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第 42 讲 电解池 金属的腐蚀与防护
[复习目标] 1.理解电解池的构成、工作原理，能书写电极反应式和总反应方程式。2.掌握
氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金
属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
考点一 电解池及工作原理
1．电解与电解池
2．构建电解池模型(以电解CuCl 溶液为例)
2
3．电解规律
(1)阳极放电规律
①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。
阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I、Br 、Cl；若OH－放电，则得到HO和O。
2 2 2 2 2
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断。
阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。
注意 电解水溶液时，Al3＋、Mg2＋、Na＋、K＋不可能在阴极放电。
(3)用惰性电极电解不同类型电解质溶液
①电解水型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法阴极：________________
阳极：________________
HSO
2 4
总反应式：2HO=====2H↑＋
2 2
O↑
2
②电解电解质型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
阴极：__________________
HCl 阳极：__________________
总反应式：2HCl=====H↑＋Cl↑
2 2
阴极：_________________
CuCl 阳极：_________________
2
总反应式：_______________
③电解质和水均参与电解型
实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法
阳极：______________
NaCl、KCl(放H
2
阴极：______________ 减小并生成新电解质
生碱)
总反应式：__________
CuSO 、 阳极：______________
4
Cu(NO ) (放O 阴极：______________
3 2 2
生酸) 总反应式：__________
一、电解过程分析与溶液的复原方法
1.用石墨作电极，电解稀NaSO 溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别
2 4
滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是( )
A．逸出气体的体积：A电极＜B电极
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体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
2．(2023·武汉检测)用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和HSO 的水溶液。
2 4
根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是( )
A．电解的最后阶段为电解水
B．阳极先逸出氯气后逸出氧气
C．阴极逸出氢气
D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
3．以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L－1 CuSO 溶液。
4
(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为________(不考虑溶液体积变化)，
要使溶液恢复到电解前的状态，可加入________g的________物质。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为__________________________________________，
若加入0.1 mol Cu(OH) 可使溶液复原，则电路中转移的电子为________mol。
2
(3)通电足够长时间，加入 0.1 mol Cu (OH) CO 可使溶液复原，则电路中转移电子为
2 2 3
______mol。
分析电解过程的思维流程
二、电极方程式的书写
4．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MgCl 溶液
2
阳极反应式：___________________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________________；
总反应离子方程式：_____________________________________________________________。
(2)以铝材为阳极，电解HSO 溶液，铝材表面形成氧化膜
2 4
阳极反应式：___________________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________________；总反应方程式：_________________________________________________________________。
(3)电解MnSO 溶液可制备MnO ，其阳极的电极反应式为_____________________________。
4 2
(4)将用烧碱吸收HS后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中
2
阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S。
①写出电解时阴极的电极反应式：__________________________________________________
________________________________________________________________________________
。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为_____________________。
(5)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含有
大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO(二者物质的量之比为1∶1)。
可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。
①Ce4＋从电解槽的________(填字母)口流出，电极反应式：___________________________。
②写出阴极的电极反应式：_______________________________________________。
考点二 电解原理的应用
1．氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
(1)反应原理
阳极：_________________________________________________________(______反应)。
阴极：_________________________________________________________(______反应)。
总反应化学方程式：________________________________。
总反应离子方程式：________________________________。
注意 电解所用的食盐要精制。(2)离子交换膜法的生产过程
加入或流出的物质a、b、c、d分别是________________、________________、________、
______________；X、Y分别是____、____。
(3)阳离子交换膜的作用
阻止______进入阳极室与Cl 发生副反应：2NaOH＋Cl===NaCl＋NaClO＋HO，阻止阳极
2 2 2
产生的Cl 和阴极产生的H 混合发生爆炸。
2 2
(4)氯碱工业产品
2．电镀 电解精炼
(1)电镀
①概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。
②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
(2)电解精炼
银、金、铂等金属不放电形成________，在阴极只有Cu2＋放电，锌、铁、镍较活泼的金属
阳离子____________________中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2＋的浓度
____________。
3．电冶金
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
总反应化学方程式 电极反应式阳极：______________
冶炼钠
阴极：______________
阳极：______________
冶炼镁
阴极：______________
阳极：______________
冶炼铝
阴极：______________
1．在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极( )
2．根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等( )
3．电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变( )
4．电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl 和Al O，也可以电解熔融的MgO和AlCl ( )
2 2 3 3
一、氯碱工业
1．如图为电解饱和食盐水的装置，下列有关说法不正确的是( )
A．左侧电极上发生氧化反应
B．右侧生成的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
C．电解一段时间后，B口排出NaOH溶液
D．电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2HO=====2OH－＋H↑＋Cl↑
2 2 2
2.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，
