高考化学大一轮总复习第八章化学反应中的能量变化电化学电解池金属的电化学腐蚀与防护学案39新人教版.docx

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高考化学大一轮总复习第八章化学反应中的能量变化电化学电解池金属的电化学腐蚀与防护学案39新人教版

学案39　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

[考纲要求]　1.了解电解池的工作原理，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。

知识点一　电解池、电解原理

1．电解原理

（1）电解：

使________通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在__________引起

____________________的过程。

（2）电解池（也叫电解槽）：

把____能转化为________能的装置。

（3）电极名称与电极反应：

与电源正极相连的为________，发生________反应；

与电源负极相连的为________，发生________反应。

2．电解CuCl2溶液（如右图所示）

（1）阳极反应：

________________________________________________________________________

（2）阴极反应：

________________________________________________________________________

（3）总方程式：

________________________________________________________________________

问题思考

1．电解质的电离和溶液的导电有什么联系？

2．电解池的阴、阳极与电极材料有什么关系？

知识点二　电解原理的应用

1．电解饱和食盐水

（1）电极反应

阳极反应式：

________________________________________________________________________

（________反应）

阴极反应式：

________________________________________________________________________

（________反应）

（2）总反应方程式：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

离子反应方程式：

2Cl－＋2H2O

2OH－＋H2↑＋Cl2↑

（3）应用：

氯碱工业制________、________和________。

2．电镀

右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：

（1）镀件作____极，镀层金属银作____极。

（2）电解质溶液是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）电极反应：

阳极：

________________________________________________________________________；

阴极：

________________________________________________________________________。

（4）特点：

____极溶解，____极沉积，电镀液的浓度

________________________________________________________________________。

3．电解精炼铜

（1）电极材料：

阳极为________；阴极为________。

（2）电解质溶液：

含Cu2＋的盐溶液。

（3）电极反应：

阳极为

________________________________________________________________________；

阴极为

________________________________________________________________________。

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。

（1）冶炼钠

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

电极反应：

阳极：

________________________________________________________________________，

阴极：

________________________________________________________________________。

（2）冶炼铝

2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

电极反应：

阳极：

________________________________________________________________________，

阴极：

________________________________________________________________________。

问题思考

3．如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物？

4．电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？

5．用惰性电极电解，若要使电解后的溶液复原，应怎样操作？

知识点三　金属的腐蚀和防护

1．金属腐蚀的本质

金属原子________变为________，金属发生________。

2．金属腐蚀的类型

（1）化学腐蚀与电化学腐蚀

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属跟__________接触

不纯金属或合金跟________________接触

现象

____电流产生

______电流产生

本质

金属被____

较活泼金属被________

联系

两者往往同时发生，________腐蚀更普遍

（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀

以钢铁的腐蚀为例进行分析：

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

电极反应

负极

正极

总反应式

联系

________更普遍

问题思考

6．铁锈是怎样形成的？

3．金属的防护

（1）电化学防护

①牺牲阴极的阳极保护法—________原理

a．________：

比被保护金属活泼的金属；

b．________：

被保护的金属设备。

②外加电流的阴极保护法—________原理

a．________：

被保护的金属设备；

b．________：

惰性金属。

（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。

一、电解池的电极及电极产物的判断

1．如何分析电解池中的两极变化？

2．如何判断电解池的电极产物及书写电极反应式和总反应式？

典例导悟1

　将含有KCl、CuCl2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。

有以下结论：

①溶液中几乎没有Cl－　②电解质溶液为无色　③最终溶液显碱性　④K＋、Na＋、SO

的浓度几乎没有变化

正确的是（设全部气体从溶液中出）（　　）

A．①②③　　　B．仅③　　　C．①④　　　D．均正确

听课记录：

二、电解类型及有关计算

1．用惰性电极电解电解质溶液的类型如下表所示：

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：

4H＋＋4e－===2H2↑

阳：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑

NaOHH2SO4Na2SO4

电解

电解

质型

电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电

HCl

CuCl2

放H2

生碱

型

阴极：

H2O放H2生碱

阳极：

电解质阴离子放电

NaCl

放O2

生酸

型

阴极：

电解质阳离

子放电

阳极：

H2O放O2生酸

CuSO4

2.电解池中有关量的计算或判断

电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：

根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。

解题依据是得失电子守恒。

典例导悟2

（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。

3．比较金属腐蚀快慢

判断金属腐蚀快慢的规律

（1）电解池原理引起的腐蚀>__________引起的腐蚀>________腐蚀>有防护措施的腐蚀。

（2）对同一种金属来说，腐蚀的快慢：

强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。

（3）活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越________。

（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度

________________________________________________________________________，

腐蚀越快。

典例导悟3

　下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（　　）

A．④>②>①>③　　　　　　B．②>①>③>④

C．④>②>③>①D．③>②>④>①

题组一　电解原理及其应用

1．（2011·上海，16）用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是（　　）

A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片

B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片

C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物

D．用带火星的木条检验阳极产物

2．（2010·海南，9改编）利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（　　）

A．电解时以精铜作阳极

B．电解时阴极发生氧化反应

C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋

D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥

3.（2010·全国理综Ⅱ，29）

右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

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________；

（6）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是________________________________________________________________________。

