資源簡介

第29講　電解池　金屬的電化學腐蝕與防護
[課程標準]　1.理解電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應和總反應方程式。2.了解金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。
考點一　電解原理
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1．電解和電解池
(1)電解：在電流作用下，電解質在兩個電極上分別發生氧化反應和還原反應的過程。
(2)電解池：電能轉化為化學能的裝置。
(3)電解池的構成
①有與電源相連的兩個電極。
②電解質溶液(或熔融電解質)。
③形成閉合回路。
2．電解池的工作原理(以惰性電極電解CuCl2溶液為例)
總反應離子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
特別提醒：電子和離子的移動遵循“電子不下水，離子不上線”。
3．陰、陽兩極上放電順序
(1)陰極：(與電極材料無關)。氧化性強的先放電，放電由難到易的順序為K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋、Sn2＋、Pb2＋、H＋、Cu2＋、Fe3＋、Ag＋；
(2)陽極：若是活性電極作陽極，則活性電極首先失電子，發生氧化反應。若是惰性電極作陽極，放電由易到難的順序為S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根離子(NO、SO、CO)、F－。
注意：?、訇帢O不管是什么材料，電極本身一般都不反應，一般是溶液(或熔融電解質)中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序為：陽極：Cl－＞OH－；陰極：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。③電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電。
4．分析電解過程的思維模型
[正誤辨析]　
(1)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色(　　)
(2)電解質溶液的導電過程就是電解質溶液被電解的過程(　　)
(3)電解鹽酸、硫酸溶液等，H＋放電，溶液的pH逐漸增大(　　)
(4)用Cu作電極電解鹽酸可發生Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑(　　)
(5)某些不能自發進行的氧化還原反應，通過電解可以實現(　　)
(6)電解過程中電子流動方向為負極→陰極→電解質溶液→陽極→正極(　　)
答案：　(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×
學生用書?第141頁
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一、利用電解的思維模型分析電解的規律
1．惰性電極電解電解質溶液的四種類型
(1)電解水型
電解質類型 電極反應式及總反應式 電解質溶液濃度 溶液pH 電解質溶液復原
含氧酸，如H2SO4 陰極：4H＋＋4e－===2H2↑陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O總反應式：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 減小 加水
可溶性強堿，如NaOH 增大
活潑金屬的含氧酸鹽，如KNO3 不變
(2)電解電解質型
電解質類型 電極反應式及總反應式 電解質溶液濃度 溶液pH 電解質溶液復原
無氧酸，如HCl 陰極：2H＋＋2e－===H2↑陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑總反應式：2HClH2↑＋Cl2↑ 減小 增大 通入HCl
不活潑金屬無氧酸鹽，如CuCl2 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑總反應式：CuCl2Cu＋Cl2↑ 加CuCl2固體
(3)放H2生堿型
電解質(水溶液) 電極反應式及總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原
活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl、KCl) 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：2H＋＋2e－===H2↑總反應式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新電解質 增大 通入HCl氣體
(4)放O2生酸型
電解質(水溶液) 電極反應式及總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原
不活潑金屬的含氧酸鹽[如CuSO4、Cu(NO3)2] 陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu總反應式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新電解質 減小 加CuO或CuCO3
2.根據金屬活動性順序表，Cu和稀H2SO4不反應，怎樣根據電化學的原理實現Cu和稀H2SO4反應產生H2
答案：　Cu作陽極，C作陰極，稀H2SO4作電解質溶液，通入直流電就可以實現該反應。電極反應式為陽極：Cu－2e－===Cu2＋，陰極：2H＋＋2e－===H2↑?？偡磻剑篊u＋2H＋Cu2＋＋H2↑。
