第40讲 电解的应用 金属的腐蚀与防护（学案）-2025年新高考化学一轮复习考点逐点突破经典学案（新高考专用）

第40讲 电解应用 金属的腐蚀与防护 问题的态度：问则少；辩则明 2025届高三化学第一轮复习 第40讲 电解的应用 金属的腐蚀与防护 坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 复习目标 1．知道粗铜精制及电镀原理，依据氯碱工业的工作原理，应用离子交换膜知识，解决新的问题。 2．能应用电解原理解决其实际应用——物质的制备、分离与提纯，污染的治理等。 3．了解金属发生电化学腐蚀的原因，能用电化学原理分析对应的现象。 教学重点难点 电解原理在实际生产中的应用 教学方法 讨论、归纳 教学过程 原电池与电解池的区别与联系 原 电 池 电 解 池 电 镀 池 装置 见课本 见课本 见课本 能量转换 （实质） 化学能→电能 （两极分别发生氧化还原反应，产生电流） 电能→化学能 （在电流作用下两极分别发生氧化还原反应） 电极 正极 负极 较活泼金属 较不活泼金属 Pt/C Pt/C 金属氧化物 金属 阴极：接电源负极 阳极：接电源正极 阴极：镀件 阳极：镀层金属 电解液 和负极可反应，也可不反应 无特殊要求 电解液须含有镀层金属离子 构成条件 两极、一液、一反应(自发) 直流电源、两极一液 直流电源、两极一液 离子迁移 阳离子→正极 阴离子→负极 阳离子→阴极 阴离子→阳极 电子流向 原电池(－)原电池(＋) 原电池、电解池、电镀池的判断方法 1．若无外接电源的单一装置则一般是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”： 先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种为非金属导体)作电极。 再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。 后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。 2．若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同时则为电镀池。 3．若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能自发发生氧化还原反应的装置为原电池，与其相连的池为电解池或电镀池。 4．若为二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为原电池反应；充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。 金属的腐蚀 金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，发生氧化反应 金属腐蚀的类型 化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应 本质 M－ne－＝Mn＋ M－ne－＝Mn＋ 现象 金属被腐蚀 较活泼的金属被腐蚀 区别 无电流产生 有微弱电流产生 联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重 析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例) 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电极 反应 负极 Fe－2e－＝Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－＝H2↑ O2＋2H2O＋4e－＝4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋＝Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O＝2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 【问题解决1】 电解食盐水 电解NaCl(熔融) 电镀锌 电解精炼铜 装置 示意图 阴极反应式 2H＋＋2e－＝H2↑ Na＋＋e－＝Na Zn2＋＋2e－＝Zn ___________(精铜) 阳极反应式 2H2O－4e—＝O2↑＋4H＋ 2Cl－－2e—＝Cl2↑ Zn－2e—＝Zn2＋ Cu－2e－＝Cu2＋、Zn－2e－＝Zn2＋ Fe－2e－＝Fe2＋、Ni－2e－＝Ni2＋(粗铜) 电解 总反应式 2NaCl＋2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 2NaCl2Na+Cl2↑ —— ①电解液中增加Zn2＋、Fe2＋、Ni2＋ ②阳极质量减小不等于阴极质量的增加 温馨提醒 ①阴极室与阳极室应用隔膜分开 ②食盐水需净化，除去Mg2＋、Ca2＋、SO42－等离子(BaCl2要在Na2CO3之前！) 电解法冶炼金属常为：Na、Mg、Al，用的分别是熔融NaCl、熔融MgCl2(不是MgO)、熔融Al2O3(不是AlCl3) ①_______必须作阴极 ②_____作阳极 ③用含_______的溶液作电镀液 ①____作阳极，溶解下来 ②电解液中的c(Cu2＋)：减小③阳极金属减轻的质量不等于阴极金属增加的质量 （电解初期阳极铜失去2 mol e－，阴极析出的铜不是1 mol） 电解原理的应用 1．冶炼活泼金属单质，原料可以是氯化物、氧化物。 2．