知識清單19 電解池 金屬的腐蝕與防護（教師版） 2025年高考化學一輪復習知識清單

知識清單19電解池金屬的腐蝕與防護知識點01電解池的工作原理知識點02電解原理的應用知識點03金屬的腐蝕與防護

知識點01電解池的工作原理1．電解和電解池(1)電解：使電流通過電解質溶液(或熔融電解質)而在陽極、陰極引起氧化還原反應的過程。(2)電解池：將電能轉化為化學能的裝置(也稱電解槽)。(3)電極名稱及反應類型陰極：與電源負極相連的電極，發(fā)生還原反應；陽極：與電源正極相連的電極，發(fā)生氧化反應。(4)電解池的構成條件①直流電源；②兩個電極；③電解質溶液或熔融電解質；④形成閉合回路。2．電解池的工作原理接通外界電源后，電子從電源的負極沿導線流入電解池的陰極，然后電解質溶液中的陰、陽離子發(fā)生定向移動形成內電路，電子再從電解池的陽極流出，并沿導線流回電源的正極。(1)與電源正極相連的電極為陽極，陽極發(fā)生氧化反應；與電源負極相連的電極為陰極，陰極發(fā)生還原反應。(2)電子流向：負極→陰極、陽極→正極。(3)離子的移動方向：陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。3．電解規(guī)律(1)陽極產物的判斷①活性電極(除Au、Pt以外的金屬材料作電極)，電極材料失電子，生成金屬陽離子。②惰性電極(Pt、Au、石墨)，要依據陰離子的放電順序加以判斷。陰離子的放電順序：活潑電極＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子。S2－、I－、Br－、Cl－放電，產物分別是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放電，則得到H2O和O2。(2)陰極產物的判斷直接根據陽離子放電順序進行判斷。陽離子放電順序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。①若金屬陽離子(Fe3＋除外)放電，則得到相應金屬單質；若H＋放電，則得到H2。②放電順序本質遵循氧化還原反應的優(yōu)先規(guī)律，即得(失)電子能力強的離子先放電。(3)惰性電極電解電解質溶液的產物判斷(圖示)4．電解后電解質溶液的復原需加適量的某物質，該物質可以是陰極與陽極產物的化合物。例如惰性電極電解CuSO4溶液，要恢復原溶液的濃度，可向電解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因為Cu(OH)2與生成的H2SO4反應后使水量增加。使電解后的溶液恢復原狀的方法：先讓析出的產物(氣體或沉淀)恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl氣體(不能加鹽酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固體(不能加AgOH)；③CuCl2溶液：加CuCl2固體；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。(1)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色(×)錯因：Cl2在陽極生成。(2)電解質溶液的導電過程就是電解質溶液被電解的過程(√)(3)電解鹽酸、硫酸溶液等，H＋放電，溶液的pH逐漸增大(×)錯因：電解鹽酸，pH變大；電解硫酸溶液，實際是電解水，pH變小。(4)用Cu作電極電解鹽酸可發(fā)生Cu＋2H＋eq\o(=,\s\up7(電解))Cu2＋＋H2↑(√)(5)電解池中的氧化反應和還原反應不一定同時發(fā)生(×)錯因：電解池中的陽極發(fā)生氧化反應，陰極發(fā)生還原反應，二者同時進行。(6)陽極失去的電子經過直流電源，流向陰極(×)錯因：陽極失去的電子流向直流電源的正極，電子不能通過直流電源內部的離子導體，直流電源的負極失去電子流向陰極。(7)電解池中的電解質可能是熔融狀態(tài)或固體電解質(√)提示：電解質溶液、熔融狀態(tài)的電解質、固體電解質均是離子導體。(8)電解池中的陽極和直流電源中的負極均發(fā)生氧化反應(√)提示：電解池中的陽極和直流電源中的負極均失去電子。(9)Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑能設計成電解池(√)提示：電解池是把電能轉化為化學能，所以不論自發(fā)、不自發(fā)進行的氧化還原反應理論上均可設計成電解池；如用Zn作陽極、惰性電極作陰極，電解硫酸溶液，電池反應即為上述反應。(10)陽極不管是什么材料，電極本身都不反應(×)錯因：陽極如果是活性電極，電極本身參加反應。(11)用惰性電極電解飽和食鹽水一段時間后，加入鹽酸可使電解質溶液恢復到電解前的狀態(tài)(×)錯因：電解飽和食鹽水，兩極產生H2和Cl2，因此通入HCl氣體即可使電解質溶液恢復到電解前的狀態(tài)。(12)電解池工作時電子從電源的負極流出，流入陰極通過溶液到陽極，然后從陽極流出，流回電源正極(×)錯因：電子不能通過電解質溶液。