资源描述
精选优质文档-倾情为你奉上第二节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护【高考新动向】考点梳理（三年12考 高考指数:）1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。【考纲全景透析】一、电解原理1.电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起氧化还原反应的过程2.电解池：(也叫电解槽)把电能转变为化学能的装置3电解池的组成和工作原理（以电解CuCl2溶液为例）总反应方程式：Cu2+2Cl-= Cl2+ Cu二、电解原理的应用1电解饱和食盐水(1)电极反应：阳极2Cl2e = Cl2阴极 2H2e = H2电解(2)总反应方程式：2NaCl+ 2H2O =2NaOH+Cl2+H2(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气、氢气。2电镀铜或电解精炼铜电镀（Fe上镀Cu）电解精炼铜阳极电极材料铜粗通（含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质）电极反应Cu-2e-=Cu2+ Cu-2e-=Cu2+ Zn-2e-=Zn2+Fe-2e-=Fe2+Ni-2e-=Ni2+ 阴极电极材料铁纯铜电极反应Cu2+2e- = Cu 电解质溶液CuSO4溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉在电解池底部形成阳极泥。3电解冶炼钠(电解熔融NaCl)电解电极反应：阳极：2Cl-2e-=Cl2 阴极：2Na+2e-=2Na总反应方程式：2NaCl=2Na+ Cl2应用：冶炼Na、Mg、Al等活泼金属。三、金属的腐蚀与防护1化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与干燥气体或非电解质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触特点无电流产生有电流产生本质金属失电子变成金属阳离子而被氧化（Mne-=Mn+）金属被氧化的过程较活泼的金属被氧化的过程相互关系两种腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更严重2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较析氢腐蚀吸氧腐蚀条件金属在较强的酸性溶液中金属在中性或酸性很弱的溶液中电极反应负极(Fe)：Fe2e-Fe2+正极(C)：2H+2e-H2负极(Fe)：2Fe4e-2Fe2+正极(C)：2H2OO24e-4OH-发生情况相对较少，腐蚀速率一般较快非常普遍，腐蚀速率一般较慢联系两种腐蚀常相继发生，吸氧腐蚀为主3.金属的防护(1)加防护层，如在金属表面加上耐腐蚀的油漆、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料、橡胶及电镀、喷镀或表面钝化等方法。(2)电化学防护牺牲负极的正极保护 原电池原理正极：被保护的金属设备 。负极：比被保护的金属活泼的金属 。外加电流的阴极保护 电解原理阴极：被保护的金属设备 。阳极：惰性电极 (3)添加缓蚀剂。【热点难点全析】考点一 原电池、电解池、电镀池的比较类型原电池 电解池 本质 化学能转化为电能 电能转化为化学能 装置判断 无外加电源 有外加电源 电极判断 负极：还原性较强的极或电子流出的极正极：还原性较弱的极或电子流入的极 阳极：与直流电源正极相连的极阴极：与直流电源负极相连的极 电极上的反应 （1）负极本身或还原剂失去电子发生氧化反应（2）正极：溶液中某些阳离子或氧化剂得到电子 （1）阳极发生氧化反应即阳极金属或溶液中阴离子失去电子的反应（2）阴极本身不反应，溶液中的阳离子得到电子发生还原反应 电子流向 负极外电路正极 电源负极由导线阴极由溶液阳极电源正极 电流方向 正极外电路负极 电源正极由导线阳极由溶液阴极电源负极应用 铅蓄电池 电镀、精炼、冶金 【警示】(1)判断是原电池和电解池的关键是看是否有外加电源，有时并无外加电源，存在自发进行氧化还原反应的装置相当于电源，另一个装置则是电解池。(2)二次电池的放电过程是原电池，充电过程是电解池。 原电池的两极称为正、负极，是由两极材料的相对活泼程度决定。(原电池的正、负极在内电路中有时也分别称为阴极、阳极)电解池的两极称为阴、阳极，是由外接电源决定。无论是原电池还是电解池，阳离子总是向阴极移动，阴离子总是向阳极移动。1电极产物的判断阴极与电源负极相连，得电子发生还原反应。其规律有两个：一是电极本身不参加反应；二是电解质溶液中氧化性强的阳离子先得电子，如AgFe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2，要注意到金属活动性顺序表中Al及Al前面的金属离子在溶液中不放电。阳极与电源正极相连，失去电子发生氧化反应。其规律有两个：一是若阳极为非惰性电极(除Pt、Au之外的金属作电极)，电极本身失去电子被氧化，电解质溶液中的阴离子不参与电极反应；二是若阳极为惰性电极(Pt、Au或非金属作电极)，电解质溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，如S2IBrClOH含氧酸根。2电极方程式、电解方程式的书写书写电解反应的一般步骤是：以写出用石墨做电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。第一步：明确溶液中存在哪些离子溶液中的阳离子：Cu2、H，阴离子：OH、SO。