3．若用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后，需加入98 g Cu(OH)2固體，才能使電解質溶液復原，則這段時間，整個電路中轉移的電子數為 。
解析：　方法一：98 g Cu(OH)2的物質的量為1 mol，相當于電解了1 mol 的CuSO4后，又電解了1 mol的水，所以轉移的電子數為2NA＋2NA＝4NA。
方法二：可以認為整個電路中轉移的電子數與Cu(OH)2的O2－失電子數相等，共4NA。
答案：4NA
二、利用電解的思維模型書寫電極反應式
4．按要求書寫電極反應式和總反應方程式：
(1)用惰性電極電解MgCl2溶液
陽極反應式： ；
陰極反應式： ；
總反應離子方程式： 。
(2)用Al作電極電解NaOH溶液
陽極反應式： ；
陰極反應式： ；
總反應離子方程式： 。
答案：　(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
5．某水溶液中含有等物質的量濃度的Cu(NO3)2和NaCl，用惰性電極對該溶液進行電解，分階段寫出電解反應的化學方程式。
解析：　第一階段　陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：Cu2＋＋2e－===Cu
第二階段　陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu
陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
第三階段　陰極：4H＋＋4e－===2H2↑
陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
將電極反應式合并可得電解反應的化學方程式。
答案：　第一階段的反應：CuCl2Cu＋Cl2↑
第二階段的反應：2Cu(NO3)2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HNO3
第三階段的反應：2H2O2H2↑＋O2↑
6．整合有效信息書寫電極反應
(1)硫化氫的轉化是資源利用和環境保護的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質有多種方法。
學生用書?第142頁
將用燒堿吸收H2S后所得的溶液加入如圖所示的電解池的陽極區進行電解。電解過程中陽極區發生如下反應：
S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S
①寫出電解時陰極的電極反應式： 。
②電解后陽極區的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質，其離子方程式可寫成 。
(2)電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示，為使電解產物全部轉化為NH4NO3，需補充物質A，A是 ，說明理由： 。
解析：　(1)①電解時，陰極區溶液中的陽離子放電，即水溶液中的H＋放電生成H2。②由題給反應可知，陽極區生成了S，S可以理解為(n－1)S＋S2－，加入稀硫酸生成S單質和H2S氣體。
(2)根據電解NO制備NH4NO3的工作原理示意圖知：陰極反應式為3NO＋15e－＋18H＋===3NH＋3H2O，陽極反應式為5NO－15e－＋10H2O===5NO＋20H＋，總反應式為8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，為了使電解產生的HNO3全部轉化為NH4NO3，應補充NH3。
答案：　(1)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
(2)NH3　根據總反應：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，電解產生的HNO3多，應補充NH3
做到“三看”，正確書寫電極反應式
1．一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注：Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。
2．二看介質，介質是否參與電極反應。
3．三看電解質狀態，若是熔融狀態，就是金屬的冶煉?！　?br/>考點二　電解原理的應用
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1．電解飽和食鹽水
(1)電極反應
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(反應類型：氧化反應)，
陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(反應類型：還原反應)。
(2)總反應離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)應用：氯堿工業制燒堿、氫氣和氯氣
裝置 離子交換膜電解槽
陽極 鈦網(涂有鈦、釕等氧化物涂層)
陰極 碳鋼網
陽離子交換膜 ①只允許陽離子通過，能阻止陰離子和氣體通過②將電解槽隔成陽極室和陰極室
2.電鍍銅
3．電解精煉銅
(1)電極材料：陽極為粗銅；陰極為純銅。
(2)電解質溶液：含Cu2＋的鹽溶液。
(3)電極反應：
陽極：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
陰極：Cu2＋＋2e－===Cu。
4．電冶金
(1)冶煉鈉
電解方程式：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑；
陰極：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶煉鋁
電解方程式：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
學生用書?第143頁
