第18讲-电解池、金属的腐蚀与防护(讲义)(解析版)

第18第18讲电解池金属的腐蚀与防护考纲要求：考纲要求：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。考点一电解原理及规律1．电解让直流电通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。在此过程中，eq\a\vs4\al(电)能转化为化学能。2．电解池(1)概念：电解池是把电能转化为化学能的装置。(2)电解池的构成条件：①有外接电源；②有与电解质溶液或熔融的电解质相连的两个电极；③形成闭合回路。(3)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)总反应方程式：CuCl2eq\o(=,\s\up7(通电))Cu＋Cl2↑。(4)电解池中电子和离子的移动：①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。(5)电子和离子的移动方向(惰性电极)【易错警示】：①①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．在惰性电极上离子的放电顺序微提醒：活泼电极是指除金、铂等惰性金属外的其他金属电极。基础通关练基础通关练1．因镍与盐酸反应缓慢，工业上以镍和盐酸为原料，利用离子膜电解技术制取氯化镍()，其原理如图。电解过程露不断往b极区补充盐酸。下列说法正确的是A．a接外电源的负极B．离子交换膜为阳离子交换膜C．总反应为：D．电解过程可用溶液代替盐酸【答案】C【解析】A．a是电解池的阳极，接外电源的正极，A错误；B．a电极失电子产生Ni2+，溶液中的氯离子在左池与Ni2+结合生成，所以氯离子要能由右池进入左池，则离子交换膜为阴离子交换膜，B错误；C．a电极失电子产生Ni2+，b为阴极，氢离子得电子生成氢气，所以总反应为：，C正确；D．电解过程若用溶液代替盐酸则右池水中氢离子放电，产生氢氧根，氢氧根进入左池，使Ni2+沉淀，降低产率，D错误；所以答案为C2．氯化氢回收氯气技术近年来为科学研究的热点，一种新的氯化氢电解回收氯气的过程如图。下列说法正确的是A．石墨电极连接电源正极B．H+透过交换膜从石墨电极向铂电极移动C．石墨电极区域的电极反应为Fe3++e-=Fe2+D．随着反应的进行，阴阳两极电解质溶液pH均升高。【答案】D【解析】石墨电极中Fe3+转化为Fe2+，得电子则在电解池中作为阴极，连接电源的负极，氧气将生成的Fe2+氧化为Fe3+；铂电极为阳极，氯化氢失电子产生氯气。A．根据离子转化关系，石墨电极为阴极，连接电源负极，选项A错误；B．H+透过交换膜从阳极(铂电极)向阴极(石墨电极)移动，选项B错误；C．该过程Fe3+循环再生，石墨电极实际上是氧气得电子，电极反应为4H++O2+4e-=2H2O，选项C错误；D．随着反应的进行，阳极氢离子向阴极移动，移动过来的H+在阴极又参与反应生成了水，所以阴阳两极电解质溶液pH均升高，选项D正确；答案选D。3．用如图装置完成电解实验，对实验现象的解释或推测合理的是（

）A．a处的试纸变红 B．b电极是正极C．a处发生的电极反应： D．b处发生的电极反应：【答案】D【解析】由图可知，b处与电源正极相连，b为阳极，a与电源负极相连，可知铁棒为阴极，电解饱和食盐水，阴极生成氢气，阳极生成氯气，以此来解答。A．实验相当于电解饱和氯化钠溶液，a作为阴极，氢离子放电后浓度降低，使氢氧根浓度增大，碱性增强，故使pH试纸变蓝，故A错误；B．b处与电源正极相连，b为阳极，故B错误；C．a与电源负极相连，可知铁棒为阴极，电解饱和食盐水，阴极生成氢气，发生的电极反应：，故C错误；D．b处与电源正极相连，b为阳极，氯离子放电生成氯气，发生的电极反应：，故D正确；故答案选：D。4．电解处理垃圾渗液是一项重要的环保课题，研究小组用图装置进行渗液(pH=6.5-8)处理，可以实现其中的和有机物COD的转化，下列说法错误的是A．a为电源负极B．阳极反应式为C．电路中每转移一定生成标准状况下11.2LD．电解后的废液pH基本不变【答案】C【解析】电解过程中，碳网极区反应：，则碳网是阳极，b是正极，NH3与羟基自由基生成N2，COD有机物则生成CO2。A．由于碳网上的反应为，发生氧化反应，所以b是正极，a是负极，A正确；B．阳极失去电子生成，反应式为，B正确；C．电路中每转移可以生成，但根据图示，可能发生三种反应，所以生成的量不确定，C错误；D．电解时阴极反应为，阳极发生的反应为，转移电子数相同时，阳极产生和阴极消耗的量相同。溶液中的反应还有，，都没有对溶液中浓度产生大的影响，由此分析得出废液中只有生成会少量溶解，pH基本不变，D正确；故选C。(1)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(2)电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。(4)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。(5)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。(6)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。(7)最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。(8)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。查缺补漏练查缺补漏练5．硬水除垢可以让循环冷却水系统稳定运行。某科研团队改进了主动式电化学硬水处理技术，原理如图(R表示有机物)所示。下列说法错误是A．a端为电源正极，处理后的水垢沉积在阴极底部B．