2020屆高考化學(xué)二輪復(fù)習(xí)電解池金屬的腐蝕與防護(hù)學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

1.理解電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書寫電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。
2.了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。

知識點(diǎn)一電解的原理
1.電解和電解池
(1)電解：在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。
(2)電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
(3)電解池的構(gòu)成
①有與電源相連的兩個電極。
②電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))。
③形成閉合回路。
2.電解池的工作原理
(1)電極名稱及電極反應(yīng)式(電解CuCl2溶液為例)

總反應(yīng)式：CuCl2Cu＋Cl2↑
(2)電子和離子的移動方向
①電子：從電源負(fù)極流出后，流向電解池陰極；從電解池的陽極流出后流向電源的正極。
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。
3.陰陽兩極上放電順序
(1)陰極：(與電極材料無關(guān))。氧化性強(qiáng)的先放電，放電順序：

(2)陽極：若是活性電極作陽極，則活性電極首先失電子，發(fā)生氧化反應(yīng)。
若是惰性電極作陽極，放電順序為

注意?、訇帢O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))中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序為陽極：Cl－>OH－；陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋。③電解水溶液時，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.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律
4.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律
類型
實例
電極反應(yīng)特點(diǎn)或反應(yīng)式
電解產(chǎn)物
溶液pH變化
溶液復(fù)原
電解水型
含氧酸
H2SO4
溶液中的H＋和OH－分別在陰陽兩極放電：
陰極：4H＋＋4e－===2H2↑　
陽極：　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
H2
O2
減小
水
強(qiáng)堿
NaOH
增大
活潑金屬的含氧酸鹽
KNO3
不變
電解電解質(zhì)型
無氧酸(氫氟酸除外)
HCl
電解質(zhì)電離的陰陽離子分別在兩極放電：
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
H2　Cl2
增大
HCl
不活潑金屬的無氧酸鹽
CuCl2
Cu　Cl2

CuCl2
放氫生堿型
活潑金屬的無氧酸鹽
NaCl
陰極水電離的H＋放電，陽極電解質(zhì)電離的陰離子放電
陰極：H2
陽極：Cl2
增大
HCl
放氧生酸性
不活潑金屬的含氧酸鹽
AgNO3
陽極水電離的OH－放電，陰極電解質(zhì)的陽離子放電
陰極：Ag＋＋e－===Ag
Ag陽極：O2　
減小
Ag2O
【典例1】（河南新鄉(xiāng)一中2019屆模擬）用惰性電極電解下列各組中的三種電解質(zhì)溶液，在電解的過程中，溶液的pH依次為升高、不變、降低的是(　　)
A.AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2 B.KCl　Na2SO4　CuSO4
C.CaCl2　KOH　NaNO3 D.HCl　HNO3　K2SO4
【答案】B
【解析】由電解電解質(zhì)溶液的四種類型可知：
類型
化學(xué)物質(zhì)
pH變化
放O2生酸型
CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2
降低
放H2生堿型
KCl、CaCl2
升高
電解電解質(zhì)型
CuCl2

HCl
升高
電解H2O型
NaNO3、Na2SO4、K2SO4
不變
KOH
升高
HNO3
降低
【變式1】（江西金溪一中2019屆模擬）用石墨作電極，電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示，通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列有關(guān)敘述正確的是(　　)

A.逸出氣體的體積：A電極＜B電極
B.一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體
C.A電極附近呈紅色，B電極附近呈藍(lán)色
D.電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?br /> 【答案】D
【解析】SO、OH－移向B電極，在B電極OH－放電，產(chǎn)生O2，B電極附近c(diǎn)(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液變紅，Na＋、H＋移向A電極，在A電極H＋放電產(chǎn)生H2，A電極附近c(diǎn)(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液變藍(lán)，C項錯誤、D項正確；A電極產(chǎn)生的氣體體積大于B電極，A項錯誤；兩種氣體均為無色無味的氣體，B項錯誤。
知識點(diǎn)二電解原理的應(yīng)用
1.氯堿工業(yè)

陽極反應(yīng)式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應(yīng))
陰極反應(yīng)式：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應(yīng))
總反應(yīng)方程式：
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2.電鍍與電解精煉

