1、第第 3 3 讲讲电解池电解池金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护 考试要点核心素养 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。 1.变化观念与平衡思想:认识化学变化的本质是有新物质 的生成,并伴有能量的转化;能多角度、动态地分析电解池 中发生的反应,并运用电解池原理解决实际问题。 2.科学态度与社会责任:肯定电解原理对社会发展的重大 贡献,具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与电解有 关的社会热点问题做出正确的价值判断。 一、电解原理及规律 1.电解原理 (1)电解:在电流作
2、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。 (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 2.阴、阳极的判断及电极反应式的书写 (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
3、(不要忘记水溶液中的 H +和 OH-)。 b.排出阴、阳两极的放电顺序 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: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。 (4)写出电解总
4、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。 3.以惰性电极电解电解质溶液的规律 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 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
5、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 二、电解原理的应用 1.氯碱工业 总反应方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2。 2.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: 3.电解精炼铜 4.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。 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成金属阳离子,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 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
6、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 (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 - Fe 2+ 正极2H +2e- H2O2+2H2O+4e - 4OH - 总反应式Fe+2H + Fe 2+H 2 2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2 联系吸氧腐蚀更普遍 3.金属的保护 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
7、电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极() (3)Fe 3+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 2Cu 2+2H 2O 2Cu+O2+4H + () (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)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() 答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)
8、(9)(10) 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 答案(1)2H2O-4e - O2+4H + 4Ag +4e- 4Ag 4Ag +2H 2O 4Ag+O2+4H + (2)2Cl -2e- Cl22H +2e- H2Mg 2+2Cl-+2H 2O Mg(OH)2+Cl2+H2 (3)Cu-2e - Cu 2+ 2H2O+2e - 2OH -+H 2 Cu+2H2OCu(OH)2+H2 (4)2H
9、2O-4e - O2+4H + 4H +4e- 2H22H2O2H2+O2 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,甲中正极反应为, 乙中正极反应为。试管中残留气体平均相对分子质量的变化为甲 (填“增大”“减小”或“不变”,下同),乙。 答案红墨水液面左低右高2H +2e- H22H2O+O2+4e - 4OH - 减小减小 考点一考点一电解原理及规律电解原理及规律 典例探究 例 1下图装置()是一种可充电电池,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 2
10、Na 2S2+NaBr3 Na2S4+3NaBr,当闭合开关 K 时,电极 X 附近溶液变红。 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 答案C当闭合开关 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()
11、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- H2,故 D 项错误。 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
12、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。 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.两极得到的气体均为混合气体 C.若 Cu 2+的起始浓度为 1molL-1,则 Cl-的起始浓度为 2molL-1 D.Cu 2+的起始物质的量应大于 0
13、.5mol 答案C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 Cu 2+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 0.5mol2=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
14、=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,Cu 2+的起始物质的量可以为 0.25mol,小于 0.5mol,D 错误。 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: 常见微粒间的计算关系式为 4e -4H+4OH-4Cl-4Ag+2Cu2+2H 2O22Cl24Ag2Cu。 特别提醒在电化学计算中,还常利
15、用Q=It和Q=n(e -)N A1.6010 -19C 来计算电路中 通过的电量。 题组训练 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 答案D加入 NaCl,电解 NaCl 溶液时阴极生成 H2,阳极产生氯气,D 项符合题意。 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() 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
16、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 答案D电极 A 和 B 的反应式分别为 4H2O+4e - 2H2+4OH -、2H 2O-4e - O2+4H +,相同温度 和压强下,电极 A 生成气体体积是电极 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 Na2SO
17、4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。 题组二电极反应式的书写及正误判断 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:Cl -+2OH-2e- ClO -+H 2O 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 -+H 2O 答案D石墨作阳极,为惰
18、性电极,溶液中的 Cl -放电,电极反应式:Cl-+2OH-+2e- ClO -+H 2O,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-+H 2O N2+2CO2+5Cl -+2OH-,故 D 错误。 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。 a 电极为电解池的(填“阴”或“阳”)极,写出该电极的电极反应式: ;电解过程中还会生成少量氧化
19、性极强的气体单质,该气体的分子式是 。 答案阳NH4 +3F-6e- NF3+4H + F2 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 NH 4 +失去 电子生成 NF3,电极反应式为 NH4 +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,故该气体单质为氟气。 题组三有关电解的计算 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.41
20、0 -3molL-1 B.210 -3molL-1 C.110 -3molL-1 D.110 -7molL-1 答案A根据 2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2, 得 n(H +)=2n(H 2SO4)=2n(Cu)= 20.064g 64gmol-1=0.002mol,c(H +)=0.002mol 0.5L =410 -3molL-1,A 项正确。 6.用惰性电极电解 100mL4molL -1Cu(NO 3)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 Fe 2+的浓度为(设溶液 的体积不变) () A.
21、0.75molL -1 B.3molL -1 C.4molL -1 D.3.75molL -1 答案D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、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 Fe 2+的浓度为0.075mol+0.3mol 0.1L =3.75molL -1。 考点二考点二电解原理的应用电解原理的应用 典例探究 例某同学组装了如图所示的电化学装置。电极
22、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:Cu 2+2e- Cu 答案C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 - Cu 2+,故 D 错误。 名师点拨 多池串联装置常见类型 类
23、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,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。 题组训练 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 Cu 2+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 答案C氯碱工业中阳极
24、是 Cl -放电生成 Cl 2,A 项错误;电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极 Cu 2+ 放电析出 Cu,但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质,使得溶液中 Cu 2+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。 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:Fe 2+Ni2+FeNiCuPt,发 生氧化反应时,电极反应依次为 Zn-2e - Zn 2+、Fe-2e- Fe 2+、Ni-2e- Ni 2+,错误;B 项,电 解过程中,阳极 Zn
25、、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 Fe 2+、Zn2+外,还有 Ni2+,错误。 题组二电解原理的创新应用带膜的电解池 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
26、比 NaOH 溶液 Y 浓度大 D.甲池电极反应:4CO3 2-4e-+2H 2O 4HCO3 -+O 2 答案D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 4CO3 2-+2H 2O-4e - 4HCO3 -+ O2,
27、D 项正确。 4.(2020 山东德州月考)电解法制备磷酸二氢钾(KH2PO4)的装置如图所示。下列说法正确的是 () 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 答案C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 +、H 2
28、PO4 -的个数比为 11,故 C 正确;电路中通过 1mol 电子时,会生 成 0.5molCl2,未给出气体的状态条件,无法计算其体积,故 D 错误。 题组三电化学中的“多池组合”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.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 答案A甲池 CH3O
29、H 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 Mg 2+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
30、2CH3OH+3O2+4OH - 2CO3 2-+6H 2O 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。 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() A.b 电极反应式是 O2+4e -+2H 2O 4OH - 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 -+H 2O N2O5+2H + D.甲装置中每消耗 1molSO2,乙装置中有 1molH +通过隔膜 答案BA 项,甲装置为原电池,其中 a 电极为负极,b 电
31、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 -+2HNO 3 2N2O5+2H +,错误;D 项,甲装置中消耗 1molSO 2 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。 考点三考点三金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护 典例探究 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 (
32、) 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 - Fe 2+ 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 答案B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
33、,故 C、D 正确。 名师点拨 1.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。 题组训练 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)(4) C.(4)(2)(3
34、)(1)D.(3)(2)(4)(1) 答案B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。 2.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是 () 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 答案C题图甲中,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 - Fe 2+,Fe2+与Fe(CN)
35、6 3-反应生成 Fe 3Fe(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。 题组二金属的保护 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 答案C由题图可知,负极反应为 Fe-2e - Fe 2+,正极反应为 SO 4 2-+5H 2O+8e - HS -+9OH-。铁 管道的腐蚀过程中,氧
36、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。 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
37、 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 答案D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。 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 WO 3薄膜中,生成 AgxWO3,器件呈现蓝色,对于该 变
38、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 答案C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 AgxWO3,W 的化合价降低,阴极反应式为 WO3+xe - WO3 ?-,总反 应为xAg+WO3AgxWO3,故 B、D 项正确,C 项错误。 2.(2020 山东,13,4 分)采用惰性电极,以去离子水和氧
39、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 +O 2 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 答案D根据题给电解装置图可知,电解池右侧 O2参加反应生成 H2O2,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 +O 2,阴极的电极反应式为 4H +2O 2+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
40、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。 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(石墨烯包裹的 ZnO)和 石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: EDTA-Fe 2+-e- EDTA-Fe 3+ 2EDTA-Fe 3+H 2S 2H +S+2EDTA-Fe2+ 该装置工作时,下列叙述错误的是 () A
41、.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 Fe 3+/Fe2+取代 EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性 答案C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- CO+H2O,A 正确;装置工作时涉及三个反应,Fe 2+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
42、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;Fe 2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存在,D 正确。 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。装置中的离子膜只 允许离子通过,氯气的逸出口是(填标号)。 答案(1)Na + a 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。 5.(2020 北京,15 节选)H
43、2O2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。 a 极的电极反应式是。 下列说法正确的是。 A.该装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 答案(2)O2+2H +2e- H2O2AC 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。 6.(2
44、019 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(写反应方程 式)。电路中转移 1mol 电子,需消耗氧气L(标准状况)。 答案(4)Fe 3+e- Fe 2+,4Fe2+O 2+4H + 4Fe 3+2H 2O 5.6 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 Fe 3+e- Fe 2+、 4Fe 2+O 2+4H + 4Fe 3+2H 2O;根据得失电子守恒得出关系式: Fe 3+e-Fe2+1 4O2 1mol0.25mol n(O2)=0
45、.25mol,标准状况下体积为 5.6L。 A A 组组基础达标基础达标 1.我国科技创新成果斐然,下列成果与电化学无关的是 () A.有机金属材料吸附与 转化 CO2 B.研发出水溶液锂离子 电池 C.研发出“可呼吸” Na-CO2电池 D.氢氧燃料电池 答案AA 项,由题图可知,利用有机金属材料吸附与转化 CO2,与电化学无关;B、C、D 项均与 电化学有关。 2.(2020 内蒙古赤峰月考)在水中加等物质的量的 Ag +、Ba2+、Na+、SO 4 2-、NO 3 -、Cl-,将该溶液放 在用惰性材料作电极的电解槽中,通电片刻,则氧化产物与还原产物的质量比为() A.35.5108B.1
46、6207 C.10835.5D.81 答案D等物质的量的 Ag +与 Cl-、Ba2+与 SO 4 2-恰好完全反应生成沉淀,电解液为硝酸钠溶液,电 解方程式为 2H2O2H2+O2,当转移相同电子时,阳极产物与阴极产物质量比为 32(22)=81,答案为 D。 3.(2020 江西抚州周测)电解下列哪种溶液后,只需要加入适量的水就能使溶液复原 () A.AgNO3B.NaClC.NaOHD.CuSO4 答案CC 选项中的 NaOH 溶液电解时,电解的实质就是电解水,其他选项中溶液电解时,溶质中 的离子都会参与放电,因此答案选 C。 4.(2020 安徽淮南月考)如图所示装置,以石墨为电极电解
47、氯化铜溶液,下列说法正确的是 () A.a 电极为阳极,发生还原反应 B.b 电极有红色物质析出,电极反应式为 Cu 2+2e- Cu C.若电解中有 0.2mol 电子转移,则阳极产生 Cl2的体积为 2.24L D.此装置为化学能转化为电能 答案Ba 极连接电源的正极,为电解池的阳极,发生氧化反应,A 项错误;b 电极为电解池的阴 极,反应有红色物质析出,电极反应式为 Cu 2+2e- Cu,B 项正确;阳极发生氧化反应:2Cl-2e - Cl2,若电解中有 0.2mol 电子转移,则阳极产生 Cl2的体积在标准状况下为 2.24L,但题目 中未说明是否在标准状况下,C 项错误;此装置为电
48、解池,将电能转化为化学能,D 项错误。 5.(2020 河南郑州月考)两个惰性电极插入 500mLAgNO3溶液中,通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为 3.0 时(设电解过程中阴极没有 H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计),电极 上析出银的质量最大为() A.27mgB.54mgC.106mgD.216mg 答案B结合离子放电顺序可知,阳极电极反应式为 4OH -4e- O2+2H2O,阴极电极反应式为 4Ag +4e- 4Ag,电解的总反应式为 4AgNO3+2H2O4Ag+O2+4HNO3。由电解的总反应式可知, 电解过程中n(Ag)=n(HNO3)=n(H +)=
49、(10-3molL-1-10-6molL-1)0.5L510-4mol,m(Ag)=510- 4mol108gmol-1=0.054g=54mg。 6.(2020 福建泉州模拟)如图所示,下列叙述正确的是() A.Y 为阴极,发生还原反应B.X 为正极,发生氧化反应 C.Y 与滤纸接触处有氧气生成D.X 与滤纸接触处变红 答案A由题图可知,左边的装置为原电池而右边的装置为电解池,根据原电池原理,较活泼的 一极作原电池的负极,所以 Zn 为负极,Cu 为正极,再根据电解原理,Y 与 Zn 片相连为阴极,发生 还原反应,X 与 Cu 片相连为阳极,发生氧化反应,A 项正确、B 项错误;Y 极上 H
50、 +放电,产生 H 2,同 时产生了 OH -,呈碱性,使酚酞溶液变红,C、D 项错误。 7.家用暖气片大多用低碳钢材料制成,一旦生锈不仅影响美观,也会造成安全隐患。下列防止生 锈的方法中,存在安全隐患的是() A.在暖气片表面镀锡 B.在暖气片表面涂漆 C.在暖气片表面涂铝粉 D.非供暖期在暖气片内充满弱碱性的无氧水 答案AA 项,铁的金属活动性大于锡,暖气片表面锡镀层破损后易形成原电池,铁作负极易发 生反应:Fe-2e - Fe 2+,有安全隐患。 8.利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护,下列有关说法中错误的是() A.若开关 K 置于 N 处,则 X 不宜用 Cu、Ag 等作电极 B
