高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識點(diǎn)梳理20電解池 金屬的腐蝕與防護(hù)

（二十）電解池金屬的腐蝕與防護(hù)知識點(diǎn)01電解池一、電解的原理1．電解和電解池（1）電解：在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。（2）電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。（3）電解池的構(gòu)成①有與直流電源相連的兩個電極。②電解質(zhì)溶液（或熔融電解質(zhì)）。③形成閉合回路。2．電解池的工作原理（1）電極反應(yīng)①陽極：連原電池的正極，發(fā)生氧化反應(yīng)②陰極：連原電池的負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)（2）三個“流向”①電子流向：陽極eq\o(→,\s\up7(外電路))陰極②電流流向：陰極eq\o(→,\s\up7(外電路))陽極eq\o(→,\s\up7(內(nèi)電路))陰極③離子流向：陽離子→陰極；陰離子→陽極（3）電勢高低①原電池：正極＞負(fù)極②電解池：陰極＞陽極3．電極按性質(zhì)分類（1）惰性電極：由Pt（鉑）、Au（金）、C（石墨）組成的電極（2）活潑電極：除了Pt、Au以外的其他金屬電極4．陰陽兩極上放電順序（1）陰極（與電極材料無關(guān)）：氧化性強(qiáng)的微粒先放電，放電順序：（2）陽極（與電極材料有關(guān)）：①若是活性電極作陽極，則活性電極首先失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。②若是惰性電極作陽極，放電順序?yàn)椋海?）三注意①陰極不管是什么材料，電極本身都不反應(yīng)，一定是溶液（或熔融電解質(zhì)）中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序?yàn)殛枠O：Cl－＞OH－；陰極：Ag+＞Cu2+＞H+。③電解水溶液時，K+～Al3+不可能在陰極放電。5．重要的電化學(xué)反應(yīng)式（水的化學(xué)計量數(shù)為2）（1）鉛蓄電池充放電反應(yīng)：Pb+PbO2+2H2SO4SKIPIF1<02PbSO4+2H2O（2）吸氧腐蝕的正極反應(yīng)①弱酸性、中性或堿性：2H2O+O2+4e－4OH－②酸性：4H++O2+4e－2H2O③CO2：O2+4e－+2CO22CO32－（3）陽極OH－的放電反應(yīng)①堿溶液中OH－的放電反應(yīng)：4OH－－4e－2H2O+O2↑②水中的OH－的放電反應(yīng)：2H2O－4e－O2↑+4H+（3）陰極H+的放電反應(yīng)①酸溶液中H+的放電反應(yīng)：2H++2e－H2↑②水中的H+的放電反應(yīng)：2H2O+2e－H2↑+2OH－（4）惰性電極電解溶液①NaCl：2NaCl+2H2OSKIPIF1<02NaOH+Cl2↑+H2↑②CuSO4：2CuSO4+2H2OSKIPIF1<02Cu+O2↑+2H2SO4③AgNO3：4AgNO3+2H2OSKIPIF1<04Ag+O2↑+4HNO3④Cu（NO3）2：2Cu（NO3）2+2H2OSKIPIF1<02Cu+O2↑+4HNO36．其他（1）電解質(zhì)溶液的選擇①堿金屬電極：不選擇水溶液及醇類，一般選擇有機(jī)電解質(zhì)或固體電解質(zhì)②鹽橋式原電池：負(fù)極材料和與其反應(yīng)的電解質(zhì)在不同的容器中（2）電極pH變化①看該電極反應(yīng)是消耗還是產(chǎn)生H+或OH－②若H+或OH－無變化，看該電極是消耗還是產(chǎn)生水（3）溶液pH變化①看總反應(yīng)是消耗還是產(chǎn)生H+或OH－②若H+或OH－無變化，看總反應(yīng)是消耗還是產(chǎn)生水（4）指示劑顏色變化和電極極性的關(guān)系指示劑顏色變化放電微粒電極極性酚酞變紅H+陽極或正極石蕊變紅OH－陽極淀粉變藍(lán)I－陽極二、用惰性電極電解溶液1．