2023屆高考化學魯科版一輪復習學案-第六章第3課時　電解池　金屬的腐蝕與防護

第3課時電解池金屬的腐蝕與防護1.能分析、解釋電解池的工作原理,能設計簡單的電解池。2.認識電解在實現(xiàn)物質轉化和儲存能量中的具體應用。認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用。3.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質,知道金屬腐蝕的危害。了解防止金屬腐蝕的措施。電解原理及電解規(guī)律1.電解和電解池電解在電流作用下,電解質在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程電解池概念電能轉化為化學能的裝置構成(1)外接電源;(2)兩個電極;(3)電解質溶液或熔融電解質;(4)形成閉合回路2.電解池的工作原理以惰性電極電解CuCl2溶液為例分析:(1)電極名稱及電極反應(2)電解過程的三個流向①電子流向:電源負極→電解池的陰極;電解池的陽極→電源的正極。②離子流向:陽離子→電解池的陰極,陰離子→電解池的陽極。③電流方向:電源正極→電解池的陽極→電解質溶液→電解池的陰極→電源負極。(3)電解規(guī)律①陽極產物的判斷a.活性電極(除Au、Pt以外的金屬材料作電極),電極材料失電子,生成金屬陽離子。b.惰性電極(Pt、Au、石墨),要依據(jù)陰離子的放電順序加以判斷。陰離子的放電順序:活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子。S2-、I-、Br-、Cl-放電,產物分別是S、I2、Br2、Cl2;若OH-放電,則得到H2O和O2。②陰極產物的判斷直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷。陽離子放電順序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+。a.若金屬陽離子(Fe3+除外)放電,則得到相應金屬單質;若H+放電,則得到H2。b.放電順序本質遵循氧化還原反應的優(yōu)先規(guī)律,即得(失)電子能力強的離子先放電。3.惰性電極電解電解質溶液的產物判斷4.電解后電解質溶液的復原需加適量的某物質,該物質可以是陰極與陽極產物的化合物。例如惰性電極電解CuSO4溶液,要恢復原溶液的濃度,可向電解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因為Cu(OH)2與生成的H2SO4反應后使水增加。使電解后的溶液恢復原狀的方法:先讓析出的產物(氣體或沉淀)恰好完全反應,再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如①NaCl溶液:通HCl氣體(不能加鹽酸)。②AgNO3溶液:加Ag2O固體(不能加AgOH)。③CuCl2溶液:加CuCl2固體。④KNO3溶液:加H2O。⑤CuSO4溶液:加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。[理解辨析]1.判一判(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(1)電解池的陽極發(fā)生氧化反應,陰極發(fā)生還原反應。()(2)直流電源跟電解池連接后,電子從電源負極流向電解池陽極。()(3)電解稀硫酸制H2、O2時,銅作陽極。()(4)電解CuCl2溶液,陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色。()解析:(2)直流電源跟電解池連接后,電子從電源負極流向電解池陰極。(3)電解稀硫酸制H2、O2時,用惰性電極作陽極,如果用銅作陽極,銅參與反應失電子。(4)Cl2在陽極生成。答案:(1)√(2)×(3)×(4)×2.想一想(1)根據(jù)金屬活動性順序表,Cu和稀H2SO4不反應,怎樣根據(jù)電化學的原理實現(xiàn)Cu和稀H2SO4反應產生H2?提示:Cu作陽極,C作陰極,稀H2SO4作電解質溶液,通入直流電就可以實現(xiàn)該反應。陽極電極反應式為Cu-2e-Cu2+,陰極電極反應式為2H++2e-H2↑?？偡磻綖镃u+2H+Cu2++H2↑。(2)若用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后,需加入98gCu(OH)2固體,才能使電解質溶液復原,則這段時間,整個電路中轉移的電子數(shù)為多少?提示:方法一為98gCu(OH)2的物質的量為1mol,相當于電解了1mol的CuSO4后,又電解了1mol的水,所以轉移的電子數(shù)為2NA+2NA=4NA。方法二為可以認為整個電路中轉移的電子數(shù)與Cu(OH)2的O2-失電子數(shù)相等,共4NA。3.做一做按要求書寫電極反應式和總反應的化學方程式。(1)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反應式:;

