2020年高考化学一轮复习 第六章 第三节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件 新人教版

第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护考向一电解原理【通考点·融会贯通】1.电解池电极判断的“五方法”判断依据电极材料电极反应电子流向离子移向电极现象阳极与电源正极相连氧化反应流出阴离子移向电极溶解或不变阴极与电源负极相连还原反应流入阳离子移向电极增重或有气体放出注意:只要产生氧气、氯气的一极一定是阳极。2.电解时溶液pH的变化规律(1)若电解时阴极上产生H2,阳极上无O2产生,则电解后溶液pH增大;(2)若阴极上无H2产生,阳极上产生O2,则电解后溶液pH减小;(3)若阴极上有H2产生,阳极上有O2产生,且V(H2)=2V(O2),则有“酸更酸,碱更碱,中性就不变”,即:①如果原溶液为酸溶液,则pH变小;②如果原溶液为碱溶液,则pH变大;③如果原溶液为中性溶液,则pH不变。3.电解质溶液的复原措施电解后的溶液恢复到原状态,出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后,若使溶液复原,应通入HCl气体而不能加入盐酸。4.电解问题的分析流程(1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。阴极:阳离子放电顺序Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+H+(水)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。阳极:活泼电极S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子。最常见的放电顺序:阳极:活泼金属Cl-OH-;阴极:Ag+Fe3+Cu2+H+。【通考题·触类旁通】1.用惰性电极电解下列溶液,电解一段时间后,阴极质量增加,电解液的pH下降的是()A.CuSO4B.HClC.BaCl2D.Na2SO4【解析】选A。电解硫酸铜属于放氧生酸,阴极析出Cu,pH下降,A符合题意;电解HCl溶液生成氢气、氯气,酸性减弱,B不符合题意;电解BaCl2溶液生成氢气、氯气,属于放氢生碱型,pH值增大,C不符合题意;电解Na2SO4溶液生成氢气、氧气,pH值不变,D不符合题意。2.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中,下列有关分析完全正确的是()选项ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子【解析】选B。电子由电源的负极流出,故a是阴极、d是正极,溶液中阳离子移向阴极。3.在水中加入等物质的量的Ag+、Ba2+、Na+、、、Cl-。该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物和还原产物的质量比为()A.35.5∶108B.16∶137C.8∶1D.108∶35.524SO3NO【解析】选C。Ag+与Cl-生成AgCl↓,Ba2+与生成BaSO4↓,电解硝酸钠溶液实际上是电解水。24SO4.某课外小组想制作一种小型环保型消毒液发生器,拟用图所示装置电解饱和氯化钠溶液,制备少量消毒液对宿舍消毒。在如图装置中,对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()A.a为正极,b为负极,NaClO和NaClB.a为负极,b为正极,NaClO和NaClC.a为阳极,b为阴极,HClO和NaClD.a为阴极,b为阳极,HClO和NaCl【解析】选B。这是使用惰性电极电解饱和氯化钠溶液的实验,其中发生的反应是2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,副反应为2NaOH+Cl2====NaCl+NaClO+H2O,则可推知使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液,其主要成分是NaClO和NaCl,NaClO溶液起消毒作用。电解过程中阴极产生H2,结合装置图示,消毒液发生器的液体A处空间充满的是H2,故电源a极是负极,b为正极。电解====5.(2019·聊城模拟)用石墨作电极电解KCl和CuSO4(等体积混合)混合溶液,电解过程中溶液pH随时间t的变化如图所示,下列说法正确的是()A.ab段H+被还原,溶液的pH增大B.cd段相当于电解水C.c点时加入适量CuCl2固体,电解液可恢复原来浓度D.原溶液中KCl和CuSO4的物质的量浓度之比为2∶1【解析】选B。用惰性电极电解等体积的KCl和CuSO4混合溶液,阴极离子放电顺序是Cu2+H+,阳极离子放电顺序是Cl-OH-,电解过程中分三段,第一阶段:阳极电极反应式为:2Cl--2e-====Cl2↑、阴极电极反应式为:Cu2++2e-====Cu,铜离子浓度减小,水解得到氢离子浓度减小,溶液pH上升;第二阶段:阳极电极反应式为:4OH--4e-====2H2O+O2↑,阴极电极反应式为:Cu2++2e-====Cu,反应中生成硫酸,溶液pH降低;第三阶段:阳极电极反应式为:4OH--4e-====2H2O+O2↑、阴极电极反应式为:2H++2e-====H2↑,实质是电解水,溶液中硫酸浓度增大,pH继续降低。A.ab段由于铜离子浓度减小,水解得到氢离子浓度减小,溶液pH上升,铜离子被还原,A错误;B.由上述分析可知,cd段相当于电解水,B正确;C.电解至c点时,溶液中溶质为硫酸、硫酸钾,往电解液中加入适量CuCl2固体,不能使电解液恢复至原来的浓度,C错误;D.若KCl和CuSO4浓度之比为2∶1,则相当于电解CuCl2和水,只有两个阶段,D错误。考向二电解电极反应式的书写【通考点·融会贯通】1.做到“三看”,正确书写电极反应式(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。2.规避“三个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。