4.3电解池和金属的电化学腐蚀与防护

4.3电解池和金属的电化学腐蚀与防护

【考纲要求 】

1. 了解电解池的工作原理，写出电极反应和电池反应方程式。

2. 理解金属发 生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。 【知识讲解】

1、定义：借助外加电流引起的（非自发的）氧化还原反应，把电能转化为化学能的装置。 2．原电池和电解池的比较：

3．电解池的阴阳极判断：

⑴由外电源决定：阳极：连电源的正极； 阴极：连电源的负极； ⑵根据电极反应: 氧化反应→阳极 ；还原反应→阴极

⑶根据阴阳离子移动方向：阴离子移向→阳极；阳离子移向→阴极， ⑷根据电子几点流方向：电子流向: 电源负极→阴极；阳极→电源正极 电流方向: 电源正极→阳极；阴极→电源负

4、电解反应中反应物的判断——放电顺序

⑴阴极A. 阴极材料(金属或石墨) 总是受到保护。

B. 阳离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表：（阳离子放电顺序与浓度有

关，并不绝对）

K +

⑵阳极A. 阳极材料是惰性电极(C、Pt 、Au 、Ti 等) 时：

阴离子失电子：S 2＞ I ＞ Br ＞ Cl ＞ OH ＞ NO 3 等含氧酸根离子 ＞F

－

－

－

－

－

－

－

【说明】：若阳极是活泼电极时：电极本身被氧化，溶液中的离子不放电。

5. 电解时电极产物判断：

⑴阳极：如果电极为活泼电极，Ag 以前的，则电极失电子，被氧化被溶解，Zn-2e -=Zn2+

如果电极为惰性电极，C 、Pt 、Au 、Ti 等，则溶液中阴离子失电子，4OH -- 4e-= 2H2O+ O2 阴离子放电顺序S 2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F- ⑵阴极：（. 阴极材料(金属或石墨) 总是受到保护）根据电解质中阳离子活动顺序判断，阳离子得电子顺序 — 金属活动顺序表的反表金属活泼性越强，则对应阳离子的放电能力越弱，既得电子能力越弱。 K+

6、电解反应方程式的书写步骤： ①分析电解质溶液中存在的离子；

②看阳极电极材料，确定阳极参加反应的物质。若阳极材料为活性电极，则电极材料本身放电。若阳极材料为惰性电极，则阳极是溶液中的阴离子按照放电顺序进行放电 ③确定电极、写出电极反应式； ④写出电解方程式。

如：（阳极材料为惰性电极材料） ⑴电解NaCl 溶液（放氢生碱型）：

电解

2NaCl+2H2O ====H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，pH 增大。 ⑵电解CuSO 4溶液（放氧生酸型）：

电解

2CuSO 4 + 2H2O ====2Cu + O2↑+ 2H2SO 4溶质、溶剂均发生电解反应， pH 减小。 ⑶电解CuCl 2溶液（电解电解质本身）： 电解

CuCl 2==== Cu ＋Cl 2 ↑

电解

电解盐酸： 2HCl ==== H 2↑＋Cl 2↑溶剂不变，实际上是电解溶质，pH 增大。 ⑷电解稀H 2SO 4、NaOH 溶液、Na 2SO 4溶液（电解水型）：

电解

2H 2O ==== 2H 2↑ + O2↑，溶质不变，实际上是电解水，pH 分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性, 从而加快电解速率（不是起催化作用）。

⑸若阳极材料为活性电极如

电解

用铜电极电解Na 2SO 4溶液: Cu +2H2O ==== Cu(OH)2 + H2↑ （注意：不是电解水。）

7．金属的电化学腐蚀与防护 1、影响金属腐蚀快慢的因素

①金属的活动性：金属越活泼，越容易被腐蚀；

②纯度：不纯的金属比纯金属更易被腐蚀，如纯铁比钢难腐蚀； ③电化学腐蚀：两电极活动性差别越大，

氧化还原反应速率越快， 活泼金属被腐蚀得越快。

④氧化膜： 如果金属被氧化形成致密的氧化膜，会保护内层金属。如果金属被氧化成疏松的氧化膜，那么不会保护内层金属，如钢铁；

⑤外因：介质、环境（腐蚀性气体，电解质溶液）。 2、判断金属腐蚀快慢的规律：

①电解原理引起的腐蚀：(做阳极)>原电池原理引起的腐蚀(做负极)>化学腐蚀>

有防护腐蚀措施的腐蚀(做正极) >有防护腐蚀措施的腐蚀(做阴极) ；

②同种金属的腐蚀在强电解质中>弱电解质中>非电解质中；

③活泼性不同的两金属组成原电池，活泼性差别越大，腐蚀越快； ④对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。

3、金属的防护：

金属防护的基本思路是：①防止金属与氧化性介质直接接触；

②防止金属表面形成电解质溶液层。

金属防护的常用方法有：①覆盖保护膜，如采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀、表面钝化等方法使金属与空气、水等物质隔离，防止金属被氧化腐蚀。

