PAGEPAGE25第2節電解池金屬的電化學腐蝕與防護[考試說明]1.理解電解池的構成、工作原理及應用，并能寫出電極反應及總反應的方程式，相識電解在實現物質轉化中的詳細應用。2.了解金屬發生電化學腐蝕的本質，知道金屬腐蝕的危害及金屬腐蝕原理在生產、生活中的利用，了解防止金屬腐蝕的措施。[命題規律]本節是高考的?？純热?，其考查的內容有：一是電解過程的分析，多借助于圖像考查電極上離子的放電依次與產物的推斷，電極反應式的書寫；二是留意原電池與電解池相結合考查新型充電電池；三是考查新情境下電解原理的實際應用，如氯堿工業、電解精煉銅、電鍍、電解除污、結合離子交換膜進行電解等；四是金屬腐蝕的緣由與防護措施。考查題型有選擇題和填空題兩種。考點1電解原理學問梳理1.電解(1)定義：使電流通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起eq\o(□,\s\up5(01))氧化還原反應的過程。在此過程中，eq\o(□,\s\up5(02))電能轉化為eq\o(□,\s\up5(03))化學能。(2)特點：①電解是不行逆的；②電解質導電肯定發生eq\o(□,\s\up5(04))化學變更。2．電解池的構成及工作原理(1)概念：電解池是eq\o(□,\s\up5(05))把電能轉化為化學能的裝置。(2)電解池的構成條件①有與eq\o(□,\s\up5(06))電源相連的兩個電極。②eq\o(□,\s\up5(07))電解質溶液(或eq\o(□,\s\up5(08))熔融電解質)。③形成eq\o(□,\s\up5(09))閉合回路。(3)電極名稱及電極反應式以用惰性電極電解CuCl2溶液為例：總反應方程式：eq\o(□,\s\up5(10))CuCl2eq\o(=,\s\up17(電解))Cu＋Cl2↑。(4)電解池中電子和離子的移動方向①電子：從電源eq\o(□,\s\up5(11))負極流出后，流向電解池eq\o(□,\s\up5(12))陰極；從電解池的eq\o(□,\s\up5(13))陽極流向電源的eq\o(□,\s\up5(14))正極。②離子：陽離子移向電解池的eq\o(□,\s\up5(15))陰極，陰離子移向電解池的eq\o(□,\s\up5(16))陽極。3．電解產物的推斷及有關反應式的書寫(1)首先推斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。(2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。(3)排出陰、陽兩極的放電依次(4)分析電極反應，推斷電極產物，寫出電極反應式，要留意遵循原子守恒、電荷守恒和電子轉移守恒。(5)寫出電解總反應式在兩極轉移電子數目相同的前提下，兩極反應相加即可得總反應的化學方程式或離子方程式。4．惰性電極電解電解質溶液的四種類型(1)電解水型(2)電解電解質型(3)放H2生堿型(4)放O2生酸型(1)書寫電解池中的電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質要寫成分子式。(2)陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，肯定是溶液(或熔融電解質)中的陽離子放電。(3)要確保兩極電子轉移數目相同，且注明條件“電解”。推斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”，錯誤的指明錯因。(1)某些不能自發進行的氧化還原反應，通過電解可以實現。(√)錯因：_____________________________________________________________(2)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使潮濕的淀粉碘化鉀試紙變藍色。(×)錯因：電解CuCl2溶液時，在陽極Cl－失電子變為Cl2。(3)電解鹽酸、硫酸等溶液，H＋放電，溶液的pH漸漸增大。(×)錯因：電解H2SO4溶液時，實際是電解H2O的過程，故溶液中c(H＋)增大，pH減小。(4)電解時，電解液中陽離子移向陽極，發生還原反應。(×)錯因：電解時，陽離子移向陰極。(5)用惰性電極電解飽和食鹽水一段時間后，加入鹽酸可使電解質溶液復原到電解前的狀態。(×)錯因：電解飽和食鹽水，兩極產生H2和Cl2，因此通入HCl氣體即可使電解質溶液復原到電解前的狀態。題組訓練題組一電極反應式、電解總反應式的書寫1．用如圖所示裝置(熔融CaF2-CaO作電解質)獲得金屬鈣，并用鈣還原TiO2制備金屬鈦。下列說法正確的是()A．電解過程中，Ca2＋向陽極移動B．陽極的電極反應式為C＋2O2－－4e－=CO2↑C．在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量削減D．