2018高考化學(人教)大一輪學考復習考點突破第六章化學反應與能量PPT演示課件

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第22講電解池 金屬的電化學腐蝕與防護,第六章化學反應與能量,考綱要求1.理解電解池的構成、工作原理及應用， 能書寫電極反應和總反應方程式。2.了解金屬發(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。,考點一電解的原理,微專題22隔膜在電化學中的功能,考點二電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應用,內容索引,考能提升 探究高考明確考向,課時作業(yè),考點三金屬的腐蝕與防護,微專題23串聯(lián)電池的兩大模型,考點一電解的原理,1.電解定義在 作用下，電解質在兩個電極上分別發(fā)生 和 的過程。2.能量轉化形式電能轉化為 。3.電解池(1)構成條件有與 相連的兩個電極。 (或 )。形成 。,知識梳理,電流,氧化反應,還原反應,化學能,電源,電解質溶液,熔融鹽,閉合回路,(2)電極名稱及電極反應式(如圖),陽極,氧化,2Cl2e=Cl2,Cu2+ 2e =Cu,陰極,還原,(3)電子和離子的移動方向,4.陰陽兩極上放電順序陰離子失去電子或陽離子得到電子的過程叫放電。離子的放電順序取決于離子本身的性質即離子得失電子的能力，另外也與離子的濃度及電極材料有關。(1)陰極：陰極上放電的總是溶液中的陽離子，與電極材料無關。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。若是惰性電極作陽極，則僅是溶液中的陰離子放電，常見離子的放電順序是,一般情況下，離子按上述順序放電，但如果離子濃度相差十分懸殊，離子濃度大的也可以先放電。如理論上H的放電能力大于Fe2、Zn2，但在電解濃度大的硫酸亞鐵或硫酸鋅溶液中，由于溶液中c(Fe2)或c(Zn2)c(H)，則先在陰極上放電的是Fe2或Zn2，因此陰極上的主要產(chǎn)物為Fe或Zn；但在水溶液中，Al3、Mg2、Na等是不會在陰極上放電的。,1.分析電解下列物質的過程，并總結電解規(guī)律(用惰性電極電解)。(1)電解水型,4OH,4e=O2,2H2O,4H,4e=2H2,H2O,H2O,H2O,電解水型電解一段時間后，其電解質的濃度一定增大嗎？舉例說明。,不一定，如用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液，一段時間后會析出Na2SO410H2O晶體，剩余溶液仍為該溫度下的飽和溶液，此時濃度保持不變。,答案,(2)電解電解質型,2Cl,2e=Cl2,2H,2e=H2,2Cl,2e=Cl2,Cu2,2e=Cu,HCl,CuCl2,(3)放H2生堿型,2Cl2e,=Cl2,2H2e,=H2,HCl,要使電解后的NaCl溶液復原，滴加鹽酸可以嗎？為什么？,不可以，因為電解NaCl溶液時析出的是等物質的量的Cl2和H2，所以應通入氯化氫氣體，加入鹽酸會引入過多的水。,答案,(4)放O2生酸型,4OH4e,=2H2OO2,2Cu24e,=2Cu,CuO,CuCO3,要使電解后的CuSO4溶液復原，加入Cu(OH)2固體可以嗎？為什么？加入CuCO3為什么也可復原？,不可以因為電解CuSO4溶液時，盡管Cu2和OH分別放電，按照電極反應式Cu22e=Cu、4OH4e=2H2OO2，氫元素變成H2O仍然留在溶液中，只有Cu析出和O2逸出，且物質的量之比為21，所以要讓溶液復原，需要加CuO，而不能加Cu(OH)2。加入CuCO3時，CO2變?yōu)闅怏w逸出，相當于加的是CuO。,答案,若用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后，需加入98 g Cu(OH)2固體，才能使電解質溶液復原，則這段時間，整個電路中轉移的電子數(shù)為多少？,4NA,答案,解析,方法一：98 g Cu(OH)2的物質的量為1 mol，相當于電解了1 mol的CuSO4后，又電解了1 mol的水，所以轉移的電子數(shù)為2NA2NA4NA。方法二：可以認為整個電路中轉移的電子數(shù)與Cu(OH)2的O2失電子數(shù)相等，共4NA。,(5)通過以上分析，電解質溶液復原應遵循什么原則？,電解質溶液的復原應遵循“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，則應按比例補入哪些原子。,答案,2.根據(jù)金屬活動順序表，Cu和稀H2SO4不反應，怎樣根據(jù)電化學的原理實現(xiàn)Cu和稀H2SO4反應產(chǎn)生H2？,Cu作陽極，C作陰極，稀H2SO4作電解質溶液，通入直流電就可以實現(xiàn)該反應。電解反應式為陽極：Cu2e=Cu2，陰極：2H2e=H2?？偡磻剑篊u2H Cu2H2。,答案,解題探究,題組一電解規(guī)律的應用1.以石墨為電極分別電解水和飽和食鹽水，關于兩個電解池反應的說法正確的是A.陽極反應式相同B.電解結束后所得液體的pH相同C.陰極反應式相同D.通過相同電量時生成的氣體總體積相等(同溫同壓),答案,解析,A項，以石墨為電極電解水，陽極：4OH4e=2H2OO2，以石墨為電極電解飽和食鹽水，陽極：2Cl2e=Cl2，二者陽極電極反應式不同，故A錯誤；B項，電解水溶液的pH不變，電解飽和氯化鈉溶液生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣，pH變大，所以電解結束后所得液體的pH不相同，故B錯誤；,C項，以石墨為電極分別電解水和飽和食鹽水陰極上都是2H2e=H2，所以陰極電極反應式相同，故C正確；D項，設轉移電子數(shù)為4 mol，則依據(jù)電解方程式：2H2O 2H2O24e，電解水生成3 mol氣體，依據(jù)電解方程式2NaCl2H2O 2NaOHCl2H22e，電解飽和食鹽水生成4 mol氣體，故D錯誤。