②改变金属的内部结构，使金属性质改变，成为耐腐蚀金属，

如不锈钢等；

③电化学保护 ：a 、牺牲阳极的阴极保护法：这种方法通常

是在被保护的钢铁设备（如锅炉内壁、船体外壳等）上装上若干锌块，作原电池的负极，不断遭受腐蚀，定期拆换，而使作为正极的锅炉内壁、船体外壳被保护了下来。b 、外加电流的阴极保护法：这种方法是将被保护的钢铁设备（如钢闸门）作为阴极，用惰性电极做阳极，两者均存在于电解质溶液中，接上电源。通电后，电子被强制流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面产生负电荷的积累，这样就抑制了钢铁失去电子的作用，从而防止了钢铁的腐蚀（外加电流，使钢铁被迫成为阴极受保护）。 8．化学腐蚀和电化腐蚀的区别

吸氧腐蚀和析氢腐蚀的区别

9、电镀（电解精炼铜）

(1)定义：利用电解原理在某些金属表面镀上已薄层其他金属或合金的方法。其实质是一种特殊情况下的电解。 (2)构成：

阴极:待镀金属制品 阳极：镀层金属 电镀液：含镀层金属离子的电解

质溶液

如：在铁制品表面电镀铜：

2+

阳极：Cu － 2e －== Cu 2+ －

阴极：Cu + 2e== Cu

电解精炼铜的结果：阳极上粗铜逐渐溶解，杂质Ag 、Pt 等沉积在电解槽的底部，形成阳极泥，阴极上纯铜逐渐析出。电解质溶液浓度在电解后减少。

13，以惰性电极电解电解质溶液的规律：

⑴电解水型：电解含氧酸，强碱，活泼金属的含氧酸盐，如稀H 2SO 4、NaOH 溶液、Na 2SO 4溶液： 阳极：4OH --4e -=2H2O+O2↑ 阴极：2H ++2e-=H2↑ 总反应：2H 2O ==== 2H

2↑ + O

2↑，

溶质不变，PH 分别减小、增大、不变。酸、碱、盐的加入增加了溶液导电性, 从而加快电解速率（不是起催化作用）。

⑵电解电解质：无氧酸（HF 除外）、不活泼金属的无氧酸盐，如CuCl 2

阳极：2Cl --2e -=Cl2↑ 阴极：Cu 2+ +2e-= Cu 总反应：CuCl 2= Cu +Cl2↑ ⑶放氢生成碱型：活泼金属的无氧酸盐（F 化物除外）如NaCl

阳极：2Cl --2e -=Cl2↑ 阴极：2H ++2e-=H2↑ 总反应：2NaCl+2H2O=H2↑+Cl2↑+2NaOH 公式：电解质+H2O →碱+ H2↑+非金属

⑷放氧省酸型：不活泼金属的含氧酸盐，如CuSO 4

阳极：4OH --4e -=2H2O+O2↑ 阴极：Cu 2+ +2e-= Cu 总反应：2CuSO 4+2H2O=2Cu+ O2↑+2H2SO 4 公式：电解质+H2O →酸+ O2↑+金属

解NaCl 溶液：2NaCl+2H2O ====H2↑+Cl2↑+2NaOH，溶质、溶剂均发生电解反应，PH 增大

14．电解原理的应用

A 、电解饱和食盐水（氯碱工业） ⑴反应原理

阳极： 2Cl - - 2e-== Cl 2↑

阴极： 2H+ + 2e-== H2↑总反应：2NaCl+2H2O ====

H 2↑+Cl2↑+2NaOH

⑵设备 （阳离子交换膜电解槽）

①组成：阳极—Ti 、阴极—Fe ②阳离子交换膜的作用：它只允许阳离子通过而阻止阴

离子和气体通过。

⑶制烧碱生产过程 （离子交换膜法）

①食盐水的精制：粗盐（含泥沙、Ca 2+、Mg 2+、Fe 3+、SO42- 等）→加入NaOH 溶液→加入BaCl 2溶液→加入Na 2CO 3溶液→过滤→加入盐酸→加入离子交换剂(NaR) ②电解生产主要过程（见图20-1）：NaCl 从阳极区加入，H 2O 从阴极区加入。阴极H+ 放电，破坏了水的电离平衡，使OH -浓度增大，OH -和Na +形成NaOH 溶液。

电解

电解

电解

B 、电解冶炼铝

⑴ 原料：氧化铝： 铝土矿 ——→ NaAlO 2 ——→ Al(OH)3 —→ Al 2O 3

过滤

过滤

NaOH

CO 2

△

⑵ 原理 阳极 2O 2 － 4e - =O2↑

＋

阴极 Al 3+3e- =Al

－

总反应：4Al 3++6O2ˉ====4Al+3O2↑

⑶ 设备：电解槽（阳极C 、阴极Fe ）因为阳极材料不断地与生成的氧气反应：C+O2 → CO+CO2，故需定时补充。

C 、电镀：用电解的方法在金属表面镀上一层金属或合金的过程。

⑴镀层金属作阳极，镀件作阴极，电镀液必须含有镀层金属的离子。电镀锌原理： 阳极 Zn －2eˉ = Zn2+ 阴极 Zn 2++2eˉ=Zn

⑵电镀液的浓度在电镀过程中不发生变化。⑶在电镀控制的条件下，水电离出来的H +和OHˉ一般不起反应。⑷电镀液中加氨水或 NaCN 的原因：使Zn 2+离子浓度很小，镀速慢，镀层才能致密、光亮。

D 、电解冶炼活泼金属Na 、Mg 、Al 等。

E 、电解精炼铜：粗铜作阳极，精铜作阴极，电解液含有Cu 2+。铜前金属先反应但不析出，铜后金属不反应，形成 “阳极泥”。

电解