電解水型（1）放電微粒：H+離子和OH－離子同時放電（2）放電產(chǎn)物：同時有H2和O2產(chǎn)生（3）溶液的變化電解液濃度變化pH變化溶液的復(fù)原H2SO4變大變小加H2ONaOH變大或不變變大或不變加H2OKNO3變大或不變不變加H2O2．電解電解質(zhì)型（1）放電微粒：電解質(zhì)中陰陽離子同時放電（2）溶液的變化電解液濃度變化pH變化溶液的復(fù)原HCl變小變大通HCl氣體CuCl2變小理論變大，實(shí)際變小加CuCl2固體3．放氫生堿型（1）放電微粒：水中的H+離子和電解質(zhì)中的陰離子同時放電（2）陰極產(chǎn)物：H2和OH－（2H2O+2e－H2↑+2OH－）（3）溶液的變化電解液濃度變化pH變化溶液的復(fù)原NaCl變小變大通HCl氣體Na2S變小變大通H2S氣體4．放氧生酸型（1）放電微粒：水中的OH－離子和電解質(zhì)中的陽離子同時放電（2）陽極產(chǎn)物：O2和H+（2H2O－4e－O2↑+4H+）（3）溶液的變化電解液濃度變化pH變化溶液的復(fù)原CuSO4變小變小加CuO或CuCO3固體AgNO3變小變小加Ag2O或Ag2CO3固體【特別提醒】（1）在“電解水型”中，若電解某物質(zhì)的飽和溶液，則電解過程中會析出晶體，其濃度和pH均不變。（2）電解CuCl2溶液的pH變化①理論變大：平衡Cu2++2H2OCu（OH）2+2H+逆向移動，c（H+）減?、趯?shí)際變?。篊l2+H2OH++Cl－+HClO，c（H+）增大（3）電解后溶液的復(fù)原原則：少什么加什么，少多少加多少（4）注意過度電解①NaCl：2NaCl+2H2OSKIPIF1<02NaOH+Cl2↑+H2↑，2H2OSKIPIF1<02H2↑+O2↑，加鹽酸恢復(fù)原狀②CuSO4：2CuSO4+2H2OSKIPIF1<02Cu+O2↑+2H2SO4，2H2OSKIPIF1<02H2↑+O2↑，加Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3恢復(fù)原狀三、用活潑電極電解溶液1．電解精煉銅（含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt等雜質(zhì)）（1）電解池的構(gòu)成①粗銅作陽極②精銅作陰極③硫酸酸化的CuSO4溶液作電解液（2）電極反應(yīng)①陽極：Zn－2e－Zn2+、Fe－2e－Fe2+、Ni－2e－Ni2+、Cu－2e－Cu2+②陰極：Cu2++2e－Cu（3）精煉結(jié)果①比銅活潑的金屬：變成陽離子留在溶液中②比銅不活潑的金屬：形成陽極泥③銅在陰極上形成精銅（4）反應(yīng)特點(diǎn)①陽極材料被消耗，需要及時補(bǔ)充②溶液中的陰離子SO42－濃度不變③電解過程中原電解質(zhì)溶液濃度減?、荜枠O減重量和陰極增重量的關(guān)系不確定2．電鍍（1）電解池的構(gòu)成①鍍層金屬作陽極②被鍍物品作陰極③含鍍層金屬離子溶液作電解液（2）電極反應(yīng)①陽極：Cu－2e－Cu2+②陰極：Cu2++2e－Cu_（3）反應(yīng)特點(diǎn)①不能寫出總反應(yīng)方程式②電解過程中原電解質(zhì)溶液濃度不變3．用活潑電極電解制備物質(zhì)（1）用鐵為陽極電解KOH溶液制備K2FeO4①陽極：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O②陰極：2H2O+2e－H2↑+2OH－③電解：Fe+2KOH+2H2OSKIPIF1<0K2FeO4+3H2↑（2）用銅為陽極電解NaOH溶液制備Cu2O①陽極：2Cu+2OH－－2e－Cu2O+H2O②陰極：2H2O+2e－H2↑+2OH－③電解：2Cu+H2OSKIPIF1<0Cu2O+H2↑三、用惰性電極電解熔融物1．