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1、第六章化学反应与能量电化学第六章化学反应与能量电化学第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护必修部分必修部分考纲展示考纲展示核心要点核心要点1.了解电解池了解电解池的工作原理，的工作原理，能写出电极反能写出电极反应式和电解反应式和电解反应方程式。应方程式。2.理解金属发理解金属发生电化学腐蚀生电化学腐蚀的原因，金属的原因，金属腐蚀的危害，腐蚀的危害，防止金属腐蚀防止金属腐蚀的措施。的措施。1.电解池的两极判断：电解池的两极判断：(1)阳极阳极与电源正极相连，发生氧化反应与电源正极相连，发生氧化反应(2)阴极阴极与电源负极相连，发生还原反应与电源负极相连，发生还原反应
2、2.电解池两电极的放电顺序电解池两电极的放电顺序(2)阴极：阴极：AgFe3Cu2HFe2Zn2。3.电化学腐蚀中的正极反应：电化学腐蚀中的正极反应：(1)析氢腐蚀析氢腐蚀(酸性酸性)2H2e=H2(2)吸氧腐蚀吸氧腐蚀(弱酸性或中性弱酸性或中性)O22H2O4e=4OH一、电解原理1.(1)电解过程中，电解质溶液中的阴阳离子向哪个电极移动？(2)分别用Cu、石墨作阳极，石墨作阴极，电解CuCl2溶液，阳极反应一样吗？(3)能用电解熔融AlCl3的方法制备金属铝吗？提示(1)阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。(2)用Cu作阳极，电极反应为Cu2e=Cu2用石墨作阳极，电极反应为2Cl2e=C
3、l2(3)不能，因为AlCl3不是离子化合物。1电解、电解池(1)电解：电解质溶液(2)电解池：电能转变为 的装置。化学能化学能2电解池的组成和工作原理(电解CuCl2溶液)总反应方程式： 3电解原理的应用(1)氯碱工业制烧碱、氯气和氢气粗铜粗铜 待镀金属或精铜待镀金属或精铜 Cu22e=Cu Cu2e=Cu2 (3)电冶金冶炼钠、钙、镁、铝等活泼金属，必须用电解法。如电解熔融氯化钠得到钠时：二、金属的腐蚀和防护2.(1)金属的腐蚀有化学腐蚀，电化学腐蚀、哪个更普遍？电化学腐蚀又包括析氢腐蚀和吸氧腐蚀，哪个更普遍？(2)钢铁生锈的原因，请用化学方程式表示。提示(1)电化学腐蚀更普遍，吸氧腐蚀更
4、普遍。(2)2FeO22H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O1化学腐蚀与电化学腐蚀类型类型化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀电化学腐蚀反应物反应物金属、干燥的气体或非电金属、干燥的气体或非电解质解质不纯金属接触到电解质溶液发生不纯金属接触到电解质溶液发生 反应反应反应类型反应类型直接发生直接发生_ 反应反应有无电流产有无电流产生生实质实质金属原子失电子被金属原子失电子被_氧化氧化化学反应化学反应原电池原电池无无有有氧化氧化2.钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀吸氧腐蚀吸氧腐蚀析氢腐蚀析氢腐蚀条件条件金属表面水膜呈金属表面水膜呈金
5、属表面水膜呈金属表面水膜呈电极反电极反应式应式正正O22H2O4e=4OH2H2e=H2负负Fe2e=Fe2Fe2e=Fe2电池反应式电池反应式2FeO22H2O=2Fe(OH)2Fe2H= Fe2H2弱酸性或中性弱酸性或中性较强酸性较强酸性3.金属的防护方法1相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是()解析：A、B、D可构成原电池，从而加速铁的腐蚀，C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池，不易被腐蚀。答案：C解析：原电池与电解池相连时，原电池的正极与电解池的阳极相连，负极与电解池的阴极相连，因此电子从原电池的负极流向电解池的阴极，B错。答案：B3关于如图所示装置的叙述正确的是()A电流由
6、锌经导线流向铂，电子由铜经导线流向碳棒B碳棒是正极，铜片是阳极C锌片的质量逐渐减少，铂片的质量逐渐增加D锌片上发生还原反应，碳棒上发生氧化反应解析：根据电极材料及电解质溶液可以判断左边装置是原电池，右边装置则是惰性电极电解CuCl2溶液。原电池中，负极(Zn)：Zn2e=Zn2，氧化反应，正极(Cu)：2H2e=H2还原反应；则电解池中Pt为阴极，碳为阳极，电极反应为：阴极(Pt)：Cu22e=Cu还原反应，阳极(C)：2Cl2e=Cl2氧化反应，对照选项可知，C项正确。答案：C4(2012山东高考)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，
7、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干电池的放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：图a中铁棒发生电化学腐蚀，靠近底部的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错；图b中开关由M置于N，CuZn合金作正极，腐蚀速率减小，B项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，氢气在Pt上放出，C错；图d中干电池的放电腐蚀主要是Zn发生析氢腐蚀引起的，D项错。答案：B1.电解池电极的判断2电解时电极产物的判断阴极(阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根离子)溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价
