2019-2020年高考化学大一轮复习 第六章 化学反应与能量 第三讲 电解池金属腐蚀与防护讲义.doc

2019-2020年高考化学大一轮复习 第六章 化学反应与能量 第三讲 电解池金属腐蚀与防护讲义xx高考导航考纲要求真题统计命题趋势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。xx，卷 28T(2)；xx，卷 27T(4)；xx，卷 27T(3)预计xx年高考仍将重点考查电解池的工作原理，如阴阳极的判断、电极反应式的书写及溶液pH的变化等；借助电解原理进行的工业实际问题如新材料的制取等。复习备考时应注重电解原理的实质，从氧化还原反应的角度认识电化学，注重与元素化合物、有机化学、电解质溶液、化学实验设计、新能源等知识的联系。考点一电解原理学生用书P145一、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。在此过程中，电能转化为化学能。二、电解池1电解池的构成条件(1)有与电源相连的两个电极。(2)两个电极插入电解质溶液(或熔融盐)中。(3)形成闭合回路。2电极名称及电极反应式以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：总反应方程式：CuCl2CuCl2。3电解池中电子和离子的移动(1)电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。(2)离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写1判断电解池的阴、阳极(1)根据外接电源的正、负极判断电源正极连接阳极；电源负极连接阴极。(2)根据电极产物判断电极溶解、逸出O2(或电极区变酸性)或逸出Cl2的为阳极；析出金属、逸出H2(或电极区变碱性)的为阴极。2电极反应式的书写步骤(1)分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H和OH)。(2)排出阴、阳两极的放电顺序阳极活性电极(Zn、Fe、Cu等)：电极材料失电子；惰性阳极(Pt、Au、石墨等)：S2IBrClOH含氧酸根。阴极AgFe3Cu2H(酸中)Fe2Zn2。(3)写出两极电极反应式阳极：活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。阴极：溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。(4)写出电解总反应式在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。1分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。电解质(水溶液)电极反应式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度变化溶液pH变化电解质溶液复原方法含氧酸(如H2SO4)阳极： _阴极：_加_强碱(如NaOH)阳极： _阴极： _加_活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极： _阴极：_加_无氧酸(如HCl，除HF外)阳极： _阴极： _续表电解质(水溶液)电极反应式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度变化溶液pH变化电解质溶液复原方法不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2，除氟化物外)阳极： _阴极： _加_活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极： _阴极：_水和盐生成新电解质不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极： _阴极： _2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质加_(1)电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？在放H2生碱型的电解中，若滴入酚酞试液，哪一极附近溶液变红？电解质溶液的复原遵循什么原则？(2)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？答案：(从左到右，从上到下)4OH4e=O22H2O4H4e=2H2水2H2OO22H2增大减小水4OH4e=O22H2O4H4e=2H2水2H2OO22H2增大增大水4OH4e=O22H2O4H4e=2H2水2H2OO22H2增大不变水2Cl2e=Cl22H2e=H2酸2HClCl2H2减小增大通入HCl气体2Cl2e=Cl2Cu22e=Cu盐CuCl2CuCl2减小CuCl22Cl2e=Cl22H2e=H22Cl2H2OCl2H22OH增大通入HCl气体4OH4e=O22H2O2Cu24e=2Cu水和盐减小CuO(或CuCO3)(1)放H2生碱型实质是水电离出H在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出OH在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H浓度增大。电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。(2)电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。不可以，加入Cu(OH)2固体会使溶液的浓度比原来低。2按要求书写有关的电极反应式及总方程式。(1)用惰性电极电解AgNO3溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(2)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。(3)用铜作电极电解NaCl溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应化学方程式：_。(4)用铜作电极电解HCl溶液阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应离子方程式：_。解析：注意阳极若是活性材料，则阳极金属失电子形成离子。答案：(1)4OH4e=O22H2O4Ag4e=4Ag4Ag2H2O4AgO24H(2)2Cl2e=Cl22H2e=H2Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2(3)Cu2e=Cu22H2e=H2Cu2H2OCu(OH)2H2(4)Cu2e=Cu22H2e=H2Cu2HCu2H2名师点拨电解过程中溶液pH的变化规律(1)电解时，只生成H2而不生成O2，则溶液的pH增大。(2)电解时，只生成O2而不生成H2，则溶液的pH减小。(3)电解时，既生成H2又生成O2，则实际为电解H2O。若原溶液为酸性溶液，则溶液的pH减小；若原溶液为碱性溶液，则溶液的pH增大；若原溶液为中性溶液，则溶液的pH不变。(xx高考福建卷)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是()A该装置将化学能转化为光能和电能B该装置工作时，H从b极区向a极区迁移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原Da电极的反应为3CO218H18e=C3H8O5H2O解析该装置为电解装置，模拟“人工树叶”，故为电能转化为化学能，A项错误；b极连接电源的正极，为阳极，H为阳离子，在电解池中向a极(阴极)区移动，B项正确；右侧H2OO2发生的是氧化反应，每生成1 mol O2，转移4 mol电子，C3H8O中碳元素的化合价是2，3CO2C3H8O，转移18 mol电子，故生成1 mol O2消耗 2/3 mol CO2，C项错误；a电极发生的是还原反应：3CO218H18e=C3H8O5H2O，D项错误。