2020版高考新創(chuàng)新一輪復(fù)習化學新課改省份專用學案：第六章第三節(jié)　電解池金屬的電化學腐蝕與防護-學案下載-教習網(wǎng)

考點(一)　電解原理【點多面廣精細研】

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(yīng)的過程。在此過程中，電能轉(zhuǎn)化為化學能。
2．電解池
(1)概念：電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。
(2)電解池的構(gòu)成條件：①有外接電源；②有與電解質(zhì)溶液或熔融的電解質(zhì)相連的兩個電極；③形成閉合回路。
(3)電極名稱及電極反應(yīng)式(以電解CuCl2溶液為例)

總反應(yīng)方程式：CuCl2 Cu＋Cl2↑。
(4)電解池中電子和離子的移動：
①電子：從電源負極流出后，流向電解池陰極；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。
3．陰、陽兩極上離子的放電順序
(1)陰極：與電極材料無關(guān)。氧化性強的先放電，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：

[小題練微點]
判斷下列說法的正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。
(1)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(　　)
(2)某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應(yīng)，通過電解可以實現(xiàn)(　　)
(3)電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)(　　)
(4)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(　　)
(5)電解稀硫酸制H2、O2時銅作陽極(　　)
(6)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(　　)
(7)電解鹽酸、硫酸等溶液，H＋放電，溶液的pH逐漸增大(　　)
(8)電解NaNO3溶液時，隨著電解進行，溶液的pH減小(　　)
(9)用銅作電極電解CuSO4溶液的方程式為2Cu＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋(　　)
(10)電解NaCl溶液得到22.4 L H2(標準狀況)，理論上需要轉(zhuǎn)移NA個電子(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× (8)×　(9)×　(10)×

[學霸微提醒]
(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))中的陽離子放電。
(2)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。
(3)Fe3＋在陰極上放電時生成Fe2＋而不是得到單質(zhì)Fe。

1.(2018·全國卷Ⅰ)最近我國科學家設(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。示意圖如圖所示，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
解析：選C　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。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；陽極接電源正極，電勢高，陰極接電源負極，電勢低，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，C項錯誤；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D項正確。
2．(2016·全國卷Ⅰ)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na＋和SO可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進入中間隔室。
下列敘述正確的是(　　)

A．通電后中間隔室的SO離子向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大
B．該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品
C．負極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2＋4H＋，負極區(qū)溶液pH降低
D．當電路中通過1 mol電子的電量時，會有0.5 mol的O2生成
解析：選B　A項正極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正極區(qū)溶液中陽離子增多，故中間隔室的SO向正極遷移，正極區(qū)溶液的pH減??；B項負極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰離子增多，中間隔室的Na＋向負極遷移，故負極區(qū)產(chǎn)生NaOH，正極區(qū)產(chǎn)生H2SO4；C項由B項分析可知，負極區(qū)產(chǎn)生OH－，負極區(qū)溶液的pH升高；D項正極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，當電路中通過1 mol電子的電量時，生成0.25 mol O2。
[方法規(guī)律]
1．陰、陽極的判斷方法
根據(jù)外接電源
正極連陽極，負極連陰極
根據(jù)電流方向
從陰極流出，從陽極流入
根據(jù)電子流向
從陽極流出，從陰極流入
根據(jù)離子流向
陰離子移向陽極，陽離子移向陰極
根據(jù)電極產(chǎn)物
①陽極：電極溶解、逸出O2(或極區(qū)變酸性)或Cl2；②陰極：析出金屬、逸出H2(或極區(qū)變堿性)
2.電解產(chǎn)物的分析方法
首先明確陽極材料和溶液中存在的所有離子，然后根據(jù)如下規(guī)律分析判斷。
(1)陽極：①金屬活性電極：電極材料失電子，生成相應(yīng)的金屬陽離子；②惰性電極：溶液中的陰離子失電子，生成相應(yīng)的單質(zhì)或高價化合物(陰離子放電順序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子)。
(2)陰極：溶液中的陽離子得電子，生成相應(yīng)的單質(zhì)或低價化合物(陽離子放電順序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋)。

