【步步高】2014届高三化学一轮总复习 第六章 第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 新人教版

1 第第 3 3 讲讲 电解池电解池 金属的电化学腐蚀与防护金属的电化学腐蚀与防护 考纲要求 1 了解电解池的工作原理 能写出电极反应和电池反应方程式 2 理解 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 1 电解定义 在电流作用下 电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程 2 能量转化形式 电能转化为化学能 3 电解池 1 构成条件 有与电源相连的两个电极 电解质溶液 或熔融盐 形成闭合回路 2 电极名称及电极反应式 如图 3 电子和离子移动方向 电子 从电源负极流向电解池的阴极 从电解池的阳极流向电源的正极 离子 阳离子移向电解池的阴极 阴离子移向电解池的阳极 4 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 Ag Fe3 Cu2 H 酸 Fe2 Zn2 H 水 Al3 Mg2 Na Ca2 K 2 阳极 活泼电极 S2 I Br Cl OH 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 最重要的放电顺序是 阳极 Cl OH 阴极 Ag Cu2 H 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 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 深度思考 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 电解质 水 溶液 电极方程式 被电解 的物质 总化学方程式 或离子方程式 电解质 浓度 溶液 pH 电解质溶 液复原 含氧酸 如 H2SO4 阳极 4OH 4e O2 2H2O 阴极 4H 4e 2H2 水 2H2O 电解 O2 2H2 增大减小加 H2O 强碱 如 NaOH 阳极 4OH 4e O2 2H2O 阴极 4H 4e 2H2 水 2H2O 电解 O2 2H2 增大增大加 H2O 活泼金属 的含氧酸 盐 如 KNO3 Na2S O4 阳极 4OH 4e O2 2H2O 阴极 4H 4e 2H2 水 2H2O 电解 O2 2H2 增大不变加 H2O 无氧酸 如 HCl 除 HF 外 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 酸 2HCl 电解 Cl2 H2 减小增大 通入 HCl 气体 不活泼金阳极 盐 CuCl2 减小加 CuCl2 3 属的无氧 酸盐 如 CuCl2 除 氟化物外 2Cl 2e Cl2 阴极 Cu2 2e Cu 电解 Cu Cl2 活泼金属 的无氧酸 盐 如 NaCl 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 水和盐 2Cl 2H2O 电解 Cl2 H2 2OH 生成新 电解质 增大 通入 HCl 气体 不活泼金 属的含氧 酸盐 如 CuSO4 阳极 4OH 4e O2 2H2O 阴极 2Cu2 4e 2Cu 水和盐 2Cu2 2H2O 电解 2Cu O2 4 H 生成新 电解质 减小 加 CuO 或 CuCO3 2 电解过程中放 H2生碱型和放 O2生酸型的实质是什么 答案 放 H2生碱型的实质是水电离出的 H 放电 破坏了水的电离平衡 使 OH 浓 度增大 放 O2生酸型的实质是水电离出的 OH 放电 破坏了水的电离平衡 使 H 浓度增大 3 1 上表中要使电解后的 NaCl 溶液复原 滴加盐酸可以吗 2 上表中要使电解后的 CuSO4溶液复原 加入 Cu OH 2固体可以吗 答案 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 1 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 2 同理 使 CuSO4溶液复原应加入 CuO 而加入 Cu OH 2也会使溶液的浓度降低 4 在框图推断中若出现 A H2OB C D 的模式 则 A 一般可能为 电解 什么物质 答案 CuSO4 NaCl KCl 或 AgNO3 要视其他条件而定 题组一 电解原理和电解规律的考查 1 用惰性电极电解下列溶液 电解一段时间后 阴极质量增加 电解液的 pH 下降的 是 4 A CuSO4 B NaOH C BaCl2 D H2SO4 答案 A 解析 符合该题条件的电解质应为不活泼金属的含氧酸盐 2 用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液 在电解后的电解液中加适量水 能使 溶液浓度恢复到电解前浓度的是 A NaCl B Na2CO3 C CuSO4 D K2S 答案 B 解析 加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度 则实际是电解水 故只有 B 项符合 条件 3 右图为直流电源电解稀 Na2SO4水溶液的装置 通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别 滴加几滴石蕊溶液 下列实验现象描述正确的是 A 逸出气体的体积 a 电极的小于 b 电极的 B 一电极逸出无味气体 另一电极逸出刺激性气体 