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2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《电解池与金属腐蚀与保护》【知识梳理】一、电解池的工作原理1．定义：将电能转变成化学能的装置。2.形成条件：两电极接直流电源；两电极（一般为惰性电极）同时插入同一电解质溶液；用导线相互连接组成闭合回路。3．电极判断：4.电极反应：阳极上发生失电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应。电子的流向从电源的负极到电解池的阴极，再从电解池的阳极到电源的正极。（1）阳极：若为惰性电极，则电极本身不反应，溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应。阴离子放电顺序(还原性强弱顺序)：S2―＞I―＞Br―＞Cl―＞OH―＞NO3-＞SO42-＞F－；若为活性电极：则电极本身失去电子，发生氧化反应。阴极：（2）电极本身不反应，溶液中阳离子在阴极上获得电子，发生还原反应。放电顺序：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。5.电解规律：例题1、下列说法正确的是。①用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极②电解稀硫酸制H2和O2时铜做阳极③可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀④电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极⑤电解是把电能转化成化学能⑥任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生⑦在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法⑧与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀⑨钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀⑩用如图装置电解精炼铝⑪可充电电池在充电的时候是电解池⑫氯碱工业中,烧碱在阳极区生成[指点迷津]根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：①阳离子放电顺序表中前一个c(H＋)与其他离子的浓度相近，后一个c(H＋)很小，来自水的电离；②Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，但第一阶段只能被还原到Fe2＋；③Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下放电。二、电解规律的应用1.电解饱和食盐水制取烧碱：离子交换膜电解槽主要由阳极（用金属钛网制成，涂有钛、钌等氧化物涂层）、阴极（由碳钢网制成，上面涂有镍涂层）、离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等组成。离子交换膜只允许阳离子通过，而阻止阴极离子和气体通过。（1）原理：①阳极（用石墨）：2Cl―－2e－=Cl2↑②阴极（用Fe）：2H＋+2e－=H2↑③总反应：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑（2）和食盐水的精制：电解前应除去食盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SO42―等杂质离子，加入试剂依次为NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸（或将BaCl2溶液和NaOH溶液的顺序互换）。2.电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀是一种特殊的电解，要求镀件必须作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的可溶性盐溶液作电解质溶液（作为电镀液）。（1）形成条件：①电解时，镀层金属作阳极；②镀件作阴极；③含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；④用直流电源。（2）特征：①阳极本身放电被氧化；②宏观上看无新物质生成；③电解液的总量、浓度、pH均不变。3.电解精炼粗铜时，阳极材料是粗铜，阴极材料是精铜，电解质溶液是CuSO4溶液(或Cu(NO3)2溶液)。粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时放电：Zn－2e－=Zn2+、Fe－2e－=Fe2+、Ni－2e－=Ni2+、Cu－2e－=Cu2＋，位于金属活动性顺序铜之后的金、银等金属杂质，因为失去电子能力比Cu弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而以阳极泥的形式沉积下来，阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。长时间电解后，电解质溶液必须补充。4.冶炼活泼金属：Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。2NaCl2Na+Cl2↑(制Na)MgCl2Mg+Cl2↑(制Mg)2Al2O34Al+3O2↑(制Al)例题2、（1）电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸(H2C2O3),装置如下图所示,写出复合膜电极的电极反应式:。（2）解NO制备NH4NO3,其工作原理如下图所示。为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质有A,A是,说明理由:。（3）电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应式为。一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlCl4-和Al2Cl7-两种离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极Al的电极反应式为。（4）电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如图，电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极，A极为________，电极反应式为________，B极为________，电极反应式为_______________。（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－=====电解FeO2－4＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO2－4，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)，电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是__________________________。