電鍍
電解精煉銅
示意圖

電極反應(yīng)
陽極
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋
陰極
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
電解質(zhì)溶液的濃度變化
CuSO4溶液的濃度不變
CuSO4溶液的濃度變小
3.電冶金
電解冶煉
冶煉鈉
冶煉鋁
電極反應(yīng)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：2Na＋＋2e－===2Na
陽極：6O2－－12e－===3O2↑
陰極：4Al3＋＋12e－===4Al
總反應(yīng)
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
【典例2】(2017·全國卷Ⅱ，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(zhì)溶液一般為H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是(　　)
A.待加工鋁質(zhì)工件為陽極
B.可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極
C.陰極的電極反應(yīng)式為Al3＋＋3e－===Al
D.硫酸根離子在電解過程中向陽極移動
【答案】C
【解析】A項，根據(jù)電解原理可知，Al要形成氧化膜，化合價升高失電子，因此鋁為陽極，正確；B項，陰極僅作導(dǎo)體，可選用不銹鋼網(wǎng)，且不銹鋼網(wǎng)接觸面積大，能增加電解效率，正確；C項，陰極應(yīng)為氫離子得電子生成氫氣，錯誤；D項，電解時，陰離子移向陽極，正確。
【變式2】（福建泉州五中2019屆模擬）利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。下列說法正確的是(　　)

A.氯堿工業(yè)中，X電極上的反應(yīng)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
【答案】D
【解析】氯堿工業(yè)中陽極是Cl－放電生成Cl2；電解精煉銅時陽極上粗銅溶解，陰極上Cu2＋放電析出Cu，由于粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，電解質(zhì)溶液中Cu2＋濃度變小；鐵片上鍍銅時，陰極應(yīng)該是鐵片，陽極是純銅。
知識點(diǎn)三金屬的腐蝕與防護(hù)
1.金屬腐蝕的本質(zhì)
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(yīng)。
2.金屬腐蝕的類型
(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕
類型
化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕
條件
金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸
不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸
現(xiàn)象
無電流產(chǎn)生
有微弱電流產(chǎn)生
本質(zhì)
金屬被氧化
較活潑金屬被氧化
聯(lián)系
兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍
(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕
以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析：
類型
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
條件
水膜酸性較強(qiáng)(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
電極反應(yīng)
負(fù)極
Fe－2e－===Fe2＋
正極
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
總反應(yīng)式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
聯(lián)系
吸氧腐蝕更普遍
3.金屬的防護(hù)
(1)電化學(xué)防護(hù)
①犧牲陽極的陰極保護(hù)法——原電池原理
a.負(fù)極：比被保護(hù)金屬活潑的金屬；
b.正極：被保護(hù)的金屬設(shè)備。
②外加電流的陰極保護(hù)法——電解原理
a.陰極：被保護(hù)的金屬設(shè)備；
b.陽極：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。
【典例3】（安徽黃山屯溪一中2019屆模擬）炒過菜的鐵鍋未及時洗凈(殘液中含NaCl)，不久便會因被腐蝕而出現(xiàn)紅褐色銹斑。腐蝕原理如圖所示，下列說法正確的是(　　)

A.腐蝕過程中，負(fù)極是C
B.Fe失去電子經(jīng)電解質(zhì)溶液轉(zhuǎn)移給C
C.正極的電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D.C是正極，O2在C表面上發(fā)生還原反應(yīng)
【答案】D
【解析】A項，鐵鍋中含有的Fe、C，和電解質(zhì)溶液構(gòu)成原電池，活潑金屬作負(fù)極，F(xiàn)e易失電子，故腐蝕過程中，負(fù)極是Fe，錯誤；B項，原電池中電子由負(fù)極Fe經(jīng)外電路向正極C流動，在電解質(zhì)溶液中依靠離子的移動導(dǎo)電，錯誤；C項，該原電池中，C作正極，正極上氧氣得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，錯誤；D項，C是正極，O2在C表面上發(fā)生還原反應(yīng)，正確。
【變式3】（江蘇揚(yáng)州中學(xué)2019屆模擬）下列與金屬腐蝕有關(guān)的說法，正確的是(　　)