C a 电极附近呈红色 b 电极附近呈蓝色 D a 电极附近呈蓝色 b 电极附近呈红色 答案 D 解析 SO OH 移向 b 极 在 b 极 OH 放电 产生 O2 b 极附近c H c OH 2 4 石蕊试液变红 Na H 移向 a 极 在 a 极 H 放电产生 H2 a 极附近c OH c H 石蕊试液变蓝 所以产生的气体体积 a 电极的大于 b 电极的 两种气体均 为无色无味的气体 A B 均错 题组二 电极反应式 电解总方程式的书写 4 按要求书写有关的电极反应式及总方程式 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 总化学方程式 5 4 用铜作电极电解盐酸溶液 阳极反应式 阴极反应式 总反应离子方程式 答案 1 4OH 4e O2 2H2O 4Ag 4e 4Ag 4Ag 2H2O4Ag O2 4H 电解 2 2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 Mg2 2Cl 2H2OMg OH 2 Cl2 H2 电解 3 Fe 2e Fe2 2H 2e H2 Fe 2H2OFe OH 2 H2 电解 4 Cu 2e Cu2 2H 2e H2 Cu 2H Cu2 H2 电解 5 以铝材为阳极 在 H2SO4溶液中电解 铝材表面形成氧化膜 阳极电极反应式 为 用 Al 单质作阳极 石墨作阴极 NaHCO3溶液作电解液进行电解 生成难溶物 R R 受热分解生成化合物 Q 写出阳极生成 R 的电极反应式 答案 2Al 6e 3H2O Al2O3 6H Al 3HCO 3e Al OH 3 3CO2 3 解析 依据信息阳极形成的氧化膜一定为 Al2O3 Al 失电子生成 Al2O3 Al2O3中 的氧是由水提供的 溶液显酸性 所以有 H 生成 Al 作阳极 失电子 生成 Al3 Al3 水解显酸性 溶液中的 HCO水解显碱性 两者水解互相促进 生成 3 Al OH 3和 CO2 6 CuI 是一种不溶于水的白色固体 可以由反应 2Cu2 4I 2CuI I2得到 现以石墨为阴极 以 Cu 为阳极电解 KI 溶液 通电前向电解液中加入少量酚酞和淀 粉溶液 回答下列问题 6 1 阳极区的现象 2 阳极电极反应式 答案 1 铜电极逐渐溶解 有白色沉淀产生 溶液变为蓝色 2 2Cu 4I 4e 2CuI I2 7 1 电解方程式的书写步骤 以写出用石墨作电极电解 CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例 第一步 明确溶液中存在哪些离子 阳离子 Cu2 H 阴离子 OH SO 2 4 第二步 判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序 阴极 Cu2 H 阳极 OH SO 2 4 第三步 写电极反应式和总的电解方程式 阴极 2Cu2 4e 2Cu 阳极 2H2O 4e O2 4H 根据得失电子数相等 两极反应式相加得总方程式 2CuSO4 2H2O 2Cu O2 2H2SO4 电解 2 规避电解池中方程式书写的 3 个易失分点 1 书写电解池中电极反应式时 要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 且注明条件 电解 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 与酸 碱 盐的电解有关的实验设计 7 2010 大纲全国卷 29 1 2 3 4 5 如图是一 个用铂丝作电极 电解稀的 MgSO4溶液的装置 电解液 中加有中性红指示剂 此时溶液呈红色 指示剂的 pH 变色范围 6 8 8 0 酸色 红色 碱色 黄色 回答下列问题 1 下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 填编号 A 管溶液由红变黄 B 管溶液由红变黄 A 管溶液不变色 B 管溶液不变 色 2 写出 A 管中发生反应的反应式 3 写出 B 管中发生反应的反应式 4 检验 a 管中气体的方法是 5 检验 b 管中气体的方法是 答案 1 2 2H 2e H2 或 2H2O 2e 2OH H2 Mg2 2OH Mg OH 2 8 3 4OH 4e 2H2O O2 或 2H2O 4e 4H O2 4 用拇指按住管口 取出试管 管口靠近火焰 放开拇指 有爆鸣声 管口有淡 蓝色火焰 5 用拇指按住管口 取出试管正立 放开拇指 将带有火星的木条伸入试管内会 复燃 解析 1 由于 MgSO4是强酸弱碱盐 在水溶液中存在 Mg2 2H2O Mg OH 2 2H 水解平衡 因此水溶液呈酸性 电解前 A B 管均显红色 铂丝是惰性电极 电解池中阴离子在阳极发生氧化反应 阳离子在阴极发生还原反应 在 A 管溶液中 铂丝作阴极 由于 H 的氧化性大于 Mg2 的氧化性 H 先得电子被还原为 H2 Mg2 与 OH 生成 Mg OH 2沉淀 酸性减弱 随着水的电解 OH 浓度增大 颜色由 红变黄 而在 B 管溶液中铂丝作阳极 OH 的还原性大于 SO OH 失电子 随 2 4 着电解的进行 酸性增大 溶液不变色 始终为红色 2 3 由 1 可知 在 A 管中发生 2H 2e H2 或 2H2O 2e 2OH H2 Mg2 2OH Mg OH 2 在 B 管中 4OH 4e 2H2O O2 或 2H2O 4e 4H O2 4 5 H2的常用检验方法是 爆鸣 法 即用拇指按住管口 取出试管 a 管口靠 近火焰 放开拇指 有爆鸣声 管口有淡蓝色火焰 O2的常用检验方法是木条复 