資源簡介

第3講　電解池　金屬的腐蝕與防護
【復習目標】
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。
2.認識金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。
考點一　電解的原理及規律
1.電解和電解池
2.電解池模型構建和工作原理
從電子、離子、電流的移動方向角度理解電解池的工作原理。
(1)電子移動方向:電源負極→電解池　　　　;電解池　　　　→電源正極。
(2)離子移動方向:陽離子移向電解池　　　　;陰離子移向電解池　　　　。
(3)電流方向:電源　　　　→電解池　　　　極;電解池　　　　極→電源負極。
[注意] 電子不下水,離子不上線。
3.電解規律
(1)電極上離子放電順序。
①兩電極上離子的放電順序的根本實質是離子氧化性、還原性的強弱。
②陰極上是氧化性離子得電子,常為金屬陽離子,也可能是氧化性強的酸根陰離子,如N、Mn等。
③常見惰性電極有石墨、Au、Pt等。
(2)惰性電極電解電解質溶液的四種類型。
類型 實例 電解對象 陽極產物 陰極產物 電解質 (濃度) pH 電解質溶液復原(出什么加什么)
電解水型 NaOH H2O O2 H2 增大 增大 H2O
H2SO4 H2O O2 H2 增大 減小 H2O
Na2SO4 H2O O2 H2 增大 不變 H2O
電解電解質型 HCl HCl Cl2 H2 減小 增大 HCl
CuCl2 CuCl2 Cl2 Cu 減小 不變 CuCl2
放H2生堿型 NaCl NaCl、H2O Cl2 H2 生成NaOH 增大 HCl
放O2生酸型 CuSO4 CuSO4、H2O O2 Cu 生成H2SO4 減小 CuO或CuCO3
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)電解鹽酸、稀硫酸等,H+放電,溶液的pH逐漸增大。(　　)
(2)用銅電極電解稀鹽酸,發生反應:Cu+2H+Cu2++H2↑。(　　)
(3)用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后,加入CuCO3或Cu(OH)2均可使電解質溶液恢復到電解前的狀況。(　　)
(4)電解過程中電子流向為負極→陰極→電解質溶液→陽極→正極。(　　)
一、電解過程的全面分析
1.用如圖所示裝置(X、Y是直流電源的兩極)分別進行下列各組實驗,下表中各項所列對應關系均正確的是(　　)
選項 X極 實驗前U形 管中的溶液 通電后現象及結論
[A] 正極 Na2SO4 溶液 U形管兩端滴入酚酞溶液后,a處附近溶液呈紅色
[B] 正極 AgNO3溶液 b處電極反應式為4OH--4e-O2↑+2H2O
[C] 負極 CuCl2溶液 b處有氣體逸出
[D] 負極 NaOH溶液 溶液pH減小
2.(2022·海南卷,9)一種采用H2O(g)和N2(g)為原料制備NH3(g)的裝置示意圖如圖。
下列有關說法正確的是(　　)
[A] 在b電極上,N2被還原
[B] 金屬Ag可作為a電極的材料
[C] 改變工作電源電壓,反應速率不變
[D] 電解過程中,固體氧化物電解質中O2-不斷減少
分析電解過程的思維流程
二、電極反應式的書寫
3.按要求書寫電極反應式和總反應式:
(1)用惰性電極電解AgNO3溶液。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應離子方程式: 　。
(2)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: 　。
(3)用鐵作電極電解NaCl溶液。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應化學方程式: 　。
(4)用Al作陽極,電解稀硫酸,鋁材表面形成氧化膜。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應化學方程式: 　　　　　　　　。
(5)電解NO制備NH4NO3,其工作原理如圖所示。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應化學方程式: 　　　　　　　　　。
為使電解產物全部轉化為NH4NO3,需補充物質A,A是　　　　。
電極反應式書寫的步驟
三、電解相關計算
4.以惰性電極電解200 mL 某濃度的Cu(NO3)2溶液。
(1)陽極產生112 mL (標準狀況下)氣體時,陰極無氣體生成。所得溶液的pH為　　　　(不考慮溶液體積變化),要使溶液恢復到電解前的狀態,可加入　　　　g的　　　 　(填化學式)。
(2)繼續通電電解一段時間,若加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液復原,則電路中轉移電子為
　　　　 mol。
(3)若通電足夠長時間,加入0.02 mol Cu2(OH)2CO3 可使溶液復原,則電路中轉移電子為
　　　　 mol。
電解相關計算的原理與方法
(1)計算原理。
串聯電路中的各個電極反應得、失電子數相等。
(2)電解相關計算的常用方法。
①根據得失電子守恒計算。
串聯電路中陰陽兩極、電源正負極、電路中通過電子數相等。
②根據總反應計算。
先寫出電極反應,再寫出總反應,最后根據總反應列出比例式計算。
③根據關系式計算。
根據得失電子守恒構建已知量與未知量之間的關系式,然后通過關系式計算。
考點二　電解原理的應用
一、電解飽和食鹽水——氯堿工業
1.電極反應
陽極: (　　　　反應);
陰極: (　　　　反應)。
2.總反應
化學方程式: 　　　　　　　　。
離子方程式: 　　　　　　　　。
3.離子交換膜電解槽
(1)裝置示意圖。
(2)陽離子交換膜的作用。
①阻止OH-進入陽極室與生成的Cl2反應。
②防止陽極生成的Cl2與陰極生成的H2混合,發生爆炸。
二、電鍍和電解精煉銅——非惰性電極電解的應用
項目 電鍍銅 電解精煉銅
電解 裝置 示意圖
電 極 反 應 陽 極 　　　　　　　 Zn-2e-Zn2+、 Fe-2e-Fe2+、 Ni-2e-Ni2+、 　　　　　　　　(主反應)
陰 極 　　　　　　　　　　　
電解質 溶液的 濃度 變化 　　　 　　　
三、電冶金
1.原理
利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬,如Na、Ca、Mg、Al等。
2.鈉、鎂、鋁的電解冶煉
(1)冶煉鈉。
陽極:　 。
陰極:　 。
總反應:　 。
(2)冶煉鎂。
陽極:　 。
陰極:　 。
總反應:　 。
(3)冶煉鋁。
陽極:　 。
陰極:　 。
總反應:　 。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)電解飽和食鹽水時,離子交換膜是為了避免Cl2與H2反應,得到純度更高的氫氧化鈉。(　　)
(2)電解精煉粗銅后的電解質溶液中存在:Cu2+、Zn2+、S、Fe2+、Ag+。(　　)
(3)電解冶煉鎂、鋁通常電解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以電解熔融的MgO和AlCl3。(　　)
(4)由于放電順序H+>Zn2+,不可能用Zn為陽極、Fe為陰極在鐵上鍍鋅。(　　)
(5)根據得失電子守恒可知,電解精煉銅時,陽極減少的質量和陰極增加的質量相等。(　　)
一、氯堿工業
1.(2023·廣東卷,13)利用活性石墨電極電解飽和食鹽水,進行如圖所示實驗。閉合K1,一段時間后(　　)
[A] U形管兩側均有氣泡冒出,分別是Cl2和O2
[B] a處布條褪色,說明Cl2具有漂白性
[C] b處出現藍色,說明還原性:Cl->I-
[D] 斷開K1,立刻閉合K2,電流表發生偏轉
2.(2023·浙江6月選考,13)氯堿工業能耗大,通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗,下列說法不正確的是(　　)
[A] 電極A接電源正極,發生氧化反應