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序阴极：Cu2H阳极：OHSO第三步：写电极反应式和总的电解方程式阴极：2Cu24e=2Cu阳极：4OH4e=2H2OO2或2H2O4e=O24H使得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2Cu22H2O2CuO24H(离子方程式)或2CuSO42H2O2CuO22H2SO4。注意 上述例子中的电极若换成铜棒，阳极电极反应式为：Cu2e=Cu2，阴极电极反应式不变。电极反应式的书写要以实际放电的离子表示，但电解方程式的书写中，弱电解质要以分子式的形式书写。如本例中的阳极反应式可写为OH，但是电解总反应方程式则必须写为H2O。【典例1】(2012潍坊模拟)有关下列装置的叙述不正确的是( )A.图铝片发生的电极反应式是：Al+4OH-3e-=AlO2-+2H2OB.图发生析氢腐蚀，离子方程式为：Fe+2H+=Fe2+H2C.图溶液中发生的变化：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3D.图充电时，阳极反应是：PbSO4+2H2O-2e-=PbO2+SO42-+4H+【解析】选B。图中铝片作负极，镁片作正极，铝被氧化；图发生析氢腐蚀，但醋酸为弱电解质，不能拆分；图发生吸氧腐蚀，空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化；图是铅蓄电池，放电时，PbO2被还原为PbSO4，充电时，硫酸铅被氧化为二氧化铅。考点二 电解规律及电解的相关计算1以惰性电极电解电解质溶液的类型类型电极反应特点实例电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴：2H+ + 2e- = H2阳：2OH- - 4e- = 2H2O + O2NaOH水增大增大水H2SO4水增大减小水Na2SO4水增大不变水分解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电HCl电解质减小增大氯化氢CuCl2电解质减小氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电NaCl电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸CuSO4电解质和水生成新电解质减小氧化铜2.电解时的放电顺序与电极产物的判断（1）电解池电极的判断（2）电解时电极产物的判断阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前)，则电极材料失电子，电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子；如是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要看溶液中离子的失电子能力，此时根据阴离子放电顺序加以判断，阴离子放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根F。阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相反，其中AgFe3Cu2HFe2Zn2Al3Mg2Na。3.电解池中有关量的计算或判断解题依据是得失电子守恒，其解题方法有守恒法、总反应式法、关系式法。(1)根据守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式计算。(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒关系，在已知量与未知量之间，建立计算所需的关系式。【典例2】用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)。则电解过程中共转移电子的物质的量是( )A.0.8 mol B.0.6 molC.0.5 mol D.0.4 mol【解析】选B。加入0.1 mol碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3 恢复原状，可将0.1 mol Cu2(OH)2CO3分解成0.2 mol CuO、0.1 mol H2O、0.1 mol CO2(因它可从溶液中跑掉，可忽略)，由此说明有0.2 mol 硫酸铜电解完成后，又有0.1 mol H2O发生电解，故电子转移的物质的量应为电解CuSO4和电解水电子转移的量之和：0.4 mol+0.2 mol=0.6 mol。【高考零距离】【2012年高考】1、（2012浙江高考10）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：下列说法不正确的是A在阴极式，发生的电极反应为：2H2O2e2OHH2B在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H浓度增大，平衡22HH2O向右移动C该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO44H2O2K2Cr2O74KOH2H22O2D测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比（nK/nCr）为d，则此时铬酸钾的转化率为1-0.5d【解题指南】解答本题时应注意以下两点：（1）看清阴阳极的电极材料；（2）阴阳极上放电的离子分析。【解析】选D。有反应的装置分析，惰性电极为阳极，则电解该溶液的实质是电解水，所以阳极是溶液中的氢氧根离子失电子，而阴极是氢离子得电子，故在阴极发生的电极反应为2H2O2e2OHH2，A对；由于阳极氢氧根放电所以剩余大量的氢离子会使氢离子的浓度变大，故使平衡22HH2O向右移动，B对；根据阴阳极放电的离子可以得知总反应为4K2CrO44H2O2K2Cr2O74KOH2H22O2，C对；根据B选项中的转化关系，阳极4K2CrO42K2Cr2O7，设共有4mol K2CrO4，则在阳极每转化xmol K2CrO4，就减少xmol钾离子，即nK/nCr=（8-x）：4=d，解得铬酸钾的转化率为x/4=(8-4d)/4=2-d，D不正确。