2024届高考化学一轮复习练习第六章化学反应与能量第29讲电解池金属的电化学腐蚀与防护

这是一份2024届高考化学一轮复习练习第六章化学反应与能量第29讲电解池金属的电化学腐蚀与防护，共23页。
考点一 电解原理
1．电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)
总反应离子方程式：Cu2＋＋2Cl－ eq \(=====,\s\up7(电解)) Cu＋Cl2↑。
特别提醒：电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。
3．阴、阳两极上放电顺序
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电由难到易的顺序为K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋、Sn2＋、Pb2＋、H＋、Cu2＋、Fe3＋、Ag＋；
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，放电由易到难的顺序为S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根离子(NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 、CO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3)) )、F－。
注意： ①阴极不管是什么材料，电极本身一般都不反应，一般是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序为：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。
4．分析电解过程的思维模型
[正误辨析]
(1)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( )
(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程( )
(3)电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大( )
(4)用Cu作电极电解盐酸可发生Cu＋2H＋ eq \(=====,\s\up7(电解)) Cu2＋＋H2↑( )
(5)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现( )
(6)电解过程中电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极( )
答案： (1)× (2)√ (3)× (4)√ (5)√ (6)×
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一、利用电解的思维模型分析电解的规律
1．惰性电极电解电解质溶液的四种类型
(1)电解水型
(2)电解电解质型
(3)放H2生碱型
(4)放O2生酸型
2.根据金属活动性顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?
答案： Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电极反应式为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Cu＋2H＋ eq \(=====,\s\up7(电解)) Cu2＋＋H2↑。
3．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 。
解析： 方法一：98 g Cu(OH)2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：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O2－失电子数相等，共4NA。
答案：4NA
二、利用电解的思维模型书写电极反应式
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MgCl2溶液
阳极反应式： ；
阴极反应式： ；
总反应离子方程式： 。
(2)用Al作电极电解NaOH溶液
阳极反应式： ；
阴极反应式： ；
总反应离子方程式： 。
答案： (1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－＋Mg2＋===H2↑＋Mg(OH)2↓
Mg2＋＋2Cl－＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋4H2O
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
2Al＋2H2O＋2OH－ eq \(=====,\s\up7(电解)) 2AlO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(2)) ＋3H2↑
5．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，用惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。
解析： 第一阶段 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
第二阶段 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
第三阶段 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。
答案： 第一阶段的反应：CuCl2 eq \(=====,\s\up7(通电)) Cu＋Cl2↑
第二阶段的反应：2Cu(NO3)2＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2Cu＋O2↑＋4HNO3
第三阶段的反应：2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2H2↑＋O2↑
6．整合有效信息书写电极反应
(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。
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将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：
S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(n))
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，其离子方程式可写成 。
(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是 ，说明理由： 。
解析： (1)①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了S eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(n)) ，S eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(n)) 可以理解为(n－1)S＋S2－，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。
