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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：),电流,阳极,2Cl2e=Cl2,阴极,Cu22e=Cu,(3)电子和离子的移动方向(惰性电极),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,2.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之前的对应离子。 实例：,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,实例2放O2生酸型,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(),答案D,2.(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 C.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2H2O4e=O24H，在阴极，Cu2先放电，即阴极的电极反应式为Cu22e=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 2H2e=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2H2O4e=4HO2，阴极电极反应式为Cu22e=Cu，第二阶段：阳极电极反应式为2H2O4e=4HO2，阴极反应式为2H2e=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(bb)L2b L，故C说法正确；若M电极换成Cu，阳极上发生反应Cu2e=Cu2，阴极反应式为Cu22e=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,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反应，电极反应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，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D,4.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PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，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： A是铅蓄电池的_极。 Ag电极的电极反应式是_， 该电极的电极产物共_ 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”)。,(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，阴极发生的电极反应式为_ _，这样做的主要缺点是_。,【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”。 (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 mol C.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C,6.(2018华中师大附中期末)用惰性电极电解100 mL 3 molL1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 molL1 B.2.75 molL1 C.2 molL1 D.3.75molL1,电解后溶液中硝酸铜的物质的量为0.1 L3 molL10.1 mol0.2 mol，硝酸与足量的铁反应生成硝酸亚铁，反应方程式为8HNO33Fe=3Fe(NO3)22NO4H2O，故0.2 mol HNO3生成Fe(NO3)2的物质的量为0.2 mol3/80.075 mol，硝酸铜与铁反应生成硝酸亚铁，离子方程式为FeCu2=Fe2Cu，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 mol0.075 mol0.275 mol，反应后溶液中Fe2浓度为0.275 mol/0.1 L2.75 molL1，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：),2Cl2e=Cl2,氧化,2H2e=H2,还原,粗铜,2.电解精炼铜,纯铜,3.电镀铜,铜,待镀金属,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,6O212e=3O2,4Al312e=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(Na3AlF6)；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。,1.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，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序HZn2，不可能在铁上镀锌() 答案(1)(2)(3)(4)(5),2.(溯源题)(2017课标全国，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H2SO4H2C2O4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：Al33e=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N2 B.Y参与的电极反应为H22e=2H C.当有3 mol H通过质子交换膜时，Z的体积为22.4 L D.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，合成氨的过程中N2得电子发生还原反应，H2失去电子发生氧化反应，故X为N2，Y为H2，Z为NH3，A项错误。H2在阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为H22e=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。N2在阴极上得电子发生还原反应，电极反应式为N26H6e=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D,2.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(),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(),A.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4OH4e=2H2OO2 C.图中的ba D.该过程中的产品主要为H2SO4和H2,答案B,4.(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(),答案D,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4OH4e=2H2OO2 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：4OH4e=2H2OO2，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O2e=H22OH，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：),2.金属腐蚀的类型,(1)化学腐蚀与电化学腐蚀,电化学,(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：,Fe2e=Fe2,2H2e=H2,O22H2O4e=4OH,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。 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,LK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4P886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：2Fe4e=2Fe2 正极：O24e2H2O=4OH 2FeO22H2O=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O,3.(溯源题)(2017课标全国，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,(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”P86“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：,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O24H4e=2H2O D.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O24e2H2O=4OH。 答案C,2.某同学进行下列实验：,下列说法不合理的是() A.生铁片发生吸氧腐蚀 B.中心区：Fe2e=Fe2 C.边缘处：O22H2O4e=4OH D.交界处：4Fe2O210H2O=4Fe(OH)38H 解析生铁片边缘处为红色，说明生成了氢氧根离子，O22H2O4e=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，Fe2e=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D,3.(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：Cu2e=Cu2 D.C棒为正极，电极反应式：2H2e=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：Cu2e=Cu2，正极：O24e2H2O=4OH，溶液中，Cu22OH=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D.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A,5.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,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。,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(),答案D,2.(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：Cl2OH2e=ClOH2O C.阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OH D.除去CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O,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2CN5ClOH2O=N22CO25Cl2OH，错误。 答案D,3.(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：O22H2O4e4OH 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：2H2eH2,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O22H2O4e4OH，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O22H2O4e4OH，错误。 答案D,4.2014新课标全国，27(4)H3PO2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)：,写出阳极的电极反应式_。 分析产品室可得到H3PO2的原因_。 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：_ _。,5.2017天津理综，7(4)某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(见下图)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答下列问题。,
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