若用鉛蓄電池作該裝置的供電電源，“＋”接線柱是Pb電極答案B解析由題圖可知，石墨與外加電源的正極相連，則石墨為陽極，鈦網電極作陰極，電解過程中，電解液中Ca2＋向陰極移動，A錯誤；據題圖可知，陽極上發生氧化反應生成CO2，則陽極反應式為C＋2O2－－4e－=CO2↑，B正確；陰極反應式為2Ca2＋＋4e－=2Ca，Ca還原TiO2的反應方程式為2Ca＋TiO2=2CaO＋Ti，故制備Ti前后，整套裝置中CaO的質量不變，C錯誤；“＋”表示鉛蓄電池的正極，該接線柱為鉛蓄電池的PbO2極，D錯誤。2．按要求書寫有關的電極反應式及總反應式。(1)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面可形成氧化膜。陽極反應式：________________________________________________________________________；陰極反應式：________________________________________________________________________；總化學方程式：_______________________________________________________________________。(2)用惰性電極電解NaCl和CuSO4的混合溶液，電解過程中兩極均有兩種產物產生，推斷陰、陽兩極的產物并依據電解的先后依次寫出電極反應式。①陽極產物：____________________________________________________________；電極反應：_______________________________________________________。②陰極產物：____________________________________________________________；電極反應：________________________________________________________。答案(1)2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－=3H2↑2Al＋3H2Oeq\o(=,\s\up17(電解))Al2O3＋3H2↑(2)①Cl2、O22Cl－－2e－=Cl2↑、4OH－－4e－=2H2O＋O2↑②Cu、H2Cu2＋＋2e－=Cu、2H＋＋2e－=H2↑解析(2)陰離子在陽極發生氧化反應，由于還原性：Cl－>OH－>SOeq\o\al(2－,4)，故先生成Cl2，后生成O2；陽離子在陰極發生還原反應，由于氧化性：Cu2＋>H＋>Na＋，故先生成Cu，后生成H2。題組二電解原理和電解規律的考查3．用鉑電極電解肯定濃度的下列物質的水溶液，在電解后的電解液中加適量水，能使溶液濃度復原到電解前濃度的是()A．NaBr、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、H2SO4、CuSO4C．KOH、HNO3、Na2SO4 D．NaCl、Cu(NO3)2、MgSO4答案C解析加適量水能使溶液復原到電解前的濃度，則實際是電解水，只有C項符合題意。4．如圖所示裝置中，甲、乙、丙三個燒杯依次分別盛放100g5%NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100g10%K2SO4溶液，電極均為石墨電極。(1)接通電源，一段時間后，測得丙中K2SO4溶液的質量分數為10.47%，乙中c電極質量增加。則①電源的N端為________極；②電極b上發生的電極反應為____________________；③計算電極b上生成的氣體在標準狀況下的體積為________L；④電解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“減小”或“不變”)。(2)乙裝置中假如電解過程中銅全部析出，此時電解能否接著進行：________(填“能”或“不能”)，緣由是______________________________________________。答案(1)①正②4OH－－4e－=O2↑＋2H2O③2.8④不變(2)能CuSO4溶液變為H2SO4溶液，可接著電解H2SO4溶液，相當于電解水解析(1)①接通電源一段時間后，乙中c電極質量增加，說明c電極表面析出Cu，則該電極為陰極，從而推知M端為電源的負極，N端為電源的正極。②電極b為陽極，用惰性電極電解NaOH溶液相當于電解水，陽極上OH－放電生成O2，電極反應式為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O。③用惰性電極電解K2SO4溶液相當于電解水，設電解過程中消耗水的質量為xg，據電解前后溶質的質量不變可得：100g×10%＝(100－x)g×10.47%，解得x＝4.5，則電解過程中消耗水的物質的量為eq\f(4.5g,18g·mol－1)＝0.25mol，轉移電子的物質的量為0.5mol，故電極b上生成的O2在標準狀況下的體積為V(O2)＝0.5mol×eq\f(1,4)×22.4L·mol－1＝2.8L。