2020届高考化学一轮复习电解池、金属的腐蚀与防护学案

2020届高考化学一轮复习电解池、金属的腐蚀与防护学案

第3讲　电解池、金属的腐蚀与防护 ‎【2020·备考】‎ 最新考纲：1.理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。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。‎ 核心素养：1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。2.科学精神与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。‎ 考点一　电解原理 ‎（频数：★★★　难度：★★☆）‎ 名师课堂导语 电解原理是电化学重要的理论基础，掌握好放电顺序，总结好电解规律，是解答好电解原理应用题的前提。另外对于设题方式多且灵活多变的实物图分析问题，应加以关注。‎ ‎1.电解定义 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.能量转化形式 电能转化为化学能。‎ ‎3.电解池 ‎（1）构成条件 ‎①有与电源相连的两个电极。‎ ‎②电解质溶液（或熔融盐）。‎ ‎③形成闭合电路。‎ ‎（2）电极名称及电极的反应式（如图）‎ ‎（3）电子和离子的移动方向（惰性电极）‎ ‎4.电解过程 ‎（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）再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组。‎ ‎（3）然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋（酸）>Fe2＋>Zn2＋>H＋（水）>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。‎ 阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>最高价含氧酸根离子。‎ ‎（4）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。‎ ‎（5）最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。‎ ‎1.不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。‎ ‎2.最常用的放电顺序：阳极：活泼金属（一般指Pt、Au以外的金属）>Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电，如理论上H＋的放电能力大于Zn2＋，由于溶液中c（Zn2＋）≥c（H＋），则先在阴极上放电的是Zn2＋，例如铁上镀锌时，放电顺序：Zn2＋>H＋。‎ ‎5.惰性电极电解电解质溶液的产物判断（图示）‎ ‎[速查速测]‎ ‎1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎（1）电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程（√）‎ ‎ （2）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（×）‎ ‎ （3）电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极（×）‎ ‎ （4）电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大（×）‎ ‎ （5）用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu（OH）2可使电解质溶液恢复到电解前的情况（×）‎ ‎2.（教材知识拓展题）要实现反应：Cu＋2HCl===CuCl2＋H2↑‎ ‎，设计了下列四个实验，你认为可行的是（　　）‎ 解析　铜与盐酸不能直接发生反应，由于不是能自发进行的氧化还原反应，故不能设计成原电池，即A、B选项不符合；由于铜失去电子，故铜作阳极，与电源的正极相连，选项C符合。‎ 答案　C ‎3.（探究思考题）用惰性电极电解2 mol·L－1 NaCl和1 mol·L－1 CuSO4的混合溶液，可看做两个电解阶段，试判断在两个阶段中阴、阳两极得到的产物是什么？并写出相应的电极反应式。‎ 第一阶段：阳极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________；‎ 阴极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________。‎ 第二阶段：阳极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________。‎ 阴极产物　　　　，电极反应_____________________________________________________________________。‎ 答案　Cl2　2Cl－－2e－===Cl2↑‎ Cu　Cu2＋＋2e－===Cu O2　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ H2　4H＋＋4e－===2H2↑‎ ‎[A组　基础知识巩固]‎ ‎1.下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是（　　）‎ 解析　A项，该装置是原电池装置，H＋放电生成氢气，溶液的pH增大，A项错误；B项，阳极：Cu－2e－＋2OH－===Cu（OH）2↓，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为：Cu＋2H2OCu（OH）2＋H2↑，pH增大，B项错误；电解食盐水，总反应为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成氢氧化钠使溶液的pH增大，C项错误；电解硫酸铜溶液的总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液的pH减小，D项正确。‎ 答案　D ‎2.下图为直流电源电解稀Na2SO4溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实验现象中正确的是（　　）‎ A.逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C.a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D.a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 解析　电解Na2SO4溶液时，a为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，b为阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；a极周围由于H＋放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH－放电溶液呈酸性，石蕊显红色。‎ 答案　D ‎3.（2018·河南豫南九校质量考评）如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电，下列分析正确的是（　　）‎ A.C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑‎ B.C1电极处溶液首先变黄色 C.C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑‎ D.当C1电极上有2 g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移 解析　C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，作阳极，Fe2＋的还原性强于Cl－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===‎ Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2电极处溶液首先变黄色，B错误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。