3.(2016·北京高考)用石墨電極完成下列電解實驗。

實驗一
實驗二
裝置

現(xiàn)象
a、d處試紙變藍；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化
兩個石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生；n處有氣泡產(chǎn)生……
下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是(　　)
A．a(chǎn)、d處：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b處：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c處發(fā)生了反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋
D．根據(jù)實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅
解析：選B　根據(jù)a、d處試紙變藍，可判斷a、d兩點都為電解池的陰極，發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A選項正確；b處變紅，局部褪色，說明b為電解池的陽極，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯氣溶于水生成鹽酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液顯酸性，HClO具有漂白性，B選項不正確；c處為陽極，鐵失去電子生成Fe2＋，發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe－2e－===Fe2＋，C選項正確；實驗一中ac形成電解池，db形成電解池，所以實驗二中也形成電解池，銅珠的左端為電解池的陽極，銅失電子生成Cu2＋，m、n是銅珠的右端，為電解池的陰極，開始時產(chǎn)生氣體，后來Cu2＋移到m處，m處Cu2＋得到電子生成單質(zhì)銅，D選項正確。
4．(1)(2018·全國卷Ⅲ)KIO3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________。
(2)(2017·江蘇高考)電解Na2CO3溶液的原理如圖所示。陽極的電極反應(yīng)式為______________________________，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學式為________。

解析：(1)①電解液是KOH溶液，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②電解過程中陽極的K＋通過陽離子交換膜由電極a遷移到電極b。(2)陽極上OH－失去電子生成O2，由H2O電離出的H＋可以與CO反應(yīng)生成HCO。陰極上H2O放電生成H2。
答案：(1)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　
②K＋　由a到b
(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2
[方法規(guī)律]　以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
電解質(zhì)
溶液濃度
pH
電解質(zhì)
溶液復(fù)原
電解
水型
NaOH
陰極：4H＋＋4e－===2H2↑
陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
增大
增大
加水
H2SO4
增大
減小
加水
Na2SO4
增大
不變
加水
電解電
解質(zhì)型
HCl
電解質(zhì)電離出的陰、陽離子分別在兩極放電
減小
增大
通HCl
CuCl2
減小
—
加CuCl2
放H2
生堿型
NaCl、
KCl
陰極：H2O放H2生堿
陽極：電解質(zhì)陰離子放電
生成新
電解質(zhì)
增大
通HCl
放O2
生酸型
CuSO4、
Cu(NO3)2
陰極：電解質(zhì)陽離子放電
陽極：H2O放O2生酸
生成新
電解質(zhì)
減小
加CuO

1.如圖是一個石墨作電極，電解稀的Na2SO4溶液的裝置，通電后在石墨電極X和Y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，X電極的小于Y電極的
B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體
C.
D．電解一段時間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中，充分攪拌后溶解呈中性

點撥：由題圖分析，X、Y分別為陰極、陽極，電極反應(yīng)式分別為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，所以X電極附近OH－濃度增大，呈藍色，Y電極附近H＋濃度增大，呈紅色?！　　　?br /> 解析：選D　X、Y電極反應(yīng)式分別為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同溫度和壓強下，X電極生成氣體體積大于Y電極，A錯誤；陽極上生成O2，陰極上生成H2，O2和H2都是無色無味氣體，B錯誤；由電極反應(yīng)式知，X電極附近溶液呈堿性，Y電極附近溶液呈酸性，則X電極溶液呈藍色，Y電極溶液呈紅色，C錯誤；惰性電極電解稀的Na2SO4溶液，實際是電解水，將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性，D正確。
2.裝置(Ⅰ)為鐵鎳(Fe-Ni)可充電的堿性電池：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；裝置(Ⅱ)為電解示意圖。當閉合開關(guān)K時，電極Y附近溶液先變紅。X、Y電極為惰性電極。下列說法正確的是(　　)

A．閉合K時，電極X上有無色無味的氣體產(chǎn)生
B．閉合K時，電極X的反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑
C．閉合K時，電子從電極A流向電極X
D．閉合K時，電極A的反應(yīng)式為NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2
解析：選B　閉合K時，電極Y附近溶液先變紅，說明Y極H＋放電產(chǎn)生氫氣，是陰極，則X極是陽極，Cl－放電產(chǎn)生氯氣，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，A項錯誤，B項正確；電極A是正極，電極B是負極，電子從B極流出，C項錯誤；裝置(Ⅰ)為堿性電池，故A極放電時的電極反應(yīng)式為NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－，D項錯誤。
3．下列各組中，每種電解質(zhì)溶液用惰性電極電解時只生成氫氣和氧氣的一組是(　　)
A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2　　　B．NaOH、CuSO4、H2SO4
C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
解析：選C　用惰性電極電解時，常見離子的放電順序：陽離子的放電順序為Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋>K＋，陰離子的放電順序為I－>Br－>Cl－>OH－>常見含氧酸根離子。電解HCl溶液生成H2和Cl2，電解CuCl2溶液生成Cu和Cl2，電解Ba(OH)2溶液生成H2和O2，A不符合；電解NaOH和H2SO4溶液均生成H2和O2，電解CuSO4溶液則生成Cu和O2，B不符合；電解NaOH、H2SO4、Ba(OH)2溶液均相當于電解水，均生成H2和O2，C符合；電解NaBr溶液生成Br2和H2，D不符合。
4.用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是(　　)