④丙中用惰性電極電解K2SO4溶液相當于電解水，電解過程中c(K2SO4)增大，但溶液的pH不變。(2)當電解過程中銅全部析出時，CuSO4溶液變為H2SO4溶液，接著電解則為電解H2SO4溶液，相當于電解水?！岸喑亟M合”電池類型的推斷方法(1)有外接電源電極類型的推斷方法有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽極材料與電解質溶液中的陽離子相同，則該電池為電鍍池。如：則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。(2)無外接電源電池類型的推斷方法①干脆推斷特別直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如圖所示：A為原電池，B為電解池。②依據電池中的電極材料和電解質溶液推斷原電池一般是兩種活潑性不同的金屬電極或一種金屬電極和一個碳棒電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。原電池中的電極材料和電解質溶液之間能發生自發的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質溶液自發反應。如圖所示：B為原電池，A為電解池。③依據電極反應現象推斷在某些裝置中依據電極反應或反應現象可推斷電極，并由此推斷電池類型。如圖所示：若C極溶解，D極上析出Cu，B極旁邊溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極；甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發生還原反應，A、C極發生氧化反應。考點2電解原理的應用學問梳理1.氯堿工業——電解飽和食鹽水(1)概念：用電解飽和NaCl溶液的方法來制取eq\o(□,\s\up5(01))NaOH、eq\o(□,\s\up5(02))H2和eq\o(□,\s\up5(03))Cl2，并以它們為原料生產一系列化工產品的工業，稱為eq\o(□,\s\up5(04))氯堿工業。(2)電極反應陽極：eq\o(□,\s\up5(05))2Cl－－2e－=Cl2↑(反應類型：eq\o(□,\s\up5(06))氧化反應)，陰極：eq\o(□,\s\up5(07))2H＋＋2e－=H2↑(反應類型：eq\o(□,\s\up5(08))還原反應)，總反應方程式：eq\o(□,\s\up5(09))2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通電))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，離子方程式：eq\o(□,\s\up5(10))2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通電))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)陽離子交換膜的作用：陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻擋Cl2、H2、OH－通過，這樣既能防止陰極產生的H2和陽極產生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避開Cl2和NaOH溶液反應而影響燒堿的質量。2．電鍍和電解精煉銅3．冶煉金屬(1)原理：利用電解原理使礦石中的金屬離子獲得電子，從它們的化合物中還原出來。(2)適用范圍：制取活潑金屬單質，如電解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al，化學方程式分別為：eq\o(□,\s\up5(23))2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up17(電解))2Na＋Cl2↑，eq\o(□,\s\up5(24))MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up17(電解))Mg＋Cl2↑，eq\o(□,\s\up5(25))2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up17(電解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑。(1)電解或電鍍時，電極質量削減的電極必為金屬電極——陽極；電極質量增加的電極必為陰極，即溶液中的金屬陽離子得電子變成金屬吸附在陰極上。