專題08電解池金屬的腐蝕與防護

目錄

畫考點聚焦：復習要點+知識網絡，有的放矢

重點速記：知識點和關鍵點梳理，查漏補缺

國題型歸納：歸納?？紵狳c題型，高效解題

難點強化：難點內容標注與講解，能力提升

學以致用：真題感知+提升專練，全面突破

匡圈回國

?復習要點聚焦

1.電解池的構成、工作原理，電極反應式和總反應方程式的書寫。

2.氯堿工業(yè)、電解精煉、電鍍、電冶金等的反應原理。

3.金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。

?知識網絡聚焦

概念：使電流通過電解質溶液（或熔融電解質）而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程

（能量變化：電能轉化為化學能

形成條件:①與立流電源相連的兩個電極;②電解質溶液；③閉合網路

電解池V（?-----匚|!——匚二?

電解反應原理;陽極（弱化反應）陰極（還原反應）

［陰離子移向卜陽離子移向

1

I----電解質溶液一1

［朝堿工業(yè)：2、aCl+2H2（）些2Na（）H+H22+CI2f

應用i.概念:應用電解原理在某咫金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加TT.藝

電鍍,形成條件:①鍍件作陰極；②鍍層金屬作陽極；③電鍍液中含有鍍層金屬離子

化學腐蝕

金屬腐蝕析氫腐蝕

電化學腐蝕

吸氧腐蝕

金屬的腐蝕與防護＜

犧牲陽極法

電化學防護

金屬防護外加電流法

改變金屬材料的組成或覆蓋保護層等

一、電解原理

1、實驗探究：電解CuCL溶液

r-?-

石墨

陰極年極濕潤的淀

=＞典r一粉碘化鉀

電解裝置C1明試紙

存在微粒Cu2+.cr>H+>OH-

通電前

微粒運動自由移動

微粒運動_____________移向陰極，__________移向陽極

陰極：Cu2++2e-=Cu

電解過電極反應

陽極：2cl一一2e==C12t

程分析

通電后電解反應CuCl2=^=Cu+C12t

陰極：______________________

實驗現(xiàn)象陽極：①有氣泡放出：②________________________：

③濕潤的淀粉碘化鉀試紙變?yōu)開___________

2、電解和電解池

(1)電解：使電流通過(或熔融電解質)而在陽極、陰極引起反應的過程。

(2)電解池：將轉化為的裝置(也稱電解槽)。

(3)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

3、電解原理

(1)電極反應類型：陽極T反應；陰極T反應。

(2)電子流向：電源_____極T______極；______極T電源______極。

(3)電流方向：電源_____一極—______極；_____極~＞電源——極。

(4)離子流向：陽離子_____極：陰離子—極。

二、電解原理的應用

1、電解飽和食鹽水的原理

NaCI溶液

(1)通電前：溶液中的離子是O

(2)通電后：①移向陽極的離子是,C「比0H一容易失去電子，被氧化成o

(3)陽極：2C「-2e=Cl2t(反應)。

(4)移向陰極的離子是,比容易得到電子，被還原成o其中H*是由水電

