2019-2020年高考化學一輪復習 第六章 第3講 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護.doc

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2019-2020年高考化學一輪復習 第六章 第3講 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護考綱要求1.了解電解池的工作原理，能寫出電極反應和電池反應方程式。2.理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。1電解定義在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。2能量轉(zhuǎn)化形式電能轉(zhuǎn)化為化學能。3電解池(1)構(gòu)成條件有與電源相連的兩個電極。電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)。形成閉合回路。(2)電極名稱及電極反應式(如圖)(3)電子和離子的移動方向特別提醒電解時，在外電路中有電子通過，而在溶液中是依靠離子定向移動形成電流，即電子本身不會通過電解質(zhì)溶液。4分析電解過程的思維程序(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。(2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H和OH)。(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序陰極：陽離子放電順序：AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。陽極：活潑電極S2IBrClOH含氧酸根離子。注意陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。最常用、最重要的放電順序是：陽極：ClOH；陰極：AgCu2H。電解水溶液時，KAl3不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。(4)分析電極反應，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。(5)最后寫出電解反應的總化學方程式或離子方程式。深度思考用分析電解過程的思維程序分析電解下列物質(zhì)的過程，并總結(jié)電解規(guī)律(用惰性電極電解)1電解水型電解質(zhì)(水溶液)電極方程式電解物質(zhì)總化學方程式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原含氧酸(如H2SO4)陽極：4OH4e=O22H2O陰極：4H4e=2H2H2O2H2OO22H2增大減小加H2O強堿(如NaOH)增大加H2O活潑金屬的含氧酸鹽(如KNO3、Na2SO4)不變加H2O(1)電解水型電解一段時間后，其電解質(zhì)的濃度一定增大嗎？舉例說明。答案不一定，如用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液，一段時間后會析出Na2SO410 H2O晶體，剩余溶液仍為該溫度下的飽和溶液，此時濃度保持不變。(2)用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液，一段時間后，析出w g Na2SO410 H2O晶體，陰極上放出a g氣體，則飽和Na2SO4溶液的質(zhì)量分數(shù)為_。答案100%解析2H2O2H2O2 molmol被電解的水的質(zhì)量為9a g被電解的水與w g晶體組成該溫度下的飽和溶液其質(zhì)量分數(shù)為100%100%。2電解電解質(zhì)型電解質(zhì)(水溶液)電極方程式電解物質(zhì)總化學方程式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原無氧酸(如HCl)，除HF外陽極：2Cl2e=Cl2陰極：2H2e=H2酸2HClH2Cl2減小增大通入HCl氣體不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2)，除氟化物外陽極：2Cl2e=Cl2陰極：Cu22e=Cu鹽CuCl2CuCl2加CuCl2固體3.放H2生堿型電解質(zhì)(水溶液)電極方程式電解物質(zhì)總化學方程式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)陽極：2Cl2e=Cl2陰極：2H2e=H2水和鹽2Cl2H2O Cl2H22OH生成新電解質(zhì)增大通入HCl氣體4.放O2生酸型電解質(zhì)(水溶液)電極方程式電解物質(zhì)總化學方程式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)陽極：4OH4e=2H2OO2陰極：2Cu24e=2Cu水和鹽2Cu22H2O2CuO24H生成新電解質(zhì)減小加CuO或CuCO3(1)電解過程中放H2生堿型和放O2生酸型的實質(zhì)是什么？在放H2生堿型的電解中，若滴入酚酞試液，哪一極附近溶液變紅？