高考化学总复习第六单元第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护教案新人教版.docx

第3讲电解池金属的电化学腐蚀与防护一、电解原理及规律1.电解(1)定义:使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起的过程。 (2)能量转化形式:在此过程中,将能转化为能。 2.电解池的构成条件(1)有与相连的两个电极。(2)两个电极插入(或)中。 (3)形成。 3.电解池中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。4.电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例):总反应方程式:。 5.电解时两极粒子放电顺序二、电解原理在工业生产中的应用1.氯碱工业装置电极反应阳极:(反应)阴极:(反应)总反应应用氯碱工业制、和2.电镀与铜的电解精炼电镀(Fe上镀Cu)电解精炼铜阳极电极材料电极反应Zn-2e-Zn2+Fe-2e-Fe2+Ni-2e-Ni2+阴极电极材料电极反应电解质溶液注:理论上,电镀液的成分及浓度保持不变;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3.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:2NaCl(熔融)2Na+Cl2电极反应:阳极:2Cl-2e-Cl2。阴极:。(2)冶炼铝:2Al2O3(熔融)4Al+3O2电极反应:阳极:。阴极:。(3)冶炼镁:MgCl2(熔融)Mg+Cl2电极反应:阳极:。阴极:。三、原电池、电解池、电镀池的比较装置名称原电池电解池电镀池实例Cu-Zn(H2SO4)氯化铜溶液(惰性电极)铁上镀铜能量转化化学能转化为电能电能转化为化学能电能转化为化学能原理发生氧化还原反应,从而形成电流(自发)电流通过,引起氧化还原反应(非自发)电流通过,引起氧化还原反应(非自发)形成条件(四条)两个电极、电解质溶液(或熔融态电解质)、形成闭合回路、自发的氧化还原反应电源、电极(惰性或非惰性)、电解质、闭合回路电源、电极(Cu和Fe)、电解质、闭合回路装置判断无外加电源有外加电源有电源,阳极金属与电解液中金属离子为同一金属元素电极判断负极:还原性较强的电极或电子流出的电极或电流流入的电极;正极:还原性较弱的电极或电子流入的电极或电流流出的电极阳极:与直流电源正极相连的电极;阴极:与直流电源负极相连的电极阳极:镀层金属(Cu)与直流电源正极相连的电极;阴极:被镀物或镀件(Fe)与直流电源负极相连的电极电极上的反应(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(1)阳极金属失去电子发生氧化反应;(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(电解质溶液浓度几乎不变)四、金属的腐蚀和防护1.金属腐蚀的本质:金属原子变为金属阳离子,金属发生。2.金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀与电化学腐蚀化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与直接接触不纯金属或合金与接触(续表)化学腐蚀电化学腐蚀现象电流产生电流产生本质金属被较活泼金属被联系两者往往同时发生,腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀析氢腐蚀 (不普遍)吸氧腐蚀 (很普遍)条件水膜酸性较强(pH原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防腐措施的腐蚀。氧化还原反应电化学电源电解质溶液熔融电解质闭合回路阴极还原反应Cu2+2e-Cu阳极氧化反应2Cl-2e-Cl2CuCl2Cu+Cl2Fe-2e-Fe2+Cu-2e-Cu2+Ag-e-Ag+2Cl-2e-Cl2氧化2H+2e-H2还原2NaCl+2H2O2NaOH+H2+Cl2烧碱氯气氢气铜粗铜Cu-2e-Cu2+Cu-2e-Cu2+铁钝铜Cu2+2e-CuCuSO4溶液阳极泥2Na+2e-2Na6O2-12e-3O24Al3+12e-4Al2Cl-2e-Cl2Mg2+2e-Mg失去电子氧化反应非金属单质电解质溶液或熔融态电解质无有氧化氧化电化学1.阴、阳两极的判断(1)阳极:与电源正极相连,发生氧化反应,阴离子移向的一极。(2)阴极:与电源负极相连,发生还原反应,阳离子移向的一极。2.阴、阳两极的放电顺序(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。(2)阴极:Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+。3.电解质水溶液电解产物的规律(1)电解水型:含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐。(2)电解电解质型:无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)。(3)放氢生碱型:活泼金属的无氧酸盐。(4)放氧生酸型:不活泼金属的含氧酸盐。4.书写电解池电极反应式的三注意(1)阳极规律有两个:若阳极为活性电极(除Pt、Au外的金属作电极),电极本身失电子被氧化,电解质溶液中的阴离子不参与电极反应。若阳极为惰性电极,电解质溶液中还原性强的阴离子先放电。(2)阴极规律有两个:电极本身不参加反应。电解质溶液中氧化性强的离子先得电子。(3)书写电极反应式时,要以实际放电的离子表示。但书写总反应时,弱电解质要写成分子式。如惰性电极电解NaOH溶液,阳极发生氧化反应,电极反应式为4OH-4e-2H2O+O2;阴极发生还原反应,电极反应式为4H+4e-2H2;总反应式为2H2O2H2+O2。5.金属的电化学保护法(1)外加电流的阴极保护法:接上外加直流电源构成电解池,被保护的金属作阴极。(2)牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料,构成原电池,被保护的金属作正极。