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1、第二节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护,三年12考 高考指数: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。,一、电解原理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。2.电解池（也叫电解槽）电解池是把_的装置。,氧化还原反应,电能转变为化学能,3.电解池的组成和工作原理 “两极一液一连线，电解还需直流电”以电解CuCl2溶液为例：总反应方程式：_。,电极名称：阴极,反应类型：还原反应,电极反应式：Cu2+2e-=Cu,电极名称：阳极,反应类型：氧化反应,电极反应式：2Cl-2e-=C
2、l2,二、电解原理的应用1.电解饱和食盐水阳极：_，阴极：_，总反应：_。,2Cl-2e-=Cl2,2H+2e-=H2,2.电镀与电解精炼铜,电镀（Fe上镀Cu）,电解精炼铜,粗铜（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）,阳极,阴极,电极材料,电极反应,铜,Cu-2e-=Cu2+,Cu-2e-=Cu2+ Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+,电极材料,电极反应,铁,纯铜,Cu2+2e- = Cu,电解质溶液,注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉在电解池底部形成阳极泥。,CuSO4溶液,3.电冶金（1）钠的冶炼。总反应：_，阴极反应：_，阳极反应：2Cl
3、-2e-=Cl2。（2）Mg的冶炼。总反应：_。（3）Al的冶炼。总反应：_。,2Na+2e-=2Na,三、金属的腐蚀与防护1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较,现象,条件,本质,区别,无电流产生,金属被腐蚀,金属与接触到的物质直接反应,不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应,M-ne-=Mn+,较活泼金属被腐蚀,有电流产生,注：通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重,2.电化学腐蚀的分类（钢铁腐蚀）,水膜性质,Fe+2H+ = Fe2+H2,Fe-2e-= Fe2+,2Fe+O2+2H2O = 2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)32F
4、e(OH)3 = Fe2O3xH2O+(3-x)H2O,弱酸性或中性或碱性,酸性,负极反应,正极反应,2H+2e- = H2,2H2O+O2+4e- = 4OH-,总反应,其他反应,注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,3.金属的防护（1）牺牲阳极的阴极保护法利用_；（2）外加电流的阴极保护法利用_；（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。,原电池原理,电解池原理,1.用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl-2e-=Cl2。（ ）【分析】错误，活性金属作阳极时，金属首先失电子被氧化，故阳极反应为：Cu-2e-=Cu2+。2.Cu+H2SO4=
5、CuSO4+H2可以设计成电解池，但不能设计成原电池。（ ）【分析】正确，能设计成原电池的反应是一个自发的氧化还原反应，而电解池可以是一个非自发的氧化还原反应。,3.可用电解熔融的AlCl3制取铝。（ ）【分析】错误，因AlCl3为共价化合物，其熔融态不导电，故不能通过电解AlCl3的方法制备Al。4.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。（ ）【分析】错误。电解精炼铜时，阴极析出的只有Cu，而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中，不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部，故两极的质量变化不相等。,5.外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直
6、流电源的正极。（ ）【分析】错误。接直流电源的正极相当于电解池的阳极，发生氧化反应，使金属腐蚀得更快。,原电池、电解池、电镀池的比较,原电池,电解池,电镀池,应用电解原理在金属表面镀一层其他金属或合金的装置,将电能转变成化学能的装置,将化学能转变成电能的装置,定义,装置举例,镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属离子,两电极接直流电源两电极插入电解质溶液中形成闭合回路,活泼性不同的两电极电解质溶液（电极插入其中）形成闭合回路,形成条件,电极名称,负极：较活泼金属正极：较不活泼金属（或能导电的非金属）,阳极：与电源正极相连的电极阴极：与电源负极相连的电极,名称同电解池，但有
7、限制条件阳极：必须是镀层金属阴极：镀件,阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中的阳离子得电子,阳极：氧化反应，金属电极失电子或溶液中的阴离子失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子,负极：氧化反应正极：还原反应,电极反应,【高考警示钟】 （1）判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源，有时并无外加电源，存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源，另一个装置则是电解池。（2）二次电池的放电过程是原电池，充电过程是电解池。,【典例1】如图所示装置中，X是铁，Y是石墨电极，a是硫酸钠溶液，实验开始前，在U形管的两边同时各滴入几滴酚酞试液，下列叙述正确的是( )A.闭合K1，断开K2，X极放出H2B.