处理过程中C1-可以循环利用C．铂电极M发生的电极反应式：2Cl-+2e-=Cl2↑；2H2O+4e-=O2↑+4H+D．铂电极M处产生的H+移向铂电极N【答案】C【解析】由M极上Cl-失电子生成Cl2可知M为阳极，发生的电极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑；2H2O-4e-=O2↑+4H+，N为阴极，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-；A．由M极上Cl-失电子生成Cl2可知M为阳极，则a为电源正极，硬水中存在Mg2+、Ca2+和，阴极放电产生OH-，OH-与Mg2+结合生成Mg(OH)2，OH-与反应生成，Ca2+与结合生成CaCO3，Mg(OH)2和CaCO3主要沉降在阴极附近，故A正确；B．阳极产生氯气，氯气与水反应生成次氯酸和HCl，HClO能将有机物氧化为二氧化碳和水，HClO自身被还原为氯离子，Cl-可以循环利用，故B正确；C．铂电极M为阳极，失电子发生氧化反应，发生的电极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑；2H2O-4e-=O2↑+4H+，故C错误；D．铂电极M为阳极，N为阴极，阳离子移向阴极，则H+移向铂电极N，故D正确；故选：C。6．乙醛酸是一种重要的化工中间体，可果用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法不正确的是A．KBr在上述电化学合成过程中起电解质与反应物的作用B．阳极上的反应式为：C．制得1mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移【答案】B【解析】如图电解池，乙二酸转化为乙醛酸发生还原反应，故铅电极为阴极，反应为：+2e-+2H+=+H2O，石墨极为阳极，反应为：2Br--2e-=Br2，H+移向铅电极，OH-移向石墨极；A．KBr中Br-参与阳极反应转化为Br2，后发生反应：+Br2+2OH-=+H2O+2Br-，故在上述电化学合成过程中起电解质与催化剂的作用，A项正确；B．阳极上的反应式为：-2e-+2OH-=+H2O，B项错误；C．设：阴极区生成乙醛酸为x，阳极区生成乙醛酸为y，则x+y=1mol，根据阴极反应，阴极区生成的乙醛酸与得电子数之比为1：2，故阴极区得电子物质的量为2x，阳极区生成的乙醛酸与消耗的Br2之比为1：1，根据阳极反应，阳极区生成的乙醛酸与阳极区失电子数之比为1：2，故阳极区失电子物质的量为2y，根据得失电子守恒，2x=2y，x=y=0.5mol，故制得1mol乙醛酸理论上外电路中迁移电子的物质的量=2×0.5mol=1mol，C项正确；D．阳离子移向阴极，故双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移，D项正确；答案选B。7．工业上通过惰性电极电解Na2SO4浓溶液来制备NaOH和H2SO4，a、b为离子交换膜，装置如图所示。下列说法正确的是A．c电极与电源负极相连B．从d口得到H2SO4(aq)C．若生成1molO2，有2molNa+穿过aD．电解总反应：2Na2SO4+6H2O2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑【答案】D【解析】由图可知，c极产生氧气，发生氧化反应，故c极为阳极，则左侧电极为阴极，阳极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，阴极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，Na+通过a膜移向阴极室，SO通过b膜移向阳极室，则a膜为阳离子离子交换膜、b膜为阴离子交换膜，以此来解析；A．c极产生氧气，发生氧化反应，故c极为阳极，c电极连接电源的正极，A错误；B．左侧溶液生成NaOH，从d口流出NaOH溶液，右室有硫酸生成，硫酸从右室上口流出，B错误；C．若生成1molO2，电路中转移4mol电子，由电荷守恒可知，将有4molNa+穿过阳离子交换膜，C错误；D．左室生成氢氧化钠和氢气，右室生成氧气和硫酸，电解总反应：2Na2SO4+6H2O2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑，D正确；故选D。8．“碳中和”大背景下，一种利用Ag－Cu纳米阴极将CO2电化学转化为C2H4或C2H5OH的装置如图所示。下列说法正确的是A．M极应与外接电源的正极相连B．装置中离子透过膜为阴离子透过膜C．装置工作时，N极区SO的浓度不变(N极为石墨电极)D．M极生成乙醇的电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O【答案】D【解析】该装置为电解池装置，M极二氧化碳转变为乙烯、乙醇等，发生还原反应，故M极为阴极，N极为阳极。阴极反应：2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O、2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；阳极为水失电子生成氧气和氢离子，故氢离子通过交换膜向左移动，为阳离子交换膜。A．M极为阴极，与外接电源的负极相连，A错误；B．由分析可知，为阳离子交换膜，B错误；C．阳极水失电子，氢离子向左迁移，水减少了，硫酸根离子浓度增大，C错误；D．由分析可知生成乙醇的电极反应为2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O，D正确；故选D。一、惰性电极电解电解质溶液的四种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二、阴、阳极的判断和电解产物的分析方法1．