6.两种电化学腐蚀类型的正极反应式(1)析氢腐蚀:2H+2e-H2。(2)吸氧腐蚀:O2+2H2O+4e-4OH-。见自学听讲P118电解原理及其应用1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)任何化学反应都可以设计成电解池。()(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。()(3)电解CuCl2溶液,阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。()(4)电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大。()(5)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应。()(6)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3。()(7)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。()(8)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极。()(9)电解精炼铜时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。()(10)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na+、H+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)2.根据金属活动性顺序表,Cu和稀H2SO4不反应,怎样利用电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?答案Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。电解的化学方程式为Cu+2H+Cu2+H2。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?解析方法一:98 g Cu(OH)2的物质的量为1 mol,相当于电解了1 mol的CuSO4后,又电解了1 mol的水,所以转移的电子数为2NA+2NA=4NA。方法二:可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2中O2-的失电子数相等,共4NA。答案4NA一、电解原理基础知识要点归纳1.解电解原理题,首先要看阳极材料是惰性电极(石墨电极、铂电极)还是活性电极。若是活性电极,则阳极本身放电,而溶液中的阴离子一般不放电。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。2.最常用、最重要的放电顺序为阳极:Cl-OH-;阴极:Ag+Cu2+H+。3.电解水溶液时,K+Al3+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。二、利用惰性电极电解电解质溶液的规律类型实例电极反应式或电极反应特点电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型NaOH溶液阴:4H+4e-2H2阳:4OH-4e- 2H2O+O2增大增大加水H2SO4溶液增大减小加水Na2SO4溶液增大不变加水电解电解质型HCl溶液电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电减小增大通氯化氢CuCl2溶液减小加氯化铜放H2生碱型NaCl溶液阴极:H2O放H2生碱阳极:电解质阴离子放电生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型CuSO4溶液阴极:电解质阳离子放电阳极:H2O放O2生酸生成新电解质减小加氧化铜或碳酸铜三、规避电解池中方程式书写的四个易错点1.书写电解池中电极反应式时,如果H+来自水分子,那电极反应式为2H2O+2e-H2+2OH-或2H+2e-H2;同样,如果OH-来自水分子,那么电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+或4OH-4e-2H2O+O2,但书写电解总反应方程式时,要写水分子。2.阴极材料主要作用是导电,电极本身一般不反应,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,且总反应方程式中注明条件“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。四、电解原理应用中的注意点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混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。2.电解或电镀时,电极质量减小的电极必为金属电极阳极;电极质量增大的电极必为阴极,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,金属活动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。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,电镀液的浓度保持不变。1.以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是()。A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH减小解析以石墨为电极,电解KI溶液,发生的反应为2KI+2H2O2KOH+H2+I2(类似于电解饱和食盐水),阴极产物是H2和KOH,阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝),阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性),A、B、C三项均正确;由于电解产物有KOH,所以溶液的pH逐渐增大,D项错误。