为使Cl 被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电
2
极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
3．氯碱工业是高耗能产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能，装置图如图所
示，下列叙述错误的是(注：假定空气中氧气的体积分数为20%)( )
A．X为Cl，Y为H
2 2
B．c%＞a%＞b%
C．若生成标准状况下22.4 L X，则消耗标准状况下空气56 L
D．两池中阳离子交换膜均可以换为阴离子交换膜
二、电镀、电解精炼与电冶金
4．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的
镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )
A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
5.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度 Cu的装置示意图，下列叙述不正确的是(
)
A．电极A是粗铜，电极B是纯铜
B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜
C．溶液中SO向电极A迁移
D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
6.研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF -CaO作电解质，利用图示装置获
2
得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是( )A．将熔融CaF -CaO换成Ca(NO ) 溶液也可以达到相同目的
2 3 2
B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO↑
2
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D．阴极的电极反应式为Ca－2e－===Ca2＋
7．电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：
(1)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_________________
___________________________________________________________________________。
(2)以铝材为阳极，电解HSO 溶液，铝材表面形成氧化膜。
2 4
阳极反应式：________________________________________________________________；
阴极反应式：_________________________________________________________________；
总反应方程式：_______________________________________________________________。
(3)用有机阳离子、Al Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品
2
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，阴极反应式为_____________________________________________________________。
若改用AlCl 水溶液作电解液，则阴极产物为________。
3
考点三 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，发生______反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
金属与接触到的干燥气体或非电解质 不纯的金属接触到电解质溶液发生原
条件
液体直接发生化学反应 电池反应
本质 M－ne－===Mn＋ M－ne－===Mn＋
现象 金属被腐蚀 较活泼的金属被腐蚀
区别 无电流产生 有微弱电流产生联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
电极 负极 Fe－2e－===Fe2＋
反应 正极
总反应式
联系 ____________更普遍
3.金属腐蚀快慢的规律
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐
对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快
蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀；外界条件
慢
相同时，电解质浓度越大，金属腐蚀越快
强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质
对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速
溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差
率的快慢
别越大，腐蚀速率越快
应用举例
如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为_______________。
4．金属腐蚀的防护方法1．干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀( )
2．铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀( )
3．纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样( )
4．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
5．钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋( )
1．如图所示，下列说法错误的是( )
A．若X为NaCl溶液，K与M连接，Fe棒附近溶液pH最大
B．开关K未闭合，Fe棒上B点生成铁锈最多
C．若X为HSO 溶液，K与N连接，Fe棒上的电极反应式为2H＋＋2e－===H↑
2 4 2
D．若X为HSO 溶液，K分别与N、M连接，Fe棒腐蚀情况前者慢
2 4
2.利用下图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是( )
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
3．某同学进行下列实验：
操作 现象
放置一段时间后，生铁片上出现如图
所示“斑痕”，其边缘为红色，中心
取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚
区域为蓝色，在两色环交界处出现铁
酞和K[Fe(CN) ]的食盐水
3 6 锈
生铁片发生__________________________________________________________腐蚀，中心区
的电极反应式为___________________________，边缘处的电极反应式为________________，
交界处发生的反应为____________________________________________________________。
1．(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，
实现Al的再生。该过程中( )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
2．(2020·江苏，11)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
3．(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻
碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl 的反应
2
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H 应及时通风稀释安全地排入大气
2
D．阳极表面形成的Mg(OH) 等积垢需要定期清理
2
4.(2022·海南，9)一种采用HO(g)和N(g)为原料制备NH (g)的装置示意图如图。
2 2 3
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N 被还原
2
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
5．(2022·北京，13)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
序
电解质溶液 实验现象
号
阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有
① 0.1 mol·L－1 CuSO ＋少量HSO
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红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋
阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面
② 0.1 mol·L－1 CuSO ＋过量氨水
4
有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
下列说法不正确的是( )
A．①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触
B．①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
2C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH [Cu(NH )]2＋平衡逆移
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D．②中Cu2＋生成[Cu(NH )]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
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