1、1专题 18 电解池 金属腐蚀与保护【复习目标】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。【考情分析】本部分内容高考命题注重电解原理的实质，从氧化还原反应的角度认识电化学，注重与元素及其化合物、有机化学、电解质溶液、化学实验设计、新能源等知识的联系。主要考查内容有电解池的工作原理，如电解池阳、阴极的判断，电极反应式的书写及溶液 pH 的变化等；电解规律及其应用，如氯碱工业、粗铜的精炼、电镀等；金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措施。题型有选择题、填空题。【考点过关】考点一电解1.电解的工作原理
2、定义 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，将电能转变成化学能的装置叫电解池两电极接直流电源两电极（一般为惰性电极）同时插入同一电解质溶液形成条件用导线相互连接组成闭合回路电极判断阳极上发生失电子的氧化反应若为活性电极：则电极本身失去电子，发生氧化反应阳极反应若为惰性电极，则电极本身不反应，溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应。阴离子放电顺序(还原性强弱顺序)：S2 I Br Cl OH NO 3-SO 42-F 阴极上发生得电子的还原反应电极反应阴极反应电极本身不反应，溶液中阳离子在阴极上获得电子，发生还原反应。放电顺序：2Ag+Hg 2+Fe 3+Cu 2+H
3、+Pb 2+Sn 2+Fe 2+Zn 2+Al 3+Mg 2+Na +Ca 2+K +2.电解的类型3.电解的规律【考点演练】下列说法正确的是 。用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极电解稀硫酸制 H2和 O2时铜做阳极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电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极电解是把电能转化成化学能任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生3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与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀用如图装置电解精炼铝可充电电池在充电的时候是电解池氯碱工业中,烧碱在阳极区生成答案：考
4、点二电解规律的应用离子交换膜电解槽主要由阳极（用金属钛网制成，涂有钛、钌等氧化物涂层）、阴极（由碳钢网制成，上面涂有镍涂层）、离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等组成。离子交换膜只允许阳离子通过，而阻止阴极离子和气体通过阳极（用石墨） 2Cl 2e =Cl2 阴极（用Fe） 2 H + 2e = H2 总反应方程式 2NaCl + 2 H2O 2NaOH +H2+Cl 2电解制取烧碱电解前应除去食盐溶液中的Ca 2 、Mg 2 、SO 42 等杂质4食盐水的精制 离子，加入试剂依次为NaOH溶液、BaCl 2溶液、Na 2CO3溶液、稀盐酸（或将BaCl 2溶液和NaOH溶液的顺序互换）利用电解原
5、理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程电镀是一种特殊的电解，要求镀件必须作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的可溶性盐溶液作电解质溶液（作为电镀液）电解时，镀层金属作阳极，Cu2e =Cu2镀件作阴极，Cu 2 2e =Cu含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液形成条件用直流电源阳极本身放电被氧化宏观上看无新物质生成电镀特征电解液的总量、浓度、pH均不变电解精炼铜时，阳极材料是粗铜，阴极材料是精铜，电解质溶液是CuSO 4溶液(或 Cu(NO 3)2溶液)精炼铜粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等
6、，也会同时放电：Zn2e = Zn2+ 、Fe 2e = Fe2+、Ni2e = Ni2+、Cu2e = Cu2 ，位于金属活动性顺序铜之后的金、银等金属杂质，因为失去电子能力比Cu弱，难以在阳极失去电子变成阳离子溶解下来，而以阳极泥的形式沉积下来，阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。长时间电解后，电解质溶液必须补充Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得52NaCl 2Na +Cl2(制Na)MgCl2 Mg +Cl2(制Mg)冶炼金属2Al2O3 4Al+3O2(制Al)【考点演练】（1）电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸(H 2C2O3),装置如下图所示,写出
7、复合膜电极的电极反应式: 。 （2）解 NO 制备 NH4NO3,其工作原理如下图所示。为使电解产物全部转化为 NH4NO3,需补充物质有 A,A 是 ,说明理由: 。 （3）电解制备 Al(OH)3时,电极分别为 Al 片和石墨,电解总反应式为 。 一种可超快充电的新型铝电池,充放电时 AlCl4和 Al2Cl72两种离子在 Al 电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极 Al 的电极反应式为 。 （4）电解尿素CO(NH 2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如图，电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极，A 极为_，电极反应式为_，B 极为_，电极反应式为_。（5）化工生产