(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图知：阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===3NH eq \\al(\s\up1(＋),\s\d1(4)) ＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===5NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。
答案： (1)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②S eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(n)) ＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
(2)NH3 根据总反应：8NO＋7H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的HNO3多，应补充NH3
eq \a\vs4\al(反思归纳)
做到“三看”，正确书写电极反应式
1．一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：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，就是金属的冶炼。
考点二 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(反应类型：还原反应)。
(2)总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
2.电镀铜
3．电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
4．电冶金
(1)冶炼钠
电解方程式：2NaCl(熔融) eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶炼铝
电解方程式：2Al2O3(熔融) eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5(冰晶石)) 4Al＋3O2↑
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阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
[正误辨析]
(1)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液( )
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料( )
(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MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3( )
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(6)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( )
答案： (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
一、氯碱工业
1．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：
(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式： 。
(2)离子交换膜的作用为 。
(3)精制饱和食盐水从图中 (选填“a”“b”“c”或“d”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中 位置流出。
答案： (1)2Cl－＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) Cl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液、阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应
(3)a d
二、电解精炼、电镀、电冶金
2．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。下列叙述中正确的是(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
D [电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。]
3．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是( )
A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程
B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系
C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率
D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用
C [电镀前，Zn与Fe构成原电池，Zn为负极，Fe为正极，电镀时，Fe为阴极，Zn为阳极，原电池充电时，原电池负极为阴极、正极为阳极，故不属于原电池的充电过程，A错误；根据电子守恒，通过电子的电量与析出Zn的量成正比，B错误；电流恒定，单位时间通过的电子的物质的量恒定，即电解速率恒定，C正确；镀层破损后，Zn与Fe仍能构成原电池，其中Zn为负极被腐蚀，Fe为正极被保护，D错误。]
4．研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2­CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中正确的是( )
A．将熔融CaF2­CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
B．阳极的电极反应式为：C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D．石墨为阴极
B [电解Ca(NO3)2溶液，阴极上生成H2，而不是金属Ca，A错误；由题图可知，石墨为阳极，阳极上的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确，D错误；钛网电极是阴极，阴极上的电极反应式为：2Ca2＋＋4e－===2Ca，钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，由电子守恒、钙原子守恒知CaO的总量不变，C错误。]
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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，金属发生氧化反应。
2．化学腐蚀与电化学腐蚀
3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
4.金属的防护
(1)牺牲阳极法利用原电池原理。
(2)外加电流法利用电解池原理。
(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。