,2.用惰性電極電解下列各組中的三種電解質溶液，在電解的過程中，溶液的pH依次為升高、不變、降低的是A.AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B.KClNa2SO4CuSO4C.CaCl2KOHNaNO3D.HClHNO3K2SO4,答案,解析,由電解電解質溶液的四種類型可知：,題組二電極方程式及電極產(chǎn)物的判斷3.(2016北京理綜，12)用石墨電極完成下列電解實驗。,下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是A.a、d處：2H2O2e=H22OHB.b處：2Cl2e=Cl2C.c處發(fā)生了反應：Fe2e=Fe2D.根據(jù)實驗一的原理，實驗二中m處能析出銅,答案,解析,A項，a、d處試紙變藍，說明溶液顯堿性，是溶液中的氫離子得到電子生成氫氣，氫氧根離子剩余造成的，正確；B項，b處變紅，局部褪色，說明是溶液中的氯離子放電生成氯氣同時與H2O反應生成HClO和H，Cl2eH2O=HClOH，錯誤；C項，c處為陽極，鐵失去電子生成亞鐵離子，正確；D項，實驗一中ac形成電解池，bd形成電解池，所以實驗二中形成3個電解池，n(右面)有氣泡生成，為陰極產(chǎn)生氫氣，n的另一面(左面)為陽極產(chǎn)生Cu2，Cu2在m的右面得電子析出銅，正確。,4.按要求書寫電極反應式和總反應方程式：(1)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反應式： ；陰極反應式： ；總反應離子方程式： 。(2)用Al作電極電解NaOH溶液陽極反應式： ；陰極反應式： ；總反應離子方程式： 。,答案,2Cl2e=Cl2,2H2e=H2(或2H2O2e=H22OH),答案,6H2O6e=3H26OH(或6H6e=3H2),(3)用Al作陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜陽極反應式： ；陰極反應式： ；總反應離子方程式： 。,答案,2Al6e3H2O=Al2O36H,6H6e=3H2,5.(1)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。利用如圖裝置電解制備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 (填化學式)溶液，陽極電極反應式為 ，電解過程中Li向 (填“A”或“B”)電極遷移。,LiOH,2Cl2e,=Cl2,B,答案,解析,B極區(qū)生成H2 ，同時會生成LiOH ，則B極區(qū)電解液為LiOH 溶液；電極A為陽極，在陽極區(qū)LiCl 溶液中Cl 放電，電極反應式為2Cl2e=Cl2；在電解過程中Li(陽離子)向B電極(陰極區(qū))遷移。,(2)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，陰極電極反應式為 。若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產(chǎn)物為 。,負,H2,答案,解析,在鋼制品上電鍍鋁，故鋼制品應作陰極，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”，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是4Al2Cl 3e=Al7AlCl ；在水溶液中，得電子能力：HAl3，故陰極上發(fā)生的反應是2H2e=H2。,做到“三看”，正確書寫電極反應式(1)一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注：Fe生成Fe2)。(2)二看介質，介質是否參與電極反應。(3)三看是否有特殊信息，如4(3)目的是制取氧化鋁，因而陽極產(chǎn)物不能是Al3，再如5(2)是非水體系，且不產(chǎn)生其他離子，因而離子只能在Al2Cl 和AlCl 之間轉化。,題組三有關電化學的計算6.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A.4103 molL1 B.2103 molL1C.1103 molL1 D.1107 molL1,答案,解析,7.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO )0.6 molL1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到2.24 L氣體(標準狀況下)，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(K)為0.2 molL1B.上述電解過程中共轉移0.2 mol電子C.電解得到的Cu的物質的量為0.05 molD.電解后溶液中c(H)為0.2 molL1,答案,解析,石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，陽極反應式為4OH4e=2H2OO2，陰極先后發(fā)生兩個反應：Cu22e=Cu,2H2e=H2。從收集到O2為2.24 L可推知上述電解過程中共轉移0.4 mol 電子，而在生成2.24 L H2的過程中轉移0.2 mol電子，所以Cu2共得到0.4 mol0.2 mol0.2 mol電子，電解前Cu2的物質的量和電解得到的Cu的物質的量都為0.1 mol。電解前后分別有以下守恒關系：c(K)2c(Cu2)c(NO )，c(K)c(H)c(NO )，不難算出：電解前c(K)0.2 molL1，電解后c(H)0.4 molL1。