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第17讲 电解池 金属的腐蚀与防护
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这是一份第17讲 电解池 金属的腐蚀与防护，共60页。PPT课件主要包含了考点一，考点二，考点三，必备知识·梳理夯实，熔融电解质，氧化反应，还原反应，化学能，闭合回路，特别提醒等内容，欢迎下载使用。
第17讲 电解池 金属的腐蚀与防护
1．电解使直流电通过电解质溶液或_____________，在两个电极上分别发生___________和___________的过程。
考点一 电解原理及规律
①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。②电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。
3．电解时两极粒子的放电顺序
[微点拨] ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、A1等金属。④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
4．电解池电极反应式的书写步骤与方法
(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋，而不是得到单质Fe。(4)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。(5)书写电解化学方程式时，应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。
5．判断电解池阴、阳极的常用方法
6．用惰性电极电解电解质溶液的类型
(1)电解时溶液pH的变化规律。①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH增大；②若阴极上无H2产生，阳极上产生O2，则电解后溶液pH减小；③若阴极上有H2产生，阳极上有O2产生，且VH2＝2VO2，则有“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：a．如果原溶液是酸溶液，则pH变小；b．如果原溶液为碱溶液，则pH变大；c．如果原溶液为中性溶液，则电解后pH不变。
(2)电解质溶液的复原措施。电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物组成的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。( )(2)Zn＋H2SO4══ZnSO4＋H2↑能设计成电解池。( )[提示] 电解池是把电能转化为化学能，所以不论自发、不自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池；如用Zn作阳极、惰性电极作阴极，电解硫酸溶液，电池反应即为上述反应。
(3)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应。( )[提示] 阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液中的阳离子放电。(4)阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。( )[提示] 阳极如果是活性电极，电极本身参加反应。(5)电解过程中阴离子向阴极定向移动。( )[提示] 电解过程中阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动。
(6)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变。( )(7)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( )(8)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。( )[提示] 电解时电子从电源负极流向电解池阴极。(9)电解CuCl2溶液，阳极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。( )[提示] 电解CuCl2溶液时，在阳极Cl－失电子变为Cl2。
(10)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。( )[提示] 电解H2SO4溶液时，实际是电解H2O的过程，故溶液中c(H＋)增大，pH减小。(11)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。( )[提示] 电解饱和食盐水，两极产生H2和Cl2，因此通入HCl气体即可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
2．如图所示为一电解池装置，A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞试剂，试判断：
①a电极是_____极(填“正”或“负”)，B电极是_____极(填“阴”或“阳”)____极(填“A”或“B”)酚酞试液显红色。②A电极上的电极反应式为_______________________，B电极上的电极反应式为____________________________；③检验A电极上产物的方法是________________________________ ___________________________________________。
2Cl－－2e－══Cl2↑
2H2O＋2e－══H2↑＋2OH－
把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝，则证明A电极上的产物为氯气
3．深度思考：(1)电解质溶液通电时，一定会发生化学反应吗？为什么？[提示] 一定发生化学反应。因为在电解池的阴极、阳极分别发生还原反应和氧化反应，发生了电子的转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。
(2)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？[提示] 4NA方法一：98 g Cu(OH)2固体的物质的量为1 ml，相当于电解了1 ml的CuSO4后，又电解了1 ml的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。方法二：可认为整个电解过程中转移的电子数与Cu(OH)2中的O2－失电子数相等，则转移电子数为4NA。
微考点1 电解池工作原理(2021·全国乙，12，6分)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Cl2的反应B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
[解析] A项，电解时，阳极电极反应式为2Cl－－2e－══Cl2↑，正确；B项，阳极产生的Cl2与阴极产生的OH－发生反应产生ClO－，ClO－具有强氧化性，可以灭杀附着生物，正确；C项，H2聚集易发生爆炸，应及时通风稀释排出，正确；D项，阴极电极反应式为2H2O＋2e－══H2↑＋2OH－，OH－遇海水中的Mg2＋产生白色沉淀Mg(OH)2，而非出现在阳极表面，错误。
〔对点集训1〕 (2022·湖南永州月考)用石墨作为电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( )A．逸出气体的体积：A电极
[方法点拨] 根据“三看”正确书写电极反应(1)一看电极材料，若是金属单质(Au、Pt除外)为阳极，则金属单质一定被电解(需要注意Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，则一般为金属的电冶炼。