A.圖1中，鐵釘易被腐蝕
B.圖2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，沒有藍(lán)色沉淀出現(xiàn)
C.圖3中，燃?xì)庠畹闹行牟课蝗菀咨P，主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學(xué)腐蝕
D.圖4中，用犧牲鎂塊的方法來防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊相當(dāng)于原電池的正極
【答案】C
【解析】A項，圖1中，鐵釘處于干燥環(huán)境，不易被腐蝕；B項，負(fù)極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，F(xiàn)e2＋與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成Fe3[Fe(CN)6]2藍(lán)色沉淀；D項為犧牲陽極的陰極保護(hù)法，鎂塊相當(dāng)于原電池的負(fù)極。

考點(diǎn)一電極反應(yīng)式的書寫與判斷
【典例4】[2019新課標(biāo)Ⅲ節(jié)選]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)?；卮鹣铝袉栴}：
（4）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，如下圖所示：

負(fù)極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有____________________（寫反應(yīng)方程式）。電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子，需消耗氧氣__________L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。
【答案】（4）Fe3++e?=Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O 5.6
【解析】（4）電解過程中，負(fù)極區(qū)即陰極上發(fā)生的是得電子反應(yīng)，元素化合價降低，屬于還原反應(yīng)，則圖中左側(cè)為負(fù)極反應(yīng)，根據(jù)圖示信息知電極反應(yīng)為：Fe3++e? ＝Fe2+和4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O；電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子，根據(jù)電子得失守恒可知需消耗氧氣的物質(zhì)的量是1mol÷4＝0.25mol，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。
【方法技巧】①書寫電解池的電極反應(yīng)式時，可以用實際放電的離子表示，但書寫電解池的總反應(yīng)時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。
如用惰性電極電解食鹽水時，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；總反應(yīng)離子方程式為2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
②電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序，位于H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。
③Fe3＋在陰極上放電時生成Fe2＋而不是得到單質(zhì)Fe。
【變式4】(2018·全國卷Ⅰ，13)最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2＋H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋

該裝置工作時，下列敘述錯誤的是(　　)
A.陰極的電極反應(yīng)：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C.石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需為酸性
【答案】C
【解析】由題中信息可知，石墨烯電極發(fā)生氧化反應(yīng)，為電解池的陽極，則ZnO@石墨烯電極為陰極。陽極接電源正極，電勢高，陰極接電源負(fù)極，電勢低，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，C項錯誤；由題圖可知，電解時陰極反應(yīng)式為CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A項正確；將陰、陽兩極反應(yīng)式合并可得總反應(yīng)式為CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B項正確；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D項正確。
考點(diǎn)二電子守恒在電化學(xué)計算中的應(yīng)用
【典例5】（吉林長春外國語學(xué)校2019屆模擬）以石墨電極電解200 mL CuSO4溶液，電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e－)與產(chǎn)生氣體總體積V(標(biāo)準(zhǔn)狀況)的關(guān)系如圖所示，下列說法中正確的是(　　)
A．電解前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為2 mol·L－1
B．忽略溶液體積變化，電解后所得溶液中c(H＋)＝2 mol·L－1
C．當(dāng)n(e－)＝0.6 mol時，V(H2)∶V(O2)＝3∶2
D．向電解后的溶液中加入16 g CuO，則溶液可恢復(fù)到電解前的濃度
【答案】B
【解析】電解CuSO4溶液時，陽極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，陰極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu，若陰極上沒有氫離子放電，則圖中氣體體積與轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量的關(guān)系曲線是直線，而題圖中是折線，說明陰極上還發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑。當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝＝0.2 mol，根據(jù)銅原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1，A項錯誤；當(dāng)轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時，生成n(H2SO4)＝0.2 mol，隨后相當(dāng)于電解水，因為忽略溶液體積變化，所以電解后所得溶液中c(H＋)＝＝2 mol·L－1，B項正確；當(dāng)n(e－)＝0.6 mol時，發(fā)生反應(yīng)：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2O2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1 mol，n(O2)＝0.1 mol＋0.05 mol＝0.15 mol，所以V(H2)∶V(O2)＝0.1 mol∶0.15 mol＝2∶3，C項錯誤；因電解后從溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢復(fù)到電解前的濃度，D項錯誤。
【方法技巧】電化學(xué)綜合計算的三種常用方法
(1)根據(jù)總反應(yīng)式計算
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)式列出比例式計算。
(2)根據(jù)電子守恒計算
①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。
②用于混合溶液中電解的分階段計算。
(3)根據(jù)關(guān)系式計算
根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。
【變式5】（遼寧阜新實驗中學(xué)2019屆模擬）按如圖1所示裝置進(jìn)行電解，A、B、C、D均為鉑電極，回答下列問題。

