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专题08 化学反应与能量(二)
目 录 实验1 简单的电镀实验 实验2 制作简单的燃料电池 实验3 铁钉的吸氧腐蚀实验 实验4 牺牲阳极法实验
实验1 简单的电镀实验
实验装置
实验原理 Fe作阴极：Cu2++2e-=Cu；Cu作阳极：Cu－2e-=Cu2+
实验用品 烧杯、砂纸、导线、2～3 V的直流电源、电流表。 铁制镀件、铜片、电镀液(以CuSO4溶液为主配制)、1 mol·L－1 NaOH溶液、20%盐酸。
实验步骤 1.把铁制镀件用砂纸打磨干净，放入1 mol·L－1 NaOH溶液中除去油污， 然后用蒸馏水洗净。再放入20%盐酸中除锈，几分钟后取出，并用蒸馏水洗净。 2．把铁制镀件与2～3 V的直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连(如图)。将两极平行浸入电镀液中，两极间距约5 cm， 5～10 min后取出，观察镀件表面发生的变化。
实验现象 通电一段时间可观察到铜片逐渐溶解，变薄；铁片表面覆盖一层红色物质。
实验结论 通过电解原理可以在金属表面镀上其它金属
实验说明 铜是活性电极，作阳极，失去电子生成铜离子进入电解质溶液，铜离子向阴极移动，在铁片表面得电子生成铜单质。
考点1 电镀
1．电镀：利用______原理在某些金属表面镀上一薄层其他______或______的加工工艺。
2．目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
3．电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)：
阳极材料：镀层金属______，电极反应：_______________；
阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：_______________。
电解质溶液：Cu2＋浓度_______________。
考点2 电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质)
阳极材料：______，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极材料：______，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；
电解质溶液：Cu2＋浓度______，金、银等金属沉积形成阳极泥。
变式1 变药品
电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液 电解质溶液 的浓度不变。
【例1】铁钉镀铜的实验如图所示，有关说法不正确的是( )
A．砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污，再用盐酸除锈
B．铁钉与直流电源正极相连，铜与直流电源负极相连，将两极平行浸入电镀液中
C．在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮
D．电镀一段时间后，在铁钉表面可看到光亮的紫红色物质，铜片逐渐变薄
【强化训练1-1】利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
【强化训练1-2】如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是( )
A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜
C．溶液中SO向电极A迁移 D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
变式2 变考法
电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
【例2】火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题：
(1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为________________________；纯铜作____极，电极反应为____________________。
(2)电解质溶液应选择______________(填字母)。
A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液　C．ZnSO4溶液
(3)电解后，电解槽底部会形成含少量__________等金属的阳极泥。
(4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过的电子为______mol。
【强化训练2-1】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题：
(1)阳极发生氧化反应，其电极反应式：_____________________________________________。
(2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加_________ (填“相等”或“不相等”)。
(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有________、Ni2＋等。
(4)电解后，电解槽底部含有________等金属。
【强化训练2-2】氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂，利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜，已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是( )
A．乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳
B．电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体
C．若该装置的能量转化率为80%，则当外电路有1.93×105 C电量通过(法拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1)时可制得115.2 g的Cu2O
D．由图可知装置甲中制备Cu2O的总反应式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑
实验2 制作简单的燃料电池
实验装置
实验原理 1.电解水： 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，总反应式：2H2O2H2↑＋O2 2.氢氧燃料电池： 负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应式：2H2＋O2===2H2O
实验用品 仪器:U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)，3~6 V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。 药品:1 mol/L Na2SO4溶液、酚酞溶液。
实验步骤 1.电解水：在U形管中注入1 mol·L-1 Na2SO4溶液，再滴入2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接直流电源。闭合K1，接通直流电源开始电解，观察现象。 2.制作一个氢氧燃料电池：当电解水进行2 min后，打开K1，断开直流电源，将两根石墨棒用导线分别与电流表连接，闭合K2，观察现象。
实验现象 1.阳极产生气泡，阴极产生气泡，电极附近的溶液变红，阳极液面高。 2.电流表指针偏转。
实验结论 1.电解1 mol·L-1 Na2SO4溶液，阳极得到O2，阴极得到H2。 2.氢气与氧气反应由化学能转化为电能的过程可以实现。
考点1 燃料电池
1．氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
种类 酸性 碱性
负极反应式 _______________ _______________
正极反应式 _______________ _______________
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
2．燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
3．燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。
考点2 氢氧燃料电池和电解水的原理比较
氢氧燃料电池 电解水
能量 化学能→电能 电能→化学能
装置
电极反应式 负极：_______________ 正极：_______________ 总反应式：_______________ 阳极：_______________ 阴极：_______________ 总反应式：_______________
电子流向 负极→______ 负极→______极，______极→正极
离子流向 阳离子→______极，阴离子→______极 阳离子→______极，阴离子→______极
反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应
变式1 变药品、变装置、变考法
1．
【例1】某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是( )
A．左侧电极是负极，发生还原反应
B．右侧电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．当有0.1mol电子通过导线时，左侧消耗标准状况下1.12L气体
D．电子由a极流出经用电器达到b极，再由b极经电解质溶液流回a极形成闭合回路
【强化训练1-1】用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极X作负极
B．当有0.001molCH3CH2OH反应，理论上有0.002mol电子通过外电路
C．正极电极反应式是O2+4H++4e-=2H2O
D．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移
【强化训练1-2】熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-，下列有关说法中错误的是( )
A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率
B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代
C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触
D．放电时，阳极(负极)反应式为2H2+2CO32--4e-=2CO2+2H2O
变式2 变考法
【例2】HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。
(1)电池负极电极反应式为_____________；放电过程中需补充的物质A为_________(填化学式)。
(2)图-2所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_______________。
【强化训练2-1】潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池工作原理如图所示：
(1)电极a名称是___________。
(2)电解质溶液中OH-离子向___________移动(填“电极a”或 “电极b”)。
(3)电极b的电极反应式为___________。
【强化训练2-2】甲醇燃料电池可使甲醇作燃料时的能量转化更高效，某种甲醇燃料电池的工作原理如图所示，其电极反应如下：2CH3OH+2H2O-12e- =12H++2CO2， 3O2+12H++12e-=6H2O。
(3)电极A的名称是_______(填“正极”或“负极”)；甲醇从_______(填“b”或“c”)处通入。
(4)甲醇燃料电池供电时的总反应方程式为_______
(5)当该装置消耗64g甲醇时，转移电子的数目为_______；若这部分电子全部用于电解水，理论上可产生标准状况下氢气_______L。
实验3 铁钉的吸氧腐蚀实验
实验装置
实验原理 (1)负极：2Fe－4e-=2Fe2+；正极：O2+4e-+2H2O=4OH-；总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2； 后续反应：Fe(OH)2Fe(OH)3→Fe2O3 xH2O (2)负极：Zn－2e-=Zn2+；正极：2H+2e-=H2；总反应：Zn+2H+=Zn2++H2
实验用品 铁钉、锌片、饱和食盐水、稀盐酸、CuSO4溶液、水；具支试管、橡皮塞、导管、试管。
实验步骤 (1)将经过酸洗涤除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入图4-21所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。 (2)取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，再观察现象。解释引起这种变化的原因。
实验现象 (1)几分钟后，导管末端的水柱液面上升，铁钉表面有锈迹产生 (2)滴有硫酸铜溶液的试管中产生气泡的速率快
实验结论 (1)铁钉在中性的食盐水溶液中易发生吸氧腐蚀。(2)电化腐蚀比化学腐蚀快
实验说明 ①装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀，装置的气密性必须良好，否则很难观察到导管末端的水柱高度变化。 ②Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快。
考点1 钢铁的电化学腐蚀
1．析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
示意图
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极反应式 __________________
正极反应式 __________________ __________________
总反应 __________________ __________________
联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍
2．实验探究
实验操作 实验现象 实验解释
导管中____________ 装置中铁、碳和饱和食盐水构成_______，铁钉发生_______腐蚀
①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成_______，发生_______腐蚀，产生气泡的速率更_____
考点2 金属腐蚀的快慢比较
1．在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是电解池的_____极＞原电池的_____极＞化学腐蚀＞原电池的_____极＞电解池的_____极。
2．在不同溶液中，金属在____________中的腐蚀＞金属在____________中的腐蚀；金属在____________中的腐蚀＞金属在____________中的腐蚀。
3．对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越_____，腐蚀越_____。
变式1 变药品
【例1】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。以下有关解释合理的是( )
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
【强化训练1-1】铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D．此过程中电流从Fe流向Cu
【强化训练1-2】宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是( )
A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极
B．潮湿环境中Cl－浓度大时有利于多孔粉状锈的生成
C．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为4.48 L
D．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓
变式2 变装置
【例2】化学小组研究金属的电化学腐蚀，实验如下：
实验 Ⅰ Ⅱ
装置
现象 锌片附近处颜色无变化，裸露在外的铁钉附近处出现红色。 铜片附近处出现红色，裸露在外的铁钉附近处出现蓝色
下列说法正确的是( )
A．实验I和Ⅱ中铁钉均为负极
B．实验I和Ⅱ中均发生吸氧腐蚀，且铁钉腐蚀速度实验实验Ⅱ
C．一段时间后，实验I铁钉附近也出现了蓝色，可能是K3[Fe(CN)6]氧化了单质Fe
D．一段时间后，实验I和实验Ⅱ中均出现红褐色
【强化训练2-1】如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是( )
A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液
B．若A溶液为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变
C．可能产生Fe2O3·nH2O
D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
【强化训练2-2】下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是( )
序号 ① ② ③
实验
现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀
A．对比实验①②③，说明苯能隔绝O2
B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2
C．实验②中，饱和食盐水中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀
D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
实验4 牺牲阳极法实验
实验装置
实验原理 锌电极：Zn－2e-=Zn2+； 铁电极：2H++2e-=H2↑； 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
实验用品 K3[Fe(CN)6]溶液、酸化的 3%NaCl溶液、酚酞溶液、琼脂；Zn、Fe、电压表、烧杯、培养皿。
实验步骤 ①按图连接好装置，观察电压表和铁电极上的现象。往铁电极区滴入 2 滴黄色 K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色的变化。 ②将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5-6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中，观察实验现象
实验现象 ①电压表指针发生偏转，铁电极上有气泡产生；往铁电极区滴入 K3[Fe(CN)6]溶液后，溶液不变蓝色。 ②a中溶液变红色，b中铁钉附近出现蓝色沉淀，铜丝附近溶液变红色。
实验结论 ①图示装置构成了原电池，较活泼金属锌被腐蚀，铁未被腐蚀(被保护)。 ②实验②说明裹有锌皮的铁钉未被腐蚀，铁被保护，缠有铜丝的铁钉被腐蚀，铁未被保护。
考点1 吸氧腐蚀
1．裹有锌皮的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于________腐蚀。锌比铁活泼，锌一端为负极(阳极)，锌失去电子变成锌离子，铁钉为正极(阴极)，氧气得到电子，变成氢氧根离子使该端溶液的碱性增强酚酞变_______。
2．缠有铜丝的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于________腐蚀。铁比铜活泼，铁一端为负极(阳极)，铁失去电子变成铁离子，铁离子与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀；铜一端为正极(阴极)，氧气得到电子，生成的氢氧根离子使该端溶液的碱性增强，酚酞变_______。
考点2 电化学保护法
1．牺牲阳极法
(1)原理：原电池原理，被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作________。
(2)应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
2．外加电流法
原理：电解池原理，被保护的金属作为________，与电源的________相连。
应用：钢铁闸门、高压线铁架、地下管道连接直流电源的负极。
变式1 变药品
【例1】验证牺牲阳极法实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
① 在Fe表面生成蓝色沉淀
② 试管内无明显变化
③ 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
【强化训练1-1】取琼脂、饱和食盐水的混合溶液倒入培养皿中，滴入几滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀，放入裹有锌片的铁钉(如下图所示)，一段时间后，下列说法不正确的是( )
A．锌片附近琼脂颜色变红
B．铁钉上的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-
C．离子在半凝固态的琼脂内可定向移动
D．将锌片改为铜片，琼脂中会出现蓝、红、蓝三个色块
【强化训练1-2】将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是( )
A．阴极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
变式2 变装置
【例2】某城市为了减少钢管因锈蚀而造成的损失，拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是( )
A．在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生吸氧腐蚀
B．在潮湿的酸性土壤中金属棒M中的电子通过导线流向钢管
C．在潮湿的酸性土壤中H＋向金属棒M移动，抑制H＋与铁的反应
D．钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源的正、负极
【强化训练2-1】闸门由钢质材料制作，长期浸于水中，通常采用如图装置对钢闸门进行保护。下列说法不正确的是( )
A．a、b间用导线连接时，则X可以是锌莫测 B．a、b间接入电源时，a应连在电源的负极上
C．X应定期更换 D．a、b间用导线连接时，则X发生还原反应
【强化训练2-2】某实验小组欲探究牺牲阳极法的原理，设计如图实验装置：
实验Ⅰ：向烧杯中加入一定量的饱和食盐水，插入两个无底玻璃筒。将一根锌棒和一根铁棒用导线与电流表连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流表指针发生偏转。
(1)锌棒上发生的电极反应为________________________________________________；
铁棒上发生的电极反应为________________。
(2)从铁棒附近取少量溶液于试管中，再向试管中滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液，无明显现象，这说明该实验中无________产生。