離產生的。

(5)陰極：2H2O+2e=H"+20H一(反應)。

(6)總反應：

市解

化學方程式為2NaCl+2H2O=H2T+CbT+2NaOH；

離子方程式為2C廠+2H2。/絲H2T+CI2T+2OH-。

2、氯堿工業(yè)生產流程

(1)陽離子交換膜電解槽

CI2H2

NaCI溶液交換膜

(2)陽離子交換膜的作用：只允許等陽離子通過，不允許等陰離子及氣體分子通過，

可以防止陰極產生的與陽極產生的混合發(fā)生爆炸，也能避免氯氣與陰極產生的氫氧化鈉

反應而影響氫氧化鈉的產量。

3、氯堿工業(yè)產品及其應用

(1)氯堿工業(yè)產品主要有鹽酸、含氯漂白劑。

(2)電解飽和食鹽水為原理的氯堿工業(yè)產品在有機合成、、

金屬冶煉等領域中廣泛應用。

4、電鍍與電解精煉

裝置

精煉

電鍍

陽極材料鍍層金屬Cu粗銅（含等雜質）

陰極材料鍍件金屬Fe

陽極反應Cu—2e-^=Cu2*Zn_2e==Zn2+^Cu—2e=Cu2+^f

陰極反應

溶液變化硫酸銅溶液濃度保持不變C/+濃度減小，金、銀等金屬沉積形成陽極泥

5、電冶金

（1）金屬冶煉的本質：使礦石中的獲得電子變成的過程。如M”++〃「=M。

（2）電解法用于冶煉較活潑的金屬（如等），但不能電解其鹽溶液，應電解其熔融態(tài)。

三、金屬的腐蝕

1、金屬的腐蝕

（1）概念：金屬或合金與周圍的發(fā)生___________反應而引起損耗的現(xiàn)象。其實質是金屬原

子電子變?yōu)殛栯x子，金屬發(fā)生________反應。

（2）根據(jù)與金屬接觸的不同，金屬腐蝕可分為兩類：

①化學腐蝕：金屬與其表面接觸的一些物質（如等）直接反應而引起的腐蝕。腐蝕的速率隨溫

度升高而o

②電化學腐蝕：當?shù)慕饘倥c溶液接觸時會發(fā)生反應，比較的金屬

發(fā)生氧化反應而被腐蝕。

2、鋼鐵的電化學腐蝕

類別

析氫腐蝕吸氧腐蝕

項

F/?電解質溶液二二二二二二恭；F盧麗慶泳刖二二OH-

----------

圖形描述尸一工巧

鋼鐵的析氫腐拽示意圖鋼鐵的吸銀腐蝕示意圖

條件水膜酸性較強水膜酸性很弱或呈中性

負極Fe-2e-=Fe2+

正極2H*+2e-=H2t。2+4b+2H2O=4OH一

總反應

最終生成鐵銹(主要成分為Fe2O3-xH2。)，反應如下：4FC(OH)2+O2+

后續(xù)反應

2H2O=4Fe(OHi3,2Fe(OH)3=Fe2O.yAH2O+(3-x)H2O

聯(lián)系通常兩種腐蝕同時存在，但后者更普遍

3、實驗探究：電化學腐蝕

實驗操作實驗現(xiàn)象實驗解釋

-真支試管

一,

=:

a1

;??裝置中鐵、碳和飽和食鹽水構成原電池，

'■導管中____________

/鹽水鐵釘發(fā)生________腐蝕

微泡過

的鐵釘t

CuSO,溶液

1Zn與CuSO4反應生成Cu,Zn、Cu和稀鹽

①試管中產生氣泡的速率_____酸構成__________,形成___________腐

Zn粒與

，稀鹽酸g蝕，速率更_______

②

四、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制成性能優(yōu)異的。如普通鋼加入制成不銹鋼，—合

