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 －===2Na

②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－===Cu

C．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，