電冶煉：制備K、Ca、Na、Mg、Al等活潑金屬（1）煉鈉的方法：電解熔融的NaCl①陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－Cl2↑②陰極反應(yīng)：2Na++2e－2Na③電解反應(yīng)：2NaCl2Na+Cl2↑（2）煉鎂的方法：電解熔融的MgCl2①陽極反應(yīng)：2Cl－－2e－Cl2↑②陰極反應(yīng)：Mg2++2e－Mg③電解反應(yīng)：MgCl2Mg+Cl2↑（3）煉鋁的方法：電解熔融的Al2O3①陽極反應(yīng)：2O2－－4e－O2↑②陰極反應(yīng)：Al3++3e－Al③電解反應(yīng)：2Al2O34Al+3O2↑④不用氯化鋁的原因：AlCl3是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電⑤冰晶石的作用：作熔劑，降低氧化鋁的熔點(diǎn)，節(jié)能⑥陽極石墨被氧氣腐蝕，需定期更換2．電解熔融的碳酸鈉（1）陽極反應(yīng)：2CO32－－4e－O2↑+2CO2↑（2）陰極反應(yīng)：2Na++2e－2Na（2）電解反應(yīng)：2Na2CO34Na+O2↑+2CO2↑易錯點(diǎn)一．電解池與原電池的比較電解池原電池能否自發(fā)使“不能”變?yōu)椤澳堋被蚴埂澳堋弊優(yōu)椤耙住蹦茏园l(fā)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能裝置有外加電源無外加電源電極由外加電源決定：陽極：連電源的正極；陰極：連電源的負(fù)極由電極或反應(yīng)物性質(zhì)決定，稱為正極或負(fù)極反應(yīng)類型陽極：氧化反應(yīng)；陰極：還原反應(yīng)負(fù)極：氧化反應(yīng)；正極：還原反應(yīng)離子移動陽離子移向陰極；陰離子移向陽極陽離子移向正極；陰離子移向負(fù)極相同點(diǎn)都是電極上的氧化還原反應(yīng)，都必須有離子導(dǎo)體易錯點(diǎn)二書寫電解池的電極反應(yīng)式的方法①書寫電解池的電極反應(yīng)式時，可以用實(shí)際放電的離子表示，但書寫電解池的總反應(yīng)時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。如用惰性電極電解食鹽水時，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；總反應(yīng)離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。②電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序，位于H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。③Fe3＋在陰極上放電時生成Fe2＋而不是得到單質(zhì)Fe。知識點(diǎn)02金屬的腐蝕與防護(hù)金屬的腐蝕和電化學(xué)防護(hù)1．金屬的腐蝕（1）化學(xué)腐蝕①反應(yīng)類型：普通的化學(xué)反應(yīng)②特點(diǎn)：無電流產(chǎn)生，電子直接轉(zhuǎn)移給氧化劑。（2）電化腐蝕①反應(yīng)類型：原電池反應(yīng)②特點(diǎn)：有電流產(chǎn)生，電子間接轉(zhuǎn)移給氧化劑。（3）普遍性：兩者往往同時發(fā)生，電化腐蝕更普遍。2．電化學(xué)腐蝕的類型（1）析氫腐蝕①形成條件：水膜酸性較強(qiáng)。②特點(diǎn)：在密閉容器中氣體壓強(qiáng)增大。（2）吸氧腐蝕①形成條件：形成條件：水膜酸性很弱或呈中性甚至堿性。②特點(diǎn)：在密閉容器中氣體壓強(qiáng)減小。（3）特殊性：在酸性條件下，氫前的活潑金屬發(fā)生析氫腐蝕，氫后的不活潑金屬發(fā)生吸氧腐蝕。（4）普遍性：吸氧腐蝕更為普遍。3．鋼鐵吸氧腐蝕的過程（1）腐蝕過程①負(fù)極反應(yīng)：Fe－2e－Fe2+②正極反應(yīng)：2H2O+O2+4e－4OH－③電池反應(yīng)：2Fe+2H2O+O22Fe（OH）2（2）后續(xù)反應(yīng)①氧化反應(yīng)：4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3②部分分解：2Fe（OH）3Fe2O3·xH2O+（3－x）H2O（3）鐵銹成分：Fe2O3的復(fù)雜水合物（Fe2O3·nH2O）（4）鐵在無氧條件下的生銹過程：FeFe2+Fe(OH)24．