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2022高三一轮复习化学 第六章 第20讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件
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这是一份2022高三一轮复习化学 第六章 第20讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件，共60页。PPT课件主要包含了2电解电解质型，3放H2生碱型，4放O2生酸型，电解精炼铜，电镀铜，含镀层金属阳离子，失去电子，金属阳离子，原电池，较活泼金属等内容，欢迎下载使用。
考点 1 电解原理1．电解
2．电解池的组成和工作原理(用惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式：__________________________。
1．由惰性电极电解电解质溶液的四种类型(填空)(1)电解水型
2．根据金属活动性顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?____________________________________________________________________________________________________________________________
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。( )(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( )(3)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。( )(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。( )(5)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。( )(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大。( )
1．模型构建：分析电解过程的思维流程
2．学科思维：用惰性电极电解电解质溶液的产物判断图示
3．归纳整合：电化学综合计算的三种常用方法(1)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出比例式计算。(2)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算根据得失电子守恒定律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。如以通过4 ml e－为桥梁构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
题组一 电解原理1．用石墨电极完成下列电解实验。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。
2．下列是四套不同介质的电解装置，通电后在A装置石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
题组二 电极反应式、电解方程式的书写3．(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)用铁做电极电解NaCl溶液阳极反应式：________________________________________________；阴极反应式：________________________________________________；总反应化学方程式：__________________________________________。
(3)用Al做电极电解NaOH溶液阳极反应式：______________________________________________；阴极反应式：______________________________________________；总反应离子方程式：________________________________________。(4)用Al做阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：______________________________________________；阴极反应式：______________________________________________；总反应化学方程式：________________________________________。
4．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，以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。
从原理和事实出发，对阴、阳极上的放电纠偏纠偏 1 阴离子能在阴极上放电吗阴极发生得电子的还原反应，体现出放电离子的氧化性，一些阴离子的氧化性比较强，当条件合适时肯定可以在阴极放电。
[典例1] 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_____________。
纠偏 2 阳离子能在阳极放电吗阳极发生失电子的氧化反应，本质是放电离子还原性的体现，某些处于较低价态的阳离子具有较强的还原性，可以在阳极放电发生氧化反应。
[典例2] 铅及其化合物可用于铅蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料。回答下列问题：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。阳极发生反应的电极反应式为_____________________，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____________________________________________________________________________________________________。
[解析] 从实验目的来看应由Pb2＋价态升高变为PbO2，阳极电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故阴极石墨上有红色物质析出。只有Pb(NO3)2溶液时，阴极反应为Pb2＋＋2e－===Pb，导致Pb2＋的利用率降低(没有全部转化为产物PbO2)。[答案] Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋ 石墨上有红色物质析出 Pb2＋＋2e－===Pb 不能有效利用Pb2＋
[即时训练2] 用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 ml/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值)：
(1)甲同学由Ⅰ推测：Fe2＋在阳极放电产生Fe3＋。这种推测是否正确，并说明原因：_______________________________________________。(2)乙同学由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电，其电极反应式为_________________________________________________。解析：(1)这种推测是错误的，Fe3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋产生的。(2)实验Ⅱ没有Cl2产生，所以Fe3＋不可能是Fe2＋被Cl2氧化而来，只可能是Fe2＋在阳极放电被氧化反应而来，故电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。答案：(1)不正确，Cl2氧化Fe2＋也会产生Fe3＋ (2)Fe2＋－e－===Fe3＋
(3)Ⅱ中虽未检测出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：与Ⅱ对比，通过控制电压验证了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同时”)Cl－放电。
解析：(3)对比实验Ⅱ和Ⅳ，发现Fe2＋在阳极放电变为Fe3＋所需的电压比Cl－在阳极放电产生Cl2所需电压更低，故电解时Fe2＋先于Cl－在阳极放电。答案：(3)先于
[练后归纳] 阳离子可以在阳极放电，有些还原性较强的离子(如Fe2＋)甚至可能先于阴离子反应。而这恰好是符合氧化还原反应规律的(还原性：Fe2＋>Cl－)。
纠偏 3 含氧酸根离子会参与电极反应吗[典例3] 制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。(1)阳极的电极反应式为________________。(2)电解后，________室的NaHSO3浓度增加。(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)浓度增加，原因是___________(用电极反应式说明)。
纠偏 4 分子有可能参与电极反应吗[典例4] 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：_________________________________________________________________________________________________________________________。
[答案] NH3 观察图示转化中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3
[即时训练3] (双选)利用电解产生的H2O2处理含氨废水(电解前用酸调pH＝5)的装置如图，下列判断错误的是( )A．可用硫酸调节废水的pHB．阴极的电解产物之一是N2C．阴极O2的消耗量与阳极O2的产生量相同D．电路中通过3 ml电子时除去废水中17 g NH3
解析：根据题目叙述和图示得出：阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2。N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物，即2NH3＋3H2O2===N2＋6H2O，故B错误。从电极反应式看出阴极的O2的消耗量与阳极的O2的产生量为2∶1，故C错误。
当条件合适的情况下，电中性的分子也有可能参与电极反应。
考点 2 电解原理在工业生产中的应用1．氯碱工业(1)电极反应阳极反应式：___________________(______反应)。阴极反应式：__________________(______反应)。
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
4．电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
1．下面是两套电解应用的常规装置(1)请分析两装置中各电极的质量变化？____________________________________________________________(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？____________________________________________________________
提示：(1)甲图中铜片质量减小，待镀铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度逐渐减小。
2.如图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜。阳极反应式：_____________________________________________________________________________________；阴极反应式：____________________________________。