8、闭合K1，断开K2，Y极为阳极C.闭合K2，断开K1，Y极的电极反应式为：O22H2O4e-=4OH-D.闭合K2，断开K1，工作一段时间后，X电极附近显红色,【解题指南】解答本题时要注意以下两点：（1）闭合K1，断开K2，形成原电池，X极为负极。（2）闭合K2，断开K1，形成电解池，Y极为阳极。,【解析】选D。闭合K1，断开K2，形成原电池，X极为负极，铁失去电子，不会放出H2，Y极为正极，故A、B错误；闭合K2，断开K1，形成电解池，Y极的电极反应式为：4OH-4e-=O2+2H2O，X电极H+放电，X极附近OH-浓度增加，故C错误，D正确。,【互动探究】（1）若在铁棒上镀锌，则需对原装置
9、做怎样的改进?提示：闭合K2，断开K1，将Y极换为锌棒，将a换为硫酸锌溶液。（2）若将电源电极互换，闭合K2，断开K1，X极的电极反应式怎样写？提示：电源电极互换后，X极成为阳极，发生氧化反应，电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+。,【变式备选】如图所示，a、b是两根石墨棒，下列叙述正确的是( )A.a是阴极，发生还原反应，b是阳极，发生氧化反应B.装置工作时，稀硫酸溶液中c（H+）变小、c（Cu2+）变大C.往滤纸上滴加酚酞试液，a极附近颜色变红D.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变,【解析】选D。选项A，Zn为原电池负极，Cu为原电池正极，故a为阳极，阳极发生氧化反应，b为阴极，发生还原反应
10、。选项B，Cu不参与电极反应，溶液中无Cu2+。选项C，水电离产生的H+在b极放电，b 极附近OH-浓度增大，所以b极附近颜色变红。选项D，SO42-不参与电极反应，其物质的量不变。,电解规律及电解的相关计算1.以惰性电极电解电解质溶液的类型,电解质浓度,电极反应特点,电解水型,NaOH,pH,H2SO4,减小,不变,Na2SO4,类型,实例,电解质溶液复原,阴：4H+4e- = 2H2阳：4OH-4e- =2H2O+O2,增大,加水,增大,加水,加水,增大,增大,减小,减小,增大,电解质,电解质,HCl,CuCl2,电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电,电解电解质型,通氯化氢,加氯化铜,水
11、,电解对象,水,水,电解质浓度,电极反应特点,放H2生碱型,pH,类型,实例,电解 质溶液复原,阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电,阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸,放O2生酸型,电解对象,NaCl,电解质和水,生成新电解质,增大,通氯化氢,CuSO4,电解质和水,生成新电解质,加氧化铜,减小,2.电解时的放电顺序与电极产物的判断（1）阳极。,（2）阴极。直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：Ag+Fe3+Cu2+H+（酸）Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。,3.电解池中有关量的计算或判断（1）根据守恒法计算。用于串联电路、阴阳两极产物、正负两
12、极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。（2）根据总反应式计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。（3）根据关系式计算。根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。,【高考警示钟】（1）电解后要恢复原电解质溶液的浓度，可以按：“析出什么，加上什么”的思路，加上适量某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。如用惰性电极电解CuSO4溶液时，若要恢复原溶液，可加入CuO、CuCO3，而不是Cu(OH)2、Cu2（OH）2CO3。（2）判断两极产物时，先看电极是活性电极还是惰性电极，若是活性电极，电极反应首先表现电极溶解而不是电解质
13、溶液中阴离子放电。（3）Fe3+的放电能力大于Cu2+，其第一阶段放电反应为Fe3+e-=Fe2+，而不是Fe3+3e-=Fe。,【典例2】（2012潮州模拟）如图为相互串联的甲、乙两个电解池。,试回答：（1）若甲池利用电解原理在铁上镀银，则A是_、_（依次填电极材料和电极名称），电极反应是_；B是_、_（依次填电极材料和电极名称），电极反应是_；应选用的电解质溶液是_。（2）若甲池阴极增重43.2 g且乙池中阴极上一直都有气体产生，则乙池中阴极上放出的气体在标准状况下的体积是_L。【解题指南】解答本题时应注意以下两点：（1）电镀池的连接方式；（2）串联电路的特点：在相同时间内通过各电极的电量
14、相等。,【解析】（1）电镀时镀件作阴极、镀层金属作阳极、含有镀层金属的可溶性盐溶液作电镀液，故铁作阴极、银作阳极、电镀液为硝酸银溶液。（2）甲池中阴极反应为：Ag+e-=Ag，当阴极增重43.2 g时，析出Ag的物质的量为0.4 mol，则转移电子的物质的量也为0.4 mol。乙池中阴极反应式为：2H+2e-=H2,根据电子守恒，析出氢气为0.2 mol，在标准状况下体积为4.48 L。答案：（1）铁 阴极 Ag+e-=Ag 银 阳极Ag-e-=Ag+ AgNO3溶液（2）4.48,【技巧点拨】电解计算的一般解题思路（1）先看阳极材料，是活性电极还是惰性电极。（2）找全离子，将溶液中的所有离子按阴阳离子分开。（3）根据电子守恒，串联电路中转移的电子数目相同，即阴离子（活泼电极）失去的电子数等于阳离子得到的电子数，列出关系式进行计算。常用的计算关系式有：4H+4OH-2H2O22Cu2+2Cu4Ag4Ag+4Cl-2Cl2等。,【变式训练】用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)。则电解过程中共转移电子的物质的量是( )A.0.8 mol B.0.6 molC.0.5 mol D.0.4 mol,