一、電解池的工作原理(1)如圖所示為一電解池裝置，A、B都是惰性電極，電解質溶液c是飽和NaCl溶液，實驗開始時，同時在U形管兩邊各滴入幾滴酚酞試劑，試判斷：①a電極是正極(填“正”或“負”)，B電極是陰極(填“陰”或“陽”)B極(填“A”或“B”)附近酚酞試液顯紅色。③檢驗A電極上產物的方法是把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在A電極附近，試紙變藍，則證明A電極上的產物為氯氣。(2)電解質溶液通電時，一定會發(fā)生化學反應嗎？為什么？一定發(fā)生化學反應。因為在電解池的陰極、陽極分別發(fā)生還原反應和氧化反應，發(fā)生了電子的轉移，生成了新物質，所以電解質溶液通電時一定有化學反應發(fā)生。二、電解規(guī)律及電極反應式的書寫1．用惰性電極電解不同類型電解質溶液(1)電解水型實例電極反應式及總反應式電解質溶液濃度復原方法H2SO4陰極：2H＋＋2e－=H2↑陽極：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑總反應式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑增大加水(2)電解電解質型實例電極反應式及總反應式電解質溶液濃度復原方法HCl陰極：2H＋＋2e－=H2↑陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑總反應式：2HCleq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑減小通入HClCuCl2陰極：Cu2＋＋2e－=Cu陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑總反應式：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑加CuCl2固體(3)電解質和水均參與電解型實例電極反應式及總反應式電解質溶液濃度復原方法NaCl、KCl(放H2生堿)陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－總反應式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－減小并生成新電解質通入HCl氣體CuSO4(放O2生酸)陽極：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑陰極：Cu2＋＋2e－=Cu總反應式：2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋減小并生成新電解質加CuO2．按要求書寫電極反應式和總反應方程式：(1)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反應式：_______________________；陰極反應式：________________________；總反應離子方程式：______________________________________。(2)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜陽極反應式：______________________；陰極反應式：__________________________；總反應方程式：_________________________________________。(3)電解MnSO4溶液可制備MnO2，其陽極的電極反應式為_________________________。(4)將用燒堿吸收H2S后所得的溶液加入如圖所示的電解池的陽極區(qū)進行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應：S2－－2e－=S；(n－1)S＋S2－=Seq\o\al(2－,n)。①寫出電解時陰極的電極反應式：____________________________________。②電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質，其離子方程式為_______________________。(5)鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種，常見有＋3、＋4兩種價態(tài)。霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NOeq\o\al(－,2)、NOeq\o\al(－,3)(二者物質的量之比為1∶1)?？刹捎秒娊夥▽⑸鲜鑫找褐械腘Oeq\o\al(－,2)轉化為無毒物質，同時再生成Ce4＋，其原理如圖所示。①Ce4＋從電解槽的________(填字母)口流出，電極反應式：________________。②寫出陰極的電極反應式：_______________________________________________________。