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1、第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护 一、电解原理1. 电解：使_通过电解质溶液或熔融电解质而在_引起_的过程。2. 电解池：把_转化为_的装置叫电解池(也叫电解槽)。3. 电解池的组成(1)两个导体作电极，与电源正极相连的为_极，与电源负极相连的为_极；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)一个直流电源且形成闭合回路。【想一想】如何判断一个装置是原电池还是电解池？【答案】首先看有无外接电源，有外接电源的为电解池，无外接电源的可能为原电池。然后依据原电池的形成条件分析判断。4. 工作原理(以电解CuCl2溶液为例)电极名称极名称阴极阴极阳极阳极电极材料极材料石墨石
2、墨石墨石墨实验现象象石墨棒上石墨棒上_石墨棒上石墨棒上产生生_，且能使湿，且能使湿润的碘化的碘化钾淀粉淀粉试纸变成成_色色电解解质溶液的溶液的颜色色_电极反极反应反反应类型型总反反应方程式方程式闭合回路合回路的形成的形成电子从子从电源的源的_极沿极沿导线流入流入电解池的解池的_极；极；电解解质溶液中的阳离子溶液中的阳离子(Cu2)移向移向电解池的解池的_极且极且_电子，阴离子子，阴离子(Cl)移向移向电解池的解池的_极且极且_电子；子；电子再从子再从电解池的解池的_极流出，并沿极流出，并沿导线流回流回电源的源的_极极【温温馨馨提提示示】电解质的电离是电解质溶液导电的前提条件。电解质溶液的导电过
3、程就是电解质溶液的电解过程。二、二、电解原理的解原理的应用用1. 电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：_；阴极：_。(2)总反应方程式：_。(3)应用：氯碱工业制_、_和_。2. 电镀铜或电解精炼铜(1)两极材料：待镀金属或纯铜作_，镀层金属或粗铜作_。(2)电极反应阳极：_；阴极：_。3. 电解冶炼Na(如电解熔融NaCl获得Na)(1)电极反应阳极：_；阴极：_。(2)总反应方程式：_。(3)应用：冶炼_等活泼金属。【想一想想一想】电镀铜和电解精炼铜的过程中，电解质溶液中Cu2的浓度变化吗？【答答案案】电镀铜的过程中，Cu2的浓度基本不变；电解精炼铜的过程中，Cu2的浓度逐渐减小。三、金属的
4、三、金属的电化学腐化学腐蚀与防与防护1. 金属腐蚀：金属与周围的气体或液态物质发生_反应而引起损耗的现象。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。2. 化学腐蚀和电化学腐蚀的比较化学腐化学腐蚀电化学腐化学腐蚀条件条件金属与金属与_直接直接接触接触_跟跟电解解质溶液接触溶液接触特点特点无无电流流产生生有微弱有微弱电流流产生生本本质金属失金属失电子子变成金属阳离子而被氧化成金属阳离子而被氧化(Mne=Mn)金属被氧化的金属被氧化的过程程_的金属被氧的金属被氧化的化的过程程相互相互关系关系两种腐两种腐蚀往往同往往同时发生，但生，但_更普遍，危害更普遍，危害更更严重重科目一考试 http:/ 2016
5、年科目一模拟考试题科目二考试 http:/ 2016年科目二考试技巧、考试内容、考试视频3. 电化学腐蚀分类(以钢铁的腐蚀为例)吸氧腐吸氧腐蚀析析氢腐腐蚀条件条件水膜呈水膜呈_或或_水膜呈水膜呈_正极反正极反应负极反极反应总反反应进一步生成一步生成铁锈的反的反应相互关系相互关系_腐腐蚀更普遍更普遍【想一想想一想】把纯铁丝放入稀硫酸中放出H2，该过程属于析氢腐蚀吗？【答案答案】不属于析氢腐蚀，属于化学腐蚀。4. 金属的防护方法(1)电化学防护法牺牲阳极的阴极保护法在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属(Zn)，让被保护的金属作原电池的_。外加电流的阴极保护法用被保护的钢铁设备作_，惰性电极作_，
6、外接直流电源。(2)其他方法改变金属内部结构，如把金属制成防腐的_(如不锈钢)；加涂防护层如_、_、_、_或_等方法。【答案答案】一、1. 电流阴、阳两极氧化还原反应2. 电能化学能3. (1)阳阴4. 逐渐覆盖一层红色物质刺激性气味的气体蓝逐渐变浅Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2还原反应氧化反应CuCl2CuCl2负阴阴得到阳失去阳正二、1. (1)2Cl2e=Cl22H2e=H2(2)2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2 (3)Cl2H2NaOH2. (1)阴极阳极(2)Cu2e=Cu2Cu22e=Cu3(1)2Cl2e=Cl22Na2e=2Na(2)2NaCl(熔融)2Na Cl2(