2、（2012海南高考3）下列各组中，每种电解质溶液电解时只生成氢气和氧气的是A. HCl、 CuCl2、 Ba(OH)2 B. NaOH、CuSO4、 H2SO4C. NaOH、H2SO4、 Ba(OH)2 D. NaBr、 H2SO4、 Ba(OH)2【解析】考查基本电解原理。电解时只生成氧气和氢气，则电解质所含阳离子在金属活动顺序表位于铜之前，阴离子不是简单离子。【答案】C3、（2012海南高考4）下列实验操作正确的是A可用氨水除去试管内壁上的银镜B硅酸钠溶液应保存在带玻璃塞的试剂瓶中C将三氯化铁溶液蒸干，可制得无水三氯化铁D锌与稀硫酸反应时，要加大反应速率可滴加少量硫酸铜【解析】银镜用稀硝酸除去；硅酸钠是一种矿物胶不能用玻璃塞的瓶；蒸干三氯化铁时FeCl3水解，得不到晶体。【答案】D4、（2012广东高考7）化学与生活息息相关，下列说法不正确的是A 用食醋可除去热水壶内壁的水垢B 淀粉，油脂 和蛋白质都是高分子化合物C 自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致D新型复合材料使手机、电脑等电子产品更轻巧、实用和新潮【解题指南】解答本题时应从化学与生活的角度考虑【解析】选B。因为在有机高分子化合物中，它们的相对分子质量可以从几万直到几百万或更大,通过分析油脂的相对分子质量得知油脂不属于高分子化合物,由此判断B不正确，符合题意；A项中水垢的成分是碳酸钙和氢氧化镁，可以和食醋中乙酸反应而溶解，所以A项正确；C项中铁与碳、潮湿的空气组成原电池，铁发生电化学腐蚀，所以C项正确；D项符合新型复合材料的用途。5、（2012福建高考9）将右图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是A电极上发生还原反应B电子沿ZnabCu路径流动C片刻后甲池中c（SO42）增大D片刻后可观察到滤纸b点变红色【解题指南】解答本题时应明确如下四点：（1）甲和乙装置形成原电池做电源电解饱和硫酸钠溶液（2）原电池的负极和电解池的阳极发生氧化反应（3）阴离子分别移向原电池的负极和电解池的阳极（4）电子在原电池中由负极移向正极，在电解池中由阳极移向阴极，但是不经过电解质溶液【解析】选A。K闭合后，甲和乙装置通过盐桥形成原电池，Zn是负极，发生氧化反应，Cu是正极，发生还原反应，A选项正确；B选项貌似正确，迷惑学生。电子流向是负极到正极， 但ab这一环节是在溶液中导电，是离子导电，电子并没沿此路径流动，电子不经过溶液，B选项错误；在原电池中阴离子由正极移向负极，盐桥中的Cl向甲池移动，K+向乙池移动，两池中的c（SO42）均不变，C选项错误；D选项中是滤纸a点是电解池的阴极，电极反应是：2H+2eH2，由于H+来自于水的电离，所以H+放电的同时溶液中产生了OH，所以滤纸的a点变红，D选项错误。含酚酞的饱和食盐水K1K2石墨直流电源A铜6、(2012 安徽高考 11)某兴趣小组设计如下微型实验装置。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 通电A断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H+2ClCl2+H2B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为：Cl2+2e2ClD断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极【解题指南】解答本题时要注意做得“三看”，一看电源，断开K2，闭合K1时，有电源装置为电解池，断开K1、闭合K2时，无电源为原电池。二看电极，电极材料为石墨和铜，判断阴阳极和正负极。三看电解质溶液。【解析】选D。断开K2，闭合K1时，装置为电解池，两极均有气泡产生，则反应为2Cl2H2O H22OHCl2，石墨为阳极，铜为阴极，因此石墨电极处产生Cl2，在铜电极处产生H2，附近产生OH，溶液变红，故A、B两项均错误；断开K1、闭合K2时，为原电池反应，铜电极反应为H22e2OH=2H2O，为负极，而石墨电极反应为Cl22e=2Cl，为正极，故C项错误，D项正确。7、（2012福建高考24）（16分）24（1）电镀时，镀件与电源的 极连接。（2）化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉淀在镀件表面形成的镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用 （填“氧化剂”或“还原剂”）与之反应。某化学镀铜的反应速率随镀液pH变化如右图所示。该镀铜过程中，镀液pH控制在12.5左右。据图中信息，给出使反应停止的方法： （3）酸浸法制取硫酸铜的流程示意图如下：步骤（i）中Cu2(OH)2CO3发生反应的化学方程式为 。步骤（ii）所加试剂起调节pH作用的离子是 (填离子符号)。在步骤（iii）发生的反应中，1molMnO2转移2个mol电子，该反应的离子方程式为 。步骤（iv）除去杂质的化学方程式可表示为过滤后母液的pH=2.0，c（）=a molL1，c（）=b molL1，c（）=d molL1，该反应的平衡常数K= （用含a、b、d的代数式表示）。【解题指南】解答本题时应明确如下几点： （1）电镀的原理和特点。（2）属于氧化还原反应的离子方程式的配平时，除了依据元素守恒、电子守恒外，还要考虑电荷守恒。（3）先写出平衡常数表达式，再求平衡常数。【解析】（1）电镀时，镀层金属作电解池的阳极，镀件作电解池的阴极，与电源的负极相连。（2）镀铜是将Cu2+变成Cu，需要加入还原剂与之反应。