江蘇專用2019版高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)專題6化學(xué)反應(yīng)與能量變化3第三單元電解原理金屬的腐蝕與防護(hù)教案.doc
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第三單元 電解原理 金屬的腐蝕與防護(hù) 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。 電解原理 [知識梳理] 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。 2.電解池(也叫電解槽) 電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。 3.電解池的組成和工作原理(以電解CuCl2溶液為例) 總反應(yīng)方程式:CuCl2Cu+Cl2↑。 4.電子和離子移動(dòng)方向 (1)電子:從電源的負(fù)極流向電解池的陰極;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。 5.分析電解過程的思維程序 (1)首先判斷陰、陽極,分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)其次分析電解質(zhì)水溶液的組成,找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H+和OH-)。排出陰、陽兩極的放電順序。 陰極:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 陽極:活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子。 (3)然后分析電極反應(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。 (4)最后寫出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。 6.電解規(guī)律(用惰性電極電解) 電解質(zhì) (水溶液) 電極反應(yīng)式 被電解 的物質(zhì) 總化學(xué)方程式 或離子方程式 電解質(zhì) 濃度 溶液 pH 電解質(zhì)溶 液復(fù)原方法 含氧酸 (如H2SO4) 陽極:2H2O-4e-=== 4H++O2↑ 陰極:4H++4e-===2H2↑ 水 2H2OO2↑+2H2↑ 增大 減小 加H2O 強(qiáng)堿 (如NaOH) 陽極:4OH--4e-=== O2↑+2H2O 陰極:4H2O+4e-=== 2H2↑+4OH- 水 2H2OO2↑+2H2↑ 增大 增大 加H2O 活潑金屬 的含氧酸鹽 (如KNO3、 Na2SO4) 陽極:4OH--4e-=== O2↑+2H2O 陰極:4H++4e-===2H2↑ 水 2H2OO2↑+2H2↑ 增大 不變 加H2O 無氧酸 (如HCl, 除HF外) 陽極:2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極:2H++2e-===H2↑ 酸 2HClCl2↑+H2↑ 減小 增大 通入HCl氣體 不活潑金屬 的無氧酸鹽 (如CuCl2, 除氟化物外) 陽極:2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極:Cu2++2e-===Cu 鹽 CuCl2Cu+Cl2↑ 減小 加CuCl2固體 活潑金屬的 無氧酸鹽 (如NaCl) 陽極:2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極:2H++2e-===H2↑ 水和鹽 2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH- 生成新 電解質(zhì) 增大 通入HCl氣體 不活潑金屬 的含氧酸鹽 (如CuSO4) 陽極:2H2O-4e-===4H+ +O2↑ 陰極:2Cu2++4e-===2Cu 水和鹽 2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+ 生成 新電 解質(zhì) 減小 加CuO或 CuCO3 [自我檢測] 1.按要求書寫有關(guān)的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液 陽極反應(yīng)式:___________________________________________; 陰極反應(yīng)式:___________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式:_____________________________________。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽極反應(yīng)式:___________________________________________; 陰極反應(yīng)式:___________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式:_____________________________________。 (3)用銅作電極電解NaCl溶液 陽極反應(yīng)式:___________________________________________; 陰極反應(yīng)式:___________________________________________; 總化學(xué)方程式:_________________________________________。 (4)用銅作電極電解鹽酸 陽極反應(yīng)式:___________________________________________; 陰極反應(yīng)式:___________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式:_____________________________________。 答案:(1)2H2O-4e-===4H++O2↑ 4Ag++4e-===4Ag 4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+ (2)2Cl--2e-===Cl2↑ 2H++2e-===H2↑ Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑ (3)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑ Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑ (4)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑ Cu+2H+Cu2++H2↑ 2.(教材改編)下列關(guān)于銅電極的敘述正確的是( ) A.銅鋅原電池中銅一般作負(fù)極 B.電解熔融氯化鈉制鈉時(shí)用銅作陽極 C.在鍍件上電鍍銅時(shí)用金屬銅作陽極 D.電解稀硫酸制H2、O2時(shí)銅作陽極 解析:選C。A項(xiàng),鋅比銅活潑,故銅一般作正極,錯(cuò)誤;B項(xiàng),電解熔融氯化鈉時(shí)用銅作陽極,陽極上Cl-不能失電子生成Cl2,錯(cuò)誤;C項(xiàng),電鍍時(shí),待鍍金屬作陰極,鍍層金屬為陽極,正確;D項(xiàng),電解H2SO4制H2、O2時(shí),陽極必為惰性電極,錯(cuò)誤。 (1)陰極不管是什么材料,電極本身都不反應(yīng),一定是電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。 (2)最常用、最重要的放電順序是陽極:Cl->OH-;陰極:Ag+>Cu2+>H+。 (3)電解水溶液時(shí),K+、Ca2+、Na+、Mg2+、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。 (2016高考全國卷Ⅰ,11,6分)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(jìn)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(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品 C.負(fù)極反應(yīng)為2H2O-4e-===O2+4H+,負(fù)極區(qū)溶液pH降低 D.當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時(shí),會(huì)有0.5 mol的O2生成 [解析] 該裝置為電解池。H2O在正(陽)極區(qū)放電,生成O2和H+,正(陽)極區(qū)溶液pH減小,中間隔室中的陰離子SO通過cd離子交換膜移向正(陽)極,故正(陽)極區(qū)可得到H2SO4;當(dāng)電路中通過1 mol電子時(shí)生成 0.25 mol O2;H2O在負(fù)(陰)極區(qū)放電,生成OH-和H2,負(fù)(陰)極區(qū)溶液pH增大,中間隔室中的陽離子Na+通過ab離子交換膜移向負(fù)(陰)極,故負(fù)(陰)極區(qū)可得到NaOH,A、C、D項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確。 [答案] B 上述例題中裝置不變,若向中間隔室里加入的是含NaNO3廢水,則兩端隔室分別得到什么產(chǎn)物?若是含NaCl廢水呢? 答案:加入含NaNO3廢水時(shí),陽極室得到O2和HNO3,陰極室得到NaOH和H2;加入含NaCl廢水時(shí),陽極室得到Cl2,陰極室得到NaOH和H2。 題組一 電解原理和電解規(guī)律的考查 1.以石墨為電極,電解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列說法錯(cuò)誤的是( ) A.陰極附近溶液呈紅色 B.陰極逸出氣體 C.陽極附近溶液呈藍(lán)色 D.溶液的pH變小 解析:選D。以石墨為電極,電解KI溶液,陰離子在陽極的放電能力:I->OH-。陽離子在陰極的放電能力:H+>K+。所以該電解反應(yīng)的方程式是2KI+2H2OI2+H2↑+2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉,所以在陽極附近淀粉遇碘單質(zhì)變?yōu)樗{(lán)色;在陰極逸出H2,由于產(chǎn)生OH-,溶液顯堿性,使酚酞溶液變?yōu)榧t色。因?yàn)楫a(chǎn)生了堿,溶液堿性增強(qiáng),所以溶液的pH變大。 2.(2018唐山高三檢測)用石墨電極電解CuCl2溶液(見下圖)。下列分析正確的是( ) A.a(chǎn)端是直流電源的負(fù)極 B.通電使CuCl2發(fā)生電離 C.陽極上發(fā)生的反應(yīng):Cu2++2e-===Cu D.通電一段時(shí)間后,在陰極附近觀察到黃綠色氣體 解析:選A。A項(xiàng)銅離子移向陰極,則a為負(fù)極。B項(xiàng)CuCl2發(fā)生電離是在水分子的作用下完成的,并非通電才能發(fā)生。C項(xiàng)反應(yīng)Cu2++2e-===Cu應(yīng)在陰極上發(fā)生,陽極上發(fā)生的反應(yīng)應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2↑。D項(xiàng)通電一段時(shí)間后,應(yīng)在陽極附近觀察到黃綠色氣體。 題組二 電極反應(yīng)式的書寫 3.(2015高考四川卷)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:Cl-+2OH- -2e-===ClO-+H2O C.陰極的電極反應(yīng)式:2H2O+2e-===H2↑+2OH- D.除去CN-的反應(yīng):2CN-+5ClO-+2H+===N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O 解析:選D。A.由題干信息可知Cl-在陽極放電生成ClO-,則陽極應(yīng)為惰性電極,A項(xiàng)正確;B.Cl-在陽極放電生成ClO-,Cl的化合價(jià)升高,故在陽極發(fā)生氧化反應(yīng),又已知該溶液呈堿性,B項(xiàng)正確;C.陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng),在堿性條件下,H2O提供陽離子(H+),C項(xiàng)正確;D.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。 4.(1)PbO2可以通過石墨為電極,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液電解制取。陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式為____________________________,陰極上觀察到的現(xiàn)象是__________________________________; 若電解液中不加入Cu(NO3)2,陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為________________________, 這樣做的主要缺點(diǎn)是_________________________________________。 (2)將燒堿吸收H2S后的溶液加入如圖所示的電解池的陽極區(qū)進(jìn)行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng):S2--2e-===S (n-1)S+S2-===S ①寫出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式:__________________________________________。 ②電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì),其離子方程式可寫成:__________________________________________。 解析:(1)陽極發(fā)生氧化反應(yīng),即Pb2+失去電子被氧化生成PbO2,同時(shí)考慮鹽溶液水解得到的強(qiáng)酸性環(huán)境;陰極發(fā)生還原反應(yīng),即氧化性強(qiáng)的Cu2+得到電子生成銅;若電解液中不加入Cu(NO3)2,陰極Pb2+得電子變?yōu)镻b,這樣就不能有效利用Pb2+。(2)①在陰極電解質(zhì)溶液是NaOH,同時(shí)圖中顯示產(chǎn)生了H2,因此陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O+2e-===H2↑+2OH-;②加入H2SO4后,H+與S反應(yīng)生成S和H2S。 