(2)電鍍時，陽極(鍍層金屬)失去電子的數目跟陰極鍍層金屬離子得到電子的數目相等，因此電鍍液的濃度保持不變。精煉銅時由于陽極發生多個反應，陰極增重質量不等于陽極削減的質量，故溶液中c(Cu2＋)減小。推斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”，錯誤的指明錯因。(1)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質溶液中的c(Cu2＋)均保持不變。(×)錯因：電解精煉銅時，當起先電解時雜質Zn、Fe、Ni等活潑金屬失電子，電解質溶液中Cu2＋得電子，造成溶液中c(Cu2＋)減小。(2)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可電解MgO和AlCl3。(×)錯因：不采納電解MgO制金屬鎂，因為MgO熔點高、耗能大、不經濟，不能用電解AlCl3制金屬鋁，因為熔融AlCl3不導電。(3)若把Cu＋H2SO4=CuSO4＋H2↑設計成電解池，應用Cu作陰極。(×)錯因：Cu被氧化為Cu2＋，應作陽極。(4)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料。(×)錯因：電解飽和食鹽水時，陽極不能用金屬材料。(5)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應連接電源的正極。(×)錯因：電鍍銅時，銅應連接電源的正極作陽極，鍍件連接電源的負極作陰極。題組訓練題組一電解原理的應用1．(2024·廣東省高三其次次模擬)用電滲析法可將含硝酸鈉的廢水再生為硝酸和氫氧化鈉，其裝置如圖所示。下列敘述不正確的是()A．膜a、膜c分別是陰離子交換膜、陽離子交換膜B．陽極室、陰極室的產品分別是氫氧化鈉、硝酸C．陽極的電極反應式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑D．該裝置工作時，電路中每轉移0.2mol電子，兩極共生成氣體3.36L(標準狀況)答案B解析依據電解原理，陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動，故膜a、膜c分別是陰離子交換膜、陽離子交換膜，A項正確；陽極的電極反應式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，陰極的電極反應式為：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，故陽極室、陰極室的產品分別是硝酸、氫氧化鈉，B項錯誤，C項正確；依據總反應2H2O=2H2↑＋O2↑，電路中每轉移0.2mol電子，生成0.1molH2和0.05molO2，兩極共生成氣體3.36L(標準狀況)，D項正確。2．如圖所示的陰、陽離子交換膜電解槽中，用惰性電極電解Na2SO4溶液可制得硫酸和氫氧化鈉溶液。下列說法不正確的是()A．陽極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．N為陰離子交換膜C．進口b補充的是稀NaOH溶液D．電解過程中陽極旁邊的pH不斷降低答案A解析電解Na2SO4溶液，事實上是電解水，所以陽極反應式為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，A錯誤；由H2出口知電極A為陰極，電極B為陽極，產生H＋，故要不斷補充陰離子，故N為陰離子交換膜，B正確；電極A為陰極，水中的H＋放電，大量的氫氧化鈉在陰極旁邊生成，故在b口加入稀氫氧化鈉以增加導電性，C正確；陽極反應不斷地產生H＋，故pH不斷降低，D正確。離子交換膜在電解中的應用(1)離子交換膜的類型依據透過的微粒，離子交換膜可以分為多種，在高考試題中主要出現陽離子交換膜、陰離子交換膜和質子交換膜三種。陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻擋陰離子和氣體通過，陰離子交換膜只允許陰離子通過，質子交換膜只允許質子(H＋)通過?？梢婋x子交換膜的功能在于選擇性地通過某些離子和阻擋某些離子來隔離某些物質。(2)離子交換膜類型的推斷依據電解質溶液呈中性的原則，推斷膜的類型，推斷時首先寫出陰、陽兩極上的電極反應，依據電極反應式確定該電極旁邊哪種離子剩余，因該電極旁邊溶液呈電中性，從而推斷出離子移動的方向，進而確定離子交換膜的類型，如電解飽和食鹽水時，陰極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，則陰極區域破壞水的電離平衡，OH－有剩余，陽極區域的Na＋穿過離子交換膜進入陰極室，與OH－結合生成NaOH，故電解食鹽水中的離子交換膜是陽離子交換膜。題組二與電解有關的計算3．