第6章专题03电解池金属的腐蚀与防护（原卷版）

专题03电解池、金属的腐蚀与防护01电解原理及规律1.电解和电解池(1)电解:让通过电解质溶液(或熔融的电解质),在两个电极上分别发生的过程。

(2)电解池:使转化为的装置。

2.电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例):总反应方程式:。

3.电解时两极粒子的放电顺序【跟踪训练】1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)电解质溶液的导电过程一定发生了化学变化。 ()(2)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。 ()(3)电解足量硫酸铜溶液一段时间,为复原可加适量Cu(OH)2。 ()(4)用Cu作为电极电解盐酸可发生反应Cu+2H+Cu2++H2↑。 ()(5)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极。 ()(6)电解盐酸、硫酸溶液等,H+放电,溶液的pH逐渐增大。 ()(7)电解时,电解质溶液中阳离子移向阳极,发生还原反应。 ()2.若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98gCu(OH)2固体,才能使电解质溶液复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为。

02电解原理在工业生产中的应用1.电解饱和食盐水——氯碱工业(1)电极反应。阳极:(反应类型:反应)。

阴极:(反应类型:反应)。

检验阳极产物的方法是。电解时向食盐水中滴加酚酞,极附近溶液变红,说明该电极附近产生的物质为。

(2)电解总反应。化学方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑离子方程式:。

(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图①阳离子交换膜的作用:阻止进入阳极室与Cl2发生副反应2OH+Cl2Cl+ClO+H2O,阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。

②a、b、c、d加入或取出的物质分别是、、、;X、Y分别是、。

2.电镀与电解精炼铜类型电镀电解精炼铜定义电镀是一种利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加工工艺运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜主要目的使金属增强抗腐蚀能力、增强表面硬度和美观将粗铜提炼为纯铜示意图构成条件阳极金属阴极金属电解液含金属阳离子CuSO4溶液电极反应(以铁件镀铜为例)阳极主要是Cu2eCu2+(比铜活泼的金属杂质先于铜失电子,最终以的形式残留在溶液中,比铜不活泼的金属杂质形成)阴极电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度CuSO4溶液的浓度3.电冶金电解冶炼类型冶炼钠(电解熔融氯化钠)冶炼铝(电解熔融氧化铝)电极反应阳极:阴极:阳极:

阴极:总反应

【跟踪训练】1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)在镀件上镀铜时,也可以用惰性材料作为阳极,用硫酸铜溶液作为电解质溶液。 ()(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。()(3)电解精炼时,得到的阳极泥可以是提炼贵重金属的原料。 ()(4)用Zn为阳极,Fe为阴极,ZnCl2溶液为电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌。 ()(5)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na+、H+)通过,而阻止阴离子(Cl、OH)和分子(Cl2)通过。 ()(6)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变。 ()(7)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3。 ()2.粗铜的电解精炼示意图如图所示。(1)在粗铜的电解过程中,粗铜板应是图中电极(填图中的字母);在电极d上发生的电极反应为。

(2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,则阳极的电极反应为,粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为,溶液中c(Cu2+)(填“变大”“变小”或“不变”)。

