2019届高考化学总复习 第6章 化学反应与能量变化 第3讲 电解池、金属的腐蚀与防护（课件+练习）（打包5套）新人教版.zip

1第 3 讲 电解池、金属的腐蚀与防护【2019·备考】最新考纲：1.理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.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。考点一 电解原理(频数：★★★ 难度：★★)1．电解定义在电流作用下，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．能量转化形式电能转化为化学能。3．电解池(1)构成条件①有与电源相连的两个电极。②电解质溶液(或熔融盐)③形成闭合电路。(2)电极名称及电极的反应式(如图)(3)电子和离子的移动方向(惰性电极)4．电解过程2(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组。说明 不要忘记水溶液中的 H＋ 和 OH－ ，不要把 H＋ 、OH － 误加到熔融电解质中。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序 Ag＋ Fe3＋ Cu2＋ H＋ (酸)Fe 2＋ Zn2＋ H＋ (水)Al3＋ Mg2＋ Na＋ Ca2＋ K＋ 。阳极：活泼电极S 2－ I－ Br－ Cl－ OH－ 含氧酸根离子。说明 ①“活泼电极”一般指 Pt、Au 以外的金属。②最常用的放电顺序：阳极：活泼金属Cl － OH－ ；阴极：Ag ＋ Fe3＋ Cu2＋ H＋ 。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。名师助学：在掌握放电顺序的基础上，总结用惰性电极电解电解质的规律，是灵活运用电解原理的基础。1．电解水型规律：H ＋ 、OH － 放电，电解质形成的阳离子要么是 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)减小加H2O强碱(如 NaOH) 增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na 2SO4)阳极：4OH－ －4e － ===O2↑＋2H 2O阴极：4H＋ ＋4e － ===2H2↑H2O2H2O= = = = =电 解 O2↑＋2H 2↑增大不变加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3么是放电顺序排在 H＋ 、OH － 之前的对应离子。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= = = = =电 解 H2↑＋Cl 2↑ 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= = = = =电 解 Cu＋Cl 2↑减小加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 － ===Cl2↑阴极：2H＋ ＋2e － ===H2↑水和盐2Cl－ ＋2H 2O= = = = =电 解 Cl2↑＋H 2↑＋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4不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH－ －4e － ===2H2O＋O 2↑阴极：2Cu2＋ ＋4e － ===2Cu水和盐2Cu2＋ ＋2H 2O= = = = =电 解 2Cu＋O 2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO3题组一 电解原理的理解及电解规律的应用1．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的 pH 明显减小的是( )解析 A 项，该装置是原电池装置，H ＋ 放电生成氢气，溶液的 pH 增大，A 项错误；B 项，阳极：Cu－2e － ＋2OH － ===Cu(OH)2↓，阴极：2H 2O＋2e － ===H2↑＋2OH － ，总反应为：Cu＋2H 2O Cu(OH)2＋H 2↑，pH 增大，B 项错误；电解食盐水，总反应为：= = = = =通 电 2NaCl＋2H 2O 2NaOH＋H 2↑＋Cl 2↑，生成氢氧化钠使溶液的 pH 增大，C 项= = = = =通 电 错误；电解硫酸铜溶液的总反应为：2CuSO 4＋2H 2O 2Cu＋O 2↑＋2H 2SO4，溶= = = = =通 电 液的 pH 减小，D 项正确。答案 D2．(2018·宜昌期末)用图甲装置电解一定量的 CuSO4溶液，M、N 为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是( )A．A 点所得溶液只需加入一定量的 CuO 固体就可恢复到起始状态B．电解过程中 N 电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生5C．Q 点时 M、N 两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同D．若 M 电极材料换成 Cu，则电解过程中 CuSO4溶液的浓度不变解析 惰性材料作电极，在阳极上 H2O 先放电，即阳极的电极反应式为2H2O－4e － ===O2↑＋4H ＋ ，在阴极，Cu 2＋ 先放电，即阴极的电极反应式为Cu2＋ ＋2e － ===Cu，P 点后，气体体积突然增大，说明 P 点 Cu2＋ 消耗完全，P 点后，阴极的电极反应式是 2H＋ ＋2e － ===H2↑，即 A 点是电解完 CuSO4后，又电解了一部分水，应加入CuO 和 H2O 或 Cu(OH)2，才能恢复到原来的状态，故 A 说法错误；N 极接电源的负极，N 极作阴极，根据选项 A 的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，故 B 说法正确；Q 点的气体来自两个阶段，第一阶段：阳极电极反应式为 2H2O－4e － ===4H＋ ＋O 2↑，阴极电极反应式为 Cu2＋ ＋2e － ===Cu，第二阶段：阳极电极反应式为 2H2O－4e － ===4H＋ ＋O 2↑，阴极反应式为 2H＋ ＋2e － ===H2↑，P 点产生的气体为氧气，其体积为 b L，从 P 点到 Q 点，第二阶段，阴极产生的气体体积为 2b L，阳极产生的气体体积为 b L，阳极气体总体积为( b＋ b)L＝2 b L，故 C 说法正确；若 M 电极换成 Cu，阳极上发生反应 Cu－2e － ===Cu2＋ ，阴极反应式为Cu2＋ ＋2e － ===Cu，因此电解过程中 CuSO4溶液的浓度不变，故 D 说法正确。