陰極反應式:;

總反應的離子方程式:

。(2)以鋁材為陽極,電解H2SO4溶液,鋁材表面形成氧化膜陽極反應式:;

陰極反應式:;

總反應的化學方程式:。

答案:(1)2Cl--2e-Cl2↑Mg2++2H2O+2e-H2↑+Mg(OH)2↓Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑(2)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+6H++6e-3H2↑2Al+3H2OAl2O3+3H2↑1.加“碘”食鹽較多使用的碘酸鉀(KIO3),在工業(yè)上可用電解法制取。以石墨和不銹鋼為電極,以KI溶液為電解液,在一定條件下電解,反應的化學方程式為KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列有關說法正確的是(B)A.電解時,石墨作陰極B.電解時,陰極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-C.溶液調節(jié)至強酸性,有利于生產碘酸鉀D.電解時電解液中的K+向陽極移動解析:A.根據(jù)電池反應式知,陽極上I-放電生成IO3-,則陽極應該為惰性電極石墨,陰極為不銹鋼,錯誤;B.電解時,陰極上H+放電生成H2,陽極上I-放電生成IO3-,故陽極的電極反應式為I--6e-+3H2OIO3-+6H+,陰極的電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,正確;C.KI和KIO2.某研究小組在探究電化學原理時,如圖將鹽橋換成n形彎鐵絲,當接通直流電源后,石墨①附近溶液變紅。下列判斷或預測錯誤的是(C)A.A為電源的負極B.鐵絲左端③附近出現(xiàn)灰綠色沉淀C.電子移動方向為A→石墨①→鐵絲→石墨②→BD.石墨②電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑解析:鹽橋換成n形彎鐵絲,當接通直流電源后,石墨①附近溶液變紅,說明石墨①是陰極,A為負極,B為正極,石墨②為陽極,故A正確;鐵絲左端③為陽極,Fe-2e-Fe2+,Fe2+與陰極產生的OH-結合生成Fe(OH)2,很快被氧化,呈灰綠色,鐵絲左端③附近出現(xiàn)灰綠色沉淀,故B正確;電子不能在溶液中移動,故C錯誤;石墨②為陽極,氯離子失電子發(fā)生氧化反應,電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑,故D正確。3.用鉑作電極電解100mL2mol/LMSO4鹽溶液,當陽極收集到0.56L氣體時(標準狀況),陰極增重3.2g,若電解前后溶液的體積變化忽略不計,下列說法不正確的是(C)A.電路中通過電子數(shù)目為0.1NAB.M的摩爾質量為64g/molC.電解后溶液的pH=1D.陽極收集到的氣體是O2解析:用鉑作電極電解100mL2mol/LMSO4鹽溶液,陽極電極反應式為2H2O-4e-O2↑+4H+,n(O2)=0.56L22.40.1mol,數(shù)目為0.1NA,故A正確;陰極電極反應式為M2++2e-M,根據(jù)陰、陽極得失電子守恒可知,M2+得電子的物質的量為0.1mol,則陰極析出M的物質的量為0.05mol,則M的摩爾質量為3.2g0.05mol=64g/mol,故B正確;由A的分析可知n(O2)=0.025mol,根據(jù)電極反應式2M2++2H2O2M+4H++O20.1mol,則c(H+)=0.1mol0.1L=1mol/L,則溶液的pH=0,C不正確;用鉑作電極電解100mL2mol/LMSO4鹽溶液,陽極電極反應式為2H2O-4e-4H分析電解過程的思維程序電解原理的應用1.氯堿工業(yè)(1)電極反應陽極:2Cl--2e-Cl2↑(反應類型:氧化反應);陰極:2H2O+2e-H2↑+2OH-(反應類型:還原反應)。(2)電解方程式化學方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑;離子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。