(新高考)高考化学大一轮复习课件第6章第37讲电解池金属的腐蚀与防护(含解析)

这是一份(新高考)高考化学大一轮复习课件第6章第37讲电解池金属的腐蚀与防护(含解析)，共60页。PPT课件主要包含了复习目标，电解原理，电解池工作原理，HCl，通入HCl气体，CuCl2，加CuCl2固体，＋Cl2↑＋2OH－，＋O2↑＋4H＋，NaClH2O等内容，欢迎下载使用。

1.理解电解池的工作原理，了解电解池与原电池的异同。2.理解电解原理，掌握氯碱工业、电镀、铜的电解精炼、电冶金的反应原理。3.掌握常见离子放电顺序，熟练书写电极反应式、总反应式并能进行相关计算。4.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防 止铁、铝等金属腐蚀。
注意　电子不下水，离子不上线。
2.电解池与原电池的比较
3.电解规律(1)阳极产物的判断①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断。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。
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.用Cu作电极电解盐酸可发生Cu＋2H＋ Cu2＋＋H2↑(　　)5.某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(　　)6.电解过程中电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极(　　)
1.完成下表(电极为惰性电极)
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
4H＋＋4e－===2H2↑
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Cu2＋＋2e－===Cu
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
4Ag＋＋4e－===4Ag
AgNO3 H2O
注意　电解质溶液的复原，应遵循“出什么加什么”(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物)的原则。
2.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是A.AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2B.KCl　Na2SO4　CuSO4C.CaCl2　KOH　NaNO3D.HCl　HNO3　K2SO4
3.(2020·山东，13)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
A项，根据题图可知，a极为阳极，其电极反应式为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；
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。
分析电解过程的思维流程
1.氯碱工业(1)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
(2)阳离子交换膜的作用阻止 进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)电极反应A极：___________________；B极：___________________________。(4)a、b、c、d加入或流出的物质分别是 、 、 、 ；X、Y分别为 、 。
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
注意　冶炼镁不可用MgO作原料；冶炼铝不可用AlCl3作原料。
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(　　)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(　　)
一、氯碱工业、电镀、精炼工艺的理解
1.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
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。
2.1807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，两方法转移的电子总数相等D.还可以用电解熔融氯化钠法制钠
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，转移的电子总数不相等。
3.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
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。
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：____________________________________；
二、电解池电极反应式的书写
Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式：________________；阴极反应式：__________________________；总反应方程式：______________________________；(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、 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，阴极反应式为___________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为_____。
Fe－2e－===Fe2＋
5.将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－=== 。
(1)写出电解时阴极的电极反应式：___________________________。(2)电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为_____________________________。
(n－1)S↓＋H2S↑
电解池电极反应式书写注意事项
(1)阳极材料不同，电极产物、电极反应式可能不同。(2)电解质溶液中未参与放电的离子是否与放电后生成的离子发生反应(离子共存)。(3)注意离子导体(电解质)是水溶液还是非水状态。
1.金属的腐蚀(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 反应。(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)
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
特别提醒　钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
2.金属的防护(1)电化学保护法①牺牲阳极法—— 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外加电流法—— 原理a. 极：被保护的金属设备；b. 极：惰性电极。(2)改变金属材料的组成，如制成防腐的合金等。(3)在金属表面覆盖致密的保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
1.金属发生腐蚀就是金属得电子转变为金属化合物的过程(　　)2.钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)3.Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)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.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(　　)6.干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(　　)7.铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(　　)
1.金属的腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。下列腐蚀类型中(1)属于化学腐蚀是________(填序号，下同)。(2)属于电化学腐蚀的是________。①铜板在氯化铁溶液中被腐蚀②钢铁在空气中生锈而被腐蚀③化工厂里的铁与氯气反应被腐蚀④铜铝电线接头处铝被腐蚀⑤高温下铁丝被氧气腐蚀⑥铜在空气中生成铜绿而被腐蚀
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处发生吸氧腐蚀，b处发生析氢腐蚀B.一段时间后，a处液面高于b处液面C.a处的溶液pH增大，b处的溶液pH减小D.a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
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
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。
1.(2020·江苏，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。在题图所示的情境中，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
阴极得电子，A错误；金属M失电子，其活动性应比铁强，B错误；M失去的电子流入钢铁设施表面，因积累大量电子而被保护，C正确；