答案 A题组二 电解装置分析及电极方程式书写3．纳米级 Cu2O 由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中 OH－的浓度制备纳米级 Cu2O 的装置如图所示，发生的反应为：2Cu＋H 2O Cu2O＋H 2↑。下列说法正确的是( )= = = = =通 电 A．钛电极发生氧化反应B．阳极附近溶液的 pH 逐渐增大C．离子交换膜应采用阳离子交换膜D．阳极反应式是：2Cu＋2OH － －2e － ===Cu2O＋H 2O解析 钛电极为阴极，发生还原反应，A 项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化6反应，电极反应式为 2Cu＋2OH － －2e － ===Cu2O＋H 2O，OH － 由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C 项错误，D 项正确；由阴极区迁移过来的 OH－ 在阳极全部参与反应，消耗 OH－ ，pH 值减小，B 项错误。答案 D4．铅蓄电池在日常生活中应用广泛。回答下列问题：(1)铅蓄电池放电时的工作原理为 Pb＋PbO 2＋2H 2SO4===2PbSO4＋2H 2O，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。请回答下列问题：①A 是铅蓄电池的________极。②Ag 电极的电极反应式是_____________________________________，该电极的电极产物共________ g。③Cu 电极的电极反应式是_______________________________________，CuSO4溶液的浓度________(填“减小” “增大”或“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(NO 3)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，阴极发生的电极反应式为___________________________________________________________________，这样做的主要缺点是____________________________________________。(3)将 Na2S 溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：S 2－ －2e － ===S，( n－1)S＋S 2－ ===S 。2－n7电解时阴极的电极反应式：_______________________________________。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成___________________________________________________________。解析 (1)①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。②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。③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。(2)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＋ ＋2H 2O－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＋ 。(3)阴极只有 H＋ 得电子生成 H2；反应物为 S 、H ＋ ，产物有 S，所以 S 中 S 的化合价2－n 2－n既升高也降低，有 H2S 生成，配平即可。答案 (1)①负 ②2H ＋ ＋2e － ===H2↑ 0.4③Cu－2e － ===Cu2＋ 不变(2)PbO＋ClO － ===PbO2＋Cl －Pb2＋ ＋2H 2O－2e － ===PbO2↓＋4H ＋石墨上析出铜Pb2＋ ＋2e － ===Pb↓不能有效利用 Pb2＋(3)2H＋ ＋2e － ===H2↑S ＋2H ＋ ===(n－1)S↓＋H 2S↑2－n【易错警示】规避“四个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。(2)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解” 。8(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中 H＋ 、OH － 之后的离子一般不参与放电。(4)当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电解规律。题组三 电解过程中的定量分析5．用惰性电极电解一定浓度的 CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和 pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为( )A．0.4 mol B．0.5 molC．0.6 mol D．0.8 mol解析 电解硫酸铜时，开始硫酸铜和水反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了 0.2 mol 氧化铜和 0.1 mol 水，而0.1 mol 水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了 0.2 mol 电子，第一阶段转移了 0.4 mol 电子，即一共转移了 0.6 mol 电子，C 项正确。