1、必备知识 整合 关键能力 突破 第第3 3讲电解池金属的电化学讲电解池金属的电化学 腐蚀与防护腐蚀与防护 必备知识 整合 关键能力 突破 一、电解原理及规律一、电解原理及规律 必备知识 整合 1.电解原理电解原理 (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:将电能转化为化学能的装置。 必备知识 整合 关键能力 突破 (3)电解池的构成 a.有与电源相连的两个电极;b.电解质溶液(或熔融电解质); c.形成闭合回路。 (4)电解池工作原理示意图 必备知识 整合 关键能力 突破 2.阴、阳极的判断及电极反应式的书写阴、阳极的判断及电极反应式的书写
2、 (1)判断电解池的阴、阳极 a.根据外接电源的正、负极判断:电源正极连接阳极,电源负极连接 阴极。 b.根据电极产物判断:电极溶解、逸出O2(或电极区变酸性)或逸出Cl2的为 阳极;析出金属、逸出H2(或电极区变碱性)的为阴极。 (2)电极反应式的书写步骤 a.分析电解质溶液(或熔融电解质)的组成:找全离子并分阴、阳两组(不要忘 记水溶液中的H+和OH-)。 必备知识 整合 关键能力 突破 b.排出阴、阳两极的放电顺序 必备知识 整合 关键能力 突破 注意.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。.最常用、最重要的放电顺序为阳极:Cl-OH-; 阴极
3、:Ag+Cu2+H+。.电解水溶液时,K+、Ca2+、Na+、Mg2+、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。 (3)写出两极电极反应式 a.阳极:活性电极失去电子生成相应的金属阳离子;溶液中的阴离子 失去电子生成相应的单质或高价态化合物。 b.阴极:溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。 必备知识 整合 关键能力 突破 (4)写出电解总反应式 在两极转移电子数目相同的前提下,两极反应式相加即可得总反应的化学方 程式或离子方程式。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.以惰性电极电解电解质溶液的规律以惰性电极电解电解质溶液的规律
4、 类型实例电极反应特点电解质溶液变化pH 使电解质 溶液复原 电解 水型 NaOH 阴极:4H+4e- 2H2 阳极:4OH-4e- 2H2O+O2 浓度增大增大加水 H2SO4浓度增大减小加水 Na2SO4浓度增大不变加水 必备知识 整合 关键能力 突破 电解电 解质型 HCl 电解质电离出的阴、阳离子 分别在两极放电 浓度减小增大通氯化氢 CuCl2浓度减小加氯化铜 放H2 生碱型 NaCl 阴极:H2O放H2生成OH- 阳极:电解质阴离子放电 生成新电解质增大通氯化氢 放O2 生酸型 CuSO4 阴极:电解质阳离子放电 阳极:H2O放O2生成H+ 生成新电解质减小加氧化铜 必备知识 整合
5、 关键能力 突破 二、电解原理的应用二、电解原理的应用 1.氯碱工业氯碱工业 总反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.电镀电镀 镀层金属作阳极,待镀元件作阴极,电解质溶液中含有镀层金属离子。 如铁上镀锌: 必备知识 整合 关键能力 突破 3.电解精炼铜电解精炼铜 4.电冶金电冶金 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 必备知识 整合 关键能力 突破 三、金属的腐蚀与防护三、金属的腐蚀与防护 1.金属腐蚀的本质金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变成金属阳离子,金属发生氧化反应。 2.金属腐蚀的类型金属腐蚀的类
6、型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀 化学腐蚀电化学腐蚀 条件金属与接触到的物质直接反应不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应 现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀 区别无电流产生有微弱电流产生 联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更快,危害也更严重 必备知识 整合 关键能力 突破 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例) 析氢腐蚀吸氧腐蚀 条件水膜酸性较强水膜酸性很弱或呈中性 电极 反应 负极Fe-2e- Fe2+ 正极2H+2e- H2O2+2H2O+4e- 4OH- 总反应式Fe+2H+ Fe2+H22Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2 联系吸氧腐蚀更普遍 必备知识 整合 关键能力
7、突破 3.金属的保护金属的保护 必备知识 整合 关键能力 突破 1.易错易混辨析(正确的画“”,错误的画“”)。 (1)电解池的阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应() (2)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极() (3)Fe3+在电解池阴极放电时的电极反应式为Fe3+3e-Fe() (4)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变() (5)用铜作电极电解CuSO4溶液的离子方程式为2Cu2+2H2O2Cu+O2+4H+ () 必备知识 整合 关键能力 突破 (6)可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀() (7)电解熔融的氧化铝制取金属铝,用铁作阳极() (