[B] 電極B的電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-
[C] 應選用陽離子交換膜,在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
[D] 改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓,減少能耗
二、活性金屬電極電解應用——電鍍、電解精煉
3.金屬鎳有廣泛的用途,粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質,可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述正確的是(已知氧化性:Fe2+[A] 陽極發生還原反應,其電極反應式為Ni2++2e-Ni
[B] 電解過程中,陽極質量的減少量與陰極質量的增加量相等
[C] 電解后,溶液中存在的陽離子只有Fe2+和Zn2+
[D] 電解后,電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt
4.鋼鐵是建筑、工程、制造、交通和能源等多個方面基礎建設的基本材料,每年因鋼鐵生銹而損失大量資源。為防止鋼鐵制品腐蝕,在有些鐵制器具表面鍍上一薄層其他金屬或合金,如鍍鋅、鍍銅等。
(1)鋅酸鹽鍍鋅是鍍鋅的一種工藝:用ZnO、NaOH配制溶液,加入適量的鍍鋅添加劑,在通電狀態下,在金屬或其他材料表面鍍一層金屬鋅,來增加材料耐蝕性和裝飾性(已知鋅酸根離子的化學式為[Zn(OH)4]2-)。
①寫出氫氧化鈉溶液與氧化鋅反應制備電鍍液的離子方程式:　 。
②電鍍時陰極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。洗刷導電銅杠時致使鍍液中引入銅離子,導致鍍鋅層粗糙、光亮度低,其原因是　　　　　　　　(用電極反應式表示)。
(2)某電鍍銅實驗裝置(電鍍池)如圖所示。
請回答下列問題。
①A電極對應的金屬是　　　　　(填元素名稱),B電極的電極反應式是　 。
②若電鍍前A、B質量相同,電鍍完成后將它們取出洗凈、烘干、稱量,兩者質量差為
5.12 g,則電鍍時電路中通過的電子的物質的量為　 。
考點三　金屬的腐蝕與防護　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、金屬的腐蝕
1.金屬腐蝕的含義
金屬腐蝕是金屬或合金與周圍的氣體或液體發生　　　　反應而引起損耗的現象。
2.金屬腐蝕的本質
金屬原子失去電子變為金屬陽離子,金屬發生氧化反應。
3.金屬腐蝕的類型
(1)化學腐蝕與電化學腐蝕。
項目 化學腐蝕 電化學腐蝕
條件 金屬與其表面接觸的一些物質(如O2、Cl2、SO2)等直接反應 不純的金屬接觸到電解質溶液發生原電池反應
本質 M-ne-Mn+ M-ne-Mn+
現象 金屬被腐蝕 較活潑的金屬被腐蝕
區別 無電流產生 有微弱電流產生
聯系 電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多,腐蝕速率更大,危害也更嚴重
(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵的腐蝕為例)。
項目 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 水膜酸性較強 水膜酸性很弱或呈中性
電極 反應 負極 Fe-2e-Fe2+
正極 2H++2e-H2↑ O2+2H2O+4e- 4OH-
總反應 Fe+2H+Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2
聯系 　　　　更普遍
4.金屬腐蝕快慢的規律
對同一電解質溶液來說,腐蝕速率的大小 電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕;外界條件相同時,電解質濃度越大,金屬腐蝕越快
對同一金屬來說,在不同溶液中腐蝕速率的大小 強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液;活動性不同的兩種金屬,活動性差別越大,腐蝕速率越大
二、金屬的防護
1.改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優異的合金。如不銹鋼、鈦合金等。
2.在金屬表面覆蓋保護層
在金屬表面覆蓋致密的保護層,將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。如噴油漆、涂油脂、電鍍或表面鈍化等。
3.電化學保護法
(1)犧牲陽極法(原電池原理)。
　　　　極(陽極):比被保護金屬活潑的金屬;
　　　　極:被保護的金屬設備。
(2)外加電流法(電解原理)。
　　　　極:惰性電極;
　　　　極:被保護的金屬設備。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)生鐵浸泡在食鹽水中發生析氫腐蝕。(　　)
(2)鋼鐵發生電化學腐蝕的負極反應為Fe-3e-Fe3+。(　　)
(3)鐵表面鍍鋅可增強其抗腐蝕性,若鍍層破損后,就完全失去了對金屬的保護作用。(　　)
(4)若在船體上附著一些銅塊,則可以減輕輪船的腐蝕。(　　)
金屬的腐蝕與防護
1.(2024·江蘇南京模擬)如圖所示,下列敘述錯誤的是(　　)
[A] 開關未閉合時,鐵棒上B點腐蝕最快
[B] 若X為NaCl,K與M連接,鐵棒處pH最大
[C] 若X為H2SO4,K與N連接,鐵棒上發生反應:2H++2e-H2↑
[D] 若X為H2SO4,K分別與N、M連接,Fe腐蝕情況前者更慢
2.(2022·上海卷,18)濃硫酸貯存罐的鈍化金屬保護法示意圖如圖,其原理是利用可鈍化的金屬與直流電源相連,控制合適的電壓,使金屬貯存罐表面形成致密的鈍化膜,以有效減緩金屬腐蝕。下列選項錯誤的是(　　)
[A] 金屬貯存罐可用鋼制材料
[B] 電子沿導線流入輔助電極
[C] 貯存濃硫酸的金屬罐與電源負極相連
[D] 電壓高到一定程度有可能會加劇腐蝕
3.(2024·浙江舟山模擬)某學習小組按如圖探究金屬電化學腐蝕與防護的原理,下列說法正確的是(　　)
[A] 若b為正極,K連接A時,鐵棒防腐的方式稱為犧牲陽極法
[B] 相同條件下,若X溶液為食鹽水,K分別連接B、C時前者鐵棒的腐蝕速率更小
[C] 若X溶液為模擬海水,K未閉合時鐵棒上E點表面鐵銹最多,腐蝕最嚴重的位置則是F點
[D] 若在X溶液中預先加入適量的K4[Fe(CN)6]溶液,可有效提升鐵棒腐蝕或防腐的觀察效果
1.(2024·湖北卷,2)2024年5月8日,我國第三艘航空母艦福建艦順利完成首次海試。艦體表面需要采取有效的防銹措施,下列防銹措施中不形成表面鈍化膜的是(　　)
[A] 發藍處理 [B] 陽極氧化
[C] 表面滲鍍 [D] 噴涂油漆
2.(2024·廣東卷,16)一種基于氯堿工藝的新型電解池(如圖所示),可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中,下列說法不正確的是(　　)
[A] 陽極反應:2Cl--2e-Cl2↑
[B] 陰極區溶液中OH-濃度逐漸增大
[C] 理論上每消耗1 mol Fe2O3,陽極室溶液減少213 g
[D] 理論上每消耗1 mol Fe2O3,陰極室物質最多增加138 g
3.(2024·甘肅卷,7)某固體電解池工作原理如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
[A] 電極1的多孔結構能增大與水蒸氣的接觸面積
[B] 電極2是陰極,發生還原反應:O2+4e-2O2-
[C] 工作時O2-從多孔電極1遷移到多孔電極2
[D] 理論上電源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
4.(2024·浙江1月選考,13)破損的鍍鋅鐵皮在氨水中發生電化學腐蝕,生成[Zn(NH3)4]2+和H2,下列說法不正確的是(　　)
