高考化学大一轮学考复习考点突破 第六章 第22讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护课件 新人教版.ppt

第22讲电解池金属的电化学腐蚀与防护 第六章化学反应与能量 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 防止金属腐蚀的措施 考点一电解的原理 微专题22隔膜在电化学中的功能 考点二电解原理在工业生产中的应用 内容索引 考能提升探究高考明确考向 课时作业 考点三金属的腐蚀与防护 微专题23串联电池的两大模型 考点一电解的原理 1 电解定义在作用下 电解质在两个电极上分别发生和的过程 2 能量转化形式电能转化为 3 电解池 1 构成条件 有与相连的两个电极 或 形成 知识梳理 电流 氧化反应 还原反应 化学能 电源 电解质溶液 熔融盐 闭合回路 2 电极名称及电极反应式 如图 阳极 氧化 2cl 2e cl2 cu2 2e cu 阴极 还原 3 电子和离子的移动方向 4 阴阳两极上放电顺序阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电 离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力 另外也与离子的浓度及电极材料有关 1 阴极 阴极上放电的总是溶液中的阳离子 与电极材料无关 氧化性强的先放电 放电顺序 2 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 则仅是溶液中的阴离子放电 常见离子的放电顺序是 一般情况下 离子按上述顺序放电 但如果离子浓度相差十分悬殊 离子浓度大的也可以先放电 如理论上h 的放电能力大于fe2 zn2 但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中 由于溶液中c fe2 或c zn2 c h 则先在阴极上放电的是fe2 或zn2 因此阴极上的主要产物为fe或zn 但在水溶液中 al3 mg2 na 等是不会在阴极上放电的 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 1 电解水型 4oh 4e o2 2h2o 4h 4e 2h2 h2o h2o h2o 电解水型电解一段时间后 其电解质的浓度一定增大吗 举例说明 不一定 如用惰性电极电解饱和na2so4溶液 一段时间后会析出na2so4 10h2o晶体 剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液 此时浓度保持不变 答案 2 电解电解质型 2cl 2e cl2 2h 2e h2 2cl 2e cl2 cu2 2e cu hcl cucl2 3 放h2生碱型 2cl 2e cl2 2h 2e h2 hcl 要使电解后的nacl溶液复原 滴加盐酸可以吗 为什么 不可以 因为电解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 答案 4 放o2生酸型 4oh 4e 2h2o o2 2cu2 4e 2cu cuo cuco3 要使电解后的cuso4溶液复原 加入cu oh 2固体可以吗 为什么 加入cuco3为什么也可复原 不可以因为电解cuso4溶液时 尽管cu2 和oh 分别放电 按照电极反应式cu2 2e cu 4oh 4e 2h2o o2 氢元素变成h2o仍然留在溶液中 只有cu析出和o2逸出 且物质的量之比为2 1 所以要让溶液复原 需要加cuo 而不能加cu oh 2 加入cuco3时 co2变为气体逸出 相当于加的是cuo 答案 若用惰性电极电解cuso4溶液一段时间后 需加入98gcu 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 4na 答案 解析 方法一 98gcu oh 2的物质的量为1mol 相当于电解了1mol的cuso4后 又电解了1mol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的o2 失电子数相等 共4na 5 通过以上分析 电解质溶液复原应遵循什么原则 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 答案 2 根据金属活动顺序表 cu和稀h2so4不反应 怎样根据电化学的原理实现cu和稀h2so4反应产生h2 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 电解反应式为阳极 cu 2e cu2 阴极 2h 2e h2 总反应式 cu 2h cu2 h2 答案 解题探究 题组一电解规律的应用1 以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水 关于两个电解池反应的说法正确的是a 阳极反应式相同b 电解结束后所得液体的ph相同c 阴极反应式相同d 通过相同电量时生成的气体总体积相等 同温同压 答案 解析 a项 以石墨为电极电解水 阳极 4oh 4e 2h2o o2 以石墨为电极电解饱和食盐水 阳极 2cl 2e cl2 二者阳极电极反应式不同 故a错误 b项 电解水溶液的ph不变 电解饱和氯化钠溶液生成氢氧化钠 氯气和氢气 ph变大 所以电解结束后所得液体的ph不相同 故b错误 c项 以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水阴极上都是2h 