从图中可以看出，随着pH的升高，反应速率越来越快，pH9时，反应速率为0，所以要使反应停止，应该控制pH在89之间。（3）Cu2（OH）2CO3可以看做Cu（OH）2CuCO3，它与稀硫酸反应生成CuSO4、H2O和CO2。步骤i所得溶液中含有过量的H2SO4，步骤ii加入NH4HCO3，发生反应：H+HCO3H2O+CO2，使pH升高；黄铵铁钒中，铁元素显+3价，所以加入MnO2的作用是将Fe2+氧化成Fe3+，因为1mol MnO2转移2mol电子，所以1mol变成Mn2+，依据元素守恒、电子守恒和电荷守恒可以得如下配平的离子方程式：MnO2+2Fe2+4H+Mn2+2Fe3+2H2O。pH2，c（H+）102mol/L，K。【答案】（1）负 （2）还原剂 调节溶液pH在89之间（2）Cu2（OH）2CO3+2H2SO42CuSO4+3H2O+CO2HCO3 MnO2+2Fe2+4H+Mn2+2Fe3+2H2O 8.（2012山东高考28）（12分） 工业上由黄铜矿（主要成分CuFeS2）冶炼铜的主要流程如下：（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的 吸收。a. 浓H2SO4 b.浓HNO3 c.NaOH溶液 d.氨水（2）用稀H2SO4 浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在 （填离子符号），检验溶液中还存在Fe2+的方法是 （注明试剂、现象）。（3）由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为 。（4）CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是 。a. 电能全部转化为化学能 b.粗铜接电源正极，发生氧化反应c. 溶液中Cu2+向阳极移动 d.利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属（5）利用反应2Cu+O2+ 2H2SO4 =2 CuSO4 + 2H2O可以制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为 。【解题指南】解答本题时应理清无机化工流程，明确每一步的反应在流程中的作用。对于陌生的氧化还原反应要用正确的配平方法进行配平；掌握电解精炼铜的原理及相关电极反应式的书写。【解析】（1）从冰铜的元素组成上看，其中含有硫元素，焙烧产物泡铜和熔渣中不再含有硫元素，故可推知A一定为SO2， 一般选用碱液溶液，故答案为c、d。（2）向溶液中滴加KSCN溶液，溶液呈红色，可推知溶液中一定含有Fe3+；要检验溶液中还含有Fe2+，可取适量酸性KMnO4溶液于一只试管中，滴入几滴该溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色或变浅，说明该溶液中含有Fe2+。（3）泡铜制取粗铜，是Cu2O和铝发生氧化还原反应，根据氧化还原反应的配平方法进行配平可得，化学反应方程式为3Cu2O+2AlAl2O3+6Cu。（4）在电解过程中，会有一部分电能损失转化为热能，因此电能不可能全部转化为化学能，A错误；C项，溶液中的Cu2+应向阴极（精铜）移动，C错误；正确答案为b、d。（5）本题可采取两种方法书写：一是直接法，通过化学反应可以看出，O2 发生还原反应，正极反应物一定为O2，其对应的还原产物为H2O，故正极的电极反应为：O2-4e-+4H+=2H2O；方法二：先写出负极电极反应：铜作为负极反应物，氧化产物为CuSO4，故其电极反应式为Cu-2e-+SO42-= CuSO4，在电量相同的前提下，用总的电极反应式减去该电极反应式，可得正极的电极反应式为O2-4e-+4H+=2H2O。【答案】（1）c、d（2）Fe3+，取少量溶液，滴加KMnO4溶液，KMnO4褪色（3）3Cu2O+2AlAl2O3+6Cu（4）b、d（5）4H+O2+4e-=2H2O【2011、2010年高考】1.（2011广东高考12）某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是A、a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出B、a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2+2e-= CuC、无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色D、a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2向铜电极移动【答案】选D。【解析】解答本题应从原电池原理和电解原理及其金属的置换反应考虑。a和b不连接时，铁比铜活泼，从溶液中置换出铜，A项正确；a和b连接时，形成原电池，铁作为负极而溶解，铜作为正极，溶液中的Cu2得到电子被还原成铜单质，所以B项都正确,无论a和b是否连接，装置中都发生Fe+Cu2-= Cu+Fe2+反应，溶液会从蓝色逐渐变为浅绿色，C项正确；如果a和b分别连接直流电源正、负极，该装置为电解池,Cu为阳极，Fe为阴极，则溶液中的阳离子向阴极移动，即向铁电极移动，D项不正确，故选D。2.（2011海南高考12）根据右图，下列判断中正确的是A烧杯a中的溶液pH升高B烧杯b中发生氧化反应C烧杯a中发生的反应为2H+2eH2D烧杯b中发生的反应为2Cl2eCl2【答案】选A、B。【解析】解答本题要明确以下三点：（1）盐桥起导电和平衡电荷的作用；（2）一般是活泼金属作原电池的负极；（3）正极发生吸氧腐蚀。Zn比Fe活泼，所以Zn作负极，发生氧化反应，电极反应式为：Zn2eZn2+；Fe作正极，氧气在该电极上发生还原反应，电极反应式为：2H2O+O2+4e4OH，反应后溶液pH升高。3.