8、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：Fe2H 2O2OH FeO423H 2，工作原理如图 1 所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色 FeO426，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：Na 2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被 H2还原。电解一段时间后， c(OH )降低的区域在_(填“阴极室”或“阳极室”)，电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_。（6）次磷酸(H 3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性， H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许
9、阳离子、阴离子通过)：写出阳极的电极反应式：_，分析产品室可得到 H3PO2的原因：_。（7）利用下图所示装置电解制备 NCl3(氯的化合价为1 价)，其原理是 NH4Cl2HCl NCl33H 2，b接电源的 (填“正”或“负”)极，阳极反应式是 。（8）用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2，将所得的 Na2SO3溶液进行电解，可循环再生 NaOH，同时得到 H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。图中 a 极要连接电源的 (填“正”或“负”)极，C 口流出的物质是 ，SO 32放电的电极反应式为 ，电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因 。7（9）电化学沉解法可用于
10、治理水中硝酸盐的污染。电化学降解 NO3的原理如图，电源正极为 (填“A”或“B”)，阴极反应式为 。（10）电解法也可以利用 KHCO3使 K2CO3溶液再生。其原理如下图所示，KHCO 3应进入 (填“阴极”或“阳极”)室。结合方程式简述再生 K2CO3的原理是 。（4）H 2产生是因为 H2O 电离的 H 在阴极上得电子，即 6H2O6e =3H26OH ，所以 B 极为阴极，A 极为阳极，电极反应式为 CO(NH2)26e 8OH =N2CO 326H 2O，阳极反应式容易错写成4OH 4e =2H2OO 2。（5）根据电解总反应：Fe2H 2O2OH FeO423H 2，结合阳极发生
11、氧化反应知，阳极反应式为 Fe6e 8OH = FeO424H 2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O2e =2OH H 2，则阳极室消耗 OH 且无补充，故 c(OH )降低。结合题给信息“Na 2FeO4易被氢气还原”知，阴极产生的氢气不能接触到 Na2FeO4，故需及时排出。（6）阳极为水电离出的 OH 放电，电极反应式为 2H2O4e =O24H ，阳极室中的 H 穿过阳膜进入产品室，原料室中的 H2PO2穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成 H3PO2。（7）b 电极，H 得电子生成 H2，发生还原反应 ，所以 b 电极为阴极，8连接电源的负极。阳极反应物为 NH4Cl，生
12、成物为 NCl3，题目中给出氯的化合价为1 价，所以氯失电子，化合价升高，氮、氢不变答案：（1）H 2C2O4+2e-+2H+=H2C2O3+H2O（2）NH 3 根据反应 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,电解产生的 HNO3多（3）2Al+6H 2O 2Al(OH)3+3H2 Al-3e-+7AlCl4=4Al2 Cl7（4）阳极 CO(NH2)28OH 6e =N2CO 326H 2O 阴极 6H2O6e =3H26OH （5）阳极室 防止 Na2FeO4与 H2反应使产率降低（6）2H 2O4e =O24H ，阳极室的 H 穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 H2PO2穿过阴膜
13、扩散至产品室，二者反应生成 H3PO2（7）负 3Cl 6e NH 4+=NCl34H （8）负 硫酸 S O322e H 2O=S O422H H2O H OH ，在阴极 H 放电生成 H2， c(H )减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强（9）A 2NO 312H 10e =N26H 2O（10）阴极 水电离出 H 在阴极得电子生成 H2，使水的平衡正移，产生的 OH 和 HCO3反应生成 CO32，使得 K2CO3再生 考点三金属的腐蚀与保护1.金属的腐蚀定义 金属的腐蚀指金属或合金周围接触到气体或液体，失去电子被氧化而消耗进行化学反应而腐蚀损耗的过程实质 金属原子失去电子被氧化而消耗的
14、过程化学腐蚀 金属跟非金属单质直接接触，金属被氧化，无电流产生电化学腐蚀 不纯金属或合金跟电解质溶液接触，较活泼金属被氧化，有微弱电流产生分类两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍9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腐蚀措施的腐蚀同种金属的腐蚀在强电解质中弱电解质中非电解质中；活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快快慢对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快2.电化学腐蚀类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强正极反应 O2+4e-+2H2O=4OH- 2H+2e-=H2负极反应 Fe2e -=Fe2+ Fe2e -=Fe2+腐蚀作用 是主