2e h2 所以阴极电极反应式相同 故c正确 d项 设转移电子数为4mol 则依据电解方程式 2h2o2h2 o2 4e 电解水生成3mol气体 依据电解方程式2nacl 2h2o2naoh cl2 h2 2e 电解饱和食盐水生成4mol气体 故d错误 2 用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液 在电解的过程中 溶液的ph依次为升高 不变 降低的是a agno3cucl2cu no3 2b kclna2so4cuso4c cacl2kohnano3d hclhno3k2so4 答案 解析 由电解电解质溶液的四种类型可知 题组二电极方程式及电极产物的判断3 2016 北京理综 12 用石墨电极完成下列电解实验 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 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处能析出铜 答案 解析 a项 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 正确 b项 b处变红 局部褪色 说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与h2o反应生成hclo和h cl 2e h2o hclo h 错误 c项 c处为阳极 铁失去电子生成亚铁离子 正确 d项 实验一中ac形成电解池 bd形成电解池 所以实验二中形成3个电解池 n 右面 有气泡生成 为阴极产生氢气 n的另一面 左面 为阳极产生cu2 cu2 在m的右面得电子析出铜 正确 4 按要求书写电极反应式和总反应方程式 1 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 2 用al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 答案 2cl 2e cl2 2h 2e h2 或2h2o 2e h2 2oh 答案 6h2o 6e 3h2 6oh 或6h 6e 3h2 3 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 总反应离子方程式 答案 2al 6e 3h2o al2o3 6h 6h 6e 3h2 5 1 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 填化学式 溶液 阳极电极反应式为 电解过程中li 向 填 a 或 b 电极迁移 lioh 2cl 2e cl2 b 答案 解析 b极区生成h2 同时会生成lioh 则b极区电解液为lioh溶液 电极a为阳极 在阳极区licl溶液中cl 放电 电极反应式为2cl 2e cl2 在电解过程中li 阳离子 向b电极 阴极区 迁移 2 离子液体是一种室温熔融盐 为非水体系 由有机阳离子 al2cl和alcl组成的离子液体作电解液时 可在钢制品上电镀铝 钢制品应接电源的极 已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应 阴极电极反应式为 若改用alcl3水溶液作电解液 则阴极产物为 负 h2 答案 解析 在钢制品上电镀铝 故钢制品应作阴极 与电源的负极相连 因为电镀过程中 不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应 al元素在熔融盐中以al2cl和alcl形式存在 则电镀过程中负极上得到电子的反应是4al2cl 3e al 7alcl 在水溶液中 得电子能力 h al3 故阴极上发生的反应是2h 2e h2 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 三看是否有特殊信息 如4 3 目的是制取氧化铝 因而阳极产物不能是al3 再如5 2 是非水体系 且不产生其他离子 因而离子只能在al2cl和alcl之间转化 题组三有关电化学的计算6 将两个铂电极插入500mlcuso4溶液中进行电解 通电一定时间后 某一电极增重0 064g 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a 4 10 3mol l 1b 2 10 3mol l 1c 1 10 3mol l 1d 1 10 7mol l 1 答案 解析 7 500mlkno3和cu no3 2的混合溶液中c no 0 6mol l 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2 24l气体 标准状况下 假定电解后溶液体积仍为500ml 下列说法正确的是a 原混合溶液中c k 为0 2mol l 1b 上述电解过程中共转移0 2mol电子c 电解得到的cu的物质的量为0 05mold 电解后溶液中c h 为0 2mol l 1 答案 解析 石墨作电极电解kno3和cu no3 2的混合溶液 阳极反应式为4oh 4e 2h2o o2 阴极先后发生两个反应 cu2 2e cu 2h 2e h2 从收集到o2为2 24l可推知上述电解过程中共转移0 4mol电子 而在生成2 24lh2的过程中转移0 2mol电子 所以cu2 共得到0 4mol 0 2mol 0 2mol电子 电解前cu2 的物质的量和电解得到的cu的物质的量都为0 1mol 电解前后分别有以下守恒关系 c k 2c cu2 c no c k c h c no 不难算出 