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电解第二节电解池金属的电化学腐蚀与防护【高考新动向】考点梳理（三年12考高考指数:★★★★）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。【考纲全景透析】一、电解原理1.电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程．2.电解池：(也叫电解槽)把电能转变为化学能的装置．3．电解池的组成和工作原理（以电解CuCl2溶液为例）总反应方程式：Cu2++2Cl-====Cl2↑+Cu二、电解原理的应用1．电解饱和食盐水(1)电极反应：阳极2Cl－－2e－====Cl2↑阴极2H＋＋2e－====H2↑(2)总反应方程式：2NaCl+2H2O====2NaOH+Cl2↑+H2↑(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。2．电镀铜或电解精炼铜电镀（Fe上镀Cu）电解精炼铜阳极电极材料铜粗通（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）电极反应Cu-2e-====Cu2+Cu-2e-====Cu2+Zn-2e-====Zn2+Fe-2e-====Fe2+电解Ni-2e-====Ni2+阴极电极材料铁纯铜电极反应Cu2++2e-====Cu电解质溶液CuSO4溶液注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉在电解池底部形成阳极泥。3．电解冶炼钠(电解熔融NaCl)⑴电极反应：阳极：2Cl-—2e-==Cl2↑阴极：2Na++2e-==2Na⑵总反应方程式：2NaCl====2Na+Cl2↑⑶应用：冶炼Na、Mg、Al等活泼金属。三、金属的腐蚀与防护1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体或非电解质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触特点无电流产生有电流产生本质金属失电子变成金属阳离子而被氧化（M—ne-==Mn+）金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较析氢腐蚀吸氧腐蚀条件金属在较强的酸性溶液中金属在中性或酸性很弱的溶液中电极反应负极(Fe)：Fe－2e-＝Fe2+正极(C)：2H+＋2e-＝H2↑负极(Fe)：2Fe－4e-＝2Fe2+正极(C)：2H2O＋O2＋4e-＝4OH-发生情况相对较少，腐蚀速率一般较快非常普遍，腐蚀速率一般较慢联系两种腐蚀常相继发生，吸氧腐蚀为主3.金属的防护(1)加防护层，如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。(2)电化学防护①牺牲负极的正极保护——原电池原理正极：被保护的金属设备。负极：比被保护的金属活泼的金属。②外加电流的阴极保护——电解原理阴极：被保护的金属设备。阳极：惰性电极(3)添加缓蚀剂。【热点难点全析】※考点一原电池、电解池、电镀池的比较类型原电池电解池本质化学能转化为电能电能转化为化学能装置判断无外加电源有外加电源电极判断负极：还原性较强的极或电子流出的极正极：还原性较弱的极或电子流入的极阳极：与直流电源正极相连的极阴极：与直流电源负极相连的极电极上的反应（1）负极本身或还原剂失去电子发生氧化反应（2）正极：溶液中某些阳离子或氧化剂得到电子（1）阳极发生氧化反应即阳极金属或溶液中阴离子失去电子的反应（2）阴极本身不反应，溶液中的阳离子得到电子发生还原反应电子流向负极→外电路→正极电源负极→由导线→阴极→由溶液→阳极→电源正极电流方向正极→外电路→负极电源正极→由导线→阳极→由溶液→阴极→电源负极应用铅蓄电池电镀、精炼、冶金【警示】(1)判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源，有时并无外加电源，存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源，另一个装置则是电解池。(2)二次电池的放电过程是原电池，充电过程是电解池。原电池的两极称为正、负极，是由两极材料的相对活泼程度决定。(原电池的正、负极在内电路中有时也分别称为阴极、阳极)电解池的两极称为阴、阳极，是由外接电源决定。无论是原电池还是电解池，阳离子总是向阴极移动，阴离子总是向阳极移动。1．电极产物的判断阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，要注意到金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。2．电极方程式、电解方程式的书写书写电解反应的一般步骤是：以写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。第一步：明确溶液中存在哪些离子溶液中的阳离子：Cu2＋、H＋，阴离子：OH－、SO2－4。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序阴极：Cu2＋H＋阳极：OH－SO2－4第三步：写电极反应式和总的电解方程式阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋使得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2Cu2＋＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋4H＋(离子方程式)或2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu＋O2↑＋2H2SO4。[注意]①上述例子中的电极若换成铜棒，阳极电极反应式为：Cu－2e－===Cu2＋，阴极电极反应式不变。②电极反应式的书写要以实际放电的离子表示，但电解方程式的书写中，弱电解质要以分子式的形式书写。如本例中的阳极反应式可写为OH－，但是电解总反应方程式则必须写为H2O。【典例1】(2012·潍坊模拟)有关下列装置的叙述不正确的是()A.图①铝片发生的电极反应式是：Al+4OH--3e-====AlO2-+2H2OB.图②发生析氢腐蚀，离子方程式为：Fe+2H+====Fe2++H2↑C.