金不僅具有優(yōu)異的能且具有良好的o

2、在金屬表面覆蓋保護層

在金屬表面覆蓋致密的,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

制品表面噴油漆、涂礦物性油脂、覆蓋搪瓷等；電鍍鋅、錫、輅、鍥等，利用化學方法、法、

等方式在金屬表面形成穩(wěn)定的。

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（陽極）的金屬被腐蝕，作為（陰極）的金屬不被

腐蝕，如果能使被保護的金屬成為,就不易被腐蝕。

（1）犧牲陽極法

原理：原電池原理

要求：被保護的金屬作,活潑性更強的金屬作

應用：鍋爐內壁、船舶外殼、鋼鐵閘門安裝鎂合金或鋅塊。

典型回納

題型一電解池概念及組成

典例1

1.(2023上?河北石家莊?高二石家莊一中?？茧A段練習)下列裝置或過程能實現(xiàn)化學能轉化為電能的是

Nat

陽極

A.銀鋅紐扣電池B.冶煉金屬鈉C.太陽能電池D.天然氣燃燒

題型二電解原理

典例2

2.(2023上?四川成都?高三石室中學?？茧A段練習)以柏林綠Fe[Fe(CNM為代表的新型可充電鈉離子電池,

其放電工作原理如圖所示。卜.列說法不正確的是

----------------?----------------

2

Fe[Fe(CN),J|Mg2Cl2)*

鈉

離

Na,R[Fe(CN)r,]子

交

換

膜

MO箔

含Na+的有機電解質

A.放電時，Na+通過交換膜從右室移向左室

B.放電時，M。箔上的電勢比Mg箔上的高

C.充電時，Mg箔接電源的負極

D.充電時，陰極反應式為Fe[Fe(CN)6]+2Na++2L=Na2Fe[Fe(CN)6]

題型三電解飽和食鹽水

典例3

3.實驗室模擬氯堿工業(yè)，用石墨電極電解含有酚配的飽和NaCI溶液，裝置如圖所示，電解過程中b電極

附近酚肽溶液變紅，下列說法不正確的是

含的散的

M和NM1溶液

A.a極接電源的正極

B.a極發(fā)生的電極反應為：2Cr-2e-=CI2

C.在電場作用下。一、OK向b極移動

D.b電極附近酚儆變紅的原因是：H+放電，導致H2OH++OH—正向移動，c(OH-)>c(H+)

題型四電鍍

4.下列描述中正確的是

A.電解法制氯氣(氯堿工業(yè))，可用鋼網代替碳棒作陽極增大接觸而積

B.電解法制金屬鎂，一般是月熔融態(tài)的氯化鎂進行電解，但也可用氯化鎂溶液

C.我國第五套人民幣中的一元硬幣材料為鋼芯鍍銀，在硬幣制作時，鋼芯應做陰極

D.用電解法制備高純度的鍥，粗銀做陰極，精鍥作陽極，陽極質量的減少與陰極質量的增加相等

題型五金屬的腐蝕

典例5

6.(2023上?北京昌平?高二北京市昌平區(qū)第二中學?？计谥?用下圖所示的實驗裝置.，按下列實驗設計不熊

完成的實驗是

選項實驗目的實驗設計

A制備金屬鈉X為石墨棒，水溶液含Na，、C「，開關K置于A處

B減緩鐵的腐蝕X為鋅棒，水溶液含Na，、CP，開關K置于B處

C在鐵棒上鍍銅X為銅棒，水溶液含Cu“、SO：,開關K置于A處

D比較鐵和銅的金屬活動性強弱X為銅棒，水溶液含H+、SOf,開關K置于B處

強化一電解池電極反應式的書寫

?步驟

一：判斷電解池的陰陽極，與直流電源負極相連

判7的為陰極,與直流電源正極相連的為陽極

二」看清電解池的陽極材料是惰性電極還是活性

看7電極(除Au、Pl外的金屬為活性電極)

活性電極：電極材料失電了，生成相應

的金屬陽掰子

陽

極惰性電極：陰離子失電子,生成相應的

單質或高價化合物(陰離子放電順序：$2-

>r>Br>C「>OH->含氧酸根離子〉F)

寫

陽離子得電子，生成相應的單質或低價

陰化合物[陽離子放電順序：Ag+>Fe3+>Cu2*

吸>H*(|^)>Fc2+>Zn2+>H+(zK)>Afu>Mg2+>

Na*>Ca2>>K+]

?注意事項

①書寫電解池的電極反應式時，可以用實際放電的離子表示，但書寫電解池的總反應時，要寫成分子

H2O

式。如用惰性電極電解食鹽水時，陰極反應式為2H++2L=H2T(或2H2O+2e--H2T+2OH-),總反應

電解

式為2C廠+2H2O=2OK+H2T+C12T。

②用極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液(或熔融電解質)中的陽離子放電。

⑤電解水溶液時，K+?Al?+不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al

等金屬。

強化二電化學綜合計算的三種常用方法

?根據(jù)總反應式計算

先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例關系進行計算。

?根據(jù)電子守恒計算

①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉移的電子數(shù)

相等。

②用于混合溶液中電解的分階段計算。

?根據(jù)關系式計算

根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構是計算所需的關系式。

如以通過4moi廣為橋梁可構建如下關系式：

4e-?2c1?（Br?、I?）~（）??2H2?2Cu?4Ag?