7、3)Na、Mg、Al三、1. 氧化还原2. 干燥气体或非电解质不纯金属或合金较活泼电化学腐蚀3. 很弱的酸性中性酸性2H2OO24e=4OH 2H2e=H2 Fe2e=Fe2 2FeO22H2O=2Fe(OH)2Fe2H=Fe2H24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O吸氧4. (1)正极阴极阳极(2)合金喷油漆涂油脂电镀喷镀表面钝化 电极名称、极名称、电极极产物的判断及有关反物的判断及有关反应式的式的书写写【例1】(2010高考海南卷，9)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()A. 电解时以精
8、铜作阳极B. 电解时阴极发生还原反应C. 粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu=Cu22eD. 电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥【解析】电解精炼铜就是利用电解法将粗铜中的铜提取出来，因此粗铜作阳极，连接电源正极，电极反应是Cu 2e=Cu2 ；精铜作阴极，连接电源负极，电极反应是Cu22e=Cu。粗铜含有金属活动性比铜弱的少量Ag、Pt等金属，故Ag、Pt等金属随着粗铜中铜的溶解而沉积在阳极底部，形成阳极泥。【答案】BD1.电解池电极的判断2.2. 电解时电解产物的判断(1)阳极产物的判断：若阳极是活性电极(除C、Pt、Au以外的金属)，则阳极金属材料失去电子而被氧化成阳离
9、子；若阳极是惰性电极(C、Pt、Au)，则是电解液中阴离子在阳极失去电子被氧化。阴离子放电顺序为：S2IBrClOH含氧酸根。(2)阴极产物的判断：阴极反应一般是溶液中的阳离子得电子的还原反应。阳离子放电顺序为：AgFe3Cu2HFe2Zn2 Al3Mg2NaCa2K。Fe3得电子能力大于Cu2，第一阶段只能被还原为Fe2。3. 电解时电极反应式的书写(1)首先判断电极名称(阴极、阳极)。(2)其次分析电极材料。判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。(3)再次分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应、判断电极产物，写出电极反应式。【温温馨馨提提示示】电解水溶液时，应注意位于放电顺
10、序中H和OH之后的离子一般不放电。4. 电解总反应方程式的书写(1)必须注明反应条件：通电或电解。(2)当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H或OH放电，但在书写电解总反应方程式时要将反应物中的H或OH均换成水，在生成物中出现的是碱或酸。【知知识关关联】与氧化还原反应、原电池等知识联系。1. 右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附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是()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味气体C. a电极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2D. a电极附近呈蓝色，
11、b电极附近呈红色【解析】用惰性石墨电极通直流电电解稀Na2SO4水溶液实际是电解水。根据电解原理，a极：2H2e=H2，该电极附近的溶液中剩余OH，显碱性，故该极附近石蕊试液呈蓝色；b极：4OH4e=2H2OO2，该电极附近的溶液中剩余H，显酸性，该极附近呈红色。【答案】D 惰性惰性电极极电解解电解解质溶液的溶液的规律律【例例2】(2011山东济宁一中期末)如下图所示的装置，C、D、E、F都是惰性电极。将电源接通后，向乙装置的溶液中滴入酚酞溶液，在E极附近显红色。则以下说法不正确的是()A. 电源B极是正极B. 甲、乙装置的C、D、E、F电极 均有单质生成，其物质的量比为 1222C. 欲用丙
12、装置给铜镀银，H应该是Ag， 电镀液选择AgNO3溶液D. 甲装置中D电极附近溶液的pH变小【解析】乙装置E极附近的溶液遇酚酞显红色，说明E极是电解池的阴极，C、G也为电解池的阴极；A是电源的负极，B是电源的正极；D、F、H是电解池的阳极。C、D、E、F电极生成的单质分别为Cu、O2、H2、Cl2，其物质的量比为2122 。用丙装置给铜镀银，则G电极反应式为：Age=Ag ，H电极反应式为：Age=Ag。【答案】B【温馨提示温馨提示】若阴极为H放电，则阴极区c(OH)增大；若阳极为OH放电，则阳极区c(H)增大。用惰性电极电解电解质溶液时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，