陽極：6O2－－12e－===3O2↑；
陰極：4Al3＋＋12e－===4Al。
[正誤辨析]
(1)在鍍件上電鍍銅時，也可以用惰性材料作陽極，用硫酸銅溶液作電解液(　　)
(2)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料(　　)
(3)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質溶液中c(Cu2＋)均保持不變(　　)
(4)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3(　　)
(5)電解精煉時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料(　　)
(6)用Zn作陽極，Fe作陰極，ZnCl2作電解質溶液，由于放電順序H＋>Zn2＋，不可能在鐵上鍍鋅(　　)
答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)×
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一、氯堿工業
1．氯堿工業以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產品。如圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過。
完成下列填空：
(1)寫出電解飽和食鹽水的離子方程式： 。
(2)離子交換膜的作用為 。
(3)精制飽和食鹽水從圖中 (選填“a”“b”“c”或“d”)位置補充，氫氧化鈉溶液從圖中 位置流出。
答案：　(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)能得到純度更高的氫氧化鈉溶液、阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發生反應
(3)a　d
二、電解精煉、電鍍、電冶金
2．金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述中正確的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　)
A.陽極發生還原反應，其電極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni
B.電解過程中，陽極質量的減少量與陰極質量的增加量相等
C．電解后，溶液中存在的陽離子只有Fe2＋和Zn2＋
D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt
D　[電解時，陽極Zn、Fe、Ni失去電子，發生氧化反應，A項錯誤；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故陰極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni，可見，陽極質量減少是因為Zn、Fe、Ni溶解，而陰極質量增加是因為Ni析出，B項錯誤；電解后溶液中的陽離子除Fe2＋和Zn2＋外，還有Ni2＋和H＋，C項錯誤。]
3．以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是(　　)
A．未通電前上述鍍鋅裝置可構成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程
B．因部分電能轉化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系
C．電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率
D．鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護作用
C　[電鍍前，Zn與Fe構成原電池，Zn為負極，Fe為正極，電鍍時，Fe為陰極，Zn為陽極，原電池充電時，原電池負極為陰極、正極為陽極，故不屬于原電池的充電過程，A錯誤；根據電子守恒，通過電子的電量與析出Zn的量成正比，B錯誤；電流恒定，單位時間通過的電子的物質的量恒定，即電解速率恒定，C正確；鍍層破損后，Zn與Fe仍能構成原電池，其中Zn為負極被腐蝕，Fe為正極被保護，D錯誤。]
4．研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF2 CaO作電解質，利用圖示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑還原二氧化鈦制備金屬鈦。下列說法中正確的是(　　)
A．將熔融CaF2 CaO換成Ca(NO3)2溶液也可以達到相同目的
B．陽極的電極反應式為：C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量減少
D．石墨為陰極
B　[電解Ca(NO3)2溶液，陰極上生成H2，而不是金屬Ca，A錯誤；由題圖可知，石墨為陽極，陽極上的電極反應式為C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正確，D錯誤；鈦網電極是陰極，陰極上的電極反應式為：2Ca2＋＋4e－===2Ca，鈣還原二氧化鈦反應方程式為：2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，由電子守恒、鈣原子守恒知CaO的總量不變，C錯誤。]
學生用書?第144頁
考點三　金屬的腐蝕與防護
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1．金屬腐蝕的本質
金屬原子失去電子變為金屬陽離子，金屬發生氧化反應。
2．化學腐蝕與電化學腐蝕
類型 化學腐蝕 電化學腐蝕