答案放H2生堿型實質(zhì)是水電離出H在陰極上放電，破壞了陰極附近水的電離平衡，使OH濃度增大，若滴入酚酞試液，陰極附近溶液變紅；放O2生酸型的實質(zhì)是水電離出OH在陽極上放電，破壞了陽極附近水的電離平衡，使H濃度增大。(2)上表3中要使電解后的NaCl溶液復原，滴加鹽酸可以嗎？上表4中要使電解后的CuSO4溶液復原，加入Cu(OH)2固體可以嗎？答案電解質(zhì)溶液的復原應遵循“從溶液中析出什么補什么”的原則，即從溶液中析出哪種元素的原子，則應按比例補入哪些原子。電解NaCl溶液時析出的是等物質(zhì)的量的Cl2和H2，所以應通入氯化氣體，加入鹽酸會引入過多的水。a.若通電一段時間，CuSO4未電解完(即Cu2未全部放電)，使溶液復原應加入CuO，而加入Cu(OH)2會使溶液的濃度減小。b.若Cu2全部放電，又繼續(xù)通電一段時間(此時電解水)，要使溶液復原應加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此時濃度偏大。題組一突破電極反應式、電解方程式的書寫1按要求書寫電極反應式和總方程式(1)用惰性電極電解AgNO3溶液：陽極反應式_；陰極反應式_；總反應離子方程式_。(2)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反應式_；陰極反應式_；總反應離子方程式_。(3)用鐵作電極電解NaCl溶液陽極反應式_；陰極反應式_；總反應化學方程式_。(4)用鐵作電極電解NaOH溶液陽極反應式_；陰極反應式_；總反應離子方程式_。(5)用銅作電極電解鹽酸溶液陽極反應式_；陰極反應式_；總反應離子方程式_。(6)用Al作電極電解NaOH溶液陽極反應式_；陰極反應式_；總反應離子方程式_。(7)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜陽極反應式_；陰極反應式_；總反應離子方程式_。(8)用Al單質(zhì)作陽極，石墨作陰極，電解NaHCO3溶液陽極反應式_；陰極反應式_。(9)用惰性電極電解熔融MgCl2陽極反應式_；陰極反應式_；總反應離子方程式_。答案(1)4OH4e=O22H2O4Ag4e=4Ag4Ag2H2O4AgO24H(2)2Cl2e=Cl22H2e=H2Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2(3)Fe2e=Fe22H2e=H2Fe2H2OFe(OH)2H2(4)Fe2e2OH=Fe(OH)22H2e=H2Fe2H2OFe(OH)2H2(5)Cu2e=Cu22H2e=H2Cu2HCu2H2(6)2Al6e8OH=2AlO4H2O6H2O6e=3H26OH或6H6e=3H22Al2H2O2OH2AlO3H2(7)2Al6e3H2O=Al2O36H6H6e=3H22Al3H2OAl2O33H2(8)2Al6HCO6e=2Al(OH)36CO26H6e=3H2(9)2Cl2e=Cl2Mg22e=MgMg22ClMgCl21.做到“三看”，正確書寫電極反應式(1)一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注Fe生成Fe2)。(2)二看介質(zhì)，介質(zhì)是否參與電極反應。(3)三看電解質(zhì)狀態(tài)，若是熔融狀態(tài)，就是金屬的電冶煉。2規(guī)避“三個”失分點(1)書寫電解池中電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。(2)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且應注明條件“電解”。(3)電解水溶液時，應注意放電順序中H、OH之后的離子一般不參與放電。題組二電解原理和電解規(guī)律的考查2右圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加幾滴石蕊溶液。下列實驗現(xiàn)象描述正確的是()A逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的B一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣體Ca電極附近呈紅色，b電極附近呈藍色Da電極附近呈藍色，b電極附近呈紅色答案D解析SO、OH移向b極，在b極OH放電，產(chǎn)生O2，b極附近c(H)c(OH)，石蕊溶液變紅。Na、H移向a極，在a極H放電產(chǎn)生H2，a極附近 c(OH)c(H)，石蕊溶液變藍。所以產(chǎn)生的氣體體積a電極的大于b電極的；兩種氣體均為無色無味的氣體。A、B、C均錯。3用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復到電解前的濃度和pH。則下列說法正確的是(雙選)()A電解過程中陰極沒有氣體生成B電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.4 molC原CuSO4溶液的濃度為0.1 molL1D電解過程中陽極收集到的氣體體積為2.24 L(標況下)答案BD解析由2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2知，如CuSO4未電解完，加CuO即可復原，而加入Cu(OH)2相當于加入CuOH2O，故CuSO4電解完后，還電解了部分水。電解析出了0.1 mol Cu，轉(zhuǎn)移電子0.2 mol，而電解0.1 mol H2O轉(zhuǎn)移電子0.2 mol，故轉(zhuǎn)移的電子的總物質(zhì)的量為0.4 mol?？