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1、 1 高三化学一轮复习学案 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 设计人：郭平 审核：高三年组 使用时间：2016 年 11 月 考纲要求 1、了解电解池的工作原理，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。知识点一 电解池、电解原理 一、电解原理 1、电解：使_通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在_引起_的过程。2、电解池(也叫电解槽)：把_能转化为_能的装置。(1)构成条件 有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融盐)。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)总方程式：_ (3)电子和离子的移动方向 特别提醒 电解时，在外电路中
2、有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。3、分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再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)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序：AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。注意 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)中的阳离子放电。最常用、最重要的放电顺序是：阳极：ClOH；阴极：AgCu2H。电解水溶液时，KAl
3、3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到 K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。2 二、电解类型及有关计算 1、用惰性电极电解电解质溶液的类型如下表所示：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：4H4e=2H2 阳：4OH4e=2H2OO2 NaOH H2SO4 Na2SO4 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 CuCl2 放 H2 生碱 型 阴极：H2O 放H2生碱 阳极：电
4、解质阴离子放电 NaCl 放 O2 生酸 型 阴极：电解质阳离 子放电 阳极：H2O 放O2生酸 CuSO4 2、电解池中有关量的计算或判断 电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的 pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。解题依据是得失电子守恒。知识点二 电解原理的应用 1、电解饱和食盐水(1)电极反应 阳极反应式：_ _(_反应)阴极反应式：_(_反应)(2)总反应方程式：2NaCl2H2O=电解2NaOHH2Cl2 离子反应方程式：2Cl2H2O=电解2OHH2Cl2(3)应用：氯碱工业制_、_和_。2
5、、电镀 右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作_极，镀层金属银作_极。(2)电解质溶液是_。(3)电极反应：阳极：_；阴极：_。(4)特点：_极溶解，_极沉积，电镀液的浓度_。3、电解精炼铜(1)电极材料：阳极为_；阴极为_。(2)电解质溶液：含 Cu2的盐溶液。(3)电极反应：3 阳极为_；阴极为_。4、电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al 等。(1)冶炼钠 2NaCl(熔融)=电解2NaCl2 电极反应：阳极：_，阴极：_。(2)冶炼铝 2Al2O3(熔融)=电解4Al3O2 电极反应：阳极：_，阴极：_。问题思考 1、如何设计实验验证
6、电解饱和食盐水的各种产物？2、电解过程中放 H2生碱型和放 O2生酸型的实质是什么？3、用惰性电极电解，若要使电解后的溶液复原，应怎样操作？知识点三 金属的腐蚀和防护 1、金属腐蚀的本质 金属原子_变为_，金属发生_。2、金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟_接触 不纯金属或合金跟_接触 现象 _电流产生 _电流产生 本质 金属被_ 较活泼金属被_ 联系 两者往往同时发生，_腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 电极反应 负极 正极 总反应式 联系 _更普遍 问题思考 铁锈是怎样形成的？3、金属的防护(1
7、)电化学防护 牺牲阴极的阳极保护法_原理 a_：比被保护金属活泼的金属；4 b_：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法_原理 a_：被保护的金属设备；b_：惰性金属。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。4、判断金属腐蚀快慢的规律(1)电解池原理引起的腐蚀_引起的腐蚀_腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(3)活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越_。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度_，腐蚀越快。附页：1、下面各容器中盛有
