1、第3节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护-2-考纲要求:1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。2.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。-3-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解原理 1.电解 2.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。-4-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三(3)电解池工作原理(以电解 CuCl2 溶液为例)。(4)电解原理示意图。-5-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 自主
2、巩固 下图图是原电池,图是电解池,图中Zn电极为阴极;电子由电源负极到Zn电极,电子在Zn电极与溶液中的Cu2+结合生成Cu,发生还原反应;溶液中的Cu2+、H+向Zn电极移动,、OH-向石墨电极移动,OH-在石墨电极失电子生成O2,发生氧化反应。SO42-6-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 1.判断电解池阴、阳极的常用方法 判断方法 阳极 阴极 电源正负极 与正极相连 与负极相连 闭合回路 导线中 电子流出 电子流入 电解质溶液中 阳离子移离 阳离子移向 阴离子移向 阴离子移离 电极反应 得失电子 失电子 得电子 化合价 升高 降低 反应类型 氧化反应 还原反应 电极质量 减小或
3、不变 增大或不变 -7-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 2.以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 实例 阴、阳极电极反应 总反应方程式 pH 电解质溶液复原 电解水型 NaOH(aq)2H+2e-H2、4OH-4e-2H2O+O2 2H2O2H2+O2 增大 加水 H2SO4(aq)减小 加水 Na2SO4(aq)不变 加水 电解电解质型 HCl(aq)2H+2e-H2、2Cl-2e-Cl2 2HClH2+Cl2 增大 加氯化氢 CuCl2(aq)Cu2+2e-Cu、2Cl-2e-Cl2 CuCl2Cu+Cl2 加氯化铜 -8-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 类型 实例
4、 阴、阳极电极反应 总反应方程式 pH 电解质溶液复原 放 H2生碱型 NaCl(aq)2H+2e-H2、2Cl-2e-Cl2 2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2 增大 加氯化氢 放 O2生酸型 CuSO4(aq)Cu2+2e-Cu、4OH-4e-O2+2H2O 2CuSO4+2H2O2H2SO4+2Cu+O2 减小 加氧化铜 -9-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例1(2017课标全国)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H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是()A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极
5、的电极反应式为:Al3+3e-Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 C 解析:A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H+2e-H2,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即向阳极移动,D项正确。SO42-10-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例2用惰性电极电解2 L 0.5 molL-1的硝酸银溶液,当在电路中通过0.1 mol电子后,调换正、负极,电路中又通过了0.2 mol电子,此时溶液pH为(
6、假设溶液体积不变)()A.1B.2 C.3D.无法确定 解析:2 L 0.5 molL-1 的硝酸银溶液含 n(Ag+)=1 mol,调换正、负极前,电极反应式为阳极:4OH-4e-2H2O+O2;阴极:4Ag+4e-4Ag,则电路中通过 0.1 mol e-时生成 0.1 mol Ag,同时消耗 0.1 molOH-,得到 0.1 mol H+;调换正、负极后,电极反应式为阳极:4Ag-4e-4Ag+(先),4OH-4e-2H2O+O2(后);阴极:4Ag+4e-4Ag,故总共得到 0.2 mol H+,c(H+)=0.2mol2 L=0.1 molL-1,pH=-lg c(H+)=1。A-
7、11-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 方法技巧 分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极,确定阳极材料是惰性电极还是活性电极。(2)再分析电解质溶液的组成,找全离子,并分成阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。(3)然后考虑阴极、阳极离子的放电顺序。阴极上阳离子的放电顺序:阳极上阴离子的放电顺序:活性电极S2-I-Br-Cl-OH-。Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+H+(水)Al3+Mg2+Na+Ca2+K+(水溶液中不放电)。-12-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三(4)确定电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要遵循原子守恒和电荷守恒
8、。阳极 金属活性电极:电极材料失电子,生成相应的金属阳离子惰性电极:溶液中的阴离子失电子,生成相应的单质或高价态的化合物阴极:溶液中的阳离子得电子,生成相应的 单质或低价态的化合物-13-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 跟踪训练1.工业上常用电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱,生产装置如图所示,其中阴极和阳极均为惰性电极。测得同温同压下,气体甲与气体乙的体积比约为12,以下说法中正确的是()A.a极与电源的负极相连 B.产物丙为硫酸溶液 C.离子交换膜d为阴离子交换膜 D.b电极反应式:4OH-4e-O2+2H2O 答案 解析 解析 关闭通过装置图分析可知该装置是电解装置,电解硫酸钠