答案D2.下列装置的线路接通后,经过一段时间,溶液的pH明显减小的是()。解析A项,该装置是原电池装置,H+放电生成氢气,溶液的pH增大,错误;B项,该装置是电解池,Cu+2H2OCu(OH)2+H2,OH-浓度增大,溶液的pH增大,错误;C项,电解食盐水,生成氢氧化钠使溶液的pH增大,错误;D项,电解硫酸铜的实质是电解水和硫酸铜,水中的OH-放电使溶液中氢离子的浓度增大,溶液的pH减小,正确。 答案D3.(2018年包头模拟)电浮选凝聚法处理污水的原理如图所示。电解过程生成的胶体能使污水中的悬浮物凝聚成团而除去,电解时阳极也会产生少量气体。下列说法正确的是()。A.可以用铝片或铜片代替铁片B.阳极产生的气体可能是O2C.电解过程中H+向阳极移动D.若污水导电能力较弱,可加入足量硫酸解析电解原理是铁作阳极,发生氧化反应生成Fe2+,阴极水中H+放电生成H2,阳极区生成的胶体吸附水中悬浮杂质,使其沉降而净水。A项,Cu(OH)2无净水作用,不能用铜片代替铁片,错误;B项,阳极可能有少量OH-放电,正确;C项,阴离子向阳极移动,该装置中H+在阴极放电,OH-向阳极移动,错误;D项,加入的硫酸会与胶体反应,错误。答案B4.将CO2电催化还原为CH4的工作原理示意图如图所示。下列说法不正确的是()。A.该过程是电能转化为化学能的过程B.铜电极的电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2OC.一段时间后,池中n(KHCO3)不变D.一段时间后,池中溶液的pH一定减小解析分析工作原理图可知此装置为电解池,铜电极通入的CO2被还原为CH4,所以铜电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为CO2+8H+8e-CH4+2H2O,铂电极为阳极,OH-放电,被氧化,溶液中pH减小,同时盐桥中的K+向池中移动,池中溶有CO2,故n(KHCO3)增大,C项错误。答案C5.(1)用图1所示装置进行实验,U形管中a为25 mL CuSO4溶液,X、Y为电极。若X为铁,Y为纯铜,则该装置是工业上常见的池,阳极的电极反应式为。若X为纯铜,Y为含有Zn、Ag、C等杂质的粗铜,则该装置是工业上常见的装置。反应过程中,a溶液的浓度(填“会”或“不会”)发生变化。(2)现代氯碱工业常用阳离子交换膜将电解槽隔成两部分,以避免电解产物之间发生二次反应。图2为电解槽示意图。阳离子交换膜只允许溶液中的(填字母)通过。A.H2B.Cl2C.H+D.Cl-E.Na+F.OH-写出阳极的电极反应式:。答案(1)电镀;Cu-2e-Cu2+铜的电解精炼;会(2)CE2Cl-2e-Cl2金属的腐蚀与防护1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。()(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中被腐蚀均生成氧化物。()(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+。()(4)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。()(5)若在海轮外壳上附着一些铜块,则可以减缓海轮外壳的腐蚀。()(6)钢铁水闸可用牺牲阳极的阴极保护法或外加电流的阴极保护法防止其被腐蚀。()(7)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。()(8)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致。()答案(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)2.利用如图装置进行实验,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()。A.a处发生吸氧腐蚀,b处发生析氢腐蚀B.一段时间后,a处液面高于b处液面C.a处的溶液pH增大,b处的溶液pH减小D.a、b两处具有相同的电极反应式:Fe-2e-Fe2+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:Fe-2e-Fe2+,正极:O2+4e-+2H2O4OH-。 右边,负极:Fe-2e-Fe2+,正极:2H+2e-H2。a、b处溶液的pH均增大,C项错误。答案C3.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为()。A.B.C.D.解析是Fe为负极、杂质碳为正极的原电池腐蚀,是铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢;负极反应式为2Fe-4e-2Fe2+,正极反应式为2H2O+O2+4e-4OH-。均为原电池,中Fe为正极,被保护;中Fe为负极,均被腐蚀,但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀较快。是Fe接电源正极作阳极、Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀,加快了Fe的腐蚀。是Fe接电源负极作阴极、Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀,减缓了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为。答案C一、判断金属腐蚀快慢的规律1.对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢:电解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.对同一金属来说,在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。3.