A．用石墨作陽極，鐵作陰極
B．陽極的電極反應(yīng)式為Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．陰極的電極反應(yīng)式為＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反應(yīng)：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O

注意：書寫電解池中電極反應(yīng)時，需以實際放電的離子表示，但書寫總反應(yīng)時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。　　　
解析：選D　若鐵作陽極，則鐵失電子生成Fe2＋，則CN－無法除去，故鐵只能作陰極，陽極須為惰性電極，可用石墨作陽極，故A項正確；陽極Cl－失去電子生成ClO－，發(fā)生氧化反應(yīng)，又已知溶液呈堿性，故B項正確；在堿性條件下，水電離出的H＋在陰極得電子生成H2，發(fā)生還原反應(yīng)，故C項正確；溶液pH為9～10，呈堿性，反應(yīng)物中不可能含有大量的H＋，故D項錯誤。
5．(2019·貴陽模擬)如圖電解裝置可將霧霾中的。下列關(guān)于該裝置的說法錯誤的是(　　)

A．SO2通入陽極，該電極上發(fā)生氧化反應(yīng)
B．物質(zhì)M為H2SO4
C．陰極的電極反應(yīng)為NO－5e－＋6H＋===NH＋H2O
D．(NH4)2SO4可作為肥料

點撥：SO2通入陽極，被氧化生成SO，NO通入陰極，被還原生成NH?！　　　?br /> 解析：選C　陽極上SO2失電子生成SO，則陽極的電極反應(yīng)式是SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故A正確；SO2中S化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，溶液介質(zhì)為酸性，SO2被轉(zhuǎn)化為SO，則可判斷產(chǎn)物M為H2SO4，故B正確；NO轉(zhuǎn)化為NH，N化合價降低，得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，則陰極的電極反應(yīng)式為NO＋6H＋＋5e－===NH＋H2O，故C錯誤；(NH4)2SO4是銨態(tài)氮肥，可作為肥料，故D正確。

考點(二)　電解原理的應(yīng)用【精講精練快沖關(guān)】
[知能學通]
1．電解飽和食鹽水
(1)電極反應(yīng)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(反應(yīng)類型：氧化反應(yīng))，
陰極：2H＋＋2e－===H2↑(反應(yīng)類型：還原反應(yīng))。
(2)總反應(yīng)方程式
①化學方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)應(yīng)用：氯堿工業(yè)制燒堿、氫氣和氯氣

陽極
鈦網(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層)
陰極
碳鋼網(wǎng)
陽離子交換膜
①只允許陽離子通過，能阻止陰離子和氣體通過；
②將電解槽隔成陽極室和陰極室；
③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影響燒堿質(zhì)量
2.電鍍和電解精煉銅

電鍍(鐵制品上鍍Cu)
電解精煉銅
陽極

電極材料
鍍層金屬銅
粗銅(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質(zhì))
電極反應(yīng)
Cu－2e－===Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋、
Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、
Ni－2e－===Ni2＋
陰極

電極材料
待鍍鐵制品
精銅
電極反應(yīng)
Cu2＋＋2e－===Cu
電解質(zhì)溶液
含Cu2＋的鹽溶液
電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反應(yīng)，沉積在電解池底部形成陽極泥
3.電冶金
利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。

總方程式
陽極、陰極反應(yīng)式
冶煉鈉
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：2Na＋＋2e－===2Na
冶煉鎂
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：Mg2＋＋2e－===Mg
冶煉鋁
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
陽極：6O2－－12e－===3O2↑
陰極：4Al3＋＋12e－===4Al

[題點練通]
1．H3BO3可以通過電解NaB(OH)4溶液的方法制備，其工作原理如圖。下列敘述錯誤的是(　　)