答案 C6．(2018·华中师大附中期末)用惰性电极电解 100 mL 3 mol·L－1 的 Cu(NO3)2溶液，一段时间后在阳极收集到标准状况下气体 1.12 L，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＋ 浓度为(设溶液体积不变)( )A．3 mol·L －1 B．2.75 mol·L －1C．2 mol·L －1 D．3.75mol·L －1解析 阳极反应式为 2H2O－4e － ===4H＋ ＋O 2↑，阴极反应式为 Cu2＋ ＋2e － ===Cu，阳极生成的气体为氧气，氧气的物质的量为 1.12 L÷22.4 L·mol－1 ＝0.05 mol，则故电解后溶液中生成的 HNO3的物质的量为 0.2 mol。电解后溶液中硝酸铜的物质的量为 0.1 L×3 mol·L－1 －0.1 mol＝0.2 mol，硝酸与足量的铁反应生成硝酸亚铁，反应方程式为 8HNO3＋3Fe= ==3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H 2O，故 0.2 mol HNO3生成 Fe(NO3)2的物质的量为 0.2 mol×3/8＝0.075 mol，硝酸铜与铁反应生成硝酸亚铁，离子方程式为 Fe＋Cu 2＋ ===Fe2＋ ＋Cu，故 0.2 mol 硝酸铜生成 Fe(NO3)2的物质的量为 0.2 mol，反应后溶液中 Fe2＋ 的物质的量为 0.2 mol＋0.075 mol＝0.275 mol，反应9后溶液中 Fe2＋ 浓度为 0.275 mol/0.1 L＝2.75 mol·L －1 ，选 B。答案 B【方法规律】突破电化学定量计算的三种方法考点二 电解原理的应用(频数：★★★ 难度：★★)1．电解饱和食盐水(1)电极反应阳极反应式：2Cl － －2e － ===Cl2↑(氧化反应)阴极反应式：2H ＋ ＋2e － ===H2↑(还原反应)(2)总反应方程式2NaCl＋2H 2O 2NaOH＋H 2↑＋Cl 2↑= = = = =电 解 离子反应方程式：2Cl － ＋2H 2O 2OH－ ＋H 2↑＋Cl 2↑= = = = =电 解 (3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。10阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。2．电解精炼铜3．电镀铜4．电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al 等总方程式 阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2Na＋Cl 2↑= = = = =电 解 2Cl－ －2e － ===Cl2↑2Na＋ ＋2e － ===2Na冶炼镁MgCl2(熔融)Mg＋Cl 2↑= = = = =电 解 2Cl－ －2e － ===Cl2↑Mg2＋ ＋2e － ===Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al＋3O 2↑= = = = =电 解 6O2－ －12e － ===3O2↑4Al3＋ ＋12e － ===4Al由于 AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石(Na 3AlF6)；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。111．源于教材电解原理的基本判断(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中 c(Cu2＋ )均保持不变( )(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料( )(3)电解冶炼镁、铝通常电解 MgCl2和 Al2O3，也可以电解 MgO 和 AlCl3( )(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )(5)用 Zn 作阳极，Fe 作阴极，ZnCl 2作电解质溶液，由于放电顺序 H＋ Zn2＋ ，不可能在铁上镀锌( )答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)×2．(溯源题)(2017·课标全国Ⅱ，11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为 H2SO4－H 2C2O4混合溶液。判断下列叙述是否正确(1)待加工铝质工件为阳极( )(2)可选用不锈钢网作为阴极( )(3)阴极的电极反应式为：Al 3＋ ＋3e － ===Al( )(4)硫酸根离子在电解过程中向阳极移动( )答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)√探源：本题源于 RJ 选修 4 P80“电解原理应用”及其知识拓展，对电解原理的应用进行了考查。题组一 电解原理在物质制备中的应用1．氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图所示，下列有关说法正确的是( )A．图中所示物质中，X 为 H2，Y 为 N2B．Y 参与的电极反应为 H2＋2e － ===2H＋C．当有 3 mol H＋ 通过质子交换膜时，Z 的体积为 22.4 LD．反应过程中左边区域溶液 pH 逐渐升高解析 根据题图可知，H ＋ 向左边电极移动，则左边电极为阴极，右边电极为阳极，合成氨12的过程中 N2得电子发生还原反应，H 2失去电子发生氧化反应，故 X 为 N2，Y 为 H2，Z 为NH3，A 项错误。H 2在阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为 H2－2e － ===2H＋ ，B 项错误。未指明温度与压强，无法计算气体体积，C 项错误。N 2在阴极上得电子发生还原反应，电极反应式为 N2＋6H ＋ ＋6e － ===2NH3，故左边区域溶液中 H＋ 浓度逐渐降低，溶液 pH 逐渐升高，D 项正确。答案 D2．