〔对点集训3〕 (1)(2022·山东滨州高三检测)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3后恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为( )A．0.4 ml B．0.5 ml C．0.6 ml D．0.8 ml
[解析] 电解硫酸铜溶液时，开始反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 ml氧化铜和0.1 ml水，而0.1 ml水应是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 ml电子，第一阶段转移了0.4 ml电子，则一共转移了0.6 ml电子，C项正确。
(2)两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为( )A．27 mg B．54 mg C．106 mg D．216 mg
电化学的计算技巧原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时，可运用以下基本方法：(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物在相同电量时的计算，其依据是各电极上转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为金属离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
1．电解饱和食盐水(1)电极反应阴极：电极反应式：_____________________反应类型：_______反应。阳极：电极反应式：_______________________反应类型：_______反应。
考点二 电解原理的应用
2H＋＋2e－══H2↑
检验阳极产物的方法是_____________________________________ _______________。电解时向食盐水中滴加酚酞，_____极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为_______。(2)电解总反应的离子方程式__________________________________总反应化学方程式：__________________________________
用湿润的淀粉KI试纸靠近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用：阻止_______进入阳极室与Cl2发生副反应2OH－＋Cl2══Cl－＋ClO－＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。②a、b、c、d加入或取出的物质分别是_________________、__________________、_________、___________；X、Y分别是______、_____。
H2O(含少量NaOH)
2．电解精炼铜注意：电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。
4．电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( )[提示] 阴极可用金属材料作电极。(2)电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小。( )(3)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的负极。( )
(4)Cu＋H2SO4══CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池。( )(5)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl－－2e－══Cl2↑。( )[提示] 活泼金属作阳极时，金属首先失电子被氧化，故阳极反应为Cu－2e－══Cu2＋。
(6)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。( )[提示] 电解精炼铜时，阴极析出的只有Cu，而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中，不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部，故两极的质量变化不相等。(7)电镀过程中，溶液中离子浓度不变。( )[提示] 电镀过程中阳极质量减轻等于阴极质量增加，电镀液中离子浓度保持不变。
(8)电解精炼铜时，溶液中的阳离子浓度会发生变化。( )[提示] 由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上只有Cu2＋被还原，所以电解过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。(9)若把Cu＋H2SO4══CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极。( )(10)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。( )
(11)氯碱工业中阳离子交换膜的作用是防止H2和Cl2混合爆炸，同时避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。( )
(14)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变。( )[提示] 电解精炼铜时，当开始电解时杂质Zn、Fe、Ni等活泼金属失电子，电解质溶液中Cu2＋得电子，造成溶液中c(Cu2＋)减小。(15)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。( )[提示] 不采用电解MgO制金属镁，因为MgO熔点高、耗能大、不经济，不能用电解AlCl3制金属铝，因为熔融AlCl3不导电。
2．深度思考：(1)电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐_______，而B中CuSO4溶液浓度___________。
(2)图C电解饱和食盐水过程中，阳离子交换膜的作用为_______________________________________________________。
只允许阳离子通过，阻止Cl2与H2混合，防止Cl2与NaOH反应
(3)粗铜的电解精炼示意图如图所示。①在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极____(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应为____________________。
Cu2＋＋2e－══Cu
②若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，则阳极的电极反应为_______________________________________，粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为________________________________________________，溶液中c(Cu2＋)_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
Fe－2e－══Fe2＋ Cu－2e－══Cu2＋
Ag、Au以单质形式沉积在c电极的下方，形成阳极泥
微考点1 电解原理的常规应用(2022·山东滨州高三检测)某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是( )A．石墨电极与直流电源负极相连B．用湿润KI淀粉试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移D．铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－══H2↑