氯碱工业，精炼铜，环境保护。 金属的冶炼与精制 1．研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2－CaO作电解质，利用右图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中，正确的是 A．由TiO2制得1 mol金属Ti，理论上外电路转移2 mol电子 B．阳极的电极反应式为：C＋2O2－− 4e－＝CO2↑ C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少 D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱应连接Pb电极 【答案】B 2．锌(Zin)是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜，在现代工业中对于电池制造有不可磨灭的贡献。湿法炼锌：某种冶炼过程可用下图简略表示： （1）ZnS焙烧反应的化学方程式为____________________________________________。 （2）电解过程中析锌一极的电极反应式为______________________________________。 （3）氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，则氧化锌与氢氧化钠反应的离子方程式为 ______________________________________________________________________。 (已知：“锌酸”的化学式可写成H2[Zn(OH)4]) 【】答案（1）2ZnS＋3O22SO2＋2ZnO （2）[Zn(NH3)4]2＋＋2e－＝Zn＋4NH3↑ （3）ZnO＋2OH－＋H2O＝[Zn(OH)4]2－ 物质的制备 1．（2023·浙江卷）在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图所示。下列说法正确的是 A．石墨电极为阴极，发生氧化反应 B．A电极的电极反应式：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－＝TiSi＋4H2O C．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应 D．电解时，阳离子向石墨电极移动 【答案】C 【解析】A项，由图可知，在外加电源作用下，石墨电极上的C转化为CO，发生失电子的氧化反应，故石墨电极为阳极，错误；B项，A电极作阴极，TiO2和SiO2得到电子生成TiSi，电极反应式：TiO2＋SiO2＋8e－＝TiSi＋4O2－，错误；C项，石墨电极上有CO生成，无Cl2生成，故该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，正确；D项，电解时，阳离子向阴极(A电极)移动，错误。 2．（2023·江苏省南通市二模）一种采用电化学方法制取K2FeO4的装置原理如图所示。阳极使用的是易被氧化的活性铁电极。电解池阳极室中KOH溶液的浓度为14 mol·L－1、电解60 min，调节不同的电压，测得反应后溶液中FeO42－的浓度与电流密度(其他条件一定，电压与电流密度大小成正比)的关系如图所示。 （1）写出制取K2FeO4的电极反应式：________________________________________________。 （2）电流密度大于4 mA·cm－2时，所得反应后溶液中FeO42－的浓度上升幅度变小的原因是 _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 【答案】（1）Fe+8OH－-6e－＝FeO42－+4H2O （2）铁电极表面出现更多的OH－与Fe之间竞争放电生成O2；放电生成的O2将Fe氧化形成氧化物覆盖在电极表面(铁放电时生成氧化物覆盖在电极表面)，阻碍FeO42－的生成 【解析】（1）阳极使用的是易被氧化的活性铁电极，Fe失去电子生成FeO42－，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：Fe+8OH－-6e－＝FeO42－+4H2O；（2）电流密度大于4 mA·cm-2时，所得反应后溶液中FeO42－的浓度上升幅度变小的原因是：铁电极表面出现更多的OH－与Fe之间竞争放电生成O2；放电生成的O2将Fe氧化形成氧化物覆盖在电极表面(铁放电时生成氧化物覆盖在电极表面)，阻碍FeO42－的生成。 物质的分离、提纯 1．（2024·镇江模拟）利用如图所示装置可以提取含MnO2废渣中的锰元素。下列说法正确的是 A．该装置中主要发生化学能向电能的转化 B．阴极发生的电极反应式：H＋＋e－＝·H C．提取结束后，溶液的pH保持不变 D．每生成1 mol Mn2＋，阳极上生成O2 11.2 L 【答案】B 【解析】A项，根据装置图可知这是一个电解的过程，主要发生电能转化为化学能，错误；B项，根据图示，阴极H＋被还原成·H，电极反应式为H＋＋e－＝·H，正确；C项，溶液中的反应为MnO2＋2·H＋2H＋＝Mn2＋＋2H2O，反应中消耗了H＋，故溶液的pH升高，错误；D项，未给定温度和压强，不能确定11.2 L气体物质的量，错误。 2．（2024·镇江一中期初学情检测）利用惰性电极电解Na2SO3和NaHSO3混合溶液分离得到两者的浓溶液，其电解装置如图所示，Ⅰ室里加入的是稀硫酸，Ⅱ室和Ⅲ室里加入的是Na2SO3和NaHSO3的混合溶液。