反應物 金屬、干燥的氣體或非電解質 不純金屬、電解質溶液
反應類型 直接發生化學反應 原電池反應
有無電流產生 無 有
實質 金屬原子失電子被氧化
3.電化學腐蝕的分類(鋼鐵腐蝕)
類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
水膜性質 酸性 弱酸性、中性或堿性
負極反應 Fe－2e－===Fe2＋
正極反應 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
總反應 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
聯系 吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍
4.金屬的防護
(1)犧牲陽極法利用原電池原理。
(2)外加電流法利用電解池原理。
(3)改變金屬內部結構→如制成不銹鋼。
(4)加保護層→如電鍍、噴漆、覆膜等。
[正誤辨析]
(1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣(　　)
(2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物(　　)
(3)鋼鐵發生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋(　　)
(4)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用(　　)
(5)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕(　　)
(6)鐵表面鍍鋅可增強其抗腐蝕性(　　)
答案：　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
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一、金屬腐蝕的類型及比較
1．實驗探究(如圖所示)
(1)若棉團浸有NH4Cl溶液，鐵釘發生 腐蝕，正極反應式為 ，
右試管中現象是 。
(2)若棉團浸有NaCl溶液，鐵釘發生 腐蝕，正極反應式為 ，
右試管中現象是 。
答案：　(1)析氫　2H＋＋2e－===H2↑　有氣泡冒出
(2)吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　導管內液面上升
2．如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為 。
解析：　②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護；②④中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故Fe Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。
答案：?、茛堍冖佗邰?br/>金屬腐蝕快慢的規律
1．對同一電解質溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕。
2．對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質溶液中＞弱電解質溶液中＞非電解質溶液中。
3．活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快
4．對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，金屬腐蝕越快?！　?br/>學生用書?第145頁
二、金屬腐蝕的防護
3．港珠澳大橋設計使用壽命為120年，對橋體鋼構件采用了多種防腐方法。下列分析錯誤的是(　　)
A．防腐原理主要是避免發生反應：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
B．鋼構件表面噴涂環氧樹脂涂層，是為了隔絕空氣、水等防止形成原電池
C．采用外加電流法時需外接鎂、鋅等作輔助陽極
D．鋼構件可采用不銹鋼材料以減緩電化學腐蝕
C　[該橋體鋼構件主要發生吸氧腐蝕，吸氧腐蝕的總反應為2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，防腐原理主要是避免發生該反應，A項正確；鋼構件表面噴涂環氧樹脂涂層，目的是將鋼構件與空氣、水隔絕，防止形成原電池，發生吸氧腐蝕，B項正確；采用犧牲陽極法時需外接鎂、鋅等作輔助陽極，采用外加電流法時需要外接電源，C項錯誤；鋼構件采用不銹鋼材料，可以減緩電化學腐蝕，D項正確。]
4．利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。
為減緩鐵的腐蝕：
(1)若開關K置于N處，則X應為 ，該電化學防護法為 。
(2)若開關K置于M處，則X應為 ，該電化學防護法稱為 。
答案：　(1)碳棒或Pt等惰性電極　外加電流法　(2)比鐵活潑的金屬Zn等　犧牲陽極法
真題演練　明確考向
1．(2022·廣東卷)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現Al的再生。該過程中(　　)
A．陰極發生的反應為Mg－2e－===Mg2＋
B．陰極上Al被氧化
C．在電解槽底部產生含Cu的陽極泥
D．陽極和陰極的質量變化相等
