2019版高考化学大专题7化学反应与能量变化第三单元电解池金属的腐蚀与防护（加试）学案.docx

第三单元电解池金属的腐蚀与防护(加试)考试标准知识条目必考要求加试要求1.电解池的概念b2.电解CuCl2溶液的原理及电极反应式b3.电解池的构成条件b4.原电池、电解池的判断c5.电解池的构造与工作原理b6.电解池的电极反应式与电解反应方程式b7.金属冶炼、氯碱工业、电镀在生产生活中的应用b8.金属腐蚀的危害a9.金属发生电化学腐蚀的基本原理c10.金属的防护b考点一电解池的工作原理及应用(一)电解池的构成及工作原理1概念把电能转化为化学能的装置。2构成条件(1)有与电源相连的两个电极。(2)电解质溶液(或熔融电解质)。(3)形成闭合回路。3电极名称及电极反应式(如图)4电子和离子的移动方向特别提醒电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。(二)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、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序：AgFe3Cu2H(酸)Fe2Zn2H(水)Al3Mg2NaCa2K。阳极：活泼电极S2IBrClOH含氧酸根离子。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：阳极：ClOH；阴极：AgCu2H。电解水溶液时，KAl3不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al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。(三)电解原理的应用1电解饱和食盐水(1)电极反应阳极反应式：2Cl2e=Cl2(氧化反应)阴极反应式：2H2e=H2(还原反应)(2)总反应方程式2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2离子反应方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2(3)应用氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。2电镀下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Age=Ag；阴极：Age=Ag。(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。3电解精炼铜(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。(2)电解质溶液：含Cu2的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Zn2e=Zn2、Fe2e=Fe2、Ni2e=Ni2、Cu2e=Cu2；阴极：Cu22e=Cu。4电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、K、Ca、Mg、Al等。(1)冶炼钠2NaCl(熔融)2NaCl2电极反应：阳极：2Cl2e=Cl2；阴极：2Na2e=2Na。(2)冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O2电极反应：阳极：6O212e=3O2；阴极：4Al312e=4Al。12017浙江11月选考，30(二)科学家发现，以H2O和N2为原料，熔融NaOHKOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250 和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行。请补充完整。电极反应式：_和2Fe3H2ON2=2NH3Fe2O3。答案Fe2O36e3H2O=2Fe6OH22015浙江10月选考，30(2)单质Mg还可以通过电解熔融MgCl2得到，不能用电解MgCl2溶液的方法制备Mg的理由是_。答案电解MgCl2溶液时，阴极上H比Mg2容易得电子，电极反应式为2H2e=H2，所以不能得到Mg单质备考导向有关电解的原理及应用在选考中考查的较少，但个别较难，涉及到电极反应、电解方程式的书写及电解原理在冶金工业中的应用等。复习时应根据考试标准既要全面，还要突出重点。题组一分类突破电解的规律1用分析电解过程的思维程序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)。填写表中空白：(1)电解水型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：4OH4e=O22H2O阴极：4H4e=2H2H2O2H2OO22H2增大减小加H2O强碱(如NaOH)增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)不变加H2O(2)电解电解质型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原无氧酸(如HCl)，HF除外阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2酸2HClH2Cl2减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，氟化物除外阳极：2Cl2e=Cl2阴极：Cu22e=Cu盐CuCl2CuCl2加CuCl2固体(3)放H2生碱型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl2e=Cl2阴极：2H2e=H2水和盐2Cl2H2O Cl2H22OH生成新电解质增大通入HCl气体(4)放O2生酸型电解质(水溶液)电极方程式电解物质总化学方程式电解质浓度溶液pH溶液复原不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH4e=2H2OO2阴极：2Cu24e=2Cu水和盐2Cu22H2O2CuO24H生成新电解质减小加CuO或CuCO3复原措施探究(1)要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？