第3讲电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护.docx

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第3讲电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护

第3讲　电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护

[考纲要求]　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。

了解金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。

考点一　电解的原理

1．电解定义

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．能量转化形式

电能转化为化学能。

3．电解池

（1）构成条件

（2）电极名称及电极反应式（如图）

（3）电子和离子移动方向

4．分析电解过程的思维程序

题组一　电解原理和电解规律的考查

1．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是（　　）

A．CuSO4B．NaOHC．BaCl2D．H2SO4

2．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是（　　）

3．右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。

通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。

下列实验现象描述正确的是（　　）

A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的

B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体

C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色

D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色

题组二　电极反应式、电解总方程式的书写

4．按要求书写有关的电极反应式及总方程式。

（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）用铁作电极电解NaCl溶液

阳极反应式______________________________________________________；

阴极反应式______________________________________________________；

总化学方程式____________________________________________________。

（4）用铜作电极电解盐酸溶液

阳极反应式_____________________________________________________；

阴极反应式_____________________________________________________；

总反应离子方程式________________________________________________。

5．Ⅰ.以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________________________________________________________________________。

Ⅱ.用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。

写出阳极生成R的电极反应式：

__________________。

6．CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：

2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2得到。

现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。

回答下列问题：

（1）阳极区的现象____________________________________________________。

（2）阳极电极反应式__________________________________________________。

　1.电解方程式的书写步骤

以写出用石墨作电极电解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。

阳离子：

Cu2＋、H＋；阴离子：

OH－、SO

。

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－>SO

。

第三步：

写电极反应式和总的电解方程式。

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。

根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

2．规避电解池中方程式书写的3个易失分点

（1）书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。

（2）要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。

（3）电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。

题组三　与酸、碱、盐的电解有关的实验设计

7．[2010·大纲全国卷Ⅱ，29

（1）

（2）（3）（4）（5）]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）

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管中发生反应的反应式：

_____________________________________；

（3）写出B管中发生反应的反应式：

_____________________________________；

（4）检验a管中气体的方法是___________________________________________

_____________________________________________________________________；

（5）检验b管中气体的方法是___________________________________________

____________________________________________________________________。

8．如图所示，用石墨电极电解氯化铜溶液。

查阅资料可

知，CuCl

显黄色，氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色；

向体积相同浓度分别为0.01mol·L－1,0.05mol·L－1,0.1

mol·L－1,0.5mol·L－1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和，

对比发现。

溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。

请回答下列问题：

（1）阳极上的气体呈________色，检验该气体可用___________________________。

（2）写出电解的离子方程式：

____________________________________________。

（3）实验时，装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色，原因是__________________

______________________________________________________。

（4）取出阴极的石墨棒，发现表面有浅蓝色固体，试设计实验探究此浅蓝色固体的成分：

_________________________________________________________________。

（5）为什么要设计连接后面的装置？

______________________________________。

考点二　电解原理的应用

1．电解饱和食盐水

2．电镀

3．电解精炼铜

4．电冶金

深度思考

1．

（1）电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？

（2）氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？

2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？

题组训练　电解原理的应用

1．工业废水中常含有一定量的Cr2O

，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。

该法用Fe作电极电解含Cr2O

的酸性废水，最终将铬转化为Cr（OH）3沉淀，达到净化目的。

下列有关说法不正确的是（　　）

A．电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极

B．阴极附近的沉淀只有Cr（OH）3

C．阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋

6Fe3＋＋7H2O

D．消耗1molCr2O

，将有336gFe消耗，因此要定期更换铁电极

2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。

（1）实验室用惰性电极电解100mL0.1mol·L－1NaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体（标准状况），则所得溶液的物质的量浓度是______________（忽略反应前后溶液体积的变化）。

（2）某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置

。

对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。

A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl

B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl

C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl

D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl

（3）实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe（OH）2沉淀。

某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe（OH）2沉淀，且较长时间不变色。

该同学换上的电解材料是__________（用元素符号表示），总的反应式是______________________________________________________________________。

3．某小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

（1）该电解槽的阳极反应式为___________________________________________。

此时通过阴离子交换膜的离子数________（填“大于”、“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数。

（2）制得的氢氧化钾溶液从出口______（填“A”、“B”、“C”或“D”）导出。

（3）通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因______________________

______________________________________________________________________。

（4）若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的反应式为_________________________________________________________________。

考点三　应对电化学定量计算的三种方法

1．计算类型

原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。

2．方法技巧

（1）根据电子守恒计算

。

（2）根据总反应式计算

（3）根据关系式计算

题组一　电化学的有关基本计算

1．两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。

当电解液的pH从6.0变为3.0时，（设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计）电极上析出银的质量最大为（　　）

A．27mgB．54mgC．106mgD．216mg

2．在如图中，甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g，则

（1）电源E为________极，F为________极。

（2）A极的电极反应式为_____________________________________________，

析出物质______mol。

（3）B极的电极反应式为________________________________________________，

析出气体________mL（标准状况）。

（4）C极的电极反应式为_____________________________________________，

析出的物质________mol。

（5）D极的电极反应式为_____________________________________________，

析出气体________mL（标准状况）。

（6）甲烧杯中滴入石蕊试液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到______溶液。

题组二　分阶段电解的相关计算

3．500mLKNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO

）＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体（标准状况下），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（　　）

