1、金太阳 新课标资源 网 第 1 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 第二节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 【高考目标定位】 考纲导引 考点梳理 1. 了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。 2. 了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。 1. 电解原理 2. 电解原理的应用 3. 金属的腐蚀与防护。 【考纲知识梳理】 一、 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 ) 把电能转变为化学能的装置 3电解池的工作原理 以电解 CuCl2 溶液为例 (1)电极
2、名称和电极反应 与电源正极相连的为阳极，发生氧化反应，电极反应式 2Cl 2e = Cl2 与电源负极相连的为阴极，发生还原反应，电极反应式为： Cu2 2e = Cu (2)总反应方程式： 二、电解原理的应用 1电解饱和食盐水 (1)电极反应：阳极 2Cl 2e = Cl2 阴极： 2H 2e = H2 金太阳 新课标资源 网 第 2 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 (2)总反应方程式： (3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。 2电镀铜或电解精炼铜 (1)两极材料：待镀金属或精铜做阴极，镀层金属或粗铜做阳极。 (2)电极反应：阳极： 阴极： 3电解冶炼钠 (电解熔融 NaCl)
3、 (1)电极反应：阳极 . 阴极： (2)总反应方程式： 三、金属的腐蚀与防腐 化学腐蚀：腐蚀过程中无电流产生 电化学腐蚀： 腐蚀过程中有电流产生 2钢铁腐蚀的电化学原理 （ 1）析氢腐蚀（酸性较强环境中） 负极： Fe Fe2+ + 2e 正极： 2H+ + 2e H2 电池反应为 Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 （ 2）吸氧腐蚀（中性或酸性很弱环境中） 负极： Fe Fe2+ + 2e 正极： 2H2O + O2 + 4e 4OH 电池反应为 2Fe+ O2 + 2H2O = Fe（ OH） 2 3金属的保护 （ 1）在金属表面覆盖保护层（如油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶、电
4、镀、钝化 等） （ 2）电化学保护法 （ 3）改变金属的内部组织结构 1金属腐蚀分类 金太阳 新课标资源 网 第 3 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 【要点名师精解】 一、电解规律及相关计算 1以惰性电极电解电解质溶液的类型 类型 电极反应特点 实例 电解物质 pH 电解质溶液复原需加入的物质 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 电解质 电解质 增大 氯化氢 氯化铜 放H2生碱型 阴极：放出 H2 生成碱；阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 增大 氯化氢 NaOH 水 增大 水 电解 水型 阴极： 4H 4e = 2H2阳极： 4OH
5、 4e = 2H2O O2 H2SO4 水 减小 水 Na2SO4 水 不变 水 放O2生酸型 阴极：电解质阳离子放电；阳极： OH放电生成酸 CuSO4 电解质和水 减小 氧化铜 2.电化学计算的基本方法 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测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法： 根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电 荷量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例
6、金太阳 新课标资源 网 第 4 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 式计算 高考资 根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式 高 . 二、 离子放电顺序及电解产物的判断 1.阳极上（氧化反应） 活泼金属阳极 S2- I- Br- Cl- OH含氧酸根 2.阴极上（还原反应） 无论是惰性电极还是金属电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。阳离子在阴极上放电顺序是： Ag+Hg2+Fe3+Cu2+ H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+ Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 上述顺序基本上是金属活动性顺序，越活泼的金属，其阳离子越难得到电子
7、，但 Fe3+氧化性较 Cu2+强。 3.分析电解反应的一般思路： （ 1） 明确溶液中存在哪些离子 （ 2） 阴阳两极附近有哪些离子 （ 3） 根据阴阳离子放电顺序及阳极氧化、阴极还原分析得出产物 【感悟高考真题】 1. （ 2010江苏卷） 右图是一种航天器能量储存系统原理示意图。 下列说法正确的是 A 该系统中只存在 3 种形式的能量转化 B 装置 Y 中负极的电极反应式为： 22O + 2 H O + 4 e 4 O H C 装置 X 能实现燃料电池的燃料和氧化剂再生 D 装置 X、 Y 形成的子系统能实现物质的零排放，并能实现化学能与电能间的完全转化 【答案】 C 金太阳 新课标资源
8、 网 第 5 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 【解析】本题主要考查的是电化学知识。 A 项，在该装置系统中，有四种能量转化的关系，即太阳能、电能、化学能和机械能之间的相互转化； B 项，装置 Y 为氢氧燃料电池，负极电极反应为 H2 -2e- + 2OH- = 2H2O； C 项，相当于用光能电解水，产生 H2和 O2，实现燃料（ H2）和氧化剂（ O2）的再生； D 项，在反应过程中，有能力 的损耗和热效应的产生，不可能实现化学能和电能的完全转化。综上分析可知，本题选 C 项。 2. （ 2010 福 建 卷 ） 铅 蓄 电 池 的 工 作 原 理 为 ：2 2 4 4 22 2
9、 2P b P b O H S O P b S O H O 研读 右图，下列判断不正确的是 A K 闭合时， d 电极反应式： 24 2 2 42 2 4P b S O H O e P b O H S O B当电路中转移 0 2mol 电子时， I 中消耗的 24HSO 为 0 2 mol C K 闭合时， II 中 24SO 向 c 电极迁移 D K 闭合一段时间后， II 可单独作为原电池， d 电极为正极 【解析】答案： C 本题考查电化学（原电池、电解池）的相关知识 K 闭合时为电解池，为电解池，中发生充电反应， d 电极为阳极发生氧化反应，其反应式为 PbSO4 + 2H2O -2e
10、- = PbO2 + 4H+ + SO42- 所以 A 正确。在上述总反应式中，得失电子总数为 2e-，当电路中转移 0 2mol 电子时，可以计算出中消耗的硫酸的量为 0 2mol，所以 B 对。 K 闭合一段时间，也就是充电一段时间后可以作为原电池，由于 c 表面生成 Pb，放电时做电源的负极， d 表面生成 PbO2，做电源的正极，所以 D 也正确。 K 闭合时 d 是阳极，阴离子向阳极移动，所以 C 错。 3. （ 2010浙江卷） Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为： 2Li+FeS+2e- Li2S+Fe 有关该电池的下列中，正确的是 A.