图③溶液中发生的变化：4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3D.图④充电时，阳极反应是：PbSO4+2H2O-2e-====PbO2+SO42-+4H+【解析】选B。图①中铝片作负极，镁片作正极，铝被氧化；图②发生析氢腐蚀，但醋酸为弱电解质，不能拆分；图③发生吸氧腐蚀，空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化；图④是铅蓄电池，放电时，PbO2被还原为PbSO4，充电时，硫酸铅被氧化为二氧化铅。※考点二电解规律及电解的相关计算1．以惰性电极电解电解质溶液的类型类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴：2H++2e-==H2↑阳：2OH--4e-==2H2O+O2↑NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水分解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小氯化铜放H2阴极：H2O放H2生碱NaCl电解质和生成新增大氯化氢生碱型阳极：电解质阴离子放电水电解质放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜2.电解时的放电顺序与电极产物的判断（1）电解池电极的判断（2）电解时电极产物的判断①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，阴离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根＞F－。②阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋。3.电解池中有关量的计算或判断解题依据是得失电子守恒，其解题方法有守恒法、总反应式法、关系式法。(1)根据守恒法计算：用于串联电路、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。(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。【典例2】用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1mol碱式碳酸铜［Cu2(OH)2CO3］后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)。则电解过程中共转移电子的物质的量是()A.0.8molB.0.6molC.0.5molD.0.4mol【解析】选B。加入0.1mol碱式碳酸铜［Cu2(OH)2CO3］恢复原状，可将0.1mol［Cu2(OH)2CO3］分解成0.2molCuO、0.1molH2O、0.1molCO2(因它可从溶液中跑掉，可忽略)，由此说明有0.2mol硫酸铜电解完成后，又有0.1molH2O发生电解，故电子转移的物质的量应为电解CuSO4和电解水电子转移的量之和：0.4mol+0.2mol=0.6mol。【高考零距离】【2012年高考】1、（2012·浙江高考·10）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：下列说法不正确的是A．在阴极式，发生的电极反应为：2H2O＋2e－2OH―＋H2↑B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，平衡224CrO＋2H＋227CrO＋H2O向右移动C．该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO4＋4H2O通电2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋2O2↑D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比（nK/nCr）为d，则此时铬酸钾的转化率为α＝1-0.5d【解题指南】解答本题时应注意以下两点：（1）看清阴阳极的电极材料；（2）阴阳极上放电的离子分析。【解析】选D。有反应的装置分析，惰性电极为阳极，则电解该溶液的实质是电解水，所以阳极是溶液中的氢氧根离子失电子，而阴极是氢离子得电子，故在阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－2OH―＋H2↑，A对；由于阳极氢氧根放电所以剩余大量的氢离子会使氢离子的浓度变大，故使平衡224CrO＋2H＋227CrO＋H2O向右移动，B对；根据阴阳极放电的离子可以得知总反应为4K2CrO4＋4H2O通电2K2Cr2O7|阳离子交换膜KOH稀溶液不锈钢惰性电极24KCrO溶液＋4KOH＋2H2↑＋2O2↑，C对；根据B选项中的转化关系，阳极4K2CrO4~2K2Cr2O7，设共有4molK2CrO4，则在阳极每转化xmolK2CrO4，就减少xmol钾离子，即nK/nCr=（8-x）：4=d，解得铬酸钾的转化率为α＝x/4=(8-4d)/4=2-d，D不正确。2、（2012·海南高考·3）下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2B.NaOH、CuSO4、H2SO4C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2【解析】考查基本电解原理。电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属活动顺序表位于铜之前，阴离子不是简单离子。【答案】C3、（2012·海南高考·4）下列实验操作正确的是A．可用氨水除去试管内壁上的银镜B．硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中C．将三氯化铁溶液蒸干，可制得无水三氯化铁D．锌与稀硫酸反应时，要加大反应速率可滴加少量硫酸铜【解析】银镜用稀硝酸除去；硅酸钠是一种矿物胶不能用玻璃塞的瓶；蒸干三氯化铁时FeCl3水解，得不到晶体。【答案】D4、（2012·广东高考·7）化学与生活息息相关，下列说法不正确的是A用食醋可除去热水壶内壁的水垢B淀粉，油脂和蛋白质都是高分子化合物C自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致D新型复合材料使手机、电脑等电子产品