（2011山东高考15）以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程B.因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系C. 电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率D.镀锌层破损后对铁制品失去保护作用【答案】选C。【解析】解答本题时应明确电池及电解工作原理，对于其应用也要掌握。A项，未通电前上述镀锌装置可构成原电池，因原电池反应与电镀时所发生的反应为不同的两个反应，故电镀过程不是该原电池的充电过程，A错误；B项，电解过程中确实存在电能转化成热能的情况，但电镀时通过的电量与析出的锌的量存在确定的关系，与能量的其他转化无关，B错误；D项，镀锌层破损后，能形成锌铁原电池，铁为正极，锌为负极，同样起到保护铁的作用，D错误。4.（2011全国卷I10）用石墨作电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的A. CuSO4 B. H2O C. CuO D. CuSO45 H2O 【答案】选C。【解析】解答本题时应注意找出真正从体系中脱离的物质，脱离什么补什么。由阳极反应式：4OH4e=2H2OO2， 阴极反应式：Cu22e=Cu，可知从体系中脱离的是Cu和O2，相当于CuO，故选C。5.（2011北京高考26）氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如右图所示。（1）溶液A的溶质是 ；（2）电解饱和食盐水的离子方程式是 （3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在23。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用 （4）电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-c（SO42-）c（Ca2+）。精致流程如下（淡盐水和溶液A来自电解池）：盐泥a除泥沙外，还含有的物质是 。过程中将NH4+转化为N2的离子方程式是 。BaSO4的溶解度比BaCO3的小。过程中除去的离子有 。经过程处理，要求盐水中c 中剩余Na2SO3的含量小于5mg /L ,若盐水b中NaClO的含量是7.45 mg / L ,则处理10m3 盐水b ，至多添加10% Na2SO3溶液 kg（溶液体积变化忽略不计）。【解析】（1）充分利用图示条件判断电极和相关反应及产物；（2）除杂过程中不同的离子使用不同的方法，同时注意题目条件的提示，如“将NH4+转化为N2”等。【答案】（1）电解饱和食盐水时的两极反应分别为：阳极：2Cl- - 2e- = Cl2，阴极：2H+ + 2e- = H2。阳极产生Cl2，阴极产生H2，同时水的电离H2O H + OH-由于H浓度减小而得到促进，产生OH-，因此溶液A为NaOH溶液。（2）电解饱和食盐水时的总反应式：2Cl- + 2H2O H2 + Cl2 + 2OH-。（3）Cl2与水发生反应：Cl2+H2OHCl+HClO，增大溶液中盐酸的浓度，使平衡逆向移动，减少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2的逸出。（4）将粗盐水与含Cl2的淡盐水混合后，溶液中的杂质微粒有Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-、Cl2。盐泥a中除泥沙外，还有加入NaOH溶液时反应产生的沉淀，即Mg2+发生反应生成Mg(OH) 2：Mg2+2OH-=Mg(OH) 2。 过程中加入NaOH溶液将NH4+转化为N2时，因N元素化合价升高，因此发生氧化还原反应，NH4+是还原剂，成分中氧化剂只有Cl2，故Cl2 +NH4+N2+ Cl-结合电子守恒、电荷守恒和原子守恒，配平反应即为3Cl2 +8OH-+2NH4+=N2+6Cl-+8 H2O。加入NaOH溶液调pH至11后，盐水a中的杂质离子中一定有Ca2+、SO42-、OH-，还可能有过量Cl2与NaOH发生反应Cl2+2OH- Cl-+ClO-+ H2O生成的ClO-。过程中由于BaCO3的溶解度比BaSO4小，加入BaCO3时，发生反应SO42- (aq) + BaCO3(s) BaSO4(s) + CO32- (aq)；由于c(SO42-)c(Ca2+)，故反应产生的c(CO32-)c(Ca2+)，发生反应CO32- +Ca2+= Ca CO3，从而除去Ca2+和SO42-。往含有NaClO的溶液中加入Na2SO3时，发生反应NaClO+Na2SO3=NaCl+Na2SO4。m(NaClO)=7.45mg/L10m3103L/m3=74.5g，故NaClO+Na2SO3=NaCl+Na2SO474.5 12674.5g m(Na2SO3)故反应消耗的Na2SO3的质量m(Na2SO3)=126g。溶液中剩余的Na2SO3的最大质量m(Na2SO3) =5mg/L10m3103L/m3=50g，故总共加入的Na2SO3的质量不超过126g+50g=176g，至多添加的Na2SO3溶液的质量176g10=1760g=1.76kg。6.（2011四川高考26）甲、乙、丙、丁、戊为原子序数依次增大的短周期元素。甲、丙处于同一主族，丙、丁、戊处于同一周期，戊原子的最外层电子数是甲、乙、丙原子最外层电子数之和。甲、乙组成的常见气体X能使湿润的红色石蕊试纸变蓝；戊的单质与X反应能生成乙的单质，同时生成两种溶于水均呈酸性的化合物Y和Z，0.1mol/L的Y溶液pH1；丁的单质既能与丙元素最高价氧化物的水化物的溶液反应生成盐L，也能与Z的水溶液反应生成盐；丙、戊可组成化合物M。请回答下列问题：（1） 戊离子的结构示意图为_。（2） 写出乙的单质的电子式：_。（3） 戊的单质与X反应生成的Y和Z的物质的量之比为2 ：4，反应中被氧化的物质与被还原的物质的物质的量之比为_。