第4章 第2讲电解池金属腐蚀与防护.docx
《第4章 第2讲电解池金属腐蚀与防护.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第4章 第2讲电解池金属腐蚀与防护.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第4章第2讲电解池金属腐蚀与防护
第4章第3讲 电解池 金属腐蚀与防护
考点一电解原理
1．电解
2．电解池
（1）概念：
电解池是把电能转变为化学能的装置。
（2）构成条件:
①有与直流电源相连的两个电极。
②两个电极插入电解质溶液（或熔融电解质）中。
③形成闭合回路。
（3）电解池中电子和离子的移动
①电子：
从电源负极流出后，流向电解池的阴极；再从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：
阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
3．电解工作原理（以电解CuCl2溶液为例）
总反应方程式：
Cu2＋＋2Cl－
Cu＋Cl2↑。
4．阴、阳两极放电顺序
（1）惰性电极：
石墨、铂、金电极。
活性电极：
除石墨、铂、金以外的电极。
（2）放电顺序
①阴极（与电极材料无关）：
②阳极（与电极材料有关）：
小题热身
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。
（ ）
（2）某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。
（ ）
（3）电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉 碘化钾试纸变蓝色。
（ ）
（4）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。
（ ）
（5）电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。
（ ）
（6）电解硫酸钠溶液一段时间，可向电解液中加适量水以恢复到原浓度。
（ ）
（7）电解硫酸铜溶液一段时间，为复原可加适量Cu（OH）2。
（ ）
答案：
（1）√
（2）√ （3）× （4）× （5）× （6）√ （7）×
[考向精练提考能]
考向一 电极反应式、电解方程式的书写
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－）。
3．然后写出阴、阳两极的放电顺序
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。
1．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：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
（2）用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
（3）用铁做电极电解NaCl溶液
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
（4）用铁做电极电解NaOH溶液
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
（5）用Al做电极电解NaOH溶液
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
（6）用Al做阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
（7）用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
答案：
（1）4OH－－4e－===O2↑＋2H2O（或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋）
4Ag＋＋4e－===4Ag4Ag＋＋2H2O
4Ag＋O2↑＋4H＋
（2）2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－）
Mg2＋＋2Cl－＋2H2O
Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑
（3）Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－）
Fe＋2H2O
Fe（OH）2↓＋H2↑
（4）Fe－2e－＋2OH－===Fe（OH）22H＋＋2e－===H2↑（或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－）
Fe＋2H2O
Fe（OH）2＋H2↑
（5）2Al－6e－＋8OH－===2AlO
＋4H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－（或6H＋＋6e－===3H2↑）
2Al＋2H2O＋2OH－
2AlO
＋3H2↑
（6）2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－===3H2↑2Al＋3H2O
Al2O3＋3H2↑
（7）2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2e－===MgMg2＋＋2Cl－
Mg＋Cl2↑
[练后反思] 规避“三个”失分点
1．书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
2．要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。
3．电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
考向二 以惰性电极电解电解质溶液的规律
2．用惰性电极电解NaOH溶液
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
答案：
4H＋＋4e－===2H2↑4OH－－4e－===O2↑＋2H2O2H2O
2H2↑＋O2↑
[练后反思]
由框内阴、阳离子组成可溶于水的电解质，用惰性电极电解时，只电解水。
3．用惰性电极电解盐酸
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
答案：
（1）2H＋＋2e－===H2↑2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2Cl－
H2↑＋Cl2↑
4．用惰性电极电解NaCl溶液
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
答案：
（1）2H＋＋2e－===H2↑2Cl－－2e－===Cl2↑2H2O＋2Cl－
H2↑＋Cl2↑＋2OH－
5．用惰性电极电解CuSO4溶液
阳极反应式：
____________________________；阴极反应式：
____________________________；
总反应离子方程式：
_____________________________________。
答案
（1）2Cu2＋＋4e－===2Cu4OH－－4e－===2H2O＋O2↑2Cu2＋＋2H2O
2Cu＋O2↑＋4H＋
考向三 电解原理和电解规律的综合考查
6．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是（ ）
A．NaCl B．Na2CO3C．CuSO4D．K2S答案：
B
7．三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO
可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是（ ）
A．通电后中间隔室的SO
离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
解析：
负极区（阴极）电极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，正极区（阳极）电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
A项，通电后SO
向正极移动，正极区OH－放电，溶液酸性增强，pH减小；C项，负极反应为4H＋＋4e－===2H2↑，溶液pH增大；D项，当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25molO2生成。
答案：
B
考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：
2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）阴极反应式：
2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）
（2）总反应方程式：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
（3）应用：
氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2.电镀
如图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
（1）镀件做阴极，镀层金属银做阳极。
（2）电解质溶液是AgNO3溶液。
（3）电极反应：
阳极：
Ag－e－===Ag＋；阴极：
Ag＋＋e－===Ag。
（4）特点：
阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
（1）电极材料：
阳极为粗铜；阴极为纯铜。
（2）电解质溶液：
含Cu2＋的盐溶液。
（3）电极反应：
阴极：
Cu2＋＋2e－===Cu。
阳极：
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
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：
2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：
2Na＋＋2e－===2Na。
（2）冶炼铝2Al2O3（熔融）
4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：
6O2－－12e－===3O2↑阴极：
4Al3＋＋12e－===4Al。
小题热身
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。
（ ）
（2）若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu做阳极。
（ ）
（3）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。
（ ）
（4）在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。
（ ）
（5）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。
（ ）
（6）阳离子交换膜（以电解NaCl溶液为例），只允许阳离子（Na＋）通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和分子（Cl2）通过。
（ ）
（7）电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－。
（ ）
答案：
（1）×
（2）√ （3）× （4）× （5）√ （6）√ （7）×
[考向精练提考能]
1．比较下列两种装置有哪些不同？
（1）请分析两装置中各电极的质量变化？
（2）请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？
答案：
（1）甲图中铜片质量减小，铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。
（2）甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化，因为阳极溶解多少铜，阴极增加多少铜；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度减小。
2．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示（电极材料为石墨）。
（1）图中a极要连接电源的________（填“正”或“负”）极，C口流出的物质是________。
（2）SO
放电的电极反应式为_____________________________。
（3）电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因。
_____________________________
答案：
（1）负 硫酸
（2）SO
－2e－＋H2O===SO
＋2H＋
（3）H2O
H＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c（H＋）减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强
考点三金属的腐蚀和防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子失电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
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反应
本质
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有电流产生
注：
通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重
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
酸性
弱酸性或中性或碱性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2
其他反应
吸氧腐蚀还伴随以下反应：
4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3
2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O＋（3－x）H2O
注：
吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
4.金属的防护
（1）牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。
（2）外加电流的阴极保护法利用电解池原理。
（3）改变金属内部结构→如制成不锈钢。
（4）加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。
小题热身
正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”。
（1）干燥环境下金属不被腐蚀。
（ ）
（2）Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。
（ ）
（3）钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。
（ ）
（4）镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比镀铜前更容易生锈。
（ ）
（5）在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀。
（ ）
（6）外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极。
（ ）
（7）在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阴极的保护法。
（ ）
答案：
（1）×
（2）× （3）× （4）√ （5）× （6）× （7）×
[考向精练提考能]
考向一 腐蚀快慢与防护方法的比较
1．判断金属腐蚀快慢的方法
（1）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>有防腐措施的腐蚀。
（2）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。
（3）活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
（4）对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
2．两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。
1．
（1）以下装置中（杯中均盛有海水）
Zn片腐蚀由快到慢的顺序为________。
（2）镀锌铁板（俗称白铁）和镀锡铁板（俗称马口铁），________铁板更耐腐蚀，原因为_________________________。
答案：
（1）④③⑥①②⑤
（2）镀锌 镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
3．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ）
A．出土青铜器生成Cu2（OH）3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程，但不是化学反应过程
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
解析：
电化学腐蚀过程发生了化学反应，A错误；锡层破损后，铁与锡构成原电池，铁做负极，加快了铁的腐蚀，B错误；海轮外壳中的金属铁与连接的锌块构成原电池，锌做负极，可以保护海轮外壳，C正确；利用外加直流电源保护器件时，必须将其连接在电源负极，D错误。
答案：
C
考向二 析氢腐蚀和吸氧腐蚀
正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。
潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。
4.
如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。
实验时观察到：
开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。
下列说法正确的是（ ）
A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH减小
解析：
生铁片中的碳是原电池的正极，A错；雨水酸性较强，开始时铁片发生化学腐蚀和析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C对；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，答案：
C
5.