键c二電解原理的應用1電解飽和食鹽水(1)電極反應陽極反應式：2Cl2e=Cl2(氧化反應)陰極反應式：2H2e=H2(還原反應)(2)總反應方程式2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2離子反應方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)應用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。2電鍍右圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問題：(1)鍍件作陰極，鍍層金屬銀作陽極。(2)電解質(zhì)溶液是AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的鹽溶液。(3)電極反應：陽極：Age=Ag；陰極：Age=Ag。(4)特點：陽極溶解，陰極沉積，電鍍液的濃度不變。3電解精煉銅(1)電極材料：陽極為粗銅；陰極為純銅。(2)電解質(zhì)溶液：含Cu2的鹽溶液。(3)電極反應：陽極：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2、Cu2e=Cu2；陰極：Cu22e=Cu。4電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。(1)冶煉鈉2NaCl(熔融)2NaCl2電極反應：陽極：2Cl2e=Cl2；陰極：2Na2e=2Na。(2)冶煉鋁2Al2O3(熔融)4Al3O2電極反應：陽極：6O212e=3O2；陰極：4Al312e=4Al。深度思考1(1)電解氯化鈉溶液時，如何用簡便的方法檢驗產(chǎn)物？答案陽極產(chǎn)物Cl2可以用淀粉KI試紙檢驗，陰極產(chǎn)物H2可以通過點燃檢驗，NaOH可以用酚酞試劑檢驗。(2)氯堿工業(yè)在生產(chǎn)過程中必須把陽極室和陰極室用離子交換膜隔開，原因是什么？答案防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2與溶液中的NaOH反應。2電解精煉銅時，陽極泥是怎樣形成的？答案粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種金屬雜質(zhì)，當含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時，金屬活動性位于銅之前的金屬雜質(zhì)，如Zn、Fe、Ni等也會同時失去電子，但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不能在陰極析出，而只能以離子的形式留在電解液里。金屬活動性位于銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因為失去電子的能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子而溶解，所以當陽極的銅等失去電子變成陽離子溶解之后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥。題組一電解原理的“常規(guī)”應用1利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)上的應用。下列說法正確的是(雙選)()A氯堿工業(yè)中，X電極上反應式是4OH4e=2H2OO2B電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2濃度不變C在鐵片上鍍銅時，X是純銅D制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂答案CD解析氯堿工業(yè)中陽極是Cl放電生成Cl2；電解精煉銅時陽極粗銅溶解，陰極Cu2放電析出Cu，由于粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，溶液中Cu2濃度變??；鐵片上鍍銅時，陰極應該是鐵片，陽極是純銅。2使用氯化鈉作原料可以得到多種產(chǎn)品。(1)實驗室用惰性電極電解100 mL 0.1 molL1 NaCl溶液，若陰陽兩極均得到112 mL氣體(標準狀況)，則所得溶液的物質(zhì)的量濃度是_(忽略反應前后溶液體積的變化)。(2)某學生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl2被完全吸收，制得有較強殺菌能力的消毒液，設計了如圖的裝置。對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是_(填字母序號)。Aa為正極，b為負極；NaClO和NaClBa為負極，b為正極；NaClO和NaClCa為陽極，b為陰極；HClO和NaClDa為陰極，b為陽極；HClO和NaCl(3)實驗室中很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀。某同學利用上圖裝置，只更換一個電極，通過電解法制取較純凈的Fe(OH)2沉淀，且較長時間不變色。該同學換上的電解材料是_(用元素符號表示)，總的反應式是_。答案(1)0.1 molL1(2)B(3)FeFe2H2OFe(OH)2H2解析(1)n(H2)n(Cl2)0.005 mol，參加反應的n(NaCl)0.01 mol，說明NaCl恰好電解完畢，溶液變?yōu)镹aOH溶液，n(NaOH)n(NaCl)0.01 mol，c(NaOH)0.1 molL1。(2)電解飽和氯化鈉溶液的總反應：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2，題目要求使Cl2被完全吸收，則氯氣必須在下部的電極上產(chǎn)生，下部的電極是陽極，推出b為電源的正極，另一極為負極a。生成的Cl2與陰極區(qū)產(chǎn)生的NaOH反應：Cl22NaOH=NaClNaClOH2O，則消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。(3)題目要求通過電解法制取Fe(OH)2，電解質(zhì)溶液是NaCl溶液，必須通過電極反應產(chǎn)生Fe2和OH。根據(jù)電極發(fā)生反應的特點，選擇鐵作陽極，鐵發(fā)生氧化反應產(chǎn)生Fe2；溶液中的陽離子Na、H向陰極移動，根據(jù)放電順序，陰極H放電產(chǎn)生氫氣，H來源水的電離，反應式2H2O2e=H22OH。在電場作用下，陽極產(chǎn)生的Fe2與陰極產(chǎn)生的OH在定向移動的過程中相遇，發(fā)生復分解反應生成Fe(OH)2沉淀。將陽極反應式、陰極反應式疊加得到總的反應式：Fe2H2OFe(OH)2H2。題組二電解原理的“不尋常”應用(一)電解原理在“環(huán)境治理”中的不尋常應用3工業(yè)上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni的原理如圖所示。下列說法不正確的是()已知：Ni2在弱酸性溶液中發(fā)生水解氧化性：Ni2(高濃度)HNi2(低濃度)A碳棒上發(fā)生的電極反應：4OH4e=O22H2OB電解過程中，B中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度將不斷減少C為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程中需要控制廢水pHD若將圖中陽離子膜去掉，將A、B兩室合并，則電解反應總方程式發(fā)生改變答案B解析電極反應式為陽極：4OH4e=2H2OO2陰極：Ni22e=Ni2H2e=H2A項正確；B項，由于C中Ni2、H不斷減少，Cl通過陰離子膜從C移向B，A中OH不斷減少，Na通過陽離子膜從A移向B，所以B中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大，錯誤；C項，由于H的氧化性大于Ni2(低濃度)的氧化性，所以為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程需要控制廢水的pH；D項，若去掉陽離子膜，在陽極Cl放電生成Cl2，反應總方程式發(fā)生改變，正確。4用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。(1)圖中a極要連接電源的_(填“正”或“負”)極，C口流出的物質(zhì)是_。(2)SO放電的電極反應式為_。(3)電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強，用平衡移動原理解釋原因_。答案(1)負硫酸(2)SO2eH2O=SO2H(3)H2OHOH，在陰極H放電生成H2，c(H)減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強解析根據(jù)Na、SO的移向判斷陰、陽極。Na移向陰極區(qū)，a應接電源負極，b應接電源正極，其電極反應式分別為陽極：SO2eH2O=SO2H陰極：2H2O2e=H22OH所以從C口流出的是H2SO4，在陰極區(qū)，由于H放電，破壞水的電離平衡，c(H)減小，c(OH)增大，生成NaOH，堿性增強，從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。(二)電解原理在“物質(zhì)制備”中的不尋常應用5根據(jù)2CrO2HCr2O7H2O設計圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，圖中右側(cè)電極連接電源的_極，其電極反應式為_。答案正極4OH4e=O22H2O解析根據(jù)NaOH溶液濃度的變化及Na交換膜，左側(cè)為陰極區(qū)域，右側(cè)為陽極區(qū)域，電極反應式為陰極：4H2O4e=2H24OH陽極：4OH4e=O22H2O在陽極區(qū)域：2CrO2HCr2O7H2O。6電解尿素CO(NH2)2的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下：電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰陽兩極均為惰性電極。(1)A極為_，電極反應式為_。(2)B極為_，電極反應式為_。答案(1)陽極CO(NH2)28OH6e=N2CO6H2O(2)陰極6H2O6e=3H26OH解析H2產(chǎn)生是因為H2O電離的H在陰極上得電子，即6H2O6e=3H26OH，所以B極為陰極，A極為陽極，電極反應式為CO(NH2)26e8OH=N2CO6H2O，陽極反應式容易錯寫成4OH4e=2H2OO2?？