（4） 写出少量Z的稀溶液滴入过量L的稀溶液中发生反应的离子方程式：_。（5） 按如图电解M的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：_。将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到的现象是_。【解析】由题中所给信息可知，甲：H，乙：N，丙：Na，丁：Al，戊：Cl，X：NH3；Y：NH4Cl，Z：HCl，L：NaAlO2，M：NaCl。其中涉及的反应为：3Cl2 + 4 NH3=N2 + 4HCl + 2 NH4Cl；2Al + 2NaOH+ 2H2O=2NaAlO2+3H2； 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2第（4）问涉及的反应为：NaAlO2+HCl +H2O=NaCl + Al（OH）3 。第（5）问涉及的反应为： NaCl + H2O NaClO +H2。【答案】7.（2010重庆卷）（14分）钒（V）及其化合物广泛应用于工业催化、新材料和新能源等领域（1）V2O5是接触法制硫酸的催化剂一定条件下，与空气反映t min后，和物质的量浓度分别为a mol/L和b mol/L, 则起始物质的量浓度为 mol/L ；生成的化学反应速率为 mol/(Lmin) 工业制硫酸，尾气用_吸收（2）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如题29图所示当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为 充电过程中，右槽溶液颜色逐渐由 色变为 色放电过程中氢离子的作用是 和 ；充电时若转移的电子数为3.个，左槽溶液中n(H+)的变化量为 答案（14分）（1）；氨水（2）绿 紫参与正极反应; 通过交换膜定向移动使电流通过溶液；0.5mol【解析】本题考查以钒为材料的化学原理题，涉及化学反应速率和电化学知识。（1） 由S守恒可得，的起始浓度为（a+b）mol/L。的速率为单位时间内浓度的变化，即b/tmol/(Lmin)。可以用碱性的氨水吸收。（2） 左槽中，黄变蓝即为生成，V的化合价从+5降低为+4，得一个电子，0原子减少，从图中知，其中发生了移动，参与反应，由此写成电极反应式。作为原电池，左槽得电子，而右槽失电子。充电作为电解池处理，有槽中则为得电子，对应化合价降低，即为生成，颜色由绿生成紫。由电极反应式知，参与了反应。溶液中离子的定向移动可形成电流。n=N/NA=3.01/6.02=0.5mol。【规律总结】电化学试题的分析一般是从化合价着手，对于原电池，化合价升高的作为负极，化合价降低的作为正极，两极方程式相加即可得总反应。对于电解池，化合价升高作为阳极，降低的作为阴极。两者之间的关系是：正极反应式颠倒即为阳极反应式，负极反应式颠倒即为阴极反应式。8.（2010四川理综卷）（16分) 碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防止碘缺乏病。碘酸钾(KIO3)是国家规定的食盐加碘剂，它的晶体为白色，可溶于水。碘酸钾在酸性介质中与过氧化氢或碘化物作用均生成单质碘。以碘为原料，通过电解制备碘酸钾的实验装置如右图所示。请回答下列问题：(1)碘是 (填颜色)固体物质，实验室常用 方法来分离提纯含有少量杂质的固体碘。(2)电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应：3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加入阳极区。另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。电解时，阳极上发生反应的电极反应式为 ；阴极上观察到的实验现象是 。(3)电解过程中，为确定电解是否完成，需检验电解液中是否有I。请设计一个检验电解液中是否有I的实验方案，并按要求填写下表。要求：所需药品只能从下列试剂中选择，实验仪器及相关用品自选。试剂：淀粉溶液、碘化钾淀粉试纸、过氧化氢溶液、稀硫酸。 实验方法实验现象及结论(4)电解完毕，从电解液中得到碘酸钾晶体的实验过程如下：步骤的操作名称是 ，步骤的操作名称是 。步骤洗涤晶体的目的是 。【答案】（1）紫黑色 升华（2） 有气泡产生（3）实验方法实验现象及结论取少量阳极区电解液于试管中，加稀硫酸酸化后加入几滴淀粉试液，观察是否变蓝。如果不变蓝，说明无。（如果变蓝，说明有。）（4）冷却结晶 干燥 洗去吸附在碘酸钾晶体上的氢氧化钾等杂质【解析】（1）考查物质的物理性质，较容易。（2）阳极发生氧化反应失电子。阴极区加入氢氧化钾溶液，电解氢氧化钾实质是电解水。（3）考查I-的检验此题借助与碘单质遇淀粉变蓝色这一特性，要设法将碘离子转化为碘单质。（4）考查实验的基本操作。要求考生对整个流程分析透彻。9.（2010山东卷）（12分）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。（1）以下为铝材表面处理的一种方法：碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是_（用离子方程式表示）。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的_。aNH3 bCO2 cNaOH dHNO3 以铝材为阳极，在H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为_。取少量废电解液，加入NaHCO，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是_。（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是_。