(3)陽離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖①陽離子交換膜的作用阻止OH-進入陽極室與Cl2發(fā)生副反應:2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O,阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發(fā)生爆炸。②a、b、c、d加入或取出的物質分別是飽和食鹽水、稀NaOH溶液、稀食鹽水、濃NaOH溶液;X、Y分別為Cl2、H2。2.電鍍銅電鍍銅兩極材料陽極:銅陰極:待鍍金屬電鍍液含鍍層金屬陽離子的電解質溶液電極反應陽極:Cu-2e-Cu2+陰極:Cu2++2e-Cu3.電冶金(1)電解精煉銅電解精煉銅兩極材料陽極:粗銅陰極:純銅兩極反應陽極(含Zn、Ni、Ag、Au等雜質);Zn-2e-Zn2+、Ni-2e-Ni2+Cu-2e-Cu2+(主要反應)陰極:Cu2++2e-Cu(2)利用電解法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等項目總化學方程式陽極、陰極反應式冶煉鈉2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑2Cl--2e-Cl2↑、2Na++2e-2Na冶煉鎂MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2Cl--2e-Cl2↑、Mg2++2e-Mg冶煉鋁2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑6O2--12e-3O2↑、4Al3++12e-4Al由于AlCl3為共價化合物,熔融狀態(tài)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);電解過程中,陽極生成的氧氣與石墨電極反應,因此石墨電極需不斷補充。[理解辨析]1.判一判(正確的打“√”,錯誤的打“×”)(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,陽極減少的質量和陰極增加的質量相等。()(4)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。()解析:(1)金屬材料Pt和Au都是惰性電極,兩極都可用,陰極也可用活潑金屬電極。(2)鍍件應連接電源的負極,作電解池的陰極。(3)陽極溶解的金屬還有Zn、Ni、Fe等,故不相等。(4)MgO熔點高,熔融需要的能量高;AlCl3是共價化合物,熔融時不導電。答案:(1)×(2)×(3)×(4)×2.想一想(1)氯堿工業(yè)中如果去掉離子交換膜,最終得到什么物質?寫出該物質的一種用途。提示:所得溶質為NaClO,殺菌消毒。(2)用Zn作陽極,Fe作陰極,ZnCl2溶液作電解質溶液,由于放電順序H+>Zn2+,能否在鐵上鍍鋅?提示:可以。用Zn作陽極,Fe作陰極,ZnCl2溶液作電解質溶液,由于放電順序受濃度等外界條件的影響,在此條件下,放電順序Zn2+>H+,可以在鐵上鍍鋅。3.做一做KIO3也可采用“電解法”制備,裝置如圖所示。(1)寫出電解時陰極的電極反應式:

。(2)電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為,其遷移方向是。

解析:(1)電解液是KOH溶液,陰極的電極反應式為2H2O+2e-2OH-+H2↑。(2)電解過程中陽極的電極反應式為I-+6OH--6e-IO3-+3H2O。陽極的K+通過陽離子交換膜由電極a遷移到電極b。答案:(1)2H2O+2e-2OH-+H2↑(2)K+由電極a到電極b電解原理的常規(guī)應用1.金屬鎳有廣泛的用途,粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質,可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述中正確的是(已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)(D)A.陽極發(fā)生還原反應,其電極反應式為Ni2++2e-NiB.電解過程中,陽極質量的減少量與陰極質量的增加量相等C.電解后,溶液中存在的陽離子只有Fe2+和Zn2+D.