2024版新教材高考化学全程一轮总复习第六章化学反应与能量第20讲电解池金属的腐蚀与防护（课件+课时作业+学生用书）（3份）

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复 习 目 标1.认识电能与化学能相互转化的实际意义及其重要应用。2.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。4.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
考点一　电解原理必备知识整理1.电解与电解池(1)电解：使________通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起____________的过程。(2)电解池：将______直接转化为______的装置。(3)电解池的构成①有与________相连的两个电极；②________溶液(或________)；③形成________。
2．电解池的工作原理(1)工作原理
(2)以惰性电极电解CuCl2溶液为例分析
电子和离子的移动方向(惰性电极)
3．阴、阳两极上的放电顺序(1)阴极(与电极材料无关)氧化性强的先放电，放电顺序如下：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。
(2)阳极(与电极材料有关)①活性电极作阳极(除Au、Pt以外的金属)，则活性电极本身失去电子，发生氧化反应。Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋。②惰性电极作阳极(Pt、Au、石墨碳棒)离子的放电顺序如下：
微点拨(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)电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，如电解NaCl溶液少的H和Cl，通入HCl复原，电解CuSO4溶液少的是Cu和O，补CuO复原等。
对点题组训练题组一　电极反应式的书写与判断1．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：______________________________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
2S2－－4e－===S2
COS＋2e－===S2－＋CO
微点拨 正确书写电极反应式(1)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＋)。②二看电解质，电解质是否参与电极反应。③三看电解质状态，是熔融状态，还是水溶液。(2)规避“两个”失分点①书写电解池中电极反应式时，可以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，且注明“电解”条件。②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。)
题组二　电解规律及电极产物的判断3．用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是(　　)A．电解的最后阶段为电解水B．阳极先逸出氯气后逸出氧气C．阴极逸出氢气D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
4．下列说法错误的是(　　)A．用惰性电极电解Na2SO4溶液，当2 ml电子转移时，可加入18 g水恢复B．用惰性电极电解1 L 1 ml·L－1 CuSO4溶液，加入1 ml CuO恢复，电路中转移了2 ml电子C．用惰性电极电解含1 ml NaOH的水溶液，溶液的pH不变D．要想实现Cu＋H2SO4(稀)===CuSO4＋H2↑反应，需在电解池中进行，用Cu为阳极
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2H＋＋2e－===H2↑
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
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。
2Na＋＋2e－===2Na
Mg2＋＋2e－===Mg
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
[正误判断]　(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(　　)(2)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(　　)(3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等(　　)(4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(　　)
×　金属材料Pt和Au都是惰性电极，两极都可用，阴极也可用活泼金属电极
×　镀件应连接电源的负极，作电解池的阴极
×　阳极溶解的金属还有Zn、Ni、Fe等
×　电镀铜时c(Cu2＋)保持不变，电解精炼铜时c(Cu2＋)减小
(5)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3(　　)(6)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(　　)(7)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2溶液作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌(　　)(8)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极，稀H2SO4作电解液(　　)
×　MgO熔点高，熔融需要能量高；AlCl3是共价化合物，熔融时不导电
×　通过调节溶液中的浓度，可以使Zn2＋先于H＋放电，从而实现在铁上镀锌
2．高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A．上述装置中，f极为光伏电池的正极B．阴极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4D．若转移2 ml电子，理论上生成100.5 g HClO4
解析：电解时，Na＋移向阴极区，则f为电源负极，A项错误；电解时，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，Na＋移向阴极区，阳极区溶液逐渐由NaClO4转化为HClO4；阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区产生NaOH，B项错误、C项正确；根据得失电子守恒，若转移2 ml电子，理论上生成201 g HClO4，D项错误。
题组二　电镀3．下列图示中关于铜电极的连接错误的是(　　)
解析：A项，锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，连接正确；B项，电解精炼铜，粗铜作阳极，纯铜作阴极，连接正确；C项，电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，连接错误；D项，电解氯化铜溶液，铜作阴极，石墨作阳极，连接正确。
4．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。下列叙述错误的是(　　)A．待加工铝质工件为阳极B．可选用不锈钢网作为阴极C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===AlD．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。
6．1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融)O2↑＋4Na↑＋2H2O；后来盖-吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOH===Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　)A．戴维法制钠，阳极的电极反应式为Na＋＋e－===Na↑B．盖-吕萨克法制钠原理是利用铁的金属性比钠的强C．若用戴维法与盖-吕萨克法制得等量的钠，两方法转移电子总数相等D．还可以用电解熔融氯化钠法制钠
解析：A项，阳极应发生氧化反应；B项，盖-吕萨克法制钠原理是根据钠的沸点较低、易从反应混合物中分离出来，从而使化学平衡正向移动；C项，根据反应方程式可知，用戴维法制取金属钠，每产生4 ml钠转移电子的物质的量是4 ml，而用盖-吕萨克法制得4 ml钠转移电子的物质的量是8 ml，因此制取等量的金属钠，转移电子总数不相等；D项，由于NaCl是离子化合物，可用电解熔融氯化钠的方法制金属钠。
考点三　金属的腐蚀与防护必备知识整理1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生_______反应，可表示为M－ne－===Mn＋。
