高中化学一轮复习精品学案：第6章 第3节 电解池 金属的腐蚀与防

第三节 电解池 金属的腐蚀与防护

考纲定位 考情播报 2016·全国乙卷T11/全国丙卷1.了解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电T11 极反应式和总反应方程式。 2015·全国卷ⅡT28(2) 全国卷ⅠT27(4)/全国卷2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危2014·害、防止金属腐蚀的措施。 ⅡT27(3) 2013·全国卷ⅠT10、T27(5)(6) 考点1| 电解原理 [基础知识自查]

1．电解、电解池

2．电解池的构成和工作原理 (1)构成条件

①有与外接直流电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融电解质)。 ③形成闭合回路。

(2)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)

(3)电解池中电子、电流和离子的移向 ①电子：负极→阴极，阳极→正极 ②电流：正极→阳极→阴极→负极

1

③离子：阳离子→阴极，阴离子→阳极 (4)两极放电(氧化或还原)顺序

①阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3

＋

>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。

阳极：金属(Au、Pt除外)电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 注：①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。

②阳极材料若是金属电极(Au、Pt除外)，溶液中的阴离子不反应，电极金属失电子被氧化。

[应用体验]

1．填写下列表格(均为惰性电极)

[提示] ①4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ H2O 减小 H2O

②Cu2＋＋2e－===Cu 2Br－－2e－===Br2 CuBr2 CuBr2

③2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ NaCl和H2O 增大 HCl ④2Cu2＋4e===2Cu 4OH－4e===2H2O＋O2↑ CuSO4和H2O 减小

＋

－

－

－

CuO

2．用铜作电极电解稀H2SO4溶液，阴、阳极反应式分为

_______________________________________________________________、 _______________________________________________________________， 电解总离子方程式为_________________________________________。

2

电解

[提示] 2H＋2e===H2↑ Cu－2e===Cu Cu＋2H=====Cu2＋＋H2↑

＋

－

－

2＋

＋

[考点多维探究]

角度1 电解的原理分析

1. 如图所示为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是TiO2中的氧解离进入熔融盐中而得到钝钛。下列说法中正确的是( )

A．a极是正极，石墨极是阴极

B．反应后，石墨电极的质量不发生变化 C．电解过程中，O2－、Cl－均向a极移动 D．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－

D [TiO2发生还原反应得到纯钛，故加入高纯TiO2的电极是电解池的阴极，a极是电源的负极，石墨极是阳极，A项错误；O2－在阳极发生氧化反应生成O2，高温下，石墨与O2反应生成CO、CO2，导致石墨质量减小，B项错误；电解过程中，阴离子向阳极(石墨极)移动，C项错误；TiO2中的氧解离进入熔融盐而得到纯钛，发生了还原反应，生成了Ti和O2－，D项正确。]

2．(2015·福建高考)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )

A．该装置将化学能转化为光能和电能 B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移 C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原

3

D．a电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O

B [结合装置图为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，在电解池中H＋为阳离子，向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2O →O2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是－2,3CO2→C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。]

3. 图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是( )

A．滤纸上c点附近会变红色

B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大 C．Z中溶液的pH先减小，后增大

－

D．溶液中的SO24向Cu电极定向移动

A [紫红色斑即MnO－4向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极，NaCl溶液中H＋放电，产生OH－，c点附近会变红色，A正确；电解硫酸铜溶液时，Pt为阳极，溶液中的OH－放电：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子，生成铜，总反电解

2－

应式为2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO4向Pt电极移动，B、D不正确；随着电解的进行，Z中溶液变为硫酸溶液，继续电解则为电解水，硫酸浓度增大，pH减小，C不正确。]

阴、阳极的判断方法

(1)根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。

4

(2)根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。 (3)根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。 (4)根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

(5)根据电极产物：a.阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；b.阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。

角度2 电极反应式和电解方程式的书写 4．按要求书写方程式 (1)用惰性电极电解AgNO3溶液

阳极反应式___________________________； 阴极反应式______________________________；

总反应离子方程式_________________________________。 (2)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__________________________________。 (3)用惰性电极电解Na2CO3溶液

阳极反应式________________________；

总反应方程式________________________________。 (4)用铁作电极电解NaOH溶液

阳极反应式_______________________________________________； 阴极反应式________________________________________________； 总反应方程式_____________________________________________。 (5)用Ag作电极电解稀盐酸

