2018高三化学一轮复习专题6第3单元电解池金属的腐蚀与防护

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1、第三单元电解池金属的腐蚀与防护考纲定位考情播报1.了解电解池的构成、 工作原理及应用， 能书2016全国乙卷 T / 全国丙卷 T1111写电极反应式和总反应方程式。2015全国卷T 28(2)2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀2014全国卷T 27(4) / 全国卷T27(3)的危害、防止金属腐蚀的措施。2013全国卷T10、 T27(5)(6)考点 1|电解原理 基础知识自查1电解、电解池2电解池的构成和工作原理(1) 构成条件有与外接直流电源相连的两个电极。电解质溶液 ( 或熔融电解质 ) 。形成闭合回路。(2) 电解池工作原理 ( 以电解 CuCl2 溶液为例 )(3) 电解池

2、中电子、电流和离子的移向电子：负极阴极，阳极正极电流：正极阳极阴极负极离子：阳离子阴极，阴离子阳极(4) 两极放电 ( 氧化或还原 ) 顺序3222322阴极： 阳离子放电顺序： Ag FeCuH ( 酸 )FeZnH ( 水 )AlMg Na Ca K 。2I阳极：金属 (Au 、 Pt 除外 ) 电极 SBrClOH 含氧酸根离子。注：阴极不管是什么材料，电极本身都不反应， 一定是溶液 ( 或熔融电解质 ) 中的阳离1子放电。阳极材料若是金属电极(Au 、 Pt除外 ) ，溶液中的阴离子不反应，电极金属失电子被氧化。 应用体验 1填写下列表格( 均为惰性电极)电解质溶液电极反应式电解对象p

3、H 变化溶液复原物质H2SO4阴： _阳： _CuBr 2阴： _阳： _NaCl阴： _阳： _CuSO阴： _4阳： _ 提示 4eO O2 H2O减小 H2O4H 4e4OH=2H=2H2CuBrCuBrCu 2e =Cu2Br 2e =Br2222Cl 2e=Cl NaCl 和 H O增大HCl2H 2e =H22224e242减小 CuO2Cu 4e =2Cu4OH =2HO OCuSO和 H O2用铜作电极电解稀H2SO4溶液，阴、阳极反应式分别为_ 、_ ，电解总离子方程式为_ 。 2e2Cu 2e2电解22 提示 2H=H=CuCu 2H =Cu H 考点多维探究角度 1电解的

4、原理分析1. 如图所示为用固体二氧化钛(TiO 2) 生产海绵钛的装置示意图，其原理是TiO 2 中的氧解离进入熔融盐中而得到钝钛。下列说法中正确的是()A a 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TiO 2 4e =Ti 2O2DTiO 2 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2的负极，石墨极是阳极，2O，高温下，石墨与 O 反A 项错误； O 在阳极发生氧化反应生成22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

5、，C 项错误； TiO 2 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。 2(2015 福建高考 ) 某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将 H2O和 CO转化为 O 和燃料 (C H O)。下列说法正确的是 ()2238【导学号： 37742169】A该装置将化学能转化为光能和电能B该装置工作时，H 从 b 极区向 a 极区迁移C每生成1 mol O 2，有 44 g CO 2 被还原D a 电极的反应为：3CO218H 18e=C3H8O 5H2OB 结合装置图为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A 项错误；b 极连接

6、电源的正极，为阳极，在电解池中H为阳离子，向a 极 ( 阴极 ) 区移动， B项正确；右侧 H O O 发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol 电子， C H O 中碳元素的化2238合价是 2,3CO2C3H8O，转移 18 mol 电子，故生成1 mol O 2 消耗 2/3 mol CO 2， C 项错误；a 电极发生的是还原反应： 3CO218H 18e =C3H8O 5H2O， D 项错误。 3. 图中 X 为电源， Y 为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y 中央的紫红色斑向d 端扩散。下列判断正确的是 ()A滤纸上c 点附近会

7、变红色B Cu 电极质量减小，Pt 电极质量增大C Z 中溶液的pH先减小，后增大D溶液中的2 向 Cu电极定向移动SO4A 紫红色斑即向 d 端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d 端为阳极，MnO4即 b 为正极， a 为负极， c 为阴极， NaCl 溶液中 H 放电，产生OH ， c 点附近会变红色， A正确；电解硫酸铜溶液时，Pt 为阳极，溶液中的=O 2H O，Cu 为OH放电： 4OH 4e22阴极，溶液中的2得电子，生成铜，总反应式为42 通电224Cu2CuSO 2H O=2Cu O 2H SO， Pt3电极附近生成2 向 Pt 电极移动， B、D 不正确；随着电解的进行

