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1、第3講電解池、金屬的腐蝕與防護,【2019備考】 最新考綱：1.理解電解池的構成、工作原理及應用。2.能書寫電極反應和總反應方程式。3.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。,考點一電解原理 (頻數：難度：),電流,陽極,2Cl2e===Cl2,陰極,Cu22e===Cu,(3)電子和離子的移動方向(惰性電極),在掌握放電順序的基礎上，總結用惰性電極電解電解質的規(guī)律，是靈活運用電解原理的基礎。 1.電解水型 規(guī)律：H、OH放電，電解質形成的陽離子要么是H，要么是放電順序排在H之后的活潑性較強的金屬對應的陽離子；陰離子要么是OH，要么是放電順序排在 OH之后的含氧酸
2、根等。,實例,2.電解電解質型,規(guī)律：電解質形成的陰、陽離子放電，電解質電離形成的陰、陽離子要么是H、OH，要么是放電順序排在H、OH之前的對應離子。 實例：,3.電解電解質和水型,規(guī)律：放電離子分別是水電離形成的H或OH以及電解質形成的陰離子或陽離子。 實例1放H2生堿型,實例2放O2生酸型,題組一電解原理的理解及電解規(guī)律的應用 1.下列裝置的線路接通后，經過一段時間，溶液的pH明顯減小的是(),答案D,2.(2018宜昌期末)用圖甲裝置電解一定量的CuSO4溶液，M、N為惰性電極。電解過程實驗數據如圖乙所示。橫軸表示電解過程中轉移電子的物質的量，縱軸表示電解過程產生氣體的總體積。下列說法不
3、正確的是(),A.A點所得溶液只需加入一定量的CuO固體就可恢復到起始狀態(tài) B.電解過程中N電極表面先有紅色物質生成，后有氣泡產生 C.Q點時M、N兩電極上產生的總氣體在相同條件下體積相同 D.若M電極材料換成Cu，則電解過程中CuSO4溶液的濃度不變,解析惰性材料作電極，在陽極上H2O先放電，即陽極的電極反應式為2H2O4e===O24H，在陰極，Cu2先放電，即陰極的電極反應式為Cu22e===Cu，P點后，氣體體積突然增大，說明P點Cu2消耗完全，P點后，陰極的電極反應式是 2H2e===H2,即A點是電解完CuSO4后，又電解了一部分水,應加入CuO和H2O,或Cu(OH)2，才能恢復
4、到原來的狀態(tài)，故A說法錯誤；N極接電源的負極，N極作陰極，根據選項A的分析，先有紅色銅析出，然后出現氣體，故B說法正確；Q點的氣體來自兩個階段，第一階段：陽極電極反應式為2H2O4e===4HO2，陰極電極反應式為Cu22e===Cu，第二階段：陽極電極反應式為2H2O4e===4HO2，陰極反應式為2H2e===H2，P點產生的氣體為氧氣，其體積為b L，從P點到Q點，第二階段，陰極產生的氣體體積為2b L，陽極產生的氣體體積為b L，陽極氣體總體積為(bb)L2b L，故C說法正確；若M電極換成Cu，陽極上發(fā)生反應Cu2e===Cu2，陰極反應式為Cu22e===Cu，因此電解過程中CuS
5、O4溶液的濃度不變，故D說法正確。 答案A,題組二電解裝置分析及電極方程式書寫,解析鈦電極為陰極，發(fā)生還原反應，A項錯誤；銅作陽極，陽極上銅發(fā)生失電子的氧化反應，電極反應式為2Cu2OH2e===Cu2OH2O，OH由陰極區(qū)遷移到陽極區(qū)參與反應，離子交換膜應為陰離子交換膜，C項錯誤，D項正確；由陰極區(qū)遷移過來的OH在陽極全部參與反應，消耗OH，pH值減小，B項錯誤。 答案D,4.鉛蓄電池在日常生活中應用廣泛?；卮鹣铝袉栴}：,(1)鉛蓄電池放電時的工作原理為PbPbO22H2SO4===2PbSO42H2O，現用如圖裝置進行電解(電解液足量)，測得當鉛蓄電池中轉移0.4 mol電子時鐵電極的質量
6、減少11.2 g。請回答下列問題： A是鉛蓄電池的________極。 Ag電極的電極反應式是_____________________________________， 該電極的電極產物共________ g。 Cu電極的電極反應式是_______________________________________， CuSO4溶液的濃度________(填“減小”“增大”或“不變”)。,(2)鉛蓄電池的PbO2可由PbO與次氯酸鈉溶液反應制得，反應的離子方程式為_______________________________________________________________； Pb
7、O2也可以石墨為電極，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液制取。陽極發(fā)生的電極反應式為_______________________________________________________， 陰極上觀察到的現象是___________________________________________； 若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極發(fā)生的電極反應式為_______________________ _____________________________________________________，這樣做的主要缺點是______________________