答案B写出例1中b电极上的反应式以及该装置的总反应的化学方程式。答案：b电极上的电极反应式：2H2O4e=O24H；总反应的化学方程式：6CO28H2O=9O22C3H8O。分析电解过程的思维程序(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(不要忘记水溶液中的H和OH)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序。注意阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。最常用、最重要的放电顺序是阳极：ClOH；阴极：AgCu2H。电解水溶液时，K、Ca2、Na、Mg2、Al3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到KAl等金属。(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。 题组一电解原理的考查1(教材改编)判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)电解是将电能转化为化学能。()(2)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。()(3)电解池的阳极和原电池的正极都发生氧化反应。()(4)电解NaCl溶液的阳极反应一定是2Cl2e=Cl2。()解析：原电池的正极发生还原反应，(3)错；电解NaCl溶液时若用活泼金属作阳极，则活泼金属失电子，(4)错。答案：(1)(2)(3)(4)2(xx高考上海卷)如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中。下列分析正确的是()AK1闭合，铁棒上发生的反应为2H2e=H2BK1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高CK2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法DK2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 mol 气体解析：选B。K1闭合构成原电池，铁是活泼的金属，铁棒是负极，铁失去电子，发生的反应为Fe2e=Fe2；石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH，电极反应式为O24e2H2O=4OH，石墨棒周围溶液pH逐渐升高，A不正确，B正确。K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极，溶液中的氢离子放电产生氢气，铁不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法；石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，两极电极反应式分别为2H2e=H2、2Cl2e=Cl2，电路中通过0.002NA个电子时，两极均产生 0.001 mol气体，共计是0.002 mol气体，C、D均不正确。题组二电极反应式的书写3xx高考全国卷，27(3)PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。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_。解析：电解池的阳极发生失电子反应(氧化反应)，因为Pb2PbO2属于氧化反应，所以发生的电极反应为Pb22H2O2e=PbO2 4H；由于Cu2的放电能力强于Pb2，故阴极上的电极反应为Cu22e=Cu，则阴极产生的现象是石墨上包上铜镀层；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为Pb22e=Pb，这样一来就不能有效利用Pb2。答案：Pb22H2O2ePbO24H石墨上包上铜镀层Pb22e=Pb不能有效利用Pb24用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并写出电极反应方程式。(1)阳极产物：_；电极反应：_。(2)阴极产物：_；电极反应：_。解析：在混合液中，尤其注意离子的放电顺序，溶液中的阴离子有Cl、SO、OH，放电顺序为ClOHSO，阳离子有Na、Cu2、H，放电顺序为Cu2HNa，结合题中“两极均有两种产物产生”，按顺序写出电极反应式即可。答案：(1)Cl2、O22Cl2e=Cl2、4OH4e=2H2OO2(2)Cu、H2Cu22e=Cu、2H2e=H2书写电解池电极方程式的四个常见失分点(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应离子方程式时，弱电解质要写成分子式。(2)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。(3)要确保两极电子转移数目相同，且总反应式注明条件“电解”。(4)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。 考点二电解原理的应用学生用书P147一、电解饱和食盐水1电极反应阳极：2Cl2e=Cl2(反应类型：氧化反应)。阴极：2H2e=H2(反应类型：还原反应)。2总反应化学方程式及离子方程式化学方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；离子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。3应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。二、电镀和电解精炼铜电镀(Fe表面镀Cu)电解精炼铜阳极电极材料镀层金属铜粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)电极反应Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2Fe2e=Fe2Ni2e=Ni2Cu2e=Cu2阴极电极材料待镀金属铁纯铜电极反应Cu22e=Cu电解质溶液含Cu2的盐溶液注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥三、电冶金利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。1冶炼钠2NaCl2NaCl2电极反应：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na。2冶炼镁MgCl2MgCl2电极反应：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：Mg22e=Mg。3冶炼铝2Al2O34Al3O2电极反应：阳极：6O212e=3O2；阴极：4Al312e=_4Al。1(教材改编)连一连。(a)原电池负极(b)原电池正极(1)氧化反应(c)电解池阳极(d)电镀池镀件(e)氯碱工业生成H2的电极 (2)还原反应(f)电解精炼的粗铜答案：(a)(1)(b)(2)(c)(1)(d)(2)(e)(2)(f)(1)2电解尿素CO(NH2)2的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳两极均为惰性电极。(1)A极为_，电极反应式为_。(2)B极为_，电极反应式为_。