13、缺多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物(按方程式对应系数确定的比例)的化合物。2. (2010福建泉州一中期中)用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是()A. 稀NaOH溶液 B. HCl溶液C. NaCl溶液 D. 酸性AgNO3溶液【解析】根据用惰性电极电解电解质溶液的类型可知，电解稀NaOH溶液属于电解水型，阴极和阳极的产物分别是H2和O2，A正确。B中生成的气体是H2和Cl2，C中生成的气体是H2和Cl2，D中生成的气体只有O2。【答案】A 电解池的有关解池的有关计算算【例例3】用两支惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当
14、电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是()A. 27 mg B. 54 mg C. 108 mg D. 216 mg【解析】首先写出电极反应方程式，阳极：4OH4e=2H2OO2 阴极：4Ag4e=4Ag。根据电子守恒建立关系式：4H4OH4e4Ag，物质的量关系为：n(e)n(H)n(Ag)；所以，m(Ag)n(Ag)108 g/ mol0.5 L103 mol/L108 g/mol103mgg154 mg【答案】B1. 电解池有关计算的类型主要包括：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的
15、体积等)、溶液的pH、相对原子质量或元素的化合价、化学式等。2. 解题方法：电子守恒法、总离子方程式法、关系式法、差量法等。 3. 电解100 mL含c(H)0.30 mol/L的下列溶液，当电路中通过0.04 mol电子时，理论上析出金属质量最大的是()A. 0.10 mol/L Ag B. 0.02 mol/L Zn2C. 0.20 mol/L Cu2 D. 0.20 mol/L Pb2【解析】根据离子的放电顺序可知，当电路中通过0.04 mol的电子时，能析出金属的只有选项A和C，根据Age=Ag和Cu22e=Cu可知分别析出0.01 mol的Ag和0.02 mol的Cu，其质量分别为1
16、.08 g和1.28 g。【答案】C 金属的金属的电化学腐化学腐蚀与防与防护【例例4】(2010高考北京卷，6)下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()A. 钢管与电源正极连接，钢管可被保护B. 铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C. 钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀D. 钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe3e=Fe3【解析】根据外加电流的阴极保护法，钢管必须接在电源的负极上才能被保护，A错。钢管是铁与碳的合金，而铁与铜构成原电池时，铁做负极被腐蚀，C错。钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe2e=Fe2，D错。【答案】B影响金属腐影响金属腐蚀快慢的因素快慢的因素1. 与构成原电池的
17、电极材料有关。两电极材料的活动性差距越大，氧化还原反应的速率就越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。一般地，金属腐蚀的快慢顺序为：电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀有防护措施的腐蚀。2. 与金属所接触的电解质的强弱有关。同一种金属在相同浓度的不同电解质中的腐蚀快慢顺序为：强电解质弱电解质非电解质。4. 如图所示烧杯中试管内有一枚铁钉，放置数天观察： (1)铁钉逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于_腐蚀。(2)若试管内液面上升，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，负极电极反应：_，正极电极反应：_。(3)若试管内液面下降，则原溶液呈_性，发生_腐蚀，负极电极反应：_，正极电极反应：_。【解析】根据金属腐蚀的条件、原理及
18、实验结果可知：试管内液面上升，说明试管内压强减小，气体被吸收所致，则铁钉发生了吸氧腐蚀；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，即铁钉发生了析氢腐蚀。【答案】(1)电化学 (2)弱酸性或中吸氧2Fe4e=2Fe2O24e2H2O=4OH(3)较强的酸析氢Fe2e=Fe22H2e=H21.(2009高考广东理科基础卷，25)钢铁生锈过程发生如下反应：2.2FeO22H2O=2Fe(OH)2；4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O33H2O。下列说法正确的是()A. 反应、中电子转移数目相等B. 反应中氧化剂是氧气和水C. 与铜质水龙头连
