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江苏省高考化学复习 电解池金属的电化学腐蚀与防护讲义含解析苏教版

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1 江苏高考化学复习 第19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，能写出简单电极反应和电池反应方程式。2.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原理，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。

2 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=====通电Cu＋Cl2↑

3 (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

4 类型 实例 电极反应特点或反应式 电解产物 溶液pH变化 溶液

复原

电解水型 含氧酸 H2SO4 溶液中的H＋和OH－分别在阴阳两极放电：

阴极：____________

阳极：____________ H2

O2

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 电解质电离的阴阳离子分别在两极放电：

阳极：____________ H2 Cl2

不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 Cu Cl2

放氢生碱型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阴极水电离的H＋放电，阳极电解质电离的阴离子放电 阴极：____

阳极：____

放氧生酸性 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极水电离的OH－放电，阴极电解质的阳离子放电

阴极：____________ Ag

阳极：____

答案 4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 减小 增大 不变 水 2Cl－－2e－===Cl2↑ 增大 HCl CuCl2 H2(或H2、NaOH) Cl2 增大 HCl Ag＋＋e－===Ag O2 减小

Ag2O

(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)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 (4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极(×)

(5)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(×)

(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大(×)

1.根据金属活动性顺序表，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＋=====通电Cu2＋＋H2↑。

2.若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98gCu(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 方法一：98gCu(OH)2的物质的量为1mol，相当于电解了1mol的CuSO4后，又电解了1mol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。

6

题组一 电解规律及电极产物的判断

1.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是( )

A.AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2 B.KCl Na2SO4 CuSO4

C.CaCl2 KOH NaNO3 D.HCl HNO3 K2SO4

答案 B

解析 由电解电解质溶液的四种类型可知：

类型 化学物质 pH变化

放O2生酸型 CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2 降低

放H2生碱型 KCl、CaCl2 升高

电解电解质型 CuCl2

HCl 升高

电解H2O型 NaNO3、Na2SO4、K2SO4 不变

KOH 升高

HNO3 降低

2.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=====通电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

7 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。

3.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( )

A.逸出气体的体积：A电极＜B电极

B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体

C.A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色

D.电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性

答案 D

解析 SO2－4、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。

题组二 电子守恒在电化学计算中的应用

4.(2018·宜昌调研)以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4g红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是( )

8

A.a为铅蓄电池的负极

B.电解过程中SO2－4向右侧移动

C.电解结束时，左侧溶液质量增重8g

D.铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－4

答案 C

解析 Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当有6.4gCu析出时，转移0.2mole－，左侧生成1.6gO2，同时有0.1mol (9.6g)

SO2－4进入左侧，则左侧质量净增加9.6g－1.6g＝8g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO2－4===PbSO4＋2H2O，D错误。

5.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO－3)＝0.6mol·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0.2mol·L－1 B.上述电解过程中共转移0.2mol电子

C.电解得到的Cu的物质的量为0.05mol D.电解后溶液中c(H＋)为0.4mol·L－1

答案 AD

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2.24L可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol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0.1mol。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＋)＝0.2mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4mol·L－1。

9

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4mole－为桥梁可构建如下关系式：

4e－～22222Cl(BrI)O144424443、～～242H2Cu4AgMn14444244443～～～

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。

题组三 电极反应式的书写与判断

6.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

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高二化学重难点训练金属的电化学腐蚀与防护试题及答案

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金属的电化学腐蚀与防护

一、选择题（每小题只有一个正确选项，共 10*6 分）

1．（2020 江苏高考真题）将金属 M 连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是

A．阴极的电极反应式为Fe  2e  Fe2

B．金属 M 的活动性比 Fe 的活动性弱

C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护

D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快

【答案】C

【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属 M 作负极，钢铁设备作正极。A.阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故 A 错误；B.阳极金属 M 实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此 M 活动性比 Fe 的活动性强，故 B 错误；

C.金属 M 失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故 C 正确；D.海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故 D 错误；故选：C。

2．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（ ）

A．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用

B．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法

C．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应式 Fe-3e-=Fe3+

D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀

【答案】B

【解析】A、根据金属活动顺序表，铁比 Sn 活泼，镀层破损后，构成原电池，铁作负极，Sn 为正极，加速铁制品腐蚀，故A 错误；B、锌比铁活泼，锌作负极，铁作正极，铁被保护起来，这种方法称为牺牲阳极的 3 - -

2 2 2 3 阴极保护法，故 B 正确；C、钢铁发生吸氢腐蚀时，负极反应式为 Fe－2e－=Fe2＋，故 C 错误；D、根据电解池的原理，如果活动性金属作阳极，活动性金属先失电子，加速腐蚀，因此输油钢管与外加直流电源的负极相连，故 D 错误；答案选 B。