(1)甲槽電解的是200 mL一定濃度的NaCl與CuSO4的混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如圖2所示(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，電解前后溶液的體積變化忽略不計)。
①原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為______mol·L－1，CuSO4的物質(zhì)的量濃度為________mol·L－1。
②t2時所得溶液的pH＝________。
(2)乙槽為200 mL CuSO4溶液，乙槽內(nèi)電解的總離子方程式：_____________________：
①當(dāng)C極析出0.64 g物質(zhì)時，乙槽溶液中生成的H2SO4為________mol。電解后，若使乙槽內(nèi)的溶液完全復(fù)原，可向乙槽中加入________(填字母)。
A．Cu(OH)2　　　　　　B．CuO
C．CuCO3 D．Cu2(OH)2CO3
②若通電一段時間后，向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol的Cu(OH)2才能恰好恢復(fù)到電解前的濃度，則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________。
【答案】(1)①0.1　0.1?、?
(2)2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ ①0.01　BC　②0.8NA
【解析】(1)①A、B、C、D均為惰性電極Pt，甲槽電解NaCl和CuSO4的混合液，陽極上離子放電順序為Cl－＞OH－＞SO，陰極上離子放電順序為Cu2＋＞H＋＞Na＋，開始階段陰極上析出Cu，陽極上產(chǎn)生Cl2，則題圖2中曲線Ⅰ代表陰極產(chǎn)生氣體體積的變化，曲線Ⅱ代表陽極產(chǎn)生氣體體積的變化。陽極上發(fā)生的反應(yīng)依次為2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，由曲線Ⅱ可知，Cl－放電完全時生成224 mL Cl2，根據(jù)Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；陰極上發(fā)生的反應(yīng)依次為Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，由曲線Ⅱ可知Cu2＋放電完全時，陽極上產(chǎn)生224 mL Cl2和112 mL O2，則電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.01 mol×2＋0.005 mol×4＝0.04 mol，據(jù)得失電子守恒可知n(Cu2＋)＝0.04 mol×＝0.02 mol，故混合液中c(CuSO4)＝＝0.1 mol·L－1。②0～t1時間內(nèi)相當(dāng)于電解CuCl2，電解反應(yīng)式為CuCl2Cu＋Cl2↑，t1～t2時間內(nèi)相當(dāng)于電解CuSO4，而電解CuSO4溶液的離子反應(yīng)為2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，則生成H＋的物質(zhì)的量為0.005 mol×4＝0.02 mol，則有c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。(2)電解CuSO4溶液時，Cu2＋在陰極放電，水電離的OH－在陽極放電，電解的總離子方程式為2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。①C極為陰極，電極反應(yīng)式為Cu2＋＋2e－===Cu，析出0.64 g Cu(即0.01 mol)時，生成H2SO4的物質(zhì)的量也為0.01 mol。電解CuSO4溶液時，陰極析出Cu，陽極上產(chǎn)生O2，故可向電解質(zhì)溶液中加入CuO、CuCO3等使電解質(zhì)溶液完全復(fù)原。②加入0.2 mol Cu(OH)2相當(dāng)于加入0.2 mol CuO和0.2 mol H2O，則電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2 mol×2＋0.2 mol×2＝0.8 mol，即0.8NA個電子。
考點(diǎn)三電解原理的應(yīng)用
【典例6】[2019北京節(jié)選]氫能源是最具應(yīng)用前景的能源之一，高純氫的制備是目前的研究熱點(diǎn)。
（2）可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如下。通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。

①制H2時，連接_______________。產(chǎn)生H2的電極反應(yīng)式是_______________________。
②改變開關(guān)連接方式，可得O2。
③結(jié)合①和②中電極3的電極反應(yīng)式，說明電極3的作用：________________________。
【答案】（2）K1 2H2O+2e?=H2↑+2OH? 連接K1或K2時，電極3分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移
【解析】（2）①電極生成H2時，根據(jù)電極放電規(guī)律可知H+得到電子變?yōu)闅錃?，因而電極須連接負(fù)極，因而制H2時，連接K1，該電池在堿性溶液中，由H2O提供H+，電極反應(yīng)式為2H2O+2e?=H2↑+2OH?；
③電極3上NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化，其反應(yīng)式為NiOOH+e?+H2O?Ni(OH)2+OH?，當(dāng)連接K1時，Ni(OH)2失去電子變?yōu)镹iOOH，當(dāng)連接K2時，NiOOH得到電子變?yōu)镹i(OH)2，因而作用是連接K1或K2時，電極3分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移。
【舉一反三】[2019江蘇節(jié)選]CO2的資源化利用能有效減少CO2排放，充分利用碳資源。
（2）電解法轉(zhuǎn)化CO2可實現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖如下。

