专题20 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 常考点归纳与变式演练 学案 高中化学 二轮复习 人教版（2022年）

这是一份专题20 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 常考点归纳与变式演练 学案 高中化学 二轮复习 人教版（2022年），共24页。学案主要包含了方法提炼，知识清单等内容，欢迎下载使用。
1.题型有选择题、填空题。
2.本部分主要考查内容有①电解池的工作原理，如电解池阳、阴极的判断，电极反应式的书写及溶液pH的变化等；②电解规律及其应用，如氯碱工业、粗铜的精炼、电镀等；③金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措施。
热点题型一：电解原理
热点题型二：电解原理的应用
热点题型三：金属的腐蚀与防护
热点题型四：可充电电池
热点题型五：离子交换膜在电化学装置中的应用
热点题型六：电化学的定量计算
热点题型一：电解原理
1.工作原理
电子和离子的移动方向(惰性电极)
2.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－＞最高价含氧酸根离子。
3．惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)
注意：
(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(2)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
(3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。
(4)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，H2O要写成分子式。
如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，总反应式为2Cl－＋2H2O eq \(=====,\s\up11(电解),\s\d4( )) 2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
【例1】用如图装置完成电解实验，对实验现象的解释或推测合理的是（ ）
A．a处的试纸变红B．b电极是正极
C．a处发生的电极反应：D．b处发生的电极反应：
【答案】D
【解析】A．实验相当于电解饱和氯化钠溶液，a作为阴极，氢离子放电后浓度降低，使氢氧根浓度增大，碱性增强，故使pH试纸变蓝，故A错误；B．b处与电源正极相连，b为阳极，故B错误；C．a与电源负极相连，可知铁棒为阴极，电解饱和食盐水，阴极生成氢气，发生的电极反应： ，故C错误；D．b处与电源正极相连，b为阳极，氯离子放电生成氯气，发生的电极反应：，故D正确；故答案选：D。
【例2】电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是CuCl2溶液，则Y电极上的电极反应式为_______；(2)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，则电解池中X极上的电极反应式为_______；(3)若X、Y都是惰性电极，a是AgNO3溶液，则X电极的电极反应式为_______；(4)若X、Y都是惰性电极，a是H2SO4溶液，则电解后溶液的pH___(填“增大”“不变”或“减小”)
【答案】（1）2Cl--2e-=Cl2↑
（2）2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+OH-)
（3）Ag++e-=Ag
（4）减小
【解析】(1)若X、Y都是惰性电极，a是CuCl2溶液，X电极连接电源的负极为阴极，Cu2+在X电极上得到电子变为单质Cu；Y电极连接电源的正极，作阳极，阳极上Cl-失去电子发生氧化反应变为Cl2，则Y电极的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；(2)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，在电解时，阴极X极上H2O电离产生的H+得到电子，发生还原反应，所以X电极的电极反应式为：2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+OH-)；(3)若X、Y都是惰性电极，a是AgNO3溶液，则在阴极X电极上Ag+得到电子变为Ag单质，所以X电极的电极反应式为：Ag++e-=Ag；(4)若X、Y都是惰性电极，a是H2SO4溶液，在阴极X上水电离产生的H+得到电子变为H2；在阳极Y上，水电离产生的OH-失去电子变为O2逸出，因此电解稀硫酸实质上是电解H2O，则电解后硫酸溶液浓度增大，溶液中c(H+)增大，故电解后溶液的pH会减小。
【变式1】根据对电解规律的理解，用惰性电极电解3 ml·L－1 NaCl和1 ml·L－1 CuSO4的混合溶液，可看作三个电解阶段。
第一阶段：相当于电解________溶液，电极总反应_______________________；第二阶段：相当于电解_________溶液，电极总反应_______________________；第三阶段：相当于电解_________溶液，电极总反应_______________________。
【答案】1 ml·L－1 CuCl2 CuCl2eq \(=====,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑
1 ml·L－1 NaCl 2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
1 ml·L－1 NaOH 2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))O2↑＋2H2↑
【变式2】完成下列问题:
I．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流计的指针发生了偏转。
请回答下列问题：
①甲池为__________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为__________________________________________________________________
②丙池中总反应的离子方程式：_______________________
③当乙池中C极质量减轻10.8g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为______mL(标准状况)。
④一段时间后，断开电键K，下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是________(填选项字母)。
a．CuO b．Cu c．Cu(OH)2 d．Cu2(OH)2CO3
II．如图，在酸性条件下，电解水中CN-可转化为CO2和N2，请写出阳极的电极反应式______________。
【答案】I．①原电池
② ③560 ④a II．
【解析】I．①甲池通入甲醇和氧气，甲为原电池，A通入甲醇，甲醇失电子生成碳酸根离子，A是负极，A电极的电极反应式为；②丙是电解池， E是阳极，阳极氢氧根离子失电子生成氧气，F是阴极，阴极铜离子得电子生成铜单质，总反应的离子方程式；③乙是电解池，C是阳极，阳极金属银失电子生成银离子，当乙池中C极质量减轻10.8g时，电路中转移电子的物质的量是，根据电子守恒，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为=560mL(标准状况)；④丙池中阳极生成氧气，阴极生成铜，加入一定质量的CuO能使丙池恢复到反应前浓度，选a；II．电解池中阳极发生氧化反应，阳极CN-发生氧化反应CO2和N2，阳极的电极反应式是。