电解前c k 0 2mol l 1 电解后c h 0 4mol l 1 8 2017 牡丹江一中月考 用惰性电极电解一定浓度的cuso4溶液时 通电一段时间后 向所得的溶液中加入0 1molcu2 oh 2co3后恰好恢复到电解前的浓度和ph 不考虑二氧化碳的溶解 则电解过程中转移电子的物质的量为a 0 4molb 0 5molc 0 6mold 0 8mol 答案 解析 电解硫酸铜时 开始硫酸铜和水反应生成铜 氧气和硫酸 后来电解水生成氢气与氧气 如果只按照第一阶段的电解 反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液 而题目中加入的是碱式碳酸铜 相当于加入了0 2mol氧化铜和0 1mol水 而0 1mol水是第二阶段的反应所消耗的 该阶段转移了0 2mol电子 第一阶段转移了0 4mol电子 即一共转移了0 6mol电子 c项正确 电化学综合计算的三种常用方法 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 3 根据关系式计算根据得失电子守恒定律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4mole 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和价值 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 i t和q n e na 1 60 10 19c来计算电路中通过的电量 考点二电解原理在工业生产中的应用 1 氯碱工业 1 电极反应阳极反应式 反应 阴极反应式 反应 2 总反应方程式 知识梳理 2cl 2e cl2 氧化 2h 2e h2 还原 3 氯碱工业生产流程图 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 镀件作极 镀层金属银作极 2 电解质溶液是 阳 agno3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 阴 3 电极反应 阳极 阴极 4 特点 极溶解 极沉积 电镀液的浓度 ag e ag ag e ag 阳 阴 不变 3 电解精炼铜 1 电极材料 阳极为 阴极为 2 电解质溶液 含cu2 的盐溶液 3 电极反应 阳极 阴极 粗铜 纯铜 zn 2e zn2 fe 2e fe2 ni 2e ni2 cu 2e cu2 cu2 2e cu 4 电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属na ca mg al等 1 冶炼钠 电极反应 阳极 阴极 2cl 2e cl2 2na 2e 2na 2 冶炼铝 电极反应 阳极 阴极 6o2 12e 3o2 4al3 12e 4al 正误判断 正确的打 错误的打 1 电镀铜和电解精炼铜时 电解质溶液中c cu2 均保持不变 2 电解饱和食盐水时 两个电极均不能用金属材料 3 电解冶炼镁 铝通常电解mgcl2和al2o3 也可以电解mgo和alcl3 4 电解精炼时 阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料 5 用zn作阳极 fe作阴极 zncl2作电解质溶液 由于放电顺序h zn2 不可能在铁上镀锌 解题探究 题组一应用电解原理制备新物质1 下图为efc剑桥法用固体二氧化钛 tio2 生产海绵钛的装置示意图 其原理是在较低的阴极电位下 tio2 阴极 中的氧解离进入熔融盐 阴极最后只剩下纯钛 下列说法中正确的是a 阳极的电极反应式为2cl 2e cl2 b 阴极的电极反应式为tio2 4e ti 2o2 c 通电后 o2 cl 均向阴极移动d 石墨电极的质量不发生变化 答案 解析 电解质中的阴离子o2 cl 向阳极移动 由图示可知阴极生成o2 co co2 所以电极反应为2o2 4e o2 o2与石墨反应生成co co2 a c d项错误 只有b项正确 2 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 右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 答案 2 离子交换膜的作用为 3 精制饱和食盐水从图中 选填 a b c 或 d 位置补充 氢氧化钠溶液从图中位置流出 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 答案 答案 a d 3 2016 北京市西城区高三上学期一模 利用右图所示装置电解制备ncl3 氯的化合价为 1价 其原理是 1 b接电源的 填 正 或 负 极 负 答案 解析 b电极 h 得电子生成h2 发生还原反应 所以b电极为阴极 连接电源的负极 2 阳极反应式是 解析 阳极反应物为nh4cl 生成物为ncl3 题目中给出氯的化合价为 1价 所以氯失电子 化合价升高 氮 氢不变价 然后根据电荷守恒配平方程式 则阳极反应式是3cl 6e nh ncl3 4h 答案 题组二精炼和电镀4 电解法精炼含有fe zn ag等杂质的粗铜 下列叙述正确的是a 电解时以硫酸铜溶液作电解液 精铜作阳极b 粗铜与电源负极相连 发生氧化反应c 阴极上发生的反应是cu2 2e cud 电解后fe zn ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案 解析 根据电解池原理 粗铜作阳极 比铜活泼的zn fe等杂质发生氧化反应 比cu不活泼的金属单质 如ag au等在阳极底部沉积 精铜作阴极 只发生cu2 2e cu 5 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 解析 本题考查了电化学原理的应用中电镀的知识点 电镀前 zn与fe构成原电池 zn为负极 fe为正极 电镀时 fe为阴极 zn为阳极 原电池充电时 原电池负极为阴极 正极为阳极 故不属于原电池的充电过程 a错误 根据电子守恒 通过电子的电量与析出zn的量成正比 b错误 电流恒定 单位时间通过的电子的物质的量恒定 即电解速率恒定 c正确 镀层破损后 zn与fe仍能构成原电池 其中zn为负极被腐蚀 fe为正极被保护 d错误 题组三应用电解原理治理污染6 用下图所示装置处理含cn 废水时 控制溶液ph为9 10 并加入nacl 一定条件下电解 阳极产生的clo 将cn 氧化为无害物质而除去 铁电极为 填 阴极 或 阳极 阳极产生clo 的电极反应为 答案 阴极 2oh cl 2e clo h2o 7 用naoh溶液吸收烟气中的so2 将所得的na2so3溶液进行电解 可循环再生naoh 同时得到h2so4 其原理如下图所示 电极材料为石墨 1 图中a极要连接电源的 填 正 或 负 极 c口流出的物质是 负 硫酸 答案 解析 根据na so的移向判断阴 阳极 na 移向阴极区 a应接电源负极 b应接电源正极 其电极反应式分别为阳极 so 2e h2o so 2h 阴极 2h 2e h2 所以从c口流出的是h2so4 在阴极区 由于h 放电 破坏水的电离平衡 c h 减小 c oh 增大 生成naoh 碱性增强 从b口流出的是浓度较大的naoh溶液 2 so放电的电极反应式为 3 电解过程中阴极区碱性明显增强 用平衡移动原理解释原因 h2o h oh 在阴极h 放电生成h2 c h 减小 水的电离平衡正向移动 碱性增强 答案 答案 微专题22隔膜在电化学中的功能 1 常见的隔膜隔膜又叫离子交换膜 由高分子特殊材料制成 离子交换膜分三类 1 阳离子交换膜 简称阳膜 只允许阳离子通过 即允许h 和其他阳离子通过 不允许阴离子通过 2 阴离子交换膜 简称阴膜 只允许阴离子通过 不允许阳离子通过 3 质子交换膜 只允许h 通过 不允许其他阳离子和阴离子通过 2 隔膜的作用 1 能将两极区隔离 阻止两极区产生的物质接触 防止发生化学反应 2 能选择性的通过离子 起到平衡电荷 形成闭合回路的作用 题组一提高产品纯度1 2016 宜昌市高三教学测试 工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质ni的原理如图所示 下列说法不正确的是已知 ni2 在弱酸性溶液中发生水解 氧化性 ni2 高浓度 h ni2 低浓度 a 碳棒上发生的电极反应 4oh 4e o2 2h2ob 电解过程中 b室中nacl溶液的物质的量浓度将不断减小c 为了提高ni的产率 电解过程中需要控制废水phd 若将图中阳离子膜去掉 将a b两室合并 则电解反应总方程式发生改变 答案 解析 电极反应式为阳极 4oh 4e 2h2o o2 阴极 ni2 2e ni2h 2e h2 a项正确 b项 由于c室中ni2 h 不断减少 cl 通过阴离子膜从c室移向b室 a室中oh 不断减少 na 通过阳离子膜从a室移向b室 所以b室中nacl溶液的物质的量浓度不断增大 错误 c项 由于h 的氧化性大于ni2 低浓度 的氧化性 所以为了提高ni的产率 电解过程需要控制废水的ph 正确 d项 若去掉阳离子膜 在阳极cl 首先放电生成cl2 反应总方程式发生改变 正确 2 2014 新课标全国卷 27 4 h3po2也可用电渗析法制备 四室电渗析法 工作原理如图所示 阳膜和阴膜分别只允许阳离子 阴离子通过 答案 解析 写出阳极的电极反应式 2h2o 4e o2 4h 阳极发生氧化反应 在反应中oh 失去电子 电极反应式为2h2o 4e o2 4h 分析产品室可得到h3po2的原因 答案 解析 h2o放电产生h h 进入产品室 原料室的h2po穿过阴膜扩散至产品室 二者发生反应 h h2po h3po2 阳极室的h 穿过阳膜扩散至产品室 原料室的h2po穿过阴膜扩散至产品室 二者反应生成h3po2 早期采用 三室电渗析法 制备h3po2 将 四室电渗析法 中阳极室的稀硫酸用h3po2稀溶液代替 并撤去阳极室与产品室之间的阳膜 从而合并了阳极室与产品室 其缺点是产品中混有杂质 该杂质产生的原因是 答案 解析 如果撤去阳膜 h2po或h3po2可能被氧化 解这类问题可以分三步 第一步 分清隔膜类型 即交换膜属于阳膜 阴膜或质子膜中的哪一种 判断允许哪种离子通过隔膜 第二步 写出电极反应式 判断交换膜两侧离子变化 推断电荷变化 根据电荷平衡判断离子迁移方向 第三步 分析隔膜作用 在产品制备中 隔膜作用主要是提高产品纯度 避免产物之间发生反应 或避免产物因发生反应而造成危险 题组二限制离子迁移3 某原电池装置如下图所示 电池总反应为2ag cl2 2agcl 1 当电路中转移amole 时 交换膜左侧溶液中约减少mol离子 交换膜右侧溶液中c hcl 填 或 1mol l 1 忽略溶液体积变化 2a 答案 解析 正极的电极反应式为cl2 2e 2cl 负极的电极反应式为ag e cl agcl 隔膜只允许氢离子通过 转移amol电子 必有amolcl 沉淀 为了维持电荷平衡 交换膜左侧溶液中必有amolh 向交换膜右侧迁移 故交换膜左侧共减少2amol离子 amolcl amolh 交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大 