（新课改省份专版）2022高考化学一轮复习 5.6 化学能与电能（4）电化学原理的综合应用（过综合）学案（含解析）

（新课改省份专版）2022高考化学一轮复习 5.6 化学能与电能（4）电化学原理的综合应用（过综合）学案（含解析）1金属的腐蚀(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物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质Mne=MnMne=Mn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，危害也更严重析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe2e=Fe2正极2H2e=H2O22H2O4e=4OH总反应式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍铁锈的形成：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O。2金属的防护(1)改变金属的内部结构可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金。(2)覆盖保护层可以通过喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离。(3)电化学防护牺牲阳极的阴极保护法原电池原理负极比被保护金属活泼的金属正极被保护的金属设备外加电流的阴极保护法电解原理阴极被保护的金属设备阳极惰性金属考法精析考法一金属腐蚀的规律典例1如图所示，各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为()ABC D解析是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢，其电极反应式：负极Fe2e=Fe2，正极2H2OO24e=4OH。、均为原电池，中Fe为正极，被保护；、中Fe为负极，均加快了Fe的腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故FeCu原电池中Fe腐蚀的较快。是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，加快了Fe的腐蚀。是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为。答案C备考方略判断金属腐蚀快慢的规律(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)对同一金属来说，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中(浓度相同)。(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，二者形成原电池时，较活泼的金属腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。考法二金属腐蚀的类型典例2一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表：pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2Fe3O4Fe2O3FeO下列说法错误的是()A当pH4时，碳钢主要发生析氢腐蚀B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当溶液呈较强的碱性时，碳钢主要发生的是吸氧腐蚀，其正极反应为O22H2O4e=4OH，C项错误。答案C考法三金属的防护措施典例3(2018北京高考)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)。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下列说法不正确的是()A对比，可以判定Zn保护了FeB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活泼解析实验中加入K3Fe(CN)6，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2；实验中加入K3Fe(CN)6生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2，A项正确；对比可知，中K3Fe(CN)6可能将Fe氧化成Fe2，Fe2再与K3Fe(CN)6反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用做对比实验，不能用的方法，C项正确；K3Fe(CN)6可将单质铁氧化为Fe2，Fe2与K3Fe(CN)6生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。答案D综合训练1(2016浙江10月选考)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe2H2OO2=2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是()A铁片发生还原反应而被腐蚀B铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域C铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2OO24e=4OHD铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀解析：选D负极发生的电极反应为Fe2e=Fe2，Fe的化合价升高，发生氧化反应，生成Fe2最多的区域，腐蚀最严重，故A、B、C三项均错误。2(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解析：选C依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，铁不容易失去电子，故钢管桩表面腐蚀电流(指铁失去电子形成的电流)，接近于0，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。3某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。(已知Fe2遇K3Fe(CN)6溶液呈蓝色)。下列说法不合理的是()A区Cu电极上产生气泡，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液后出现蓝色，Fe被腐蚀B区Cu电极附近滴加酚酞后变成红色，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，Fe被腐蚀C区Zn电极的电极反应式为Zn2e=Zn2，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液未出现蓝色，Fe被保护D区Zn电极的电极反应式为2H2O2e=H22OH，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，Fe被腐蚀解析：选A区发生吸氧腐蚀，Cu为正极，电极反应式为O22H2O4e=4OH，Cu电极上不产生气泡，A项错误；区Cu为阴极，电极反应式为2H2O2e=H22OH，Cu电极附近溶液碱性增强，滴加酚酞后变成红色，Fe为阳极，被腐蚀，电极反应式为Fe2e=Fe2，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，B项正确；区Zn为负极，电极反应式为Zn2e=Zn2，Fe为正极，被保护，C项正确，区Zn为阴极，电极反应式为2H2O2e=H22OH，Fe作阳极，被腐蚀，电极反应式为Fe2e=Fe2，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，D项正确。考点二串联电池1有外接电源电池类型的判断方法有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。2无外接电源电池类型的判断方法(1)直接判断非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。(3)根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。典例某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为Al，其他均为Cu，下列说法正确的是()A电流方向：电极 电极B电极发生还原反应C电极逐渐溶解D电极的电极反应：Cu22e=Cu解析带盐桥的、装置构成原电池，为负极，为正极，装置为电解池。A项，电子移动方向：电极电极，电流方向与电子移动方向相反，正确；B项，原电池负极在工作中发生氧化反应，错误；C项，原电池正极上发生还原反应，Cu2在电极上得电子，生成Cu，该电极质量逐渐增大，错误；D项，电解池中阳极为活性电极时，电极本身被氧化，生成的离子进入溶液中，因为电极为正极，因此电极为电解池的阳极，其电极反应式为Cu2e=Cu2，错误。