答案：(1)2Cl－－2e－=Cl2↑Mg2＋＋2H2O＋2e－=H2↑＋Mg(OH)2↓Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(2)2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋2H＋＋2e－=H2↑2Al＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Al2O3＋3H2↑(3)Mn2＋＋2H2O－2e－=MnO2↓＋4H＋(4)①2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－②Seq\o\al(2－,n)＋2H＋=(n－1)S↓＋H2S↑(5)①aCe3＋－e－=Ce4＋②2NOeq\o\al(－,2)＋8H＋＋6e－=N2↑＋4H2O解析：(5)①Ce4＋在陽極生成，從a口流出。②NOeq\o\al(－,2)轉化為無毒物質，則NOeq\o\al(－,2)在陰極得電子，轉化為N2，由得失電子守恒、電荷守恒可得陰極電極反應式。知識點02電解原理的應用1．氯堿工業(yè)(1)電極反應陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(反應類型：氧化反應)；陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(反應類型：還原反應)。檢驗陽極產物的方法是用濕潤的KI-淀粉試紙靠近陽極，若試紙變藍，證明生成了Cl2。電解時向食鹽水中滴加酚酞，陰極附近溶液變紅，說明該電極附近產生的物質為NaOH。(2)電解方程式化學方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)陽離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖①陽離子交換膜的作用阻止OH－進入陽極室與Cl2發(fā)生副反應：2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O；阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發(fā)生爆炸。②a、b、c、d加入或取出的物質分別是飽和食鹽水、稀NaOH溶液、稀食鹽水、濃NaOH溶液；X、Y分別為Cl2、H2。2．電鍍(1)電鍍的概念：利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝。(2)電鍍的主要目：使金屬增強抗腐蝕能力，增加表面硬度和美觀(3)電鍍池的構成陽極：鍍層金屬浸入電鍍液中與直流電源的正極相連作陽極；陰極：待鍍金屬制品與直流電源的負極相連作陰極；電鍍液：含有鍍層金屬離子的電解質溶液；特點：電鍍時，電解質溶液的濃度保持不變；陽極減少的質量和陰極增加的質量相等；陽極失電子總數和陰極得電子總數相等。3．電冶金(1)電解精煉銅①電極材料：陽極為粗銅，陰極為純銅。②電解質溶液：含Cu2＋的鹽溶液。③電極反應式陽極：Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Ni－2e－=Ni2＋、Cu－2e－=Cu2＋；陰極：Cu2＋＋2e－=Cu。④陽極泥的形成粗銅中不活潑的雜質(金屬活動性順序中位于銅之后的銀、金等)在陽極難以失去電子，當陽極上的銅失去電子變成離子之后，它們以金屬單質的形式沉積于電解槽的底部，成為陽極泥。(2)利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等?？偡匠淌疥枠O、陰極反應式冶煉鈉2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑、2Na＋＋2e－=2Na冶煉鎂MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑、Mg2＋＋2e－=Mg冶煉鋁2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑6O2－－12e－=3O2↑、4Al3＋＋12e－=4Al4．有關電解的計算(1)計算原則①陽極失去的電子數等于陰極得到的電子數。②串聯(lián)電池中各電極上轉移的電子數目相等。③電源輸出的電子總數和電解池中各電極上轉移的電子數目相等。(2)計算方法①得失電子守恒法計算：用于串聯(lián)電路各極的電量相同等類型的計算。②總反應式計算：根據總反應式列比例式計算。③關系式計算：根據得失電子守恒關系建立已知量與未知量之間的橋梁，建立計算所需的關系式。以通過4mole－為橋梁可構建如下關系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)(1)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料(×)錯因：金屬材料Pt和Au都是惰性電極，兩極都可用，陰極也可用活潑金屬電極。(2)電解飽和食鹽水制堿時，用Fe作陰極可增強導電性(√)(3)工業(yè)上電解飽和食鹽水時，Na＋通過交換膜移向陽極(×)錯因：Na＋通過交換膜移向陰極。(4)電解飽和食鹽水制堿時，食鹽水中不能含有Ca2＋、Mg2＋等離子(√)提示：Ca2＋、Mg2＋等會與陰極產生的OH-生成沉淀。