2020届高考化学二轮复习电解池金属的腐蚀与防护学案 17页

‎1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。‎ ‎2.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。‎ 知识点一 电解的原理 ‎1.电解和电解池 ‎(1)电解：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)电解池：电能转化为化学能的装置。‎ ‎(3)电解池的构成 ‎①有与电源相连的两个电极。‎ ‎②电解质溶液(或熔融电解质)。‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎2.电解池的工作原理 ‎(1)电极名称及电极反应式(电解CuCl2溶液为例)‎ 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑‎ ‎(2)电子和离子的移动方向 ‎①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。‎ ‎②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。‎ ‎3.阴阳两极上放电顺序 ‎(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：‎ ‎(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。‎ 若是惰性电极作阳极，放电顺序为 注意　①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。②‎ 最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。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。‎ ‎4.用惰性电极电解电解质溶液的规律 ‎4.用惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 实例 电极反应特点或反应式 电解产物 溶液pH变化 溶液复原 电解水型 含氧酸 H2SO4‎ 溶液中的H＋和OH－分别在阴阳两极放电：‎ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑　‎ 阳极：　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ H2‎ O2‎ 减小 水 强碱 NaOH 增大 活泼金属的含氧酸盐 KNO3‎ 不变 电解电解质型 无氧酸(氢氟酸除外)‎ HCl 电解质电离的阴阳离子分别在两极放电：‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ H2　Cl2‎ 增大 HCl 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2‎ Cu　Cl2‎ CuCl2‎ 放氢生碱型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阴极水电离的H＋放电，阳极电解质电离的阴离子放电 阴极：H2‎ 阳极：Cl2‎ 增大 HCl 放氧生酸性 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3‎ 阳极水电离的OH－放电，阴极电解质的阳离子放电 阴极：Ag＋＋e－===Ag Ag阳极：O2　‎ 减小 Ag2O ‎【典例1】（河南新乡一中2019届模拟）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】由电解电解质溶液的四种类型可知：‎ 类型 化学物质 pH变化 放O2生酸型 CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2‎ 降低 放H2生碱型 KCl、CaCl2‎ 升高 电解电解质型 CuCl2‎ HCl 升高 电解H2O型 NaNO3、Na2SO4、K2SO4‎ 不变 KOH 升高 HNO3‎ 降低 ‎【变式1】（江西金溪一中2019届模拟）用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A.逸出气体的体积：A电极＜B电极 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.电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 ‎【答案】D ‎【解析】SO、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。‎ 知识点二 电解原理的应用 ‎1.氯碱工业 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)‎ 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)‎ 总反应方程式：‎ ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎2.电镀与电解精炼 电镀 电解精炼铜 示意图 电极反应 阳极 Cu－2e－===Cu2＋‎ Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋‎ 阴极 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度不变 CuSO4溶液的浓度变小 ‎3.电冶金 电解冶炼 冶炼钠 冶炼铝 电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阳极：6O2－－12e－===3O2↑‎ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 总反应 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ ‎【典例2】(2017·全国卷Ⅱ，11)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。‎ ‎【变式2】（福建泉州五中2019届模拟）利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)‎ A.氯碱工业中，X电极上的反应式是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 ‎【答案】D ‎【解析】氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。‎ 知识点三 金属的腐蚀与防护 ‎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 金属跟非金属单质直接接触 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 ‎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：惰性金属或石墨。‎ ‎(2)改变金属的内部结构，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。‎ ‎【典例3】（安徽黄山屯溪一中2019届模拟）炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A.腐蚀过程中，负极是C B.Fe失去电子经电解质溶液转移给C C.正极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ D.C是正极，O2在C表面上发生还原反应 ‎【答案】D ‎【解析】A项，铁锅中含有的Fe、C，和电解质溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe易失电子，故腐蚀过程中，负极是Fe，错误；B项，原电池中电子由负极Fe经外电路向正极C流动，在电解质溶液中依靠离子的移动导电，错误；C项，该原电池中，C作正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，C是正极，O2在C表面上发生还原反应，正确。‎ ‎【变式3】（江苏扬州中学2019届模拟）下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)‎ A.图1中，铁钉易被腐蚀 B.图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C.图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D.图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 ‎【答案】C ‎【解析】A项，图1中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀；D项为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。‎ 考点一 电极反应式的书写与判断 ‎【典例4】[2019新课标Ⅲ节选]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。