第八单元第3讲电解池 金属的电化学腐蚀与防护
解读与阐释
考纲要求权威解读
1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式；
2．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。 常见的考查形式：①电解池的工作原理及电极反应式的书写；②有关电化学的计算；③判断金属的电化学腐蚀及一般的防腐方法。
梳理与整合
一、电解原理
导学诱思
怎样判断原电池与电解池？
答：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
教材回归
1．电解定义
使电流通过溶液或熔融而在______两极引起________反应的过程叫做电解。
注意：电解不同于电解质的电离，电离是电解的前提；电解质溶液导电的过程，就是电解质溶液的电解过程。
2．电解池
将____能转化为____能的装置叫做电解池。电解池是由____电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成。
3．原理图示
原电池和电解池电极的判断是难点也是重点，为了方便记忆，我们可采取口诀的方法记忆：原电池，正负极；电解池，阴阳极；失去电子负(原电池)阳(电解池)极；发生氧化定无疑。
二、电解原理的应用
导学诱思
工业上怎样制取烧碱：______________；怎样冶炼金属钠或铝：__________________；怎样提纯铜：__________。
教材回归
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：__________________________；
阴极：________________________。
(2)电池总反应方程式：_____________________________________________________。
(3)应用：工业制____、____、____。
2．电解精炼铜
(1)阳极：材料为____；电极反应为_________________________________________。
(2)阴极：材料为____；电极反应为___________________________________________。
3．电冶金(电解熔融的NaCl)
(1)电极反应
阳极：__________________________；
阴极：__________________________。
(2)电池总反应方程式：_______________________________________________。
(3)应用：冶炼钠。
三、金属的腐蚀与防护
导学诱思
下列各烧杯中液体均为海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为____________。
教材回归
1．金属腐蚀的本质
金属原子____电子变为金属阳离子，金属发生____反应。
2．化学腐蚀与电化学腐蚀
类型化学腐蚀电化学腐蚀
概念金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质液体等直接发生化学反应引起的腐蚀不纯金属与电解质溶液接触，会形成______，______的金属失去电子被氧化腐蚀
特点____电流产生______电流产生
普遍性金属的______腐蚀比较普遍，而且危害性大，腐蚀速率快
3．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型析氢腐蚀吸氧腐蚀
水膜酸性
负极反应
正极反应
电池反应
其他反应___________________、Fe(OH)3→Fe2O3?xH2O(铁锈)
普遍性____腐蚀更普遍
4.金属腐蚀由快到慢的规律
电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。
5．金属的防护
一般有三条途径：
(1)改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力，如不锈钢。
(2)在金属表面覆盖一层保护层，如油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。
(3)电化学保护法：牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。
理解与深化
一、电解池的两极
1．电解池阴阳极的判断
(1)由电源的正负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。
(2)由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，该电极发生氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，该电极发生还原反应，为阴极。
(3)由反应类型判断：失电子发生氧化反应的是阳极；得电子发生还原反应的是阴极。
2．放电顺序及产物
阳极：①如果阳极是活泼金属单质(金属活动顺序中Ag以前的金属)材料，则阳极金属电极失电子变成对应的阳离子进入溶液(Fe变成Fe2＋)，电解质溶液中的阴离子不失电子；②如果阳极是惰性电极(Pt、Au、石墨)材料，应是溶液中的阴离子失电子，其放电顺序如下：S2－>I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根(含氧酸根在水溶液中不放电)。
阴极：阳离子的放电顺序为Ag＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋＞Zn2＋，所以活泼金属阳离子如(K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋)在水溶液中不放电，是H＋放电。
3．电解池电极反应式的书写
(1)书写电解池电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写分子式。如电解Na2SO4溶液：阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，总反应为2H2O=====电解2H2↑＋O2↑。
(2)书写电解池电极反应式与原电池电极反应式的书写步骤相似。首先要判断电解池的阴阳极，然后根据放电顺序判断电极反应并进行书写，以铅蓄电池充电时的反应为例，总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4????放电充电2PbSO4＋2H2O，电极反应式的书写步骤如下：
阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb??→等号右边补充SO2－4PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4
阳极反应为PbSO4－2e－===PbO2??→等号右边补充SO2－4PbSO4－2e－===PbO2＋SO2－4??→结合电解质补充H＋、H2OPbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋SO2－4＋4H＋(也可以用总反应式减去阴极反应式得到阳极反应式)
【例1】 (改编组合)Ⅰ.(2010?山东理综)(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为____________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是________________________________________________________________________。
Ⅱ.(2010?天津理综)用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。写出阳极生成R的电极反应式：______________________________。
