第31讲　电解池　金属的腐蚀与防护

1/1第31讲电解池金属的腐蚀与防护1.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用，能设计简单的电解池。2.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。考点一电解池的工作原理必备知识1.电解与电解池2.电解原理根据电解CuCl2溶液示意图完成填空：（1）总反应式为；（2）电子移动方向：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。离子迁移的方向：阳离子移向电解池的极，阴离子移向电解池的极。3.阴、阳离子的放电顺序（1）阴极（与电极材料无关）：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋（酸）＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋（水）＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。（2）阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。如：Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－Fe2＋若是惰性电极作阳极，放电顺序如下：4.用惰性电极电解不同类型电解质溶液（1）电解水型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法H2SO4阴极：2H＋＋2e－H2阳极：2H2O－4e－4H＋＋O2总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑（2）电解电解质型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法HCl阴极：2H＋＋2e－H2阳极：2Cl－－2e－Cl2总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑CuCl2阴极：Cu2＋＋2e－阳极：2Cl－－2e－Cl2总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑（3）电解质和水均参与电解型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法NaCl、KCl（放H2生碱）阳极：2Cl－－2e－Cl2阴极：2H2O＋2e－H2↑＋2OH总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－减小并生成新电解质CuSO4、Cu（NO3）2（放O2生酸）阳极：2H2O－4e－4H＋＋O2阴极：Cu2＋＋2e－总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋易错辨析（1）电解池中的电解质可能是熔融状态或固体电解质。（）（2）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。（）（3）电解盐酸和稀硫酸，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。（）（4）用Cu作电极电解CuSO4溶液的阳极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋。（关键能力考向1电解原理1.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是（）A.逸出气体的体积：A电极＜B电极B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体C.A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D.电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性2.以惰性电极电解100mL0.05mol·L－1CuSO4溶液。（1）阳极产生56mL（标准状况下）气体时，所得溶液的pH为（不考虑溶液体积变化），要使溶液恢复到电解前的状态，可加入g的物质。（2）继续通电电解，此时被电解的物质为，若加入0.005molCu（OH）2可使溶液复原，则电路中转移的电子为mol。（3）通电一段时间，加入0.0025molCu2（OH）2CO3可使溶液复原，则电路中转移的电子为mol。分析电解过程的思维流程考向2电极反应式的书写3.（2025·东北三省三校二次联考改编）工业上用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）。下列说法不正确的是（）A.a极发生的电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OHB.图中a极连接电源的负极C.阳极发生的电极反应为SO32－－2e－＋H2OSO42－＋2H＋、2H2O－4e－D.标准状况下，若阴极产生1.12L气体，则通过阴离子交换膜的离子所带电荷数为0.2NA4.按要求书写电极反应式和总反应方程式。（1）用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：；阴极反应式：；总反应方程式：。（2）以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：；阴极反应式：；总反应方程式：。（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。①电解时的阴极电极反应式为；②电解时的阳极电极反应式为。考点二电解原理的应用必备知识1.氯碱工业（1）反应原理：电极反应式，阳极；阴极，总反应。（2）离子交换膜法的生产过程①加入或流出的物质a、b、c、d分别是精制饱和NaCl溶液、H2O（含少量NaOH）、淡盐水、；X、Y分别是、。②阳离子交换膜的作用阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合而发生爆炸〔人教选择性必修1〕工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。离子交换膜电解槽是由多个单元槽组成的。如图是一个单元槽的电解原理示意图。氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗：【思考】（1）电极A接电源极，发生反应；离子交换膜为。（2）电极B为极，其电极反应式为。（3）你认为改进设计中能减少能耗的原因是。2.电镀和电解精炼（1）电镀（2）电解精炼银、金等金属不放电而形成阳极泥，在阴极只有Cu2＋放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在电解质溶液中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2＋的浓度有所下降。3.