第05讲 金属的腐蚀与防护 -2026年暑假新高二化学自学提升讲义（全国通用）

第05讲 电解池电极反应式的书写、金属的腐蚀与防护 学习目标 1、掌握电解池电极反应式的书写 2、知道金属腐蚀的类型和本质及金属发生电化学腐蚀的条件，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。 3、掌握防止金属腐蚀的措施及原理。 知识导图 新知精讲 【知识点1】电解池电极反应式的书写 (1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极； (2)分析电解质溶液或熔融电解质的组成，找全离子并分为阴、阳离子两组； (3)确定阴极、阳极上的放电物质及放电顺序； (4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要遵循原子守恒和电荷守恒； (5)最后写出总反应方程式。 【典例分析】 【例1】燃煤烟气中的NOx、SO2经处理后可被吸收。若烟气主要成分为NO、SO2，可通过电解法除去，其原理如图所示。阴极的电极反应式为_________________，阳极的电极反应式为___________________。 【答案】NO+5e-+6H+===N+H2O　SO2-2e-+2H2O===S+4H+ 【解析】该装置为电解池，阴极连电源的负极，由题图可知阴极NO得电子生成N，阴极电极反应式为NO+5e-+6H+===N+H2O；阳极SO2失电子，阳极电极反应式为SO2-2e-+2H2O===S+4H+。 【例2】按要求书写电极反应式和总反应式： (1)用铁作电极电解NaCl 阳极反应式：____________，  阴极反应式：____________，  总反应化学方程式：____________。  (2)用铜作电极电解盐酸 阳极反应式：____________，  阴极反应式：____________，  总反应离子方程式：____________。  【答案】(1)Fe-2e-===Fe2+　2H2O+2e-===H2↑+2OH-　Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑ (2)Cu-2e-===Cu2+　2H++2e-===H2↑　Cu+2H+Cu2++H2↑ 【例3】Cu2O是一种半导体材料，同时纳米级Cu2O又具有优良的催化性能。利用电解装置可以制取Cu2O。 (1)铜是______极，其电极反应式为________。  (2)电池的总反应为____________。  (3)石墨电极附近的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。  (4)当电路中有0.1 mol电子通过时，生成Cu2O________ g。  【答案】(1)阳　2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O (2)2Cu+H2OCu2O+H2↑　(3)增大　(4)7.2 【解析】利用电解装置可以制取Cu2O，则Cu作阳极，石墨作阴极。阳极：2Cu-2e-+2OH-===Cu2O+H2O，阴极：2H2O+2e-===2OH-+H2↑。 【知识点2】金属的腐蚀与防护 一、金属电化学腐蚀的原理 1、金属腐蚀现象及危害 金属腐蚀现象普遍存在，每年因金属腐蚀造成的经济损失远远超过因自然灾害和各类事故造成的经济损失的总和。 2、金属腐蚀与分类 3、化学腐蚀和电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与非金属等直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触形成原电池 结果 金属被氧化 较活泼金属被氧化 实质 M-ne-===Mn+ 关系 ①化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生； ②电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大 4、金属电化学腐蚀的类型与反应原理 以钢铁的腐蚀为例 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 示意图 条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强 离子导体 潮湿的空气或电解质溶液 负极 反应物均为铁，电极反应：Fe-2e-===Fe2+ 正极 反应物：空气中的氧气 电极反应：O2+4e-+2H2O===4OH- 反应物：H+ 电极反应：2H++2e-===H2↑ 总反应 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 联系 通常两种腐蚀同时存在，但前者更普遍 二、金属腐蚀的防护 1、防护本质：阻止金属发生氧化反应。 2、防护方法 (1)在金属表面覆盖保护层，涂耐腐蚀物质，如涂油漆等。 (2)改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。 (3)电化学防护方法 电化学防护 牺牲阳极保护法 阴极电保护法 原理 原电池原理 电解池原理 措施 被保护的金属作正极，以一种活泼性较强的金属作负极 被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连接直流电源 应用 如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备 如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等 示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 3、金属腐蚀快慢的判断方法 (1)在同一电解质溶液中，同一种金属腐蚀由快到慢的顺序为电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。 (2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。 (3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 (4)金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。 【典例分析】 【例1】下列关于金属的腐蚀与防护说法正确的是 A.图①中越靠底部铁棒腐蚀越严重 B.图②中往Fe电极区滴入2滴K3[Fe(CN)6]，产生蓝色沉淀 C.图③中使M成为原电池的正极，从而保护了钢铁输水管 D.图④中钢铁闸门外接直流电源的负极，从而保护钢铁 【答案】D 【解析】图①为铁的吸氧腐蚀，氧气的浓度越大，其腐蚀速率越快，插入海水中的铁棒，越靠近底端氧气的浓度越小，则腐蚀越轻，A项错误；图②为Zn⁃Fe原电池，Zn比Fe活泼作负极，Fe为正极，正极反应为2H++2e-===H2↑，Fe电极不参与反应，无Fe2+生成，滴入K3[Fe(CN)6]后无蓝色沉淀，B项错误；图③利用原电池原理保护钢铁输水管时，需钢铁做正极，被保护，则M应做负极，C项错误；图④为阴极电保护法，钢铁闸门应接直流电源负极，做阴极被保护，D项正确。 【例2】利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。 (1)若X为铜，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于____处，铁棒上发生的电极反应为_________， 该种防护方法称为________。  (2)若X为锌棒，开关K置于M处，铁棒上的电极反应为 _，该电化学防护法称为__________。 【答案】(1)N　2H++2e-===H2↑　阴极电保护法 (2)O2+4e-+2H2O===4OH-　牺牲阳极保护法 【例3】如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。 (1)导管内液面下降时，发生____________(填“析氢腐蚀”或“吸氧腐蚀”，下同)。  (2)红墨水回升时，发生____________，此时正极反应式为____________。  (3)析氢腐蚀时消耗________(填“H+”或“OH-”，下同)，吸氧腐蚀时产生__________，具支试管中溶液pH逐渐________(填“增大”或“减小”)。  【答案】(1)析氢腐蚀　(2)吸氧腐蚀　O2+2H2O+4e-===4OH-　(3)H+　OH-　增大 【知识点3】电化学腐蚀原理的应用 (一)制作暖贴 【思考】市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、石墨粉、木屑、少量氯化钠和水等。热敷袋启用之前用塑料袋密封，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。请回答下列问题： (1)热敷袋放出的热量是利用了铁发生______反应放出的热量。   (2)加入氯化钠的主要作用是____________。 (3)有关的电极反应式：负极：____________，正极：___________________。   (4)试用化学方程式表明上述变化过程：______________________。   【答案】(1)原电池 (2)NaCl溶于水，形成电解质溶液 (3)Fe-2e-===Fe2+　2H2O+O2+4e-===4OH- (4)O2+2Fe+2H2O===2Fe(OH)2，4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O+(3-n)H2O 【解析】电解质溶液是中性的，并且具备形成原电池的条件，结合铁锈的存在，可以确定铁发生了吸氧腐蚀。 (二)利用微电解技术处理废水 【思考】铊(Tl)的价态分析及处理方法是环境保护研究的重点课题。 (1)三价铊各物种[Tl3+、Tl(OH)2+、Tl(OH、Tl(OH)3、Tl(OH]分布分数(平衡时某物种的物质的量占各物种的总物质的量之和的分数)与pH的关系如图所示。当pH=1.5时，溶液中浓度最大的含铊物种是__________(填化学式)。  (2)铁盐、铁碳混合物可作为去除废水中Tl+和Tl3+的吸附剂。铁碳混合物去除铊的原理是 。若铁碳混合物中添加少量铝粉，铊的去除速率明显加快，其可能原因是______________________。  【答案】(1)Tl(OH　(2)铁碳微电池中铁失去电子变成Fe2+，Fe2+进一步被氧化生成Fe3+，Fe3+水解形成Fe(OH)3胶体　铝较铁更易失电子(或形成胶体的速率更快) 【典例分析】 【例1】铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图所示。若上端开口关闭，可得到强还原性的H·(氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法正确的是 A.无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe-3e-===Fe3+ B.鼓入空气时，每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移 C.不鼓入空气时，正极的电极反应式为H++e-===H· D.处理含有C2的污水时，上端开口应关闭 【答案】C 【例2】金属材料腐蚀是金属与环境介质发生化学或电化学反应导致的破坏，其影响广泛且深远。下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A.铁钉浸泡在食盐水中会发生析氢腐蚀 B.铁、铜、锌等金属发生吸氧腐蚀的正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH- C.在轮船的底部镶嵌不易腐蚀的铜块，可以提高船体的使用寿命，利用了牺牲阳极保护法 D.将钢铁闸门与电源正极相连的防腐措施属于外加电源阴极电保护法 【答案】B 【解析】食盐水显中性，铁钉浸泡在中性溶液中易发生吸氧腐蚀，故A错误；在铁船底部镶嵌铜块，Fe比Cu活泼，构成原电池时，Fe作负极加快其腐蚀速度，故C错误；钢铁闸门应与电源负极相连被保护，故D错误。 【例3】利用烧结的铁碳混合材料可除去废水中的污染物，在有、无溶解氧的情况下均可在溶液中生成絮凝剂，某种环境下其作用原理图示如图： (1)图中C电极上的电极反应式是________。  (2)下列叙述正确的是________(填字母)。  A.铁电极为正极，碳电极为负极 B.经过加热烧结的铁碳混合物表面空隙发达，吸附能力大幅提高，有利于除污 C.如图所示，碳电极上的反应环境为无溶解氧环境 D.铁碳混合材料工作过程中电子从铁电极流出，被絮凝剂运输至碳电极表面 【答案】(1)2H2O+2e-===H2↑+2OH-　(2)BC 课后精练 1、用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是 ①电解稀硫酸　②电解熔融NaCl　③电解KOH溶液　④电解Cu(NO3)2溶液 A.电解进行一段时间后三份溶液和熔融NaCl的pH均增大 B.反应②中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1 C.反应③中阳极消耗OH-，故溶液浓度变小 D.反应④中电解溶液一段时间后，颜色变浅，加入一定质量的Cu(OH)2，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度 【答案】B 【解析】电解稀硫酸时，实质是电解水，溶液体积减小，H+浓度增加，pH减小；电解熔融NaCl不涉及pH变化；电解KOH溶液时，水减少，溶液体积减小，KOH浓度增大，pH增大；电解Cu(NO3)2溶液时，阳极生成H+和O2，阴极生成Cu单质，pH减小，A、C错误；电解熔融NaCl的反应为2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑，阴极生成2 mol Na，阳极生成1 mol Cl2，物质的量之比为2∶1，B正确；电解Cu(NO3)2溶液的总反应为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+，加入Cu(OH)2会中和H+并补充Cu2+，但会引入额外的H2O，导致溶液体积变化，无法完全恢复至原浓度，故应加入CuO，D错误。 2、相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是 【答案】C 【解析】A项，食醋提供电解质溶液环境，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属电极，形成原电池，铁是活泼金属，做负极；B项，食盐水提供电解质溶液环境，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属，做负极，碳做正极；D项，酸雨提供电解质溶液环境，铁铆钉和铜板分别做负、正极，形成原电池；在上述三种情况中，都是铁做负极，铁容易被腐蚀；C项，铜镀层均匀地将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀。 3、如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是 A.电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色 B.蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应 C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 D.蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触 【答案】D 【解析】碳棒在蛋壳内，溶液中的Cl-在该极失电子被氧化，溶液的碱性不增强，A项错误；蛋壳表面缠绕的铁丝作阴极，水电离出的H+在该极发生还原反应得到氢气，B项错误；铁丝表面生成的气体是氢气，不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，C项错误；蛋壳在该实验中的作用是阻止气体和液体通过，D项正确。 4、在如图所示的两个烧杯中分别插入形状和大小几乎一样破损的镀铜铁片和破损的镀锌铁片，一段时间后，下列说法错误的是 A.甲中铜层上产生气泡，乙中铁层上产生气泡 B.对比两烧杯中的铁片，甲烧杯中腐蚀得更严重 C.镀层破损后，镀层并不都能对铁起保护作用 D.