电解池 技术的电化学腐蚀与防护讲解

第2节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护★ 考纲要求1．了解电解池的工作原理，能写出电极反应式和总反应方程式。

2．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。

★ 高考动向本节在高考中的考点主要有：一是电解池的工作原理，如电解池阳阴极的判断、电极反应式的书写及溶液pH 的变化等；二是电解规律及其应用，如氯碱工业、粗铜的精炼、电镀等；三是金属腐蚀的原因和金属的防护措施。

预计将电化学、元素及其化合物、有机化学、电解质溶液、化学实验设计、化学计算等知识融合在一起进行综合考查，是今后高考命题的趋势。

★ 基础知识梳理 一、电解原理 1．电解使电源通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阳极和阴极引起氧化还原反应的过程。

2．电解池(也叫电解槽) 把电能转变为化学能的装置。

3．电解池的组成和工作原理(用石墨电极电解CuCl 2溶液)⑤阴极 ⑥还原反应 ⑦Cu 2＋＋2e －===Cu ⑧该电极上有红色物质生成 ⑨阳极 ⑩氧化反应 ⑪2Cl －－2e －===Cl 2↑ ⑫刺激性 ⑬变蓝 总反应式：CuCl 2=====电解Cu ＋Cl 2↑思考1 电解质溶液导电时，一定会有化学反应发生吗？【提示】 一定有化学反应发生，因为在电解池的两极发生了氧化还原反应，有电子转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。

二、电解原理的应用 1．电解饱和食盐水(1)电极反应：阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑ 阴极：2H ＋＋2e －===H 2↑(2)总反应方程式：2NaCl ＋2H 2O=====电解2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑ (3)应用：氯碱工业制NaOH 、H 2和Cl 2。

2．电镀 (1)电极材料 阳极：镀层金属 阴极：镀件(或待镀金属)(2)电解质溶液：含含镀层金属离子的溶液(3)特点：阳极质量减少，阴极质量增加，电解质溶液浓度不变。

3．电解精炼铜 (1)电极材料阳极：粗铜(含Zn 、Fe 、Ni 、Cu 、Ag 、Au) 阴极：纯铜(2)电解质溶液：含Cu 2＋的盐溶液 (3)电极反应阳极：Zn －2e －==Zn 2＋ Fe －2e －==Fe 2＋ Ni －2e －==Ni 2＋ Cu －2e －==Cu 2＋ 阴极：Cu 2＋＋2e －===Cu(4)特点：阳极：质量减少，最后阳极金属为Ag 、Au 成为阳极泥。

阴极：质量增加，最后得到纯铜。

电解质溶液：增加Zn 2＋，减少Cu 2＋(但一般变化不大) 最后溶液中含有Zn 2＋ Fe 2＋ Ni 2＋ Cu 2＋等金属离子。

4．电解冶炼利用电解熔融盐的方法冶炼Na 、Mg 、Al 等活泼金属；冶炼Na 。

(以电解熔融NaCl 为例) ①电极反应：阳极：2Cl －－2e －===Cl 2↑ 阴极：2Na ＋＋2e －===2Na②总反应：2NaCl(熔融)=====电解2Na ＋Cl 2↑思考2 电解进行时，溶液中的离子浓度一定会减小吗？【提示】 不一定，有的减小，用惰性电极电解CuCl 2溶液时，因为Cu 2＋、Cl －均发生电极反应被消耗，最终CuCl 2溶液一定变稀。

还有的浓度要变大，如电解Na 2SO 4、NaOH 等，实际消耗了水。

还有的浓度不变，如恒温下电解饱和Na 2SO 4溶液。

三、金属的腐蚀与防护 1．金属的腐蚀金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。

(1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生化学反应而引起的腐蚀。

(2)电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触发生原电池反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。

2．金属的防护 (1)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法，如在船舶的外壳装上锌块：锌作原电池的负极(阳极)，铁作为原电池的正极(阴极)。

②外加电源的阴极保护法，如钢闸门被保护：阳极为惰性电极，与电源正极相连；阴极为钢闸门与电源负极相连。

(2)改变金属的内部结构，如不锈钢。

(3)加防护层，如喷油漆等。

★ 高考高频考点考点一原电池、电解池、电镀池的比较例1(2011·广东理综)某小组为研究电化学原理，设计下图装置，下列叙述不正确的是()A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===CuC．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动解析a和b不连接时，铁与CuSO4溶液发生反应：Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，A 项正确；a和b用导线连接时，组成了原电池，Fe为负极，Cu为正极，铜片上发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，铁片上发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，B 项正确；通过以上分析可知，无论a和b是否连接，均发生反应：Fe＋Cu2＋=== Fe2＋＋Cu，故溶液均从蓝色(Cu2＋的颜色)逐渐变成浅绿色(Fe2＋的颜色)，C项正确；a和b分别连接直流电源正、负极时，构成电解池，铜片为阳极，铁片为阴极，Cu2＋应向阴极(铁电极)移动，D项错误。

