化學反應與能量第六章第三節電解池金屬的腐蝕與防護2017版課程標準素養目標1.理解電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應式和總反應方程式2.了解金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施1.變化觀念與平衡思想：認識化學變化的本質是有新物質生成，并伴有能量的轉化；能多角度、動態地分析電解池中發生的反應，并運用電解池原理解決實際問題2.科學態度與社會責任：肯定電解原理對社會發展的重大貢獻，具有可持續發展意識和綠色化學觀念，能對與電解有關的社會熱點問題做出正確的價值判斷欄目導航01必備知識關鍵能力02真題體驗領悟高考03配套訓練必備知識關鍵能力1電解原理【基礎整合】1．電解和電解池(1)電解：在________作用下，電解質在兩個電極上分別發生____________和____________的過程。(2)電解池：______轉化為________的裝置。(3)電解池的構成。①與________相連的兩個電極。②電解質溶液(或熔融電解質)。③形成__________。電流氧化反應還原反應電能化學能電源閉合回路(4)電解池中電子和離子的移動。①電子：從電源______流出后，流向電解池______；從電解池的______流向電源的正極。②離子：陽離子移向電解池的______，陰離子移向電解池的______。負極陰極陽極陰極陽極3．惰性電極電解電解質溶液的四種類型類型電極反應特點電解質溶液電解對象電解質濃度pH電解質溶液復原電解水型陰極：4H＋＋4e－===2H2↑；陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑強堿(如NaOH)水增大增大加水含氧酸(如H2SO4)水增大減小加水活潑金屬的含氧酸鹽(如Na2SO4)水增大不變加水類型電極反應特點電解質溶液電解對象電解質濃度pH電解質溶液復原電解電解質型電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電無氧酸(如HCl)電解質減小增大通HCl不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2)電解質減小__加CuCl2放H2生堿型陰極：H2O放H2生成堿；陽極：電解質陰離子放電活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)電解質和水生成新電解質增大通HCl放O2生酸型陰極：電解質陽離子放電；陽極：H2O放O2生成酸不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)電解質和水生成新電解質減小加CuO判斷正誤(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。(1)任何化學反應都可以設計成電解池反應(

)(2)電解質溶液的導電過程就是電解質溶液被電解的過程(

)(3)某些不能自發進行的氧化還原反應，通過電解可以實現(

)(4)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍(

)(5)電解鹽酸、硫酸等溶液，H＋放電，溶液的pH均逐漸增大(

)(6)電解時，電解液中陽離子移向陽極，發生還原反應(

)(7)用惰性電極電解飽和食鹽水，溶液的pH不變(

)(8)用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后，加入Cu(OH)2可使電解質溶液恢復到電解前的情況(

)【答案】(1)×

(2)√

(3)√

(4)×

(5)×

(6)×

(7)×

(8)×【重難突破】【解析】由電解電解質溶液的四種類型可知：類型化學物質pH變化放O2生酸型CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2降低放H2生堿型KCl、CaCl2升高電解電解質型CuCl2升高HCl升高電解H2O型NaNO3、Na2SO4、K2SO4不變KOH升高HNO3降低【答案】C

3．(2019·江西上饒一模)現代工業生產中常用電解氯化亞鐵的方法制得氯化鐵溶液吸收有毒的硫化氫氣體。工藝原理如右圖所示。下列說法中不正確的是(

)A．H＋從電解池左槽遷移到右槽B．左槽中發生的反應是2Cl－－2e－===Cl2↑C．右槽的反應式：2H＋＋2e－===H2↑D．FeCl3溶液可以循環利用【答案】B

【解析】電解過程中陽離子向陰極移動，A正確；通過圖示可知Fe2＋在電解池的左槽中轉化為Fe3＋，

H＋在右槽轉化為H2，因此左槽為陽極，右槽為陰極，因為還原性Fe2＋>Cl－

，因此電極反應式為Fe2＋

－e－===Fe3＋

，B錯誤；右槽為陰極，因此電極反應式為2H＋

＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，C正確；

在反應池中FeCl3和H2S反應為2Fe3＋

＋

H2S===2Fe2＋

＋S↓＋

2H＋

，因此FeCl3溶液可以循環利用，D正確。分析電解過程的思維程序(1)判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活性電極。(2)分析電解質水溶液的組成，找全離子，并分成陰、陽離子兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。(3)排出陰極、陽極離子的放電順序。【解析】根據電解裝置圖，兩電極區電解液分別為LiOH和LiCl溶液，B極區產生H2，電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，剩余OH－與Li＋結合生成LiOH，所以B極區電解液應為LiOH溶液，B電極為陰極，則A電極應為陽極，A正確；陽極區電解液應為LiCl溶液，電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，電解過程中Li＋向B電極遷移C，D正確；每產生標況下2.24LH2，n(H2)＝0.1mol，n(H＋)＝0.2mol，就有0.2molLi＋通過交換膜進入陰極區，B錯誤。電化學綜合計算的三種常用方法(1)根據總反應式計算。先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列出比例式計算。(2)根據電子守恒計算。①用于串聯電路中陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電量等類型的計算，其依據是電路中轉移的電子數相等。②用于混合溶液中電解的分階段計算。【答案】B

