电解池、金属的腐蚀和防护-2025年高三化学一轮复习知识清单

电解池金属的腐蚀和防护知识清单

【知识网络】

与电源正极相连电解质溶液中阳离子移向

发生氧化反应1

发生还原反应

电解质溶液中阴离子移向

阳极I阴极与电源负极相连

活性电极，电极材料失电子

（工作原理（阳极为惰性电极）:

电解水阳极产物一惰性电极，阴离子放电

判断首先看电极

电解电解质电解类型）顺序为S2->r>Br->C「>OH（水）

放氢生碱型

放氧生酸型

阴极

（金属的腐蚀与防护）阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断:

+（水）

牺牲阳极的阴极保护法

吸氧腐蚀

,保护

外加电流的阴极保护法腐蚀;

析氢腐蚀

【知识归纳】

一、电解的原理

1.电解和电解池

（1）电解：在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

（2）电解池：电能转化为化学能的装置。

（3）电解池的构成

①有与直流电源相连的两个电极。

②电解质溶液（或熔融电解质）。

③形成闭合回路。

2.电解池的工作原理

（1）电极反应

①阳极：连原电池的正极，发生氧化反应

②阴极：连原电池的负极，发生还原反应

（2）三个“流向”

①电子流向：阻极受电鱼阴极

②电流流向：阴极性曳虫阳极再睡阴极

③离子流向：阳离子一阴极；阴离子一阳极

（3）电势高低

①原电池：正极之负极

②电解池：阴极之阳极

3.电极按性质分类

（1）惰性电极：由Pt（粕）、Au（金）、C（石墨）组成的电极

（2）活泼电极：除了£1、皿以外的其他金属电极

4.阴阳两极上放电顺序

（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的微粒先放电，放电顺序：

K\Ca2\Na+、Mg2+、Al^Zn2\Fe2\Sn2\Pb2+、H+、C-、Ag+

放电由难到易

（2）阳极（与电极材料有关）：

①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。

②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：

S2-、I-、Br、Cl-、OH-、含氧酸根离子（NOKSOT、COT）、广

放电由易到难

（3）三注意

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、最重要的放电顺序为阳极：Cr>OH~；阴极：Ag+>Cu2+>H+o

③电解水溶液时，K+〜AF+不可能在阴极放电。

5.重要的电化学反应式(水的化学计量数为2)

放电

(1)铅蓄电池充放电反应：Pb+PbO2+2H2s。4瑟青2PbSO4+2H2O

(2)吸氧腐蚀的正极反应

①弱酸性、中性或碱性：2H2O+C)2+4e=4OH

②酸性：4H++O2+4e==2H2O

③CO2：。2+4葭+2co2-2CO3匚

(3)阳极OH-的放电反应

①碱溶液中0JT的放电反应：4OH-4e-=2H2O+C)2t

②水中的0JT的放电反应：2H20—4广=02t+4H+

(3)阴极H+的放电反应

①酸溶液中H+的放电反应：2H++2e=H2t

②水中的H+的放电反应：2H2。+2「一H2t+2OH-

(4)惰性电极电解溶液

®NaCl：2NaCl+2H2O~Sfe2NaOH+Cl2t+H2t

②CuSC>4：2CuSO4+2H2O~Sfe2Cu+O2t+2H2sO4

@AgN03：4AgNO3+2H2O~SM4Ag+O2t+4HN€)3

@Cu(NO3)2：2Cu(NO3)2+2H2O电解_2CU+O2)+4HNO3

6.其他

(1)电解质溶液的选择

①碱金属电极：不选择水溶液及醇类,一般选择有机电解质或固体电解质

②盐桥式原电池：负极材料和与其反应的电解质在丕圆的容器中

Cu(NC>3)2溶液AgNCh溶液

(2)电极pH变化

①看该电极反应是消耗还是产生H+或OH」

②若H+或OH」无变化，看该电极是消耗还是产生水

(3)溶液pH变化

①看总反应是消耗还是产生H+或0JT

②若H+或OH-无变化，看总反应是消耗还是产生水

(4)指示剂颜色变化和电极极性的关系

指示剂颜色变化放电微粒电极极性

酚st变红H+阳极或正极

石蕊变红OIT阳极

淀粉变蓝r阳极

二、用惰性电极电解溶液

1.电解水型

(1)放电微粒：H+离子和OIT离子同时放电

(2)放电产物：同时有坦和必产生

(3)溶液的变化

电解液浓度变化pH变化溶液的复原

H2SO4变大变小加旦2。

NaOH变大或不变变大或不变加旦2。

KNO3变大或不变不变加旦过

2.电解电解质型

(1)放电微粒：电解质中阴阳离子同时放电

(2)溶液的变化

电解液浓度变化pH变化溶液的复原

HC1变小变大通HH气体

变小理论变大，实际变小I加CuCk固体

CuCl2

3.放氢生碱型

(1)放电微粒：水中的里离子和电解质中的阴离子同时放电

(2)阴极产物：取，和OIT(2H2O+2「=H2t+2OJT)