2 若质子交换膜换成阴离子交换膜 其他不变 若有11 2l氯气 标准状况 参与反应 则必有mol离子 填离子符号 由交换膜侧通过交换膜向迁移 交换膜右侧溶液中c hcl 填 或 1mol l 1 忽略溶液体积变化 答案 解析 1 cl 右 左 n cl2 0 5mol n cl 1mol 正极的电极反应式为cl2 2e 2cl n e 1mol ag e cl agcl 交换膜右侧溶液中增加了1mol负电荷 或增加了1molcl 左侧减少了1mol负电荷 或减少了1molcl 如果质子交换膜换成阴离子交换膜 只允许阴离子 cl 通过交换膜 不允许h 通过 为了维持电荷平衡 必有1molcl 从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移 氯离子迁移之后 两侧溶液中盐酸浓度保持不变 反应物相同 不同的交换膜 迁移的离子种类不同 同种交换膜 转移相同的电子数 如果离子所带电荷数不同 迁移离子数不同 离子迁移依据电荷平衡 而离子数目变化量可能不相等 题组三提高电流效率4 已知 电流效率 电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比 现有两个电池 装置如图所示 下列说法正确的是a 和 的电池反应不相同b 能量转化形式不同c 的电流效率低于 的电流效率d 5min后 中都只含1种溶质 答案 解析 装置中电极材料相同 电解质溶液部分相同 电池反应 负极反应和正极反应式相同 a项错误 和 装置的能量转化形式都是化学能转化成电能 b项错误 装置中铜与氯化铁直接接触 会在铜极表面发生反应 导致部分能量损失 或部分电子没有通过电路 导致电流效率降低 而 装置采用阴离子交换膜 铜与氯化铜接触 不会发生副反应 放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为cu 2e cu2 阳离子增多 右侧正极的电极反应式为2fe3 2e 2fe2 负电荷过剩 cl 从交换膜右侧向左侧迁移 电流效率高于 装置 c正确 放电一段时间后 装置中生成氯化铜和氯化亚铁 装置中交换膜左侧生成氯化铜 右侧生成了氯化亚铁 可能含氯化铁 d项错误 交换膜隔离两种电解质溶液 避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触 能提高电流效率 在这种装置中 交换膜起到盐桥作用 且优于盐桥 盐桥需要定时替换或再生 通过限制离子迁移 使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路 完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应 考点三金属的腐蚀与防护 1 金属腐蚀的本质金属原子变为 金属发生 知识梳理 失去电子 金属阳离子 氧化反应 2 金属腐蚀的类型 1 化学腐蚀与电化学腐蚀 非金属单质直接 电解质溶液 无 有微弱 氧化 氧化 电化学 2 析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析 水膜酸性较强 ph 4 3 水膜酸性很弱或呈中性 fe 2e fe2 2h 2e h2 o2 2h2o 4e 4oh fe 2h fe2 h2 2fe o2 2h2o 2fe oh 2 吸氧腐蚀 3 金属的防护 1 电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法 原理a 极 比被保护金属活泼的金属 b 极 被保护的金属设备 外加电流阴极保护法 原理a 极 被保护的金属设备 b 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 原电池 负 正 电解 阴 阳 1 正误判断 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 外加电流的阴极保护法 构成了电解池 牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池 二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀 2 写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理 答案 铁锈的形成负极 2fe 4e 2fe2 正极 o2 4e 2h2o 4oh 2fe o2 2h2o 2fe oh 24fe oh 2 o2 2h2o 4fe oh 32fe oh 3 fe2o3 xh2o 铁锈 3 x h2o 解题探究 题组一腐蚀快慢与防护方法的比较1 如图所示 各烧杯中盛有海水 铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为 答案 解析 a b c d 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 其电极反应式 负极2fe 4e 2fe2 正极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被腐蚀的较快 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 防止了fe的腐蚀 根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为 2 下列与金属腐蚀有关的说法 正确的是 答案 解析 a 图1中 铁钉易被腐蚀b 