(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)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( )(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。( )(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。( )
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。( )(6)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。( )
题组一 通过电解原理，形成致密氧化膜，提高抗腐蚀性1．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4—H2C2O4混合溶液。待加工铝质工件应作阳极还是阴极？写出电极反应式。_____________________________________________________________________________________________________________________。
题组二 应用电解原理制备新物质2．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饱和食盐水的示意图，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”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
3．用惰性电极电解法可制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。 分析制备原理，并写出产品室发生的反应。____________________________________________________________________________________________________________________。
题组三 应用电解原理治理污染4．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果晶的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。 说出离子交换膜的类型，以及“酸性水”的成分及作用。________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：由装置图可知，左侧产生酸性水，为氯离子放电，产生氯气，溶于水生成盐酸、次氯酸，具有强氧化性，能杀菌消毒。右侧产生碱性水，为氢离子放电，产生氢氧根离子所致，钾离子通过交换膜由左端(阳极区)迁移到右端(阴极区)与氢氧根离子结合生成氢氧化钾，所以交换膜为阳离子交换膜
5．用如图所示装置处理含CN－废水时，控制溶液pH为9～10，并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO－将CN－氧化为无害物质而除去。阳极产生ClO－的电极反应为__________________________。
答案：2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O
考点 3 金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的本质金属原子_________变为____________，金属发生氧化反应。
2．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
Fe－2e－===Fe2＋
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
4.金属的防护(1)牺牲阳极的阴极保护法利用________原理。(2)外加电流的阴极保护法利用________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。
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( )(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。( )(4)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。( )(5)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。( )(6)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。( )
归纳整合：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(由快到慢)：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(由快到慢)：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。
A.在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2OB．在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀C．在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
解析：A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH<4的溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；C项，pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。答案：A
2.利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是( )A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B．一段时间后，a管液面高于b管液面C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
3.炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑，腐蚀原理如图所示。根据金属腐蚀原理分析铁锅腐蚀过程，并写出所发生的电极反应式及有关的化学反应方程式。________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：铁锅中含有的Fe、C和电解质(NaCl)溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe为负极，C为正极。具体电极反应如下：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
4.铁及其化合物与生产、生活关系密切。如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。(1)该电化学腐蚀称为________。(2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是___________(填字母)。答案：(1)吸氧腐蚀 (2)B
题组二 金属腐蚀快慢比较5．(1)以下装置中(杯中均盛有海水)Zn片腐蚀由快到慢的顺序为____________。答案：(1)④③⑥①②⑤
(2)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁)，________铁板更耐腐蚀，原因为_______________________________________________________________________________________________________________。答案：(2)镀锌 镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
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：②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。
对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。
7．利用下图装置可以模拟铁的电化学防护 (1)若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。(2)若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。答案：(1)牺牲阳极的阴极保护法 (2)外加电流的阴极保护法
1.电解池组成“三条件”(1)外接电源；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)闭合回路。2.离子放电“两顺序”(惰性电极)(1)阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。(2)阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Fe2＋> Zn2＋>H＋(H2O)>Al3＋。
3.电解池阴、阳极“四特点”(1)阳极：外接直流电源正极——流出电子——发生氧化反应——阴离子移向。(2)阴极：外接直流电源负极——流入电子——发生还原反应——阳离子移向。
1．(2020·高考全国卷Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是( )A．Ag为阳极B．Ag＋由银电极向变色层迁移C．W元素的化合价升高D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3
2．(2020·新高考山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析：A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
3．(2017·高考全国卷Ⅰ)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；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误；D正确。
4．(2018·高考全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生的反应为：①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
解析：由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C错误。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确。将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确。Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D正确。
该电解池的阳极为________，总反应为____________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为______________________________。
6．(2018·高考全国卷Ⅲ)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式____________________________________________________________________________________________。(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是__________。(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_______(写出一点)。