A．M室發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a% Ni2＋(低濃度)。
下列說法不正確的是(　　)
A．碳棒上發(fā)生的電極反應(yīng)：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．電解過程中，乙中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度將不斷減少
C．為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程中需要控制廢水pH
D．若將圖中陽離子膜去掉，將甲、乙兩室合并，則電解反應(yīng)總方程式發(fā)生改變
解析：選B　A項，陽極電極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極：Ni2＋＋2e－===Ni,2H＋＋2e－===H2↑，正確；B項，由于丙中Ni2＋、H＋不斷減少，Cl－通過陰離子膜從丙移向乙，甲中OH－不斷減少，Na＋通過陽離子膜從甲移向乙，所以乙中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大，錯誤；C項，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低濃度)的氧化性，所以為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程需要控制廢水的pH，正確；D項，若去掉陽離子膜，在陽極Cl－放電生成Cl2，反應(yīng)總方程式發(fā)生改變，正確。
4．(1)①電鍍時，鍍件與電源的________極連接。
②化學鍍的原理是利用化學反應(yīng)生成金屬單質(zhì)沉積在鍍件表面形成鍍層。若用銅鹽進行化學鍍銅，應(yīng)選用________(填“氧化劑”或“還原劑”)與之反應(yīng)。
(2)粗銅的電解精煉如圖所示。在粗銅的電解過程中，粗銅板應(yīng)是圖中電極________(填圖中的字母)；在電極d上發(fā)生的電極反應(yīng)式為___________________________________；若粗銅中還含有Au、Ag、Fe，它們在電解槽中的存在形式和位置為________________________________________________________________________。

(3)以CuSO4溶液為電解質(zhì)溶液進行粗銅(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等雜質(zhì))的電解精煉，下列說法中正確的是________。
a．電能全部轉(zhuǎn)化為化學能
b．粗銅接電源正極，發(fā)生氧化反應(yīng)
c．溶液中Cu2＋向陽極移動
d．利用陽極泥可回收Ag、Pt、Au等金屬
(4)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機陽離子、Al2Cl和AlCl組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應(yīng)接電源的________極，已知電鍍過程中不產(chǎn)生其他離子且有機陽離子不參與電極反應(yīng)，陰極電極反應(yīng)式為_____________________________。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產(chǎn)物為_______。
解析：(1)①電鍍池中，鍍件就是待鍍金屬制品，為陰極，與電源的負極相連；鍍層金屬為陽極，與電源正極相連。②要把銅從銅鹽中置換出來，Cu2＋被還原，所以應(yīng)加入還原劑。(2)粗銅電解精煉時，粗銅作陽極與電源正極相連，所以粗銅板是圖中電極c，d是陰極，發(fā)生的反應(yīng)是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如銅活潑，以單質(zhì)的形式沉積在c(陽極)下方，F(xiàn)e比銅活潑，以Fe2＋的形式進入電解質(zhì)溶液中。(3)粗銅電解精煉時，電能不可能全部轉(zhuǎn)化為化學能，a錯誤；粗銅作陽極與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)，b正確；溶液中的Cu2＋向陰極移動，c錯誤；不活潑金屬Ag、Pt、Au等金屬在陽極沉積，可以回收，d正確。(4)在鋼制品上電鍍鋁，故鋼制品應(yīng)作陰極，與電源的負極相連；因為電鍍過程中“不產(chǎn)生其他離子且有機陽離子不參與電極反應(yīng)”，Al元素在熔融鹽中以Al2Cl和AlCl形式存在，則電鍍過程中負極上得到電子的反應(yīng)是4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；在水溶液中，得電子能力：H＋>Al3＋，故陰極上發(fā)生的反應(yīng)是2H＋＋2e－===H2↑。
答案：(1)①負?、谶€原劑　
(2)c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以單質(zhì)的形式沉積在c(陽極)下方，F(xiàn)e以Fe2＋的形式進入電解質(zhì)溶液中　
(3)bd
(4)負　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2

考點(三)　金屬的電化學腐蝕與防護【精講精練快沖關(guān)】
[知能學通]
1．金屬的腐蝕
(1)金屬腐蝕的本質(zhì)
金屬原子失去電子變成金屬陽離子，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。
(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
金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應(yīng)
不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)
本質(zhì)
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(chǎn)生
有微弱電流產(chǎn)生
聯(lián)系
電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多，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(yīng)
負極
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
鐵銹的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。
2．金屬的防護
(1)電化學防護
犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理
負極：比被保護金屬活潑的金屬
正極：被保護的金屬設(shè)備
外加電流的陰極保護法——電解原理
陰極：被保護的金屬設(shè)備
陽極：惰性電極
(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。