(3)溶液的变化

电解液浓度变化pH变化溶液的复原

NaCl变小变大通HCI气体

Na2s变小变大通峪气体

4.放氧生酸型

(1)放电微粒：水中的OIT离子和电解质中的阳离子同时放电

(2)阳极产物：鱼和里(2丛0—4屋—02t+4H+)

(3)溶液的变化

电解液浓度变化pH变化溶液的复原

变小变小

CuSO4加CuO或CuC()3一固体

变小变小

AgNO3加Ag2。或A82CO3固体

【特别提醒】

(1)在“电解水型”中，若电解某物质的饱和溶液，则电解过程中会析出晶体，其浓度和pH均不变。

(2)电解CuCl2溶液的pH变化

①理论变大：平衡CU2++2H2O=^=CU(OH)2+2H+逆向移动，c(H+)减小

+

②实际变小：C12+H2O^^=H+C1+HC1O,c(H+)增大

(3)电解后溶液的复原原则：少什么加什么，少多少加多少

(4)注意过度电解

①NaCl：2NaCl+2H2。曳解2NaOH+CLt+H2t,2H20更越2H2t+O2t,加盐酸恢复原状

②CuSO4：2CuSO4+2H2O-Ste-2Cu+O2t+2H2SO4,2H2O曳匿2H2t+O2t,加Cu(OH)2或C112(OH)2cO3

恢复原状

三、用活泼电极电解溶液

1.电解精炼铜(含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt等杂质)

