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1、 第 21 讲 电解池 金属电化学腐蚀与防护 考纲要求 1.了解电解池的工作原理，能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。考点一 电解原理 1电解定义 在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2能量转化形式 电能转化为化学能。3电解池(1)构成条件 有与电源相连的两个电极。两个电极插入电解质溶液(或熔融盐)中。形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子的移动方向 特别提醒 电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。1电解质溶液导电
2、时，一定会有化学反应发生吗？答案：一定有化学反应发生，因为在电解池的两极有电子转移，发生了氧化还原反应，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。2按要求书写有关的电极反应式及总方程式。(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)用铁作电极电解 NaCl 溶液 阳极反应式_；阴极反应式_；总化学方程式_。(4)用铜作电极电解盐酸 阳极反应式_；阴极反应式_；总反应离子方程式_。(5)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
3、：(1)4OH4e=O22H2O 4Ag4e=4Ag 4Ag2H2O=电解4AgO24H(2)2Cl2e=Cl2 2H2e=H2 Mg22Cl2H2O=电解Mg(OH)2Cl2H2(3)Fe 2e=Fe2 2H2e=H2 Fe2H2O=电解Fe(OH)2H2(4)Cu2e=Cu2 2H2e=H2 Cu2H=电解Cu2H2(5)2Cl2e=Cl2 Mg22e=Mg Mg22Cl=电解MgCl2 考向 1 电极反应、电解反应方程式的书写(1)2015高考全国卷，28(2)实验室用 NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备 ClO2：电解时发生反应的化学方程式为_。(2)(
4、2014高考全国卷，T27 节选)PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和 Cu(NO3)2的混合 溶 液 为 电 解 液 电 解 制 取。阳 极 发 生 的 电 极 反 应 式 为_。阴极上观察到的现象是_；若 电 解 液 中 不 加 入Cu(NO3)2，阴 极 发 生 的 电 极 反 应 式 为_，这样做的主要缺点是_。解析(1)由图可知，电解 NH4Cl 和盐酸混合溶液得到 H2和 NCl3，结合质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为 NH4Cl2HCl=电解 3H2NCl3。(2)电解池的阳极发生失电子反应(氧化反应)，因为 Pb2PbO2属于氧化反应，所以发生的电
5、极反应为 Pb22H2O2e=PbO2 4H；由于 Cu2的放电能力强于 Pb2，故阴极上的电极反应为 Cu22e=Cu，则阴极产生的现象是石墨上包上铜镀层；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为 Pb22e=Pb，这样一来就不能有效利用 Pb2。答案(1)NH4Cl2HCl=电解3H2NCl3(2)Pb22H2O2e=PbO24H 石墨上包上铜镀层 Pb22e=Pb 不能有效利用 Pb2 思维建模 分析电解过程的思维程序(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)
6、然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序：AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。注意：阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。最常用、最重要的放电顺序是：阳极：ClOH；阴极：AgCu2H。电解水溶液时，KAl3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到 K、Ca、Na、Mg、Al 等金属。(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.电解装置如图所示，电解槽内装有 KI 及
7、淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。已知：3I26OH=IO3 5I3H2O，下列说法不正确的是()A右侧发生的电极反应式：2H2O2e=H22OH B电解结束时，右侧溶液中含有 IO3 C电解槽内发生反应的总化学方程式：KI3H2O=电解KIO33H2 D如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变 解析：选 D。该电解槽的两极均为惰性电极(Pt)，在一定条件下通电，发现左侧溶液变蓝色，说明发生电极反应：2I2e=I2，由淀粉溶液遇单质碘显蓝色可知，左侧为阳极，右侧为阴极，阴极上溶液中的 H得电子发生还原反应