键c三應對電化學定量計算的三種方法1計算類型原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。2三種方法(1)根據(jù)總反應式計算先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。(2)根據(jù)電子守恒計算用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。用于混合溶液中電解的分階段計算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。如以通過4 mol e為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學計算問題。提示在電化學計算中，還常利用QIt和Qn(e)NA1.601019C來計算電路中通過的電量。題組一根據(jù)總反應式，建立等量關(guān)系進行計算1兩個惰性電極插入500 mL AgNO3溶液中，通電電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(設電解過程中陰極沒有H2放出，且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計)，電極上析出銀的質(zhì)量最大為()A27 mg B54 mg C106 mg D216 mg答案B解析首先結(jié)合離子放電順序，弄清楚兩極的反應：陽極4OH4e=O22H2O；陰極4Ag4e=4Ag，電解的總反應式為4AgNO32H2O4AgO24HNO3。由電解的總反應式可知，電解過程中生成的n(Ag)n(HNO3)n(H)(103 molL1106 molL1)0.5 L5104 mol，m(Ag)5104 mol108 gmol10.054 g54 mg。2將兩個鉑電極插入500 mL CuSO4溶液中進行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064 g(設電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為()A4103 molL1 B2103 molL1C1103 molL1 D1107 molL1答案A解析根據(jù)2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2，得：n(H)2n(H2SO4)2n(Cu)20.002 mol，c(H)4103 molL1。題組二根據(jù)電子守恒，突破電解分階段計算3500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)0.6 molL1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到2.24 L氣體(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是()A原混合溶液中c(K)為0.2 molL1B上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol電子C電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.05 molD電解后溶液中c(H)為0.2 molL1答案A解析石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，陽極反應式為4OH4e=2H2OO2，陰極先后發(fā)生兩個反應：Cu22e=Cu,2H2e=H2。從收集到O2為2.24 L這個事實可推知上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4 mol 電子，而在生成2.24 L H2的過程中轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，所以Cu2共得到0.4 mol0.2 mol0.2 mol電子，電解前Cu2的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為 0.1 mol。電解前后分別有以下守恒關(guān)系：c(K)2c(Cu2)c(NO)，c(K)c(H)c(NO)，不難算出：電解前c(K)0.2 molL1，電解后c(H)0.4 molL1。題組三根據(jù)電極現(xiàn)象，利用電子守恒，突破電解池的“串聯(lián)”計算4在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時，銅電極質(zhì)量增加2.16 g。試回答下列問題。(1)電源中X電極為直流電源的_極。(2)pH變化：A：_，B：_，C：_(填“增大”、“減小”或“不變”)。(3)通電5 min時，B中共收集224 mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為_(設電解前后溶液體積無變化)。(4)若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為_(設電解前后溶液體積無變化)。答案(1)負(2)增大減小不變(3)0.025 molL1(4)13解析(1)三個裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時，Ag在陰極發(fā)生還原反應變?yōu)锳g，所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極，則銀電極是陽極，Y是正極，X是負極。