電解池　金屬的電化學腐蝕與防護

電解池

金屬的電化學腐蝕與防護

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·真題巧妙發(fā)掘考點四金屬的腐蝕與防護考點一電解原理【知識梳理】1．電解：使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。2．電解池(電解槽)：電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。3．電解池的組成和工作原理(電解CuCl2溶液)結(jié)束放映返回導航頁欄目導引考點一考點二考點三考點四真題巧妙發(fā)掘4．電子和離子移動方向(1)電子：從電源負極流向電解池的陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。(2)離子：陽離子移向電解池的陰極；陰離子移向電解池的陽極。5．陰、陽兩極放電順序(1)陰極：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。(2)陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子。分析電解下列物質(zhì)的過程，并總結(jié)電解規(guī)律(用惰性電極電解)電解質(zhì)(水溶液)被電解的物質(zhì)電解質(zhì)濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復原①含氧酸(如H2SO4)②強堿(如NaOH)③活潑金屬的含氧酸鹽(如KNO3)④無氧酸(如HCl)⑤不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2)⑥

活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)⑦不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)水

水

水

酸

鹽

水和鹽

水和鹽

增大減小

加水

增大增大加水加水不變增大增大增大通HCl減小增大加CuCl2增大通HCl減小加CuO或CuCO31.上表中要使電解后的CuSO4溶液復原，加Cu(OH)2固體可以嗎？2.在框圖推斷中若出現(xiàn)“A＋H2OB＋C＋D”的模式，則A一般可能為什么物質(zhì)？若通電一段時間，CuSO4未電解完(即Cu2＋未全部放電)，使溶液復原應加入CuO，而加入Cu(OH)2會使溶液的濃度降低；若Cu2＋全部放電，又繼續(xù)通電一段時間(此時電解水)，要使溶液復原應加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此時濃度偏高。CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3，要視其他條件而定。題組一考查電解原理和電解規(guī)律1．用惰性電極電解下列物質(zhì)的稀溶液，經(jīng)過一段時間后，溶液的pH減小的是(

)A．Na2SO4

B．NaOHC．NaClD．AgNO3解析：根據(jù)電解規(guī)律，電解Na2SO4和NaOH的稀溶液實質(zhì)是電解水，Na2SO4溶液pH不變，NaOH溶液pH變大；電解NaCl溶液生成NaOH，pH變大，電解AgNO3溶液生成HNO3，pH變小。D

2．(2015·福建高考)某模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置如圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和燃料(C3H8O)。下列說法正確的是(

)A．該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為光能和電能B．該裝置工作時，H＋從b極區(qū)向a極區(qū)遷移C．每生成1molO2，有44gCO2被還原D．a(chǎn)電極的反應為：3CO2＋18H＋－18e－==C3H8O＋5H2OB

3．(1)用惰性電極電解AgNO3溶液：陽極反應式_____________________；陰極反應式___________________；總反應離子方程式________________________________。(2)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反應式__________________；陰極反應式____________________；總反應離子方程式____________________________________________。題組二電極反應式、電解方程式的書寫4OH－－4e－==O2↑＋2H2O

4Ag＋＋4e－==4Ag

2H＋＋2e－==H2↑2Cl－－2e－==Cl2↑4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋===通電Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑通電===(3)用鐵作電極電解NaCl溶液陽極反應式___________________；陰極反應式__________________；總化學方程式____________________________。(4)用銅作電極電解鹽酸溶液陽極反應式__________________；陰極反應式________________；總反應離子方程式________________________。Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu－2e－===Cu2＋2H＋＋2e－===H2↑4．某水溶液中含有等物質(zhì)的量濃度的Cu(NO3)2和NaCl，以惰性電極對該溶液進行電解，分階段寫出電解反應的化學方程式。解析：第一階段陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：Cu2＋＋2e－===Cu第二階段陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O第三階段陰極：4H＋＋4e－===2H2↑陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O將電極反應式合并可得電解反應的化學方程式?？键c二電解原理的應用電鍍(Fe上鍍Cu)電解精煉銅陽極電極材料銅粗銅(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質(zhì))電極反應Cu－2e－===Cu2＋Cu－2e－===Cu2＋；Zn－2e－===Zn2＋Fe－2e－===Fe2＋；Ni－2e－===Ni2＋陰極電極材料鐵純銅電極反應Cu2＋＋2e－===Cu電解質(zhì)溶液CuSO4溶液注：電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反應，沉在電解池底部形成陽極泥2．電鍍與電解精煉銅1．(1)電解氯化鈉溶液時，如何用簡便的方法檢驗產(chǎn)物？(2)氯堿工業(yè)在生產(chǎn)過程中必須把陽極室和陰極室用離子交換膜隔開，原因是什么？2．電解精煉銅時，陽極泥是怎樣形成的？3．Cu的還原性比H2弱，能否采取一定措施使Cu將酸中的H＋置換出來？采用什么措施？2.粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種金屬雜質(zhì)，當含雜質(zhì)的銅在陽極不斷溶解時，金屬活動性位于銅之前的金屬雜質(zhì)，如Zn、Fe、Ni等也會同時失去電子，但是它們的陽離子比銅離子難以還原，所以它們并不能在陰極析出，而只能以離子的形式留在電解液里。金屬活動性位于銅之后的銀、金等雜質(zhì)，因為失去電子的能力比銅弱，難以在陽極失去電子變成陽離子而溶解，所以當陽極的銅等失去電子變成陽離子溶解之后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部，形成陽極泥。陽極產(chǎn)物Cl2可以用淀粉－KI試紙檢驗，陰極產(chǎn)物H2可以通過點燃檢驗，NaOH可以用酚酞試劑檢驗。防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2與溶液中的NaOH反應。1.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)上的應用。下列說法正確的是(

