2022届高三化学一轮复习讲义：电解池　金属的电化学腐蚀与防护

电解池　金属的电化学腐蚀与防护
复习目标　1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。
2.了解电解原理在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用；认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
考点一　电解的原理

1．电解原理
(1)概念
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
把电能转变为化学能的装置，也叫电解槽。
(2)电解池构成的条件
①与电源相连的两个电极：与电源正极相连的电极是阳极，在阳极上发生氧化反应；与电源负极相连的电极是阴极，在阴极上发生还原反应。
②电解质溶液(或熔融的电解质)。
③形成闭合回路。
(3)电解池的工作原理
①电极名称和电极反应式

总反应方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑。
②电子流向和离子移动方向
导线上(外电路)电子从电源的负极流出，经导线流向电解池的阴极。电解池的阳极上产生的电子经导线流入电源的正极。溶液中(内电路)阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

2．电解规律
(1)阳极产物的判断
①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。
阴离子的放电顺序：
活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断。
阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。
①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。
②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。
3．惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)

4．电解后电解质溶液的复原
需加适量的某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：
①NaCl溶液：通HCl气体(不能加盐酸)；
②AgNO3溶液：加Ag2O固体(不能加AgOH)；
③CuCl2溶液：加CuCl2固体；
④KNO3溶液：加H2O；
⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。

(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(×)
错因：Cl2在阳极生成。
(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(×)
错因：电解盐酸，pH变大；电解硫酸溶液，实际是电解水，pH变小。
(4)用Cu作电极电解盐酸可发生Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑(√)

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。电解反应式为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。

题组一　电解规律及电极产物的判断
1．(2020·天津市实验中学高三模拟)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
答案　D
解析　以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(　　)
A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2
B．KCl　Na2SO4　CuSO4
C．CaCl2　KOH　NaNO3
D．HCl　HNO3　K2SO4
答案　B
解析　AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2溶液随电解的进行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl电解电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱溶液碱性更强，酸溶液酸性更强。3．(2020·郑州一中月考)用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是(　　)
A．电解的最后阶段为电解水
B．阳极先逸出氯气后逸出氧气
C．阴极逸出氢气
D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
答案　D
解析　根据离子放电顺序可知，电解此混合溶液时，在阳极，阴离子放电的先后顺序为Cl－、OH－、SO，在阴极，H＋放电，所以整个电解过程分三个阶段：电解HCl溶液、电解NaCl溶液、电解H2O，最后溶液呈碱性，D错误。
题组二　电极反应式的书写与判断
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：_____________________________________________________________。
(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：__________________________________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________________________________；
总反应方程式：_________________________________________________________________。
答案　(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
5．整合有效信息书写电极反应式，按要求填空：
(1)利用电化学原理，用惰性电极电解饱和NaHSO4溶液可以制备过硫酸钠Na2S2O8。已知在阳极放电的离子主要为HSO，则阳极反应式为_____________________________________。
(2)电化学干法氧化法脱除H2S的原理如图所示。阳极发生的电极反应为________________；
阴极上COS发生的电极反应为___________________________________________________。

答案　(1)2HSO－2e－===S2O＋2H＋　(2)2S2－－4e－===S2　COS＋2e－===S2－＋CO

1．分析电解过程的思维程序

2．解答电解问题的注意事项
(1)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，H2O要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，总反应式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(2)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(3)电解水溶液时，K＋～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。
考点二　电解原理的应用

1．氯碱工业
(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)。
检验阳极产物的方法是用湿润的KI-淀粉试纸靠近阳极，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中滴加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。
(2)电解方程式
化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；
离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图

①阳离子交换膜的作用
阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别为Cl2、H2。
2．电镀
应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。

实例——电镀铜
阳极(铜片)：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极(待镀铁件)：Cu2＋＋2e－===Cu。
3．电冶金
(1)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电极反应式
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
④阳极泥的形成
粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。
(2)利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。

总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑、2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑、Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
6O2－－12e－===3O2↑、4Al3＋＋12e－===4Al


(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(×)
错因：金属材料Pt和Au都是惰性电极，两极都可用，阴极也可用活泼金属电极。
(2)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(×)
错因：镀件应连接电源的负极，作电解池的阴极。
(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(×)
错因：阳极溶解的金属还有Zn、Ni、Fe等。
(4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(×)
错因：电镀铜时c(Cu2＋)保持不变，电解精炼铜时c(Cu2＋)减小。
(5)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3(×)
错因：MgO熔点高，熔融需要能量高；AlCl3是共价化合物，熔融时不导电。