15、要的腐蚀类型，具有广泛性 发生在某些局部区域内3.金属的防护方法 措施金属表面覆盖保护层 涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料；镀耐腐蚀的金属或合金；用化学方法钝化使金属表面形成一层致密的氧化物膜电化学保护法 外加电流的阴极保护法(电解池原理)如钢闸门接低压直流电负极，石墨接电源正极作阳极，浸入水中； 牺牲阳极的阴极保护法(原电池原理)，如船壳上钉上锌块改变金属的内部结构 普通钢铁加入铬、镍等转变为不锈钢等【考点演练】我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状 A
16、g2O 涂在被腐蚀部位，Ag 2O 与有害组分CuCl 发生复分解反应，该化学方程式为_。(2)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中，负极是_(填图中字母“a”或“b”或“c”)；环境中的 Cl 扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 Cu2(OH)3Cl，其离子10方程式为_；若生成 4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为_L(标准状况)。解析：(1)复分解反应为相互交换成分的反应，因此该反应的化学方程式为 Ag2O2CuCl=2AgClCu 2O。(2)负极发生失电子的反应，铜作负极失电子，因此负极为 c。负极反应：Cu2e
17、=Cu2 ，正极反应：O 22H 2O4e =4OH ；正极产物为 OH ，负极产物为 Cu2 ，两者与 Cl 反应生成 Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为 2Cu2 3OH Cl =Cu2(OH)3Cl；4.29 g Cu2(OH)3Cl 的物质的量为0.02 mol，由 Cu 元素守恒知，发生电化腐蚀失电子的 Cu 单质的物质的量为 0.04 mol，失去电子 0.08 mol，根据电子守恒可得，消耗 O2的物质的量为 0.02 mol，所以理论上消耗氧气的体积为 0.448 L(标准状况)。答案：(1)Ag 2O2CuCl= =2AgClCu 2O(2)c 2Cu 2 3OH Cl =
18、Cu2(OH)3Cl0.448【过关练习】1.（2018 年高考全国卷）最近我国科学家设计了一种 CO2+H2S 协同转化装置，实现对天然气中 CO2和H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO 石墨烯（石墨烯包裹的 ZnO）和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe 2+-e-EDTA-Fe 3+2EDTA-Fe 3+H2S2H +S+2EDTA-Fe2+该装置工作时，下列叙述错误的是A. 阴极的电极反应：CO 2+2H+2e-CO+H 2OB. 协同转化总反应：CO 2+H2SCO+H 2O+SC. 石墨烯上的电势比 ZnO 石墨烯上的低D. 若采用 Fe3+/Fe2
19、+取代 EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性11式为：CO 2+H2S= CO+H2O+S，B 正确；石墨烯与光伏电池的正极相连，ZnO 石墨烯与光伏电池的负极相连，则石墨烯上的电势比 ZnO 石墨烯上的高，C 错误；因 Fe3+在 pH 为 3.4 的溶液中会转化为氢氧化铁沉淀，所以若采用 Fe3+/ Fe2+替代 EDTAFe3+/ EDTAFe2，溶液必修为酸性，D 正确。答案：C2.（2017 年高考全国卷）支持海港码头基础的防腐技术，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
20、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3.（莆田市 2018 届高三下学期 3 月教学质量检测）高铁酸钠（Na 2FeO4）是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na 2FeO4，其工作原理如右图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是12A. 电解时，铜电极连接电源负极 B. 甲溶液可回用于该电解池C. 离子交换膜a是阴离子交换膜 D. 阳极电极反应式：Fe-6e -+8OH-=FeO42-+4H2O解析：A. 工业上用电解浓NaOH溶液制备Na 2F
21、eO4，说明Fe溶解进入溶液，则Fe电极为阳极连接电源的正极，Cu电极为阴极连接电源的负极，故A正确；B. 在Cu电极上，水电离的H +放电使阴极区c(OH )增大，Na +通过阳离子交换膜a进入阴极区，使阴极区c(NaOH)增大，则甲溶液为NaOH，可以回用于该电解池，故B正确；C. 根据B项分析可知，因Na +要通过离子交换膜a从中间隔室进入阴极区，所以离子交换膜a是阳离子交换膜，故C错误；D. Fe电极溶解生成FeO 42 进入溶液，电极反应式为：Fe6e +8OH =FeO42 +4H2O，故D正确。答案：C4.（河南省 2018 届高三 4 月普通高中毕业班高考适应性考试）工业上电解
