2019届一轮复习人教版第六章第22讲电解池　金属的电化学腐蚀与防护学案

2019届一轮复习人教版第六章第22讲电解池　金属的电化学腐蚀与防护学案

第 22 讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 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、防止金属腐蚀的措施。 考点一 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)电极名称及电极反应式(电解 CuCl2 溶液为例) 总反应式：CuCl2===== 电解 Cu＋Cl2↑ (2)电子和离子的移动方向 ①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。 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。 3．阴阳两极上放电顺序 (1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序： (2)阳极：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。 若是惰性电极作阳极，放电顺序为 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：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③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、 Al 等金属。 4．用惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 实例 电极反应式 电解 对象 溶液 pH 变化 溶液复原 电解 水型 含氧酸 H2SO4 阳极：________ 阴极：________ 总反应：________ 水 强碱 NaOH 活泼金属的 含氧酸盐 KNO3 电解电 解质型 无氧酸 (氢氟酸除外) HCl 阳极：________ 阴极：________ 总反应：________ 不活泼金属 的无氧酸盐 CuCl2 阳极：________ 阴极：________ 总反应：________ 放氢生 碱型 活泼金属的 无氧酸盐 NaCl 阳极：________ 阴极：________ 总反应：________ 放氧生 酸型 不活泼金属 的含氧酸盐 AgNO3 阳极：________ 阴极：________ 总反应：________ 答案 4OH－ －4e－ ===2H2O＋O2↑ 4H＋＋4e－ ===2H2↑ 2H2O===== 电解 2H2↑＋O2↑ 减小 增大 不变 水 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 2HCl===== 电解 H2↑＋Cl2↑ HCl 增大 HCl 2Cl－－2e－===Cl2↑ Cu2＋＋2e－===Cu CuCl2===== 电解 Cu＋Cl2↑ CuCl2 CuCl2 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 2NaCl＋2H2O===== 电解 H2↑＋Cl2↑＋2NaOH NaCl 和 H2O 增 大 HCl 4OH － － 4e － ===2H2O ＋ O2↑ 4Ag ＋ ＋ 4e － ===4Ag 4AgNO3 ＋ 2H2O===== 电解 4Ag＋O2↑＋4HNO3 AgNO3 和 H2O 减小 Ag2O 电解基础知识 (1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(√) (2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(√) (3)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应(√) (4)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(×) (5)电解稀硫酸制 H2、O2 时铜作阳极(×) (6)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(×) (7)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的 pH 逐渐增大(×) (8)电解 NaNO3 溶液时，随着电解进行，溶液的 pH 减小(×) 1．根据金属活动顺序表，Cu 和稀 H2SO4 不反应，怎样根据电化学的原理实现 Cu 和稀 H2SO4 反应产生 H2? 答案 Cu 作阳极，C 作阴极，稀 H2SO4 作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解 反应式为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Cu＋2H＋===== 电解 Cu2＋ ＋H2↑。 2．若用惰性电极电解 CuSO4 溶液一段时间后，需加入 98 g Cu(OH)2 固体，才能使电解质溶 液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？ 答案 4NA 解析 方法一：98 g Cu(OH)2 的物质的量为 1 mol，相当于电解了 1 mol 的 CuSO4 后，又电解 了 1 mol 的水，所以转移的电子数为 2NA＋2NA＝4NA。 方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与 Cu(OH)2 的 O2－失电子数相等，共 4NA。 题组一 电解规律及电极产物的判断 1．(2017·天津市实验中学高三模拟)以石墨为电极，电解 KI 溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。 下列说法错误的是( ) A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的 pH 变小 答案 D 解析 以石墨为电极，电解 KI 溶液，发生的反应为 2KI＋2H2O===== 电解 2KOH＋H2↑＋I2(类似 于电解饱和食盐水)，阴极产物是 H2 和 KOH，阳极产物是 I2。由于溶液中含有少量的酚酞和 淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、 B、C 正确；由于电解产物有 KOH 生成，所以溶液的 pH 逐渐增大，D 错误。 2．如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：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色，Mg(OH)2 沉淀的 pH＝9)，接通电源一段时间后 A 管产生白色沉淀，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)。 ①A 管溶液由红变黄 ②B 管溶液由红变黄 ③A 管溶液不变色 ④B 管溶液不变色 (2)写出 A 管中发生的反应：_______________________________________________。 (3)写出 B 管中发生的反应：____________________________________________________。 (4)检验 b 管中气体的方法是______________________________________________________。 (5)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__________________。 答案 (1)①④ (2)2H＋＋2e－===H2↑、Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ (或 2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓) (3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋) (4)用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃 (5)溶液呈红色，白色沉淀溶解 解析 电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，导致阳极附近溶液呈酸性；阴极上氢离子 放电生成氢气，同时有氢氧根离子生成，氢氧根离子和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，溶液 呈弱碱性。 题组二 电极反应式的书写与判断 3．