粗铜纯铜

二二.:满酸铜溶液

-I_1-

(1)电解池的构成

①粗铜作阳极

②精铜作阴极

③硫酸酸化的CuSO4溶液作电解液

(2)电极反应

①阳极：Zn2e-=Zn2+、Fe—2b=Fe2+、Ni—2广一阳、。1一2底一Cu?+

②阴极：CiP++2e-=Cu

(3)精炼结果

①比铜活泼的金属:变成阳离子留在溶液中

②比铜不活泼的金属:形成阳极泥

③铜在阴极上形成精铜

(4)反应特点

①阳极善料被消耗，需要及时补充

②溶液中的阴离子SCU2一浓度不变

③电解过程中原电解质溶液浓度减小

④阳极减重量和阴极增重量的关系丕确定

2.电镀

(1)电解池的构成

①镀层金属作阳极

②被镀物品作阴极

③含镀层金属离子溶液作电解液

(2)电极反应

①阳极：Cu-2e-=Ci12+

②阴极：Cu2++2e-=Cu

(3)反应特点

①不能写出总反应方程式

②电解过程中原电解质溶液浓度不变

3.用活泼电极电解制备物质

(1)用铁为阳极电解KOH溶液制备K于eO4

①阳极：Fe—6e-+8O!T=FeCVFHzO

②阴极：2H20+25=H2t+2OIT

③电解：Fe+2KoH+2H2O~S&K2FeO4+3H2t

(2)用铜为阳极电解NaOH溶液制备Cu2。

①阳极：2Cu+201r—2广一CU2O+H2O

②阴极：2HzO+2e=H\t+2OIT

③电解：2Cu+H2O^ftCu2O+H2t

三、用惰性电极电解熔融物

1.电冶炼：制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属

(1)炼钠的方法：电解熔融的NaCl

①阳极反应：2Cr-C12t

②阴极反应：2Na++2e-^2Na

③电解反应：2NaCI==2Na+Clt

熔融2

(2)炼镁的方法：电解熔融的MqCk

①阳极反应：2Cl——2e-—Cfet

②阴极反应：M-++2e-=Mg

③电解反应：MgC12=^^=Mg+C]2t

熔融

(3)炼铝的方法：电解熔融的AI2O3

①阳极反应：202—41.021

②阴极反应：AF++3e-=Al

③电解反应：2A12O==4A1+3Ot

3熔融2

④不用氯化铝的原因：AlCb是共价化合物，熔融状态下不导电

⑤冰晶石的作用：作熔剂，降低氧化铝的熔点，节能

⑥阳极石墨被氧气腐蚀,需定期更换

2.电解熔融的碳酸钠

(1)阳极反应：2co32-4e=O2t+282t

(2)阴极反应：2Na++2e-=2Na

(2)电解反应：2Na2co3=O=4Na+()2t+2CO2t

--------熔融

四、金属的腐蚀和电化学防护

1.金属的腐蚀

(])彳匕学虫

①反应类型：普通的化学反应

②特点：无电流产生,电子直接转移给氧化剂

(2)电化腐蚀

①反应类型：原电池反应

②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂

(3)普遍性：两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍

2.电化学腐蚀的类型

(1)析氢腐蚀

①形成条件：水膜酸性较强

②特点：在密闭容器中气体压强增大

(2)吸氧腐蚀

①形成条件：形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性

②特点：在密闭容器中气体压强减小

(3)特殊性：在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀,氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀

(4)普遍性：吸氧腐蚀更为普遍

3.钢铁吸氧腐蚀的过程

(1)腐蚀过程

①负极反应：Fe—2e=Fe2+

②正极反应：2H2O+O2+4e==4OlT

③电池反应：2Fe+2H2O+Ch=2Fe(OH)i

(2)后续反应

①氧化反应：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

②部分分解：2Fe(OH)3=Fe2(h•XH2O+(3-x)H2O

(3)铁锈成分：FezCh的复杂水合物(Fe2O3・wH2O)

(4)铁在无氧条件下的生锈过程：Fe—>Fe2+皿Fe(OH)2

4.金属的电化学防护

(1)原电池防护法：牺牲阳极的阴极保护法

①负极：比被保护金属活泼的金属

②正极：被保护的金属设备

(2)电解池防护法：外加电流的阴极保护法

①阳极：惰性电极

②阴极：被保护的金属设备

5.金属腐蚀速率的比较

(1)同一金属：离子浓度大之离子浓度小之非电解质

(2)同一电解液

①电解质浓度越大，金属腐蚀越快

②电解腐蚀〉原电池腐蚀〉化学腐蚀〉有防护的腐蚀

(3)不同金属、同一电解液：两金属活动性相差越大，活泼金属腐蚀越快

五、含离子交换膜电化学装置分析

1.离子交换膜在电解池中的作用

(1)隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触

①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量

②防止副反应发生，避免引发不安全因素(如爆炸)

(2)通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用

(3)实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用

离子交换膜电解槽示意图

①平衡电荷，形成闭合回路；

②防止C12和H2混合而引起爆炸；

③避免C12与NaOH反应生成NaClO,影响NaOH的产量;

④避免C「进入阴极区导致制得的NaOH不纯。

2.常见的离子交换膜(隔膜)

(1)阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阻离子通过

(2)阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过

(3)质子交换膜：只允许氢离子通过

3.含离子交换膜电化学装置的几个区域

(1)原料区

①主料区：加入原料的遮溶液，流出原料的稀溶液

②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液

(2)产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域

(3)缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用

原料A

的浓溶液

膜I膜n膜in膜因膜V

B的浓溶液上5

型=阴眼=阴然阳膜

c的浓溶液

二二I二二二口二二二1二主科区二二二

辅料B-I-.——I—-._I—-I

的稀溶液三三二I---------I----------I----------r_辅料c

-L--珂0的稀溶液

辅料区产品区缓冲区A而藉溶液缓冲区辅料区

(4)计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移

装置问题

乙烯卞阳能电电

-|oabo]—+

根据O2~4e-~4H,阳极

bl产生ImolCh时，有

4molH+由阳极移向阴

11极，则阳极溶液的质量

减轻32g+4g=36g

1质子金帙膜

六、多池串联池属性的判断

1.有外接电源的全部都是原电池

KC1溶液CuSOj溶液、KtSCh溶液AgNO；溶液

2.无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池

(1)有盐桥的是原电池

(2)有燃料电池的是原电池

(3)能发生自发氧化还原反应的装置为原电池

(4)多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池

3.电极的连接顺序：负一阴一阳一阴一…一阳一正

4.串联电路的特点：每一个电极转移的电子数都相等

七、电化学的相关计算

1.方法：电子守恒和电荷守恒列关系式

(1)电子守恒：两极得失电子数相等

①串联电路各支路转移的电子数相同，按支路算

ei

②并联电路总电子数等于支路电子数之和，按干路算