[A] 氨水濃度越大,腐蝕趨勢越大
[B] 隨著腐蝕的進行,溶液的pH變大
[C] 鐵電極上的電極反應式為2NH3+2e-2N+H2↑
[D] 每生成標準狀況下224 mL H2,消耗 0.010 mol Zn
第3講　電解池　金屬的腐蝕與防護
考點一　電解的原理及規律
必備知識整合
1.直流電　氧化反應　還原反應　電能　化學能　電源　電解質溶液　熔融電解質　閉合回路
2.(1)陰極　陽極　(2)陰極　陽極　(3)正極　陽　陰
[理解·辨析] (1)×　(2)√　(3)×　(4)×
【提示】 (1)電解鹽酸,pH逐漸增大;電解稀硫酸實質是電解水,pH減小。
(2)銅作電極電解稀鹽酸時,陽極反應為Cu-2e-Cu2+,陰極反應為2H++2e-H2↑,總反應為Cu+2H+Cu2++H2↑。
(3)短時間內用惰性電極電解CuSO4溶液,加入CuCO3或CuO可使電解質溶液恢復到電解前的狀況,加入Cu(OH)2會帶入過多的H2O。
(4)在原電池和電解池裝置中,電子只能在導線中傳遞,電解質溶液中通過離子定向移動而實現導電。
關鍵能力提升
1.C　電解Na2SO4溶液時,陽極上OH-失電子,發生氧化反應,即a處OH-放電,酸性增強,酸遇酚酞溶液不變色,即a處附近溶液顏色無明顯變化,A項錯誤;電解AgNO3溶液時,陰極上Ag+得電子,發生還原反應,即b處電極反應式為Ag++e-Ag,B項錯誤;電解CuCl2溶液時,陽極上Cl-失電子,發生氧化反應,即b處Cl-放電,產生Cl2,C項正確;電解NaOH溶液時,陰極上H+放電,陽極上OH-放電,實際上電解的是水,導致NaOH溶液的濃度增大,堿性增強,pH增大,D項錯誤。
2.A　由裝置可知,b電極上N2轉化為NH3,N的化合價降低,得到電子發生還原反應,因此b電極為陰極,電極反應式為N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-,a電極為陽極,電極反應式為 2O2--4e-O2↑。由分析可得,b電極上N2轉化為NH3,N的化合價降低,得到電子發生還原反應,即N2被還原,A正確;a電極為陽極,若金屬Ag作a電極的材料,則金屬Ag優先失去電子,B錯誤;改變工作電源的電壓,反應速率會改變,C錯誤;電解過程中,陰極電極反應式為N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-,陽極電極反應式為2O2--4e-O2↑,因此固體氧化物電解質中O2-不會減少,D錯誤。
3.(1)2H2O-4e-O2↑+4H+
Ag++e-Ag
4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-Cl2↑
2H2O+2e-+Mg2+H2↑+Mg(OH)2
Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-Fe2+
2H2O+2e-H2↑+2OH-
Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑
(4)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+
2H++2e-H2↑
2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
(5)5NO-15e-+10H2O5N+20H+
3NO+15e-+18H+3N+3H2O
8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3
NH3
4.【答案】 (1)1　0.8　CuO(或1.24　CuCO3)　(2)0.08　(3)0.12
【解析】 (1)電解Cu(NO3)2溶液,陽極是H2O失電子生成O2,得到112 mL (標準狀況下)即 0.005 mol O2,依據總反應2Cu(NO3)2+2H2O2Cu+O2↑+4HNO3,此時溶液中生成
0.02 mol H+,c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1;電解生成 0.005 mol O2和0.01 mol Cu,故要使溶液復原可加 0.01 mol CuO,質量為0.8 g,或加 0.01 mol CuCO3,質量為1.24 g。
(2)加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液復原,相當于加入 0.02 mol CuO和0.02 mol H2O,故轉移電子為(0.02×2+0.02×2) mol=0.08 mol。
(3)Cu2(OH)2CO3相當于2CuO·H2O·CO2,加入 0.02 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液復原,則轉移電子為 0.04 mol×2+0.02 mol×2=0.12 mol。
考點二　電解原理的應用
必備知識整合
一、1.2Cl--2e-Cl2↑　氧化　2H2O+2e-H2↑+2OH-　還原
2.2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑　2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
3.(1)Cl2　H2　淡鹽水　NaOH溶液　精制飽和NaCl溶液　NaOH
二、正　負　Cu-2e-Cu2+　Cu-2e-Cu2+　Cu2++2e-Cu　不變　變小
三、2.(1)2Cl--2e-Cl2↑　Na++e-Na　2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑　(2)2Cl--2e-Cl2↑　Mg2++2e-Mg　MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑　(3)2O2--4e-O2↑　Al3++3e-Al　2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
[理解·辨析] (1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
【提示】 (2)電解精煉粗銅,雜質銀不能失電子轉變為Ag+,而是以單質形式進入陽極泥。
(3)MgO熔點高,AlCl3是共價化合物。
(4)陰極放電順序Zn2+先于H+(水),可以用Zn為陽極、Fe為陰極在鐵上鍍鋅。
關鍵能力提升
1.D　根據題意可知,閉合K1后,形成電解池。電解飽和食鹽水,由題圖可知,左側電極為陽極,陽極上氯離子失去電子生成氯氣,電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑,右側電極為陰極,電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,總反應式為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。根據分析,U形管兩側均有氣泡冒出,分別是Cl2和H2,A錯誤;左側生成氯氣,氯氣與水反應生成HClO,HClO具有漂白性,則a處濕潤的紅布條褪色,說明HClO具有漂白性,B錯誤;b處出現藍色,發生反應Cl2+2KII2+2KCl,說明還原性 I->Cl-,C錯誤;斷開K1,立刻閉合K2,此時構成氫氯燃料電池,產生電流,電流表發生偏轉,D正確。
2.B　電極A上氯離子失去電子發生氧化反應,電極A是電解池陽極,因此電極A接電源正極,故A正確;電極B為陰極,通入氧氣,氧氣得到電子,電極反應式為2H2O+4e-+O24OH-,故B錯誤;右室生成氫氧根離子,應選用陽離子交換膜,左室中的鈉離子進入右室,在右室獲得濃度較高的NaOH溶液,故C正確;改進設計中增大了氧氣的量,提高了電極B處的氧化性,通過提高反應物的氧化性來降低電解電壓,減少能耗,故 D正確。