答案:(1)Pb2++2H2O-2e-===PbO2+4H+ 石墨上包上銅鍍層 Pb2++2e-===Pb 不能有效利用Pb2+ (2)①2H2O+2e-===H2↑+2OH- ②S+2H+===(n-1)S↓+H2S↑ 電解池電極反應(yīng)式的書寫——“二判二析一寫” 題組三 有關(guān)電解的計(jì)算 5.(2018開封高三模擬)用兩支惰性電極插入CuSO4溶液中,通電電解,當(dāng)有110-3 mol的OH-放電時(shí),溶液顯淺藍(lán)色,則下列敘述正確的是( ) A.陽極上析出3.6 mL O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況) B.陰極上析出32 mg Cu C.陰極上析出11.2 mL H2(標(biāo)準(zhǔn)狀況) D.陽極和陰極質(zhì)量都無變化 解析:選B。用惰性電極電解CuSO4溶液時(shí),電極反應(yīng)為陰極:2Cu2++4e-===2Cu,陽極:4OH--4e-===O2↑+2H2O。當(dāng)有110-3 mol的OH-放電時(shí),生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2為5.6 mL,在陰極上析出32 mg Cu,陰極質(zhì)量增加。 6.在如圖所示的裝置中,若通直流電5 min時(shí),銅電極質(zhì)量增加2.16 g。試回答下列問題: (1)電源中X為直流電源的________極。 (2)pH變化:A________,B________,C________。(填“增大”“減小”或“不變”) (3)通電5 min時(shí),B中共收集224 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體,溶液體積為200 mL,則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。 (4)若A中的KCl足量且溶液的體積也是200 mL,電解后,溶液的pH為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。 解析:(1)三個(gè)裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時(shí),Ag+在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ag,所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極,則銀電極是陽極,Y是正極,X是負(fù)極。 (2)電解KCl溶液生成KOH,溶液pH增大;電解CuSO4溶液生成H2SO4,溶液pH減??;電解AgNO3溶液,銀為陽極,不斷溶解,Ag+濃度基本不變,pH不變。 (3)通電5 min時(shí),C中析出0.02 mol Ag,電路中通過0.02 mol電子。B中共收集0.01 mol氣體,若該氣體全為氧氣,則電路中需通過0.04 mol電子,電子轉(zhuǎn)移不守恒。因此,B中電解分為兩個(gè)階段,首先電解CuSO4溶液,生成O2和Cu,然后電解水,生成O2和H2,B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為x,電解H2O時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為y,生成H2的物質(zhì)的量為2y,則4x+4y=0.02 mol(電子轉(zhuǎn)移守恒),x+3y=0.01 mol(氣體物質(zhì)的量之和),解得x=y(tǒng)=0.002 5 mol,所以n(CuSO4)=20.002 5 mol=0.005 mol,c(CuSO4)=0.005 mol0.2 L=0.025 molL-1。 (4)通電5 min時(shí),A中放出0.01 mol H2,溶液中生成0.02 mol KOH,c(OH-)=0.02 mol0.2 L=0.1 molL-1,pH=13。 答案:(1)負(fù) (2)增大 減小 不變 (3)0.025 molL-1 (4)13 解電解計(jì)算題的常用方法 電解原理的應(yīng)用 [知識梳理] 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:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑; 離子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。 (3)應(yīng)用:氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。 2.電鍍和電解精煉銅 電鍍(以Fe 上鍍Cu為例) 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+ Zn-2e-===Zn2+、 Fe-2e-===Fe2+、 Ni-2e-===Ni2+、 Cu-2e-===Cu2+ 陰極 電極 材料 待鍍金屬鐵 純銅 電極 反應(yīng) Cu2++2e-===Cu 電解質(zhì)溶液 含Cu2+的鹽溶液 注:(1)電鍍時(shí),溶液中離子濃度保持不變; (2)電解精煉銅時(shí),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 利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Ca、Na、Mg、Al等。 (1)冶煉鈉:2NaCl2Na+Cl2↑ 陽極:2Cl--2e-===Cl2↑; 陰極:2Na++2e-===2Na。 (2)冶煉鎂:MgCl2Mg+Cl2↑ 陽極:2Cl--2e-===Cl2↑; 陰極:Mg2++2e-===Mg。 (3)冶煉鋁:2Al2O34Al+3O2↑ 陽極:6O2--12e-===3O2↑; 陰極:4Al3++12e-===4Al。 [自我檢測] 1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“”。 (1)反應(yīng)Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑可以設(shè)計(jì)成電解池,但不能設(shè)計(jì)成原電池。( ) (2)電解飽和食鹽水時(shí),兩個(gè)電極均不能用金屬材料。( ) (3)根據(jù)得失電子守恒可知電解精煉銅時(shí),陽極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等。( ) (4)電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。( ) (5)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化,金屬導(dǎo)電是物理變化。( ) (6)任何水溶液電解時(shí),必發(fā)生氧化還原反應(yīng)。( ) 答案:(1)√ (2) (3) (4)√ (5)√ (6)√ 2.下列描述中,符合生產(chǎn)實(shí)際的是________(填序號)。 ①電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁,用鐵作陽極 ②電解法精煉粗銅,用純銅作陰極 ③電解飽和食鹽水制燒堿,用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極 ④在鍍件上電鍍鋅,用鋅作陽極 解析:①中電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁,應(yīng)用石墨作陽極,若用鐵作陽極,鐵會(huì)被氧化。 答案:②③④ (2017高考全國卷Ⅱ,11,6分)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H2SO4H2C2O4混合溶液。下列敘述錯(cuò)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(dòng) [解析] 利用電解氧化法在鋁制品表面形成致密的Al2O3薄膜,即待加工鋁質(zhì)工件作陽極,A項(xiàng)正確;陰極與電源負(fù)極相連,對陰極電極材料沒有特殊要求,可選用不銹鋼網(wǎng)等,B項(xiàng)正確;電解質(zhì)溶液呈酸性,陰極上應(yīng)是H+放電,C項(xiàng)錯(cuò)誤;在電解過程中,電解池中的陰離子向陽極移動(dòng),D項(xiàng)正確。 [答案] C (2017高考海南卷)一種電化學(xué)制備NH3的裝置如圖所示,圖中陶瓷在高溫時(shí)可以傳輸H+。下列敘述錯(cuò)誤的是( ) A.Pd電極b為陰極 B.陰極的反應(yīng)式為N2+6H++6e-===2NH3 C.H+由陽極向陰極遷移 D.陶瓷可以隔離N2和H2 解析:選A。此裝置為電解池,總反應(yīng)是N2+3H22NH3,Pd電極b上是氫氣失去電子化合價(jià)升高,Pd電極b為陽極,故A說法錯(cuò)誤;根據(jù)A選項(xiàng)分析,Pd電極a為陰極,反應(yīng)式為N2+6H++6e-===2NH3,故B說法正確;H+在陰極上與N2反應(yīng),則H+由陽極移向陰極,故C說法正確;根據(jù)裝置圖,陶瓷可以隔離N2和H2,故D說法正確。 題組一 電解原理的“常規(guī)”應(yīng)用 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。下列說法正確的是( ) 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 解析:選D。氯堿工業(yè)中陽極是Cl-放電生成Cl2;電解精煉銅時(shí)陽極粗銅溶解,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,陽極是純銅。 2.金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì),可用電解法制備高純度的鎳,下列敘述正確的是(已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)( ) A.陽極發(fā)生還原反應(yīng),其電極反應(yīng)式為Ni2++2e-===Ni B.電解過程中,陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加相等 C.電解后,溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2+和Zn2+ D.電解后,電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt 解析:選D。陽極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng):Ni-2e-===Ni2+,A錯(cuò);由于Fe、Zn的還原性大于Ni,所以陽極同時(shí)還發(fā)生:Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+,比較兩電極反應(yīng),因Fe、Zn、Ni的相對原子質(zhì)量不等,當(dāng)兩極通過的電量相等時(shí),陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等,B錯(cuò);純鎳作陰極,電解質(zhì)溶液中需含有Ni2+,因Ni2+的氧化性大于Fe2+和Zn2+,所以溶液中陽離子有Fe2+、Zn2+和Ni2+,C錯(cuò);Cu、Pt還原性小于Ni,所以不反應(yīng),D正確。 題組二 電解原理的“不尋?!睉?yīng)用 3.(2018泉州高三檢測)工業(yè)上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni的原理如圖所示。 已知:①Ni2+在弱酸性溶液中發(fā)生水解 ②氧化性:Ni2+(高濃度)>H+>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,B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A、B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(xiàng),電極反應(yīng)式為陽極:4OH--4e-===2H2O+O2↑,陰極:Ni2++2e-===Ni、2H++2e-===H2↑,正確;B項(xiàng),由于C中Ni2+、H+不斷減少,Cl-通過陰離子膜從C移向B,A中OH-不斷減少,Na+通過陽離子膜從A移向B,所以B中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大,錯(cuò)誤;C項(xiàng),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(xiàng),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)根據(jù)2CrO+2H+Cr2O+H2O設(shè)計(jì)圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,圖中右側(cè)電極連接電源的______極,其電極反應(yīng)式為_______________ ________________________________________________________________________。 (2)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下: 電解池中隔膜僅阻止氣體通過,陰、陽兩極均為惰性電極。 ①A極為________,電極反應(yīng)式為________________________________。 ②B極為________,電極反應(yīng)式為_______________________________。 解析:(1)根據(jù)NaOH溶液濃度的變化及Na+交換膜,左側(cè)為陰極區(qū)域,右側(cè)為陽極區(qū)域,電極反應(yīng)式為 陰極:4H2O+4e-===2H2↑+4OH-; 陽極:4OH--4e-===O2↑+2H2O。 (2)H2產(chǎn)生是因?yàn)镠2O電離的H+在陰極上得電子,即6H2O+6e-===3H2↑+6OH-,所以B極為陰極,A極為陽極,電極反應(yīng)式為CO(NH2)2-6e-+8OH-===N2↑+CO+6H2O,陽極反應(yīng)式容易錯(cuò)寫成4OH--4e-===2H2O+O2↑。 答案:(1)正 4OH--4e-===O2↑+2H2O (2)①陽極 CO(NH2)2+8OH--6e-===N2↑+CO+6H2O?