03金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的本质金属原子____电子变为金属阳离子，金属发生____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定义金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质溶液等直接发生化学反应引起的腐蚀不纯金属或合金与电解质溶液接触，会形成____，____的金属失去电子被氧化腐蚀特点____电流产生____电流产生普遍性两者往往同时发生，金属的____腐蚀更普遍，而且危害性大，腐蚀速率大(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水膜酸性________负极反应____正极反应________总反应______其他反应____Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)腐蚀速率较快，一般极少较慢，非常普遍普遍性____腐蚀更普遍联系往往两种腐蚀交替发生，但吸氧腐蚀更普遍，两种过程都有微弱电流产生。3．金属电化学腐蚀规律(1)对同一种金属来说，在不同溶液中腐蚀的快慢：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：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越____。(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)对同一电解质溶液来说。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。4．金属电化学保护的两种方法5．其他防护方法(1)覆盖保护层(涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料等)，电镀。(2)改变金属内部结构→可根据不同的用途，运用不同的金属或非金属制成合金，如制成不锈钢。【跟踪训练】1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。()(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)钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－=Fe3＋。()(5)原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极的阴极保护法应用的是电解池原理。()(6)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。()(7)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。()(8)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。()(9)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。()(10)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。()(11)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。()2．深度思考：(1)如图所示：若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生____腐蚀，正极反应式为____，右试管中现象是____。②若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生____腐蚀，正极反应式为____，右试管中现象是____。(2)下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。腐蚀最严重的部位是____(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因____。②形成铁锈最多的部位是____，原因___。(3)为什么要在轮船船体与水面接触线以下的船壳上嵌入一定数量的锌块？01简单的电镀实验【实验目的】1.认识电解原理及其在工业生产中的应用。2.了解电镀原理。【实验用品】烧杯、砂纸、导线、2～3V的直流电源、电流表。铁制待镀件、铜片、电镀液(以CuSO4溶液为主配制)、1mol·L－1NaOH溶液、20%盐酸。【实验过程和结论】1.用砂纸把铁制待镀件打磨干净，放入1mol·L－1NaOH溶液中除去油污，然后用蒸馏水洗净。再放入20%盐酸中除锈，几分钟后取出，并用蒸馏水洗净。2．把铁制待镀件与2～3V的直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连。将两极平行浸入电镀液中，两极间距5cm，5～10min后取出，观察待镀件表面发生的变化。实验现象：。【问题与讨论】1．若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？2．电镀前，如果将铜片与直流电源的负极相连，铁制镀件与直流电源的正极相连。通电后观察到的现象是什么？阴极和阳极发生的反应分别是什么？3．查阅资料，了解工业生产中提高电镀质量的方法。【深度剖析】(1)电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；(2)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。(3)电解或电镀时，电极质量减小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附着在阴极上。【跟踪训练】1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子B．铁作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子2．将“铜牌”变成“银牌”的装置如图所示。下列说法正确的是