燃法 用拇指按住管口 取出试管 b 正立 放开拇指 将带有火星的木条伸入试管 内 木条复燃 8 如图所示 用石墨电极电解氯化铜溶液 查阅资料可 知 CuCl显黄色 氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色 2 4 向体积相同浓度分别为 0 01 mol L 1 0 05 mol L 1 0 1 mol L 1 0 5 mol L 1的氯化铜溶液中加入 NaCl 至饱和 对比发现 溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变 请回答下列问题 1 阳极上的气体呈 色 检验该气体可用 2 写出电解的离子方程式 3 实验时 装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色 原因是 9 4 取出阴极的石墨棒 发现表面有浅蓝色固体 试设计实验探究此浅蓝色固体的 成分 5 为什么要设计连接后面的装置 答案 1 黄绿 湿润的淀粉 KI 试纸 2 Cu2 2Cl Cu Cl2 电解 3 阴极 Cu2 放电后 Cu2 与 Cl 浓度比值减小 4 取此浅蓝色固体于试管中 加入硫酸 若溶解且溶液变蓝色 则为 Cu OH 2 5 因为阳极产生的氯气为有毒气体 故后面连接装置可以用于检验与吸收 解析 1 阳极是阴离子放电 即 Cl 放电产生 Cl2 故颜色为黄绿色 检验 Cl2可 用湿润的淀粉 KI 试纸 若试纸变蓝 则确定为氯气 2 电解氯化铜的离子方程式为 Cu2 2Cl Cu Cl2 电解 3 由题目所给信息 Cu2 与 Cl 浓度比值逐渐增大 溶液的颜色由黄绿色向蓝绿 色转变 故阴极 Cu2 放电后 Cu2 与 Cl 浓度比值减小而呈现黄绿色 4 随着反应的进行 Cu2 浓度降低 此时有一部分 H 放电而使此区域 OH 浓度增 大 故此浅蓝色固体为 Cu OH 2 5 电解氯化铜时产生的氯气有毒 故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体 又可用于吸收该有毒气体 考点二 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 2Cl 2e Cl2 氧化反应 阴极反应式 2H 2e H2 还原反应 2 总反应方程式 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 电解 离子反应方程式 2Cl 2H2O2OH H2 Cl2 电解 3 应用 氯碱工业制烧碱 氯气和氢气 2 电镀 右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 10 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 Ag e Ag 阴极 Ag e 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 Zn 2e Zn2 Fe 2e Fe2 Ni 2e Ni2 Cu 2e Cu2 阴极 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 2NaCl 熔融 2Na Cl2 电解 电极反应 阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2Na 2e 2Na 2 冶炼铝 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 电解 电极反应 阳极 6O2 12e 3O2 阴极 4Al3 12e 4Al 深度思考 1 1 电解氯化钠溶液时 如何用简便的方法检验产物 答案 阳极产物 Cl2可以用淀粉 KI 试纸检验 阴极产物 H2可以通过点燃检验 NaOH 可以用酚酞试剂检验 2 氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开 原因是什么 答案 防止 H2和 Cl2混合爆炸 防止 Cl2与溶液中的 NaOH 反应 2 电解精炼铜时 阳极泥是怎样形成的 答案 粗铜中往往含有锌 铁 镍 银 金等多种金属杂质 当含杂质的铜在阳极 不断溶解时 金属活动性位于铜之前的金属杂质 如 Zn Fe Ni 等也会同时失去 电子 但是它们的阳离子比铜离子难以还原 所以它们并不能在阴极析出 而只能 以离子的形式留在电解液里 金属活动性位于铜之后的银 金等杂质 因为失去电 11 子的能力比铜弱 难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解 所以当阳极的铜等失去 电子变成阳离子溶解之后 它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部 形成阳极泥 题组训练 电解原理的应用 1 工业废水中常含有一定量的 Cr2O 会对人类及生态系统产生很大损害 电解法 2 7 是一种行之有效的除去铬的方法之一 该法用 Fe 作电极电解含 Cr2O的酸性废 2 7 水 最终将铬转化为 Cr OH 3沉淀 达到净化目的 下列有关说法不正确的是 A 电解时选用 Fe 作阳极 石墨棒作阴极 B 阴极附近的沉淀只有 Cr OH 3 C 阳极附近溶液中 发生反应的离子方程式是 Cr2O 6Fe2 14H 2Cr3 2 7 6Fe3 7H2O D 消耗 1 mol Cr2O 将有 336 g Fe 消耗 因此要定期更换铁电极 2 7 答案 B 解析 Fe 作阳极 