8、______________________。,【易錯警示】 規(guī)避“四個”失分點,(1)書寫電解池中電極反應式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應方程式時，弱電解質要寫成分子式。 (2)要確保兩極電子轉移數目相同，且注明條件“電解”。 (3)電解水溶液時，應注意放電順序中H、OH之后的離子一般不參與放電。 (4)當電解池的電極材料為活性電極時，則陽極為電極本身失電子，不能再用電解規(guī)律。,題組三電解過程中的定量分析 5.用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液時，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)。
9、則電解過程中轉移電子的物質的量為(),A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol,解析電解硫酸銅時，開始硫酸銅和水反應生成銅、氧氣和硫酸，后來電解水生成氫氣與氧氣。如果只按照第一階段的電解，反應后只需要加入氧化銅或碳酸銅即可恢復原電解質溶液。而題目中加入的是堿式碳酸銅，相當于加入了0.2 mol氧化銅和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二階段的反應所消耗的，該階段轉移了0.2 mol電子，第一階段轉移了0.4 mol電子，即一共轉移了0.6 mol電子，C項正確。 答案C,6.(2018華中師大附中期末)用惰性電極電解100 mL 3 molL1的Cu
10、(NO3)2溶液，一段時間后在陽極收集到標準狀況下氣體1.12 L，停止電解，向電解后的溶液中加入足量的鐵粉，充分作用后溶液中Fe2濃度為(設溶液體積不變)(),A.3 molL1 B.2.75 molL1 C.2 molL1 D.3.75molL1,電解后溶液中硝酸銅的物質的量為0.1 L3 molL10.1 mol0.2 mol，硝酸與足量的鐵反應生成硝酸亞鐵，反應方程式為8HNO33Fe===3Fe(NO3)22NO4H2O，故0.2 mol HNO3生成Fe(NO3)2的物質的量為0.2 mol3/80.075 mol，硝酸銅與鐵反應生成硝酸亞鐵，離子方程式為FeCu2===Fe2Cu
11、，故0.2 mol硝酸銅生成Fe(NO3)2的物質的量為0.2 mol，反應后溶液中Fe2的物質的量為0.2 mol0.075 mol0.275 mol，反應后溶液中Fe2濃度為0.275 mol/0.1 L2.75 molL1，選B。 答案B,【方法規(guī)律】 突破電化學定量計算的三種方法,考點二電解原理的應用 (頻數：難度：),2Cl2e===Cl2,氧化,2H2e===H2,還原,粗銅,2.電解精煉銅,純銅,3.電鍍銅,銅,待鍍金屬,4.電冶金,利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等,6O212e===3O2,4Al312e===4Al,由于AlCl3為共價化合物熔融狀態(tài)
12、下不導電，所以電解冶煉鋁時，電解的為熔點很高的氧化鋁，為降低熔點，加入了助熔劑冰晶石(Na3AlF6)；而且電解過程中，陽極生成的氧氣與石墨電極反應，所以石墨電極需不斷補充。,1.源于教材電解原理的基本判斷,(1)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質溶液中c(Cu2)均保持不變() (2)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料() (3)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3() (4)電解精煉時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料() (5)用Zn作陽極，Fe作陰極，ZnCl2作電解質溶液，由于放電順序HZn2，不可能在鐵上鍍鋅() 答案(1)(2)(3)(4)
13、(5),2.(溯源題)(2017課標全國，11)用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜，電解質溶液一般為H2SO4H2C2O4混合溶液。判斷下列敘述是否正確,(1)待加工鋁質工件為陽極() (2)可選用不銹鋼網作為陰極() (3)陰極的電極反應式為：Al33e===Al() (4)硫酸根離子在電解過程中向陽極移動() 答案(1)(2)(3)(4) 探源：本題源于RJ選修4 P80“電解原理應用”及其知識拓展，對電解原理的應用進行了考查。,題組一電解原理在物質制備中的應用 1.氨是生產氮肥、尿素等物質的重要原料。電化學法是合成氨的一種新方法，其原理如圖所示，下列有關說法正確的是()
14、,A.圖中所示物質中，X為H2，Y為N2 B.Y參與的電極反應為H22e===2H C.當有3 mol H通過質子交換膜時，Z的體積為22.4 L D.反應過程中左邊區(qū)域溶液pH逐漸升高,解析根據題圖可知，H向左邊電極移動，則左邊電極為陰極，右邊電極為陽極，合成氨的過程中N2得電子發(fā)生還原反應，H2失去電子發(fā)生氧化反應，故X為N2，Y為H2，Z為NH3，A項錯誤。H2在陽極上失電子發(fā)生氧化反應，電極反應式為H22e===2H，B項錯誤。未指明溫度與壓強，無法計算氣體體積，C項錯誤。N2在陰極上得電子發(fā)生還原反應，電極反應式為N26H6e===2NH3，故左邊區(qū)域溶液中H濃度逐漸降低，溶液pH逐
15、漸升高，D項正確。 答案D,2.在電解液不參與反應的情況下，采用電化學法還原CO2可制備ZnC2O4，原理如圖所示。下列說法正確的是(),答案C,題組二電解原理在環(huán)境治理中的應用 3.用Na2SO3溶液吸收硫酸工業(yè)尾氣中的二氧化硫，將所得的混合液進行電解循環(huán)再生，這種新工藝叫再生循環(huán)脫硫法。其中陰、陽離子交換膜組合循環(huán)再生機理如圖所示，下列有關說法不正確的是(),A.X為直接電源的負極，Y為直流電源的正極 B.陽極的電極反應式為4OH4e===2H2OO2 C.圖中的ba D.該過程中的產品主要為H2SO4和H2,答案B,4.(2017南師附中模擬)電化學降解法治理水中硝酸鹽的污染原理如圖所示
16、。下列說法正確的是(),答案D,題組三電解原理在物質分離、提純中的應用 5.(2018廣州綜合測試)用電解法可提純含有某種含氧酸根雜質的粗KOH溶液，其工作原理如圖所示。 下列有關說法錯誤的是(),A.陽極反應式為4OH4e===2H2OO2 B.通電后陰極區(qū)溶液pH會增大 C.K通過交換膜從陰極區(qū)移向陽極區(qū) D.純凈的KOH溶液從b口導出,解析陽極區(qū)為粗KOH溶液，陽極上OH失電子發(fā)生氧化反應：4OH4e===2H2OO2，A項正確；陰極上H2O得電子發(fā)生還原反應：2H2O2e===H22OH，陰極區(qū)附近溶液中c(OH)增大，pH增大，B項正確；電解時陽離子向陰極移動，故K通過陽離子交換膜從
17、陽極區(qū)移向陰極區(qū)，C項錯誤；陰極區(qū)生成KOH，故純凈的KOH溶液從b口導出，D項正確。 答案C,考點三金屬的腐蝕與防護 (頻數：難度：),2.金屬腐蝕的類型,(1)化學腐蝕與電化學腐蝕,電化學,(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕 以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：,Fe2e===Fe2,2H2e===H2,O22H2O4e===4OH,吸氧腐蝕,3.金屬的防護,(1)電化學防護 犧牲陽極的陰極保護法原電池原理 a.負極：比被保護金屬活潑的金屬； b.正極：被保護的金屬設備。 外加電流的陰極保護法電解原理 a.陰極：被保護的金屬設備； b.陽極：惰性金屬。 (2)改變金屬的內部結構組成，如制成合金、不銹鋼等。 (
18、3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。,教材圖解,LK選修4P21銅鋅原電池裝置(2)示意圖,RJ選修4P86犧牲陽極的陰極保護法示意圖 以上教材中的兩個圖示中所說的陽極是指原電池的負極。,1.判斷正誤(RJ選修4P886改編),(1)黃銅(銅鋅合金)制作的銅鑼不易產生銅綠() (2)生鐵比純鐵容易生銹() (3)鐵質器件附有銅質配件，在接觸處易生鐵銹() (4)用錫焊接的鐵質器件，焊接處易生銹() 答案(1)(2)(3)(4),2.依據教材內容寫出鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕生成鐵銹的原理。,答案鐵銹的形成 負極：2Fe4e===2Fe2 正極：O24e2H
19、2O===4OH 2FeO22H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2O22H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3xH2O(鐵銹)(3x)H2O,3.(溯源題)(2017課標全國，11)支撐海港碼頭基礎的防腐技術，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。判斷下列有關表述是否正確,(1)通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零() (2)通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁() (3)高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流() (4)通入的保護電流應該根據環(huán)境條件變化進行調整() 答案(1)(2)(3)(4) 探源：
