电解池 金属的电化学腐蚀与防护

第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护

[考纲要求] 1.理解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2.了解金属发生电化学腐蚀的原因，了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。

考点一 电解的原理

1．电极名称及电极反应式(如图)

2．电子和离子移动方向

①电子：从电源负极流向电解池的阴极；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。 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泼电极。

(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

阴极：阳离子放电顺序：Ag>Fe>Cu>H(酸)>Fe>Zn>H(水)>Al>Mg> Na>Ca>K。阳极：活泼电极>S>I>Br>Cl>OH>含氧酸根离子。

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、最重要的放电顺序是：阳极，Cl>OH；阴极：Ag>Cu>H。③电解水溶液时，K～Al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)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 (5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。 深度思考

1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)

电解质(水溶液) 含氧酸(如H2SO4) 强碱(如NaOH) 活泼金属的含氧盐(如KNO3、Na2SO4) 无氧酸(如电极方程式 阳极： 阴极： 阳极： 阴极： 阳极： 阴极： 阳极： 被电解的物质 总化学方程式或离子方程式 电解质浓度 溶液pH 电解质溶液复原 ＋

3＋

－

－

＋

2＋

＋

＋

2＋

＋

2－

－

－

－

－

＋

3＋

2＋

＋

2＋

2＋

＋

3＋

2＋

＋

－

HCl) 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl) 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4) 阴极： 阳极： 阴极： 阳极： 阴极： 阳极： 阴极： 2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？

3．(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？

(2)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？

练习1．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是( ) A．CuSO4

B．NaOH

C．BaCl2

D．H2SO4 ( )

练习2．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附近分别滴加几滴

石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是 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体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈

考点二 电解原理的应用

1．电解饱和食盐水

(1)电极反应

阳极反应式： (氧化反应)；阴极反应式： (还原反应) (3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。 2．电镀

右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Cu的盐溶液。

2＋

－

＋

＋

－

(2)总反应方程式： 离子反应方程式：

(3)电极反应：

阳极：Zn－2e===Zn、Fe－2e===Fe、Ni－2e===Ni、Cu－2e===Cu； 阴极：Cu＋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。 电解

(1)冶炼钠：2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑

电极反应：阳极：2Cl－2e===Cl2↑；阴极：2Na＋2e===2Na。 电解

(2)冶炼铝：2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑

电极反应：阳极：6O－12e===3O2↑；阴极：4Al＋12e===4Al。 深度思考

1．(1)电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？

(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？

2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？

练习3．两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时，(设

电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为 ( ) A．27 mg

B．54 mg

C．106 mg

－

2－

－

3＋

－

－

－

＋

－

2＋

－－

2＋

－

2＋

－

2＋

－

2＋

D．216

－1

练习4．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3)＝0.6 mol·L，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

＋

－1

( )

＋

－1

A．原混合溶液中c(K)为0.2 mol·L 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

考点三 金属的腐蚀和防护

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 条件 现象 本质 联系 化学腐蚀 金属跟非金属单质直接接触 无电流产生 金属被氧化 电化学腐蚀 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 有微弱电流产生 较活泼金属被氧化 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 条件 电极负极 析氢腐蚀 水膜酸性较强(pH≤4.3) －2＋吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 Fe－2e===Fe 反应 正极 2H＋2e===H2↑ Fe＋2H===Fe＋H2↑ ＋2＋＋－O2＋2H2O＋4e===4OH 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 －－总反应式 联系 吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。

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。 (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。 深度思考

1．下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是

选项 A 方法 改变金属内部的组成结构

( )

对相应方法的描述 此法实际上是将金属制成合金，增强抗腐蚀能力 保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用 接外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极 构成原电池，被保护的金属作正极 B 在金属表面覆盖保护层 C D 外加电流的阴极保护法 牺牲阳极的阴极保护法 2．按如图所示装置，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察(设水不蒸发)。

(1)若试管中液面上升，发生的是___腐蚀，则正极反应式为_________________，负极反应式为_______________________。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是________。

(2)若试管中液面下降，发生的是__________腐蚀，正极反应式为_______________，负极

反应式为_______________。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是______________________。 高考题

1．(2012·海南，10)下列叙述错误的是

( )

A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱 B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈 C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液 D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀

2. (2012·上海，14)右图装置中发生反应的离子方程式为Zn＋

2H―→Zn＋H2↑，下列说法错误的是 A．a、b不可能是同种材料的电极

B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸 C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸 D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫

＋

2＋

( )