(2024·華中師大附中期末)用惰性電極電解100mL3mol·L－1的Cu(NO3)2溶液，一段時間后在陽極收集到標準狀況下氣體1.12L，停止電解，向電解后的溶液中加入足量的鐵粉，充分作用后溶液中Fe2＋濃度為(設溶液體積不變)()A．3mol·L－1 B．2.75mol·L－1C．2mol·L－1 D．3.75mol·L－1答案B解析陽極反應式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，陰極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu，陽極生成的氣體為氧氣，氧氣的物質的量為1.12L÷22.4L·mol－1＝0.05mol，則2Cu(NO3)2＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通電))2Cu↓＋O2↑＋4HNO32140.1mol0.05mol0.2mol故電解后溶液中生成的HNO3的物質的量為0.2mol。電解后溶液中硝酸銅的物質的量為0.1L×3mol·L－1－0.1mol＝0.2mol，硝酸與足量的鐵反應生成硝酸亞鐵，反應方程式為8HNO3＋3Fe=3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O，故0.2molHNO3生成Fe(NO3)2的物質的量為0.2mol×3/8＝0.075mol，硝酸銅與鐵反應生成硝酸亞鐵，離子方程式為Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu，故0.2mol硝酸銅生成Fe(NO3)2的物質的量為0.2mol，反應后溶液中Fe2＋的物質的量為0.2mol＋0.075mol＝0.275mol，反應后溶液中Fe2＋濃度為0.275mol/0.1L＝2.75mol·L－1，選B。4．(1)如下圖Ⅰ是甲烷燃料電池(電解質溶液為NaOH溶液)的結構示意圖，該同學想在Ⅱ中實現鐵上鍍銅，則b處通入的是________(填“CH4”或“O2”)，a處電極上發生的電極反應式是____________________________；鐵為電解池的________極，當銅電極的質量減輕3.2g，則消耗的CH(2)電化學降解NOeq\o\al(－,3)的原理如下圖所示。①電源正極為________(填“A”或“B”)，陰極反應式為____________________________。②若電解過程中轉移了2mol電子，則膜兩側電解液的質量變更差(Δm左－Δm右)為________g。答案(1)O2CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O陰0.28(2)①A2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O②14.4解析(1)鐵上鍍銅，則Cu為陽極，Cu電極與b相連，b為原電池的正極，即b處通入O2，a處電極上發生的電極反應式是CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O，當銅電極的質量減輕3.2g，則n(Cu)＝eq\f(3.2g,64g/mol)＝0.05mol，已知Cu電極的反應為Cu－2e－=Cu2＋，所以轉移電子為0.1mol，燃料電池中CH4－8e－＋10OH－=COeq\o\al(2－,3)＋7H2O，則n(CH4)＝eq\f(1,8)n(e－)＝0.0125mol，所以消耗的CH4在標準狀況下的體積為0.0125mol×22.4L/mol＝0.28L。(2)①由圖示知在Ag-Pt電極上NOeq\o\al(－,3)發生還原反應，因此Ag-Pt電極為陰極，則B為負極，A為電源正極；在陰極反應是NOeq\o\al(－,3)得電子發生還原反應生成N2，利用電荷守恒與原子守恒知有H＋參加反應且有H2O生成，所以陰極反應式為2NOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=N2↑＋6H2O；②轉移2mol電子時，陽極(陽極反應為H2O失電子氧化為O2和H＋)消耗1mol水，產生2molH＋進入陰極室，陽極室質量削減18g；陰極室中放出0.2molN2(5.6g)，同時有2molH＋(2g)進入陰極室，因此陰極室質量削減3.6g，膜兩側電解液的質量變更差為14.4g。與電化學有關的計算方法考點3金屬的腐蝕與防護學問梳理1.金屬腐蝕的本質金屬原子eq\o(□,\s\up5(01))失去電子變為eq\o(□,\s\up5(02))金屬陽離子，金屬發生氧化反應。2．金屬腐蝕的類型(1)化學腐蝕與電化學腐蝕(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：鐵銹的形成：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。3．