A．原混合溶液中c（K＋）为0.2mol·L－1

B．上述电解过程中共转移0.2mol电子

C．电解得到的Cu的物质的量为0.05mol

D．电解后溶液中c（H＋）为0.2mol·L－1

4．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后，用石墨

电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线

如右图所示，则下列说法错误的是（　　）

A．阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出

H2

B．AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生Cu

C．BC段表示在阴极上是H＋放电产生了H2

D．CD段相当于电解水

5．

（1）用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液（不考虑电解过程中溶液体积的变化），通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。

（2）如果向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。

（3）如果向所得的溶液中加入0.1molCu2（OH）2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑CO2的溶解），电解过程中转移的电子为________mol。

考点四　金属的腐蚀和防护

1．金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。

2．金属腐蚀的类型

（1）化学腐蚀与电化学腐蚀

（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：

铁锈的形成：

3．金属的防护

（1）电化学防护

①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理

②外加电流的阴极保护法—电解原理

（2）改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。

（3）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

深度思考

1．下列有关金属腐蚀的叙述正确的是（　　）

A．金属越纯越不易被腐蚀

B．干燥环境下金属不被腐蚀

C．铜一定比铁难腐蚀

D．金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀

2．下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是（　　）

选项

方法

对相应方法的描述

A

改变金属内部的组成结构

此法实际上是将金属制成合金，增强抗腐蚀能力

B

在金属表面覆盖保护层

保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用

C

外加电流的阴极保护法

接外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极

D

牺牲阳极的阴极保护法

构成原电池，被保护的金属作正极

题组一　对金属腐蚀快慢的考查

1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为（　　）

A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥

C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥

2．相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是（　　）

　　　　　　　判断金属腐蚀快慢的规律

（1）对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：

电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。

（2）对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：

强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。

（3）活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。

（4）对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。

题组二　对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的考查

3

．按如图所示装置，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察（设水不蒸发）。

（1）若试管中液面上升，发生的是__________腐蚀，则正极反应式为

____________________________________________________________，

负极反应式为_______________________________________________。

要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是________。

（2）若试管中液面下降，发生的是__________腐蚀，正极反应式为_______________，

负极反应式为____________________________________________________。

要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是______________________________。

4．

如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的

雨水和生铁片。

实验时观察到：

开始时导管内液面下降，一段时

间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。

下列说法正确的是

（　　）

A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应

B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀

C．墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．具支试管中溶液pH逐渐减小

1．（2012·浙江理综，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．在阴极室，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，使平衡2CrO

＋2H＋

Cr2O

＋H2O向右移动

C．该制备过程中总反应的化学方程式为4K2CrO4＋4H2O

2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑

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1－

答案　D

解析　本题应结合电解的原理来具体分析、解决问题。

根据阴、阳离子的放电顺序可知，该电解池中的反应如下：

阴极：

4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、阳极：

2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极区K2CrO4溶液中存在平衡：

2CrO

＋2H＋

Cr2O

＋H2O，H＋浓度增大，使该平衡右移生成Cr2O

。

故电解池中的总反应式可写成4K2CrO4＋4H2O

2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑。

故A、B、C项均正确。

D项，设K2CrO4转化为K2Cr2O7的转化率为α，则：

　　　　　2K2CrO4～K2Cr2O7

初始量20

转化量2αα

最终量2－2αα

则有

＝

＝d

解得α＝2－d，D项错误。

2．（2012·海南，10）下列叙述错误的是（　　）

A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱

B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈

C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液

D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀

答案　C

解析　选项A，生铁中的碳和铁可以在铁的表面构成无数微小的原电池，能加速铁的锈蚀；选项B，焊接处铁、锡形成无数微小原电池，加速铁的腐蚀；选项C，电镀时，镀层金属铜作阳极，铁制品作阴极，用铜盐溶液作电镀液；选项D，由于Zn比Fe活泼，故镶嵌锌块的铁管不易被腐蚀。

3．（2012·上海，14）右图

装置中发生反应的离子方程式为Zn＋

2H＋―→Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是（　　）

A．a、b不可能是同种材料的电极

B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸

C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸

D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸

答案　A

解析　若该装置为电解池，则a、b两电极的材料可以都为Zn，选项A错误；在保证阳极为Zn时，该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸，选项B正确；在保证其中一电极的材料为Zn，另一电极的材料的活动性比Zn弱的情况下，该原电池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以，选项C、D正确。

4．（2012·山东理综，13）下列与金属腐蚀有关的说法正确的是（　　）

A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重

B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小

C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大

D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的

答案　B

解析　A项，插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；B项，开关由M改置于N时，Zn作负极，CuZn合金作正极，合金受到保护；C项，接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成；D项，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。

5．（2012·安徽理综，11）某兴趣小组设计如下微型实验装置。

实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。

下列有关描述正确的是（　　）

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为

2H＋＋2Cl－

Cl2↑＋H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

答案　D

解析　解答本题时应特别注意，金属Cu在电解池和原电池中作何种电极。

当断开K2，闭合K1时为电解池，由于两极都有气泡冒出，故相当于惰性电极电解饱和食盐水，故铜作阴极而石墨作阳极，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电池总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O

H2↑＋Cl2↑＋2OH－，A、B都错；当断开K1，闭合K2时组