（6）次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：写出阳极的电极反应式：_________________________________________，分析产品室可得到H3PO2的原因：______________________________________。（7）利用下图所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为＋1价)，其原理是NH4Cl＋2HCl=====电解NCl3＋3H2↑，b接电源的(填“正”或“负”)极，阳极反应式是。（8）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。图中a极要连接电源的(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是，SO2－3放电的电极反应式为，电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因。（9）电化学沉解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO－3的原理如图，电源正极为(填“A”或“B”)，阴极反应式为。（10）电解法也可以利用KHCO3使K2CO3溶液再生。其原理如下图所示，KHCO3应进入(填“阴极”或“阳极”)室。结合方程式简述再生K2CO3的原理是。三、金属的腐蚀与保护1．金属的腐蚀的定义：金属的腐蚀指金属或合金周围接触到气体或液体，失去电子被氧化而消耗进行化学反应而腐蚀损耗的过程。2．金属的腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。3．金属的腐蚀的分类：金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀电化腐蚀一般条件金属直接和强氧化剂接触不纯金属，表面潮湿反应过程氧化还原反应，不形成原电池。因原电池反应而腐蚀有无电流无电流产生有电流产生反应速率电化腐蚀＞化学腐蚀结果使金属腐蚀使较活泼的金属腐蚀相互关系化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍危害更严重4．电化学腐蚀的常见类型：电化学腐蚀常分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性很弱或呈中性水膜酸性较强正极反应O2+4e-+2H2O==4OH-2H++2e-==H2↑负极反应Fe－2e-==Fe2+Fe－2e-==Fe2+腐蚀作用是主要的腐蚀类型，具有广泛性发生在某些局部区域内5．金属的防护：方法措施金属表面覆盖保护层涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料；镀耐腐蚀的金属或合金；用化学方法钝化使金属表面形成一层致密的氧化物膜电化学保护法外加电流的阴极保护法(电解池原理)如钢闸门接低压直流电负极，石墨接电源正极作阳极，浸入水中；牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理)，如船壳上钉上锌块改变金属的内部结构普通钢铁加入铬、镍等转变为不锈钢等6．金属腐蚀快慢的规律：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护腐蚀措施的腐蚀；同种金属的腐蚀在强电解质中弱电解质中非电解质中；泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快；对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。例题3、我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为______________________。(2)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。①腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”)；②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_______________________________________________；③若生成4.29gCu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。【课时练习】1．为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是（）A．在精密机床的铁床上安装铜螺钉B．在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中C．在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里D．在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极2．关于下列各装置图的叙述中，不正确．．．的是（）A．用装置①精炼铜，则a极为粗铜，电解质溶液为CuSO4溶液B．用装置①进行电镀，镀件接在b极上C．装置②的总反应是：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋D．装置③中的铁钉几乎没被腐蚀3．以铜银合金(含少量铁)废料为原料回收银和铜的工艺流程如下：下列说法正确的是A．粗铜溶于过量稀硝酸，过滤、低温干燥得纯铜B．电解时用粗银作阴极，硝酸银溶液为电解质溶液C．用稀硫酸处理渣料时主要发生了氧化还原反应D．从滤液B中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O)4．利用偏铝酸钠（NaA1O2）溶液电解法制备氢氧化铝的简易装置如图所示，其中两电极均为惰性电极。下列说法正确的是（）A．电极A为阳极B．气体b为H2C．所得料浆液的pH大于原料NaA1O2溶液的pHD．该方法总反应方程式是：4NaA1O2+10H2O4A1(OH)3+4NaOH+O2↑+2H2↑5．“84”消毒液(主要成分为NaClO)广泛应用于杀菌消毒。某化学学习小组用甲烷燃料电池电解饱和食盐水制备“84”消毒液，装置如图所示，a、b、c、d均为惰性电极，下列说法正确的是A．c是阳极B．甲烷发生的电极反应方程式为CH4-8e-+8OH-=CO2↑+6H2OC．消耗2.24L(标准状况)甲烷，K+通过交换膜向左室移动0.8molD．电解装置中的总反应为NaCl+H2O===电解NaClO+H2↑6．如图所示装置中，电极Ⅰ的材料为Al，其他电极均为Cu，盐桥为琼脂饱和K2SO4。下列说法正确的是A．电极Ⅰ为负极，发生还原反应B．盐桥中的2-4SO向甲烧杯移动C．丙烧杯中的能量变化为化学能转化为电能D．Ⅳ的电极反应式：4OH--4e-==O2↑+2H2O7．钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，下列有关说法中错误．．的是（）A．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数的微小原电池B．铁电极发生氧化反应C．负极的电极反应方程式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－D．放置一段时间后，铁片上有铁锈出现8．以铅蓄电池为电源．将CO2转化为乙烯的装置如图所示，电解所用电极材料均为惰性电极。下列说法不．正确．．的