第19讲 电解池　金属的电化学腐蚀与防护（精讲）-2022年一轮复习讲练测（原卷版）.docx

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1、第六章 化学反应与能量第19讲 电解池金属的电化学腐蚀与防护（精讲）【考情分析】电解原理及其应用的内容是历年高考的常考知识点之一，通常以实际生产中的新型电解池为素材，以选择题的形式考查电解池的工作原理，如电极反应式判断、电解质溶液中的现象及相关计算；以选择题的形式考查金属腐蚀的危害及一些防腐措施；以填空题的形式结合生产和生活考查新情境下电解原理的实际应用，如电解除污、结合离子交换膜进行电解等电极反应式和电池反应式的书写，解释一些化工原理。在近几年高考中，涉及离子交换膜的应用及电解液介质对电极反应影响的试题比较多，且出题频率高、试题新颖，离子交换膜的功能在于选择性地通过或阻止某些离子来达到隔离某

2、些物质的作用。【核心素养分析】1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解原理解决实际问题。 2.证据推理与模型认知：利用电解池装置，分析电解原理，建立解答电解池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。3.科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贫献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。【网络构建】【知识梳理】智能点一 电解的原理1.电解和电解池(1)电解：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)电解池：电能转化为化学能的装

3、置。(3)电解池的构成有与电源相连的两个电极。电解质溶液(或熔融电解质)。形成闭合回路。2.电解池的工作原理(1)电极名称及电极反应式(电解CuCl2溶液为例)总反应式：CuCl2CuCl2(2)电解过程的三个流向电子流向：电源负极电解池阴极；电解池的阳极电源的正极；离子流向：阳离子电解池的阴极，阴离子电解池的阳极。电流方向：电源正极电解池阳极电解质溶液阴极负极。3.电极反应式、电解方程式的书写(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H和OH)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序：阴极：阳离子

4、放电顺序：AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。【特别提醒】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。最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl>OH；阴极：Ag>Cu2>H。电解水溶液时，KAl3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的

5、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。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。要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。4.阴、阳极的判断方法(1)根据外接电源:正极接阳极,负极接阴极。(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)根据离子移向:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。(5)根据电极产物:阳极电极溶解、逸出O2(或阳极区酸性增强)或Cl2;阴极析出金属、逸出H2(或阴极区碱性增强)。(6)根据反应类型:阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。5.用惰性电极电解电解质溶液的规律(

6、1)电解溶剂水型电解质类型电极反应式及总反应式电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸，如H2SO4阴极：4H2O4e=2H24OH阳极：2H2O4e=O24H总反应式：2H2O2H2O2增大减小加水可溶性强碱，如NaOH增大活泼金属含氧酸盐，如KNO3不变(2)电解溶质型电解质类型电极反应式及总反应式电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原无氧酸，如HCl阴极：2H2e=H2阳极：2Cl2e=Cl2总反应式：2HClH2Cl2减小增大通入HCl气体不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2阴极：Cu22e=Cu阳极：2Cl2e=Cl2总反应式：CuCl2CuCl2加入CuCl2固体(3)电解溶质和溶剂水

7、型，生成H2和碱（析氢生碱型）：电解质(水溶液)电极反应式及总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2O2e=H22OH总反应式：2Cl2H2OCl2H22OH生成新电解质增大通入HCl气体(4)电解溶质和溶剂水型，生成O2和酸（放氧生酸型）电解质(水溶液)电极反应式及总反应式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐如CuSO4阳极：2H2O4e=O24H阴极：2Cu24e=2Cu总反应式：2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质减小加CuO或CuCO3智能点二 电解原理的应用1.氯碱工业阳极反应式：2Cl2e=Cl2(氧化反

8、应)阴极反应式：2H2e=H2(还原反应)总反应方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl22.电镀与电解精炼电镀电解精炼铜示意图电极反应阳极Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2，Cu2e=Cu2阴极Cu22e=CuCu22e=Cu电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度不变CuSO4溶液的浓度变小注意：电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2浓度减小。粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。3.电冶金电解冶炼冶炼钠冶炼镁冶炼铝电极反应阳极：2Cl2e=C

9、l2阴极：2Na2e=2Na阳极：2Cl2e=Cl2阴极：Mg22e=Mg阳极：6O212e=3O2阴极：4Al312e=4Al总反应2NaCl(熔融)2NaCl2MgCl2(熔融)MgCl22Al2O3(熔融)4Al3O2【特别提醒】(1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2、Mg2、SO。(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)电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。智能点三 金

10、属的腐蚀与防护1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例）：类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe2e=Fe2正极2H2e=H2O22H2O4e=4OH总反应式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍注：电解原理引起的腐蚀>

11、原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。3.金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理a.负极：比被保护金属活泼的金属；b.正极：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法电解原理a.阴极：被保护的金属设备；b.阳极：惰性金属或石墨。(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。【特别提醒】(1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2，而不是生成Fe3。(2)金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。(3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电

12、化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。(4)两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。(5)金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。智能点四 电化学有关计算1.计算依据三个相等(1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。(2)同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、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。2.