、陉帢O 6H2O+6e-===3H2↑+6OH- 電解原理應(yīng)用中的注意要點(diǎn) (1)陽離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)只允許陽離子(Na+、H+)通過,而阻止陰離子(Cl-、OH-)和分子 (Cl2)通過,這樣既能防止H2和Cl2混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影響燒堿質(zhì)量。 (2)電解或電鍍時(shí),電極質(zhì)量減少的電極必為金屬電極——陽極;電極質(zhì)量增加的電極必為陰極,即溶液中的金屬陽離子得電子生成金屬附著在陰極上。 (3)電解精煉銅,粗銅中含有的Zn、Fe、Ni等活潑金屬失去電子,變成金屬陽離子進(jìn)入溶液,其活潑性小于銅的雜質(zhì)以陽極泥的形式沉積。電解過程中電解質(zhì)溶液中的Cu2+濃度會(huì)逐漸減小。 金屬的腐蝕與防護(hù) [知識梳理] 1.化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較 類型 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)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+ 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 有電流產(chǎn)生 聯(lián)系 兩者往往同時(shí)發(fā)生,電化學(xué)腐蝕更普遍 2.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 水膜性質(zhì) 酸性 弱酸性或中性 負(fù)極反應(yīng) Fe-2e-===Fe2+ 正極反應(yīng) 2H++2e-===H2↑ 2H2O+O2+4e- ===4OH- 總反應(yīng) Fe+2H+=== Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O=== 2Fe(OH)2 其他反應(yīng) 鐵銹的形成:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O 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——利用原電池原理 負(fù)極(陽極)是作保護(hù)材料的金屬,正極(陰極)是被保護(hù)的金屬設(shè)備。 ②外加電流的陰極保護(hù)法——利用電解原理 陰極是被保護(hù)的金屬設(shè)備;陽極是惰性電極。 (2)其他方法 ①改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成合金; ②使金屬與空氣、水等物質(zhì)隔離,如電鍍、噴油漆等。 [自我檢測] 1.判斷正誤,正確的打“√”,錯(cuò)誤的打“”。 (1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。( ) (2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。( ) (3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí),負(fù)極鐵失去電子生成Fe3+。( ) (4)在金屬表面覆蓋保護(hù)層,若保護(hù)層破損后,就完全失去了對金屬的保護(hù)作用。( ) (5)外加電流的陰極保護(hù)法構(gòu)成了電解池;犧牲陽極的陰極保護(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。( ) 解析:(1)銀器表面變黑,主要是生成Ag2S,鋼鐵表面生銹是生成Fe2O3nH2O,原理不同,錯(cuò)誤;(2)銅是生成“銅綠”[Cu2(OH)2CO3],錯(cuò)誤;(3)鋼鐵腐蝕時(shí),負(fù)極鐵失電子生成Fe2+,錯(cuò)誤;(4)若鍍層比被保護(hù)金屬活潑,如鐵表面鍍鋅,鋅層破損后,鋅鐵構(gòu)成原電池,鐵作正極,受到保護(hù),錯(cuò)誤。 答案:(1) (2) (3) (4) (5)√ 2.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?yàn)開_______________。 解析:①是Fe為負(fù)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(hù);②④中Fe為負(fù)極,均被腐蝕,但Fe和Cu的金屬活潑性差別大于Fe和Sn的活潑性差別,故FeCu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。故鐵在海水中被腐蝕的速率由快到慢的順序?yàn)棰?④>②>①>③>⑥。 答案:⑤④②①③⑥ 電化學(xué)腐蝕規(guī)律 (1)對同一種金屬來說,腐蝕快慢:強(qiáng)電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。 (2)活動(dòng)性不同的兩金屬:活動(dòng)性差別越大,活動(dòng)性強(qiáng)的金屬腐蝕越快。 (3)對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快,且氧化劑的濃度越高,氧化性越強(qiáng),腐蝕越快。 (4)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。 (5)從防腐措施方面分析,腐蝕的快慢為無防護(hù)條件的防腐>有一般防護(hù)條件的防腐>犧牲陽極的陰極保護(hù)法防腐>外加電流的陰極保護(hù)法防腐。 (2017高考全國卷Ⅰ,11,6分)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 [解析] 依題意,鋼管樁為陰極,電子流向陰極,陰極被保護(hù),鋼管樁表面腐蝕電流是指鐵失去電子形成的電流,接近于0,鐵不容易失去電子,A項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)錯(cuò)誤;根據(jù)海水對鋼管樁的腐蝕情況,增大或減小電流強(qiáng)度,D項(xiàng)正確。 [答案] C (2015高考上海卷)研究電化學(xué)腐蝕及防護(hù)的裝置如圖所示。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是( ) A.d 為石墨,鐵片腐蝕加快 B.d為石墨,石墨上電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH- C.d為鋅塊,鐵片不易被腐蝕 D.d為鋅塊,鐵片上電極反應(yīng)為2H++2e-===H2↑ 解析:選D。A.由于活動(dòng)性:Fe>石墨,所以鐵、石墨及海水構(gòu)成原電池,F(xiàn)e為負(fù)極,失去電子被氧化變?yōu)镕e2+進(jìn)入溶液,溶解在海水中的氧氣在正極石墨上得到電子被還原,比沒有形成原電池時(shí)鐵片的腐蝕速率快,正確。B.d為石墨,由于是中性電解質(zhì),所以發(fā)生的是吸氧腐蝕,石墨上氧氣得到電子,發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH-,正確。C.若d為鋅塊,則由于金屬活動(dòng)性:Zn>Fe,Zn為原電池的負(fù)極,F(xiàn)e為正極,首先被腐蝕的是Zn,鐵得到保護(hù),鐵片不易被腐蝕,正確。