（3）利用右图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_。【解析】(1) 冒气泡的原因是Al与NaOH反应了，方程式为：2Al+2OH-+4H2O=2Al(OH)4-+3H2；使Al(OH)4-生成沉淀，最好是通入CO2，加HNO3的话，沉淀容易溶解。阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜还必须有H2O参加，故电极反应式为：2Al+3H2O-6e -Al2O3+6H+；加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于废电解液中含有Al3+，和HCO3-发生了互促水解。(2)电镀时，阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+。(3)铁被保护，可以是做原电池的负极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁是做负极，称为牺牲阳极保护法。【答案】（1）2Al+2OH-+4H2O=2Al(OH)4-+3H2；c2Al+3H2O-6e -Al2O3+6H+；因为 Al3+和HCO3-发生了互促水解；Al3+3HCO3-= Al(OH)3+CO2(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2+(3)N 牺牲阳极保护法。【考点提升训练】一、选择题1.(2012广州模拟)下列叙述不正确的是( )A.电解氧化铝生成的金属铝是在熔融液的下层B.手机上用的锂离子电池属于二次电池C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：4OH-4e-=2H2O+O2D.铁表面镀锌，铁作阴极【解析】选C。A选项电解氧化铝生成的金属铝密度比冰晶石等的密度大，在熔融液的下层； B选项锂离子电池属于二次电池；D选项铁表面镀锌，铁作阴极，锌作阳极；C选项钢铁吸氧腐蚀的正极反应是2H2O+O2+4e-=4OH-。2.下列说法正确的是( )A.(2011江苏高考)铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀B.(2011江苏高考)铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应C.(2011山东高考)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、AlD.(2011潍坊模拟)电解食盐水一段时间后，可通入一定量的HCl气体来恢复原溶液【解析】选D。A项，在海轮上装铜块，海轮外壳(含铁)、铜和溶有电解质的海水，形成原电池，铁的腐蚀加快，A项错；B项，铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应，B项错误；C项，因氧化性：Fe3+Cu2+H+Fe2+Al3+，故电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上Fe3+首先生成Fe2+，然后析出铜，最后能生成H2，但不能析出铝和铁，故C错误；D项，电解食盐水消耗的是HCl，通入HCl可使溶液复原，D正确。3.(2012昆明模拟)如图是模拟电化学反应装置图。下列说法正确的是( )A开关K置于N处，则铁电极的电极反应式为：Fe2e-=Fe2B开关K置于N处，可以减缓铁的腐蚀C开关K置于M处，则铁电极的电极反应式为： 2Cl2e-=Cl2D开关K置于M处，电子从碳棒经开关K流向铁棒【解析】选B 。开关K置于N处，构成电解池，铁电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-=H2+2OH-，铁的腐蚀减缓；开关K置于M处，构成原电池，铁电极为负极，电极反应式为：Fe2e-=Fe2，电子从铁棒经开关K流向碳棒。4.(2012临沂模拟)如图中，两电极上发生的电极反应如下：a极：Cu2+ + 2e-=Cu；b极：Fe-2e-=Fe2+，则以下说法中不正确的是( )A.该装置一定是原电池 B.a极上一定发生还原反应C.a、b可以是同种电极材料 D.该过程中能量的转换可以是电能转化为化学能【解析】选A。A项该装置不一定是原电池，可以是原电池也可以是电解池；B项根据已知条件，a极上发生Cu2+ + 2e-=Cu反应，一定是还原反应；C项a、b可以是同种电极材料，如用铁电极电解硫酸铜溶液；D项该过程中能量的转换可以是电能转化为化学能，也可以是化学能转化为电能。【易错提醒】该题容易通过反应：Cu2+ Fe=Fe2+ Cu误判该装置为原电池。单从两极的反应上不能判定该装置是原电池还是电解池。两种可能都有。两电极的材料也容易误判，可以是同种材料。5(2012青岛模拟)右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置，通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液，下列实验现象中正确的是()A逸出气体的体积：a电极的小于b电极的B一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体Ca电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色Da电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色【解析】电解Na2SO4溶液时发生的反应为：a为阴极：4H4e=2H2b为阳极：4OH4e=O22H2OA、B不正确。a极周围由于H放电溶液呈碱性，石蕊显蓝色，b极周围由于OH放电溶液呈酸性，石蕊显红色。