2025版高考化学全程一轮复习第37讲电解池金属的腐蚀与防护课件

这是一份2025版高考化学全程一轮复习第37讲电解池金属的腐蚀与防护课件，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，考点三，答案D，答案C，通入HCl，加CuO，NH3，电镀铜，待镀金属制品等内容，欢迎下载使用。
1. 理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2．掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。3．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
考点一　电解原理1.电解和电解池(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。(2)电解池：电能转化为化学能的装置。(3)电解池的构成①有与直流电源相连的两个电极。②有电解质溶液(或熔融电解质)。③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)总反应离子方程式：_______________________。【师说·助学】　“电子不下水，离子不上线”。
【易错诊断】　判断正误，错误的说明理由。1．电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色：_________________________________________________________。2．电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程：_________________________________________________________。3．电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大：_________________________________________________________。4．某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现：_________________________________________________________。
错误。电解CuCl2溶液，阴极反应为Cu2＋＋2e－===Cu。
【教考衔接】典例1 [2023·辽宁卷，7]某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　)A．b端电势高于a端电势B．理论上转移2 ml e－生成4 g H2C．电解后海水pH下降D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
典例2 [2023·浙江1月，11]在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是(　　)A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2OC．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动
解析：石墨电极为阳极，A项错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B项错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C项正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D项错误。
【师说·延伸】　 分析电解过程的思维模型判断阴、阳极→分析电解质溶液的离子组成→确定放电离子或物质→写出电极反应式、电池反应式。
【对点演练】考向一　用惰性电极电解的规律1．电极为惰性电极，填写下表中的空白。
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
Cu2＋＋2e－===Cu
惰性电极电解的规律图示
考向二　利用电解的思维模型分析电解过程2．用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是(　　)A．逸出气体的体积：A电极＜B电极B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
3．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为________。
解析：方法一　98 g Cu（OH）2的物质的量为1 ml，相当于电解了1 ml 的CuSO4后，又电解了1 ml的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。方法二　可以认为整个电路中转移的电子数与Cu（OH）2的－2价氧失电子数相等，共4NA。
考向三　利用电解的思维模型书写电极反应式4．按要求书写电极反应式和总反应方程式：(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：__________________；阴极反应式：____________________________________；总反应离子方程式：_________________________________________。(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：_____________________________；阴极反应式：________________________；总反应离子方程式：___________________________________。
2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg（OH）2↓
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
5．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，用惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。
解析：第一阶段　阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu第二阶段　阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O第三阶段　阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：_________________________________________________________。
书写电极反应式应做到“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＋而不是生成Fe3＋)。(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，就是金属的冶炼。
考点二　电解原理的应用1.电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：__________________；阴极：________________________。(2)电解反应离子方程式：______________________________。
(3)氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
3．电解精炼铜(1)电极材料：阳极为________；阴极为________。(2)电解质溶液：________________。(3)电极反应阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
【易错诊断】　判断正误，错误的说明理由。1．在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液：_________________________________________________。2．工业上，电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3：________________________________________________________。3．电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料：________。4．用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌：________________________________________________________。
错误。MgO的熔点高于MgCl2，熔化MgO需要的能量更多，工业上不用MgO冶炼镁；AlCl3为共价化合物，熔融状态下不能电离，熔融AlCl3不能电解，不用AlCl3冶炼铝。
错误。放电顺序Zn2＋>H＋（水），用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，能在铁上镀锌。
【教考衔接】典例1 [2022·广东卷，10]以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　)A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋B．阴极上Al被氧化C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D．阳极和阴极的质量变化相等
解析：根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。
典例2 [2023·浙江6月，13]氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是(　　)A．电极A接电源正极，发生氧化反应B．电极B的电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
解析：电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。综上所述，答案为B。
【对点演练】考向一　氯碱工业1．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：_________________________________________________________。(2)离子交换膜的作用为__________________________________________________________。(3)精制饱和食盐水从图中________(选填“a”“b”“c”或“d”，下同)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
能得到纯度更高的氢氧化钠溶液、阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应
考向二　电解精炼、电镀、电冶金2．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　)A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
解析：电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。
3．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
解析：电镀前，Zn与Fe构成原电池，Zn为负极，Fe为正极，电镀时，Fe为阴极，Zn为阳极，原电池充电时，原电池负极为阴极、正极为阳极，故不属于原电池的充电过程，A错误；根据电子守恒，通过电子的电量与析出Zn的量成正比，B错误；电流恒定，单位时间通过的电子的物质的量恒定，即电解速率恒定，C正确；镀层破损后，Zn与Fe仍能构成原电池，其中Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护，D错误。
用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
考点三　金属的腐蚀与防护1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2．化学腐蚀与电化学腐蚀
3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2
【师说·助学】　铁锈的形成过程2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O(铁锈)＋(3－x)H2O
4．金属的防护方法(1)牺牲阳极法利用原电池原理。(2)外加电流法利用电解池原理。(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。
【易错诊断】　判断正误，错误的说明理由。1．纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样：_________________________________________________________。2．在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用：_________________________________________________________。3．若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀：_________________________________________________________。4．铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性：_________________________________________________________。
错误。纯银器表面通过化学腐蚀生成黑色的Ag2S；钢铁表面通过电化学腐蚀生成Fe2O3·xH2O。
错误。保护层破损后，只是暴露部分失去了对金属的保护作用。
错误。在海轮外壳上附着一些铜块，将加快海轮外壳的腐蚀。
【教考衔接】典例1 [2020·江苏卷，11]将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B．金属M的活动性比Fe的活动性弱C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
解析：本题考查金属的腐蚀与防护，考查的化学学科核心素养是科学态度与社会责任。该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。
典例2 验证牺牲阳极法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
下列说法不正确的是(　　)A．对比②③，可以判定Zn保护了FeB．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
解析：实验②中加入K3[Fe（CN）6]溶液，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe（CN）6]溶液生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe（CN）6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe（CN）6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe（CN）6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe（CN）6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。
【对点演练】考向一　金属腐蚀的类型及比较1．实验探究(如图所示)(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为_________________，右试管中现象是__________。(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为____________________，右试管中现象是________________。
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为______________。
解析：②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe­Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。
金属腐蚀快慢的规律(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中。(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
考向二　金属的防护3．支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁（阳极）流向正极，从负极流向钢管桩（阴极），A、B正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误。