3.D　電解時,在陽極上Zn、Fe、Ni失去電子,發生氧化反應,A錯誤;因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,故陰極的電極反應式為Ni2++2e-Ni,陽極質量減少是因為Zn、Fe、Ni溶解,Cu、Pt以單質形式進入陽極泥,而陰極質量增加是因為Ni析出,二者質量不相等,B錯誤;電解后溶液中的陽離子除Fe2+和Zn2+外,還有Ni2+和H+,C錯誤。
4.【答案】 (1)①ZnO+2OH-+H2O[Zn(OH)4]2-
②[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-　Cu2++2e-Cu
(2)①銅　Cu2++2e-Cu　②0.08 mol
【解析】 (1)②鋅酸鹽鍍鋅,電鍍時[Zn(OH)4]2-在陰極上放電,電極反應式為[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-。電鍍液中引入銅離子,銅離子在陰極上得電子生成單質銅,電極反應式為Cu2++2e-Cu,導致鍍鋅層粗糙、光亮度低。
(2)①電鍍時,鍍層金屬銅作陽極,鍍件作陰極,即A電極是陽極,對應的金屬是銅,B電極是陰極,陰極上Cu2+得電子生成Cu,電極反應式為Cu2++2e-Cu。②陽極上Cu發生氧化反應,陰極上Cu2+發生還原反應,電鍍完成后兩者質量差為 5.12 g,其質量差的一半為陰極析出銅的質量,根據Cu2++2e-Cu和生成Cu的質量為2.56 g,可知轉移 n(e-)=×2=
0.08 mol。
考點三　金屬的腐蝕與防護
必備知識整合
一、1.氧化還原
3.(2)吸氧腐蝕
二、3.(1)負　正　(2)陽　陰
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)×
【提示】 (1)食鹽水為中性溶液,生鐵浸泡在食鹽水中發生吸氧腐蝕。
(2)鋼鐵發生電化學腐蝕生成Fe2+。
(3)鍍層破損后,在潮濕環境中構成原電池,鋅作負極,對鐵依然有一定的保護作用。
(4)利用犧牲陽極法防止鋼鐵腐蝕時,應該外接比鐵活潑的金屬。
關鍵能力提升
1.B　開關未閉合時,鐵棒上B點同時與空氣、H2O接觸,腐蝕最快,A項正確;若X為NaCl,K與M連接,形成原電池,鐵棒作負極,電極反應為Fe-2e-Fe2+,碳棒作正極,電極反應為O2+4e-+2H2O4OH-,故碳棒處pH最大,B項錯誤;若X為H2SO4,K與N連接,形成原電池,鐵棒為正極,電極反應為2H++2e-H2↑,C項正確;若X為H2SO4,K與N連接時,鐵棒為正極,被保護,K與M連接時,鐵棒為負極,被腐蝕,故Fe腐蝕情況前者更慢,D項正確。
2.C　鋼的主要成分為鐵,鐵遇濃硫酸發生鈍化,因此可用鋼制材料做金屬貯存罐,故A正確;貯存罐需要被氧化形成鈍化層,因此應作陽極,連接到電源的正極,輔助電極作陰極,電子流入,故B正確,C錯誤;當控制合適的電壓時,會在金屬貯存罐表面形成一層薄而致密的氧化膜,但電壓高到一定程度,內層的金屬有可能會繼續失電子被氧化,從而加劇其腐蝕,故D正確。
3.C　犧牲陽極法原理為原電池原理,無外加電流,若b為正極,K連接A時,鐵棒成為電解池的陽極,加速腐蝕,A錯誤;K連接B時,Fe作負極,被腐蝕,K連接C時,Zn作負極,Fe作正極,即犧牲Zn,保護Fe,所以后者鐵棒的腐蝕速率更小,B錯誤;浸于X溶液(模擬海水)中的鐵棒形成原電池,E點氧氣濃度高,為正極,F點為負極,所以F點腐蝕最嚴重,E點(界面處)氧氣濃度較大,生成的OH-濃度最大,而Fe(OH)2經氧化才形成鐵銹,所以是E點鐵銹最多,C正確;Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液反應產生藍色沉淀,通過觀察沉淀量的多少判斷鐵棒腐蝕或防腐的效果,應加 K3[Fe(CN)6]溶液,不是 K4[Fe(CN)6]溶液,D錯誤。
真題驗收
1.D　發藍處理技術通常用于鋼鐵等黑色金屬,通過在空氣中加熱或直接浸泡于濃氧化性溶液中來實現,可在金屬表面形成一層極薄的氧化膜,這層氧化膜能有效防銹,A不符合題意;陽極氧化是將待保護的金屬與電源正極連接,在金屬表面形成一層氧化膜的過程,B不符合題意;表面滲鍍是在高溫下將氣態、固態或熔化狀態的欲滲鍍的物質(金屬或非金屬)通過擴散作用從被滲鍍的金屬的表面滲入內部以形成表層合金鍍層的一種表面處理的方法,C不符合題意;噴涂油漆是將油漆涂在待保護的金屬表面,并沒有在表面形成鈍化膜,D符合題意。
2.C　右側溶液為飽和食鹽水,右側電極產生氣體,則右側電極為陽極,Cl-放電產生Cl2,電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑;左側電極為陰極,發生還原反應,Fe2O3在堿性條件下轉化為Fe,電極反應式為Fe2O3+6e-+3H2O2Fe+6OH-;中間為陽離子交換膜,Na+由陽極向陰極移動。由分析可知,陽極反應為2Cl--2e-Cl2↑,A正確;陰極反應為Fe2O3+6e-+3H2O2Fe+6OH-,消耗水產生OH-,陰極區溶液中OH-濃度逐漸增大,B正確;理論上每消耗1 mol Fe2O3,轉移6 mol電子,產生3 mol Cl2,同時有 6 mol Na+由陽極轉移至陰極,則陽極室溶液減少3×71 g+6×23 g=351 g,陰極室物質最多增加6×23 g=138 g,C不正確,D正確。
3.B　多孔電極1上H2O(g)發生得電子的還原反應轉化成H2(g),多孔電極1為陰極,電極反應為H2O+2e-H2+O2-;多孔電極2上O2-發生失電子的氧化反應轉化成O2(g),多孔電極2為陽極,電極反應為2O2--4e-O2↑。電極1的多孔結構能增大電極的比表面積,增大與水蒸氣的接觸面積,A正確;根據分析可知,電極2為陽極,發生氧化反應,2O2--4e-O2↑,B錯誤;工作時,陰離子O2-向陽極移動,即O2-從多孔電極1遷移到多孔電極2,C正確;根據分析可知,電解總反應為2H2O(g)2H2+O2,分解2 mol H2O轉移4 mol電子,則理論上電源提供 2 mol電子能分解1 mol H2O,D正確。
4.C　氨水濃度越大,越容易生成 [Zn(NH3)4]2+,腐蝕趨勢越大,A正確;腐蝕的總反應為Zn+4NH3·H2O[Zn(NH3)4]2++H2↑+2H2O+2OH-,有OH-生成,溶液pH變大,B正確;該電化學腐蝕中Zn作負極,Fe作正極,正極上氫離子得電子生成氫氣,鐵電極上的電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,C錯誤;根據得失電子守恒,每生成標準狀況下224 mL H2,轉移電子的物質的量為=0.020 mol,消耗 0.010 mol Zn,D正確。
(
第
14
頁
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電解池　金屬的腐蝕與防護
第3講
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。
2.認識金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。
1.電解和電解池
直流電　
氧化反應　
還原反應　
電能　
化學能　
電源　
電解質溶液　
熔融電解質　
閉合回路
2.電解池模型構建和工作原理
從電子、離子、電流的移動方向角度理解電解池的工作原理。
(1)電子移動方向:電源負極→電解池 ;電解池 →電源正極。
(2)離子移動方向:陽離子移向電解池 ;陰離子移向電解池 。
(3)電流方向:電源 →電解池 極;電解池 極→電源負極。
[注意] 電子不下水,離子不上線。
陰極
陽極
陰極
陽極
正極
陽
陰
3.電解規律
(1)電極上離子放電順序。
①兩電極上離子的放電順序的根本實質是離子氧化性、還原性的強弱。
③常見惰性電極有石墨、Au、Pt等。
(2)惰性電極電解電解質溶液的四種類型。
類型 實例 電解對象 陽極產物 陰極產物 電解質 (濃度) pH 電解質溶液復原
(出什么加什么)
電解水型 NaOH H2O O2 H2 增大 增大 H2O
H2SO4 H2O O2 H2 增大 減小 H2O