11、 Li-Al 在电池中作为负极材料，该材料中 Li 的化合价为 +1 价 B. 该电池的电池反应式为： 2Li+FeS Li2S+Fe C. 负极的电极反应式为 Al-3e-=Al3+ D. 充电时，阴极发生的电极反应式为： 2L i s + F e - 2 2e L i F eS 试题解析： 本题涵盖电解池与原电池的主体内容，涉及电极判断与电极反应式书写等问题。根据给出的正极得电子的反应，原电池的电极材料 Li-Al/FeS 可以判断放电时（原电池）负极 的电金太阳 新课标资源 网 第 6 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 极反应式为 Al-3e-=Al3+。 A、 Li 和 Al
12、 分别是两极材料。 B、应有 Al 的 参加。 D、应当是阳极失电子反应。 本题答案： C 教与学提示： 原电池与电解池的教学一定要重视电极反应式书写。电极反应式书写是原电池和电解池内容或原理的核心。原电池的教学可以从原电池反应的总反应式：可以 自发进行 的氧化还原反应，负极反应（因负极就是参加反应的电极）开始。电解池的教学要从外加电源的正负极，分析阳极（活性电极时本身参加反应）开始，最终获得 被进行 的氧化还原反应。简单记住：沸（负）羊（阳）羊（氧化）。 4. （ 2010重庆卷） （ 14 分）钒（ V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域 （ 1） V2O5是接触法制硫酸的
13、催化剂 一定条件下， 2SO 与空气反映 t min 后， 2SO 和 3SO 物质的量浓度分别为 a mol/L和 b mol/L, 则 2SO 起始物质的量浓度为 mol/L ；生成 3SO 的化学反应速率为 mol/(Lmin) 工业制硫酸，尾气 2SO 用 _吸收 （ 2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如题 29 图所示 当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为 充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为 色 放电过程中氢离子的作用是 和 ；充电时若转移的电子数为 3.01 1023个，金太阳 新课标资源 网 第 7 页 共 24
14、 页 金太阳新课标资源 网 左槽溶液中 n(H+)的变化量为 答案（ 14 分 ） （ 1） ab ； /bt 氨水 （ 2） 2222V O H e V O H O 绿 紫 参与正极反应 ; 通过交换膜定向移动使电流通过溶液； 0.5mol 【解析】 本题考查以钒为材料的化学原理题，涉及化学反应速率和电化学知识。 （ 1） 由 S 守恒可得， 2SO 的起始浓度为（ a+b） mol/L。 2SO 的速率为单位时间内 2SO浓度的变化，即 b/tmol/(L min)。 2SO 可以用碱性的氨水吸收。 （ 2） 左槽中，黄变蓝即为 22VO 生成 2VO ， V 的化合价从 +5 降低为
15、+4，得一个电子，0 原子减少，从图中知，其中 H 发生了移动，参与反应，由此写成电极反应式。作为原电池，左槽得电子，而右槽失电子。充电作为电解池处理，有槽中则为得电子，对应化合价降低，即为 3V 生成 2V ，颜色由绿生成紫。由电极反应式知， H 参与了反应。溶液中离子的定向移动可形成电流。 n=N/NA=3.01 2310 /6.02 2310 =0.5mol。 【规律总结】 电化学试题的分析一般是从化合价着手，对于原电池，化合价升高的作为负极， 化合价降低的作为正极，两极方程式相加即可得总反应。对于电解池，化合价升高作为阳极，降低的作为阴极。两者之间的关系是：正极反应式颠倒即为阳极反应式
16、，负极反应式颠倒即为阴极反应式。 5. （ 2010四川理综卷） （ 16分 ) 碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。 碘酸钾 (KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶 于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质 碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如右图所示。 请回答下列问题： (1)碘是 (填颜色 )固体物质，实验室常用 方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。 金太阳 新课标资源 网 第 8 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 (2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应： 3I2+6KOH=5KI+KI
17、O3+3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。 电解时，阳极上发生反应的电极反应式为 ；阴极上观察到的实验现象是 。 (3)电解过 程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有 I 。请设计一个检验电解液中是否有 I 的实验方案，并按要求填写下表。 要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。 试剂：淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。 实验方法 实验现象及结论 (4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下： 步骤的操 作名称是 ， 步骤的 操作名称是 。步骤洗涤晶体的目的是 。 答案：（ 1）紫黑色 升华 （ 2） 2
