2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习教师用书：专题64第三单元　电解原理　金属的腐蚀与防护

第三单元　电解原理　金属的腐蚀与防护

学习任务1　电解原理

1．电解
使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
2．电解池(也叫电解槽)
电解池是把电能转化为化学能的装置。
3．电解池的组成和工作原理(以电解CuCl2溶液为例)

总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑。
4．电子和离子移动方向
(1)电子：从电源的负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
(2)离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
5．分析电解过程的思维程序
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)其次分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。排出阴、阳两极的放电顺序。
阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。
(3)然后分析电极反应，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。
(4)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
6．电解规律(用惰性电极电解)
电解质
(水溶液)
电极反应式
被电解
的物质
总化学方程式
或离子方程式
电解质
浓度
溶液
pH
电解质溶
液复原方法
含氧酸
(如H2SO4)
阳极：2H2O－4e－===
4H＋＋O2↑
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
减小
加H2O
强碱
(如NaOH)
阳极：4OH－－4e－===
O2↑＋2H2O
阴极：4H2O＋4e－===
2H2↑＋4OH－
水
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
增大
加H2O
续　表
电解质
(水溶液)
电极反应式
被电解
的物质
总化学方程式
或离子方程式
电解质
浓度
溶液
pH
电解质溶
液复原方法
活泼金属
的含氧酸盐
(如KNO3、
Na2SO4)
阳极：4OH－－4e－===
O2↑＋2H2O
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
不变
加H2O
无氧酸
(如HCl，
除HF外)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
酸
2HClCl2↑＋H2↑
减小
增大
通入HCl气体
不活泼金属
的无氧酸盐
(如CuCl2，
除氟化物外)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
盐
CuCl2Cu＋Cl2↑
减小
—
加CuCl2固体
活泼金属的
无氧酸盐
(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
水和盐
2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
电解质
增大
通入HCl气体
不活泼金属
的含氧酸盐
(如CuSO4)
阳极：2H2O－4e－===4H＋
＋O2↑
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
水和盐
2Cu2＋＋2H2O
2Cu＋O2↑＋4H＋
生成
新电
解质
减小
加CuO或
CuCO3

1．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液
阳极反应式：______________________________________________；
阴极反应式：______________________________________________；
总反应离子方程式：_______________________________________。
(2)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：_____________________________________。
(3)用铜做电极电解NaCl溶液
阳极反应式：___________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________；
总反应化学方程式：____________________________________。
(4)用铜做电极电解盐酸
阳极反应式：___________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________；
总反应离子方程式：______________________________________。
答案：(1)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(3)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑
(4)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
2．(教材改编题)下列关于铜电极的叙述正确的是(　　)
A．铜锌原电池中铜一般做负极
B．电解熔融氯化钠制钠时用铜做阳极
C．在镀件上电镀铜时用金属铜做阳极
D．电解稀硫酸制H2、O2时铜做阳极
解析：选C。A项，锌比铜活泼，故铜一般做正极，错误；B项，电解熔融氯化钠时用铜做阳极，阳极上Cl－不能失电子生成Cl2，错误；C项，电镀时，待镀金属做阴极，镀层金属为阳极，正确；D项，电解H2SO4制H2、O2时，阳极必为惰性电极，错误。
3．(2020·淮安高三检测)用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是(　　)

A．a端是直流电源的负极
B．通电使CuCl2发生电离
C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
解析：选A。A项铜离子移向阴极，则a为负极。B项，CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生。C项，反应Cu2＋＋2e－===Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－===Cl2↑。D项，通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。

(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是电解质溶液(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＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、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、Al等金属。

提升一　电解原理和电解规律的考查
1．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　)
A．阴极附近溶液呈红色
B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色
D．溶液的pH变小
解析：选D。以石墨为电极，电解KI溶液，阴离子在阳极的放电能力：I－>OH－。阳离子在阴极的放电能力：H＋>K＋。所以该电解反应的方程式是2KI＋2H2OI2＋H2↑＋2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近淀粉遇碘单质变为蓝色；在阴极逸出H2，由于产生OH－，溶液显碱性，使酚酞溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。
2．(双选)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是(　　)

A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成
解析：选BD。该装置为电解池。H2O在正(阳)极区放电，生成O2和H＋，正(阳)极区溶液pH减小，中间隔室中的阴离子SO通过cd离子交换膜移向正(阳)极，故正(阳)极区可得到H2SO4；当电路中通过1 mol电子时生成 0.25 mol O2；H2O在负(阴)极区放电，生成OH－和H2，负(阴)极区溶液pH增大，中间隔室中的阳离子Na＋通过ab离子交换膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到NaOH，A、C项错误，B、D项正确。
提升二　电极反应式的书写
3．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是(　　)

A．用石墨做阳极，铁做阴极
B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－ －2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
解析：选D。A.由题干信息可知，Cl－在阳极放电生成ClO－，则阳极应为惰性电极，A项正确；B.Cl－在阳极放电生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，B项正确；C.阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O提供阳离子(H＋)，C项正确；D.由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－ ＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D项错误。
4．(1)PbO2可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为____________________________，阴极上观察到的现象是________________________________________________________________________；
若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为___________________________，
这样做的主要缺点是_________________________________________________。
(2)(2017·高考江苏卷)电解Na2CO3溶液，原理如图所示。

