第六张第三节电解池金属的腐蚀和防护

第三节电解池金属的腐蚀和防护[考纲展示]1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和电解反应方程式。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。考点1|电解原理固本探源1．完成电解CuCl2溶液的相关电极名称及电极反应式(如图)总反应方程式：CuCl2=====电解Cu＋Cl2↑。2．电解池及工作原理(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)电解池构成条件①有与电源相连的两个电极。②电解质溶液(或熔融电解质)。③形成闭合回路。(3)电子和离子移动方向①电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。典例引领[典例1]利用如图装置电解硫酸铜溶液，下列说法正确的是()A．b电极上发生氧化反应B．该装置能将化学能转变成电能C．电解质溶液中Cu2＋从b电极向a电极迁移D．若a为铜，则a的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋[拓展延伸]若将CuSO4换成Na2SO4溶液，请写出阴、阳极反应方程式，并判断溶液的阴极区、阳极区和溶液的酸碱性变化。【提示】阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，该极显酸性；阴极：2H＋＋2e－===H2↑，该极显碱性溶液的pH不变。题组强化●题组1—电解规律1．(2014·海南高考)以石墨为电极，电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A．阴极附近溶液呈红色B．阴极逸出气体C．阳极附近溶液呈蓝色D．溶液的pH变小2．(2013·北京高考)用石墨电极电解CuCl2溶液(见图)。下列分析正确的是()A．a端是直流电源的负极B．通电使CuCl2发生电离C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===CuD．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体3．用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的()A．CuSO4B．H2OC．CuOD．CuSO4·5H2O[规律方法]电解池实验现象和溶液pH变化分析技巧(1)分析电极、电极区的pH及实验现象时，要从电极反应入手，如电解CuSO4溶液，阳极发生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，OH－浓度减小，溶液酸性增强。(2)分析电解质溶液中的pH及实验现象时，要从总反应入手，如电解CuSO4溶液的总反应式为2CuSO4＋2H2O=====通电2Cu＋2H2SO4＋O2↑，所以整个电解质溶液酸性增强。(3)判断电极附近溶液pH变化，可以通过一般经验进行判断：不论原电池还是电解池，如果pH发生变化，一般失电子的电极pH减小，得电子的电极pH增大。●题组2—电极方程式的书写4．(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－＋H2OC．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O5．(2015·浙江高考)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O­CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不．正确．．的是()A．X是电源的负极B．阴极的电极反应式是：H2O＋2e－===H2＋O2－CO2＋2e－===CO＋O2－C．总反应可表示为：H2O＋CO2=====通电H2＋CO＋O2D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶16．(1)(2014·新课标全国卷Ⅱ节选)PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为_____，阴极上观察到的现象是_________；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为__________，这样做的主要缺点是________。(2)(2014·四川高考节选)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是___________。(3)(2013·大纲全国卷高考)铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。电解制铝的化学方程式是___________。【答案】(1)Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋石墨上包上铜镀层Pb2＋＋2e－===Pb↓不能有效利用Pb2＋(2)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋(3)2Al2O3=====高温通电，Na3AlF64Al＋3O2↑[思维建模]电极反应方程式书写的模式●题组3—有关电解的计算7．(2016·潍坊模拟)1L某溶液中含有的离子如下表：离子Cu2＋Al3＋NO－3Cl－物质的量浓度(mol/L)11a1用惰性电极电解该溶液，当电路中有3mole－通过时(忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，下列说法正确的是()A．电解后溶液呈酸性B．a＝3C．阳极生成1.5molCl2D．阴极析出的金属是铜与铝8．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为()A．4×10－3mol/LB．2×10－3mol/LC．1×10－3mol/LD．1×10－7mol/L[规律方法]电化学定量计算的三种方法(1)根据电子守恒用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。考点2|电解原理的应用典例引领[典例2](1)(2015·山东高考节选)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为_________，电解过程中Li＋向________电极迁移(填“A”或“B”)。(2)(2014·山东高考节选)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl－7和AlCl－4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________。【解题导引】(1)电解制取LiOH原理上与哪种物质相似？放电规律如何？(2)“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”的含义是什么？【提示】(1)与电解NaCl溶液相似，H＋在阴极放电产生H2，Cl－在阳极放电，产生Cl2。(2)根据题意阴极应为阴离子Al2Cl－7放电生成AlCl－4和Al。【答案】(1)LiOH2Cl－－2e－===Cl2↑B(2)负4Al2Cl－7＋3e－===Al＋7AlCl－4H2考点精析电解原理应用中的几个要点(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。(2)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液；活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。题组强化●题组1—电解原理的基础应用1.(2013·山东高考节选)如图为电解精炼银的示意图，____________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为________。【2．(1)(2014·新课标全国卷Ⅱ节选)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为___________________；电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式___________。(2)写出一种工业制备单质氯气的离子方程式______________。(3)(2013·广东高考节选)电解精炼银时，阴极反应式为_____________。(4)(2013·大纲全国卷节选)铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)混合熔融电解制得。以石墨为电极，阳极产生的混合气体的成分是________。(5)(2012·新课标全国卷节选)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为_______________；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_____________。【答案】(1)MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑Mg＋2H2O=====高温Mg(OH)2＋H2(2)2Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋H2↑＋Cl2↑或[2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑](3)Ag＋＋e－===Ag(4)O2、CO2(CO)(5)cCu2＋＋2e－===CuAu、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解液中[规律总结]电解原理应用的“三看”(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注Fe生成Fe2＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。●题组2—电解原理的“创新”应用3．(2015·福建高考)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()A．该装置将化学能转化为光能和电能B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移C．每生成1molO2，有44gCO2被还原D．a电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O4．(2016·南京二模)利用图中所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO2，并用阴极排出的溶液吸收NO2。下列说法正确的是()A．a为直流电源的负极B．阴极的电极反应式为2HSO－3＋2H＋＋e－===S2O2－4＋2H2OC．阳极的电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO2－4＋4H＋D．电解时，H＋由阴极室通过阳离子交换膜到阳极室5．(2014·新课标全国卷Ⅰ节选)H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)写出阳极的电极反应式_________________。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因______________。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质。该杂质产生的原因是_________。【答案】(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO－2穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2(3)PO3－4H2PO－2或H3PO2被氧化考点3|金属的腐蚀与防护固本探源1．金属腐蚀的本