C　[根據電解原理可知，電解池中陽極發生失電子的氧化反應，陰極發生得電子的還原反應，該題中以熔融鹽為電解液，含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，通過控制一定的條件，從而可使陽極區Mg和Al發生失電子的氧化反應，分別生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不參與反應，陰極區Al3＋得電子生成Al單質，從而實現Al的再生，據此分析解答。A.陰極應該發生得電子的還原反應，實際上Mg在陽極失電子生成Mg2＋，A錯誤；B.Al在陽極上被氧化生成Al3＋，B錯誤；C.陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應，在電解槽底部可形成陽極泥，C正確；D.因為陽極除了鋁參與電子轉移，鎂也參與了電子轉移，且還會形成陽極泥，而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質，根據電子轉移數守恒及元素守恒可知，陽極與陰極的質量變化不相等，D錯誤。]
2．(2022·北京卷)利用下圖裝置進行鐵上電鍍銅的實驗探究。
裝置示意圖 序號 電解質溶液 實驗現象
① 0.1 mol/L CuSO4＋少量H2SO4 陰極表面有無色氣體，一段時間后陰極表面有紅色固體，氣體減少。經檢驗電解液中有Fe2＋
② 0.1 mol/L CuSO4＋過量氨水 陰極表面未觀察到氣體，一段時間后陰極表面有致密紅色固體。經檢驗電解液中無Fe元素
下列說法不正確的是(　　)
A．①中氣體減少，推測是由于溶液中c(H＋)減少，且Cu覆蓋鐵電極，阻礙H＋與鐵接觸
B．①中檢測到Fe2＋，推測可能發生反應：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
C．隨陰極析出Cu，推測②中溶液c(Cu2＋)減少，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移
D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu緩慢析出，鍍層更致密
C　[由實驗現象可知，實驗①時，鐵作電鍍池的陰極，鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應生成亞鐵離子、氫氣和銅，一段時間后，銅離子在陰極得到電子發生還原反應生成銅；實驗②中銅離子與過量氨水反應生成四氨合銅離子，四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發生還原反應生成銅，在鐵表面得到比實驗①更致密的鍍層。A.由分析可知，實驗①時，鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應，當溶液中氫離子濃度減小，反應和放電生成的銅覆蓋鐵電極，阻礙氫離子與鐵接觸，導致產生的氣體減少，故A正確；B.由分析可知，實驗①時，鐵作電鍍池的陰極，鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應生成亞鐵離子、氫氣和銅，可能發生的反應為Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故B正確；C.由分析可知，四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發生還原反應生成銅，隨陰極析出銅，四氯合銅離子濃度減小，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡向正反應方向移動，故C錯誤；D.由分析可知，實驗②中銅離子與過量氨水反應生成四氨合銅離子，四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發生還原反應生成銅，在鐵表面得到比實驗①更致密的鍍層，故D正確。]
3．(2020·浙江1月選考)在氯堿工業中，離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖如下，下列說法不正確的是(　　)
A．電極A為陽極，發生氧化反應生成氯氣
B．離子交換膜為陽離子交換膜
C．飽和NaCl從a處進，NaOH溶液從d處出
D．OH－遷移的數量等于導線上通過電子的數量
D　[氯堿工業中的總反應為2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑；電解池中陽極失電子發生氧化反應，氯堿工業中Cl2為氧化產物，所以電極A為陽極，電極B為陰極，據此作答。A.根據分析可知電極A為陽極，發生氧化反應生成氯氣，正確；B.陽極發生的方程式為：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，為了防止生成的氯氣與氫氧化鈉發生反應，氫氧化鈉要從d口流出，所以要防止OH－流向陽極即電極A，該離子交換膜為陽離子交換膜，正確；C.根據B選項的分析可知飽和NaCl從a處進，NaOH溶液從d處出，正確；D.因為有陽離子交換膜的存在，OH－不發生遷移，Na＋遷移到B電極，錯誤。]
4．(北京卷)驗證犧牲陽極的陰極保護法，實驗如下(燒杯內均為經過酸化的3%NaCl溶液)。
① ② ③
在Fe表面生成藍色沉淀 試管內無明顯變化 試管內生成藍色沉淀
學生用書?第146頁
下列說法不正確的是(　　)
A．對比②③，可以判定Zn保護了Fe
B．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化
C．驗證Zn保護Fe時不能用①的方法
D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑
D　[實驗②中加入K3[Fe(CN)6]溶液，溶液無變化，說明溶液中沒有Fe2＋；實驗③中加入K3[Fe(CN)6]溶液生成藍色沉淀，說明溶液中有Fe2＋，A項正確；對比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再與K3[Fe(CN)6]反應生成藍色沉淀，B項正確；由以上分析可知，驗證Zn保護Fe時，可以用②③做對比實驗，不能用①的方法，C項正確；K3[Fe(CN)6]可將單質鐵氧化為Fe2＋，Fe2＋與K3[Fe(CN)6]生成藍色沉淀，附著在Fe表面，無法判斷鐵比銅活潑，D項錯誤。]