工业电解氧化铝制取金属铝时，常加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是________。电解过程中还需不断补充阳极(石墨)，其原因是_________________________________________________。
答案　降低熔化温度　阳极生成的氧气与石墨电极发生了反应

题组一　氯碱工业
1．用石墨作电极，电解盛放在U形管的饱和NaCl溶液(滴有酚酞)，如图，下列叙述正确的是(　　)

A．通电后，NaCl才能发生电离
B．通电一段时间后，阳极附近溶液先变红
C．当阳极生成0.1 mol气体时，整个电路中转移了0.1 mol e－
D．电解饱和食盐水的总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
答案　D
解析　NaCl为强电解质，无论是否通电，在溶液中都发生电离，A错误；阳极生成氯气，阴极生成NaOH，则阴极附近溶液先变红，B错误；阳极发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，生成0.1 mol氯气时，转移电子为0.2 mol，C错误；电解饱和食盐水，阳极生成氯气，阴极生成氢气和氢氧化钠，总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，D正确。
2．如图为电解饱和食盐水装置，下列有关说法不正确的是(　　)

A．左侧电极上发生氧化反应
B．右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝
C．电解一段时间后，B口排出NaOH溶液
D．电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
答案　B
3．(2020·山东德州模拟)高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．上述装置中，f极为光伏电池的正极
B．阴极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4
D．若转移2 mol电子，理论上生成100.5 g HClO4
答案　C
解析　电解时，Na＋移向阴极区，则f为电源负极，A项错误；电解时，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，Na＋移向阴极区，阳极区溶液逐渐由NaClO4转化为HClO4；阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区产生NaOH，B项错误、C项正确；根据得失电子守恒，若转移2 mol电子，理论上生成201 g HClO4，D项错误。
题组二　电镀
4．(2020·广东六校联考)下列图示中关于铜电极的连接错误的是(　　)


答案　C
解析　A项，锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，连接正确；B项，电解精炼铜，粗铜作阳极，纯铜作阴极，连接正确；C项，电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，连接错误；D项，电解氯化铜溶液，铜作阴极，石墨作阳极，连接正确。
5．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案　C
解析　A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。
题组三　电冶金
6．(2020·云南师范大学附属中学高三月考)如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是(　　)

A．电极A是粗铜，电极B是纯铜
B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜
C．溶液中SO向电极A迁移
D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
答案　D
解析　精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，根据电解原理，电极A为粗铜，电极B为纯铜，A项正确；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过1 mol电子时，生成0.5 mol Cu，即生成32 g Cu，B项正确；根据电解原理，SO向阳极移动，C项正确；膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D项错误。
7．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
答案　D
解析　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。
8．1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融)O2↑＋4Na↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOH===Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是(　　)
A．戴维法制钠，阳极的电极反应式为Na＋＋e－===Na↑
B．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的金属性比钠的强
C．若用戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，两方法转移电子总数相等
D．还可以用电解熔融氯化钠法制钠
答案　D
解析　A项，阳极应发生氧化反应；B项，盖·吕萨克法制钠原理是根据钠的沸点较低、易从反应混合物中分离出来，从而使化学平衡正向移动；C项，根据反应方程式可知，用戴维法制取金属钠，每产生4 mol钠转移电子的物质的量是4 mol，而用盖·吕萨克法制得4 mol钠转移电子的物质的量是8 mol，因此制取等量的金属钠，转移电子总数不相等；D项，由于NaCl是离子化合物，可用电解熔融氯化钠的方法制金属钠。
考点三　金属的腐蚀与防护

1．金属的腐蚀
(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)金属腐蚀的类型
①化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接发生化学反应
不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
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
有微弱电流产生
联系
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重



②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍

特别提醒　钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
2．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
a．负极：比被保护金属活泼的金属；
b．正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
a．阴极：被保护的金属设备；
b．阳极：惰性电极。
(2)改变金属的内部结构，如制成防腐的合金等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

(1)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(×)
错因：干燥环境下，金属可发生化学腐蚀。
(2)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀(×)
错因：水膜酸性较强时，钢铁发生析氢腐蚀。
(3)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(√)
(4)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阴极的保护法(×)
错因：应该是牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理。
(5)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极(×)
错因：外加电流的阴极保护法中，被保护金属应接电源的负极。

题组一　金属腐蚀的类型
1．(2019·江苏，10)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
答案　C
解析　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。
2．利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)

A．a处发生吸氧腐蚀，b处发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a处液面高于b处液面
C．a处的溶液pH增大，b处的溶液pH减小
D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
答案　C
3．实验探究(如图所示)：