(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。
[正误辨析]
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样( )
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋( )
(4)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( )
(5)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( )
(6)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性( )
答案： (1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
一、金属腐蚀的类型及比较
1．实验探究(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 。
答案： (1)析氢 2H＋＋2e－===H2↑ 有气泡冒出
(2)吸氧 O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 导管内液面上升
2．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 。
解析： ②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe­Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。
答案： ⑤④②①③⑥
eq \a\vs4\al(归纳总结)
金属腐蚀快慢的规律
1．对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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。
2．对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中。
3．活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快
4．对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
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二、金属腐蚀的防护
3．港珠澳大桥设计使用寿命为120年，对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是( )
A．防腐原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等防止形成原电池
C．采用外加电流法时需外接镁、锌等作辅助阳极
D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀
C [该桥体钢构件主要发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀的总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，防腐原理主要是避免发生该反应，A项正确；钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，目的是将钢构件与空气、水隔绝，防止形成原电池，发生吸氧腐蚀，B项正确；采用牺牲阳极法时需外接镁、锌等作辅助阳极，采用外加电流法时需要外接电源，C项错误；钢构件采用不锈钢材料，可以减缓电化学腐蚀，D项正确。]
4．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。
为减缓铁的腐蚀：
(1)若开关K置于N处，则X应为 ，该电化学防护法为 。
(2)若开关K置于M处，则X应为 ，该电化学防护法称为 。
答案： (1)碳棒或Pt等惰性电极 外加电流法 (2)比铁活泼的金属Zn等 牺牲阳极法
真题演练 明确考向
1．(2022·广东卷)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
C [根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3＋得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。A.阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；B.Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；C.阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；D.因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。]
2．(2022·北京卷)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
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＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移
D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
C [由实验现象可知，实验①时，铁作电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。A.由分析可知，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；B.由分析可知，实验①时，铁作电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故B正确；C.由分析可知，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氯合铜离子浓度减小，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡向正反应方向移动，故C错误；D.由分析可知，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确。]
3．(2020·浙江1月选考)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是( )
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出
D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
D [氯碱工业中的总反应为2Cl－＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2OH－＋H2↑＋Cl2↑；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业中Cl2为氧化产物，所以电极A为阳极，电极B为阴极，据此作答。A.根据分析可知电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气，正确；B.阳极发生的方程式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从d口流出，所以要防止OH－流向阳极即电极A，该离子交换膜为阳离子交换膜，正确；C.根据B选项的分析可知饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出，正确；D.因为有阳离子交换膜的存在，OH－不发生迁移，Na＋迁移到B电极，错误。]