提示不可以，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，加入盐酸会引入水。(2)要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？提示应具体情况具体分析，若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小；若Cu2全部放电，又继续通电一段时间(此时电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏大。(3)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？提示4NA(4)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？提示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。题组二电极反应式、电解方程式的书写2按要求书写电极反应式和总方程式：(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)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式_；阴极反应式_；总反应化学方程式_。(4)用铁作电极电解NaOH溶液阳极反应式_；阴极反应式_；总反应离子方程式_。(5)用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式_；阴极反应式_；总反应化学方程式_。(6)用惰性电极电解熔融MgCl2阳极反应式_；阴极反应式_；总反应离子方程式_。答案(1)4OH4e=O22H2O(或2H2O4e=O24H)4Ag4e=4Ag4Ag2H2O4AgO24H(2)2Cl2e=Cl22H2e=H2(或2H2O2e=H22OH)Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2(3)Fe2e=Fe22H2e=H2(或2H2O2e=H22OH)Fe2H2OFe(OH)2H2(4)Fe2e2OH=Fe(OH)22H2e=H2(或2H2O2e=H22OH)Fe2H2OFe(OH)2H2(5)2Al6e3H2O=Al2O36H6H6e=3H22Al3H2OAl2O33H2(6)2Cl2e=Cl2Mg22e=MgMg22ClMgCl21做到“三看”，正确书写电极反应式(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。2规避“三个”失分点(1)书写电解池中电极反应式时，一般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，且应注明条件“通电”。(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。题组三电解原理的应用3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D解析氯碱工业中阳极是Cl放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，溶液中Cu2浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。4(2016浙江嘉善一中高三月考)下列实验装置中，按要求设计正确的是()答案B5(2017杭州西湖高级中学高三月考)下列装置可达到铁片上镀锌目的的是()答案C题组四原电池、电解池的判断6如图所示装置中，装置A中盛放0.1 molL1的H2SO4溶液，装置B中盛放0.1 molL1的CuCl2溶液(两种溶液均足量，且不考虑电极产物在溶液中的溶解)。下列说法中不正确的是()A装置A为原电池，装置B为电解池B装置A为电解池，装置B为原电池C两烧杯中产生的气体的物质的量相等D一段时间后，装置B中溶液的pH升高答案B解析装置A为原电池，装置B应为电解池，且装置A为装置B提供电能，故A正确，B错误；装置A中碳棒作正极，反应式：2H2e=H2，铁棒作负极，反应式：Fe2e=Fe2，总反应为FeH2SO4=FeSO4H2。装置B中与A装置中铁棒相连的碳棒作阴极：Cu22e=Cu，与A装置中碳棒相连的碳棒作阳极，反应式为2Cl2e=Cl2，总反应为CuCl2CuCl2，由于不考虑Cl2的溶解，由两池中的总反应可推知在相同时间内两烧杯中生成气体的物质的量相同，C正确；B装置在电解过程中CuCl2溶液的浓度变小，溶液的酸性减弱，一段时间后，溶液的pH升高，D正确。