9、溶液实质是电解水,气体甲与气体乙的体积比约为 12,气体甲为氧气,气体乙为氢气,阳极生成氧气,电极反应式为 4OH-4e-2H2O+O2,阴极生成氢气,电极反应式为 2H+2e-H2,气体体积比为 12,所以判断 a电极是阳极,b 电极是阴极,在阳极室得到硫酸,在阴极室得到氢氧化钠,则 c 为阴离子交换膜,d 为阳离子交换膜。进一步分析可知 a 电极为阳极,与电源正极相连,A 项错误;阳极 a 生成氧气,电极反应为4OH-4e-2H2O+O2,阳极室水的电离平衡被破坏生成大量氢离子,生成产物丙为硫酸,阴极生成氢气,2H+2e-H2,生成产物丁为氢氧化钠,B 项正确;c 为阴离子交换膜,d 为阳
10、离子交换膜,C 项错误;b电极是阴极,该电极上应该发生得电子的还原反应,D 项错误。答案 解析 关闭D-14-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 2.用铅蓄电池电解甲、乙电解池中的溶液。已知铅蓄电池的总反应为:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l)电解一段时间后向c极和d极附近分别滴加酚酞溶液,c极附近溶液变红,下列说法正确的是()A.d极为阴极 B.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为:C.若利用甲池精炼铜,b极应为粗铜 D.若四个电极均为石墨电极,当析出6.4 g Cu时,两池中共产生气体3.36 L(标准状况下)PbO2(s)+4H+(aq
11、)+SO42-(aq)+4e-PbSO4(s)+2H2O(l)答案 解析 解析 关闭铅蓄电池放电时,正极发生还原反应,电极反应式为PbO2+4H+SO42-+2e-2H2O+PbSO4,负极的电极反应式为Pb+SO42-2e-PbSO4。在充电时,阴极电极反应式为 PbSO4+2e-Pb+SO42-,阳极电极反应式为 PbSO4+2H2O-2e-PbO2+SO42-+4H+;电解一段时间后,c极和 d极附近分别滴加酚酞溶液,c 极附近溶液变红,则 c 极是阴极,d 极是阳极,a 是阴极,b 是阳极。通过以上分析知,A 和B 错误;电解精炼粗铜时,粗铜为阳极,所以为 b 电极,C 正确;电解析出
12、6.4 g Cu,其物质的量是6.4 g64 gmol-1=0.1 mol,转移0.2 mol电子,c电极上生成 0.1 mol 氢气,d 电极上生成 0.05 mol 氧气,b 电极上析出0.1 mol 氯气,所以生成气体体积=(0.1+0.05+0.1)mol22.4Lmol-1=5.6 L,D 错误。答案 解析 关闭D-15-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解原理的应用 1.电解饱和食盐水-16-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 2.电解精炼铜-17-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 3.电镀铜-18-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 4.电冶
13、金-19-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 特别提醒(1)氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制,除去NaCl中混有的Ca2+、Mg2+、。(2)电镀铜时,电解质溶液中c(Cu2+)不变;电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)减小。(3)电解熔融MgCl2冶炼镁,而不能电解MgO冶炼镁,是因为MgO的熔点很高;电解熔融Al2O3冶炼铝,而不能电解AlCl3冶炼铝,是因为AlCl3是共价化合物,其熔融态不导电。SO42-20-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)电解精炼铜时,两极得失电子数一定相同()(2)电镀铜时,电解质溶液中
14、的Cu2+浓度不变()(3)电解精炼铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变()(4)电解精炼铜时,阳极泥中的金属没有得失电子()(5)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3()(6)氯碱工业阴极产物只有H2()-21-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解原理应用的四点注意事项 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与Cl2混合发生爆炸,又能避免Cl2与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;
15、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。3.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,其他活动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。-22-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例3(2016课标全国)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd 均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的 Na+和 SO42-可通过离子
16、交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A.通电后中间隔室的 SO42-向正极迁移,正极区溶液 pH 增大B.该法在处理含 Na2SO4 废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4C.负极反应为 2H2O-4e-O2+4H+,负极区溶液 pH 降低D.当电路中通过 1 mol 电子的电量时,生成 0.5 mol O2 答案 解析 解析 关闭在负极区发生的电极反应为 4H2O+4e-=2H2+4OH-,在正极区发生的电极反应为 2H2O-4e-=O2+4H+,故正极区 pH 减小,A 选项错误;Na+移向负极区,生成 NaOH,SO42-移向正极区,生成 H2SO4,B
