第30讲 电解池、电化学腐蚀与防护 -备战2023年高考化学【一轮·夯实基础】复习精讲精练

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【复习目标】
1．理解电解池的构成、工作原理及应用。
2．能书写电极反应和总反应方程式。
3．能根据电子守恒规律，对电解池进行计算。
4．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
【知识精讲】
考点一 电解原理
1．电解和电解池
(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池：电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①外接电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)以惰性电极电解CuCl2溶液为例分析
(2)电解过程的三个流向
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→电源的正极；
②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池的阳极。
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。
3．阴、阳两极上的放电顺序
在阳极上阴离子失去电子发生氧化反应，在阴极上阳离子得到电子发生还原反应的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。
(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。
阳离子放电顺序为Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋。(在溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋等是不会在阴极上放电的，但在熔融状态下的物质中会放电)
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应；若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见阴离子的放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
4．惰性电极电解电解质溶液的四种类型
(1)电解溶剂水
(2)电解溶质
(3)电解溶质和溶剂水，生成H2和碱
(4)电解溶质和溶剂水，生成O2和酸
【注意】
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。
【例题1】如图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是( )
【例题2】将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为( )
A．4×10－3 ml·L－1
B．2×10－3 ml·L－1
C．1×10－3 ml·L－1
D．1×10－7 ml·L－1
【例题3】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：________________________________________。
(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：_________________________________________；
阴极反应式：__________________________________________；
总反应方程式：________________________________________。
【例题4】焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：
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。阳极的电极反应式为_________________，电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
【归纳总结】电解计算中常用的方法
(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)根据得失电子守恒计算
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－为桥梁可构建如下关系式：
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。
考点二 电解原理的应用
1．氯碱工业
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)；
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。
(2)总反应方程式
①化学方程式：2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)设备装置

2．电镀和电解精炼铜
3．电冶金
本质为Mn＋＋ne－===M，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。
【例题5】金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