‎ 答案　C ‎【原创总结】‎ 以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 类型 放电规律 电解质（水溶液）‎ 电解水型 H＋、OH－放电，电解质形成的阳离子要么是H＋，要么是放电顺序排在H＋之后的活泼性较强的金属对应的阳离子；阴离子要么是OH－，要么是放电顺序排在OH－之后的含氧酸根等。‎ 含氧酸（如H2SO4）‎ 强碱（如NaOH）‎ 活泼金属的含氧酸盐 电解电 解质型 电解质形成的阴、阳离子放电，电解质电离形成的阴、阳离子要么是H＋、OH－，要么是放电顺序排在H＋、OH－之前的对应离子。‎ 无氧酸（如HCl），除HF外 不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外 放H2生碱型 阳离子为放电顺序排在H＋之后的金属阳离子；阴离子为放电顺序排在OH－之前的阴离子。‎ 活泼金属的无氧酸盐（如NaCl）‎ 放O2生酸型 阳离子为放电顺序排在H＋之前的金属阳离子；阴离子为放电顺序排在OH－之后的阴离子。‎ 不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）‎ 说明：请同学们写出上述实例中的半反应和总反应的离子方程式，并分析电解后溶液的pH变化。‎ ‎[B组　考试能力过关]‎ ‎4.（海南高考）以石墨为电极，电解KI溶液（其中含有少量酚酞和淀粉）。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　以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O ‎2KOH＋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。‎ 答案　D ‎5.（北京高考）用石墨电极电解CuCl2溶液（见图）。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　根据溶液中离子移动方向可知，U型管左侧电极是阴极，连接电源的负极，a端是电源的负极，A正确；通电使CuCl2发生电解，不是电离，B错误；阳极发生氧化反应，Cl－在阳极放电2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；Cl－发生氧化反应，在阳极放电生成Cl2，D错误。‎ 答案　A ‎6.（1）（2017·江苏高考）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______________________________________。‎ ‎（2）（2015·山东高考）利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。‎ 利用如图所示装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为_________________________________________________________‎ 溶液（填化学式），阳极电极反应式为_________________________________，‎ 电解过程中Li＋向　　　　电极迁移（填“A”或“B”）。‎ 解析　（1）电解Na2CO3溶液，实际上是电解水，观察电解池装置可知，阳极产物有NaHCO3和O2，则阳极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，阴极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产物为H2。‎ ‎（2）根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－与Li＋结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极，阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。电解过程中，阳离子向阴极迁移，则Li＋向B电极迁移。‎ 答案　（1）4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎（2）LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B 考点二　电解原理的应用 ‎（频数：★★★　难度：★★☆）‎ 名师课堂导语 电解原理的综合应用是高考考查的重要内容，在掌握好电解原理基本应用的基础上，要特别关注电解在物质制备、污水处理等方面的拓展应用，在分析电解装置时，应注意半透膜的作用。‎ ‎1.电解饱和食盐水 ‎（1）电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应）‎ 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑（还原反应）‎ ‎（2）总反应方程式 ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎（3）应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气 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。‎ ‎2.电解精炼铜 ‎3.电镀铜 ‎4.电冶金 利用电解熔融盐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 由于AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石（Na3AlF6）；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。‎ ‎[速查速测]‎ ‎1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎（1）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）均保持不变（×）‎ ‎（2）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料（×）‎ ‎（3）电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3（×）‎ ‎（4）电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料（√）‎ ‎（5）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（×）‎ ‎2.（教材改编题）（1）（LK选修4·P183改编）电解精炼铜时，如果转移0.04 mol电子，阴极材料的质量将增加1.28 g。‎ ‎（2）（RJ选修4·P834改编）电解饱和食盐水时，从阴极逸出2.24 L氢气，从阳极逸出Cl2气体，逸出气体的体积为2.24 L（在标准状况下，不考虑气体溶解）。‎ ‎3.（思维探究题）比较下列两种装置有哪些不同？‎ ‎（1）请分析两装置中各电极的质量变化？‎ ‎____________________________________________________________________。‎ ‎（2）请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？‎ ‎____________________________________________________________________。‎ 答案　（1）甲图中铜片质量减小，铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加 ‎（2）甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化，因为阳极溶解多少铜，阴极就析出多少铜；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度减小 ‎[A组　基础知识巩固]‎ ‎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　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，粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化为Zn2＋、Fe2＋，阴极Cu2＋放电析出Cu，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。