①寫出陰極CO2還原為HCOO?的電極反應(yīng)式：。
②電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是。
【答案】（2）①CO2+H++2e?HCOO?或CO2+ HCO3?+2e?HCOO?+ CO32? ②陽極產(chǎn)生O2，pH減小，HCO3?濃度降低；K+部分遷移至陰極區(qū)
【解析】（2）①根據(jù)電解原理，陰極上得到電子，化合價降低，CO2＋HCO3?＋2e? =HCOO?＋CO32?，或CO2＋H＋＋2e? =HCOO?；②陽極反應(yīng)式為2H2O?4e? =O2↑＋4H＋，陽極附近pH減小，H＋與HCO3? 反應(yīng)，同時部分K＋遷移至陰極區(qū)，所以電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低。
【變式6】 [2018·全國卷Ⅲ，27(3)]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(yīng)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_____________。
③與“電解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之處有_____________(寫出一點(diǎn))。
【答案】①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑?、贙＋　由a到b　③產(chǎn)生Cl2易污染環(huán)境等
【解析】①電解液是KOH溶液，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②電解過程中陽極反應(yīng)為I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。陽極的K＋通過陽離子交換膜由電極a遷移到電極b。③“KClO3氧化法”的主要不足之處是產(chǎn)生Cl2，易污染環(huán)境。
考點(diǎn)四金屬腐蝕快慢比較
【典例7】（河北石家莊二中2019屆模擬）如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為(　　)

A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥　C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥
【答案】C
【解析】②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護(hù)；②④中Fe為負(fù)極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故Fe－Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負(fù)極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負(fù)極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為⑤>④>②>①>③>⑥。
【方法技巧】判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律
(1)對同一電解質(zhì)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(xué)腐蝕>有防護(hù)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(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(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。
【變式7】（天津?qū)嶒炛袑W(xué)2019屆模擬）一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關(guān)系如下，下列說法不正確的是(　　)
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蝕快慢
較快
慢
較快
主要產(chǎn)物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
A.在pH＞14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B.在pH＜4溶液中，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕
C.在pH＞6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕
D.在煮沸除氧氣的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩
【答案】A
【解析】A項，pH＞14的溶液為堿性，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合題意；B項，pH＜4溶液為酸性溶液，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕，正極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合題意；C項，pH＞6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合題意；D項，在堿性溶液中碳鋼發(fā)生吸氧腐蝕，煮沸除氧氣后，腐蝕速率會減慢，故D不符合題意。
考點(diǎn)五　金屬腐蝕與防護(hù)措施
【典例8】[2019江蘇]將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實驗。下列有關(guān)該實驗的說法正確的是

A．鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe?3e?Fe3+
B．鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能
C．活性炭的存在會加速鐵的腐蝕
D．以水代替NaCl溶液，鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕
【答案】C
【解析】在鐵的電化學(xué)腐蝕中，鐵單質(zhì)失去電子轉(zhuǎn)化為二價鐵離子，即負(fù)極反應(yīng)為：Fe?2e?=Fe2+，故A錯誤；鐵的腐蝕過程中化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化為電能，還有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，故B錯誤；活性炭與鐵混合，在氯化鈉溶液中構(gòu)成了許多微小的原電池，加速了鐵的腐蝕，故C正確；以水代替氯化鈉溶液，水也呈中性，鐵在中性或堿性條件下易發(fā)生吸氧腐蝕，故D錯誤。
【舉一反三】 (2017·全國卷Ⅰ，11)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是(　　)

A.通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零
B.通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁
C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流
D.通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整
【答案】C
【解析】鋼管樁接電源的負(fù)極，高硅鑄鐵接電源的正極，通電后，外電路中的電子從高硅鑄鐵(陽極)流向正極，從負(fù)極流向鋼管樁(陰極)，A、B正確；C項，題給信息高硅鑄鐵為“惰性輔助陽極”不損耗，錯誤。
【變式8】　(2018·北京高考)驗證犧牲陽極的陰極保護(hù)法，實驗如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③