8、8)与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀() (9)钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀() (10)用如下图所示装置电解精炼铝() 必备知识 整合 关键能力 突破 2.写出下列相关的电极反应式和总反应方程式。 阳极反应式阴极反应式总反应方程式 (1)用惰性电极电解 AgNO3溶液 (2)用惰性电极电解 MgCl2溶液 (3)用铜作电极电解 NaCl溶液 (4)用惰性电极电解 Na2SO4溶液 2H2O-4e- O2+4H+ 4Ag+2H2O4Ag+ O2+4H+ 4Ag+4e- 4Ag 2Cl-2e-Cl22H +2e- H2 Mg2+2Cl-+2H2O Mg(OH)2+Cl2+H2 C
9、u-2e-Cu2+ 2H2O+2e- 2OH-+H2 Cu+2H2OCu(OH)2+ H2 2H2O2H2+O2 2H2O-4e-O2+ 4H+ 4H+4e-2H2 必备知识 整合 关键能力 突破 3.如图所示,甲、乙两试管中各放一枚铁钉,甲试管中为NH4Cl溶液,乙试管中 为NaCl溶液,数天后导管中观察到的现象是红墨水液面左低右高,甲中 正极反应为2H+2e-H2,乙中正极反应为2H2O+O2+4e-4OH-。 试管中残留气体平均相对分子质量的变化为甲减小(填“增大”“减小” 或“不变”,下同),乙减小。 必备知识 整合 关键能力 突破 典例探究典例探究 例例1下图装置()是一种可充电电池
10、,装置()为电解池。装置()的离子 交换膜只允许Na+通过,已知电池充、放电的化学方程式为2Na2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr,当闭合开关K时,电极X附近溶液变红。 考点一电解原理及规律 关键能力 突破 必备知识 整合 关键能力 突破 下列说法正确的是() A.闭合开关K时,Na+从右到左通过离子交换膜 B.闭合开关K时,负极反应式为3NaBr-2e- NaBr3+2Na+ C.闭合开关K时,当有0.1molNa+通过离子交换膜时,X电极上放出标准状况下 气体1.12L D.闭合开关K时,电极X的电极反应式为2Cl-2e-Cl2 C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析当闭合开
11、关K时,电极X附近溶液变红,即X附近有氢氧根离子生成,所 以电极X得电子析出氢气,电极X是阴极,电极Y是阳极。闭合开关K时,装置 ()左边与阴极相连,是负极,右边是正极,原电池中,阳离子移向正极,所以钠 离子从左到右通过离子交换膜,故A项错误;闭合开关K时,负极上失电子发生 氧化反应,电极反应式为2Na2S2-2e-Na2S4+2Na+,故B项错误;闭合开关K时, 当有0.1mol钠离子通过离子交换膜,即有0.1mol电子产生,根据氢气与电子 的关系式知,生成的氢气体积为1.12L(标准状况下),故C项正确;闭合开关K 时,电极X是阴极,溶液中的氢离子放电生成氢气,所以电极反应式为2H+2e-
12、 H2,故D项错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 名师点拨名师点拨 电极方程式的书写技巧四步法 第一步:明确电极反应物和生成物,利用原子守恒写出反应物和生成物的关系 式; 第二步:依化合价变化,写出得失电子总数; 第三步:根据电解质情况补充阴、阳离子,使式子两边电荷相等; 第四步:由原子守恒,用观察法彻底配平。 必备知识 整合 关键能力 突破 例例2(2020湖北黄冈月考)用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合液250mL,经 过一段时间后,两极均得到11.2L气体(标准状况),则下列有关叙述中正确的 是() A.阳极只可能发生电极反应:4OH-4e-2H2O+O2 B.两极得到的气体均
13、为混合气体 C.若Cu2+的起始浓度为1molL-1,则Cl-的起始浓度为2molL-1 D.Cu2+的起始物质的量应大于0.5mol C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析根据阴、阳离子的放电顺序可知,阳极先发生反应2Cl-2e-Cl2, 然后发生反应4OH-4e-2H2O+O2,A错误;阴极先发生反应Cu2+2e- Cu,然后发生反应2H+2e-H2,故阴极得到的气体只有H2,B错误;两极均 得到标准状况下11.2L气体,则n(H2)=0.5mol,结合B项分析可知,阴极得到电 子0.5mol2+1molL-10.25L2=1.5mol,若阳极只有Cl2生成,则失去电子 0.5mol
14、2=1mol,不符合得失电子守恒,故还有O2生成,根据得失电子守恒及 气体总物质的量可得:n(Cl2)2+n(O2)4=1.5mol,n(Cl2)+n(O2)=0.5mol,故 n(Cl2)=n(O2)=0.25mol,所以Cl-的起始浓度为2molL-1,C正确;由C项分析可知, Cu2+完全反应,Cu2+的起始物质的量可以为0.25mol,小于0.5mol,D错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 名师点拨名师点拨 电化学计算的基本方法 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH计算、相对原 子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等,通常有下 列几种方法: 必备
15、知识 整合 关键能力 突破 常见微粒间的计算关系式为4e-4H+ 4OH- 4Cl- 4Ag+ 2Cu2+ 2H2 O2 2Cl2 4Ag 2Cu。 必备知识 整合 关键能力 突破 特别提醒特别提醒在电化学计算中,还常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19 C 来计算电路中通过的电量。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组训练题组训练 题组一电解原理和电解规律题组一电解原理和电解规律 1.用电解水的方法分析水的组成时,需要加入一些电解质以增强水的导电性, 不宜加入的物质是() A.Na2SO4B.H2SO4C.KOHD.NaCl 解析解析加入NaCl,电解NaCl溶液时阴极生成H2
16、,阳极产生氯气,D项符合题意。 D 必备知识 整合 关键能力 突破 A.逸出气体的体积,电极B是电极A的2倍 B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出具有 刺激性气味气体 C.电极A附近呈红色,电极B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 2.(2020浙江台州月考)下图是用石墨作电极电解稀Na2SO4溶液的装置,通电 后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴紫色石蕊溶液。下列有关叙述正确的 是()D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析电极A和B的反应式分别为4H2O+4e-2H2+4OH-、2H2O-4e- O2+4H+,相同温度和压强下,电极A生成气
17、体体积是电极B的2倍,A项错误; 阳极上生成O2,阴极上生成H2,O2和H2都是无色、无味气体,B项错误;由电极反 应式知,电极A附近溶液呈碱性,电极B附近溶液呈酸性,则电极A附近溶液呈 蓝色,电极B附近溶液呈红色,C项错误;用惰性电极电解稀Na2SO4溶液,实质是 电解水,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性,D项正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.(2020广州黄埔月考)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制 溶液pH为910,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法 不正确的是() A.用石墨作阳极,铁作阴极 B.阳极的电极反应式
18、:Cl-+2OH-2e-ClO-+H2O 题组二电极反应式的书写及正误判断题组二电极反应式的书写及正误判断 C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2+2OH- D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2+2CO2+5Cl-+H2O D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析石墨作阳极,为惰性电极,溶液中的Cl-放电,电极反应式:Cl-+2OH-+2e- ClO-+H2O,铁作阴极,在碱性环境下发生反应:2H2O+2e-H2+2OH-, 故A、B、C正确;pH为910的碱性溶液中H+不可能参加反应,除去CN-的反应 为2CN-+5ClO-+H2ON2+2CO2+5Cl-+2OH-
19、,故D错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(2020江西宜春月考)在微电子工作中NF3常用作氮化硅的蚀刻剂,工业上通 过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3,其电解原理如图所示。 必备知识 整合 关键能力 突破 a电极为电解池的阳(填“阴”或“阳”)极,写出该电极的电极反应式: N+3F-6e-NF3+4H+;电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体 单质,该气体的分子式是F2。 4 H 解析解析由题图可知,H+在b电极上得到电子生成氢气,故b为阴极,则a为阳极,阳 极上N失去电子生成NF3,电极反应式为N+3F-6e-NF3+4H+;依据电 解原理可知,F-也可能失去电子生成氟单质,
20、故该气体单质为氟气。 4 H 4 H 必备知识 整合 关键能力 突破 5.(2020山西太原月考)将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通 电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑 水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为() A.410-3molL-1B.210-3molL-1 C.110-3molL-1D.110-7molL-1 题组三有关电解的计算题组三有关电解的计算 解析解析根据2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2,得n(H+)=2n(H2SO4)=2n(Cu)= =0.002mol,c(H+)=410-3molL-1,
21、A项正确。 1 2 0.064g 64g mol 0.002mol 0.5L A 必备知识 整合 关键能力 突破 6.用惰性电极电解100mL4molL-1Cu(NO3)2溶液,一定时间后在阳极收集到 标准状况下气体1.12L。停止电解,向电解后的溶液中加入足量的铁粉,充分 作用后溶液中Fe2+的浓度为(设溶液的体积不变)() A.0.75molL-1B.3molL-1C.4molL-1D.3.75molL-1 解析解析本题涉及的反应过程可分为两个阶段,第一阶段是电解Cu(NO3)2溶液, 第二阶段是硝酸、硝酸铜的混合溶液与足量的铁粉反应。电解后溶液中硝 酸和硝酸铜的物质的量分别为0.2mol
22、、0.3mol,前者与足量的铁粉反应生成 0.075mol硝酸亚铁,后者与足量的铁粉反应生成0.3mol硝酸亚铁,故充分作 用后溶液中Fe2+的浓度为=3.75molL-1。 0.075mol0.3mol 0.1L D 必备知识 整合 关键能力 突破 考点二电解原理的应用 典例探究典例探究 例例某同学组装了如图所示的电化学装置。电极为Al,其他电极均为Cu, 则() A.电极发生还原反应 B.电极逐渐溶解 C.电流方向:电极电极 D.电极的电极反应:Cu2+2e-Cu C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析根据题图可判断左边两池通过盐桥构成原电池,电极为负极,电极 为正极,与负极相连的电
23、极为电解池的阴极,与正极相连的电极为电解池 的阳极。电极为负极,失去电子,发生氧化反应,故A错误;电极为正极,电 解质溶液中的铜离子在正极得到电子生成铜单质,电极有铜析出,故B错误; 电极为负极,电极为电解池的阴极,所以电流方向:电极电 极,故C正确;电极为阳极,电极反应为Cu-2e-Cu2+,故D错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 名师点拨名师点拨 多池串联装置常见类型 必备知识 整合 关键能力 突破 类型1:图甲,无外接电源,二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置),为电 解装置提供电能,其中两个电极活动性差异大者为原电池,即左侧为原电池, 右侧为电解池。 类型2:图乙,有外接电源,
24、两装置均为电解池,且串联电解,通过电路的电子的 物质的量相等。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组训练题组训练 题组一电解原理的常规应用题组一电解原理的常规应用 1.(2020湖南岳阳月考)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是铁片 D.制取金属镁时,Z是氯化镁溶液 C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析氯碱工业中阳极是Cl-放电生成Cl2,A项错误;电解精炼铜时阳极粗铜溶 解,阴极Cu2+放电析出Cu,但是粗铜中含有锌
25、、铁、镍等杂质,使得溶液中Cu2+ 浓度变小,B项错误;铁片上镀铜时,阴极是铁片,阳极是纯铜,C项正确;制取金 属镁时,Z是熔融的氯化镁,D项错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.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,下列叙述正确的是(已知:氧化性:Fe2+Ni2+ FeNiCuPt,发生氧化反应时,电极反应依次为Zn-2e-Zn2+、Fe-2e- Fe2+、Ni-2e-Ni2+,错误;B项,电解过程中,阳极Zn、Fe、Ni溶解,Cu、Pt沉 积到电解槽底部,阴极只析出Ni,两极转移的电子数相等,阳极质量的减少量 与阴极质量的增加量不
26、一定相等,错误;C项,Cu和Pt的还原性比Ni的弱,不能 失去电子,以沉淀的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥,正确;D项,电解后,溶 液中存在的金属阳离子除了Fe2+、Zn2+外,还有Ni2+,错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组二电解原理的创新应用题组二电解原理的创新应用带膜的电解池带膜的电解池 3.以纯碱溶液为原料,通过电解的方法可制备小苏打,原理装置图如下:装置工 作时,下列有关说法正确的是() A.乙池电极接电池正极,气体X为H2 B.Na+由乙池穿过交换膜进入甲池 C.NaOH溶液Z比NaOH溶液Y浓度大 D.甲池电极反应:4C-4e-+2H2O4HC+O2 2 3 O 3
27、O D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由题图可知,放出氧气的电极为阳极,则乙池电极为电解池阴极,和电 源负极连接,溶液中氢离子放电生成氢气,A项错误;电解池中阳离子移向阴 极,钠离子移向乙池,B项错误;阴极附近氢离子放电破坏了水的电离平衡,电 极附近氢氧根离子浓度增大,NaOH溶液Y比NaOH溶液Z浓度大,C项错误;电 解质溶液中氢氧根离子放电生成氧气,氢离子浓度增大,碳酸根离子结合氢离 子生成碳酸氢根离子,出口为碳酸氢钠溶液,则电极反应为4C+2H2O-4e- 4HC+O2,D项正确。 2 3 O 3 O 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(2020山东德州月考)电解法制备磷酸二
28、氢钾(KH2PO4)的装置如图所示。下 列说法正确的是()C 必备知识 整合 关键能力 突破 A.与a电极相连接的电源电势比b电极的高 B.离子交换膜x、y分别为阳离子、阴离子交换膜 C.电解时,理论上相同时间内通过交换膜的阴、阳离子数相等 D.当外电路中通过1mol电子时,会有11.2L的Cl2生成 解析解析根据题图可知a电极为电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,与b电极 相连接的电源电势比a电极的高,故A错误;离子交换膜x为阴离子交换膜,离子 交换膜y为阳离子交换膜,故B错误;中和室生成KH2PO4,K+、H2P的个数比 为1 1,故C正确;电路中通过1mol电子时,会生成0.5molCl
29、2,未给出气体的状 态条件,无法计算其体积,故D错误。 4 O 必备知识 整合 关键能力 突破 题组三电化学中的题组三电化学中的“多池组合多池组合”装置分析装置分析 5.(2020山西忻州月考)如图,甲池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+ 6H2O。下列说法不正确的是()A 必备知识 整合 关键能力 突破 A.甲池中每消耗2molCH3OH,电解液中通过12mol电子 B.反应一段时间后,向乙池中加入一定量的CuO固体能使CuSO4溶液恢复原 浓度 C.反应一段时间后,丙池中会产生白色沉淀且不会溶解 D.反应一段时间后,甲、乙两池pH均减小 必备知识 整合 关键能力 突破
30、解析解析甲池CH3OH中C元素由-2价升高为+4价,故每消耗2molCH3OH,电路 中通过2mol+4-(-2)=12mol电子,但电子不通过电解液溶液,A项错误;甲池 中投放甲醇的电极是负极,投放氧气的电极是正极,所以乙池中石墨是阳极, 银电极是阴极,电解时,石墨极上析出氧气,银极上析出铜,所以要使CuSO4溶 液恢复到原浓度可加入一定量的CuO固体,B项正确;丙池中两电极发生的反 应分别为2Cl-2e-Cl2、2H2O+2e-H2+2OH-,然后Mg2+和阴极的产 物发生反应Mg2+2OH-Mg(OH)2,Mg(OH)2不溶解,C项正确;根据甲、 乙两池的总反应式2CH3OH+3O2+4
31、OH-2C+6H2O和2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4可知,反应一段时间后,甲、乙两池pH均减小,D项正确。 2 3 O 必备知识 整合 关键能力 突破 6.利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5,装置如图 所示,下列说法正确的是()B 必备知识 整合 关键能力 突破 A.b电极反应式是O2+4e-+2H2O4OH- B.电解后乙装置中d电极附近溶液的pH不变 C.c电极反应式为N2O4-2e-+H2ON2O5+2H+ D.甲装置中每消耗1molSO2,乙装置中有1molH+通过隔膜 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析A项,甲装置为原电池,其中a电极
32、为负极,b电极为正极,正极电极反应 式为O2+4e-+4H+2H2O,错误;B项,乙装置是电解池,均采用了惰性电极,d电 极为阴极,电极反应式为2H+2e-H2,虽然消耗了H+,但同时有等量的H+ 从阳极区迁移过来,故溶液的pH不变,正确;C项,c电极为阳极,发生氧化反应: N2O4-2e-+2HNO32N2O5+2H+,错误;D项,甲装置中消耗1molSO2转移2mol 电子,根据得失电子守恒可知,乙装置中有2molH+通过隔膜,错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 考点三金属的腐蚀与防护 典例探究典例探究 例例利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护,下列说法不正确的是()B 必备知识 整
33、合 关键能力 突破 A.若X为锌棒,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀 B.若X为锌棒,开关K置于M处,铁电极发生反应:Fe-2e-Fe2+ C.若X为碳棒,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀 D.若X为碳棒,开关K置于N处,铁电极发生反应:2H+2e-H2 解析解析若X为锌棒,开关K置于M处,形成原电池,此时金属锌为负极,金属铁为 正极,氧气在铁电极上发生还原反应,金属铁被保护,可减缓铁的腐蚀,故A正 确、B错误;若X为碳棒,开关K置于N处,形成电解池,此时金属铁为阴极,H+在 铁电极上发生还原反应,金属铁被保护,可减缓铁的腐蚀,故C、D正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 名师点拨名师点拨 1.
34、判断金属腐蚀快慢的一般规律 (1)对同一电解质溶液来说,腐蚀速率: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腐措施的腐蚀。 (2)对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率:强电解质溶液中弱电解质溶液 中非电解质溶液中。 (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。 2.两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。 必备知识 整合 关键能力 突破 题组训练题组训练 题组一金属的电化学腐蚀题组一金属的电化学腐蚀 1.(2020江西南昌检测)如图各容器中盛有海水,铁在其中腐蚀时的顺序是 () A.(4)(2)(1)(3)B.(2)(1)(3)(
35、4)C.(4)(2)(3)(1)D.(3)(2)(4)(1) B 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析金属腐蚀速率:金属作阳极的电解池作负极的原电池化学腐蚀作 正极的原电池作阴极的电解池,因此顺序是(2)(1)(3)(4),故B项正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 2.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是()C 必备知识 整合 关键能力 突破 A.图甲中,铁钉易被腐蚀 B.图乙中,滴加少量K3Fe(CN)6溶液,没有蓝色沉淀出现 C.图丙中,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.图丁中,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 解析解析题
36、图甲中,铁钉处于干燥环境,不易被腐蚀,A项错误;题图乙中,负极反 应为Fe-2e-Fe2+,Fe2+与Fe(CN)63-反应生成Fe3Fe(CN)62蓝色沉淀,B项错 误;题图丁中,为牺牲阳极的阴极保护法,镁块相当于原电池的负极,D项错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.(2020山西太原模拟改编)深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作 用下,能被硫酸根离子腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示。下列说法正确的 是() A.铁管道发生的是吸氧腐蚀 B.输送暖气的管道也易发生此类腐蚀 C.这种情况下,土壤的pH增大 D.管道上刷富铜油漆可以延缓管道的腐蚀 题组二金属的保护题组二金属的保护 C
37、必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由题图可知,负极反应为Fe-2e-Fe2+,正极反应为S+5H2O+8e- HS-+9OH-。铁管道的腐蚀过程中,氧气并未参与反应,所以不是吸氧腐 蚀,故A项错误;硫酸盐还原菌是蛋白质,在高温下易变性,失去催化效率,则输 送暖气的管道不易发生此类腐蚀,故B项错误;由正、负极的电极反应可知,铁 管道腐蚀过程中,OH-浓度增大,土壤pH增大,故C项正确;管道上刷富铜油漆, 形成Cu-Fe原电池,Fe作负极,加快管道的腐蚀,故D项错误。 2 4 O 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(2020河北邯郸模拟)据报道,中国的国产航母已经下水。为保护航母、延 长其
38、服役寿命可采用两种电化学防腐方法。方法1,舰体镶嵌一些金属块;方 法2,航母舰体与电源相连。下列有关说法正确的是() A.方法1叫外加电流的阴极保护法 B.方法2叫牺牲阳极的阴极保护法 C.方法1中金属块可能是锌、锡或铜 D.方法2中舰体连接电源的负极 D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析方法1:舰体镶嵌一些比铁活泼性强的金属块,形成原电池,舰体作原电 池的正极而受到保护,这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法,A、C两项错误;方 法2:航母舰体与外加直流电源的负极相连,形成电解池,舰体作电解池的阴极 而受到保护,这种方法叫外加电流的阴极保护法,B项错误、D项正确。 必备知识 整合 关键能力
39、突破 1.(2020课标,12,6分)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节 能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入到无色WO3薄膜 中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色,对于该变化过程,下列叙述错误的是() A.Ag为阳极 B.Ag+由银电极向变色层迁移 C.W元素的化合价升高 D.总反应为:WO3+xAgAgxWO3 C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析本题重点考查电解原理及其应用。根据题给装置图可知,该装置有外 接电源,为电解池,且Ag电极作阳极,故A项正确;通电时,阳极反应式为Ag-e- Ag+,生成的Ag+通过固体电解质进入电致变色层,与WO3结合得到A
40、gxWO3, W的化合价降低,阴极反应式为WO3+xe-W,总反应为xAg+WO3 AgxWO3,故B、D项正确,C项错误。 3 O x 必备知识 整合 关键能力 突破 2.(2020山东,13,4分)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双 氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的 影响,下列说法错误的是() A.阳极反应为2H2O-4e-4H+O2 B.电解一段时间后,阳极室的pH未变 C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移 D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极 反应的O2等量 D 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析根据题给电解装置图可知,电解池右侧O2参加反应生成H2
41、O2,a极为阳 极,b极为阴极。电解时,阳极的电极反应式为2H2O-4e-4H+O2,阴极的 电极反应式为4H+2O2+4e-2H2O2,A正确;根据电极反应式及得失电子守 恒可知,阳极生成的H+通过质子交换膜进入阴极区最终转化为H2O2,阳极区H+ 的物质的量浓度不发生变化,pH不变,B、C正确;设电解时转移电子为4mol, 则阳极生成1molO2,阴极消耗2molO2,D错误。 必备知识 整合 关键能力 突破 3.(2018课标,13,6分)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。示意图如下图所示,其中电极分别为 ZnO石墨烯(石墨烯包
42、裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+ 必备知识 整合 关键能力 突破 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+H2SCO+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 C 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析由石墨烯电极区反应可知该极发生氧化反应,为阳极,则ZnO石墨 烯为阴极。阴极的电极反应为CO2+2H+2e
43、-CO+H2O,A正确;装置工作时 涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根 据得失电子守恒可知总反应为CO2+H2SCO+H2O+S,B正确;石墨烯与电 源正极相连,ZnO石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO石墨 烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存在,D正确。 必备知识 整合 关键能力 突破 4.(2020课标,26节选)化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许 多化合物既是重要化工原料,又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题: (1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料,可采用如图所示的装置来制取。 装置中
44、的离子膜只允许Na+离子通过,氯气的逸出口是a(填标号)。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析(1)阳极发生氧化反应:2Cl-2e-Cl2,Cl2从a口逸出;阳极室排出淡 盐水,故Na+透过离子膜进入阴极室。 必备知识 整合 关键能力 突破 5.(2020北京,15节选)H2O2是一种重要的化学品,其合成方法不断发展。 (2)电化学制备方法 已知反应2H2O22H2O+O2能自发进行,反向不能自发进行,通过电解可 以实现由H2O和O2为原料制备H2O2。下图为制备装置示意图。 必备知识 整合 关键能力 突破 a极的电极反应式是O2+2H+2e-H2O2。 下列说法正确的是AC。 A.该装
45、置可以实现电能转化为化学能 B.电极b连接电源负极 C.该方法相较于早期制备方法具有原料廉价,对环境友好等优点 解析解析(2)a极O2得电子生成H2O2,发生还原反应,为阴极;b极H2O失电子生成O2 和H+,发生氧化反应,为阳极;电极b连接电源正极。 必备知识 整合 关键能力 突破 6.(2019课标,28节选)(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Fe3+e-Fe2+,4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O(写反 应方程式)。电路中转移1mol电子,需消耗氧气5.6L(标准状况)。 必备知识 整合 关键能力 突破 解析解析负极区发生的是得电子的还原反应,故负极区的反应有Fe3+e- Fe2+、4Fe2+O2+4H+4Fe3+2H2O;根据得失电子守恒得出关系式: Fe3+e-Fe2+O2 1mol0.25mol n(O2)=0.25mol,标准状况下体积为5.6L。 1 4