8、，电极反应为 2H2O2e=H22OH(或2H2e=H2)，A 项正确。阴极周围溶液中产生的 OH经阴离子交换膜移向左侧，并与左侧电极上产生的 I2发生反应：3I26OH=IO35I3H2O，一段时间后，蓝色逐渐变浅，电解结束时，左侧溶液中的 IO3经阴离子交换膜进入右侧溶液，B 项正确。结合阴、阳极发生的反应及 I2与 OH的反应可知，电解槽内总反应为 I3H2O=电解IO33H2，C 项正确。若用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内总反应为 2I2H2O=通电I2H22OH，D项错。2电解尿素 CO(NH2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳两极均为惰
9、性电极。(1)A极为_，电极反应式为_ _。(2)B极为_，电极反应式为_ _。解析：H2产生是因为 H2O 电离的 H在阴极上得电子，即 6H2O6e=3H26OH，所以 B极为阴极，A 极为阳极，电极反应式为 CO(NH2)26e8OH=N2CO236H2O。答案：(1)阳极 CO(NH2)28OH6e=N2CO236H2O(2)阴极 6H2O6e=3H26OH 正确书写电极反应式技巧 (1)做到“三看”一看电极材料，若是金属(Au、Pt 除外)作阳极，金属一定被电解(注 Fe 生成 Fe2)。二看介质，介质是否参与电极反应。三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。(2)规避“三个
10、”失分点 书写电解池中电极反应式时，要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。要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。电解水溶液时，应注意放电顺序在 H、OH之后的离子一般不参与放电。考向 2 电解原理及规律(2015高考福建卷)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O 和 CO2转化为 O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()A该装置将化学能转化为光能和电能 B该装置工作时，H从 b 极区向 a 极区迁移 C每生成 1 mol O2，有 44 g CO2被还原 Da 电极的反应为：3CO218H18e=C3H8O5H2O 解析
11、 该装置图为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A 项错误；b极连接电源的正极，为阳极，在电解池中 H为阳离子，向 a 极(阴极)区移动，B 项正确；右侧 H2OO2发生的是氧化反应，每生成 1 mol O2，转移 4 mol 电子，C3H8O 中碳元素的化合价是2,3CO2C3H8O，转移 18 mol 电子，故生成 1 mol O2消耗 23 mol CO2，C 项错误；a电极发生的是还原反应：3CO218H18e=C3H8O5H2O，D 项错误。答案 B 反思归纳 以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 类型 电极反应特点 实例 电解 对象 电解质 溶液 浓度 pH 电解质
12、溶液 复原 电解 水型 阴：2H2e=H2(或 2H2ONaOH 水 增大 增大 加水 2e=2OHH2)阳：4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)H2SO4 水 增大 减小 加水 Na2SO4 水 增大 不变 加水 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 电解质 减小 增大 通氯化氢 CuCl2 电解质 减小 加氯化铜 放 H2生碱型 阴极：H2O 放 H2生碱阳极：电解质阴离子放电 NaCl 电解质和水 生成新电解质 增大 通氯化氢 放 O2生酸型 阳极：H2O 放 O2生酸阴极：电解质阳离子放电 CuSO4 电解质和水 生成新电解质 减小 加氧化铜或碳
13、酸铜 3.如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 附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是()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 解析：选 D。SO24、OH移向 b 极，在 b 极 OH放电，产生 O2，b 极附近c(H)c(OH)，石蕊溶液变红。Na、H移向 a 极，在 a 极 H放电产生 H2，a 极附近c(OH)c(H)，石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积 a 电极的大于 b 电极的；两种气体均为无色无
14、味的气体。A、B、C 均错。4(2015高考广东卷节选)(1)电解制备 Al(OH)3时，电极分别为 Al 片和石墨，电解总反应方程式为_ _。(2)一种可超快充电的新型铝电池，充放电时AlCl4和Al2Cl7两种离子在Al电极上相互转化，其 他 离 子 不 参 与 电 极 反 应，放 电 时 负 极Al的 电 极 反 应 式 为_。解析：(1)阳极上为铝失电子生成铝离子，阴极上为氢离子得电子生成氢气，其电解总反应方程式为 2Al6H2O=电解2Al(OH)33H2。(2)因为没有其他离子放电，因此负极反应式为Al3e7AlCl4=4Al2Cl7。答案：(1)2Al6H2O=电解2Al(OH)
15、33H2(2)Al3e7AlCl4=4Al2Cl7 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：2Cl2e=Cl2(反应类型：氧化反应)。阴极：2H2e=H2(反应类型：还原反应)。(2)总反应方程式：2NaCl2H2O=电解2NaOH H2Cl2；离子方程式：2Cl2H2O=电解2OHH2Cl2。(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。2电镀和电解精炼铜 电镀(Fe 表面镀Cu)电解精炼铜 阳极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含 Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等杂质)电极反应 Cu2e=Cu2 Cu2e=Cu2 Zn2e=Zn2 Fe2e=Fe2 Ni2e=Ni2 阴极 电极