(2)要确保两极电子转移数目相同,且应注明条件“电解”。(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。【通考题·触类旁通】1.(2019·邢台模拟)下列电极反应式与出现的环境相匹配的是()选项电极反应式出现的环境AO2+2H2O+4e-====4OH-碱性环境下氢氧燃料电池的负极反应B4OH--4e-====O2↑+2H2O弱酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀CCu-2e-====Cu2+用铜作电极电解NaOH溶液的阳极反应DH2-2e-====2H+用惰性电极电解H2SO4溶液的阳极反应【解析】选C。碱性条件下的氢氧燃料电池中,氢气在负极上的电极反应式为:H2-2e-+2OH-====2H2O,故A错误;弱酸性环境下钢铁的吸氧腐蚀,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,电极反应式为:O2↑+2H2O+4e-====4OH-,故B错误;用铜作电极电解NaOH溶液时,阳极铜是活性电极,放电能力强于溶液中的氢氧根离子,电极反应式为:Cu-2e-====Cu2+,故C正确;用惰性电极电解H2SO4溶液时,阳极上氢氧根离子放电能力强于硫酸根离子,电极反应式为:4OH--4e-====O2↑+2H2O,故D错误。2.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-+H2O【解析】选D。A.由题干信息可知Cl-在阳极放电生成ClO-,则阳极应为惰性电极,A项正确;B.Cl-在阳极放电生成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.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.由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为:2CN-+5ClO-+H2O====N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。考向三电解原理的应用【通考点·融会贯通】(1)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。(2)电镀时,阳极镀层金属失去电子的数目与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。(3)在电解原理的几个常见应用中,电镀和电解精炼铜比较相似,但注意区别:电镀过程中,溶液中离子浓度不变,电解精炼铜时,由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属,反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中,而阴极上只有Cu2+被还原,所以电解精炼过程中,溶液中的阳离子浓度会发生变化,同时阴、阳两极的质量变化也不相等。【通考法·一通百通】1.(新题预测)NaClO2是重要的消毒剂和漂白剂,可用如图所示装置制备。下列说法正确的是()A.电极b为负极B.阳极区溶液的pH增大C.电极D的反应式为ClO2+e-====ClD.电极E上生成标准状况下22.4L气体时,理论上阴极区溶液质量增加135g2O【解析】选C。A.D极区通入的ClO2发生还原反应生成Cl,则D极区为阴极区,a为电源的负极,则b为电源正极,故A错误;B.阳极区为溶液中的OH-失电子被氧化生成氧气,同时促进水的电离生成H+,阳极区溶液的pH减小,故B错误;C.电极D上发生还原反应的电极反应式为ClO2+e-====Cl,故C正确;D.电极E上生成标准状况2O2O下氧气22.4L气体时,转移电子为4mol,阴极发生还原反应的ClO2为4mol,理论上阴极区溶液质量增加270g,故D错误。2.电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱溶液的装置如下图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,以下说法正确的是()A.a极与电源的负极相连B.产物丁为硫酸溶液C.离子交换膜d为阴离子交换膜(允许阴离子通过)D.b电极反应式为:2H2O+2e-====2OH-+H2↑【解析】选D。惰性电极电解硫酸钠溶液,阴极生成氢气、阳极产生氧气,气体甲与气体乙的体积比约为1∶2,所以甲为氧气、乙为氢气,a是阳极,b是阴极。a极与电源的正极相连,A错误;乙是氢气,氢离子放电,水的电离平衡被破坏,产生氢氧化钠,因此丁是氢氧化钠溶液,B错误;丁是氢氧化钠,离子交换膜d为阳离子交换膜,C错误;b电极是阴极,氢离子放电,电极反应式:2H2O+2e-====H2↑+2OH-,D正确。答案选D。3.三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()24SOA.通电后中间隔室的向阳极迁移,阳极区溶液pH增大B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C.阴极反应为:2H2O-4e-====O2+4H+,阴极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子时,会有0.5mol的O2生成24SO【解析】选B。A项阳极发生的反应为:2H2O-4e-====O2↑+4H+,由于生成H+,阳极区溶液中阳离子增多,故中间隔室的向阳极迁移,阳极区溶液的pH减小;B项阴极发生的反应为:2H2O+2e-====H2↑+2OH-,阴离子增多,中间隔室的Na+向阴极迁移,故阴极区产生NaOH,阳极区产生H2SO4;C项由B项分析可知,阴极区产生OH-,阴24SO极区溶液的pH升高;D项阳极发生的反应为:2H2O-4e-====O2↑+4H+,当电路中通过1mol电子时,生成0.25molO2。4.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