‎ 答案　D ‎2.（物质制备）（2018·武汉市部分学校调研）在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是（　　）‎ A.电解结束后电解液Ⅱ中c（Zn2＋）增大 B.电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液 C.Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O D.当通入44 g CO2时，溶液中转移1 mol电子 解析　因为右室Zn失去电子生成Zn2＋，溶液中的Zn2＋通过阳离 子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，c（Zn2＋）不变，A项错误；右室生成的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O结合为ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液Ⅱ只要是含Zn2＋的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O，C项正确；当通入44 g CO2时，外电路中转移1 mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。‎ 答案　C ‎3.（废气处理）（2018·湖南三湘名校教育联盟第三次大联考）[Fe（CN）6]3－‎ 可将气态废弃物中的硫化氢氧化为可利用的硫，自身被还原为[Fe（CN）6]4－。工业上常采用如图所示的电解装置，通电电解，然后通入H2S加以处理。下列说法不正确的是（　　）‎ A.电解时，阳极反应式为[Fe（CN）6]4－－e－===[Fe（CN）6]3－‎ B.电解时，阴极反应式为2HCO＋2e－===H2↑＋2CO C.当电解过程中有标准状况下22.4 L H2生成时，溶液中有32 g S析出（溶解忽略不计）‎ D.整个过程中需要不断补充K4[Fe（CN）6]与KHCO3‎ 解析　电解时，阳极上[Fe（CN）6]4－失去电子，阳极的电极反应式为[Fe（CN）6]4－－e－===[Fe（CN）6]3－，A正确；阴极上HCO放电，发生还原反应，阴极反应式为2HCO＋2e－===H2↑＋2CO，B正确；标准状况下22.4 L H2的物质的量为1 mol，则转移2 mol 电子。H2S失去2 mol电子，生成1 mol单质S，即析出32 g S，C正确；根据以上分析可知，反应的结果相当于是H2S被电解生成H2和S，所以不需要补充K4[Fe（CN）6]和KHCO3，D错误。‎ 答案　D ‎【方法技巧】‎ 电化学中定量计算方法 ‎1.根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、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，最后根据总反应式列出比例式计算。‎ ‎3.根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ ‎[B组　考试能力过关]‎ ‎4.（2018·课标全国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。示意图如图所示，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：‎ ‎①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋‎ ‎②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋‎ 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EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性 解析　阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋‎ 在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。‎ 答案　C ‎5.（2016·课标全国Ⅰ，11）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0.5 mol的O2生成 解析　电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO离子向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。‎ 答案　B ‎6.[2018·课标全国Ⅰ，27（3）]制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为____________________________________________________________________。‎ 电解后，　　　　室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。‎ 解析　阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑（或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑），阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应，析出H2，OH－增多，Na＋由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增大。‎ 答案　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑（或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑）　a 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎（频数：★☆☆　难度：★☆☆）‎ 名师课堂导语 金属的腐蚀与防护，是电化学的重要组成部分，虽然考查力度没有新型电源和电解应用频率高，但作为考点知识轮换，在近几年的考题中时有出现，复习时应特别关注两种电化学防腐（牺牲阳极的阴极保护法外、外加电流的阴极保护法）。‎ ‎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 金属与干燥气体（如O2、Cl2、SO2等）或非电解质液体（如石油）等接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ‎（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 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 电极材料及反应 负极 Fe：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极 C：2H＋＋2e－===H2↑‎ C：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 ‎1.电解质所处环境决定金属的腐蚀方式：若电解质酸性较强，如NH4Cl、H2SO4等，则发生析氢腐蚀，相当于金属与酸构成原电池；若电解质为弱酸、中性、弱碱，则发生吸氧腐蚀，相当于金属、氧气构成燃料电池。‎ ‎2.两种腐蚀正极的现象不同：析氢腐蚀正极产生H2，气体压强变大，pH增大；吸氧腐蚀正极吸收O2，气体压强变小，pH增大。‎ ‎3.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：惰性金属。‎ ‎（2）改变金属的内部结构组成，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎（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。