高考化学一轮复习考纲点击教学案化学反应与能量电解池 金属的电化学腐蚀与防护

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第3节　电解池　金属的电化学腐蚀与防护 一、电解池的工作原理 ‎1．电解定义 使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在______两极引起________反应的过程叫做电解。‎ 注意：电解不同于电解质的电离，电离是电解的前提；电解质溶液导电的过程，就是电解质溶液的电解过程。‎ ‎2．电解池 将____能转化为____能的装置叫做电解池。电解池是由____电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成的。‎ ‎3．原理图示 即时训练1 下图图____是原电池，图____是电解池，图①中Zn板为____极；电子由电源____极到Zn电极，在Zn电极与溶液中的____结合生成____，发生____反应；溶液中的Cu2＋、H＋向____板移动，SO、OH－向____电极移动，____在C电极____电子生成____，发生____反应。‎ 特别提示：溶液导电的过程一定发生氧化还原反应。‎ 二、电解池的两极 ‎1．确定阴、阳极的一般方法 判断方法 阳极 阴极 质量 减小 增大 电极反应 得失电子 失电子 得电子 化合价 升高 降低 反应类型 氧化反应 还原反应 电流 导线中 电子流出 电子流入 电解质溶液中 阳离子移离 阳离子移向 阴离子移向 阴离子移离 ‎2．电极反应的书写步骤及方法 电解池电极反应的书写可总结为五步：一判、二看、三分、四写、五平。‎ 一判：判断阴、阳极。‎ 二看：阳极要看清电极材料。对于铁、铝、铜、银等活泼电极，则阳极金属电极失电子变成阳离子进入溶液（Fe变成Fe2＋），阴离子不失电子；如果是惰性电极（Pt、Au、石墨等）材料，应是溶液中的阴离子失电子。‎ 三分：将离子分成阳离子组、阴离子组（注意：水溶液中一定不要丢掉H＋、OH－），阳离子向阴极移动，在阴极得电子；阴离子向阳极移动，在阳极失电子。根据得失电子能力对离子排序，得电子能力：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋；失电子能力：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。（更详细见课本）‎ 四写：由放电顺序及信息确定放电产物和电极反应。‎ 五平：依据质量守恒、电荷守恒进行配平。‎ ‎3．分析实验现象 ‎（1）分析电极及电极区的pH及实验现象时，要从电极反应入手，如电解CuSO4溶液，阳极发生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，OH－浓度减小，酸性增强；‎ ‎（2）分析电解质溶液中的pH及实验现象时，要从电池反应入手，如电解CuSO4溶液，2CuSO4＋2H2O===2Cu＋2H2SO4＋O2↑，所以整个电解质溶液中酸性增强。‎ ‎【例2－1】（1）KIO3可用电解的方法制得，原理是：以石墨为阳极，以不锈钢为阴极，在一定温度和碱性条件下电解KI溶液。总反应方程式为 KI＋3H2O===KIO3＋3H2↑，则阳极的电极反应为_____________；阴极附近pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。‎ ‎（2）科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下用惰性电极电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产生，其电极反应为__________________________；阴极附近的氧气则生成过氧化氢，其电极反应为_______________________________________________。‎ 方法归纳 ‎（1）电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物，然后根据“阴得阳失”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。‎ ‎（2）注意运用H＋、OH－、H2O进行配平：电解池电极反应中，如果是H＋、OH－放电，不论溶液酸碱性则一定写H＋、OH－得、失电子，其他情况下酸性溶液中一定不能存在OH－，同理在碱性溶液中一定不能存在H＋。‎ ‎（3）判断电极附近溶液pH变化，可以通过一般经验进行判断：不论原电池还是电解池，如果pH发生变化，一般失电子的电极pH减小，得电子的电极pH增大。‎ ‎【例2－2】 Na2FeO4‎ 是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其电解制法如图所示，请根据图示分析：Fe电极的电极反应为__________________________，与铁电极相连的为电源的__________极。‎ ‎*‎ 二、电解原理的应用 ‎1．电解饱和食盐水 ‎（1）电极反应：阳极：____________；‎ 阴极：________________。‎ ‎（2）电池总反应：__________________________。‎ ‎（3）应用：工业制______、______、______。‎ ‎2．电解精炼铜 ‎（1）阳极：材料：______；电极反应：__________________________________________ _________________________________________________________________________。‎ ‎（2）阴极：材料：__________；电极反应：____________________。‎ ‎（3）电解液：________。‎ ‎3．电镀池（如铁上镀铜）‎ ‎（1）阳极：材料：__________；电极反应：________________________________。‎ ‎（2）阴极：材料：__________；电极反应：________________________________。‎ ‎（3）电解液：______________。‎ ‎4．电冶金 冶炼Na、Mg、Al等活泼金属必须用电解法，原理：Mn＋＋ne－===M，如：‎ ‎（1）电解熔融的NaCl冶炼金属钠：‎ ‎①阳极反应：________________；‎ ‎②阴极反应：________________；‎ ‎③电池总反应：______________。‎ ‎（2）电解熔融的Al2O3冶炼金属铝：‎ ‎①阳极反应：__________________；‎ ‎②阴极反应：__________________；‎ ‎③电池总反应：________________。‎ 即时训练2 下列图示中关于铜电极的连接错误的是（　　）。