5．(全國高考真題)支撐海港碼頭基礎的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是(　　)
A．通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零
B．通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁
C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流
D．通入的保護電流應該根據環境條件變化進行調整
C　[本題使用的是外加電流的陰極保護法，鋼管樁與電源的負極相連，被保護。A.外加強大的電流可以抑制金屬電化學腐蝕產生的電流，從而保護鋼管樁，A正確；B.通電后，被保護的鋼管樁作陰極，高硅鑄鐵作陽極，因此外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁，B正確；C.高硅鑄鐵為惰性輔助陽極，只起導電作用，所以高硅鑄鐵不損耗，C錯誤；D.通過外加電流抑制金屬電化學腐蝕產生的電流，因此通入的保護電流應該根據環境條件變化進行調整 ，D正確。]
課時精練(二十九)　電解池　金屬的電化學腐蝕與防護
(本欄目內容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)
1．港珠澳大橋設計壽命為120年，對橋體鋼制構件采用了多種防腐措施，下列防腐措施錯誤的是(　　)
A．用導線與石墨相連
B．用導線與電源負極相連
C．鋼制構件上焊接鋅塊
D．表面噴涂分子涂層
A　[A項，石墨、Fe和電解質溶液構成原電池，Fe作負極加速被腐蝕，錯誤；B項，將鐵和電源負極相連時，Fe作陰極而被保護，正確；C項，為犧牲陽極法，正確；D項，為增加防護層，正確。]
2．四個電解裝置都以Pt作電極，它們分別裝有如下電解質溶液，電解一段時間后，測定其pH變化，所記錄的結果正確的是(　　)
選項 A B C D
電解質溶液 HCl AgNO3 KOH BaCl2
pH變化 減小 增大 增大 不變
C　[電解鹽酸，溶質HCl的量減少，溶劑的量不變，所以酸性減弱，pH增大，A項錯誤；電解硝酸銀溶液生成硝酸、金屬銀和氧氣，溶液酸性增強，pH減小，B項錯誤；電解氫氧化鉀溶液的實質是電解水，溶質的量不變，溶劑的量減少，溶液堿性增強，pH增大，C項正確；電解氯化鋇溶液得到氫氧化鋇、氫氣和氯氣，溶液堿性增強，pH增大，D項錯誤。]
3.利用如圖所示裝置，當X、Y選用不同材料時，可將電解原理廣泛應用于工業生產。下列說法中正確的是(　　)
A．氯堿工業中，X、Y均為石墨，X附近能得到氫氧化鈉
B．銅的精煉中，X是純銅，Y是粗銅，Z是CuSO4
C．電鍍工業中，X是待鍍金屬，Y是鍍層金屬
D．外加電流法中，Y是待保護金屬
D　[根據題圖可知，X為陽極，Y為陰極，電解飽和食鹽水時，陰極區得到H2和NaOH，所以Y附近得到氫氧化鈉，故A錯誤；銅的電解精煉，應用粗銅作陽極，純銅作陰極，所以X是粗銅，Y是純銅，故B錯誤；電鍍時，應以鍍層金屬作陽極、待鍍金屬作陰極，所以X是鍍層金屬，Y是待鍍金屬，故C錯誤。]
4．某電化學裝置如圖所示，a、b分別接直流電源兩極。下列說法正確的是(　　)
A．電解質溶液中電子從B極移向A極
B．若B為粗銅，A為精銅，則溶液中c(Cu2＋)保持不變
C．若A、B均為石墨電極，則通電一段時間后，溶液pH增大
D．若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數相等
D　[電解質溶液通過離子移動導電，電解質溶液中沒有電子移動，故A錯誤；若B為粗銅，A為精銅，電解質溶液是硫酸銅溶液，該裝置為電解精煉銅裝置，粗銅中有鐵鋅等雜質，溶液中c(Cu2＋)略減小，故B錯誤；若A、B均為石墨電極，電解總反應式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，則通電一段時間后，溶液pH減小，故C錯誤；根據電子守恒，陰極、陽極轉移電子數一定相等，若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數相等，故D正確。]
5．如圖所示，x、y分別是直流電源的兩極，通電后發現a極板質量增加，b極板處有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是(　　)
選項 a極板 b極板 x電極 z溶液
A 鋅 石墨 負極 CuSO4
B 石墨 石墨 負極 NaOH
C 銀 鐵 負極 AgNO3
D 銅 石墨 負極 CuCl2
A　[由題意知a極板質量增加，a應為陰極，則b為陽極，x為電源負極，y為電源正極，參考各個選項知，A項符合，電解時，a極板有Cu附著，b極板有O2放出；B項不符合，電解時a極板無質量變化；C項不符合，陽極為Fe，為活性電極，電解時Fe在陽極放電溶解，無氣體生成；D項不符合，電解時，Cl－在陽極放電生成Cl2，Cl2為黃綠色有刺激氣味的氣體。]
6．如圖為電解裝置示意圖。下列電解目的不能實現的是(　　)
選項 電極材料 電解質溶液 電解目的
A a.銅，b.碳棒 飽和食鹽水 制取Cl2、NaOH和H2
B a.銀，b.鐵 AgNO3溶液 鐵上鍍銀
C a.粗銅，b.精銅 CuSO4溶液 電解精煉銅
D a.碳棒，b.銅 K2SO4稀溶液 制取少量O2和H2
A　[由題圖可知，該裝置為電解池，且a端接電源正極，為電解池的陽極，b為陰極。A.銅作陽極，自身放電產生Cu2＋，此時溶液中Cl－無法放電，故不能得到氯氣，A符合題意；B.鍍銀時，Fe為鍍件，Ag為鍍層金屬，鍍件作陰極被保護，則陽極為銀，陰極為鐵，電解質為AgNO3溶液，故B可以實現，不符合題意；C.電解精煉粗銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，電解質溶液為可溶性的銅鹽，故C可以實現，不符合題意；D.碳棒為陽極，銅作陰極，則此時陽極為H2O電離出的OH－放電生成O2，陰極為H2O電離出的H＋放電生成H2，故D可以實現，不符合題意。]
