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2021新高考化学选择性考试B方案一轮复习学案:第九章 第29讲 电解池 金属的腐蚀和防护 WORD版含解析.doc

1、第29讲电解池金属的腐蚀和防护 1电解池(1)定义:电解池是把电能转变为化学能的装置。(2)电解池的构成条件有外接直流电源。有与电源相连的两个电极。形成闭合回路。电解质溶液或熔融电解质。(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)电解原理示意图阴阳两极上放电顺序a阴极:(与电极材料无关)。氧化性强的先放电,放电顺序:AgFe3Cu2H。b阳极:若是活性电极作阳极,则活性电极首先失电子,发生氧化反应。若是惰性电极作阳极,则还原性强的先放电,放电顺序:S2IBrClOH。2电解原理的应用(1)氯碱工业电极反应阳极:2Cl2e=Cl2(反应类型:氧化反应),阴极:2H2e=H2(反应类型:还原反

2、应)。总反应方程式:2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。总反应离子方程式:2Cl2H2O2OHH2Cl2。电解装置如图:(2)电解精炼铜 (3)电镀(4)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。总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2NaCl22Cl2e=Cl2、2Na2e=2Na冶炼镁MgCl2(熔融)MgCl22Cl2e=Cl2、Mg22e=Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O26O212e=3O2、4Al312e=4Al知识拓展离子交换膜(1)离子交换膜分三类:阳离子交换膜,只允许阳离子通过,不允许阴离子通过。阴离子交换膜,只允许阴

3、离子通过,不允许阳离子通过。质子交换膜,只允许H通过,不允许其他离子通过。(2)离子交换膜的选择想让何种离子通过就选择什么样的离子交换膜。3金属的腐蚀和防护(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,腐蚀速率更快析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析:铁锈的形成:2FeO22H2O=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2O

4、22H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3(x3)H2O=Fe2O3xH2O(铁锈)。(3)金属的防护知识拓展“多池组合”类型的判断方法(1)有外接电源的“多池组合”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)无外接电源的“多池组合”类型的判断方法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。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

5、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。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。1判断正误,正确的画“”,错误的画“”,并指明错因。(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。()错因:_(2)电解CuCl2溶液,阴极逸出的

6、气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。()错因:电解CuCl2溶液时,阴极生成Cu。(3)电解盐酸、硫酸等溶液,H放电,溶液的pH逐渐增大。()错因:电解H2SO4溶液是电解水,c(H)增大,pH减小。(4)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2)均保持不变。()错因:电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2)减小。(5)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后,加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。()错因:电解饱和食盐水一段时间后,通入适量的HCl可使溶液恢复到电解前的状态,加盐酸会使溶液浓度变小。(6)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。()错因:电解饱和食盐水时,可用金属材料。

7、(如惰性电极Pt)(7)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极。()错因:镀件上镀铜时,镀件连接电源的负极。2教材改编题(据人教选修四P88T6)下列说法不正确的是()A黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿B生铁比纯铁容易生锈C铁质器件附有铜质配件,在接触处不易生铁锈D用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈答案C解析利用金属活动性顺序表:Zn、Fe、SnCu,活泼金属被腐蚀解答上面问题。3(2019北京海淀高三期末)为探究电解的放电规律,进行如下实验:下列说法不正确的是()A对比可知,阴极放电顺序是:Cu2HNaB对比可知,阳极放电顺序是:ClOHSOC对比可知,阳极是铜时,会先于溶液中的离子放电

8、D对比可知,电解得到金属只能用熔融态,不能用水溶液答案D解析中阳离子是Cu2和H,阴极产物是Cu,放电顺序是Cu2H,中阳离子是Na和H,阴极产物是H2,放电顺序是HNa,综上所述,阴极放电顺序是Cu2HNa,故A正确;同理,阳极放电顺序是ClOHSO,故B正确;根据实验,Cu为阳极时,Cu先失去电子,故C正确;实验中通过电解CuCl2水溶液得到金属单质,故D错误。考点电解原理及应用解析由电解原理示意图可知,电解后铁变为2价,由此可判断铁作电解池的阳极,阳极的电极反应式为Fe2e=Fe2,阴极的电极反应式为22e=2H2,由此可得总反应方程式为。电解时如果有水,水电离出的H在阴极先放电,不会生