[解析] A项，电解NaCl溶液，Cu电极只能作阴极，连接电源的负极，错误；B项，Cu电极附近得到的产物是H2，无法使湿润KI淀粉试纸变蓝色，错误；C项，NaOH是Cu电极周围产物，Na＋向Cu电极迁移，错误；D项，Cu电极发生的电极反应为2H＋＋2e－══H2↑，正确。
〔对点集训1〕 (1)(2022·河北衡水高三检测)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液的方法制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )B．甲溶液可循环利用C．离子交换膜a是阴离子交换膜D．当电路中通过2 ml电子的电量时，会有1 ml H2生成
(2)氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：①在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为_______________________，与电源负极相连的电极附近，溶液pH_______(选填“不变”“升高”或“下降”)。
微考点2 电解原理在物质制备方面的应用(2022·河北衡水高三检测)O3是一种常见的绿色氧化剂，可由臭氧发生器电解稀硫酸制得，原理如图所示。下列说法错误的是( )A．电极a为阴极B．a极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－══2H2OC．电解一段时间后b极周围溶液的pH下降D．标准状况下，当有5.6 L O2反应时，收集到O2和O3混合气体4.48 L，O3的体积分数为80%
[解析] 电极b上生成O2和O3，则电极b上发生失电子的氧化反应，则电极b为阳极，电极a为阴极，A项正确；电极a的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋══2H2O，B项正确；电极b上H2O失去电子，发生氧化反应生成O2、O3和H＋，故电解一段时间后b极周围溶液的pH下降，C项正确；标准状况下，当有5.6 L氧气参加反应时，转移电子1 ml，设收集到氧气为x ml，臭氧为y ml，则有x＋y＝0.2，4x＋6y＝1，解得x＝y＝0.1，故O3的体积分数为50%，D项错误。
[解析] A项，每生成1 ml NCl3，转移6 ml e－，理论上有6 ml H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移，A错误；B项，M为H2，不能用湿润的淀粉KI试纸检验，B错误；D项，右侧pH会增大，D错误。
(2)(2022·广东检测)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是( )A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极ⅠB．电极Ⅰ发生还原反应C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－══Cu
[解析] 带盐桥的装置①、②构成原电池，Ⅰ为负极、Ⅱ为正极，装置③为电解池。由图示可分析该图中Ⅰ为原电池的负极，Ⅳ为电解池的阴极，电子流向为Ⅰ→A→Ⅳ，电流由Ⅳ→A→Ⅰ，A正确；Al极发生氧化反应，B错误；电极Ⅱ发生的电极反应为Cu2＋＋2e－══Cu，电极上有Cu生成，C错误；电极Ⅲ的电极反应为Cu－2e－══Cu2＋，D错误。
1．金属腐蚀的本质金属原子_______电子变为金属阳离子，金属发生_______反应。
考点三 金属的腐蚀与防护
2．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例进行分析)
Fe－2e－══Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－══4OH－
Fe＋2H＋══Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O══2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O══4Fe(OH)3
3．金属电化学腐蚀规律(1)对同一种金属来说，在不同溶液中腐蚀的快慢：强电解质溶液_____弱电解质溶液_____非电解质溶液。(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越_____。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。(4)对同一电解质溶液来说。电解原理引起的腐蚀_____原电池原理引起的腐蚀_____化学腐蚀_____有防护措施的腐蚀。
4．金属电化学保护的两种方法
5．其他防护方法(1)覆盖保护层(涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料等)，电镀。(2)改变金属内部结构→可根据不同的用途，运用不同的金属或非金属制成合金，如制成不锈钢。
(1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。(2)金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。(3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。(4)两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。( )(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )(3)干燥环境下金属不被腐蚀。( )(4)钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－══Fe3＋。( )[提示] 钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应为：Fe－2e－══Fe2＋。
(5)原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极的阴极保护法应用的是电解池原理。( )[提示] 牺牲阳极的阴极保护法是应用原电池原理防腐。(6)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。( )[提示] 在铁板上镀锌是因为在铁板表面形成一层锌保护膜，可以阻止铁与空气的接触，与原电池无关，锌层破损后才与原电池有关。(7)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。( )
(8)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。( )(9)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀。( )(10)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( )[提示] Cu在潮湿的空气中腐蚀生成Cu2(OH)2CO3。(11)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。( )[提示] 如Fe件上镀Zn，若保护层破损后，在潮湿的空气中，Fe、Zn构成原电池，Zn作负极，仍然对Fe起到保护作用。
(12)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。( )[提示] 了解保护原理，才能作答。(13)金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍。( )[提示] 金属的电化学腐蚀更普遍。(14)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。( )[提示] 食盐水为中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀。(15)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。( )
