电解池 金属的电化学腐蚀与保护

第17讲电解池金属的腐蚀与防护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。

【核心素养分析】变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解原理解决实际问题。

证据推理与模型认知：利用电解池装置，分析电解原理，建立解答电解池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。

科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贫献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。

知识点一电解的原理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CuCl 2溶液为例)总反应式：CuCl 2=====电解Cu ＋Cl 2↑(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 ＋>Cu 2＋>H ＋。

③电解水溶液时，K ＋～Al 3＋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4.用惰性电极电解电解质溶液的规律生酸性的含氧酸盐电，阴极电解质的阳离子放电阴极：Ag ＋＋e －===AgO 2知识点二电解原理的应用1.氯碱工业阳极反应式：2Cl －－2e －===Cl 2↑(氧化反应)阴极反应式：2H ＋＋2e －===H 2↑(还原反应)总反应方程式：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑2.电镀与电解精炼3.电冶金电解冶炼冶炼钠冶炼铝电极反应阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑阴极：2Na ＋＋2e －===2Na 阳极：6O 2－－12e －===3O 2↑阴极：4Al 3＋＋12e －===4Al 总反应2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑2Al 2O 3(熔融)=====电解4Al ＋3O 2↑知识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。

第三节电解池金属的电化学腐蚀与防护复习目标：１.了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。

2.了解电镀池与精炼池的原理，能分析常见的电镀池和精炼池。

3.能够进行有关电解产物的判断和计算。

４.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。

主干知识梳理一、电解的原理１．电解（１）定义：在________作用下，电解质在两个电极上分别发生____＿＿和__＿____＿__的过程。

（2)特点:①电解过程是非自发的。

②电解质导电一定发生_____＿___＿___＿＿＿。

2.电解池：(１）定义：将_____＿转化为___＿__＿_＿_的装置。

阳极(3）构成条件①有与_＿_____相连的两个电极。

②_＿＿___＿__＿(或＿＿＿_＿_＿_＿)。

③形成________。

例1.下列四种装置中，①盛20０ mL 0．００５ mol·L－1硫酸铜溶液②盛2０0 ｍL ０.01 mｏl·L-1硫酸③盛２00 mＬ氯化锌溶液④盛2０0 ｍL氯化钾溶液上述四种装置中,为电解池的是_＿____ (用编号回答),装置①中两电极的电极反应式分别为_＿______＿____＿__＿_＿__＿__＿___＿___＿___＿_____例２.电解原理在化学工业中有广泛应用。

下图表示两个串联的电解池。

图中B装置中盛有1 Ｌ２ｍｏｌ·L-1Nａ2ＳO4溶液,A装置中盛有1 Ｌ 2 moｌ·L－1ＡｇNO3溶液。

通电后，铂片上有气体生成。

(1)电源X极为____＿＿__极。

(2)Ｂ池中阳极电极反应式为＿_____＿_______＿_,阴极电极反应式__＿____＿__＿_＿__＿______。

(3)A池中阳极电极反应式为_＿______＿_＿____＿__＿_______,电解化学方程式为____＿＿______＿_＿＿_＿＿___＿_＿__＿_＿＿__例3.Ⅰ．以铝材为阳极,在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜,阳极电极反应式为____＿＿_＿＿___＿_＿＿___＿_＿__＿。

原电池与电解池对比，金属的电化学腐蚀与防护电解池有电源，两极可以相同，2.金属腐蚀的本质：金属单质失去电子变为金属阳离子的过程，金属发生氧化反应（填“氧化”或“还原”）。

3.金属腐蚀的类型（2空气或中性溶液中发生吸氧腐蚀；而在NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。

