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第22讲电解池金属的电化学腐蚀与防护考纲要求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置。(3)电解池的构成①有与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：CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑(2)电子和离子的移动方向①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。3．阴阳两极上放电顺序(1)阴极：(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，放电顺序为注意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最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－OH－；阴极：Ag＋Cu2＋H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋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。4．用惰性电极电解电解质溶液的规律类型实例电极反应式电解对象溶液pH变化溶液复原电解水型含氧酸H2SO4阳极：________阴极：________总反应：________水强碱NaOH活泼金属的含氧酸盐KNO3电解电解质型无氧酸(氢氟酸除外)HCl阳极：________阴极：________总反应：________不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极：________阴极：________总反应：________放氢生碱型活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极：________阴极：________总反应：________放氧生酸型不活泼金属的含氧酸盐AgNO3阳极：________阴极：________总反应：________答案4OH－－4e－===2H2O＋O2↑4H＋＋4e－===2H2↑2H2O=====电解2H2↑＋O2↑减小增大不变水2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑2HCl=====电解H2↑＋Cl2↑HCl增大HCl2Cl－－2e－===Cl2↑Cu2＋＋2e－===CuCuCl2=====电解Cu＋Cl2↑CuCl2CuCl22Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑2NaCl＋2H2O=====电解H2↑＋Cl2↑＋2NaOHNaCl和H2O增大HCl4OH－－4e－===2H2O＋O2↑4Ag＋＋4e－===4Ag4AgNO3＋2H2O=====电解4Ag＋O2↑＋4HNO3AgNO3和H2O减小Ag2O电解基础知识(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(√)(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(√)(3)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应(√)(4)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(×)(5)电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极(×)(6)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色(×)(7)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大(×)(8)电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小(×)1．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?答案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：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Cu＋2H＋=====电解Cu2＋＋H2↑。2．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu(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？答案4NA解析方法一：98gCu(OH)2的物质的量为1mol，相当于电解了1mol的CuSO4后，又电解了1mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。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。题组一电解规律及电极产物的判断1．(2017·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变小答案D解析以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O=====电解2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。2．如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色，Mg(OH)2沉淀的pH＝9)，接通电源一段时间后A管产生白色沉淀，回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)。①A管溶液由红变黄②B管溶液由红变黄③A管溶液不变色④B管溶液不变色(2)写出A管中发生的反应：_______________________________________________。(3)写出B管中发生的反应：____________________________________________________。(4)检验b管中气体的方法是______________________________________________________。(5)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是__________________。答案(1)①④(2)2H＋＋2e－===H2↑、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓(或2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓)(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)(4)用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃(5)溶液呈红色，白色沉淀溶解解析电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，导致阳极附近溶液呈酸性；阴极上氢离子放电生成氢气，同时有氢氧根离子生成，氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，溶液呈弱碱性。题组二电极反应式的书写与判断3．按要求书写电极反应式和总反应方程式：(1)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：___________________________________________________________。(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：______________________________________________________________；阴极反应式：_________________________________________________________________；总反应离子方程式：______________________________________________________________。答案(1)2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=====电解Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2＋4H2O6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)2Al＋2H2O＋2OH－=====电解2AlO－2＋3H2↑4．锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。(1)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是__________________。MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，已知碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2，碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是________________________________________________________________________。(2)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S(n－1)S＋S2－===S2－n①写出电解时阴极的电极反应式：_________________________________________________________________________________________________________________________。②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________________________。(3)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是____________，说明理由：________________________________________。答案(1)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－(2)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②S2－n＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑(3)NH3根据总反应：8NO＋7H2O=====电解3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的HNO3多，应补充NH3解析(1)Mn的化合价从＋2价升到＋4价，失电子发生氧化反应，则阳极电极反应式为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。碱性锌锰干电池中，MnO2作为正极，发生还原反应，其电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－。(2)①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了S2－n，S2－n可以理解为(n－1)S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。(3)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===3NH＋4＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===5NO－3＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O=====电解3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。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＋而不是生成Fe3＋)。(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。题组三有关电解的计算5．(2018·兰州质检)将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为()A．4×10－3mol·L－1B．2×10－3mol·L－1C