20、本題源于教材RJ選修4 P84“金屬的電化學腐蝕”P86“金屬的電化學防護”對金屬腐蝕類型及常見的防腐方法進行了考查。,題組一金屬腐蝕原理分析 1.(2018鄭州高三模擬)一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關系如下表：,下列說法錯誤的是() A.當pH6時，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕 C.當pH14時，正極反應為O24H4e===2H2O D.在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩 解析C項正極反應為O24e2H2O===4OH。 答案C,2.某同學進行下列實驗：,下列說法不合理的是() A.生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕 B.中心區(qū)：Fe2e===Fe2 C.邊緣處：O22H2O4e===4OH D.交
21、界處：4Fe2O210H2O===4Fe(OH)38H 解析生鐵片邊緣處為紅色，說明生成了氫氧根離子，O22H2O4e===4OH，生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，故A、C合理；根據實驗現象，中心區(qū)域為藍色，說明生成了亞鐵離子，Fe2e===Fe2，故B合理；在兩色環(huán)交界處出現鐵銹，是因為生成的氫氧化亞鐵被氧氣氧化生成了氫氧化鐵，故D不合理。 答案D,3.(2018河南羅山模擬)某學生為探究銅生銹的過程設計如圖所示裝置，下列選項正確的是(),A.一段時間后C棒上有氣泡冒出，附近的溶液變?yōu)榧t色 B.一段時間后溶液中會有藍色沉淀產生 C.Cu棒為正極，電極反應式：Cu2e===Cu2 D.C棒為正極，電極反應
22、式：2H2e===H2,解析由于銅的金屬活動性比氫弱，在電解質溶液中發(fā)生吸氧腐蝕，負極：Cu2e===Cu2，正極：O24e2H2O===4OH，溶液中，Cu22OH===Cu(OH)2，所以B選項正確。 答案B,題組二常見金屬防護措施 4.下列做法有利于金屬防護的是(),A.在鋼鐵零件表面涂油漆B.將鋼鐵制成的閘門與直流電源正極相連 C.菜刀切菜后不洗凈就放回刀架D.埋在地下的鋼管與銅塊相連 解析一般鋼鐵容易生銹，如果在鋼鐵零件的表面涂油漆，就能大大增強抗腐蝕能力，延長使用壽命，A項正確；鋼鐵制成的閘門與直流電源的正極相連，閘門成為電解池的陽極，能加速腐蝕，B項錯誤；菜刀切菜后不洗凈，容易發(fā)
23、生吸氧腐蝕，C項錯誤；鐵比銅活潑，當埋在地下的鋼管與銅塊相連時，鋼管成為原電池的負極，加快了腐蝕，D項錯誤。 答案A,5.利用如圖裝置，可完成很多電化學實驗。下列有關此裝置的敘述不正確的是(),A.若X為鋅棒，Y溶液為NaCl溶液，開關K置于M處，可減緩鐵的腐蝕，這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法 B.若X為碳棒，Y溶液為NaCl溶液，開關K置于N處，可減緩鐵的腐蝕，溶液中的陰離子向碳極移動 C.若X為銅棒，Y溶液為硫酸銅溶液，開關K置于M處，銅棒質量將增加，此時外電路中的電子向銅極移動 D.若X為銅棒，Y溶液為硫酸銅溶液，開關K置于N處，鐵棒質量將增加，溶液中銅離子濃度將減小,解析A項，該裝置
24、為原電池，鐵作正極，可減緩鐵的腐蝕，這種方法稱為犧牲陽極的陰極保護法，A項正確；B項，該裝置為電解池，鐵作陰極，可減緩鐵的腐蝕，溶液中的陰離子向碳極移動，B項正確；C項，該裝置為原電池，鐵棒作負極，銅棒作正極，銅棒質量將增加，此時外電路中的電子向銅極移動，C項正確；D項，開關K置于N處，該裝置為電鍍裝置，鐵棒質量將增加，溶液中銅離子濃度不變，D項錯誤。 答案D,【練后歸納】 1.判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律,(1)對同一電解質溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕原電池原理引起的腐蝕化學腐蝕有防腐措施的腐蝕。 (2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質溶液中弱電解質溶液中非電解