電解后,電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt解析:陰極發(fā)生還原反應,陽極發(fā)生氧化反應,故A錯誤;電解過程中,陽極失電子的有Fe、Zn以及陽極溶解的Cu、Pt,陰極析出的是鎳,依據(jù)得失電子守恒,陽極質量的減少量與陰極質量的增加量不相等,故B錯誤;電解后,溶液中存在的陽離子有H+、Fe2+、Zn2+、Ni2+,故C錯誤;粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質作陽極,氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+,銅和鉑不失電子,沉降在電解池底部形成陽極泥,電解后,電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt,故D正確。2.工業(yè)上電解NaHSO4溶液制備Na2S2O8。電解時,陰極材料為Pb;陽極(鉑電極)電極反應式為2HSO4--2e-S2O82A.陰極電極反應式為Pb+HSO4--2e-PbSO4+HB.陽極反應中S的化合價升高C.S2O8D.可以用銅電極作陽極解析:Na2S2O8的結構為,由此結構可以判斷出S2O82-中含硫氧極性鍵和氧氧非極性鍵;S的化合價為+6價,中間的兩個O均為-1價,其他的O均為-2價;電解時陽極上HSO4-中O失去電子,S未變價;陰極電極反應式為2H++2e-H2↑;若用銅電極作陽極,則陽極反應式為Cu-2e-Cu電解原理的拓展應用3.(雙選)SO2和NOx是主要大氣污染物,利用如圖裝置可同時吸收SO2和NO。下列有關說法錯誤的是(AD)A.a為直流電源的正極,與其相連的電極發(fā)生氧化反應B.陰極得到2mol電子時,通過陽離子交換膜的H+為2molC.吸收池中發(fā)生反應的離子方程式為2NO+2S2O42-+2H2ON2D.陽極的電極反應式為SO2+2e-+2H2OSO42-解析:A項,由圖可知,在a極HSO3-得電子生成S2O42-2H+S2O42-+2H2O,陰極得到2mol電子時,通過陽離子交換膜的H2mol,正確;C項,吸收池中S2O42-與NO發(fā)生氧化還原反應生成N2和HSO3-,離子方程式為2NO+2S2O42-+2H2ON2+4HSO3-,正確;D項,陽極發(fā)生失去電子的氧化反應,電極反應式為SO2-2e-4.(2021·廣東新高考適應性考試,3)環(huán)氧乙烷(C2H4O)常用于醫(yī)用消毒,一種制備方法為:使用情性電極電解KCl溶液,用Cl-交換膜將電解液分為陰極區(qū)和陽極區(qū),其中一區(qū)持續(xù)通入乙烯;電解結束,移出交換膜,兩區(qū)混合反應:HOCH2CH2Cl+OH-Cl-+H2O+C2H4O。下列說法錯誤的是(A)A.乙烯應通入陰極區(qū)B.移出交換膜前存在反應Cl2+H2OHCl+HClOC.使用Cl-交換膜阻止OH-通過,可使Cl2生成區(qū)的pH逐漸減小D.制備過程的總反應為H2CCH2+H2OH2↑+C2H4O解析:根據(jù)HOCH2CH2Cl+OH-Cl-+H2O+C2H4O,生成OH-的電極發(fā)生的反應是溶液中H2O電離產生的H+得電子生成H2,故該電極為陰極,所以通入CH2CH2的電極為陽極,A錯誤;在陽極Cl-失電子生成Cl2,Cl2與H2O反應生成HCl和HClO,B正確;Cl-交換膜阻止OH-通過,避免OH-與陽極區(qū)的H+反應,C正確;陽極反應式為CH2CH2+2Cl-+H2O-2e-HOCH2CH2Cl+HCl,陰極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,結合HOCH2CH2Cl+OH-Cl-+H2O+C2H4O,則制備過程總反應為H2CCH2+H2OH2↑+C2H4O,D正確。5.(2021·山東濰坊三模)將電化學法和生物還原法有機結合,利用微生物電化學方法生產甲烷,裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(C)A.離子交換膜可允許H+通過B.通電時,電流的方向:a→電子導體→離子導體→電子導體→bC.陽極的電極反應式為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(STP)解析:由圖示知,陽極反應產生H+,陰極反應消耗H+,故H+通過離子交換膜由陽極移向陰極,A正確;該裝置中電子的移動方向為電源負極(b)→電解池陰極,電解池陽極→電源正極(a),故電流方向為電源正極(a)→外電路(電子導體)→電解質溶液(離子導體)→外電路(電子導體)→電源負極(b),形成閉合回路,B正確;由分析知,左池為陽極,初步確定電極反應式為CH3COO--8e-2CO2↑,根據(jù)圖示知可添加H+配平電荷守恒,添加H2O配平元素守恒,得完整電極反應式為CH3COO--8e-+2H2O2CO2↑+7H+,C錯誤;由圖示知,右池生成的CO2轉化為CH4,根據(jù)轉移電子關系CH4～8e-,生成0.1molCH4轉移0.8mol電子,由C選項知,CO2～4e-,故n(CO2)=0.8mol4=0.2mol,故V(CO2)=0.2mol×金屬的腐蝕與防護1.