)A．氯堿工業(yè)中，X電極上反應式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑B．電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2＋濃度不變C．在鐵片上鍍銅時，Y是純銅D．制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂

D2．以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是(

)A．未通電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程B．因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系C．電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率D．鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護作用C3．甲圖為一種新型污水處理裝置，該裝置可利用一種微生物將有機廢水的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能。乙圖是一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用惰性電極電解飽和食鹽水。下列說法中不正確的是(

)A．裝置乙的a極要與裝置甲的X極連接B．裝置乙中b極的電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑C．若有機廢水中主要含有葡萄糖，則裝置甲中M極發(fā)生的電極反應為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋

D．N電極發(fā)生還原反應，當N電極消耗5.6L(標況下)氣體時，則有2NA個H＋通過離子交換膜因圖甲中傳遞的是質(zhì)子，葡萄糖在M極放電，故電極反應式為C6H12O6＋6H2O－24e－==6CO2↑＋24H＋，C正確.。

D氧氣在N電極得到電子，電極反應式為O2＋4H＋＋4e－==2H2O，故消耗5.6L氧氣時，轉(zhuǎn)移1mol電子，即有NA個H＋通過離子交換膜，D錯誤.解析：由圖甲分析得出M(或X)為負極，N(或Y)為正極，由圖乙分析得出a為陰極，b為陽極。乙的a極要與甲的X極相連接，A項正確；乙的b極為陽極，氯離子放電，B項正確。4．對金屬制品進行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。(1)以下為鋁材表面處理的一種方法：①堿洗的目的是除去鋁材表面的自然氧化膜，堿洗時常有氣泡冒出，原因是_____________________________________(用離子方程式表示)。為將堿洗槽液中鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的__________。a．NH3

b．CO2c．NaOHd．HNO3②以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極電極反應式為___________________________。取少量廢電解液，加入NaHCO3溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，產(chǎn)生沉淀的原因是___________________________________。(2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時用銅而不用石墨作陽極的原因是_________________________________。解析：(1)①冒氣泡的原因是Al與NaOH溶液反應，離子方程式為2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2-＋3H2↑；使AlO2-生成沉淀，最好是通入CO2，若加HNO3，過量時沉淀容易溶解。2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO2-＋3H2↑b解析：（1）②陽極是Al發(fā)生氧化反應，要生成氧化膜，還必須有H2O參加，故電極反應式為2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋；加入NaHCO3溶液后產(chǎn)生氣泡和白色沉淀，是由于HCO消耗H＋，使溶液pH不斷升高。2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋

HCO3-消耗H＋c(H＋)減小，c(OH－)增大，使Al(OH)3沉淀析出陽極Cu可以發(fā)生氧化反應生成Cu2＋

考點三應對電化學定量計算的三種方法【知識梳理】1．計算依據(jù)原電池和電解池綜合裝置的有關計算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移的守恒，分析時要注意兩點：(1)串聯(lián)電路中各支路電流相等；(2)并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。2．三種常用方法提示：在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C來計算電路中通過的電量分析判斷A～D各屬于哪種電化學裝置？原電池原電池電解池電解池題組一根據(jù)總反應式，建立等量關系進行計算1．兩個惰性電極插入500mLAgNO3溶液中，通電

電解。當電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(設電解過程中

陰極沒有H2放出，且電解液在電解前后體積變化可

以忽略不計)，電極上析出銀的質(zhì)量最大為(

)A．27mg

B．54mgC．106mgD．216mgB

2．將兩個鉑電極插入500mLCuSO4溶液中進行

電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064g(設

電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體

積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為(

)A．4×10－3

mol·L－1B．2×10－3

mol·L－1C．1×10－3

mol·L－1D．1×10－7

mol·L－1A

3．500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6mol/L，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到2.24L氣體(標準狀況下)，假定電解后溶液體積仍為500mL，下列說法正確的是(