下列说法正确的是 A．阳极上发生的电极反应：2H＋＋2e－＝H2↑ B．交换膜a是阴离子交换膜 C．电解一段时间后，Ⅱ室得到NaHSO3溶液 D．电解时每转移1 mol 电子，理论上阴极区可获得11.2 L 气体 【答案】C 【解析】A项，Ⅰ室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－＝O2＋4H＋↑，错误；B项，Ⅲ室为阴极室，发生反应2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，生成的OH－在Ⅲ室与NaHSO3反应，生成Na2SO3，a为阳离子交换膜，错误；C项，Ⅰ室中产生的H＋通过阳离子交换膜进入Ⅱ室，与SO离子结合成HSO，电解一段时间内，Ⅱ室得到的NaHSO3溶液，Ⅲ室得到Na2SO3，正确；D项，没有标明是在标准状况下，无法计算气体的体积，错误。 环境保护 （2023·北京高考）回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。 下列说法不正确的是 A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨 B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO3－的水解程度大于HCO3－的电离程度 C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2 D．装置b中的总反应为SO32－＋CO2＋H2OHCOOH＋SO42－ 【答案】C 【解析】A项，SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，正确；B项，装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO3－的水解程度大于其电离程度，正确；C项，装置a中NaHCO3 溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，错误；D项，由电解池阴极和阳极电极反应式可知，装置b中总反应为SO32－＋CO2＋H2OHCOOH＋SO42－，正确。 【问题解决2】 下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是 甲 乙 A．图甲、乙中钢闸门均为电子输入的一端 B．图甲、乙中钢闸门上均主要发生反应：2H＋＋2e－＝H2↑ C．图甲是外加电流法，图乙是牺牲阳极法 D．金属腐蚀对人类只有害处没有益处 【答案】A 【解析】A项，钢闸门被保护，为电子输入的一端，正确；B项，电解质溶液是海水，海水呈弱碱性，图甲是原电池，发生吸氧腐蚀，O2在钢闸门上得电子：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，图乙是电解池，H2O在钢闸门上得电子：2H2O＋2e－＝H2↑＋2OH－，错误；C项，图甲有活泼金属，是牺牲阳极法，图乙有外接电源，是外加电流法，错误；D项，金属腐蚀对人类也有益处，如制备暖宝宝、用牺牲阳极法保护轮船等，错误。 金属的腐蚀与防护 1．金属腐蚀的防护方法 改变金属材料的组成 如制成不锈钢(把Ni、Cr加入普通钢中制成)等 在金属表面覆盖保护层 如在金属表面喷①油漆、涂油脂、电镀、覆盖搪瓷/塑料；②电镀一层金属；③表面钝化(如阳极氧化处理铝制品、发蓝处理)等方法 电化学保护法 牺牲阳极法 原电池原理—— 负极：比被保护金属活泼的金属 正极：被保护的金属设备 外加电流法 电解原理—— 阴极：被保护的金属设备 阳极：惰性金属或石墨 2．金属腐蚀快慢的判断 对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀；外界条件相同时，电解质浓度越大，金属腐蚀越快 对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢 强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快 国产航母福建舰采用模块制造，然后焊接组装而成。实验室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是 A．舰艇被腐蚀是因为形成了电解池 B．甲是海水环境下的腐蚀情况 C．被腐蚀时正极反应式为Fe－2e—＝Fe2＋ D．焊点附近用锌块打“补丁”延缓腐蚀 【答案】D 【解析】A项，由图可知，舰艇腐蚀是因为形成了原电池，加快了腐蚀的速率，错误；B项，海水环境下电解质浓度较大，腐蚀更严重，乙是在海水环境下的腐蚀情况，错误；C项，两种环境下，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－，错误；D项，锌可以和铁形成原电池，但是此时锌为负极，保护了舰体不被腐蚀，正确。 1．两种金属接触时，接触部位会发生“电偶腐蚀”。金属铁和铜在水和海水中，相同时间发生的腐蚀情况如图。下列有关说法正确的是 A．甲图中的介质为海水 B．腐蚀过程中电能转化为化学能 C．铁电极反应式为Fe－3e－＝Fe3＋ D．若在金属表面涂油漆，可以减弱铁的腐蚀 【答案】D 【解析】铁和铜接触时，遇到电解质溶液会形成原电池，且形成的原电池中，铁作负极，铜作正极，电解质为海水时的腐蚀速率大于水作电解质时的腐蚀速率，因此甲图的介质为水，乙图的介质是海水，且腐蚀的过程中化学能转化为了电能，A、B错误；形成的原电池中，铁作负极，失去电子，电极反应式为Fe－2e－＝Fe2＋，C项，错误；在金属表面涂油漆后，能将金属与电解质溶液隔离，不易发生电化学腐蚀，D项，正确。 