届一轮复习人教版 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 学案.docx

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届一轮复习人教版电解池金属的电化学腐蚀与防护学案

学案一　电解原理及应用

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。

在此过程中，电能转化为化学能。

2．电解池

（1）概念：

电解池是把电能转化为化学能的装置。

（2）电解池的构成条件

¢Ù有外接电源；

¢Ú有与电解质溶液或熔融的电解质相连的两个电极；

¢Û形成闭合回路。

（3）电极名称及电极反应式（以电解CuCl2溶液为例）

总反应方程式：

CuCl2

Cu＋Cl2¡ü。

（4）电解池中电子和离子的移动

¢Ù电子：

从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。

¢Ú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．电解池中阴、阳极的判断方法

依据

判断方法

外接电源

正极连阳极，负极连阴极

电流方向

从阴极流出，从阳极流入

电子流向

从阳极流出，从阴极流入

离子流向

阴离子移向阳极，阳离子移向阴极

电极产物

阳极：

电极溶解、逸出O2（或极区变酸性）或Cl2；

阴极：

析出金属、逸出H2（或极区变碱性）

4.电解产物的分析方法

首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。

（1）阳极

¢Ù金属活性电极：

电极材料失电子，生成相应的金属阳离子。

¢Ú惰性电极：

溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物（阴离子放电顺序：

S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子）。

（2）阴极

溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物（阳离子放电顺序：

Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋）。

　　5.电解总反应方程式的书写

（1）必须在连接号上标明¡°电解¡±。

（2）只有电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物，如电解HCl溶液：

2HCl电解,H2¡ü＋Cl2¡ü。

（3）只有水被电解，只写水及电解产物即可。

如电解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液时，化学方程式应写为2H2O电解,2H2¡ü＋O2¡ü。

（4）电解质、水同时被电解，则都要写进化学方程式。

如电解饱和食盐水：

2NaCl＋2H2O电解,H2¡ü＋Cl2¡ü＋2NaOH。

[对点练习]

1．判断下列说法的正误（正确的打¡°√¡±，错误的打¡°¡Á¡±）。

（1）任何化学反应都可以设计成电解池反应　（　　）

（2）电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程（　　）

（3）某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现（　　）

（4）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（　　）

（5）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大（　　）

（6）电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应（　　）

（7）用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变（　　）

（8）用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu（OH）2可使电解质溶液恢复到电解前的情况（　　）

答案：

（1）¡Á　

（2）¡Ì　（3）¡Ì　（4）¡Á　（5）¡Á　（6）¡Á（7）¡Á　（8）¡Á

2.如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。

则下列有关判断中正确的是（　　）

A．a为正极、b为负极

B．c为阴极、d为阳极

C．电解过程中，d电极质量增加

D．电解过程中，Cl－浓度不变

解析：

选A　由电子流向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，c极：

2Cl－－2e－===Cl2¡ü；d极：

2H＋＋2e－===H2¡ü，因此，B、C、D项均错。

3.（2016·全国乙卷）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SO

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SO

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0.5mol的O2生成

解析：

选B　A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2¡ü＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO

向正极迁移，正极区溶液的pH减小。

B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2¡ü＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。

C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高。

D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2¡ü＋4H＋，当电路中通过1mol电子的电量时，生成0.25molO2。

4．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是（　　）

A．AgNO3　　　CuCl2　　　Cu（NO3）2

B．KClNa2SO4CuSO4

C．CaCl2KOHNaNO3

D．HClHNO3K2SO4

解析：

选B　AgNO3、Cu（NO3）2、CuSO4等随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2等随电解的时行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl随电解的进行，电解的电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3电解的H2O，电解质浓度增大，对应的碱液碱性更强，酸液酸性更弱。

[规律方法]