海水中所含电解质的浓度远大于河水中的，因此钢铁设施在海水中腐蚀的速率快，D错误。
2.(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是A.电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气B.离子交换膜为阳离子交换膜C.饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出D.OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
电解池的阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，所以电极A为阳极，故A项正确；在电极B上水电离的H＋放电生成H2，这一极区域c(OH－)增大，为防止阳极生成的氯气与OH－反应，所以用阳离子
交换膜隔开，允许Na＋透过，饱和NaCl溶液从a处进入，NaOH溶液从d处流出，故B、C项正确；因用阳离子交换膜隔开，OH－不迁移，故D项错误。
3.(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是A.阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
根据题干信息分析可知，阳极区海水中的Cl－会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；
设置的装置为电解池原理，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH－在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；因为H2是易燃性气体，所以阴极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，会使海水中的Mg2＋沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢，需要定期清理，D错误。
1.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是
电解Na2SO4溶液时，阳极上是OH－发生失电子的氧化反应，即a管中OH－放电，酸性增强，酸遇酚酞不变色，即a管中呈无色，A错误；
电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋发生得电子的还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－发生失电子的氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C正确；电解NaOH溶液时，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D错误。
2.下列描述中，不符合生产实际的是A.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极C.电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极D.在镀件上电镀锌，用锌作阳极
3.在酸性或碱性较强的溶液中，铝均溶解。用食盐腌制的食品也不能长期存放在铝制容器中，其主要原因是A.铝能与NaCl直接发生反应而被腐蚀B.长期存放的NaCl发生水解，其水溶液不再呈中性，可与铝发生反应C.铝与铝制品中的杂质(碳)、NaCl溶液形成原电池，发生析氢腐蚀D.铝与铝制品中的杂质(碳)、NaCl溶液形成原电池，发生吸氧腐蚀
4.下列图示中关于铜电极的连接错误的是
5.如图为电解饱和食盐水的装置，下列有关说法不正确的是A.左侧电极上发生氧化反应B.右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝C.电解一段时间后，B口排出NaOH溶液D.电解饱和食盐水的离子方程式：
6.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
7.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是A.电极A是粗铜，电极B是纯铜B.电路中通过1 ml电子，生成32 g铜C.溶液中 向电极A迁移D.膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，根据电解原理，电极A为粗铜，电极B为纯铜，A项正确；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过1 ml电子时，生成0.5 ml Cu，即生成32 g Cu，B项正确；
膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D项错误。
8.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
根据离子放电顺序可知，电解此混合溶液时，在阳极，阴离子放电的先后顺序为Cl－、OH－，在阴极，H＋放电，所以整个电解过程分三个阶段：电解HCl溶液、电解NaCl溶液、电解H2O，最后溶液呈碱性，D错误。
A项，阴极发生还原反应；
D项，若用铜作阳极，则铜被氧化而溶解。
10.(2021·江苏1月适应性考试，9)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是A.电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移B.电极b上反应为CO2＋ －8e－===CH4 ＋ ＋2H2OC.电解过程中化学能转化为电能D.电解时Na2SO4溶液浓度保持不变
由a极生成O2可以判断电极a为阳极，电极b为阴极，阳离子向阴极移动，则H＋由a极区向b极区迁移，故A正确；
电解过程是电能转化为化学能，故C错误；电解时OH－比 更容易失去电子，所以电解Na2SO4溶液的实质是电解水，溶液中的水发生消耗，Na2SO4溶液的浓度增大，故D错误。
11.(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。①用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图甲所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应式：________________________________。
Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
由题意可知，阳极上Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成H＋，阳极的电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解，则通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为________ ml；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：______________________________________________________________________________________________________________。
在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使得H2O OH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大
在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，生成氢气的物质的量为 ＝0.005 ml，所以通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 ml×2＝0.01 ml。
(2)钢铁锈蚀的原理如图乙所示。用箭头表示出图乙中电子的运动方向；请分析高铁铁轨锈蚀的原因：________________________________________________________________________________________________________________________
轨中的铁和碳构成原电池，铁为负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；潮湿的空气作为电解质，因电解质中有
_____________________________________________________________________________________________________________________。
H2CO3，电离出氢离子，发生析氢腐蚀：2H＋＋2e－===H2↑；电解质中又溶有氧气，发生吸氧腐蚀：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
钢铁的主要成分为铁和碳，与电解质溶液构成原电池，铁为负极，碳为正极，电子由负极流向正极。
12.下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色)。回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填序号)。①A极溶液由红变黄　②B极溶液由红变黄③A极溶液不变色　　④B极溶液不变色
(2)写出A极的电极反应式：__________________________________________________________________________________________。
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
[或2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓]