2019-2020年高考化學大一輪復(fù)習 第六章 化學反應(yīng)與能量 第三講 電解池金屬腐蝕與防護講義.doc

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2019-2020年高考化學大一輪復(fù)習 第六章 化學反應(yīng)與能量 第三講 電解池金屬腐蝕與防護講義xx高考導(dǎo)航考綱要求真題統(tǒng)計命題趨勢1.了解電解池的工作原理，能寫出電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2理解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因，金屬腐蝕的危害，防止金屬腐蝕的措施。xx，卷 28T(2)；xx，卷 27T(4)；xx，卷 27T(3)預(yù)計xx年高考仍將重點考查電解池的工作原理，如陰陽極的判斷、電極反應(yīng)式的書寫及溶液pH的變化等；借助電解原理進行的工業(yè)實際問題如新材料的制取等。復(fù)習備考時應(yīng)注重電解原理的實質(zhì)，從氧化還原反應(yīng)的角度認識電化學，注重與元素化合物、有機化學、電解質(zhì)溶液、化學實驗設(shè)計、新能源等知識的聯(lián)系?？键c一電解原理學生用書P145一、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。二、電解池1電解池的構(gòu)成條件(1)有與電源相連的兩個電極。(2)兩個電極插入電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)中。(3)形成閉合回路。2電極名稱及電極反應(yīng)式以用惰性電極電解CuCl2溶液為例：總反應(yīng)方程式：CuCl2CuCl2。3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。三、陰、陽極的判斷及電極反應(yīng)式的書寫1判斷電解池的陰、陽極(1)根據(jù)外接電源的正、負極判斷電源正極連接陽極；電源負極連接陰極。(2)根據(jù)電極產(chǎn)物判斷電極溶解、逸出O2(或電極區(qū)變酸性)或逸出Cl2的為陽極；析出金屬、逸出H2(或電極區(qū)變堿性)的為陰極。2電極反應(yīng)式的書寫步驟(1)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)。(2)排出陰、陽兩極的放電順序陽極活性電極(Zn、Fe、Cu等)：電極材料失電子；惰性陽極(Pt、Au、石墨等)：S2IBrClOH含氧酸根。陰極AgFe3Cu2H(酸中)Fe2Zn2。(3)寫出兩極電極反應(yīng)式陽極：活性電極失去電子生成相應(yīng)的金屬陽離子；溶液中的陰離子失去電子生成相應(yīng)的單質(zhì)或高價態(tài)化合物。陰極：溶液中的陽離子得到電子生成相應(yīng)的單質(zhì)或低價態(tài)化合物。(4)寫出電解總反應(yīng)式在兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相同的前提下，兩極反應(yīng)式相加即可得總反應(yīng)的化學方程式或離子方程式。1分析電解下列物質(zhì)的過程，并總結(jié)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)總化學方程式或離子方程式電解質(zhì)濃度變化溶液pH變化電解質(zhì)溶液復(fù)原方法含氧酸(如H2SO4)陽極： _陰極：_加_強堿(如NaOH)陽極： _陰極： _加_活潑金屬的含氧酸鹽(如KNO3、Na2SO4)陽極： _陰極：_加_無氧酸(如HCl，除HF外)陽極： _陰極： _續(xù)表電解質(zhì)(水溶液)電極反應(yīng)式被電解的物質(zhì)總化學方程式或離子方程式電解質(zhì)濃度變化溶液pH變化電解質(zhì)溶液復(fù)原方法不活潑金屬的無氧酸鹽(如CuCl2，除氟化物外)陽極： _陰極： _加_活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)陽極： _陰極：_水和鹽生成新電解質(zhì)不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)陽極： _陰極： _2Cu22H2O2CuO24H生成新電解質(zhì)加_(1)電解過程中放H2生堿型和放O2生酸型的實質(zhì)是什么？在放H2生堿型的電解中，若滴入酚酞試液，哪一極附近溶液變紅？電解質(zhì)溶液的復(fù)原遵循什么原則？(2)上表中要使電解后的NaCl溶液復(fù)原，滴加鹽酸可以嗎？上表中要使電解后的CuSO4溶液復(fù)原，加入Cu(OH)2固體可以嗎？答案：(從左到右，從上到下)4OH4e=O22H2O4H4e=2H2水2H2OO22H2增大減小水4OH4e=O22H2O4H4e=2H2水2H2OO22H2增大增大水4OH4e=O22H2O4H4e=2H2水2H2OO22H2增大不變水2Cl2e=Cl22H2e=H2酸2HClCl2H2減小增大通入HCl氣體2Cl2e=Cl2Cu22e=Cu鹽CuCl2CuCl2減小CuCl22Cl2e=Cl22H2e=H22Cl2H2OCl2H22OH增大通入HCl氣體4OH4e=O22H2O2Cu24e=2Cu水和鹽減小CuO(或CuCO3)(1)放H2生堿型實質(zhì)是水電離出H在陰極上放電，破壞了陰極附近水的電離平衡，使OH濃度增大，若滴入酚酞試液，陰極附近溶液變紅；放O2生酸型的實質(zhì)是水電離出OH在陽極上放電，破壞了陽極附近水的電離平衡，使H濃度增大。電解質(zhì)溶液的復(fù)原應(yīng)遵循“從溶液中析出什么補什么”的原則，即從溶液中析出哪種元素的原子，則應(yīng)按比例補入哪些原子。(2)電解NaCl溶液時析出的是等物質(zhì)的量的Cl2和H2，所以應(yīng)通入氯化氫氣體，加入鹽酸會引入過多的水。不可以，加入Cu(OH)2固體會使溶液的濃度比原來低。2按要求書寫有關(guān)的電極反應(yīng)式及總方程式。(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：_；總反應(yīng)化學方程式：_。(4)用銅作電極電解HCl溶液陽極反應(yīng)式：_；陰極反應(yīng)式：_；總反應(yīng)離子方程式：_。解析：注意陽極若是活性材料，則陽極金屬失電子形成離子。答案：(1)4OH4e=O22H2O4Ag4e=4Ag4Ag2H2O4AgO24H(2)2Cl2e=Cl22H2e=H2Mg22Cl2H2OMg(OH)2Cl2H2(3)Cu2e=Cu22H2e=H2Cu2H2OCu(OH)2H2(4)Cu2e=Cu22H2e=H2Cu2HCu2H2名師點撥電解過程中溶液pH的變化規(guī)律(1)電解時，只生成H2而不生成O2，則溶液的pH增大。(2)電解時，只生成O2而不生成H2，則溶液的pH減小。(3)電解時，既生成H2又生成O2，則實際為電解H2O。若原溶液為酸性溶液，則溶液的pH減小；若原溶液為堿性溶液，則溶液的pH增大；若原溶液為中性溶液，則溶液的pH不變。(xx高考福建卷)某模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置如下圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉(zhuǎn)化為O2和燃料(C3H8O)。下列說法正確的是()A該裝置將化學能轉(zhuǎn)化為光能和電能B該裝置工作時，H從b極區(qū)向a極區(qū)遷移C每生成1 mol O2，有44 g CO2被還原Da電極的反應(yīng)為3CO218H18e=C3H8O5H2O解析該裝置為電解裝置，模擬“人工樹葉”，故為電能轉(zhuǎn)化為化學能，A項錯誤；b極連接電源的正極，為陽極，H為陽離子，在電解池中向a極(陰極)區(qū)移動，B項正確；右側(cè)H2OO2發(fā)生的是氧化反應(yīng)，每生成1 mol O2，轉(zhuǎn)移4 mol電子，C3H8O中碳元素的化合價是2，3CO2C3H8O，轉(zhuǎn)移18 mol電子，故生成1 mol O2消耗 2/3 mol CO2，C項錯誤；a電極發(fā)生的是還原反應(yīng)：3CO218H18e=C3H8O5H2O，D項錯誤。答案B寫出例1中b電極上的反應(yīng)式以及該裝置的總反應(yīng)的化學方程式。答案：b電極上的電極反應(yīng)式：2H2O4e=O24H；總反應(yīng)的化學方程式：6CO28H2O=9O22C3H8O。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)再分析電解質(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)。(3)然后排出陰、陽兩極的放電順序。注意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。最常用、最重要的放電順序是陽極：ClOH；陰極：AgCu2H。電解水溶液時，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KAl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)的總化學方程式或離子方程式。 題組一電解原理的考查1(教材改編)判斷正誤(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)電解是將電能轉(zhuǎn)化為化學能。()(2)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學變化，金屬導(dǎo)電是物理變化。()(3)電解池的陽極和原電池的正極都發(fā)生氧化反應(yīng)。()(4)電解NaCl溶液的陽極反應(yīng)一定是2Cl2e=Cl2。()解析：原電池的正極發(fā)生還原反應(yīng)，(3)錯；電解NaCl溶液時若用活潑金屬作陽極，則活潑金屬失電子，(4)錯。答案：(1)(2)(3)(4)2(xx高考上海卷)如圖所示，將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U型管中。下列分析正確的是()AK1閉合，鐵棒上發(fā)生的反應(yīng)為2H2e=H2BK1閉合，石墨棒周圍溶液pH逐漸升高CK2閉合，鐵棒不會被腐蝕，屬于犧牲陽極的陰極保護法DK2閉合，電路中通過0.002NA個電子時，兩極共產(chǎn)生0.001 mol 氣體解析：選B。K1閉合構(gòu)成原電池，鐵是活潑的金屬，鐵棒是負極，鐵失去電子，發(fā)生的反應(yīng)為Fe2e=Fe2；石墨棒是正極，溶液中的氧氣得到電子轉(zhuǎn)化為OH，電極反應(yīng)式為O24e2H2O=4OH，石墨棒周圍溶液pH逐漸升高，A不正確，B正確。K2閉合構(gòu)成電解池，鐵棒與電源的負極相連，作陰極，溶液中的氫離子放電產(chǎn)生氫氣，鐵不會被腐蝕，屬于外加電流的陰極保護法；石墨棒是陽極，溶液中的氯離子放電生成氯氣，兩極電極反應(yīng)式分別為2H2e=H2、2Cl2e=Cl2，電路中通過0.002NA個電子時，兩極均產(chǎn)生 0.001 mol氣體，共計是0.002 mol氣體，C、D均不正確。題組二電極反應(yīng)式的書寫3xx高考全國卷，27(3)PbO2也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_，這樣做的主要缺點是_。解析：電解池的陽極發(fā)生失電子反應(yīng)(氧化反應(yīng))，因為Pb2PbO2屬于氧化反應(yīng)，所以發(fā)生的電極反應(yīng)為Pb22H2O2e=PbO2 4H；由于Cu2的放電能力強于Pb2，故陰極上的電極反應(yīng)為Cu22e=Cu，則陰極產(chǎn)生的現(xiàn)象是石墨上包上銅鍍層；若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為Pb22e=Pb，這樣一來就不能有效利用Pb2。答案：Pb22H2O2ePbO24H石墨上包上銅鍍層Pb22e=Pb不能有效利用Pb24用惰性電極電解NaCl和CuSO4的混合溶液，電解過程中兩極均有兩種產(chǎn)物產(chǎn)生，判斷陰、陽兩極的產(chǎn)物并寫出電極反應(yīng)方程式。(1)陽極產(chǎn)物：_；電極反應(yīng)：_。(2)陰極產(chǎn)物：_；電極反應(yīng)：_。解析：在混合液中，尤其注意離子的放電順序，溶液中的陰離子有Cl、SO、OH，放電順序為ClOHSO，陽離子有Na、Cu2、H，放電順序為Cu2HNa，結(jié)合題中“兩極均有兩種產(chǎn)物產(chǎn)生”，按順序?qū)懗鲭姌O反應(yīng)式即可。答案：(1)Cl2、O22Cl2e=Cl2、4OH4e=2H2OO2(2)Cu、H2Cu22e=Cu、2H2e=H2書寫電解池電極方程式的四個常見失分點(1)書寫電解池中電極反應(yīng)式時，要以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)離子方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。(2)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。(3)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同，且總反應(yīng)式注明條件“電解”。(4)電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序中H、OH之后的離子一般不參與放電。 考點二電解原理的應(yīng)用學生用書P147一、電解飽和食鹽水1電極反應(yīng)陽極：2Cl2e=Cl2(反應(yīng)類型：氧化反應(yīng))。陰極：2H2e=H2(反應(yīng)類型：還原反應(yīng))。2總反應(yīng)化學方程式及離子方程式化學方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2；離子方程式：2Cl2H2O2OHH2Cl2。3應(yīng)用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。二、電鍍和電解精煉銅電鍍(Fe表面鍍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)Cu2e=Cu2Zn2e=Zn2Fe2e=Fe2Ni2e=Ni2Cu2e=Cu2陰極電極材料待鍍金屬鐵純銅電極反應(yīng)Cu22e=Cu電解質(zhì)溶液含Cu2的鹽溶液注：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三、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。1冶煉鈉2NaCl2NaCl2電極反應(yīng)：陽極：2Cl2e=Cl2；陰極：2Na2e=2Na。2冶煉鎂MgCl2MgCl2電極反應(yīng)：陽極：2Cl2e=Cl2；陰極：Mg22e=Mg。3冶煉鋁2Al2O34Al3O2電極反應(yīng)：陽極：6O212e=3O2；陰極：4Al312e=_4Al。1(教材改編)連一連。(a)原電池負極(b)原電池正極(1)氧化反應(yīng)(c)電解池陽極(d)電鍍池鍍件(e)氯堿工業(yè)生成H2的電極 (2)還原反應(yīng)(f)電解精煉的粗銅答案：(a)(1)(b)(2)(c)(1)(d)(2)(e)(2)(f)(1)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。(1)A極為_，電極反應(yīng)式為_。(2)B極為_，電極反應(yīng)式為_。解析：H2產(chǎn)生是因為H2O電離的H在陰極上得電子，即6H2O6e=3H26OH，所以B極為陰極，A極為陽極，電極反應(yīng)式為CO(NH2)26e8OH=N2CO6H2O。答案：(1)陽極CO(NH2)28OH6e=N2CO6H2O(2)陰極6H2O6e=3H26OH名師點撥在電解原理的幾個常見應(yīng)用中，電鍍和電解精煉銅比較相似，但注意區(qū)別：電鍍過程中，溶液中離子濃度不變，電解精煉銅時，由于粗銅中含有Zn、Fe、Ni等活潑金屬，反應(yīng)過程中失去電子形成陽離子存在于溶液中，而陰極上Cu2被還原，所以電解精煉過程中，溶液中的陽離子濃度會發(fā)生變化，同時陰、陽兩極的質(zhì)量變化也不相等。(xx高考上海卷)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離子通過。 完成下列填空：(1)離子交換膜的作用為_、_。(2)精制飽和食鹽水從圖中_位置補充，氫氧化鈉溶液從圖中_位置流出。(選填“a”“b”“c”或“d”)解析(1)圖中的離子交換膜只允許陽離子通過，是陽離子交換膜，不能使陰離子和氣體通過，這樣就可以阻止陽極的Cl和產(chǎn)生的Cl2進入陰極室，使在陰極區(qū)產(chǎn)生的NaOH純度更高；同時可以阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生反應(yīng)而爆炸。(2)隨著電解的進行，溶質(zhì)NaCl不斷消耗，所以應(yīng)該及時補充。精制飽和食鹽水從與陽極連接的圖中a位置補充，由于陰極H不斷放電，附近的溶液顯堿性，氫氧化鈉溶液從圖中d位置流出；水不斷消耗，所以從b位置不斷加入蒸餾水，從c位置流出的是稀的NaCl溶液。答案(1)能得到純度更高的氫氧化鈉溶液阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生反應(yīng)而爆炸(2)ad電解氯化鈉溶液時，如何用簡便的方法檢驗產(chǎn)物？答案：陽極產(chǎn)物Cl2可以用淀粉KI試紙檢驗，陰極產(chǎn)物H2可以通過點燃法檢驗，NaOH可以用酚酞試劑檢驗。工業(yè)上用粗鹽生產(chǎn)燒堿、氯氣和氫氣的過程 題組一電解原理的常規(guī)應(yīng)用1(教材改編)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4OH4e=2H2OO2B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：D2以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是()A未通電前上述鍍鋅裝置可構(gòu)成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程B因部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關(guān)系C電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應(yīng)速率D鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護作用答案：C題組二電解原理的綜合應(yīng)用3(xx高考浙江卷)在固態(tài)金屬氧化物電解池中，高溫共電解H2OCO2混合氣體制備H2和CO是一種新的能源利用方式，基本原理如下圖所示。下列說法不正確的是()AX是電源的負極B陰極的電極反應(yīng)式是H2O2e=H2O2CO22e=COO2C總反應(yīng)可表示為H2OCO2H2COO2D陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比是11解析：選D。A項，根據(jù)圖示，X極產(chǎn)物為H2和CO，是H2O與CO2的還原產(chǎn)物，可判斷在X極上發(fā)生還原反應(yīng)，由此判斷X極為電源的負極，A項正確；B項，根據(jù)題意，電解質(zhì)為固體金屬氧化物，可以傳導(dǎo)O2，故在陰極上發(fā)生的反應(yīng)為H2O2e=H2O2、CO22e=COO2，B項正確；C項，根據(jù)電極產(chǎn)物及B項發(fā)生的電極反應(yīng)可知，該反應(yīng)的總反應(yīng)方程式為H2OCO2H2COO2，C項正確；D項，根據(jù)C項的電解總反應(yīng)方程式可知，陰、陽兩極生成的氣體的物質(zhì)的量之比為21，D項錯誤。4(xx高考山東卷)利用LiOH和鈷氧化物可制備鋰離子電池正極材料。LiOH可由電解法制備，鈷氧化物可通過處理鈷渣獲得。利用如右所示裝置電解制備LiOH，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液。B極區(qū)電解液為_溶液(填化學式)，陽極電極反應(yīng)式為_，電解過程中Li向_電極遷移(填“A”或“B”)。解析：根據(jù)電解裝置圖，兩電極區(qū)電解液分別為LiOH和LiCl溶液，B極區(qū)產(chǎn)生H2，電極反應(yīng)式為2H2e=H2，剩余OH與Li結(jié)合生成LiOH，所以B極區(qū)電解液應(yīng)為LiOH溶液，B電極為陰極，則A電極應(yīng)為陽極。陽極區(qū)電解液應(yīng)為LiCl溶液，電極反應(yīng)式為2Cl2e=Cl2。根據(jù)電流方向，電解過程中Li向B電極遷移。答案：LiOH2Cl2e=Cl2B電解原理應(yīng)用中的注意要點(1)電解或電鍍時，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變成金屬吸附在陰極上。(2)電解精煉銅，粗銅中含有的Zn、Fe、Ni等活潑金屬失去電子，變成金屬陽離子進入溶液；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濃度會逐漸減小。(3)電鍍時，陽極鍍層金屬失去電子的數(shù)目跟陰極鍍層金屬離子得到電子的數(shù)目相等，因此電鍍液的濃度保持不變。 考點三有關(guān)電化學的計算學生用書P1491計算類型原電池和電解池的計算包括兩極產(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。2方法技巧(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。(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：4e2Cl2(Br2、I2)O2陽極產(chǎn)物2H22Cu4AgM陰極產(chǎn)物(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值)1用惰性電極電解下列溶液，在陰、陽兩極生成氣體的體積比為11的是()ANaCl溶液BCuCl2溶液CCuSO4溶液 DKOH溶液解析：選A。A項，電解方程式為2NaCl2H2OCl2(陽極)H2(陰極)2NaOH，A正確；B項，電解方程式為CuCl2Cu(陰極)Cl2(陽極)，陰極沒有氣體生成，B不正確；C項，電解方程式為2CuSO42H2O2Cu(陰極)O2(陽極)2H2SO4，陰極沒有氣體生成，C不正確；D項，電解方程式為2H2O2H2(陰極)O2(陽極)，陰、陽兩極生成氣體的體積比為21，D不正確。2用惰性電極按下圖中裝置完成實驗，其中A、B兩燒杯分別盛放200 g 10% NaOH溶液和足量CuSO4溶液。通電一段時間后，c極上有Cu析出，又測得A燒杯溶液中NaOH的質(zhì)量分數(shù)為10.23%。試回答下列問題：(1)電源的P極為_極。(2)b極產(chǎn)生氣體的體積為_L(標準狀況)。(3)c極上析出Cu的質(zhì)量為_g。(4)d極上所發(fā)生的電極反應(yīng)為_。解析：m(NaOH)200 g10%20 g。電解后溶液的質(zhì)量為195.5 g。被電解的水的質(zhì)量為200 g195.5 g4.5 g，其物質(zhì)的量為0.25 mol。由此可知，b極產(chǎn)生的O2為0.125 mol，其在標準狀況下的體積為2.8 L。根據(jù)電子得失守恒得：0.125 mol4n(Cu)2，解得n(Cu)0.25 mol，則m(Cu)16 g。答案：(1)負(2)2.8(3)16(4)2H2O4e=O24H名師點撥在電化學計算中，除上述常見問題外，還常利用QIt和Qn(e)NA1.601019Cn(e)F來計算電路中通過的電量，要熟練掌握。(xx安徽六校聯(lián)考)新型高效的甲烷燃料電池采用鉑為電極材料，兩電極上分別通入CH4和O2，電解質(zhì)溶液為KOH溶液。某研究小組將兩個甲烷燃料電池串聯(lián)后作為電源，進行飽和氯化鈉溶液電解實驗，如圖所示?；卮鹣铝袉栴}：(1)甲烷燃料電池正極、負極的電極反應(yīng)分別為_、_；(2)閉合K開關(guān)后，a、b電極上均有氣體產(chǎn)生，其中b電極上得到的是_，電解氯化鈉溶液的總反應(yīng)方程式為_；(3)若每個電池中甲烷通入量均為1 L(標準狀況)，且反應(yīng)完全，則理論上通過電解池的電量為_(法拉第常數(shù)F9.65104 Cmol1，列式計算)，最多能產(chǎn)生的氯氣體積為_L(標準狀況)。解析(1)總反應(yīng)式為CH42O22OH=CO3H2O，正極反應(yīng)式為2O24H2O8e=8OH，則負極反應(yīng)式由總反應(yīng)式減正極反應(yīng)式得到；(2)由圖可看出通入甲烷的一極為負極，因而與之相連的b電極為陰極，產(chǎn)生的氣體為氫氣；(3)1 mol甲烷被氧化失去8 mol電子，電量為(896 500) C，因題中雖有兩個燃料電池，但為串聯(lián)電路，電子的傳遞只能用一個池的甲烷量計算，1 L甲烷為1/22.4 mol，可求理論上通過電解池的電量；甲烷失電子數(shù)是Cl失電子數(shù)的8倍，則得到氯氣的體積為4 L(CH48e8Cl4Cl2)。答案(1)2O24H2O8e=8OHCH410OH8e=CO7H2O(2)H22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2(3)89.65104 Cmol13.45104 C4例3中若每個電池中甲烷通入量均為0.28 L(標準狀況)，且反應(yīng)完全，則最多能產(chǎn)生的氫氣體積為_L(標準狀況)，若氯化鈉溶液的體積為100 mL，則電解所得溶液的pH_(忽略電解前后溶液體積變化)。解析：甲烷失電子數(shù)同樣是H得電子數(shù)的8倍，則得到氫氣的體積為0.28 L41.12 L(CH48e8H4H2)；甲烷失電子數(shù)也是OH的8倍，則c(OH)1.0 molL1，所以溶液pH14。答案：1.1214題組電化學的計算1(xx開封高三模擬)用兩支惰性電極插入CuSO4溶液中，通電電解，當有1103 mol的OH放電時，溶液顯淺藍色，則下列敘述正確的是()A陽極上析出3.6 mL O2(標準狀況)B陰極上析出32 mg CuC陰極上析出11.2 mL H2(標準狀況)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，電極反應(yīng)為陰極：2Cu24e=2Cu，陽極：4OH4e=O22H2O。當有1103 mol的OH放電時，生成標準狀況下的O2為5.6 mL，在陰極上析出32 mg Cu，陰極質(zhì)量增加。2將兩個鉑電極插入500 mL CuSO4溶液中進行電解，通電一定時間后，某一電極增重0.064 g(設(shè)電解時該電極無氫氣析出，且不考慮水解和溶液體積變化)，此時溶液中氫離子濃度約為()A4103 mol/LB2103 mol/LC1103 mol/L D1107 mol/L解析：選A。陰極反應(yīng)：Cu22e=Cu，增重0.064 g應(yīng)是Cu的質(zhì)量，設(shè)生成H的物質(zhì)的量為x，根據(jù)總反應(yīng)方程式：2Cu22H2O2CuO24H 264 g4 mol 0.064 g xx0.002 molc(H)4103 mol/L?？键c四金屬的腐蝕與防護學生用書P150一、化學腐蝕和電化學腐蝕的比較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)Mne=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)系兩者往往同時發(fā)生，電化學腐蝕更普遍二、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)(強)酸性弱酸性或中性正極反應(yīng)2H2e=H22H2OO24e=4OH負極反應(yīng)Fe2e=Fe2總反應(yīng)Fe2H= Fe2H22FeO22H2O=2Fe(OH)2其他反應(yīng)鐵銹的形成：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(鐵銹)(3x)H2O三、金屬的防護1電化學防護(1)犧牲陽極的陰極保護法利用原電池原理負極(陽極)是作保護材料的金屬；正極(陰極)是被保護的金屬設(shè)備。(2)外加電流的陰極保護法利用電解原理陰極是被保護的金屬設(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。1判斷正誤(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)生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3。()(6)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用。()(7)外加電流的陰極保護法利用了電解原理；犧牲陽極的陰極保護法利用了原電池原理。二者均能有效地保護金屬不容易被腐蝕。()答案：(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)2下面各容器中盛有海水，鐵在其中被腐蝕時由快到慢的順序是()ABC D答案：A名師點撥影響金屬腐蝕的因素包括金屬本身的性質(zhì)和外界環(huán)境兩個方面。就金屬本身的性質(zhì)來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。外界環(huán)境對金屬腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。由于在通常情況下，金屬表面不會遇到酸性較強的溶液，所以吸氧腐蝕是金屬腐蝕的主要形式，而且析氫腐蝕最終也會被吸氧腐蝕所代替。(xx高考重慶卷)我國古代青銅器工藝精湛，有很高的藝術(shù)價值和歷史價值。但出土的青銅器大多受到環(huán)境腐蝕，故對其進行修復(fù)和防護具有重要意義。(1)研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕嚴重的青銅器表面大都存在CuCl。關(guān)于CuCl在青銅器腐蝕過程中的催化作用，下列敘述正確的是_。A降低了反應(yīng)的活化能B增大了反應(yīng)的速率C降低了反應(yīng)的焓變D增大了反應(yīng)的平衡常數(shù)(2)采用“局部封閉法”可以防止青銅器進一步被腐蝕。如將糊狀A(yù)g2O涂在被腐蝕部位，Ag2O與有害組分CuCl發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，該化學方程式為_。(3)如圖為青銅器在潮濕環(huán)境中發(fā)生電化學腐蝕的原理示意圖。腐蝕過程中，負極是_(填圖中字母“a”或“b”或“c”)；環(huán)境中的Cl擴散到孔口，并與正極反應(yīng)產(chǎn)物和負極反應(yīng)產(chǎn)物作用生成多孔粉狀銹Cu2(OH)3Cl，其離子方程式為_；若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，則理論上耗氧體積為_L(標準狀況)。解析(1)催化劑能降低反應(yīng)的活化能和加快反應(yīng)速率，但不改變反應(yīng)的平衡常數(shù)和焓變，所以A、B正確。(2)復(fù)分解反應(yīng)為相互交換成分的反應(yīng)，因此該反應(yīng)的化學方程式為Ag2O2CuCl=2AgClCu2O。(3)負極發(fā)生失電子的反應(yīng)，銅作負極失電子，因此負極為c。負極反應(yīng)：Cu2e=Cu2，正極反應(yīng)：O22H2O4e=4OH。正極反應(yīng)產(chǎn)物為OH，負極反應(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2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl。4.29 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(標準狀況)。答案(1)AB(2)Ag2O2CuCl=2AgClCu2O(3)c2Cu23OHCl=Cu2(OH)3Cl0.448在日常生產(chǎn)和生活中，鋼鐵制品比銅制品更普遍，鋼鐵的腐蝕原理更需要了解。試敘述鋼鐵生銹(Fe2O3xH2O)的主要過程。答案：(1)吸氧腐蝕：負極：2Fe4e=2Fe2，正極：O22H2O4e=4OH，原電池反應(yīng)：2FeO22H2O=2Fe(OH)2。(2)Fe(OH)2被氧化：4Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)3。(3)Fe(OH)3分解形成鐵銹：2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(3x)H2O。(1)判斷析氫腐蝕與吸氧腐蝕的依據(jù)正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。(2)判斷電極附近溶液pH變化，可以通過一般經(jīng)驗進行判斷：不論原電池還是電解池，如果pH發(fā)生變化，一般失電子的電極pH減小，得電子的電極pH增大。 題組一吸氧腐蝕與析氫腐蝕的辨析1如圖裝置中，小試管內(nèi)為紅墨水，具支試管內(nèi)盛有pH4久置的雨水和生鐵片。實驗時觀察到：開始時導(dǎo)管內(nèi)液面下降，一段時間后導(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，生鐵片僅發(fā)生析氫腐蝕C墨水回升時，碳電極反應(yīng)式為O22H2O4e=4OHD具支試管中溶液pH減小解析：選C。生鐵片中的碳是原電池的正極，A錯；雨水酸性較強，開始時鐵片發(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；墨水回升時，鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，碳極為正極，電極反應(yīng)為O22H2O4e=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。2.按如圖所示裝置，進行鐵釘被腐蝕的實驗，一周后觀察(設(shè)水不蒸發(fā))。(1)若試管中液面上升，發(fā)生的是_腐蝕，則正極反應(yīng)式為_，負極反應(yīng)式為_。要順利完成此實驗，所用的電解質(zhì)溶液可以是_。(2)若試管中液面下降，發(fā)生的是_腐蝕，正極反應(yīng)式為_，負極反應(yīng)式為_。要順利完成此實驗，所用的電解質(zhì)溶液可以是_。答案：(1)吸氧2H2OO24e=4OH2Fe4e=2Fe2氯化鈉溶液(或其他合理答案)(2)析氫2H2e=H2Fe2e=Fe2稀硫酸(或其他合理答案)題組二金屬腐蝕的影響因素與金屬的防護3相同材質(zhì)的鐵在下列情形下最不易被腐蝕的是()解析：選C。A、D均可由Fe、Cu構(gòu)成原電池而加速鐵的腐蝕；在B中，食鹽水提供電解質(zhì)溶液環(huán)境，炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金，符合原電池形成的條件，鐵是活潑金屬作負極，易被腐蝕；C中銅鍍層把鐵完全覆蓋，構(gòu)不成原電池而不被腐蝕。4利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。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，該電化學防護法稱為_。解析：鐵被保護，可以是作原電池的正極，或者電解池的陰極，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；若X為鋅，開關(guān)K置于M處，鐵作正極，鋅作負極，稱為犧牲陽極的陰極保護法。答案：N犧牲陽極的陰極保護法金屬腐蝕快慢判斷金屬腐蝕既受到其組成的影響，又受到外界因素的影響。通常金屬腐蝕速率大小遵循以下規(guī)律：(1)在同一種電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的速率大小是電解池的陽極原電池的負極化學腐蝕原電池的正極電解池的陰極。(2)對同一種金屬來說，在相同濃度的不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質(zhì)溶液中弱電解質(zhì)溶液中非電解質(zhì)溶液中的腐蝕。(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)溶液濃度越大，金屬腐蝕越快。(4)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕越快。 考點五原電池與電解池的組合裝置學生用書P151將原電池和電解池結(jié)合在一起，或幾個電解池串聯(lián)在一起，綜合考查化學反應(yīng)中的能量變化、氧化還原反應(yīng)、化學實驗和化學計算等知識，是高考試卷中電化學部分的重要題型。解答該類試題時電池種類的判斷是關(guān)鍵，整個電路中各個電池工作時電子守恒是數(shù)據(jù)處理的法寶。一、多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷1直接判斷非常直觀明顯的裝置，如有燃料電池、鉛蓄電池等在電路中時，則其他裝置為電解池。如圖：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個不同的金屬電極或一個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電極。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：A為電解池，B為原電池。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)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型。如圖：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)。二、有關(guān)概念的分析判斷在確定了原電池和電解池后，電極的判斷、電極反應(yīng)式的書寫、實驗現(xiàn)象的描述、溶液中離子的移動、pH的變化及電解質(zhì)溶液的恢復(fù)等，只要按照各自的規(guī)律分析就可以了。三、綜合裝置中的有關(guān)計算原電池和電解池綜合裝置的有關(guān)計算的根本依據(jù)就是電子轉(zhuǎn)移的守恒，分析時要注意兩點：串聯(lián)電路中各支路電流相等；并聯(lián)電路中總電流等于各支路電流之和。在此基礎(chǔ)上分析處理其他各種數(shù)據(jù)。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6.5 g，Cu極上析出H2 2.24 L(標準狀況)，Pt極上析出Cl2 0.1 mol，C極上析出Cu6.4 g。甲池中H被還原，生成ZnSO4，溶液pH變大；乙池中是電解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。1(xx高考天津卷)已知：鋰離子電池的總反應(yīng)為LixCLi1xCoO2 CLiCoO2鋰硫電池的總反應(yīng)為2LiS Li2S有關(guān)上述兩種電池說法正確的是()A鋰離子電池放電時，Li向負極遷移B鋰硫電池充電時，鋰電極發(fā)生還原反應(yīng)C理論上兩種電池的比能量相同D上圖表示用鋰離子電池給鋰硫電池充電解析：選B。鋰