活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀速率越快。4.对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀速率越快。二、两种保护方法的比较外加电流的阴极保护法的保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。三、根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀正确判断“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、酸性很弱或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。1.下列说法正确的是()。A.图1中,铁钉易被腐蚀B.图2中,滴加少量K3Fe(CN)6溶液,没有蓝色沉淀出现C.图3中,燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D.图4中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极解析A项,图1中,铁钉处于干燥环境,不易被腐蚀;B项,负极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe2+与K3Fe(CN)6反应生成蓝色沉淀;D项为牺牲阳极的阴极保护法,镁块相当于原电池的负极。答案C2.利用下图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是()。A.若X为锌棒,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀B.若X为锌棒,开关K置于M处,铁极发生氧化反应C.若X为碳棒,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀D.若X为碳棒,开关K置于N处,X极发生氧化反应解析若X为锌棒,开关K置于M处,则锌作负极,铁作正极被保护,A项正确,B项错误;若X为碳棒,开关K置于N处,则铁连接电源负极,作阴极被保护,X连接电源正极,作阳极被氧化,C、D两项均正确。答案B3.某同学进行下列实验:操作现象取一块打磨过的生铁片,在其表面滴一滴含酚酞和K3Fe(CN)6的食盐水放置一段时间后,生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘为红色,中心区域为蓝色,在两色环交界处出现铁锈下列说法不合理的是()。A.生铁片发生吸氧腐蚀B.中心区的电极反应式为Fe-2e-Fe2+C.边缘处的电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-D.交界处发生的反应为4Fe2+O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+解析生铁片边缘处为红色,说明生成了OH-,O2+2H2O+4e-4OH-,生铁片发生吸氧腐蚀,故A、C两项合理;根据实验现象,中心区域为蓝色,说明生成了Fe2+,Fe-2e-Fe2+,故B项合理;在两色环交界处出现铁锈,是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化成了氢氧化铁,不是4Fe2+O2+10H2O4Fe(OH)3+8H+,故D项不合理。答案D电化学中的定量计算1.两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中,通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计),电极上析出银的质量最大为()。A.27 mg B.54 mg C.106 mg D.216 mg解析首先结合离子放电顺序,弄清楚两极的反应。阳极的电极反应式为4OH-4e-O2+2H2O,阴极的电极反应式为4Ag+4e-4Ag,总反应式为4AgNO3+2H2O4Ag+O2+4HNO3。由电解总反应式可知,电解过程中生成的n(Ag)=n(HNO3)=n(H+)=(10-3 molL-1-10-6 molL-1)0.5 L510-4 mol,m(Ag)=510-4 mol108 gmol-1=0.054 g=54 mg。答案B2.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放出,且不考虑水解和溶液体积的变化),此时溶液中氢离子的浓度约为()。A.410-3 molL-1B.210-3 molL-1C.110-3 molL-1D.110-7 molL-1解析根据2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2,得:n(H+)=2n(H2SO4)=2n(Cu)=20.064 g64 gmol-1=0.002 mol,c(H+)=0.002mol0.5 L=410-3 molL-1。答案A一、串联装置图比较图甲中无外接电源,二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置),为电解装置提供电能,其中两个电极活动性差异较大的为原电池装置,即左图为原电池装置,右图为电解装置。图乙中有外接电源,两烧杯均作电解池,且串联电解,通过的电流相等。二、电化学定量计算的三种方法例如,由关系式法通过以4 mol e-为基准可构建电极产物之间的如下关系式:4e-2Cl2(Br2、I2)O24H+阳极产物4OH-2H22Cu4Ag4xM阴极产物(M为金属,x为其化合价)1.用惰性电极电解100 mL 4 molL-1Cu(NO3)2溶液,一定时间后在阳极收集到气体1.12 L(标准状况)。停止电解,向电解后的溶液中加入足量的铁粉,充分作用后溶液中的Fe2+浓度为(设溶液的体积不变)()。A.0.75 molL-1B.3 molL-1C.4 molL-1 D.3.75 molL-1解析本题涉及的反应过程可分为两个阶段,第一个阶段是电解Cu(NO3)2溶液,第二个阶段是混合溶液与足量的铁粉反应,注意硝酸与足量铁粉反应是生成硝酸亚铁。