考点 1 电解原理1．电解
2．电解池的组成和工作原理(用惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式：__________________________。
1．由惰性电极电解电解质溶液的四种类型(填空)(1)电解水型
2．根据金属活动性顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?____________________________________________________________________________________________________________________________
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。( )(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( )(3)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。( )(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。( )(5)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。( )(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大。( )
1．模型构建：分析电解过程的思维流程
2．学科思维：用惰性电极电解电解质溶液的产物判断图示
3．归纳整合：电化学综合计算的三种常用方法(1)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出比例式计算。(2)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算根据得失电子守恒定律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。如以通过4 ml e－为桥梁构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
题组一 电解原理1．用石墨电极完成下列电解实验。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。
2．下列是四套不同介质的电解装置，通电后在A装置石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
题组二 电极反应式、电解方程式的书写3．(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)用铁做电极电解NaCl溶液阳极反应式：________________________________________________；阴极反应式：________________________________________________；总反应化学方程式：__________________________________________。
(3)用Al做电极电解NaOH溶液阳极反应式：______________________________________________；阴极反应式：______________________________________________；总反应离子方程式：________________________________________。(4)用Al做阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：______________________________________________；阴极反应式：______________________________________________；总反应化学方程式：________________________________________。
4．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，以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。
从原理和事实出发，对阴、阳极上的放电纠偏纠偏 1 阴离子能在阴极上放电吗阴极发生得电子的还原反应，体现出放电离子的氧化性，一些阴离子的氧化性比较强，当条件合适时肯定可以在阴极放电。
[典例1] 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_____________。
纠偏 2 阳离子能在阳极放电吗阳极发生失电子的氧化反应，本质是放电离子还原性的体现，某些处于较低价态的阳离子具有较强的还原性，可以在阳极放电发生氧化反应。
[典例2] 铅及其化合物可用于铅蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料。回答下列问题：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。阳极发生反应的电极反应式为_____________________，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____________________________________________________________________________________________________。
[解析] 从实验目的来看应由Pb2＋价态升高变为PbO2，阳极电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故阴极石墨上有红色物质析出。只有Pb(NO3)2溶液时，阴极反应为Pb2＋＋2e－===Pb，导致Pb2＋的利用率降低(没有全部转化为产物PbO2)。[答案] Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋ 石墨上有红色物质析出 Pb2＋＋2e－===Pb 不能有效利用Pb2＋
[即时训练2] 用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 ml/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值)：
(1)甲同学由Ⅰ推测：Fe2＋在阳极放电产生Fe3＋。这种推测是否正确，并说明原因：_______________________________________________。(2)乙同学由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电，其电极反应式为_________________________________________________。解析：(1)这种推测是错误的，Fe3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋产生的。(2)实验Ⅱ没有Cl2产生，所以Fe3＋不可能是Fe2＋被Cl2氧化而来，只可能是Fe2＋在阳极放电被氧化反应而来，故电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。答案：(1)不正确，Cl2氧化Fe2＋也会产生Fe3＋ (2)Fe2＋－e－===Fe3＋
(3)Ⅱ中虽未检测出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：与Ⅱ对比，通过控制电压验证了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同时”)Cl－放电。
解析：(3)对比实验Ⅱ和Ⅳ，发现Fe2＋在阳极放电变为Fe3＋所需的电压比Cl－在阳极放电产生Cl2所需电压更低，故电解时Fe2＋先于Cl－在阳极放电。答案：(3)先于
[练后归纳] 阳离子可以在阳极放电，有些还原性较强的离子(如Fe2＋)甚至可能先于阴离子反应。而这恰好是符合氧化还原反应规律的(还原性：Fe2＋>Cl－)。
纠偏 3 含氧酸根离子会参与电极反应吗[典例3] 制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。(1)阳极的电极反应式为________________。(2)电解后，________室的NaHSO3浓度增加。(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)浓度增加，原因是___________(用电极反应式说明)。
纠偏 4 分子有可能参与电极反应吗[典例4] 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：_________________________________________________________________________________________________________________________。
[答案] NH3 观察图示转化中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3
[即时训练3] (双选)利用电解产生的H2O2处理含氨废水(电解前用酸调pH＝5)的装置如图，下列判断错误的是( )A．可用硫酸调节废水的pHB．阴极的电解产物之一是N2C．阴极O2的消耗量与阳极O2的产生量相同D．电路中通过3 ml电子时除去废水中17 g NH3
解析：根据题目叙述和图示得出：阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2。N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物，即2NH3＋3H2O2===N2＋6H2O，故B错误。从电极反应式看出阴极的O2的消耗量与阳极的O2的产生量为2∶1，故C错误。
当条件合适的情况下，电中性的分子也有可能参与电极反应。
考点 2 电解原理在工业生产中的应用1．氯碱工业(1)电极反应阳极反应式：___________________(______反应)。阴极反应式：__________________(______反应)。
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
4．电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
1．下面是两套电解应用的常规装置(1)请分析两装置中各电极的质量变化？____________________________________________________________(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？____________________________________________________________
提示：(1)甲图中铜片质量减小，待镀铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度逐渐减小。
2.如图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜。阳极反应式：_____________________________________________________________________________________；阴极反应式：____________________________________。
(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)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( )(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。( )(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。( )
