第六章第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护

第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护

[考纲要求] 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。

考点一 电解的原理

1．电解定义

在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 2．能量转化形式

电能转化为化学能。 3．电解池

(1)构成条件

①有与电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融盐)。 ③形成闭合回路。

(2)电极名称及电极反应式(如图)

(3)电子和离子的移动方向

特别提醒 电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。 4．分析电解过程的思维程序

(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。

(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H和 OH)。

1

－

＋

(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序

阴极：阳离子放电顺序：Ag>Fe3>Cu2>H(酸)>Fe2>Zn2>H(水)>Al3>Mg2>Na

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

＋

>Ca2>K。

＋

＋

－

－

－

－

－

阳极：活泼电极>S2>I>Br>Cl>OH>含氧酸根离子。

注意 ①阴极不管是什么材料，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。②最常用、最重要的放电顺序是：阳极：Cl>OH；阴极：Ag>Cu2>H。

－

－

＋

＋

＋

③电解水溶液时，K～Al3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、

＋

＋

Ca、Na、Mg、Al等金属。

(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 (5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。 深度思考

1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解) 电解质(水溶液) 被电电极方程式 解的物质 阳极：4OH－含氧酸(如H2SO4) 4e===O2↑＋2H2 阴极：4H＋4e－＋－－总化学方程式 或离子方程式 电解质浓度 溶液pH 电解质溶液复原 2H2O=====电解 增大 减小 加H2O 水 O2↑＋2H2↑ ===2H2↑ －阳极：4OH－4e===O2↑＋强碱(如NaOH) 2H2O 阴极：4H＋4e－＋－ 2H2O=====电解 增大 增大 加H2O 水 O2↑＋2H2↑ ===2H2↑ －阳极：4OH－活泼金属的含氧酸盐(如4e===O2↑＋2H2O ＋－－ 2H2O=====电解 增大 不变 加H2O 水 KNO3、Na2SO4) 阴极：4H＋4e===2H2↑ －O2↑＋2H2↑ 阳极：2Cl－2e无氧酸(如－ 酸 2HCl=====电解===Cl2↑ ＋ 减小 增大 通入HCl气体 HCl)，除HF外 阴极：2H＋2e－Cl2↑＋H2↑ ===H2↑ 2

不活泼金属的 无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl) 阳极：2Cl－2e－－ 盐 CuCl2=====Cu＋Cl2↑ 电解===Cl2↑ 2＋阴极：Cu＋2e－减小 加CuCl2 ===Cu －阳极：2Cl－2e－2Cl＋ 水和盐 2H2O－－ =====电解===Cl2↑ ＋生成新电解质 增大 通入HCl气体 阴极：2H＋2e－Cl2↑＋H2↑ ＋2OH ===H2↑ －阳极：4OH－不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4) 4e===O2↑＋2H2O 阴极：2Cu2＋＋－－2Cu2水和盐 2H2O＋＋＋电解减小 生成新电解质 加CuO或CuCO3 =====2Cu＋O2↑＋4H 4e===2Cu 2．电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？

答案 放H2生碱型实质是水电离出H在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出OH在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H浓度增大。 3．(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？

(2)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？

答案 电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。

(1)电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。

(2)①若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，

＋

－

＋

－

＋

而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度降低。②若Cu2全部放电，又继续通电一段时间(此时

＋

电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏高。

4．若用惰性电极电解饱和的Na2SO4溶液，此时溶液的浓度和pH怎样发生变化？为什么？

答案 溶液浓度和pH均不发生变化，因为用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，实质是电解水，会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，所以浓度和pH值均不变。

3

题组一 电解原理和电解规律的考查

1．如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几 滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是

( )

A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 答案 D

解析 SO24、OH移向b极，在b极OH放电，产生O2，b极附近c(H)>c(OH)，石

－

－

－

＋

－

蕊试液变红。Na、H移向a极，在a极H放电产生H2，a极附近c(OH)>c(H)，石蕊试液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B、C均错。

2．用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol

Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是 A．电解过程中阴极没有气体生成

B．电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 mol C．原CuSO4溶液的浓度为0.1 mol·L1

－

＋＋＋－＋

( )

D．电解过程中阳极收集到的气体体积为1.12 L(标况下) 答案 B

解析 由2CuSO4＋2H2O=====2Cu＋2H2SO4＋O2↑知，如CuSO4未电解完，加CuO即可复原，而加入Cu(OH)2相当于加入CuO·H2O，故CuSO4电解完后，还电解了部分水。电解析出了0.1 mol Cu，转移电子0.2 mol，而电解0.1 mol H2O转移电子0.2 mol，故转移的电子的总物质的量为0.4 mol。 题组二 突破电极反应式、电解总方程式的书写 3．按要求书写电极反应式和总方程式

(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：

阳极反应式_________________________________________________________；

4

电解