反应产生 Fe2 Fe2 与 Cr2O发生氧化还原反应 Fe2 被氧 2 7 化为 Fe3 Cr2O被还原为 Cr3 阴极是 H 得到电子 导致阴极附近溶液的碱性增 2 7 强 Fe3 Cr3 都会变为 Fe OH 3 Cr OH 3沉淀 B 错误 消耗 1 mol Cr2O 必消 2 7 耗 6 mol Fe2 根据 Fe 守恒 将有 6 mol Fe 消耗 质量 336 g 2 使用氯化钠作原料可以得到多种产品 1 实验室用惰性电极电解 100 mL 0 1 mol L 1 NaCl 溶液 若阴阳两极均得到 112 mL 气体 标准状况 则所得溶液的物质的量浓度是 忽略反应 前后溶液体积的变化 2 某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器 用石墨作电极电解 饱和氯化钠溶液 通电时 为使 Cl2被完全吸收 制得有较强杀菌能 力的消毒液 设计了如图的装置 对电源电极名称和消毒液的主要成 分判断正确的是 A a 为正极 b 为负极 NaClO 和 NaCl B a 为负极 b 为正极 NaClO 和 NaCl C a 为阳极 b 为阴极 HClO 和 NaCl D a 为阴极 b 为阳极 HClO 和 NaCl 3 实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的 Fe OH 2沉淀 某同学 利用上图装置 只更换一个电极 通过电解法制取较纯净的 Fe OH 2沉淀 且较长 12 时间不变色 该同学换上的电解材料是 用元素符号表示 总的反应式 是 答案 1 0 1 mol L 1 2 B 3 Fe Fe 2H2OFe OH 2 H2 电解 解析 1 n H2 n Cl2 0 005 mol 参加反应的n NaCl 0 01 mol 说明 NaCl 恰好电解完毕 溶液变为 NaOH 溶液 n NaOH n NaCl 0 01 mol c NaOH 0 1 mol L 1 2 电解饱和氯化钠溶液的总反应 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 题目要求使 Cl2被完全吸收 电解 则氯气必须在下部的电极上产生 下部的电极是阳极 推出 b 为电源的正极 另一 极为负极 a 生成的 Cl2与阴极区产生的 NaOH 反应 Cl2 2NaOH NaCl NaClO H2O 则消毒液的主要成分是 NaClO NaCl 3 题目要求通过电解法制取 Fe OH 2 电解质溶液是 NaCl 溶液 必须通过电极反 应产生 Fe2 和 OH 根据电极发生反应的特点 选择铁作阳极 铁发生氧化反应 产生 Fe2 溶液中的阳离子 Na H 向阴极移动 根据放电顺序 阴极 H 放电产 生氢气 H 来源水的电离 反应式 2H2O 2e H2 2OH 在电场作用下 阳 极产生的 Fe2 与阴极产生的 OH 在定向移动的过程中相遇 发生复分解反应生成 Fe OH 2沉淀 将阳极反应式 阴极反应式叠加得到总的反应式 Fe 2H2O Fe OH 2 H2 电解 3 某小组同学认为 如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法 那么可以设想用如 图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气 氧气 硫酸和氢氧化钾 1 该电解槽的阳极反应式为 此时通过阴离子交换膜的离子数 填 大于 小于 或 等于 通过阳 离子交换膜的离子数 2 制得的氢氧化钾溶液从出口 填 A B C 或 D 导出 3 通电开始后 阴极附近溶液 pH 会增大 请简述原因 13 4 若将制得的氢气 氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池 则电池正极的反 应式为 答案 1 4OH 4e 2H2O O2 小于 2 D 3 H 在阴极附近放电 引起水的电离平衡向右移动 使c OH c H 4 O2 2H2O 4e 4OH 解析 溶液中的 OH 在阳极失电子产生 O2 4OH 4e 2H2O O2 所以在 B 口 放出 O2 从 A 口导出 H2SO4 溶液中的 H 在阴极得到电子产生 H2 2H 2e H2 则从 C 口放出 H2 从 D 口导出 KOH 溶液 因 SO所带电 2 4 荷数大于 K 所带电荷数 SO通过阴离子交换膜 K 通过阳离子交换膜 所以 2 4 通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数 O2 H2 KOH 溶液构 成燃料电池时 O2在电池正极放电 O2 4e 2H2O 4OH 考点三 应对电化学定量计算的三种方法 1 计算类型 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算 溶液 pH 的计算 相对原子质量 和阿伏加德罗常数的计算 产物的量与电量关系的计算等 2 方法技巧 1 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 2 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 3 根据关系式计算 根据得失电子守恒定律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 14 算电路中通过的电量 题组一 电化学的有关基本计算 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 