在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原 CO2可制备 ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是( )A．电解结束后电解液Ⅱ中 c(Zn2＋ )增大B．电解液Ⅰ应为 ZnSO4溶液C．Pt 极反应式为 2CO2＋2e － ===C2O2－4D．当通入 44 g CO2时，溶液中转移 1 mol 电子解析 因为右室 Zn 失去电子生成 Zn2＋ ，溶液中的 Zn2＋ 通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变， c(Zn2＋ )不变，A 项错误；右室生成的 Zn2＋ 通过阳离子交换膜进入左室与生成的 C2O 结合为 ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的 ZnC2O4溶液，不含杂质，2－4电解液Ⅱ只要是含 Zn2＋ 的易溶盐溶液即可，B 项错误；Pt 极反应式为2CO2＋2e － ===C2O ，C 项正确；当通入 44 g CO2时，外电路中转移 1 mol 电子，溶液中2－4不发生电子转移，D 项错误。答案 C题组二 电解原理在环境治理中的应用3．用 Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是( )13A．X 为直接电源的负极，Y 为直流电源的正极B．阳极的电极反应式为 4OH－ －4e － ===2H2O＋O 2↑C．图中的 baD．该过程中的产品主要为 H2SO4和 H2解析 根据 Na＋ 和 SO 、HSO 的移动方向可知 Pt(Ⅰ)为阴极，电极反应式为2－3 － 32H＋ ＋2e － ===H2↑，Pt(Ⅱ)为阳极，电极反应式为 SO －2e － ＋H 2O===SO ＋2H ＋ 。2－3 2－4答案 B4．(2017·南师附中模拟)电化学降解法治理水中硝酸盐的污染原理如图所示。下列说法正确的是( )A．B 为电源正极B．电解过程中 H＋ 向阳极移动C．阴极反应式为 2NO ＋6H 2O＋10e － ===N2↑＋12OH －－ 3D．理论上电解过程中阴、阳两极产生的气体在同温同压下体积比为 2∶5解析 A 项，从图中看，NO 转化成 N2，N 由＋5 价降为 0 价，得电子，应为阴极，则 B－ 3为负极，错误；B 项，电解过程中，H ＋ 移向阴极，错误；C 项，阳极为 OH－ 放电，留下H＋ ，H ＋ 移向阴极参与电极反应 2NO ＋12H ＋ ＋10e － ===NO2↑＋6H 2O，错误；D 项，阴极：－ 310e－ ～N 2，阳极：4e － ～O 2，两者转移电子数相等，则在同温同压下生成的气体体积比为2∶5，正确。答案 D14题组三 电解原理在物质分离、提纯中的应用5．(2018·广州综合测试)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＋O 2↑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＋O 2↑，A 项正确；阴极上 H2O 得电子发生还原反应：2H2O＋2e － ===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。答案 C考点三 金属的腐蚀与防护(频数：★ 难度：★)1．金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，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类型 化学腐蚀 电化学腐蚀条件金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl 2、SO 2等)或非电解质液体(如石不纯金属或合金跟电解质溶液接触15油)等接触现象 无电流产生 有微弱电流产生本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH≤4．3)水膜酸性很弱或呈中性负极 Fe：Fe－2e － ===Fe2＋电极材料及反应正极 C：2H ＋ ＋2e － ===H2↑ C：O 2＋2H 2O＋4e － ===4OH－总反应式 Fe＋2H ＋ ===Fe2＋ ＋H 2↑ 2Fe＋O 2＋2H 2O===2Fe(OH)2联系 吸氧腐蚀更普遍3.金属的防护(1)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理a．负极：比被保护金属活泼的金属；b．正极：被保护的金属设备。②外加电流的阴极保护法——电解原理a．阴极：被保护的金属设备；b．阳极：惰性金属。(2)改变金属的内部结构组成，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法。教材图解16LK 选修 4P21 铜锌原电池装置(2)示意图RJ 选修 4P86 牺牲阳极的阴极保护法示意图以上教材中的两个图示中所说的阳极是指原电池的负极。1．判断正误(RJ 选修 4·P886 改编)(1)黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿( )(2)生铁比纯铁容易生锈( )(3)铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈( )(4)用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈( )答案 (1)√ (2)√ (3)√ (4)√2．依据教材内容写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。答案 铁锈的形成负极：2Fe－4e － ===2Fe2＋正极：O 2＋4e － ＋2H 2O===4OH－2Fe＋O 2＋2H 2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－ x)H2O3．(溯源题)(2017·课标全国Ⅰ，11)支撑海港码头基础的防腐技术，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。