8、化合物(阳离子放电顺序：AgFe3Cu2HFe2Zn2Al3Mg2NaCa2K)3电极反应式的书写(1)首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时，电极材料放电。(2)再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H、OH之后的离子一般不参与放电反应。(1)在水溶液中，含氧酸根和活泼金属离子一般不放电，而是OH和H放电。(2)当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H或OH放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H或OH均换成水。 (2012浙江高考)以铬
9、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：书写电极反应的方法在书写电极反应式时注意以下几种类型。单一电极参加反应：其步骤是判断电极类型比较电解质溶液中离子的放电顺序确定反应的电极及离子书写两极的电极反应式。此时要特别注意溶液中离子的放电顺序及电极反应对电解质溶液的影响。两极都参加反应：此类电极反应均发生在原电池中，这种原电池往往由一种活泼金属材料、一种具有氧化性的化合物及某种导电的电解质溶液组成，如：CuAg2O强碱溶液电池，PbPbO2H2SO4溶液电池，嵌入锂的碳材料LiMn2O4固体含Li导电固体为电解质的电池等，此类原电池电极反应式的书写步骤是电池总反应(氧化还原反应)负极
10、电极反应式总反应减去负极反应式得到正极电极反应式。两极均不参加反应的电极反应式：此类电极反应多为燃料电池，如：惰性电极材料、H2(或CH4、CO、CH3OH)、O2及强碱溶液(或某种离子能通过的固体电解质)构成的原电池，书写方法同上。此类电极反应要注意负极产物与电解质溶液的反应。【迁移应用】1.(2012安徽高考)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()1.电解类型类型类型电极反应特点电极反应特点物质类型及实物质类型及实例例电解的电解的对象对象电解电解质浓质浓度的度的变化变化溶
11、液溶液pH变化变化恢复原恢复原浓度的浓度的方法方法电解电解水型水型水电离出的水电离出的H、OH放电放电阴极：阴极：2H2e=H2阳极：阳极：4OH4e=2H2OO2强碱强碱(NaOH)水水增大增大升高升高加水加水含氧酸含氧酸(H2SO4)降低降低活泼金属含氧活泼金属含氧酸盐酸盐(Na2SO4)不变不变电解电解电解电解质型质型电解质电离出的阴离子电解质电离出的阴离子在阳极上失电子，阳离在阳极上失电子，阳离子在阴极上得电子子在阴极上得电子无氧酸无氧酸(HCl)电解质电解质减小减小升高升高加电解加电解质本身质本身不活泼金属无不活泼金属无氧酸盐氧酸盐(CuCl2)类型类型电极反应特点电极反应特点物质类
12、型物质类型及实例及实例电解的对电解的对象象电解质浓度电解质浓度的变化的变化溶液溶液pH变化变化恢复原恢复原浓度的浓度的方法方法放放H2生碱生碱型型阴极：水电离出阴极：水电离出的的H放电：放电：2H2e=H2阳阳极：电解质电离极：电解质电离出的阴离子在阳出的阴离子在阳极上失电子极上失电子活泼金属活泼金属的无氧酸的无氧酸盐盐(NaCl、MgCl2)电解质和电解质和水水生成新电解生成新电解质，原电解质，原电解质浓度减小质浓度减小升高升高加对应加对应的无氧的无氧酸酸放放O2生酸生酸型型阴极：电解质电阴极：电解质电离出的阳离子在离出的阳离子在阴极上得电子阳阴极上得电子阳极：水电离出的极：水电离出的OH放
13、电放电4OH4e=2H2OO2不活泼金不活泼金属含氧酸属含氧酸盐盐(CuSO4、AgNO3)电解质和电解质和水水生成新电解生成新电解质，原电解质，原电解质浓度减小质浓度减小降低降低加对应加对应的氧化的氧化物物2.电解池中有关量的计算和判断电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面：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。有如下解题方法： (1)若阴极为H放电，则阴极区c(OH)增大；(2)若阳极为OH放电，则阳极区c(H)增大；(3)若阴、阳两极同时有H、OH放电，相当于电解水，电解质离子的浓度增大。(4)电解
14、过程中产生的H或OH的物质的量等于转移电子的物质的量。 (2012重庆高考节选)人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图所示。(1)电源的负极为_(填“A”或“B”)。(2)阳极室中发生的反应依次为_、_。(3)电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将_；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为_ g(忽略气体的溶解)。解析：(1)该小题是离子交换膜法制烧碱原理的扩展，根据电极产物H2、Cl2可知A为电源正极，B为电源负极。(2)阴极：2H2e=H2，阳极：2Cl2e=Cl2；阳极生成的Cl2与尿素进一步反应：CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26
