(新高考)高考化学一轮复习讲义第6章第37讲电解池金属的腐蚀与防护(含解析)

第37讲　电解池　金属的腐蚀与防护 复习目标　1.理解电解池的工作原理，了解电解池与原电池的异同。2.理解电解原理，掌握氯碱工业、电镀、铜的电解精炼、电冶金的反应原理。3.掌握常见离子放电顺序，熟练书写电极反应式、总反应式并能进行相关计算。4.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。 考点一　电解原理 1．电解池工作原理 注意　电子不下水，离子不上线。 2．电解池与原电池的比较 电解池 原电池 能否自发 使“不能”变为“能”或使“能”变为“易” 能自发进行 能量转化 电能转化为化学能 化学能转化为电能 装置 有外加电源 无外加电源 电极 由外加电源决定： 阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极 由电极或反应物性质决定，称为正极或负极 反应类型 阳极：氧化反应 阴极：还原反应 负极：氧化反应 正极：还原反应 离子移动 阳离子移向阴极 阴离子移向阳极 阳离子移向正极 阴离子移向负极 相同点 都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体 3.电解规律 (1)阳极产物的判断 ①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。 ②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。 阴离子的放电顺序：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。 (2)阴极产物的判断 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＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。 ①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。 ②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。 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．用Cu作电极电解盐酸可发生Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑(　　) 5．某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(　　) 6．电解过程中电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极(　　) 答案　1.×　2.√　3.×　4.√　5.√　6.× 1．完成下表(电极为惰性电极) 类型 实例 电极反应式 电解 对象 溶液 pH变化 溶液复原方法 电解 水型 含氧酸 H2SO4 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 水 减小 加水 强碱 NaOH 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 活泼金属的含氧酸盐 KNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 不变 电解电解质型 无氧酸(氢氟酸除外) HCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 总反应：2H＋＋2Cl－H2↑＋Cl2↑ HCl 增大 通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑ CuCl2 － 加CuCl2固体 放氢生碱型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应：2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ NaCl和H2O 增大 通入HCl气体 放氧生酸型 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ AgNO3和H2O 减小 加入Ag2O固体 注意　电解质溶液的复原，应遵循“出什么加什么”(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物)的原则。 2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(　　) A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2 B．KCl　Na2SO4　CuSO4 C．CaCl2　KOH　NaNO3 D．HCl　HNO3　K2SO4 答案　B 3．(2020·山东，13)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(　　) A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ B．电解一段时间后，阳极室的pH未变 C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移 D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量 答案　D 解析　A项，根据题图可知，a极为阳极，其电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。 分析电解过程的思维流程 考点二　电解原理的应用 1．氯碱工业 (1)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图 (2)阳离子交换膜的作用 阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 (3)电极反应 A极：2Cl－－2e－===Cl2↑； B极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。 (4)a、b、c、d加入或流出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、淡盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别为Cl2、H2。 2．电镀和电解精炼铜 电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜 阳极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 电极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、 Fe－2e－===Fe2＋、 Ni－2e－===Ni2＋、 Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 电极材料 待镀金属铁 纯铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 3．电冶金 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 总反应化学方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 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 注意　冶炼镁不可用MgO作原料；冶炼铝不可用AlCl3作原料。 1．电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(　　) 2．在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(　　) 3．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(　　) 4．电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(　　) 5．电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3(　　) 答案　1.×　2.×　3.×　4.×　5.× 一、氯碱工业、电镀、精炼工艺的理解 1．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－===Ni B．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。 2．1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融)O2↑＋4Na↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOH===Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　) A．戴维法制钠，阳极的电极反应式为Na＋＋e－===Na↑ B．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的金属性比钠的强 C．若用戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，两方法转移的电子总数相等 D．还可以用电解熔融氯化钠法制钠 答案　D 解析　A项，阳极应发生氧化反应；B项，盖·吕萨克法制钠原理是根据钠的沸点较低、易从反应混合物中分离出来，从而使化学平衡正向移动；C项，根据反应方程式可知，用戴维法制取金属钠，每产生4 mol钠转移电子的物质的量是4 mol，而用盖·吕萨克法制得4 mol钠转移电子的物质的量是8 mol，因此制取等量的金属钠，转移的电子总数不相等。 3．高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．上述装置中，f极为光伏电池的正极 B．阴极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4 D．若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4 答案　C 解析　电解时，Na＋移向阴极区，则f为电源负极，A项错误；电解时，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，Na＋移向阴极区，阳极区溶液逐渐由NaClO4转化为HClO4，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区产生NaOH，B项错误、C项正确；根据得失电子守恒，若转移2 mol电子，理论上生成201 g HClO4，D项错误。 二、电解池电极反应式的书写 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：___