8、海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()A B C D 2、(2011上海，16)用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是()A用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片 B用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片 C用氢氧化钠溶液吸收阴极产物 D用带火星的木条检验阳极产物 3、(2010海南，9)利用电解法可将含有 Fe、Zn、Ag、Pt 等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()A电解时以精铜作阳极 B电解时阴极发生还原反应 C粗铜连接电源负极，其电极反应是 Cu2e=Cu2 D电解后，电解槽底部会形成含少量 Ag、Pt 等金属的阳极泥 4、(2010全国理综，29)右图是一个用铂丝作电极，电解稀的
9、 MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的 pH 变色范围：6.88.0，酸色红色，碱色黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号)；A 管溶液由红变黄 B 管溶液由红变黄 A 管溶液不变色 B 管溶液不变色(2)写出 A 管中发生反应的反应式：_；(3)写出 B 管中发生反应的反应式：_；(4)检验 a 管中气体的方法是_ _；(5)检验 b 管中气体的方法是_ _；(6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。5 学案 33 电解池 金属的电化学腐蚀与防护【课前准备区】知识点一 1(1)电
10、流 阴、阳两极 氧化还原反应(2)电 化学(3)阳极 氧化 阴极 还原 2(1)2Cl2e=Cl2(2)Cu22e=Cu(3)CuCl2=电解CuCl2 知识点二 1(1)2Cl2e=Cl2 氧化 2H2e=H2 还原(3)烧碱 氯气 氢气 2(1)阴 阳(2)AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的溶液(3)Age=Ag Age=Ag(4)阳 阴 不变 3(1)粗铜 纯铜(3)Cu2e=Cu2 Cu22e=Cu 4(1)2Cl2e=Cl2 2Na2e=2Na(2)6O212e=3O2 4Al312e=4Al 知识点三 1失去电子 金属阳离子 氧化反应 2(1)化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟非金
11、属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 (2)6 3.(1)原电池 a负极 b正极 电解 a阴极 b阳极 问题思考 1溶液的导电，首先要有电解质的电离，大家知道，非电解质的水溶液并不导电，就是因为溶液中没有自由离子。因此，电解质溶于水就发生电离，产生了自由离子，该溶液就可以导电。电解质的导电过程就是其电解过程。2电解池的阴、阳极取决于外接电源的正负极，与电极材料的金属活动性无关。3向饱和食盐水中滴加几滴酚酞，电解后阴极区域溶液变红，证明有 NaOH 生成；用两支试管分别收集两
12、极气体，阳极产物用湿润的淀粉KI 试纸验证，阴极产物用爆鸣实验验证。4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，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。5用惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物。6铁被腐蚀后，一般会生成铁锈，其原因是：随着析氢腐蚀进行，溶液中 c(H)降到一定浓度后，则发生吸氧腐蚀，发生的反应为 2Fe4e=2Fe2，2H2OO24e=4OH，Fe22OH=Fe(OH)2，4Fe(OH)2 O22H2O=4F
13、e(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。【课堂活动区】一、1.分析电解池中两极的变化，首先要看清楚电解池的电极，一般 Pt、Au、石墨为惰性电极，其他的金属电极均为非惰性电极；与电源正极相连的是电解池的阳极，金属电极或电解质提供的自由移动的阴离子将在该极上失电子发生氧化反应；与电源负极相连的是电解池的阴极，电解质提供的自由移动的阳离子在该极上得电子发生还原反应。2首先要看清楚电解池的电极。在阳极：如果阳极是活泼金属(除金、铂外)形成的活性电极，则电解时，阳极是电极放电，即电极溶解变为金属阳离子；如果是惰性电极，可以按下列步骤分析电极反应：(1)分析电解质水溶液
14、的组成，找全离子并分为阴、阳两组。(2)分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出各电极的电极反应式。阳极电极式的书写：溶液中，阴离子放电顺序为 S2IBrClOH含氧酸根F。按此顺序依次放电，若溶液中有 Cl和 OH，则 Cl先放电，反应为 2Cl2e=Cl2，只有当 Cl反应完了才发生反应：4OH4e=O22H2O。阴极电极式的书写：直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中 AgFe3Cu2HFe2Zn2Al3Mg2Na。其电极反应式为 Mnne=M。(3)分析各电极反应，找出放电物质(或离子)的来源，写出总反应方程式。二、1.7 3.(1)原电池原理 化学(3)快
15、(4)越大 典例导悟 1A 2(1)0.2(2)0.4(3)0.6 解析(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为 2CuSO42H2O=电解2Cu2H2SO4O2，从方程式可以看出，电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气，加入 0.1 mol CuO 可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有 0.1 mol，转移的电子为 0.2 mol。(2)加入 0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O，则转移的电子为 0.4 mol。(3)加入 0.