16、材料 待镀金属铁 纯铜 电极反应 Cu22e=Cu 电解质溶液 含 Cu2的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的 Ag、Au 等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 3.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)=电解2NaCl2 电极反应：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na。(2)冶炼镁 MgCl2(熔融)=电解MgCl2 电极反应：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：Mg22e=Mg。(3)冶炼铝 2Al2O3(熔融)=电解Na3AlF64Al3O2 电极反应：阳极：6O212e=3O2；阴极：4Al312e=4Al。特
17、别提醒 电镀过程中，溶液中离子浓度不变；电解精炼铜时，由于粗铜中含有 Zn、Fe、Ni 等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上 Cu2被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)CuH2SO4=CuSO4H2可以设计成电解池，但不能设计成原电池。()(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。()(3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。()(4)电解是把电能转变成化学能。()(5)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。()(6)任何水溶液电解时，必将导致氧化还原反
18、应。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)2电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？答案：阳极产物 Cl2可以用湿润的淀粉KI 试纸检验，阴极产物 H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。3电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？答案：粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如 Zn、Fe、Ni 等也会同时失去电子，但是它们 的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以
19、当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。考向 1 电解原理在生产中的应用 2014高考全国卷，27(4)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。回答下列问题：H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：写出阳极的电极反应式：_。分析产品室可得到H3PO2的原因：_ _。早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质，该杂质产生的原
20、因是_。解析 阳极发生氧化反应，在反应中 OH失去电子，电极反应式为 2H2O4e=4HO2。H2O 放电产生 H，H进入产品室，原料室中的 H2PO2穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应：HH2PO2=H3PO2。如果撤去阳膜，H2PO2或 H3PO2可能被氧化。答案 2H2O4e=4HO2 阳极室的 H穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 H2PO2穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成 H3PO2 PO34(或 H3PO4)H2PO2或 H3PO2被氧化 1(2014高考山东卷节选)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl7和 AlCl4组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电
21、镀铝。(1)钢制品应接电源的_极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为_。若改用 AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为_。(2)为测定镀层厚度，用 NaOH 溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移 6 mol 电子时，所得还原产物的物质的量为_mol。解析：(1)在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al 元素在熔融盐中以 Al2Cl7和 AlCl4形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是 4Al2Cl73e=Al7AlCl4；在水溶液中，得电子能力：HAl3，故阴极上发生的反