陽極產物陰極產物

（其中M為金屬，〃為其離子的化合價數(shù)值）

該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化

學計算問題。

強化三判斷金屬腐蝕快慢的方法

?對同一電解質溶液來說，腐蝕的快慢：電解池原理引起的腐蝕,原電池原理引起的腐蝕〉化學腐蝕,有防護

措施的腐蝕。

?對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液中〉弱電解質溶液中〉非電解質溶液中。（濃度相同）

?活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。

。對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，金屬腐蝕速率越快。

?真題感知

I.（2023.廣東.統(tǒng)考高考百題）用一種具有“卯柳”結構的雙極膜組裝電解池（下圖）,可實現(xiàn)大電流催化電解

KN。：溶液制氨。工作時，也0在雙極膜界面處被催化解離成H+和OH,有利于電解反應順利進行。下列

說法不正確的是

“卯樺”結構雙極膜

A.電解總反應：KN03+3H20=NH3H2O+2O2T+KOH

B.每生成1molNHsH^O,雙極膜處有9moi的H?O解離

C.電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變

D.相比于平面結構雙極膜，“卯樺”結構可提高氨生成速率

2.（2023?廣東?統(tǒng)考高考真題）利用活性石墨電極電解飽和食鹽水，進行如圖所示實驗。閉合％,一段時間

B.a處布條褪色，說明C%具有漂白性

c.b處出現(xiàn)藍色，說明還原性：cr>rD.斷開K1,立刻閉合除，電流表發(fā)生偏轉

3.（2023?北京?統(tǒng)考高考真題）回收利用工業(yè)廢氣中的co?和SO2,實驗原理示意圖如下。

下列說法不正確的是

A.廢氣中SO?排放到大氣中會形成酸雨

B.裝置a中溶液顯堿性的原因是HCO,的水解程度大于HCO；的電離程度

C.裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO?

電解

D.裝置b中的總反應為SO--+CO2+H2O=HCOOH+SO：

4.（2023?浙江?統(tǒng)考高考真題）氯堿工業(yè)能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不巧聊

的是

電源

電極A

飽和NaCl溶液”0（含少最NaOH）

A.電極A接電源正極，發(fā)生氧化反應

B.電極B的電極反應式為：2H2O+2e-=H2T+2OH-

C.應選用陽離子交換膜，在石室獲得濃度較高的NaOH溶液

D.改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗

5.（2023?重慶?統(tǒng)考高考真題）電化學合成是一種綠色高效的合成方法。如圖是在酸性介質中電解合成半胱

氨酸和煙酸的示意圖I。下列敘述錯?誤?的是

NH，

質

L格

惰S—CHCH-COOH

子

胱氨酸3-甲基毗契性

性

交

—CH^CH—COOH\電

電

換

極

極

Nil,膜COOHJb

aNH2

煙酸

HS—CH—CH—CCX)H半胱氨酸

A.電極a為陰極

B.FT從電極b移向電極a

C%^/COOH

-+

+2H2O-6e=〔了+6H

D.生成3mol半胱氨酸的同a時生成Imol煙酸

6.（2023?重慶?統(tǒng)考高考真題）下列實驗裝置或操作能夠達到實驗目的的是

ABCD

制取N&轉移溶液保護鐵件收集NO

7.12023?遼寧?統(tǒng)考高考真題）某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如下圖所示，其中高選擇性催化劑PRT

可抑制。?產生。下列說法正確的是

A.b端電勢高于a端電勢B.理論上轉移2moM生成4gH2

C.電解后海水pH下降D.陽極發(fā)生：Cr+H2O_2e=HC1O+H'