‎ 我们通常把原电池的两极叫做正极和负极，电解池的两极叫做阳极和阴极，但实际上，我们把失电子发生氧化反应的电极都统称为阳极，即原电池的负极也称为阳极，这种叫法在教材上也有所体现。‎ LK选修4P21　铜锌原电池装置（2）示意图 RJ选修4P86　牺牲阳极的阴极保护法示意图 ‎[速查速测]‎ ‎1.（易混点排查）正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎（1）Al、Fe、Cu在潮湿空气中腐蚀均生成氧化物（×）‎ ‎（2）钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋（×）‎ ‎ （3）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（×）‎ ‎ （4）所有金属纯度越大，越不易被腐蚀（×）‎ ‎（5）黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿（√）‎ ‎（6）生铁比纯铁容易生锈（√）‎ ‎2.（教材改编题）如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为（　　）‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥‎ C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥‎ 解析　①是铁发生化学腐蚀。②③④均为构成原电池，由金属的活动性可知，③中铁作正极，受到保护；②、④中铁作负极受到腐蚀，由于Fe和Cu的金属活泼性相差较Fe和Sn的大，故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀更快。⑤⑥为电解池，⑤中铁作阳极，加快了Fe的腐蚀，⑥中铁作阴极受到保护。根据以上分析可知，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。‎ 答案　C ‎3.（思维探究题）写出钢铁、铜制品在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈、铜绿的原理。‎ ‎（1）铁锈的形成 负极：_______________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________‎ 正极：_____________________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________________‎ ‎（2）铜锈的形成 负极：________________________________________________________________‎ ‎_____________________________________________________________________‎ 正极：_______________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________________。‎ 解析　（1）铁锈的形成 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋‎ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe（OH）2‎ ‎4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3‎ ‎2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O（铁锈）＋（3－x）H2O ‎（2）铜锈的形成 负极：2Cu－4e－===2Cu2＋‎ 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎2Cu＋2H2O＋O2===2Cu（OH）2‎ ‎2Cu（OH）2＋CO2===Cu2（OH）2CO3（铜绿）＋H2O 答案　见解析 ‎[A组　基础知识巩固]‎ ‎1.（2018·郑州高三模拟）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　C项正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ 答案　C ‎2.钢铁的防护有多种方法，下列对于图中的方法描述错误的是（　　）‎ A.a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应 B.a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材料可能都含有Zn C.a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门 D.a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极的阴极保护法 解析　a、b以导线连接，即为牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极要作负极，发生氧化反应，A项正确；a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，要失去电子，B项正确；通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，C项正确；由于有外加电源，故此方法为外加电流的阴极保护法，D项错误。‎ 答案　D ‎3.（2018·河南罗山模拟）某学生为探究铜生锈的过程设计如图所示装置，下列选项正确的是（　　）‎ A.一段时间后C棒上有气泡冒出，附近的溶液变为红色 B.一段时间后溶液中会有蓝色沉淀产生 C.Cu棒为正极，电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋‎ D.C棒为正极，电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑‎ 解析　由于铜的金属活动性比氢弱，在电解质溶液中发生吸氧腐蚀，负极：‎ Cu－2e－===Cu2＋，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，溶液中，Cu2＋＋2OH－===‎ Cu（OH）2↓，所以B选项正确。‎ 答案　B ‎【规律总结】‎ 电化学腐蚀规律 ‎1.对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中；活动性不同的两金属，活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。‎ ‎2.对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。‎ ‎3.从防腐措施方面分析，腐蚀的由慢到快的顺序为：外加电流的阴极保护法防腐<牺牲阳极的阴极保护法防腐<有一般防护条件的防腐<无防护条件的防腐。‎ ‎4.不同类型腐蚀快慢：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。‎ ‎[B组　考试能力过关]‎ ‎4.（2017·课标全国Ⅰ，11）支撑海港码头基础的防腐技术，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　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；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。‎ 答案　C ‎5.（2018·北京理综）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）。‎ ‎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 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 解析　②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。‎ 答案　D