2025屆新高考化學(xué)熱點(diǎn)精準(zhǔn)復(fù)習(xí) 電解池++金屬腐蝕與保護(hù)

2025屆新高考化學(xué)熱點(diǎn)精準(zhǔn)復(fù)習(xí)

電解池金屬腐蝕與防護(hù)基于大單元教學(xué)設(shè)計下的一輪復(fù)習(xí)情景再現(xiàn)

清潔能源——H2氫氣因其清潔無污染、熱量高等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)最具發(fā)展前景的清潔能源。根據(jù)氫氣的來源，可以將氫氣分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫。綠氫在制備過程中可以實現(xiàn)零碳排放量，因此也被稱為最純正的綠色能源。其中，電解水制氫作為目前最重要的綠氫制備手段之一，備受世界各國關(guān)注。電解水制氫電解水制氫是指在直流電作用下，水分子在電解槽中被解離生成氧氣和氫氣的過程。自1800年電解水被發(fā)現(xiàn)證實以來，電解水技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)歷了兩個多世紀(jì)。根據(jù)電解槽的不同，目前主流的電解水制氫技術(shù)可以分為4種類型。電解水制氫系統(tǒng)四種電解水技術(shù)中堿性電解水技術(shù)（ALK）是最早開展的電解水制氫技術(shù)之一，其發(fā)展最成熟，投資、運(yùn)行成本低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高等問題。質(zhì)子交換膜電解水技術(shù)（PEM）具有能耗低、設(shè)備緊湊的優(yōu)勢，能適應(yīng)可再生能源電力輸入，但存在電解槽使用壽命較短，設(shè)備成本高等問題。高溫固體氧化物電解水技術(shù)（SOEC）在高溫下運(yùn)行，制氫系統(tǒng)電化學(xué)性能顯著提升，效率更高。但高溫也制約著該技術(shù)的推廣應(yīng)用，因此SOEC還在初期示范階段。固體聚合物陰離子交換膜電解水技術(shù)（AEM）作為最新的電解水技術(shù)，其潛力在于將堿性電解槽的低成本與PEM的簡單、高效相結(jié)合，目前處于研發(fā)階段。教學(xué)目標(biāo)素養(yǎng)目標(biāo)1.能分析解釋電解池的工作原理，能設(shè)計簡單的電解池2.能利用電化學(xué)原理解釋金屬腐蝕現(xiàn)象，選擇并設(shè)計防腐措施1.宏觀辨識與微觀探析：能多角度、動態(tài)分析電解池中發(fā)生的反應(yīng)，并運(yùn)用電解池原理解決實際問題2.科學(xué)精神與社會責(zé)任：肯定電解原理對社會發(fā)展的重要貢獻(xiàn)，具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學(xué)觀念，能對與電解有關(guān)的社會問題做出正確的價值判斷【環(huán)節(jié)一】電解原理及其規(guī)律探究【活動1】自主測評1、判斷正誤(1)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸郏饣浽嚰堊兯{(lán)色。()(2)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液被電解的過程。()(3)電解鹽酸、硫酸溶液等，H＋放電，溶液的pH逐漸增大。()(4)用Cu作電極電解鹽酸發(fā)生反應(yīng)Cu＋2H＋=Cu2＋＋H2↑。()(5)某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過電解可以實現(xiàn)。()(6)電解過程中電子流動方向為負(fù)極→陰極→電解質(zhì)溶液→陽極→正極。()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×【環(huán)節(jié)一】電解原理及其規(guī)律探究【活動2】必備知識梳理電解池定義將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置構(gòu)成條件電極材料可以都是金屬，也可以都是非金屬導(dǎo)體工作原理兩電極：與電源負(fù)極相連的是陰極，與電源正極相連的是陽極直流電源電解液電子、離子移動方向(惰性電極)【環(huán)節(jié)一】電解原理及其規(guī)律探究【活動3】能力特訓(xùn)典例2、環(huán)戊二烯()是重要的有機(jī)化工原料，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、橡膠、塑料等的生產(chǎn)?；卮鹣铝袉栴}：環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵[Fe(C5H5)2，結(jié)構(gòu)簡式為]，后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學(xué)制備原理如下圖所示，其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機(jī)溶劑)。該電解池的陽極為________，總反應(yīng)為________________________。電解制備需要在無水條件下進(jìn)行，原因為_____________________。答案：Fe電極Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑水會阻礙中間產(chǎn)物Na的生成，且水會電解生成OH－，進(jìn)一步與Fe2＋反應(yīng)生成Fe(OH)2方法指導(dǎo)1．書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式的規(guī)律：必須正確書寫電解池的電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。高考主要從下面三個方面進(jìn)行考查：(1)根據(jù)給出的兩個電極反應(yīng)式，寫總反應(yīng)式。已知兩個電極反應(yīng)式，寫總反應(yīng)式并不難，只要使兩個電極反應(yīng)式得失電子數(shù)相等后，將兩式相加，消去相同的化學(xué)式即可。