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专题1电解池金属的电化学腐蚀与防护

专题1电解池　金属的电化学腐蚀与防护
基础回归
一、电解原理
1．电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在__________引起_____________的过程。
2．电解池(也叫电解槽)：把_____转变为______的装置。
3．电解池的组成和工作原理(电解CuCl2溶液)

电极名称
阴极
阳极
电极材料
________________________
__________________________
电极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
2Cl－－2e－===Cl2↑
反应类型
__________________________
____________________________
电子流向
电子从电源_____沿导线流入电解池的___极，经过阴、阳离子定向移动形成的内电路，再从电解池的_____流出，并沿导线流回电源的____

二、电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应：阳极：_________________，阴极：__________________；
(2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；
(3)应用：氯碱工业制______、_____和_____。
2．电镀铜或电解精炼铜
(1)两极材料：待镀金属或精铜作____，镀层金属或粗铜作______。
(2)电极反应：阳极：Cu－2e－===Cu2＋， 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
3．电解冶炼钠(电解熔融NaCl)
(1)电极反应：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，
阴极：2Na＋＋2e－===2Na；
(2)总反应方程式：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑；
(3)应用：冶炼Na、Mg、Al等活泼金属。
思考:
为什么粗铜通过电解精炼可以提纯？

三、金属的腐蚀与防护
1．化学腐蚀与电化学腐蚀

化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属跟接触到的物质(如O2、Cl2、SO2等)直接发生化学反应而引起的腐蚀
不纯金属与电解质溶液接触时，发生______反应，比较活泼的金属失电子而被氧化
特点
无电流产生
有微弱电流产生
实质与
联系
(1)实质都是金属原子失去电子被氧化而损耗；
(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但__________更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快
2．钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀

类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
_________
_____________
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
___________________
______________________
其他反应及产
物　　
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
普遍性
_____________更普遍

3.不同条件下金属腐蚀的快慢
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．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法；
②外加电流的阴极保护法。
(2)其他
①改变金属内部结构，如制成合金；
②使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。

主要考点
一、电极产物的判断与有关反应式的书写
1．电解时电极产物的判断

2．电极反应式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时，电极材料放电。
(2)再分析溶液中的离子种类，根据离子放电顺序，分析电极反应，并判断电极产物，写出电极反应式。
(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电反应。
3．电解化学方程式的书写
(1)必须在长等号上标明通电或电解。
(2)只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物。如电解CuCl2溶液：
CuCl2Cu＋Cl2↑。
(3)只有水被电解，只写水及电解产物即可。
如：电解稀硫酸、电解NaOH溶液、电解Na2SO4溶液时，
化学方程式可以写为：2H2O2H2↑＋O2↑。
(4)电解质、水同时被电解，则都要写进方程式。如电解饱和食盐水：
2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。
【特别提醒】　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，即得到电解的总反应方程式。

例：500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　)
A．原混合溶液c(K＋)为2 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为2 mol·L－1

跟踪训练
1．如图，p、q为直流电源两极，A为＋2价金属单质X制成，B、C、D为铂电极，接通电源，金属X沉积于B极，同时C、D产生气泡。试回答：

(1)p为________极，A极发生了________________反应。
(2)C为________极，试管里收集到___________________________________________；
D为________极，试管里收集到___________________________________________。
(3)C极的电极反应式是___________________________________________。
(4)在电解过程中，测得了C、D两极上产生的气体的实验数据如下：

时间/min
1
2
3
4
5
阴极生成气体体积/cm3
6
12
20
29
39
阳极生成气体体积/cm3
2
4
7
11
16
时间/min
6
7
8
9
10
阴极生成气体体积/cm3
49
59
69
79
89
阳极生成气体体积/cm3
21
26
31
36
41

仔细分析以上实验数据，请说出可能的原因是_____________________。
(5)当反应进行一段时间后，A、B两电极附近溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(6)当电路中通过0.004 mol电子时，B电极上沉积金属X为0.128 g，则此金属的摩尔质量为____________。

二、电解类型及有关计算
1．以惰性电极电解电解质溶液的类型

2.电解池中有关量的计算或判断
电解池中有关量的计算或判断主要包括以下几方面：根据直流电源提供的电量求产物的量(析出固体的质量、产生气体的体积等)、溶液的pH、相对原子质量或某元素的化合价、化学式等。解题依据是得失电子守恒，有如下解题方法：
(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、相同电量等类型的计算，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，最后根据总反应式计算。
(3)根据关系式计算：
根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。

【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．用惰性电极电解电解质溶液时，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。
3．电解过程中产生的H＋或OH－，其物质的量等于转移电子的物质的量。

例：如下图所示，若电解5 min时，测得铜电极的质量增加2.16 g。试回答：

(1)电源中X极是________(填“正”或“负”)极。
(2)通电5 min时，B中共收集到224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL(电解前后溶液的体积变化忽略不计)，则通电前c(CuSO4)＝________。
(3)若A中KCl溶液的体积也是200 mL，则电解后溶液的pH＝________。

跟踪训练
甲、乙、丙三个电解槽如下图所示(其中电极的大小、形状、间距均相同)。乙、丙中浓度和体积相同，当通电一段时间后，若甲中铜电极的质量增加0.128 g时，乙中电极上银的质量增加(　　)

A．0.054 g　　　　　　　　　　　B．0.108 g
C．0.216 g D．0.432 g