2．（2024·南京模拟）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是 A．将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的 B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－＝CO2↑ C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少 D．阴极的电极反应式为Ca－2e－＝Ca2＋ 【答案】B 【解析】A项，将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H＋放电，无法得到金属Ca，错误；B项，由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C＋2O2－－4e－＝CO2↑，正确；C项，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2＋＋2e－＝Ca；钙还原二氧化钛的化学方程式为2Ca＋TiO2＝Ti＋2CaO，制备金属钛前后，CaO的总量不变，错误；D项，阴极得电子发生还原反应，错误。 3．（2022·海南）一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。 下列有关说法正确的是 A．在b电极上，N2被还原 B．金属Ag可作为a电极的材料 C．改变工作电源电压，反应速率不变 D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少 【答案】A 【解析】A项，由装置示意图可知，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，正确；B项，a为阳极，若金属Ag作为a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，错误；C项，改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，错误；D项，电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－＝4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－＝3O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，错误。 4．（2023·辽宁）某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是 A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2 C．电解后海水pH下降 D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－＝HClO＋H＋ 【答案】D 【解析】A项，由题图分析可知，a为正极，b为负极，则a端电势高于b端电势，错误；B项，右侧电极上产生氢气的电极方程式为2H＋＋2e－＝H2↑，则理论上转移2 mol e－生成2 g H2，错误；C项，电解总反应为Cl－＋H2O＝ClO－＋H2↑，ClO－水解使溶液呈碱性，海水pH上升，错误；D项，由图可知阳极Cl－发生氧化反应生成HClO：Cl－－2e－HClO，据电荷守恒有Cl－－2e－HClO＋H＋，最后据质量守恒得，正确Cl－＋H2O－2e－＝HClO＋H＋。 5．（2022·浙江6月选考）通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是 A．电极A为阴极，发生还原反应 B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－＝MnO2＋4H＋ C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变 D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3 【答案】C 【解析】A项，由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，正确；B项，电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－＝MnO2＋4H＋，正确；C项，电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为LiMn2O4＋3e－＋8H＋＝Li＋＋2Mn2＋＋4H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋＝2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，错误；D项，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋＝2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，正确。 2 细节决定成败 目标成就未来 找出试题的“命题点”、“关键点”、“易错点” 2 请每天用5分钟预习下一讲的复习内容！ 学科网（北京）股份有限公司 $$