图2中 滴加少量k3 fe 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 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k3 fe cn 6 反应生成kfe fe cn 6 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 1 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 电解质溶液浓度越大 金属腐蚀越快 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 题组二正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀3 2016 郑州高三模拟 一定条件下 碳钢腐蚀与溶液ph的关系如下表 下列说法错误的是a 当ph 4时 碳钢主要发生析氢腐蚀b 当ph 6时 碳钢主要发生吸氧腐蚀c 当ph 14时 正极反应为o2 4h 4e 2h2od 在煮沸除氧气后的碱性溶液中 碳钢腐蚀速率会减缓 c项正极反应为o2 4e 2h2o 4oh 答案 解析 4 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a a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c a处溶液的ph增大 b处溶液的ph减小d a b两处具有相同的电极反应式 fe 2e fe2 答案 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 2h2o 4oh 右边负极 fe 2e fe2 正极 2h 2e h2 a b处的ph均增大 c错误 题组三高考对金属腐蚀与防护的考查5 正误判断 正确的打 错误的打 1 验证铁的吸氧腐蚀 可以将铁钉放入试管中 用盐酸浸没 2015 福建理综 8d 2 钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀 2015 江苏 11c 3 2015 四川理综 3c 6 2015 上海 14 研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示 下列有关说法错误的是a d为石墨 铁片腐蚀加快b d为石墨 石墨上电极反应为o2 2h2o 4e 4oh c d为锌块 铁片不易被腐蚀d d为锌块 铁片上电极反应为2h 2e h2 答案 解析 a项 由于活动性 fe 石墨 所以铁 石墨及海水构成原电池 fe为负极 失去电子被氧化变为fe2 进入溶液 溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原 比没有形成原电池时的速率快 正确 b项 d为石墨 由于是中性电解质 所以发生的是吸氧腐蚀 石墨上氧气得到电子 发生还原反应 电极反应为o2 2h2o 4e 4oh 正确 c项 若d为锌块 则由于金属活动性 zn fe zn为原电池的负极 fe为正极 首先被腐蚀的是zn 铁得到保护 铁片不易被腐蚀 正确 d项 d为锌块 由于电解质为中性环境 发生的是吸氧腐蚀 在铁片上电极反应为o2 2h2o 4e 4oh 错误 微专题23串联电池的两大模型 原电池和电解池统称为电池 将多个电池串联在一起 综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点 该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况 需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力 类型一外接电源与电解池的串联1 2016 牡丹江一中月考 下图装置中a b c d均为pt电极 电解过程中 电极b和d上没有气体逸出 但质量均增大 且增重b d 符合上述实验结果的盐溶液是 答案 解析 a项 当x为mgso4时 b极上生成h2 电极质量不增加 错误 c项 x为feso4 y为al2 so4 3 b d极上均产生气体 错误 d项 b极上析出cu d极上析出ag 其中d极质量大于b极质量 错误 2 如图 a b是石墨电极 通电一段时间后 b极附近溶液显红色 下列说法正确的是a x极是电源负极 y极是电源正极b a极的电极反应是2cl 2e cl2 c 电解过程中cuso4溶液的ph逐渐增大d pt极上有6 4gcu析出时 b极产生2 24l 标准状况 气体 答案 解析 a b是石墨电极 通电一段时间后 b极附近溶液显红色 依据电解质溶液为氯化钠的酚酞溶液 判断b电极是阴极 y为电源负极 x为电源正极 故a错误 a电极是氯离子失电子发生的氧化反应 电极反应为2cl 2e cl2 故b正确 电解过程中cuso4溶液中的氢氧根离子在阳极pt电极失电子生成氧气 溶液中铜离子在cu电极得到电子析出铜 溶液中氢离子浓度增大 溶液的ph逐渐减小 故c d错误 3 在如图所示的装置中 若通直流电5min时 铜电极质量增加2 16g 试回答下列问题 答案 解析 1 电源中x电极为直流电源的 极 负 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 ph变化 a 填 增大 减小 或 不变 下同 b c 答案 解析 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 增大 减小 不变 