答案 B 解析 首先结合离子放电顺序 弄清楚两极的反应 阳极 4OH 4e O2 2H2O 阴极 Ag e Ag 电解的总反应式为 4AgNO3 2H2O 4Ag O2 4HNO3 由电解的总反应式可知 电解过程中生成的 电解 n H n HNO3 n Ag 10 3 mol L 1 10 6 mol L 1 0 5 L 5 10 4 mol m Ag 5 10 4 mol 108 g mol 1 0 054 g 54 mg 2 在如图中 甲烧杯中盛有 100 mL 0 50 mol L 1 AgNO3溶液 乙烧杯中盛有 100 mL 0 25 mol L 1 CuCl2溶液 A B C D 均为质量相同的石墨电极 如果电解 一段时间后 发现 A 极比 C 极重 1 9 g 则 1 电源 E 为 极 F 为 极 2 A 极的电极反应式为 析出物质 mol 3 B 极的电极反应式为 析出气体 mL 标准状况 4 C 极的电极反应式为 析出的物质 mol 5 D 极的电极反应式为 15 析出气体 mL 标准状况 6 甲烧杯中滴入石蕊试液 极附近变红 如果继续电离 在甲烧杯中最 终得到 溶液 答案 1 负 正 2 4Ag 4e 4Ag 0 025 3 4OH 4e 2H2O O2 140 4 Cu2 2e Cu 0 012 5 5 2Cl 2e Cl2 280 6 B HNO3 解析 由电解一段时间后 A 极比 C 极重 可知 A 极上有 Ag 析出 C 极上有 Cu 析出 若 A 极上析出银的物质的量为n Ag 则 C 极上析出 Cu 的物质的量为n Ag 有 1 2 关系式 108 g mol 1 n Ag 64 g mol 1 n Ag 1 9 g n Ag 0 025 1 2 mol 由此可知 两电解池内的电解质均是足量的 故两池电极反应式分别为 A 极 Ag e Ag B 极 4OH 4e 2H2O O2 C 极 Cu2 2e Cu D 极 2Cl 2e Cl2 A C 两极析出物质的物质的量分别为 0 025 mol 和 0 012 5 mol B 极析出 O2的体积为 0 006 25 mol 22 4 L mol 1 0 14 L 140 mL D 极 析出Cl2的物质的量为 0 012 5 mol 22 4 L mol 1 0 28 L 280 mL 题组二 分阶段电解的相关计算 3 500 mL KNO3和 Cu NO3 2的混合溶液中c NO 0 6 mol L 1 用石墨作电极电 3 解此溶液 当通电一段时间后 两极均收集到 2 24 L 气体 标准状况下 假定电 解后溶液体积仍为 500 mL 下列说法正确的是 A 原混合溶液中c K 为 0 2 mol L 1 B 上述电解过程中共转移 0 2 mol 电子 C 电解得到的 Cu 的物质的量为 0 05 mol D 电解后溶液中c H 为 0 2 mol L 1 答案 A 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 24 L 这个事实可推知上述电 解过程中共转移 0 4 mol 电子 而在生成 2 24 L H2的过程中转移 0 2 mol 电子 所以 Cu2 共得到 0 4 mol 0 2 mol 0 2 mol 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 1 mol 电解前后分别有以下守恒关系 c K 16 2c Cu2 c NO c K c H c NO 不难算出 电解前c K 0 2 3 3 mol L 1 电解后c H 0 4 mol L 1 4 将等物质的量浓度的 CuSO4和 NaCl 等体积混合后 用石墨 电极进行电解 电解过程中 溶液 pH 随时间t变化的曲线 如右图所示 则下列说法错误的是 A 阳极先析出 Cl2 后析出 O2 阴极先产生 Cu 后析出 H2 B AB 段阳极只产生 Cl2 阴极只产生 Cu C BC 段表示在阴极上是 H 放电产生了 H2 D CD 段相当于电解水 答案 C 解析 由于两种溶液的体积相等 物质的量浓度也相等 即溶质的物质的量相等 设 CuSO4和 NaCl 的物质的量各 1 mol 电解分 3 个阶段 第一阶段 阳极 1 mol 氯离子失 1 mol 电子 阴极 0 5 mol 铜离子得 1 mol 电 子 因为铜离子水解使 溶液显酸性 随着电解的进行 铜离子的浓度降低 酸性减弱 pH 将增大 第 二阶段 阳极 1 mol 氢氧根离子失 1 mol 电子 来源于水的电离 阴极 0 5 mol 铜离子再得 1 mol 电子 因为氢氧根离子消耗 使水溶液中氯离子浓度增大 pH 迅速减小 第三阶段 阳极 氢氧根离子失电子 阴极 氢离子得电子 它们 都来源于水的电离 实质是电解水 导致溶液的体积减小 使溶液中氢离子浓度 增大 pH 继续减小 5 1 用惰性电极电解 400 mL 一定浓度的硫酸铜溶液 不考虑电解过程中溶液体积的 变化 通电一段时间后 向所得的溶液中加入 0 1 mol CuO 后 使溶液恰好恢复 到电解前的浓度和 pH 电解过程中转移的电子为 mol 2 如果向所得的溶液中加入 0 1 mol Cu OH 2后 使溶液恰好恢复到电解前的浓 度和 pH 电解过程中转移的电子为 mol 3 如果向所得的溶液中加入 0 1 mol Cu2 OH 2CO3后 使溶液恰好恢复到电解前的 浓度和 pH 不考虑 CO2的溶解 电解过程中转移的电子为 mol 答案 1 0 2 2 0 4 3 0 6 解析 1 电解硫酸铜溶液的反应方程式为 2CuSO4 2H2O2Cu 2H2SO4 