在Fe表面生成藍(lán)色沉淀
試管內(nèi)無明顯變化
試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀
下列說法不正確的是(　　)
A．對比②③，可以判定Zn保護(hù)了Fe
B．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化
C．驗證Zn保護(hù)Fe時不能用①的方法
D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑
【答案】D
【解析】實驗②中加入K3[Fe(CN)6]，溶液無變化，說明溶液中沒有Fe2＋；實驗③中加入K3[Fe(CN)6]生成藍(lán)色沉淀，說明溶液中有Fe2＋，A項正確；對比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化成Fe2＋，F(xiàn)e2＋再與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀，B項正確；由以上分析可知，驗證Zn保護(hù)Fe時，可以用②③做對比實驗，不能用①的方法，C項正確；K3[Fe(CN)6]可將單質(zhì)鐵氧化為Fe2＋，F(xiàn)e2＋與K3[Fe(CN)6]生成藍(lán)色沉淀，附著在Fe表面，無法判斷鐵比銅活潑，D項錯誤。
考點(diǎn)六電化學(xué)綜合考查
【典例9】（湖南師大附中2019屆模擬）某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置，電極Ⅰ為Al，其他均為Cu，下列說法正確的是(　　)

A．電流方向：電極 Ⅳ→→電極Ⅰ
B．電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng)
C．電極Ⅱ逐漸溶解
D．電極Ⅲ的電極反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===Cu
【答案】A
【解析】帶鹽橋的①、②裝置構(gòu)成原電池，Ⅰ為負(fù)極，Ⅱ為正極，裝置③為電解池。A項，電子移動方向：電極Ⅰ→→電極Ⅳ，電流方向與電子移動方向相反，正確；B項，原電池負(fù)極在工作中發(fā)生氧化反應(yīng)，錯誤；C項，原電池正極上發(fā)生還原反應(yīng)，Cu2＋在電極Ⅱ上得電子，生成Cu，該電極質(zhì)量逐漸增大，錯誤；D項，電解池中陽極為活性電極時，電極本身被氧化，生成的離子進(jìn)入溶液中，因為電極Ⅱ為正極，因此電極Ⅲ為電解池的陽極，其電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，錯誤。
【方法技巧】
1．有外接電源電池類型的判斷方法
有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽極材料與電解質(zhì)溶液中的陽離子相同，則該電池為電鍍池。如：

則甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。
2．無外接電源電池類型的判斷方法
(1)直接判斷
非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如圖所示：A為原電池，B為電解池。

(2)根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷

原電池一般是兩種活潑性不同的金屬電極或一種金屬電極和一個碳棒作電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液之間能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖所示：B為原電池，A為電解池。
(3)根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷

在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型。如圖所示：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負(fù)極；甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)。
【變式9】（山西省運(yùn)城一中2019屆模擬）如圖X是直流電源。Y槽中 c、d為石墨棒，Z槽中e、f是質(zhì)量相同的銅棒。接通電路后，發(fā)現(xiàn)d附近顯紅色。

(1)①電源上b為______極(填“正”“負(fù)”“陰”或“陽”，下同)。
②Z槽中e為________極。
③連接Y、Z槽線路中，電子流動的方向是d__________e(填“→”或“←”)。
(2)①寫出c極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式：_____________________________________。
②寫出Y槽中總反應(yīng)的化學(xué)方程式：_____________________________________________。
③寫出Z槽中e極上反應(yīng)的電極反應(yīng)式： __________________________________。
【答案】(1)①負(fù)　②陽?、邸　? (2)①2Cl－－2e－===Cl2↑
②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
③Cu－2e－===Cu2＋
【解析】d極附近顯紅色，說明d為陰極，電極反應(yīng)式為 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c 為陽極，電極反應(yīng)式為 2Cl－－2e－===Cl2↑，Y槽電解NaCl溶液的總反應(yīng)方程式為 2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流電源中a為正極，b為負(fù)極，Z槽中f為陰極，e為陽極，電極反應(yīng)式為Cu－2e－===Cu2＋，電子流動方向由e→d。