电解后溶液中硝酸和硝酸铜的物质的量分别为0.2 mol、0.3 mol,前者与足量的铁粉反应生成0.075 mol硝酸亚铁,后者与足量的铁粉反应生成0.3 mol硝酸亚铁。答案D2.500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)=0.3 molL-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到气体1.12 L(标准状况),假设电解后的溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是()。A.原混合溶液中c(Na+)=0.2 molL-1B.电解后溶液中c(H+)=0.2 molL-1C.上述电解过程中共转移0.4 mol电子D.电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol解析阳极是阴离子放电(放电能力OH-NO3-),根据题给信息,阳极一定是OH-放电,生成0.05 mol氧气,转移0.2 mol电子;阴极离子的放电能力Cu2+H+Na+,所以Cu2+先放电,然后是H+放电,阴极生成0.05 mol氢气时,转移0.1 mol电子,根据得失电子守恒知,Cu2+转移0.1 mol电子,n(Cu2+)=0.05 mol,所以原溶液中nCu(NO3)2=0.05 mol,n(NO3-)=0.3 molL-10.5 L=0.15 mol,n(NaNO3)=0.05 mol。原混合溶液中c(Na+)=0.1 molL-1,A项错误;结合以上分析及电解总反应式Cu2+2H2OCu+H2+O2+2H+可知,生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H+,电解后溶液中c(H+)=0.1mol0.5 L=0.2 molL-1,B项正确,D项错误;上述电解过程中共转移0.2 mol电子,C项错误。答案B3.按如图所示的装置进行电解实验。A极是铜锌合金,B极为纯铜,电解质溶液为硫酸铜溶液(足量)。通电一段时间后,A极恰好全部溶解,此时B极质量增加7.68 g,溶液质量增加0.03 g,则铜锌合金中铜、锌原子个数之比为()。A.41B.31C.21D.任意比解析由图可知A是阳极,B是阴极。B极上共析出0.12 mol Cu。阴极上析出的铜的物质的量与阳极上溶解掉的Cu、Zn的物质的量之和相等,ZnCum1 mol1 mol1 g0.03 mol0.03 g所以合金中铜、锌原子个数之比为0.12mol-0.03mol0.03mol=31。答案B4.在如图所示的装置中,若通直流电5 min,铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题:(1)电源中X电极为直流电源的极。(2)pH变化:A,B,C。(填“增大”“减小”或“不变”)(3)通电5 min,B中共收集224 mL(标准状况)气体,溶液的体积为200 mL,则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为(设电解前后溶液体积无变化)。(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL,电解后,溶液的pH为(设电解前后溶液体积无变化)。解析(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时,Ag+在阴极发生还原反应变为Ag,所以质量增加的铜电极是阴极,则银电极是阳极,Y是正极,X是负极。(2)电解KCl溶液生成KOH,溶液pH增大;电解CuSO4溶液生成H2SO4,溶液pH减小;电解AgNO3溶液,银为阳极,不断溶解,Ag+浓度基本不变,pH不变。(3)通电5 min,C中析出0.02 mol Ag,电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气体,若该气体全为氧气,则电路中需通过0.04 mol电子,电子转移不守恒。因此,B中电解分为两个阶段,先电解CuSO4溶液,生成O2,后电解水,生成O2和H2,B中收集到的气体是O2和H2的混合气体。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x,电解H2O时生成O2的物质的量为y,则4x+4y=0.02 mol(电子转移守恒),x+3y=0.01 mol(气体体积之和),解得x=y=0.0025 mol,所以n(CuSO4)=20.0025 mol=0.005 mol,c(CuSO4)=0.005mol0.2 L=0.025 molL-1。(4)通电5 min,A中放出0.01 mol H2,溶液中生成0.02 mol KOH,c(OH-)=0.02mol0.2 L=0.1 molL-1,pH=13。答案(1)负(2)增大;减小;不变(3)0.025 molL-1(4)131.(2018年全国卷,13)最近我国科学家设计了一种CO2+H2S协同转化装置,实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示,其中电极分别为ZnO石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应:EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+2EDTA-Fe3+H2S2H+S+2EDTA-Fe2+该装置工作时,下列叙述错误的是()。A.阴极的电极反应:CO2+2H+2e-CO+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2SCO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性解析由图可知,CO2在ZnO石墨烯电极上转化为CO,得电子发生还原反应,故ZnO石墨烯为阴极,电极反应式为CO2+2H+2e-CO+H2O,A项正确;根据石墨烯电极上发生的电极反应可知,2+即得到H2S-2e-2H+S,因此总反应式为CO2+H2SCO+H2O+S,B项正确;石墨烯电极为阳极,与电源的正极相连,因此石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的高,C项错误;由于铁离子、亚铁离子均易水解,故若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,D项正确。