注意：a.正确判断金属所处环境的酸碱性是辨别金属析氢腐蚀、吸氧腐蚀的关键。

如金属在潮湿的空气或中性溶液中发生吸氧腐蚀；而在NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。

b.生活中铁生锈过程涉及的化学反应有________________________________________________。

4.金属的防护（1）电化学防护利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。

为减缓铁的腐蚀：a.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负极的正极保护法。

或牺牲阳极的阴极保护法。

b.若开关K置于N处，则铁作阴极，铁很难被腐蚀，该电化学防护法为外加电流的阴极保护法。

总结：如果想利用原电池原理保护某金属，则应该让该金属作______极，找一个比它更活泼的金属材料作_________极。

如果想利用电池池原理保护某金属，则应该让该金属作______极。

（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、喷镀或表面钝化等方法。

5.判断金属腐蚀快慢的规律：（1）金属腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。

注：原电池原理引起的腐蚀中，活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越_________。

（2）如果金属有防护措施，则防护效果：电解原理引起的防护>原电池原理引起的防护>有物理防护的措施。

例1.（金属的电化学腐蚀：吸氧腐蚀与析氢腐蚀）1.用如图所示装置研究电化学腐蚀及防护。

关于图1和图2的叙述正确的是（D ）A.负极反应均是：Fe-2e→Fe2+B.正极反应均是：O2+2H2O+4e→4OH-C.铁均被保护D.图2的灯泡更亮例2.（金属的电化学防护：牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法）2.关于钢铁电化学保护两种方法的说法，正确的是（ C ）A.牺牲阳极阴极保护法利用的是电解原理B.外加电流阴极保护法利用的是原电池原理C.牺牲阳极阴极保护法中钢铁为正极D.外加电流阴极保护法中钢铁为阳极例3.（原电池与电解池综合）3.某课外兴趣小组用下图装置进行实验，试回答：（1）若开始时开关K与a连接，则A电极反应式为___________________________。

【知识梳理归纳】一、金属的电化学腐蚀1．金属的腐蚀(1)概念金属或合金与周围的物质发生反应而引起损耗的现象．(2)实质金属原子电子变成阳离子的过程．即金属发生了反应．(3)类型根据与金属不同，可分为腐蚀和腐蚀．2．化学腐蚀金属跟接触到的干燥气体如(O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生而引起的腐蚀．3．电化学腐蚀(1)概念不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化．（2）分类以钢铁的腐蚀为例【问题探究】将纯铁放入稀H2SO4中，发生的是析氢腐蚀吗？提示：不是．析氢腐蚀是指不纯的金属(或合金)接触到酸性较强的电解质溶液所发生的原电池反应而引起的腐蚀，纯铁与稀H2SO4发生的是化学腐蚀．二、金属的防护1．改变金属内部组织结构如制成等．2．金属表面加保护层如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法．3．电化学保护(1)牺牲阳极的阴极保护法——原理被保护的金属上连接一种更的金属，被保护的金属作原电池的极．(2)外加电流的阴极保护法——原理被保护的金属与电源的极相连，作电解池的极．【自我诊断训练】1．(2012·福建高三质检)打开右图所示装置中的止水夹，一段时间后，可能观察到的现象是 ( )A．烧杯中有气泡产生B．试管内有黄绿色气体产生C．铁丝网的表面产生锈迹D．烧杯内溶液变红色2．下列关于金属腐蚀的叙述中，正确的是 ( )A．金属被腐蚀的本质是M＋n H2O === M(OH)n＋n/2H2↑B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后，首先是镀层被氧化C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀3．如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是( )A．Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ B．Ⅰ＞Ⅲ＞ⅡC．Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ D．Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ4．下列有关钢铁制品防腐的说法正确的是 ( )A．在铁门、铁窗表面涂上油漆B．自行车各部件因有防护涂层或电镀等防腐措施，所以不需要停放在遮雨的地方C．家用铁制厨具每次用完后应擦干放置在干燥处D．把挡水铁闸门与直流电源的正极连接且构成回路，可减小铁闸门的腐蚀速率5．(1)将铜棒与锌棒用导线连接，依次插入分别盛有：①硫酸溶液；②硫酸铜溶液；③硫酸钠溶液的三个烧杯中，此时，铜棒上发生的主要反应是：①_____________________________________________；②_____________________________________________；③______________________________________________.【核心考点突破】考点一金属的腐蚀1．化学腐蚀与电化学腐蚀2．金属腐蚀快慢的影响因素不纯的金属或合金，在潮湿的空气中形成原电池发生电化学腐蚀，活泼金属因被腐蚀而损耗．金属腐蚀的快慢与下列两种因素有关：(1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性相差越大，氧化还原反应的速率越快，金属被腐蚀的速率就越快．(2)与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀．一般说来可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀．【*真题典例感悟*】【例1】（2011·浙江卷）将NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。