(2)電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH減?。浑娊釧gNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag濃度基本不變，pH不變。(3)通電5 min時，C中析出0.02 mol Ag，電路中通過0.02 mol電子。B中共收集0.01 mol氣體，若該氣體全為氧氣，則電路中需通過0.04 mol電子，電子轉(zhuǎn)移不守恒。因此，B中電解分為兩個階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，后電解水，生成O2和H2，B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設電解CuSO4溶液時生成O2的物質(zhì)的量為x，電解H2O時生成O2的物質(zhì)的量為y，則4x4y0.02 mol(電子轉(zhuǎn)移守恒)，x3y0.01 mol(氣體體積之和)，解得xy0.002 5 mol，所以n(CuSO4)20.002 5 mol0.005 mol，c(CuSO4)0.005 mol0.2 L0.025 molL1。(4)通電5 min時，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH)0.02 mol0.2 L0.1 molL1，pH13。無明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問題，主要是根據(jù)“原電池”的形成條件判斷“電源”的正、負極，從而判斷電解池的陰、陽極。考點四金屬的腐蝕和防護1金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生氧化反應。2金屬腐蝕的類型(1)化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學腐蝕更普遍(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性電極反應負極Fe2e=Fe2正極2H2e=H2O22H2O4e=4OH總反應式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍3.金屬的防護(1)電化學防護犧牲陽極的陰極保護法原電池原理a負極：比被保護金屬活潑的金屬；b正極：被保護的金屬設備。外加電流的陰極保護法電解原理a陰極：被保護的金屬設備；b陽極：惰性金屬或石墨。(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。深度思考1判斷正誤，正確的劃“”，錯誤的劃“”(1)所有金屬純度越大，越不易被腐蝕()(2)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣()(3)干燥環(huán)境下金屬不被腐蝕()(4)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物()(5)鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3()(6)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用()(7)外加電流的陰極保護法，構(gòu)成了電解池；犧牲陽極的陰極保護法構(gòu)成了原電池。二者均能有效地保護金屬不容易被腐蝕()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2寫出鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕生成鐵銹的原理。答案鐵銹的形成負極：2Fe4e=2Fe2正極：O24e2H2O=4OH2FeO22H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(鐵銹)(3x)H2O題組一腐蝕快慢與防護方法的比較1如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速度由快到慢的順序為()A BC D答案C解析是Fe為負極，雜質(zhì)碳為正極的原電池腐蝕，是鐵的吸氧腐蝕，腐蝕較慢。其電極反應式：負極Fe2e=Fe2，正極2H2OO24e=4OH。均為原電池，中Fe為正極，被保護；中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故FeCu原電池中Fe被腐蝕的較快。是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。是Fe接電源負極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序為。