7．粗銀中含有Cu、Pt等雜質，用電解法以硝酸銀為電解質提純銀。下列說法正確的是(　　)
A．粗銀與電源負極相連
B．陰極反應式為：Ag＋＋e－===Ag
C．Cu、Pt在陽極區中沉積
D．電解液中c(Ag＋)濃度先增大后減小
B　[電解法精煉粗銀，粗銀作陽極，Ag失電子生成Ag＋、Cu失電子生成Cu2＋，Pt為惰性金屬成為陽極泥，由得電子能力：Ag＋＞Cu2＋，陰極為Ag＋得電子生成Ag；A.用電解法精煉粗銀，銀單質失電子生成銀離子，發生氧化反應，粗銀與電源正極相連，故A錯誤；B.由得電子能力：Ag＋＞Cu2＋，陰極為Ag＋得電子生成Ag，陰極電極反應式為Ag＋＋e－===Ag，故B正確；C.粗銀作陽極，Cu失電子生成Cu2＋，Pt為惰性金屬成為陽極泥，故C錯誤；D.電解精煉銀時，粗銀中比銀活潑的銅會先失電子形成離子進入溶液，Ag再失電子生成Ag＋進入溶液，但陰極Ag＋生成Ag的量更多，則電解液中c(Ag＋)濃度不可能增大，故D錯誤。]
8．水是魚類賴以生存的環境，較好的水質能減少魚類疾病的發生，更有利于魚類的生長和生存。世界水產養殖協會網介紹了一種利用電化學原理凈化魚池中水質的方法，其裝置如圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．Y為電源的正極
B．陰極反應式為2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
C．將該裝置放置于高溫下，可以提高其凈化效率
D．若BOD為葡萄糖(C6H12O6)，則1 mol葡萄糖被完全氧化時，理論上電極上流出22 mol e－
B　[從裝置圖中可知，X電極連接的電極上發生的反應是微生物作用下BOD、H2O生成CO2，Y電極連接的電極上，微生物作用下，硝酸根離子生成了氮氣，氮元素化合價降低，發生還原反應，為電解池的陰極，則Y為負極，X為正極，故A錯誤；陰極是硝酸根離子生成了氮氣，氮元素化合價降低，發生還原反應，陰極反應式為2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，故B正確；若該裝置在高溫下進行，催化劑微生物被滅活，則凈化效率將降低，故C錯誤；若BOD為葡萄糖(C6H12O6)，則1 mol葡萄糖被完全氧化時，碳元素化合價由0價變化為＋4價，理論上電極上流出電子的物質的量：4×6 mol＝24 mol，故D錯誤。]
9．(2022·廣東省深圳市高三下學期第二次調研)一種清潔、低成本的三步法氯堿工藝工作原理的示意圖如圖。下列說法不正確的是(　　)
A.與傳統氯堿工藝相比，該方法可避免使用離子交換膜
B.第一步中陽極反應為：Na0.44MnO2－xe－===Na0.44－xMnO2＋xNa＋
C.第二步中，放電結束后，電解質溶液中NaCl的含量增大
D.理論上，每消耗1 mol O2，可生產4 mol NaOH和2 mol Cl2
C　[傳統氯堿工藝電解飽和食鹽水，使用陽離子交換膜，與傳統氯堿工藝相比，該方法可避免使用離子交換膜，故A正確；根據題圖，第一步中陽極反應為：Na0.44MnO2－xe－===Na0.44－xMnO2＋xNa＋，故B正確；第二步中，放電結束后，Na0.44－xMnO2＋xNa＋＋xe－===Na0.44MnO2，Ag－e－＋Cl－===AgCl，電解質溶液中NaCl的含量降低，故C錯誤；理論上，每消耗1 mol O2，轉移4 mol電子，第一步生成4 mol NaOH，根據鈉守恒，第二步提取4 mol NaCl，第三步生成2 mol Cl2，故D正確。]
10．關于金屬的腐蝕與防護，下列說法正確的是(　　)
A．圖①：鐵絲發生吸氧腐蝕
B．圖②：M可用石墨代替
C．圖③：若電源斷開閘門發生吸氧腐蝕
D．圖③：N不可選石墨
C　[A.鐵絲發生吸氧腐蝕也需要水參加，圖①干燥的空氣中沒有水分不易形成原電池，很難發生吸氧腐蝕，故A錯誤；B.圖②采用的是犧牲陽極法，金屬M必須比鐵活潑才可以，則M不可用石墨代替，故B錯誤；C.圖③采用的是外加電流法，若電源斷開，則鋼鐵閘門和周圍的海水形成原電池，發生的是吸氧腐蝕，故C正確；D.圖③采用的是外加電流法，輔助電極N為陽極，可以是惰性電極石墨，則N可選石墨，故D錯誤。]
11．(2022·江西撫州模擬預測)含可鈍化金屬的工業管道或反應器，由于會被內部溶液腐蝕，通過外接電源而鈍化，稱之為陽極保護法。如圖是某金屬外接電勢與電流密度的變化關系，下列有關說法正確的是(　　)
A．陽極保護法中受保護的金屬外接電源的負極
B．電流密度越大，金屬受保護程度越好
C．CFD區，金屬受到保護
D．外接電勢越高，對金屬保護性越有效
C　[A.金屬從活態向鈍態的轉變叫鈍化，而通過外接電源而鈍化的陽極保護法，指的是使受保護的金屬作為陽極，通過外加電流使陽極鈍化，電位強烈正移，腐蝕速率大幅度降低，所以，陽極保護法中受保護的金屬外接電源的正極，A錯誤；B.IM代表的是金屬鈍化的難易程度，即開始的時候電流密度越大，此時金屬溶解，表示金屬越難鈍化，所以并非電流密度越大，金屬受保護程度越好，B錯誤；C.當外接電勢超過EB后，金屬開始鈍化，從EC到ED都是金屬鈍化較穩定的范圍，所以CFD區，金屬受到保護，C正確；D.外接電勢超過ED后，電流密度又持續增加了，腐蝕速度又加快了，所以并非外接電勢越高，對金屬保護越有效，D錯誤。]
12．氯堿工業是以電解飽和食鹽水為基礎的基本化學工業，回答下列問題：
(1)工業電解飽和NaCl溶液的化學方程式為 。
(2)氯堿工業中采取膜技術，若陽離子交換膜損傷會造成陽極能檢測到O2，產生O2的電極反應式為 。下列生產措施有利于提高Cl2產量、降低陽極O2含量的是 。
a．定期檢查并更換陽離子交換膜
b．向陽極區加入適量鹽酸
c．使用Cl－濃度高的精制飽和食鹽水為原料
d．停產一段時間后，繼續生產
(3)氯堿工業是高耗能產業，按如圖將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(電)能30%以上，且相關物料的傳輸與轉化關系如圖所示(電極未標出)。
