案39　電解池　金屬的電化學腐蝕與防護

　　[考綱要求]　1.了解電解池的工作原理，寫出電極反應和電池反應方程式。2.理解金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。

　　知識點一　電解池、電解原理

　　1．電解原理

　　(1)電解：使________通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在__________引起____________________的過程。

　　(2)電解池(也叫電解槽)：把____能轉化為________能的裝置。

　　(3)電極名稱與電極反應：

　　與電源正極相連的為________，發生________反應；

　　與電源負極相連的為________，發生________反應。

　　2．電解CuCl2溶液(如右圖所示)

　　(1)陽極反應：________________________________________________________________________

　　(2)陰極反應：________________________________________________________________________

　　(3)總方程式：________________________________________________________________________

　　問題思考

　　1．電解質的電離和溶液的導電有什么聯系？

　　2．電解池的陰、陽極與電極材料有什么關系？

　　知識點二　電解原理的應用

　　1．電解飽和食鹽水

　　(1)電極反應

　　陽極反應式：________________________________________________________________________

　　(________反應)

　　陰極反應式：________________________________________________________________________

　　(________反應)

　　(2)總反應方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

　　離子反應方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑

　　(3)應用：氯堿工業制________、________和________。

　　2．電鍍

　　右圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據此回答下列問題：

　　(1)鍍件作____極，鍍層金屬銀作____極。

　　(2)電解質溶液是________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(3)電極反應：

　　陽極：________________________________________________________________________；

　　陰極：________________________________________________________________________。

　　(4)特點：____極溶解，____極沉積，電鍍液的濃度________________________________________________________________________。

　　3．電解精煉銅

　　(1)電極材料：陽極為________；陰極為________。

　　(2)電解質溶液：含Cu2＋的鹽溶液。

　　(3)電極反應：

　　陽極為________________________________________________________________________；

　　陰極為________________________________________________________________________。

　　4．電冶金

　　利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。

　　(1)冶煉鈉

　　2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑

　　電極反應：

　　陽極：________________________________________________________________________，

　　陰極：________________________________________________________________________。

　　(2)冶煉鋁

　　2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑

　　電極反應：

　　陽極：________________________________________________________________________，

　　陰極：________________________________________________________________________。

　　問題思考

　　3．如何設計實驗驗證電解飽和食鹽水的各種產物？

　　4．電解過程中放H2生堿型和放O2生酸型的實質是什么？

　　5．用惰性電極電解，若要使電解后的溶液復原，應怎樣操作？

　　知識點三　金屬的腐蝕和防護

　　1．金屬腐蝕的本質

　　金屬原子________變為________，金屬發生________。

　　2．金屬腐蝕的類型

　　(1)化學腐蝕與電化學腐蝕

　　化學腐蝕 電化學腐蝕條件 金屬跟__________接觸 不純金屬或合金跟________________接觸現象 ____電流產生 ______電流產生

　　本質 金屬被____ 較活潑金屬被________

　　聯系 兩者往往同時發生，________腐蝕更普遍

　　(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕

　　以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：

　　析氫腐蝕 吸氧腐蝕

　　條件 負極

　　正極

　　聯系 ________更普遍

　　問題思考

　　6．鐵銹是怎樣形成的？

　　3．金屬的防護

　　(1)電化學防護

　　①犧牲陰極的陽極保護法—________原理

　　a．________：比被保護金屬活潑的金屬；

　　b．________：被保護的金屬設備。

　　②外加電流的陰極保護法—________原理

　　a．________：被保護的金屬設備；

　　b．________：惰性金屬。

　　(2)改變金屬的內部結構，如制成合金、不銹鋼等。

　　(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。

　　一、電解池的電極及電極產物的判斷

　　1．如何分析電解池中的兩極變化？

　　2．如何判斷電解池的電極產物及書寫電極反應式和總反應式？

　　典例導悟1　將含有KCl、CuCl2、Na2SO4三種物質的水溶液用鉑電極進行電解，且電解時間足夠長。有以下結論：

　　①溶液中幾乎沒有Cl－　②電解質溶液為無色　③最終溶液顯堿性　④K＋、Na＋、SO的濃度幾乎沒有變化

　　正確的是(設全部氣體從溶液中出)()