Na2SO4 H2O O2 H2 增大 不變 H2O
電解電解質型 HCl HCl Cl2 H2 減小 增大 HCl
CuCl2 CuCl2 Cl2 Cu 減小 不變 CuCl2
放H2生堿型 NaCl NaCl、H2O Cl2 H2 生成NaOH 增大 HCl
放O2生酸型 CuSO4 CuSO4、H2O O2 Cu 生成H2SO4 減小 CuO或CuCO3
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)電解鹽酸、稀硫酸等,H+放電,溶液的pH逐漸增大。(　 　)
(2)用銅電極電解稀鹽酸,發生反應:Cu+2H+ Cu2++H2↑。(　 　)
×
【提示】 (1)電解鹽酸,pH逐漸增大;電解稀硫酸實質是電解水,pH減小。
√
(3)用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后,加入CuCO3或Cu(OH)2均可使電解質溶液恢復到電解前的狀況。(　 　)
(4)電解過程中電子流向為負極→陰極→電解質溶液→陽極→正極。(　 　)
×
【提示】 (3)短時間內用惰性電極電解CuSO4溶液,加入CuCO3或CuO可使電解質溶液恢復到電解前的狀況,加入Cu(OH)2會帶入過多的H2O。
×
【提示】 (4)在原電池和電解池裝置中,電子只能在導線中傳遞,電解質溶液中通過離子定向移動而實現導電。
一、電解過程的全面分析
1.用如圖所示裝置(X、Y是直流電源的兩極)分別進行下列各組實驗,
下表中各項所列對應關系均正確的是(　　)
C
2.(2022·海南卷,9)一種采用H2O(g)和N2(g)為原料制備NH3(g)的裝置示意圖如圖。
下列有關說法正確的是(　　)
[A] 在b電極上,N2被還原
[B] 金屬Ag可作為a電極的材料
[C] 改變工作電源電壓,反應速率不變
[D] 電解過程中,固體氧化物電解質中O2-不斷減少
A
思維建模
分析電解過程的思維流程
二、電極反應式的書寫
3.按要求書寫電極反應式和總反應式:
(1)用惰性電極電解AgNO3溶液。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應離子方程式: 　。
(2)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: 　。
(3)用鐵作電極電解NaCl溶液。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應化學方程式: 　。
(4)用Al作陽極,電解稀硫酸,鋁材表面形成氧化膜。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應化學方程式: 　　　　　 　　　。
(5)電解NO制備NH4NO3,其工作原理如圖所示。
陽極反應式:　 。
陰極反應式:　 。
總反應化學方程式: 　　　　　 　　　　。
為使電解產物全部轉化為NH4NO3,需補充物質A,A是　　 　　。
NH3
電極反應式書寫的步驟
思維建模
三、電解相關計算
4.以惰性電極電解200 mL 某濃度的Cu(NO3)2溶液。
(1)陽極產生112 mL (標準狀況下)氣體時,陰極無氣體生成。所得溶液的pH為　　　 (不考慮溶液體積變化),要使溶液恢復到電解前的狀態,可加入
　　　　g的　　 　(填化學式)。
1
0.8
CuO(或1.24　CuCO3)
(2)繼續通電電解一段時間,若加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液復原,則電路中轉移電子為　　 　 mol。
0.08
【解析】 (2)加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液復原,相當于加入0.02 mol CuO和0.02 mol H2O,故轉移電子為(0.02×2+0.02×2) mol=0.08 mol。
(3)若通電足夠長時間,加入0.02 mol Cu2(OH)2CO3 可使溶液復原,則電路中轉移電子為　　　　 mol。
0.12
【解析】 (3)Cu2(OH)2CO3相當于2CuO·H2O·CO2,
加入0.02 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液復原,
則轉移電子為0.04 mol×2+0.02 mol×2=0.12 mol。
電解相關計算的原理與方法
(1)計算原理。
串聯電路中的各個電極反應得、失電子數相等。
(2)電解相關計算的常用方法。
①根據得失電子守恒計算。
串聯電路中陰陽兩極、電源正負極、電路中通過電子數相等。
歸納拓展
②根據總反應計算。
先寫出電極反應,再寫出總反應,最后根據總反應列出比例式計算。
③根據關系式計算。
根據得失電子守恒構建已知量與未知量之間的關系式,然后通過關系式計算。
歸納拓展
一、電解飽和食鹽水——氯堿工業
1.電極反應
陽極: ( 反應);
陰極: ( 反應)。
2.總反應
化學方程式: 。
離子方程式: 。
氧化
還原
3.離子交換膜電解槽
(1)裝置示意圖。
Cl2
H2
淡鹽水
NaOH溶液
精制飽和
NaCl溶液
NaOH
(2)陽離子交換膜的作用。
①阻止OH-進入陽極室與生成的Cl2反應。
②防止陽極生成的Cl2與陰極生成的H2混合,發生爆炸。
二、電鍍和電解精煉銅——非惰性電極電解的應用
項目 電鍍銅 電解精煉銅
電解 裝置 示意圖
正
負
不變
變小
三、電冶金
1.原理
利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬,如Na、Ca、Mg、Al等。
2.鈉、鎂、鋁的電解冶煉
(1)冶煉鈉。
陽極:　 。
陰極:　 。
總反應:　 。
(2)冶煉鎂。
陽極:　 。
陰極:　 。
總反應:　 。
(3)冶煉鋁。
陽極:　 。
陰極:　 。
總反應:　 。
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)電解飽和食鹽水時,離子交換膜是為了避免Cl2與H2反應,得到純度更高的氫氧化鈉。(　 　)
×
√
【提示】 (2)電解精煉粗銅,雜質銀不能失電子轉變為Ag+,而是以單質形式進入陽極泥。
(3)電解冶煉鎂、鋁通常電解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以電解熔融的MgO和AlCl3。(　 　)
×
【提示】 (3)MgO熔點高,AlCl3是共價化合物。
(4)由于放電順序H+>Zn2+,不可能用Zn為陽極、Fe為陰極在鐵上鍍鋅。
(　 　)
×
【提示】 (4)陰極放電順序Zn2+先于H+(水),可以用Zn為陽極、Fe為陰極在鐵上鍍鋅。
(5)根據得失電子守恒可知,電解精煉銅時,陽極減少的質量和陰極增加的質量相等。(　 　)
×
一、氯堿工業
1.(2023·廣東卷,13)利用活性石墨電極電解飽和食鹽水,進行如圖所示實驗。閉合K1,一段時間后(　　)
[A] U形管兩側均有氣泡冒出,分別是Cl2和O2
[B] a處布條褪色,說明Cl2具有漂白性
[C] b處出現藍色,說明還原性:Cl->I-
[D] 斷開K1,立刻閉合K2,電流表發生偏轉
D
2.(2023·浙江6月選考,13)氯堿工業能耗大,通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗,下列說法不正確的是(　　)
[A] 電極A接電源正極,發生氧化反應
[B] 電極B的電極反應式為2H2O+2e- H2↑+2OH-
[C] 應選用陽離子交換膜,在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
[D] 改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓,減少能耗
B
二、活性金屬電極電解應用——電鍍、電解精煉