(2)給出總反應(yīng)式，寫電極反應(yīng)式。2.書寫電極反應(yīng)式的步驟一般分為四步：①列物質(zhì)、標(biāo)得失；②選離子、配電荷；③配個數(shù)、巧用水；④兩式加、驗總式。(3)根據(jù)信息給予知識，寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)式。3．做到“三看”，正確書寫電極反應(yīng)式：(1)一看電極材料，若金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定放電(注：Fe生成Fe2＋)。(2)二看介質(zhì)，介質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。(3)三看電解質(zhì)狀態(tài)，若是熔融狀態(tài)，就是金屬的冶煉。4．規(guī)避“三個”失分點(diǎn)：(1)書寫電解池中電極反應(yīng)式時，一般以實際放電的離子表示，但書寫總反應(yīng)式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。(2)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且應(yīng)注明條件“電解”。(3)電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與放電?！经h(huán)節(jié)一】電解原理及其規(guī)律探究【活動4】能力提升3、近年來，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)。回答下列問題：在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)家最近采用碳基電極材料設(shè)計了一種新的工藝方案，主要包括電化學(xué)過程和化學(xué)過程，如圖所示。陰極區(qū)發(fā)生的電極反應(yīng)為__________________________。電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，需消耗氧氣________L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。答案：Fe3＋＋e－=Fe2＋5.6【環(huán)節(jié)二】掌握電解原理的應(yīng)用【活動5】自主測評4、判斷正誤(1)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料。()(2)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應(yīng)連接電源的正極。()(3)根據(jù)得失電子守恒可知電解精煉銅時，陽極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等。()(4)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液中c(Cu2＋)均保持不變。()(5)電解冶煉鎂、鋁通常電解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以電解熔融的MgO和AlCl3()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×【環(huán)節(jié)二】掌握電解原理的應(yīng)用【活動5】必備知識梳理4．電冶金：3．電鍍銅：2．電解精煉銅：1．電解飽和食鹽水：【環(huán)節(jié)二】掌握電解原理的應(yīng)用【活動6】能力特訓(xùn)典例5(2021·全國甲卷)乙醛酸是一種重要的化工中間體，可用下圖所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是()A．KBr在上述電化學(xué)合成過程中只起電解質(zhì)的作用B．陽極上的反應(yīng)式為HOOCCOOH＋2H＋＋2e－=HOOCCHO＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移D方法指導(dǎo)1．兩種技巧(1)“三池”的判斷技巧原電池、電解池、電鍍池判定規(guī)律：若無外接電源，可能是原電池，然后依據(jù)原電池的形成條件分析判定；若有外接電源，兩極插入電解質(zhì)溶液中，則可能是電解池或電鍍池；當(dāng)陽極金屬與電解質(zhì)溶液中的金屬陽離子相同則為電鍍池，其他情況為電解池。(2)串聯(lián)電路中“原電池”與“電解池”的判斷若無外接電源，必有一個是原電池，根據(jù)原電池的構(gòu)成條件進(jìn)行判斷，其余是電解池。若有外接電源，則全是電解池。2．串聯(lián)裝置圖比較圖甲中無外接電源，二者必有一個裝置是原電池(相當(dāng)于發(fā)電裝置)，為電解裝置提供電能，其中兩個電極活動性差異大者為原電池裝置，即左圖為原電池裝置，右圖為電解裝置。圖乙中有外接電源，兩燒杯均作電解池，且串聯(lián)電解，通過的電流相等。3．熟記電極反應(yīng)式，靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。提示：在電化學(xué)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?！经h(huán)節(jié)二】掌握電解原理的應(yīng)用【活動7】能力提升6、將電化學(xué)法和生物還原法有機(jī)結(jié)合，利用微生物電化學(xué)方法生產(chǎn)甲烷，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A．離子交換膜可允許H＋通過B．a(chǎn)為電源正極，b為電源負(fù)極C．陽極的電極反應(yīng)式為CH3COO－＋2H2O－6e－=2CO2↑＋7H＋D．生成0.1molCH4時陽極室中理論上生成CO2的體積是4.48L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C【環(huán)節(jié)二】掌握電解原理的應(yīng)用【活動8】直擊高考7、鈮酸鉀(KNbO3)在激光領(lǐng)域有廣泛用途。