4．(北京卷)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)。
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下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．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
D [实验②中加入K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe(CN)6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。]
5．(全国高考真题)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
C [本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管桩与电源的负极相连，被保护。A.外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管桩，A正确；B.通电后，被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B正确；C.高硅铸铁为惰性辅助阳极，只起导电作用，所以高硅铸铁不损耗，C错误；D.通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 ，D正确。]
课时精练(二十九) 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 eq \a\vs4\al(\f(对应学生,用书P396))
(本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！)
1．港珠澳大桥设计寿命为120年，对桥体钢制构件采用了多种防腐措施，下列防腐措施错误的是( )
A．用导线与石墨相连
B．用导线与电源负极相连
C．钢制构件上焊接锌块
D．表面喷涂分子涂层
A [A项，石墨、Fe和电解质溶液构成原电池，Fe作负极加速被腐蚀，错误；B项，将铁和电源负极相连时，Fe作阴极而被保护，正确；C项，为牺牲阳极法，正确；D项，为增加防护层，正确。]
2．四个电解装置都以Pt作电极，它们分别装有如下电解质溶液，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是( )
C [电解盐酸，溶质HCl的量减少，溶剂的量不变，所以酸性减弱，pH增大，A项错误；电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气，溶液酸性增强，pH减小，B项错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，溶质的量不变，溶剂的量减少，溶液碱性增强，pH增大，C项正确；电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气，溶液碱性增强，pH增大，D项错误。]
3.利用如图所示装置，当X、Y选用不同材料时，可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法中正确的是( )
A．氯碱工业中，X、Y均为石墨，X附近能得到氢氧化钠
B．铜的精炼中，X是纯铜，Y是粗铜，Z是CuSO4
C．电镀工业中，X是待镀金属，Y是镀层金属
D．外加电流法中，Y是待保护金属
D [根据题图可知，X为阳极，Y为阴极，电解饱和食盐水时，阴极区得到H2和NaOH，所以Y附近得到氢氧化钠，故A错误；铜的电解精炼，应用粗铜作阳极，纯铜作阴极，所以X是粗铜，Y是纯铜，故B错误；电镀时，应以镀层金属作阳极、待镀金属作阴极，所以X是镀层金属，Y是待镀金属，故C错误。]
4．某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是( )
A．电解质溶液中电子从B极移向A极
B．若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2＋)保持不变
C．若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液pH增大
D．若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等
D [电解质溶液通过离子移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜溶液，该装置为电解精炼铜装置，粗铜中有铁锌等杂质，溶液中c(Cu2＋)略减小，故B错误；若A、B均为石墨电极，电解总反应式为2CuSO4＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu＋O2↑＋2H2SO4，则通电一段时间后，溶液pH减小，故C错误；根据电子守恒，阴极、阳极转移电子数一定相等，若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等，故D正确。]
5．如图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是( )
A [由题意知a极板质量增加，a应为阴极，则b为阳极，x为电源负极，y为电源正极，参考各个选项知，A项符合，电解时，a极板有Cu附着，b极板有O2放出；B项不符合，电解时a极板无质量变化；C项不符合，阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成；D项不符合，电解时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激气味的气体。]
6．如图为电解装置示意图。下列电解目的不能实现的是( )
A [由题图可知，该装置为电解池，且a端接电源正极，为电解池的阳极，b为阴极。A.铜作阳极，自身放电产生Cu2＋，此时溶液中Cl－无法放电，故不能得到氯气，A符合题意；B.镀银时，Fe为镀件，Ag为镀层金属，镀件作阴极被保护，则阳极为银，阴极为铁，电解质为AgNO3溶液，故B可以实现，不符合题意；C.电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解质溶液为可溶性的铜盐，故C可以实现，不符合题意；D.碳棒为阳极，铜作阴极，则此时阳极为H2O电离出的OH－放电生成O2，阴极为H2O电离出的H＋放电生成H2，故D可以实现，不符合题意。]
7．粗银中含有Cu、Pt等杂质，用电解法以硝酸银为电解质提纯银。下列说法正确的是( )
A．粗银与电源负极相连
B．阴极反应式为：Ag＋＋e－===Ag
C．Cu、Pt在阳极区中沉积
D．电解液中c(Ag＋)浓度先增大后减小
B [电解法精炼粗银，粗银作阳极，Ag失电子生成Ag＋、Cu失电子生成Cu2＋，Pt为惰性金属成为阳极泥，由得电子能力：Ag＋＞Cu2＋，阴极为Ag＋得电子生成Ag；A.用电解法精炼粗银，银单质失电子生成银离子，发生氧化反应，粗银与电源正极相连，故A错误；B.由得电子能力：Ag＋＞Cu2＋，阴极为Ag＋得电子生成Ag，阴极电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，故B正确；C.粗银作阳极，Cu失电子生成Cu2＋，Pt为惰性金属成为阳极泥，故C错误；D.电解精炼银时，粗银中比银活泼的铜会先失电子形成离子进入溶液，Ag再失电子生成Ag＋进入溶液，但阴极Ag＋生成Ag的量更多，则电解液中c(Ag＋)浓度不可能增大，故D错误。]