二、电解类型及有关计算
1．用惰性电极电解电解质溶液
类型电极反应特点实例电解
对象电解质
浓度pH电解质
溶液复原
电解水型阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOH水增大增大水
H2SO4水增大减小水
Na2SO4水增大不变水
电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢
CuCl2电解质减小略增大氯化铜
放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱
阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质
和水生成新
电解质增大氯化氢
放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质
和水生成新
电解质减小氧化铜
2．有关电化学的计算
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量的计算等。无论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
(1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)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比例式计算。
(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
【例2】 (2011?北京育园中学测试)用惰性电极实现电解，下列说法正确的是( )。
A．电解稀硫酸溶液，实质上是电解水，故溶液pH不变
B．电解稀氢氧化钠溶液，要消耗OH－，故溶液pH减小
C．电解硫酸钠溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶2
D．电解氯化铜溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为1∶1
对点训练用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g 时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，则可知M的相对原子质量为 ( )。
A.22.4axb B.11.2axb
C.5.6axb D.2.5axb
实验与探究
电解法制备物质
我们在工业生产及实验室中经常应用电解来制备一些物质，如氢气、氯气、钠、镁、铝等，所以高考题中经常出现有关电解生成物质的分离提纯、物质的检验、物质的制备及化学工艺综合考查题目。
实验典例
1．惰性电极
2．直流电源
3.离子交换膜
4．冷却水
(2010?四川理综)碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如图所示。请回答下列问题：
(1)碘是______(填颜色)固体物质。
(2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。
电解时，阳极上发生反应的电极反应式为____________________；阴极上观察到的实验现象是________________________________________________________________________。
(3)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I－。请设计一个检验电解液中是否有I－的实验方案，并按要求填写下表。
要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。
试剂：淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。
实验方法实验现象及结论
(4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：
步骤②的操作名称是______________，步骤⑤的操作名称是______________。步骤④洗涤晶体的目的是_____________________________________________________。
答案与解析
梳理与整合
一、
导学诱思
①从装置图上判断原电池没有外接电源，而电解池需要外接电源；②从能量角度判断：原电池是把化学能转化为电能，而电解池是把电能转化为化学能；③从反应的自发性角度判断：原电池中发生的是能自发进行的，而电解池中发生的一般是不能自发进行的
教材回归
1．阴、阳 氧化还原
2．电 化学 直流
3．正 氧化 负 还原
二、
导学诱思
电解饱和食盐水 电解熔融的氯化钠或Al2O3 电解精炼铜
教材回归
1．2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 烧碱 氯气 氢气
2．粗铜 Cu－2e－===Cu2＋ 精铜 Cu2＋＋2e－===Cu
3．2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na 2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑
三、
导学诱思
④②①③⑤
教材回归
1．失去 氧化
2．原电池 较活泼 无 有微弱 电化学
3．酸性较强 酸性较弱或中性 Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 吸氧
理解与深化
【例1】答案：Ⅰ.(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
(2)镀铜时，铜单质作阳极，铜发生氧化反应生成Cu2＋，使溶液中的Cu2＋保持一定的浓度
Ⅱ.Al＋3HCO－3－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑
解析：Ⅰ.(1)依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3，Al失电子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，所以有H＋生成；Ⅱ.Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO－3水解显碱性，两者互相促进，生成Al(OH)3。
【例2】D 解析：A、B、C选项均是电解水，但硫酸浓度增大，pH减小，A错误；电解稀氢氧化钠溶液时，pH增大，B错误；阴极4H＋＋4e－===2H2↑，阳极4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1，C错误；电解氯化铜溶液，阴极Cu2＋＋2e－===Cu，阳极2Cl－－2e－===Cl2↑，D正确。
对点训练 C 解析：阴极增重a g，说明析出金属M是a g，阳极的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则产生b L O2转移的电子数目为b L22.4 L?mol－1×4＝b5.6 mol，则阴极a g M得到的电子为b5.6 mol，axM＝b5.6，则M＝5.6axb，选C。
实验与探究
答案：(1)紫黑色
(2)I－＋6OH－－6e－===IO－3＋3H2O
有气泡产生
(3)
实验方法实验现象及结论
取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液，观察是否变蓝如果不变蓝，说明无I－(如果变蓝，说明有I－)
(4)冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质
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