第八章 学案39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护.docx
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第八章学案39电解池金属的电化学腐蚀与防护
学案39 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，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。
知识点一 电解池、电解原理
1．电解原理
（1）电解：
使________通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在__________引起
____________________的过程。
（2）电解池（也叫电解槽）：
把____能转化为________能的装置。
（3）电极名称与电极反应：
与电源正极相连的为________，发生________反应；
与电源负极相连的为________，发生________反应。
2．电解CuCl2溶液（如右图所示）
（1）阳极反应：
________________________________________________________________________
（2）阴极反应：
________________________________________________________________________
（3）总方程式：
________________________________________________________________________
问题思考
1．电解质的电离和溶液的导电有什么联系？
2．电解池的阴、阳极与电极材料有什么关系？
知识点二 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
（1）电极反应
阳极反应式：
________________________________________________________________________
（________反应）
阴极反应式：
________________________________________________________________________
（________反应）
（2）总反应方程式：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：
2Cl－＋2H2O
2OH－＋H2↑＋Cl2↑
（3）应用：
氯碱工业制________、________和________。
2．电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
（1）镀件作____极，镀层金属银作____极。
（2）电解质溶液是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）电极反应：
阳极：
________________________________________________________________________；
阴极：
________________________________________________________________________。
（4）特点：
____极溶解，____极沉积，电镀液的浓度
________________________________________________________________________。
3．电解精炼铜
（1）电极材料：
阳极为________；阴极为________。
（2）电解质溶液：
含Cu2＋的盐溶液。
（3）电极反应：
阳极为
________________________________________________________________________；
阴极为
________________________________________________________________________。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
（1）冶炼钠
2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：
________________________________________________________________________，
阴极：
________________________________________________________________________。
（2）冶炼铝
2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：
________________________________________________________________________，
阴极：
________________________________________________________________________。
问题思考
3．如何设计实验验证电解饱和食盐水的各种产物？
4．电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？
5．用惰性电极电解，若要使电解后的溶液复原，应怎样操作？
知识点三 金属的腐蚀和防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子________变为________，金属发生________。
2．金属腐蚀的类型
（1）化学腐蚀与电化学腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟__________接触
不纯金属或合金跟________________接触
现象
____电流产生
______电流产生
本质
金属被____
较活泼金属被________
联系
两者往往同时发生，________腐蚀更普遍
（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
电极反应
负极
正极
总反应式
联系
________更普遍
问题思考
6．铁锈是怎样形成的？
3．金属的防护
（1）电化学防护
①牺牲阴极的阳极保护法—________原理
a．________：
比被保护金属活泼的金属；
b．________：
被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—________原理
a．________：
被保护的金属设备；
b．________：
惰性金属。
（2）改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
（3）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
一、电解池的电极及电极产物的判断
1．如何分析电解池中的两极变化？
2．如何判断电解池的电极产物及书写电极反应式和总反应式？
典例导悟1
将含有KCl、CuCl2、Na2SO4三种物质的水溶液用铂电极进行电解，且电解时间足够长。
有以下结论：
①溶液中几乎没有Cl－ ②电解质溶液为无色 ③最终溶液显碱性 ④K＋、Na＋、SO
的浓度几乎没有变化
正确的是（设全部气体从溶液中出）（ ）
A．①②③ B．仅③ C．①④ D．均正确
听课记录：
二、电解类型及有关计算
1．用惰性电极电解电解质溶液的类型如下表所示：
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：
4H＋＋4e－===2H2↑
阳：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
NaOHH2SO4Na2SO4
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
CuCl2
放H2
生碱
型
阴极：
H2O放H2生碱
阳极：
电解质阴离子放电
NaCl
放O2
生酸
型
阴极：
电解质阳离
子放电
阳极：
H2O放O2生酸
CuSO4
2.电解池中有关量的计算或判断
电解池中有关量的计算或判断主要包括以下方面：
根据直流电源提供的电量求产物的量（析出固体的质量、产生气体的体积等）、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。
解题依据是得失电子守恒。
典例导悟2
（1）用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液（不考虑电解过程中溶液体积的变化），通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。
（2）如果向所得的溶液中加入0.1molCu（OH）2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。
（3）如果向所得的溶液中加入0.1molCu2（OH）2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH（不考虑CO2的溶解），电解过程中转移的电子为________mol。
3．比较金属腐蚀快慢
判断金属腐蚀快慢的规律
（1）电解池原理引起的腐蚀>__________引起的腐蚀>________腐蚀>有防护措施的腐蚀。
（2）对同一种金属来说，腐蚀的快慢：
强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
（3）活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越________。
（4）对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度
________________________________________________________________________，
腐蚀越快。
典例导悟3
下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是（ ）
A．④>②>①>③ B．②>①>③>④
C．④>②>③>①D．③>②>④>①
题组一 电解原理及其应用
1．（2011·上海，16）用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是（ ）
A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片
B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片
C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D．用带火星的木条检验阳极产物
2．（2010·海南，9改编）利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是（ ）
A．电解时以精铜作阳极
B．电解时阴极发生氧化反应
C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋
D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥
3.（2010·全国理综Ⅱ，29）
右图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。
（指示剂的pH变色范围：
