第六章化學(xué)反應(yīng)與能量 第三講電解池金屬的腐蝕與防護(hù) 考綱要求 1 了解電解池的工作原理 能寫出電極反應(yīng)式和電解反應(yīng)方程式 2 理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因 金屬腐蝕的危害 防止金屬腐蝕的措施 1 電解定義在 作用下 電解質(zhì)在兩個(gè)電極上分別發(fā)生 和 的過(guò)程 2 能量轉(zhuǎn)化形式電能轉(zhuǎn)化為 3 電解池 1 構(gòu)成條件 有與 相連的兩個(gè)電極 或 形成 考點(diǎn)一電解的原理 知識(shí)梳理 電流 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 化學(xué)能 電源 電解質(zhì)溶液 熔融鹽 閉合回路 2 電極名稱及電極反應(yīng)式 如圖 3 電子和離子的移動(dòng)方向 特別提醒電解時(shí) 在外電路中有電子通過(guò) 而在溶液中是依靠離子定向移動(dòng)形成電流 即電子本身不會(huì)通過(guò)電解質(zhì)溶液 4 用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律 1 某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置 電極 為Al 其他均為Cu 則 A 電流方向 電極 A 電極 B 電極 發(fā)生還原反應(yīng)C 電極 逐漸溶解D 電極 的電極反應(yīng) Cu2 2e Cu 解析分析圖可知 左側(cè)兩個(gè)燒杯的裝置形成原電池 且 為負(fù)極 為正極 而最右邊的裝置為電解池 因此 該裝置中電子流向 電極 A 電極 則電流方向 電極 A 電極 A項(xiàng)正確 電極 發(fā)生氧化反應(yīng) B項(xiàng)錯(cuò)誤 電極 的電極反應(yīng)為Cu2 2e Cu 有銅析出 C項(xiàng)錯(cuò)誤 電極 為電解池的陽(yáng)極 其電極反應(yīng)為Cu 2e Cu2 D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案A 題組訓(xùn)練 2 為增強(qiáng)鋁的耐腐蝕性 現(xiàn)以鉛蓄電池為外電源 以Al作陽(yáng)極 Pb作陰極 電解稀硫酸 使鋁表面的氧化膜增厚 反應(yīng)原理如下 電池 Pb s PbO2 s 2H2SO4 aq 2PbSO4 s 2H2O l 3 某興趣小組設(shè)計(jì)如圖所示微型實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)時(shí) 先斷開K2 閉合K1 兩極均有氣泡產(chǎn)生 一段時(shí)間后 斷開K1 閉合K2 發(fā)現(xiàn)電流表A指針偏轉(zhuǎn) 下列有關(guān)描述正確的是 4 如圖所示 將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U形管中 下列分析正確的是 5 2015 四川理綜 用如圖所示裝置除去含CN Cl 廢水中的CN 時(shí) 控制溶液pH為9 10 陽(yáng)極產(chǎn)生的ClO 將CN 氧化為兩種無(wú)污染的氣體 下列說(shuō)法不正確的是 A 用石墨作陽(yáng)極 鐵作陰極 B 陽(yáng)極的電極反應(yīng)式 Cl 2OH 2e ClO H2O 解析若鐵作陽(yáng)極 則鐵失電子生成Fe2 則CN 無(wú)法除去 故鐵只能作陰極 A項(xiàng)正確 Cl 要生成ClO Cl的化合價(jià)升高 故在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng) 又已知該溶液為堿性條件 故B項(xiàng)正確 陽(yáng)離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng) 堿性條件下 H2O提供陽(yáng)離子H 故C項(xiàng)正確 由于溶液是堿性條件 故除去CN 發(fā)生的反應(yīng)為2CN 5ClO H2O N2 2CO2 5Cl 2OH D項(xiàng)錯(cuò)誤 答案D 6 2015 浙江理綜 在固態(tài)金屬氧化物電解池中 高溫共電解H2O CO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式 基本原理如圖所示 下列說(shuō)法不正確的是 A X是電源的負(fù)極 1 分析電解過(guò)程的思維程序 1 首先判斷陰 陽(yáng)極 分析陽(yáng)極材料是惰性電極還是活潑電極 2 再分析電解質(zhì)水溶液的組成 找全離子并分陰 陽(yáng)兩組 不要忘記水溶液中的H 和OH 3 然后排出陰 陽(yáng)兩極的放電順序陰極 陽(yáng)離子放電順序 Ag Fe3 Cu2 H 酸 Fe2 Zn2 H 水 Al3 Mg2 Na Ca2 K 陽(yáng)極 活潑電極 S2 I Br Cl OH 含氧酸根離子 特別提醒 1 陰極不管是什么材料 電極本身都不反應(yīng) 一定是溶液 或熔融電解質(zhì) 中的陽(yáng)離子放電 2 最常用 最重要的放電順序是 陽(yáng)極 