[題點練通]

1.(2019·長寧區(qū)模擬)下列關(guān)于鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的分析正確的是(　　)
A．吸氧腐蝕是吸熱反應(yīng)
B．鐵作原電池正極
C．正極電極反應(yīng)為2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．原電池負極反應(yīng)為Fe－3e－===Fe3＋
解析：選C　鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕屬于金屬的緩慢氧化，屬于放熱反應(yīng)，故A錯誤；鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕過程中鐵作負極，故B錯誤；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－，故C正確；鐵作負極，負極上鐵失電子發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，故D錯誤。
2．如圖所示，各燒杯中盛海水，鐵在其中被腐蝕的速度由快到慢的順序為(　　)

A．②①③④⑤⑥　　　　　B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
解析：選C?、偈荈e為負極，雜質(zhì)碳為正極的原電池腐蝕，是鐵的吸氧腐蝕，腐蝕較慢；②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護，②④中Fe為負極，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接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕；⑥是Fe接電源負極作陰極，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由快到慢的順序為⑤>④>②>①>③>⑥。
　
判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律
(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕由快到慢：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。
(2)對同一金屬來說，腐蝕由快到慢：強電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中(濃度相同)。
(3)活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。
(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。

3.(2019·河西區(qū)模擬)為延長艦船服役壽命可采用的電化學防腐的方法有①艦體與直流電源相連；②艦體上鑲嵌某種金屬塊。下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．方法①中艦體應(yīng)連電源的正極
B．方法②中鑲嵌金屬塊可以是鋅
C．方法①為犧牲陽極的陰極保護法
D．方法②為外加電流的陰極保護法
解析：選B　方法①艦體做陰極，應(yīng)連電源的負極，故A錯誤；方法②為犧牲陽極的陰極保護法，鑲嵌金屬塊作原電池的負極，其活潑性需要大于Fe，可以是鋅，故B正確；方法①利用電解原理，為外加電流的陰極保護法，故C錯誤；方法②利用原電池原理，為犧牲陽極的陰極保護法，故D錯誤。
4. (2019·濰坊模擬)我國多條高壓直流電線路的瓷絕緣子出現(xiàn)鐵帽腐蝕現(xiàn)象，在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽的腐蝕，防護原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)

A．通電時，鋅環(huán)是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．通電時，陰極上的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．斷電時，鋅環(huán)上的電極反應(yīng)為Zn2＋＋2e－===Zn
D．斷電時，仍能防止鐵帽被腐蝕
解析：選C　通電時，鋅環(huán)與電源正極相連，鋅環(huán)作陽極，鋅失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，故A正確；鐵帽為陰極，陰極上H＋得到電子生成氫氣，陰極電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B正確；斷電時，鋅鐵形成原電池，鋅失電子生成Zn2＋，鋅環(huán)上的電極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，F(xiàn)e作正極被保護，仍能防止鐵帽被腐蝕，故C錯誤、D正確。
5.(2017·全國卷Ⅰ)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，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．通入的保護電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整
解析：選C　依題意，鋼管樁為陰極，電子流向陰極，陰極被保護，鋼管樁表面腐蝕電流是指鐵失去電子形成的電流，接近于零，鐵不容易失去電子，A項正確；陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，電子經(jīng)外電路流向陰極，B項正確；高硅鑄鐵作陽極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上主要是海水中的水被氧化生成氧氣，惰性輔助陽極不被損耗，C項錯誤；根據(jù)海水對鋼管樁的腐蝕情況，增大或減小電流強度，D項正確。

考點(四)　串聯(lián)電池與電化學定量計算【多角探明無盲點】
串聯(lián)電池在高考中經(jīng)常出現(xiàn)，主要有外接電源與電解池的串聯(lián)、原電池與電解池的串聯(lián)兩種類型，此類題目解題的關(guān)鍵是判斷各個電化學裝置中的電極，根據(jù)電極種類判斷電極反應(yīng)或進行計算。電化學的定量計算主要與串聯(lián)電池相關(guān)，計算的依據(jù)是串聯(lián)電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等，主要包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。

1.有外接電源電極類型的判斷方法
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)。

[對點練]
1．假設(shè)圖中原電池產(chǎn)生的電壓、電流強度均能滿足電解、電鍍要求，即為理想化。①～⑧為各裝置中的電極編號。下列說法錯誤的是(　　)