阴、阳极的判断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2.电解产物的分析方法首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。(1)阳极：①金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；②惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子)。(2)阴极：溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋)。(3)分析电解过程的思维程序：①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。③然后排出阴、阳两极的放电顺序：电解池阴、阳两极的放电顺序3．电解池电极反应式的书写步骤与方法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。能力提升练能力提升练9．我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。某高校研究团队提出，利用TiO2基催化剂光催化还原CO2转化为甲醇，并利用产生的电能进一步电解制备新型高效净水剂Na2FeO4其原理如图所示。下列说法正确的是A．电极c为负极，发生还原反应。B．电极d的电极反应式为2H2O+4e-=O2↑+4H+C．Fe电极的电势高于Cu电极的电势D．离子交换膜n、m分别为阴、阳离子交换膜【答案】C【解析】电极c上CO2转化为甲醇其中C元素化合价降低，则c为正极，电极d上水转化为氧气，O元素化合价升高，则d为负极，与电源负极相连的是电解池的阴极，则Cu为阴极，Fe为阳极；A．电极c上CO2转化为甲醇其中C元素化合价降低，c为正极，A错误；B．电极d上水转化为氧气，O元素化合价升高，则d为负极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，B错误；C．与电源负极相连的是电解池的阴极，则Cu为阴极，Fe为阳极，则Fe电极的电势高于Cu电极的电势，C正确；D．电解池中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，则钠离子移向Cu极，n为阳离子交换膜，D错误；故选：C。10．电解含ClO2的NaCl溶液可以获得消毒剂NaClO2，该工艺尾气吸收时的反应为2ClO2+2NaOH+H2O2=2NaClO2+O2+2H2O。下列有关说法正确的是A．电解时，化学能会转化为电能和热能B．电解时，ClO2转化为ClO的反应发生在阳极C．尾气吸收生成11.2LO2时，H2O2失去1mol电子D．2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)

ΔH＜0过程中的能量变化如图所示【答案】D【解析】A．电解时是电解池，将电能转化为化学能和热能，故A错误；B．电解时，ClO2转化为ClO的反应是化合价降低的反应，发生还原反应，发生在阴极，故B错误；C．尾气吸收生成11.2LO2时，由于没有给出具体的温度和压强，无法算出物质的量，无法计算失去的电子的物质的量，故C错误；D．图象中反应物得总能量高于生成物的总能量，是放热反应，2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)ΔH＜0，反应放出热量，符合图象，故D正确；答案选D。11．通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是A．电极A为阴极，发生还原反应B．电极B的电极发应：C．电解一段时间后溶液中浓度保持不变D．电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得【答案】C【解析】A．由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；B．由电解示意图可知，电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B正确；C．电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，反应生成了Mn2+，Mn2+浓度增大，C错误；D．电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；答案选C。12．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种物质(方括号内物质)，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度的是A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O]C．NaCl[NaCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]【答案】B【解析】A．电解硝酸银溶液，总电极反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，恢复到原来的成分和浓度，需要加入Ag2O，故A错误；B．电解NaOH溶液，实质上电解水，恢复到原来的成分和浓度，需要加入一定的水，故B正确；C．电解NaCl溶液，总电极反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，恢复到原来的成分和浓度，需要通入一定量的HCl气体，故C错误；D．