D.d為鋅塊,由于電解質(zhì)為中性環(huán)境,發(fā)生的是吸氧腐蝕,在鐵片上電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH-,錯(cuò)誤。 題組一 金屬的腐蝕 1. 如圖裝置中,小試管內(nèi)為紅墨水,具支試管內(nèi)盛有pH=4的久置的雨水和生鐵片。實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察到:開始時(shí)導(dǎo)管內(nèi)液面下降,一段時(shí)間后導(dǎo)管內(nèi)液面回升,略高于小試管內(nèi)液面。下列說法正確的是( ) A.生鐵片中的碳是原電池的陽極,發(fā)生還原反應(yīng) B.雨水酸性較強(qiáng),生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕 C.墨水回升時(shí),碳電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH- D.具支試管中溶液pH逐漸減小 解析:選C。生鐵片中的碳是原電池的正極,A錯(cuò);雨水酸性較強(qiáng),開始時(shí)鐵片發(fā)生析氫腐蝕,產(chǎn)生氫氣,導(dǎo)管內(nèi)液面下降,一段時(shí)間后鐵片發(fā)生吸氧腐蝕,吸收氧氣,導(dǎo)管內(nèi)液面回升,B錯(cuò);墨水回升時(shí),鐵片發(fā)生吸氧腐蝕,碳極為正極,電極反應(yīng)為O2+2H2O+4e-===4OH-,C對;鐵片無論是發(fā)生析氫腐蝕還是吸氧腐蝕,具支試管內(nèi)溶液pH均增大,D錯(cuò)。 2.(1)如圖是實(shí)驗(yàn)室研究海水對鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。 ①該電化學(xué)腐蝕稱為________。 ②圖中A、B、C、D四個(gè)區(qū)域,生成鐵銹最多的是________(填字母)。 (2)(2015高考重慶卷)下圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原理示意圖。 ①腐蝕過程中,負(fù)極是________(填圖中字母“a”或“b”或“c”); ②環(huán)境中的Cl-擴(kuò)散到孔口,并與正極反應(yīng)產(chǎn)物和負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl,其離子方程式為______________________________________________; ③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,則理論上耗氧體積為________L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。 解析:(1)①金屬在中性和較弱的酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕。 ②發(fā)生吸氧腐蝕,越靠近液面接觸到的O2越多,生成的鐵銹越多。 (2)①負(fù)極發(fā)生失電子的反應(yīng),銅作負(fù)極失電子,因此負(fù)極為c。負(fù)極反應(yīng):Cu-2e-===Cu2+,正極反應(yīng):O2+2H2O+4e-===4OH-。 ②正極反應(yīng)產(chǎn)物為OH-,負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)物為Cu2+,兩者與Cl-反應(yīng)生成Cu2(OH)3Cl,其離子方程式為2Cu2++3OH-+Cl-===Cu2(OH)3Cl↓。 ③4.29 g Cu2(OH)3Cl的物質(zhì)的量為0.02 mol,由Cu元素守恒知,發(fā)生電化學(xué)腐蝕失電子的Cu單質(zhì)的物質(zhì)的量為0.04 mol,失去電子0.08 mol,根據(jù)電子守恒可得,消耗O2的物質(zhì)的量為0.02 mol,所以理論上消耗氧氣的體積為0.448 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。 答案:(1)①吸氧腐蝕 ②B (2)①c?、?Cu2++3OH-+Cl-===Cu2(OH)3Cl↓?、?.448 題組二 金屬的防護(hù) 3.下列金屬防腐的措施中,使用外加電流的陰極保護(hù)法的是( ) A.水中的鋼閘門連接電源的負(fù)極 B.金屬護(hù)欄表面涂漆 C.汽車底盤噴涂高分子膜 D.地下鋼管連接鎂塊 解析:選A。外加電流的陰極保護(hù)法是指把要保護(hù)的金屬連接在直流電源的負(fù)極上,使其作為電解池的陰極被保護(hù),A項(xiàng)符合題意;金屬表面涂漆或噴涂高分子膜是防止金屬與其他物質(zhì)接觸發(fā)生反應(yīng),B、C選項(xiàng)不符合題意;地下鋼管連接鎂塊,是犧牲陽極的陰極保護(hù)法,D項(xiàng)不符合題意。 4.對金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理,可延長其使用壽命。 (1)以鋁材為陽極,在H2SO4溶液中電解,鋁材表面形成氧化膜,陽極的電極反應(yīng)式為_________________________________。 (2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕,電鍍時(shí)用銅而不用石墨作陽極的原因是__________________。 在此過程中,兩個(gè)電極上質(zhì)量的變化值:陰極________陽極(填“>”“<”或“=”)。 (3)利用如圖所示裝置,可以模擬鐵的電化學(xué)防護(hù)。 若X為碳棒,為減緩鐵的腐蝕,開關(guān)K應(yīng)置于________處。若X為鋅,開關(guān)K置于M處,該電化學(xué)防護(hù)法稱為________________________。 解析:(3)鐵被保護(hù),可以作原電池的正極或電解池的陰極。故若X為碳棒,開關(guān)K應(yīng)置于N處,F(xiàn)e作陰極受到保護(hù);若X為鋅,開關(guān)K置于M處,鐵作正極,稱為犧牲陽極的陰極保護(hù)法。 答案:(1)2Al+3H2O-6e-===Al2O3+6H+ (2)能向電鍍液中不斷補(bǔ)充Cu2+,使電鍍液中的Cu2+濃度保持恒定?。? (3)N 犧牲陽極的陰極保護(hù)法 (1)金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬失去電子,發(fā)生氧化反應(yīng)。 (2)酸性條件下鐵易發(fā)生析氫腐蝕,弱酸性和中性條件下鐵易發(fā)生吸氧腐蝕,后者更普遍。 (3)金屬防護(hù)的方法有覆蓋保護(hù)層法、犧牲陽極的陰極保護(hù)法、外接電源的陰極保護(hù)法、改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)法等。 [課后達(dá)標(biāo)檢測] 一、選擇題 1.下列說法正確的是( ) A.氯堿工業(yè)中,燒堿在陽極區(qū)生成 B.電解熔融氯化鋁冶煉金屬鋁 C.電鍍時(shí),用鍍層金屬作陽極 D.將鋼閘門與外接電源正極相連,可防止其腐蝕 解析:選C。A項(xiàng),水中的H+在陰極放電,溶液中c(OH-)增大,燒堿在陰極區(qū)生成,錯(cuò)誤;B項(xiàng),氯化鋁是共價(jià)化合物,熔融狀態(tài)不導(dǎo)電,錯(cuò)誤;C項(xiàng),電鍍時(shí),鍍層金屬作陽極,鍍件作陰極,正確;D項(xiàng),將鋼閘門與外接電源負(fù)極相連,作陰極(外加電流陰極保護(hù)法),可防止其腐蝕,錯(cuò)誤。 