向两烧杯中分别滴加相同的KMnO4溶液，现象相同 【答案】D 【解析】甲中镀铜铁片破损后，Fe比Cu活泼，Fe作负极，Cu作正极，正极上发生反应：2H++2e-===H2↑，产生气泡；乙中镀锌铁片破损后，Zn比Fe活泼，Zn作负极，Fe作正极，正极上发生反应：2H++2e-=== H2↑，产生气泡，A正确；由以上分析可知，甲中Fe为负极被腐蚀，乙中Fe为正极被保护，故甲烧杯中铁片腐蚀更严重，B正确；镀锌时Zn比Fe活泼，破损后Zn保护Fe；镀铜时Cu不如Fe活泼，破损后Fe被腐蚀，故镀层破损后并非都能保护铁，C正确；甲中镀铜铁片破损后，Fe作负极，负极反应生成Fe2+，Fe2+可被酸性KMnO4溶液氧化使酸性KMnO4溶液褪色；乙中镀锌铁片破损后，Zn作负极，负极反应生成Zn2+，Zn2+无还原性，不能与KMnO4溶液反应，现象不同，D错误。 5、下列关于如图所示的各装置的叙述正确的是 A.图1是化学能转化为电能的装置，总反应为Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+ B.图2铁钉发生吸氧腐蚀，导管中水面上升，负极反应为O2+4e-+2H2O===4OH- C.图3装置可在铁件表面镀铜，CuSO4溶液的浓度不变 D.图4支撑海港码头基础的钢管桩与电源的负极相连，以防止被海水腐蚀 【答案】D 【解析】该装置为原电池装置，化学能转化为电能，Fe比Cu活泼，Fe为负极，总反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+，故A错误；该装置中铁钉发生吸氧腐蚀，遵循原电池工作原理，负极上发生反应Fe-2e-===Fe2+，正极上发生反应O2+4e-+2H2O===4OH-，具支试管中气体压强减小，因此导管中水面上升，故B错误；电镀时，镀件为阴极，镀层金属为阳极，即待镀铁件为阴极与电源负极相连，铜为阳极与电源正极相连，故C错误。 6、生活中处处有化学，下列有关说法正确的是 Ⅰ Ⅱ 现象 切过咸菜的刀不及时清洗，不久便会因被腐蚀而出现锈斑 深埋在潮湿土壤中的供水铁管道，在硫酸盐还原菌作用下出现漏水 原理图 A.Ⅰ和Ⅱ发生的都是吸氧腐蚀 B.Ⅰ和Ⅱ中Fe都为负极，电极反应式是Fe-3e-===Fe3+ C.输送暖气的铁管道极易发生Ⅱ中的腐蚀 D.Ⅰ中锈斑的主要成分是Fe2O3·xH2O 【答案】D 【解析】由图可知，Ⅱ中在还原菌作用下S在正极得到电子发生还原反应生成HS-，没有氧气参与反应，所以Ⅱ发生的不是吸氧腐蚀，故A错误；由图可知，Ⅰ和Ⅱ中铁都为负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，故B错误；输送暖气的铁管道不易发生Ⅱ中的腐蚀，因为温度过高会使硫酸盐还原菌失活，故C错误；由图可知，Ⅰ中发生的是吸氧腐蚀，锈斑的主要成分是Fe2O3·xH2O，故D正确。 7、下列关于铁腐蚀与防护的反应式正确的是 A.酸性环境中铁发生析氢腐蚀的负极反应：Fe-2e-===Fe2+ B.铁发生腐蚀生锈的反应：3Fe+2O2+xH2O===Fe3O4·xH2O C.铁经过发蓝处理形成致密氧化膜：Fe+2HNO3(浓)===FeO+2NO2↑+H2O D.安装锌块保护船舶外壳，铁电极上发生的反应：Fe3++3e-===Fe 【答案】A 【解析】酸性环境中铁发生析氢腐蚀，Fe是负极，电极反应式为Fe-2e-===Fe2+，故A正确；铁腐蚀生锈的产物应为Fe2O3·xH2O，故B错误；铁经过发蓝处理形成的是Fe3O4氧化膜，故C错误；安装锌块保护船舶外壳，属于牺牲阳极保护法，铁作为阴极，铁电极上O2发生得电子的还原反应生成OH-，故D错误。 8、验证牺牲阳极保护法的实验如下(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②、③，可以判定Zn保护了Fe B.对比①、②，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 【答案】D 【解析】A项，对比②、③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，其溶液中不含Fe2+，③Fe附近的溶液中含Fe2+，其溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，②中Fe被保护，正确；B项，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2+，对比①、②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2+，正确；C项，对比①、②，①中加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①也能检验出Fe2+，不能用①的方法验证Zn保护Fe，正确；D项，由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2+，将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，错误。 9、一种利用H2S电催化制氢并最终制得硫酸的装置如图所示： (1)b接电源的________(填“正”或“负”)极，阳极的电极反应式为______________。  (2)写出一个SO2经一步反应转化为H2SO4的化学方程式：__________________。  【答案】(1)负　H2S+2H2O-6e-===SO2+6H+ (2)SO2+H2O2===H2SO4 【解析】(1)a电极硫化氢转化为二氧化硫，硫元素化合价升高，发生氧化反应，为阳极，b接电源的负极，阳极的电极反应式为H2S+2H2O-6e-===SO2+6H+。 10、如图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是____。  【答案】④>②>①>③ 11、电解制备KMnO4的装置如图所示： (1)b与电源的_______(填“正”或“负”)极相连，电解液中最好选择_______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。  (2)电解时，阳极反应式为__________________。  【答案】(1)负　阳 (2)Mn-e-===Mn 【解析】电解K2MnO4溶液制备KMnO4，则左侧惰性电极是阳极，a与电源的正极相连，b与电源的负极相连。电解时，阳极反应式为Mn-e-===Mn，阴极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑，为保持阴极区、阳极区溶液呈电中性，阳极区的K+透过离子交换膜向阴极区迁移，故离子交换膜是阳离子交换膜。 12、实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2： (1)电解时的阴极反应式为________________，阳极反应式为____________，电解时发生反应的化学方程式为______________________。  (2)NaClO2溶液与NCl3溶液反应的化学方程式为______________________。  【答案】(1)2H++2e-===H2↑　N+3Cl--6e-===NCl3+4H+　NH4Cl+2HClNCl3+3H2↑ (2)6NaClO2+NCl3+3H2O===6ClO2+NH3↑+3NaCl+3NaOH 【解析】(1)由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，结合质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为NH4Cl+2HCl3H2↑+NCl3。(2)由图可知，NCl3溶液中加入NaClO2溶液，得到ClO2和NH3及溶液X，N由+3价降低为-3价，NaClO2中Cl由+3价升高到+4价，生成ClO2，Cl-未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2+NCl3+3H2O===6ClO2+NH3↑+3NaCl+3NaOH。 13、在一块抛光、干净的钢片上，滴上一滴含有少量酚酞和铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]}的饱和食盐水，几分钟后，液滴中心部分主要呈现蓝色，液滴边缘为一红色圆环，而在两者之间有一棕褐色环。已知：Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)，这是一种检验溶液中Fe2+的常用方法。如图所示。思考下列问题： (1)液滴中心出现蓝色的原因：______________________。  (2)液滴边缘为一红色圆环的原因：________________________。  (3)棕褐色环的主要成分为铁锈，用化学用语表示产生铁锈的过程：_____。  【答案】(1)液滴中心氧气的浓度小，为负极，发生反应：Fe-2e-===Fe2+，然后发生反应：Fe2++K++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓(蓝色沉淀) (2)液滴边缘氧气的浓度较大，为正极，电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-，使酚酞变红 (3)中心区(负极)产生的Fe2+向边缘(正极)移动，发生如下一系列变化： Fe2++2OH-===Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O(铁锈)+(3-n)H2O 14、研究金属腐蚀和防腐的原理具有现实意义。 (1)图甲为探究钢铁吸氧腐蚀的装置。某兴趣小组利用该装置进行实验，观察到导管中的水柱上升缓慢，下列措施可以更快更清晰地观察到水柱上升现象的有_______(填字母)。  A.用纯氧气代替试管内空气 B.用酒精灯加热具支试管提高温度 C.将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末 D.换成更细的导管，水中滴加红墨水 (2)该小组将图甲装置改进成图乙装置并进行实验，导管中红墨水液柱高度随时间的变化如表，根据数据判断腐蚀的速率随时间_______(填“逐渐加快”“不变”或“逐渐减慢”)，你认为主要影响因素为______。 时间/min 1 3 5 7 9 液柱高度/cm 0.8 2.1 3.0 3.7 4.2 (3)为探究铁钉腐蚀实验a、b两点所发生的反应，进行以下实验，请完成表格： 实验操作 实验现象 实验结论 向NaCl溶液中滴加2~3 滴酚酞指示剂 a点附近溶液出现红色 a点电极反应式为①________ 然后再滴加2~3滴 ②____ b点周围出现蓝色物质 b点电极反应式为③________ 已知：K3[Fe(CN)6]溶液可与Fe2+反应生成蓝色沉淀。 ④根据以上实验探究，试判断________(填“a”或“b”)为负极，该点腐蚀更严重。  (4)金属阳极钝化是一种电化学防护方法。将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，试写出该阳极电极反应式：______________。  【答案】(1)ACD (2)逐渐减慢　氧气的浓度 (3)①O2+4e-+2H2O===4OH- ②K3[Fe(CN)6]溶液　③Fe-2e-===Fe2+　④b (4)3Fe-8e-+4H2O===Fe3O4+8H+ 【解析】(1)图甲中左侧具支试管中的铁钉发生吸氧腐蚀，消耗氧气，导致具支试管中压强减小，右侧试管中导管的液面上升，用纯氧气代替试管内空气，氧气的浓度增大，反应速率加快，使导管内水柱上升更明显，A正确；用酒精灯加热具支试管提高温度，试管内气体受热膨胀，压强增大，导管内水柱下降，B错误；将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末，会形成许多微小的原电池，反应速率加快，使导管内水柱上升更明显，C正确；换成更细的导管,高度变化更灵敏，导管内水柱上升更明显，D正确。