(16)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。( )[提示] 由于铁比锡活泼，锡层破损后，形成原电池，铁作负极，腐蚀加快。(17)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连，可防止水闸被腐蚀。( )[提示] 外加电流的阴极保护法是把被保护的器件作阴极，与外加电源负极相连。
(18)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。( )(19)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，这属于牺牲阴极的保护法。( )
2．深度思考：(1)如图所示：①若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生_______腐蚀，正极反应式为_____________________，右试管中现象是_____________。②若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生_______腐蚀，正极反应式为__________________________，右试管中现象是_________________。
O2＋4e－＋2H2O══4OH－
(2)下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①腐蚀最严重的部位是____(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因_______________________________ ________________________________________________________。②形成铁锈最多的部位是____，原因_________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________。
由于近水面B处溶解氧浓度大于C处，发生吸氧腐蚀时B为正极，C为负极，C处Fe－2e－══Fe2＋
由于B处海水O2浓度较大，Fe2＋扩散至B处附近易发生Fe2＋＋2OH－══Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O══ 4Fe(OH)3，2Fe(OH)3══Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
(3)为什么要在轮船船体与水面接触线以下的船壳上嵌入一定数量的锌块？[提示] Fe、Zn和海水构成原电池，Zn作负极，Fe作正极，锌被腐蚀，而船体受到保护。
微考点1 金属腐蚀的原理、金属腐蚀速率快慢的比较(1)(2022·山东潍坊高三检测)如图两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是( )
A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2＋[答案] C
[解析] 装置Ⅰ中，铁被浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极Cu作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，金属过量，故反应结束时溶液中既有Fe2＋又有Cu2＋，A、D错误；因为装置Ⅱ中左边充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀，B错误，C正确。
(2)(2022·山东泰安三模)国产航母山东舰已经列装服役，它是采用模块制造然后焊接组装而成的，对焊接有着极高的要求。实验室模拟在海水环境和河水环境下对焊接金属材料使用的影响(如图)。下列相关描述中正确的是( )
A．由图示的金属腐蚀情况说明了Sn的金属活泼性强于FeB．由图示可以看出甲是海水环境下的腐蚀情况，乙是河水环境下的腐蚀情况C．两种环境下铁被腐蚀时的电极反应均为Fe－3e－══Fe3＋D．为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用锌块打“补丁”[答案] D
[解析] 两图中被腐蚀的都是Fe，说明Fe是负极，Sn为正极，则金属活泼性Fe>Sn，A错误；从腐蚀程度来讲，乙明显比较严重，因海水中含有较多的盐分，腐蚀速率比河水快，故乙是海水环境下的腐蚀情况，甲是河水环境下的腐蚀情况，B错误；铁被腐蚀时电极反应为Fe－2e－══Fe2＋，C错误；金属活泼性Zn>Fe>Sn，用锌块打“补丁”与铁、锡接触，Zn可作为负极被腐蚀，可以保护Fe、Sn，D正确。
〔对点集训1〕 (1)(2022·河北衡水高三检测)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示，下列与此原理有关说法错误的是( )
C．这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2OD．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀
(2)(2022·经典习题选萃)如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
[解析] 由图可知，②③④装置是原电池，在②④中，金属铁作负极，③中金属铁作正极，作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀，所以腐蚀速率④>②>①，⑤⑥装置是电解池，⑤中金属铁为阳极，⑥中金属铁为阴极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即腐蚀速率⑤>⑥，根据电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，即⑤④②①③⑥，故C项正确。
[易错警示] 金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。
金属腐蚀速率的比较不同类型的腐蚀速率(同一电解质溶液)
微考点2 金属腐蚀的防护措施(2020·江苏单科，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。在下图所示的情境中，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
[解析] A项，题图中金属的防护方法是牺牲阳极的阴极保护法，金属M失去电子被氧化，水在钢铁设施表面得到电子，错误；B项，金属M和钢铁设施构成原电池，金属M作负极，故金属M的活动性比铁的活动性强，错误；C项，电子流向钢铁设施，钢铁设施表面积累大量电子而被保护，正确；D项，海水中含有大量电解质，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，错误。
〔对点集训2〕 (2022·北京检测)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
下列说法不正确的是( )A．对比②③，可以判定Zn保护了FeB．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
[解析] A项，对比②③可知，没有连接锌的Fe附近溶液在加入K3[Fe(CN)6]溶液后产生了蓝色沉淀，说明Zn保护了Fe，正确；B项，对比①②可知，铁氰化钾可能把Fe氧化为Fe2＋，并进一步与Fe2＋反应生成蓝色沉淀，正确；C项，①生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，因而不能用于验证Zn保护Fe，正确；D项，实验①中无论Fe作正极还是负极，Fe附近均产生蓝色沉淀，故将Zn换成Cu，无法证明Fe比Cu活泼，错误。
1．两个概念(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。(2)电解池：把电能转化为化学能的装置。2．电解池实质的两个方面：(1)反应本质：氧化还原反应。(2)能量转化：电能转化为化学能。