①圖中裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中屬于原電池的是 (選填裝置編號)。
②X的化學式為 ；Y在裝置Ⅱ中發生的電極反應為 。
③圖中氫氧化鈉質量分數大小關系為a% b%(選填“＞”“＝”或“＜”)。
解析：　裝置Ⅰ是電解池，電解飽和食鹽水，裝置Ⅰ右端產生NaOH溶液，說明右端電極是陰極，發生反應為：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，因此Y是氫氣，裝置Ⅰ的左端是陽極，發生反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，X為Cl2，氯氣和NaOH溶液反應的離子方程式為2OH－＋Cl2===ClO－＋Cl－＋H2O，裝置Ⅱ中通氧氣的一極為正極，環境是NaOH溶液，因此正極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，產生的是NaOH濃溶液。(1)工業電解飽和NaCl溶液生成氫氧化鈉、氯氣、氫氣，化學方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；(2)氯堿工業中采取膜技術，若陽離子交換膜損傷會造成陽極能檢測到O2，在陽極氫氧根離子失電子得到氧氣，產生O2的電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。下列生產措施有利于提高Cl2產量、降低陽極O2含量的是：a.定期檢查并更換陽離子交換膜，減少陽極產生氧氣的機會，故a選；b.向陽極區加入適量鹽酸，降低氫氧根離子的濃度，故b選；c.使用Cl－濃度高的精制飽和食鹽水為原料，提高氯離子濃度，故c選；d.停產一段時間后，繼續生產，對產物沒有影響，故d不選；(3)①圖中裝置Ⅰ是電解池，電解飽和食鹽水，裝置Ⅱ是燃料電池，Y是氫氣，屬于原電池的是裝置Ⅱ；②裝置Ⅰ的左端是陽極，發生反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，X的化學式為Cl2；裝置Ⅱ是燃料電池，Y是氫氣，氫氣在裝置Ⅱ中發生氧化反應生成水，電極反應為H2－2e－＋2OH－===2H2O；③裝置Ⅱ中通氧氣的一極為正極，環境是NaOH溶液，因此正極反應式為：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，產生NaOH濃溶液，圖中氫氧化鈉質量分數大小關系為a%＜b%。
答案：　(1)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　abc
(3)①裝置Ⅱ?、贑l2　H2－2e－＋2OH－===2H2O?、郏?br/>13．金屬腐蝕在生活中隨處可見，常見的有化學腐蝕和電化學腐蝕。
某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發生電化學腐蝕的類型及腐蝕速率，將混合均勻的新制鐵粉和炭粉置于錐形瓶底部，塞上瓶塞，如圖1所示。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液，同時測量容器中的壓強變化。
(1)請完成以下實驗設計(完成表中空格)：
編號 實驗目的 炭粉質量/g 鐵粉質量/g 醋酸質量分數/%
① 為以下實驗作參照 0.5 2.0 90.0
② 醋酸濃度的影響 0.5 36.0
③ 0.2 2.0 90.0
(2)編號①實驗測得容器中壓強隨時間變化如圖2。t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，其原因是鐵發生了 (填“吸氧”或“析氫”)腐蝕，請在圖3中用箭頭標出發生該腐蝕時電子流動的方向；此時，炭粉表面發生了 (填“氧化”或“還原”)反應，其電極反應式是 。
(3)圖4中U形管左端紅墨水柱先下降，一段時間后又上升，請解釋開始下降的原因是
。
圖4
(4)圖5為青銅器在潮濕環境中發生電化學腐蝕的原理示意圖。
圖5
①腐蝕過程中，負極是 (填“a”“b”或“c”)。
②環境中的Cl－擴散到孔口，并與正極反應產物和負
極反應產物作用生成多孔粉狀銹[Cu2(OH)3Cl]，其離子方程式為 。
解析：　(1)①為參照實驗，由于②探究醋酸濃度的影響，故鐵粉質量不變，為2.0 g；③只有炭粉含量與①不同，③探究炭粉含量的影響。(2)t2時，容器中壓強明顯小于起始壓強，說明錐形瓶中氣體體積減小，說明發生了吸氧腐蝕，碳為正極，鐵為負極，電子轉移的方向如圖所示，碳電極氧氣得到電子發生還原反應，電極反應式為2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
(3)pH＝3的雨水顯酸性，鐵發生析氫腐蝕，產生氫氣，試管內壓強增大，故U形管左端紅墨水柱下降。
(4)①根據題圖知，O2得電子生成OH－，Cu失電子生成Cu2＋，發生吸氧腐蝕，則Cu作負極，即c是負極。
②Cl－擴散到孔口，并與正極反應產物和負極反應產物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，負極上生成Cu2＋、正極上生成OH－，所以該離子反應為2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。
答案：　(1)②2.0?、厶糠酆康挠绊?br/>(2)吸氧　　還原　2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(3)pH＝3的雨水顯酸性，鐵發生析氫腐蝕，產生氫氣，試管內壓強增大
(4)①c?、?Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓

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