(2)利用题表中数据，分析可知,0~1 min、1~3 min、3~5 min、5~7 min、7~9 min时间段内液柱上升高度分别为0.8 cm、1.3 cm、0.9 cm、0.7 cm、0.5 cm，故铁钉腐蚀的速率随时间逐渐减慢；铁的锈蚀是铁与氧气、水的反应，反应过程中不断消耗氧气，容器内氧气的浓度不断减小，导致反应速率逐渐减慢，相同时间内液柱上升的高度逐渐减小。(3)①图乙中铁钉发生吸氧腐蚀，滴加酚酞后a点附近出现红色，则说明有氢氧根离子产生，电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-；②由已知信息分析，b点周围出现蓝色物质，说明b点Fe失电子生成Fe2+，则加入的是K3[Fe(CN)6]溶液。 第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第05讲 电解池电极反应式的书写、金属的腐蚀与防护 学习目标 1、掌握电解池电极反应式的书写 2、知道金属腐蚀的类型和本质及金属发生电化学腐蚀的条件，能解释金属发生电化学腐蚀的原因。 3、掌握防止金属腐蚀的措施及原理。 知识导图 新知精讲 【知识点1】电解池电极反应式的书写 (1)判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极； (2)分析电解质溶液或熔融电解质的组成，找全离子并分为阴、阳离子两组； (3)确定阴极、阳极上的放电物质及放电顺序； (4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要遵循原子守恒和电荷守恒； (5)最后写出总反应方程式。 【典例分析】 【例1】燃煤烟气中的NOx、SO2经处理后可被吸收。若烟气主要成分为NO、SO2，可通过电解法除去，其原理如图所示。阴极的电极反应式为_________________，阳极的电极反应式为___________________。 【例2】按要求书写电极反应式和总反应式： (1)用铁作电极电解NaCl 阳极反应式：____________，  阴极反应式：____________，  总反应化学方程式：____________。  (2)用铜作电极电解盐酸 阳极反应式：____________，  阴极反应式：____________，  总反应离子方程式：____________。  【例3】Cu2O是一种半导体材料，同时纳米级Cu2O又具有优良的催化性能。利用电解装置可以制取Cu2O。 (1)铜是______极，其电极反应式为________。  (2)电池的总反应为____________。  (3)石墨电极附近的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。  (4)当电路中有0.1 mol电子通过时，生成Cu2O________ g。  【知识点2】金属的腐蚀与防护 一、金属电化学腐蚀的原理 1、金属腐蚀现象及危害 金属腐蚀现象普遍存在，每年因金属腐蚀造成的经济损失远远超过因自然灾害和各类事故造成的经济损失的总和。 2、金属腐蚀与分类 3、化学腐蚀和电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与非金属等直接接触 不纯金属或合金与电解质溶液接触形成原电池 结果 金属被氧化 较活泼金属被氧化 实质 M-ne-===Mn+ 关系 ①化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生； ②电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大 4、金属电化学腐蚀的类型与反应原理 以钢铁的腐蚀为例 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 示意图 条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强 离子导体 潮湿的空气或电解质溶液 负极 反应物均为铁，电极反应：Fe-2e-===Fe2+ 正极 反应物：空气中的氧气 电极反应：O2+4e-+2H2O===4OH- 反应物：H+ 电极反应：2H++2e-===H2↑ 总反应 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 联系 通常两种腐蚀同时存在，但前者更普遍 二、金属腐蚀的防护 1、防护本质：阻止金属发生氧化反应。 2、防护方法 (1)在金属表面覆盖保护层，涂耐腐蚀物质，如涂油漆等。 (2)改变金属内部组成、结构等，如制成不锈钢。 (3)电化学防护方法 电化学防护 牺牲阳极保护法 阴极电保护法 原理 原电池原理 电解池原理 措施 被保护的金属作正极，以一种活泼性较强的金属作负极 被保护的金属作阴极，惰性电极作辅助阳极，连接直流电源 应用 如锅炉内壁、船舶外壳、铁塔、铁管道装上若干锌块，可保护钢铁设备 如钢闸门、输送酸性溶液的铁管道等 示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 3、金属腐蚀快慢的判断方法 (1)在同一电解质溶液中，同一种金属腐蚀由快到慢的顺序为电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。 (2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。 (3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 (4)金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。 【典例分析】 【例1】下列关于金属的腐蚀与防护说法正确的是 A.图①中越靠底部铁棒腐蚀越严重 B.图②中往Fe电极区滴入2滴K3[Fe(CN)6]，产生蓝色沉淀 C.图③中使M成为原电池的正极，从而保护了钢铁输水管 D.图④中钢铁闸门外接直流电源的负极，从而保护钢铁 【例2】利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。 (1)若X为铜，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于____处，铁棒上发生的电极反应为_________， 该种防护方法称为________。  (2)若X为锌棒，开关K置于M处，铁棒上的电极反应为 _，该电化学防护法称为__________。 【例3】如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH=4的雨水和生铁片。观察到：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。 (1)导管内液面下降时，发生____________(填“析氢腐蚀”或“吸氧腐蚀”，下同)。  (2)红墨水回升时，发生____________，此时正极反应式为____________。  (3)析氢腐蚀时消耗________(填“H+”或“OH-”，下同)，吸氧腐蚀时产生__________，具支试管中溶液pH逐渐________(填“增大”或“减小”)。  【知识点3】电化学腐蚀原理的应用 (一)制作暖贴 【思考】市场上出售的“热敷袋”其主要成分是铁屑、石墨粉、木屑、少量氯化钠和水等。热敷袋启用之前用塑料袋密封，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。请回答下列问题： (1)热敷袋放出的热量是利用了铁发生______反应放出的热量。   (2)加入氯化钠的主要作用是____________。 (3)有关的电极反应式：负极：____________，正极：___________________。   (4)试用化学方程式表明上述变化过程：______________________。   (二)利用微电解技术处理废水 【思考】铊(Tl)的价态分析及处理方法是环境保护研究的重点课题。 (1)三价铊各物种[Tl3+、Tl(OH)2+、Tl(OH、Tl(OH)3、Tl(OH]分布分数(平衡时某物种的物质的量占各物种的总物质的量之和的分数)与pH的关系如图所示。当pH=1.5时，溶液中浓度最大的含铊物种是__________(填化学式)。  (2)铁盐、铁碳混合物可作为去除废水中Tl+和Tl3+的吸附剂。铁碳混合物去除铊的原理是 。若铁碳混合物中添加少量铝粉，铊的去除速率明显加快，其可能原因是______________________。  【典例分析】 【例1】铁碳微电解技术是利用原电池原理处理酸性污水的一种工艺，装置如图所示。若上端开口关闭，可得到强还原性的H·(氢原子)；若上端开口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性的·OH(羟基自由基)。下列说法正确的是 A.无论是否鼓入空气，负极的电极反应式均为Fe-3e-===Fe3+ B.鼓入空气时，每生成1 mol·OH有2 mol电子发生转移 C.不鼓入空气时，正极的电极反应式为H++e-===H· D.处理含有C2的污水时，上端开口应关闭 【例2】金属材料腐蚀是金属与环境介质发生化学或电化学反应导致的破坏，其影响广泛且深远。下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A.铁钉浸泡在食盐水中会发生析氢腐蚀 B.铁、铜、锌等金属发生吸氧腐蚀的正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH- C.在轮船的底部镶嵌不易腐蚀的铜块，可以提高船体的使用寿命，利用了牺牲阳极保护法 D.将钢铁闸门与电源正极相连的防腐措施属于外加电源阴极电保护法 【例3】利用烧结的铁碳混合材料可除去废水中的污染物，在有、无溶解氧的情况下均可在溶液中生成絮凝剂，某种环境下其作用原理图示如图： (1)图中C电极上的电极反应式是________。  (2)下列叙述正确的是________(填字母)。  A.铁电极为正极，碳电极为负极 B.经过加热烧结的铁碳混合物表面空隙发达，吸附能力大幅提高，有利于除污 C.如图所示，碳电极上的反应环境为无溶解氧环境 D.铁碳混合材料工作过程中电子从铁电极流出，被絮凝剂运输至碳电极表面 课后精练 1、用惰性电极进行下列电解，有关说法正确的是 ①电解稀硫酸　②电解熔融NaCl　③电解KOH溶液　④电解Cu(NO3)2溶液 A.电解进行一段时间后三份溶液和熔融NaCl的pH均增大 B.反应②中阴、阳两极上产物的物质的量之比为2∶1 C.反应③中阳极消耗OH-，故溶液浓度变小 D.反应④中电解溶液一段时间后，颜色变浅，加入一定质量的Cu(OH)2，能够使溶液恢复到原来的成分和浓度 2、相同材质的铁在图中的四种情况下最不易被腐蚀的是 3、如图为电解饱和食盐水的简单装置，下列有关说法正确的是 A.电解一段时间后，向蛋壳内的溶液中滴加几滴酚酞，呈红色 B.蛋壳表面缠绕的铁丝上发生氧化反应 C.