3．电化学腐蚀两种类型的正极反应(1)析氢腐蚀：2H＋＋2e－══H2↑(2)吸氧腐蚀：O2＋2H2O＋4e－══4OH－4．电解池电极判断的方法：(1)阳极：与电源正极相连的一极，流出电子、发生氧化反应的一极，阴离子定向移动的一极，往往有氧气、氯气、单质溴、碘生成或电极质量减轻，生成氢离子的一极；(2)阴极：与电源负极相连的一极，流入电子、发生还原反应的一极，阳离子定向移动的一极、一般有氢气生成或金属单质析出而质量增加，或生成氢氧根离子的一极。
7．金属的两种腐蚀与三种保护：
第17讲 电解池 金属的腐蚀与防护
1．电解使直流电通过电解质溶液或_____________，在两个电极上分别发生___________和___________的过程。
考点一 电解原理及规律
①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。②电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。
3．电解时两极粒子的放电顺序
[微点拨] ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、A1等金属。④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
4．电解池电极反应式的书写步骤与方法
(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋，而不是得到单质Fe。(4)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。(5)书写电解化学方程式时，应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。
5．判断电解池阴、阳极的常用方法
6．用惰性电极电解电解质溶液的类型
(1)电解时溶液pH的变化规律。①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH增大；②若阴极上无H2产生，阳极上产生O2，则电解后溶液pH减小；③若阴极上有H2产生，阳极上有O2产生，且VH2＝2VO2，则有“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：a．如果原溶液是酸溶液，则pH变小；b．如果原溶液为碱溶液，则pH变大；c．如果原溶液为中性溶液，则电解后pH不变。
(2)电解质溶液的复原措施。电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物组成的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。( )(2)Zn＋H2SO4══ZnSO4＋H2↑能设计成电解池。( )[提示] 电解池是把电能转化为化学能，所以不论自发、不自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池；如用Zn作阳极、惰性电极作阴极，电解硫酸溶液，电池反应即为上述反应。
(3)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应。( )[提示] 阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液中的阳离子放电。(4)阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。( )[提示] 阳极如果是活性电极，电极本身参加反应。(5)电解过程中阴离子向阴极定向移动。( )[提示] 电解过程中阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动。
(6)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变。( )(7)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( )(8)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。( )[提示] 电解时电子从电源负极流向电解池阴极。(9)电解CuCl2溶液，阳极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。( )[提示] 电解CuCl2溶液时，在阳极Cl－失电子变为Cl2。
(10)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。( )[提示] 电解H2SO4溶液时，实际是电解H2O的过程，故溶液中c(H＋)增大，pH减小。(11)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。( )[提示] 电解饱和食盐水，两极产生H2和Cl2，因此通入HCl气体即可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
2．如图所示为一电解池装置，A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞试剂，试判断：
①a电极是_____极(填“正”或“负”)，B电极是_____极(填“阴”或“阳”)____极(填“A”或“B”)酚酞试液显红色。②A电极上的电极反应式为_______________________，B电极上的电极反应式为____________________________；③检验A电极上产物的方法是________________________________ ___________________________________________。
2Cl－－2e－══Cl2↑
2H2O＋2e－══H2↑＋2OH－
把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝，则证明A电极上的产物为氯气
3．深度思考：(1)电解质溶液通电时，一定会发生化学反应吗？为什么？[提示] 一定发生化学反应。因为在电解池的阴极、阳极分别发生还原反应和氧化反应，发生了电子的转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。
(2)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？[提示] 4NA方法一：98 g Cu(OH)2固体的物质的量为1 ml，相当于电解了1 ml的CuSO4后，又电解了1 ml的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。方法二：可认为整个电解过程中转移的电子数与Cu(OH)2中的O2－失电子数相等，则转移电子数为4NA。
微考点1 电解池工作原理(2021·全国乙，12，6分)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Cl2的反应B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
[解析] A项，电解时，阳极电极反应式为2Cl－－2e－══Cl2↑，正确；B项，阳极产生的Cl2与阴极产生的OH－发生反应产生ClO－，ClO－具有强氧化性，可以灭杀附着生物，正确；C项，H2聚集易发生爆炸，应及时通风稀释排出，正确；D项，阴极电极反应式为2H2O＋2e－══H2↑＋2OH－，OH－遇海水中的Mg2＋产生白色沉淀Mg(OH)2，而非出现在阳极表面，错误。
〔对点集训1〕 (2022·湖南永州月考)用石墨作为电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( )A．逸出气体的体积：A电极
[方法点拨] 根据“三看”正确书写电极反应(1)一看电极材料，若是金属单质(Au、Pt除外)为阳极，则金属单质一定被电解(需要注意Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，则一般为金属的电冶炼。
〔对点集训3〕 (1)(2022·山东滨州高三检测)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3后恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为( )A．0.4 ml B．0.5 ml C．0.6 ml D．0.8 ml