17、 选项正确;根据负极区电极反应可知 C 选项错误;每通过 1 mol 电子,有0.25 mol O2 生成,D 选项错误。答案 解析 关闭B-23-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 例4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)写出电解饱和食盐水的离子方程式:。(2)离子交换膜的作用为 、。(3)精制饱和食盐水从图中 位置补充,氢氧化钠溶液从图中 (选填“a”“b”“c”或“d”)位置流出。-24-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 答案:(1
18、)2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH-(2)阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O,以便得到纯度更高的氢氧化钠溶液 阻止阳极产生的Cl2与阴极产生的H2混合发生爆炸(3)a d-25-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 解析:(1)电解饱和食盐水时,溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出,使附近的水溶液显碱性,溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子产生Cl2。该电解反应的离子方程式是2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH-。(2)图中的离子交换膜是阳离子交换膜,允许阳离子通过,使阴离子不能通过,这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进
19、入阳极室与氯气发生反应,阻止Cl-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与阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)随着电解的进行,溶质NaCl不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从阳极补充,即从图中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口不断加入蒸馏水,从c位置流出的是稀的NaCl溶液。-26-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 方法技巧 电化学计算题计算技巧 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
20、量及根据电量求产物的量等。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。用于混合溶液中电解的分阶段计算。-27-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三(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:4e-2Cl2(Br2、I2)O2 阳极产物 2H22Cu4Ag 4 M 阴极产物(式中M为金属,n
21、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Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19 C来计算电路中通过的电量。-28-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 跟踪训练 3.(2016北京理综)用石墨电极完成下列电解实验。实验一 实验二 装置 现象 a、d 处试纸变蓝;b 处变红,局部褪色;c 处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生;n 处有气泡产生;-29-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 下列对实验现象的解释或推测不合理的是()A.a、d处:2H2O+2e-H2+
22、2OH-B.b处:2Cl-2e-Cl2 C.c处发生了反应:Fe-2e-Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处析出铜 答案 解析 解析 关闭A项,电解NaCl溶液,a、d处试纸变蓝,为H+放电生成H2,剩余OH-,使试纸变蓝,正确;B项,b处为阳极,b处变红,局部褪色,说明溶液中的Cl-和OH-均放电,错误;C项,实验一相当于两个串联电路,所以c处的Fe作阳极,故Fe失去电子生成Fe2+,正确;D项,根据实验一的原理知,实验二相当于三个串联电解池,每个铜珠的左、右两侧分别作为两个电极,其中m为阴极,n为阴极,右边的铜珠中,与n相对的一侧为阳极,其与m作电极构成的电解池中,电解时会存在Cu2
23、+在m处放电生成Cu,正确。答案 解析 关闭B-30-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 4.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 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-C3H8O+5H2O 答案 解析 解析 关闭由模拟“人工树叶”电化学实验装置图知为电解装置,故为电能转化为化学能,A 选项错误;b 侧连接电源的正极为阳极,a 侧连接电源的负极为阴极,在电解池中
24、H+向阴极移动,B 选项正确;右侧H2OO2发生的是氧化反应,每生成1 mol O2,转移4 mol e-,C3H8O中碳的化合价是-2 价,故 3CO2C3H8O,转移 18 mol e-,依据得失电子守恒,反应中 2CO23O2,生成 1 mol O2 消耗23 mol CO2,C 选项错误;a 电极发生的是还原反应:3CO2+18H+18e-C3H8O+5H2O,D 选项错误。答案 解析 关闭B-31-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 5.(1)(2016 天津理综,节选)化工生产的副产物氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的 Na2FeO4,同时获得氢气:Fe+2H2O+2
25、OH-FeO42-+3H2。工作原理如图 1 所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色 FeO42-,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定,易被 H2 还原。图 1图 2-32-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在 (填“阴极室”或“阳极室”)。电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因为 。c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因:。-33-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三(2)利用
26、如图装置电解制备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 (填“A”或“B”)电极迁移。-34-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 答案:(1)阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢 N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低(2)LiOH 2Cl-2e-Cl2 B-35-考点一 考点二 基础梳理 考点突破 考点三 解析:(1)根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气,电极反应式为
27、2H+2e-H2,铁电极发生氧化反应,电极反应式为Fe+8OH-6e-FeO42-+4H2O。溶液中的氢氧根离子减少,因此电解一段时间后,c(OH-)降低的区域在阳极室;根据题意 Na2FeO4 易被H2还原,电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,防止 Na2FeO4与H2 反应使产率降低;根据题意 Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定,在M 点,c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢;在 N 点,c(OH-)过高,铁电极上有红褐色氢氧化铁生成,使 Na2FeO4 产率降低。(2)B 极产生 H2,根据反应:2H+2e-H2,说明 B 极为阴极,随着电解进行,溶液中 c(H+)减小
28、、c(OH-)增大,B 极附近电解液为 LiOH溶液,随着电解的进行,溶液中 c(LiOH)增大。A 极为阳极,电解液为LiCl 溶液,电极反应式为 2Cl-2e-Cl2;在电解过程中 Li+向阴极附近移动,即向 B 极迁移。-36-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 金属的腐蚀与防护 1.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。2.化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 定义 金属与接触到的干燥气体(如 O2、Cl2 等)或非电解质液体等直接发生化学反应引起的腐蚀 不纯金属与电解质溶液接触,会形成原电池,较活泼的金属失去电子被氧化腐蚀 特点 无电流
29、产生 有微弱电流产生 普遍性 金属的电化学腐蚀比较普遍,而且危害性大,腐蚀速率大 -37-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜酸性 酸性较强 酸性较弱或中性 负极反应 Fe-2e-Fe2+正极反应 2H+2e-H2 O2+2H2O+4e-4OH-总反应 Fe+2H+Fe2+H2 2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2 其他反应 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3、Fe(OH)3Fe2O3xH2O(铁锈)普遍性 吸氧腐蚀更普遍 -38-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 4.金属的保护金属的保护 电化学保护
30、法 牺牲阳极的阴极保护法利用 原电池原理外加电流的阴极保护法利用 电解池原理改变金属内部结构如制成不锈钢加保护层如电镀、喷漆、覆膜等-39-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 特别提醒(1)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe2+,而不是生成Fe3+。(2)金属腐蚀时,电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在,但前者更普遍,危害也更严重。(3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀,而不是电化学腐蚀,生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。-40-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。(1)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护
31、法防止其腐蚀()(2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-Fe3+()(3)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈()(4)在潮湿空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀()(5)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀()(6)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极()-41-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破(7)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()(8)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()-42-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 判断金属腐蚀快慢的规律(1)纯度越高的金属