O2 从方程式可以看出 电解硫酸 电解 铜过程中只析出铜和释放出氧气 加入 0 1 mol CuO 可以使溶液恢复至原来状态 说明参与反应的硫酸铜只有 0 1 mol 转移的电子为 0 2 mol 2 加入 0 1 mol Cu OH 2可以使溶液恢复至原来状态 说明电解过程中不仅硫酸铜被电解 而且有 水被电解 0 1 mol Cu OH 2可以看作是 0 1 mol CuO 和 0 1 mol H2O 则转移的 17 电子为 0 4 mol 3 加入 0 1 mol Cu2 OH 2CO3可以看作 0 2 mol CuO 0 1 mol H2O 和 0 1 mol CO2 相当于有 0 2 mol 的硫酸铜和 0 1 mol 的水被电解 因此转 移的电子为 0 6 mol 考点四 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 pH 4 3 水膜酸性很弱或呈中性 负极Fe 2e Fe2 电极 反应正极2H 2e H2 O2 2H2O 4e 4OH 总反应式Fe 2H Fe2 H2 2Fe O2 2H2O 2Fe OH 2 联系吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成 4Fe OH 2 O2 2H2O 4Fe OH 3 2Fe OH 3 Fe2O3 xH2O 铁锈 3 x H2O 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 外加电流的阴极保护法 电解原理 a 阴极 被保护的金属设备 b 阳极 惰性金属 18 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 深度思考 1 下列有关金属腐蚀的叙述正确的是 A 金属越纯越不易被腐蚀 B 干燥环境下金属不被腐蚀 C 铜一定比铁难腐蚀 D 金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀 答案 D 解析 A 项 金属能不能被腐蚀主要取决于它的活泼性 而不是它的纯度 如纯钾 易被腐蚀 不正确 B 项 干燥环境下 如果遇到氯气 金属也可以发生化学腐蚀 故不正确 C 项 如果遇到浓硝酸 铜比铁易腐蚀 不正确 2 下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是 选项方法对相应方法的描述 A 改变金属内部的组成结构 此法实际上是将金属制成合金 增 强抗腐蚀能力 B 在金属表面覆盖保护层 保护层破损后 就完全失去了对金 属的保护作用 C 外加电流的阴极保护法 接外加直流电源构成电解池 被保 护的金属作阴极 D 牺牲阳极的阴极保护法构成原电池 被保护的金属作正极 答案 B 解析 如果镀层金属比被保护的金属活泼 破损后可构成原电池 仍然能在一定程 度上保护金属 B 错误 题组一 对金属腐蚀快慢的考查 1 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 19 A B C D 答案 C 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 其电极反应式 负极 Fe 2e Fe2 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 属活泼性差别大于 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 相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是 答案 C 解析 A 中 食醋作电解质溶液 铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极 形成原电 池 铁是活泼金属作负极 B 中 食盐水作电解质溶液 铁炒锅和铁铲都是铁碳合 金 符合原电池形成的条件 铁是活泼金属作负极 碳作正极 C 中 铜镀层将铁 球覆盖 使铁被保护 所以铁不易被腐蚀 D 中 酸雨作电解质溶液 铁铆钉和铜 板分别作负极 正极 形成原电池 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 20 3 活动性不同的两种金属 活动性差别越大 腐蚀越快 4 对同一种电解质溶液来说 电解质浓度越大 金属腐蚀越快 题组二 对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的考查 3 按如图所示装置 进行铁钉被腐蚀的实验 一周后观察 设水不蒸发 1 若试管中液面上升 发生的是 腐蚀 则正极反应式为 负极反应式为 要顺利完成此实验 所用的电解质溶液可以是 2 若试管中液面下降 发生的是 腐蚀 正极反应式为 负极反应式为 要顺利完成此实验 所用的电解质溶液可以是 答案 1 吸氧 2H2O O2 4e 4OH Fe 2e Fe2 氯化钠溶液 或其他合 理答案 2 析氢 2H 2e H2 Fe 2e Fe2 稀硫酸 或其他合理答案 解析 1 试管中的液面上升 表明内部压强减小 即发生吸氧腐蚀 故正极反应 式为 2H2O O2 4e 4OH 负极反应式为 Fe 2e Fe2 吸氧腐蚀的电解质 溶液是中性或碱性溶液 如氯化钠溶液 2 试管中的液面下降 表明发生了析氢 腐蚀 则正极反应式为 2H 2e H2 负极反应式为 Fe 2e Fe2 此时需 要酸性电解质溶液 如稀硫酸等 4 如图装置中 小试管内为红墨水 具支试管内盛有 pH 4 久置的 雨水和生铁片 