①寫出電解時陰極的電極反應式：______________。②電解后陽極區的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質，其離子方程式可寫成_______________________________。(2)電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示，為使電解產物全部轉化為NH4NO3，需補充物質A，A是________，說明理由：____________________________________________。(3)(2018·全國卷Ⅰ)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為____________________________。電解后，________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結晶脫水，可得到Na2S2O5。做到“三看”，正確書寫電極反應式(1)一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注意Fe生成Fe2＋)。(2)二看介質，介質是否參與電極反應。(3)三看電解質狀態，若是熔融狀態，一般是金屬的電解冶煉。電解原理的應用【基礎整合】氧化還原燒堿氯氣氫氣2．電鍍和電解精煉銅電鍍(Fe上鍍Cu)電解精煉銅陽極電極材料__________________(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質)電極反應Cu－2e－===Cu2＋

Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋陰極電極材料________________電極反應Cu2＋＋2e－===Cu電解質溶液____________________說明電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反應，沉積在電解池底部形成________鍍層金屬銅粗銅待鍍金屬純銅含Cu2＋的鹽溶液陽極泥3．電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。電冶金總方程式陽極、陰極反應式冶煉鈉___________________________________，___________________________________冶煉鎂____________________________________，_____________________________________冶煉鋁6O2－－12e－===3O2↑，____________________________2Cl－－2e－===Cl2↑

2Na＋＋2e－===2Na

2Cl－－2e－===Cl2↑

Mg2＋＋2e－===Mg

4Al3＋＋12e－===4Al

判斷正誤(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。(1)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可電解MgO和AlCl3(

)(2)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑設計成電解池，應用Cu作陽極(

)(3)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料(

)(4)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應連接電源的正極(

)(5)電解精煉時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料(

)(6)陽離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)只允許陽離子(Na＋)通過，而阻止陰離子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通過(

)【答案】(1)×

(2)√

(3)×

(4)×

(5)√

(6)√【重難突破】【解析】電解質溶液呈堿性，則陰極上水得電子生成H2和OH－，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A錯誤；陽極上Cl－在堿性條件下失電子生成ClO－和H2O，電極反應式為Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B錯誤；電解時a極為電源的正極，充電時a極為陽極，電極反應式為LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，C正確；陽極產生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，兩種氣體為CO2和N2，該反應在堿性環境中發生，反應的離子方程式中不應出現H＋，D錯誤。金屬的腐蝕與防護【基礎整合】1．金屬腐蝕的本質金屬原子___________變為___________，金屬發生____________。失去電子金屬陽離子氧化反應2．金屬腐蝕的類型(1)化學腐蝕與電化學腐蝕。類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與接觸到的物質直接發生反應不純金屬或合金接觸到電解質溶液發生______反應現象____電流產生______微弱電流產生本質金屬被______較活潑金屬被______聯系兩者往往同時發生，________腐蝕更普遍原電池無有氧化氧化電化學(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕。以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：類型析氫腐蝕吸氧腐蝕水膜性質___________________________水膜酸性很弱或呈中性電極反應負極Fe－2e－===Fe2＋___________________________正極2H＋＋2e－===H2↑___________________________總反應式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2聯系________腐蝕更普遍水膜酸性較強(pH≤4.3)

Fe－2e－===Fe2＋

O2＋2H2O＋4e－===4OH－

吸氧鐵銹的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。3．金屬的防護(1)電化學防護。①犧牲陽極的陰極保護法——________原理。a．____極：比被保護金屬活潑的金屬；b．____極：被保護的金屬設備。②外加電流的陰極保護法——________原理。a．____極：被保護的金屬設備；b．____極：惰性金屬。(2)改變金屬的內部結構，如制成合金、不銹鋼等。(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。原電池負正電解池陰陽判斷正誤(正確的畫“√”，錯誤的畫“×”)。(1)所有金屬純度越大，越不易被腐蝕(

)(2)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣(

)(3)干燥環境下金屬不被腐蝕(

)(4)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物(

)(5)鋼鐵發生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋(

)(6)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用(

)(7)在潮濕空氣中，鋼鐵表面形成水膜，金屬發生的一定是吸氧腐蝕(

)(8)在船體外嵌入鋅塊，可以減緩船體的腐蝕，屬于犧牲陰極的保護法(

)【答案】(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)×

(6)×

(7)×

(8)×【重難突破】A．圖1中，鐵釘易被腐蝕B．圖2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，沒有藍色沉淀出現C．圖3中，燃氣灶的中心部位容易生銹，主要是由于高溫下鐵發生化學腐蝕D．圖4中，用犧牲鎂塊的方法來防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊相當于原電池的正極【答案】C【解析】①是Fe為負極，雜質碳為正極的原電池腐蝕，是鐵的吸氧腐蝕，腐蝕較慢；其電極反應式：負極2Fe－4e－===2Fe2＋，正極2H2O＋O2＋4e－===4OH－。②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護；②④中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故Fe－Cu原電池中Fe被腐蝕得較快。⑤是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據以上分析可知鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為⑤>④>②>①>③>⑥。【答案】B

【解析】隨pH變化，碳鋼腐蝕速率先減慢后加快，A錯誤；pH為14時，溶液顯堿性，電極反應式中不能生成H＋，C錯誤；pH＝7，時負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，D錯誤。判斷金屬腐蝕快慢的規律(1)對同一電解質溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防腐措施的腐蝕。(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中。(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。(4)對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，金屬腐蝕越快。A．生鐵片發生吸氧腐蝕B．中心區的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋C．邊緣處的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．交界處發生的反應為