16、1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作 0.2 mol CuO、0.1 mol H2O 和 0.1 mol CO2，相当于有 0.2 mol 的硫酸铜和 0.1 mol 的水被电解，因此转移的电子为 0.6 mol。3A 在原电池中，活泼金属为负极，该金属被氧化，不活泼金属便被保护起来，其被腐蚀的速率大大减小，所以装置中的铁被腐蚀的速率比中的慢；反之，当铁与比它不活泼的金属，如 Sn、Cu 等连接起来，则被腐蚀的速率增大，所以在容器中铁比容器中的铁腐蚀得快。容器是一个电镀池，在这里铁是阳极，不断以 Fe2的形式进入容器中，从而加速了铁的腐蚀，在上述四种容器中，容器中的铁被腐蚀速率是最快的。
17、综上分析，铁被腐蚀的快慢顺序为。【课后练习区】高考集训 1B 电解氯化铜溶液的总反应式为 CuCl2=通电CuCl2，阴极产物为 Cu，阳极产物为 Cl2，所以C、D 错误；若将铜片连接到电源正极上，则发生反应 Cu2e=Cu2，显然与从废液中提取铜的主旨是相违背的，故 A 错，B 正确。2BD 电解时粗铜作阳极，与电源正极相连，失电子发生氧化反应；精铜作阴极，与电源负极相连，8 得电子发生还原反应，A、C 错，B 正确；因为在金属活动性顺序表中 Ag、Pt 排在 Cu 的后面，所以电解时 Ag、Pt 不会失电子，D 正确。3(1)(2)2H2e=H2(或 2H2O2e=2OHH2)Mg22O
18、H=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(写 2H2O4e=4HO2同样给分)(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解(或大部分溶解)解析 该电解池 A 为阴极，反应式为 2H2e=H2，B 为阳极，电极反应式为 4OH4e=O22H2O，A 管附近产生 OH，故溶液由红变黄，B 管附近产生 H溶液仍呈红色，A 管附近产生的 OH与Mg2结合生成 Mg(OH)2沉淀。但停止电解后，生成的 Mg(OH)2与 H反应，白色沉淀溶解，溶液仍呈红色。检验
19、a 管中产生的 H2的方法是：用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰，证明是 H2；检测 b 管中产生的 O2的方法是：用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带火星的木条伸入试管内复燃，证明是 O2。4A A 项两个装置都是原电池，负极都是活泼金属，根据原电池原理可知，原电池对正极起到了保护作用，故 A 正确；B 项中的负极反应为 Zn2e=Zn2，故 B 错误；C 项中的正极反应为 2H2e=H2，故 C 错误；D 项中不能生成蓝色沉淀。5C A 项，未通电时是原电池，但电镀过程并不是原电池的充电过程，故 A 错误；B 项，消耗锌时转移的电子与通过的电量有确定
20、的关系，故锌的析出量与通过的电量有确定关系，故 B 错误；C 项，电镀时保持电流恒定，有利于保证电镀的质量，温度不影响电解的速率，故 C 正确；D 项，镀锌层破损后与铁构成了原电池，锌作负极被腐蚀，保护了铁，故 D 错误。6B Cl由 b 区向 a 区迁移，A 错；正极反应为 O22H2O4e=4OH，B 正确；由题干知铁板发生吸氧腐蚀，铁作负极，发生氧化反应，因此 C 项错；铜镙丝钉作正极，因此 D 错。7B 钢管与电源正极连接，作电解池的阳极，被氧化而腐蚀，A 项错；铁在冷浓硝酸中表面生成一层致密的氧化物保护膜，从而保护内部不被腐蚀，B 项正确；钢管与铜管堆放在一起时，构成原电池，钢管作负
