第19讲电解池金属的电化学腐蚀和防护.docx
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第19讲电解池金属的电化学腐蚀和防护
第19讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
考纲解读
1．了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。
2．了解电镀池与精炼池的原理，能分析常见的电镀池和精炼池。
3．能够进行有关电解产物的判断和计算。
4．认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
考向分析
本讲重点考查：
电解池的工作原理，如阴、阳极的判断、电极反应式、电解反应方程式的书写及溶液pH变化等；电解规律及应用；金属的腐蚀与防护，尤其是吸氧腐蚀。
2015年高考将电解原电池融合在一起考查的可能性较大。
考点图析
基础知识梳理
一、电解原理
1．电解
（1）定义：
使________通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在________引起________反应的过程。
（2）特点：
①电解过程是非自发的。
②电解质导电一定发生________变化。
2．电解池
（1）概念：
把________转化为________的装置。
（2）形成条件：
①与________相连的两个电极。
②电解质溶液（或________电解质）。
③形成________。
（3）工作原理（以电解CuCl2溶液为例）
如图所示：
①电极反应式
阴极：
________________，发生________反应。
阳极：
________________，发生________反应。
②电子流向：
电源的负极→________（________离子得电子）；________（________离子或________失电子）→电源的正极。
3．电解原理的应用
（1）氯碱工业：
电极反应式
阴极：
_______________________________；阳极：
_______________________________；
总反应式：
_____________________________。
（2）电镀①概念：
应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。
②形成条件：
a．待镀金属作________极；b．镀层金属作________极；
c．含有________离子的溶液作电镀液；d．外加直流电源。
③特点：
电镀前后电镀液浓度不变。
（3）铜的电解精炼①阳极材料：
含杂质Fe、Zn、Ni的粗铜；
②阴极材料：
________；③电解质溶液：
________。
（4）电冶金①金属冶炼的实质
金属冶炼的实质是使矿石中的________得到电子，从它们的化合物中________出来。
②实例：
电解熔融氯化钠冶炼金属钠：
阴极反应：
____________________________；阳极反应：
______________________________；
总反应式：
2NaCl（熔融）
2Na＋Cl2↑。
二、金属的腐蚀及其防护
1．金属腐蚀的本质：
金属原子在反应中________电子被________：
_____________。
2．金属腐蚀的类型
（1）化学腐蚀：
金属跟接触到的________或________等直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀。
（2）电化学腐蚀：
________的金属跟________接触，因发生________反应而引起的腐蚀。
电化学腐蚀包括________和________两类。
3．电化学腐蚀的分类（钢铁腐蚀）
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
水膜呈________
水膜呈弱酸性或中性
负极反应
Fe－2e－=Fe2＋
2Fe－4e－=2Fe2＋
正极反应
________
________________________________
其他反应及产物
Fe＋2H2O=Fe（OH）2＋H2↑
________________________________
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O=4Fe（OH）3；2Fe（OH）3=Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O
联系
普遍性：
吸氧腐蚀更普遍
4.金属防护
（1）改变金属内部组织结构：
如制成______、______等。
（2）金属表面加保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法。
（3）电化学保护
①牺牲阳极的阴极保护法——________原理
被保护的金属上连接一种更________的金属，被保护的金属作原电池的________极。
②外加电流的阴极保护法——________原理
被保护的金属与电源的________极相连，作电解池的________极。
自主检查1．下列叙述中不正确的是（ ）
A．电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应
B．原电池跟电解池连接后，电子从原电池负极流向电解池阳极
C．电镀时，电镀池里的阳极材料发生氧化反应
D．电解饱和食盐水时，阴极得到氢氧化钠溶液和氢气
2．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＋
3.如右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附近分别滴加一滴石蕊溶液，下列实验现象中正确的是（ ）
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味气体
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
4．下列四种装置中，①盛200mL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____________________________________；
溶液中可能发生的副反应是________________。
（3）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____________________。
考点一电解原理的考查
一、电解池的电极及电极产物的判断
1．电解池电极的判断
2．电解时电极产物的判断