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。( )(6)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。( )
题组一 通过电解原理，形成致密氧化膜，提高抗腐蚀性1．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4—H2C2O4混合溶液。待加工铝质工件应作阳极还是阴极？写出电极反应式。_____________________________________________________________________________________________________________________。
题组二 应用电解原理制备新物质2．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饱和食盐水的示意图，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”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
3．用惰性电极电解法可制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。 分析制备原理，并写出产品室发生的反应。____________________________________________________________________________________________________________________。
题组三 应用电解原理治理污染4．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果晶的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。 说出离子交换膜的类型，以及“酸性水”的成分及作用。________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：由装置图可知，左侧产生酸性水，为氯离子放电，产生氯气，溶于水生成盐酸、次氯酸，具有强氧化性，能杀菌消毒。右侧产生碱性水，为氢离子放电，产生氢氧根离子所致，钾离子通过交换膜由左端(阳极区)迁移到右端(阴极区)与氢氧根离子结合生成氢氧化钾，所以交换膜为阳离子交换膜
5．用如图所示装置处理含CN－废水时，控制溶液pH为9～10，并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO－将CN－氧化为无害物质而除去。阳极产生ClO－的电极反应为__________________________。
答案：2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O
考点 3 金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的本质金属原子_________变为____________，金属发生氧化反应。
2．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
Fe－2e－===Fe2＋
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
4.金属的防护(1)牺牲阳极的阴极保护法利用________原理。(2)外加电流的阴极保护法利用________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。
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( )(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。( )(4)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。( )(5)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。( )(6)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。( )
归纳整合：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(由快到慢)：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(由快到慢)：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。
A.在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2OB．在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀C．在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
解析：A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH<4的溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；C项，pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。答案：A
2.利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是( )A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B．一段时间后，a管液面高于b管液面C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
3.炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑，腐蚀原理如图所示。根据金属腐蚀原理分析铁锅腐蚀过程，并写出所发生的电极反应式及有关的化学反应方程式。________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：铁锅中含有的Fe、C和电解质(NaCl)溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe为负极，C为正极。具体电极反应如下：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
4.铁及其化合物与生产、生活关系密切。如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。(1)该电化学腐蚀称为________。(2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是___________(填字母)。答案：(1)吸氧腐蚀 (2)B
题组二 金属腐蚀快慢比较5．(1)以下装置中(杯中均盛有海水)Zn片腐蚀由快到慢的顺序为____________。答案：(1)④③⑥①②⑤
(2)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁)，________铁板更耐腐蚀，原因为_______________________________________________________________________________________________________________。答案：(2)镀锌 镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
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：②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。
对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。
7．利用下图装置可以模拟铁的电化学防护 (1)若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。(2)若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。答案：(1)牺牲阳极的阴极保护法 (2)外加电流的阴极保护法
1.电解池组成“三条件”(1)外接电源；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)闭合回路。2.离子放电“两顺序”(惰性电极)(1)阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。(2)阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Fe2＋> Zn2＋>H＋(H2O)>Al3＋。
3.电解池阴、阳极“四特点”(1)阳极：外接直流电源正极——流出电子——发生氧化反应——阴离子移向。(2)阴极：外接直流电源负极——流入电子——发生还原反应——阳离子移向。
1．(2020·高考全国卷Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是( )A．Ag为阳极B．Ag＋由银电极向变色层迁移C．W元素的化合价升高D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3
2．(2020·新高考山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B．电解一段时间后，阳极室的pH未变C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析：A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
3．(2017·高考全国卷Ⅰ)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；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误；D正确。
4．(2018·高考全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生的反应为：①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
解析：由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C错误。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确。将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确。Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D正确。
该电解池的阳极为________，总反应为____________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为______________________________。
6．(2018·高考全国卷Ⅲ)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式____________________________________________________________________________________________。(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是__________。(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_______(写出一点)。
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