21、极而易被腐蚀，C 项错；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应：Fe2e=Fe2，D 项错。8(1)正 4OH4e=2H2O O2 水减少的质量：100 g(110.00%10.47%)4.5 g，生成 O2的体积：4.5 g18 gmol11222.4 Lmol12.8 L 16 碱性增大，因为相当于电解水 酸性增大，因 OH放电，H增多 酸碱性不变，相当于电解水(2)能继续进行，因为 CuSO4溶液已转变为 H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应。解析(1)乙中 c 电极质量增加，则 c 处发生的反应为 Cu22e=Cu，即 c 处为阴极，由此可推出 b 为阳极，a 为阴极，M 为负极，N 为正极
22、。丙中为 K2SO4，相当于电解水，设电解的水的质量为 x g。由电解前后溶质质量相等有，10010%(100 x)10.47%，得 x4.5 g，故为 0.25 mol。由方程式 2H2O2=2H2O 可知，生成 2 mol H2O，转移 4 mol 电子，所以整个反应中转化 0.5 mol 电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。甲中为 NaOH，相当于电解 H2O，阳极 b 处为阴离子 OH放电，即 4OH4e=2H2OO2。转移 0.5 mol 电子，则生成 O2为 0.5/40.125 mol，标况下的体积为 0.125 mol22.4 Lmol12.8 L
23、。Cu22e=Cu，转移 0.5 mol 电子，则生成的 m(Cu)0.5/2 mol64 gmol116 g。甲中相当于电解水，故 NaOH 的浓度增大，pH 变大。乙中阴极为 Cu2放电，阳极为 OH放电，所以 H增多，故 pH 减小。丙中为电解水，对于 K2SO4而言，其 pH 几乎不变。(2)铜全部析出，可以继续电解 H2SO4，有电解液即可电解。考点集训 1AB 本题易误选 C，在电解液足量的情况下，电解过程中只逸出 H2和 Cl2，只需补充氢和氯两种元素即可，不能加入盐酸，因为盐酸中有 H2O，应通入适量 HCl 气体才能达到目的。2B 阳极收集到 1 mol O2，转移 4 mo
24、l e，而阴极收集到 1 mol H2，转移 2 mol e，则生成 Cu 转移 2 mol e，故 Cu(NO3)2的物质的量为 1 mol，由 n(NO3)6 molL10.5 L3 mol，则 NaNO3的物质的量为 1 mol，电解后 c(H)2 mol0.5 L4 molL1。3 D 若只电解CuSO4加入CuO即可恢复电解前的浓度，题意加入Cu(OH)2说明电解了0.2 mol CuSO4和 0.2 mol H2O，故转移的电子数目为 0.4 mol0.4 mol0.8 mol。4AD 铁钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应为 2Fe4e=2Fe2，正极为铜，反应为 2H2OO24e=
25、4OH，总反应 2FeO22H2O=2Fe(OH)2，又发生 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，反应中电子从负极 Fe 流向正极 Cu，铜不被腐蚀。9 5(1)中性、碱性或弱酸 吸氧 Fe2e=Fe2 12O22eH2O=2OH(2)较强酸 析氢 Fe2e=Fe2 2H2e=H2 6(1)阴极：2Cu24e=2Cu，阳极：4OH4e=O22H2O(2)2Cl2H2O=电解H2Cl22OH Cl22OH=ClClOH2O(3)(4)2Fe4e=2Fe2 O22H2O4e=4OH 解析(2)装置中是惰性电极电解氯化钾溶液，生成氢气、氯气、KOH，其中 Cl2与 KOH 会发生氧化还原反应。(3)工作一段时间后，溶液呈现酸性，中呈现碱性。通过 0.002 mol 电子时，中生成 H为0.002 mol，H浓度为 0.01 molL1；中消耗 H为 0.002 mol，剩余 H为 0.01 molL12200103 L0.002 mol0.002 mol，同时溶液中的硫酸锌也会水解；中为氯化锌溶液，其酸性是由 Zn2水解所得，酸性较弱。所以中酸性最强，pH 最小。(4)若将装置中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，因为氯化钾溶液呈中性，所以装置就成了电化学腐蚀中的吸氧腐蚀。