6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色）
回答下列问题：
（1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________（填编号）；
①A管溶液由红变黄 ②B管溶液由红变黄 ③A管溶液不变色 ④B管溶液不变色
（2）写出A管中发生反应的反应式：
________________________________________________________________________；
（3）写出B管中发生反应的反应式：
________________________________________________________________________；
（4）检验a管中气体的方法是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
（5）检验b管中气体的方法是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
（6）电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是________________________________________________________________________。
题组二 金属的电化学腐蚀和防护
4．（2011·北京理综，8）结合下图判断，下列叙述正确的是（ ）
A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量K3[Fe（CN）6]溶液，均有蓝色沉淀
5．（2011·山东理综，15）以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是（ ）
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
6．（2011·浙江理综，10）将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区（a）已被腐蚀而变暗，
在液滴外沿形成棕色铁锈环（b），如右图所示。
导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘处少。
下列说法正确的是（ ）
A．液滴中的Cl－由a区向b区迁移
B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe（OH）2，进一步氧化、脱水形成铁锈
D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负极发生的电极反应为Cu－2e－===Cu2＋
7．（2010·北京理综，6）下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（ ）
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋
题号
1
2
4
5
6
7
答案
题组三 电解的规律及有关计算
8．（2009·全国理综Ⅰ，28）下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。
据此回答问题：
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为
________________________________________________________________________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积。
④电极c的质量变化是__________g；
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：
甲溶液
________________________________________________________________________；
乙溶液
________________________________________________________________________；
丙溶液
________________________________________________________________________；
（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
题组一 电解原理及其应用
1．（2011·大同质检）如图a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解（电解液足量）。
下列说法正确的是（ ）
A．甲中a的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解时向乙中滴入酚酞溶液，c电极附近变红
C．向乙中加入适量盐酸，溶液组成可以恢复
D．当b极有64gCu析出时，c电极产生2g气体
题组二 电解的规律及有关计算
2．500mLNaNO3和Cu（NO3）2的混合溶液中c（NO
）＝6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体22.4L（标准状况下），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（ ）
A．原混合溶液中c（Na＋）＝6mol·L－1
B．电解后溶液中c（H＋）＝4mol·L－1
C．上述电解过程中共转移8mol电子
D．电解后得到的Cu的物质的量为2mol
3．用石墨电极电解CuSO4溶液一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）2后，恰好使溶液恢复到电解前的浓度。
则电解过程中转移的电子的物质的量为（ ）
A．0.4molB．0.5mol
C．0.6molD．0.8mol
题组三 金属的电化学腐蚀与防护
4．铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确
的是（ ）
A．正极的电极反应式为：
2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及到反应：
4Fe（OH）2＋2H2O＋O2===4Fe（OH）3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
题号
1
2
3
4
答案
5.
如图水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察。
（1）若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生________腐蚀，电极反应：
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________。
（2）若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应：
负极：
________________________________________________________________________；
正极：
________________________________________________________________________。
题组四 实验探究
6．下列四种装置中，①盛200mL0.005mol·L－1硫酸铜溶液 ②盛200mL0.01mol·L－1硫酸 ③盛200mL氯化锌溶液 ④盛200mL氯化钾溶液
（1）上述四种装置中，为电解池的是__________（用编号回答），装置①中两电极的电极反应式分别是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
（注明电极名称）；
（2）用离子方程式回答：
通电时装置④中的总反应式是
________________________________________________________________________，
溶液中可能发生的副反应是
________________________________________________________________________；
（3）工作一段时间后，测得导线上均通过0.002mol电子，则上述四种装置中溶液pH最小的是__________（用编号回答，溶液体积变化忽略不计）；
（4）若将装置④中的外加电源拆去，用导线将两个电极连接，则Fe极上发生的反应是________________________________________________________________________，
C极上发生的反应是
________________________________________________________________________。
学案39 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
【课前准备区】
知识点一
1．
（1）电流 阴、阳两极 氧化还原反应
（2）电 化学
（3）阳极 氧化 阴极 还原
2．
（1）2Cl－－2e－===Cl2↑
（2）Cu2＋＋2e－===Cu
（3）CuCl2
Cu＋Cl2↑
知识点二
1．
（1）2Cl－－2e－===Cl2↑ 氧化 2H＋＋2e－===H2↑ 还原
（3）烧碱 氯气 氢气
2．
（1）阴 阳
（2）AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的溶液
（3）Ag－e－===Ag＋
Ag＋＋e－===Ag
（4）阳 阴 不变
3．
（1）粗铜 纯铜
（3）Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
4．
（1）2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
（2）6O2－－12e－===3O2↑ 4Al3＋＋12e－===4Al
知识点三
1．失去电子 金属阳离子 氧化反应
2．
（1）
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
（2）
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强
（pH≤4.3）
水膜酸性很弱或中性
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
3.
（1）①原电池 a．负极 b．正极 ②电解 a．阴极 b．阳极
问题思考
1．溶液的导电，首先要有电解质的电离，大家知道，非电解质的水溶液并不导电，就是因为溶液中没有自由离子。
因此，电解质溶于水就发生电离，产生了自由离子，该溶液就可以导电。
电解质的导电过程就是其电解过程。
2．电解池的阴、阳极取决于外接电源的正负极，与电极材料的金属活动性无关。
3．向饱和食盐水中滴加几滴酚酞，电解后阴极区域溶液变红，证明有NaOH生成；用两支试管分别收集两极气体，阳极产物用湿润的淀粉－KI试纸验证，阴极产物用爆鸣实验验证。
4．放H2生碱型的实质是水电离出的H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，放O2生酸型的实质是水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，使H＋浓度增大。
5．用惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合
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