判断下列有关表述是否正确17(1)通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零( )(2)通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩( )(3)高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流( )(4)通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整( )答案 (1)√ (2)√ (3)× (4)√探源：本题源于教材 RJ 选修 4 P84“金属的电化学腐蚀”P 86“金属的电化学防护”对金属腐蚀类型及常见的防腐方法进行了考查。题组一 金属腐蚀原理分析1．(2018·郑州高三模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液 pH 的关系如下表：pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14腐蚀快慢 较快 慢 较快主要产物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO－ 2下列说法错误的是( )A．当 pH6 时，碳钢主要发生吸氧腐蚀C．当 pH14 时，正极反应为 O2＋4H ＋ ＋4e － ===2H2OD．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓解析 C 项正极反应为 O2＋4e － ＋2H 2O===4OH－ 。答案 C2．某同学进行下列实验：操作 现象取一块打磨过的生铁片，在其表面滴 1 滴含放置一段时间后，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18酚酞和 K3[Fe(CN)6]的食盐水 色，在两色环交界处出现铁锈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：O 2＋2H 2O＋4e － ===4OH－D．交界处：4Fe 2＋ ＋O 2＋10H 2O===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，O 2＋2H 2O＋4e － ===4OH－ ，生铁片发生吸氧腐蚀，故 A、C 合理；根据实验现象，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。答案 D3．(2018·河南罗山模拟)某学生为探究铜生锈的过程设计如图所示装置，下列选项正确的是( )A．一段时间后 C 棒上有气泡冒出，附近的溶液变为红色B．一段时间后溶液中会有蓝色沉淀产生C．Cu 棒为正极，电极反应式：Cu－2e － ===Cu2＋D．C 棒为正极，电极反应式：2H ＋ ＋2e － ===H2↑解析 由于铜的金属活动性比氢弱，在电解质溶液中发生吸氧腐蚀，负极：Cu－2e － ===Cu2＋ ，正极：O 2＋4e － ＋2H 2O===4OH－ ，溶液中，Cu 2＋ ＋2OH － ===Cu(OH)2↓，所以 B 选项正确。答案 B题组二 常见金属防护措施4．下列做法有利于金属防护的是( )A．在钢铁零件表面涂油漆B．将钢铁制成的闸门与直流电源正极相连C．菜刀切菜后不洗净就放回刀架19D．埋在地下的钢管与铜块相连解析 一般钢铁容易生锈，如果在钢铁零件的表面涂油漆，就能大大增强抗腐蚀能力，延长使用寿命，A 项正确；钢铁制成的闸门与直流电源的正极相连，闸门成为电解池的阳极，能加速腐蚀，B 项错误；菜刀切菜后不洗净，容易发生吸氧腐蚀，C 项错误；铁比铜活泼，当埋在地下的钢管与铜块相连时，钢管成为原电池的负极，加快了腐蚀，D 项错误。答案 A5．利用如图装置，可完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述不正确的是( )A．若 X 为锌棒，Y 溶液为 NaCl 溶液，开关 K 置于 M 处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法B．若 X 为碳棒，Y 溶液为 NaCl 溶液，开关 K 置于 N 处，可减缓铁的腐蚀，溶液中的阴离子向碳极移动C．若 X 为铜棒，Y 溶液为硫酸铜溶液，开关 K 置于 M 处，铜棒质量将增加，此时外电路中的电子向铜极移动D．若 X 为铜棒，Y 溶液为硫酸铜溶液，开关 K 置于 N 处，铁棒质量将增加，溶液中铜离子浓度将减小解析 A 项，该装置为原电池，铁作正极，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法，A 项正确；B 项，该装置为电解池，铁作阴极，可减缓铁的腐蚀，溶液中的阴离子向碳极移动，B 项正确；C 项，该装置为原电池，铁棒作负极，铜棒作正极，铜棒质量将增加，此时外电路中的电子向铜极移动，C 项正确；D 项，开关 K 置于 N 处，该装置为电镀装置，铁棒质量将增加，溶液中铜离子浓度不变，D 项错误。答案 D【练后归纳】1．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20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。2．两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。[试题分析](2016·全国卷Ⅰ，11)三室式电渗析法处理含 Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd 均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的 Na＋ 和 SO 可通过离子交换2－4膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是( )A．通电后中间隔室的 SO 离子向正极迁移，正极区溶液 pH 增大2－4B．该法在处理含 Na2SO4废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4产品C．负极反应为 2H2O－4e － ===O2＋4H ＋ ，负极区溶液 pH 降低D．