答案C2.(2017年全国卷,11)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流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整解析本题使用的是外加电流的阴极保护法,外加强大的电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流,A项正确;通电后,被保护的钢管桩作阴极,高硅铸铁作阳极,因此外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,所以不损耗,C项错误;外加电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流,D项正确。答案C3.(2017年全国卷,11)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.阴极的电极反应式为Al3+3e-AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动解析铝质工件表面要形成氧化膜,铝被氧化,失电子,因此电解时待加工铝质工件为阳极,A项正确;根据电解原理可知,不锈钢网接触面积大,电解效率高,B项正确;阴极的电极反应式为2H+2e-H2,C项错误;电解时,电解质溶液中的阴离子向阳极移动,D项正确。答案C4.(2016年全国卷,11)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-离子向正极迁移,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H2SO4产品C.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,会有0.5 mol的O2生成解析通电时中间隔室的SO42-向正极移动,正极为水电离出的OH-失去电子,溶液中H+的浓度增大,溶液的pH减小,A项错误;用该法处理含Na2SO4的废水时,在负极区和正极区分别得到NaOH和H2SO4,B项正确;负极为水电离出的H+得电子被还原,溶液中c(OH-)增大,溶液pH升高,C项错误;正极反应式为4OH-4e-O2+2H2O,电路中转移1 mol电子时,生成0.25 mol O2,D项错误。答案B5.(2016年北京理综,12)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;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+2OH-B.b处:2Cl-2e-Cl2C.c处发生了反应:Fe-2e-Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜解析a、d处试纸变蓝,说明溶液显碱性,是溶液中的氢离子得到电子生成氢气,氢氧根离子剩余造成的,故A项正确;b处变红,局部褪色,说明是溶液中的氢氧根离子和氯离子同时放电,故B项错误;c处为阳极,铁失去电子生成亚铁离子,故C项正确;实验二中相当于形成三个电解池(一个球两面为不同的两极),m为电解池的阴极,另一球朝m的一面为阳极(n的背面),故相当于电镀,即m上有铜析出,故D项正确。答案B6.(2015年四川理综,4)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为910,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是()。A.用石墨作阳极,铁作阴极B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH-2e-ClO-+H2OC.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2+2OH-D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2+2CO2+5Cl-+H2O解析Cl-在阳极发生氧化反应生成ClO-,水电离出的H+在阴极发生还原反应生成H2,又由于电解质溶液呈碱性,故A、B、C三项均正确;溶液呈碱性,离子方程式中不能出现H+,正确的离子方程式为2CN-+5ClO-+H2ON2+2CO2+5Cl-+2OH-,D项错误。答案D7.(2017年江苏,16节选)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“电解”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是。(2)“电解”是电解Na2CO3溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为,阴极产生的物质A的化学式为。解析(1)阳极上O2-发生氧化反应生成O2,石墨可能被O2氧化。(2)由图示可知,阳极的电极反应式为2H2O-4e-O2+4H+、CO32-+H+HCO3-,两式相加得4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2。阴极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2,所以物质A为H2。答案(1)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(2)4CO32-+2H2O-4e-4HCO3-+O2;H28.(2015年重庆理综,11节选)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。(1)腐蚀过程中,负极是(填图中字母“a”或“b”或“c”)。(2)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。