互动训练1下列有关电化学的示意图中正确的是()解析选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极。

选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。

选项C，粗铜应连接电源正极。

选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl－在阳极放电产生Cl2，溶液中的H＋在阴极获得电子而产生H2，正确。

答案 D考点二以惰性电极电解电解质溶液的规律1.电解时电极产物的判断2．用惰性电极电解电解质溶液的规律如下表所示特别提醒：(1)若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；若阳极为OH－放电，则阳极区c(H＋)增大；若阴极、阳极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，电解质溶液浓度增大。

(2)当电解过程中电解的是水和电解质时，电极反应式中出现的是H＋或OH－放电，但在书写总反应式时要将反应物中的H＋或OH－均换成水，在生成物中出现的是碱或酸，同时使阴极、阳极反应式得失电子数目相同，将两个电极反应式相加，即得总反应的化学方程式。

(3)用惰性电极电解时，若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物的化合物。

例2 Cu 2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu 2O 的电解池示意图如图，电解总反应为： 2Cu ＋H 2O=====通电Cu 2O ＋H 2↑。

下列说法正确的是( )A ．石墨电极上产生氢气B ．铜电极发生还原反应C ．铜电极接直流电源的负极D ．当有0.1mol 电子转移时，有0.1mol Cu 2O 生成解析 本题主要考查电化学的基础知识，意在考查考生的分析推理能力和实际运用知识的能力。

由电解总反应可知，Cu 参加了反应，所以Cu 作电解池的阳极，发生氧化反应，B 选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H ＋＋2e －===H 2↑，A 选项正确；阳极与电源的正极相连，C 选项错误；阳极反应为2Cu ＋2OH －－2e －===Cu 2O ＋H 2O ，当有0.1mol 电子转移时，有0.05mol Cu 2O 生成，D 选项错误。

答案 A【方法规律】 电解池原理分析五步法第一步：看。

看电极材料是惰性电极(如石墨、铂等)，还是活泼电极(如Cu 、Fe 等)，惰性电极不参加阳极的氧化反应，活泼电极参加阳极的电极反应。

第二步：离。

写出包括水在内的所有电解质的电离方程式。

第三步：分。

将离子分成阳离子组和阴离子组，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，根据得失电子能力将离子排序。

第四步：写。

根据阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应书写。

第五步：析。

根据电极反应式分析电极、电解质溶液变化并进行有关计算。

互动训练2 (2012·宁德质检)现有Cu 2＋、Cl －、Na ＋、SO 2－4、Zn 2＋两两组成的电解质溶液若干种，可选用铜电极、铂电极、锌电极进行电解实验。

(1)以________作阳极电解________溶液时，溶液的pH 有明显升高，且溶液保持澄清。

(2)以________作阳极电解________溶液时，溶液的pH 有明显下降。

(3)为使电解过程中溶液的浓度保持不变，应以铜为阳极电解________溶液，或以________为阳极电解____ ____溶液。

(4)以铜为阳极电解________或________溶液，均可得到氢氧化物沉淀。

解析 (1)电解氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl ＋2H 2O=====通电2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑。

(2)电解硫酸铜溶液时，阴极Cu 2＋得电子，被还原，而阳极水(氢氧根)失电子，得到氧气，溶液中富余H ＋。

(3)Cu 做阳极，被氧化，Cu 2＋进入溶液中，故电解的溶液为硫酸铜溶液。

以铜为阳极电解NaCl 、Na 2SO 4时，可以得到Cu(OH)2沉淀，反应的总化学方程式为Cu ＋2H 2O===Cu(OH)2＋H 2↑。

答案 (1)铂 NaCl (2)铂 CuSO 4 (3)CuSO 4 Zn ZnCl 2(或ZnSO 4) (4)NaCl Na 2SO 4考点三 有关电化学的计算原电池和电解池的计算包括：两极产物的定量计算、溶液pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等。

不论哪类计算，均可以概括为下列三种方法：①根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、电荷量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。

②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比例式计算。

③根据关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。

例3 如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g 5.00%的NaOH 溶液、足量的CuSO 4溶液和100g 10.00%的K 2SO 4溶液，电极均为石墨电极。

(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的浓度为10.47%，乙中c 电极质量增加。

据此回答问题：①电源的N极为________(填“正”或“负”)极；②电极b上发生的电极反应为_________________；③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：____________________；④电极c的质量变化是________g；⑤电解前后各溶液的酸、碱性是否发生变化，简述其原因：甲溶液____________________________________；乙溶液_____________________________________；丙溶液_____________________________________。