3.金屬鎳有廣泛的用途,粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質,可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述正確的是(已知氧化性:Fe2+[A] 陽極發生還原反應,其電極反應式為Ni2++2e- Ni
[B] 電解過程中,陽極質量的減少量與陰極質量的增加量相等
[C] 電解后,溶液中存在的陽離子只有Fe2+和Zn2+
[D] 電解后,電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt
D
4.鋼鐵是建筑、工程、制造、交通和能源等多個方面基礎建設的基本材料,每年因鋼鐵生銹而損失大量資源。為防止鋼鐵制品腐蝕,在有些鐵制器具表面鍍上一薄層其他金屬或合金,如鍍鋅、鍍銅等。
(1)鋅酸鹽鍍鋅是鍍鋅的一種工藝:用ZnO、NaOH配制溶液,加入適量的鍍鋅添加劑,在通電狀態下,在金屬或其他材料表面鍍一層金屬鋅,來增加材料耐蝕性和裝飾性(已知鋅酸根離子的化學式為[Zn(OH)4]2-)。
①寫出氫氧化鈉溶液與氧化鋅反應制備電鍍液的離子方程式:
　　　 　　　　　。
②電鍍時陰極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　　。洗刷導電銅杠時致使鍍液中引入銅離子,導致鍍鋅層粗糙、光亮度低,其原因是
　　　　　　　　　　　　(用電極反應式表示)。
(2)某電鍍銅實驗裝置(電鍍池)如圖所示。
請回答下列問題。
①A電極對應的金屬是　　　　 　(填元素名稱),B電極的電極反應式是
　 。
銅
②若電鍍前A、B質量相同,電鍍完成后將它們取出洗凈、烘干、稱量,兩者質量差為5.12 g,則電鍍時電路中通過的電子的物質的量為　 。
0.08 mol
一、金屬的腐蝕
1.金屬腐蝕的含義
金屬腐蝕是金屬或合金與周圍的氣體或液體發生 反應而引起損耗的現象。
2.金屬腐蝕的本質
金屬原子失去電子變為金屬陽離子,金屬發生氧化反應。
氧化還原
3.金屬腐蝕的類型
(1)化學腐蝕與電化學腐蝕。
現象 金屬被腐蝕 較活潑的金屬被腐蝕
區別 無電流產生 有微弱電流產生
聯系 電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多,腐蝕速率更大,危害也更嚴重
(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵的腐蝕為例)。
吸氧腐蝕
4.金屬腐蝕快慢的規律
對同一電解質溶液來說,腐蝕速率的大小 電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕;外界條件相同時,電解質濃度越大,金屬腐蝕越快
對同一金屬來說,在不同溶液中腐蝕速率的大小 強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液;活動性不同的兩種金屬,活動性差別越大,腐蝕速率越大
二、金屬的防護
1.改變金屬材料的組成
在金屬中添加其他金屬或非金屬可以制成性能優異的合金。如不銹鋼、鈦合金等。
2.在金屬表面覆蓋保護層
在金屬表面覆蓋致密的保護層,將金屬制品與周圍物質隔開是一種普遍采用的防護方法。如噴油漆、涂油脂、電鍍或表面鈍化等。
3.電化學保護法
(1)犧牲陽極法(原電池原理)。
極(陽極):比被保護金屬活潑的金屬;
極:被保護的金屬設備。
(2)外加電流法(電解原理)。
極:惰性電極;
極:被保護的金屬設備。
負
正
陽
陰
[理解·辨析] 判斷正誤
(1)生鐵浸泡在食鹽水中發生析氫腐蝕。(　 　)
×
【提示】 (1)食鹽水為中性溶液,生鐵浸泡在食鹽水中發生吸氧腐蝕。
×
【提示】 (2)鋼鐵發生電化學腐蝕生成Fe2+。
(3)鐵表面鍍鋅可增強其抗腐蝕性,若鍍層破損后,就完全失去了對金屬的保護作用。(　 )
×
【提示】 (3)鍍層破損后,在潮濕環境中構成原電池,鋅作負極,對鐵依然有一定的保護作用。
(4)若在船體上附著一些銅塊,則可以減輕輪船的腐蝕。(　 　)
×
【提示】 (4)利用犧牲陽極法防止鋼鐵腐蝕時,應該外接比鐵活潑的金屬。
金屬的腐蝕與防護
1.(2024·江蘇南京模擬)如圖所示,下列敘述錯誤的是(　　)
[A] 開關未閉合時,鐵棒上B點腐蝕最快
[B] 若X為NaCl,K與M連接,鐵棒處pH最大
[C] 若X為H2SO4,K與N連接,鐵棒上發生反應:2H++2e- H2↑
[D] 若X為H2SO4,K分別與N、M連接,Fe腐蝕情況前者更慢
B
2.(2022·上海卷,18)濃硫酸貯存罐的鈍化金屬保護法示意圖如圖,其原理是利用可鈍化的金屬與直流電源相連,控制合適的電壓,使金屬貯存罐表面形成致密的鈍化膜,以有效減緩金屬腐蝕。下列選項錯誤的是(　　)
[A] 金屬貯存罐可用鋼制材料
[B] 電子沿導線流入輔助電極
[C] 貯存濃硫酸的金屬罐與電源負極相連
[D] 電壓高到一定程度有可能會加劇腐蝕
C
【解析】 鋼的主要成分為鐵,鐵遇濃硫酸發生鈍化,因此可用鋼制材料做金屬貯存罐,故A正確;貯存罐需要被氧化形成鈍化層,因此應作陽極,連接到電源的正極,輔助電極作陰極,電子流入,故B正確,C錯誤;當控制合適的電壓時,會在金屬貯存罐表面形成一層薄而致密的氧化膜,但電壓高到一定程度,內層的金屬有可能會繼續失電子被氧化,從而加劇其腐蝕,故D正確。
3.(2024·浙江舟山模擬)某學習小組按如圖探究金屬電化學腐蝕與防護的原理,下列說法正確的是(　　)
[A] 若b為正極,K連接A時,鐵棒防腐的方式稱為犧牲陽極法
[B] 相同條件下,若X溶液為食鹽水,K分別連接B、C時前者鐵棒的腐蝕速率更小
[C] 若X溶液為模擬海水,K未閉合時鐵棒上E點表面鐵銹最多,腐蝕最嚴重的位置則是F點
[D] 若在X溶液中預先加入適量的K4[Fe(CN)6]溶液,可有效提升鐵棒腐蝕或防腐的觀察效果
C
【解析】 犧牲陽極法原理為原電池原理,無外加電流,若b為正極,K連接A時,鐵棒成為電解池的陽極,加速腐蝕,A錯誤;K連接B時,Fe作負極,被腐蝕,K連接C時,Zn作負極,Fe作正極,即犧牲Zn,保護Fe,所以后者鐵棒的腐蝕速率更小,B錯誤;浸于X溶液(模擬海水)中的鐵棒形成原電池,E點氧氣濃度高,為正極,F點為負極,所以F點腐蝕最嚴重,E點(界面處)氧氣濃度較大,生成的OH-濃度最大,而Fe(OH)2經氧化才形成鐵銹,所以是E點鐵銹最多,C正確;
Fe2+與K3[Fe(CN)6]溶液反應產生藍色沉淀,通過觀察沉淀量的多少判斷鐵棒腐蝕或防腐的效果,應加K3[Fe(CN)6]溶液,不是 K4[Fe(CN)6]溶液,D錯誤。
1.(2024·湖北卷,2)2024年5月8日,我國第三艘航空母艦福建艦順利完成首次海試。艦體表面需要采取有效的防銹措施,下列防銹措施中不形成表面鈍化膜的是(　　)
[A] 發藍處理
[B] 陽極氧化
[C] 表面滲鍍
[D] 噴涂油漆
D
【解析】 發藍處理技術通常用于鋼鐵等黑色金屬,通過在空氣中加熱或直接浸泡于濃氧化性溶液中來實現,可在金屬表面形成一層極薄的氧化膜,這層氧化膜能有效防銹,A不符合題意;陽極氧化是將待保護的金屬與電源正極連接,在金屬表面形成一層氧化膜的過程,B不符合題意;表面滲鍍是在高溫下將氣態、固態或熔化狀態的欲滲鍍的物質(金屬或非金屬)通過擴散作用從被滲鍍的金屬的表面滲入內部以形成表層合金鍍層的一種表面處理的方法,C不符合題意;噴涂油漆是將油漆涂在待保護的金屬表面,并沒有在表面形成鈍化膜,D符合題意。
2.(2024·廣東卷,16)一種基于氯堿工藝的新型電解池(如圖所示),可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中,下列說法不正確的是(　　)
[A] 陽極反應:2Cl--2e- Cl2↑
[B] 陰極區溶液中OH-濃度逐漸增大
[C] 理論上每消耗1 mol Fe2O3,陽極室溶液減少213 g
[D] 理論上每消耗1 mol Fe2O3,陰極室物質最多增加138 g
C
3.(2024·甘肅卷,7)某固體電解池工作原理如圖所示,下列說法錯誤的是
(　　)
[A] 電極1的多孔結構能增大與水蒸氣的接觸面積
[B] 電極2是陰極,發生還原反應:O2+4e- 2O2-