18、 3 22 2 ( 6 6 3 )I e I I O H e I O H O 或 有气泡产生 （ 3） 实验方法 实验现象及结论 取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸 如果不变蓝，说明无 I 。（如果 金太阳 新课标资源 网 第 9 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 酸化后加入几滴淀粉试液，观察是否变蓝。 变蓝，说明有 I 。） （ 4）冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质 解析：（ 1）考查物质的物理性质，较容易。（ 2）阳极发生氧化反应失电子2 3 22 2 ( 6 6 3 )I e I I O H e I O H O 或。阴极区加入氢氧化钾溶液，电解氢氧化钾实
19、质是电解水。（ 3）考查 I-的检验此题借助与碘单质遇淀粉变蓝色这一特性，要设法将碘离子转化为碘单质。（ 4）考查实验的基本操作。要求考生对整个流程分析透彻。 6. （ 2010山东卷） （ 12分）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 （ 1）以下为铝材表面处理的一种方法： 碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是 _（用离子方程 式表示）。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的_。 a NH3 b CO2 c NaOH d HNO3 以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为 _。取少量废电解液，加入
20、NaHCO，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是 _。 （ 2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 _。 （ 3）利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。 若 X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀 ，开关 K 应置于 _处。 若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为 _。 解析： (1) 冒气泡的原因是 Al与 NaOH反应了，方程式为： 2Al+2OH-+4H2O=2Al(OH)4-+3H2； 使 Al(OH)4-生成沉淀，最好是通入 CO2，加 HNO3的话，沉淀容易溶解。 阳极是 Al 发生氧化反应，要生成氧化膜还必须有 H2O 参加，故电极反应式为：2A
21、l+3H2O-6e - Al2O3+6H+； 加入 NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于废电解液中含有 Al3+，和 HCO3-发生了互 促水解。 (2)电镀时，阳极 Cu 可以发生氧化反应生成 Cu2+。 (3)铁被保护，可以是做原电池的负极，或者电解池的阴极，故若 X 为碳棒，开关 K 应置金太阳 新课标资源 网 第 10 页 共 24 页 金太阳新课标资源 网 于 N 处， Fe 做阴极受到保护；若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，铁是做负极，称为牺牲阳极保护法。 答案 ： （ 1） 2Al+2OH -+4H2O=2Al(OH)4-+3H2； c 2Al+3H 2O-6e -
22、 Al2O3+6H+； 因为 Al3+和 HCO3-发生了互促水解 ； Al3+3HCO3-= Al(OH)3 +CO2 (2)阳极 Cu 可以发生氧化反应生成 Cu2+ (3)N 牺牲阳极保护法。 7. （ 2010天津卷） （ 14 分） X、 Y、 Z、 L、 M 五种元素的原子序数依次增大。 X、 Y、 Z、L 是组成蛋白质的基础元素， M 是地壳中含量最高的金属元素。 回答下列问题： L 的元素符号为 _ ； M 在元素周期表中的位置为 _；五种元素的原子半径从大到小的顺序是 _（用元素符号表示）。 Z 、 X 两元素按原子数目比 l3 和 24 构成分子 A 和 B， A 的电子式
23、为 _， B 的结构式为 _。 硒（ se）是 人体必需的微量元素，与 L 同一主族， Se 原子比 L 原子多两个电子层，则 Se 的原子序数为 _，其最高价氧化物对应的水化物化学式为 _。该族 2 5周期元素单质分别与 H2 反应生成 l mol 气态氢化物的反应热如下，表示生成 1 mol 硒化氢反应热的是 _（填字母代号）。 a +99.7 molL 1 b +29.7 molL 1 c 20.6 molL 1 d 241.8 kJmol 1 用 M 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： _；由 R 生成 Q 的化学方程式： _。 解析： (1)X、 Y、 Z、 L 是组成蛋白质的四种元素且原子序数依次增大，故分别为： H、 C、N、 O 元素； M 是地壳中含量最高的元素，为 Al，其在周期表的位置为第 3 周第 A 族；再根据五种元素在周期表的位置，可知半径由大到小的顺序是： Al C N O H。 (2) N 和 H 1： 3 构成的分子 为 NH3，电子式 为 ； 2： 4 构成的分子 为 N2H4，其结构式