2. 電滲析法是一種利用A、B離子交換膜進(jìn)行海水淡化的方法,其原理如圖所示。已知海水中含Na+、Cl-、Ca2+、Mg2+、SO等離子,電極為惰性電極。下列敘述中正確的是( ) A.是原電池裝置,把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 B.是電解裝置,只發(fā)生物理變化 C.左右池中得到淡水 D.A膜是陰離子交換膜,B膜是陽離子交換膜 解析:選D。A項(xiàng),該裝置有外接電源,是電解池,錯(cuò)誤;B項(xiàng),電解過程發(fā)生化學(xué)反應(yīng),錯(cuò)誤;a為陽極,海水中的Cl-、OH-放電,海水中的陰離子透過陰離子交換膜進(jìn)入左池,b為陰極,海水中的H+放電,海水中的陽離子透過陽離子交換膜進(jìn)入右池,所以左右兩池得不到淡水,中間得到的是淡水,C錯(cuò)誤,D正確。 3. 探究電解精煉銅(粗銅含有Ag、Zn、Fe)和電化學(xué)腐蝕裝置如圖,下列敘述正確的是( ) A.精煉銅時(shí),電解質(zhì)為硫酸銅溶液,X電極反應(yīng)為Cu2++2e-===Cu B.精煉銅時(shí),溶液中Ag+、Zn2+、Fe2+濃度增大 C.X電極為石墨,Y電極為Cu,則銅受到保護(hù) D.X電極為Fe,Y電極為Cu,則鐵受到保護(hù) 解析:選C。A項(xiàng),精煉銅時(shí),X為陽極,銅及比銅活潑的金屬失電子,錯(cuò)誤;B項(xiàng),Ag的金屬性弱于銅,不會(huì)在陽極放電,以沉淀形式形成陽極泥,錯(cuò)誤;C項(xiàng),Y為陰極,受到保護(hù),正確;D項(xiàng),X為陽極,鐵作陽極,優(yōu)先失電子,錯(cuò)誤。 4.(2018濟(jì)南高三檢測)如圖所示,X、Y分別是直流電源的兩極,通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加,b極板處有無色、無味氣體放出。符合這一情況的是下表中的( ) 選項(xiàng) a極板 b極板 X Z A 鋅 石墨 負(fù)極 CuSO4 B 石墨 石墨 負(fù)極 NaOH C 銀 鐵 正極 AgNO3 D 銅 石墨 負(fù)極 CuCl2 解析:選A。由題意知,通電后a極板質(zhì)量增加,說明有金屬析出,由此可知,a極為電解池的陰極,則X為電源負(fù)極,B、C均不符合;又b處放出的是無色、無味的氣體,D不符合。 5.(2018山西四校聯(lián)考)500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)=0.3 molL-1,用石墨作電極電解此溶液,當(dāng)通電一段時(shí)間后,兩極均收集到氣體1.12 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況),假定電解后溶液體積仍為500 mL,下列說法正確的是( ) A.原混合溶液中c(Na+)=0.2 molL-1 B.電解后溶液中c(H+)=0.2 molL-1 C.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.4 mol電子 D.電解后得到的Cu的物質(zhì)的量為0.1 mol 解析:選B。陽極是陰離子放電,放電能力:OH->NO,根據(jù)題給信息,陽極一定是OH-放電,生成0.05 mol氧氣,轉(zhuǎn)移0.2 mol電子;陰極離子放電能力:Cu2+>H+>Na+,所以Cu2+先放電,然后是H+放電,陰極生成0.05 mol氫氣時(shí),轉(zhuǎn)移0.1 mol電子,根據(jù)得失電子守恒知,Cu2+轉(zhuǎn)移0.1 mol電子,n(Cu2+)=0.05 mol。所以原溶液中n[Cu(NO3)2]=0.05 mol,又n(NO)=0.3 molL-10.5 L=0.15 mol,則n(NaNO3)=0.05 mol。原混合溶液中c(Na+)=0.1 molL-1,A項(xiàng)錯(cuò)誤;結(jié)合以上分析及電解總方程式Cu2++2H2OCu+H2↑+O2↑+2H+可知,生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H+,電解后溶液中c(H+)==0.2 molL-1,B項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤;上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol電子,C項(xiàng)錯(cuò)誤。 6.如圖所示為用固體二氧化鈦(TiO2)生產(chǎn)海綿鈦的裝置示意圖,其原理是TiO2中的氧解離進(jìn)入熔融鹽中而得到純鈦。下列說法中正確的是( ) A.a(chǎn)極是正極,石墨極是陰極 B.反應(yīng)后,石墨電極的質(zhì)量不發(fā)生變化 C.電解過程中,O2-、Cl-均向a極移動(dòng) D.陰極的電極反應(yīng)式為TiO2+4e-===Ti+2O2- 解析:選D。TiO2發(fā)生還原反應(yīng)得到純鈦,故加入高純TiO2的電極是電解池的陰極,a極是電源的負(fù)極,石墨極是陽極,A項(xiàng)錯(cuò)誤;O2-在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2,高溫下,石墨與O2反應(yīng)生成CO、CO2,導(dǎo)致石墨質(zhì)量減小,B項(xiàng)錯(cuò)誤;電解過程中,陰離子向陽極(石墨極)移動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;TiO2中的氧解離進(jìn)入熔融鹽而得到純鈦,發(fā)生了還原反應(yīng),生成了Ti和O2-,D項(xiàng)正確。 7.(2018慶陽高三一診)一定條件下,利用如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的儲氫,下列有關(guān)說法正確的是( ) A.外電路電子的移動(dòng)方向:A→電源→B B.氣體X在反應(yīng)中通常體現(xiàn)還原性 C.電極D為惰性電極,E為活潑電極 D.電極D的電極反應(yīng)式為C6H6+6H++6e-===C6H12 解析:選D。苯→環(huán)己烷,相當(dāng)于加氫,為還原反應(yīng),所以電極D為陰極,電極E為陽極,A為負(fù)極,B為正極。A項(xiàng),電子由A極→電極D,電極E→B極,錯(cuò)誤;B項(xiàng),陽極OH-放電生成氧氣,X氣體為氧氣,通常表現(xiàn)氧化性,錯(cuò)誤;C項(xiàng),E為陽極,若活潑電極為陽極,優(yōu)先失電子,無氣體X生成,錯(cuò)誤。 8.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,則下列說法正確的是( ) A.電流方向:電極Ⅳ→A→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 解析:選A。當(dāng)多個(gè)池串聯(lián)時(shí),兩電極材料活潑性相差大的作原電池,其他池作電解池,由此可知圖示中左邊兩池組成原電池,右邊組成電解池。A項(xiàng),電子移動(dòng)方向:電極Ⅰ→A→電極Ⅳ,電流方向與電子移動(dòng)方向相反,正確。B項(xiàng),原電池負(fù)極在工作中失去電子,被氧化,發(fā)生氧化反應(yīng),錯(cuò)誤。