Cl OH 陰極 Ag Cu2 H 3 電解水溶液時(shí) K Al3 不可能在陰極放電 即不可能用電解水溶液的方法得到K Ca Na Mg Al等金屬 4 分析電極反應(yīng) 判斷電極產(chǎn)物 寫出電極反應(yīng)式 要注意遵循原子守恒和電荷守恒 5 最后寫出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式 考點(diǎn)二電解原理的應(yīng)用 知識(shí)梳理 氧化 還原 燒堿 氯氣 氫氣 陰 陽(yáng) AgNO3溶液等含鍍層金屬陽(yáng)離子的鹽溶液 陽(yáng) 陰 不變 粗銅 純銅 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(yīng)用 下列說(shuō)法正確的是 解析氯堿工業(yè)中陽(yáng)極是Cl 放電生成Cl2 電解精煉銅時(shí)陽(yáng)極粗銅溶解 陰極Cu2 放電析出Cu 由于粗銅中含有鋅 鐵 鎳等雜質(zhì) 溶液中Cu2 濃度變小 鐵片上鍍銅時(shí) 陰極應(yīng)該是鐵片 陽(yáng)極是純銅 答案D 題組訓(xùn)練 A 氯堿工業(yè)中 X電極上反應(yīng)式是4OH 4e 2H2O O2 B 電解精煉銅時(shí) Z溶液中的Cu2 濃度不變C 在鐵片上鍍銅時(shí) Y是純銅D 制取金屬鎂時(shí) Z是熔融的氯化鎂 2 金屬鎳有廣泛的用途 粗鎳中含有Fe Zn Cu Pt等雜質(zhì) 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 A 陽(yáng)極發(fā)生還原反應(yīng) 其電極反應(yīng)式為 Ni2 2e NiB 電解過(guò)程中 陽(yáng)極質(zhì)量的減少量與陰極質(zhì)量的增加量相等C 電解后 溶液中存在的陽(yáng)離子只有Fe2 和Zn2 D 電解后 電解槽底部的陽(yáng)極泥中只有Cu和Pt 解析電解時(shí) 陽(yáng)極Zn Fe Ni失去電子 發(fā)生氧化反應(yīng) A項(xiàng)錯(cuò)誤 因氧化性Ni2 Fe2 Zn2 故陰極反應(yīng)為Ni2 2e Ni 可見 陽(yáng)極質(zhì)量減少是因?yàn)閆n Fe Ni溶解 而陰極質(zhì)量增加是因?yàn)槲龀鯪i B項(xiàng)錯(cuò)誤 電解后溶液中的陽(yáng)離子除Fe2 和Zn2 外 還有Ni2 H C項(xiàng)錯(cuò)誤 答案D 3 2015 上海卷 氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣 氫氣 燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產(chǎn)品 下圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖 圖中的離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò) 完成下列填空 1 寫出電解飽和食鹽水的離子方程式 2 離子交換膜的作用為 3 精制飽和食鹽水從圖中 位置補(bǔ)充 氫氧化鈉溶液從圖中 位置流出 填 a b c 或 d H2 能得到純度更高的氫氧化鈉溶液 避免Cl2與H2反應(yīng) a d 4 使用氯化鈉作原料可以得到多種產(chǎn)品 1 實(shí)驗(yàn)室用惰性電極電解100mL0 1mol L 1NaCl溶液 若陰陽(yáng)兩極均得到112mL氣體 標(biāo)準(zhǔn)狀況 則所得溶液的物質(zhì)的量濃度是 忽略反應(yīng)前后溶液體積的變化 2 某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器 用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液 通電時(shí) 為使Cl2被完全吸收 制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液 設(shè)計(jì)了如圖的裝置 0 1mol L 1 對(duì)電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是 填字母序號(hào) A a為正極 b為負(fù)極 NaClO和NaClB a為負(fù)極 b為正極 NaClO和NaClC a為陽(yáng)極 b為陰極 HClO和NaClD a為陰極 b為陽(yáng)極 HClO和NaCl 3 實(shí)驗(yàn)室中很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe OH 2沉淀 某同學(xué)利用上圖裝置 只更換一個(gè)電極 通過(guò)電解法制取較純凈的Fe OH 2沉淀 且較長(zhǎng)時(shí)間不變色 該同學(xué)換上的電解材料是 用元素符號(hào)表示 總的反應(yīng)式是 B Fe 原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算 溶液pH的計(jì)算 相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測(cè)定的計(jì)算 