实验时观察到 开始时导管内液面下降 一段时 间后导管内液面回升 略高于小试管内液面 下列说法正确的是 A 生铁片中的碳是原电池的阳极 发生还原反应 B 雨水酸性较强 生铁片仅发生析氢腐蚀 C 墨水回升时 碳电极反应式为 O2 2H2O 4e 4OH D 具支试管中溶液 pH 逐渐减小 答案 C 解析 生铁片中的碳是原电池的正极 A 错 雨水酸性较强 开始时铁片发生化学 腐蚀和析氢腐蚀 产生氢气 导管内液面下降 一段时间后铁片发生吸氧腐蚀 吸 收氧气 导管内液面回升 B 错 墨水回升时 铁片发生吸氧腐蚀 碳极为正极 21 电极反应为 O2 2H2O 4e 4OH C 对 铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀 具支试管内溶液 pH 均增大 D 错 1 2012 山东理综 13 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 A 图 a 中 插入海水中的铁棒 越靠近底端腐蚀越严重 B 图 b 中 开关由 M 改置于 N 时 Cu Zn 合金的腐蚀速率减小 C 图 c 中 接通开关时 Zn 腐蚀速率增大 Zn 上放出气体的速率也增大 D 图 d 中 Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2的氧化作用引起的 答案 B 解析 A 项 插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触 易发生吸氧腐蚀 B 项 开关由 M 改置于 N 时 Zn 作负极 Cu Zn 合金作正极 合金受到保护 C 项 接通开关形成原电池 Zn 作负极 Zn 的腐蚀速率增大 但气体是在 Pt 电极上生成 D 项 Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是 Zn 发生氧化反应而自放电 2 2012 海南 10 下列叙述错误的是 A 生铁中含有碳 抗腐蚀能力比纯铁弱 B 用锡焊接的铁质器件 焊接处易生锈 C 在铁制品上镀铜时 镀件为阳极 铜盐为电镀液 D 铁管上镶嵌锌块 铁管不易被腐蚀 答案 C 解析 选项 A 生铁中的碳和铁可以在铁的表面构成无数微小的原电池 能加速铁 的锈蚀 选项 B 焊接处铁 锡形成无数微小原电池 加速铁的腐蚀 选项 C 电 镀时 镀层金属铜作阳极 铁制品作阴极 用铜盐溶液作电镀液 选项 D 由于 Zn 比 Fe 活泼 故镶嵌锌块的铁管不易被腐蚀 22 3 2012 上海 14 右图装置中发生反应的离子方程式为 Zn 2H Zn2 H2 下列说法错误的是 A a b 不可能是同种材料的电极 B 该装置可能是电解池 电解质溶液为稀盐酸 C 该装置可能是原电池 电解质溶液为稀盐酸 D 该装置可看作是铜 锌原电池 电解质溶液是稀硫酸 答案 A 解析 若该装置为电解池 则 a b 两电极的材料可以都为 Zn 选项 A 错误 在保 证阳极为 Zn 时 该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸 选项 B 正确 在保证其中 一电极的材料为 Zn 另一电极的材料的活动性比 Zn 弱的情况下 该原电池的电解 质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以 选项 C D 正确 4 2012 浙江理综 10 以铬酸钾为原料 电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图 如 下 下列说法不正确的是 A 在阴极室 发生的电极反应为 2H2O 2e 2OH H2 B 在阳极室 通电后溶液逐渐由黄色变为橙色 是因为阳极区 H 浓度增大 使平 衡 2CrO 2H Cr2O H2O 向右移动 2 42 7 C 该制备过程中总反应的化学方程式为 4K2CrO4 4H2O2K2Cr2O7 4KOH 2H2 O2 通电 D 测定阳极液中 K 和 Cr 的含量 若 K 与 Cr 的物质的量之比 nK nCr 为d 则此时 铬酸钾的转化率为 1 d 2 答案 D 解析 本题应结合电解的原理来具体分析 解决问题 根据阴 阳离子的放电顺序可知 该电解池中的反应如下 阴极 4H2O 4e 2H2 4OH 阳极 2H2O 4e O2 4H 阳极区 K2CrO4 溶液中存在平衡 2CrO 2H Cr2O H2O H 浓度增大 使该平衡右移生 2 42 7 成 Cr2O 故电解池中的总反应式可写成 2 7 23 4K2CrO4 4H2O2K2Cr2O7 4KOH 2H2 O2 故 A B C 项均正 通电 确 D 项 设 K2CrO4转化为 K2Cr2O7的转化率为 则 2K2CrO4 K2Cr2O7 初始量 2 0 转化量 2 最终量 2 2 则有 d nK nCr 2 2 2 2 2 2 2 解得 2 d D 项错误 5 2012 安徽理综 11 某兴趣小组设计如下微型实验装置 实验时 先断开 K2 闭合 K1 两极均有气泡产生 一段时间后 断开 K1 闭合 K2 发现电流表 A 指针 偏转 下列有关描述正确的是 A 断开 K2 闭合 K1时 总反应的离子方程式为 2H 2Cl Cl2 H2 通电 B 断开 K2 闭合 K1时 石墨电极附近溶液变红 C 断开 K1 闭合 K2时 铜电极上的电极反应式为 Cl2 2e 2Cl D 断开 K1 闭合 K2时 石墨电极作正极 答案 D 解析 解答本题时应特别注意 金属 Cu 在电解池和原电池中作何种电极 当断开 K2 闭合 K1时为电解池 