按要求书写电极反应式和总反应方程式： (1)用惰性电极电解 MgCl2 溶液 阳极反应式：____________________________________________________________； 阴极反应式：__________________________________________________________________； 总反应离子方程式：___________________________________________________________。 (2)用 Al 作电极电解 NaOH 溶液 阳极反应式：______________________________________________________________； 阴极反应式：_________________________________________________________________； 总反应离子方程式：______________________________________________________________。 答案 (1)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓ Mg2＋＋2Cl－＋2H2O===== 电解 Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑ (2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO－ 2 ＋4H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或 6H＋＋6e－===3H2↑) 2Al＋2H2O＋2OH－===== 电解 2AlO－ 2 ＋3H2↑ 4．锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。 (1)MnO2 可作超级电容器材料。用惰性电极电解 MnSO4 溶液可制得 MnO2，其阳极的电极反 应式是__________________。MnO2 是碱性锌锰电池的正极材料，已知碱性锌锰电池的总反 应为 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2，碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式 是________________________________________________________________________。 (2)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。 由硫化氢获得硫单质有多种方法。 将用烧碱吸收 H2S 后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极 区发生如下反应： S2－－2e－===S (n－1)S＋S2－===S2－ n ①写出电解时阴极的电极反应式：_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ② 电 解 后 阳 极 区 的 溶 液 用 稀 硫 酸 酸 化 得 到 硫 单 质 ， 其 离 子 方 程 式 可 写 成 ________________________________________________________________________。 (3)电解 NO 制备 NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为 NH4NO3，需补 充物质 A，A 是____________，说明理由：________________________________________。 答案 (1)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋ MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－ (2)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ②S2－ n ＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑ (3)NH3 根据总反应：8NO＋7H2O===== 电解 3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的 HNO3 多，应补充 NH3 解析 (1)Mn 的化合价从＋2 价升到＋4 价，失电子发生氧化反应，则阳极电极反应式为 Mn2＋ ＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。碱性锌锰干电池中，MnO2 作为正极，发生还原反应，其电极 反应式为 MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－。 (2)①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的 H＋放电生成 H2。②由题给反应可 知，阳极区生成了 S2－ n ，S 2－ n 可以理解为(n－1)S＋S2－，加入稀硫酸生成 S 单质和 H2S 气体。 (3)根据电解 NO 制备 NH4NO3 的工作原理示意图知：阴极反应式为 3NO＋15e － ＋18H ＋ ===3NH＋ 4 ＋3H2O，阳极反应式为 5NO－15e－＋10H2O===5NO－ 3 ＋20H＋，总反应式为 8NO＋ 7H2O===== 电解 3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的 HNO3 全部转化为 NH4NO3，应补充 NH3。 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，金属一定被电解(注：Fe 生成 Fe2＋而不是 生成 Fe3＋)。 (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。 题组三 有关电解的计算 5．(2018·兰州质检)将两个铂电极插入 500 mL CuSO4 溶液中进行电解，通电一定时间后，某 一电极增重 0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液 中氢离子浓度约为( ) A．4×10－3 mol·L－1 B．2×10－3 mol·L－1 C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1 答案 A 解析 根据 2CuSO4＋2H2O===== 电解 2Cu＋2H2SO4＋O2↑，得：n(H＋)＝2n(H2SO4)＝2n(Cu)＝ 2× 0.064 g 64 g·mol－1 ＝0.002 mol，c(H＋)＝0.002 mol 0.5 L ＝4×10－3 mol·L－1。 6．500 mL KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO－ 3 )＝0.6 mol·L－1，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 2.24 L 气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL，下列说法正确的是( ) A．原混合溶液中 c(K＋)为 0.2 mol·L－1 B．上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 C．电解得到的 Cu 的物质的量为 0.05 mol D．电解后溶液中 c(H＋)为 0.2 mol·L－1 答案 A 解析 石墨作电极电解 KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液，阳极反应式为 4OH－－4e－===2H2O＋ O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到 O2 为 2.24 L 可推知上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子，而在生成 2.24 L H2 的过程中转移 0.2 mol 电子， 所以 Cu2＋共得到 0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol 电子，电解前 Cu2＋的物质的量和电解得到的 Cu 的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO－ 3 )，c(K＋) ＋c(H＋)＝c(NO－ 3 )，不难算出：电解前 c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后 c(H＋)＝0.4 mol·L－1。 