回答下列问题：‎ ‎（4）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，如下图所示：‎ 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】（4）Fe3++e−=Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 5.6‎ ‎【解析】（4）电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：Fe3++e− ＝Fe2+和4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O；电路中转移1 mol电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol÷4＝0.25mol，在标准状况下的体积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。‎ ‎【方法技巧】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，弱电解质要写成分子式。‎ 如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎②电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。‎ ‎③Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。‎ ‎【变式4】(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。‎ 考点二 电子守恒在电化学计算中的应用 ‎【典例5】（吉林长春外国语学校2019届模拟）以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量n(e－)与产生气体总体积V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是(　　)‎ A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 mol·L－1‎ B．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H＋)＝2 mol·L－1‎ C．当n(e－)＝0.6 mol时，V(H2)∶V(O2)＝3∶2‎ D．向电解后的溶液中加入16 g CuO，则溶液可恢复到电解前的浓度 ‎【答案】B ‎【解析】电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu ‎，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。当转移0.4 mol电子时，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝＝0.2 mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1，A项错误；当转移0.4 mol电子时，生成n(H2SO4)＝0.2 mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H＋)＝＝2 mol·L－1，B项正确；当n(e－)＝0.6 mol时，发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2O2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1 mol，n(O2)＝0.1 mol＋0.05 mol＝0.15 mol，所以V(H2)∶V(O2)＝0.1 mol∶0.15 mol＝2∶3，C项错误；因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度，D项错误。‎ ‎【方法技巧】电化学综合计算的三种常用方法 ‎(1)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。‎ ‎(2)根据电子守恒计算 ‎①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用于混合溶液中电解的分阶段计算。‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律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。‎ ‎【变式5】（辽宁阜新实验中学2019届模拟）按如图1所示装置进行电解，A、B、C、D均为铂电极，回答下列问题。‎ ‎(1)甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积，电解前后溶液的体积变化忽略不计)。‎ ‎①原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为______mol·L－1，CuSO4的物质的量浓度为________mol·L－1。‎ ‎②t2时所得溶液的pH＝________。‎ ‎(2)乙槽为200 mL CuSO4溶液，乙槽内电解的总离子方程式：_____________________：‎ ‎①当C极析出0.64 g物质时，乙槽溶液中生成的H2SO4为________mol ‎。电解后，若使乙槽内的溶液完全复原，可向乙槽中加入________(填字母)。‎ A．Cu(OH)2　　　　　　B．CuO C．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3‎ ‎②若通电一段时间后，向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为________。‎ ‎【答案】(1)①0.1　0.1　②1‎ ‎(2)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ ①0.01　BC　②0.8NA ‎【解析】(1)①A、B、C、D均为惰性电极Pt，甲槽电解NaCl和CuSO4的混合液，阳极上离子放电顺序为Cl－＞OH－＞SO，阴极上离子放电顺序为Cu2＋＞H＋＞Na＋，开始阶段阴极上析出Cu，阳极上产生Cl2，则题图2中曲线Ⅰ代表阴极产生气体体积的变化，曲线Ⅱ代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，由曲线Ⅱ可知，Cl－放电完全时生成224 mL Cl2，根据Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；阴极上发生的反应依次为Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，由曲线Ⅱ可知Cu2＋放电完全时，阳极上产生224 mL Cl2和112 mL O2，则电路中转移电子的物质的量为0.01 mol×2＋0.005 mol×4＝0.04 mol，据得失电子守恒可知n(Cu2＋)＝0.04 mol×＝0.02 mol，故混合液中c(CuSO4)＝＝0.1 mol·L－1。②0～t1时间内相当于电解CuCl2，电解反应式为CuCl2Cu＋Cl2↑，t1～t2时间内相当于电解CuSO4，而电解CuSO4溶液的离子反应为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，则生成H＋的物质的量为0.005 mol×4＝0.02 mol，则有c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。(2)电解CuSO4溶液时，Cu2＋在阴极放电，水电离的OH－在阳极放电，电解的总离子方程式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。①C极为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出0.64 g Cu(即0.01 mol)时，生成H2SO4的物质的量也为0.01 mol。电解CuSO4溶液时，阴极析出Cu，阳极上产生O2，故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO3等使电解质溶液完全复原。②加入0.2 mol Cu(OH)2相当于加入0.2 mol CuO和0.2 mol H2O，则电解过程中转移电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.2 mol×2＝0.8 mol，即0.8NA个电子。‎ 考点三 电解原理的应用 ‎【典例6】[2019北京节选]氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。‎ ‎（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。‎ ‎①制H2时，连接_______________。产生H2的电极反应式是_______________________。‎ ‎②改变开关连接方式，可得O2。‎ ‎③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：________________________。‎ ‎【答案】（2）K1 2H2O+2e−=H2↑+2OH− 连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移 ‎【解析】（2）①电极生成H2时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气，因而电极须连接负极，因而制H2时，连接K1，该电池在碱性溶液中，由H2O提供H+，电极反应式为2H2O+2e−=H2↑+2OH−；‎ ‎③电极3上NiOOH和Ni(OH)2相互转化，其反应式为NiOOH+e−+H2O⇌Ni(OH)2+OH−，当连接K1时，Ni(OH)2失去电子变为NiOOH，当连接K2时，NiOOH得到电子变为Ni(OH)2，因而作用是连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移。