电解硫酸铜溶液，总电极反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，恢复到原来的成分和浓度，需要加入一定量的CuO或CuCO3，故D错误；答案为B。考点二电解原理的应用1．电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑(反应类型：氧化反应)，阴极：2H＋＋2e－=H2↑(反应类型：还原反应)。(2)总反应方程式①化学方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。②离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极碳钢网阳离子交换膜①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过②将电解槽隔成阳极室和阴极室③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量2．电镀和电解精炼铜（1）电解精炼铜—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—两极材料—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—阳极：__粗铜__,—阴极：__精铜__)),—\a\vs4\al(两极,反应)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—阳极设Zn、Fe杂质：,Zn－2e－=Zn2＋,Fe－2e－=Fe2＋,__Cu－2e－=Cu2＋__,主要反应,—阴极：__Cu2＋＋2e－=Cu__)),—应用：电解精炼铜))注意：电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。（2）电镀铜—eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—两极材料—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—阳极：__精铜__,—阴极：__待镀金属__)),—电镀液：含__Cu2＋__的电解质溶液。,—\a\vs4\al(两极,反应)—\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—阳极：__Cu－2e－=Cu2＋__,—阴极__Cu2＋＋2e－=Cu__,—应用：铁上镀铜等。)),—\a\vs4\al(特点)\a\vs4\al(阳极质量__减小__，阴极,质量__增加__)\a\vs4\al(溶液中的离子浓度__不变__)))电镀(铁制品上镀Cu)电解精炼铜阳极电极材料镀层金属铜粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu－2e－=Cu2＋Cu－2e－=Cu2＋、Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Ni－2e－=Ni2＋阴极电极材料待镀铁制品精铜电极反应Cu2＋＋2e－=Cu电解质溶液含Cu2＋的盐溶液电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥3．电冶金利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：2Na＋＋2e－=2Na冶炼镁MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑阴极：Mg2＋＋2e－=Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))4Al＋3O2↑阳极：6O2－－12e－=3O2↑阴极：4Al3＋＋12e－=4Al4．金属的腐蚀(1)金属腐蚀的本质：金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。(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条件金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质M－ne－=Mn＋M－ne－=Mn＋现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)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)腐蚀速率较快，一般极少较慢，非常普遍普遍性__吸氧__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。5．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__快__。(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。6．金属的防护(1)电化学防护①牺牲阳极保护法——原电池原理负极：比被保护金属活泼的金属；正极：被保护的金属设备。②外加电流阴极保护法——电解原理阴极：被保护的金属设备；阳极：废铁。(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。(3)加防护层，保护层可以是耐腐蚀的油漆，搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶等非金属材料，也可以是通过电镀而覆盖于被保护金属表面的耐腐蚀性较强的金属或合金，也可以运用电化学方法使金属表面钝化。基础通关练基础通关练1．利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。