根據(jù)電荷量求產(chǎn)物的量與根據(jù)產(chǎn)物的量求電荷量等的計(jì)算 不論哪類計(jì)算 均可概括為下列三種方法 1 根據(jù)電子守恒計(jì)算用于串聯(lián)電路 陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物 正負(fù)兩極產(chǎn)物 相同電荷量等類型的計(jì)算 其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等 考點(diǎn)三有關(guān)電化學(xué)的計(jì)算 知識(shí)梳理 2 根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算先寫出電極反應(yīng)式 再寫出總反應(yīng)式 最后根據(jù)總反應(yīng)式列比例式計(jì)算 3 根據(jù)關(guān)系式計(jì)算由得失電子守恒關(guān)系建立已知量與未知量之間的橋梁 建立計(jì)算所需的關(guān)系式 4e 4Ag 2Cu 2Cl2 2H2 O2 4H 4OH 涉及電化學(xué)計(jì)算方面的要求不高 主要是能根據(jù)總反應(yīng)式或電極反應(yīng)式進(jìn)行計(jì)算 有時(shí)運(yùn)用物理中的電量知識(shí)解題 1 兩個(gè)惰性電極插入500mLAgNO3溶液中 通電電解 當(dāng)電解液的pH從6 0變?yōu)? 0時(shí) 設(shè)電解過(guò)程中陰極沒(méi)有H2放出 且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計(jì) 電極上析出銀的質(zhì)量最大為 A 27mgB 54mgC 106mgD 216mg 題組訓(xùn)練 2 在如圖中 甲燒杯中盛有100mL0 50mol L 1AgNO3溶液 乙燒杯中盛有100mL0 25mol L 1CuCl2溶液 A B C D均為質(zhì)量相同的石墨電極 如果電解一段時(shí)間后 發(fā)現(xiàn)A極比C極重1 9g 則 1 電源E為 極 F為 極 負(fù) 正 4Ag 4e 4Ag 0 025 4OH 4e 2H2O O2 140 4 C極的電極反應(yīng)式為 析出的物質(zhì) mol 5 D極的電極反應(yīng)式為 析出氣體 mL 標(biāo)準(zhǔn)狀況 6 甲燒杯中滴入石蕊試液 填 A 或 B 極附近變紅 如果繼續(xù)電解 在甲燒杯中最終得到 溶液 Cu2 2e Cu 0 0125 2Cl 2e Cl2 280 B HNO3 3 1 用惰性電極電解400mL一定濃度的硫酸銅溶液 不考慮電解過(guò)程中溶液體積的變化 通電一段時(shí)間后 向所得的溶液中加入0 1molCuO后 使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH 電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子為 mol 2 如果向所得的溶液中加入0 1molCu OH 2后 使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH 電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子為 mol 3 如果向所得的溶液中加入0 1molCu2 OH 2CO3后 使溶液恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH 不考慮CO2的溶解 電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子為 mol 0 2 0 4 0 6 1 金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子 變?yōu)?金屬發(fā)生 2 金屬腐蝕的類型 1 化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕 考點(diǎn)四金屬的腐蝕和防護(hù) 知識(shí)梳理 失去電子 金屬陽(yáng)離子 氧化反應(yīng) 非金屬單質(zhì)直接 電解質(zhì)溶液 無(wú) 有微弱 氧化 氧化 電化學(xué) 2 析氫腐蝕與吸氧腐蝕 以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析 水膜酸性較強(qiáng) 水膜酸性很弱或呈中性 吸氧腐蝕 3 金屬的防護(hù) 1 電化學(xué)防護(hù) 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 原理a 極 比被保護(hù)金屬活潑的金屬 b 極 被保護(hù)的金屬設(shè)備 外加電流的陰極保護(hù)法 原理a 極 被保護(hù)的金屬設(shè)備 b 極 惰性金屬或石墨 2 改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如制成合金 不銹鋼等 3 加防護(hù)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 