‎ ‎【举一反三】[2019江苏节选]CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。‎ ‎（2）电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。‎ ‎①写出阴极CO2还原为HCOO−的电极反应式： 。‎ ‎②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是 。‎ ‎【答案】（2）①CO2+H++2e−HCOO−或CO2+ HCO3−+2e−HCOO−+ CO32− ②阳极产生O2，pH减小，HCO3−浓度降低；K+部分迁移至阴极区 ‎【解析】（2）①根据电解原理，阴极上得到电子，化合价降低，CO2＋HCO3−＋2e− =HCOO−＋CO32−，或CO2＋H＋＋2e− =HCOO−；②阳极反应式为2H2O−4e− =O2↑＋4H＋，阳极附近pH减小，H＋与HCO3− 反应，同时部分K＋迁移至阴极区，所以电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低。‎ ‎【变式6】 [2018·全国卷Ⅲ，27(3)]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。‎ ‎①写出电解时阴极的电极反应式______________________________________________。‎ ‎②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_______，其迁移方向是_____________。‎ ‎③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_____________(写出一点)。‎ ‎【答案】①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　②K＋　由a到b　③产生Cl2易污染环境等 ‎【解析】①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。③“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。‎ 考点四 金属腐蚀快慢比较 ‎【典例7】（河北石家庄二中2019届模拟）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(　　)‎ A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥　C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥‎ ‎【答案】C ‎【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腐蚀，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腐蚀，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⑤>④>②>①>③>⑥。‎ ‎【方法技巧】判断金属腐蚀快慢的规律 ‎(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。‎ ‎(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。‎ ‎【变式7】（天津实验中学2019届模拟）一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是(　　)‎ 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 A.在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O B.在pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀 C.在pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀 D.在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 ‎【答案】A ‎【解析】A项，pH＞14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH＜4溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；C项，pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。‎ 考点五　 金属腐蚀与防护措施 ‎【典例8】[2019江苏]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】在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe−2e−=Fe2+，故A错误；铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误。‎ ‎【举一反三】 (2017·全国卷Ⅰ，11)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；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。‎ ‎【变式8】　(2018·北京高考)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 ‎【答案】D ‎【解析】实验②中加入K3[Fe(CN)6]，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe(CN)6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。‎ 考点六 电化学综合考查 ‎【典例9】（湖南师大附中2019届模拟）某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，下列说法正确的是(　　)‎ A．电流方向：电极 Ⅳ→→电极Ⅰ B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电极Ⅱ逐渐溶解 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu ‎【答案】A ‎【解析】带盐桥的①、②装置构成原电池，Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，装置③为电解池。A项，电子移动方向：电极Ⅰ→→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，正确；B项，原电池负极在工作中发生氧化反应，错误；C项，原电池正极上发生还原反应，Cu2＋在电极Ⅱ上得电子，生成Cu，该电极质量逐渐增大，错误；D项，电解池中阳极为活性电极时，电极本身被氧化，生成的离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误。‎ ‎【方法技巧】‎ ‎1．有外接电源电池类型的判断方法 有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：‎ 则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。‎ ‎2．无外接电源电池类型的判断方法 ‎(1)直接判断 非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。‎ ‎(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。‎ ‎(3)根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。‎ ‎【变式9】（山西省运城一中2019届模拟）如图X是直流电源。Y槽中 c、d为石墨棒，Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。‎ ‎(1)①电源上b为______极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。‎ ‎②Z槽中e为________极。‎ ‎③连接Y、Z槽线路中，电子流动的方向是d__________e(填“→”或“←”)。‎ ‎(2)①写出c极上反应的电极反应式：_____________________________________。‎ ‎②写出Y槽中总反应的化学方程式：_____________________________________________。‎ ‎③写出Z槽中e极上反应的电极反应式： __________________________________。‎ ‎【答案】(1)①负　②阳　③　← (2)①2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎③Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎【解析】d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c 为阳极，电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2↑，Y槽电解NaCl溶液的总反应方程式为 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z槽中f为阴极，e为阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电子流动方向由e→d。‎