1、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
2、解质溶液(或熔融的电解质)而在_引起_ _反应的过程。(2)特点：电解过程是非自发的。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：与_相连的两个电极。电解质溶液(或_电解质)。形成_ _。(3)工作原理(以电解CuCl2溶液为例)如图所示：电极反应式阴极：_，发生_反应。阳极：_，发生_反应。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。形成条件：a待镀金属作_极；b镀层金属作
3、_极；c含有_离子的溶液作电镀液；d外加直流电源。特点：电镀前后电镀液浓度不变。(3)铜的电解精炼阳极材料：含杂质Fe、Zn、Ni的粗铜；阴极材料：_；电解质溶液：_。(4)电冶金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。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) 2NaCl2。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
4、_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Fe2e= Fe22Fe4e= 2Fe2正极反应_其他反应及产物Fe2H2O = Fe(OH)2H2_4Fe(OH)2O22H2O = 4Fe(OH)3；2Fe(OH)3 = Fe2O3xH2O(3x)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。外加电流的阴极保护法
5、_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Fe3e= Fe33.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
6、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Ca电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色4下列四种装置中，盛200 mL硫酸铜溶液盛200 mL 0.01 molL1硫酸盛200 mL氯化锌溶液盛200 mL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：通电时装置中的总反应_；溶液中可能发生的副反应是_ _。(3)若将装置中的外加电源拆去，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
7、 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S2IBrClOH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AgFe3Cu2HFe2Zn2Al3Mg2Na。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
8、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：2H2e= H2阳极：4OH4e= 2H2OO2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
9、极：水电离出的H放电2H2e= 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4OH4e= 2H2OO2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】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。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
10、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。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：2CuH2OCu2OH2。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0.1mol Cu2O生成变式训练 1用惰性电极
11、电解CuSO4溶液，下列说法正确的是()A阳极发生的电极反应为：Cu22e=CuB阴极发生的电极反应为：4OH4e=2H2OO2C若有6.4 g金属铜析出，则放出的氧气为0.05 molD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()ACuSO4 BH2O CCuO DCuSO45H2O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
12、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 O2 2Cl2 2Br2 4H 2H2 2Cu 4Ag 4OH【例2】在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g，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5 min时，B中共收集224 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL。则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为_(
13、设电解前后溶液体积无变化)。(4)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，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()A35.5108 B16207 C81 D10835.54用铂电极电解CuSO4和KNO3的混合溶液500 mL，经过一段时间后，两极均得到标准状况下11.2 L的气体，则原混合溶液中CuSO4的物质的量浓度为()A0.5 mol/LB0.8 mol/L C1.0 mol/LD1.5 mol/L考点三 金属的腐蚀与防护1金
14、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Mne=MnMne=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。活动性不同的两金属：活泼性差别越大，活泼金属腐蚀越快。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。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，
15、发生的原电池反应为2Fe2H2OO2 = 2Fe(OH)2。以下说法正确的是()A负极发生的反应为Fe2e= Fe2 B正极发生的反应为2H2OO22e= 4OHC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 B C D自主演
16、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()Aa为正极、b为负极 Bc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CuCl2a电极质量增加，b电极放出无色气体BFe石墨KNO3a电极质量增加，b电极
17、放出无色气体CFeCuCuSO4a电极质量增加，b电极质量减少D石墨石墨HCla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()ANa2SO4 BNaOHCNaCl DAgNO37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
18、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：A电极对应的金属是_(写元素名称)，B电极的电极反应式是_。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5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为_ mol。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_。
19、(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”)。