‎ 特别提示：电解精炼铜实际上是电镀铜的一个特例（往精铜上镀铜）。注意：①电解精炼铜时，由于阳极和阴极发生的电极反应不同，所以两极质量变化不同，但得失电子一定相同；②精炼过程中电解质溶液浓度变化——硫酸铜溶液的浓度逐渐减小，而电镀过程中电解质溶液浓度基本不变。‎ 三、金属的腐蚀与防护 ‎1．金属腐蚀的本质 金属原子____电子变为金属阳离子，金属发生____反应。‎ ‎2．化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 概念 金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2等）或非电解质液体等直接发生化学反应引起的腐蚀 不纯金属与电解质溶液接触，会形成__________，____________的金属失去电子被氧化腐蚀 特点 ‎__________电流产生 ‎______电流产生 普遍性 金属的______腐蚀比较普遍，而且危害性大，腐蚀速率快 ‎　　3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜酸性 负极反应 正极反应 电池反应 其他反应 ‎_______________________________________________、Fe（OH）3→Fe2O3·xH2O（铁锈）‎ 普遍性 ‎____腐蚀更普遍 ‎4．金属腐蚀由快到慢的规律 电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。‎ ‎5．金属的防护 一般有三条途径：‎ ‎（1）改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力，如不锈钢。‎ ‎（2）在金属表面覆盖一层保护层，如油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。‎ ‎（3）电化学保护法：牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。‎ 即时训练3 下列叙述中正确的是______。‎ A．生铁比纯铁容易生锈与电化学腐蚀有关 B．将钢铁与电源的正极相连可以起到保护钢铁的作用 C．为保护地下钢管不受腐蚀，可使它与铜板相连 D．海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀 E．钢铁析氢腐蚀与吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀 F．金属被腐蚀的本质是金属发生了氧化反应 一、原电池、电解池的判断规律 ‎1．从能量的角度分析 原电池：化学能转变为电能的装置。‎ 电解池：电能转变为化学能的装置。‎ 应用：由化学反应方程式设计原电池、电解池要从能量的角度分析。我们只能把能自发进行的放热的氧化还原反应设计成原电池，而只要是氧化还原反应（不论吸热还是放热）理论上均可设计成电解池，如Cu＋2HCl===CuCl2＋H2↑只能设计成电解池（如装置图A）；Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑既能设计成电解池（如装置图B），也能设计成原电池（如装置图C）。‎ ‎2．从装置图的角度分析 原电池：若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”。‎ 先看电极：两极是导体且活泼性不同。‎ 再看溶液：两极插入电解质溶液中。‎ 后看回路：形成闭合回路或两极接触。‎ 电解池：若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解池溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池。‎ ‎【例1】 图中，两电极上发生的电极反应如下：a极：2H＋＋2e－===H2‎ ‎↑，b极：Fe－2e－===Fe2＋，则以下说法不正确的是（　　）。‎ A．该装置可能是电解池 B．溶液pH变大 C．a、b可能是同种电极材料 D．该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能 三、电解类型及有关计算 ‎1．用惰性电极电解电解质溶液 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 电解水型 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ NaOH 水 增大 增大 水 H2SO4‎ 水 增大 减小 水 Na2SO4‎ 水 增大 不变 水 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 氯化氢 CuCl2‎ 电解质 减小 略增大 氯化铜 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 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 电解质和水 生成新 电解质 减小 氧化铜 ‎2.有关电化学的计算 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量的计算等。无论哪类计算，均可概括为下列三种方法：‎ ‎（1）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、相同电荷量等类型的计算，其依据是阴、阳极得失电子数相等。‎ ‎（2）根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应式，最后根据总反应列比例式计算。‎ ‎（3）根据关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。‎ ‎【例3－1】 （2012吉林实验中学模拟）A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO、SO、Cl－，在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了‎10.8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：‎ ‎（1）M为电源的________极（填“正”或“负”），甲、乙两个烧杯中的电解质分别为__________、__________（填写化学式）。‎ ‎（2）计算电极f上生成气体的物质的量为________ mol。‎ ‎（3）写出乙烧杯中的电解反应方程式：____________________________________。‎ ‎（4）若电解后甲溶液的体积为‎10 L，则该溶液的pH为________。