应用1　电解饱和食盐水

1．电极反应

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2¡ü（反应类型：

氧化反应）。

阴极：

2H＋＋2e－===H2¡ü（反应类型：

还原反应）。

2．总反应方程式

2NaCl＋2H2O电解,2NaOH＋H2¡ü＋Cl2¡ü

离子方程式：

2Cl－＋2H2O电解,2OH－＋H2¡ü＋Cl2¡ü。

3．应用：

氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。

应用2　电镀铜

应用3　电解精炼铜

应用4　电冶金

利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。

总方程式

阳极、阴极反应式

冶炼钠

2NaCl（熔融）电解

2Na＋Cl2¡ü

2Cl－－2e－===Cl2¡ü

2Na＋＋2e－===2Na

冶炼镁

MgCl2（熔融）电解

Mg＋Cl2¡ü

2Cl－－2e－===Cl2¡ü

Mg2＋＋2e－===Mg

冶炼铝

2Al2O3（熔融）电解

4Al＋3O2¡ü

6O2－－12e－===3O2¡ü

4Al3＋＋12e－===4Al

[对点练习]

1．（2017·广州综合测试）用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。

下列有关说法错误的是（　　）

A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2¡ü

B．通电后阴极区溶液pH会增大

C．K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区

D．纯净的KOH溶液从b口导出

解析：

选C　A项，阳极OH－放电，正确。

B项，阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2¡ü，故c（OH－）增大，pH增大，正确。

C项，电解时阳离子移向阴极，错误。

D项，阳极区的K＋透过阳离子交换膜移向阴极区，与阴极区的OH－结合成KOH，故D正确。

2．（2015·上海高考节选）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。

如图所示是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：

（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式：

_______________________________。

（2）离子交换膜的作用为：

_________________________________________、

____________________________________。

（3）精制饱和食盐水从图中________位置补充，NaOH溶液从图中________位置流出。

（填“a”、“b”、“c”或“d”）

解析：

（1）电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H＋在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl－在阳极失去电子，发生氧化反应，产生Cl2。

反应的离子方程式是2Cl－＋2H2O电解,Cl2¡ü＋H2¡ü＋2OH－。

（2）图中的离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH－进入阳极室，与Cl2发生反应，阻止Cl－进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。

同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充，精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H＋不断放电，附近的溶液显碱性，NaOH溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。

答案：

（1）2Cl－＋2H2O电解,Cl2¡ü＋H2¡ü＋2OH－

（2）阻止OH－进入阳极室，与Cl2发生副反应：

2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O　阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸　（3）a　d

3．

（1）¢Ù电镀时，镀件与电源的________极连接。

¢Ú化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。

若用铜盐进行化学镀铜，应选用________（填¡°氧化剂¡±或¡°还原剂¡±）与之反应。

（2）粗铜的电解精炼如图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式__________________________________

________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________________。

（3）以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法中正确的是________。

a．电能全部转化为化学能

b．粗铜接电源正极，发生氧化反应

c．溶液中Cu2＋向阳极移动

d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属

（4）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。

由有机阳离子、Al2Cl

和AlCl

组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。

钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为__________。

若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为__________________________________。

解析：

（1）①电镀池中，镀件就是待镀金属制品，为阴极，与电源的负极相连；镀层金属为阳极，与电源正极相连。

②要把铜从铜盐中置换出来，Cu2＋被还原，所以应加入还原剂。

（2）粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗

铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。

（3）粗铜电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收。

（4）在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中¡°不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应¡±，Al元素在熔融盐中以Al2Cl

和AlCl

形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

；在水溶液中，得电子能力：

H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2¡ü。

答案：

（1）¢Ù负　¢Ú还原剂　

（2）c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c（阳极）下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中　（3）b、d　（4）负　4Al2Cl

＋3e－===Al＋7AlCl

　H2

[学案验收·块块过]

1.如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

解析：

选D　SO

、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c（H＋）>c（OH－），石蕊溶液变红。

Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c（OH－）>c（H＋），石蕊溶液变蓝。

所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。

2．（2015·四川高考）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．用石墨作阳极，铁作阴极

B．阳极的电极反应式：

Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O

C．阴极的电极反应式：

2H2O＋2e－===H2¡ü＋2OH－

D．除去CN－的反应：

2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2¡ü＋2CO2¡ü＋5Cl－＋H2O

解析：

选D　A项，若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，A项正确；B项，阳极Cl－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项，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项，由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2¡ü＋2CO2¡ü＋5Cl－＋2OH－，D项错误。