实验Ⅱ：该小组的同学将锌棒换为铜棒，并用导线将其与电流表连接。一段时间后，从插入铁棒的玻璃筒内取少量溶液于试管中，再向试管中滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，向插入铜棒的玻璃筒内滴入几滴酚酞溶液。
(3)实验Ⅱ中电流表指针的偏转方向与实验Ⅰ________(填“相同”或“相反”)。
(4)在铁棒和铜棒附近可观察到的现象分别是__________________、____________________。
(5)上述两个实验表明，活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对________(填“活泼”或“不活泼”)的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为____________。
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21世纪教育网(www.21cnjy.com)专题08 化学反应与能量(二)
目 录 实验1 简单的电镀实验 实验2 制作简单的燃料电池 实验3 铁钉的吸氧腐蚀实验 实验4 牺牲阳极法实验
实验1 简单的电镀实验
实验装置
实验原理 Fe作阴极：Cu2++2e-=Cu；Cu作阳极：Cu－2e-=Cu2+
实验用品 烧杯、砂纸、导线、2～3 V的直流电源、电流表。 铁制镀件、铜片、电镀液(以CuSO4溶液为主配制)、1 mol·L－1 NaOH溶液、20%盐酸。
实验步骤 1.把铁制镀件用砂纸打磨干净，放入1 mol·L－1 NaOH溶液中除去油污， 然后用蒸馏水洗净。再放入20%盐酸中除锈，几分钟后取出，并用蒸馏水洗净。 2．把铁制镀件与2～3 V的直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连(如图)。将两极平行浸入电镀液中，两极间距约5 cm， 5～10 min后取出，观察镀件表面发生的变化。
实验现象 通电一段时间可观察到铜片逐渐溶解，变薄；铁片表面覆盖一层红色物质。
实验结论 通过电解原理可以在金属表面镀上其它金属
实验说明 铜是活性电极，作阳极，失去电子生成铜离子进入电解质溶液，铜离子向阴极移动，在铁片表面得电子生成铜单质。
考点1 电镀
1．电镀：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。
2．目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
3．电镀池的构成(在铁制钥匙上面镀铜)：
阳极材料：镀层金属Cu，电极反应：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极材料：镀件铁制钥匙，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。
电解质溶液：Cu2＋浓度保持不变。
考点2 电解精炼(粗铜含锌、银、金等杂质)
阳极材料：粗铜，电极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极材料：纯铜，电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；
电解质溶液：Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥。
变式1 变药品
电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液 电解质溶液 的浓度不变。
【例1】铁钉镀铜的实验如图所示，有关说法不正确的是( )
A．砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污，再用盐酸除锈
B．铁钉与直流电源正极相连，铜与直流电源负极相连，将两极平行浸入电镀液中
C．在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮
D．电镀一段时间后，在铁钉表面可看到光亮的紫红色物质，铜片逐渐变薄
【答案】B
【解析】铁钉镀铜实验，镀件铁钉作为阴极，外接电源负极，b为负极；镀层铜作为阳极，外接电源正极，a为正极。A项，砂纸打磨过的铁钉先用碱浸泡以除去油污，再用盐酸除锈，A正确；B项，铁钉与直流电源负极相连，铜与直流电源正极相连，将两极平行浸入电镀液中，B错误；C项，在以硫酸铜溶液为主的电镀液中加入一些氨水制成铜氨溶液，可使镀层光亮，C正确；D项，电镀一段时间后，在铁钉表面生成铜单质，可看到光亮的紫红色物质，阳极铜片逐渐氧化成离子进入溶液，铜片变薄，D正确；故选B。
【强化训练1-1】利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法正确的是( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
【答案】C
【解析】铜牌上镀银，银片为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均会溶解，铜牌不可能恢复如初。
【强化训练1-2】如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是( )
A．电极A是粗铜，电极B是纯铜 B．电路中通过1 mol电子，生成32 g铜
C．溶液中SO向电极A迁移 D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
【答案】D
【解析】电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，则电极A为粗铜，电极B为纯铜，A正确；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过1 mol电子时，生成0.5 mol Cu，即生成32 g Cu，B正确；根据电解原理，SO向阳极移动，C正确；阳极泥是阳极区产物，所以膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D错误。
变式2 变考法
电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。
【例2】火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金、银等)，其性能远不能达到电器工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。利用电解法可将含有Fe、Zn、Ag、Au等杂质的粗铜提纯，回答下列问题：
(1)电解时粗铜作____极，连接电源的____极，电极反应为________________________；纯铜作____极，电极反应为____________________。
(2)电解质溶液应选择______________(填字母)。
A．CuCl2溶液 B．CuSO4溶液　C．ZnSO4溶液
(3)电解后，电解槽底部会形成含少量__________等金属的阳极泥。
(4)若纯铜片增重6.4 g，则电路通过的电子为______mol。
【答案】(1)阳 正 Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Zn－2e－===Zn2＋ 阴 Cu2＋＋2e－===Cu
(2)B
(3)Ag、Au
(4)0.2
【解析】(1)电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，溶液中的Cu2＋得到电子后在阴极放电而析出，附着在阴极上，故粗铜作阳极，纯铜作阴极。(3)在电解时，比铜活泼的Fe、Zn先失去电子，变成Fe2＋、Zn2＋进入溶液，然后是铜失去电子，变成Cu2＋进入溶液；Ag、Au等金属不如铜活泼，沉积在电解槽底部形成阳极泥。(4)Cu2＋在阴极上得到电子形成Cu单质附着在阴极上，若纯铜片增重6.4 g，Cu的物质的量是0.1 mol，由于Cu是＋2价金属，因此电路通过的电子为0.2 mol。