9、成Na,阻碍的生成,而且电解时会产生OH,OH会与Fe2反应生成Fe(OH)2沉淀。答案Fe电极或Fe2C5H6=Fe(C5H5)2H2水会阻碍中间物Na的生成;水会电解生成OH,进一步与Fe2反应生成Fe(OH)2解析已知参加反应的微粒有CO2,生成物的微粒有HCOO,因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素,所以阴极的电极反应式为CO2H2O2e=HCOOOH,而OH可与溶液中的HCO反应生成H2O和CO,两者加合即为CO2HCO2e=HCOOCO或CO2直接与水电离出的H作用生成HCOO,即阴极反应式为CO2H2e=HCOO。阳极的电极反应式为2H2O4e=O24H,生成的H与HCO反

10、应而使HCO的浓度降低,同时部分K通过阳离子交换膜进入阴极区,因此电解一段时间后,KHCO3溶液浓度降低。答案CO2H2e=HCOO或CO2HCO2e=HCOOCO阳极产生O2,pH减小,HCO浓度降低;K部分迁移至阴极区1以惰性电极电解电解质溶液的规律2电极反应式的书写步骤与方法3电解原理应用的注意事项(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na)通过,而阻止阴离子(Cl、OH)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱的质量。(2)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

11、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。(3)电解精炼铜时,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,其他活泼性弱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。(4)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,因此电镀液中电解质的浓度保持不变。1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()AA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

12、程中N电极表面先有红色物质生成,后有气泡产生CQ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溶液的浓度不变答案A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,才能恢复到原来的状态,故A说法错误,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

13、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H2体积为2b L,阳极产生的O2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。2(2019安徽池州高三期末)工业上用Na2SO3溶液处理硫酸厂的废气SO2得NaHSO3溶液,然后用惰性电极电解NaHSO3废水(原理如图所示)使吸收液再生,两膜中间的Na和HSO可通过离

14、子交换膜。下列叙述正确的是()A通电后中间隔室的HSO离子通过C膜向左侧迁移,左侧电极室溶液pH增大B图中A连接电源的正极,B连接电源的负极C阳极反应为HSOH2O2e=SO3H,阳极区溶液pH降低D当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.5 mol的Na2SO3生成答案C解析电解池中阴离子向阳极区移动,因此通电后中间隔室的HSO通过D膜向右侧迁移,左侧阴极区氢离子放电,所以阴极区溶液pH增大,A错误;左侧氢离子放电,发生还原反应为阴极,所以A连接电源的负极,B连接电源的正极,B错误;阳极区亚硫酸氢根离子失去电子生成硫酸,使溶液中c(H)增大,所以阳极区溶液pH降低,C正确;阴极发生电极反

15、应:2HSO2e=H22SO,当电路中通过1 mol电子的电量时,会生成1 mol的Na2SO3,D错误。考点金属的电化学腐蚀与防护解析铁在中性环境中发生吸氧腐蚀,负极上铁失电子发生氧化反应,电极反应式为Fe2e=Fe2,正极上氧气得电子发生还原反应,电极反应式为2H2OO24e=4OH,A、D错误;铁的电化学腐蚀过程中,化学能除转化为电能外还有部分转化为热能,B错误。答案C1判断金属腐蚀快慢的规律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腐措施的腐蚀。2金属腐蚀的防护(1)电化学保护法牺牲负极保护正极,习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。如船壳上钉上锌块形成原电池。外加电流的阴极保护法