阳极的电极反应式为_______________________________，
阴极产生的物质A的化学式为________。
解析：(1)阳极发生氧化反应，即Pb2＋失去电子被氧化生成PbO2，同时考虑盐溶液水解得到的强酸性环境；阴极发生还原反应，即氧化性强的Cu2＋得到电子生成铜；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极Pb2＋得电子变为Pb，这样就不能有效利用Pb2＋。(2)阳极上H2O失去电子生成O2和H＋，H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O得到电子生成H2和OH－。
答案：(1)Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋　石墨上包上铜镀层　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋
(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2

电解池电极反应式的书写——“二判二析一写”

提升三　有关电解的计算
5．(2020·开封高三模拟)用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10－3 mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是(　　)
A．阳极上析出3.6 mL O2(标准状况)
B．阴极上析出32 mg Cu
C．阴极上析出11.2 mL H2(标准状况)
D．阳极和阴极质量都无变化
解析：选B。用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。当有1×10－3 mol的OH－放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，在阴极上析出32 mg Cu，阴极质量增加。
6．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题：

(1)电源中X为直流电源的________极。
(2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”“减小”或“不变”)
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A中的KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
解析：(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。
(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。
(3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒。因此，B中电解分为两个阶段，首先电解CuSO4溶液，生成O2和Cu，然后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02 mol(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(气体物质的量之和)，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。
(4)通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)负　(2)增大　减小　不变
(3)0.025 mol·L－1　(4)13

解电解计算题的常用方法

学习任务2　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：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。
(2)总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；
总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2．电镀和电解精炼铜

电镀(以Fe上镀Cu为例)
电解精炼铜
阳极
电极
材料
镀层金属铜
粗铜(含Zn、Fe、
Ni、Ag、Au等杂质)
电极
反应
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、
Ni－2e－===Ni2＋、
Cu－2e－===Cu2＋
阴极
电极
材料
待镀金属铁
纯铜
电极
反应
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
含Cu2＋的盐溶液
注：(1)电镀时，溶液中离子浓度保持不变；
(2)电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥
3.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Ca、Na、Mg、Al等。
(1)冶炼钠：2NaCl2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶炼镁：MgCl2Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg。
(3)冶炼铝：2Al2O34Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)反应Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池。(　　)
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(　　)
(3)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。(　　)
(4)电解是把电能转变成化学能。(　　)
(5)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。(　　)
(6)任何水溶液电解时，必发生氧化还原反应。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
2．下列描述中，符合生产实际的是________(填序号)。
①电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁做阳极
②电解法精炼粗铜，用纯铜做阴极
③电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网做阴极
④在镀件上电镀锌，用锌做阳极
解析：①中电解熔融的氧化铝制取金属铝，应用石墨做阳极，若用铁做阳极，铁会被氧化。
答案：②③④
3．(教材改编题)完成下列各小题：
(1)电解饱和食盐水过程中，阳离子交换膜的作用为_____________________。

(2)电解过程中A中CuSO4溶液浓度__________，而B中CuSO4溶液浓度____________。

(3)如图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜。

阳极反应式：_____________________________________；
阴极反应式：____________________________________。
答案：(1)只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过，防止Cl2和NaOH反应
(2)逐渐减小　基本不变
(3)2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

提升一　电解原理的“常规”应用
1.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(　　)
A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
解析：选D。氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。
2．(双选)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(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，阳极质量的减少与阴极质量的增加不等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
解析：选BD。阳极应发生氧化反应：Ni－2e－===Ni2＋，A错；由于Fe、Zn的还原性大于Ni，所以阳极同时还发生：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋，比较两电极反应，因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等，当两极通过的电量相等时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，B正确；纯镍做阴极，电解质溶液中需含有Ni2＋，因Ni2＋的氧化性大于Fe2＋和Zn2＋，所以溶液中阳离子有Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋，C错；Cu、Pt还原性小于Ni，所以不反应，D正确。
提升二　电解原理的“不寻常”应用
3．(2017·高考海南卷)一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是(　　)

A．Pd电极b为阴极
B．阴极的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3
C．H＋由阳极向阴极迁移
D．陶瓷可以隔离N2和H2
解析：选A。此装置为电解池，总反应是N2＋3H22NH3，Pd电极b上是氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；H＋在阴极上与N2反应，则H＋由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。
4．工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8。电解时，阴极材料为Pb；阳极(铂电极)电极反应式为2HSO－2e－===S2O＋2H＋。下列说法正确的是(　　)
A．阴极电极反应式为Pb＋HSO－2e－===PbSO4＋H＋
B．阳极反应中S的化合价升高
C．S2O中既存在非极性键又存在极性键
D．可以用铜电极做阳极
解析：选C。Na2S2O8的结构为，由此结构可以判断出以下信息：S2O中含硫氧极性键和氧氧非极性键；S的化合价为＋6价，中间的两个O均为－1价，其他的O均为－2价；电解时阳极的HSO中O失去电子，S未变价；阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；若用铜电极做阳极，则阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋。综上所述，C项正确。
5．(1)根据2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O设计图示装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的______极，其电极反应式为________________________________________________。