C項(xiàng),原電池正極得電子,銅離子在電極Ⅱ上得電子,生成銅單質(zhì),該電極質(zhì)量逐漸增大,錯(cuò)誤。D項(xiàng),電解池中陽極為活性電極時(shí),電極本身失電子,形成離子進(jìn)入溶液中,因?yàn)殡姌OⅡ?yàn)檎龢O,因此電極Ⅲ為電解池的陽極,其電極反應(yīng)式為Cu-2e-===Cu2+,錯(cuò)誤。 9.(2016高考北京卷)用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)一 實(shí)驗(yàn)二 裝置 現(xiàn)象 a、d處試紙變藍(lán);b處變紅,局部褪色;c處無明顯變化 兩個(gè)石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生;n處有氣泡產(chǎn)生;…… 下列對實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)一的原理,實(shí)驗(yàn)二中m處能析出銅 解析:選B。由于有外接電源,所以實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二均為電解池裝置。實(shí)驗(yàn)一中,鐵絲中的電流方向?yàn)閺膁到c,電子移動(dòng)方向?yàn)閺腸到d,所以實(shí)驗(yàn)一的裝置是比較復(fù)雜的電解池,其中a為陰極,c為陽極,d為陰極,b為陽極。a、d處發(fā)生反應(yīng)2H2O+2e-===H2↑+2OH-,A項(xiàng)正確;若b處發(fā)生反應(yīng)2Cl--2e-===Cl2↑,不足以解釋b處“變紅”和“褪色”現(xiàn)象,B項(xiàng)錯(cuò)誤;c處鐵作陽極,發(fā)生反應(yīng)Fe-2e-===Fe2+,由于生成的Fe2+濃度較小,且pH試紙本身有顏色,故顏色上無明顯變化,C項(xiàng)正確;實(shí)驗(yàn)二是一個(gè)更加復(fù)雜的電解池裝置,兩個(gè)銅珠的左端均為陽極,右端均為陰極,初始時(shí)兩個(gè)銅珠的左端(陽極)均發(fā)生反應(yīng)Cu-2e-===Cu2+,右端(陰極)均發(fā)生反應(yīng)2H++2e-===H2↑,一段時(shí)間后,Cu2+移動(dòng)到m處,m處附近Cu2+濃度增大,發(fā)生反應(yīng)Cu2++2e-===Cu,m處能生成銅,D項(xiàng)正確。 二、非選擇題 10.Zn-MnO2干電池應(yīng)用廣泛,其電解質(zhì)溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。 (1)該電池的負(fù)極材料是________,電池工作時(shí),電子流向________(填“正極”或“負(fù)極”)。 (2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有雜質(zhì)Cu2+,會(huì)加速某電極的腐蝕。其主要原因是__________________________________。欲除去Cu2+,最好選用下列試劑中的________(填代號)。 a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3H2O (3)MnO2的生產(chǎn)方法之一是以石墨為電極,電解酸化的MnSO4溶液。陰極的電極反應(yīng)式是______________。若電解電路中通過2 mol電子,MnO2的理論產(chǎn)量為________。 解析:(1)還原性較強(qiáng)的Zn作負(fù)極,電子由負(fù)極經(jīng)外電路流向正極。(2)除雜原則是加入的物質(zhì)要過量(以除盡雜質(zhì))且不能引入新雜質(zhì),故選Zn將Cu2+置換而除去。(3)陰極上應(yīng)是H+得電子。由關(guān)系式知:MnSO4~MnO2~2e-,電路中通過2 mol電子產(chǎn)生1 mol MnO2,即87 g。 答案:(1)Zn 正極 (2)鋅與還原出來的Cu構(gòu)成銅鋅原電池而加快鋅的腐蝕 b (3)2H++2e-===H2↑ 87 g 11.如圖所示為相互串聯(lián)的甲、乙兩電解池,試回答: (1)若甲池利用電解原理在鐵上鍍銀,則A是________、________(填電極材料和電極名稱),電極反應(yīng)式是________________;B是__________、__________(要求同A),電極反應(yīng)式是__________________________,應(yīng)選用的電解質(zhì)溶液是________。 (2)乙池中若滴入少量酚酞試液,開始電解一段時(shí)間,鐵極附近呈________色。 (3)電解完畢,若甲槽陰極增重43.2 g,則乙槽中陽極上放出的氣體在標(biāo)況下的體積是________mL。 (4)若乙槽中剩余溶液仍為400 mL,則電解后所得溶液的物質(zhì)的量濃度為______molL-1,pH等于______。 解析:(2)Fe極附近H+放電,破壞了附近水的電離平衡,使c(OH-)增大,顯堿性,遇酚酞試液呈紅色。 (3)甲槽陰極析出銀:n(Ag)==0.4 mol,乙槽中陽極上放出的氣體是氯氣:n(Cl2)=0.2 mol,V(Cl2)=0.2 mol22 400 mLmol-1=4 480 mL。 (4)由2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑可知: n(NaOH)=0.2 mol2=0.4 mol,c(NaOH)==1 molL-1,pH=14。 答案:(1)鐵 陰極 Ag++e-===Ag 銀 陽極 Ag-e-===Ag+ AgNO3溶液 (2)紅 (3)4 480 (4)1 14 12.如圖所示三套實(shí)驗(yàn)裝置,分別回答下列問題。 (1)裝置1為鐵的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn)。一段時(shí)間后,向插入鐵釘?shù)牟A矁?nèi)滴入NaOH溶液,即可觀察到鐵釘附近的溶液有沉淀,表明鐵被________(填“氧化”或“還原”);向插入石墨棒的玻璃筒內(nèi)滴入酚酞溶液,可觀察到石墨棒附近的溶液變紅,該電極反應(yīng)式為__________________________________。 (2)裝置2中的石墨是______極(填“正”或“負(fù)”),該裝置發(fā)生總反應(yīng)的離子方程式為________________________________________________________________________。 (3)裝置3中甲燒杯盛放100 mL 0.2 molL-1的NaCl溶液,乙燒杯盛放100 mL 0.5 molL-1的CuSO4溶液。反應(yīng)一段時(shí)間后,停止通電。向甲燒杯中滴入幾滴酚酞,觀察到石墨電極附近首先變紅。 ①電源的M端為________極;甲燒杯中鐵電極的電極反應(yīng)式為_________。 ②乙燒杯中電解反應(yīng)的離子方程式為________________________________。 ③停止電解,取出Cu電極,洗滌、干燥、稱量,電極增重0.64 g,甲燒杯中產(chǎn)生的氣體標(biāo)準(zhǔn)狀況下的- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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