2下列與金屬腐蝕有關(guān)的說法，正確的是()A圖1中，鐵釘易被腐蝕B圖2中，滴加少量K3Fe(CN)6溶液，沒有藍色沉淀出現(xiàn)C圖3中，燃氣灶的中心部位容易生銹，主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學腐蝕D圖4中，用犧牲鎂塊的方法來防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊相當于原電池的正極答案C解析A項，圖1中，鐵釘處于干燥環(huán)境，不易被腐蝕；B項，負極反應為Fe2e=Fe2，F(xiàn)e2與Fe(CN)63反應生成Fe3Fe(CN)62藍色沉淀；D項，為犧牲陽極的陰極保護法，鎂塊相當于原電池的負極。1判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防腐措施的腐蝕。(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質(zhì)溶液中弱電解質(zhì)溶液中非電解質(zhì)溶液中。(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。2兩種保護方法的比較外加電流的陰極保護法保護效果大于犧牲陽極的陰極保護法。題組二正確判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕3如圖所示的鋼鐵腐蝕中，下列說法正確的是(雙選)()A碳表面發(fā)生氧化反應B鋼鐵被腐蝕的最終產(chǎn)物為FeOC生活中鋼鐵制品的腐蝕以圖所示為主D圖中，正極反應式為O24e2H2O=4OH答案CD解析A項，碳作正極，應發(fā)生還原反應；B項，鋼鐵被腐蝕的最終產(chǎn)物為Fe2O3xH2O；C項，生活中鋼鐵制品以發(fā)生吸氧腐蝕為主。4利用右圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是()Aa管發(fā)生吸氧腐蝕，b管發(fā)生析氫腐蝕B一段時間后，a管液面高于b管液面Ca處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小Da、b兩處具有相同的電極反應式：Fe2e=Fe2答案C解析根據(jù)裝置圖判斷，左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕，右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕，其電極反應為左邊負極：Fe2e=Fe2正極：O24e2H2O=4OH右邊負極：Fe2e=Fe2正極：2H2e=H2a、b處的pH均增大，C錯誤。正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、酸性很弱或中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。探究高考明確考向廣東五年高考1(xx廣東理綜，11)某同學組裝了如圖所示的電化學裝置，電極為Al，其他均為Cu，則()A電流方向：電極A電極B電極發(fā)生還原反應C電極逐漸溶解D電極的電極反應：Cu22e=Cu答案A解析當多個池串聯(lián)時，兩電極材料活動性相差大的作原電池，其他池作電解池，由此可知圖示中左邊兩池組成原電池，右邊組成電解池。A項，電子移動方向：電極A電極，電流方向與電子移動方向相反，正確；B項，原電池負極在工作中失電子，被氧化，發(fā)生氧化反應，錯誤；C項，原電池正極為得電子一極，銅離子在電極上得電子，生成銅單質(zhì)，該電極質(zhì)量逐漸增大，錯誤；D項，電解池中陽極為非惰性電極時，電極本身失電子，形成離子進入溶液中，因為電極為正極，因此電極為電解池的陽極，其電極反應式為Cu2e=Cu2，錯誤。2.(xx廣東理綜，12)某小組為研究電化學原理，設計如圖裝置。下列敘述不正確的是()Aa和b不連接時，鐵片上會有金屬銅析出Ba和b用導線連接時，銅片上發(fā)生的反應為Cu22e=CuC無論a和b是否連接，鐵片均會溶解，溶液均從藍色逐漸變成淺綠色Da和b分別連接直流電流正、負極，電壓足夠大時，Cu2向銅電極移動答案D解析鐵的活動性強于銅，故鐵能置換出銅且附著在鐵棒上，A正確；B項構(gòu)成原電池，銅片為正極，B正確；C項中無論a和b是否連接，都有鐵被氧化生成亞鐵離子，故C正確；D項中銅離子應移向鐵電極，故D錯誤。3xx廣東理綜，32(5)石墨可用于自然水體中銅件的電化學防腐，完成下圖防腐示意圖，并作相應標注。答案解析要用C通過電化學腐蝕保護銅，只能用電解池原理，所以裝置圖如上圖所示。4(xx廣東理綜，32)由熔鹽電解法獲得的粗鋁含一定量的金屬鈉和氫氣，這些雜質(zhì)可采用吹氣精煉法除去，產(chǎn)生的尾氣經(jīng)處理后可用于鋼材鍍鋁。工藝流程如下：(注：NaCl熔點為801 ；AlCl3在181 升華)(1)精煉前，需清除坩堝表面的氧化鐵和石英砂，防止精煉時它們分別與鋁發(fā)生置換反應產(chǎn)生新的雜質(zhì)，相關(guān)的化學方程式為_和_。(2)將Cl2連續(xù)通入坩堝中的粗鋁熔體，雜質(zhì)隨氣泡上浮除去。氣泡的主要成分除Cl2外還含有_；固態(tài)雜質(zhì)粘附于氣泡上，在熔體表面形成浮渣，浮渣中肯定存在_。(3)在用廢堿液處理氣體A的過程中，所發(fā)生反應的離子方程式為_。(4)鍍鋁電解池中，金屬鋁為_極。熔融鹽電鍍液中鋁元素和氯元素主要以AlCl和Al2Cl形式存在，鋁電極的主要電極反應式為_。(5)鋼材鍍鋁后，表面形成的致密氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕，其原因是_。