2022版高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第3节电解池金属的腐蚀与防护课件

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1．电解和电解池(1)电解：在________作用下，电解质在两个电极上分别发生____________和____________的过程。(2)电解池：______转化为________的装置。(3)电解池的构成。①与________相连的两个电极。②电解质溶液(或熔融电解质)。③形成__________。
(4)电解池中电子和离子的移动方向。①电子：从电源______流出后，流向电解池______；从电解池的______流向电源的正极。②离子：阳离子移向电解池的______，阴离子移向电解池的______。
(5)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)：总反应式：____________________________。
(1)不管阴极是什么材料，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。不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。(2)最常见的放电顺序。阳极：活泼金属(一般指Pt、Au以外的金属)＞Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。
3．惰性电极电解电解质溶液的四种类型
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应(　　)(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)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(　　)(4)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(　　)(5)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均逐渐增大(　　)
(6)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应(　　)(7)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变(　　)(8)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况(　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×
突破一　电解规律及电极产物的判断1．下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是(　　)A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2B．NaOH、CuSO4、H2SO4C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2【答案】C
2．用铂电极电解某溶液一段时间后，该溶质浓度增大而溶液pH减小，该溶质是(　　)A．NaOH B．CuCl2 C．CuSO4 D．H2SO4【答案】D【解析】A项用铂电极电解NaOH溶液的实质是电解水，NaOH浓度变大，pH增大；B项电解CuCl2溶液的实质是电解电解质本身，CuCl2浓度变小，所以酸性变小，pH增大；C项电解CuSO4溶液是典型的放氧生酸型，CuSO4溶液浓度降低，但因为生成了硫酸，酸性变强，pH减小。
惰性电极电解电解质溶液的产物判断
突破二　电子守恒在电化学计算中的应用3．LiOH和钴氧化物可用于制备锂离子电池正极材料。利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。
下列说法不正确的是(　　)A．B极区电解液为LiOH溶液B．每产生标准状况下2.24 L氢气，就有0.1 ml阳离子通过交换膜进入阴极区C．电解过程中Li＋向B电极迁移D．阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑【答案】B
【解析】根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，剩余OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极，A正确；阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解过程中Li＋向B电极迁移，C、D正确；每产生标况下2.24 L H2，n(H2)＝0.1 ml，n(H＋)＝0.2 ml，就有0.2 ml Li＋通过交换膜进入阴极区，B错误。
4．如图所示的电解装置中，A池盛有200 mL饱和KCl溶液，B池盛有200 mL饱和CuSO4溶液，四个电极都用惰性材料制成，通电一段时间后，B池中阴极增重0.64 g，求：
(1)写出A、B两池中阳极的电极反应式：__________________ ________________________。(2)通电一段时间后，计算标准状况下产生的气体的体积：__________。【答案】(1)A池：2Cl－－ 2e－===Cl2↑B池：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(2)V(Cl2)＝224 mL; V(O2)＝112 mL
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。
突破三　电极反应式的书写与判断5．(2019·江西南昌二模)氧化亚铜可作杀菌剂、红色玻璃染色剂，电解制备氧化亚铁的原理如图所示。
6．(2020·河南郑州月考)请按要求回答下列问题。
(1)根据图1回答①②：①若断开K2，闭合K1。A电极可观察到的现象是______________________；B极的电极反应式为____________________________________。②若断开K1，闭合K2，A电极可观察到的现象是________________ ________________；B极的电极反应式为________________________。
(2)根据图2回答③④：③将较纯净的CuSO4溶液放入如图所示的装置中进行电解，石墨电极上的电极反应式为____________________________________，电解反应的离子方程式为______________________________。④实验完成后，铜电极增重a g，石墨电极产生标准状况下的气体体积为________________L。
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(注意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，一般是金属的电解冶炼。
☞知识点2　电解原理的应用
3.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。
2Cl－－2e－===Cl2↑　
2Na＋＋2e－===2Na　
Mg2＋＋2e－===Mg　
4Al3＋＋12e－===4Al　
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3(　　)(2)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极(　　)(3)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(　　)(4)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(　　)
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(　　)(6)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过(　　)【答案】(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√
突破一　电解原理的应用1．下列关于电解的知识叙述中，错误的是(　　)
A．用装置①精炼铜，则a极为粗铜，电解质溶液可为CuSO4溶液B．工业上通过电解氯化钠溶液的方法制备金属钠C．装置②的钢闸门应与外接电源的负极相连D．向电子元件上镀上一层银，常需要电子元件作阴极，金属银作阳极【答案】B【解析】电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氢气、氯气，工业上通过电解熔融氯化钠制备金属钠，B错误。
2．如图所示，a、b为等质量的电极，电解槽中盛有1 L 1.0 ml·L－1CuSO4溶液，电解前后溶液体积变化忽略不计，下列有关叙述正确的是(　　)
A．电子的流向：负极→b→a→正极B．若为电解精炼铜装置，则a为粗铜；若为电镀铜装置，则b为纯铜C．电镀铜或电解精炼铜，溶液中Cu2＋浓度均不变D．若为电镀铜，当电路中通过的电子为0.2 ml时，两极的质量相差12.8 g【答案】D
【解析】该装置为电解池，a极连接外加电源正极，b极连接外加电源负极，电子移动方向为负极→b，a→正极，电子不能通过电解质溶液，A错误；若为电解精炼铜的装置，粗铜作阳极，则a极为粗铜，若为电镀铜的装置，纯铜作阳极，则a极为纯铜，B错误；电镀铜时，溶液中铜离子浓度不变，电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ag等杂质，锌、铁等失电子时，铜离子在阴极析出，因此溶液中铜离子浓度减小，C错误。
电镀和粗铜精炼的特点：待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，电镀前后，电镀液的浓度保持不变；而粗铜精炼过程中，粗铜作阳极，纯铜作阴极，含有铜离子的溶液作电解质溶液。
突破二　应用电解原理治理污染3．一定条件下，利用如图装置可实现有机物的储氢。下列有关说法正确的是(　　)
A．苯在电极D放电时断开的化学键是极性键B．气体X在反应中通常体现还原性C．若阳极区的电解质溶液为稀硫酸，则电解一段时间后，阳极区溶液的pH增大D．电极D的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12【答案】D