金屬的腐蝕(1)金屬腐蝕的本質金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應。(2)金屬腐蝕的類型①化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2等)直接反應不純的金屬與電解質溶液接觸發(fā)生原電池反應本質M-ne-Mn+M-ne-Mn+現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)別無電流產生有微弱電流產生聯(lián)系電化學腐蝕現(xiàn)象比化學腐蝕現(xiàn)象更為常見,腐蝕速率更快,危害也更嚴重②析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵的腐蝕為例)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性電極反應負極Fe-2e-Fe2+正極2H++2e-H2↑O2+2H2O+4e-4OH-總反應式Fe+2H+Fe2++H2↑2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍鋼鐵暴露在潮濕空氣中主要發(fā)生的是吸氧腐蝕,鐵銹的形成過程中主要發(fā)生的反應為4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O。2.金屬的防護(1)電化學防護(2)改變金屬的內部結構,如制成合金、不銹鋼等。(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。[理解辨析]1.判一判(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,所有金屬都不能被腐蝕。()(4)在潮濕空氣中,鋼鐵表面形成水膜,金屬發(fā)生的一定是吸氧腐蝕。()解析:(1)若金屬中含其他活潑性更強的金屬,可以形成原電池保護原金屬。(2)純銀器表面變黑發(fā)生的是化學腐蝕,鋼鐵表面生銹發(fā)生的是電化學腐蝕。(3)干燥環(huán)境下,金屬可發(fā)生化學腐蝕。(4)水膜酸性較強時,鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕。答案:(1)×(2)×(3)×(4)×2.想一想(1)根據(jù)所學知識判斷:Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物嗎?提示:不是。Cu在潮濕的空氣中腐蝕生成堿式碳酸銅。(2)犧牲陽極的陰極保護法是利用的電解原理對金屬進行的防護嗎?提示:不是。是利用了原電池原理。3.做一做實驗探究(如圖所示)(1)若棉團浸有NH4Cl溶液,鐵釘發(fā)生腐蝕,正極反應式為,右試管中現(xiàn)象是。

(2)若棉團浸有NaCl溶液,鐵釘發(fā)生腐蝕,正極反應式為,右試管中現(xiàn)象是。

答案:(1)析氫2H++2e-H2↑有氣泡冒出(2)吸氧O2+4e-+2H2O4OH-導管內液面上升1.(2021·廣東梅州質檢)電化學腐蝕與防護一直是科研人員的研究熱點。下列方法正確的是(B)A.為保護水庫的鋼鐵閘門,常將閘門與電源正極相連B.與銅質水龍頭連接處的鋼質水管易生鐵銹C.鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕D.當搪瓷杯的搪瓷層破損后,仍能防止鐵生銹解析:鋼鐵與原電池的正極相連作陽極被腐蝕,為保護水庫的鋼鐵閘門,常將閘門與電源負極相連,故A錯誤;鐵、銅構成原電池,鐵為負極被腐蝕,所以與銅質水龍頭連接處的鋼質水管易生鐵銹,故B正確;鋼柱在水下部分由于空氣含量低,所以比在空氣與水交界處更不容易腐蝕,故C錯誤;當搪瓷杯的搪瓷層破損后,與空氣接觸,容易發(fā)生腐蝕而生銹,故D錯誤。2.(雙選)(2021·河北張家口三模)在缺乏氧氣的深層潮濕土壤中存在的硫酸鹽還原菌,會附著在鋼管表面促進鋼鐵的腐蝕,這個過程被稱為厭氧腐蝕,其反應原理如圖所示,下列說法正確的是(AB)A.厭氧腐蝕屬于電化學腐蝕B.負極的電極反應式為Fe-2e-Fe2+C.每生成1molFeS,最終轉移的電子數(shù)為2NAD.鍍鋅或銅的鋼管破損后均會加快鋼管的腐蝕解析:鋼管中含有碳元素,鐵、C與潮濕的土壤形成原電池,則厭氧腐蝕屬于電化學腐蝕,A正確;根據(jù)題圖可知,負極鐵失電子生成亞鐵離子,電極反應式為Fe-2e-Fe2+,B正確;硫酸根離子變?yōu)榱螂x子時,轉移8個電子,則每生成1molFeS,最終轉移的電子數(shù)為8NA,C錯誤;鍍鋅的鋼管破損后鋅比鐵活潑,鋅作負極,保護鐵不被腐蝕,而銅比鐵活潑性差,作正極,會加快鋼管的腐蝕,D錯誤。