8、，Z 中溶液变为硫H，则 SO4酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH 减小， C 不正确。 阴、阳极的判断方法(1) 根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。(2) 根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。(3) 根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。(4) 根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。(5) 根据电极产物：a. 阳极：电极溶解、逸出O2( 或极区变酸性 ) 或 Cl 2；b. 阴极：析出金属、逸出H2( 或极区变碱性) 。角度 2电极反应式和电解方程式的书写4按要求书写方程式(1) 用惰性电极电解 AgNO3溶液阳极反应式 _ ；阴极反应式 _ ；总反应离子方程式_

9、。(2) 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_ 。(3) 用惰性电极电解 Na2CO3 溶液阳极反应式 _ ；总反应方程式_ 。(4) 用铁作电极电解 NaOH溶液阳极反应式 _ ；阴极反应式 _ ；总反应方程式_ 。(5) 用 Ag 作电极电解稀盐酸阳极反应式 _ ；阴极反应式 _ ；总反应离子方程式_ 。(6) 以铝材为阳极，电解 H2SO4 溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式 _ ；阴极反应式 _ ；4总反应方程式_ 。(7) 用惰性电极电解CuSO4和 NaCl 的混合液 (CuSO4 与 NaCl 的物质的量为11) ，明显分三个阶段

10、，写出三个阶段的阴、阳两极反应式_ 。 答案 (1)4OH 4e=O 2H O224Ag 4e =4Ag通电4Ag 2H O=4AgO 4H22(2)2Cl 2e =Cl22H 2e=H22 2Cl通电Mg 2HO=Mg(OH)2 Cl 2 H2(3)4OH 4e =HOO22通电2H O=2H O222(4)Fe 2e 2OH =Fe(OH)22H 2e=H2通电Fe 2H2O=Fe(OH)2 H2(5)2Ag 2e=H2=2Ag2H 2e2Cl通电2Ag 2H=2AgCl H2(6)2Al 6e 3H2O=Al2O3 6H6H 6e =3H2通电2Al 3H2O=Al 2O33H2(7)

11、第一阶段：阴： Cu2 2e =Cu阳： 2Cl 2e=Cl2第二阶段：2阴： Cu 2e =Cu阳： 4OH 4e =2HO O2第三阶段：阴： 2H 2e =H2阳： 4OH 4e =2HO O25(2015 全国卷改编) 实验室用NH4Cl 、盐酸、 NaClO2( 亚氯酸钠 ) 为原料，通过以下过程制备ClO2:【导学号： 37742170】5(1) 电解时的阴极反应式为 _ ，阳极反应式为 _ ，电解时发生反应的化学方程式为 _ 。(2)NaClO 2 溶液与 NCl3 溶液反应的化学方程式为_ 。 解析 (1) 由图可知，电解 NH4Cl 和盐酸混合溶液得到H2 和 NCl3，结合

12、质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为通电NH4Cl 2HCl=3H2 NCl3。(2) 由图可知， NCl3 溶液中加入 NaClO2 溶液，得到 ClO2 和 NH3 及溶液 X，N 由 3 价降低为 3 价， NaClO2 中 Cl 由 3 价升高到 4 价，生成 ClO2， Cl 未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2 NCl3 3H2O=6ClO2 NH3 3NaCl 3NaOH。 答案 (1)6H 3Cl 6e =3HNH 6e=NCl 4H243通电NH4Cl 2HCl=NCl3 3H2(2)6NaClO 2 NCl3 3H2O=6ClO2 NH3 3

13、NaCl3NaOH(1) 做到“三看”，正确书写电极反应式一看电极材料，若是金属 (Au 、Pt 除外 ) 作阳极， 金属一定被电解( 注： Fe 生成 Fe2 ) 。二看介质，介质是否参与电极反应。三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。(2) 规避“三个”失分点书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。电解水溶液时，应注意放电顺序中之后的离子一般不参与放电。考点2| 电H、 OH解原理的应用 基础知识自查1电解饱和食盐水氯碱工业(1) 电极反应阳极： 2Cl 2e=Cl (

14、反应类型：氧化反应 ) 。26阴极： 2H 2e =H2 ( 反应类型：还原反应) 。检验阳极产物的方法是：用湿润的KI 淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了 Cl 2。电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。(2) 电解方程式通电化学方程式：2NaCl 2H2O=2NaOH H2 Cl 2 离子方程式： 2Cl通电2H2O=2OH H2 Cl 22电镀与电解精炼铜电镀 (Fe 上镀 Cu)电解精炼铜电极材料Cu(或铜 )粗铜 ( 含 Zn、Fe、 Ni 、 Ag、Au等杂质 )阳极Cu 2e = Cu2 ( 主)Zn 2e =Zn2电极反应Cu