8．水是鱼类赖以生存的环境，较好的水质能减少鱼类疾病的发生，更有利于鱼类的生长和生存。世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其装置如图所示。下列说法正确的是( )
A．Y为电源的正极
B．阴极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O
C．将该装置放置于高温下，可以提高其净化效率
D．若BOD为葡萄糖(C6H12O6)，则1 ml葡萄糖被完全氧化时，理论上电极上流出22 ml e－
B [从装置图中可知，X电极连接的电极上发生的反应是微生物作用下BOD、H2O生成CO2，Y电极连接的电极上，微生物作用下，硝酸根离子生成了氮气，氮元素化合价降低，发生还原反应，为电解池的阴极，则Y为负极，X为正极，故A错误；阴极是硝酸根离子生成了氮气，氮元素化合价降低，发生还原反应，阴极反应式为2NO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，故B正确；若该装置在高温下进行，催化剂微生物被灭活，则净化效率将降低，故C错误；若BOD为葡萄糖(C6H12O6)，则1 ml葡萄糖被完全氧化时，碳元素化合价由0价变化为＋4价，理论上电极上流出电子的物质的量：4×6 ml＝24 ml，故D错误。]
9．(2022·广东省深圳市高三下学期第二次调研)一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺工作原理的示意图如图。下列说法不正确的是( )
A.与传统氯碱工艺相比，该方法可避免使用离子交换膜
B.第一步中阳极反应为：Na0.44MnO2－xe－===Na0.44－xMnO2＋xNa＋
C.第二步中，放电结束后，电解质溶液中NaCl的含量增大
D.理论上，每消耗1 ml O2，可生产4 ml NaOH和2 ml Cl2
C [传统氯碱工艺电解饱和食盐水，使用阳离子交换膜，与传统氯碱工艺相比，该方法可避免使用离子交换膜，故A正确；根据题图，第一步中阳极反应为：Na0.44MnO2－xe－===Na0.44－xMnO2＋xNa＋，故B正确；第二步中，放电结束后，Na0.44－xMnO2＋xNa＋＋xe－===Na0.44MnO2，Ag－e－＋Cl－===AgCl，电解质溶液中NaCl的含量降低，故C错误；理论上，每消耗1 ml O2，转移4 ml电子，第一步生成4 ml NaOH，根据钠守恒，第二步提取4 ml NaCl，第三步生成2 ml Cl2，故D正确。]
10．关于金属的腐蚀与防护，下列说法正确的是( )
A．图①：铁丝发生吸氧腐蚀
B．图②：M可用石墨代替
C．图③：若电源断开闸门发生吸氧腐蚀
D．图③：N不可选石墨
C [A.铁丝发生吸氧腐蚀也需要水参加，图①干燥的空气中没有水分不易形成原电池，很难发生吸氧腐蚀，故A错误；B.图②采用的是牺牲阳极法，金属M必须比铁活泼才可以，则M不可用石墨代替，故B错误；C.图③采用的是外加电流法，若电源断开，则钢铁闸门和周围的海水形成原电池，发生的是吸氧腐蚀，故C正确；D.图③采用的是外加电流法，辅助电极N为阳极，可以是惰性电极石墨，则N可选石墨，故D错误。]
11．(2022·江西抚州模拟预测)含可钝化金属的工业管道或反应器，由于会被内部溶液腐蚀，通过外接电源而钝化，称之为阳极保护法。如图是某金属外接电势与电流密度的变化关系，下列有关说法正确的是( )
A．阳极保护法中受保护的金属外接电源的负极
B．电流密度越大，金属受保护程度越好
C．CFD区，金属受到保护
D．外接电势越高，对金属保护性越有效
C [A.金属从活态向钝态的转变叫钝化，而通过外接电源而钝化的阳极保护法，指的是使受保护的金属作为阳极，通过外加电流使阳极钝化，电位强烈正移，腐蚀速率大幅度降低，所以，阳极保护法中受保护的金属外接电源的正极，A错误；B.IM代表的是金属钝化的难易程度，即开始的时候电流密度越大，此时金属溶解，表示金属越难钝化，所以并非电流密度越大，金属受保护程度越好，B错误；C.当外接电势超过EB后，金属开始钝化，从EC到ED都是金属钝化较稳定的范围，所以CFD区，金属受到保护，C正确；D.外接电势超过ED后，电流密度又持续增加了，腐蚀速度又加快了，所以并非外接电势越高，对金属保护越有效，D错误。]
12．氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业，回答下列问题：
(1)工业电解饱和NaCl溶液的化学方程式为 。
(2)氯碱工业中采取膜技术，若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到O2，产生O2的电极反应式为 。下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是 。
a．定期检查并更换阳离子交换膜
b．向阳极区加入适量盐酸
c．使用Cl－浓度高的精制饱和食盐水为原料
d．停产一段时间后，继续生产
(3)氯碱工业是高耗能产业，按如图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上，且相关物料的传输与转化关系如图所示(电极未标出)。
①图中装置Ⅰ和装置Ⅱ中属于原电池的是 (选填装置编号)。
②X的化学式为 ；Y在装置Ⅱ中发生的电极反应为 。
③图中氢氧化钠质量分数大小关系为a% b%(选填“＞”“＝”或“＜”)。
解析： 装置Ⅰ是电解池，电解饱和食盐水，装置Ⅰ右端产生NaOH溶液，说明右端电极是阴极，发生反应为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，因此Y是氢气，装置Ⅰ的左端是阳极，发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，X为Cl2，氯气和NaOH溶液反应的离子方程式为2OH－＋Cl2===ClO－＋Cl－＋H2O，装置Ⅱ中通氧气的一极为正极，环境是NaOH溶液，因此正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，产生的是NaOH浓溶液。(1)工业电解饱和NaCl溶液生成氢氧化钠、氯气、氢气，化学方程式为2NaCl＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；(2)氯碱工业中采取膜技术，若阳离子交换膜损伤会造成阳极能检测到O2，在阳极氢氧根离子失电子得到氧气，产生O2的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。下列生产措施有利于提高Cl2产量、降低阳极O2含量的是：a.定期检查并更换阳离子交换膜，减少阳极产生氧气的机会，故a选；b.向阳极区加入适量盐酸，降低氢氧根离子的浓度，故b选；c.使用Cl－浓度高的精制饱和食盐水为原料，提高氯离子浓度，故c选；d.停产一段时间后，继续生产，对产物没有影响，故d不选；(3)①图中装置Ⅰ是电解池，电解饱和食盐水，装置Ⅱ是燃料电池，Y是氢气，属于原电池的是装置Ⅱ；②装置Ⅰ的左端是阳极，发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，X的化学式为Cl2；装置Ⅱ是燃料电池，Y是氢气，氢气在装置Ⅱ中发生氧化反应生成水，电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O；③装置Ⅱ中通氧气的一极为正极，环境是NaOH溶液，因此正极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，产生NaOH浓溶液，图中氢氧化钠质量分数大小关系为a%＜b%。