（1）阳极产物的判断：
首先看电极，如果是活性电极（金属活动性顺序表Ag以前），则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，阴离子放电顺序
S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－。
（2）阴极产物的判断：
直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋>Al3＋>Mg2＋>Na＋。
★特别提醒
（1）阳极放电顺序一定要先看电极。
（2）阴极发生得电子的还原反应，与电极材料无关，是溶液中的阳离子得电子，其顺序基本上与金属活动性顺序一致，即越活泼的金属，其阳离子越不易得电子；若溶液中H＋浓度比较小时，则H＋放电顺序处于Zn2＋和Al3＋之间。
二、用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
电极反应特点
物质类型及实例
电解的对象
电解质浓度的变化
溶液pH变化
恢复原浓度的方法
电解水型
水电离出的H＋、OH－放电
阴极：
2H＋＋2e－=H2↑阳极：
4OH－－4e－=2H2O＋O2↑
强碱（NaOH）
水
增大
升高
加水
含氧酸（H2SO4）
降低
活泼金属含氧酸盐（Na2SO4）
不变
电解电解质型
电解质电离出的阴离子在阳极上失电子，阳离子在阴极上得电子
无氧酸（HCl）
电解质
减小
升高
加电解质本身
不活泼金属无氧酸
盐（CuCl2）
－
放H2生碱型
阴极：
水电离出的H＋放电2H＋＋2e－=H2↑阳极：
电解质电离出的阴离子在阳极上失电子
活泼金属的无氧酸盐（NaCl、MgCl2）
电解质和水
生成新电解质，原电解质浓度减小
升高
加对应的无氧酸
放O2生酸型
阴极：
电解质电离出的阳离子在阴极上得电子阳极：
水电离出的OH－放电4OH－－4e－=2H2O＋O2↑
不活泼金属含氧酸盐（CuSO4、AgNO3）
电解质和水
生成新电解质，原电解质浓度减小
降低
加对应的氧化物
【规律方法】
①若阴极为H＋放电，则阳极区c（OH－）增大；若阳极为OH－放电，则阴极区c（H＋）增大；若阴极、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。
②当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H＋或OH－放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H＋或OH－均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两个电极反应式相加，即得到总反应的化学方程式。
③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，一般加入析出阴极产物与阳极产物的化合物。
【例1】Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为：
2Cu＋H2O
Cu2O＋H2↑。
下列说法正确的是（ ）
A．石墨电极上产生氢气B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极D．当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成
变式训练1．用惰性电极电解CuSO4溶液，下列说法正确的是（ ）
A．阳极发生的电极反应为：
Cu2＋＋2e－===Cu
B．阴极发生的电极反应为：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．若有6.4g金属铜析出，则放出的氧气为0.05mol
D．电解过程中，阳极附近溶液的pH增大
2．用石墨作电极电解CuSO4溶液。
通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的（ ）
A．CuSO4 B．H2OC．CuO D．CuSO4·5H2O
考点二电化学计算
电化学计算包括两极产物的定量计算、溶液pH计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、电量与产物量的互算等。
不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
1．根据电子守恒法计算：
用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数目相等。
2．根据总反应式计算：
凡是总反应式中反映出的物质的量的关系都可以列比例式计算。
3．根据关系式计算，由得失电子守恒关系建立各量间的关系，如串联电池各电极产物的关系：
4e－O22Cl22Br24H＋2H22Cu4Ag4OH－
【例2】在如图所示的装置中，若通入直流电5min时，铜电极质量增加2.16g，试回答：
（1）电源电极X名称为________。
（2）pH变化：
A________，B________，C________。
（填“增大”“减小”或“不变”）
（3）通电5min时，B中共收集224mL气体（标准状况），溶液体积为200mL。
则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________（设电解前后溶液体积无变化）。
（4）若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为________（设电解前后溶液体积无变化）。
变式训练3．在水中加入等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO
、NO
、Cl－，该溶液放在用惰性材料作电极的电解槽中，通电片刻后氧化产物与还原产物质量比为（ ）
A．35.5∶108 B．16∶207C．8∶1 D．108∶35.5
4．用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500mL，经过一段时间后，两极均得到标准状况下11.2L的气体，则原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度为（ ）
A．0.5mol/L B．0.8mol/LC．1.0mol/L D．1.5mol/L
考点三金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的比较
金属腐蚀
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池的反应
本质
M－ne－===Mn＋
