资源简介 第37讲 电解池 金属的腐蚀与防护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．掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。3．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。考点一 电解原理1.电解和电解池(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。(2)电解池：电能转化为化学能的装置。(3)电解池的构成①有与直流电源相连的两个电极。②有电解质溶液(或熔融电解质)。③形成闭合回路。2．电解池的工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)总反应离子方程式：___________________。【师说·助学】 “电子不下水，离子不上线”。3．阴、阳两极上放电顺序(1)阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。(2)阳极：活性电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子、等)＞F－。【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。1．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：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。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．电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。4．某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【教考衔接】典例1 [2023·辽宁卷，7]某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )A．b端电势高于a端电势B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2C．电解后海水pH下降D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋听课笔记 典例2 [2023·浙江1月，11]在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2OC．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动听课笔记 【师说·延伸】 分析电解过程的思维模型判断阴、阳极→分析电解质溶液的离子组成→确定放电离子或物质→写出电极反应式、电池反应式。【对点演练】考向一 用惰性电极电解的规律1．电极为惰性电极，填写下表中的空白。溶质 电极反应式及总反应式 电解质 溶液浓度 复原 方法(1)H2SO4 阴极：________________ 阳极：________________ 总反应式：____________(2)HCl 阴极：________________ 阳极：________________ 总反应式：____________(3)CuSO4 阴极：________________ 阳极：________________ 总反应式：____________惰性电极电解的规律图示考向二 利用电解的思维模型分析电解过程2．用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是( )A．逸出气体的体积：A电极＜B电极B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性3．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为________。考向三 利用电解的思维模型书写电极反应式4．按要求书写电极反应式和总反应方程式：(1)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：________________________________________________________________________。(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：________________________________________________________________________；阴极反应式：________________________________________________________________________；总反应离子方程式：________________________________________________________________________。5．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，用惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。6．整合有效信息书写电极反应(1)用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；。①写出电解时阴极的电极反应式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。书写电极反应式应做到“三看”(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＋而不是生成Fe3＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的冶炼。考点二 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)电解反应离子方程式：________________________________________________________________________。(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气装置 离子交换膜电解槽阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极 碳钢网阳离子 交换膜 ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室2.电镀铜3．电解精炼铜(1)电极材料：阳极为________；阴极为________。(2)电解质溶液：________________。(3)电极反应阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。4．电冶金总反应化学方程式 电极反应式冶炼钠 2NaCl(熔融)电解2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na冶炼镁 ________________________________ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg冶炼铝 2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。1．在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．工业上，电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。3．电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。4．用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【教考衔接】典例1 [2022·广东卷，10]以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋B．阴极上Al被氧化C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D．阳极和阴极的质量变化相等听课笔记 典例2 [2023·浙江6月，13]氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )A．电极A接电源正极，发生氧化反应B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗听课笔记 【对点演练】考向一 氯碱工业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。如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)写出电解饱和食盐水的离子方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)离子交换膜的作用为________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)精制饱和食盐水从图中________(选填“a”“b”“c”或“d”，下同)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。考向二 电解精炼、电镀、电冶金2．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt3．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是( )A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用4．电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：(1)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________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)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：________________________________________________________________________；总反应方程式：________________________________________________________________________。(3)用有机阳离子、和组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。①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，阴极反应式为________________________________________。②若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。考点三 金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2．化学腐蚀与电化学腐蚀类型 化学腐蚀 电化学腐蚀反应物 金属、干燥的气体或非电解质 不纯金属、电解质溶液反应类型 直接发生化学反应 原电池反应有无电流产生 无 有实质 金属原子失电子被氧化3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀水膜性质 酸性较强 __________________负极反应 Fe－2e－===Fe2＋正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ __________________总反应 Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑ __________________联系 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍【师说·助学】 铁锈的形成过程2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O(铁锈)＋(3－x)H2O4．