A．當K閉合時，甲裝置發(fā)生吸氧腐蝕，在電路中作電源
B．當K斷開時，乙裝置鋅片溶解，有氫氣產(chǎn)生
C．當K閉合后，整個電路中電子的流動方向為③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④
D．當K閉合后，甲、乙裝置中pH變大，丙裝置中pH不變
解析：選A　當K閉合時，形成閉合電路，乙中Zn—Cu形成的原電池比甲中Fe—C形成的原電池產(chǎn)生的電壓大，甲為電解池，乙為原電池。
2．某興趣小組的同學用如圖所示裝置研究有關(guān)電化學的問題。當閉合該裝置的電鍵時，觀察到電流計的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。

請回答下列問題：
(1)甲池為________(填“原電池”“電解池”或“電鍍池”)，通入CH3OH電極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。
(2)乙池中A(石墨)電極的名稱為________(填“正極”“負極”“陰極”或“陽極”)，總反應(yīng)式為_______________________________________________________。
(3)當乙池中B極質(zhì)量增加5.40 g時，甲池中理論上消耗O2的體積為________mL(標準狀況下)，丙池中_______極析出________g銅。
(4)若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，電鍵閉合一段時間后，甲中溶液的pH將________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)；丙中溶液的pH將________。
解析：(1)甲池為原電池，通入CH3OH的電極為負極，電極反應(yīng)式為CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)乙池為用惰性電極電解AgNO3溶液，其中A作陽極，B作陰極，總反應(yīng)式為4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根據(jù)各電極上轉(zhuǎn)移的電子相同，得 n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝××22.4L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝××64g＝1.60 g。(4)若丙中電極不變，將其溶液換成NaCl溶液，根據(jù)丙中總反應(yīng)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，則溶液pH增大，而甲中總反應(yīng)為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH減小。
答案：(1)原電池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O　
(2)陽極　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3 　
(3)280　D　1.60　(4)減小　增大

1.原則
電化學的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，各電極上轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量相等，無論是單一電池還是串聯(lián)電解池，均可抓住電子守恒計算。
2．關(guān)鍵
電極名稱要區(qū)分清楚；電極產(chǎn)物要判斷準確；各產(chǎn)物間量的關(guān)系遵循電子得失守恒。
3．計算方法
(1)根據(jù)電子守恒計算
用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(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。
如圖所示：圖中裝置甲是原電池，乙是電解池，若電路中有0.2 mol 電子轉(zhuǎn)移，則Zn極溶解 g，Cu極上析出H22.24 L(標準狀況)，Pt極上析出 Cl2 mol，C極上析出Cu g。甲池中H＋被還原，生成ZnSO4，溶液pH變大；乙池是電解CuCl2，由于Cu2＋濃度的減小使溶液pH微弱增大，電解后再加入適量CuCl2固體可使溶液復(fù)原。

(2)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。
(3)根據(jù)關(guān)系式計算
根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系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。
如以通過4 mol e－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式：

(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)
該關(guān)系式具有總覽電化學計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學計算問題。
[注意]　在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C來計算電路中通過的電量。
[對點練]
3．如圖所示，通電5 min后，電極5的質(zhì)量增加2.16 g，請回答下列問題：

(1)a為電源的________(填“正”或“負”)極，C池是________池。A池陽極的電極反應(yīng)為__________________，C池陰極的電極反應(yīng)為______________________________。
(2)如果B槽中共收集到224 mL氣體(標準狀況)且溶液體積為200 mL(設(shè)電解過程中溶液體積不變)，則通電前溶液中Cu2＋的物質(zhì)的量濃度為________。
(3)如果A池溶液是200 mL足量的食鹽水(電解過程溶液體積不變)，則通電5 min后，溶液的pH為________。
解析：(1)根據(jù)已知條件通電5 min后，電極5的質(zhì)量增加2.16 g，說明電極5作陰極，Ag＋放電，電極反應(yīng)為Ag＋＋e－===Ag，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.02 mol，同時可知電極6作陽極，與電源的正極相連。則a是負極，b是正極，電極1、3、5作陰極，電極2、4、6作陽極。(2)B槽中電解總反應(yīng)為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若轉(zhuǎn)移0.02 mol 電子時只收集到O2(只電解溶質(zhì))，則根據(jù)關(guān)系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 mol，體積為112 mL(標準狀況)