　　A．①②③　B．僅③　C．①④　D．均正確

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　　二、電解類型及有關計算

　　1．用惰性電極電解電解質溶液的類型如下表所示：

　　類型 電極反應特點 實例 電解

　　對象 電解質

　　濃度 pH 電解質溶

　　液復原電解

　　水型 陰：4H＋＋4e－2H2↑

　　陽：4OH－－4e－2H2O＋O2↑ NaOH H2SO4 Na2SO4電解

　　電解

　　質型 電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 HCl

　　CuCl2

　　放H2

　　生堿

　　型 陰極：H2O放H2生堿

　　陽極：電解質陰離子放電 NaCl

　　放O2

　　生酸

　　型 陰極：電解質陽離

　　子放電

　　陽極：H2O放O2生酸 CuSO4

　　2.電解池中有關量的計算或判斷

　　電解池中有關量的計算或判斷主要包括以下方面：根據直流電源提供的電量求產物的量(析出固體的質量、產生氣體的體積等)、溶液的pH、相對原子質量或某元素的化合價、化學式等。解題依據是得失電子守恒。

　　典例導悟2　(1)用惰性電極電解400 mL一定濃度的硫酸銅溶液(不考慮電解過程中溶液體積的變化)，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉移的電子為________ mol。

　　(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH，電解過程中轉移的電子為________ mol。

　　(3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮CO2的溶解)，電解過程中轉移的電子為________ mol。

　　3．比較金屬腐蝕快慢

　　判斷金屬腐蝕快慢的規律

　　(1)電解池原理引起的腐蝕>__________引起的腐蝕>________腐蝕>有防護措施的腐蝕。

　　(2)對同一種金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液。

　　(3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，活潑性強的金屬腐蝕越________。

　　(4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度________________________________________________________________________，

　　腐蝕越快。

　　典例導悟3　下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是()

　　A．④>②>①>③B．②>①>③>④

　　C．④>②>③>①

　　D．③>②>④>①

　　題組一　電解原理及其應用

　　1．(2011·上海，16)用電解法提取氯化銅廢液中的銅，方案正確的是()

　　A．用銅片連接電源的正極，另一電極用鉑片

　　B．用碳棒連接電源的正極，另一電極用銅片

　　C．用氫氧化鈉溶液吸收陰極產物

　　D．用帶火星的木條檢驗陽極產物

　　2．(2010·海南，9改編)利用電解法可將含有Fe、Zn、Ag、Pt等雜質的粗銅提純，下列敘述正確的是()

　　A．電解時以精銅作陽極

　　B．電解時陰極發生氧化反應

　　C．粗銅連接電源負極，其電極反應是Cu－2e－Cu2＋

　　D．電解后，電解槽底部會形成含少量Ag、Pt等金屬的陽極泥

　　3.(2010·全國理綜Ⅱ，29)

　　右圖是一個用鉑絲作電極，電解稀的MgSO4溶液的裝置，電解液中加有中性紅指示劑，此時溶液呈紅色。(指示劑的pH變色范圍：6.8～8.0，酸色—紅色，堿色—黃色)

　　回答下列問題：

　　(1)下列關于電解過程中電極附近溶液顏色變化的敘述正確的是________(填編號)；

　　①A管溶液由紅變黃　② B管溶液由紅變黃　③A管溶液不變色　④B管溶液不變色

　　(2)寫出A管中發生反應的反應式：________________________________________________________________________；

　　(3)寫出B管中發生反應的反應式：________________________________________________________________________；

　　(4)檢驗a管中氣體的方法是________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________；

　　(5)檢驗b管中氣體的方法是________________________________________________________________________