25、質溶液中。 (3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。 (4)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕越快。,2.兩種保護方法的比較,外加電流的陰極保護法保護效果大于犧牲陽極的陰極保護法。,試題分析,考查意圖：該題以三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水為背景，考查了電解池的工作原理。題目涉及電極產物、溶液的酸堿性和陰陽離子移動方向的判斷、電極反應式的書寫、電化學的簡單計算等知識點；要求考生準確讀取圖示信息，運用邏輯思維能力去辯證地分析與解決電化學問題；題目兼有“對立統(tǒng)一”和“模型”思想方法的考查。 題目從多角度考查了電化學的基礎知識，有一定的迷惑性。在今后的教學中要
26、加強電化學基礎教學，提高學生獲取信息的能力，注意引導學生靈活掌握知識。該題難度適中，本題抽樣統(tǒng)計難度為0.56。,正確答案：B,真題演練,1.(安徽理綜)某興趣小組設計如圖所示的微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產生；一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現電流表A指針偏轉。下列有關描述正確的是(),答案D,2.(2015四川理綜，4)用下圖所示裝置除去含CN、Cl廢水中的CN時，控制溶液pH為910，陽極產生的ClO將CN氧化為兩種無污染的氣體。下列說法不正確的是(),A.用石墨作陽極，鐵作陰極 B.陽極的電極反應式：Cl2OH2e===ClOH2O C.陰極的電極反應式：
27、2H2O2e===H22OH D.除去CN的反應：2CN5ClO2H===N22CO25ClH2O,解析Cl在陽極發(fā)生氧化反應生成ClO，水電離出的H在陰極發(fā)生還原反應生成H2，又由于電解質溶液呈堿性，故A、B、C項正確；D項，溶液呈堿性，離子方程式中不能出現H，正確的離子方程式為2CN5ClOH2O===N22CO25Cl2OH，錯誤。 答案D,3.(2015上?；瘜W，14)研究電化學腐蝕及防護的裝置如圖所示。下列有關說法錯誤的是(),A.d為石墨，鐵片腐蝕加快 B.d為石墨，石墨上電極反應為：O22H2O4e4OH C.d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕 D.d為鋅塊，鐵片上電極反應為：2H2eH2
28、,解析A項，由于活動性：Fe石墨，所以鐵、石墨及海水構成原電池，Fe為負極，失去電子被氧化變?yōu)镕e2進入溶液，溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原，比沒有形成原電池時的速率快，正確；B項，d為石墨，由于是中性電解質，所以發(fā)生的是吸氧腐蝕，石墨上氧氣得到電子，發(fā)生還原反應，電極反應為O22H2O4e4OH，正確；C項，若d為鋅塊，則由于金屬活動性：ZnFe，Zn為原電池的負極，Fe為正極，首先被腐蝕的是Zn，鐵得到保護，鐵片不易被腐蝕，正確；D項，d為鋅塊，由于電解質為中性環(huán)境，發(fā)生的是吸氧腐蝕，在鐵片上電極反應為O22H2O4e4OH，錯誤。 答案D,4.2014新課標全國，27(4)
29、H3PO2也可用電滲析法制備。 “四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：,寫出陽極的電極反應式_________________________________________。 分析產品室可得到H3PO2的原因________________________________。 早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2將 “四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用 H3PO2稀溶液代替。并撤去陽極室與產品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產品室。 其缺點是產品中混有________雜質。該雜質產生的原因是：___________ ______________________________________________________________。,5.2017天津理綜，7(4)某混合物漿液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4?？紤]到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小組利用設計的電解分離裝置(見下圖)，使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液，并回收利用?；卮鹣铝袉栴}。,
（人教通用版）2020高考化學新一線大一輪復習 第六章 第3講 電解池、金屬的腐蝕與防護課件.ppt