答案(1)Fe2O32Al2FeAl2O33SiO24Al3Si2Al2O3(2)HCl、AlCl3NaCl(3)Cl22OH=ClClOH2O，HOH=H2O(4)陽Al4Cl3e=AlCl，2Al7Cl6e=Al2Cl(5)氧化鋁膜能隔絕空氣，阻礙鋼鐵被腐蝕解析(1)坩堝表面的氧化鐵和石英砂分別與鋁發(fā)生置換反應：Fe2O32Al2FeAl2O3,3SiO24Al3Si2Al2O3。(2)粗鋁中含有H2，則與Cl2反應生成HCl，則氣泡中含有HCl，同時Al與Cl2反應生成AlCl3，由于AlCl3在181 升華，氣泡中還含有AlCl3。有Na存在，其與Cl2反應生成NaCl，NaCl熔點高于700 ，存在于浮渣中。(3)尾氣經(jīng)冷凝后氣體A含有Cl2和HCl，用堿液吸收的離子方程式為Cl22OH=ClClOH2O，OHH=H2O。(4)在電鍍池中，鍍件作陰極，金屬鋁作陽極，鋁電極的電極反應式為Al4Cl3e=AlCl，2Al7Cl6e=Al2Cl。(5)致密的氧化鋁膜能防止鋼材腐蝕是因為氧化鋁膜能隔絕空氣，阻止Fe與O2反應。各省市兩年高考1(xx海南，3)以石墨為電極，電解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列說法錯誤的是()A陰極附近溶液呈紅色 B陰極逸出氣體C陽極附近溶液呈藍色 D溶液的pH變小答案D解析以石墨為電極，電解KI溶液，發(fā)生的反應為2KI2H2O2KOHH2I2(類似于電解飽和食鹽水)，陰極產(chǎn)物是H2和KOH，陽極產(chǎn)物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以陽極附近的溶液會變藍(淀粉遇碘變藍)，陰極附近的溶液會變紅(溶液呈堿性)，A、B、C正確；由于電解產(chǎn)物有KOH生成，所以溶液的pH逐漸增大，D錯誤。2.(xx上海，12)如右圖所示，將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U型管中，下列分析正確的是()AK1閉合，鐵棒上發(fā)生的反應為2H2eH2BK1閉合，石墨棒周圍溶液pH逐漸升高CK2閉合，鐵棒不會被腐蝕，屬于犧牲陽極的陰極保護法DK2閉合，電路中通過0.002NA個電子時，兩極共產(chǎn)生0.001 mol氣體答案B3(xx 高考試題組合)(1)xx四川理綜，11(4)MnO2可作超級電容器材料。用惰性電極電解MnSO4溶液可制得MnO2，其陽極的電極反應式是_。答案Mn22H2O2e=MnO24H解析陽極發(fā)生氧化反應，由MnSO4制得MnO2，錳元素化合價升高，MnSO4在陽極反應，根據(jù)原子守恒，反應物中有H2O參加，再根據(jù)電荷守恒，生成物中還有H，配平電極反應式。(2)xx山東理綜，30(1)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機陽離子、Al2Cl和AlCl組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應接電源的_極，已知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極電極反應式為_。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產(chǎn)物為_。答案負4Al2Cl3e=Al7AlClH2解析在鋼制品上電鍍鋁，故鋼制品應作陰極，與電源的負極相連；因為電鍍過程中“不產(chǎn)生其他離子且有機陽離子不參與電極反應”，Al元素在熔融鹽中以Al2Cl和AlCl形式存在，則電鍍過程中負極上得到電子的反應是4Al2Cl3e=Al7AlCl；在水溶液中，得電子能力：HAl3，故陰極上發(fā)生的反應是2H2e=H2。(3)xx北京理綜，26(4)電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3，需補充物質(zhì)A，A是_，說明理由：_。答案NH3根據(jù)反應：8NO7H2O3NH4NO32HNO3，電解產(chǎn)生的HNO3多解析由電解NO制備NH4NO3的工作原理圖可知，NO在陽極發(fā)生氧化反應生成NO，電極反應式為5NO10H2O15e=5NO20H。NO在陰極發(fā)生還原反應生成NH，電極反應式為3NO18H15e=3NH3H2O，電池總反應式為8NO7H2O3NH4NO32HNO3，電解產(chǎn)生的HNO3多，故應補充NH3，使其轉(zhuǎn)化為NH4NO3。(4)xx江蘇，20(1)將燒堿吸收H2S后的溶液加入如圖所示的電解池的陽極區(qū)進行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應：S22e=S(n1)SS2=S寫出電解時陰極的電極反應式：_。電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)，其離子方程式可寫成_。答案2H2O2e=H22OHS2H=(n1)SH2S解析在陰極電解質(zhì)溶液是NaOH，同時圖示顯示產(chǎn)生了H2，因此陰極發(fā)生的電極反應為2H2O2e=H22OH。加入H2SO4后，H與S反應生成S和H2S。(5)xx重慶理綜，11(4)一定條件下，如圖所示裝置可實現(xiàn)有機物的電化學儲氫(忽略其他有機物)。導線中電子移動方向為_。(用A、D表示)生成目標產(chǎn)物的電極反應式為_。該儲氫裝置的電流效率_。(生成目標產(chǎn)