1、第10讲 电解池 金属的腐蚀与防护化学 2018年高考一轮复习1考试说明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.了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。考点一电解的原理1.电解定义在电流作用下，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.能量转化形式电能转化为化学能。3.电解池(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。知识梳理(2)电极名称及电极反应式(如图)阳极氧化2Cl2e=Cl2Cu2+2e=Cu阴极还原(3)电子和离子的移动方向4.阴阳两极上放电顺序阴离子失去电子或阳离子得到电子的过
2、程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是注意：一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。如理论上H的放电能力大于Fe2、Zn2，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中c(Fe2)或c(Zn2)c(H)，则先在阴极上放电的是Fe2或Zn2，因此阴极上的主要产物为F
3、e或Zn；但在水溶液中，Al3、Mg2、Na等是不会在阴极上放电的。5.四种基本电解类型(用惰性电极电解)(1)电解水型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：_阴极：_H2O_增大减小 加_强碱(如NaOH)增大 加_活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)不变 加_4OH4e=O22H2O4H4e=2H2H2OH2OH2O例1.电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。不一定，如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后会析出Na2SO410H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。
4、(2)电解电解质型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸(如HCl)，除HF外阳极：_阴极：_酸减小 增大 通入_气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外阳极：_阴极：_盐 加_固体2Cl2e=Cl22H2e=H22Cl2e=Cl2Cu22e=CuHClCuCl2(3)放H2生碱型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：_阴极：_水和盐生成新电解质增大通入_气体2Cl2e=Cl22H2e=H2HCl例2.要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？为什么？不可以，因为电解
5、NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。(4)放O2生酸型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：_阴极：_水和盐_生成新电解质减小加 或 4OH4e=2H2OO22Cu24e=2CuCuOCuCO3例3.要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？为什么？加入CuCO3为什么也可复原？不可以；因为电解CuSO4溶液时，尽管Cu2和OH分别放电，按照电极反应式Cu22e=Cu、4OH4e=2H2OO2，氢元素变成H2O仍然留在溶液中，只有Cu析出和O
6、2逸出，且物质的量之比为21，所以要让溶液复原，需要加CuO，而不能加Cu(OH)2。加入CuCO3时，CO2变为气体逸出，相当于加的是CuO。例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多少？4NA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2NA2NA4NA。方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O2失电子数相等，共4NA。例4.通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？电解质溶液的
7、复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。例5.根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2？Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极：Cu2e=Cu2，阴极：2H2e=H2。总反应式：Cu2H Cu2H2。6.做到“三看”，正确书写电极反应式(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)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看是否有特殊信息。7.电化学综合计算的三种常用方法(1
8、)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、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。用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示在电化学计算中，还常利用QIt和Qn(e)NA1.601019 C来计算电路中
9、通过的电量。考点二电解原理在工业生产中的应用1.氯碱工业(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2Cl2e=Cl2 氧化2H2e=H2 还原(3)氯碱工业生产流程图2.电镀下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 。阳AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液阴(3)电极反应：阳极：；阴极：。(4)特点：极溶解，极沉积，电镀液的浓度 。Age=AgAge=Ag阳阴不变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：阳极：、；阴极：。粗铜纯铜Zn2e
10、=Zn2Fe2e=Fe2Ni2e=Ni2Cu2e=Cu2Cu22e=Cu4.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)冶炼钠电极反应：阳极：；阴极：。2Cl2e=Cl22Na2e=2Na(2)冶炼铝电极反应：阳极：；阴极：。6O212e=3O24Al312e=4Al例1.正误判断，正确的打“”“”，错误的打“”(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2)均保持不变()(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料()(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3()(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()(
11、5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序HZn2，不可能在铁上镀锌()5.隔膜在电化学中的功能(1)常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。质子交换膜，只允许H通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。(2)隔膜的作用能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。例题.2014新课标全国卷，27(4)H3PO2也可用电渗析法制备。“四
12、室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：解这类问题可以分三步：第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。考点三金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀的本质金属原子 变为 ，金属发生。失去电子金属阳离子氧化反应类型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
13、被_联系两者往往同时发生，腐蚀更普遍2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀非金属单质直接电解质溶液无有微弱氧化氧化电化学(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件 电极反应负极 正极 _总反应式 _联系 更普遍水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性Fe2e=Fe22H2e=H2O22H2O4e=4OHFe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2吸氧腐蚀3.金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法 原理a.极：比被保护金属活泼的金属；b.极：被保护的金属设备。外加电流阴极保护法 原理a.极：被保护的金属设备；b.极：惰性金属或石墨。
14、(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。原电池负正电解阴阳例1.正误判断，正确的打“”“”，错误的打“”(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样()(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3()(4)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()(5)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀()例2.写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。铁锈的形
15、成负极：2Fe4e=2Fe2正极：O24e2H2O=4OH2FeO22H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O1.判断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腐措施的腐蚀。(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，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。2.两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法保护效果大
16、于牺牲阳极的阴极保护法。反思归纳反思归纳考点四 串联电池的两大模型原电池和电解池统称为电池，将多个电池串联在一起，综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点，该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况，需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力。1.串联装置图比较图甲中无外接电源，二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置)，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，即左图为原电池装置，右图为电解装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且串联电解，通过的电流相等。2.“串联”类电池的解题流程类型一外接电源与电解池的串联类型二原电池与电解池的串联多个电池“串联”在一起，但没有
17、外接直流电源，其中一个装置是原电池，装置中两个电极活泼性差异最大的装置为原电池，较活泼的作负极，其余均为电解池。例1.烧杯A中盛入0.1 molL1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1 molL1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是A.A中Fe极质量减少，C极有气体产生B.A为电解池，B为原电池C.当A烧杯中产生0.1 mol气体时，B烧杯中产生 气体的物质的量也为0.1 molD.经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大 例2.某同学按下图所示的装置进行实验。A，B为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当K闭合时，Y极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是A.溶液中c(A2)减小B.B极的电极反应：B2e=B2C.Y电极上有Cl2产生，发生还原反应D.反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀45