,8.(2017牡丹江一中月考)用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液時，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢復到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)。則電解過程中轉移電子的物質的量為A.0.4 mol B.0.5 molC.0.6 mol D.0.8 mol,答案,解析,電解硫酸銅時，開始硫酸銅和水反應生成銅、氧氣和硫酸，后來電解水生成氫氣與氧氣。如果只按照第一階段的電解，反應后只需要加入氧化銅或碳酸銅即可恢復原電解質溶液。而題目中加入的是堿式碳酸銅，相當于加入了0.2 mol氧化銅和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二階段的反應所消耗的，該階段轉移了0.2 mol電子，第一階段轉移了0.4 mol電子，即一共轉移了0.6 mol電子，C項正確。,電化學綜合計算的三種常用方法(1)根據(jù)總反應式計算先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。(2)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)是電路中轉移的電子數(shù)相等。用于混合溶液中電解的分階段計算。,(3)根據(jù)關系式計算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。如以通過4 mol e為橋梁可構建如下關系式：,(式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值),該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。提示在電化學計算中，還常利用QIt和Qn(e)NA1.601019 C來計算電路中通過的電量。,考點二電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應用,1.氯堿工業(yè)(1)電極反應陽極反應式： ( 反應)陰極反應式： ( 反應)(2)總反應方程式,知識梳理,2Cl2e=Cl2,氧化,2H2e=H2,還原,(3)氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程圖,2.電鍍下圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖，據(jù)此回答下列問題：,(1)鍍件作 極，鍍層金屬銀作 極。(2)電解質溶液是 。,陽,AgNO3溶液等含鍍層金屬陽離子的鹽溶液,陰,(3)電極反應：陽極： ；陰極： 。(4)特點： 極溶解， 極沉積，電鍍液的濃度 。,Age=Ag,Age=Ag,陽,陰,不變,3.電解精煉銅(1)電極材料：陽極為 ；陰極為 。(2)電解質溶液：含Cu2的鹽溶液。(3)電極反應：陽極： 、 、 、 ；陰極： 。,粗銅,純銅,Zn2e=Zn2,Fe2e=Fe2,Ni2e=Ni2,Cu,2e=Cu2,Cu22e=Cu,4.電冶金利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。(1)冶煉鈉,電極反應：陽極： ；陰極： 。,2Cl2e=Cl2,2Na2e=2Na,(2)冶煉鋁,電極反應：陽極： ；陰極： 。,6O212e=3O2,4Al312e=4Al,正誤判斷，正確的打“”，錯誤的打“”(1)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質溶液中c(Cu2)均保持不變()(2)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料()(3)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3()(4)電解精煉時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料()(5)用Zn作陽極，F(xiàn)e作陰極，ZnCl2作電解質溶液，由于放電順序HZn2，不可能在鐵上鍍鋅(),解題探究,題組一應用電解原理制備新物質1.下圖為EFC劍橋法用固體二氧化鈦(TiO2)生產(chǎn)海綿鈦的裝置示意圖，其原理是在較低的陰極電位下，TiO2(陰極)中的氧解離進入熔融鹽，陰極最后只剩下純鈦。下列說法中正確的是A.陽極的電極反應式為2Cl2e=Cl2B.陰極的電極反應式為TiO24e=Ti2O2C.通電后，O2、Cl均向陰極移動D.石墨電極的質量不發(fā)生變化,答案,解析,電解質中的陰離子O2、Cl向陽極移動，由圖示可知陰極生成O2、CO、CO2，所以電極反應為2O24e=O2，O2與石墨反應生成CO、CO2，A、C、D項錯誤，只有B項正確。,2.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。右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)寫出電解飽和食鹽水的離子方程式：。,答案,(2)離子交換膜的作用為 、。(3)精制飽和食鹽水從圖中 (選填“a”、“b”、“c”或“d”)位置補充，氫氧化鈉溶液從圖中 位置流出。,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,答案,答案,a,d,3.(2016北京市西城區(qū)高三上學期一模)利用右圖所示裝置電解制備NCl3(氯的化合價為1價)，其原理是,(1)b接電源的 (填“正”或“負”)極。,負,答案,解析,b電極，H得電子生成H2，發(fā)生還原反應 ，所以b電極為陰極，連接電源的負極。,(2)陽極反應式是 。,解析,陽極反應物為NH4Cl，生成物為NCl3，題目中給出氯的化合價為1價，所以氯失電子，化合價升高，氮、氫不變價，然后根據(jù)電荷守恒配平方程式，則陽極反應式是3Cl6eNH =NCl34H。,答案,題組二精煉和電鍍4.電解法精煉含有Fe、Zn、Ag等雜質的粗銅。下列敘述正確的是A.電解時以硫酸銅溶液作電解液，精銅作陽極B.粗銅與電源負極相連，發(fā)生氧化反應C.陰極上發(fā)生的反應是 Cu22e=CuD.電解后Fe、Zn、Ag等雜質會沉積在電解槽底部形成陽極泥,答案,解析,根據(jù)電解池原理，粗銅作陽極，比銅活潑的Zn、Fe等雜質發(fā)生氧化反應，比Cu不活潑的金屬單質，如Ag、Au等在陽極底部沉積；精銅作陰極，只發(fā)生Cu22e=Cu。,5.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.因部分電能轉化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系C.電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率D.鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護作用,答案,解析,本題考查了電化學原理的應用中電鍍的知識點。電鍍前，Zn與Fe構成原電池，Zn為負極，F(xiàn)e為正極，電鍍時，F(xiàn)e為陰極，Zn為陽極，原電池充電時，原電池負極為陰極、正極為陽極，故不屬于原電池的充電過程，A錯誤；根據(jù)電子守恒，通過電子的電量與析出Zn的量成正比，B錯誤；電流恒定，單位時間通過的電子的物質的量恒定，即電解速率恒定，C正確；鍍層破損后，Zn與Fe仍能構成原電池，其中Zn為負極被腐蝕，F(xiàn)e為正極被保護，D錯誤。,題組三應用電解原理治理污染6.用下圖所示裝置處理含CN廢水時，控制溶液pH為910，并加入NaCl，一定條件下電解，陽極產(chǎn)生的ClO將CN氧化為無害物質而除去。鐵電極為 (填“陰極”或“陽極”)，陽極產(chǎn)生ClO的電極反應為 。,答案,陰極,2OHCl2e=ClOH2O,7.用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2，將所得的Na2SO3溶液進行電解，可循環(huán)再生NaOH，同時得到H2SO4，其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。,(1)圖中a極要連接電源的 (填“正”或“負”)極，C口流出的物質是 。,負,硫酸,答案,解析,根據(jù)Na、SO 的移向判斷陰、陽極。Na移向陰極區(qū)，a應接電源負極，b應接電源正極，其電極反應式分別為陽極：SO 2eH2O=SO 2H陰極：2H2e=H2所以從C口流出的是H2SO4，在陰極區(qū)，由于H放電，破壞水的電離平衡，c(H)減小，c(OH)增大，生成NaOH，堿性增強，從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。,(2)SO 放電的電極反應式為 。,(3)電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強，用平衡移動原理解釋原因 。,H2OHOH，在陰極H放電生成H2，c(H)減小，水的電離平衡正向移動，堿性增強,答案,答案,微專題22隔膜在電化學中的功能,1.常見的隔膜隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H和其他陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質子交換膜，只允許H通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。2.隔膜的作用(1)能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質接觸，防止發(fā)生化學反應。(2)能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。,題組一提高產(chǎn)品純度1.(2016宜昌市高三教學測試)工業(yè)上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質Ni的原理如圖所示。下列說法不正確的是已知：Ni2在弱酸性溶液中發(fā)生水解氧化性：Ni2(高濃度)HNi2(低濃度)A.碳棒上發(fā)生的電極反應：4OH4e=O2 2H2OB.電解過程中，B室中NaCl溶液的物質的量濃度將不斷減小C.為了提高Ni的產(chǎn)率，電解過程中需要控制廢水pHD.若將圖中陽離子膜去掉，將A、B兩室合并，則電解反應總方程式發(fā)生改變,答案,解析,電極反應式為陽極：4OH4e=2H2OO2陰極：Ni22e=Ni2H2e=H2A項正確；B項，由于C室中Ni2、H不斷減少，Cl通過陰離子膜從C室移向B室，A室中OH不斷減少，Na通過陽離子膜從A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物質的量濃度不斷增大，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首先放電生成Cl2，反應總方程式發(fā)生改變，正確。,2.2014新課標全國卷，27(4)H3PO2也可用電滲析法制備?！八氖译姖B析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)：,答案,解析,寫出陽極的電極反應式： 。,2H2O4e=O24H,陽極發(fā)生氧化反應，在反應中OH失去電子，電極反應式為2H2O4e=O24H。,分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因 。,答案,解析,H2O放電產(chǎn)生H，H進入產(chǎn)品室，原料室的H2PO 穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室，二者發(fā)生反應：HH2PO H3PO2。,陽極室的H穿過陽膜擴散至產(chǎn)品室，原料室的H2PO 穿過陰膜擴散至產(chǎn)品室，二者反應生成H3PO2,早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2：將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜，從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點是產(chǎn)品中混有 雜質。該雜質產(chǎn)生的原因是 。,答案,解析,如果撤去陽膜，H2PO 或H3PO2可能被氧化。,解這類問題可以分三步：第一步，分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。第二步，寫出電極反應式，判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，根據(jù)電荷平衡判斷離子遷移方向。第三步，分析隔膜作用。在產(chǎn)品制備中，隔膜作用主要是提高產(chǎn)品純度，避免產(chǎn)物之間發(fā)生反應，或避免產(chǎn)物因發(fā)生反應而造成危險。,題組二限制離子遷移3.某原電池裝置如下圖所示，電池總反應為2AgCl2=2AgCl。,(1)當電路中轉移a mol e時，交換膜左側溶液中約減少 mol離子。交換膜右側溶液中c(HCl) (填“”、“”或“”)1 molL1(忽略溶液體積變化)。,2a,答案,解析,正極的電極反應式為Cl22e=2Cl，負極的電極反應式為AgeCl=AgCl，隔膜只允許氫離子通過，轉移a mol電子，必有a mol Cl沉淀。為了維持電荷平衡，交換膜左側溶液中必有a mol H向交換膜右側遷移，故交換膜左側共減少2a mol離子(a mol Cla mol H)。交換膜右側溶液中氯化氫濃度增大。,(2)若質子交換膜換成陰離子交換膜，其他不變。若有11.2 L氯氣(標準狀況)參與反應，則必有 mol 離子(填離子符號)由交換膜 側通過交換膜向 遷移。交換膜右側溶液中c(HCl) (填“”、“”或“”)1 molL1(忽略溶液體積變化)。,答案,解析,1,Cl,右,左,n(Cl2)0.5 mol，n(Cl)1 mol。正極的電極反應式為Cl22e=2Cl，n(e)1 mol，AgeCl=AgCl，交換膜右側溶液中增加了1 mol負電荷(或增加了1 mol Cl)，左側減少了1 mol負電荷(或減少了1 mol Cl)。如果質子交換膜換成陰離子交換膜，只允許陰離子(Cl)通過交換膜，不允許H通過。為了維持電荷平衡，必有1 mol Cl從交換膜右側溶液中通過交換膜向左側遷移，氯離子遷移之后，兩側溶液中鹽酸濃度保持不變。,反應物相同，不同的交換膜，遷移的離子種類不同；同種交換膜，轉移相同的電子數(shù)，如果離子所帶電荷數(shù)不同，遷移離子數(shù)不同。離子遷移依據(jù)電荷平衡，而離子數(shù)目變化量可能不相等。,題組三提高電流效率4.已知：電流效率電路中通過的電子數(shù)與消耗負極失去電子總數(shù)之比?，F(xiàn)有兩個電池、，裝置如圖所示。下列說法正確的是A.和的電池反應不相同B.能量轉化形式不同C.的電流效率低于的電流效率D.5 min后，、中都只含1種溶質,答案,解析,、裝置中電極材料相同，電解質溶液部分相同，電池反應，負極反應和正極反應式相同，A項錯誤；和裝置的能量轉化形式都是化學能轉化成電能，B項錯誤；裝置中銅與氯化鐵直接接觸，會在銅極表面發(fā)生反應，導致部分能量損失(或部分電子沒有通過電路)，導致電流效率降低。而裝置采用陰離子交換膜，銅與氯化銅接觸，不會發(fā)生副反應，放電過程中交換膜左側負極的電極反應式為Cu2e=Cu2，陽離子增多；右側正極的電極反應式為2Fe32e=2Fe2，負電荷過剩。Cl從交換膜右側向左側遷移，電流效率高于裝置， C正確；,放電一段時間后，裝置中生成氯化銅和氯化亞鐵，裝置中交換膜左側生成氯化銅，右側生成了氯化亞鐵，可能含氯化鐵，D項錯誤。,交換膜隔離兩種電解質溶液，避免負極材料與能發(fā)生反應的電解質溶液直接接觸，能提高電流效率。在這種裝置中，交換膜起到鹽橋作用，且優(yōu)于鹽橋(鹽橋需要定時替換或再生)。通過限制離子遷移，使指定離子在溶液中定向移動形成閉合回路，完成氧化劑和還原劑在不接觸條件下發(fā)生氧化還原反應。,考點三金屬的腐蝕與防護,1.金屬腐蝕的本質金屬原子 變?yōu)?，金屬發(fā)生 。,知識梳理,失去電子,金屬陽離子,氧化反應,2.金屬腐蝕的類型(1)化學腐蝕與電化學腐蝕,非金屬單質直接,電解質溶液,無,有微弱,氧化,氧化,電化學,(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：,水膜酸性較強(pH4.3),水膜酸性很弱或呈中性,Fe2e=Fe2,2H2e=H2,O22H2O4e=4OH,Fe2H=Fe2H2,2FeO22H2O=2Fe(OH)2,吸氧腐蝕,3.金屬的防護(1)電化學防護犧牲陽極的陰極保護法 原理a. 極：比被保護金屬活潑的金屬；b. 極：被保護的金屬設備。外加電流陰極保護法 原理a. 極：被保護的金屬設備；b. 極：惰性金屬或石墨。(2)改變金屬的內部結構，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。,原電池,負,正,電解,陰,陽,1.正誤判斷，正確的打“”，錯誤的打“”(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)生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3()(4)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()(5)外加電流的陰極保護法，構成了電解池；犧牲陽極的陰極保護法構成了原電池。二者均能有效地保護金屬不容易被腐蝕(),2.寫出鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕生成鐵銹的原理。,答案,鐵銹的形成負極：2Fe4e=2Fe2正極：O24e2H2O=4OH2FeO22H2O=2Fe(OH)24Fe(OH)2O22H2O=4Fe(OH)32Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(鐵銹)(3x)H2O,解題探究,題組一腐蝕快慢與防護方法的比較1.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,答案,解析,A. B.C. D.,是Fe為負極，雜質碳為正極的原電池腐蝕，是鐵的吸氧腐蝕，腐蝕較慢；其電極反應式：負極2Fe4e=2Fe2，正極2H2OO24e=4OH。均為原電池，中Fe為正極，被保護；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FeCu原電池中Fe被腐蝕的較快。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。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。,2.下列與金屬腐蝕有關的說法，正確的是,答案,解析,A.圖1中，鐵釘易被腐蝕B.圖2中，滴加少量K3Fe(CN)6溶液，沒有藍色沉淀出現(xiàn)C.圖3中，燃氣灶的中心部位容易生銹，主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學腐蝕D.圖4中，用犧牲鎂塊的方法來防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊相當于原 電池的正極,A項，圖1中，鐵釘處于干燥環(huán)境，不易被腐蝕；B項，負極反應為Fe2e=Fe2，F(xiàn)e2與K3Fe(CN)6反應生成KFeFe(CN)6藍色沉淀；D項，為犧牲陽極的陰極保護法，鎂塊相當于原電池的負極。,1.判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)對同一電解質溶液來說，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腐蝕有防腐措施的腐蝕。(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質溶液中弱電解質溶液中非電解質溶液中。(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)對同一種電解質溶液來說，電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕越快。2.兩種保護方法的比較外加電流的陰極保護法保護效果大于犧牲陽極的陰極保護法。,題組二正確判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕3.(2016鄭州高三模擬)一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關系如下表。,下列說法錯誤的是A.當pH4時，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕B.當pH6時，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕C.當pH14時，正極反應為O2 4H 4e=2H2OD.在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩,C項正極反應為O24e2H2O=4OH。,答案,解析,4.利用下圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是A.a管發(fā)生吸氧腐蝕，b管發(fā)生析氫腐蝕B.一段時間后，a管液面高于b管液面C.a處溶液的pH增大，b處溶液的pH減小D.a、b兩處具有相同的電極反應式：Fe2e= Fe2,答案,解析,根據(jù)裝置圖判斷，左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕，右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕，其電極反應為左邊負極：Fe2e=Fe2 正極：O24e2H2O=4OH右邊負極：Fe2e=Fe2 正極：2H2e=H2a、b處的pH均增大，C錯誤。,題組三高考對金屬腐蝕與防護的考查5.正誤判斷，正確的打“”，錯誤的打“”(1)驗證鐵的吸氧腐蝕，可以將鐵釘放入試管中，用鹽酸浸沒 ()(2015福建理綜，8D)(2)鋼鐵水閘可用犧牲陽極或外加電流的陰極保護法防止其腐蝕 ()(2015江蘇，11C)(3) ()(2015四川理綜，3C),6.(2015上海，14)研究電化學腐蝕及防護的裝置如下圖所示。下列有關說法錯誤的是A.d為石墨，鐵片腐蝕加快B.d為石墨，石墨上電極反應為O22H2O4e 4OHC.d為鋅塊，鐵片不易被腐蝕D.d為鋅塊，鐵片上電極反應為2H2e H2,答案,解析,A項，由于活動性：Fe石墨，所以鐵、石墨及海水構成原電池，F(xiàn)e為負極，失去電子被氧化變?yōu)镕e2進入溶液，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的速率快，正確；B項，d為石墨，由于是中性電解質，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，電極反應為O22H2O4e 4OH，正確；C項，若d為鋅塊，則由于金屬活動性：ZnFe，Zn為原電池的負極，F(xiàn)e為正極，首先被腐蝕的是Zn，鐵得到保護，鐵片不易被腐蝕，正確；D項，d為鋅塊，由于電解質為中性環(huán)境，發(fā)生的是吸氧腐蝕，在鐵片上電極反應為O22H2O4e 4OH，錯誤。,微專題23串聯(lián)電池的兩大模型,原電池和電解池統(tǒng)稱為電池，將多個電池串聯(lián)在一起，綜合考查電化學知識是近年來高考命題的熱點，該類題目能夠考查學生對解題方法的掌握情況，需要學生具有縝密的思維能力及巧妙的處理數(shù)據(jù)的能力。,類型一外接電源與電解池的串聯(lián)1.(2016牡丹江一中月考)下圖裝置中a、b、c、d均為Pt電極。電解過程中，電極b和d上沒有氣體逸出，但質量均增大，且增重bd。符合上述實驗結果的鹽溶液是,答案,解析,A項，當X為MgSO4時，b極上生成H2，電極質量不增加，錯誤；C項，X為FeSO4，Y為Al2(SO4)3，b、d極上均產(chǎn)生氣體，錯誤；D項，b極上析出Cu，d極上析出Ag，其中d極質量大于b極質量，錯誤。,2.如圖，a、b是石墨電極，通電一段時間后，b極附近溶液顯紅色。下列說法正確的是A.X極是電源負極，Y極是電源正極B.a極的電極反應是2Cl2e=Cl2C.電解過程中CuSO4溶液的pH逐漸增大D.Pt極上有6.4 g Cu析出時，b極產(chǎn)生2.24 L (標準狀況)氣體,答案,解析,a、b是石墨電極，通電一段時間后，b極附近溶液顯紅色，依據(jù)電解質溶液為氯化鈉的酚酞溶液，判斷b電極是陰極，Y為電源負極，X為電源正極，故A錯誤；a電極是氯離子失電子發(fā)生的氧化反應，電極反應為2Cl2e=Cl2，故B正確；電解過程中CuSO4溶液中的氫氧根離子在陽極Pt電極失電子生成氧氣，溶液中銅離子在Cu電極得到電子析出銅，溶液中氫離子濃度增大，溶液的pH逐漸減小，故C、D錯誤。,3.在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時，銅電極質量增加2.16 g。試回答下列問題。,答案,解析,(1)電源中X電極為直流電源的_極。,負,三個裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時，Ag在陰極發(fā)生還原反應變?yōu)锳g，所以質量增加的銅電極是陰極，則銀電極是陽極，Y是正極，X是負極。,(2)pH變化：A：_(填“增大”、“減小”或“不變”，下同)，B：_，C：_。,答案,解析,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?。浑娊釧gNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag濃度基本不變，pH不變。,增大,減小,不變,(3)通電5 min時，B中共收集224 mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質的量濃度為 (設電解前后溶液體積無變化)。,答案,解析,0.025 molL1,通電5 min時，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，電子轉移不守恒，因此，B中電解分為兩個階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，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。設電解CuSO4溶液時生成O2的物質的量為x，電解H2O時生成O2的物質的量為y，則4x4y0.02 mol(電子轉移守恒)，x3y0.01 mol(氣體體積之和)，解得xy0.002 5 mol，所以n(CuSO4)20.002 5 mol0.005 mol，c(CuSO4)0.005 mol0.2 L0.025 molL1。,(4)若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為_ (設電解前后溶液體積無變化)。,答案,解析,13,通電5 min時，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH)0.02 mol0.2 L0.1 molL1，pH13。,類型二原電池與電解池的串聯(lián)多個電池“串聯(lián)”在一起，但沒有外接直流電源，其中一個裝置是原電池，裝置中兩個電極活潑性差異最大的裝置為原電池，較活潑的作負極，其余均為電解池。,4.燒杯A中盛入0.1 molL1的H2SO4溶液，燒杯B中盛放0.1 molL1的CuCl2溶液(兩種溶液均足量)，裝置如圖所示，下列說法不正確的是A.A中Fe極質量減少，C極有氣體產(chǎn)生B.A為電解池，B為原電池C.當A燒杯中產(chǎn)生0.1 mol氣體時，B燒杯中產(chǎn)生 氣體的物質的量也為0.1 molD.經(jīng)過一段時間，B燒杯中溶液的pH增大,答案,解析,構成A裝置的活動性不同的電極、電解質溶液，兩極形成了閉合的回路，所以A為原電池裝置，且A為B的電解提供電能。