3 通电5min时 b中共收集224ml 标准状况下 气体 溶液体积为200ml 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 答案 解析 0 025mol l 1 通电5min时 c中析出0 02molag 电路中通过0 02mol电子 b中共收集0 01mol气体 若该气体全为氧气 则电路中需通过0 04mol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的混合物 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 02mol 电子转移守恒 x 3y 0 01mol 气体体积之和 解得x y 0 0025mol 所以n cuso4 2 0 0025mol 0 005mol c cuso4 0 005mol 0 2l 0 025mol l 1 4 若a中kcl足量且溶液的体积也是200ml 电解后 溶液的ph为 设电解前后溶液体积无变化 答案 解析 13 通电5min时 a中放出0 01molh2 溶液中生成0 02molkoh c oh 0 02mol 0 2l 0 1mol l 1 ph 13 类型二原电池与电解池的串联多个电池 串联 在一起 但没有外接直流电源 其中一个装置是原电池 装置中两个电极活泼性差异最大的装置为原电池 较活泼的作负极 其余均为电解池 4 烧杯a中盛入0 1mol l 1的h2so4溶液 烧杯b中盛放0 1mol l 1的cucl2溶液 两种溶液均足量 装置如图所示 下列说法不正确的是a a中fe极质量减少 c极有气体产生b a为电解池 b为原电池c 当a烧杯中产生0 1mol气体时 b烧杯中产生气体的物质的量也为0 1mold 经过一段时间 b烧杯中溶液的ph增大 答案 解析 构成a装置的活动性不同的电极 电解质溶液 两极形成了闭合的回路 所以a为原电池装置 且a为b的电解提供电能 电极反应式分别为 烧杯a中 c正极 2h 2e h2 fe负极 fe 2e fe2 烧杯b中 阴极 cu2 2e cu 阳极 2cl 2e cl2 烧杯b中电解氯化铜 铜离子浓度减小 水解程度减小 ph增大 不考虑cl2溶于水 5 某同学按下图所示的装置进行实验 a b为两种常见金属 它们的硫酸盐可溶于水 当k闭合时 y极上产生黄绿色气体 下列分析正确的是a 溶液中c a2 减小b b极的电极反应 b 2e b2 c y电极上有cl2产生 发生还原反应d 反应初期 x电极周围出现白色胶状沉淀 答案 解析 根据y极有黄绿色气体生成 y极电极反应为2cl 2e cl2 即y为电解池的阳极 b为原电池的正极 a为原电池的负极 故a极的电极反应为a 2e a2 溶液中c a2 增大 a错误 b极为正极 发生还原反应 b错误 右边u形管中最初为电解alcl3溶液 x电极为h 放电 c h 减小 c oh 增大 且al3 移向x极 因此会产生al oh 3白色胶状沉淀 d正确 6 2016 吉林省实验中学高三上学期第二次模拟考试 甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料 下图是甲醇燃料电池工作的示意图 其中a b d均为石墨电极 c为铜电极 工作一段时间后 断开k 此时a b两极上产生的气体体积相同 答案 解析 1 甲中负极的电极反应式为 甲醇燃料电池是原电池反应 甲醇在负极失电子发生氧化反应 电极反应为ch3oh 6e 8oh co 6h2o 2 乙中a极析出的气体在标准状况下的体积为 答案 解析 2 24l 工作一段时间后 断开k 此时a b两极上产生的气体体积相同 分析电极反应 b为阴极 溶液中铜离子析出 氢离子得到电子生成氢气 设生成气体物质的量为x 溶液中铜离子物质的量为0 1mol 电极反应为cu2 2e cu 0 1mol0 2mol2h 2e h2 2xx a电极为阳极 溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气 电极反应为4oh 4e 2h2o o2 4xx得到0 2 2x 4x x 0 1mol所以 乙中a极析出的气体是氧气 物质的量为0 1mol 在标准状况下的体积为2 24l 3 丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如右图 则图中 线表示的是 的变化 反应结束后 要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀 需要 ml5 0mol l 1naoh溶液 答案 解析 fe2 280 根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化 可知 铜离子从无到有逐渐增多 铁离子物质的量逐渐减小 亚铁离子物质的量逐渐增大 为fe3 为fe2 为cu2 依据 2 计算得到电子转移为0 4mol 当电子转移为0 4mol时 丙中阳极电极反应cu 2e cu2 生成cu2 物质的量为0 2mol 由图像分析可知 反应前 丙装置中n fe3 0 4mol n fe2 0 1mol 当电子转移0 4mol时 fe3 完全反应 生成0 4molfe2 则反应结束后 fe2 的物质的量为0 5mol cu2 的物质的量为0 2mol 所以需要加入naoh溶液1 4mol 所以naoh溶液的体积为1 4mol 5 0mol l 1 0 28l 280ml 1 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大者为原电池装置 