(2)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：

电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳两极均为惰性电极。
①A极为________，电极反应式为___________________________________。
②B极为________，电极反应式为___________________________________。
解析：(1)根据NaOH溶液浓度的变化及Na＋交换膜，左侧为阴极区域，右侧为阳极区域，电极反应式为
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
(2)H2产生是因为H2O在阴极上得电子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO＋6H2O，阳极反应式容易错写成4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
答案：(1)正　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
(2)①阳极　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O　②阴极　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

电解原理应用中的注意要点
(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na＋、H＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。
(2)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子生成金属附着在阴极上。
(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
学习任务3　金属的腐蚀与防护

1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有电流产生
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性
弱酸性或中性
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
其他反应
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
3.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理
负极(阳极)是做保护材料的金属，正极(阴极)是被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——利用电解原理
阴极是被保护的金属设备；阳极是惰性电极。
(2)其他方法
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。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(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)(2018·高考天津卷)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈。(　　)
(5)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。(　　)
解析：(1)银器表面变黑，主要是生成Ag2S，钢铁表面生锈是生成Fe2O3·nH2O，原理不同，错误；(2)铜是生成“铜绿”[Cu2(OH)2CO3]，错误；(3)钢铁腐蚀时，负极铁失电子生成Fe2＋，错误。
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
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：①是Fe为负极、杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。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的金属活泼性差别大于Fe和Sn的活泼性差别，故Fe­Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极做阳极，Cu接电源负极做阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极做阴极，Cu接电源正极做阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。故铁在海水中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤④②①③⑥。
答案：⑤④②①③⑥

提升一　金属的腐蚀
1．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表。
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
下列说法错误的是(　　)
A．当pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．当pH＞6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．当pH＞14时，正极反应为O2 ＋ 4H＋ ＋ 4e－===2H2O
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
解析：选C。当pH>14时，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．(2019·高考江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
解析：选C。A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁做负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还有少部分转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。
提升二　金属的防护
3．(2017·高考全国卷Ⅰ)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
解析：选C。依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于0，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁做阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。
4．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是________________________________________________________________________。
在此过程中，两个电极上质量的变化值：阴极________阳极(填“>”“NO，根据题给信息，阳极一定是OH－放电，生成0.05 mol氧气，转移0.2 mol电子；阴极离子放电能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放电，然后是H＋放电，阴极生成0.05 mol氢气时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2＋转移0.1 mol电子，n(Cu2＋)＝0.05 mol。所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝0.05 mol，又n(NO)＝0.3 mol·L－1×0.5 L＝0.15 mol，则n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·L－1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 mol·L－1，B项正确，D项错误；上述电解过程中共转移0.2 mol电子，C项错误。
6．用石墨电极完成下列电解实验。

实验一
实验二
装置


现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处： 2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析：选B。由于有外接电源，所以实验一和实验二均为电解池装置。实验一中，a为阴极，c为阳极，d为阴极，b为阳极。a、d处发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项正确；若b处发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，不足以解释b处“变红”和“褪色”现象，B项错误；c处铁做阳极，发生反应Fe－2e－===Fe2＋，由于生成的Fe2＋浓度较小，且pH试纸本身有颜色，故颜色上无明显变化，C项正确；实验二中，两个铜珠的左端均为阳极，右端均为阴极，初始时两个铜珠的左端(阳极)均发生反应Cu－2e－===Cu2＋，右端(阴极)均发生反应2H＋＋2e－===H2↑，一段时间后，Cu2＋移动到m处，m处附近Cu2＋浓度增大，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，m处能生成铜，D项正确。
二、不定项选择题
7．SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(　　)

A．a极为直流电源的正极，与其相连的电极发生氧化反应
B．阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol
C．吸收池中发生反应的离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．阳极的电极反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋
解析：选AD。A项，阴极发生还原反应，HSO得电子生成S2O，a极为直流电源的负极，错误；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol，正确；C项，吸收池中S2O与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO，离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，错误。
8．(2020·连云港高三一诊)一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是(　　)

A．外电路电子的移动方向：A→电源→B
B．气体X在反应中通常体现还原性
C．电极D为惰性电极，E为活泼电极
D．电极D的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12
解析：选D。苯→环己烷，相当于加氢，为还原反应，所以电极D为阴极，电极E为阳极，A为负极，B为正极。A项，电子由A极→电极D，电极E→B极，错误；B项，阳极OH－放电生成氧气，气体X为氧气，通常表现氧化性，错误；C项，E为阳极，若活泼电极为阳极，优先失电子，无气体X生成，错误。
9．(2020·扬州模拟)H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是(　　)

A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%>b%
C．Ⅱ膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸
D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
解析：选BD。A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，H2O得电子发生还原反应，生成H2和OH－，溶液中OH－浓度增大，即a%