(1)若棉团浸有NH4HSO4溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为___________________，
右试管中的现象是______________。
(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为______________________，右试管中的现象是___________________________。
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
题组二　金属腐蚀的防护方法
4．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
答案　C
解析　钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误。
5．(2020·怀化高三月考)利用下图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是(　　)

A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应
C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
答案　B
解析　若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极发生氧化反应，D项正确。
题组三　金属腐蚀的实验探究
6．(2020·安徽滁州二中、定远二中等11校联考)某小组同学用如图装置研究钢铁在海水中的腐蚀与防腐(①中铁片为生铁)。下列说法正确的是(　　)

A．①中只发生化学腐蚀
B．②中只发生的是析氢腐蚀
C．③为牺牲阳极的阴极保护法
D．钢铁被腐蚀的速率：②＞①＞③
答案　D
解析　①中铁片为生铁，生铁表面形成无数个原电池，发生电化学腐蚀，A项错误；②中电解质溶液为海水，发生的是吸氧腐蚀，B项错误；③为电解池装置，为外加电流的阴极保护法，C项错误；①中主要发生化学腐蚀，②中铁片为负极发生吸氧腐蚀，③中铁片连接外接电源的负极被保护，所以钢铁被腐蚀的速率为②>①>③，D项正确。
7．(2020·河北衡水中学调研)一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液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

下列说法正确的是(　　)
A．pH＜4时，发生析氢腐蚀
B．随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率逐渐加快
C．pH为14时，负极反应式为2H2O＋Fe－3e－===FeO＋4H＋
D．pH为7时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空气中的氧气氧化为Fe2O3
答案　A
解析　pH＜4时，钢铁腐蚀的主要产物为Fe2＋，此时溶液呈酸性，正极上H＋得电子，生成H2，A正确；由表中信息可知，随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率先减慢后加快，B错误；pH为14时，电解质溶液呈碱性，负极反应式为Fe＋4OH－－3e－===FeO＋2H2O，C错误；pH为7时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，生成的二价铁被氧气氧化，最终生成Fe2O3，D错误。
8．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________。


答案　⑤④②①③⑥
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Fe-Cu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池，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池，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⑤④②①③⑥。

金属腐蚀的一般规律
(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的速率快慢：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)在原电池中，电解质溶液相同时，两极的活泼性差别越大，负极金属越易被腐蚀，如Zn－Cu(H2SO4)中的Zn比Zn－Fe(H2SO4)中的Zn腐蚀快。
(3)对由相同正、负极构成的原电池(如Fe－Cu原电池)
①电解质的氧化能力越强，负极金属越易被腐蚀。如：
Fe在不同电解质溶液中的腐蚀速率是CuSO4溶液＞稀H2SO4＞NaCl溶液。
②电解质中起氧化作用的离子相同时，该离子浓度越大，负极金属腐蚀速率越快。如腐蚀速率：1 mol·L－1盐酸＞0.1 mol·L－1盐酸＞0.1 mol·L－1醋酸＞海水(起氧化作用的H＋浓度逐渐减小)。
③溶液的导电能力越强，负极金属越易被腐蚀。如腐蚀速率：海水＞淡水＞酒精。
(4)一般情况下不纯的金属或合金在潮湿的空气中腐蚀的速率远快于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。

1．(2020·全国卷Ⅱ，12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(　　)

A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为：WO3＋xAg===AgxWO3
答案　C
解析　根据题给信息，通电时Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag为阳极，失去电子发生氧化反应，Ag－e－===Ag＋，Ag＋通过固体电解质向变色层迁移，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，A、B、D正确；WO3得xe－生成WO，W元素的化合价降低，C错误。
2．(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)

A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
答案　C
解析　阴极得电子，A错误；金属M失电子，其活动性应比铁强，B错误；M失去的电子流入钢铁设施表面，因积累大量电子而被保护，C正确；海水中所含电解质的浓度远大于河水中的，因此钢铁设施在海水中被腐蚀的速率快，D错误。
3．(2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋

该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性
答案　C
解析　由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
4．[2019·全国卷Ⅲ，28(4)]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。
在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：

负极区发生的反应有___________________________________(写反应方程式)。
电路中转移1 mol电子，需消耗氧气____L(标准状况)。
答案　Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6
解析　负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4 mol电子消耗1 mol O2，则转移1 mol电子消耗氧气 mol，其在标准状况下的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
5．[2019·全国卷Ⅱ，27(4)]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的阳极为________，总反应为__________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为_______________________________。
答案　Fe电极　Fe＋2＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间物Na的生成，且水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
解析　结合图示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2＋H2↑或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑。结合相关反应可知，电解制备需在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物Na的生成，水电解生成OH－，OH－会进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2，从而阻碍二茂铁的生成。