[C] 工作時O2-從多孔電極1遷移到多孔電極2
[D] 理論上電源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
B
4.(2024·浙江1月選考,13)破損的鍍鋅鐵皮在氨水中發生電化學腐蝕,生成[Zn(NH3)4]2+和H2,下列說法不正確的是(　　)
[A] 氨水濃度越大,腐蝕趨勢越大
[B] 隨著腐蝕的進行,溶液的pH變大
[D] 每生成標準狀況下224 mL H2,消耗 0.010 mol Zn
C
課時作業30　電解池　金屬的腐蝕與防護
(時間:30分鐘　滿分:60分)
選擇題(共10小題,每小題6分,共60分)
1.用如圖裝置完成電解實驗,對實驗現象的解釋或推測合理的是(　　)
[A] a處的試紙變紅
[B] b電極是正極
D
2.利用如圖裝置,當X、Y選用不同材料時,可將電解原理廣泛應用于工業生產。下列說法正確的是(　　)
[A] 氯堿工業中,X、Y均為石墨,X附近能得到氫氧化鈉
[B] 銅的電解精煉中,X是純銅,Y是粗銅,Z是CuSO4
[C] 電鍍工業中,X是待鍍金屬,Y是鍍層金屬
[D] 外加電流法中,Y是待保護金屬
D
【解析】 氯堿工業中,陰極區得到H2和NaOH;銅的電解精煉中,粗銅為陽極,純銅為陰極;電鍍工業中,鍍層金屬為陽極,待鍍金屬為陰極。
3.(2022·廣東卷,10)以熔融鹽為電解液,以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解,實現Al的再生。該過程中(　　)
[A] 陰極發生的反應為Mg-2e- Mg2+
[B] 陰極上Al被氧化
[C] 在電解槽底部產生含Cu的陽極泥
[D] 陽極和陰極的質量變化相等
C
【解析】 陰極應該發生得電子的還原反應,實際上Mg在陽極失電子生成Mg2+,A錯誤;Al在陽極上被氧化生成Al3+,B錯誤;陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應,在電解槽底部可形成陽極泥,C正確;陽極除了鋁參與電子轉移,鎂也參與了電子轉移,且還會形成陽極泥,而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質,根據電子轉移數守恒及元素守恒可知,陽極與陰極的質量變化不相等,D錯誤。
4.在氯堿工業中,離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
[A] 電極A為陽極,發生氧化反應生成氯氣
[B] 離子交換膜為陽離子交換膜
[C] 飽和食鹽水從a處進,NaOH溶液從d處出
[D] OH-遷移的數量等于導線上通過電子的數量
D
5.以鉛酸蓄電池為電源,以石墨為電極電解CuSO4溶液,裝置如圖所示。若一段時間后Y極上有6.4 g紅色物質析出,停止電解。下列說法正確的是(　　)
C
6.如圖所示,在一定電壓下用惰性電極電解由等物質的量濃度的FeCl2、HCl組成的混合溶液。已知在此電壓下,陰、陽離子根據放電順序都可能在陽極放電,下列分析正確的是(　　)
[A] C1電極處溶液首先變棕黃色
[B] 反應一段時間后,往溶液中加一定量的鹽酸可使溶液復原
[D] 當C1電極上有2 g物質生成時,就會有 2NA個電子通過溶液發生轉移
C
7.(2024·山東實驗中學模擬)工業上電解MnSO4溶液制備Mn和MnO2的工作原理如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
[A] 電流由鈦電極經MnSO4溶液流向不銹鋼電極
[B] 陽極的電極反應式為Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+
[C] 離子交換膜為陽離子交換膜
[D] 當電路中有2 mol e-轉移時,生成55 g Mn
C
8.H2S氣體有高毒性和強腐蝕性,電化學法處理H2S的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
B
D
10.(2022·北京卷,13)利用如圖裝置進行鐵上電鍍銅的實驗探究。
裝置示 意圖
序號 ① ②
電解質 溶液 0.1 mol/L CuSO4+少量H2SO4 0.1 mol/L CuSO4+過量氨水
實驗 現象 陰極表面有無色氣體,一段時間后陰極表面有紅色固體,氣體減少。經檢驗電解液中有Fe2+ 陰極表面未觀察到氣體,一段時間后陰極表面有致密紅色固體。經檢驗電解液中無鐵元素
下列說法不正確的是(　　)
C課時作業30　電解池　金屬的腐蝕與防護
(時間:30分鐘　滿分:60分)
選擇題(共10小題,每小題6分,共60分)
1.用如圖裝置完成電解實驗,對實驗現象的解釋或推測合理的是(　　)
[A] a處的試紙變紅
[B] b電極是正極
[C] a處發生的電極反應:Fe-2e-Fe2+
[D] b處發生的電極反應:2Cl--2e-Cl2↑
2.利用如圖裝置,當X、Y選用不同材料時,可將電解原理廣泛應用于工業生產。下列說法正確的是(　　)
[A] 氯堿工業中,X、Y均為石墨,X附近能得到氫氧化鈉
[B] 銅的電解精煉中,X是純銅,Y是粗銅,Z是CuSO4
[C] 電鍍工業中,X是待鍍金屬,Y是鍍層金屬
[D] 外加電流法中,Y是待保護金屬
3.(2022·廣東卷,10)以熔融鹽為電解液,以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解,實現Al的再生。該過程中(　　)
[A] 陰極發生的反應為Mg-2e-Mg2+
[B] 陰極上Al被氧化
[C] 在電解槽底部產生含Cu的陽極泥
[D] 陽極和陰極的質量變化相等
4.在氯堿工業中,離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖如圖所示。下列說法不正確的是(　　)
[A] 電極A為陽極,發生氧化反應生成氯氣
[B] 離子交換膜為陽離子交換膜
[C] 飽和食鹽水從a處進,NaOH溶液從d處出
[D] OH-遷移的數量等于導線上通過電子的數量
5.以鉛酸蓄電池為電源,以石墨為電極電解CuSO4溶液,裝置如圖所示。若一段時間后Y極上有 6.4 g紅色物質析出,停止電解。下列說法正確的是(　　)
[A] a為鉛酸蓄電池的負極
[B] 電解過程中S向右側移動
[C] 電解結束時,左側溶液質量增加8 g
[D] 鉛酸蓄電池工作時,正極反應為PbSO4+2e-Pb+S
6.如圖所示,在一定電壓下用惰性電極電解由等物質的量濃度的FeCl2、HCl組成的混合溶液。已知在此電壓下,陰、陽離子根據放電順序都可能在陽極放電,下列分析正確的是(　　)
[A] C1電極處溶液首先變棕黃色
[B] 反應一段時間后,往溶液中加一定量的鹽酸可使溶液復原
[C] C2電極上可依次發生的電極反應為Fe2+-e-Fe3+、2Cl--2e-Cl2↑
[D] 當C1電極上有2 g物質生成時,就會有 2NA個電子通過溶液發生轉移
7.(2024·山東實驗中學模擬)工業上電解MnSO4溶液制備Mn和MnO2的工作原理如圖所示,下列說法錯誤的是(　　)
[A] 電流由鈦電極經MnSO4溶液流向不銹鋼電極
[B] 陽極的電極反應式為Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+
[C] 離子交換膜為陽離子交換膜
[D] 當電路中有2 mol e-轉移時,生成55 g Mn
8.H2S氣體有高毒性和強腐蝕性,電化學法處理H2S的工作原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
[A] 電極a連接電源負極,電解時H+由電極a室移向電極b室
[B] 反應池中發生反應的離子方程式:2V+H2S+2H+2VO2++S↓+2H2O
[C] 電極b的電極反應式:VO2++H2O+e-V+2H+
[D] 電解過程中每轉移2 mol電子,理論上可生成22.4 L H2
9.(2025·湖南衡陽期中)“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題,科技工作者設計耦合 HCHO 高效制H2的方法,裝置如圖所示。部分反應機理為+H2。下列說法錯誤的是(　　)