原電池 負(fù) 正 電解池 陰 陽(yáng) 判斷正誤 正確的劃 錯(cuò)誤的劃 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(xué)腐蝕時(shí) 負(fù)極鐵失去電子生成Fe3 6 在金屬表面覆蓋保護(hù)層 若保護(hù)層破損后 就完全失去了對(duì)金屬的保護(hù)作用 7 外加電流的陰極保護(hù)法 構(gòu)成了電解池 犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法構(gòu)成了原電池 二者均能有效地保護(hù)金屬不容易被腐蝕 思考辨析 1 2015 北京海淀一模 下列有關(guān)鋼鐵腐蝕和防護(hù)的說(shuō)法不正確的是 A 自行車的鋼圈上鍍一層鉻 防止生銹B 外加直流電源保護(hù)鋼閘門時(shí) 鋼閘門與電源的負(fù)極相連C 鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的正極反應(yīng) 2H2O O2 4e 4OH D 鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕的負(fù)極反應(yīng) Fe 3e Fe3 解析鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí) Fe失電子均生成Fe2 D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案D 題組訓(xùn)練 2 2015 湖南岳陽(yáng)一模 全世界每年鋼鐵因銹蝕造成大量的損失 某城市擬用如圖方法保護(hù)埋在酸性土壤中的鋼質(zhì)管道 使其免受腐蝕 關(guān)于此方法 下列說(shuō)法不正確的是 解析金屬棒M只要比鐵活潑即可 太活潑的金屬易與水反應(yīng) B選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案B A 土壤中的鋼鐵易被腐蝕是因?yàn)樵诔睗竦耐寥乐行纬闪嗽姵谺 金屬棒M的材料應(yīng)該是比鎂活潑的金屬C 金屬棒M上發(fā)生反應(yīng) M ne Mn D 這種方法稱為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 解析A選項(xiàng)形成原電池 且Fe為負(fù)極 Cu為正極 腐蝕速率加快 B D選項(xiàng)均形成原電池 但鐵均為正極 被保護(hù) C選項(xiàng) 因?yàn)殍F被銅全部覆蓋 不與外界接觸 被保護(hù) 只有A選項(xiàng)腐蝕速率最快 答案A 3 2015 廣東肇慶二模 相同材質(zhì)的鐵在下圖中的四種情況下腐蝕最快的是 4 1 石墨可用于自然水體中銅件的電化學(xué)防腐 完成防腐示意圖 并作相應(yīng)標(biāo)注 2 鐵及其化合物與生產(chǎn) 生活關(guān)系密切 下圖是實(shí)驗(yàn)室研究海水對(duì)鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖 該電化學(xué)腐蝕稱為 圖中A B C D四個(gè)區(qū)域 生成鐵銹最多的是 填字母 解析 1 采用外加電流的陰極保護(hù)法 2 海水的酸性弱 鋼鐵發(fā)生的是吸氧腐蝕 形成原電池 水中的O2得電子生成OH 最終生成鐵銹 符合條件的是B 吸氧腐蝕 B 5 某小組按圖1所示的裝置探究鐵的吸氧腐蝕 1 圖2是圖1所示裝置的示意圖 在圖2的小括號(hào)內(nèi)填寫正極材料的化學(xué)式 在方括號(hào)內(nèi)用箭頭表示出電子流動(dòng)的方向 2 正極反應(yīng)式為 負(fù)極反應(yīng)式為 3 按圖1裝置實(shí)驗(yàn) 約8min時(shí)才看到導(dǎo)管中液柱上升 下列措施可以更快更清晰地觀察到液柱上升的是 填選項(xiàng)字母 a 用純氧氣代替具支試管內(nèi)的空氣b 將食鹽水浸泡過(guò)的鐵釘表面撒上鐵粉和碳粉的混合物c 用毛細(xì)尖嘴管代替玻璃導(dǎo)管 并向試管的水中滴加少量紅墨水 C 2H2O O2 4e 4OH Fe 2e Fe2 abc 解析 1 本題是探究鐵的吸氧腐蝕 所以正極材料為碳 電子經(jīng)導(dǎo)線由負(fù)極流向正極 2 負(fù)極反應(yīng)式為Fe 2e Fe2 正極反應(yīng)式為2H2O O2 4e 4OH 金屬腐蝕快慢的規(guī)律 1 對(duì)同一電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō) 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(xué)腐蝕 有防腐措施的腐蝕 2 對(duì)同一金屬來(lái)說(shuō) 在不同溶液中腐蝕速率的快慢 強(qiáng)電解質(zhì)溶液中 弱電解質(zhì)溶液中 非電解質(zhì)溶液中 3 活動(dòng)性不同的兩種金屬 活動(dòng)性差別越大 腐蝕速率越快 4 對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō) 電解質(zhì)濃度越大 金屬腐蝕越快