电解池与金属腐蚀与保护-2021年高考化学一轮复习名师精讲练

电解池与金属腐蚀与保护

【教学目标】

1.理解并掌握电解池的工作原理

2.掌握电解规律的应用方法

3.掌握金属的腐蚀与防护方法

【知识梳理】

一、电解池的工作原理

1．定义：将电能转变成化学能的装置。

2. 形成条件：两电极接直流电源；两电极（一般为惰性电极）同时插入同一电解质溶液；用导线相互连接组成闭合回路。

3．电极判断：

4. 电极反应：阳极上发生失电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应。电子的流向从电源的负极到电解池的阴极，再从电解池的阳极到电源的正极。

（1）阳极：若为惰性电极，则电极本身不反应，溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应。阴离子放电顺序(还原性强弱顺序)：S2―＞I―＞Br―＞Cl―＞OH―＞NO3-＞SO42-＞F－；若为活性电极：则电极本身失去电子，发生氧化反应。

阴极：

（2）电极本身不反应，溶液中阳离子在阴极上获得电子，发生还原反应。放电顺序：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。

5. 电解规律：

例题1、下列说法正确的是。

①用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极

②电解稀硫酸制H2和O2时铜做阳极

③可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

④电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

⑤电解是把电能转化成化学能

⑥任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生

⑦在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法

⑧与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀

⑨钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀

⑩用如图装置电解精炼铝

⑪可充电电池在充电的时候是电解池

⑫氯碱工业中,烧碱在阳极区生成

[指点迷津]根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：①阳离子放电顺序表中前一个c(H＋)与其他离子的浓度相近，后一个c(H＋)很小，来自水的电离；②Fe3＋得电子能力大于Cu2＋，但第一阶段只能被还原到Fe2＋；③Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下放电。

二、电解规律的应用

1.电解饱和食盐水制取烧碱：离子交换膜电解槽主要由阳极（用金属钛网制成，涂有钛、钌等氧化物涂层）、阴极（由碳钢网制成，上面涂有镍涂层）、离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等组成。离子交换膜只允许阳离子通过，而阻止阴极离子和气体通过。

（1）原理：

①阳极（用石墨）：2Cl―－2e－=Cl2↑

②阴极（用Fe）：2 H＋+ 2e－= H2 ↑

③总反应：2NaCl + 2 H2O 2NaOH +H2↑+Cl2↑

（2）和食盐水的精制：电解前应除去食盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SO42―等杂质离子，加入试剂依次为NaOH 溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸（或将BaCl2溶液和NaOH溶液的顺序互换）。

2.电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀是一种特殊的电解，要求镀件必须作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的可溶性盐溶液作电解质溶液（作为电镀液）。

（1）形成条件：①电解时，镀层金属作阳极；②镀件作阴极；③含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；④用直流电源。

（2）特征：①阳极本身放电被氧化；②宏观上看无新物质生成；③电解液的总量、浓度、pH均不变。

3.电解精炼粗铜时，阳极材料是粗铜，阴极材料是精铜，电解质溶液是CuSO4溶液(或Cu(NO3)2溶液)。粗

铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时放电：Zn－2e－= Zn2+ 、Fe －2e－= Fe2+、Ni－2e－= Ni2+、Cu－2e－= Cu2＋，位于金属活动性顺序铜之后的金、银等金属杂质，因为失去电子能力比Cu弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而以阳极泥的形式沉积下来，阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。长时间电解后，电解质溶液必须补充。

4.冶炼活泼金属：Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。

2NaCl 2Na +Cl2↑(制Na)

MgCl2Mg +Cl2↑(制Mg)

2Al2O34Al+3O2↑(制Al)

例题2、（1）电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸(H2C2O3),装置如下图所示,写出复合膜电极的电极反应式:。

（2）解NO制备NH4NO3,其工作原理如下图所示。为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质有A,A 是,说明理由:。

（3）电解制备Al(OH)3时,电极分别为Al片和石墨,电解总反应式为。一种可超快充电的新型铝电池,充放电时AlC l4-和Al2C l7-两种离子在Al电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极Al 的电极反应式为。

（4）电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如图，电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极，A极为________，电极反应式为________，B极为________，电极反应式为_______________。

（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na 2FeO 4，同时获得氢气：Fe ＋2H 2O ＋

2OH －=====电解 FeO 2－4＋3H 2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO 2－

4，镍电极有气

泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na 2FeO 4只在强碱性条件下稳定，易被H 2还原。电解一段时间后，c (OH －

)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)，电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是__________________________。

（6）次磷酸(H 3PO 2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性， H 3PO 2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：写出阳极的电极反应式：_________________________________________，分析产品室可得到H 3PO 2的原因：

______________________________________。

（7）利用下图所示装置电解制备NCl 3(氯的化合价为＋1价)，其原理是NH 4Cl ＋2HCl=====电解

NCl 3＋3H 2↑，b 接电源的 (填“正”或“负”)极，阳极反应式是 。

（8）用NaOH 溶液吸收烟气中的SO 2，将所得的Na 2SO 3溶液进行电解，可循环再生NaOH ，同时得到H 2SO 4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。图中a 极要连接电源的 (填“正”或“负”)极，C 口流出的物质