高三化学金属的电化学腐蚀与防护试题答案及解析

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1. 一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：

pH

2

4

6

6.5

8

13.5

14

腐蚀快慢

较快

慢

较快

主要产物

Fe2+

Fe3O4

Fe2O3

FeO2-

下列说法不正确的是

A．在pH<4溶液中 ，碳钢主要发生析氢腐蚀

B．存pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀

C．在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2+4H++4e-=2H2O

D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓

【答案】C

【解析】A、酸性条件下，碳钢发生析氢腐蚀，Fe-2e-= Fe2+，正确；B、当pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，负极电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，正确；C．在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应O2+2H2O+4e-=4OH-，错误；D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上氧气生成氢氧根离子速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，正确，答案选C。

【考点】考查金属的电化学腐蚀的种类与发生条件的判断

2. 铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如下。下列说法不正确的是

A．因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀

B．若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率变小

C．铜极上的反应是2H+ + 2e- ="=" H2↑，O2 + 4e- + 4H+ ="=" 2H2O

D．在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀

【答案】B

【解析】A、因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀，正确；B、若水膜中溶解了SO2，使溶液酸性增强，氢离子浓度增大，则铁铆钉腐蚀的速率变大，错误；C、从图中可看出，铁同时发生析氢和吸氧腐蚀，铜极是正极，发生的反应是2H+ + 2e- ="=" H2↑，O2 + 4e- + 4H+ ="="

高中化学专题练习：电解池、金属的腐蚀与防护 含解析

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课时3 电解池、金属的腐蚀与防护

一、选择题

1．(贵阳调研)在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：一艘名叫“阿那吉纳”号的货轮满载着精选铜矿砂,在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水,最终沉没.坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精选铜矿砂密切相关.下列对此调查结论的理解正确的是( )

A．精铜矿砂装载过多导致沉船

B．运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大,超过船的承载能力

C．在潮湿的环境中,船体与铜构成了原电池,加速了作为负极的船体的腐蚀

D．在潮湿的环境中,船体与铜构成了电解池,钢制船体作阳极而被氧化腐蚀

解析 即使在潮湿的环境中精铜与空气(O2)的反应也很慢,但当它与钢(船体)、水膜(溶解有O2)形成原电池时会加速钢(船体)的腐蚀.

答案 C

2．某溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－、NO－3,且浓度均为0.1 mol/L,用石墨作电极进行电解时,肯定得不到的产物是( )

A．Cl2 B．Al

C．Cu D．H2

解析 阴极上Al3＋、Fe2＋的放电能力弱于H＋,而Cu2＋的放电能力比水电离出的H＋的放电能力强,阳极上Cl－放电能力强于OH－.

答案 B

3．下列关于电化学知识的说法正确的是( )

A．电解饱和食盐水在阳极得到氯气,阴极得到金属钠

B．电解精炼铜时,阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加

C．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液,在阴极上依次析出Al、Fe、Cu

D．电解CuSO4溶液一段时间后(Cu2＋未反应完),加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态 解析 A项,电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O――→通电＋Cl2↑,错误；B项,阳极除铜放电外,比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电,但阴极上只有Cu2＋放电,正确；C项,根据金属活动性顺序可知,阴极上离子的放电顺序是Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Al3＋,Fe2＋和Al3＋不放电,Fe3＋得电子生成Fe2＋,不会析出铁和铝,在阴极上依次生成的是铜、亚铁离子、氢气,错误；D项,电解CuSO4溶液,阴极析出Cu,阳极生成氧气,应加入CuO.

高考化学复习-金属的电化学腐蚀与防护

高考化学复习-金属的电化学腐蚀与防护

第 1页 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，观察导管中水柱变化，并思考引起变化的原因？吸氧腐蚀 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- = 2Fe2+ 正极：O2 + 2H2O + 4e-= 4OH- 电池反应：2Fe+ O2 +2 H2O =2Fe(OH)2 进一步反应：4Fe(OH)2 +O2 + 2H2O = 4 Fe(OH)3 2Fe(OH)3+ x H2O =Fe2O3·xH2O+3 H2O ⑵析氢腐蚀：当钢铁处于酸性环境中 负极：Fe - 2e- = Fe2+ 正极：2H+ + 2e- =H2↑ 电池反应：Fe + 2H+ =Fe2+ + H2↑ 食盐水 浸泡过 的铁钉

第 2页 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 ②O2被还原 ③产生H2 ④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·H2O ⑤杂质碳被氧化除去 A. ①② B. ③④ C. ①②③④ D. 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。 ⑵装置图： 电化腐蚀 化学腐蚀 条件 不纯金属或合金与 接触与 直接接触 有无电流 有微弱电流产生 无电流产生 本质 较活泼的金属被氧化 金属被氧化 联系 两种腐蚀往往 发生，但 腐蚀更普遍，速度快，危害更重。