第19讲电解池金属的腐蚀与防护 考纲要求 点拨 1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。 2．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。 复习本讲时,要把握电解的规律,要注意分析通电前电解质溶液中有哪些离子；通电时阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,并结合放电顺序分析谁先放电,写电极反应时应结合题目要求分析电解结果,如电极现象,水的电离平衡移动,离子浓度变化,pH变化等。对于多池串并联的装置,要依据装置中是否有自发的氧化还原反应判断装置的类型、电极及电极反应等。计算时找准计算的依据,根据具体题目特点,灵活运用,电子守恒、关系式、电极反应式,总反应式等进行有关计算。 考点一电解原理及规律 Z 1．电解 2．电解池 (1)定义：电解池是把__电能__转变为__化学能__的装置。 (2)电解池的构成条件： 有外接直流电源。 有与__电源__相连的两个电极。 形成闭合回。 电解质溶液或__熔融__电解质。 (3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)。 总反应方程式：__CuCl2Cu＋Cl2↑__ (4)电解原理示意图 3．电解池电极反应式的书写步骤与方法 特别提醒： (1)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。 (2)书写电解化学方程式时,应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。 4．判断电解池阴、阳极的常用方法 判断方法 阳极 阴极 电源正负极 与正极相连 与负极相连 闭合回 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 升高 降低 反应类型 氧化反应 还原反应 电极质量 减小或不变 增大或不变 5.离子放电顺序与惰性电极电解电解质溶液的类型 6．电解过程中离子浓度的变化规律 (1)若阴极为H＋放电,则阴极区c(OH－)增大。 (2)若阳极为OH－放电,则阳极区c(H＋)增大。 (3)若阴、阳两极同时有H＋、OH－放电,相当于电解水,溶质离子的浓度增大。 7．以惰性电极电解电解质的规律 类型 实例 阴、阳极电极反应 总反应方程式 pH 电解质溶液复原 电解水型 NaOH 2H＋＋2e－===H2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ __2H2O2H2↑＋O2↑__ 增大 加水 H2SO4 减小 加水 Na2SO4 不变 加水 电解电解质型 HCl 2H＋＋2e－===H2↑、2Cl－－2e－===Cl2↑ __2HClH2↑＋Cl2↑__ 增大 加氯化氢 CuCl2 Cu2＋＋2e－===Cu、2Cl－－2e－===Cl2↑ __CuCl2Cu＋Cl2↑__ － 加氯化铜 放H2生碱型 NaCl 2H＋＋2e－===H2↑、 2Cl－－2e－===Cl2↑ __2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑__ 增大 加氯化氢 放O2生酸型 CuSO4 Cu2＋＋2e－===Cu、 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O __2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑__ 减小 加氧化铜 X 1．判断正误,正确的画"√",错误的画"×"。 (1)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑能设计成电解池(√) 提示：电解池是把电能为化学能,所以不论自发、不自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池；如有Zn作阳极、惰性电极作阴极,电解硫酸溶液,电池反应即为上述反应。 (2)阴极不管是什么材料,电极本身都不反应(√) 提示：阴极不管是什么材料,电极本身都不反应,一定是溶液中的阳离子放电。 (3)阳极不管是什么材料,电极本身都不反应(×) 提示：阳极如果是活性电极,电极本身参加反应。 (4)电解过程中阴离子向阴极定向移动(×) 提示：电解过程中阴离子向阳极定向移动,阳离子向阴极定向移动。 (5)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变(×) (6)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应。(×) (7)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现。(√) (8)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。(×) (9)电解盐酸、硫酸等溶液,H＋放电,溶液的pH逐渐增大。(×) (10)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。(×) 2．电解质溶液通电时,一定会发生化学反应吗？为什么？ 答案：一定发生化学反应。因为在电解池的阴极、阳极分别发生还原反应和氧化反应,发生了电子的转移,生成了新物质,所以一定有化学反应发生。 3．探究电解规律(用惰性电极电解) (1)电解水型 ①试写出电解下列溶液的电解方程式 稀硫酸：__2H2O2H2↑＋O2↑__； NaOH：__2H2O2H2↑＋O2↑__； KNO3：__2H2O2H2↑＋O2↑__。 ②分析"电解水型"的电解质包括哪些类型：__含氧酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐__。 (2)电解电解质型 电解质溶液 HBr CuCl2 阴极反应 ①__2H＋＋2e－===H2↑__ ②__Cu2＋＋2e－===Cu__ 阳极反应 ③__2Br－－2e－===Br2__ ④__2Cl－－2e－===Cl2↑__ 电解反应 ⑤__2HBrH2↑＋Br2__ ⑥__CuCl2Cu＋Cl2↑__ 溶液复原 加⑦__适量HBr__ 加⑧__适量CuCl2__ 分析"电解电解质型"的电解质包括哪些类型⑨__无氧酸(除HF)和不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)__。 (3)放H2生碱型 ①电解NaCl溶液： 阴极反应：__2H＋＋2e－===H2↑__； 阳极反应：__2Cl－－2e－===Cl2↑__； 电解反应离子方程式__2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－__。 电解一段时间后,NaCl溶液恢复原状的方法：__通HCl__。 ②分析"放H2生碱型"的电解质包括哪些类型：__活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)__。 (4)放O2生酸型 ①电解CuSO4溶液 阴极反应__2Cu2＋＋4e－===2Cu__； 阳极反应：__4OH－－4e－===O2↑＋2H2O__； 电解反应离子方程式：__2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋__； 电解一段时间后,CuSO4溶液恢复原状的方法__加CuO(CuCO3)__。 ②分析"放O2生酸型"电解质包括哪些类型：__不活泼金属的含氧酸盐__。 题组一电解原理和电解规律 1．(2017·全国Ⅱ卷·11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4—H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是 (C) A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为：Al3＋＋3e－＝Al D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 [解析]本题考查电解原理的应用。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜,即待加工铝质工件作阳极,A项正确；阴极与电源负极相连,对阴极电极材料没有特殊要求,可选用不锈钢网等,B项正确；电解质溶液呈酸性,阴极上应是H＋放电,C项错误；在电解过程中,电解池中的阴离子向阳极移动,D项正确。 2．(2016·全国Ⅰ卷·11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被不能进入中间隔室。 下列叙述正确的是 (B) A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移,正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋,负极区溶液pH降低 D．当电中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的O2生成 [解析]该题考查电解池原理,意在考查考生运用所学知识分析、解决问题的能力。该装置为电解池。H2O在正(阳)极区放电,生成O2和H＋,中间隔室中的阴离子SO通过cd膜移向正(阳)极,故正(阳)极区得到H2SO4,当电中通过1 mol电子时生成0.25 mol O2,正(阳)极区溶液pH减小,H2O在负(阴)极区放电,生成OH－和H2,负(阴)极区溶液pH增大,A、C、D项错误。H2O在负(阴)极区放电生成H2和OH－,中间隔室中的阳离子Na＋通过ab膜移向负(阴)极,故负(阴)极区可得到NaOH,而正(阳)极区可得到H2SO4,故B项正确。 3．(2018·山东高三模拟)四个电解装置都以Pt作电极,它们分别装着如下电解质溶液进行电解,电解一段时间后,测定其pH变化,所记录的结果正确的是 (C) 选项 A B C D 电解质溶液 HCl AgNO3 KOH BaCl2 pH变化 减小 增大 增大 不变 [解析]电解盐酸,溶质HCl的量会减少,溶剂的量不变,所以酸性减弱,pH增大,故A错误；电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气,溶液酸性增强,pH减小,故B错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水,溶质的量不变,溶剂量减少,碱性增强,pH增大,故C正确；电解氯化钡溶液得到的是氢氧化钡、氢气和氯气,溶液碱性增强,pH增大,故D错误。 题组二电极反应式、电解方程式的书写 4．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__4OH－－4e－===O2↑＋2H2O__； 阴极反应式__4Ag＋＋4e－===4Ag__； 总反应离子方程式__4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋__。 (2)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式__2Cl－－2e－===Cl2↑__； 阴极反应式__2H＋＋2e－===H2↑__； 总反应离子方程式__Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑__。 (3)用铁作电极电解NaCl溶液 阳极反应式__Fe－2e－===Fe2＋__； 阴极反应式__2H＋＋2e－===H2↑__； 总反应离子方程式__Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑__。 (4)用铜作电极电解盐酸溶液 阳极反应式__Cu－2e－===Cu2＋__； 阴极反应式__2H＋＋2e－===H2↑__； 总反应离子方程式__Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑__。 (5)用Al作电极电解NaOH溶液 阳极反应式__2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O__； 阴极反应式__6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)__； 总反应离子方程式__2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑__。 (6)用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜 阳极反应式__2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋__； 阴极反应式__6H＋＋6e－===3H2↑__； 总反应离子方程式__2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑__。 (7)用Al作阳极,石墨作阴极,电解NaHCO3溶液 阳极反应式__2Al＋6HCO－6e－===2Al(OH)3↓＋6CO2↑__； 阴极反应式__6H＋＋6e－===3H2↑(或6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－)__。 (8)用惰性电极电解熔融MgCl2 阳极反应式__2Cl－－2e－===Cl2↑__； 阴极反应式__Mg2＋＋2e－===Mg__； 总反应离子方程式__Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑__。 5．(2018·经典习题选萃)Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂,其电解制法如图所示,请根据图示分析： Fe为__阳__(填"阴"或"阳")极,其电极反应式为__Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O__,与铁电极相连的为电源的__正__极。 [解析]e―→Na2eO4,铁元素化合价升高,发生氧化反应,故铁作阳极。 6．(2015·山东高考·29)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。 利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__LiOH__溶液(填化学式),阳极电极反应式为__2Cl－－2e－===Cl2↑__,电解过程中Li＋向__B__电极迁移(填"A"或"B")。 [解析]B极区产生H2,同时生成LiOH,则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极,阳极区电解液为LiCl溶液,根据放电顺序,阳极上Cl－失去电子,则阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑；根据电流方向,电解过程中Li＋向B电极迁移。 萃取精华： 1．规避电解池中化学方程式书写的四个易失分点 (1)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,弱电解质要写成化学式。 (2)电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物,然后根据"阴得阳失"加上得失电子数目,最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O,依据电荷守恒配平。 (3)注意运用H＋、OH－、H2O进行配平：电解池电极反应中,如果是H＋、OH－放电,不论溶液酸碱性则一定写H＋、OH－得、失电子,其他情况下酸性溶液中一定不能存在OH－,同理在碱性溶液中一定不能存在H＋。 (4)要确保两极得失电子数目相等,且注明条件"通电"。 2．做到"三看",正确书写电极反应式 (1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被氧化(注：Fe生成Fe2＋)。 (2)二看介质,介质是否参与电极反应。 (3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的电冶炼。 考点二电解原理的应用 Z 1．电解饱和食盐水 阴极： 电极反应式：__2H＋＋2e－===H2↑__ 反应类型：__还原__ 阳极： 电极反应式：__2Cl－－2e－===Cl2↑__ 反应类型：__氧化__ 总反应方程式：__2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑__ 2．电解精炼铜 3．电镀铜 4．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。 特别提醒： (1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制,除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。 (2)电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2＋)不变；电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2＋)减小。 (3)电解熔融MgCl2冶炼镁,而不能电解MgO冶炼镁,是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝,而不能电解AlCl3冶炼铝,是因为AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电。 X 1．判断正误,正确的画"√",错误的画"×"。 (1)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料(×) (2)电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小(√) (3)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极(×) (4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3(×) (5)Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池,但不能设计成原电池(√) (6)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑(×) 提示：活泼金属作阳极时,金属首先失电子被氧化,故阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋。 (7)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈(√) 提示：铁比铜活泼,镀层受损后,形成原电池铁作负极,更易腐蚀。 (8)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(×) 提示：电解精炼铜时,阴极析出的只有Cu,而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中,不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部,故两极的质量变化不相等。 (9)电镀过程中,溶液中离子浓度不变(√) 提示：电镀过程中阳极质量减轻就等于阴极质量增加,电镀液中离子浓度保持不变。 (10)电解精炼铜时,溶液中的阳离子浓度会发生变化(√) 提示：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,而阴极上只有Cu2＋被还原,所以电解过程中,溶液中的阳离子浓度会发生变化。 2．电解饱和食盐水时,如何用简便的方法检验产物？ 答案：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可以用酚酞试液检验。 3．比较下列两种装置有哪些不同？ (1)请分析两装置中各电极的质量变化？ 答案：甲图中铜片质量减少,铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小,精铜质量增加。 (2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？ 答案：甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化,因为阳极溶解多少铜,阴极增加多少铜；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小,因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质,放电后成Zn2＋、Fe2＋等离子,此时Cu2＋会为Cu,造成CuSO4溶液浓度减小。 题组一电解原理的"常规"应用 1．(2018·山东烟台模拟)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 (D) 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 [解析]氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极Cu2＋放电析出Cu,由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。 2．氯碱工业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： (1)写出电解饱和食盐水的离子方程式： __2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－__。 (2)离子交换膜的作用为__OH－进入阳极室,与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O、阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸__。 (3)精制饱和食盐水从图中__a__补充,氢氧化钠溶液从图中__d__流出。(选填"a""b""c"或"d") [解析](1)电解饱和食盐水时,溶液中的阳离子H＋在阴极得到电子变为H2逸出,使附近的水溶液显碱性,溶液中的阴离子Cl－在阳极失去电子,发生氧化反应,产生Cl2。反应的离子方程式是2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。 (2)图中的离子交换膜只允许阳离子通过,是阳离子交换膜,不能使阴离子通过,这样就可以阴极溶液中的OH－进入阳极室,与氯气发生反应,Cl－进入阴极室,使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 (3)随着电解的进行,溶质NaCl不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a补充,由于阴极H＋不断放电,附近的溶液显碱性,氢氧化钠溶液从图中d流出；水不断被消耗,所以从b口不断加入蒸馏水,从c流出的是稀NaCl溶液。 萃取精华： 电解原理应用的四点注意事项 (1)阳离子交换膜只允许阳离子通过,而阴离子和通过。 (2)电解或电镀时,质量减小的电极必为金属电极——阳极；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,其中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得到电子的数目相等,因此电镀液的浓度保持不变。 题组二电解原理的"特殊"应用 3．(2018·天津检测)一定条件下,如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他的有机物),则下列叙述正确的是 (D) A．多孔性惰性电极E为电解池的阴极 B．装置中气体C为氢气 C．由A至D,导线中电子转移方向为D→A D．装置中阴极的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12 [解析]根据图知,苯中的碳得电子生成环己烷,则D作阴极,E作阳极,故A错误；阳极上氢氧根离子放电生成氧气,故B错误；A为负极、B是正极、D作阴极,电子从负极流向阴极,所以电子从A流向D,故C错误；该实验的目的是储氢,所以阴极上发生的反应为生产目标产物,电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12,故D正确。 4．(2018·重庆高三检测)现代工业生产中常用电解氯化亚铁溶液的方法制得氯化铁溶液吸收有毒的硫化氢气体。工艺原理如图所示。下列说法中不正确的是 (A) A．左槽中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑ B．右槽中的反应式：2H＋＋2e－===H2↑ C．H＋从电解池左槽迁移到右槽 D．FeCl3溶液可以循环利用 [解析]根据装置图可知Fe2＋在电解池的左槽中被氧化生成Fe3＋,则左槽是电解池的阳极,右槽是电解池的阴极。阳极(左槽)的电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋,A不正确；阴极(右槽)的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑,B正确；电解池中阳离子H＋从电解池阳极(左槽)迁移到阴极(右槽),C正确；反应池中的反应为2FeCl3＋H2S===2FeCl2＋2HCl＋S↓,故FeCl3溶液可以循环利用,D正确。 