金屬的防護(1)電化學防護①犧牲陽極的陰極愛護法——eq\o(□,\s\up5(18))原電池原理a.eq\o(□,\s\up5(19))負極：比被愛護金屬活潑的金屬；b.eq\o(□,\s\up5(20))正極：被愛護的金屬設備。②外加電流的陰極愛護法——eq\o(□,\s\up5(21))電解原理a.eq\o(□,\s\up5(22))陰極：被愛護的金屬設備；b.eq\o(□,\s\up5(23))陽極：惰性金屬。(2)變更金屬的內部結構，如制成合金、不銹鋼等。(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。(1)金屬防護效果比較：外接電源的陰極愛護法防腐＞犧牲陽極的陰極愛護法防腐＞有一般防護條件的防腐。(2)純度越高的金屬，腐蝕得越慢。(3)不純的金屬或合金，在潮濕空氣中的腐蝕速率遠大于在干燥、隔絕空氣條件下的腐蝕速率。推斷正誤，正確的畫“√”，錯誤的畫“×”，錯誤的指明錯因。(1)純銀器在空氣中因化學腐蝕表面慢慢變暗。(√)錯因：_____________________________________________________________(2)金屬的電化學腐蝕比化學腐蝕更普遍。(√)錯因：_____________________________________________________________(3)生鐵浸泡在食鹽水中發生析氫腐蝕。(×)錯因：食鹽水為中性溶液，生鐵發生吸氧腐蝕。(4)當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起愛護作用。(×)錯因：由于鐵比錫活潑，錫層破損后，形成原電池，鐵作負極，腐蝕加快。(5)犧牲陽極的陰極愛護法是利用電解原理防腐蝕。(×)錯因：犧牲陽極的陰極愛護法是利用原電池原理防腐。(6)將水庫中的水閘(鋼板)與外加直流電源的負極相連，正極連接到一塊廢鐵上可防止水閘被腐蝕。(√)錯因：_____________________________________________________________題組訓練題組一金屬的電化學腐蝕1.利用如圖裝置進行試驗，起先時，左右兩管液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法正確的是()A．左管中O2得到電子，右管中H＋得到電子B．一段時間后，左管液面低于右管液面C．a、b兩處具有相同的電極反應式：Fe－3e－=Fe3＋D．a處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小答案A解析左管中鐵絲發生吸氧腐蝕，O2得電子，右管中鐵絲發生析氫腐蝕，H＋得電子，A正確；左管中汲取氧氣，壓強減小，右管中析出氫氣，壓強增大，故一段時間后，左管液面上升，右管液面下降，左管液面高于右管液面，B錯誤；a、b兩處鐵絲均作負極，電極反應式均為Fe－2e－=Fe2＋，C錯誤；左管中O2得電子，發生反應：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，故a處溶液c(OH－)增大，pH增大，右管中H＋得電子，發生反應：2H＋＋2e－=H2↑，b處溶液c(H＋)減小，pH增大，D錯誤。2．下列與金屬腐蝕有關的說法正確的是()A．圖a中，插入海水中的鐵棒，越靠近底端腐蝕越嚴峻B．圖b中，開關由M改置于N時，Cu－Zn合金的腐蝕速率減小C．圖c中，接通開關時Zn腐蝕速率增大，Zn上放出氣體的速率也增大D．圖d中，Zn-MnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的答案B解析因液面處氧氣的濃度大且與海水接觸，故在液面處鐵棒腐蝕最嚴峻，A錯誤；接通開關后形成原電池，Zn的腐蝕速率增大，H＋在Pt電極上放電產生H2，C錯誤；干電池自放電腐蝕是NH4Cl產生的H＋的氧化作用引起的，D錯誤。推斷金屬腐蝕快慢的規律(1)對同一電解質溶液來說，腐蝕由快到慢：電解池原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕。(2)對同一金屬來說，腐蝕由快到慢：強電解質溶液中＞弱電解質溶液中＞非電解質溶液中(濃度相同)。(3)活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。(4)對同一種電解質溶液來說，一般電解質濃度越大，金屬腐蝕越快。題組二金屬的防護3．下列說法中，不正確的是()答案C解析金屬活潑性：Zn>Fe>Cu，所以若將鋅板換成銅板，則先腐蝕活潑金屬Fe，C錯誤；鋼閘門與電源的負極相連而被愛護，D正確。4．鋼鐵很簡單因生銹而被腐蝕，每年因腐蝕而損失的鋼鐵占世界鋼鐵年產量的四分之一。請回答鋼鐵在腐蝕、防護過程中的有關問題。(1)在實際生產中，可在鐵件的表面鍍銅防止鐵被腐蝕，裝置示意圖如圖所示。①A電極對應的金屬是________(寫元素名稱)。