(3)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)“青铜器的腐蚀”,如图铜为负极被腐蚀生成Cu2+,正极氧气生成OH-。(2)正极反应产物为OH-,负极反应产物为Cu2+,与Cl-作用生成Cu2(OH)3Cl。(3)nCu2(OH)3Cl=4.29 g214.5 gmol-1=0.02 mol,所以有0.04 mol Cu被氧化,根据电子得失守恒n(O2)=0.04mol2e-4e-=0.02 mol,标准状况下V(O2)=0.02 mol22.4 Lmol-1=0.448 L。答案(1)c(2)2Cu2+3OH-+Cl-Cu2(OH)3Cl(3)0.448见高效训练P571.(2018年合肥调研)下列做法有利于金属防护的是()。A.钢铁零件表面进行烤蓝处理B.将钢铁制成的闸门与直流电源正极相连C.菜刀切菜后不洗净就放回刀架D.埋在地下的钢管与铜块相连解析一般钢铁容易生锈,如果将钢铁零件的表面进行烤蓝处理,就能大大增强抗腐蚀能力,延长使用寿命,A项正确;钢铁制成的闸门与直流电源的正极相连,闸门成为电解池的阳极,会加快腐蚀,B项错误;菜刀切菜后不洗净,容易发生吸氧腐蚀,C项错误;铁比铜活泼,当埋在地下的钢管与铜块相连时,钢管成为原电池的负极,加快了腐蚀,应该使钢管与锌块相连,D项错误。答案A2.用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图如图所示,若将该零件置于潮湿的空气中,下列说法正确的是()。A.发生电化学腐蚀,铜为负极,铜极产生H2B.铜易被腐蚀,铜极上发生还原反应,吸收O2C.铁易被腐蚀,铁发生氧化反应:Fe-2e-Fe2+D.发生化学腐蚀:Fe+Cu2+Cu+Fe2+解析A项,铜应为正极,电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-;B项,铁易被腐蚀;D项,发生的是电化学腐蚀。答案C3.利用如图所示装置,可以完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述中,正确的是()。A.若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀,这种方法称为牺牲阴极保护法B.若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀,溶液中的阴离子向铁电极移动C.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,铜棒质量将增加,此时外电路中的电子向铜电极移动D.若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,铁棒质量将增加,溶液中铜离子浓度将减小解析若X为锌棒,Y为NaCl溶液,开关K置于M处,则构成了锌-铁原电池,由于锌比铁活泼,所以可以防止铁被腐蚀,而锌被腐蚀,该方法称为牺牲阳极的阴极保护法,故A项错误;若X为碳棒,Y为NaCl溶液,开关K置于N处,则组成了一个电解池,X为阳极,铁为阴极,同样可以减缓铁的腐蚀,铁电极上发生的电极反应为2H2O+2e-2OH-+H2,所以溶液中的阴离子向碳电极移动,故B项错误;若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于M处,则构成了铁-铜原电池,在铜极上析出铜,所以铜棒的质量将增加,此时外电路中的电子向铜电极移动,故C项正确;若X为铜棒,Y为硫酸铜溶液,开关K置于N处,则构成了电解池,这时铜电极溶解,铁电极上有铜生成,所以铁棒质量将增加,但是溶液中铜离子浓度不变,故D项错误。答案C4.已知四个电解装置都以Pt作电极,分别电解如下电解质溶液,一段时间后,测定其溶液pH的变化,所记录的结果正确的是()。选项ABCD电解质溶液HClAgNO3KOHBaCl2pH变化减小增大增大不变解析电解盐酸,溶质HCl的量减少,溶剂量不变,所以酸性减弱,pH增大,A项错误;电解硝酸银溶液生成硝酸、银单质和氧气,溶液酸性增强,pH减小,B项错误;电解氢氧化钾溶液的实质是电解水,溶质的量不变,溶剂的量减少,碱性增强,pH增大,C项正确;电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气,溶液碱性增强,pH增大,D项错误。答案C5.某电解池装置如图所示:下列说法正确的是()。A.装置中电子移动的途径:负极FeM溶液石墨正极B.若M为NaCl溶液,通电一段时间后,溶液中可能有NaClOC.若M为FeCl2溶液,可以实现在石墨上镀铁D.若M是海水,该装置是通过牺牲阳极的阴极保护法使铁不被腐蚀解析装置中电子通过导线从铁电极移向石墨电极,A项错误;若M为NaCl溶液,通电一段时间后,阳极产生Cl2,溶液中的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO,所以溶液中可能有NaClO,B项正确;若M为FeCl2溶液,在阳极,溶液中的Fe2+失去电子变为Fe3+,所以不可能实现在石墨上镀铁,C项错误;若M是海水,该装置是电解池,是通过外加电流的阴极保护法使铁不被腐蚀,不是通过牺牲阳极的阴极保护法,D项错误。答案B6.如图所示,某同学设计了一种燃料电池来探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是()。A.反应一段时间后,乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区B.乙装置中铁电极为阴极,电极反应式为Fe-2e-Fe2+C.通入氧气的一极为负极,发生的电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-D.反应一段时间后,丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变解析甲装置为甲醚燃料电池,投放氧气的一极发生还原反应,为正极,投放甲醚的一极为负极;乙装置为电解饱和氯化钠溶液的装置,根据串联电池中电子的转移,可知Fe电极为阴极,C电极为阳极,丙装置为电解精炼铜的装置,粗铜为阳极