3.(雙選)為了減少鋼管因銹蝕造成的損失,某城市擬用如圖方法保護埋在酸性土壤中的鋼管。下列有關說法中錯誤的是(BC)A.在潮濕的酸性土壤中,鋼管主要發(fā)生析氫腐蝕B.在潮濕的酸性土壤中,電子由鋼管通過導線流向金屬棒MC.在潮濕的酸性土壤中,H+向金屬棒M移動,抑制H+與鐵的反應D.金屬棒M與鋼管用導線連接后可使鋼管表面的腐蝕電流接近于零解析:在潮濕的酸性土壤中,鋼管主要發(fā)生析氫腐蝕,A項正確;在潮濕的酸性土壤中,金屬棒M作負極,可以保護鋼管不被腐蝕,電子由負極金屬棒M通過導線流向正極鋼管,B項錯誤;在潮濕的酸性土壤中,H+向正極鋼管移動,H+在正極得電子產生氫氣,C項錯誤;金屬棒M與鋼管用導線連接后保護埋在酸性土壤中的鋼管,可使鋼管表面的腐蝕電流接近于零,D項正確。金屬腐蝕的一般規(guī)律(1)在同一電解質溶液中,金屬腐蝕的速率快慢:電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)在原電池中,電解質溶液相同時,兩極的活潑性差別越大,負極金屬越易被腐蝕,如ZnCu(H2SO4)中的Zn比Zn-Fe(H2SO4)中的Zn腐蝕快。(3)由相同正、負極構成的原電池(如Fe-Cu原電池)①電解質的氧化能力越強,負極金屬越易被腐蝕。如Fe在不同電解質溶液中的腐蝕速率是CuSO4溶液>稀H2SO4>NaCl溶液。②電解質中起氧化作用的離子相同時,該離子濃度越大,負極金屬腐蝕速率越快。如腐蝕速率:1mol·L-1鹽酸>0.1mol·L-1鹽酸>0.1mol·L-1醋酸>海水(起氧化作用的H+濃度逐漸減小)。1.(2020·山東卷,13)采用惰性電極,以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響,下列說法錯誤的是(D)A.陽極反應2H2O-4e-4H++O2↑B.電解一段時間后,陽極室的pH未變C.電解過程中,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D.電解一段時間后,a極生成的O2與b極反應的O2等量解析:分析可知a極是陽極,屬于放氧生酸性型的電解,所以陽極的反應式是2H2O-4e-4H++O2↑,故A正確;電解時陽極產生氫離子,氫離子是陽離子,通過質子交換膜移向陰極,所以電解一段時間后,陽極室的pH不變,故B正確;由B的分析可知,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移,故C正確;電解時,陽極的反應為2H2O-4e-4H++O2↑,陰極的反應為O2+2e-+2H+H2O2,總反應為O2+2H2O2H2O2,要消耗氧氣,即a極生成的氧氣小于b極消耗的氧氣,故D錯誤。2.(2021·廣東卷,16)鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是(D)A.工作時,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液質量理論上減少16gC.移除兩交換膜后,石墨電極上發(fā)生的反應不變D.電解總反應:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+解析:A.由圖可知,該裝置為電解池,石墨電極為陽極,放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動,使Ⅱ室中氫離子濃度增大,溶液pH減小,錯誤;B.陰極生成1mol鈷,陽極有1mol水放電,生成O2和H+,放電生成的H+根據(jù)電中性原則,向Ⅱ室移動,則Ⅰ室溶液質量減少18g,錯誤;C.若移除離子交換膜,氯離子的放電能力強于水,氯離子會在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氯氣,則移除離子交換膜,石墨電極的電極反應會發(fā)生變化,錯誤;D.電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,正確。3.(2020·江蘇卷,11)將金屬M連接在鋼鐵設施表面,可減緩水體中鋼鐵設施的腐蝕。在如圖所示的情境中,下列有關說法正確的是(C)A.陰極的電極反應式為Fe-2e-Fe2+B.金屬M的活動性比Fe的活動性弱C.鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護D.鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快解析:陰極的鋼鐵設施實際作原電池的正極,正極金屬被保護不失電子,故A錯誤;陽極金屬M實際為原電池裝置的負極,電子流出,原電池中負極金屬比正極的活潑,因此金屬M的活動性比Fe的活動性強,故B錯誤;金屬M失電子,電子經(jīng)導線流入鋼鐵設施,從而使鋼鐵設施表面積累大量電子,自身金屬不再失電子從而被保護,故C正確;海水中的離子濃度大于河水中的離子濃度,離子濃度越大,溶液的導電性越強,因此鋼鐵設施在海水中的腐蝕速率比在河水中的快,故D錯誤。4.(2021·全國乙卷,12)沿海電廠采用海水為冷卻水,但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題,通常在管道口設置一對惰性電極(如圖所示),通入一定的電流。下列敘述錯誤的是(D)A.陽極發(fā)生將海水中的Cl-氧化生成Cl2的反應B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC.陰極生成的H2應及時通風稀釋安全地排入大氣D.陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理解析:陽極區(qū)海水中的Cl-會優(yōu)先失去電子生成Cl2,發(fā)生氧化反應,A正確;設置的裝置為電解池,根據(jù)分析知,陽極區(qū)生成的Cl2與陰極區(qū)生成的OH-在管道中會發(fā)生反應生成NaCl、NaClO和H2O,其中NaClO具有強氧化性,可氧化滅殺附著的生物,B正確;因為H2是易燃性氣體,所以陰極區(qū)生成的H2需及時通風稀釋,安全地排入大氣,以排除安全隱患,C正確;陰極的電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,會使海水中的Mg2+沉淀積垢,所以陰極表面會形成Mg(OH)2等積垢,需定期清理,D錯誤。5.(2021·湖南卷,16節(jié)選)氨氣中氫含量高,是一種優(yōu)良的小分子儲氫載體,且安全、易儲運,可通過氨電解法制氫氣。利用電解原理,將氨轉化為高純氫氣,其裝置如圖所示。(1)電解過程中OH-的移動方向為(填“從左往右”或“從右往左”)。

(2)陽極的電極反應式為。

解析:(1)由圖可知,通NH3的一極氮元素化合價升高,發(fā)生氧化反應,為電解池的陽極,則另一電極為陰極,電解過程中OH-移向陽極,則從右往左移動。(2)陽極NH3失電子發(fā)生氧化反應生成N2,結合堿性條件,電極反應式為2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。答案:(1)從右往左(2)2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O題號知識易中難電解原理及裝置分析3,4電解原理的應用56,7,8金屬腐蝕與防腐12綜合應用9一、選擇題(每小題只有一個選項符合題意)1.在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水,放置一段時間后看到鐵片上有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生反應的總化學方程式為2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2,Fe(OH)2進一步被氧氣氧化為Fe(OH)3,再在一定條件下脫水生成鐵銹,其原理如圖所示。下列說法正確的是(D)A.鐵片發(fā)生還原反應而被腐蝕B.鐵片腐蝕生成的鐵銹可以保護內層的鐵不被腐蝕C.鐵片腐蝕過程中負極發(fā)生的電極反應:2H2O+O2+4e-4OH-D.鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成了無數(shù)微小原電池,發(fā)生了電化學腐蝕解析:結合題圖知Fe失電子,化合價升高,被氧化發(fā)生氧化反應,A項錯誤;鐵銹結構疏松,不能保護內層金屬,B項錯誤;鐵片腐蝕時,Fe作負極,發(fā)生氧化反應,電極反應為Fe-2e-Fe2+,C項錯誤;鐵片上的NaCl溶液為鐵與碳形成原電池提供了電解質溶液,D項正確。2.研究金屬橋墩腐蝕及防護是跨海建橋的重要課題。下列有關判斷中正確的是(C)A.用裝置①模擬研究時未見a上有氣泡,說明鐵沒有被腐蝕B.②中橋墩與外加電源正極連接,能確保橋墩不被腐蝕C.③中采用了犧牲陽極的陰極保護法保護橋墩D.①②③中海水均是實現(xiàn)化學能與電能相互轉化的電解質解析:裝置①是吸氧腐蝕,a極是氧氣得電子生成氫氧根離子,而鐵是負極,發(fā)生氧化反應,生成亞鐵離子,鐵被腐蝕,A項錯誤;金屬作電解池的陰極時被保護,而橋墩與電源正極相連,是陽極,發(fā)生氧化反應,B項錯誤;鋅比鐵活潑,鋅失電子,所以③中采用了犧牲陽極的陰極保護法保護橋墩,C項正確;海水是混合物,既不是電解質,也不是非電解質,D項錯誤。