解析：H2产生是因为H2O电离的H在阴极上得电子，即6H2O6e=3H26OH，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)26e8OH=N2CO6H2O。答案：(1)阳极CO(NH2)28OH6e=N2CO6H2O(2)阴极6H2O6e=3H26OH名师点拨在电解原理的几个常见应用中，电镀和电解精炼铜比较相似，但注意区别：电镀过程中，溶液中离子浓度不变，电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上Cu2被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化，同时阴、阳两极的质量变化也不相等。(xx高考上海卷)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。 完成下列填空：(1)离子交换膜的作用为_、_。(2)精制饱和食盐水从图中_位置补充，氢氧化钠溶液从图中_位置流出。(选填“a”“b”“c”或“d”)解析(1)图中的离子交换膜只允许阳离子通过，是阳离子交换膜，不能使阴离子和气体通过，这样就可以阻止阳极的Cl和产生的Cl2进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高；同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应而爆炸。(2)随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b位置不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。答案(1)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应而爆炸(2)ad电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？答案：阳极产物Cl2可以用淀粉KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃法检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。工业上用粗盐生产烧碱、氯气和氢气的过程 题组一电解原理的常规应用1(教材改编)利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A氯碱工业中，X电极上反应式是4OH4e=2H2OO2B电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2浓度不变C在铁片上镀铜时，Y是纯铜D制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁答案：D2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镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用答案：C题组二电解原理的综合应用3(xx高考浙江卷)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如下图所示。下列说法不正确的是()AX是电源的负极B阴极的电极反应式是H2O2e=H2O2CO22e=COO2C总反应可表示为H2OCO2H2COO2D阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是11解析：选D。A项，根据图示，X极产物为H2和CO，是H2O与CO2的还原产物，可判断在X极上发生还原反应，由此判断X极为电源的负极，A项正确；B项，根据题意，电解质为固体金属氧化物，可以传导O2，故在阴极上发生的反应为H2O2e=H2O2、CO22e=COO2，B项正确；C项，根据电极产物及B项发生的电极反应可知，该反应的总反应方程式为H2OCO2H2COO2，C项正确；D项，根据C项的电解总反应方程式可知，阴、阳两极生成的气体的物质的量之比为21，D项错误。4(xx高考山东卷)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如右所示装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为_溶液(填化学式)，阳极电极反应式为_，电解过程中Li向_电极迁移(填“A”或“B”)。解析：根据电解装置图，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液，B极区产生H2，电极反应式为2H2e=H2，剩余OH与Li结合生成LiOH，所以B极区电解液应为LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极。阳极区电解液应为LiCl溶液，电极反应式为2Cl2e=Cl2。根据电流方向，电解过程中Li向B电极迁移。答案：LiOH2Cl2e=Cl2B电解原理应用中的注意要点(1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。(2)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液；活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2浓度会逐渐减小。(3)电镀时，阳极镀层金属失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。 考点三有关电化学的计算学生用书P1491计算类型原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。2方法技巧(1)根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、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，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：4e2Cl2(Br2、I2)O2阳极产物2H22Cu4AgM阴极产物(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)1用惰性电极电解下列溶液，在阴、阳两极生成气体的体积比为11的是()ANaCl溶液BCuCl2溶液CCuSO4溶液 DKOH溶液解析：选A。A项，电解方程式为2NaCl2H2OCl2(阳极)H2(阴极)2NaOH，A正确；B项，电解方程式为CuCl2Cu(阴极)Cl2(阳极)，阴极没有气体生成，B不正确；C项，电解方程式为2CuSO42H2O2Cu(阴极)O2(阳极)2H2SO4，阴极没有气体生成，C不正确；D项，电解方程式为2H2O2H2(阴极)O2(阳极)，阴、阳两极生成气体的体积比为21，D不正确。2用惰性电极按下图中装置完成实验，其中A、B两烧杯分别盛放200 g 10% NaOH溶液和足量CuSO4溶液。通电一段时间后，c极上有Cu析出，又测得A烧杯溶液中NaOH的质量分数为10.23%。试回答下列问题：(1)电源的P极为_极。(2)b极产生气体的体积为_L(标准状况)。(3)c极上析出Cu的质量为_g。(4)d极上所发生的电极反应为_。解析：m(NaOH)200 g10%20 g。电解后溶液的质量为195.5 g。被电解的水的质量为200 g195.5 g4.5 g，其物质的量为0.25 mol。由此可知，b极产生的O2为0.125 mol，其在标准状况下的体积为2.8 L。根据电子得失守恒得：0.125 mol4n(Cu)2，解得n(Cu)0.25 mol，则m(Cu)16 g。答案：(1)负(2)2.8(3)16(4)2H2O4e=O24H名师点拨在电化学计算中，除上述常见问题外，还常利用QIt和Qn(e)NA1.601019Cn(e)F来计算电路中通过的电量，要熟练掌握。