B電極的電極反應式是__________________________。②鍍層破損后，鍍銅鐵和鍍鋅鐵更簡單被腐蝕的是________(填“鍍銅鐵”或“鍍鋅鐵”)。(2)下列哪些裝置可防止鐵棒被腐蝕________(填序號)。(3)利用如圖所示裝置可以模擬鐵的電化學防護。①若X為碳棒，為減緩鐵的腐蝕，開關K應置于________處。假設海水中只有NaCl溶質，寫出此時總反應的離子方程式：______________________________。②若X為鋅，開關K置于M處，該電化學防護法稱為__________________。寫出鐵電極的電極反應式：____________________________________________。答案(1)①銅Cu2＋＋2e－=Cu②鍍銅鐵(2)BD(3)①N2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通電))2OH－＋Cl2↑＋H2↑②犧牲陽極的陰極愛護法O2＋2H2O＋4e－=4OH－解析(1)①在鐵件的表面鍍銅時，應將鐵件與電源的負極相連，作電解池的陰極，將銅與電源的正極相連，作電解池的陽極，故A電極是銅；B電極上Cu2＋得電子發生還原反應，電極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu。②鍍層破損后，鍍銅鐵發生腐蝕時，Fe作負極被腐蝕；鍍鋅鐵發生腐蝕時，Zn作負極被腐蝕，而Fe作正極受到愛護，故鍍銅鐵更簡單被腐蝕。(2)鐵棒和碳棒用導線連接插入水中，形成原電池，Fe作負極，發生氧化反應而被腐蝕，A錯誤；鐵棒和鋅棒用導線連接插入水中，形成原電池，Zn作負極發生氧化反應而被腐蝕，Fe則作正極受到愛護，B正確；鐵棒放入水中，Fe和其中含有的少量碳形成微小原電池，Fe作負極而發生腐蝕，C錯誤；鐵棒與電源負極相連，作電解池的陰極而受到愛護，D正確。(3)①若開關K置于M處，該裝置為原電池，Fe作負極，腐蝕速率加快；若開關置于N處，該裝置為電解池，鐵與電源的負極相連，作電解池的陰極而受到愛護，可減緩鐵的腐蝕。假設海水中只有NaCl溶質，電解時Cl－在陽極放電，H＋在陰極放電，電解總反應的離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(通電))2OH－＋Cl2↑＋H2↑。②若X為鋅，開關K置于M處，該裝置為原電池，Zn作負極，失電子被氧化，而Fe作正極受到愛護，該電化學防護法屬于犧牲陽極的陰極愛護法。Fe作正極，在海水中發生吸氧腐蝕，鐵電極(正極)的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－。高考真題實戰1.(2024·全國卷Ⅰ)最近我國科學家設計了一種CO2＋H2S協同轉扮裝置，實現對自然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下圖所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包袱的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區發生反應為：①EDTA-Fe2＋－e－=EDTA-Fe3＋②2EDTA-Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋該裝置工作時，下列敘述錯誤的是()A．陰極的電極反應：CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2OB．協同轉化總反應：CO2＋H2S=CO＋H2O＋SC．石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低D．若采納Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需為酸性答案C解析CO2在ZnO@石墨烯電極上轉化為CO，發生得到電子的還原反應，為陰極，電極反應式為CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O，A正確；依據石墨烯電極上發生的電極反應可知①×2＋②即得到H2S－2e－=2H＋＋S，然后與陰極電極反應式相加得總反應式為CO2＋H2S=CO＋H2O＋S，B正確；石墨烯電極為陽極，與電源的正極相連，因此石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯電極上的高，C錯誤；由于鐵離子、亞鐵離子均易水解，所以假如采納Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需為酸性，D正確。2．(2024·北京高考)驗證犧牲陽極的陰極愛護法，試驗如下(燒杯內均為經過酸化的3%NaCl溶液)。下列說法不正確的是()A．對比②③，可以判定Zn愛護了FeB．