22、应是 2H2e=H2。(2)用 NaOH 溶液溶解铝镀层的反应为 2Al2OH2H2O=2AlO23H2，水作氧化剂，转移6 mol 电子时，根据得失电子守恒可知，还原产物 H2的物质的量为 3 mol。答案：(1)负 4Al2Cl73e=Al7AlCl4 H2(2)3 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)SO23放电的电极反应式为_。(3)电 解 过 程 中 阴 极 区 碱 性 明 显 增 强
23、，用 平 衡 移 动 原 理 解 释 原 因_。解析：根据 Na、SO23的移向判断阴、阳极。Na移向阴极区，a 应接电源负极，b 应接电源正极，其电极反应式分别为 阳极：SO232eH2O=SO242H 阴极：2H2O2e=H22OH 所以从 C 口流出的是 H2SO4，在阴极区，由于 H放电，破坏水的电离平衡，c(H)减小，c(OH)增大，生成 NaOH，碱性增强，从 B 口流出的是浓度较大的 NaOH 溶液。答案：(1)负 硫酸 (2)SO232eH2O=SO242H(3)H2OHOH，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 电解原理应用的四点注意(1)阳
24、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，这样既能防止 H2和 Cl2混合爆炸，又能避免 Cl2和 NaOH 溶液作用生成 NaClO 影响烧碱质量。(2)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。(3)电解精炼铜，粗铜中含有的 Zn、Fe、Ni 等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的 Cu2浓度会逐渐减小。(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子
25、得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。考向 2 电解过程中的计算问题(2016陕西铜川高三联考)在如图装置中，甲烧杯中盛有 100 mL 0.50 molL1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有 100 mL 0.25 molL1CuCl2溶液，A、B、C、D 均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现 A 极比 C 极重 1.9 g，则 (1)E 为电源_极，F 为电源_极。(2)A极的电极反应式为_，析出物质_mol。(3)B极的电极反应式为_，析出气体_mL(标准状况)。(4)C极的电极反应式为_，析出物质_mol。(5)D极的电极反应式为_，析出气体_mL(标准状况)。(6)向甲
26、烧杯中滴入石蕊试液，_极附近变红，如果继续电解，在甲烧杯中最终得到_溶液。解析 由电解一段时间后 A 极比 C 极重，可知 A 极上有 Ag 析出，C 极上有 Cu 析出，若 A极上析出银的物质的量为n(Ag)，则 C 极上析出 Cu 的物质的量为12n(Ag)，有关系式：108 gmoln(Ag)64 gmoln(Ag)121.9 g，n(Ag)0.025 mol。由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两电解池电极反应式分别为 A 极：Age=Ag；B 极：4OH4e=2H2OO2；C 极：Cu22e=Cu；D 极：2Cl2e=Cl2。A、C 两极析出物质的物质的量分别为 0.025 m
27、ol 和 0.012 5 mol；B 极析出 O2的体积为 0.006 25 mol22.4 Lmol0.14 L140 mL；D 极析出 Cl2的体积为 0.012 5 mol22.4 Lmol0.28 L280 mL。答案(1)负 正(2)4Ag4e=4Ag 0.025(3)4OH4e=2H2OO2 140(4)Cu22e=Cu 0.012 5(5)2Cl2e=Cl2 280(6)B HNO3 思维建模(1)电极质量减轻，不是负极就是阳极，属于氧化反应，反应物失电子，再根据金属的化合价列出其与电子的物质的量之比；电极质量增加，不是正极就是阴极，再根据放电离子与电子的比例进行计算即可。(注意
28、铅蓄电池的特殊性)(2)对于混合溶液的电解，要根据实际情况考虑电解是否分阶段，然后依据各阶段的电极反应进行计算。3500 mL KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3)0.6 molL1，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 2.24 L 气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是()A原混合溶液中c(K)为 0.2 molL1 B上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 C电解得到的 Cu 的物质的量为 0.05 mol D电解后溶液中c(H)为 0.2 molL1 解析：选 A。石墨作电极电解 KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶
29、液，阳极反应为 4OH4e=2H2OO2，阴极先后发生两个反应：Cu22e=Cu,2H2e=H2，从收集到 O2为 2.24 L这个事实可推知上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子，而在生成 2.24 L H2的过程中转移0.2 mol 电子，所以 Cu2共得到 0.4 mol0.2 mol0.2 mol 电子，电解前 Cu2的物质的量和电解得到的 Cu 的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K)2c(Cu2)c(NO3)，c(K)c(H)c(NO3)，不难算出：电解前c(K)0.2 molL1，电解后c(H)0.4 molL1。4(2016贵州六盘水高三期末)用
30、惰性电极电解 400 mL 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)，通电一段时间后进行如下操作：(1)如果向所得的溶液中加入 0.1 mol CuO 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 0.1 mol Cu(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。解析：(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为 2CuSO42H2O=电解2Cu2H2SO4O2，从方程式可以看出，电解硫酸铜溶液过程中只析出铜和释放出氧气，加入 0.1 mol CuO 可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸
31、铜只有 0.1 mol，转移的电子为 0.2 mol。(2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是 0.1 mol 的 CuO 和 0.1 mol 的 H2O，因此电解过程中有 0.1 mol 的硫酸铜和 0.1 mol 的水被电解。2CuSO42H2O=电解2CuO22H2SO44e 2 mol 4 mol 0.1 mol 0.2 mol 2H2O=电解2H2O24e 2 mol 4 mol 0.1 mol 0.2 mol 所以，电子转移总数0.2 mol0.2 mol0.4 mol
32、。答案：(1)0.2(2)0.4 电化学定量计算的三种方法(1)根据电子守恒 用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式 根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。考点三 金属的电化学腐蚀与防护 学生用书 P134 1金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与干燥气体(如 O2、Cl2、S
33、O2等)或非电解质液体(如石油)等接触 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 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 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)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性 电极反应 负极 Fe2e=Fe2 正极 2H2e=H2 O22H2O4e=4OH 总反应式 Fe2H=Fe2H2 2FeO22H2O=2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2
34、O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。特别提醒 影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和介质两个方面。就金属本身的性质来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。(1)由于在通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀所代替。(2)电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍，在金属活动性顺序表中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序表中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。3金属的防护(1)电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法原
35、电池原理 a负极：比被保护金属活泼的金属；b正极：被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法电解原理 a阴极：被保护的金属设备；b阳极：惰性电极。(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。1判断正误，正确的划“”，错误的划“”(1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀。()(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。()(3)干燥环境下金属不被腐蚀。()(4)Al、Fe、Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。()(5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成 Fe3。()(6)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失