题组二　金属的电化学腐蚀和防护

4．（2011·北京理综，8）结合下图判断，下列叙述正确的是（　　）

A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护

B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋

C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－

D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe（CN）6]溶液，均有蓝色沉淀

5．（2011·山东理综，15）以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（　　）

A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程

B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系

C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率

D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用

6．（2011·浙江理综，10）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，

在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如右图所示。

导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。

下列说法正确的是（　　）

A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移

B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－

C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈

D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋

7．（2010·北京理综，6）下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（　　）

A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护

B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀

C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀

D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋

题号

1

2

4

5

6

7

答案

题组三　电解的规律及有关计算

8．（2009·全国理综Ⅰ，28）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。

（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。

据此回答问题：

①电源的N端为________极；

②电极b上发生的电极反应为

________________________________________________________________________；

③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积。

④电极c的质量变化是__________g；

⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：

甲溶液

________________________________________________________________________；

乙溶液

________________________________________________________________________；

丙溶液

________________________________________________________________________；

（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？

题组一　电解原理及其应用

1．（2011·大同质检）如图a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解（电解液足量）。

下列说法正确的是（　　）

A．甲中a的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

B．电解时向乙中滴入酚酞溶液，c电极附近变红

C．向乙中加入适量盐酸，溶液组成可以恢复

D．当b极有64gCu析出时，c电极产生2g气体

题组二　电解的规律及有关计算

2．500mLNaNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO

）＝6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体22.4L（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（Na＋）＝6mol·L－1

B．电解后溶液中c（H＋）＝4mol·L－1

C．上述电解过程中共转移8mol电子

D．电解后得到的Cu的物质的量为2mol

3．用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。

则电解过程中转移的电子的物质的量为（　　）

A．0.4molB．0.5mol

C．0.6molD．0.8mol

题组三　金属的电化学腐蚀与防护

4．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确

的是（　　）

A．正极的电极反应式为：

2H＋＋2e－===H2↑

B．此过程中还涉及到反应：

4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3

C．此过程中铜并不被腐蚀

D．此过程中电子从Fe移向Cu

题号

1

2

3

4

答案

5.

如图水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察。

（1）若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀，电极反应：

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________。

（2）若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应：

负极：

________________________________________________________________________；

正极：

________________________________________________________________________。

题组四　实验探究

6．下列四种装置中，①盛200mL0.005mol·L－1硫酸铜溶液　②盛200mL0.01mol·L－1硫酸　③盛200mL氯化锌溶液　④盛200mL氯化钾溶液

（1）上述四种装置中，为电解池的是__________（用编号回答），装置①中两电极的电极反应式分别是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

（注明电极名称）；

（2）用离子方程式回答：

通电时装置④中的总反应式是

________________________________________________________________________，

溶液中可能发生的副反应是

________________________________________________________________________；

（3）工作一段时间后，测得导线上均通过0.002mol电子，则上述四种装置中溶液pH最小的是__________（用编号回答，溶液体积变化忽略不计）；

（4）若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，则Fe极上发生的反应是________________________________________________________________________，

C极上发生的反应是

________________________________________________________________________。

学案39　电解池　金属的电化学腐蚀与防护

【课前准备区】

知识点一

1．

（1）电流　阴、阳两极　氧化还原反应

（2）电　化学

（3）阳极　氧化　阴极　还原

2．

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑

（2）Cu2＋＋2e－===Cu

（3）CuCl2

Cu＋Cl2↑

知识点二

1．

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑　氧化　2H＋＋2e－===H2↑　还原

（3）烧碱　氯气　氢气

2．

（1）阴　阳

（2）AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的溶液

（3）Ag－e－===Ag＋

Ag＋＋e－===Ag

（4）阳　阴　不变

3．

（1）粗铜　纯铜

（3）Cu－2e－===Cu2＋　Cu2＋＋2e－===Cu

4．

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑

2Na＋＋2e－===2Na

（2）6O2－－12e－===3O2↑　4Al3＋＋12e－===4Al

知识点三

1．失去电子　金属阳离子　氧化反应

2．

（1）

化学腐蚀

电化学腐蚀

条件

金属跟非金属单质直接接触

不纯金属或合金跟电解质溶液接触

现象

无电流产生

有微弱电流产生

本质

金属被氧化

较活泼金属被氧化

联系

两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍

（2）

析氢腐蚀

吸氧腐蚀

条件

水膜酸性较强

（pH≤4.3）

水膜酸性很弱或中性

电极反应

负

极

Fe－2e－===Fe2＋

正极

2H＋＋2e－===H2↑

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

总反应式

Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑

2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2

联系

吸氧腐蚀更普遍

3.

（1）①原电池　a．负极　b．正极　②电解　a．阴极　b．阳极

问题思考

1．溶液的导电，首先要有电解质的电离，大家知道，非电解质的水溶液并不导电，就是因为溶液中没有自由离子。

因此，电解质溶于水就发生电离，产生了自由离子，该溶液就可以导电。

电解质的导电过程就是其电解过程。

2．电解池的阴、阳极取决于外接电源的正负极，与电极材料的金属活动性无关。

3．向饱和食盐水中滴加几滴酚酞，电解后阴极区域溶液变红，证明有NaOH生成；用两支试管分别收集两极气体，阳极产物用湿润的淀粉－KI试纸验证，阴极产物用爆鸣实验验证。

4．放H2生碱型的实质是水电离出的H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，放O2生酸型的实质是水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，使H＋浓度增大。

5．用惰性电极电解时，若要使电解后的溶液