(5)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應連接電源的正極(×)錯因：鍍件應連接電源的負極，作電解池的陰極。(6)根據得失電子守恒可知電解精煉銅時，陽極減少的質量和陰極增加的質量相等(×)錯因：陽極溶解的金屬還有Zn、Ni、Fe等。(7)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質溶液中c(Cu2＋)均保持不變(×)錯因：電鍍銅時c(Cu2＋)保持不變，電解精煉銅時c(Cu2＋)減小。(8)電解冶煉鎂、鋁通常電解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以電解熔融的MgO和AlCl3(×)錯因：MgO熔點高，熔融需要能量高；AlCl3是共價化合物，熔融時不導電。(9)用電解法冶煉活潑金屬時，不能電解相應化合物的水溶液(√)(10)若把Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑設計成電解池，應用Cu作陽極(√)(11)用Zn作陽極，F(xiàn)e作陰極，ZnCl2作電解質溶液，由于放電順序H＋>Zn2＋，不可能在鐵上鍍鋅(×)錯因：溶液中H＋濃度較小，Zn2＋先放電。(12)氯堿工業(yè)中陽離子交換膜的作用是防止H2和Cl2混合爆炸，同時避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影響燒堿質量(√)(13)用惰性電極電解MgCl2溶液所發(fā)生反應的離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－(×)錯因：Mg2＋與陰極產生的OH-生成沉淀。(14)粗銅電解精煉時，若電路中通過2mole－，陽極減少64g(×)錯因：陽極為粗銅，Zn、Fe、Ni等金屬先失去電子。(15)用銅作陽極、石墨作陰極電解CuCl2溶液時，陽極電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑(×)錯因：活潑金屬作陽極時，金屬首先失電子被氧化，故陽極反應為Cu－2e－=Cu2＋。(16)根據得失電子守恒可知電解精煉銅時，陽極減少的質量和陰極增加的質量相等(×)錯因：電解精煉銅時，陰極析出的只有Cu，而陽極減少的有活潑的Zn、Fe、Ni等形成陽離子存在于溶液中，不活潑的Ag、Au等形成陽極泥沉在底部，故兩極的質量變化不相等。(17)電鍍過程中，溶液中離子濃度不變(√)提示：電鍍過程中陽極質量減輕等于陰極質量增加，電鍍液中離子濃度保持不變。1．工業(yè)電解氧化鋁制取金屬鋁時，常加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是________。電解過程中還需不斷補充陽極(石墨)，其原因是_________________________________________________。答案：降低熔化溫度陽極生成的氧氣與石墨電極發(fā)生了反應2．(1)如圖電解飽和食鹽水過程中，陽離子交換膜的作用為只允許陽離子通過，阻止Cl2與H2混合，防止Cl2與NaOH反應。(2)粗銅的電解精煉示意圖如圖所示。①在粗銅的電解過程中，粗銅板應是圖中電極c(填圖中的字母)；在電極d上發(fā)生的電極反應為Cu2＋＋2e－=Cu。②若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，則陽極的電極反應為Fe－2e－=Fe2＋、Cu－2e－=Cu2＋，粗銅中的Au、Ag的存在形式和位置為Ag、Au以單質形式沉積在c電極的下方，形成陽極泥，溶液中c(Cu2＋)變小(填“變大”“變小”或“不變”)。3．電鍍是材料表面處理中不可或缺的一部分，解答下列問題：(1)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是____________________________。(2)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜。陽極反應式：_________________________；陰極反應式：_________________________；總反應方程式：____________________________________。(3)用有機陽離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應接電源的_____極，已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極反應式為_________________________。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產物為________。答案：(1)用銅作陽極可補充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋濃度恒定(2)2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－=3H2↑2Al＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Al2O3＋3H2↑(3)負4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)H2知識點03金屬的腐蝕與防護1．