32、,腐蚀速率越小。(2)不纯的金属或合金,在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。(3)对于活动性不同的两种金属的合金,活动性差别越大,氧化还原反应速率越大,活泼金属腐蚀越快。(4)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序:电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀应用原电池原理有保护措施的腐蚀应用电解原理有保护措施的腐蚀。或电解池阳极原电池负极化学腐蚀原电池正极电解池阴极。(5)其他条件相同,同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序:强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。-43-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 例5我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值
33、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)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第 周期。(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为 。(3)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(4)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 。-44-考
34、点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破(5)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)。-45-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 答案:(1)四(2)101(3)AB (4)Ag2O+2CuCl2AgCl+Cu2O (5)c 2Cu2+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl 0.448-46-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突
35、破 解析:(2)n(Sn)n(Pb)=119 g119 gmol-1 20.7 g207 gmol-1=10.1=101。(3)催化剂通过降低反应的活化能,加快反应速率,故 A、B 项正确;催化剂不能改变反应的焓变,也不能改变反应的平衡常数,C、D项错误。(4)Ag2O 与 CuCl 的复分解反应为 Ag2O+2CuCl2AgCl+Cu2O。(5)在图中铜被腐蚀,由单质变为 Cu2+,可知铜为负极。在铜的吸氧腐蚀中,负极反应产物为 Cu2+,正极反应产物为 OH-,二者与Cl-反应的离子方程式为 2Cu2+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl。4.29 gCu2(OH)3Cl 的物质的量为 n
36、Cu2(OH)3Cl=4.29 g214.5 gmol-1=0.02 mol,则铜被腐蚀失去电子的物质的量为 n(e-)=220.02 mol=0.08 mol;根据电子守恒可知,耗氧的物质的量为 n(O2)=0.08mol4=0.02 mol,则标准状况下 V(O2)=0.02 mol22.4 Lmol-1=0.448 L。-47-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 易错警示 影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和介质两个方面。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。介质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
37、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,因此,电化学腐蚀中吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍,在金属活动性顺序中位于氢前面和氢之后的金属都能发生吸氧腐蚀,但只有在金属活动性顺序中位于氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。-48-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 跟踪训练 6.(2017课标全国)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
38、流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 答案 解析 解析 关闭外加电流的阴极保护法,使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A 项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B 项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的 OH-失电子,2H2O-4e-O2+4H+,因此阳极材料不被损耗,C 项错误;在外加电流的阴极保护法中,应依据环境条件变化调整电流大小。答案 解析 关闭C-49-考点三 考点一 考点二 基础梳理 考点突破 7.下列铁制品(铁钉或钢铁管道)易被腐蚀的是()答案 解析 解析 关闭Fe接电源负极,作阴极,被保护,A不易被腐蚀;B和C均为牺牲阳极
39、的阴极保护法,铁制管道受到保护,均不易被腐蚀;Cu、Fe和水膜可形成原电池,Fe比铜活泼,故铁制铆钉易被腐蚀。答案 解析 关闭D-50-电解原理及其应用 实验装置 实验步骤 在 U 形管中注入 CuCl2 溶液,插入两根石墨棒作电极(见上图),把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极(阳极)附近。接通直流电源,观察 U 形管内的现象和试纸颜色的变化。实验现象 阳极放出黄绿色气体,该气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。阴极石墨棒上附着一层红色物质。实验结论 阳极生成 Cl2;阴极生成 Cu。通过电解可以实现通常条件下不能自发进行的氧化还原反应。-51-例题采用电化学法还原CO2是一种使C