)A．原混合溶液中c(K＋)為0.2mol·L－1B．上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2mol電子C．電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.05molD．電解后溶液中c(H＋)為0.2mol·L－1解析：石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，陽極反應式：4OH－－4e－==2H2O＋O2↑，陰極先后發(fā)生兩個反應：Cu2＋＋2e－==Cu,2H＋＋2e－==H2↑。從收集到O2為2.24L這個事實推知上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4mol電子，而在生成2.24LH2的過程中轉(zhuǎn)移0.2mol電子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol電子，電解前Cu2＋的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為0.1mol。A電解前后分別有以下守恒關系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO3-)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO3-)，不難算出：電解前c(K＋)＝0.2mol/L，電解后c(H＋)＝0.4mol/L。題組二根據(jù)電子守恒，突破電解分段計算4.新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質(zhì)為KOH溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示。(1)甲烷燃料電池正極、負極的電極反應分別為______________________、____________________________；(2)閉合K開關后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生，其中b電極上得到的是________，電解氯化鈉溶液的總反應方程式為

____________________________________；解析：(1)總反應式為CH4＋2O2＋2OH－==CO32-＋3H2O，正極反應式為2O2＋4H2O＋8e－==8OH－，則負極反應式由總反應式減正極反應式得到。2O2＋4H2O＋8e－===8OH－CH4＋10OH－－8e－==CO32-＋7H2O解析：(2)由圖可看出一二兩池為串聯(lián)的電源，其中甲烷是還原劑，所在電極為負極，因而與之相連的b電極為陰極，產(chǎn)生的氣體為氫氣；H2

2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑===通電(3)若每個電池甲烷通入量為1L(標準狀況)，且反應完全，則理論上通過電解池的電量為__________,(法拉第常數(shù)F＝9.65×104

C·mol－1，列式計算)，最多能產(chǎn)生的氯氣體積為_______L(標準狀況)。解析：1mol甲烷氧化失去電子8mol，電量為8×96500C，因題中雖有兩個燃料電池，但電子的傳遞只能用一個池的甲烷量計算，1L為1/22.4mol，可求電量；甲烷失電子是Cl－失電子數(shù)的8倍，則得到氫氣為4L(CH4～8Cl－～4Cl2)。4

×8×9.65×104

C·mol－1＝3.45×104C

【答案】3.45×104C考點四金屬的腐蝕與防護【知識梳理】結(jié)束放映返回導航頁欄目導引考點一考點二考點三考點四真題巧妙發(fā)掘1．化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕反應物金屬、干燥的氣體或非電解質(zhì)不純金屬、電解質(zhì)溶液反應類型直接發(fā)生化學反應原電池反應有無電流產(chǎn)生無有實質(zhì)金屬原子失電子被氧化2.電化學腐蝕的分類(鋼鐵腐蝕)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕水膜性質(zhì)酸性弱酸性、中性或堿性負極反應Fe－2e－==Fe2＋正極反應2H＋＋2e－==H2↑2H2O＋O2＋4e－==4OH－總反應Fe＋2H＋==Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O==2Fe(OH)2其他反應4Fe(OH)2＋O2＋2H2O==4Fe(OH)32Fe(OH)3==Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O注：吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍3.金屬的防護(1)犧牲陽極的陰極保護法利用原電池原理。(2)外加電流的陰極保護法利用電解池原理。(3)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)→如制成不銹鋼。(4)加保護層→如電鍍、噴漆、覆膜等。1．判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)所有金屬純度越大，越不易被腐蝕(

)(2)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣(

)(3)干燥環(huán)境下金屬不被腐蝕(

)(4)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物(

)(5)鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋(

)(6)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用(

)(7)外加電流的陰極保護法，構(gòu)成了電解池；犧牲陽極的陰極保護法構(gòu)成了原電池。二者均能有效地保護金屬不容易被腐蝕(

)××××××√2．探究鋼鐵生銹(Fe2O3·xH2O)的主要過程。3．探究影響金屬腐蝕的因素。(1)吸氧腐蝕：負極：2Fe－4e－===2Fe2＋正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－原電池反應：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2(2)Fe(OH)2被氧化：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3(3)Fe(OH)3分解形成鐵銹：2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個方面。就金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。介質(zhì)對金屬的腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。題組一金屬腐蝕快慢的比較1．下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是(

)A．④>②>①>③

B．②>①>③>④C．④>②>③>①D．③>②>④>①A

2．相同材質(zhì)的鐵在下列情形下最不易被腐蝕的是(

)解析：A、D均由Fe、Cu構(gòu)成原電池加速鐵的腐蝕；在B中，食鹽水提供電解質(zhì)溶液環(huán)境，炒鍋和鐵鏟都是鐵合金，符合原電池形成的條件，鐵是活潑金屬作負極，碳作正極，易被腐蝕；C中銅鍍層把鐵完全覆蓋，構(gòu)不成原電池而不被腐蝕。C題組二正確判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕3．如圖所示的鋼鐵腐蝕中，下列說法正確的是(

)A．碳表面發(fā)生氧化反應B．鋼鐵被腐蝕的最終產(chǎn)物為FeOC．生活中鋼鐵制品的腐蝕以圖①所示為主D．圖②中，正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－D

4．[2015·重慶理綜，11(4)(5)]我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術