【强化训练2-1】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，思考回答下列问题：
(1)阳极发生氧化反应，其电极反应式：_____________________________________________。
(2)电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加_________ (填“相等”或“不相等”)。
(3)电解后，溶液中存在的金属阳离子有________、Ni2＋等。
(4)电解后，电解槽底部含有________等金属。
【答案】(1)氧化 Ni－2e－===Ni2＋，Fe－2e－===Fe2＋；Zn－2e－===Zn2＋。
(2)不相等
(3) Fe2＋、Zn2＋
(4) Cu、Pt
【解析】(2)电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni，阴极析出的是镍，依据得失电子守恒，阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等。(4)粗镍作阳极，Fe、Zn在电极上失去电子形成阳离子进入溶液中，但Cu和Pt沉降到电解槽底部。
【强化训练2-2】氧化亚铜是杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂以及红色玻璃染色剂，利用如图所示装置制备氧化亚铜和精炼铜，已知粗铜中含有铁、碳、锌、银等杂质。下列说法错误的是( )
A．乙池中电解后X极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳
B．电压过高时，乙中可能会产生有刺激性气味的气体，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体
C．若该装置的能量转化率为80%，则当外电路有1.93×105 C电量通过(法拉第常数F＝9.65×104 C·mol－1)时可制得115.2 g的Cu2O
D．由图可知装置甲中制备Cu2O的总反应式为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑
【答案】A
【解析】C电极上H2O→H2，发生还原反应，则C电极为阴极，Cu电极为阳极，X电极为阴极，Y电极为阳极，b为电源正极，a为电源负极。X电极为阴极，Y电极为阳极，电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，所以乙池中电解后Y极附近形成的阳极泥的主要成分是银和碳，A错误；电压过高时，Cl－会在阳极放电生成Cl2，而SO不会放电，将CuCl2溶液换成CuSO4溶液可避免产生该气体，B正确；当外电路有1.93×105 C电量通过时，转移电子的物质的量为＝2 mol，该装置的能量转化率为80%，即有2 mol×80%＝1.6 mol的电子发生氧化还原反应，则生成Cu2O的物质的量为0.8 mol，其质量为115.2 g，C正确。
实验2 制作简单的燃料电池
实验装置
实验原理 1.电解水： 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，总反应式：2H2O2H2↑＋O2 2.氢氧燃料电池： 负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应式：2H2＋O2===2H2O
实验用品 仪器:U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)，3~6 V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。 药品:1 mol/L Na2SO4溶液、酚酞溶液。
实验步骤 1.电解水：在U形管中注入1 mol·L-1 Na2SO4溶液，再滴入2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接直流电源。闭合K1，接通直流电源开始电解，观察现象。 2.制作一个氢氧燃料电池：当电解水进行2 min后，打开K1，断开直流电源，将两根石墨棒用导线分别与电流表连接，闭合K2，观察现象。
实验现象 1.阳极产生气泡，阴极产生气泡，电极附近的溶液变红，阳极液面高。 2.电流表指针偏转。
实验结论 1.电解1 mol·L-1 Na2SO4溶液，阳极得到O2，阴极得到H2。 2.氢气与氧气反应由化学能转化为电能的过程可以实现。
考点1 燃料电池
1．氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
备注 燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
2．燃料电池常用的燃料
H2、CO、烃(如CH4、C2H6)、醇(如CH3OH)、肼(N2H4)等。
3．燃料电池常用的电解质
①酸性电解质溶液，如H2SO4溶液；②碱性电解质溶液，如NaOH溶液；③熔融氧化物；④熔融碳酸盐，如K2CO3；⑤质子交换膜等。
考点2 氢氧燃料电池和电解水的原理比较
氢氧燃料电池 电解水
能量 化学能→电能 电能→化学能
装置
电极反应式 负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应式：2H2＋O2===2H2O 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑
电子流向 负极→正极 负极→阴极，阳极→正极
离子流向 阳离子→正极，阴离子→负极 阳离子→阴极，阴离子→阳极
反应类型 自发的氧化还原反应 非自发的氧化还原反应
变式1 变药品、变装置、变考法
1．
【例1】某种氢燃料电池的内部结构如图，下列说法正确的是( )
A．左侧电极是负极，发生还原反应
B．右侧电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．当有0.1mol电子通过导线时，左侧消耗标准状况下1.12L气体
D．电子由a极流出经用电器达到b极，再由b极经电解质溶液流回a极形成闭合回路
【答案】C
【解析】由电子流动方向，可确定a电极为负极，b电极为正极。在负极，2H2-4e-=4H+；在正极，O2+4H++4e-=2H2O。A项，左侧电极是负极，失电子发生氧化反应，A不正确；B项，右侧电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O，B不正确；C项，当有0.1mol电子通过导线时，左侧消耗H20.05mol，标准状况下0.05mol×22.4L/mol=1.12L气体，C正确；D项，电子只能沿导线流动，不能经过电解质溶液，所以电子不能由b极经电解质溶液流回a极，D不正确；故选C。
【强化训练1-1】用于检测酒驾的酸性燃料电池酒精检测仪工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极X作负极
B．当有0.001molCH3CH2OH反应，理论上有0.002mol电子通过外电路
C．正极电极反应式是O2+4H++4e-=2H2O
D．电池工作时，质子通过交换膜从左往右迁移
【答案】B
【解析】由图示可知，电极X上乙醇转化为乙酸，碳元素化合价升高，乙醇失电子，电极X负极，电极Y是正极。A项，电极X为负极，A正确；B项，每1molCH3CH2OH被氧化为CH3COOH，则有4mol电子转移，故当有0.001molCH3CH2OH反应，理论上有0.004mol电子通过外电路，B错误；C项，正极氧气得电子结合氢离子生成水，电极反应式为：O2+4H++4e-=2H2O，C正确；D项，原电池中阳离子向正极移动，即H+向正极迁移，质子通过交换膜从左往右迁移，D正确；故选B。
【强化训练1-2】熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)是由多孔陶瓷NiO阴极、多孔陶瓷电解质(熔融碱金属碳酸盐)隔膜、多孔金属Ni阳极、金属极板构成的燃料电池。工作时，该电池的阴极(正极)反应为O2+2CO2+4e-=2CO32-，下列有关说法中错误的是( )
A．该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率
B．该类电池的H2不能用CO、CH4等替代
C．该电池工作时，要避免H2、O2的接触
D．放电时，阳极(负极)反应式为2H2+2CO32--4e-=2CO2+2H2O
【答案】B
【解析】该燃料电池中，通入燃料氢气的电极是负极，通入氧化剂氧气的电极是正极，负极反应式为H2-2e-+CO32-=CO2+H2O，正极反应式为O2+2CO2+4e-═2CO32-，放电时，电解质中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。A项，升高温度能加快反应速率，该电池较高的工作温度加快了阴、阳极的反应速率，故A正确；B项，还原性物质在负极发生氧化反应，该类电池的H2可以用CO、CH4等替代，故B错误；C项，H2、O2混合物在一定条件下可能发生爆炸，该电池工作时，要避免H2、O2的接触，防止爆炸，产生安全事故，故C正确；D项，放电时，氢气失电子发生氧化反应，阳极(负极)反应式为2H2+2CO32--4e-=2CO2+2H2O，故D正确；故选B。
变式2 变考法
【例2】HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图-2所示，两电极区间用允许K+、H+通过的半透膜隔开。
(1)电池负极电极反应式为_____________；放电过程中需补充的物质A为_________(填化学式)。
(2)图-2所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_______________。
【答案】(2)HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= HCO3-+H2O H2SO4
(2)2HCOOH+O2+2OHˉ = 2 HCO3-+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2 HCO3-
【解析】(1)左侧为负极，碱性环境中HCOOˉ失电子被氧化为HCO3-，根据电荷守恒和元素守恒可得电极反应式为HCOOˉ+2OHˉ－2eˉ= HCO3-+H2O；电池放电过程中，钾离子移向正极，即右侧，根据图示可知右侧的阴离子为硫酸根，而随着硫酸钾不断被排除，硫酸根逐渐减少，铁离子和亚铁离子进行循环，所以需要补充硫酸根，为增强氧气的氧化性，溶液最好显酸性，则物质A为H2SO4；
(2)根据装置图可知电池放电的本质是HCOOH在碱性环境中被氧气氧化为HCO3-，根据电子守恒和电荷守恒可得离子方程式为2HCOOH+O2+2OHˉ = 2 HCO3-+2H2O或2HCOOˉ+O2= 2 HCO3-。
【强化训练2-1】潜艇中使用的液氨-液氧燃料电池工作原理如图所示：
(1)电极a名称是___________。
(2)电解质溶液中OH-离子向___________移动(填“电极a”或 “电极b”)。
(3)电极b的电极反应式为___________。
【答案】(1)负极 (2)电极a (3)O2+4e-+2H2O=4OH-
【解析】(1)根据氮的化合价的变化由-3价变为0价判断，电极a是失去电子的一极做负极，电极b做正极；
(2)根据原电池中离子移动的方向实质是异性相吸，氢氧根离子向负极移动，即向电极a移动；
(3)电极b是正极，根据通入的氧气及碱性环境判断电极反应为：O2+4e-+2H2O=4OH-。
【强化训练2-2】甲醇燃料电池可使甲醇作燃料时的能量转化更高效，某种甲醇燃料电池的工作原理如图所示，其电极反应如下：2CH3OH+2H2O-12e- =12H++2CO2， 3O2+12H++12e-=6H2O。
(3)电极A的名称是_______(填“正极”或“负极”)；甲醇从_______(填“b”或“c”)处通入。
(4)甲醇燃料电池供电时的总反应方程式为_______
(5)当该装置消耗64g甲醇时，转移电子的数目为_______；若这部分电子全部用于电解水，理论上可产生标准状况下氢气_______L。
【答案】(1) 正极 c
(2) 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
(3) 12NA或7.224×1024 134.4
【解析】(1)由原电池的工作原理图可知，电子由电极B流向电极A，则电极A作正极，电极B为负极；c处通入CH3OH，发生氧化反应；
(2)甲醇燃料电池是甲醇和氧气发生氧化还原反应，故总反应方程式为：2CH3OH + 3O2 =2CO2 +4H2O；
(3)甲醇的电极反应式为：2CH3OH+2H2O-12e- =12H+ 2CO2，当该装置消耗64g甲醇即物质的量时，转移电子12mol，转移电子的数目为12NA或7.224×1024；电解水时，1molH2对应2mol电子，则产生氢气6mol，标况下氢气的体积为：。
实验3 铁钉的吸氧腐蚀实验
实验装置
实验原理 (1)负极：2Fe－4e-=2Fe2+；正极：O2+4e-+2H2O=4OH-；总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2； 后续反应：Fe(OH)2Fe(OH)3→Fe2O3 xH2O (2)负极：Zn－2e-=Zn2+；正极：2H+2e-=H2；总反应：Zn+2H+=Zn2++H2
实验用品 铁钉、锌片、饱和食盐水、稀盐酸、CuSO4溶液、水；具支试管、橡皮塞、导管、试管。
实验步骤 (1)将经过酸洗涤除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入图4-21所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化，解释引起这种变化的原因。 (2)取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1-2滴硫酸铜溶液，再观察现象。解释引起这种变化的原因。
实验现象 (1)几分钟后，导管末端的水柱液面上升，铁钉表面有锈迹产生 (2)滴有硫酸铜溶液的试管中产生气泡的速率快
实验结论 (1)铁钉在中性的食盐水溶液中易发生吸氧腐蚀。(2)电化腐蚀比化学腐蚀快
实验说明 ①装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀，装置的气密性必须良好，否则很难观察到导管末端的水柱高度变化。 ②Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，形成电化学腐蚀，速率更快。
考点1 钢铁的电化学腐蚀
1．析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
示意图
条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性
负极反应式 Fe－2e－===Fe2＋
正极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍
2．实验探究
实验操作 实验现象 实验解释
导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀
①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快
考点2 金属腐蚀的快慢比较
1．在同一种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序是电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。
2．在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀＞金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀＞金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
3．对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
变式1 变药品
【例1】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。以下有关解释合理的是( )
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
【答案】C
【解析】生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管中溶液pH都增大，D错误。
【强化训练1-1】铜板上铁铆钉的吸氧腐蚀原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中Fe、Cu均被腐蚀
D．此过程中电流从Fe流向Cu
【答案】B
【解析】铁铆钉吸氧腐蚀的正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铜作正极不被腐蚀，电子从负极通过外电路流向正极。
【强化训练1-2】宝鸡被誉为“青铜器之乡”，出土了大盂鼎、毛公鼎、散氏盘等五万余件青铜器。研究青铜器(含Cu、Sn等)在潮湿环境中发生的腐蚀对于文物保护和修复有重要意义。如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图，下列说法不正确的是( )
A．青铜器发生电化学腐蚀，图中c作负极
B．潮湿环境中Cl－浓度大时有利于多孔粉状锈的生成
C．若生成0.2 mol Cu2(OH)3Cl，则消耗的O2体积为4.48 L
D．环境中的Cl－与正、负两极反应的产物作用生成a的离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓
【答案】C
【解析】根据题图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，腐蚀过程中c作负极，A项正确；潮湿环境中的Cl－与正极反应产物氢氧根离子和负极反应产物铜离子作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓，潮湿环境中Cl－浓度大时，有利于多孔粉状锈的生成，B、D项正确；未指明是否为标准状况，无法计算消耗的O2体积，C项错误。
变式2 变装置
【例2】化学小组研究金属的电化学腐蚀，实验如下：
实验 Ⅰ Ⅱ
装置
现象 锌片附近处颜色无变化，裸露在外的铁钉附近处出现红色。 铜片附近处出现红色，裸露在外的铁钉附近处出现蓝色
下列说法正确的是( )
A．实验I和Ⅱ中铁钉均为负极
B．实验I和Ⅱ中均发生吸氧腐蚀，且铁钉腐蚀速度实验实验Ⅱ
C．一段时间后，实验I铁钉附近也出现了蓝色，可能是K3[Fe(CN)6]氧化了单质Fe
D．一段时间后，实验I和实验Ⅱ中均出现红褐色
【答案】C
【解析】A项，实验I中锌比铁活泼，锌为负极，实验Ⅱ中铁比铜活泼，铁为负极，故A错误；B项，实验I和Ⅱ中都是中性环境，均发生吸氧腐蚀，实验I中锌为负极，铁为正极被保护，铁钉腐蚀速度实验I＜实验Ⅱ，故B错误；C项，一段时间后，实验I铁钉附近也出现了蓝色，说明溶液中存在Fe2+，可能是K3[ Fe(CN)6]氧化了单质Fe，故C正确；D项，实验I中锌为负极，铁为正极，溶液中不会生成Fe3+，不会出现红褐色沉淀，实验Ⅱ中铁为负极，生成Fe2+，正极O2得电子生成OH-，得到的Fe(OH)2会被O2氧化为Fe(OH)3红褐色沉淀，故D错误；故选C。
【强化训练2-1】如图所示是探究铁发生腐蚀的装置图，下列说法正确的是( )
A．若B处液面上升，A溶液可能是酸性溶液
B．若A溶液为NaCl溶液，B、C液面始终保持不变
C．可能产生Fe2O3·nH2O
D．腐蚀的总反应式一定是2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
【答案】C
【解析】析氢腐蚀的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，使B处液面下降，则A溶液不可能是酸性溶液，A错误；若A溶液为NaCl溶液，则发生吸氧腐蚀，B处液面上升，B错误；发生吸氧腐蚀：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水，氧化产物变为Fe2O3·nH2O，C正确；如果是析氢腐蚀，总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，D错误。
【强化训练2-2】下列对生铁片锈蚀对比实验的分析正确的是( )
序号 ① ② ③
实验
现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀
A．对比实验①②③，说明苯能隔绝O2
B．实验①中，生铁片未见明显锈蚀的主要原因是缺少O2
C．实验②中，饱和食盐水中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀
D．实验③中，属于铁的吸氧腐蚀，负极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
【答案】C
【解析】对比①②③，说明生铁腐蚀，碳为正极，铁为负极，需足量O2和水，由实验③可知，生铁片明显锈蚀，说明苯不能隔绝O2，故A错误；原电池的形成条件：有两个活泼性不同的电极、电解质溶液、闭合回路，实验①中，苯不是电解质溶液，生铁难以腐蚀，故B错误；实验③中，铁是负极，发生氧化反应，生成Fe2＋，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，故D错误。
实验4 牺牲阳极法实验
实验装置
实验原理 锌电极：Zn－2e-=Zn2+； 铁电极：2H++2e-=H2↑； 总反应：Zn+2H+=Zn2++H2↑
实验用品 K3[Fe(CN)6]溶液、酸化的 3%NaCl溶液、酚酞溶液、琼脂；Zn、Fe、电压表、烧杯、培养皿。
实验步骤 ①按图连接好装置，观察电压表和铁电极上的现象。往铁电极区滴入 2 滴黄色 K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察烧杯内溶液颜色的变化。 ②将1g琼脂加入250mL烧杯中，再加入50mL和食盐水和150mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5-6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2～3cm的铁钉，用砂纸擦光。如图(a)所示，将裹有锌皮的铁钉放入上述的一个培养皿中；如图(b)所示，将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中，观察实验现象
实验现象 ①电压表指针发生偏转，铁电极上有气泡产生；往铁电极区滴入 K3[Fe(CN)6]溶液后，溶液不变蓝色。 ②a中溶液变红色，b中铁钉附近出现蓝色沉淀，铜丝附近溶液变红色。
实验结论 ①图示装置构成了原电池，较活泼金属锌被腐蚀，铁未被腐蚀(被保护)。 ②实验②说明裹有锌皮的铁钉未被腐蚀，铁被保护，缠有铜丝的铁钉被腐蚀，铁未被保护。
考点1 吸氧腐蚀
1．裹有锌皮的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氧腐蚀。锌比铁活泼，锌一端为负极(阳极)，锌失去电子变成锌离子，铁钉为正极(阴极)，氧气得到电子，变成氢氧根离子使该端溶液的碱性增强酚酞变红。
2．缠有铜丝的铁钉在食盐的琼脂溶液中形成腐蚀电池，属于吸氧腐蚀。铁比铜活泼，铁一端为负极(阳极)，铁失去电子变成铁离子，铁离子与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀；铜一端为正极(阴极)，氧气得到电子，生成的氢氧根离子使该端溶液的碱性增强，酚酞变红。
考点2 电化学保护法
1．牺牲阳极法
(1)原理：原电池原理，被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。
(2)应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。
2．外加电流法
原理：电解池原理，被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连。
应用：钢铁闸门、高压线铁架、地下管道连接直流电源的负极。
变式1 变药品
【例1】验证牺牲阳极法实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
① 在Fe表面生成蓝色沉淀
② 试管内无明显变化
③ 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】对比②③，②Fe附近的溶液中，不含Fe2＋，③Fe附近的溶液中，含Fe2＋，②中Fe被保护，A正确；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①②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2＋，B正确；对比①②，①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，C正确；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，D错误。
【强化训练1-1】取琼脂、饱和食盐水的混合溶液倒入培养皿中，滴入几滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀，放入裹有锌片的铁钉(如下图所示)，一段时间后，下列说法不正确的是( )
A．锌片附近琼脂颜色变红
B．铁钉上的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-
C．离子在半凝固态的琼脂内可定向移动
D．将锌片改为铜片，琼脂中会出现蓝、红、蓝三个色块
【答案】A
【解析】将裹有锌片的铁钉放入琼脂、饱和食盐水的混合溶液中，滴入几滴酚酞和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀，形成原电池，其中锌作负极、铁作正极，负极电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，正极电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-。A项，根据以上分析可知，氧气在正极放电，生成氢氧根，所以铁附近变红，A错误；B项，铁钉作正极，铁钉上的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH-，B正确；C项，该装置形成原电池，所以离子在半凝固态的琼脂内可定向移动，C正确；D项，将锌片改为铜片，仍能形成原电池，此时铁作负极，发生氧化反应，其电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应产生蓝色沉淀，铜作正极，其电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH- ，生成氢氧根，所以铜电极附近变红，由于铜裹在铁的中段，所以琼脂中会出现蓝、红、蓝三个色块，D正确；故选A。
【强化训练1-2】将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是( )
A．阴极的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【答案】C
【解析】A项，阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故A错误；B项，阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，故B错误；C项，金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故C正确；D项，海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故D错误；故选C。
变式2 变装置
【例2】某城市为了减少钢管因锈蚀而造成的损失，拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法正确的是( )
A．在潮湿的酸性土壤中钢管主要发生吸氧腐蚀
B．在潮湿的酸性土壤中金属棒M中的电子通过导线流向钢管
C．在潮湿的酸性土壤中H＋向金属棒M移动，抑制H＋与铁的反应
D．钢管与金属棒M也可用导线分别连接直流电源的正、负极
【答案】B
【解析】在酸性环境下，钢铁主要发生析氢腐蚀，A项错误；金属棒M、钢管在酸性土壤中形成原电池，其中金属棒M作负极，失去电子，失去的电子通过导线流向钢管，钢管作正极被保护，B项正确；在潮湿的酸性土壤中，存在大量H＋，H＋移动到正极上得电子被还原，即移动到钢管上得电子，抑制H＋与铁的反应，C项错误；若钢管与金属棒M用导线分别连接直流电源的正、负极，则钢管作阳极，腐蚀速率加快，D项错误。
【强化训练2-1】闸门由钢质材料制作，长期浸于水中，通常采用如图装置对钢闸门进行保护。下列说法不正确的是( )
A．a、b间用导线连接时，则X可以是锌莫测 B．a、b间接入电源时，a应连在电源的负极上
C．X应定期更换 D．a、b间用导线连接时，则X发生还原反应
【答案】D
【解析】a、b用导线连接时形成原电池，若要保护钢闸门，则X活泼性应强于铁，X可以是锌，A正确；若接入电源，则a应连电源的负极作阴极，B正确；X不断消耗，应定期更换，C正确；a、b用导线连接时形成原电池，X失去电子发生氧化反应，D错误。
【强化训练2-2】某实验小组欲探究牺牲阳极法的原理，设计如图实验装置：
实验Ⅰ：向烧杯中加入一定量的饱和食盐水，插入两个无底玻璃筒。将一根锌棒和一根铁棒用导线与电流表连接后，再分别插入两个玻璃筒中，电流表指针发生偏转。
(1)锌棒上发生的电极反应为________________________________________________；
铁棒上发生的电极反应为________________。
(2)从铁棒附近取少量溶液于试管中，再向试管中滴加几滴K3[Fe(CN)6]溶液，无明显现象，这说明该实验中无________产生。
实验Ⅱ：该小组的同学将锌棒换为铜棒，并用导线将其与电流表连接。一段时间后，从插入铁棒的玻璃筒内取少量溶液于试管中，再向试管中滴入几滴K3[Fe(CN)6]溶液，向插入铜棒的玻璃筒内滴入几滴酚酞溶液。
(3)实验Ⅱ中电流表指针的偏转方向与实验Ⅰ________(填“相同”或“相反”)。
(4)在铁棒和铜棒附近可观察到的现象分别是__________________、____________________。
(5)上述两个实验表明，活泼性不同的两种金属作电极构成原电池时，一般是相对________(填“活泼”或“不活泼”)的金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为____________。
【答案】(1)2Zn－4e－===2Zn2＋ 2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(2)Fe2＋
(3)相反
(4)产生蓝色沉淀 溶液变红色
(5)不活泼 牺牲阳极法
【解析】(1)锌、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的是吸氧腐蚀，锌作负极被腐蚀，铁作正极被保护。
(3)铜、铁、氯化钠溶液构成原电池时，发生的也是吸氧腐蚀，铜作正极被保护，铁作负极被腐蚀。由于两次实验中原电池的电子流向相反，所以电流表指针的偏转方向也相反。
(4)铁作负极时，Fe失去电子生成Fe2＋，与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，铜作正极，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故在铜棒附近溶液变红色。
(5)对比两个实验可知，一般情况下，发生吸氧腐蚀时，活泼金属被腐蚀，不活泼金属被保护，根据此原理采取的金属防护方法称为牺牲阳极法。
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