当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.5 mol 的 O2生成解题思路： 我的答案： 考查意图：该题以三室式电渗析法处理含 Na2SO4废水为背景，考查了电解池的工作原理。题目涉及电极产物、溶液的酸碱性和阴阳离子移动方向的判断、电极反应式的书写、电化学的简单计算等知识点；要求考生准确读取图示信息，运用逻辑思维能力去辩证地分析与解决电化学问题；题目兼有“对立统一”和“模型”思想方法的考查。题目从多角度考查了电化学的基础知识，有一定的迷惑性。在今后的教学中要加强电化学基础教学，提高学生获取信息的能力，注意引导学生灵活掌握知识。该题难度适中，本题抽样统计难度为 0.56。解题思路：电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即 SO 离子向正极区移动，2－4Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的 OH－ 发生氧化反应生成氧气，H ＋ 留在正极区，该极得21到 H 2SO4产品，溶液 pH 减小，负极区水电离的 H＋ 发生还原反应生成氢气，OH － 留在负极区，该极得到 NaOH 产品，溶液 pH 增大，故 A、C 项错误，B 正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.25 mol 的 O2生成，D 错误。正确答案：B[真题演练]1．(安徽理综)某兴趣小组设计如图所示的微型实验装置。实验时，先断开 K2，闭合 K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开 K1，闭合 K2，发现电流表 A 指针偏转。下列有关描述正确的是( )A．断开 K2，闭合 K1时，总反应的离子方程式为：2H ＋ ＋2Cl － Cl2↑＋H 2↑= = = = =通 电 B．断开 K2，闭合 K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开 K1，闭合 K2时，铜电极上的电极反应式为：Cl 2＋2e － ===2Cl－D．断开 K1，闭合 K2时，石墨电极作正极解析 本题综合考查电化学知识，意在考查考生对原电池、电解池原理的理解。断开 K2，闭合 K1时，该装置为电解池，由两极均有气泡产生可知铜电极为阴极，总反应的离子方程式为 2Cl－ ＋2H 2O Cl2↑＋H 2↑＋2OH － ，A 项错；由此可知铜电极附近溶液= = = = =通 电 中因有 OH－ 生成，溶液变红色，B 项错；断开 K1，闭合 K2时，装置为原电池，铜极上产生的氢气发生氧化反应，电极反应式为 H2－2e － ＋2OH － ===2H2O，C 项错；由此可知铜电极为负极，石墨电极为正极，故 D 项正确。答案 D2．(2015·四川理综，4)用下图所示装置除去含 CN－ 、Cl － 废水中的 CN－ 时，控制溶液 pH为 9～10，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( )22A．用石墨作阳极，铁作阴极B．阳极的电极反应式：Cl － ＋2OH － －2e － ===ClO－ ＋H 2OC．阴极的电极反应式：2H 2O＋2e － ===H2↑＋2OH －D．除去 CN－ 的反应：2CN － ＋5ClO － ＋2H ＋ ===N2↑＋2CO 2↑＋5Cl － ＋H 2O解析 Cl － 在阳极发生氧化反应生成 ClO－ ，水电离出的 H＋ 在阴极发生还原反应生成 H2，又由于电解质溶液呈碱性，故 A、B、C 项正确；D 项，溶液呈碱性，离子方程式中不能出现 H＋ ，正确的离子方程式为 2CN－ ＋5ClO － ＋H 2O===N2↑＋2CO 2↑＋5Cl － ＋2OH － ，错误。答案 D3．(2015·上海化学，14)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是( )A．d 为石墨，铁片腐蚀加快B．d 为石墨，石墨上电极反应为：O 2＋2H 2O＋4e － ― →4OH －C．d 为锌块，铁片不易被腐蚀D．d 为锌块，铁片上电极反应为：2H ＋ ＋2e － ― →H 2↑解析 A 项，由于活动性：Fe石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为 Fe2＋ 进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确；B 项，d 为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为 O2＋2H 2O＋4e － ― →4OH － ，正确；C项，若 d 为锌块，则由于金属活动性：ZnFe，Zn 为原电池的负极，Fe 为正极，首先被腐蚀的是 Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确；D 项，d 为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为 O2＋2H 2O＋4e － ― →4OH － ，错误。答案 D234．[2014·新课标全国Ⅰ，27(4)]H 3PO2也可用电渗析法制备。 “四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：①写出阳极的电极反应式_________________________________________。②分析产品室可得到 H3PO2的原因________________________________。③早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO2将 “四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用 H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。 其缺点是产品中混有________杂质。该杂质产生的原因是：__________________________________________________________________________________________________________________________