【答案】D8(2012合肥模拟)如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向(乙)中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。则以下说法不正确的是()A电源B极是正极B甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量比为1222C欲用丙装置给铜镀银，G应该是Ag，电镀液选AgNO3溶液D装置丁中X极附近红褐色变浅，说明氢氧化铁胶粒带正电荷【解析】接通电源后都是电解池。电解NaCl溶液时阳极：2Cl2e=Cl2，阴极：2H2e=H2，由乙中现象可知F为阴极，E为阳极，所以B为电源的负极，A为电源的正极，A错误；电解CuSO4溶液，阳极(C)反应：4OH4e=O22H2O，阴极(D)反应：2Cu24e=2Cu，由电子守恒可知C、D、E、F电极上生成的单质的物质的量比为1222，B正确；X极附近红褐色变浅，说明氢氧化铁胶粒向阴极移动，胶粒带正电荷，D正确。【答案】A9.已知：含Fe2+的溶液与铁氰化钾K3Fe(CN)6溶液反应生成具有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀，离子方程式为：3Fe2+2Fe(CN)63-=Fe3Fe(CN)62。现可用如图装置在浸有铁氰化钾浅黄色溶液的滤纸上写出蓝色的字“神奇的化学”，据此判断下列说法正确的是A.直流电源的a极是阴极B.直流电源的b极是负极C.阳极反应为：Fe(CN)63-+e-=Fe2+6CN-D.“电笔”笔尖材料是铁，其电极反应为：Fe-2e-=Fe2+【答案】选D。【解析】(1)正确理解题干中所给信息，并能正确应用所给信息。(2)根据“电笔”能写“蓝”字判断电笔上发生的反应及“电笔”的电极材料。(3)根据“电笔”电极判断原电池的正、负极。由于“电笔”可以在浸有铁氰化钾浅黄色溶液的滤纸上写出蓝字，则由题干中的信息可知，只有在“电笔”上产生Fe2+才可发生反应：3Fe2+2Fe(CN)63-=Fe3Fe(CN)62，才可写上蓝字，故“电笔”材料应是Fe，且应是电解池的阳极，发生的电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，则b为直流电源的正极，a为负极，则根据以上分析可知，答案选D。10.关于用惰性电极电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是( )A.电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B.若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色C.若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性【答案】选B。【解析】电解食盐水时发生的反应：阳极：2Cl-2e-=Cl2阴极：2H+2e-=H2总反应：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2对照分析选项，A错误；阳极附近的溶液中会溶有少量的Cl2,滴加KI溶液后发生反应：Cl2+2I-=I2+2Cl-，溶液呈棕色，B正确；阴极附近产生大量的OH-，滴加酚酞试液后变红色，C错误；电解后生成NaOH,溶液呈碱性，D错误。11.如图装置分别通电一段时间后，溶液的质量增加的是( )【答案】选D。【解析】分别通电一段时间后，四个装置总反应及质量变化如下：12.如图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色色斑向d端扩散。下列判断正确的是( )A.滤纸上c点附近会变红色B.Cu电极质量减小，Pt电极质量增大C.烧杯中溶液的pH先减小，后增大D.烧杯中溶液中SO42-向Pt电极定向移动【答案】选A、D。【解析】由于Y中央的紫红色色斑是由MnO4-引起的，紫红色色斑向d端扩散，则MnO4-向d移动，则d为Y的阳极，则b为电源正极，Pt为阳极，Cu为阴极，所以烧杯中的pH一直在减小，SO42-应向阳极即Pt电极定向移动，综上分析答案选A、D。13（2012南昌调研） 用石墨作电极，电解1 mol/L下列物质的溶液，溶液的pH保持不变的是()AHClBNaOHCNa2SO4 DNaCl【答案】C【解析】电解HCl溶液生成氢气和氯气，溶质减少，pH增大；电解NaOH溶液实质是电解水，NaOH溶液浓度增大，pH也增大；电解NaCl溶液生成NaOH，pH增大。14.（2013江苏省泰州中学高三期中考试）金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是（已知：氧化性Fe2Ni2Cu2） A阳极发生还原反应，其电极反应式为：Ni22e- = NiB电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量一定相等C电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和PtD电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2和Zn2【答案】C【解析】阳极发生的是氧化反应，A错误；阳极可能是Fe、Zn放电，阴极一定是Ni2+放电所以阳极减小的质量不一定等于阴极增加的质量，B错误；电解槽底部的阳极泥都是比镍不活泼的金属，C正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2和Zn2还存在大量Ni2+，D错误。答案选C。15.（2013江苏省如皋中学高三10月阶段测试）以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：下列说法不正
展开阅读全文