2．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀和电化学腐蚀
(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
Fe－2e－===Fe2＋
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
微点拨(1)铁锈的形成过程：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O(2)金属越活泼就越易失去电子而被腐蚀，金属活动性顺序中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序中排在氢前面的金属才可发生析氢腐蚀。
[正误判断]　(1)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(　　)(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　　)(3)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀(　　)(4)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(　　)(5)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)
×　干燥环境下，金属可发生化学腐蚀
×　银器变黑是银器皿与空气中的H2S生成Ag2S，钢铁腐蚀主要是电化学腐蚀
×　水膜酸性较强时，钢铁发生析氢腐蚀
×　Cu在潮湿的空气中被腐蚀生成Cu2(OH)2CO3
(6)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)(7)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(　　)(8)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈(　　)(9)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阴极的保护法(　　)(10)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极(　　)
×　铁被腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe2＋
×　镀锌铁(白铁)保护层破损后，镀层对金属仍有保护作用
×　应该是牺牲阳极法——原电池原理
×　外加电流法中，被保护金属应接电源的负极
对点题组训练题组一　金属腐蚀的类型1．研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误的是(　　)A．桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀B．钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快C．图甲辅助电极的材料可以为石墨D．图乙钢铁桥墩上发生的反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2．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，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能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
解析：D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。
题组二　金属腐蚀的防护方法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。
4.利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是(　　)A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
解析：若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极发生氧化反应，D项正确。
新 情 境 新 高 考实际生产中的氯碱工业氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气和烧碱等化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图：
[问题探究](1)从a口放出的气体是什么？如何检验？写出阳极反应式。(2)从b口放出的气体是什么？写出阴极反应式和总的电解反应方程式。
提示：Cl2；用湿润的淀粉-KI试纸检验，若试纸变蓝，证明该气体为Cl2；电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。
(3)工业上用电解饱和食盐水制取NaOH时，食盐水为什么要精制？如何精制？
(4)判断电解装置中的交换膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？并指出离子交换膜的作用。
提示：因为阳极室中Cl－放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，故阳极室中正电荷(Na＋)富余，阴极室中H＋放电：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故阴极室中负电荷(OH－)富余，要维持溶液的电中性，且得到较纯的NaOH溶液，阳极室中的Na＋会穿过离子交换膜进入阴极室与OH－结合生成NaOH，所以该离子交换膜为阳离子交换膜。阳离子交换膜的作用：一是避免了H2与Cl2混合光照下发生爆炸；二是阻止阴离子(OH－)透过交换膜，防止Cl2与OH－反应，从而提高了产品(NaOH)的纯度。
本讲真题研练1．[2022·广东卷]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，据此分析解答。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。
2．[2022·广东卷]为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3% NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是(　　)A．加入AgNO3溶液产生沉淀B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C．加入KSCN溶液无红色出现D．加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
解析：镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀，则将其放入到酸化的3%NaCl溶液中，会构成原电池，由于锌比铁活泼，作原电池的负极，而铁片作正极，溶液中破损的位置会变大，铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气，溶液中会有亚铁离子生成，据此分析解答。氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质与碘化钾发生反应，故B不符合题意；KSCN溶液可检测铁离子的存在，上述现象中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2＋的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。
3．[2022·浙江6月]通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。
下列说法不正确的是(　　)A．电极A为阴极，发生还原反应B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
解析：由示意图可知，电解时，电极A上LiMn2O4中Mn元素化合价降低，被还原，电极A是电解装置的阴极，A项正确；由电解装置中电极B上的物质变化可知，Mn2＋被氧化成MnO2，B项正确；阴极上Mn元素化合价由＋3.5→＋2，阳极上Mn元素化合价由＋2→＋4，化合价变化的绝对值不相等，故电解过程中，溶液中的Mn2＋浓度会变化，C项错误；通过调节溶液pH，可使Mn2＋转化为沉淀而除去，再加入可溶性的碳酸盐可使Li＋转化为难溶的碳酸锂，D项正确。
4．[2020·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＋注入到无色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
5．[2023·浙江1月]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