4．(2019·四川成都模拟)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。
【解析】电解质溶液呈碱性，则阴极上水得电子生成H2和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A错误；阳极上Cl－在碱性条件下失电子生成ClO－和H2O，电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B错误；电解时a极为电源的正极，充电时a极为阳极，电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，C正确；阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为CO2和N2，该反应在碱性环境中发生，反应的离子方程式中不应出现H＋，D错误。
☞知识点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____________。
2．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀。
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀。以钢铁的腐蚀为例进行分析：
水膜酸性较强(pH≤4.3)　
Fe－2e－===Fe2＋　
O2＋2H2O＋4e－===4OH－　
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
(1)电解质所处环境决定金属的腐蚀方式：若电解质酸性较强，如NH4Cl、H2SO4等，则发生析氢腐蚀，相当于金属与酸构成原电池；若电解质为弱酸、中性、弱碱，则发生吸氧腐蚀，相当于金属与氧气构成燃料电池。(2)两种腐蚀正极的现象不同：析氢腐蚀正极产生H2，气体压强变大，pH增大；吸氧腐蚀正极吸收O2，气体压强变小，pH增大。
3.金属的防护(1)电化学防护。①牺牲阳极的阴极保护法——_____________原理。a．_____极：比被保护金属活泼的金属；b．_____极：被保护的金属设备。②外加电流的阴极保护法——______________原理。a．_____极：被保护的金属设备；b．_____极：惰性金属。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
判断正误(正确的画“√”，错误的画“×”)。(1)钢铁腐蚀以吸氧腐蚀为主(　　)(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)(3)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　　)(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)要保护船舶外壳，可将铜块装在船舶外壳上(　　)(6)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(　　)(7)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(　　)(8)红热的铁丝与水接触表面形成蓝色保护层是利用了原电池原理(　　)【答案】(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)√　(8)×
突破一　金属腐蚀原理1．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)
A．图1中，铁钉易被腐蚀B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极【答案】C
突破二　金属腐蚀快慢比较2．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　) A．②①③④⑤⑥　　 　　B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥　　 D．⑤③②④①⑥【答案】C
【解析】①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢；其电极反应式：负极2Fe－4e－===2Fe2＋，正极2H2O＋O2＋4e－===4OH－。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Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀得较快。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由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
3．下列几种金属制品的镀层损坏后，金属腐蚀的速率最快的是(　　)A．镀铝塑料　　 B．食品罐头铁盒(镀锡)C．白铁水桶(镀锌) D．镀银铜质奖章【答案】B【解析】关键是看镀层损坏后，暴露出的金属与镀层能否形成原电池，形成原电池后金属是否作负极。
判断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，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。
突破三　 金属腐蚀与防护措施的设计与选择4．(2020·南京六校联考)下列说法中，不正确的(　　)
A．图1，钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀B．图2，钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀C．图3，将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好D．图4，钢闸门作为阴极而受到保护【答案】C【解析】钢闸门与锌板相连时，形成原电池，锌板作负极，发生氧化反应而被腐蚀，钢闸门作正极，从而受到保护，这是牺牲阳极的阴极保护法；当把锌板换成铜板时，钢闸门作负极，铜板作正极，钢闸门优先腐蚀，C错误。
5．如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是(　　)A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 ml气体【答案】B
【解析】K1闭合构成原电池，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；K1闭合，石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH－，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，B正确；K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，在阴极，不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C错误；K2闭合，铁棒作阴极，溶液中的氢离子放电生成氢气，石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，电路中通过0.002NA个电子时，两极均产生0.001 ml气体，共计是0.002 ml气体，D错误。
金属腐蚀的防护方法(1)改变金属的组成结构。如在铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢，其具有很高的耐腐蚀性。(2)在金属表面覆盖一层保护层。如在金属表面上喷漆、电镀或覆盖搪瓷，使表面钝化等。(3)电化学保护法。如把金属连接在电源的负极上，用阴极保护法；也可在金属上镀接比它更活泼的另一种金属，用牺牲阳极的阴极保护法。
1．(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。如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【答案】C【解析】从题干可知，当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中生成AgxWO3，器件呈现蓝色，说明通电时，Ag电极有Ag＋生成，然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag电极为阳极，透明导电层为阴极，故Ag电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。过程中，W由WO3的＋6价降低到AgxWO3中的＋(6－x)价，C错误。
3．(2020·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【答案】D【解析】a极析出氧气，氧元素的化合价升高，作电解池的阳极，b极通入氧气，生成H2O2，氧元素的化合价降低，被还原，作电解池的阴极。电解时，阳极的反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极的反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，总反应为O2＋2H2O===2H2O2，要消耗氧气，即a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，D错误。
4．(2020·江苏卷)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【答案】C
【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备作正极。阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护而不失电子，A错误；阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，B错误；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，D错误。
5．(2019·江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如下图所示的装置中，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(　　)