[解析] 电解硫酸铜溶液时，开始反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 ml氧化铜和0.1 ml水，而0.1 ml水应是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 ml电子，第一阶段转移了0.4 ml电子，则一共转移了0.6 ml电子，C项正确。
(2)两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为( )A．27 mg B．54 mg C．106 mg D．216 mg
电化学的计算技巧原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时，可运用以下基本方法：(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物在相同电量时的计算，其依据是各电极上转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为金属离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
1．电解饱和食盐水(1)电极反应阴极：电极反应式：_____________________反应类型：_______反应。阳极：电极反应式：_______________________反应类型：_______反应。
考点二 电解原理的应用
2H＋＋2e－══H2↑
检验阳极产物的方法是_____________________________________ _______________。电解时向食盐水中滴加酚酞，_____极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为_______。(2)电解总反应的离子方程式__________________________________总反应化学方程式：__________________________________
用湿润的淀粉KI试纸靠近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用：阻止_______进入阳极室与Cl2发生副反应2OH－＋Cl2══Cl－＋ClO－＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。②a、b、c、d加入或取出的物质分别是_________________、__________________、_________、___________；X、Y分别是______、_____。
H2O(含少量NaOH)
2．电解精炼铜注意：电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。
4．电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( )[提示] 阴极可用金属材料作电极。(2)电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小。( )(3)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的负极。( )
(4)Cu＋H2SO4══CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池。( )(5)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl－－2e－══Cl2↑。( )[提示] 活泼金属作阳极时，金属首先失电子被氧化，故阳极反应为Cu－2e－══Cu2＋。
(6)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。( )[提示] 电解精炼铜时，阴极析出的只有Cu，而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中，不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部，故两极的质量变化不相等。(7)电镀过程中，溶液中离子浓度不变。( )[提示] 电镀过程中阳极质量减轻等于阴极质量增加，电镀液中离子浓度保持不变。
(8)电解精炼铜时，溶液中的阳离子浓度会发生变化。( )[提示] 由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上只有Cu2＋被还原，所以电解过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。(9)若把Cu＋H2SO4══CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极。( )(10)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。( )
(11)氯碱工业中阳离子交换膜的作用是防止H2和Cl2混合爆炸，同时避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。( )
(14)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变。( )[提示] 电解精炼铜时，当开始电解时杂质Zn、Fe、Ni等活泼金属失电子，电解质溶液中Cu2＋得电子，造成溶液中c(Cu2＋)减小。(15)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。( )[提示] 不采用电解MgO制金属镁，因为MgO熔点高、耗能大、不经济，不能用电解AlCl3制金属铝，因为熔融AlCl3不导电。
2．深度思考：(1)电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐_______，而B中CuSO4溶液浓度___________。
(2)图C电解饱和食盐水过程中，阳离子交换膜的作用为_______________________________________________________。
只允许阳离子通过，阻止Cl2与H2混合，防止Cl2与NaOH反应
(3)粗铜的电解精炼示意图如图所示。①在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极____(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应为____________________。
Cu2＋＋2e－══Cu
②若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，则阳极的电极反应为_______________________________________，粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为________________________________________________，溶液中c(Cu2＋)_______(填“变大”“变小”或“不变”)。
Fe－2e－══Fe2＋ Cu－2e－══Cu2＋
Ag、Au以单质形式沉积在c电极的下方，形成阳极泥
微考点1 电解原理的常规应用(2022·山东滨州高三检测)某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是( )A．石墨电极与直流电源负极相连B．用湿润KI淀粉试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移D．铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－══H2↑
[解析] A项，电解NaCl溶液，Cu电极只能作阴极，连接电源的负极，错误；B项，Cu电极附近得到的产物是H2，无法使湿润KI淀粉试纸变蓝色，错误；C项，NaOH是Cu电极周围产物，Na＋向Cu电极迁移，错误；D项，Cu电极发生的电极反应为2H＋＋2e－══H2↑，正确。