金属的防护方法(1)牺牲阳极法利用原电池原理。(2)外加电流法利用电解池原理。(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。1．纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。2．在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。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：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【教考衔接】典例1 [2020·江苏卷，11]将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是( )A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B．金属M的活动性比Fe的活动性弱C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快听课笔记 典例2 验证牺牲阳极法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。① 在Fe表面生成蓝色沉淀② 试管内无明显变化③ 试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是( )A．对比②③，可以判定Zn保护了FeB．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼听课笔记 【对点演练】考向一 金属腐蚀的类型及比较1．实验探究(如图所示)(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为________________________________________，右试管中现象是________________。(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为________________________________________，右试管中现象是________________。2．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为________。金属腐蚀快慢的规律(1)对同一电解质溶液来说，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＞有防护措施的腐蚀。(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，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。考向二 金属的防护3．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4．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。为减缓铁的腐蚀：(1)若开关K置于N处，则X应为________________________，该电化学防护法为________________。(2)若开关K置于M处，则X应为________________________，该电化学防护法称为________________。第37讲 电解池 金属的腐蚀与防护考点一夯实·必备知识2．氧化 还原 Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑易错诊断1．错误。电解CuCl2溶液，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。2．正确。3．错误。电解盐酸2HClH2↑＋Cl2↑，溶液的pH逐渐增大；电解硫酸溶液2H2O2H2↑＋O2↑，溶液的pH逐渐减小。4．正确。突破·关键能力教考衔接典例1 解析：由图可知，左侧电极产生氧气和HClO，则左侧电极为阳极，a为电源正极，右侧电极为阴极，b为电源负极以此解题。由分析可知，a为正极，b为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极方程式为：2H＋＋2e－===H2↑，则理论上转移2 mol e－生成2 g H2，B错误；由图可知，该装置的总反应为Cl－＋H2OClO－＋H2↑，pH增大，C错误；由图可知，阳极上的电极反应为：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D正确。故选D。答案：D典例2 解析：石墨电极为阳极，A项错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B项错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C项正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D项错误。答案：C对点演练1．答案：（1）2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 加水（2）2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2HClH2↑＋Cl2↑ 减小 通入HCl（3）Cu2＋＋2e－===Cu 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 减小 加CuO（或Cu2CO3等 ）2．解析：用惰性电极电解Na2SO4溶液，电极A为阴极，B为阳极。、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c（H＋）＞c（OH－），石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c（OH－）＞c（H＋），石蕊溶液变蓝，产生H2和O2的体积之比为2∶1，A、B、C项错误，D项正确。答案：D3．解析：方法一 98 g Cu（OH）2的物质的量为1 mol，相当于电解了1 mol 的CuSO4后，又电解了1 mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。方法二 可以认为整个电路中转移的电子数与Cu（OH）2的－2价氧失电子数相等，共4NA。答案：4NA4．答案：（1）2Cl－－2e－===Cl2↑2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg（OH）2↓Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑（2）2Al－6e－＋8OH－===＋4H2O6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－2Al＋2H2O＋2OH－＋3H2↑5．解析：第一阶段 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu第二阶段 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O第三阶段 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。答案：第一阶段的反应：CuCl2Cu＋Cl2↑第二阶段的反应：2Cu（NO3）2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HNO3第三阶段的反应：2H2O2H2↑＋O2↑6．解析：（1）①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了，可以理解为（n－1）S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。（2）根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。答案：（1）①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑（2）NH3 根据总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的HNO3多，应补充NH3考点二夯实·必备知识1．（1）2Cl－－2e－===Cl2↑2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－（2）2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑2．铜 待镀金属制品 镀层金属阳离子3．（1）粗铜 纯铜 （2）含Cu2＋的盐溶液4．MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑易错诊断1．错误。应用铜作阳极2．错误。MgO的熔点高于MgCl2，熔化MgO需要的能量更多，工业上不用MgO冶炼镁；AlCl3为共价化合物，熔融状态下不能电离，熔融AlCl3不能电解，不用AlCl3冶炼铝。3．正确。4．错误。放电顺序Zn2＋>H＋（水），用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，能在铁上镀锌。突破·关键能力教考衔接典例1 解析：根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。答案：C典例2 解析：电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。综上所述，答案为B。答案：B对点演练1．答案：（1）2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－（2）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（3）a d2．解析：电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。答案：D3．解析：电镀前，Zn与Fe构成原电池，Zn为负极，Fe为正极，电镀时，Fe为阴极，Zn为阳极，原电池充电时，原电池负极为阴极、正极为阳极，故不属于原电池的充电过程，A错误；根据电子守恒，通过电子的电量与析出Zn的量成正比，B错误；电流恒定，单位时间通过的电子的物质的量恒定，即电解速率恒定，C正确；镀层破损后，Zn与Fe仍能构成原电池，其中Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护，D错误。答案：C4．答案：（1）用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定（2）2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑（3）①负 4Al2＋3e－===Al＋7Al ②H2考点三夯实·必备知识3．弱酸性、中性或碱性 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2易错诊断1．错误。纯银器表面通过化学腐蚀生成黑色的Ag2S；钢铁表面通过电化学腐蚀生成Fe2O3·xH2O。2．错误。保护层破损后，只是暴露部分失去了对金属的保护作用。3．错误。在海轮外壳上附着一些铜块，将加快海轮外壳的腐蚀。4．正确。突破·关键能力教考衔接典例1 解析：本题考查金属的腐蚀与防护，考查的化学学科核心素养是科学态度与社会责任。该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。