极，被腐蚀从而起到保护钢管的作用，所以使用的是牺牲阳极的阴极保护法。答案：A8(2013上海高考)糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是()A脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期B脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe3eFe3C脱氧过程中碳作原电池负极，电极反应为：2H2OO24e4OHD含有 1.12 g 铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气 336 mL(标准状况)解析：钢铁的吸氧腐蚀为放热反应，A 错误；脱氧过程，铁为负极，电极反应为 Fe2eFe2；碳作正极，电极反应为 2H2O O24e=4OH，B、C 均错误；根据电极反应可得电池反应为 2FeO22H2O=2Fe(OH)2，Fe(OH)2可继续被氧化：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，因此可得关系式：4Fe3O2，1.12 g Fe 完全反应最多可吸收 O2 336 mL(标准状况)，D 正确。答案：D