8.：2023?全國?統(tǒng)考高考真題）用可再生能源電還原CO?時，采用高濃度的K'抑制酸性電解液中的析氫反應

來提高多碳產物（乙烯、乙醇等）的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是

Cu

KCk電極

H3PO4溶液口02cQx

C2H4,C2H<OH

A.析氫反應發(fā)生在IrO’-Ti電極上

B.C「從Cu電極遷移到IrO「Ti電極

C.陰極發(fā)生的反應有：2CO2+12H*+12e-=C2H4+4H2O

D.母轉移Imol電子，陽極生成11.2L氣體（標準狀況）

9.(2022?遼寧?統(tǒng)考高考真題)如圖，c管為上端封口的量氣管，為測定乙酸溶液濃度，量取10.00mL待測

樣品加入b容器中，接通電源，進行實驗。下列說法正確的是

乙腋

A.左側電極反應：2H2O-4e=O2T+4H^

B.實驗結束時，b中溶液紅色恰好褪去

C.若c中收集氣體11.20mL,則樣品中乙酸濃度為0.1mol.L“

D.把鹽橋換為U形銅導線，不影響測定結果

10.(2023?江蘇?統(tǒng)考高考真題)空氣中CO2含量的控制和8?發(fā)源利用具有重要意義。

(1)燃煤煙氣中CO?的捕集可通過如下所示的物質轉化實現(xiàn)。

KOH(aq)石灰乳?

含CO2煙氣一吸收—轉化—>燃燒-CO2

“吸收”后所得的KHCO,溶液與石灰乳反應的化學方程式為：載人航天器內，常用LiOH固體而很

少用KOH固體吸收空氣中的CO2,其原因是o

⑵合成尿素［CO(NHJ］是利用C0?的途徑之一。尿素合成主要通過下列反應實現(xiàn)

反應I：2NH3(g)+CO2(g)=NH2COONH4(1)

反應

II：NH2COONH4(I)=CO(NH2)2(I)+H2O(I)

①密閉體系中反應I的平衡常數(shù)(K)與溫度的關系如圖甲所示，反應I的(填“=0”或“>0”或

甲

②反應體系中除發(fā)生反應I、反應II外，還發(fā)生尿素水解、尿素縮合生成縮二版［（NH2cO）2NH］和尿素轉

化為冢酸鉉（NH40cN）等副反應。尿素生產中實際投入N%和C02的物質的量之比為

?（NH.）:n（CO2）=4:l,其實際投料比值遠大于理論值的原因是。

⑶催化電解吸收co：的KOH溶液可將CO?轉化為有機物。在相同條件下，恒定通過電解池的電量，電解得

到的部分還原產物的法拉第效率（FE%）隨電解電壓的變化如圖乙所示。

6O

%

、

捌

/

2

抵4

右

委

8HCOCT

0

甩解電壓/V

乙

_QX（生成還原產物X所需要的電量）

Q電（電解過程中通過的總電量）

其中，Qx=〃F，n表示電解生成還原產物X所轉移電子的物質的量，F(xiàn)表示法拉第常數(shù)。

①當電解電壓為GV時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0,陰極主要還原產物為（填化學式）。