答案：C典例2 解析：实验②中加入K3[Fe（CN）6]溶液，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe（CN）6]溶液生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe（CN）6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe（CN）6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe（CN）6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe（CN）6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。答案：D对点演练1．答案：（1）析氢 2H＋＋2e－===H2↑ 有气泡冒出（2）吸氧 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 导管内液面上升2．解析：②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。答案：⑤④②①③⑥3．解析：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁（阳极）流向正极，从负极流向钢管桩（阴极），A、B正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误。答案：C4．答案：（1）碳棒或Pt等惰性电极 外加电流法 （2）比铁活泼的金属Zn等 牺牲阳极法(共64张PPT)第37讲 电解池 金属的腐蚀与防护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．掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。3．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。考点一考点二考点三考点一考点一 电解原理1.电解和电解池(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。(2)电解池：电能转化为化学能的装置。(3)电解池的构成①有与直流电源相连的两个电极。②有电解质溶液(或熔融电解质)。③形成闭合回路。2．电解池的工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)总反应离子方程式：_______________________。【师说·助学】 “电子不下水，离子不上线”。氧化还原3．阴、阳两极上放电顺序(1)阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。(2)阳极：活性电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子、等)＞F－。【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。1．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：_________________________________________________________。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．电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大：_________________________________________________________。4．某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现：_________________________________________________________。错误。电解CuCl2溶液，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。正确。正确。【教考衔接】典例1 [2023·辽宁卷，7]某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )A．b端电势高于a端电势B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2C．电解后海水pH下降D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋答案：D典例2 [2023·浙江1月，11]在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2OC．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动答案：C解析：石墨电极为阳极，A项错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B项错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C项正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D项错误。【师说·延伸】 分析电解过程的思维模型判断阴、阳极→分析电解质溶液的离子组成→确定放电离子或物质→写出电极反应式、电池反应式。【对点演练】考向一 用惰性电极电解的规律1．电极为惰性电极，填写下表中的空白。溶质 电极反应式及总反应式 电解质 溶液浓度 复原方法(1)H2SO4 阴极：________________ 阳极：________________ 总反应式：____________ (2)HCl 阴极：________________ 阳极：________________ 总反应式：____________ (3)CuSO4 阴极：________________ 阳极：________________ 总反应式：____________ 2H＋＋2e－===H2↑2H2O－4e－===4H＋＋O2↑增大加水2H＋＋2e－===H2↑2Cl－－2e－===Cl2↑减小通入HClCu2＋＋2e－===Cu2H2O－4e－===4H＋＋O2↑减小加CuO惰性电极电解的规律图示考向二 利用电解的思维模型分析电解过程2．用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是( )A．逸出气体的体积：A电极＜B电极B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性答案：D解析：用惰性电极电解Na2SO4溶液，电极A为阴极，B为阳极。、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c（H＋）＞c（OH－），石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c（OH－）＞c（H＋），石蕊溶液变蓝，产生H2和O2的体积之比为2∶1，A、B、C项错误，D项正确。3．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为________。4NA解析：方法一 98 g Cu（OH）2的物质的量为1 mol，相当于电解了1 mol 的CuSO4后，又电解了1 mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。方法二 可以认为整个电路中转移的电子数与Cu（OH）2的－2价氧失电子数相等，共4NA。考向三 利用电解的思维模型书写电极反应式4．按要求书写电极反应式和总反应方程式：(1)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：_________________________________________。(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：_____________________________；阴极反应式：________________________；总反应离子方程式：___________________________________。2Cl－－2e－===Cl2↑2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg（OH）2↓2Al－6e－＋8OH－===＋4H2O6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－5．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，用惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。解析：第一阶段 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu第二阶段 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O第三阶段 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。6．整合有效信息书写电极反应(1)用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；。①写出电解时阴极的电极反应式：_________________________。②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成____________________________。2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－＋2H＋===（n－1）S↓＋H2S↑解析：（1）①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了，可以理解为（n－1）S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：_________________________________________________________。NH3书写电极反应式应做到“三看”(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＋而不是生成Fe3＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的冶炼。考点二考点二 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)电解反应离子方程式：______________________________。2Cl－－2e－===Cl2↑2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气装置 离子交换膜电解槽阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极 碳钢网阳离子 交换膜 ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过②将电解槽隔成阳极室和阴极室2.电镀铜铜待镀金属制品镀层金属阳离子3．电解精炼铜(1)电极材料：阳极为________；阴极为________。(2)电解质溶液：________________。(3)电极反应阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。粗铜纯铜含Cu2＋的盐溶液4．电冶金【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。1．在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液：_________________________________________________。2．工业上，电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3：________________________________________________________。