‎ ‎【例3－2】（2012江西南昌调研测试）将质量相等的银片和铂片分别作为阳极和阴极用来电解硝酸银溶液。‎ i．以电流为‎1 A通电10 min；‎ ii.10 min后，反接电源，以电流为‎2 A继续通电10 min；下列图像分别表示银电极质量、铂电极质量、电解池产生气体质量和电解时间的关系图。其中正确的是（　　）。‎ A．①③ B．①②③‎ C．②③④ D．①②③④‎ ‎1．（高考集萃）下列叙述中不正确的是（　　）。‎ A．（2012山东理综）电解NaCl溶液得到‎22.4 L H2（标准状况），理论上需要转移NA个电子（NA表示阿伏加德罗常数）‎ B．（2012广东理综）自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致 C．（2012浙江理综）在“镀锌铁皮的镀层厚度的测定”实验中，将镀锌铁皮放入稀硫酸，待产生氢气的速率突然减小，可以判断锌镀层已反应完全 D．（2012江苏化学）镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈 ‎2．（2012山东理综，13）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（　　）。‎ A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 ‎3．（2012安徽理综，11）某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生：一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是（　　）。‎ A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－Cl2↑＋H2↑‎ B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红 C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl2＋2e－===2Cl－‎ D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极 ‎4．（2012浙江理综，10）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：‎ 下列说法不正确的是（　　）。‎ A．在阴极室，发生的电极反应为：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑‎ B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向右移动 C．该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑‎ D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比（nK/nCr）为d，则此时铬酸钾的转化率为1－ 参考答案 基础梳理整合 一、1.阴、阳　氧化还原 ‎2．电　化学　直流 ‎3．正　氧化　负　还原 即时训练1‎ ‎②　①　阴　负　Cu2＋　Cu　还原　Zn　C　OH－　失　O2　氧化 ‎【例2－1】 答案：(1)I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O　增大 ‎(2)3H2O－6e－===O3↑＋6H＋　O2＋2H＋＋2e－===H2O2‎ ‎【例2－2】 答案：Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O　正 二、1.(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎(2)2NaCl＋2H2O通电,2NaOH＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(3)烧碱　氯气　氢气 ‎2．(1)粗铜　Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎(2)精铜　Cu2＋＋2e－===Cu ‎(3)CuSO4溶液 ‎3．(1)铜　Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎(2)铁　Cu2＋＋2e－===Cu ‎(3)CuSO4溶液 ‎4．(1)①2Cl－－2e－===Cl2↑　②Na＋＋e－===Na　③2NaCl(熔融)通电,2Na＋Cl2↑‎ ‎(2)①6O2－－12e－===3O2↑　②4Al3＋＋12e－===4Al　③2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 即时训练2‎ C 三、1.失去　氧化 ‎2．原电池　较活泼　无　有微弱　电化学 ‎3．酸性较强　酸性较弱或中性　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　吸氧 即时训练3‎ ADEF 核心归纳突破 ‎【例1】 D　‎ ‎【例3－1】 答案：(1)负　NaCl　AgNO3‎ ‎(2)0.025‎ ‎(3)4AgNO3＋2H2O通电,4Ag＋O2↑＋4HNO3‎ ‎(4)12‎ 解析：由c电极质量增加可知c电极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag，c为阴极，所以a、b、c、d、e、f分别为阴极、阳极、阴极、阳极、阴极、阳极，M、N分别为负极、正极；乙烧杯中为AgNO3溶液，阳极发生4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电池反应为4Ag＋＋2H2O通电,4Ag＋O2↑＋4H＋，电解过程中pH减小；由pH变化可知A、C分别为NaCl、Na2SO4；生成n(Ag)＝0.1 mol，所以转移0.1 mol电子，依据f电极电极反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，可知生成0.025 mol O2，依据甲池中的电池反应2Cl－＋2H2O通电,Cl2↑＋H2↑＋2OH－，可知生成n(OH－)＝0.1 mol，c(OH－)＝0.01 mol·L－1，c(H＋)＝1×10－12mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝12。‎ ‎【例3－2】 A　‎ 演练巩固提升 ‎1．A　解析：A选项，根据电解NaCl溶液的阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑，产生标准状况下‎22.4 L H2，转移2NA个电子，错误。‎