阳极反应式___________________________________________； 阴极反应式____________________________________________； 总反应离子方程式_____________________________________。 (6)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

阳极反应式_______________________________________________； 阴极反应式_______________________________________________； 总反应方程式_____________________________________________。

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(7)用惰性电极电解CuSO4和NaCl的混合液(CuSO4与NaCl的物质的量为1∶1)，明显分三个阶段，写出三个阶段的阴、阳两极反应式_________________。

[答案] (1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 4Ag＋＋4e－===4Ag

电解

4Ag＋

＋2H2O=====4Ag＋O2↑＋4H＋

(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑

电解

Mg2＋

＋2Cl－

＋2H2O=====Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑

(3)4OH－－4e－===H2O＋O2↑ 电解

2H2O=====2H2↑＋O2↑ (4)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 2H＋＋2e－===H2↑

电解

Fe＋2H2O=====Fe(OH)2＋H2↑

(5)2Ag－2e－

===2Ag＋

2H＋

＋2e－

===H2↑ 电解

2Ag＋2H＋

＋2Cl－

=====2AgCl＋H2↑

(6)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 电解

2Al＋3H2O=====Al2O3＋3H2↑ (7)第一阶段： 阴：Cu2＋＋2e－===Cu 阳：2Cl－－2e－===Cl2↑ 第二阶段：

阴：Cu2＋＋2e－===Cu

阳：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 第三阶段：

阴：2H＋＋2e－===H2↑ 阳：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

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5．(2015·全国卷Ⅱ改编)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：

(1)电解时的阴极反应式为___________________________， 阳极反应式为_______________________________________， 电解时发生反应的化学方程式为__________________________。 (2)NaClO2溶液与NCl3溶液反应的化学方程式为_______________。 [解析] (1)由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，结合质电解量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl=====3H2↑＋NCl3。

(2)由图可知，NCl3溶液中加入NaClO2溶液，得到ClO2和NH3及溶液X，N由＋3价降低为－3价，NaClO2中Cl由＋3价升高到＋4价，生成ClO2，Cl－未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH。

－－＋

[答案] (1)6H＋＋6e－===3H2↑ NH＋4＋3Cl－6e===NCl3＋4H

电解

NH4Cl＋2HCl=====NCl3＋3H2↑

(2)6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH

(1)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。

③三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。 (2)规避“三个”失分点

①书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。

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②要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。

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。

考点2| 电解原理的应用

[基础知识自查]

1．电解饱和食盐水——氯碱工业 (1)电极反应

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)。 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。

检验阳极产物的方法是：用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。

(2)电解方程式

电解

化学方程式：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 电解

离子方程式：2Cl－＋2H2O=====2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 2．电镀与电解精炼铜

注：①镀层金属作阳极，待镀元件作阴极，电解质溶液含有镀层金属离子。

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②电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2

＋

)减小。 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：

注：①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解熔融MgO冶炼镁，因MgO的熔点很高；②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，因AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。

[应用体验]

1．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

(1)A为________极，X、Y分别是________、________。 (2)离子交换膜的作用：_____________________________。

(3)a、b、c、d加入或取出的物质分别是________、________、________、________。

[提示] (1)阳 Cl2 H2

(2)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)饱和食盐水 稀的NaOH溶液 稀的食盐水 浓NaOH溶液

2．铁片上镀银，铁片作________极，连接电源的________极，________作

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电镀液，阴极反应式为______________________________________，

阳极反应式为_____________________。

[提示] 阴 负 AgNO3溶液 Ag＋＋e－===Ag Ag－e－===Ag＋

[考点多维探究]

角度1 电解原理在化工制备方面的应用

1．(2016·潍坊市统考)一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物苯(C6H6)到环己烷(C6H12)的转化。下列叙述错误的是( )

A．导线中电子移动方向为D →A

B．生成目标产物的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12 C．装置图右侧导出的气体是氧气 D．上述过程中电能转化为化学能

A [根据题图可知，左侧发生苯转化为环己烷的反应，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，B项正确；左侧电极D上发生还原反应，电极D为阴极，则A为电源负极，导线中电子移动方向为电源负极A→电解池阴极D，A项错误；右侧电极E上发生氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，导出的气体为氧气，C项正确；题中装置为电解池，电能转化为化学能，D项正确。]

2．(2017·保定模拟)用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法中不正确的是( )

A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极

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