3.用如圖所示裝置(X、Y是直流電源的兩極)分別進行下列各組實驗,則下表中各項所列對應關系均正確的一項是(C)選項X極實驗前U形管中液體通電后現(xiàn)象及結論A正極Na2SO4溶液U形管兩端滴入酚酞后,a管中呈紅色B正極AgNO3溶液b管中電極反應式是4OH--4e-O2↑+2H2OC負極CuCl2溶液b管中有氣體逸出D負極NaOH溶液溶液pH降低解析:電解Na2SO4溶液時,陽極上是OH-發(fā)生失電子的氧化反應,即a管中OH-放電,酸性增強,酚酞遇酸不變色,即a管中為無色,A錯誤;電解AgNO3溶液時,陰極上是Ag+得電子發(fā)生還原反應,即b管中電極反應是析出金屬Ag的反應,B錯誤;電解CuCl2溶液時,陽極上是Cl-失電子發(fā)生氧化反應,即b管中Cl-放電,產生Cl2,C正確;電解NaOH溶液時,陰極上是H+放電,陽極上是OH-放電,實際上電解的是水,導致NaOH溶液的濃度增大,堿性增強,pH升高,D錯誤。4.在不同電壓下,用惰性電極電解飽和NaCl溶液制備少量NaClO,實驗結果如下:實驗①②③電壓U1U2U3現(xiàn)象a極產生少量氣泡,b極無明顯氣泡a極產生較多氣泡,b極產生少量氣泡a極產生大量氣泡,b極逸出大量黃綠色氣體下列分析不正確的是(C)A.①②③中,a極均發(fā)生了還原反應B.①②③中均能發(fā)生Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2OC.電解時,OH-由b極向a極移動D.不宜采用實驗③的電壓制備NaClO解析:實驗①～③中a極是陰極,均發(fā)生還原反應,A正確;實驗①～③中,b極是陽極,電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑,陰極反應產生NaOH,Cl2與NaOH反應生成NaCl、NaClO和H2O,B正確;電解時,陰離子向陽極移動,則OH-由a極向b極移動,C不正確;實驗③中產生大量黃綠色氣體,說明電解速率過快,產生的Cl2并未與NaOH反應,故不宜采用該實驗的電壓制備NaClO,D正確。5.(2021·四川成都聯(lián)考)一種利用LiCl、Li2CO3制備金屬鋰的裝置如圖所示。下列說法正確的是(C)A.電極M應與電源的正極相連,得到電子發(fā)生氧化反應B.每產生22.4LCl2,將有2molLi+通過隔膜C.隔膜右電極室每產生1.4gLi,消耗7.4gLi2CO3D.電解過程中,需要不斷補充LiCl解析:電極M為陽極,與電源正極相連,失去電子發(fā)生氧化反應,故A錯誤;未指明溫度和壓強,無法確定22.4L氯氣的物質的量,故B錯誤;1.4gLi的物質的量為0.2mol,反應過程中電極N上Li++e-Li,生成0.2molLi時轉移0.2mol電子,左側發(fā)生反應2Li2CO3+2Cl24LiCl+2CO2+O2↑,可知消耗2molLi2CO3時轉移4mol電子,則轉移0.2mol電子時消耗0.1mol碳酸鋰,質量為0.1mol×74g·mol-1=7.4g,故C正確;隔膜右側消耗鋰離子的同時不斷補充鋰離子,不消耗LiCl,左側LiCl為碳酸鋰和氯氣的反應產物,所以也不需要補充LiCl,故D錯誤。二、選擇題(每小題有一個或兩個選項符合題意)6.科學家提出利用離子交換膜組合工藝將電解制備金屬錳和二氧化錳工藝聯(lián)用,實現(xiàn)同步制備金屬錳和二氧化錳并回收硫酸的目的,工藝原理如圖所示,下列有關說法中錯誤的是(A)A.陰極的電極反應式為Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+B.左側為陽離子交換膜C.右側電解液含有MnSO4和(NH4)2SO4,可以防止產生Mn(OH)2并提高溶液導電性D.實際生產中不能用氯化錳溶液代替硫酸錳溶液解析:根據(jù)電解裝置可知,陰極的氫離子得電子發(fā)生還原反應,A錯誤;根據(jù)電解裝置可知,H+從左側遷移到中間室,左側為陽離子交換膜,B正確;右側電解液含有MnSO4和(NH4)2SO4,可以防止產生Mn(OH)2并提高溶液導電性,C正確;Cl-還原性強,在陽極放電產生氯氣,故實際生產中不能用氯化錳溶液代替硫酸錳溶液,D正確。7.(2021·山東泰安模擬)我國科學家在利用電解法合成高純度有機產品的研究上有重大突破。其中在酸性環(huán)境中電解糠醛()制備有機產品的原理示意圖如圖所示。下列說法正確的是(AB)A.交換膜適宜選用質子交換膜B.N極電勢高于M極電勢C.N極上發(fā)生的電極反應包括D.電路上每通過1mole-,理論上生成1mol解析:右側發(fā)生反應,產生氫離子