电化学综合计算的三种常用方法 (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、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中 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 根据得失电子守恒定律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： 阳极产物 阴极产物 (式中 M 为金属，n 为其离子的化合价数值) 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。 考点二 电解原理的应用 1．氯碱工业 (1)电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应) (2)总反应方程式 2NaCl＋2H2O===== 电解 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3)氯碱工业生产流程图 2．电镀 下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题： (1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。 (2)电解质溶液是 AgNO3 溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极：Ag－e－===Ag＋； 阴极：Ag＋＋e－===Ag。 (4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。 3．电解精炼铜 (1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。 (2)电解质溶液：含 Cu2＋的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。 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。 (1)冶炼钠 2NaCl(熔融)===== 电解 2Na＋Cl2↑ 电极反应： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－===2Na。 (2)冶炼铝 2Al2O3(熔融)===== 电解 4Al＋3O2↑ 电极反应： 阳极：6O2－－12e－===3O2↑； 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。 有关电解原理的应用 (1)在镀件上电镀铜时，镀件与电源的正极连接(×) (2)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液(√) (3)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(×) (4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中 c(Cu2＋)均保持不变(×) (5)电解冶炼镁、铝通常电解 MgCl2 和 Al2O3，也可以电解 MgO 和 AlCl3(×) (6)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√) (7)用 Zn 作阳极，Fe 作阴极，ZnCl2 作电解质溶液，由于放电顺序 H＋>Zn2＋，不可能在铁上 镀锌(×) (1)电解过程中，阳离子交换膜的作用为只允许阳离子通过，阻碍 Cl2 分子、阴离子通过。 (2)电解过程中 A 中 CuSO4 溶液浓度逐渐减小，而 B 中 CuSO4 溶液浓度基本不变。 (3)下图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜 阳极反应式：2Al－6e－＋6HCO－ 3 ===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O； 阴极反应式：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－。 题组一 应用电解原理制备物质 1．下图为 EFC 剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴 极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是 ( ) A．阳极的电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2↑ B．阴极的电极反应式为 TiO2＋4e－===Ti＋2O2－ C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D．石墨电极的质量不发生变化 答案 B 解析 电解质中的阴离子 O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成 O2、CO、CO2，所以 电极反应为 2O2－－4e－===O2↑，O2 与石墨反应生成 CO、CO2，A、C、D 项错误，只有 B 项 正确。 2．(2017·山西质检)采用电化学法还原 CO2 是一种使 CO2 资源化的方法。下图是利用此法制 备 ZnC2O4 的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是( ) A．Zn 与电源的负极相连 B．ZnC2O4 在交换膜右侧生成 C．电解的总反应为 2CO2＋Zn===== 电解 ZnC2O4 D．通入 11.2 L CO2 时，转移 0.5 mol 电子 答案 C 解析 电解过程中 Zn 被氧化，作阳极，所以 Zn 与电源的正极相连，A 错误；Zn2＋透过阳离 子交换膜到达左侧与生成的 C2O 2－ 4 形成 ZnC2O4，B 错误；没有给出气体所处的温度和压强， D 错误。 题组二 精练和电镀 3．电解法精炼含有 Fe、Zn、Ag 等杂质的粗铜。下列叙述正确的是( ) A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C．阴极上发生的反应是 Cu2＋＋2e－===Cu D．电解后 Fe、Zn、Ag 等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案 C 解析 根据电解池原理，粗铜作阳极，比铜活泼的 Zn、Fe 等杂质发生氧化反应，比 Cu 不活 泼的金属单质，如 Ag、Au 等在阳极底部沉积；精铜作阴极，只发生 Cu2＋＋2e－===Cu。 4．离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl － 7 和 AlCl － 4 组成的离子液 体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产 生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为____________________。若改 用 AlCl3 水溶液作电解液，则阴极产物为________。 答案 负 4Al2Cl－ 7 ＋3e－===Al＋7AlCl－ 4 H2 解析 电镀时，镀件作阴极，即钢制品作阴极，接电源负极，根据阴极生成 Al 可知反应式为 4Al2Cl－ 7 ＋3e－===Al＋7AlCl－ 4 。若改为 AlCl3 水溶液作电解液，阴极反应为 2H＋＋2e－===H2↑， 产物为 H2。 题组三 应用电解原理治理污染 5．(2018·包头模拟)电浮选凝聚法处理污水的原理如图所示。电解过程生成的胶体能使污水中 的悬浮物凝聚成团而除去，电解时阳极也会产生少量气体。下列说法正确的是( ) A．可以用铝片或铜片代替铁片 B．阳极产生的气体可能是 O2 C．电解过程中 H＋向阳极移动 D．若污水导电能力较弱，可加入足量硫酸 答案 B 解析 电解原理是铁作阳极发生氧化反应生成 Fe2＋，阴极水中 H＋放电生成 H2，阳极区生成 胶体吸附水中悬浮杂质沉降而净水。A 项，铜盐无净水作用，错误；B 项，阳极可能有少量 OH－放电，正确；C 项，H＋在阴极放电，错误；D 项，加入的硫酸会与胶体反应，错误。 6．用下图所示装置除去含 CN－、Cl－废水中的 CN－时，控制溶液 pH 为 9～10，CN－与阳极 产生的 ClO－反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是( ) A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式为 Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去 CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 答案 D 解析 阳极产生 ClO－，发生的反应为 Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，所以阳极一定是石墨 电极而不是铁电极，A、B 两项正确；阴极是 H＋得电子产生 H2，C 项正确；溶液的 pH 为 9～ 10，显碱性，因而除去 CN－的反应为 2CN－＋5ClO－＋2OH－===N2↑＋2CO2－ 3 ＋5Cl－＋H2O， D 项错误。 