13、计算方法三种常用方法(1)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。用于混合溶液中分阶段电解的计算。(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4mole-为桥梁可构建如下关系式:4e-2Cl2(Br2、I2)O2阳极产物2H22Cu4Ag4nM阴极产物(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,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化

14、学计算问题。提示：在电化学计算中，还常利用QI·t和Qn(e)×NA×1.60×1019C来计算电路中通过的电量。【典例剖析】高频考点1 考查电解规律及电极产物的判断例1.(2020·天津市实验中学高三模拟)以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A阴极附近溶液呈红色 B阴极逸出气体C阳极附近溶液呈蓝色D溶液的pH变小【变式训练】（2020·浙江金华市·高三一模）以一氯代乙酸钠(CH2ClCOONa)水溶液为原料，通过电解法可以制备1，2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)，且有CO2生成，装置

15、如图所示。下列有关说法不正确的是A阳极发生氧化反应，有CO2生成B阴极的反应为2H2O+2e-=H2+2OH-C电解过程中应选用阴离子交换膜D该装置的总反应式：2CH2ClCOO-+2H2OCH2ClCH2Cl+2CO2+H2+2OH-高频考点2 考查电极反应式的书写与正误判断1（2020·湖北黄石二中高三）最近我国科学家设计了一种CO2H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe2e-=EDTA-Fe32EDTA-Fe3H2S=2HS2EDTA-Fe2该装

16、置工作时，下列叙述正确的是（ ）A电子从ZnO石墨烯极移到石墨烯极，电解质中的阳离子向石墨烯极移动B光伏电池中使用二氧化硅把光能转为化学能C协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSD石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低【变式训练】（2021·安徽高三）最近我国科学家设计了一种C2H5OH+CO2协同电解转化装置，通过回收工业尾气中的CO2实现了联合生产合成气(CO+H2)和CH3CHO的新工艺，其工作原理如图所示，下列说法正确的是A电极a上的电势比电极b上的高B电解池工作时，电极a附近的CO浓度升高C电极b上的电极反应式为C2H5OH+2e-+2CO=CH3CHO+2HCOD电解池工

17、作时，CO透过交换膜向电极a移动高频考点3 考查电解原理的应用例3（2020·湖北黄冈中学高三）一种生物电化学方法脱除水体中NH4+的原理如下图所示:下列说法正确的是A装置工作时，化学能转变为电能B装置工作时，a极周围溶液pH降低C装置内工作温度越高。NH4+脱除率一定越大D电极b上发生的反应之一是:2NO3-2e-=N2+3O2【变式训练】（2020·安徽六安一中高三）利用电解法制取 Na2FeO4 的装置图如图所示，下列说法正确的是（电解过程中温度保 持不变，溶液体积变化忽略不计）AY 是外接电源的正极，Fe 电极上发生还原反应BNi 电极上发生的电极反应为：2H2O

18、4e= O24HC若隔膜为阴离子交换膜，则电解过程中 OH由 B 室进入 A 室D电解后，撤去隔膜，充分混合，电解液的 pH 比原来小高频考点4 考查金属腐蚀快慢比较例4.（2020·通许县第一高级中学高三月考）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在图中所示的情境中，下列有关说法正确的是A阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+B钢铁设施表面因积累大量电子而被保护C钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快D该保护法为外加电流的阴极保护法，金属M不需要定期更换【变式训练】（2021·辽宁高三）验证钢铁腐蚀的类型与溶液pH的关系。腐蚀较快，主要产物Fe2+腐蚀

19、较慢，主要产物Fe2O3腐蚀较快，主要产物FeO下列说法不正确的是A在pH=3溶液中，主要发生析氢腐蚀，现象是铁棒逐渐溶解，碳棒表面有气泡产生B在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-C在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，负极反应式为Fe-2e-=Fe2+D在pH=14溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为Fe-3e-+4OH-=FeO+2H2O高频考点5考查金属腐蚀与防护措施例5.(2020·湖北四地七校期末)下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是()A牺牲阳极的阴极保护法利用电解原理B金属的化学腐蚀的实质是：Mne=Mn，电子直接转移给还原剂

20、C外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零D铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为：2H2e=H2【变式训练】（2021·北京高三期末）验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。试管内生成蓝色沉淀在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化下列说法不正确的是A实验说明Fe腐蚀生成Fe2+B对比实验，可以判定Zn保护了FeC对比实验，预测 K3Fe(CN)6可能将Fe氧化D将中溶液换成H2O(已除O2)，若无明显现象，说明K3Fe(CN)6不能氧化Fe高频考点6 考查电子守恒在电化学计算中的应用例6.（2

21、020·广东高三）500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)6.0mol·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（ ）A原混合溶液中c(K)为2mol·L-1B上述电解过程中共转移4 mol电子C电解得到的Cu的物质的量为0.5molD电解后溶液中c(H)为2mol·L-1【变式训练】（2020·山东卷）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是A. 负极反应为 B. 隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C. 当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5gD. 电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1