3．电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料：________。4．用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌：________________________________________________________。错误。应用铜作阳极错误。MgO的熔点高于MgCl2，熔化MgO需要的能量更多，工业上不用MgO冶炼镁；AlCl3为共价化合物，熔融状态下不能电离，熔融AlCl3不能电解，不用AlCl3冶炼铝。正确。错误。放电顺序Zn2＋>H＋（水），用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，能在铁上镀锌。【教考衔接】典例1 [2022·广东卷，10]以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋B．阴极上Al被氧化C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D．阳极和阴极的质量变化相等答案：C解析：根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。典例2 [2023·浙江6月，13]氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )A．电极A接电源正极，发生氧化反应B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗答案：B解析：电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。综上所述，答案为B。【对点演练】考向一 氯碱工业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。如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)写出电解饱和食盐水的离子方程式：_________________________________________________________。(2)离子交换膜的作用为__________________________________________________________。(3)精制饱和食盐水从图中________(选填“a”“b”“c”或“d”，下同)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。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ad考向二 电解精炼、电镀、电冶金2．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt答案：D解析：电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。3．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是( )A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用答案：C解析：电镀前，Zn与Fe构成原电池，Zn为负极，Fe为正极，电镀时，Fe为阴极，Zn为阳极，原电池充电时，原电池负极为阴极、正极为阳极，故不属于原电池的充电过程，A错误；根据电子守恒，通过电子的电量与析出Zn的量成正比，B错误；电流恒定，单位时间通过的电子的物质的量恒定，即电解速率恒定，C正确；镀层破损后，Zn与Fe仍能构成原电池，其中Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护，D错误。4．电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：(1)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__________________________________________________________。(2)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：__________________；总反应方程式：__________________________。(3)用有机阳离子、和组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。①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，阴极反应式为________________________。②若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－===3H2↑负4Al2＋3e－===Al＋7AlH2考点三考点三 金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2．化学腐蚀与电化学腐蚀类型 化学腐蚀 电化学腐蚀反应物 金属、干燥的气体或非电解质 不纯金属、电解质溶液反应类型 直接发生化学反应 原电池反应有无电流产生 无 有实质 金属原子失电子被氧化 3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀水膜性质 酸性较强 __________________负极反应 Fe－2e－===Fe2＋正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ __________________总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ __________________联系 吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍弱酸性、中性或碱性2H2O＋O2＋4e－===4OH－2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2【师说·助学】 铁锈的形成过程2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O(铁锈)＋(3－x)H2O4．金属的防护方法(1)牺牲阳极法利用原电池原理。(2)外加电流法利用电解池原理。(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。【易错诊断】 判断正误，错误的说明理由。1．纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样：_________________________________________________________。2．在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用：_________________________________________________________。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：_________________________________________________________。错误。纯银器表面通过化学腐蚀生成黑色的Ag2S；钢铁表面通过电化学腐蚀生成Fe2O3·xH2O。错误。保护层破损后，只是暴露部分失去了对金属的保护作用。错误。在海轮外壳上附着一些铜块，将加快海轮外壳的腐蚀。正确。【教考衔接】典例1 [2020·江苏卷，11]将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是( )A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B．金属M的活动性比Fe的活动性弱C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快答案：C解析：本题考查金属的腐蚀与防护，考查的化学学科核心素养是科学态度与社会责任。该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。典例2 验证牺牲阳极法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。① 在Fe表面生成蓝色沉淀② 试管内无明显变化③ 试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是( )A．对比②③，可以判定Zn保护了FeB．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼答案：D解析：实验②中加入K3[Fe（CN）6]溶液，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe（CN）6]溶液生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe（CN）6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe（CN）6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe（CN）6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe（CN）6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。【对点演练】考向一 金属腐蚀的类型及比较1．实验探究(如图所示)(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为_________________，右试管中现象是__________。(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为____________________，右试管中现象是________________。析氢2H＋＋2e－===H2↑有气泡冒出吸氧O2＋4e－＋2H2O===4OH－导管内液面上升2．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为______________。⑤④②①③⑥解析：②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。金属腐蚀快慢的规律(1)对同一电解质溶液来说，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＞有防护措施的腐蚀。(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，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。考向二 金属的防护3．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答案：C解析：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁（阳极）流向正极，从负极流向钢管桩（阴极），A、B正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误。4．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。为减缓铁的腐蚀：(1)若开关K置于N处，则X应为_________________，该电化学防护法为__________。(2)若开关K置于M处，则X应为__________________，该电化学防护法称为__________。碳棒或Pt等惰性电极外加电流法比铁活泼的金属Zn等牺牲阳极法 展开更多...... 收起↑ 资源列表 第37讲 电解池 金属的腐蚀与防护.docx 第37讲 电解池 金属的腐蚀与防护.pptx
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