装置示意图序号电解质溶液实验现象①阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有②阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无元素下列说法不正确的是A．①中气体减少，推测是由于溶液中减少，且覆盖铁电极，阻碍与铁接触B．①中检测到，推测可能发生反应：C．随阴极析出，推测②中溶液减少，平衡逆移D．②中生成，使得比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密【答案】C【解析】由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极失去电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。A．由分析可知，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；B．由分析可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为，故B正确；C．由分析可知，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，平衡向正反应方向移动，故C错误；D．由分析可知，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确；故选C。2．氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂，利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜，已知粗铜中含有铁、碳锌、银等杂质。下列说法错误的是A．乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳B．电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体C．若该装置的能量转化率为80%，则当外电路有1.93×105C电量通过(法拉第常数F=9.65×104C·mol-1)时可制得115.2g的Cu2OD．由图可知装置甲中制备Cu2O的总反应方程式为2Cu+H2OCu2O+H2↑【答案】A【解析】C电极上H2O→H2，发生还原反应，则C电极为阴极，Cu电极为阳极，X电极为阴极，Y电极为阳极，b为电源正极，a为电源负极。A．X电极为阴极，Y电极为阳极，电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，所以乙池中电解后Y极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳，A项错误；B．电压过高时，Cl-会在阳极放电生成Cl2，而不会放电，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体，B项正确；C．当外电路有1.93×105C电量通过时，转移电子的物质的量为=2mol，该装置的能量转化率为80%，即有2mol80%=1.6mol的电子发生氧化还原反应，则生成Cu2O的物质的量为0.8mol，其质量为115.2g，C项正确；D．装置甲中制备Cu2O的总反应方程式为2Cu+H2OCu2O+H2↑，D项正确；答案选A。3．如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。则以下说法正确的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，其物质的量之比为1：1：2：2C．欲用(丙)装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液D．装置(丁)中Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷【答案】D【解析】根据图片知，该装置是电解池，将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明F极附近有大量氢氧根离子，由此得出F极上氢离子放电生成氢气，所以F极是阴极，则电源B极是负极，A极是正极，据此解答。A．根据以上分析可知，电源B极是负极，A极是正极，故A错误；B．甲装置中C电极上氢氧根离子放电生成氧气，D电极上铜离子放电生成铜单质，E电极上氯离子放电生成氯气，F电极上氢离子放电生成氢气，所以(甲)、(乙)装置的C、D、E、F电极均有单质生成；生成1mol氧气需要4mol电子，生成1mol铜时需要2mol电子，生成1mol氯气时需要2mol电子，生成1mol氢气时需要2mol电子，所以转移相同物质的量的电子时生成单质的物质的量之比为1：2：2：2，故B错误；C．若用(丙)装置给铜镀银，G应该是Ag，H是铜，电镀液是AgNO3溶液，故C错误；D．丁装置中Y电极是阴极，如果Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷，故D正确；故选：D。4．下列有关电化学的装置与阐述正确的是A．图A是新型可充电Na-Zn双离子电池，充电时阴极区溶液pH增大B．图B是验证NaCl溶液(含酚酞)的电解产物C．图C是外加电流法保护铁管道D．图D是电解熔融氯化铝制备金属铝【答案】A【解析】A．充电时，a极为阴极，电极反应式为[Zn(OH)4]-+4e-=Zn+4OH-，阴极区溶液的pH增大，故A正确；B．该装置目的为用碘化钾淀粉溶液检验生成的氯气，用小试管收集并检验生成的氢气，左侧电极附近溶液变红检验生成的氢氧化钠，因此左侧铁棒应作阴极，右侧电极作阳极，电流方向：阳极→阴极，图示装置电流方向有误，故B错误；C．形成电解池，铁管道连接电源正极做阳极，铁失电子铁管道被腐蚀，故C错误；D．