〔对点集训1〕 (1)(2022·河北衡水高三检测)高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液的方法制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )B．甲溶液可循环利用C．离子交换膜a是阴离子交换膜D．当电路中通过2 ml电子的电量时，会有1 ml H2生成
(2)氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：①在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为_______________________，与电源负极相连的电极附近，溶液pH_______(选填“不变”“升高”或“下降”)。
微考点2 电解原理在物质制备方面的应用(2022·河北衡水高三检测)O3是一种常见的绿色氧化剂，可由臭氧发生器电解稀硫酸制得，原理如图所示。下列说法错误的是( )A．电极a为阴极B．a极的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－══2H2OC．电解一段时间后b极周围溶液的pH下降D．标准状况下，当有5.6 L O2反应时，收集到O2和O3混合气体4.48 L，O3的体积分数为80%
[解析] 电极b上生成O2和O3，则电极b上发生失电子的氧化反应，则电极b为阳极，电极a为阴极，A项正确；电极a的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋══2H2O，B项正确；电极b上H2O失去电子，发生氧化反应生成O2、O3和H＋，故电解一段时间后b极周围溶液的pH下降，C项正确；标准状况下，当有5.6 L氧气参加反应时，转移电子1 ml，设收集到氧气为x ml，臭氧为y ml，则有x＋y＝0.2，4x＋6y＝1，解得x＝y＝0.1，故O3的体积分数为50%，D项错误。
[解析] A项，每生成1 ml NCl3，转移6 ml e－，理论上有6 ml H＋经质子交换膜从右侧向左侧迁移，A错误；B项，M为H2，不能用湿润的淀粉KI试纸检验，B错误；D项，右侧pH会增大，D错误。
(2)(2022·广东检测)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是( )A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极ⅠB．电极Ⅰ发生还原反应C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－══Cu
[解析] 带盐桥的装置①、②构成原电池，Ⅰ为负极、Ⅱ为正极，装置③为电解池。由图示可分析该图中Ⅰ为原电池的负极，Ⅳ为电解池的阴极，电子流向为Ⅰ→A→Ⅳ，电流由Ⅳ→A→Ⅰ，A正确；Al极发生氧化反应，B错误；电极Ⅱ发生的电极反应为Cu2＋＋2e－══Cu，电极上有Cu生成，C错误；电极Ⅲ的电极反应为Cu－2e－══Cu2＋，D错误。
1．金属腐蚀的本质金属原子_______电子变为金属阳离子，金属发生_______反应。
考点三 金属的腐蚀与防护
2．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例进行分析)
Fe－2e－══Fe2＋
O2＋2H2O＋4e－══4OH－
Fe＋2H＋══Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O══2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O══4Fe(OH)3
3．金属电化学腐蚀规律(1)对同一种金属来说，在不同溶液中腐蚀的快慢：强电解质溶液_____弱电解质溶液_____非电解质溶液。(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越_____。(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。(4)对同一电解质溶液来说。电解原理引起的腐蚀_____原电池原理引起的腐蚀_____化学腐蚀_____有防护措施的腐蚀。
4．金属电化学保护的两种方法
5．其他防护方法(1)覆盖保护层(涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料等)，电镀。(2)改变金属内部结构→可根据不同的用途，运用不同的金属或非金属制成合金，如制成不锈钢。
(1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。(2)金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。(3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。(4)两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。( )(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )(3)干燥环境下金属不被腐蚀。( )(4)钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－══Fe3＋。( )[提示] 钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应为：Fe－2e－══Fe2＋。
(5)原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极的阴极保护法应用的是电解池原理。( )[提示] 牺牲阳极的阴极保护法是应用原电池原理防腐。(6)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。( )[提示] 在铁板上镀锌是因为在铁板表面形成一层锌保护膜，可以阻止铁与空气的接触，与原电池无关，锌层破损后才与原电池有关。(7)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。( )
(8)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。( )(9)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀。( )(10)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( )[提示] Cu在潮湿的空气中腐蚀生成Cu2(OH)2CO3。(11)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。( )[提示] 如Fe件上镀Zn，若保护层破损后，在潮湿的空气中，Fe、Zn构成原电池，Zn作负极，仍然对Fe起到保护作用。
(12)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。( )[提示] 了解保护原理，才能作答。(13)金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍。( )[提示] 金属的电化学腐蚀更普遍。(14)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。( )[提示] 食盐水为中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀。(15)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。( )
(16)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。( )[提示] 由于铁比锡活泼，锡层破损后，形成原电池，铁作负极，腐蚀加快。(17)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连，可防止水闸被腐蚀。( )[提示] 外加电流的阴极保护法是把被保护的器件作阴极，与外加电源负极相连。