用鎳(Ni)、鈮作電極電解濃KOH溶液制備鈮酸鉀的裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．鈮是陽極，電極反應(yīng)式為Nb＋3H2O－5e－===NbO3—＋6H＋B．電解一段時間后，鎳電極附近溶液的pH減小C．每制得1molKNbO3，理論上可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下44.8LH2D．若離子交換膜為陽離子交換膜，則電解結(jié)束后左側(cè)溶液中不可能含有NbO3—解析：電極反應(yīng)式為Nb＋6OH－－5e－=NbO3—＋3H2O，A錯誤；鎳作陰極，鎳電極上水中氫離子放電生成氫氣，氫氧根離子濃度增大，所以溶液的pH增大，B錯誤；根據(jù)得失電子守恒，每制得1molKNbO3，理論上可以產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)狀況下56LH2，C錯誤；陽離子交換膜只允許陽離子通過，電解結(jié)束后左側(cè)溶液中不可能含有NbO3—，D正確。8、（2023年全國甲卷）用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度K+的抑制酸性電解液中的析氫反應(yīng)來提高多碳產(chǎn)物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是()A.析氫反應(yīng)發(fā)生在IrOx-Ti電極上B.Cl—從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極C.陰極發(fā)生的反應(yīng)有：2CO2+12H++12e?=C2H4+4H2OD.每轉(zhuǎn)移1mol電子，陽極生成11.2L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)【環(huán)節(jié)二】掌握電解原理的應(yīng)用【活動8】直擊高考解析:由圖可知，該裝置為電解池，與直流電源正極相連的IrOx-Ti電極為電解池的陽極，水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2O-4e—=O2↑+4H+，銅電極為陰極，酸性條件下二氧化碳在陰極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成乙烯、乙醇等，電極反應(yīng)式為2CO2+12H++12e?=C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e?=C2H5OH+3H2O，電解池工作時，氫離子通過質(zhì)子交換膜由陽極室進(jìn)入陰極室。故選C【環(huán)節(jié)三】了解金屬的腐蝕與防護(hù)【活動9】自主測評9、判斷正誤(1)金屬發(fā)生腐蝕就是金屬得電子轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩衔锏倪^程。()(2)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，負(fù)極上鐵失去電子生成Fe3＋。()(3)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中發(fā)生腐蝕均生成氧化物。()(4)在金屬表面覆蓋保護(hù)層，若保護(hù)層破損，就完全失去了對金屬的保護(hù)作用。()(5)鐵表面鍍鋅可增強(qiáng)其抗腐蝕性。()(6)干燥環(huán)境下，所有金屬都不能被腐蝕。()(7)銅在酸性環(huán)境下，不易發(fā)生析氫腐蝕。()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×(7)√【環(huán)節(jié)三】了解金屬的腐蝕與防護(hù)【活動9】必備知識梳理類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕定義金屬與接觸的干燥氣體(如O2、Cl2等)或非電解質(zhì)溶液等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的腐蝕不純金屬與電解質(zhì)溶液接觸，會形成原電池，較活潑的金屬失去電子被氧化腐蝕特點(diǎn)無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生普遍性金屬的電化學(xué)腐蝕比較普遍，而且危害性大，腐蝕速率快類型析氫腐蝕吸氧腐蝕水膜性質(zhì)酸性較強(qiáng)酸性較弱或呈中性負(fù)極反應(yīng)Fe－2e－=Fe2＋正極反應(yīng)2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－總反應(yīng)Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2其他反應(yīng)4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(鐵銹)普遍性吸氧腐蝕更普遍1、金屬腐蝕的類型：2、鋼鐵的腐蝕：3、金屬的防護(hù)：(1)電化學(xué)防護(hù)法：①犧牲陽極法——利用原電池原理②外加電流法——利用電解池原理(2)改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)：制成不銹鋼、加保護(hù)層(電鍍、噴漆、覆膜)知識導(dǎo)圖電解池定義原理應(yīng)用氯堿工業(yè)電解精煉銅電鍍電冶金電極反應(yīng)陽極陰極氧化反應(yīng)還原反應(yīng)腐蝕類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕金屬的腐蝕與防護(hù)防護(hù)犧牲陽極法外加電流法惰性電極四種類型的電解腐蝕本質(zhì)M-ne－=Mn+課后提升10、高鐵酸鈉(Na2FeO4)是一種高效多功能水處理劑，在強(qiáng)堿性條件下穩(wěn)定，易被H2還原。以鐵合金、Ni為