氯化铝为共价化合物，熔融态不导电，电解熔融的氯化铝无法冶炼铝，工业电解熔融的氧化铝制取铝，故D错误；故选：A。(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＋、SOeq\o\al(2－,4)。(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。(4)电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液中Cu2＋的浓度减小。(5)粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。(6)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。(7)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。(8)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。(9)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。(10)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＋。(11)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。(12)铜暴露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。(13)两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。查缺补漏练查缺补漏练5．如下图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究“精炼铜原理”和“电镀原理”。下列说法正确的是A．一段时间后，甲装置中溶液pH升高B．丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片C．一段时间后，乙、丙中溶液浓度均不变D．甲中消耗标准状况下1.12L氧气时，理论上粗铜质量减少6.4g【答案】B【解析】A．甲装置为氢气燃料电池，电解质显碱性，总反应为2H2+O2=2H2O，反应过程中生成水，碱性减弱，pH减小，A错误；B．电镀时，镀层金属阳离子在阴极发生还原反应生成金属单质，所以丙装置中实现铁片上镀铜，b应为铁片，B正确；C．电解精炼铜时，阴极反应为Cu2++2e-=Cu，而阳极除了Cu反应还有比Cu活泼的金属如Zn、Fe等反应，所以乙装置中CuSO4溶液的浓度会发生改变，C错误；D．甲中消耗标准状况下1.12L氧气时，转移电子=0.2mol，根据电子守恒，粗铜转移电子数也应为0.2mol，但粗铜除了Cu反应还有比Cu活泼的金属如Zn、Fe等反应，故减少的质量不确定，D错误；综上所述答案为B。6．下列实验装置设计完全正确且能达到目的的是A．用图1装置在铁件上镀铜B．用图2装置尾气处理氨气并防倒吸C．用图3装置探究铁的吸氧腐蚀D．用图4装置测定H2O2生成O2的速率【答案】C【解析】A．在铁件上镀铜需将铜作阳极，镀件作阴极，故图1装置阴极和阳极接反了，A错误；B．NH3极易溶于水和硫酸中，用图2装置可以尾气处理氨气，但不能防倒吸，B错误；C．可以用图3装置探究铁的吸氧腐蚀，发生的现象为红墨水上升形成倒吸，C正确；D．由于长颈漏斗下端未形成液封，产生的H2可以从长颈漏斗中逸出，故不能用图4装置测定H2O2生成O2的速率，D错误；故答案为：C。7．电解精炼铜的阳极泥中提取硒(Se)的主要原理如下：反应1：反应2：下列说法错误的是A．反应1中产生时，转移B．由反应2可知氧化性：C．电解精炼铜时，溶液作电解质溶液D．反应1的产物经水溶、过滤，将所得滤液酸化后，可得到含的溶液【答案】A【解析】A．反应1：中氧由0价降为-2价，共变8价，标准状况下产生1molCO2时，转移，没有指明状态，故A错误；B．由反应2：氧化剂是亚硒酸，氧化产物是硫酸，可知氧化性：，故B正确；C．电解精炼铜时，溶液作电解质溶液，故C正确；D．反应1的产物经水溶、过滤，除去氧化铜，将所得滤液酸化后，可得到含的溶液，故D正确；故选A。8．厌氧腐蚀是指在缺乏氧气的深层潮湿土壤中，存在的硫酸盐还原菌会附着在钢管表面促进钢铁的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法错误的是。A．厌氧腐蚀属于化学腐蚀B．负极的电极反应式：Fe-2e-=Fe2+C．每生成1molFeS，最终转移的电子数为8NAD．镀锌钢管破损后仍能减缓钢管的腐蚀【答案】A【解析】A．钢管中含有碳元素，铁、碳与潮湿的土壤形成原电池，则厌氧腐蚀属于电化学腐蚀，A项错误；B．根据图像可知，铁失去电子生成亚铁离子，发生氧化反应，作负极，电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，B项正确；C．硫酸根离子变为硫离子时，转移8个电子，则每生成1molFeS，最终转移的电子数为8NA，C项正确；D．镀锌的钢管破损后锌比铁活泼，锌作负极，保护铁不被腐蚀，D项正确；答案选A。一、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。二、电化学的计算技巧原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时，可运用以下基本方法：(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)根据电子守恒计算。①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物在相同电量时的计算，其依据是各电极上转移的电子数相等。