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流
有电流
2.金属腐蚀的快慢规律
（1）不同类型的腐蚀规律
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。
（2）电化学腐蚀规律
①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。
②活动性不同的两金属：
活泼性差别越大，活泼金属腐蚀越快。
③对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，腐蚀越快。
④对于不同氧化剂来说，氧化性越强，金属腐蚀越快。
【例3】钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe＋2H2O＋O2=2Fe（OH）2。
以下说法正确的是（ ）
A．负极发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋B．正极发生的反应为2H2O＋O2＋2e－=4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
变式训练5．（双选）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ）
A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C．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
D．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
6．如下图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（ ）
A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
自主演练1．下图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。
则下列有关判断中正确的是（ ）
A．a为正极、b为负极B．c为阴极、d为阳极
C．电解过程中，d电极质量增加D．电解过程中，氯离子浓度不变
2．下列描述中，不符合生产实际的是（ ）
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作为阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作为阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作为阴极
D．在镀件上电镀锌，用锌作为阳极
3．下图水槽中盛装的是海水，其中铁被腐蚀最慢的是（ ）
4．如下图所示，下列关于实验现象的描述正确的是（ ）
a电极
b电极
X溶液
实验现象
A
石墨
石墨
CuCl2
a电极质量增加，b电极放出无色气体
B
Fe
石墨
KNO3
a电极质量增加，b电极放出无色气体
C
Fe
Cu
CuSO4
a电极质量增加，b电极质量减少
D
石墨
石墨
HCl
a电极放出无色气体，b电极放出无色气体
5．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．用惰性电极电解下列物质的稀溶液，经过一段时间后，溶液的pH减小的是（ ）
A．Na2SO4 B．NaOH C．NaCl D．AgNO3
7．钢铁工业是国家工业的基础，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
（1）生产中可用盐酸来除铁锈。
现将一生锈的铁片放入盐酸中，当铁锈被除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为_______________________________。
（2）下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀________。
（3）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。
装置如图：
①A电极对应的金属是________（写元素名称），B电极的电极反应式是__________________。
②若电镀前A、B两金属片质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因________________________________________________________________________。
8．如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。
将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。
试完成以下问题：
（1）电源A极的名称是________。
（2）甲装置中电解反应的总化学方程式是_________________。
（3）如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是________。
（4）欲用丙装置给铜镀银，G应该是________（填“铜”或“银”），电镀液的主要成分是________（填化学式）。
（5）装置丁中的现象是_________________________，说明_____________________________。
9.在如图所示的实验装置中，E为一张淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，C、D为夹在滤纸两端的铂夹，X、Y分别为直流电源的两极。
在A、B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH溶液的水槽中，再分别插入铂电极。
切断电源开关S1，闭合开关S2，通直流电一段时间后，请回答下列问题：
（1）标出电源的正、负极：
X为________极，Y为______极。
（2）在滤纸的C端附近，观察到的现象是________，在滤纸的D端附近，观察到的现象是________。
（3）写出电极反应式，A中________；B中________；C中________；D中________。
（4）若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极，此时切断开关S2，闭合开关S1，则电流计的指针是否发生偏转________（填“偏转”或“不偏转”）。
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