答案： (1)2NaCl＋2H2O eq \(=====,\s\up7(通电)) 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ abc
(3)①装置Ⅱ ②Cl2 H2－2e－＋2OH－===2H2O ③＜
13．金属腐蚀在生活中随处可见，常见的有化学腐蚀和电化学腐蚀。
某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀的类型及腐蚀速率，将混合均匀的新制铁粉和炭粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞，如图1所示。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。
(1)请完成以下实验设计(完成表中空格)：
(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 (填“吸氧”或“析氢”)腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动的方向；此时，炭粉表面发生了 (填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是 。
(3)图4中U形管左端红墨水柱先下降，一段时间后又上升，请解释开始下降的原因是
。
图4
(4)图5为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
图5
①腐蚀过程中，负极是 (填“a”“b”或“c”)。
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负
极反应产物作用生成多孔粉状锈[Cu2(OH)3Cl]，其离子方程式为 。
解析： (1)①为参照实验，由于②探究醋酸浓度的影响，故铁粉质量不变，为2.0 g；③只有炭粉含量与①不同，③探究炭粉含量的影响。(2)t2时，容器中压强明显小于起始压强，说明锥形瓶中气体体积减小，说明发生了吸氧腐蚀，碳为正极，铁为负极，电子转移的方向如图所示，碳电极氧气得到电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
(3)pH＝3的雨水显酸性，铁发生析氢腐蚀，产生氢气，试管内压强增大，故U形管左端红墨水柱下降。
(4)①根据题图知，O2得电子生成OH－，Cu失电子生成Cu2＋，发生吸氧腐蚀，则Cu作负极，即c是负极。
②Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，负极上生成Cu2＋、正极上生成OH－，所以该离子反应为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。
答案： (1)②2.0 ③炭粉含量的影响
(2)吸氧 还原 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(3)pH＝3的雨水显酸性，铁发生析氢腐蚀，产生氢气，试管内压强增大
(4)①c ②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解质溶液复原
含氧酸，如H2SO4
阴极：4H＋＋
4e－===2H2↑
阳极：4OH－
－4e－===O2↑
＋2H2O
总反应式：
2H2O eq \(=====,\s\up7(电解))
2H2↑＋O2↑
增大
减小
加水
可溶性强碱，如NaOH
增大
活泼金属的含氧酸盐，如KNO3
不变
电解质类型
电极反应式
及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解质溶液复原
无氧酸，如HCl
阴极：2H＋＋2e－
===H2↑
阳极：2Cl－－2e－
===Cl2↑
总反应式：2HCl
eq \(=====,\s\up7(电解)) H2↑＋Cl2↑
减小
增大
通入HCl
不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2
阴极：Cu2＋＋2e－
===Cu
阳极：2Cl－－2e－
===Cl2↑
总反应式：CuCl2
eq \(=====,\s\up7(电解)) Cu＋Cl2↑
加CuCl2固体
电解质
(水溶液)
电极反应式
及总反应式
电解质
浓度
溶液
pH
溶液
复原
活泼金属
的无氧酸
盐(如
NaCl、
KCl)
阳极：2Cl－－2e－
===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－
===H2↑
总反应式：2Cl－＋
2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) Cl2↑
＋H2↑＋2OH－
生成
新电
解质
增大
通入
HCl
气体
电解质(水溶液)
电极反应式
及总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
不活泼金
属的含氧
酸盐[如
CuSO4、
Cu(NO3)2]
阳极：4OH－－
4e－===2H2O＋
O2↑
阴极：2Cu2＋＋
4e－===2Cu
总反应式：2Cu2＋
＋2H2O eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Cu
＋O2↑＋4H＋
生成新电解质
减小
加CuO或CuCO3
装置
离子交换膜电解槽
阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离子交换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
反应物
金属、干燥的气体或非电解质
不纯金属、电解质溶液
反应类型
直接发生化学反应
原电池反应
有无电流产生
无
有
实质
金属原子失电子被氧化
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性
弱酸性、中性或碱性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
装置示意图
序号
电解质溶液
实验现象
①
0.1 ml/L CuSO4＋少量H2SO4
阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋
②
0.1 ml/L CuSO4＋过量氨水
阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
选项
A
B
C
D
电解质溶液
HCl
AgNO3
KOH
BaCl2
pH变化
减小
增大
增大
不变
选项
a极板
b极板
x电极
z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
负极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
选项
电极材料
电解质溶液
电解目的
A
a.铜，b.碳棒
饱和食盐水
制取Cl2、NaOH和H2
B
a.银，b.铁
AgNO3溶液
铁上镀银
C
a.粗铜，b.精铜
CuSO4溶液
电解精炼铜
D
a.碳棒，b.铜
K2SO4稀溶液
制取少量O2和H2
编号
实验目的
炭粉质量/g
铁粉质量/g
醋酸质量分数/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5

36.0
③

0.2
2.0
90.0