题组四 应用金属材料表面处理 7．以铝材为阳极，电解 H2SO4 溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：____________________________________________________________； 阴极反应式：_______________________________________________________________； 总反应方程式：______________________________________________________________。 答案 2Al－6e － ＋3H2O===Al2O3＋6H ＋ 6H ＋ ＋6e － ===3H2↑ 2Al＋3H2O===== 电解 Al2O3＋ 3H2↑ 8．(2017·全国卷Ⅱ，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( ) 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：Al3＋＋3e－===Al D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 答案 C 解析 A 项，根据电解原理可知，Al 要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正 确；B 项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正 确；C 项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D 项，电解时，阴离子移向阳极，正确。 考点三 金属的腐蚀与防护 1．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 2．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 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析： 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 电极 反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 3．金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属； b．正极：被保护的金属设备。 ②外加电流的阴极保护法—电解原理 a．阴极：被保护的金属设备； b．阳极：惰性金属或石墨。 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 (1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(×) (2)Al、Fe、Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×) (3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成 Fe3＋(×) (4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用(×) (5)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀(×) (6)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(√) (7)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√) (8)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致(√) (1)A、B 两装置长时间露置于空气中，A 发生析氢腐蚀，B 发生吸氧腐蚀。 (2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。 为减缓铁的腐蚀 ①若开关 K 置于 N 处，则 X 应为碳棒或 Pt 等惰性电极，该电化学防护法为外加电流的阴极 保护法。 ②若开关 K 置于 M 处，则 X 应为比铁活泼的金属 Zn 等，该电化学防护法称为牺牲阳极的阴 极保护法。 题组一 腐蚀快慢与防护方法的比较 1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为( ) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ 答案 C 解析 ②③④均为原电池，③中 Fe 为正极，被保护；②④中 Fe 为负极，均被腐蚀，但 Fe 和 Cu 的金属活动性差别大于 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。根据以上分析可知铁在其 中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。 2．(2017·长沙质检)下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是( ) A．图 1 中，铁钉易被腐蚀 B．图 2 中，滴加少量 K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C．图 3 中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图 4 中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 答案 C 解析 A 项，图 1 中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B 项，负极反应为 Fe－2e－===Fe2＋， Fe2＋与 K3[Fe(CN)6]反应生成 Fe3[Fe(CN)6]2 蓝色沉淀；D 项为牺牲阳极的阴极保护法，镁 块相当于原电池的负极。 1．判断金属腐蚀快慢的规律 (1)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。 (2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电 解质溶液中。 (3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。 (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。 2．两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。 3．根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 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、酸性很弱 或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。 题组二 金属腐蚀与防护 3．(2015·上海，14)研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。下列有关说法错误的是( ) A．d 为石墨，铁片腐蚀加快 B．d 为石墨，石墨上电极反应为 O2＋2H2O＋4e－―→4OH－ C．d 为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d 为锌块，铁片上电极反应为 2H＋＋2e－―→H2↑ 答案 D 解析 A 项，由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电 子被氧化变为 Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形 成原电池时的速率快，正确；B 项，d 为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀， 石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为 O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，正确；C 项， 若 d 为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn 为原电池的负极，Fe 为正极，首先被腐蚀的是 Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D 项，d 为锌块，由于电解质为中性环境，发生 的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为 O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，错误。 