5．(2018·江西师大附中期末)工业上采用惰性电极电解锰酸钾(K2MnO4)溶液制取高锰酸钾,试写出该电解反应的化学方程式：__2K2MnO4＋2H2O2KMnO4＋H2↑＋2KOH__。提出改进方法：可用阳离子交换膜分隔两极区进行电解(如图)。图中A口加入的溶液最好为__KOH溶液__。 使用阳离子交换膜可以提高Mn元素利用率的原因是__阳离子交换膜防止锰酸根进入阴极区被还原__。 考点三金属的腐蚀与防护 Z 1．金属腐蚀的体质 金属原子__失去__电子变为金属阳离子,金属发生__氧化__反应。 2．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 不纯金属与电解质溶液接触,会形成__原电池__,__较活泼__的金属失去电子被氧化腐蚀 特点 __无__电流产生 __有微弱__电流产生 普遍性 金属的__电化学__腐蚀比较普遍,而且危害性大,腐蚀速率大 3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜酸性 __酸性较强__ __酸性较弱或中性__ 负极反应 __Fe－2e－===Fe2＋__ 正极反应 __2H＋＋2e－===H2↑__ __O2＋2H2O＋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)3__Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈) 普遍性 __吸氧__腐蚀更普遍 4.金属的 特别提醒： (1)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁去电子生成Fe2＋,而不是生成Fe3＋。 (2)金属腐蚀时,电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在,但前者更普遍,危害也更严重。 (3)铜在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀,而不是电化学腐蚀,生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。 X 1．判断正误,正确的画"√",错误的画"×"。 (1)原电池分为正、负极,电解池分为阴、阳极,所以阳极的阴极保应用的是电解池原理(×) 提示：阳极的阴极保是应用原电池原理防腐。 (2)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼,形成原电池而铁不易被腐蚀(×) 提示：在铁板上镀锌是因为在铁板表面形成一层锌膜,可以铁与空气的接触,与原电池无关,锌层破损后才与原电池有关。 (3)钢铁水闸可用阳极或外加电流的阴极保防止其腐蚀(√) (4)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈(√) (5)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(×) (6)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀(×) (7)钢铁发生吸氧腐蚀时,负极电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋(×) 提示：钢铁发生吸氧腐蚀时,负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋。 (8)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×) 提示：Cu在潮湿的空气中腐蚀生成Cu2(OH)2CO3。 (9)在金属表面覆盖层,若层破损后,就完全失去了对金属的作用(×) 提示：如Fe件上镀Zn,若层破损后,在潮湿的空气中,Fe、Zn构成原电池,Zn作负极,仍然对Fe起到作用。 (10)外加电流的阴极保,构成了电解池；阳极的阴极保构成了原电池。二者均能有效地金属不容易被腐蚀(√) 提示：了解原理,才能作答。 2．如图所示,甲、乙两试管中各放一枚铁钉,甲试管中为NH4Cl溶液,乙试管中为NaCl溶液,数天后导管中观察到的现象是__液面左低右高__,甲极反应为__2H＋＋2e－===H2↑__,乙极反应为__2H2O＋O2＋4e－===4OH－__。试管中残留气体平均相对质量的变化为甲__减小__；乙__减小__。 3．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。 (1)腐蚀最严重的部位是__C__(用"A""B"或"C"回答,下同)。原因__由于近水面B处溶解氧浓度大于C处,发生吸氧腐蚀时B为正极,C为负极,C处Fe－2e－===Fe2＋__。 (2)形成铁锈最多的部位是__B__,原因__由于B处海水O2浓度较大,Fe2＋扩散至B处附近易发生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3, 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O__。 题组一金属的腐蚀快慢与防护方法的比较 1．(2018·试题调研)如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为 (C) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ [解析]①是Fe为负极,杂质碳为正极的原电池腐蚀,是铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢。其电极反应式：负极Fe－2e－===Fe2＋,正极2H2O＋O2＋4e－===4OH－。②③④均为原电池,③中Fe为正极,被；②④中Fe负极,均被腐蚀,但Fe和Cu的金属活泼性差别大于Fe和Sn的,故Fe—Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀,加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀,防止了Fe的腐蚀。根据以下分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤

⑥。 2．(2018·上海金山一模)利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护,下列说法不正确的是 (B) A．若X为锌棒,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒,开关K置于M处,铁电极发生的反应为：Fe－2e－===Fe2＋ C．若X为碳棒,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀 D．若X为碳棒,开关K置于N处,铁电极的反应：2H＋＋2e－===H2↑ [解析]若X为锌棒,开关K置于M处,形成原电池,此时金属锌为负极,金属铁为正极,金属铁被,可减缓铁的腐蚀,故A正确；若X为锌棒,开关K置于M处,形成原电池,此时金属锌为负极,金属铁为正极,氧气在该极发生还原反应,故B错误；若X为碳棒,开关K置于N处,形成电解池,此时金属铁为阴极,铁被,可减缓铁的腐蚀,故C正确；若X为碳棒,开关K置于N处,形成电解池,X极为阳极,发生氧化反应,铁电极为阴极,发生还原反应,故D正确。 萃取精华： 判断金属腐蚀快慢的规律 (1)对同一电解质溶液来说,腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀

原电池原理引起的腐蚀

化学腐蚀

有防护措施的腐蚀。 (2)对同一金属来说,腐蚀由快到慢：强电解质溶液中

弱电解质溶液中

非电解质溶液中(浓度相同)。 (3)活泼性不同的两种金属,活泼性差异越大,腐蚀越快。 (4)对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀越快。 题组二析氢腐蚀和吸氧腐蚀 3．(2018·山东模拟)利用如图所示装置进行实验,开始时,a、b两处液面相平,密封好,放置一段时间。下列说法不正确的是 (C) A．a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后,a管液面高于b管液面 C．a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋ [解析]a管发生吸氧腐蚀,a处溶液的pH增大,b管发生析氢腐蚀,b处溶液的c(H＋)减小pH增大,C项错误。 4．(2018·山东高三检测)铜板上铁铆钉长期在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如图所示。下列说法不正确的是 (B) A．因铁的金属性比铜强,所以铁铆钉被氧化而腐蚀 B．若水膜中溶解了SO2,则铁铆钉腐蚀的速率变小 C．铜极上的反应是2H＋＋2e－===H2↑、O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．在金属表面涂一层油脂,能防止铁铆钉被腐蚀 [解析]铁、铜和水膜形成原电池,因为铁的金属性比铜强,所以铁为负极、铁铆钉被氧化而腐蚀,A正确；若水膜中溶液解了SO2,则发生析氢腐蚀,铁铆钉腐蚀的速率加快,B不正确；铜极发生还原反应,根据题图知铜电极吸收了氧气且生成氢气,所以发生两个电极反应：2H＋＋2e－===H2↑、O2＋4e－＋4H＋===2H2O,C正确；在金属表面涂一层油脂,可空气和水,能防止铁铆钉被腐蚀,D正确。 萃取精华： (1)判断析氢腐蚀与吸氧腐蚀的依据 正确判断"介质"溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。 (2)对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀

原电池原理引起的腐蚀

化学腐蚀

有防腐措施的腐蚀。 (3)外加电流的阴极保效果大于阳极的阴极保。 考点四与电化学有关的定量计算 Z 1．计算类型 原电池和电解池的计算主要包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗的计算、产物的量与电量关系的计算等。 2．三种方法 (1)根据总反应式计算 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。 (2)根据得失电子守恒计算 用于电中两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电中转移的电子数相等。 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。 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属,n为其离子所带的电荷数) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 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来计算电中通过的电量。 X 用石墨作电极电解1 L 0.1 mol·L－1的CuSO4溶液(假定电解前后溶液体积不变。) (1)电通过0.1 mol电子时,溶液的pH为__1__,欲恢复电解前状态应加入__CuO__的质量是__4__g。 (2)当电中通过0.3 mol电子时,欲恢复电解前状态,可加入下列的__d__。 a．Cub．CuO c．Cu(OH)2d．Cu2(OH)2CO3 (3)电中通过0.4 mol电子时,欲恢复原状态,可加入 __Cu(OH)2__,质量是__9.8_g__。 题组一根据得失电子守恒计算 1．(2018·衡水模拟)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6.0 mol/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22.4L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 (B) A．原混合溶液中n(K＋)为2 mol B．上述电解过程转移4 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D．电解后溶液中c(OH－)为2 mol/L [解析]阴极上的电极反应依次为Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑；阳极上电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O,故n(O2)＝1 mol,n(H2)＝1 mol,结合电子守恒,阴极析出Cu：1 mol,则c(Cu2＋)＝＝2 mol/L。根据电荷守恒,混合溶液中c(K＋)＝(6.0－2×2)mol/L＝2 mol/L,n(K＋)＝1 mol,A错误；上述电解过程转移4 mol电子,B正确；据上述分析知,铜的物质的量为1 mol,C错误；当电解硝酸铜时溶液中生成氢离子,当电解硝酸钾溶液时,实际上是电解水,故电解生成氢离子的物质的量为2 mol,氢离子浓度为4 mol/L,c(OH－)为2.5×10－15mol/L,D错误。 2．(2018·山东模拟) (1)用惰性电极电解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,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__0.2__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__0.4__mol。 (3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后,使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解),电解过程中转移的电子为__0.6__mol。 [解析](1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑,从方程式可以看出,电解硫酸铜过程中只析出铜和出的氧气,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铜只有0.1 mol,转移的电子为0.2 mol。 (2)加入0.1 molCu(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 CuO和0.1 molH2O,则转移的电子为0.4 mol。 (3)加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作0.2 mol CuO、0.1 mol H2O和0.1 mol CO2,相当于有0.2 mol的硫酸铜和0.1 mol的水被电解,因此转移的电子为0.6 mol。 题组二多池的计算 3．(2018·山东检测)某小组用下图装置进行实验,下列说法正确的是 (D) A．盐桥中的电解质可以用KCl B．闭合K,外电电流方向为Fe电极→石墨电极 C．闭合K,石墨电极上只生成铜 D．