电冶金（1）本质为Mn＋＋ne－M，利用电解熔融盐（或氧化物）的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等总反应方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑阳极：阴极：冶炼镁MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑阳极：阴极：冶炼铝2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑阳极：阴极：提醒：（1）工业冶炼铝时，冰晶石（Na3AlF6）的作用是降低Al2O3的熔化温度。（2）冶炼铝时，阳极生成的O2会与石墨电极在高温下反应，因此，石墨电极需不断补充。易错辨析（1）在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。（）（2）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。（）（3）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）均保持不变。（）（4）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。（）（5）用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序：H＋＞Zn2＋，不可能在铁上镀锌。（）关键能力考向1电解原理的基本应用1.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。下列有关说法错误的是（）A.N表示阴离子交换膜B.甲室流出的为氢氧化钠溶液C.电解总反应：NaCl＋H2ONaOH＋HClD.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保新型交换膜——双极膜（1）示意图（2）双极膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产生H＋和OH－，可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。2.电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：（1）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。（2）用有机阳离子、Al2Cl7－和AlCl4－组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的极，。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为。考向2电解原理的其他应用3.（2025·广东茂名模拟）如图是一种光电催化装置，它可以将空气中捕获的CO2转化为各种化工原料。下列说法正确的是（）A.工作时，H＋从N区移向M区B.制备CO时，理论上生成1molO2，同时可生成1molCOC.制备CH3OH时，阴极区发生反应：CO2＋6H＋＋6e－CH3OH＋H2D.制备HCOOH时，理论上每生成1molO2的同时，阳极区溶液质量减少32g4.〔教材习题改编〕利用电解法能将酸性废水中Cr2O72－转化为Cr3＋，装置局部如图所示。工作时，溶液中的Cr2O7（1）该Fe电极是该装置的极。（2）该Fe电极表面发生的电极反应为。（3）电解时（填“能”或“不能”）用Cu代替Fe电极，原因是。（4）阳极附近Cr2O72－转化为Cr3＋的离子方程式为（5）金属阳离子在阴极区域最终可沉淀完全，原因是。（6）当Fe电极质量减小3.36g时，理论上可处理（填含a的表达式）L含ag·L－1Cr2O72考点三金属的腐蚀与防护必备知识1.金属的腐蚀（1）化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀概念金属与其表面接触的一些物质（如O2、Cl2、SO2等）直接反应而引起的腐蚀当不纯的金属与接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀现象电流产生电流产生本质金属被较活泼的金属被联系二者往往同时发生，但腐蚀更普遍（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁制品腐蚀为例）类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件环境钢铁表面吸附的水膜酸性很或呈，但溶有一定量的氧气电极反应负极正极总反应Fe＋2H＋Fe2＋＋H22Fe＋O2＋2H2O2Fe（OH）联系更普遍〔人教选择性必修1〕下列两组实验中，烧杯内均为经过酸化的3％NaCl溶液，向图1烧杯中滴加K3[Fe（CN）6]溶液后有蓝色沉淀{KFe[Fe（CN）6]}生成。取出少量图2铁电极附近的溶液并滴加K3[Fe（CN）6]溶液后无现象。【思考】（1）图1中生成蓝色沉淀的离子方程式为；图1中Fe是原电池的极，不参与反应，但是实验说明铁电极附近生成了Fe2＋，原因可能是。（2）取出少量图2铁电极附近的溶液并滴加K3[Fe（CN）6]溶液后无现象，说明Zn保护了Fe，若把Zn换作Sn，再重复图2中的实验发现有蓝色沉淀生成，原因是Fe比Sn活泼，Fe是负极，被氧化生成Fe2＋与K3[Fe（CN）6]反应生成KFe[Fe（CN）6]蓝色沉淀。（3）若在图2装置中Zn、Fe间接入电源时，将Fe连在电源的正极上，重复图2中小试管中实验，可以观察到，原因是。2.金属的防护（1）分类（2）电化学保护法①牺牲阳极法——原理[示例]②外加电流法——原理[示例]易错辨析（1）干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀。（）（2）在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属一定发生吸氧腐蚀。（）（3）纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。（）（4）铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀。（）（5）在船体嵌入锌块，减缓船体腐蚀，属于牺牲阳极法。（）（6）镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈。（）关键能力考向金属的腐蚀与防护1.为了更好模拟在pH＝2的混合溶液中钢铁电化学腐蚀的过程，利用压强传感器、氧气传感器进行数字化实验，得出相应的图像数据如图所示。下列说法错误的是（）A.20～40s内平均反应速率v（O2）＝0.03kPa·s－1B.反应初期氧气减少，总压增大，说明初期以析氢腐蚀为主，不受其他因素影响C.以析氢腐蚀为主时，pH越小，腐蚀越快D.40s后，炭粉表面发生的主要电极反应是O2＋2H2O＋4e－4OH2.下列关于金属腐蚀与防护的说法正确的是（）A.图甲、乙中钢闸门均为电子输入的一端B.图甲、乙中钢闸门上均主要发生反应：2H＋＋2e－H2C.图甲是外加电流法，图乙是牺牲阳极法D.图丙中铜板打上铁铆钉后，铜板易被腐蚀1.（2024·广东高考5题）我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是（）A.钢铁外壳为负极 B.镶嵌的锌块可永久使用C.该法为外加电流法 D.锌发生反应：Zn－2e－Zn22.（2024·浙江6月选考13题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：下列说法正确的是（）A.图