由于两极都有气泡冒出 故相当于惰性电极电解饱和食 盐水 故铜作阴极而石墨作阳极 阳极反应为 2Cl 2e Cl2 电池总反应的 离子方程式为 2Cl 2H2OH2 Cl2 2OH A B 都错 当断 通电 开 K1 闭合 K2时组成原电池 铜作负极而石墨作正极 铜电极的电极反应式为 Cu 2e Cu2 故 C 错而 D 正确 6 2012 重庆理综 29 3 人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素 24 原理如下图 电源的负极为 填 A 或 B 阳极室中发生的反应依次为 电解结束后 阴极室溶液的 pH 与电解前相比将 若两极共收集到气体 13 44 L 标准状况 则除去的尿素为 g 忽略气体的溶解 答案 B 2Cl 2e Cl2 CO NH2 2 3Cl2 H2O N2 CO2 6HCl 不变 7 2 解析 由图中产生 Cl2极为阳极知 A 为正极 B 为负极 阳极室发生反应 2Cl 2e Cl2 由产物 CO2 N2知 CO NH2 2在此室反应被氧化 CO NH2 2 CO2 N2 发生还原反 应的为 Cl2 故方程式为 CO NH2 2 3Cl2 H2O N2 CO2 6HCl 阴极室 2H 2e H2 阳极室产生的 H 通过质子交换膜进入阴极室 从而 使阴极室 H 浓度保持不变 pH 与电解前相比不变 两极共收集到的气体n 气体 0 6 mol 13 44 L 22 4 L mol 1 m CO NH2 2 7 2 g 60 g 0 6 mol 5 mol 7 2012 新课标全国卷 36 3 粗铜的电解精炼如右图所示 在 粗铜 的电解过程中 粗铜板应是图中电极 填图中的字母 在 电极 d 上发生的电极反应式为 若粗铜中还含有 Au Ag Fe 它们在电解槽中的存在形式和位置为 25 答案 c Cu2 2e Cu Au Ag 以单质的形式沉积在 c 阳极 下方 Fe 以 Fe2 的形式进入电解液 解析 电解精炼时 粗铜作阳极 纯铜作阴极 CuSO4溶液作电解液 比铜活泼的 金属失电子生成离子进入溶液 不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来 8 2011 四川理综 26 5 按右图电解 NaCl 的饱和溶 液 写出该电解池中发生反应的总反应方程式 将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中 观察 到 的现象是 答案 NaCl H2ONaClO H2 酚酞试液先变 红后褪色 解析 由于阳极是惰性电极 则电解饱和氯化钠溶液的方程式为 2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 生成的 Cl2与 NaOH 溶液发生反应 电解 Cl2 2NaOH NaCl NaClO H2O 故总反应方程式为 NaCl H2ONaClO H2 酚酞试液遇 NaOH 显红色后被 HClO 氧化 电解 褪色 9 2012 海南 16 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料 两电极上分别通入 CH4和 O2 电解质为 KOH 溶液 某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源 进行饱和氯化钠溶液电解实验 如图所示 回答下列问题 1 甲烷燃料电池正极 负极的电极反应分别为 2 闭合 K 开关后 a b 电极上均有气体产生 其中 b 电极上得到的是 电解氯化钠溶液的总反应方程式为 3 若每个电池甲烷通入量为 1 L 标准状况 且反应完全 则理论上通过电解池 26 的电量为 法拉第常数 F 9 65 104 C mol 1列式计算 最多能产 生的氯气体积为 L 标准状况 答案 1 O2 2H2O 4e 4OH CH4 10OH 8e CO 7H2O 2 3 2 H2 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 电解 3 8 9 65 104 C mol 1 1 L 22 4 L mol 1 3 45 104 C 4 解析 1 甲烷燃料电池中正极为 O2被还原 负极为 CH4被氧化 在碱性条件下生 成 CO 其电极反应分别为 2 3 O2 2H2O 4e 4OH CH4 10OH 8e CO 7H2O 2 3 2 闭合 K 后构成闭合回路 此时 a b 分别为电解池的阳极和阴极 阴极为 H 得 电子被还原 同时得到 H2和 NaOH 阳极为 Cl 被氧化得到 Cl2 该电解池中的总反 应为 2NaCl 2H2O2NaOH H2 Cl2 电解 3 每个电池通入 1 L CH4 电路中通过的电量为 8 9 65 104 1 L 22 4 L mol 1 C mol 1 3 45 104 C 1 下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A 黄铜 铜锌合金 制作的铜锣易产生铜绿 B 镀锡铁制品和镀锌铁制品的镀层破损时 镀锡铁中铁的腐蚀速率更快 C 在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫阳极电化学保护法 D 不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬 答案 B 解析 铜锌合金在空气中可组成原电池 铜为正极得到保护 不易被腐蚀 A 错误 镀锡铁与镀锌铁都可以组成原电池 由于铁的活泼性强于锡 铁为负极加快其腐蚀 而镀锌