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C．驗證Zn愛護Fe時不能用①的方法D．將Zn換成Cu，用①的方法可推斷Fe比Cu活潑答案D解析對比②③，②Fe旁邊的溶液中加入K3[Fe(CN)6]無明顯變更，說明②Fe旁邊的溶液中不含Fe2＋，③Fe旁邊的溶液中加入K3[Fe(CN)6]產生藍色沉淀，說明③Fe旁邊的溶液中含Fe2＋，②中Fe被愛護，A正確；①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面產生藍色沉淀，Fe表面產生了Fe2＋，對比①②的異同，①可能是K3[Fe(CN)6]將Fe氧化成Fe2＋，B正確；對比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面產生藍色沉淀，①也能檢驗出Fe2＋，不能用①的方法驗證Zn愛護Fe，C正確；由試驗可知K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化成Fe2＋，將Zn換成Cu不能用①的方法證明Fe比Cu活潑，D錯誤。3．(2024·天津高考)下列能量轉化過程與氧化還原反應無關的是()A．硅太陽能電池工作時，光能轉化成電能B．鋰離子電池放電時，化學能轉化成電能C．電解質溶液導電時，電能轉化成化學能D．葡萄糖為人類生命活動供應能量時，化學能轉化成熱能答案A解析硅太陽能電池發電的主要原理是半導體的光電效應，將太陽能轉化為電能，與氧化還原反應無關，A正確。該能量轉化過程利用的是原電池原理，在負極發生氧化反應，正極發生還原反應，與氧化還原反應有關，B錯誤。該能量轉化過程利用的是電解池原理，陽極發生氧化反應，陰極發生還原反應，與氧化還原反應有關，C錯誤。葡萄糖為生命活動供應能量時，能量轉化的同時葡萄糖被氧化為CO2和水，與氧化還原反應有關，D錯誤。4．(2024·全國卷Ⅰ)支撐海港碼頭基礎的鋼管樁，常用外加電流的陰極愛護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性協助陽極。下列有關表述不正確的是()A．通入愛護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B．通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流D．通入的愛護電流應當依據環境條件變更進行調整答案C解析外加強大的電流可以抑制金屬電化學腐蝕產生的電流，A正確。被愛護的鋼管樁作陰極，高硅鑄鐵作陽極，電解池中外電路電子由陽極流向陰極，即從高硅鑄鐵流向鋼管樁，B正確。高硅鑄鐵為惰性協助陽極，其主要作用是傳遞電流，而不是作為損耗陽極材料，C錯誤。愛護電流要抑制金屬電化學腐蝕產生的電流，應依據環境條件變更進行調整，D正確。5．(2024·全國卷Ⅱ)用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜，電解質溶液一般為H2SO4-H2C2O4A．待加工鋁質工件為陽極B．可選用不銹鋼網作為陰極C．陰極的電極反應式為Al3＋＋3e－=AlD．硫酸根離子在電解過程中向陽極移動答案C解析該電解池陽極發生的電極反應為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，氧氣將鋁制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工鋁質工件應為陽極，A正確。陰極發生的電極反應為2H＋＋2e－=H2↑，陰極可選用不銹鋼網作電極，B正確，C錯誤。電解質溶液中的陰離子向陽極移動，D正確。6．(2024·北京高考)用石墨電極完成下列電解試驗。下列對試驗現象的說明或推想不合理的是()A．a、d處：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．b處：2Cl－－2e－=Cl2↑C．c處發生了反應：Fe－2e－=Fe2＋D．依據試驗一的原理，試驗二中m處能析出銅答案B解析由于有外接電源，所以試驗一和試驗二均為電解池裝置。試驗一中，鐵絲中的電流方向為從d到c，電子移動方向為從c到d，所以試驗一的裝置是比較困難的電解池，其中a為陰極，c為陽極，d為陰極，b為陽極。a、d處發生反應2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，A正確；若b處發生反應2Cl－－2e－=Cl2↑，不足以說明b處“變紅”和“褪色”現象，故B錯誤；c處鐵作陽極，發生反應Fe－2e－=Fe2＋，由于生成的Fe2＋濃度較小，且pH試紙本身有顏色，故顏色上無明顯變更，C正確；試驗二是一個更加困難的電解池裝置，兩個銅珠的左端均為陽極，右端均為陰極，初始時兩個銅珠的左端(陽極)均發生反應Cu－2e－=Cu2＋，右端(陰極)均發生反應2H＋＋2e－=H2↑，一段時間后