15、HCl，CO(NH2)2最终转变为CO2、N2，达到除去代谢产物CO(NH2)2的目的。(3)将两极反应叠加得：H2OCO(NH2)2=N2CO23H2，故电解结束后，pH不变。设除去的尿素质量为x，依：1 mol CO(NH2)25 mol混合气体，则有60 g5 molx0.6 mol，x7.2 g。答案：(1)B(2)2Cl2e=Cl2CO(NH2)23Cl2H2O=N2CO26HCl(3)不变7.2(4)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
16、、CuCO3，而不是Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3。【迁移应用】2.下图为相互串联的甲、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：Age=Ag，当阴极增重43.2 g时，析出Ag
17、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：2H2e=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Age=Ag银阳极Age=AgAgNO3溶液(2)4.48原电池、电解池、电镀池的区别与联系原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池定义定义将化学能转变成电能的将化学能转变成电能的装置装置将电能转变成化将电能转变成化学能的装置学能的装置应用电解原理在某些金属应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属的表面镀上一层其他金属的装置装置装置举装置举例例原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池形成形成条件条件活泼性不同
18、的两活泼性不同的两电极电极电解质溶液电解质溶液(电极插入其中，并电极插入其中，并与电极自发发生反与电极自发发生反应应)形成闭合电路形成闭合电路两电极接直流两电极接直流电源电源两电极插两电极插入电解质溶液入电解质溶液形成闭合电路形成闭合电路镀层金属接电源正镀层金属接电源正极，待镀金属接电源极，待镀金属接电源负极负极电镀液必须含电镀液必须含有镀层金属的离子有镀层金属的离子(电电镀过程浓度不变镀过程浓度不变)电极电极名称名称负极：氧化反应，负极：氧化反应，金属失电子金属失电子正极：还原反应，正极：还原反应，溶液中的阳离子得溶液中的阳离子得电子或者氧气得电电子或者氧气得电子子(吸氧腐蚀吸氧腐蚀)阳极：
19、氧化反应，阳极：氧化反应，溶液中的阴离子溶液中的阴离子失电子，或电极失电子，或电极金属失电子金属失电子阴极：还原反应，阴极：还原反应，溶液中的阳离子溶液中的阳离子得电子得电子阳极：金属电极失电阳极：金属电极失电子子(溶液溶液)阴极：电镀液中镀层阴极：电镀液中镀层金属阳离子得电子金属阳离子得电子(在在电镀控制的条件下，电镀控制的条件下，水电离产生的水电离产生的H及及OH一般不放电一般不放电)原电池原电池电解池电解池电镀池电镀池电子电子流向流向同电解池同电解池联系联系(1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。(2)同一电解池的阳极、阴极电
20、极反应中得、失电子数相等。同一电解池的阳极、阴极电极反应中得、失电子数相等。(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时得、失电子数要相等；在计算电解产物的量时，应按得、失电极反应式时得、失电子数要相等；在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。电子数相等计算。 (2012福建高考)将如图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是解析：本题考查原电池和电解池工作原理。A项，K闭合时，Zn和Cu构成原电池，Cu作正极，发生还原反应，正确；B项，在电解Na2SO4溶液时，电子不能流入电解质溶液中，即ab电子不能通过，错；C项，甲池中硫酸根离子没有放电，所以浓度不变，错误；D项，b为阳极，OH放电，留下H，使得b附近溶液显酸性，不能使酚酞变红，错误。答案：A【迁移应用】观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是()A装置中阳极上析出红色固体B装置的待镀铁制品应与电源正极相连C装置中外电路电子由a极流向b极D装置的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过解析：装置阳极上Cl放电，发生氧化反应：2Cl2e=Cl2，A错；装置待镀铁制品上发生还原反应Cu22e=Cu，与电源负极相连，B错；装置的离子交换膜只允许阳离子自由通过，D错。答案：C