7(2017瑞安第一次联考)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()Aa和b不连接时，铁片上会有金属铜析出Ba和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu22e=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Da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D解析若a和b不连接，则不能构成原电池，单质铁直接与Cu2发生氧化还原反应而置换出铜，反应方程式为FeCu2=Fe2Cu，A正确；若a和b用导线连接，则构成原电池，此时铁作负极，铜作正极，电极反应式分别为Fe2e=Fe2、Cu22e=Cu，B正确；由A、B分析可知，C正确；若a和b分别连接直流电源正、负极，则构成电解池，此时铜作阳极失去电子被氧化，铁作阴极，在电解池中阳离子向阴极移动，因此D错误。8如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜(含少量锌、金、银等杂质)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)甲烷燃料电池正极反应式是_。(2)乙装置中阳离子通过X膜向_(填“Fe”或“C”)极移动，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，则丙装置中阴极析出铜的质量为_g，硫酸铜溶液的浓度将_(填“增大”“减小”或“不变”)。答案(1)O24e2H2O=4OH(2)Fe2Cl2e=Cl2(3)12.8减小解析(1)在碱性介质中，燃料电池的正极是氧气得到电子与水反应生成氢氧根离子。(2)乙图中，铁与甲中的负极相连，为阴极，该极氢离子放电生成氢气，同时溶液中生成氢氧根离子，C电极附近氯离子放电生成氯气，为保持电中性，溶液中的阳离子即钠离子通过X向铁极移动。(3)依据电路中各个电极的转移电子数相等，可求出析出的铜的质量，氧气为0.1 mol，转移电子0.4 mol，所以析出铜0.2 mol，质量为12.8 g；丙中，粗铜中比铜活泼的杂质金属也参与电极反应，所以析出的铜多于溶解的铜，溶液中硫酸铜的浓度会减小。原电池、电解池、电镀池的比较原电池电解池电镀池定义将化学能转化为电能的装置将电能转化为化学能的装置应用电解原理在金属表面镀一层其他金属或合金的装置装置举例形成条件活泼性不同的两电极电解质溶液(电极插入其中)形成闭合回路两电极接直流电源两电极插入电解质溶液形成闭合回路镀层金属接电源正极，待镀金属接电源负极电镀液必须含有镀层金属离子电极名称负极：较活泼的金属正极：较不活泼的金属(或能导电的非金属)阳极：与电源正极相连的电极阴极：与电源负极相连的电极阳极：必须是镀层金属阴极：镀件电极反应负极：氧化反应正极：还原反应阳极：氧化反应，金属电极失电子或溶液中的阴离子失电子阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：金属电极失电子阴极：电镀液中的阳离子得电子微专题11电解原理广泛应用集训1用惰性电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到乙烯，其原理如图所示。(1)b电极上的电极反应式为_。(2)该装置中使用的是_(填“阳”或“阴”)离子交换膜。答案(1)2CO212e12H=C2H44H2O(2)阳解析(1)电解时，二氧化碳在b极上得电子发生还原反应生成乙烯，电极反应式为2CO212H12e=C2H44H2O。(2)离子交换膜应只允许氢离子通过，所以是阳离子交换膜。2利用固体氧化物电解池通过电解方式分解氮氧化物的过程如图所示，写出电解池中通入NO一端的电极反应式：_。答案2NO4e=N22O2解析电解池的阴极上，NO发生得电子的还原反应生成N2，电极反应式为2NO4e=N22O2；阳极上，O2发生失去电子的氧化反应生成O2，电极反应式为2O24e=O2。3H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳离子交换膜和阴离子交换膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)写出阳极反应式_。(2)A、B、C分别是_离子交换膜、_离子交换膜、_离子交换膜(填“阴”或“阳”)。(3)阳极室中溶液pH_(填“变大”“变小”或“不变”)。答案(1)2H2O4e=O24H(2)阳阴阳(3)变小解析(1)氢氧根离子在阳极放电，有氧气生成，阳极反应式为2H2O4e=O24H。(2)氢氧根离子在阳极放电，有氧气生成，原料室中的次磷酸根离子通过阴离子交换膜进入产品室，阳极室生成的氢离子通过阳离子交换膜进入产品室，二者在产品室结合生成次磷酸( H3PO2)，因此B为阴离子交换膜，A为阳离子交换膜，阴极区内氢离子放电，有氢气生成，原料室中的钠离子通过阳离子交换膜进入阴极室，生成氢氧化钠。(3)根据2H2O4e=O24H，阳极室中溶液的酸性增强，pH变小。4O3可由臭氧发生器(原理如下图所示)电解稀硫酸制得。(1)图中阴极为_(填“A”或“B”)。(2)若C处不通入O2，D、E处分别收集到11.2 L和4.48 L气体(标准状况下), 则E处收集的气体中O3所占的体积分数为_(忽略O3的分解)。(3)若C处通入O2，则A极的电极反应式为_。答案(1)A(2)50%(3)O24H4e=2H2O解析(1)由图可知，B极生成O2、O3，B极发生氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，A为阴极，电极反应为2H2e=H2。(2)若C处不通入O2，实质为电解水，D处为氢气，体积为11.2 L，物质的量为0.5 mol，E处为氧气、臭氧，体积共为4.48 L，物质的量为0.2 mol，设臭氧的物质的量为x mol，根据电子转移守恒有0.52x32(0.2x)22，解得x0.1，所以E处收集的气体中O3所占的体积分数为0.1 mol0.2 mol100%50%。