19、接处的钢质水管不易发生腐蚀D. 钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀【解析】本题考查钢铁的腐蚀。反应中消耗O2的量相等，两个反应也仅有O2作为氧化剂，故转移电子数是相等的，A项正确。中H2O的H、O两元素的化合价没有变，故不作氧化剂，B项错；铜和钢构成原电池，腐蚀速度加快，C项错；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀，属于电化学腐蚀，故D项错。【答案】A3. 用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1103mol的OH放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是()A. 阳极上析出3.6 mL O2(标准状况)B. 阴极上析出32 mg CuC. 阴极上析出11.2 mL
20、H2(标准状况)D. 阳极和阴极质量都无变化【解析】本题考查电解的有关计算。用惰性电极电解CuSO4溶液时，阴极的电极反应为：2Cu24e=2Cu，阳极的电极反应为：4OH4e=O22H2O。当有1103 mol的OH放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，此时转移电子数为1103 mol，则在阴极上析出32 mg Cu。【答案】B4. (2010高考新课标卷，26(2) 利用电解可提纯Cu，在该电解反应中阳极物质是_，阴极物质是_，电解质溶液是_。【解析】电解提纯Cu的方法是将粗铜作为电解池的阳极，精铜作为电解池的阴极，一般用CuSO4溶液作电解质溶液。【答案】粗铜精铜CuSO4溶液5.
21、 (2010高考全国卷，29)下图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸色：红色，碱色：黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填编号)；A管溶液由红变黄B管溶液由红变黄A管溶液不变色B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：_；(3)写出B管中发生反应的反应式：_ _；(4)检验a管中气体的方法是_；(5)检验b管中气体的方法是 _; (6)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_。【解析】本题考查电解原理、电极反应式的书写和H2、
22、O2的检验方法。(1)由 于 MgSO4是 强 酸 弱 碱 盐 ， 在 水 溶 液 中 存 在 Mg22H2OMg(OH)22H水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前A、B管均显红色。在A管溶液中，铂丝做阴极，电解池中阴离子在阳极发生氧化反应，阳离子在阴极发生还原反应，由于H的氧化性大于Mg2的氧化性，H先得电子被还原为H2，Mg2与剩余的OH生成Mg(OH)2沉淀，酸性减弱，随着水的电解，OH浓度增大，颜色由红变黄。而在B管溶液中铂丝作阳极，OH的还原性大于SO，OH失电子，随着电解的进行，酸性增大，溶液不变色(始终为红色)。(2)由(1)可知，在A管中发生：2H2e=H2(或2H2O2e=2O
23、HH2)Mg2 2OH=Mg(OH)2(3)由(1)可知在B管中发生：4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)(4)H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住试管口，取出试管a，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰。(5)O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住试管口，取出试管b，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。(6)电解一段时间后，将电解液倒入烧杯内，由于两极产生的H和OH后生成Mg(OH)2恰好中和，故溶液基本恢复电解前状态(MgSO4浓度增大)，故溶液仍显红色，同时白色的Mg(OH)2沉淀溶解。【答案】(1)(2)2H2e=H2(或2H2O2e=2OHH2 )、Mg2 2OH=Mg(OH)2(3)4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)(4)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃(6)溶液呈红色，白色沉淀溶解