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4mole－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为金属离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用，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来计算电路中通过的电量。能力提升练能力提升练9．2018年10月23日，全球最长跨海大桥——港珠澳大桥正式开通。港珠澳大桥全长近50 km，除去隧道部分，海中桥梁长度约为23 km，由将近1500根钢管复合桩支撑起来。下列说法正确的是A．钢管桩在海水中主要发生析氢腐蚀B．钢管桩在海水中的腐蚀速率比在河水中的慢C．在海水区安装铝块做牺牲阳极，可以保护泥下区钢管D．钢管表面的环氧树脂涂料属于新型无机非金属材料【答案】C【解析】A．海水呈中性，钢管在海水中主要发生吸氧腐蚀，A项错误；B．与河水相比，海水中的电解质(如NaCl)浓度较大，金属腐蚀速率更快，B项错误；C．铝比铁活泼，安装在海水区能和钢管构成原电池，铝块为负极，钢管为正极，则钢管受到保护，C项正确；D．环氧树脂涂料属于有机物，不是新型无机非金属材料，D项错误；答案选C。10．“国之重器”之一—曾侯乙编钟，是战国早期的青铜编钟，主要由铜锡合金冶炼铸造而成，保存完好。下列有关说法不正确的是A．锡青铜的熔点比纯铜低B．在自然环境中，锡青铜中的铜可对锡起保护作用C．青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中快D．锡青铜表面生成覆盖物的过程属于电化学腐蚀【答案】B【解析】A．锡青铜属于合金根据合金的特性，熔点比任何一种纯金属的低，故A正确；B．由于锡比铜活泼，故在发生电化学腐蚀时，锡失电子保护铜，故B错误；C．潮湿的环境将会加快金属的腐蚀速率，故C正确；D．青铜是铜锡合金，在潮湿的环境下形成原电池，锡做负极，铜做正极，故生成Cu2(OH)3Cl是电化学腐蚀的过程，故D正确；故选：B。11．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A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥【答案】C【解析】由装置图可知，②③④是原电池，装置②④中铁为负极，且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀的速度越快，因此④>②，装置③中铁作正极，被保护，所以④>②>③，装置⑤⑥是电解池，⑤中铁作阳极，⑥中铁作阴极，阳极金属腐蚀速度快，阴极被保护，因此⑤>⑥，又因电解池引起的腐蚀速度>原电池引起的腐蚀速度>化学腐蚀速度>有防护措施的腐蚀速度，因此可得铁被腐蚀的速度大小关系为：⑤④②①③⑥，答案选C。12．科学家最近采用石墨烯为电极材料设计一种新型绿色处理尾气中NH3的方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示。下列说法错误的是。A．上述装置工作时，H+向阴极迁移，阳极上发生氧化反应B．阴极区反应包括Fe3++e-=Fe2+、4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2OC．电解总反应为4NH3+3O2=2N2+6H2OD．电路上转移0.3mol电子，理论上处理3.4g氨气【答案】D【解析】Fe3+得电子生成Fe2+，发生还原反应，在电解池的阴极，Fe2+被O2氧化又生成Fe3+和H2O；NH3失去电子生成N2，发生氧化反应，在电解池的阳极。A．在电解池中，阳离子向阴极迁移，故H+向阴极迁移，阳极上发生氧化反应，A项正确；B．据分析，阴极区发生的电极反应为Fe3++e-=Fe2+，O2氧化亚铁离子，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O，B项正确；C．阳极区发生的反应为2NH3-6e-=N2+6H+，结合B项详解，将阴、阳极区反应相加得到总反应式，C项正确；D．根据2NH3~N2~6e-，转移0.3mol电子，理论上处理0.1molNH3，相当于1.7gNH3，D项错误；故选D。多池组合电池类型的判断方法1．有外接电源电极类型的判断方法有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。2．无外接电源电池类型的判断方法(1)直接判断非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。(3)根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。学霸高手练学霸高手练13．某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和NaCl溶液的实验，装置如下图所示，下列说法正确的是A．甲烷燃料电池工作时，负极的电极反应为：B．电极b上得到的是Cl2C．标准状况下，每个电池通入且完全反应，理论上最多能得到D．若将电极a的石墨棒换成Fe棒，NaCl溶液中发生的总反应式为：【答案】A【解析】燃料电池中通入燃料一极为负极，通入O2一极为正极，与负极相连的b为电解池阴极，正极相连的a为电解池阳极，据此可分析解答。A．甲烷燃料电池工作时，负极甲烷失电子被氧化，电极反应为：CH4−8e−+10OH−=7H2O+，A选项正确；B．b连接通入CH4的燃料电池的负极，b为阴极，H2O中H+在此得电子被还原为H2，B选项错误；C．根据电子得失守恒可知CH4~~8e-~4H2，所以标准状况下，每个电池通入1LCH4且完全反应，理论上最多能得到4LH