A．铜牌连接电源的正极 B．反应前后，溶液a的浓度不变05制作简单的燃料电池【实验目的】1．理解燃料电池的工作原理。2．设计和制作一个氢氧燃料电池。【实验用品】U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3～6V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。1mol·L－1Na2SO4溶液、酚酞溶液。【实验步骤】1．电解水。在U形管中注入1mol·L－1Na2SO4溶液，然后向其中滴入1～2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合K1，接通直流电源开始电解，现象为：两极石墨棒均产生，右侧石墨棒附近溶液。2．制作一个氢氧燃料电池。当上述电解过程进行1～2min后，打开K1，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等)相连，闭合K2，现象为：电流表指针发生。【问题和讨论】列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。氢氧燃料电池电解水能量化学能→电能电能→化学能装置电极反应式负极：2H2－4e－4H＋正极：O2＋4e－＋4H＋2H2O总反应式：2H2＋O22H2O阳极：2H2O－4e－O2↑＋4H＋阴极：4H2O＋4e－2H2↑＋4OH－总反应式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑电子流向负极→正极负极→阴极，阳极→正极离子流向阳离子→正极，阴离子→负极阳离子→阴极，阴离子→阳极反应类型自发的氧化还原反应非自发的氧化还原反应【跟踪训练】1．关于电解水的实验说法正确的是()A．为了增加水的导电能力，可以加入氯化钠固体B．电解水阳极生成氧气，电极反应式为：2H2O－4e－4H＋＋O2↑C．阴极区溶液的pH不断减小D．在两极滴加酚酞，与电源正极相连的一极显红色2．关于氢氧燃料电池说法正确的是()A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应B．若电解质溶液为H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极C．若电解质溶液为KOH溶液，随着反应的进行，溶液的pH不变D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景3．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是()A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－2CO2↑＋3H2OD．以KOH溶液作为电解质溶液，甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－4OH－4．下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。试回答下列问题：(1)燃料电池的优点是____________________________________________________________；电解质溶液中的OH－移向________(填“负”或“正”)极。(2)写出氢氧燃料电池工作时的正极反应式：________________________________________；负极反应式：___________________________________________________________________总反应式：_____________________________________________________________________01用惰性电极电解电解质溶液的类型类型电解质特点实例电解产物电极反应特点电解对象电解质溶液的变化电解质溶液的复原阴极阳极电解水型含氧酸H2SO4H2O2阴极：4H＋＋4e－=2H2↑阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑水浓度增大加H2O可溶性强碱NaOH活泼金属含氧酸盐KNO3电解质型无氧酸HClH2Cl2电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电电解质浓度减小通HCl不活泼金属无氧酸盐CuCl2CuCl2加CuCl2放H2生碱型活泼金属无氧酸盐NaClH2Cl2阴极：2H＋＋2e－=H2↑阳极：电解质阴离子放电电解质和水生成新电解质通HCl放O2生酸型不活泼金属含氧酸盐CuSO4CuO2阴极：电解质阳离子放电阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑电解质和水生成新电解质加CuO【跟踪训练】1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变。()(2)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。()(3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。()(4)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。()(5)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。()(6)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况。()(7)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2Cu＋O2↑＋4H＋。()(8)电解NaCl溶液得到22.4LH2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子。()2．深度思考：(1)电解质溶液通电时，一定会发生化学反应吗？为什么？(2)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？02电化学综合计算的三种常用方法(1)根据总反应计算。先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算。①用于串联电路中阴、阳两极产物,正、负两极产物及相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算。根据得失电子守恒定律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。如以通过4mole为桥梁可构建如下关系式:4e~2C(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。【跟踪训练】B．c的电极电势大于dC．d电极的电极反应为C6H5OH28e+11H2O=6CO2↑+2.8H+D．当外电路转移2.8mol电子时，组合装置共处理苯酚18.8gC．电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大3．甲烷燃料电池采用铂作电极材料，两个电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将上述甲烷燃料电池作为电源，进行电解饱和食盐水和电镀的实验，如图所示，其中乙装置中X为离子交换膜。下列说法错误的是A．乙中X为阳离子交换膜B．当电路中通过0.4mole时，乙中Fe电极上产生氯气4.48L(标准状况)C．用丙装置给铜镀银，b应是Ag01电解原理易错点（1）金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。（2）电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。（3）①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。②最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋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、A1等金属。(4)电解时溶液pH的变化规律。①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH增大；②若阴极上无H2产生，阳极上产生O2，则电解后溶液pH减小；③若阴极上有H2产生，阳极上有O2产生，且VH2＝2VO2，则有“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：a．如果原溶液是酸溶液，则pH变小；b．如果原溶液为碱溶液，则pH变大；c．如果原溶液为中性溶液，则电解后pH不变。(5)电解质溶液的复原措施。电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。【跟踪训练】1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”（1）电解池工作时电子从电源的负极流出，流入阴极通过溶液到阳极，然后从阳极流出，流回电源正极。(×)（2）用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。()（3）阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。()（4）Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑能设计成电解池。()（5）电解池中的电解质可能是熔融状态或固体电解质。()（6）阳极失去的电子经过直流电源，流向阴极。()（7）电解池中的氧化反应和还原反应不一定同时发生。()（8）电解池工作时，溶液中的阳离子向阳极移动，阴离子向阴极移动。()（9）可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极。()（10）电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极。()02电解原理应用的四点注意事项(1)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－)和气体分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。(2)电解或电镀时，电极质量减小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附着在阴极上。(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，其他活泼性弱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)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。【跟踪训练】1．能源与科学、技术、社会密不可分。下列装置或过程能实现电能转化为化学能的是A．风力发电B．天然气燃烧C．冶炼金属钠D．暖宝宝发热A．A B．B C．C D．D2．某实验小组模拟海水淡化的同时制备H2、Cl2和NaOH溶液，装置如图所示（两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）。下列有关说法正确的是A．戊室产生的气体能使湿润的淀粉—KI试纸变蓝B．膜①是阳离子交换膜C．淡水的出口只有a和cD．随着电解的进行，甲室溶液的pH不断增大3．下列装置能达到对应目的的是A．铜上镀银B．粗铜的电解精炼C．电解法制金属钠D．探究铁的析氢腐蚀A．A B．B C．C D．D4．下列说法错误的是A．镀锌铁的镀层破损铁仍可得到保护B．钢铁进行发蓝处理表面形成保护膜C．工业上通过电解饱和食盐水冶炼钠D．利用电解精炼铜的阳极泥提炼金、银等金属01判断电解池阴、阳极的常用方法判断方法阳极阴极与电源连接与正极相连与负极相连闭合回路导线中电子流出电子流入电解质溶液中阳离子移离阳离子移向阴离子移向阴离子移离电极反应得失电子失电子得电子化合价升