电解池　金属的电化学腐蚀与防护

电解池

金属的电化学腐蚀与防护

地球与地图栏目索引请点击相关栏目考点一电解原理考点二电解原理的应用考点三应对电化学定量计算的三种方法课堂小结

·真题巧妙发掘考点四金属的腐蚀与防护考点一电解原理【知识梳理】1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。2．电解池(电解槽)：电解池是把电能转化为化学能的装置。3．电解池的组成和工作原理(电解CuCl2溶液)结束放映返回导航页栏目导引考点一考点二考点三考点四真题巧妙发掘4．电子和离子移动方向(1)电子：从电源负极流向电解池的阴极；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。5．阴、阳两极放电顺序(1)阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。(2)阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)电解质(水溶液)被电解的物质电解质浓度溶液pH电解质溶液复原①含氧酸(如H2SO4)②强碱(如NaOH)③活泼金属的含氧酸盐(如KNO3)④无氧酸(如HCl)⑤不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)⑥

活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)⑦不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)水

水

水

酸

盐

水和盐

水和盐

增大减小

加水

增大增大加水加水不变增大增大增大通HCl减小增大加CuCl2增大通HCl减小加CuO或CuCO31.上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加Cu(OH)2固体可以吗？2.在框图推断中若出现“A＋H2OB＋C＋D”的模式，则A一般可能为什么物质？若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2＋未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度降低；若Cu2＋全部放电，又继续通电一段时间(此时电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏高。CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3，要视其他条件而定。题组一考查电解原理和电解规律1．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．NaOHC．NaClD．AgNO3解析：根据电解规律，电解Na2SO4和NaOH的稀溶液实质是电解水，Na2SO4溶液pH不变，NaOH溶液pH变大；电解NaCl溶液生成NaOH，pH变大，电解AgNO3溶液生成HNO3，pH变小。D

2．(2015·福建高考)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，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1molO2，有44gCO2被还原D．a电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－==C3H8O＋5H2OB

3．(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____________________________________________。题组二电极反应式、电解方程式的书写4OH－－4e－==O2↑＋2H2O

4Ag＋＋4e－==4Ag

2H＋＋2e－==H2↑2Cl－－2e－==Cl2↑4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋===通电Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑通电===(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溶液阳极反应式__________________；阴极反应式________________；总反应离子方程式________________________。Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu－2e－===Cu2＋2H＋＋2e－===H2↑4．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，以惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。解析：第一阶段阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu第二阶段阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O第三阶段阴极：4H＋＋4e－===2H2↑阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。考点二电解原理的应用电镀(Fe上镀Cu)电解精炼铜阳极电极材料铜粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu－2e－===Cu2＋Cu－2e－===Cu2＋；Zn－2e－===Zn2＋Fe－2e－===Fe2＋；Ni－2e－===Ni2＋阴极电极材料铁纯铜电极反应Cu2＋＋2e－===Cu电解质溶液CuSO4溶液注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉在电解池底部形成阳极泥2．电镀与电解精炼铜1．(1)电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？3．Cu的还原性比H2弱，能否采取一定措施使Cu将酸中的H＋置换出来？采用什么措施？2.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。阳极产物Cl2可以用淀粉－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。防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(

)A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁

D2．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C3．甲图为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。乙图是一种家用环保型消毒液发生器，用惰性电极电解饱和食盐水。下列说法中不正确的是(

)A．装置乙的a极要与装置甲的X极连接B．装置乙中b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑C．若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中M极发生的电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋

D．N电极发生还原反应，当N电极消耗5.6L(标况下)气体时，则有2NA个H＋通过离子交换膜因图甲中传递的是质子，葡萄糖在M极放电，故电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－==6CO2↑＋24H＋，C正确.。