铁丝表面生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 D.蛋壳可阻止生成的氯气与氢气、氢氧化钠溶液接触 4、在如图所示的两个烧杯中分别插入形状和大小几乎一样破损的镀铜铁片和破损的镀锌铁片，一段时间后，下列说法错误的是 A.甲中铜层上产生气泡，乙中铁层上产生气泡 B.对比两烧杯中的铁片，甲烧杯中腐蚀得更严重 C.镀层破损后，镀层并不都能对铁起保护作用 D.向两烧杯中分别滴加相同的KMnO4溶液，现象相同 5、下列关于如图所示的各装置的叙述正确的是 A.图1是化学能转化为电能的装置，总反应为Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+ B.图2铁钉发生吸氧腐蚀，导管中水面上升，负极反应为O2+4e-+2H2O===4OH- C.图3装置可在铁件表面镀铜，CuSO4溶液的浓度不变 D.图4支撑海港码头基础的钢管桩与电源的负极相连，以防止被海水腐蚀 6、生活中处处有化学，下列有关说法正确的是 Ⅰ Ⅱ 现象 切过咸菜的刀不及时清洗，不久便会因被腐蚀而出现锈斑 深埋在潮湿土壤中的供水铁管道，在硫酸盐还原菌作用下出现漏水 原理图 A.Ⅰ和Ⅱ发生的都是吸氧腐蚀 B.Ⅰ和Ⅱ中Fe都为负极，电极反应式是Fe-3e-===Fe3+ C.输送暖气的铁管道极易发生Ⅱ中的腐蚀 D.Ⅰ中锈斑的主要成分是Fe2O3·xH2O 7、下列关于铁腐蚀与防护的反应式正确的是 A.酸性环境中铁发生析氢腐蚀的负极反应：Fe-2e-===Fe2+ B.铁发生腐蚀生锈的反应：3Fe+2O2+xH2O===Fe3O4·xH2O C.铁经过发蓝处理形成致密氧化膜：Fe+2HNO3(浓)===FeO+2NO2↑+H2O D.安装锌块保护船舶外壳，铁电极上发生的反应：Fe3++3e-===Fe 8、验证牺牲阳极保护法的实验如下(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②、③，可以判定Zn保护了Fe B.对比①、②，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 9、一种利用H2S电催化制氢并最终制得硫酸的装置如图所示： (1)b接电源的________(填“正”或“负”)极，阳极的电极反应式为______________。  (2)写出一个SO2经一步反应转化为H2SO4的化学方程式：__________________。  10、如图所示的各容器中均盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是____。  11、电解制备KMnO4的装置如图所示： (1)b与电源的_______(填“正”或“负”)极相连，电解液中最好选择_______(填“阳”或“阴”)离子交换膜。  (2)电解时，阳极反应式为__________________。  12、实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2： (1)电解时的阴极反应式为________________，阳极反应式为____________，电解时发生反应的化学方程式为______________________。  (2)NaClO2溶液与NCl3溶液反应的化学方程式为______________________。  13、在一块抛光、干净的钢片上，滴上一滴含有少量酚酞和铁氰化钾{K3[Fe(CN)6]}的饱和食盐水，几分钟后，液滴中心部分主要呈现蓝色，液滴边缘为一红色圆环，而在两者之间有一棕褐色环。已知：Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)，这是一种检验溶液中Fe2+的常用方法。如图所示。思考下列问题： (1)液滴中心出现蓝色的原因：______________________。  (2)液滴边缘为一红色圆环的原因：________________________。  (3)棕褐色环的主要成分为铁锈，用化学用语表示产生铁锈的过程：_____。  14、研究金属腐蚀和防腐的原理具有现实意义。 (1)图甲为探究钢铁吸氧腐蚀的装置。某兴趣小组利用该装置进行实验，观察到导管中的水柱上升缓慢，下列措施可以更快更清晰地观察到水柱上升现象的有_______(填字母)。  A.用纯氧气代替试管内空气 B.用酒精灯加热具支试管提高温度 C.将铁钉换成铁粉和炭粉混合粉末 D.换成更细的导管，水中滴加红墨水 (2)该小组将图甲装置改进成图乙装置并进行实验，导管中红墨水液柱高度随时间的变化如表，根据数据判断腐蚀的速率随时间_______(填“逐渐加快”“不变”或“逐渐减慢”)，你认为主要影响因素为______。 时间/min 1 3 5 7 9 液柱高度/cm 0.8 2.1 3.0 3.7 4.2 (3)为探究铁钉腐蚀实验a、b两点所发生的反应，进行以下实验，请完成表格： 实验操作 实验现象 实验结论 向NaCl溶液中滴加2~3 滴酚酞指示剂 a点附近溶液出现红色 a点电极反应式为①________ 然后再滴加2~3滴 ②____ b点周围出现蓝色物质 b点电极反应式为③________ 已知：K3[Fe(CN)6]溶液可与Fe2+反应生成蓝色沉淀。 ④根据以上实验探究，试判断________(填“a”或“b”)为负极，该点腐蚀更严重。  (4)金属阳极钝化是一种电化学防护方法。将Fe作阳极置于H2SO4溶液中，一定条件下Fe钝化形成致密Fe3O4氧化膜，试写出该阳极电极反应式：______________。  第 1 页 共 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $