1、第六单元化学反应与能量第23讲电解池金属腐蚀与防护 考纲要求 学科素养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作出正确的价值判断。考点一电解原理及规律基础自主诊断素养全面提升1.电解(1)定义:在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧
2、化反应和还原反应的过程。(2)能量转化形式:在此过程中,将能转化为能。2.电解池的构成条件(1)有与相连的两个电极。(2)两个电极插入(或)中。(3)形成。电化学电源电解质溶液熔融电解质闭合回路3.电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例):总反应方程式:。特别提醒:电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流,即电子本身不会通过电解质溶液。阴极还原反应Cu2+2e-=Cu阴阳极氧化反应2Cl-2e-=Cl2正阴阳CuCl2 Cu+Cl24.电解时两极粒子放电顺序Fe-2e-=Fe2+Cu-2e-=Cu2+Ag-e-=Ag+方法技巧阴、阳极的判断方法(1)根据外接电源:正
3、极连阳极,负极连阴极。(2)根据电流方向:从阴极流出,从阳极流入。(3)根据电子流向:从阳极流出,从阴极流入。(4)根据离子移向:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。(5)根据电极产物:阳极电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2;阴极析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。(6)根据反应类型:阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。判断正误(正确的打“”,错误的打“”)(1)任何化学反应都可以设计成电解池()对点自测 解析只有氧化还原反应才能设计成电解池。(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程()(3)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色()解析 Cl2在阳
4、极生成。(4)电解盐酸、硫酸溶液等,H+放电,溶液的pH逐渐增大()(5)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应()解析电解盐酸,pH变大;电解硫酸溶液,实际是电解水,pH变小。解析阴离子向阳极移动,阳极发生氧化反应。(6)电解足量硫酸铜溶液一段时间,为复原可加适量Cu(OH)2()解析电解硫酸铜溶液一段时间,从电解质溶液中分离出去的是铜和氧气,故复原时加氧化铜或碳酸铜。(7)用Cu作电极电解盐酸可发生Cu+2H+Cu2+H2()(8)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极()解析电子不能通过溶液。(9)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过
5、电解可以实现()解析某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现。(10)电解稀硫酸制H2、O2时,可用不活泼的铜作阳极()1.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.AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B.KClNa2SO4CuSO4C.CaCl2KOHNaNO3D.HClHNO3K2SO4B题组一电解池工作原理解析 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、Na2SO
6、4、K2SO4不变KOH升高HNO3降低2.2019天津高三调研 以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小D解析 以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O 2KOH+H2+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C正确;由于电解产物有KOH生成,所以溶液的pH逐渐增大,D错误。规律小结以惰性电极电解电解质溶液的规律1.电解水
7、型规律H+、OH-放电,电解质中的阳离子要么是H+,要么是放电顺序排在H+之后的活泼性较强的金属对应的阳离子;阴离子要么是OH-,要么是放电顺序排在OH-之后的含氧酸根离子等。实例:电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极:4OH-4e-=O2+2H2O阴极:4H+4e-=H2H2O2H2O O2+2H2增大减小 加H2O强碱(如NaOH)增大 加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)不变 加H2O2.电解电解质型规律电解质形成的阴、阳离子放电,电解质电离形成的阴、阳离子要么是H+、OH-,要么是放电顺序排在H+、OH-之
8、前的对应离子。实例:电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸(如HCl),除HF外阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:2H+2e-=H2酸2HCl H2+Cl2减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外阳极:2Cl-2e-=Cl2阴极:Cu2+2e-=Cu盐CuCl2 Cu+Cl2 加CuCl2固体3.电解电解质和水型规律放电离子分别是水电离形成的H+或OH-以及电解质形成的阴离子或阳离子。实例1放H2生碱型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极:2Cl-2e-
9、=Cl2阴极:2H+2e-=H2水和盐2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH-生成新电解质增大通入HCl气体实例2放O2生酸型电解质(水溶液)电极方程式 电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极:4OH-4e-=2H2O+O2阴极:2Cu2+4e-=Cu水和盐2Cu2+2H2O 2Cu+O2+4H+生成新电解质减小加CuO或CuCO31.(1)铅蓄电池放电时的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。题组二电解池电极反应
10、式的书写请回答下列问题:A是铅蓄电池的 极。负解析因电解过程中铁电极质量减少,判断A是电源负极,B是电源正极。1.(1)铅蓄电池放电时的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。Ag电极的电极反应式是 ,该电极的电极产物共g。2H+2e-=H2解析电解时Ag极作阴极,发生2H+2e-=H2,转移0.4 mol电子时,析出氢气0.4 g。0.41.(1)铅蓄电池放电时的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测
11、得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。Cu电极的电极反应式是 ,CuSO4溶液的浓度(填“减小”“增大”或“不变”)。Cu-2e-=Cu2+解析右侧U形管相当于电镀装置,Zn电极作阴极,电极反应式为Cu2+2e-=Cu,铜电极作阳极,电极反应式为Cu-2e-=Cu2+,电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。不变(2)铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 ;PbO2也可以石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液制取。阳极发生的电极反应式为,阴极上观察到的现象是;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电
12、极反应式为,这样做的主要缺点是。PbO+ClO-=PbO2+Cl-解析根据电子得失守恒可得PbO+ClO-=PbO2+Cl-。用电解法制PbO2,Pb价态升高,PbO2应为阳极产物,即Pb2+2H2O-2e-=PbO2+4H+;阴极Cu2+放电,在石墨极上析出铜;若不加Cu(NO3)2,则阴极为Pb2+放电,损失Pb2+,不能有效利用Pb2+。Pb2+2H2O-2e-=PbO2+4H+石墨上析出铜Pb2+2e-=Pb不能有效利用Pb2+2H+2e-=H2 规律小结“三看”正确书写电极反应式(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe生成Fe2+而不是生成Fe3
13、+)。(2)二看介质,介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的电冶炼。考点二电解原理在工业生产中的应用基础自主诊断素养全面提升1.电解饱和食盐水氯碱工业(1)电极反应阳极:(反应类型:反应)。阴极:(反应类型:反应)。检验阳极产物的方法是 。电解时向食盐水中滴加酚酞,极附近溶液变红,说明该电极附近产生的物质为 。(2)电解方程式化学方程式:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2离子方程式:。NaOH2Cl-2e-=Cl2氧化2H+2e-=H2或2H2O+2e-=H2+2OH-还原用湿润的KI-淀粉试纸靠近阳极附近,若试纸变蓝,证明生成了Cl2阴2Cl-+2H
14、2O 2OH-+H2+Cl2(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图阳离子交换膜的作用阻止进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O,阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。a、b、c、d加入或取出的物质分别是、;X、Y分别是、。OH-饱和食盐水稀NaOH溶液稀的食盐水浓NaOH溶液Cl2H2 电镀电解精炼铜概念电镀是应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方法运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜主要目的使金属增强抗腐蚀能力、增强表面硬度等将粗铜提炼为纯铜示意图 2.电镀与电解精炼铜(续表)电镀电解精炼铜构成条件阳极金属 阴极金属 电解液含金
15、属阳离子 CuSO4溶液电极反应阳极 Zn-2e-=Zn2+,Cu-2e-=Cu2+(比铜活泼的金属杂质以形式残留在溶液中,比铜不活泼的金属杂质形成)阴极 电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度 CuSO4溶液的浓度 镀层粗铜待镀纯铜镀层Cu-2e-=Cu2+阳离子阳极泥Cu2+2e-=CuCu2+2e-=Cu不变减小3.电冶金电解冶炼冶炼钠冶炼铝电极反应阳极:阴极:阳极:阴极:总反应 2Cl-2e-=Cl22Na+2e-=2Na6O2-12e-=3O24Al3+12e-=4Al2NaCl(熔融)2Na+Cl22Al2O3(熔融)4Al+3O2判断正误(正确的打“”,错误的打“”)(1)电解
16、冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3()(2)若把Cu+H2SO4=CuSO4+H2设计成电解池,应用Cu作阳极()对点自测 解析 MgO熔点很高,一般不用来冶炼Mg,而AlCl3为共价化合物,不存在离子,无法电解。(3)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料()解析阳极也可用Pt等惰性金属材料,阴极不参与反应,可用金属材料。(4)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变()解析电解精炼铜时电解质溶液中c(Cu2+)减小。(6)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na+、H+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl
17、2)通过()(7)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2作电解质溶液,由于放电顺序H+Zn2+,不可能在铁上镀锌()(5)电解精炼铜时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()1.某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置,进行果品的安全生产,解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是()A.a为直流电源的负极,与之相连的电极为阴极B.离子交换膜为阴离子交换膜C.“酸性水”具有强氧化性,能够杀菌D.阴极反应式为H2O+2e-=H2+O2-C题组一电解原理的应用解析 由“碱性水”可推知b为直流电源的负极,a为直流电源的正极,A项错误;右侧生成OH-,K+穿过离子交换膜移到右侧,即该离子交
18、换膜为阳离子交换膜,B项错误;阳极反应为2Cl-2e-=Cl2,Cl2+H2O=HCl+HClO,故“酸性水”中含HClO,具有强氧化性,能杀菌,C项正确;水溶液中不可能存在O2-,D项错误。2.2019广州理综 用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是()A.阳极反应式为4OH-4e-=2H2O+O2 B.通电后阴极区溶液pH会增大C.K+通过交换膜从阴极区移向阳极区D.纯净的KOH溶液从b口导出C解析 阳极区为粗KOH溶液,阳极上OH-失电子发生氧化反应:4OH-4e-=2H2O+O2,A项正确。阴极上H2O得电子发生还原反应:2H2O+2
19、e-=H2+2OH-,阴极区附近溶液中c(OH-)增大,pH增大,B项正确。电解时阳离子向阴极移动,故K+通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区,C项错误。阴极区生成KOH,故纯净的KOH溶液从b口导出,D项正确。1.三室式电渗析法处理废液(HCl 和FeCl2混合溶液)的原理如图所示,其中X、Y均为离子交换膜。在直流电场的作用下,中间室得到盐酸,阴极区可回收铁。下列说法正确的是()A.X、Y 依次是阴离子交换膜和阳离子交换膜B.通电后,阴极区溶液的pH不断减小C.阳极反应式为2H2O-4e-=4H+O2D.中间室得到1 L 2 molL-1盐酸时,电路中通过1 mol电子题组二与电解有关的计算C
20、解析 通电后,阳极区电极反应式为2H2O-4e-=4H+O2,产生的H+通过X离子交换膜进入中间室,氢离子在阴极得电子生成氢气,考虑电荷守恒,Cl-通过Y离子交换膜进入中间室,所以X是阳离子交换膜,Y是阴离子交换膜,A错误;通电后,氢离子在阴极得电子生成氢气,氢离子浓度减小,阴极区溶液的pH不断增大,B错误;通电后,阳极发生氧化反应,电极反应式为2H2O-4e-=4H+O2,C正确;根据阳极电极反应可知,中间室得到1 L 2 molL-1盐酸时,电路中通过2 mol电子,D错误。A 16 1344 方法技巧电化学综合计算的常用方法(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
21、总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算 考点三金属的腐蚀与防护基础自主诊断素养全面提升1.金属腐蚀的本质金属原子 变为金属阳离子,金属发生反应。失去电子氧化2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀和电化学腐蚀的比较金属腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与接触到的物质直接发生反应不纯金属接触到电解质溶液发生 反应 区别电流产生 微弱电流产生 实质与联系(1)实质都是 失去电子被氧化而损耗;(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但 更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快 原电池无有金属原子电化学腐蚀(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质 负极反应 正极反应 总反应 其他反应及产物4Fe
22、(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O+(3-x)H2O普遍性 更普遍 酸性酸性很弱或者呈中性Fe-2e-=Fe2+2H+2e-=H22H2O+O2+4e-=4OH-Fe+2H+=Fe2+H22Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2吸氧腐蚀3.金属的防护(1)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原理 a.:比被保护金属活泼的金属。b.:被保护的金属设备。外加电流的阴极保护法原理 a.:被保护的金属设备。b.:惰性电极。原电池负极正极电解阴极阳极(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
23、法。判断正误(正确的打“”,错误的打“”)(1)干燥环境下金属不被腐蚀()对点自测(2)铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀()(3)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样()解析 金属钠与O2反应无需潮湿环境。解析 铜与H+不反应。解析 纯银器表面变黑是化学腐蚀,钢铁表面生锈是电化学腐蚀。(7)在船体外嵌入锌块,可以减缓船体的腐蚀,属于牺牲阴极的保护法()(4)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈()(5)在潮湿空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀()(6)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极()解析 应是牺牲阳极的阴极保护法。解析若水膜酸性较强,可
24、发生析氢腐蚀解析被保护金属应与电源负极相连。操作现象 取一块打磨过的生铁片,在其表面滴1滴含酚酞和K3Fe(CN)6的食盐水 放置一段时间后,生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色,中心区域为蓝色,在两色环交界处出现铁锈1.2019河南罗山一模 某同学进行下列实验:D题组一金属的腐蚀下列说法不合理的是()A.生铁片发生吸氧腐蚀 B.中心区:Fe-2e-=Fe2+C.边缘处:O2+2H2O+4e-=4OH-D.交界处:4Fe2+O2+10H2O=4Fe(OH)3+8H+解析 生铁片边缘处为红色,说明生成了氢氧根离子,O2+2H2O+4e-=4OH-,生铁片发生吸氧腐蚀,故A、C合理;根据实
25、验现象,中心区域为蓝色,说明生成了亚铁离子,Fe-2e-=Fe2+,故B合理;在两色环交界处出现铁锈,是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化生成了氢氧化铁,故D不合理。2.将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。下列说法不正确的是()A.铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe+6H2O+3O2=4Fe(OH)3B.液滴之下氧气含量少,铁片作负极,发生的氧化反应为Fe-3e-=Fe3+C.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-D.铁片腐蚀最严重区域不是生锈最多的区域B解
26、析 铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe+6H2O+3O2=4Fe(OH)3,A正确;液滴之下氧气含量少,铁片作负极,发生的氧化反应为 Fe-2e-=Fe2+,B不正确;2.将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上,一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗,在液滴外沿形成棕色铁锈环(b),如图所示。下列说法不正确的是()A.铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe+6H2O+3O2=4Fe(OH)3B.液滴之下氧气含量少,铁片作负极,发生的氧化反应为Fe-3e-=Fe3+C.液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-D.铁片腐蚀最严重区域不是生锈最多
27、的区域B液滴边缘是正极区,发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-,C正确;铁片腐蚀最严重区域不是生锈最多的区域,而是液滴的中心区,D正确。规律小结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腐措施的腐蚀。(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,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。1.2017全国卷 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,
28、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C题组二金属腐蚀的防护解析 由图示知,该装置为通过“外加电流的阴极保护法”进行防腐的装置,因此需外加强大的电流抑制金属电化学腐蚀产生电流,即通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,A项正确;1.2017全国卷 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
29、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C通电后,被保护的钢管桩作阴极,高硅铸铁作阳极,因此通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以高硅铸铁不损耗,C项错误;1.2017全国卷 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
30、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C外加电流的目的是抑制金属电化学腐蚀产生电流,因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D项正确。2.2018北京卷 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)。下列说法不正确的是()A.对比,可以判定Zn保护了Fe B.对比,K3Fe(CN)6可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用的方法 D.将Zn换成Cu,用的方法可判断Fe比Cu活泼 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D解析 结合实验现象,对比可知,连接锌片后,溶液中没有Fe2+,A项正确;对比,中铁表面产生蓝色沉淀,故
31、可能是铁被氧化产生了Fe2+,B项正确;由前面分析可知,不能采用的方法验证锌保护铁,C项正确;由前面分析可知,无法判断铁是否先被腐蚀,D项错误。规律小结金属防护效果比较:外接电源的阴极保护法防腐牺牲阳极的阴极保护法防腐有一般防护条件的防腐。考例考法直击1.2019江苏卷 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C解析 负极反应为Fe-2e-=Fe2+,A项错误
32、;铁腐蚀时,化学能大部分转化为电能,还转化为热能,B项错误;铁与碳形成原电池,加速Fe的腐蚀,C项正确;溶解在H2O中的O2仍然在正极放电产生OH-,D项错误。2.2019全国卷节选 环戊二烯()是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题:环戊二烯可用于制备二茂铁Fe(C5H5)2,结构简式为 ,后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。该电解池的阳极为,总反应为 。电解制备需要在无水条件下进行,原因为 。Fe电极Fe+2 =+H2Fe+2C5H6=Fe(C5H5)
33、2+H2水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH-,进一步与Fe2+反应生成Fe(OH)2解析 由环戊二烯制备二茂铁,要使Fe变为Fe2+,Fe应作阳极。Fe2+进入含环戊二烯的DMF溶液中,则环戊二烯得电子生成H2,由此写出反应方程式。反应中先是Na+转化为Na,所以必须在无水条件下进行,否则Na会与水反应,另外水电解生成的OH-也会与Fe2+生成Fe(OH)2,减少二茂铁的生成。3.2019北京卷节选 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。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。K111解析 H2为H+
34、在阴极处得电子生成,电极应与电源的负极相连,开关应连接K1。H2O得电子生成H2同时生成OH-。2H2O+2e-=H2+2OH-制H2时,连接 。产生H2的电极反应式是 。改变开关连接方式,可得O2。结合和中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:，。3.2019北京卷节选 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。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。11解析电极3在制H2时作阳极,制O2时作阴极,发生的两个电极反应刚好颠倒,可以循环使用电极3。制H2时,电极3发生反应:Ni(OH)2+OH-e-=NiOOH+
35、H2O。制O2时,上述电极反应逆向进行,使电极3得以循环使用1.关于钢铁腐蚀与防护的说法不正确的是()A.钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀的负极反应式均为Fe-2e-=Fe2+B.钢铁发生吸氧腐蚀时,正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-C.地下钢管连接镁块是采用牺牲阳极的阴极保护法D.用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时,钢铁接电源的正极D 解析 在电解池中,阴极本身不参与电极反应,故用外加电流的阴极保护法防止钢铁腐蚀时,钢铁应作电解池的阴极,接电源的负极,D项错误。2.利用电解法制备Ca(H2PO4)2 并得到副产物NaOH和Cl2。下列说法正确的是()A.C膜可以为质子交换膜B.阴极室的电
36、极反应式为2H2O-4e-=O2+4H+C.可用铁电极替换阴极的石墨电极D.每转移2 mol e-,阳极室中c(Ca2+)降低1 molL-1C 解析 通过图示分析C膜只能是阳离子交换膜,A错误;阴极室的电极反应式为2H2O+2e-=H2+2OH-,B错误;阴极电极材料不参与反应,故可用铁电极替换阴极的石墨电极,C正确;未给出溶液体积,无法计算浓度,D错误。3.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如图所示(电极材料为石墨)。(1)图中a极要连接电源的 (填“正”或“负”)极,C口流出的物质是 。负 硫酸 3.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如图所示(电极材料为石墨)。(3)电解过程中阴极区碱性明显增强,用平衡移动原理解释原因:，。解析在阴极区,由于水电离出的H+放电,破坏水的电离平衡,c(H+)减小,c(OH-)增大,生成NaOH,碱性增强。