金属的电化学腐蚀与防护知识与技能目标（1）知道金属腐蚀的两种类型（化学腐蚀和电化学腐蚀）。

（2）能解释金属发生电化学腐蚀的原因,认识金属腐蚀的危害。

（3）掌握化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 （4）掌握影响金属腐蚀快慢的比较 一、金属的电化学腐蚀 （一）金属腐蚀：1、定义：是指金属或合金跟接触的气体或液体发生氧化还原反应而腐蚀损耗的过程。

2、本质：M – ne- → Mn+（氧化反应）3、类型：化学腐蚀——直接反应 电化学腐蚀——原电池反应 （二）化学腐蚀1、定义：金属与接触到的干燥气体（如 、 、 等）或非电解质液体（如 ）等直接发生化学反应而引起的腐蚀。

如：钢管被原油中的 腐蚀，2、影响因素：与接触物质的氧化性越强、温度越高，化学腐蚀越 。

（三）电化学腐蚀：1、定义：不纯的金属跟电解质溶液接触时。

会发生 反应 的金属失去电子而被 。

如 在潮湿的空气中生锈。

[实验探究]：将经过酸洗除锈的铁钉，用饱和食盐水浸泡一下，放入下图具支试管中，观察导管中2、类型：⑴ 吸氧腐蚀：中性或酸性很弱或碱性条件下，易发生 腐蚀。

负极：2Fe - 4e- = 2Fe 2+正极：O 2 + 2H 2O + 4e-= 4OH -电池反应：2Fe+ O 2 +2 H 2O =2Fe(OH)2 进一步反应：4Fe(OH)2 +O 2 + 2H 2O = 4 Fe(OH)32Fe(OH)3+ x H 2O =Fe 2O 3·xH 2O+3 H 2O ⑵析氢腐蚀：当钢铁处于酸性环境中 负极：Fe - 2e - = Fe 2+正极：2H ++ 2e- =H 2↑电池反应：Fe + 2H +=Fe 2++ H 2↑食盐水 浸泡过 的铁钉⑶析氢腐蚀和吸氧腐蚀比较析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条 件 水膜呈 水膜呈负极（Fe 极）电极反应正极（C 极）总反应联系3、化学腐蚀与电化学腐蚀的比较：例1、如图, 水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天观察：⑴若液面上升，则溶液呈 性， 发生 腐蚀，电极反应式为：负极： 正极：⑵若液面下降，则溶液呈 性，发生 腐蚀， 电极反应式为：负极： 正极：例2、钢铁在锈蚀过程中，下列5种变化可能发生的是 （ ） ①Fe 由+2价转化为+3价 ②O 2被还原 ③产生H 2 ④F e (O H )3失水形成Fe 2O 3·H 2O ⑤杂质碳被氧化除去A . ①②B . ③④C . ①②③④D . ①②③④⑤ 二、金属的电化学防护 1、牺牲阳极的阴极保护法原电池的负极（阳极）的金属被腐蚀原电池的正极（阴极）的金属被保护⑴原理：形成原电池反应时，让被保护金属做 极，不反应，起到保护作用；而活泼金属反应受到腐蚀。

2Cu＋Cl2↑。

=====通电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。

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。

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2NiClA．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：2通电N i+2H C l N i C l+HD．电解过程可用溶液代替盐酸NaCl【答案】CA ．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：2Fe 2e e=F -+-22Cl 2e Cl =---↑【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；222H O 2e =H 2OH --+↑+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；22Cl 2e Cl =---↑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3NHA ．a 为电源负极Al 3＋、Mg 2＋、Na ＋、Ca 2＋、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 ＋＞Cu 2＋＞H ＋。

高考化学一轮复习测试卷及解析（33）：电解池、金属的电化学腐蚀与防护题组一电解原理及其应用1．(2011·上海，16)用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是() A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物D．用带火星的木条检验阳极产物2．(2010·海南，9)利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Pt等杂质的粗铜提纯，下列叙述正确的是()(双选)A．电解时以精铜作阳极B．电解时阴极发生还原反应C．粗铜连接电源负极，其电极反应是Cu－2e－===Cu2＋D．电解后，电解槽底部会形成含少量Ag、Pt等金属的阳极泥3.(2010·全国理综Ⅱ，29)右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) 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② B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管中发生反应的反应式：_________________________________________；(3)写出B管中发生反应的反应式：_________________________________________；(4)检验a管中气体的方法是_______________________________________________________________________________________________________________________；(5)检验b管中气体的方法是_______________________________________________________________________________________________________________________；(6)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____________。