搜索
第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护【高考导航】1．了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2．理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。1．电解使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起的过程。在此过程中，能转化为能。2．电解池(1)概念：电解池是的装置。(2)电解池的构成条件：①有外接电源；②有与或相连的两个电极；③形成闭合回路。氧化还原反应电化学把电能转化为化学能电解质溶液熔融的电解质(3)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)：总反应方程式：CuCl2=====电解。(4)电解池中电子和离子的移动：①电子：从电源流出后，流向电解池；从电解池的流向电源的正极。②离子：阳离子移向电解池的，阴离子移向电解池的。Cu＋Cl2↑负极阴极阳极阴极阳极3．在惰性电极上离子的放电顺序(1)阴极(与电极材料无关)：(2)阳极(与电极材料有关)：4．电解总方程式的书写(1)必须在连接号上标明“电解”。(2)只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如电解HCl溶液：。(3)只有水被电解，只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液时，化学方程式应写为。(4)电解质、水同时被电解，则都要写进化学方程式。如电解饱和食盐水：。1．电解时电子能通过电解质溶液吗？为什么？2．有人说电解质溶液只有通电的时候才能发生电离，也有人说电解质溶液导电的过程也是电解的过程，会浪费电能，你赞成这两种说法吗？提示：电解质溶液通电电解时，在外电路中有电流(电子)通过，而溶液中是依靠离子定向移动，形成闭合电路。因此电解质溶液的电阻比较大。提示：前者观点错误，电解质溶液电离不需要通电。后者观点正确，因为通电条件下，电解质溶液中的离子会发生定向移动，从而发生电解；或者从另外一个角度讲电解质溶液相当于一个大电阻，会浪费电能。3．分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。类型电解质类别电极反应式及总反应式电解质溶液浓度溶液pH含氧酸，如H2SO4减小可溶性强碱，如NaOH增大电解水型活泼金属含氧酸盐，如KNO3阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑总反应式：2H2O=====电解2H2↑＋O2↑增大不变无氧酸，如HCl阴极：2H＋＋2e－===H2↑阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑总反应式：2HCl=====电解H2↑＋Cl2↑增大电解电解质型不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2阴极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑总反应式：CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑减小－放H2生碱型活泼金属无氧酸盐，如NaCl阴极：2H＋＋2e－===H2↑阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑总反应式：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑－增大放O2生酸型不活泼金属含氧酸盐，如CuSO4阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑总反应式：2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋2H2SO4＋O2↑－减小4.如何实现铜与稀硫酸反应产生氢气？5．小明同学根据离子的放电顺序，将水(H＋、OH－)作为原点，以惰性电极电解各种电解质溶液的情况画在了平面坐标系的四个象限(个别包括数轴)内，如图所示：提示：以铜作阳极，石墨作阴极，稀H2SO4作电解质溶液电解。其中阳极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑，总反应式：Cu＋H2SO4(稀)=====电解CuSO4＋H2↑。据图思考放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？电解一段时间后，溶液的pH变化情况？要使NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？提示：放H2生碱型的实质是水电离出的H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，pH增大；放O2生酸型的实质是水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，使H＋浓度增大，pH减小。电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪些元素的原子，则应按比例补入哪些原子。电解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，而加入盐酸会引入过多的水。同理，使CuSO4溶液复原应加入CuO或CuCO3，而加入Cu(OH)2也会使溶液的浓度降低。角度一：电极反应式、电解总反应式的书写1．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。(1)(2014·新课标全国卷Ⅱ节选)PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为____________，阴极上观察到的现象是___________________________；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为__________________，这样做的主要缺点是____________________________________________。(2)(2013·福建高考节选)以惰性电极电解FeCl2和HCl的混合物可制备FeCl3和H2。阳极反应式：___________________________________________；阴极反应式：____________________________________________；总反应离子方程式：______________________________________。(3)(2010·山东高考节选)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。阳极反应式：________________________________________________；阴极反应式：__________________________________________________；总化学方程式：______________________________________________。(4)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：___________________________________________。(5)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：___________________________________________。(6)用铜作电极电解NaCl溶液阳极反应式：________________________________________________；阴极反应式：________________________________________________；总化学方程式：_______________________________________________。答案：(1)Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋石墨上包上铜镀层Pb2＋＋2e－===Pb↓不能有效利用Pb2＋(2)Fe2＋－e－===Fe3＋2H＋＋2e－===H2↑2Fe2＋＋2H＋=====电解2Fe3＋＋H2↑(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－===3H2↑2Al＋3H2O=====电解Al2O3＋3H2↑(4)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4Ag＋＋4e－===4Ag4Ag＋＋2H2O=====电解4Ag＋O2↑＋4H＋(5)2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=====电解Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(6)Cu－2e－===Cu2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu＋2H2O=====电解Cu(OH)2↓＋H2↑2．用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应方程式。(1)阳极产物：_______________________________；电极反应：_____________________________。(2)阴极产物：_______________________________；电极反应：_____________________________。答案：(1)Cl2、O22Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2)Cu、H2Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑阴、阳极的判断和电解产物的分析方法(1)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。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)。(2)电解产物的分析方法：首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。①阳极：a.金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；b.惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根离子)。②阴极：溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳电子放电顺序：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋Fe2＋Zn2＋)。角度二：电解原理、电解规律的考查[典例](2013·海南高考)如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重bd。符合上述实验结果的盐溶液是()选项ABCDXMgSO4AgNO3FeSO4CuSO4YCuSO4Pb(NO3)2Al2(SO4)3AgNO3[解析]A项，X为MgSO4，Y为CuSO4，电极b有气体H2产生，错误；B项，X为AgNO3，Y为Pb(NO3)2，电极d上有气体H2产生，错误；C项，X为FeSO4，Y为Al2(SO4)3，电极d上有气体H2产生，错误；D项，X为CuSO4，Y为AgNO3，电极b上析出Cu，电极d上析出Ag，转移的电子物质的量相等时，增重bd，正确。[答案]D【对点训练】3．某中学学生在高三毕业典礼晚会上设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是()A．铅笔端作阳极，发生还原反应B．铂片端作阴极，发生氧化反应C．铅笔端有少量的氯气产生D．a点是负极，b点是正极解析：本题实际是对以铂片、铅笔(石墨)为电极电解NaCl的实验的讨论。在电解时铅笔作阴极连在电源的负极。铅笔这一极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑(或2H＋＋2e－===H2↑)，这样在铅笔走过的地方就有较多的OH－产生，所以会出现红色字迹。综合分析知D正确。答案：D4．某电解池内盛有CuSO4溶液，插入两根电极，接通直流电源后，欲达到如下要求：①阳极质量不变；②阴极质量增加；③电解液pH减小，则应选用的电极是()A．阴阳两极不都是石墨B．铜作阳极，铁作阴极C．铁作阳极，铜作阴极D．铂作阳极，铜作阴极解析：不管用何材料作阴极都不影响电解结果，阴极只是完成导电作用即可。电解时生成H2SO4，pH一定会减小；要保持阳极质量不变，需要用惰性材料作电极，如石墨或铂。答案：D(1)不要认为只要电解质溶液是不活泼的金属离