電極反應式分別為(燒杯A中)C正極：2H2e=H2，F(xiàn)e負極：Fe2e=Fe2。(燒杯B中)陰極：Cu22e=Cu，陽極：2Cl2e=Cl2。燒杯B中電解氯化銅，銅離子濃度減小，水解程度減小，pH增大(不考慮Cl2溶于水)。,5.某同學按下圖所示的裝置進行實驗。A，B為兩種常見金屬，它們的硫酸鹽可溶于水，當K閉合時，Y極上產(chǎn)生黃綠色氣體。下列分析正確的是A.溶液中c(A2)減小B.B極的電極反應：B2e=B2C.Y電極上有Cl2產(chǎn)生，發(fā)生還原反應D.反應初期，X電極周圍出現(xiàn)白色膠狀沉淀,答案,解析,根據(jù)Y極有黃綠色氣體生成，Y極電極反應為2Cl2e=Cl2，即Y為電解池的陽極，B為原電池的正極，A為原電池的負極。故A極的電極反應為A2e=A2，溶液中c(A2)增大，A錯誤；B極為正極，發(fā)生還原反應，B錯誤；右邊U形管中最初為電解AlCl3溶液，X電極為H放電，c(H)減小，c(OH)增大，且Al3移向X極，因此會產(chǎn)生Al(OH)3白色膠狀沉淀，D正確。,6.(2016吉林省實驗中學高三上學期第二次模擬考試)甲醇是一種重要的化工原料和新型燃料。下圖是甲醇燃料電池工作的示意圖，其中A、B、D均為石墨電極，C為銅電極。工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同。,答案,解析,(1)甲中負極的電極反應式為 。,甲醇燃料電池是原電池反應，甲醇在負極失電子發(fā)生氧化反應，電極反應為CH3OH6e8OH=CO 6H2O。,(2)乙中A極析出的氣體在標準狀況下的體積為_。,答案,解析,2.24 L,工作一段時間后，斷開K，此時A、B兩極上產(chǎn)生的氣體體積相同，分析電極反應，B為陰極，溶液中銅離子析出，氫離子得到電子生成氫氣，設生成氣體物質的量為x，溶液中銅離子物質的量為0.1 mol，電極反應為Cu22e=Cu，0.1 mol 0.2 mol2H 2e=H2， 2x x,A電極為陽極，溶液中的氫氧根離子失電子生成氧氣，電極反應為4OH4e=2H2OO2，4x x得到0.22x4x，x0.1 mol所以，乙中A極析出的氣體是氧氣，物質的量為0.1 mol，在標準狀況下的體積為2.24 L。,(3)丙裝置溶液中金屬陽離子的物質的量與轉移電子的物質的量變化關系如右圖，則圖中線表示的是_的變化；反應結束后，要使丙裝置中金屬陽離子恰好完全沉淀，需要_ mL 5.0 molL1 NaOH溶液。,答案,解析,Fe2,280,根據(jù)轉移電子的物質的量和金屬陽離子的物質的量的變化，可知，銅離子從無到有逐漸增多，鐵離子物質的量逐漸減小，亞鐵離子物質的量逐漸增大，為Fe3，為Fe2，為Cu2，依據(jù)(2)計算得到電子轉移為0.4 mol，當電子轉移為0.4 mol時，丙中陽極電極反應Cu2e=Cu2，生成Cu2物質的量為0.2 mol，由圖像分析可知：反應前，丙裝置中n(Fe3)0.4 mol，n(Fe2)0.1 mol，當電子轉移0.4 mol時，F(xiàn)e3完全反應，生成0.4 mol Fe2，則反應結束后，F(xiàn)e2的物質的量為0.5 mol，Cu2的物質的量為0.2 mol，所以需要加入NaOH溶液1.4 mol，所以NaOH溶液的體積為1.4 mol5.0 molL10.28 L280 mL。,1.串聯(lián)裝置圖比較,圖甲中無外接電源，二者必有一個裝置是原電池(相當于發(fā)電裝置)，為電解裝置提供電能，其中兩個電極活動性差異大者為原電池裝置，即左圖為原電池裝置，右圖為電解裝置。圖乙中有外接電源，兩燒杯均作電解池，且串聯(lián)電解，通過的電流相等。,2.“串聯(lián)”類電池的解題流程,考能提升,探究高考 明確考向,1.(2016全國卷，11)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.負極反應為2H2O4e=O24H，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,答案,解析,1,2,3,4,5,電解池中陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，即SO 離子向正極區(qū)移動，Na 向負極區(qū)移動，正極區(qū)水電離的OH發(fā)生氧化反應生成氧氣，H留在正極區(qū)，該極得到H2SO4產(chǎn)品，溶液pH減小，負極區(qū)水電離的H發(fā)生還原反應生成氫氣，OH留在負極區(qū)，該極得到NaOH產(chǎn)品，溶液pH增大，故A、C項錯誤，B正確；該電解池相當于電解水，根據(jù)電解水的方程式可計算出當電路中通過1 mol電子的電量時，會有0.25 mol的O2生成，D錯誤。,1,2,3,4,5,2.(2015福建理綜，11)某模擬“人工樹葉”電化學實驗裝置如圖所示，該裝置能將H2O和CO2轉化為O2和燃料(C3H8O)。下列說法正確的是A.該裝置將化學能轉化為光能和電能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D.a 電極的反應為3CO218H18e= C3H8O5H2O,1,2,3,4,5,答案,解析,A項，該裝置是電解池，在電解和光的作用下H2O在光催化劑的表面轉化為O2和H，故該裝置是將電能和光能轉化為化學能，錯誤；B項，根據(jù)同種電荷相互排斥、異種電荷相互吸引的原則，該裝置工作時，H從陽極b極區(qū)向陰極a極區(qū)遷移，正確；C項，該電解池的總反應式為6CO28H2O 2C3H8O9O2，根據(jù)總反應方程式可知，每生成1 mol O2，有 mol CO2被還原，其質量為 g，錯誤；D項，a電極為陰極，發(fā)生還原反應，電極反應式為3CO218H18e=C3H8O5H2O，錯誤。,