热点题型二：电解原理的应用
1．氯碱工业
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)(还原反应)
总反应方程式：2NaCl＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2．电镀与电解精炼
3．电冶金：利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
【例1】利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用，下列说法正确的是
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH--4e-＝2H2O+O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2+浓度不变
C．在铁片上镀铜时，每转移2ml电子，Y极增重64g
D．制取金属铝时，Z是熔融的氯化铝
【答案】C
【解析】A．由图可知，X电极跟电源的正极相连，X为电解池的阳极，氯离子在阳极失电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl-－2e-＝Cl2↑，A项错误；B．精炼铜时，电解液为含Cu2＋的溶液，粗铜除含有Cu外，还含有比铜活泼的锌、铁等杂质，锌、铁和铜在阳极发生氧化反应生成离子，而阴极上只有Cu2＋得电子发生还原反应生成铜，则Z溶液中的Cu2+浓度减小，B项错误；C．由图可知，Y电极与电源的负极相连，Y为电解池的阴极。在铁片上镀铜时，铁片作阴极，铜作阳极，CuSO4溶液作电镀液。阴极发生还原反应：Cu2++2e-＝Cu。当转移2ml电子时，根据电极反应式可知，此时阴极生成1mlCu，即Y电极上增重64g。C项正确；D．氯化铝为共价化合物，熔融时不导电，制取金属铝，采用的是电解熔融氧化铝的方法，故制取金属铝时，Z是熔融的氧化铝。D项错误；答案选C。
【例2】图是离子交换膜电解槽，电解饱和食盐水时，离子交换膜只允许阳离子通过，下列说法错误的是
A．a是电源的正极B．X处产生的是氯气
C．可用铁作电极A的材料D．Z处流出溶液是较浓的NaOH溶液
【答案】C
【解析】A．由分析可知a是电源的正极，A正确；B．电极A为阳极，电极反应式为2Cl-2e-=Cl2↑，因此X处产生的是氯气，B正确；C．电极A为阳极，材料为Fe时，Fe失电子生成Fe2+，将不再产生氯气，且Fe2+穿过离子交换膜与阴极产生的OH-生成Fe(OH)2，导致不能生产NaOH，因此不可用铁作电极A的材料，C错误；D．电极B为阴极，发生2H2O+2e-=H2↑+2OH-，左室Na+穿过离子交换膜与右室产生的OH-结合为NaOH，因此Z处流出溶液是较浓的NaOH溶液，D正确；答案选C。
【变式1】某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是
A．溶液中电子从B极移向A极
B．若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2+)保持不变，
C．若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液pH增大
D．若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等
【答案】D
【解析】A．电解质溶液通过离子移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；B．若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜，该装置为电解精炼铜，溶液中c(Cu2+)略减小，故B错误；C．若A、B均为石墨电极，电解方程式是，则通电一段时间后，溶液pH减小，故C错误；D．根据电子守恒，阴极、阳极转移电子数一定相等，若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等，故D正确；故选D。
【变式2】如图所示的装置，X、Y 都是惰性电极。将电源接通后，向(甲)中滴入酚酞溶液，在 Fe 极附近显红色。试回答下列问题：

(1)在电源中，B 电极为_______极(填电极名称，下同)；丙装置中Y 电极为_______极。
(2)丙装置在通电一段时间后，X 电极上发生的电极反应式是_______。
(3)如果乙装置中精铜电极的质量增加了0.64g，请问甲装置中，铁电极上产生的气体在标准状况下为_______L。
(4)在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2，该电池正极发生的反应的电极反应式为_______。
【答案】（1）负极 阴极
（2）2Cl——2e—=Cl2↑
（3）0.224 L
（4）2FeO+6e—+5H2O=Fe2O3+10OH—
【解析】(1)由分析可知，在电源中，B电极为负极，丙装置中Y 电极为阴极，故答案为：负极；阴极；(2) 由分析可知，丙池中X电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl——2e—=Cl2↑，故答案为：2Cl——2e—=Cl2↑；(3) 乙装置中精铜电极的质量增加了0.64g说明有=0.01ml，由得失电子数目守恒可知铁电极上产生的氢气在标准状况下的体积为0.01ml×22.4L/ml=0.224L，故答案为：0.224L；(4)由电池总费用方程式可知，氧化剂高铁酸钾为原电池的正极，碱性条件下，高铁酸根在正极得到发生还原反应生成氧化铁，电极反应式为2FeO+6e—+5H2O=Fe2O3+10OH—，故答案为：2FeO+6e—+5H2O=Fe2O3+10OH—。
【方法提炼】
1.电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液的浓度减小。
2.粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。
3.由于AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔化温度，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极生成的氧气会与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
热点题型三：金属的腐蚀与防护
【知识清单】
1.金属腐蚀的类型：化学腐蚀和电化学腐蚀
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
3．金属腐蚀的快慢规律
(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>有防腐措施的腐蚀。
(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，活动性强的金属腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀速率越快。
4．金属的防护
(1)金属防腐的电化学方法：
①原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。注意：此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。