导线 mol e－时,加入5.55 g Cu2(OH)2CO3,CuSO4溶液可恢复原组成 [解析]由于KCl能和AgNO3反应产生沉淀,因此盐桥中的电解质不能用KCl,故A错误；闭合K,铁比银活泼,铁为负极,与铁相连的石墨为阴极,所以外电电流方向为石墨电极→Fe电极,故B错误；闭合K,与铁相连的石墨为阴极,发生还原反应,首先Cu2＋＋2e－===Cu,析出Cu,然后2H＋＋2e－===H2↑,故出氢气,故C错误；CuSO4溶液中n(Cu2＋)＝0.05 mol,完全消耗时转移电子数为0.1 mol,导线 mol e－,说明有H＋在阴极放电,电解CuSO4溶液的总反应式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋,溶液中减少的是2Cu和O2(相当于2CuO),需要补充0.05 mol CuO才能使溶液恢复,电解水的总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑,转移电子数为0.05 mol时消耗0.025 mol H2O,Cu2(OH)2CO3可写为2CuO·H2O·CO2,所以加入0.025 mol×222 g/mol＝5.55 g Cu2(OH)2CO3,CuSO4溶液可恢复原组成,故D正确。 4．(2018·浙江宁波二模)某同学组装了如图所示的电化学装置,则下列说法正确的是 (D) A．图中甲池为原电池装置,Cu电极发生还原反应 B．实验过程中,甲池左侧烧杯中NO的浓度不变 C．若甲池中Ag电极质量增加5.4 g时,乙池某电极析出1.6 g金属,则乙中的某盐溶液可能是足量AgNO3溶液 D．若用铜制U形物代替"盐桥",工作一段时间后取出U形物称量,质量不变 [解析]图中甲池为原电池装置,Cu电极为负极,发生氧化反应,故A错误；实验过程中,铜放电生成铜离子,盐桥中的硝酸根离子向左侧烧杯移动,所以甲池左侧烧杯中NO的浓度变大,故B错误；若甲池中Ag电极质量增加5.4 g,即生成银5.4 g,物质的量为＝0.05 mol,所以整个电转移0.05 mol电子,如果硝酸银足量应生成5.4 g的银,而乙池析出1.6 g金属,说明硝酸银不足,故C错误；用铜制U形物代替"盐桥",右边铜的质量减少,而左边铜的质量增加,整个电转移电子数相等,所以减少的质量与增加的质量相等,U形物的质量不变,故D正确。 5．(2018·省实验中学高三检测)甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。 如图是甲醇燃料电池工作的示意图,其中A、B、D均为石墨电极,C为铜电极。工作一段时间后,断开K。此时A,B两极上产生的气体体积相同。 (1)甲中负极的电极反应式为__CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O__。 (2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为__2.24_L__。 (3)丙装置溶液中金属阳离的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图,则图中②线＋__的变化；反应结束后,要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀,需要__280__ mL 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。 [解析](1)甲醇燃料电池是原电池反应,甲醇在负极失电了发生氧化反应,电极反应为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)工作一段时间后,断开K,此时A、B两极上产生的气体体积相同,分析电极反应,B为阴极,溶液中铜离子析出,氢离子得到电子生成氢气,设生成气体物质的量为x,溶液中铜离子物质的量为0.1 mol,电极反应为 Cu2＋＋2e－===Cu, 0．1 mol0.2 mol 2H＋＋2e－===H2↑, 2xx A电极为阳极,溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气,电极反应为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑, 4xx x＝0.1 mol 乙中A极析出的气体是氧气,物质的量为0.1 mol,在标准状况下的体积为2.24 L。(3)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化,可知,铜离子从无到有逐渐增多,铁离子物质的量逐渐减小,亚铁离子物质的量逐渐增大,①为Fe3＋,②为Fe2＋,③为Cu2＋,依据(2)计算得到电子转移为0.4 mol,当电子转移为0.4 mol时,丙中阳极电极反应Cu－2e－===Cu2＋,生成Cu2＋物质的量为0.2 mol,由图像分析可知：反应前,丙装置中n(Fe3＋)＝0.4 mol,n(Fe2＋)＝0.1 mol,当电子转移0.4 mol时,Fe3＋完全反应,生成0.4 mol Fe2＋,则反应结束,Fe2＋的物质的量为0.5 mol,Cu2＋的物质的量为0.2 mol,所以需要加入NaOH溶液1.4 mol,所以NaOH溶液的体积为1.4 mol÷5 mol·L－1＝0.28 L＝280 mL。 萃取精华： 装置图比较 图甲中无外接电源,二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置),为电解装置提供电能,其中两个电极活动性差异大者为原电池装置,即左侧为原电池装置,右侧为电解池装置。 图乙中有外接电源,两烧杯均作电解池,且电解,通过的电流相等。 要点速记： 1．两个概念 (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：把电能为化学能的装置。 2．两个电极的判断 (1)阳极：与电源正极相连、发生氧化反应、电子流出,阴离子移向的一极。 (2)阴极：与电源负极相连、发生还原反应、电子流入,阳离子移向的一极。电解池中"阳极氧化阴还原"。 3．两极的放电顺序： (1)阳极 (2)阴极：Ag＋

Fe3＋

Cu2＋

H＋

Fe2＋

Zn2＋

Al3＋

Mg2＋

Na＋ 4．两种电化学腐蚀类型的正极反应式： (1)析氢腐蚀：2H＋＋2e－===H2↑。 (2)吸氧腐蚀：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 5．金属的腐蚀与： 6．与电化学有关的定量计算