4．(2017·全国卷Ⅰ，11)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐， 工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( ) A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 答案 C 解析 钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳 极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B 正确；C 项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助 阳极”不损耗，错误。 1．(2016·全国卷Ⅰ，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 2－ 4 可通过离子交换膜， 而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。 下列叙述正确的是( ) A．通电后中间隔室的 SO 2－ 4 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．当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.5 mol 的 O2 生成 答案 B 解析 电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即 SO 2－ 4 离子向正极区移动，Na＋ 向 负极区移动，正极区水电离的 OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到 H2SO4 产品，溶液 pH 减小，负极区水电离的 H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得 到 NaOH 产品，溶液 pH 增大，故 A、C 错误，B 正确；该电解池相当于电解水，根据电解 水的方程式可计算出当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2 生成，D 错误。 2．(2015·福建理综，11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将 H2O 和 CO2 转化为 O2 和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( ) A．该装置将化学能转化为光能和电能 B．该装置工作时，H＋从 b 极区向 a 极区迁移 C．每生成 1 mol O2，有 44 g CO2 被还原 D．a 电极的反应为 3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O 答案 B 解析 A 项，该装置是电解池，在电解和光的作用下 H2O 在光催化剂的表面转化为 O2 和 H＋， 故该装置是将电能和光能转化为化学能，错误；B 项，该装置工作时，H＋从阳极 b 极区向阴 极 a 极区迁移，正确；C 项，该电解池的总反应式为 6CO2＋8H2O===== 电解 2C3H8O＋9O2，根据 总反应方程式可知，每生成 1 mol O2，有2 3 mol CO2 被还原，其质量为88 3 g，错误；D 项，a 电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为 3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，错误。 3．[2016·天津理综，10(5)]化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的 Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－===== 通电 FeO2－ 4 ＋3H2↑，工作原理如图 1 所示。装 置通电后，铁电极附近生成紫红色 FeO2－ 4 ，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高， 铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，易被 H2 还原。 ①电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。 ②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为______________________________。 ③c(Na2FeO4)随初始 c(NaOH)的变化如图 2，任选 M、N 两点中的一点，分析 c(Na2FeO4)低于 最高值的原因：______________________________________________________________。 答案 ①阳极室 ②防止 Na2FeO4 与 H2 反应使产率降低 ③M 点：c(OH－)低，Na2FeO4 稳 定性差，且反应慢[或 N 点：c(OH－)过高，铁电极上有 Fe(OH)3(或 Fe2O3)生成，使 Na2FeO4 产率降低] 解析 ①根据题意，镍电极有气泡产生是 H＋得电子生成 H2，发生还原反应，则铁电极上 OH－ 被消耗且无补充，溶液中的 OH－减少，因此电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在阳极室。 ②H2 具有还原性，根据题意：Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，易被 H2 还原。因此，电解过 程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止 Na2FeO4 与 H2 反应使产率降低。③根据题意 Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，在 M 点：c(OH－)低，Na2FeO4 稳定性差，且反应慢；在 N 点：c(OH－)过高，铁电极上有 Fe(OH)3 或 Fe2O3 生成，使 Na2FeO4 产率降低。 4．[2014·全国新课标卷Ⅰ，24(4)]H3PO2 也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原 理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)： (1)写出阳极的电极反应式：_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)分析产品室可得到 H3PO2 的原因________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H3PO2 稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产 品中混有____________杂质。该杂质产生的原因是___________________________________ ________________________________________________________________________。 答案 (1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ (2)阳极室的 H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 H2PO － 2 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应 生成 H3PO2 (3)PO3－ 4 H2PO － 2 或 H3PO2 被氧化 解析 (1)阳极发生氧化反应，在反应中 OH－失去电子，电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋ 4H＋。 (2)H2O 放电产生 H＋，H＋进入产品室，原料室的 H2PO － 2 穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反 应：H＋＋H2PO－ 2 ??H3PO2。 (3)如果撤去阳膜，H2PO － 2 或 H3PO2 可能被氧化。