D氧气在N电极得到电子，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－==2H2O，故消耗5.6L氧气时，转移1mol电子，即有NA个H＋通过离子交换膜，D错误.解析：由图甲分析得出M(或X)为负极，N(或Y)为正极，由图乙分析得出a为阴极，b为阳极。乙的a极要与甲的X极相连接，A项正确；乙的b极为阳极，氯离子放电，B项正确。4．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以下为铝材表面处理的一种方法：①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_____________________________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的__________。a．NH3

b．CO2c．NaOHd．HNO3②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为___________________________。取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是___________________________________。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_________________________________。解析：(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2-＋3H2↑；使AlO2-生成沉淀，最好是通入CO2，若加HNO3，过量时沉淀容易溶解。2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2-＋3H2↑b解析：（1）②阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜，还必须有H2O参加，故电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋；加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于HCO消耗H＋，使溶液pH不断升高。2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋

HCO3-消耗H＋c(H＋)减小，c(OH－)增大，使Al(OH)3沉淀析出阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋

考点三应对电化学定量计算的三种方法【知识梳理】1．计算依据原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：(1)串联电路中各支路电流相等；(2)并联电路中总电流等于各支路电流之和。2．三种常用方法提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量分析判断A～D各属于哪种电化学装置？原电池原电池电解池电解池题组一根据总反应式，建立等量关系进行计算1．两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电

电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中

阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可

以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为(

)A．27mg

B．54mgC．106mgD．216mgB

2．将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行

电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g(设

电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体

积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(

)A．4×10－3

mol·L－1B．2×10－3

mol·L－1C．1×10－3

mol·L－1D．1×10－7

mol·L－1A

3．500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6mol/L，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2.24L气体(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(K＋)为0.2mol·L－1B．上述电解过程中共转移0.2mol电子C．电解得到的Cu的物质的量为0.05molD．电解后溶液中c(H＋)为0.2mol·L－1解析：石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式：4OH－－4e－==2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－==Cu,2H＋＋2e－==H2↑。从收集到O2为2.24L这个事实推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol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0.1mol。A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＋)＝0.2mol/L，电解后c(H＋)＝0.4mol/L。题组二根据电子守恒，突破电解分段计算4.新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为______________________、____________________________；(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为

____________________________________；解析：(1)总反应式为CH4＋2O2＋2OH－==CO32-＋3H2O，正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－==8OH－，则负极反应式由总反应式减正极反应式得到。2O2＋4H2O＋8e－===8OH－CH4＋10OH－－8e－==CO32-＋7H2O解析：(2)由图可看出一二两池为串联的电源，其中甲烷是还原剂，所在电极为负极，因而与之相连的b电极为阴极，产生的气体为氢气；H2

2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑===通电(3)若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________,(法拉第常数F＝9.65×104

C·mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为_______L(标准状况)。解析：1mol甲烷氧化失去电子8mol，电量为8×96500C，因题中虽有两个燃料电池，但电子的传递只能用一个池的甲烷量计算，1L为1/22.4mol，可求电量；甲烷失电子是Cl－失电子数的8倍，则得到氢气为4L(CH4～8Cl－～4Cl2)。4

×8×9.65×104

C·mol－1＝3.45×104C

【答案】3.45×104C考点四金属的腐蚀与防护【知识梳理】结束放映返回导航页栏目导引考点一考点二考点三考点四真题巧妙发掘1．化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀反应物金属、干燥的气体或非电解质不纯金属、电解质溶液反应类型直接发生化学反应原电池反应有无电流产生无有实质金属原子失电子被氧化2.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、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4Fe(OH)2＋O2＋2H2O==4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍3.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。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(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(

)××××××√2．探究钢铁生锈(Fe2O3·xH2O)的主要过程。3．探究影响金属腐蚀的因素。(1)吸氧腐蚀：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－原电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2(2)Fe(OH)2被氧化：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(3)Fe(OH)3分解形成铁锈：2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属的腐蚀的影响也很大，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。题组一金属腐蚀快慢的比较1．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>④C．④>②>③>①D．③>②>④>①A

2．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是(

)解析：A、D均由Fe、Cu构成原电池加速铁的腐蚀；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极，易被腐蚀；C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池而不被腐蚀。C题组二正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀3．如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是(

)A．碳表面发生氧化反应B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeOC．生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－D

4．[2015·重庆理综，11(4)(5)]我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术