金屬的電化學(xué)防護(hù)（1）原電池防護(hù)法：犧牲陽極的陰極保護(hù)法。①負(fù)極：比被保護(hù)金屬活潑的金屬。②正極：被保護(hù)的金屬設(shè)備（2）電解池防護(hù)法：外加電流的陰極保護(hù)法①陽極：惰性電極②陰極：被保護(hù)的金屬設(shè)備5．金屬腐蝕速率的比較（1）同一金屬：離子濃度大＞離子濃度小＞非電解質(zhì)（2）同一電解液①電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快②電解腐蝕＞原電池腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防護(hù)的腐蝕（3）不同金屬、同一電解液：兩金屬活動性相差越大，活潑金屬腐蝕越快易錯點(diǎn)判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中。(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。知識點(diǎn)03特殊形式的電化學(xué)裝置一、含離子交換膜電化學(xué)裝置分析1．離子交換膜在電解池中的作用（1）隔離：將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸①防止副反應(yīng)發(fā)生，避免影響所制取產(chǎn)品的質(zhì)量②防止副反應(yīng)發(fā)生，避免引發(fā)不安全因素（如爆炸）（2）通透：能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用（3）實(shí)例：氯堿工業(yè)中陽離子交換膜的作用①平衡電荷，形成閉合回路；②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；③避免Cl2與NaOH反應(yīng)生成NaClO，影響NaOH的產(chǎn)量；④避免Cl－進(jìn)入陰極區(qū)導(dǎo)致制得的NaOH不純。2．常見的離子交換膜（隔膜）（1）陽離子交換膜：簡稱陽膜，只允許陽離子通過（2）陰離子交換膜：簡稱陰膜，只允許陰離子通過（3）質(zhì)子交換膜：只允許氫離子通過3．含離子交換膜電化學(xué)裝置的幾個區(qū)域（1）原料區(qū)①主料區(qū)：加入原料的濃溶液，流出原料的稀溶液②輔料區(qū)：加入輔料的稀溶液，流出輔料的濃溶液（2）產(chǎn)品區(qū)：產(chǎn)品中的陰陽離子通過離子交換膜進(jìn)入該區(qū)域（3）緩沖區(qū)：兩側(cè)的離子交換膜屬性相同，起防漏的保護(hù)作用（4）計算含交換膜電化學(xué)裝置中某一區(qū)域質(zhì)量變化，注意離子的遷移裝置問題根據(jù)O2~4e－~4H+，陽極產(chǎn)生lmolO2時，有4molH+由陽極移向陰極，則陽極溶液的質(zhì)量減輕32g+4g＝36g二、多池串聯(lián)池屬性的判斷1．有外接電源的全部都是原電池2．無明顯外接電源的一般只有1個原電池，其余全是電解池（1）有鹽橋的是原電池（2）有燃料電池的是原電池（3）能發(fā)生自發(fā)氧化還原反應(yīng)的裝置為原電池（4）多個自發(fā)，兩電極金屬性相差最大的為原電池3．電極的連接順序：負(fù)→陰→陽→陰→…→陽→正4．串聯(lián)電路的特點(diǎn)：每一個電極轉(zhuǎn)移的電子數(shù)都相等三、電化學(xué)的相關(guān)計算1．方法：電子守恒和電荷守恒列關(guān)系式（1）電子守恒：兩極得失電子數(shù)相等①串聯(lián)電路各支路轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相同，按支路算②并聯(lián)電路總電子數(shù)等于支路電子數(shù)之和，按干路算（2）電荷守恒：1個電子對應(yīng)1個正電荷或負(fù)電荷（3）常用關(guān)系式：O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~SKIPIF1<0Mn+2．電化學(xué)計算的物理公式（1）電量公式：Q＝It＝nNAq＝nF（2）電能公式：W＝UIt＝UQ①n——得失電子