(xx安徽六校联考)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为_、_；(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是_，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_；(3)若每个电池中甲烷通入量均为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为_(法拉第常数F9.65104 Cmol1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为_L(标准状况)。解析(1)总反应式为CH42O22OH=CO3H2O，正极反应式为2O24H2O8e=8OH，则负极反应式由总反应式减正极反应式得到；(2)由图可看出通入甲烷的一极为负极，因而与之相连的b电极为阴极，产生的气体为氢气；(3)1 mol甲烷被氧化失去8 mol电子，电量为(896 500) C，因题中虽有两个燃料电池，但为串联电路，电子的传递只能用一个池的甲烷量计算，1 L甲烷为1/22.4 mol，可求理论上通过电解池的电量；甲烷失电子数是Cl失电子数的8倍，则得到氯气的体积为4 L(CH48e8Cl4Cl2)。答案(1)2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O(2)H22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(3)89.65104 Cmol13.45104 C4例3中若每个电池中甲烷通入量均为0.28 L(标准状况)，且反应完全，则最多能产生的氢气体积为_L(标准状况)，若氯化钠溶液的体积为100 mL，则电解所得溶液的pH_(忽略电解前后溶液体积变化)。解析：甲烷失电子数同样是H得电子数的8倍，则得到氢气的体积为0.28 L41.12 L(CH48e8H4H2)；甲烷失电子数也是OH的8倍，则c(OH)1.0 molL1，所以溶液pH14。答案：1.1214题组电化学的计算1(xx开封高三模拟)用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1103 mol的OH放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是()A阳极上析出3.6 mL O2(标准状况)B阴极上析出32 mg CuC阴极上析出11.2 mL H2(标准状况)D阳极和阴极质量都无变化解析：选B。用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为阴极：2Cu24e=2Cu，阳极：4OH4e=O22H2O。当有1103 mol的OH放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，在阴极上析出32 mg Cu，阴极质量增加。2将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，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 mol/LB2103 mol/LC1103 mol/L D1107 mol/L解析：选A。阴极反应：Cu22e=Cu，增重0.064 g应是Cu的质量，设生成H的物质的量为x，根据总反应方程式：2Cu22H2O2CuO24H 264 g4 mol 0.064 g xx0.002 molc(H)4103 mol/L。考点四金属的腐蚀与防护学生用书P150一、化学腐蚀和电化学腐蚀的比较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=Mn现象金属被腐蚀较活泼金属被腐蚀区别无电流产生有电流产生联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍二、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质(强)酸性弱酸性或中性正极反应2H2e=H22H2OO24e=4OH负极反应Fe2e=Fe2总反应Fe2H= Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2其他反应铁锈的形成：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3x)H2O三、金属的防护1电化学防护(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理负极(阳极)是作保护材料的金属；正极(阴极)是被保护的金属设备。(2)外加电流的阴极保护法利用电解原理阴极是被保护的金属设备；阳极是惰性电极。2其他方法(1)改变金属内部结构，如制成合金；(2)使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)(1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀。()(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。()(3)干燥环境下金属不被腐蚀。()(4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。()(5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3。()(6)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。()(7)外加电流的阴极保护法利用了电解原理；牺牲阳极的阴极保护法利用了原电池原理。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()ABC D答案：A名师点拨影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和外界环境两个方面。就金属本身的性质来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。外界环境对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。由于在通常情况下，金属表面不会遇到酸性较强的溶液，所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，而且析氢腐蚀最终也会被吸氧腐蚀所代替。(xx高考重庆卷)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是_。A降低了反应的活化能B增大了反应的速率C降低了反应的焓变D增大了反应的平衡常数(2)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为_。(3)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中，负极是_(填图中字母“a”或“b”或“c”)；环境中的Cl扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_；若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为_L(标准状况)。解析(1)催化剂能降低反应的活化能和加快反应速率，但不改变反应的平衡常数和焓变，所以A、B正确。(2)复分解反应为相互交换成分的反应，因此该反应的化学方程式为Ag2O2CuCl=2AgClCu2O。(3)负极发生失电子的反应，铜作负极失电子，因此负极为c。