40、O2资源化的方法,如图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法正确的是()A.Zn与电源的负极相连 B.ZnC2O4在交换膜右侧生成 C.电解的总反应为2CO2+Zn ZnC2O4 D.通入11.2 L CO2时,转移0.5 mol电子 C解析:因为 Pb 电极上是 CO2 转化为 ZnC2O4 的过程,Pb 为阴极,Zn为阳极。Zn 为阳极,应与电源正极相连,A 错误;右侧生成的 Zn2+通过阳离子交换膜进入左侧,与生成的 C2O42-结合为 ZnC2O4,B 错误;电解的总反应为 2CO2+ZnZnC2O4,C 正确;通入 11.2 L CO2,由于无法确定 CO2
41、 是否在标准状况下,不能确定转移的电子的量,D 错误。-52-1.两个概念(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:把电能转化为化学能的装置。2.两极放电顺序(1)阳极 活性电极:电极材料放电惰性电极:S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根离子 F-(2)阴极:Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+(H+)Al3+Mg2+Na+3.电化学腐蚀两种类型的正极反应式(1)析氢腐蚀:2H+2e-H2(2)吸氧腐蚀:O2+2H2O+4e-4OH-53-1.电解池2.金属的腐蚀与保护-54-213 4651.下列关于铜电极的叙述正确的是()A
42、.铜锌原电池中铜是负极 B.电解熔融氯化钠制钠时不能用铜作阴极 C.在镀件上电镀铜时用金属铜作阳极 D.电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极 C 解析:锌比铜活泼,故铜锌原电池中铜作正极,A项错误;电解熔融氯化钠时用铜作阳极,阳极上Cl-不能失电子生成Cl2,B项错误;电镀时,待镀金属作阴极,镀层金属为阳极,C项正确;电解稀硫酸制H2、O2时,阳极必为惰性电极,D项错误。-55-213 4652.在以银为阳极,铁为阴极的电解槽中电解1 L 1 molL-1的AgNO3溶液,当阴极增重2.16 g时,下列判断不正确的是()A.溶液浓度仍为1 molL-1 B.阳极上产生112 mL O2(标准状况)
43、C.转移的电子数是1.2041022 D.反应中有0.02 mol金属银被氧化 B解析:电镀过程中,电解质溶液的浓度不变,A项正确;电镀过程中阳极反应为Ag-e-Ag+,阴极反应为Ag+e-Ag,阳极上无氧气生成,B项错误;2.16 g Ag的物质的量为0.02 mol,故阳极有0.02 mol银被氧化,转移的电子数是1.2041022,C、D项正确。-56-431 2653.最近有研究人员发现了一种处理高浓度乙醛废水的新方法隔膜电解法,乙醛分别在阴、阳极发生反应,转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛-Na2SO4溶液为电解质溶液,模拟乙醛废水的处理过程,其装置如图所示。下列说法不正确的是
44、()A.若以CH4-空气燃料电池为直流电源,燃料电池的a极应通入空气 B.阳极反应为CH3CHO+H2O-2e-=CH3COOH+2H+C.电解过程中,阴极区Na2SO4的物质的量增大 D.电解过程中,两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生了无色气体,则阳极产生的是O2 答案 解析 解析 关闭连接电解池阴极的是原电池的负极,负极上燃料失电子发生氧化反应,a为正极,b为负极,燃料电池的a极应通入空气,A项正确;阳极失电子,阳极上的电极反应式为CH3CHO+H2O-2e-CH3COOH+2H+,B项正确;硫酸根离子不参与电极反应,物质的量不变,C项错误;电解过程中阳极发生反应4OH-4e-O2+2H2
45、O、CH3CHO+H2O-2e-CH3COOH+2H+,阴极发生反应4H+4e-2H2、CH3CHO+2H2O+2e-CH3CH2OH+2OH-,则两极除分别生成乙酸和乙醇外,均产生了无色气体,则阳极产生的是O2,D项正确。答案 解析 关闭C-57-431 2654.用如图装置研究电化学原理,下列分析中错误的是()选项 连接 电极材料 分 析 a b A K1、K2 石墨 铁 模拟铁的吸氧腐蚀 B K1、K2 锌 铁 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 C K1、K3 石墨 铁 模拟电解饱和食盐水 D K1、K3 铁 石墨 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 答案 解析 解析 关闭在中性条件下
46、,铁作负极失电子,石墨作正极,正极上氧气得电子生成氢氧根离子,则Fe发生吸氧腐蚀,A项正确;Zn、Fe形成原电池,Zn作负极被腐蚀,Fe作正极被保护,属于牺牲阳极的阴极保护法,B项正确;Fe作阴极,阴极上氢离子得电子,石墨作阳极,阳极上氯离子失电子,电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠,C项正确;Fe与电源正极相连,Fe作阳极,Fe失电子被腐蚀,Fe不能被保护,D项错误。答案 解析 关闭D-58-6531 245.(2016课标全国,节选)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的
47、试剂分别为 、。“电解”中阴极反应的主要产物是 。答案:NaOH 溶液 Na2CO3 溶液 ClO2-(或 NaClO2)-59-6531 24解析:利用过量 NaOH溶液与 Mg2+反应生成 Mg(OH)2沉淀除去 Mg2+,利用过量 Na2CO3 溶液生成 CaCO3 沉淀除去 Ca2+。电解时,阴极反应为 2H2O+2e-H2+2OH-,2ClO2+H2+2OH-2ClO2-+2H2O,主要产物为 ClO2-(或 NaClO2)。-60-6531 246.铁及其化合物与生产、生活关系密切。右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。(1)该电化学腐蚀称为 。(2)图中A、B、C、D四个区域,生成铁锈最多的是 (填字母)。答案:(1)吸氧腐蚀(2)B 解析:海水的酸性弱,钢铁发生的是吸氧腐蚀;形成原电池,水中的O2得电子生成OH-,最终生成铁锈,符合条件的是B。