15、2e= Cu2Fe 2e =Fe2Ni 2e =Ni2电极材料Fe纯铜阴极Cu2 2e =Cu电极反应电解质溶液含 Cu2的盐溶液电解精炼铜时，粗铜中的Ag、 Au 等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥注：镀层金属作阳极，待镀元件作阴极，电解质溶液含有镀层金属离子。电镀铜时，电解质溶液中c(Cu 2 ) 不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2) 减小。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：注：电解熔融 MgCl2 冶炼镁，而不能电解熔融 MgO冶炼镁，因 MgO的熔点很高；电解熔融 Al 2O3 冶炼铝，而不能电解 AlCl 3 冶炼铝，因 AlCl

16、 3 是共价化合物，其熔融态不导电。 应用体验 1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。7(1)A 为 _极， X、Y 分别是 _、 _。(2) 离子交换膜的作用：_ 。(3)a 、b、 c、 d 加入或取出的物质分别是_、 _、 _、_。 提示 (1) 阳 Cl2H2(2) 阻止 OH 进入阳极室与Cl 2 发生副反应： 2NaOHCl 2=NaCl NaClO H2O，阻止阳极产生的 Cl 2 和阴极产生的H2 混合发生爆炸(3) 饱和食盐水稀的 NaOH溶液稀的食盐水

17、浓 NaOH溶液2铁片上镀银，铁片作 _极，连接电源的 _ 极， _作电镀液，阴极反应式为 _ ，阳极反应式为 _ 。 提示 阴 负AgNO3溶液 Ag e =AgAg e =Ag 考点多维探究 角度 1电解原理在化工制备方面的应用1(2017 保定模拟 ) 用 Na2SO3 溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生， 这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、 阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是()【导学号： 37742171】A X 为直流电源的负极，Y 为直流电源的正极B阳极反应为4OH 4e =2HO O28C图中的 baD该过程中的产品主

18、要为H2SO4 和 H22的移向可知 2e=H，Pt( ) 为阳极，B 根据 Na和 SOPt( ) 为阴极， 反应为 2H322 2e2。 反应为 SO3 H2O=SO4 2H2电解尿素 CO(NH2) 2 的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。(1)A 极为 _，电极反应式为_ 。(2)B 极为 _，电极反应式为_ 。 解析 产生 H2 是因为 H2O电离的 H 在阴极上得电子，即6H2O 6e=3H2 6OH ，所以 B 极为阴极， A极为阳极，电极反应式为CO(NH2) 2 6e2 6H2O。 8OH =N2 CO3 答案 (1) 阳极2

19、6H2O (2)阴极6H2O 6eCO(NH2) 2 8OH 6e=N2 CO3=3H2 6OH角度 2电镀与精炼金属3.(1)粗铜 的 电 解 精 炼 如图 所 示。 在 粗 铜 的 电 解过 程 中， 粗 铜 板 应 是 图中 电 极_( 填图中的字母) ；在电极d 上发生的电极反应式为_；若粗铜中还含有Au、 Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_ 。(2) 以 CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜 ( 含 Al 、 Zn、 Ag、Pt 、 Au 等杂质 ) 的电解精炼，下列说法正确的是_。a电能全部转化为化学能b粗铜接电源正极，发生氧化反应c溶液中Cu2向阳极移动d利用阳极泥可回

20、收Ag、 Pt 、 Au 等金属9 解析 (1) 粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d 是阴极，发生的反应是Cu2 2e=Cu， Au、 Ag 不如铜活泼，以单质的形式沉积在c( 阳极) 下方， Fe 比铜活泼，以 Fe2的形式进入电解质溶液中。(2) 粗铜的电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a 错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b 正确；溶液中的 Cu2向阴极移动， c 错误；不活泼金属Ag、 Pt 、Au 等金属在阳极沉积，可以回收，d 正确。 答案 (1)cCu2 2e =Cu Au、 Ag 以单质的形式沉积在c( 阳极 ) 下方， Fe

21、 以 Fe2的形式进入电解质溶液中(2)bd4离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al 2Cl 7 和 AlCl 4 组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。 钢制品应接电源的 _极，已知电镀过程中 不 产 生 其 他 离 子 且 有 机 阳 离 子 不 参 与 电 极 反 应 ， 阴 极 电 极 反 应 式 为_ 。若改用 AlCl3 水溶液作电解液，则阴极产物为_。 解析 电镀时，镀件作阴极，即钢制品作阴极，接电源负极，根据阴极生成Al 可知反应式为 4Al Cl 3e=Al 7AlCl。若改为AlCl水溶液，阴极反应为 2e=H，7432H22产物为 H2。 答案