负极反应：Cu2e=Cu2，正极反应：O22H2O4e=4OH。正极反应产物为OH，负极反应产物为Cu2，两者与Cl反应生成Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl。4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为0.02 mol，由Cu元素守恒知，发生电化学腐蚀失电子的Cu单质的物质的量为0.04 mol，失去电子0.08 mol，根据电子守恒可得，消耗O2的物质的量为0.02 mol，所以理论上消耗氧气的体积为0.448 L(标准状况)。答案(1)AB(2)Ag2O2CuCl=2AgClCu2O(3)c2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl0.448在日常生产和生活中，钢铁制品比铜制品更普遍，钢铁的腐蚀原理更需要了解。试叙述钢铁生锈(Fe2O3xH2O)的主要过程。答案：(1)吸氧腐蚀：负极：2Fe4e=2Fe2，正极：O22H2O4e=4OH，原电池反应：2FeO22H2O=2Fe(OH)2。(2)Fe(OH)2被氧化：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。(3)Fe(OH)3分解形成铁锈：2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O。(1)判断析氢腐蚀与吸氧腐蚀的依据正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。(2)判断电极附近溶液pH变化，可以通过一般经验进行判断：不论原电池还是电解池，如果pH发生变化，一般失电子的电极pH减小，得电子的电极pH增大。 题组一吸氧腐蚀与析氢腐蚀的辨析1如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是()A生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应B雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C墨水回升时，碳电极反应式为O22H2O4e=4OHD具支试管中溶液pH减小解析：选C。生铁片中的碳是原电池的正极，A错；雨水酸性较强，开始时铁片发生析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应为O22H2O4e=4OH，C对；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错。2.按如图所示装置，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察(设水不蒸发)。(1)若试管中液面上升，发生的是_腐蚀，则正极反应式为_，负极反应式为_。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是_。(2)若试管中液面下降，发生的是_腐蚀，正极反应式为_，负极反应式为_。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是_。答案：(1)吸氧2H2OO24e=4OH2Fe4e=2Fe2氯化钠溶液(或其他合理答案)(2)析氢2H2e=H2Fe2e=Fe2稀硫酸(或其他合理答案)题组二金属腐蚀的影响因素与金属的防护3相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是()解析：选C。A、D均可由Fe、Cu构成原电池而加速铁的腐蚀；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，易被腐蚀；C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池而不被腐蚀。4利用如图装置，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：铁被保护，可以是作原电池的正极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。答案：N牺牲阳极的阴极保护法金属腐蚀快慢判断金属腐蚀既受到其组成的影响，又受到外界因素的影响。通常金属腐蚀速率大小遵循以下规律：(1)在同一种电解质溶液中，金属腐蚀的速率大小是电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。(2)对同一种金属来说，在相同浓度的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的腐蚀。(3)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。(4)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。 考点五原电池与电解池的组合装置学生用书P151将原电池和电解池结合在一起，或几个电解池串联在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中电化学部分的重要题型。解答该类试题时电池种类的判断是关键，整个电路中各个电池工作时电子守恒是数据处理的法宝。一、多池串联装置中电池类型的判断1直接判断非常直观明显的装置，如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时，则其他装置为电解池。如图：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个不同的金属电极或一个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电极。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：A为电解池，B为原电池。3根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图：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。二、有关概念的分析判断在确定了原电池和电解池后，电极的判断、电极反应式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复等，只要按照各自的规律分析就可以了。三、综合装置中的有关计算原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：串联电路中各支路电流相等；并联电路中总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据。图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol电子转移，则Zn极溶解6.5 g，Cu极上析出H2 2.24 L(标准状况)，Pt极上析出Cl2 0.1 mol，C极上析出Cu6.4 g。甲池中H被还原，生成ZnSO4，溶液pH变大；乙池中是电解CuCl2，由于Cu2浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。1(xx高考天津卷)已知：锂离子电池的总反应为LixCLi1xCoO2 CLiCoO2锂硫电池的总反应为2LiS Li2S有关上述两种电池说法正确的是()A锂离子电池放电时，Li向负极迁移B锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C理论上两种电池的比能量相同D上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电解析：选B。锂