答案A备考方略串联类电池的解题流程综合训练1用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液，a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq)2PbSO4(s)2H2O(l)，通电时a电极质量增加，下列说法正确的是()A电路中通过1 mol电子时，Y电极质量增加48 gB放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)Cc、d电极产生气体的物质的量之比为12DX极为负极解析：选Aa极质量增加，即析出了 Ag，a为阴极，则Y为负极，X为正极，D项错；B项，所写电极反应式为正极的电极反应式；C项，c为阴极放出H2，d为阳极放出O2，物质的量之比为21。2如图X是直流电源。Y槽中 c、d为石墨棒，Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。(1)电源上b为_极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。Z槽中e为_极。连接Y、Z槽线路中，电子流动的方向是d_e(填“”或“ ”)。(2)写出c极上反应的电极反应式：_。写出Y槽中总反应的化学方程式：_。写出Z槽中e极上反应的电极反应式： _。解析：d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为 2H2O2e=H22OH，c 为阳极，电极反应式为 2Cl2e=Cl2，Y槽电解NaCl溶液的总反应方程式为 2NaCl2H2O2NaOHCl2H2；直流电源中a为正极，b为负极，Z槽中f为阴极，e为阳极，电极反应式为Cu2e=Cu2，电子流动方向由ed。答案：(1)负阳 (2)2Cl2e=Cl22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2Cu2e=Cu2考点三电化学定量计算电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。1解题关键(1)电极名称要区分清楚。(2)电极产物要判断准确。(3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。2计算方法如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总览电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。典例以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量n(e)与产生气体总体积V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是()A电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 molL1B忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H)2 molL1C当n(e)0.6 mol时，V(H2)V(O2)32D向电解后的溶液中加入16 g CuO，则溶液可恢复到电解前的浓度解析电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O4e=O24H，阴极反应式为Cu22e=Cu，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H2e=H2。当转移0.4 mol电子时，Cu2恰好完全析出，n(Cu2)0.2 mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)c(Cu2)1 molL1，A项错误；当转移0.4 mol电子时，生成n(H2SO4)0.2 mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H)2 molL1，B项正确；当n(e)0.6 mol时，发生反应：2CuSO42H2O2CuO22H2SO4、2H2O2H2O2，n(H2)0.1 mol，n(O2)0.1 mol0.05 mol0.15 mol，所以V(H2)V(O2)0.1 mol0.15 mol23，C项错误；因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度，D项错误。答案B综合训练1将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一段时间后，某一电极增重0.064 g(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()A4103 molL1B2103 molL1C1103 molL1 D1107 molL1解析：选A阴极反应：Cu22e=Cu，增重0.064 g应是生成Cu的质量，设生成H的物质的量为x，根据总反应离子方程式： 2Cu22H2O 2CuO24H264 g4 mol 0.064 gxx0.002 molc(H)4103 molL1。2在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(NO)6 molL1，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是()A电解得到的Cu的物质的量为0.5 molB向电解后的溶液中加入98 g的Cu(OH)2可恢复为原溶液C原混合溶液中c(K)4 molL1D电解后溶液中c(H)2 molL1解析：选B石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，n(O2)1 mol，阳极发生2H2O4e=O24H，生成1 mol氧气转移4 mol电子，阴极发生Cu22e=Cu、2H2e=H2，生成1 mol氢气，转移2 mol 电子，因此还要转移2 mol电子生成1 mol铜，电解得到的Cu的物质的量为1 mol，故A错误；根据电解原理和原子守恒，溶液中减少的原子有铜、氧、氢，向电解后的溶液中加入1 mol Cu(OH)2，可恢复为原溶液，质量为98 g，故B正确；c(Cu2)2 molL1，由电荷守恒可知，原混合溶液中c(K)为6 molL12 molL122 molL1，故C错误；开始电解时发生2Cu22H2O2CuO24H，n(H)2n(Cu)21 mol2 mol，当Cu2消耗完后，电解HNO3、KNO3溶液，实质上是电解水，n(H)2 mol不变，电解后溶液中c(H)为4 molL1，故D错误。3按如图1所示装置进行电解，A、B、C、D均为铂电极，回答下列问题。(1)甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积，电解前后溶液的体积变化忽略不计)。原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为_molL1，CuSO4的物质的量浓度为_molL1。t2时所得溶液的pH_。(2)乙槽为200 mL CuSO4溶液，乙槽内电解的总离子方程式：_：当C极析出0.64 g物质时，乙槽溶液中生成的H2SO4为_mol。电解后，若使乙槽内的溶液完全复原，可向乙槽中加入_(填字母)。ACu(OH)2BCuOCCuCO3 DCu2(OH)2CO3若通电一段时间后，向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol的Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为_。解析：(1)A、B、C、D均为惰性电极Pt，甲槽电解NaCl和CuSO4的混合液，阳极上离子放电顺序为ClOHSO，阴极上离子放电顺序为Cu2HNa，开始阶段阴极上析出Cu，阳极上产生Cl2，则题图2中曲线代表阴极产生气体体积的变化，曲线代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl2e=Cl2、4OH4e=2H2OO2，由曲线可知，Cl放电完全时生成224 mL Cl2，根据Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)0.1 molL1；阴极上发生的反应依次为Cu22e=Cu、2H2e=H2，由曲线可知Cu2放电完全时，阳极上产生224 mL Cl2和112 mL O2，则电路中转移电子的物质的量为0.01 mol20.005 mol40.04 mol，据得失电子守恒可知n(Cu2)0.04 mol0.02 mol，故混合液中c(CuSO4)0.1 molL1。0t1时间内相当于电解CuCl2，电解反应式为CuCl2CuCl2，t1t2时间内相当于电解CuSO4，而电解CuSO4溶液的离子反应为2Cu22H2O2CuO24H，则生成H的物质的量为0.005 mol40.02 mol，则有c(H)0.1 molL1，故溶液的pH1。(2)电解CuSO4溶液时，Cu2在阴极放电，水电离的OH在阳极放电，电解的总离子方程式为2Cu22H2O2CuO24H。C极为阴极，电极反应式为Cu22e=Cu，析出0.64 g Cu(即0.01 mol)时，生成H2SO4的物质的量也为0.01 mol。电解CuSO4溶液时，阴极析出Cu，阳极上产生O2，故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO3等使电解质溶液完全复原。加入0.2 mol Cu(OH)2相当于加入0.2 mol CuO和0.2 mol H2O，则电解过程中转移电子的物质的量为0.2 mol20.2 mol20.8 mol，即0.8NA个电子。答案：(1)0.10.11(2)2Cu22H2O2CuO24H0.01BC0.8NA