[A] 電極a上的電勢比電極b上的低
[B] 陽極反應:2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O
[C] 電解時陰極區溶液的pH增大
[D] 相同電量下H2理論產量是傳統電解水的 1.5 倍
10.(2022·北京卷,13)利用如圖裝置進行鐵上電鍍銅的實驗探究。
裝置示 意圖
序號 ① ②
電解質 溶液 0.1 mol/L CuSO4+少量H2SO4 0.1 mol/L CuSO4+過量氨水
實驗 現象 陰極表面有無色氣體,一段時間后陰極表面有紅色固體,氣體減少。經檢驗電解液中有Fe2+ 陰極表面未觀察到氣體,一段時間后陰極表面有致密紅色固體。經檢驗電解液中無鐵元素
下列說法不正確的是(　　)
[A] ①中氣體減少,推測是由于溶液中c(H+)減少,且Cu覆蓋鐵電極,阻礙H+與鐵接觸
[B] ①中檢測到Fe2+,推測可能發生反應:Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu
[C] 隨陰極析出Cu,推測②中溶液c(Cu2+)減少,Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡逆移
[D] ②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)比①中溶液的小,Cu緩慢析出,鍍層更致密
課時作業30　電解池　金屬的腐蝕與防護
1.D　在a電極上水得電子發生還原反應,生成H2和OH-,溶液堿性增強,a處的pH試紙變藍,A錯誤;b電極是電解池的陽極,B錯誤;在a電極上水得電子發生還原反應,電極反應為2H2O+2e-H2↑+2OH-,C錯誤;在b電極上Cl-失電子發生氧化反應,電極反應為2Cl--2e-Cl2↑,D正確。
2.D　氯堿工業中,陰極區得到H2和NaOH;銅的電解精煉中,粗銅為陽極,純銅為陰極;電鍍工業中,鍍層金屬為陽極,待鍍金屬為陰極。
3.C　陰極應該發生得電子的還原反應,實際上Mg在陽極失電子生成Mg2+,A錯誤;Al在陽極上被氧化生成Al3+,B錯誤;陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應,在電解槽底部可形成陽極泥,C正確;陽極除了鋁參與電子轉移,鎂也參與了電子轉移,且還會形成陽極泥,而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質,根據電子轉移數守恒及元素守恒可知,陽極與陰極的質量變化不相等,D錯誤。
4.D　氯堿工業中,電解飽和食鹽水的總反應為2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑,電解池中陽極發生氧化反應,則Cl2為氧化產物,所以電極A為陽極,電極B為陰極。根據分析可知電極A為陽極,發生氧化反應生成氯氣,A正確;陽極的電極反應式為2Cl--2e-Cl2↑,陰極的電極反應式為2H2O+2e-H2↑+2OH-,為了防止生成的氯氣與氫氧化鈉發生反應,氫氧化鈉溶液要從d處出,所以要防止OH-流向陽極即電極A,該離子交換膜為陽離子交換膜,B正確;根據B項分析可知,飽和食鹽水從a處進,NaOH溶液從d處出,C正確;由B項分析可知,該離子交換膜為陽離子交換膜,OH-沒有發生遷移,D錯誤。
5.C　Y極上有Cu析出,發生還原反應,Y極為陰極,故b為鉛酸蓄電池負極,a為鉛酸蓄電池正極,A錯誤;電解過程中陰離子向陽極移動,B錯誤;陰極反應為Cu2++2e-Cu,陽極反應為2H2O-4e-O2↑+4H+,當有6.4 g Cu析出時,轉移0.2 mol e-,左側生成1.6 g O2,同時有 0.1 mol(9.6 g)S進入左側,則左側質量增加9.6 g-1.6 g=8 g,C正確;鉛酸蓄電池的負極是Pb,正極是PbO2,正極反應為PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,D錯誤。
6.C　C1電極與電源的負極連接,作陰極,溶液中的H+在陰極放電,因此C1電極處溶液中有氣泡放出,不會首先變成棕黃色,A錯誤;反應一段時間后,由于C2電極上Fe2+失電子,此時溶液中Fe2+含量逐漸減少,只加入鹽酸不能將溶液復原,B錯誤;C2電極與電源的正極相連,作陽極,Fe2+的還原性強于Cl-,則可依次發生的電極反應為Fe2+-e-Fe3+、2Cl--2e-Cl2↑,C正確;電子只能通過導線傳遞,不能通過溶液傳遞,D錯誤。
7.C　不銹鋼電極連接外接電源的負極,為陰極,鈦電極為陽極,則內電路中電流由鈦電極經硫酸錳溶液流向不銹鋼電極,故A正確;鈦電極為陽極,錳離子在陽極失去電子發生氧化反應生成二氧化錳,電極反應式為Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+,故B正確;不銹鋼電極為陰極,鈦電極為陽極,電解時溶液中硫酸根離子由陰極區經陰離子交換膜進入陽極區,故C錯誤;不銹鋼電極為陰極,錳離子在陰極得到電子,發生還原反應生成錳,電極反應式為Mn2++2e-Mn,則當電路中有2 mol e-轉移時,陰極生成錳的質量為1 mol×55 g· mol-1=55 g,故D正確。
8.B　電極a上氫離子得電子變成氫氣,故電極a為陰極,與電源負極相連;電極b為陽極,與電源正極相連。電極a連接電源負極,電解時H+由陽極向陰極移動,即由電極b室移向電極a室,A錯誤;根據反應池進入和產生的物質,反應池中發生反應的離子方程式為2V+H2S+2H+2VO2++S↓+2H2O,B正確;電極b為陽極,發生氧化反應,電極反應式為VO2++H2O-e-V+2H+,C錯誤;沒有給出氣體所處的溫度和壓強,氫氣體積無法計算,D錯誤。
9.D　據題圖可知,電極b上HCHO轉化為HCOO-,發生氧化反應,所以電極b為陽極,電極a為陰極,則電極a上的電勢比電極b上的低,A正確;HCHO為陽極反應物,結合反應機理可知,陽極反應為2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O,B正確;電解時陰極區發生的反應為2H2O+2e-H2↑+2OH-,生成OH-,溶液的pH增大,C正確;陽極反應為2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O,陰極反應為2H2O+2e-H2↑+2OH-,即轉移2 mol電子時,陰、陽兩極各生成 1 mol H2,共2 mol H2,而傳統電解水轉移2 mol電子,只有陰極生成 1 mol H2,所以相同電量下H2理論產量是傳統電解水的2倍,D錯誤。
10.C　實驗①時,鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應,當溶液中氫離子濃度減小,反應和放電生成的銅覆蓋鐵電極,阻礙氫離子與鐵接觸,導致產生的氣體減少,故A正確;實驗①時,鐵作電鍍池的陰極,鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應生成亞鐵離子、氫氣和銅,可能發生的反應為 Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu,故B正確;四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發生還原反應生成銅,隨陰極析出銅,四氨合銅離子濃度減小,Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡向正反應方向移動,故C錯誤;實驗②中銅離子與過量氨水反應生成四氨合銅離子,四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發生還原反應生成銅,在鐵表面得到比實驗①更致密的鍍層,故D正確。
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