36、去了对金属的保护作用。()(7)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2金属腐蚀时，实验现象的描述及解释。如图所示，水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：(1)试管内液面上升，则原溶液呈酸性还是碱性？(2)若试管内液面下降，则原溶液呈酸性还是碱性？发生了哪种类型的腐蚀？答案：(1)呈弱酸性或中性。(2)酸性；析氢腐蚀。考向 1 金属的电化学腐蚀 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是()A图 a 中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B图 b 中，开关由 M 改置于 N 时，
37、CuZn 合金的腐蚀速率减小 C图 c 中，接通开关时 Zn 腐蚀速率增大，Zn 上放出气体的速率也增大 D图 d 中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2的氧化作用引起的 解析 A 项：插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气和电解质溶液接触，易发生吸氧腐蚀；B 项：开关由 M 改置于 N 时，Zn 作负极，CuZn 合金作正极，合金受到保护；C 项：接通开关形成原电池，Zn 作负极，Zn 的腐蚀速率增大，但气体是在 Pt 电极上生成；D 项：ZnMnO2干电池中自放电腐蚀主要是 Zn 发生氧化反应而自放电。答案 B 名师点拨 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
38、溶液弱电解质溶液非电解质溶液。(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。(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，氧化性越强，腐蚀越快。(4)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。(5)从防腐措施方面分析，腐蚀的快慢为：外加电流的阴极保护法防腐牺牲阳极的阴极保护法防腐有一般防护条件的防腐”“OH，在阴极放电顺序：Cu2H。然后根据n(Cu2)n(Cl)13，分析可能发生的反应。8用如图装置电解硫酸钾溶液制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。从开始通电时，收集 B和 C 逸出的气体。1 min 后测得 B 口的气体
39、体积为 C 口处的一半，下列说法不正确的是()A电源左侧为正极 B电解槽左侧的电极反应方程式为 2H2O4e=O24H CD 口导出的溶液为 KOH 溶液，且浓度比刚加入电解槽右侧时的浓度大 D在标准状况下，若 1 min 后从 C 口处收集到的气体比 B 口处收集到的气体多 2.24 L，则有 0.1NA个 SO24通过阴离子膜 极为阴极，电极反应式为 阳极：4OH4e=2H2OO2或 2H2O4e=O24H；阴极：4H4e=2H2或 4H2O4e=2H24OH；A、B 均正确；C 项，右侧由于 H放电，产生 KOH，所以其浓度比刚加入电解槽右侧时的浓度大；D 项，设产生 O2为x mol，
40、则产生 H2为 2x mol，2xx0.1 mol x0.1 mol 消耗的 OH为 0.4 mol，则有 0.2NA个 SO24通过阴离子膜。9用惰性电极电解 100 mL 4 molL1的 CuSO4溶液，一定时间后在阳极收集到 1.12 L 气体，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的 Fe2浓度为(设溶液的体积不变，反应前后均为标准状况)()A2.7 molL1 B3 molL1 C4 molL1 D1 molL1 粉后发生氧化还原反应，生成硫酸亚铁，所以根据 S 原子守恒可知，硫酸亚铁的物质的量浓度与原硫酸铜的物质的量浓度应该是相等的，所以反应后溶液中 Fe2浓度为 4
41、molL1。10按下图所示装置进行实验，并回答下列问题：(1)判断装置的名称：A 池为_，B 池为_。(2)锌极为_极，电极反应式为_；铜极为_极，电极反应式为_；石墨棒C1为_极，电极反应式为_；石墨棒C2附近的实验现象为_。(3)当 C2极析出 224 mL 气体(标准状况)时，锌的质量_(填“增加”或“减少”)_g，CuSO4溶液的质量_(填“增加”或“减少”)_g。极均为石墨电极，在以 A 为电源的情况下构成电解池，即 A 原电池为 B 电解池的电源。(2)A池中 Zn 为负极，Cu 为正极，B 池中 C1为阳极，C2为阴极，阴极区析出 H2，周围 OH富集，酚酞变红。(3)n(H2)
42、0.224 L 22.4 Lmol10.01 mol，故电路中转移电子的物质的量为 0.01 mol20.02 mol，根据得失电子守恒，锌极有 0.01 mol Zn 溶解，即 Zn 极质量减少 0.01 mol65 gmol10.65 g，铜极上有 0.01 mol Cu 析出，即 CuSO4溶液增加了0.01 mol65 gmol10.01 mol64 gmol10.01 g。答案：(1)原电池 电解池(2)负 Zn2e=Zn2 正 Cu22e=Cu 阳 2Cl2e=Cl2 有无色气体产生，附近溶液出现红色(3)减少 0.65 增加 0.01 11(1)(2015高考上海卷节选)氯碱工业
43、以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：离子交换膜的作用为_、_。精制饱和食盐水从图中_位置补充，氢氧化钠溶液从图中_位置流出。(选填“a”“b”“c”或“d”)(2)(2014高考四川卷节选)MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解 MnSO4溶液可制得 MnO2，其阳极的电极反应式是_。MnO2是碱性锌锰电池的正极材料。碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是_。(3)(2014高考江苏卷节选)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法