②电解池原理——外加电流的阴极保护法：被保护的金属与电池负极相连，形成电解池，作阴极。
（2）加防护层：如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。
（3）防腐措施效果比较。外加电流的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>有一般防腐条件的防护>未采取任何防护措施。
【例1】将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁电化学腐蚀实验。下列有关该说法正确的是
A．铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- ==Fe3+
B．电化学腐蚀过程中铁粉的电势比活性炭电势高
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【解析】A．由以上分析知，铁粉作原电池的负极，则铁被氧化的电极反应式为Fe-2e- ==Fe2+，A不正确；B．电化学腐蚀属于原电池反应，在原电池中，正极的电势比负极高，所以铁粉的电势比活性炭电势低，B不正确；C．活性炭的存在，与铁粉构成原电池，促进铁失电子，加速铁的腐蚀，C正确；D．以水代替NaCl溶液，液体的导电能力弱，但铁仍能发生吸氧腐蚀，D不正确；故选C。
【例2】下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是
A．图①，放置于干燥空气中的铁钉不会生锈
B．图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀
C．图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀
D．图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀
【答案】C
【解析】A．形成原电池需要电解质溶液，所以干燥空气中不易形成原电池，则铁钉不会生锈，A正确；B．中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，所以若断开电源，钢闸门会发生吸氧腐蚀，B正确；C．与原电池的正极相连做阳极，活泼金属做阳极时，金属失电子易被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，会加速钢闸门的腐蚀，C错误；D．若M比Fe活泼，则M、Fe形成原电池时，Fe做正极，M做负极，Fe被保护，D正确；故选C。
【变式1】用如图装置探究金属的腐蚀原理。有关说法正确的是
A．K打开时，生铁越靠近底端腐蚀越严重
B．K打开时，生铁的腐蚀速率比K闭合时慢
C．K闭合时，锌作阴极保护生铁
D．K闭合时，生铁上的电极反应式为O2+2H2O+4e- = 4OH-
【答案】D
【解析】A．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀，接触空气又接触水的部位腐蚀最严重，越靠近底端，氧气的含量越少，越不易被腐蚀，故A错误；B．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀；K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁被保护，即K打开时，生铁的腐蚀速率比K闭合时快，故B错误；C．K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁为正极，被保护，该方法称为牺牲阳极的阴极保护法，故C错误；D．K闭合时，生铁为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-→ 4OH-，故D正确；故选D。
【变式2】钢铁的防护有多种方法，下列对于图中的方法描述错误的是
A．a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应
B．a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材料可能都含有Zn
C．a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门
D．a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极的阴极保护法
【答案】D
【解析】A．a、b以导线连接，装置即为牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极活动性应该比铁强，作负极，发生氧化反应，A正确；B．a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，会失去电子，B正确；C．通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，C正确；D．由于有外加电源，故此方法为外加电流的阴极保护法，D错误；故合理选项是D。
热点题型四：可充电电池
1．可充电电池(二次电池)的分析流程
①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
②放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
③充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
a．首先应分清电池是放电还是充电。
b．再判断出正、负极或阴、阳极。
2.可充电电池的思维模型
因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。
3.常见的二次电池
锌银电池总反应：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
阳极：2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O
阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－
镍铁电池总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－
负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
阳极：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O
阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
镍镉电池总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2
正极：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
阴极：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－
锌铁电池总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
正极：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－
负极：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2
阳极：2Fe(OH)3＋10OH－－6e－===2FeO＋8H2O
阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
锂离子电池总反应：Li1－xCO2＋LixC6LiCO2＋C6(x