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第三单元电解原理金属的腐蚀与防护学习任务1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)电解池是把电能转化为化学能的装置。3．电解池的组成和工作原理(以电解CuCl2溶液为例)总反应式：CuCl2=====通电Cu＋Cl2↑。4．电子和离子移动方向(1)电子：从电源的负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。(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。5．分析电解过程的思维程序(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)其次分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。排出阴、阳两极的放电顺序。阴极：Ag＋Fe3＋Cu2＋H＋(酸)Pb2＋Sn2＋Fe2＋Zn2＋H＋(水)Al3＋Mg2＋Na＋Ca2＋K＋。阳极：活泼电极S2－I－Br－Cl－OH－含氧酸根离子。(3)然后分析电极反应，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。(4)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。6．电解规律(用惰性电极电解)电解质电极反应被电解总化学方电解质溶液电解质溶(水溶液)式的物质程式或离子方程式浓度pH液复原方法含氧酸(如H2SO4)阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====通电O2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱(如NaOH)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－水2H2O=====通电O2↑＋2H2↑增大增大加H2O续表电解质(水溶液)电极反应式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原方法活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2O=====通电O2↑＋2H2↑增大不变加H2O无氧酸(如HCl，除HF外)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑酸2HCl=====通电Cl2↑＋H2↑减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2，除氟化物外)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu盐CuCl2=====通电Cu＋Cl2↑减小—加CuCl2固体活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑水和盐2Cl－＋2H2O=====通电Cl2↑＋H2↑＋2OH－生成新电解质增大通入HCl气体不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu水和盐2Cu2＋＋2H2O=====通电2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO31．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。(1)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：_______________________________________。(2)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：_____________________________________。(3)用铜做电极电解NaCl溶液阳极反应式：___________________________________________；阴极反应式：___________________________________________；总反应化学方程式：____________________________________。(4)用铜做电极电解盐酸阳极反应式：___________________________________________；阴极反应式：____________________________________________；总反应离子方程式：______________________________________。答案：(1)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑4Ag＋＋4e－===4Ag4Ag＋＋2H2O=====通电4Ag＋O2↑＋4H＋(2)2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=====通电Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(3)Cu－2e－===Cu2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu＋2H2O=====通电Cu(OH)2＋H2↑(4)Cu－2e－===Cu2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu＋2H＋=====通电Cu2＋＋H2↑2．(教材改编题)下列关于铜电极的叙述正确的是()A．铜锌原电池中铜一般做负极B．电解熔融氯化钠制钠时用铜做阳极C．在镀件上电镀铜时用金属铜做阳极D．电解稀硫酸制H2、O2时铜做阳极解析：选C。A项，锌比铜活泼，故铜一般做正极，错误；B项，电解熔融氯化钠时用铜做阳极，阳极上Cl－不能失电子生成Cl2，错误；C项，电镀时，待镀金属做阴极，镀层金属为阳极，正确；D项，电解H2SO4制H2、O2时，阳极必为惰性电极，错误。3．(2020·淮安高三检测)用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是()A．a端是直流电源的负极B．通电使CuCl2发生电离C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===CuD．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体解析：选A。A项铜离子移向阴极，则a为负极。B项，CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生。C项，反应Cu2＋＋2e－===Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－===Cl2↑。D项，通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。(2)最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－OH－；阴极：Ag＋Cu2＋H＋。(3)电解水溶液时，K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、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。提升一电解原理和电解规律的考查1．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变小解析：选D。以石墨为电极，电解KI溶液，阴离子在阳极的放电能力：I－OH－。阳离子在阴极的放电能力：H＋K＋。所以该电解反应的方程式是2KI＋2H2O=====通电I2＋H2↑＋2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近淀粉遇碘单质变为蓝色；在阴极逸出H2，由于产生OH－，溶液显碱性，使酚酞溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。2．(双选)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO2－4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A．通电后中间隔室的SO2－4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25mol的O2生成解析：选BD。该装置为电解池。H2O在正(阳)极区放电，生成O2和H＋，正(阳)极区溶液pH减小，中间隔室中的阴离子SO2－4通过cd离子交换膜移向正(阳)极，故正(阳)极区可得到H2SO4；当电路中通过1mol电子时生成0.25molO2；H2O在负(阴)极区放电，生成OH－和H2，负(阴)极区溶液pH增大，中间隔室中的阳离子Na＋通过ab离子交换膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到NaOH，A、C项错误，B、D项正确。提升二电极反应式的书写3．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()A．用石墨做阳极，铁做阴极B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2OC．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O解析：选D。A.由题干信息可知，Cl－在阳极放电生成ClO－，则阳极应为惰性电极，A项正确；B.Cl－在阳极放电生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，B项正确；C.阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O提供阳离子(H＋)，C项正确；D.由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D项错误。4．(1)PbO2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)(2017·高考江苏卷)电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为_______________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。解析：(1)阳极发生氧化反应，即Pb2＋失去电子被氧化生成PbO2，同时考虑盐溶液水解得到的强酸性环境；阴极发生还原反应，即氧化性强的Cu2＋得到电子生成铜；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极Pb2＋得电子变为Pb，这样就不能有效利用Pb2＋。(2)阳极上H2O失去电子生成O2和H＋，H＋可以与CO2－3反应生成HCO－3。阴极上H2O得到电子生成H2和OH－。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)4CO2－3＋2H2O－4e－===4HCO－3＋O2↑H2电解池电极反应式的书写——“二判二析一写”提升三有关电解的计算5．(2020·开封高三模拟)用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10－3mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是()A．阳极上析出3.6mLO2(标准状况)B．阴极上析出32mgCuC．阴极上析出11.2mLH2(标准状况)D．阳极和阴极质量都无变化解析：选B。用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。当有1×10－3mol的OH－放电时，生成标准状况下的O2为5.6mL，在阴极上析出32mgCu，阴极质量增加。6．在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。试回答下列问题：(1)电源中X为直流电源的________极。(2)pH变化：A________，B________，C_______