(3)C处通入O2，O2发生还原反应，在酸性条件下生成水，电极反应式为O24H4e=2H2O。5工业上常用高浓度的K2CO3 溶液吸收CO2，得溶液X，再利用电解法使K2CO3 溶液再生，其装置示意图如下：(1)在阳极区发生的反应包括_和H HCO=H2O CO2。(2)简述CO在阴极区再生的原理：_。答案(1)4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)(2)HCO存在电离平衡：HCOHCO，阴极H放电，H浓度减小，平衡右移(或溶液中H放电，增大了OH浓度，与HCO反应，从而使CO再生)解析(1)与电源正极相连的为电解池的阳极，与电源负极相连的为电解池的阴极，阳极上是氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为4OH4e=2H2OO2。6电解甲醇水溶液制备氢气最大的优点是需要的电压低，写出阳极电极反应方程式： _。答案CH3OH6eH2O=CO26H7利用一种钾盐水溶液作电解质，CO2电催化还原为乙烯，如图所示。在阴极上产生乙烯的电极反应方程式为_。答案2CO212H12e=CH2=CH24H2O8.电解CO制备CH4和W，工作原理如下图所示，生成物W是，其原理用电解总离子方程式解释是。答案NaHCO34CO3CO 5H2O6HCOCH4考点二金属的腐蚀与防护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金属腐蚀的类型(1)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跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强(pH4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极反应负极Fe2e=Fe2正极2H2e=H2O22H2O4e=4OH总反应式Fe2H=Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍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：惰性金属或石墨。(2)改变金属的内部结构，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。题组一金属腐蚀与快慢判断1利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是()Aa管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B一段时间后，a管液面高于b管液面Ca处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小Da、b两处具有相同的电极反应式：Fe2e=Fe2答案C解析根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为左边负极：Fe2e=Fe2正极：O24e2H2O=4OH右边负极：Fe2e=Fe2正极：2H2e=H2a、b处的pH均增大，C错误。2(2016浙江江山实验中学高二10月教学质量检测)如图，向还原铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁用NaCl溶液润湿过的具支试管中，塞紧橡皮塞。几分钟后，打开止水夹，观察到导管中水柱上升。对此过程所做的分析正确的是()A铁粉在电化学腐蚀过程中作正极B炭粉被氧化C发生了吸氧腐蚀D发生了析氢腐蚀答案C3下图容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是()A BC D答案A解析根据图知，、装置是原电池，在中，金属铁作负极，中金属铁作正极被保护，作负极的腐蚀速率快，所以，装置是电解池，其中金属铁为阳极，加快腐蚀，腐蚀最快，所以腐蚀速率是。故选A。题组二金属腐蚀的实验探究4铜是人类最早使用的金属，它与人类生产生活关系密切，请运用所学知识解释下列与铜有关的化学现象。如上图，在硫酸型酸雨地区，不纯的铜制品发生电化学腐蚀，Cu发生_(填“氧化”或“还原”)反应，写出正极的电极反应式_。答案氧化O24H4e=2H2O解析在硫酸型酸雨地区，不纯的铜制品发生的是吸氧腐蚀，Cu是负极，发生的是氧化反应，正极的电极反应式为O24H4e=2H2O。5(2017浙江省名校协作体高二下学期调研)全世界每年被腐蚀损耗的钢铁材料约占全年钢铁产量的十分之一。用压强传感器研究生铁发生腐蚀的装置及得到的图像如下：(1)在该电化学腐蚀中正极电极反应式：_。(2)钢铁表面镀铜可以提高抗腐蚀性能，装置示意如下图所示，则与电源正极相连的金属是_(填元素名称)。答案(1)O24e2H2O=4OH(2)铜解析(1)在该电化学腐蚀中溶液显中性，发生吸氧腐蚀，正极电极反应式为O24e2H2O=4OH。(2)电镀时待镀金属作阴极，镀层金属作阳极，所以与电源正极相连的金属是铜。课时训练1N2O5是一种新型硝化剂。工业上可用N2O4通过电解制备N2O5，阴、阳极室之间用质子交换膜隔开，两极电解液分别为稀硝酸溶液和溶有N2O4的无水硝酸，用惰性电极电解时，生成N2O5极室的电极反应式为_。答案N2O42e2HNO3=2N2O52H2某化学小组构想将汽车尾气(NOx)转化为重要的化工原料HNO3，其原理如图所示，其中A、B为多孔材料。写出总化学方程式_。答案4NOx(52x)O22H2O=4HNO33利用电化学原理，用铁钉和氢氧化钾溶液为原料可以获得K2FeO4。在制备过程中铁钉作_极，请写出获得FeO的电极反应式_。答案阳Fe6e8OH=FeO