(18)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。( )(19)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，这属于牺牲阴极的保护法。( )
2．深度思考：(1)如图所示：①若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生_______腐蚀，正极反应式为_____________________，右试管中现象是_____________。②若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生_______腐蚀，正极反应式为__________________________，右试管中现象是_________________。
O2＋4e－＋2H2O══4OH－
(2)下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①腐蚀最严重的部位是____(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因_______________________________ ________________________________________________________。②形成铁锈最多的部位是____，原因_________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________。
由于近水面B处溶解氧浓度大于C处，发生吸氧腐蚀时B为正极，C为负极，C处Fe－2e－══Fe2＋
由于B处海水O2浓度较大，Fe2＋扩散至B处附近易发生Fe2＋＋2OH－══Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O══ 4Fe(OH)3，2Fe(OH)3══Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
(3)为什么要在轮船船体与水面接触线以下的船壳上嵌入一定数量的锌块？[提示] Fe、Zn和海水构成原电池，Zn作负极，Fe作正极，锌被腐蚀，而船体受到保护。
微考点1 金属腐蚀的原理、金属腐蚀速率快慢的比较(1)(2022·山东潍坊高三检测)如图两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是( )
A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2＋[答案] C
[解析] 装置Ⅰ中，铁被浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极Cu作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，金属过量，故反应结束时溶液中既有Fe2＋又有Cu2＋，A、D错误；因为装置Ⅱ中左边充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀，B错误，C正确。
(2)(2022·山东泰安三模)国产航母山东舰已经列装服役，它是采用模块制造然后焊接组装而成的，对焊接有着极高的要求。实验室模拟在海水环境和河水环境下对焊接金属材料使用的影响(如图)。下列相关描述中正确的是( )
A．由图示的金属腐蚀情况说明了Sn的金属活泼性强于FeB．由图示可以看出甲是海水环境下的腐蚀情况，乙是河水环境下的腐蚀情况C．两种环境下铁被腐蚀时的电极反应均为Fe－3e－══Fe3＋D．为了防止舰艇在海水中被腐蚀，可在焊点附近用锌块打“补丁”[答案] D
[解析] 两图中被腐蚀的都是Fe，说明Fe是负极，Sn为正极，则金属活泼性Fe>Sn，A错误；从腐蚀程度来讲，乙明显比较严重，因海水中含有较多的盐分，腐蚀速率比河水快，故乙是海水环境下的腐蚀情况，甲是河水环境下的腐蚀情况，B错误；铁被腐蚀时电极反应为Fe－2e－══Fe2＋，C错误；金属活泼性Zn>Fe>Sn，用锌块打“补丁”与铁、锡接触，Zn可作为负极被腐蚀，可以保护Fe、Sn，D正确。
〔对点集训1〕 (1)(2022·河北衡水高三检测)深埋在潮湿土壤中的铁管道，在硫酸盐还原菌作用下，能被硫酸根腐蚀，其电化学腐蚀原理如图所示，下列与此原理有关说法错误的是( )
C．这种情况下，Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2OD．管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀
(2)(2022·经典习题选萃)如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
[解析] 由图可知，②③④装置是原电池，在②④中，金属铁作负极，③中金属铁作正极，作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀，所以腐蚀速率④>②>①，⑤⑥装置是电解池，⑤中金属铁为阳极，⑥中金属铁为阴极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即腐蚀速率⑤>⑥，根据电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，即⑤④②①③⑥，故C项正确。
[易错警示] 金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。
金属腐蚀速率的比较不同类型的腐蚀速率(同一电解质溶液)
微考点2 金属腐蚀的防护措施(2020·江苏单科，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。在下图所示的情境中，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
[解析] A项，题图中金属的防护方法是牺牲阳极的阴极保护法，金属M失去电子被氧化，水在钢铁设施表面得到电子，错误；B项，金属M和钢铁设施构成原电池，金属M作负极，故金属M的活动性比铁的活动性强，错误；C项，电子流向钢铁设施，钢铁设施表面积累大量电子而被保护，正确；D项，海水中含有大量电解质，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，错误。
〔对点集训2〕 (2022·北京检测)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
下列说法不正确的是( )A．对比②③，可以判定Zn保护了FeB．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
[解析] A项，对比②③可知，没有连接锌的Fe附近溶液在加入K3[Fe(CN)6]溶液后产生了蓝色沉淀，说明Zn保护了Fe，正确；B项，对比①②可知，铁氰化钾可能把Fe氧化为Fe2＋，并进一步与Fe2＋反应生成蓝色沉淀，正确；C项，①生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，因而不能用于验证Zn保护Fe，正确；D项，实验①中无论Fe作正极还是负极，Fe附近均产生蓝色沉淀，故将Zn换成Cu，无法证明Fe比Cu活泼，错误。
1．两个概念(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。(2)电解池：把电能转化为化学能的装置。2．电解池实质的两个方面：(1)反应本质：氧化还原反应。(2)能量转化：电能转化为化学能。
3．电化学腐蚀两种类型的正极反应(1)析氢腐蚀：2H＋＋2e－══H2↑(2)吸氧腐蚀：O2＋2H2O＋4e－══4OH－4．电解池电极判断的方法：(1)阳极：与电源正极相连的一极，流出电子、发生氧化反应的一极，阴离子定向移动的一极，往往有氧气、氯气、单质溴、碘生成或电极质量减轻，生成氢离子的一极；(2)阴极：与电源负极相连的一极，流入电子、发生还原反应的一极，阳离子定向移动的一极、一般有氢气生成或金属单质析出而质量增加，或生成氢氧根离子的一极。
7．金属的两种腐蚀与三种保护：
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