研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．d为石墨，铁片腐蚀加快
B．d为石墨，石墨上电板反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：
由于活动性：
Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池时，Fe为负极，失去电子被氧化为Fe2＋，加快铁片的腐蚀，A正确；d为石墨，由于是中性电解质，所
以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；若d为锌块，则由于金属活动性：
Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，C正确；若d为锌块，由于电解质溶液呈中性，发生的是吸氧腐蚀，铁片上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，答案：
D
6.如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面图。
下列说法正确的是（ ）
A．该电化学腐蚀为析氢腐蚀B．图中生成铁锈最多的是C区域
C．A区域比B区域更易腐蚀D．铁闸中负极的电极反应：
Fe－2e－===Fe2＋
解析：
该电化学腐蚀为吸氧腐蚀，A错误；A区域暴露在空气中发生化学腐蚀，B、C、D区域均发生电化学腐蚀，海水越深氧气含量越少，越不易发生电化学腐蚀，所以腐蚀最严重的是B区域，B错误；根据以上分析可知B区域比A区域更易腐蚀，C错误；原电池中负极失去电子，则负极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，D正确。
答案：
D
课时作业
1．下列现象与电化学腐蚀无关的是（ ）
A．生铁比纯铁易生锈B．纯银饰品久置表面变暗
C．黄铜（铜锌合金）制品不易产生铜绿D．与铜管连接的铁管易生锈
解析：
A项，生铁能够构成原电池，所以比纯铁易生锈；B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关；C项，铜锌合金能构成原电池，锌做负极被氧化，铜被保护起来，不易被腐蚀；D项，铜管与铁管连接构成原电池，铁做负极，易被腐蚀。
答案：
B
2.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示装置，下列有关说法错误的是（ ）
A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl（s），可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
解析：
铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极氧气得电子发生还原反应生成OH－，故将氧气吹向石墨电极，铁锈出现得更快，A正确，D错误；若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈，B正确；向自来水中加入NaCl（s），可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率，C正确。
答案：
D
3．下列描述不符合生产实际的是（ ）答案：
A
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝时用铁做阳极
B．电解法精炼粗铜时用纯铜做阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱时用涂镍碳钢网做阴极
D．在镀件上电镀锌时用锌做阳极
4．现将氯化铝溶液蒸干灼烧并熔融后用铂电极进行电解，下列有关电极产物的判断正确的是（ ）
A．阴极产物是氢气 B．阳极产物是氧气
C．阴极产物是铝和氧气D．阳极产物只有氯气
解析：
将氯化铝溶液蒸干灼烧得到Al2O3，电解熔融的Al2O3，阳极为O2－放电，阳极产物为氧气；阴极为Al3＋放电，阴极产物为铝。
答案：
B
5．下列电解质溶液用惰性电极进行电解时，一段时间后，溶液的pH增大的是（ ）
A．稀碳酸钠溶液B．硫酸钠溶液
C．稀硫酸D．硫酸铜溶液
解析：
A项，电解稀碳酸钠溶液，实质是电解水，碳酸钠溶液浓度增大，pH增大，正确；B项，电解硫酸钠溶液的实质也是电解水，但溶液仍为中性，pH不变，错误；C项，电解稀硫酸的实质是电解水，硫酸浓度增大，pH减小，错误；D项，电解硫酸铜溶液时生成硫酸、氧气和铜，故pH减小，错误。
答案：
A
6．图中是化学能与电能相互转化的两套装置。
下列分析正确的是（ ）
A．两装置中，铁电极均要消耗
B．图乙装置中两极均有气泡产生
C．图甲装置铁电极上发生的电极反应为Fe－3e－===Fe3＋
D．随着反应的进行，图甲装置中溶液的pH增大，图乙装置中溶液的pH不变
解析：
图甲是原电池，较活泼的金属铁做负极，负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液，铁电极逐渐溶解，图乙是电解池，铁做阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，铁不溶解，故A错误；图乙是电解池，石墨作阳极，阳极上生成O2，铁做阴极，H＋放电生成H2，故B正确；图甲中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故C错误；图甲电池的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，随反应的进行c（H＋）减小，溶液pH增大，图乙相当于电解水，H2SO4浓度增大，溶液的pH减小，故D错误。
答案：
B
热点突破 电化学的组合装置及计算
[解题策略] 第一步：
写反应。
写出两极的电极反应式（特别要注意阳极材料）。
第二步：
标得失。
标出两电极的得失电子数，若未知，可用未知数代入。
第三步：
列算式。
（1）用电子守恒法计算：
根据通过阴、阳两极的电量相等列出关系式，依据是两极得失电子总数相等；
（2）利用总反应式计算：
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算；（3）列关系式计算：
利用得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式，如：
物质 H2～O2～Cl2～Cu～Ag～H＋～OH－～e－
n（mol） 2 1 2 2 4 4 4 4
角度一 多池串联装
升级会员 