16、:钢铁外接电源负极形成电解池,使之成为阴极而被保护。如钢闸门接低压直流电负极,石墨接电源正极作阳极,浸入水中。(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。3(2019北京海淀高三期末)家用暖气片大多用低碳钢材料制成,一旦生锈不仅影响美观,也会造成安全隐患。下列防止生锈的方法中,存在安全隐患的是()A在暖气片表面镀锡B在暖气片表面涂漆C在暖气片表面涂铝粉D非供暖期在暖气内充满弱碱性的无氧水答案A解析根据金属活动性顺序表,铁比锡活泼,一旦破损后构成原电池,铁作负极,加速铁的腐蚀,存在安全隐患,故A符合题意。4铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁

17、铆钉会被腐蚀,示意图如图所示。下列说法不正确的是()A因铁的金属性比铜强,所以铁铆钉被氧化而腐蚀B若水膜中溶解了SO2,则铁铆钉腐蚀的速率变小C铜极上的反应是2H2e=H2、O24e4H=2H2OD在金属表面涂一层油脂,能防止铁铆钉被腐蚀答案B解析铁、铜和水膜形成原电池,因为铁的金属性比铜强,所以铁为负极,铁铆钉被氧化而腐蚀,A正确;若水膜中溶解了SO2,则发生析氢腐蚀,铁铆钉腐蚀的速率加快,B错误;铜极发生还原反应,根据题图知铜电极吸收了氧气且生成氢气,所以发生两个电极反应:2H2e=H2、O24e4H=2H2O,C正确。考点有关电解的计算解析(1)电池的电解质是掺入了Y2O3的ZrO2晶体

18、,在高温下它能传导O2。电池工作时正极反应式为O24e=2O2。(2)由题可知阳极首先生成氯气,后氢氧根失电子放出氧气,阴极首先析出铜,后生成氢气。阳极电极反应为2Cl2e=Cl2,4OH4e=2H2OO2,阴极电极反应为Cu22e=Cu,2H2e=H2,设收集到相同体积气体时O2的物质的量为x mol,H2的物质的量为y mol,则得x0.2,y0.6,故收集到O2的物质的量为0.2 mol。答案(1)O24e=2O2(2)0.2电化学的有关计算方法原电池和电解池的计算,主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算,根据产物的量求电量及根据电量求产

19、物的量等。在进行有关计算时,可运用以下基本方法:1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。2根据得失电子守恒计算(1)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)用于混合溶液中电解的分阶段计算。3根据关系式计算根据得失电子守恒关系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:(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用,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。提示在电化学计算中,还常利用QI

20、t和Qn(e)NA1.601019 C来计算电路中通过的电量。5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 molL1 B2103 molL1C1103 molL1 D1107 molL1答案A解析根据2CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2,得n(H)2n(H2SO4)2n(Cu)20.002 mol,c(H)4103 molL1。6(2019湖北省鄂州市、黄冈市高三调研)化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。如图所示,某同学设计了

21、一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题(1)甲烷燃料电池负极反应式是_。(2)石墨(C)极的电极反应式为_。(3)若在标准状况下,有2.24 L氧气参加反应,则乙装置中铁极上生成的气体体积为_ L;丙装置中阴极析出铜的质量为_ g,一段时间后烧杯中c(Cu2)_(填“增大”“减小”或“不变”)。答案(1)CH48e10OH=CO7H2O(2)2Cl2e=Cl2(3)4.4812.8减小解析甲为燃料电池,甲烷通入一极为负极,氧气通入一极为正极;乙为电解池,Fe为阴极,C为阳极,实质为电解饱和食盐水;丙为电解池,粗铜为阳极,精铜为阴极,实质为电解精炼铜。(3)标准状况下,2.24 L氧气的物质的量为0.1 mol,参与反应转移的电子数为0.4 mol;铁电极为阴极,阳离子放电:2H2e=H2,则放出氢气0.2 mol,标准状况下体积为4.48 L;丙装置中阴极反应式为Cu22e=Cu,则析出铜0.2 mol,即为12.8 g,反应开始后,溶液中的Cu2在阴极得电子生成Cu,而阳极粗铜中含有的Zn、Fe等活泼金属先失去电子变成金属阳离子进入溶液,故烧杯中c(Cu2)会减小。

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