44、。将烧碱吸收 H2S 后的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S22e=S(n1)SS2=S2n 写出电解时阴极的电极反应式：_。电 解 后 阳 极 区 的 溶 液 用 稀 硫 酸 酸 化 得 到 硫 单 质，其 离 子 方 程 式 可 写 成：_。阴极产生的 OH到达阳极会与氯气反应，从而得不到 NaOH 和 Cl2。因为在阳极处是 Cl失去电子生成 Cl2，所以 Cl的量会减少，需要外加补充，所以应该从 a 处补充进去精制饱和食盐水，在阴极处水得到电子生成 OH和 H2，而阳极的 Na从阳极到达阴极与 OH结合生成NaOH，所以从 d 处收集到 NaOH
45、。(2)用惰性电极电解 MnSO4溶液制取 MnO2时，在阳极上 Mn2失电子后生成 MnO2，根据电荷守恒和原子守恒可得电极反应式 Mn22H2O2e=MnO24H。碱性锌锰干电池在放电时，正极上 MnO2得电子生成碱式氧化锰 MnO(OH)，根据电荷守恒和原子守恒可得电极反应式 MnO2H2Oe=MnO(OH)OH。(3)在阴极电解质溶液是 NaOH，同时图中显示产生了 H2，因此阴极发生的电极反应为 2H2O2e=H22OH；加入 H2SO4后，H与 S2n反应生成 S 和 H2S。答案：(1)能得到纯度较高的 NaOH 溶液 避免 Cl2与 H2反应 a d(2)Mn22H2O2e=M
46、nO24H MnO2H2Oe=MnO(OH)OH(3)2H2O2e=H22OH S2n2H=(n1)S H2S 12(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取 ClO2的新工艺。图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO2。则阳极产生 ClO2的电极反应式为_。电解一段时间，当阴极产生的气体体积为 112 mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为_mol；用平衡移动原理解释阴极区 pH 增大的原因：_ _。(2)为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入
47、空气，另 一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y2O3的 ZrO2晶体，在高温下它能传导 O2。电池工作时正极反应式为_ _。若以该电池为电源，用石墨作电极电解 100 mL 含有以下离子的溶液。离子 Cu2 H Cl SO24 cmolL1 1 4 4 1 电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气的物质的量为_ mol。放电产生氢气，转移电子的物质的量n(e)2n(H2)2(0.112 L22.4 Lmol1)0.01 mol，则在内电路中移动的电荷为 0.01 mol，每个 Na带一个单位的正电荷，则通过
48、的 Na为 0.01 mol。(2)电池工作时，正极上 O2得电子发生还原反应生成 O2。结合离子浓度可知电解过程可分为三个阶段：先是电解 CuCl2、然后电解 HCl、最后电解水，由此可见阴极首先析出 0.1 mol Cu(同时阳极析出 0.1 mol Cl2)，然后析出氢气；阳极上先是析出 0.2 mol Cl2(此时阴极已析出 0.1 mol H2)，再析出氧气，设阳极析出x mol O2时两极析出气体体积相等，由题意可得：0.2x0.12x，解得x0.1。答案：(1)Cl5e2H2O=ClO24H 0.01 在阴极发生 2H2e=H2，H浓度减小，使 H2OHOH的平衡向右移动，OH浓
49、度增大，pH 增大(2)O24e=2O2 0.1 13(2014高考安徽卷)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图 1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号 实验目的 碳粉 g 铁粉 g 醋酸%为以下实验作参照 0.5 2.0 90.0 醋酸浓度的影响 0.5 36.0 0.2 2.0 90.0 (2)编号实验测得容器中压强随时间变化如图 2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_腐蚀，请在图 3 中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动
50、方向；此时，碳粉表面发生了_(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是_ _。(3)该小组对图 2 中 0t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；假设二：_；(4)为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有 H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。实验步骤和结论不要求写具体操作过程：只考虑其中一个因素对实验的影响。探究醋酸浓度对电化学腐蚀的影响时，应保证碳粉和铁粉的质量与参照实验相同，因此实验中铁粉为 2.0 g；对比实验和可知，铁粉的质量及醋酸的浓度相同，而碳粉的质量不同，显然探究的是碳粉的含量对铁的电化学腐蚀的