22、负4Al 3eH22Cl 7=Al 7AlCl 4角度 3电解原理在环境治理方面的应用5(2016 全国乙卷) 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2可通过离子交Na和 SO4换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()【导学号： 37742172】2A通电后中间隔室的SO4 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 H2 SO4产品C负极反应为2H2O 4e=O2 4H ，负极区溶液pH降低D当电路中通过 1 mol 电子的电量时

23、，会有 0.5 mol的 O 生成2B 电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即2离子向正极区移动，SO4Na发生氧化反应生成氧气，向负极区移动， 正极区水电离的 OHH 留在正极区， 该极得到 H2SO4产品，溶液 pH 减小，负极区水电离的H 发生还原反应生成氢气，OH 留在负极区，该极得10到 NaOH产品，溶液pH 增大，故A、 C 项错误， B 项正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol的 O2 生成，故 D项错误。 6电镀废水中常含有剧毒的2。该废水处理的一种方法是利用还原剂把2Cr2O7Cr2O7 还

24、原成毒性较低的 Cr3 ，再加碱生成沉淀；另一种方法是向废水中加入适量的NaCl ，用 Fe 作电极进行电解。下列说法错误的是()A电解时，阳极反应式为Fe 2e=Fe2B电解过程中，阴极能产生氢气C电解过程中，2被还原的离子方程式为2 6Fe233Cr2O7Cr2O7 14H=2Cr 6Fe7H2 OD电解过程中，阳极附近生成Fe(OH)3 和 Cr(OH) 3 沉淀D 电解法处理含铬废水的原理：用Fe 作电极进行电解， Fe 被氧化生成 Fe2， Fe2 作还原剂把23。电解过程中，在阴极放电生成 H2，使阴极附近溶Cr2O7 还原成毒性较低的 CrH液中的 c(H )原电池的负极 原电池

25、的正极 电解池的阴极。4(2017 江门模拟) 利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是()A若 X 为锌棒，开关K 置于 M处，可减缓铁的腐蚀速率B若 X 为锌棒，开关K 置于 M处，铁的保护属于牺牲阳极的阴极保护法C若 X 为碳棒，开关K 置于 N 处，铁的保护属于外接电流的阴极保护法D若 X 为碳棒，开关K 置于 N 处， X 极发生还原反应D 若 X 为碳棒，开关K 置于 N 处， X 极为阳极，发生氧化反应。5(2015 重庆高考节选) 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)

26、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Cu (OH) Cl ，其离子方程式为23_ ；(3)若生成 4.29 g Cu 2(OH)3Cl ，则理论上耗氧体积为 _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： Cu1422e =Cu，正极反应： O 2H O 4e =4OH。22(2) 正极产物为，负极产物为2，两者与Cl反应生成 Cu2(OH)3Cl ，其离子方程式OHCu223Cl 。为 2Cu 3OH Cl=Cu(OH)(3)4.29 g Cu2(OH)3Cl 的物质的量为0.02 mol，由 C

27、u 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0.04 mol ，失去电子0.08 mol ，根据电子守恒可得，消耗O2的物质的量为 0.02 mol，所以理论上消耗氧气的体积为0.448 L( 标准状况 ) 。 答案 (1)c(2)2Cu223 3OH Cl=Cu(OH) Cl (3)0.448判断金属腐蚀快慢的方法(1) 对同一电解质溶液来说， 腐蚀的快慢： 电解池原理引起的腐蚀 原电池原理引起的腐蚀 化学腐蚀 有防护措施的腐蚀。(2) 对同一金属来说， 腐蚀的快慢： 强电解质溶液中 弱电解质溶液中 非电解质溶液中。(3) 活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。(

28、4) 对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。专项突破 9 电化学计算与“多池”的连接问题分析命题点 1 电化学的计算(1) 原则：电化学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。关键： a. 电极名称要区分清楚； b. 电极产物要判断准确； c. 各产物间量的关系遵循电子得失守恒。(2) 方法15注：在电化学计算中，还常利用t和(e ) A1.60 10 19 C 来计算电路Q IQnN中通过的电量。 对点训练 1如图所示， 通电 5 min 后，电极 5的质量增加2.16 g，请回答下列问题：(1)a 为电源的 _( 填“正”或“负” ) 极， C 池是 _池。 A 池阳极的电极反应为 _ ，C池阴极的电极反应为_ 。(2) 如果 B 槽中共收集到 224 mL 气体 ( 标准状况 ) 且溶液体积为 200 mL( 设电解过程中溶液体积不变 ) ，则通电前溶液中 Cu2的物质的量浓度为 _。(3) 如果 A 池溶液是200 mL 足量的食盐水( 电解过程溶液体积不变) ，则通电5 min 后，溶液的 pH为 _。(4) 若将 CuSO4溶液复原，需加_( 填写一种物