3．如图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为500mL某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6g。

下列有关说法中不正确的是（　　）

A．X电极是阴极

B．Y电极产生气体的体积为0.28L

C．电解后溶液的pH＝1

D．要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的CuO或CuCO3

解析：

选B　根据X电极上有Cu析出，可以判断X为阴极，Y为阳极，X电极增重1.6g，即析出Cu的物质的量为0.025mol，电极反应式为

阴极X：

2Cu2＋＋4e－　===　2Cu

　　　　　0.05mol　0.025mol

阳极Y：

4OH－－4e－===2H2O＋O2¡ü

　　　　　0.05mol　　　

mol

C项，c（H＋）＝

＝0.1mol·L－1，pH＝1；

B项，在标准状况下产生O2的体积应为

mol¡Á22.4L·mol－1＝0.28L。

4.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。

下列说法正确的是（　　）

A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2¡ü

B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变

C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜

D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁

解析：

选D　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，使得溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。

5．（2016·北京高考）用石墨电极完成下列电解实验。

实验一

实验二

装置

现象

a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化

两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生¡¡

下列对实验现象的解释或推测不合理的是（　　）

A．a、d处：

2H2O＋2e－===H2¡ü＋2OH－

B．b处：

2Cl－－2e－===Cl2¡ü

C．c处发生了反应：

Fe－2e－===Fe2＋

D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜

解析：

选B　根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2¡ü＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2¡ü，Cl2溶于水生成盐酸和HClO：

Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成Fe2＋，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成Cu2＋，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来Cu2＋移到m处，m处Cu2＋得到电子生成单质铜，故D选项正确。

6．（2017·湖北天门模拟）工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。

已知：

¢ÙNi2＋在弱酸性溶液中发生水解；

¢Ú氧化性：

Ni2＋（高浓度）>H＋>Ni2＋（低浓度）。

下列说法不正确的是（　　）

A．碳棒上发生的电极反应：

4OH－－4e－===O2¡ü＋2H2O

B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小

C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH

D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变

解析：

选B　A项，阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2¡ü，阴极：

Ni2＋＋2e－===Ni,2H＋＋2e－===H2¡ü，正确；B项，由于C中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C移向B，A中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A移向B，所以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋（低浓度）的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。

7．按要求书写电极反应式和总方程式

（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Fe作电极电解NaCl溶液

阳极反应式_____________________________________________________；

阴极反应式___________________________________________________；

总反应化学方程式__________________________________________________。

（4）用Fe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________________________________________________________。

（5）用Cu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____________________________________________________。

（6）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_______________________________________________________。

（7）以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

阳极反应式_______________________________________________________；

阴极反应式__________________________________________________________；

总反应离子方程式___________________________________________________________。

（8）用Al单质作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液

阳极反应式________________________________________________________；

阴极反应式_______________________________________________________；

总反应离子方程式_________________________________________________________。

（9）用惰性电极电解熔融MgCl2

阳极反应式________________________________________________________；

阴极反应式_________________________________________________________；

总反应离子方程式_________________________________________________。

答案：

（1）4OH－－4e－===O2¡ü＋2H2O

4Ag＋＋4e－===4Ag

4Ag＋＋2H2O

4Ag＋O2¡ü＋4H＋

（2）2Cl－－2e－===Cl2¡ü　2H＋＋2e－===H2¡ü

Mg2＋＋2Cl－＋2H2O

Mg（OH）2¡ý＋Cl2¡ü＋H2¡ü

（3）Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2¡ü

Fe＋2H2O

Fe（OH）2¡ý＋H2¡ü

（4）Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）2¡ý

2H2O＋2e－===H2¡ü＋2OH－

Fe＋2H2O

Fe（OH）2¡ý＋H2¡ü

（5）Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2¡ü