②當電解電壓為4V時;陰極由HCO；生成CH’的電極反應式為。

③當電解電壓為內丫時，電解生成的。凡和HCOO-的物質的量之比為（寫出計算過程）。

*提升專練

1.（2023上?江蘇泰州?高二泰州中學?？计谥校╇姶呋獨庵苽溷C鹽和硝酸鹽的原理如圖所示（：下列說法正

確的是

A.a極反應式為N2+12OH--10e-=2NO；+6H2O

B.電解一段時間，a、b兩電極區(qū)的pH均減小

C.相同時間內，a、b兩極消耗N2的物質的量之比為5：3

D.電解過程中H+從a極通過質子交換膜轉移至b極

2.（2023上?河北衡水?高二衡水市第二中學校考期中）用惰性電吸電解一定量的CuSO,溶液，實驗裝置如圖

甲。電解過程中的實驗數(shù)據(jù)如圖乙，橫坐標表示電解過程中轉移電子的物質的量，縱坐標表示電解過程中

產生氣體的總體枳（標準狀況b）o卜列說法錯誤的是

直流電源

甲

A.a極為電解池的陰極，b極為電解池的陽極

B.曲線（）~P段表示。2的體積變化，曲線P~Q段表示H?和。2混合氣體的體積變化

C.從0~Q過程中收集到的混合氣體的平均摩爾質量為17g

D.電解完成后，要想使電解液恢復原來的濃度和體積，可加入0.2molCu（OH）2

3.（2023上?河北衡水?高二衡水市第二中學?？计谥校┯孟铝醒b置進行相應實驗，能達到實驗目的的是

①②③④

A.裝置①可用于電解飽和食鹽水制備氨氣和氫氣

B.裝置②可用于構成銅鋅原旦池

C.裝置③可用于模擬鋼棒上鍍銀

D.裝置④可用于電解精煉銅，且溶液濃度不變

4.（2023上?浙江臺州?高二路橋中學?？计谥校╇娭伦兩牧系墓鈱W屬性在外加電場的作用卜.呈現(xiàn)出可逆的

光學性能轉換特征，放電時透明度增強，工作原理如圖所示。下列說法正確的是

i—o用電圖夏電湖cr

A.放電時，Li+在正極上得電子被還原

+

B.放電時，b極的電極反應式：FePO4+Li-e-=LiFcPO4

C.充電時，a極接外電源的負極

D.充電時，Li+從左往右移動

5.（2024上?河北邢臺?高二河北省博野中學校聯(lián)考期末）電滲析法可以富集鹽湖鹵水中的鋰，原理如圖所示,

其中料液中主要含有Na\Li\Cl\SO；，下列說法錯誤的是

陰離子交換膜陽離子交換膜

石里電極b

石墨電極aA\

Na^Oq溶液NaROj溶液

料液

A.石墨電極a上的電極反應式為2Hq+2e-=2OFT+凡T

B.電解過程中，己室pH增大

C.Li+富集室為乙室和丁室

D.每轉移Imol電子，經過C交換膜的離子小于hnol

6.（2024上?河北邢臺?高二河北省博野中學校聯(lián)考期末）電化學“大氣固碳”方法是我國科學家研究發(fā)現(xiàn)的,

相關裝置如圖所示。下列說法錯誤的是

電極A電極B

/

口電出氣（CO?）

C、Li,COj

Li

催化劑

放電進氣（CO?）

聚合物電解灰膜

A.根據(jù)金屬鋰具有導熱性、導電性。可推測鋰晶體中有自由移動的電子

B.充電時Li+的移動方向是從電極B移向電極A

C.充電時，電極B上發(fā)生的反應是3cO2-4e-+4Li+=2Li2CO#C

D.該電池可實現(xiàn)CO?的捕捉與釋放

7.（2023上?河北衡水?高二衡水市第二中學?？计谥校┰谏a、生活中金屬腐蝕所帶來的損失非常嚴重，下

列有關金屬腐蝕與防護的說法正確的是

A.生鐵浸泡在食鹽水中會發(fā)生析氫腐蝕

B.鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的正極的電極反應式為Oz+4e-+2Hq=4OH

C,在輪船的底部鑲嵌不易腐蝕的銅塊，可以提高船體的使用壽命，利用了犧牲陽極法

D.將鋼鐵閘門與電源正極相連的防腐措施屬于外加電流法

8.（2023上?浙江臺州?高二路橋中學?？计谥校╀撹F是用量最大的合金，防止鋼鐵腐蝕有利用于節(jié)約資源。

下列防止鋼鐵腐蝕的方法不正映的是

A.水里的鐵閘與直流電源的正極相連B.家用鐵鍋用完及時將水擦F

C.鐵質欄桿外面涂刷一層油漆D.輪船表面焊接啤塊

9.（2023上?山東濟寧?高二嘉祥縣第一中學校考階段練習）I.