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 2 串联 类电池的解题流程 考能提升 探究高考明确考向 1 2016 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so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so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1mol电子的电量时 会有0 5mol的o2生成 答案 解析 1 2 3 4 5 电解池中阴离子向阳极移动 阳离子向阴极移动 即so离子向正极区移动 na 向负极区移动 正极区水电离的oh 发生氧化反应生成氧气 h 留在正极区 该极得到h2so4产品 溶液ph减小 负极区水电离的h 发生还原反应生成氢气 oh 留在负极区 该极得到naoh产品 溶液ph增大 故a c项错误 b正确 该电解池相当于电解水 根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1mol电子的电量时 会有0 25mol的o2生成 d错误 1 2 3 4 5 2 2015 福建理综 11 某模拟 人工树叶 电化学实验装置如图所示 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1molo2 有44gco2被还原d a电极的反应为3co2 18h 18e c3h8o 5h2o 1 2 3 4 5 答案 解析 a项 该装置是电解池 在电解和光的作用下h2o在光催化剂的表面转化为o2和h 故该装置是将电能和光能转化为化学能 错误 b项 根据同种电荷相互排斥 异种电荷相互吸引的原则 该装置工作时 h 从阳极b极区向阴极a极区迁移 正确 c项 该电解池的总反应式为6co2 8h2o2c3h8o 9o2 根据总反应方程式可知 每生成1molo2 有molco2被还原 其质量为g 错误 d项 a电极为阴极 发生还原反应 电极反应式为3co2 18h 18e c3h8o 5h2o 错误 1 2 3 4 5 3 2016 天津理综 10 5 化工生产的副产氢也是氢气的来源 电解法制取有广泛用途的na2feo4 同时获得氢气 fe 2h2o 2oh feo 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feo 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 1 2 3 4 5 电解一段时间后 c oh 降低的区域在 填 阴极室 或 阳极室 1 2 3 4 5 答案 解析 阳极室 根据题意 镍电极有气泡产生是h 得电子生成h2 发生还原反应 则铁电极上oh 被消耗且无补充 溶液中的oh 减少 因此电解一段时间后 c oh 降低的区域在阳极室 电解过程中 须将阴极产生的气体及时排出 其原因为 1 2 3 4 5 答案 解析 h2具有还原性 根据题意 na2feo4只在强碱性条件下稳定 易被h2还原 因此 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 防止na2feo4 与h2反应使产率降低 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 1 2 3 4 5 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fe oh 3生成 使na2feo4产率降低 m点 c oh 低 na2feo4稳定性差 且反应慢 或n点 c oh 过高 铁电极上有fe oh 3 或fe2o3 生成 使na2feo4产率降低 答案 解析 4 2015 重庆理综 11 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 答案 解析 1 2 3 4 5 c 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 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 答案 解析 1 2 3 4 5 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 2cu2 3oh cl cu2 oh 3cl 若生成4 29gcu2 oh 3cl 则理论上耗氧体积为 l 标准状况 答案 解析 1 2 3 4 5 n cu2 oh 3cl 0 02mol 所以有0 04molcu被氧化 根据电子得失守恒n o2 0 02mol 标准状况下v o2 0 02mol 22 4l mol 1 0 448l 0 448 5 2015 广东理综 32 4 5 4 电解制备al oh 3时 电极分别为al片和石墨 电解总反应方程式为 答案 解析 电解制备al oh 3时 电极分别为al片和石墨 电解总反应方程式为2al 6h2o2al oh 3 3h2 1 2 3 4 5 5 一种可超快充电的新型铝电池 充放电时alcl和al2cl两种离子在al电极上相互转化 其他离子不参与电极反应 放电时负极al的电极反应式为 答案 解析 由题意可知 放电时负极al失去电子与alcl结合生成al2cl 其电极反应式为al 3e 7alcl 4al2cl 1 2 3 4 5 课时作业 1 2016 盘锦高三一模 用如图装置研究电化学原理 下列分析中错误的是