金屬的腐蝕(1)金屬腐蝕的本質金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生氧化反應。(2)金屬腐蝕的類型①化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與接觸到的物質直接發(fā)生化學反應不純的金屬接觸到電解質溶液發(fā)生原電池反應本質M－ne－=Mn＋M－ne－=Mn＋現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)別無電流產生有微弱電流產生聯(lián)系電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多，腐蝕速率更快，危害也更嚴重②析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵的腐蝕為例)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強水膜酸性很弱或呈中性電極反應負極Fe－2e－=Fe2＋正極2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－總反應式Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍【特別提醒】鋼鐵暴露在潮濕空氣中主要發(fā)生的是吸氧腐蝕，鐵銹的形成過程中主要發(fā)生的反應為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。2．金屬電化學腐蝕規(guī)律(1)對同一種金屬來說，在不同溶液中腐蝕的快慢：強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液。(2)活動性不同的兩金屬：活動性差別越大，活動性強的金屬腐蝕越快。(3)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，腐蝕越快，且氧化劑的濃度越高，氧化性越強，腐蝕越快。(4)對同一電解質溶液來說。電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。3．金屬的防護(1)改變金屬材料的組成在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優(yōu)異的合金。如普通鋼中加入鎳、鉻等制成不銹鋼產品，鈦合金不僅具有優(yōu)異的抗腐蝕性，還具有良好的生物相容性。(2)在金屬表面覆蓋保護層在金屬表面覆蓋致密的保護層，將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。如，在鋼鐵制品的表面噴涂油漆、涂礦物性油脂、覆蓋搪瓷、塑料等；電鍍鋅、錫、鉻、鎳等；利用化學方法、離子注入法、表面滲鍍等方式在金屬表面形成穩(wěn)定的鈍化膜。(3)電化學保護法金屬在發(fā)生電化學腐蝕時，總是作為原電池負極(陽極)的金屬被腐蝕，作為正極(陰極)的金屬不被腐蝕，如果能使被保護的金屬成為陰極，則該金屬就不易被腐蝕。(1)犧牲陽極法原理：原電池原理，被保護的金屬作正極，活潑性更強的金屬作負極。應用：鍋爐內壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊。(2)外加電流法原理：電解池原理，被保護的金屬作為陰極，與電源的負極相連。應用：鋼鐵閘門，高壓線鐵架，地下管道連接直流電源的負極。(1)干燥環(huán)境下，所有金屬都不能被腐蝕(×)錯因：干燥環(huán)境下，金屬可發(fā)生化學腐蝕。(2)在潮濕空氣中，鋼鐵表面形成水膜，金屬發(fā)生的一定是吸氧腐蝕(×)錯因：水膜酸性較強時，鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕。(3)銅在酸性環(huán)境下，不易發(fā)生析氫腐蝕(√)(4)在船體外嵌入鋅塊，可以減緩船體的腐蝕，屬于犧牲陰極的保護法(×)錯因：應該是犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理。(5)外加電流的陰極保護法是將被保護金屬接在直流電源的正極(×)錯因：外加電流的陰極保護法中，被保護金屬應接電源的負極。(6)電化學腐蝕比化學腐蝕的速率大得多(√)提示：電化學腐蝕是金屬作原電池的負極而被加速腐蝕。(7)鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕中都是鐵作負極(√)提示：鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕中都是活潑金屬鐵作負極。(8)鋼鐵設備與金屬銅捆綁即可被保護(×)錯因：鋼鐵設備作為原電池的正極才能被保護。(9)把金屬鉻、鎳等加入普通鋼中能增強鋼鐵的耐腐蝕性(√)提示：鋼鐵中加入金屬鉻、鎳等形成不銹鋼。