22、NO制备NH 4NO3，其工作原理如图所示(图中电极均为石墨电极)。下列说法错误的是A. a 极连接电源的负极B. 阳极反应为NO+5e -+6H+=NH4+H2OC. 总反应方程式为 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3D. 为使电解产物全部转化为NH 4NO3，需补充物质A，A 是NH 3135.（六安市皖西省示范高中联盟 2018 届高三上学期期末） 电化学在日常生活中用途广泛，下图是镁、次氯酸钠燃料电池的示意图，电池总反应式为：Mg+ClO -+H2OCl -+Mg(OH)2，图是电解法除去工业废水中的Cr 2O72-下列说法正确的是A. 图中Cr 2O72-离子向铁电极移动，
23、与该极附近的OH -结合转化成Cr（OH） 3除去B. 图中阳极上的电极反应式为：Fe-3e -Fe 3+C. 图中发生的氧化反应是：ClO -+H2O+2e-Cl -+2（OH） -D. 若图中 7.2g镁溶解产生的电量用以图废水处理，理论可除去Cr 2O72-的物质的量为 0.05mol解析：A图中惰性电极为阴极，Fe 电极为阳极，则 Cr2O72-离子向金属铁电极移动，与亚铁离子发生氧化还原反应生成的金属阳离子与惰性电极附近的 OH-结合转化成 Cr（OH） 3除去，A 错误；B图中阳极上的电极反应式为：Fe-2e -Fe 2+，B 错误；C该原电池中，镁作负极，负极上镁失电子发生氧化反
24、应，C 错误；Dn（Mg）=7.2g24g/mol=0.3mol，由电子守恒可知 6Mg6Fe 2+Cr 2O72-，因此理论可除去Cr2O72-的物质的量为 0.3mol60.05mol，D 正确。答案：D6.（赤峰二中 2018 届高三下学期第一次月考）现在污水治理越来越引起人们重视，可以通过膜电池除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚 ，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法正确的是14A. 当外电路中有 0.2mole-转移时，A极区增加的H+的个数为 0.2NAB. A极的电极反应式为C. 铁电极应与Y相连接D. 反应过程中甲中右边区域溶液pH逐渐升高生氧化反应，发生的电极反应为 ，生成H
25、+，溶液的pH应该逐渐减小，故D项错误。综上所述，答案：C7.（河南省 2018 届普通高中毕业班高考适应性测试） 一种处理高浓度乙醛废水的方法隔膜电解法，其原理如图所示，电解质溶液为一定浓度含乙醛的Na 2SO4溶液，电解后乙醛在两个电极分別转化为乙醇和乙酸。下列说法正确的是A. a电极为阴极，b电极为阳极B. 阳极的电极反应式为CH 3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+C. 设电解时溶液体积不变，则阴极区Na 2SO4的物质的量增大D. 电解过程中，M 池溶液的pH 变大，N 池溶液的pH 变小158. (2017 届威海模拟)钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因
26、与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。(1)抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为_。(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。若 X 为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关 K 应置于_处。若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为_。(3)图中若 X 为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关 K 置于 N 处，一段时间后，当铁件质量增加 3.2 g 时，X 电极溶解的铜的质量_3.2 g(填“”或“”)。(4)图中若 X 为铜，容器中海水替换为 FeCl3溶液，开关 K
27、 置于 M 处，铜电极发生的反应是_，若将开关 K 置于 N 处，发生的总反应是_。答案：(1)Fe2FeCl 3=3FeCl2(2)N 牺牲阳极的阴极保护法 (3)a%c%11. (1)利用 LiOH 和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH 可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备 LiOH，两电极区电解液分别为 LiOH 和 LiCl 溶液。B 极区电解液为 (填化学式)溶液，阳极电极反应式为 ，电解过程中 Li 向 (填“A”或“B”)电极迁移。18(2)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al 2Cl7和 AlCl4组成的离子液体作电解液时
28、，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 。（3）电解硫酸亚铁和硫酸铝溶液得到液体聚合硫酸铝铁Al aFeb(OH)m(SO4)n。装置如图所示(阴离子交换膜只允许阴离子通过，电极为惰性电极)：阴极室的电极反应式是 。电解过程阳极室溶液 pH 的变化是 (填“增大”、“减小”或“不变”)。简述在反应室中生成液体聚合硫酸铝铁的原理 。（4）如图是一种用电解原理来制备 H2O2，并用产生的 H2O2处理废氨水的装置。为了不影响 H2O2的产量，需要向废氨水中加入适量 HNO3调节溶液的 pH 约为 5，则所得溶液中 c(NH4+) (填“”、“”或“”) c(NO3)。IrRu 惰性电极吸附 O2生成 H2O2，其电极反应式为 。理论上电路中每转移 3 mol e ，最多可以处理废氨水中溶质(以 NH3计)的质量是 g。19答案：(1)LiOH 2Cl 2e =Cl2 B(2)负 4Al2Cl73e =Al7AlCl 4 H2（3）2H 2e =H2 减小 电解过程中反应室中的 SO42通过阴离子交换膜进入阳极室，阴极室中的 OH 通过阴离子交换膜进入反应室，生成聚合硫酸铝铁（4） O 22H 2e =H2O2 17