　　________________________________________________________________________；

　　(6)電解一段時間后，切斷電源，將電解液倒入燒杯內觀察到的現象是________________________________________________________________________。

　　題組二　金屬的電化學腐蝕和防護

　　4．(2011·北京理綜，8)結合下圖判斷，下列敘述正確的是()

　　A．Ⅰ和Ⅱ中正極均被保護

　　B．Ⅰ和Ⅱ中負極反應均是Fe－2e－Fe2＋

　　C．Ⅰ和Ⅱ中正極反應均是O2＋2H2O＋4e－4OH－

　　D．Ⅰ和Ⅱ中分別加入少量K3[Fe(CN)6]溶液，均有藍色沉淀

　　5．(2011·山東理綜，15)以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是()

　　A．未通電前上述鍍鋅裝置可構成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程

　　B．因部分電能轉化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系

　　C．電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率

　　D．鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護作用

　　6．(2011·浙江理綜，10)將NaCl溶液滴在一塊光亮清潔的鐵板表面上，一段時間后發現液滴覆蓋的圓圈中心區(a)已被腐蝕而變暗，

　　在液滴外沿形成棕色鐵銹環(b)，如右圖所示。導致該現象的主要原因是液滴之下氧氣含量比邊緣處少。下列說法正確的是()

　　A．液滴中的Cl－由a區向b區遷移

　　B．液滴邊緣是正極區，發生的電極反應為O2＋2H2O＋4e－4OH－

　　C．液滴下的Fe因發生還原反應而被腐蝕，生成的Fe2＋由a區向b區遷移，與b區的OH－形成Fe(OH)2，進一步氧化、脫水形成鐵銹

　　D．若改用嵌有一銅螺絲釘的鐵板，在銅鐵接觸處滴加NaCl溶液，則負極發生的電極反應為Cu－2e－Cu2＋

　　7．(2010·北京理綜，6)下列有關鋼鐵腐蝕與防護的說法正確的是()

　　A．鋼管與電源正極連接，鋼管可被保護

　　B．鐵遇冷濃硝酸表面鈍化，可保護內部不被腐蝕

　　C．鋼管與銅管露天堆放在一起時，鋼管不易被腐蝕

　　D．鋼鐵發生析氫腐蝕時，負極反應是Fe－3e－Fe3＋

　　題號 1 2 4 5 6 7

　　答案

　　題組三　電解的規律及有關計算

　　8．(2009·全國理綜Ⅰ，28)下圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。

　　(1)接通電源，經過一段時間后，測得丙中K2SO4質量分數為10.47%，乙中c電極質量增加。據此回答問題：

　　①電源的N端為________極；

　　②電極b上發生的電極反應為________________________________________________________________________；

　　③列式計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積。

　　④電極c的質量變化是__________g；

　　⑤電解前后各溶液的酸、堿性大小是否發生變化，簡述其原因：

　　甲溶液________________________________________________________________________；

　　乙溶液________________________________________________________________________；

　　丙溶液________________________________________________________________________；

　　(2)如果電解過程中銅全部析出，此時電解能否繼續進行，為什么？

　　題組一　電解原理及其應用

　　1．(2011·大同質檢)如圖a、b、c、d均為石墨電極，通電進行電解(電解液足量)。下列說法正確的是()

　　A．甲中a的電極反應式為4OH－－4e－O2↑＋2H2O

　　B．電解時向乙中滴入酚酞溶液，c電極附近變紅

　　C．向乙中加入適量鹽酸，溶液組成可以恢復

　　D．當b極有64 g Cu析出時，c電極產生2 g氣體

　　題組二　電解的規律及有關計算

　　2．500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6 mol·L－1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到氣體22.4 L(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是()

　　A．原混合溶液中c(Na＋)＝6 mol·L－1

　　B．電解后溶液中c(H＋)＝4 mol·L－1

　　C．上述電解過程中共轉移8 mol電子