新教材宁陕2024届高考化学一轮复习学案第6章化学反应与能量转化第38讲电解池金属的腐蚀与防护鲁科版

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考点一 电解池及工作原理
1．电解池的工作原理
注意 电子不下水，离子不上线。
2．电解池与原电池的比较
3.电解规律
(1)阳极放电规律
①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。
阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断。
阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。
注意 电解水溶液时，Al3＋、Mg2＋、Na＋、K＋不可能在阴极放电。
(3)用惰性电极电解不同类型电解质溶液
①电解水型
②电解电解质型
③电解质和水均参与电解型
一、电解过程分析与溶液的复原方法
1.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是( )
A．逸出气体的体积：A电极＜B电极
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体
C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
2．用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是( )
A．电解的最后阶段为电解水
B．阳极先逸出氯气后逸出氧气
C．阴极逸出氢气
D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
3．以惰性电极电解100 mL 0.05 ml·L－1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为________(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入____________g的________物质。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为________，若加入0.1 ml Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为________ml。
(3)通电足够长时间，加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移电子为______ml。
分析电解过程的思维流程
二、电极方程式的书写
4．按要求书写电极反应式和总反应方程式：
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：_________________________________________________________________；
阴极反应式：_________________________________________________________________；
总反应离子方程式：___________________________________________________________。
(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：_________________________________________________________________；
阴极反应式：_________________________________________________________________；
总反应方程式：_______________________________________________________________。
(3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为__________________________。
(4)将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===Seq \\al(2－,n)。
①写出电解时阴极的电极反应式：_______________________________________________。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为___________________。
(5)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NOeq \\al(－,2)、NOeq \\al(－,3)(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NOeq \\al(－,2)转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。
①Ce4＋从电解槽的________(填字母)口流出，电极反应式：_________________________。
②写出阴极的电极反应式：____________________________________________________。
考点二 电解原理的应用
1．氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
(1)反应原理
阳极：____________________(______反应)。
阴极：____________________(______反应)。
总反应化学方程式：__________________________________________________________。
总反应离子方程式：__________________________________________________________。
注意 电解所用的食盐要精制。
(2)离子交换膜法的生产过程
加入或流出的物质a、b、c、d分别是________、__________、________、__________；X、Y分别是____、____。
(3)阳离子交换膜的作用
阻止____进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
(4)氯碱工业产品
2．电镀 电解精炼铜
(1)电镀
①概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。
②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。
(2)电解精炼铜
银、金、铂等金属不放电形成________，在阴极只有Cu2＋放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子____________________中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2＋的浓度____________。
3．电冶金
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
1．在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极( )
2．根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等( )
3．电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变( )
4．电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3( )
一、氯碱工业
1．如图为电解饱和食盐水的装置，下列有关说法不正确的是( )
A．左侧电极上发生氧化反应
B．右侧生成的气体能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝
C．电解一段时间后，B口排出NaOH溶液
D．电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑
2.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是( )
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
3．氯碱工业是高耗能产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺可节能，装置图如图所示，下列叙述错误的是(注：假定空气中氧气的体积分数为20%)( )
A．X为Cl2，Y为H2
B．c%＞a%＞b%
C．若生成标准状况下22.4 L X，则消耗标准状况下空气56 L
D．两池中阳离子交换膜均可以换为阴离子交换膜
二、电镀、电解精炼与电冶金
4．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )
A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
5．如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度Cu的装置示意图，下列叙述不正确的是( )
A．电极A是粗铜，电极B是纯铜
B．电路中通过1 ml电子，生成32 g铜
C．溶液中SOeq \\al(2－,4)向电极A迁移
D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
6.研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是( )
A．将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D．阴极的电极反应式为Ca－2e－===Ca2＋
7．电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：
(1)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是____________________
______________________________________________________________________________。
(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式：__________________________________________________________________；
阴极反应式：________________________________________________________________；
总反应方程式：______________________________________________________________。
(3)用有机阳离子、Al2Cleq \\al(－,7)和AlCleq \\al(－,4)组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的______________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为___________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
考点三 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，发生____反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
3.金属腐蚀快慢的规律
应用举例
如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为_____________。
4．金属腐蚀的防护方法
1．干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀( )
2．铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀( )
3．纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样( )
4．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
5．钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋( )
1．如图所示，下列说法错误的是( )
A．若X为NaCl溶液，K与M连接，Fe棒附近溶液pH最大
B．开关K未闭合，Fe棒上B点生成铁锈最多
C．若X为H2SO4溶液，K与N连接，Fe棒上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D．若X为H2SO4溶液，K分别与N、M连接，Fe棒腐蚀情况前者慢
2．利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是( )
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应
C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
3．某同学进行下列实验：
生铁片发生_____________________________________________________腐蚀，中心区的电极反应式为_____________________________________________________________________，边缘处的电极反应式为___________________________________________________________，交界处发生的反应为_____________________________________________________________。
1．(2022·广东，10)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
2．(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是( )
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
3．(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题， 通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。
下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
4．(2022·海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
5．(2022·北京，13)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
下列说法不正确的是( )
A．①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触
B．①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，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缓慢析出，镀层更致密电解池
原电池
能否自发
使“不能”变为“能”或使“能”变为“易”
能自发进行
能量转化
____能转化为______能
________能转化为______能
装置
有外加电源
无外加电源
电极
由外加电源决定：
阳极：连电源的______；
阴极：连电源的______
由电极或反应物性质决定，称为正极或负极
反应类型
阳极：______反应；
阴极：______反应
负极：______反应；
正极：______反应
离子移动
阳离子移向______；
阴离子移向______
阳离子移向______；
阴离子移向______
相同点
都是电极上的氧化还原反应，都必须有离子导体
实例
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
复原方法
H2SO4
阴极：_________________
阳极：_________________
总反应式：2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑
实例
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
复原方法
HCl
阴极：__________________
阳极：__________________
总反应式：2HCleq \(=====,\s\up7(通电))H2↑＋Cl2↑
CuCl2
阴极：___________________
阳极：___________________
总反应式：_______________
实例
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
复原方法
NaCl、KCl
(放H2生碱)
阳极：________________________
阴极：________________________
总反应式：____________________
减小并生成新电解质
CuSO4、Cu(NO3)2 (放O2生酸)
阳极：________________________
阴极：________________________
总反应式：____________________
总反应化学方程式
电极反应式
冶炼钠
阳极：_______________________________________
阴极：_______________________________________
冶炼镁
阳极：_______________________________________
阴极：_______________________________________
冶炼铝
阳极：_______________________________________
阴极：_______________________________________
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应
不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼的金属被腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
联系
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
总反应式
联系
____________更普遍
对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀；外界条件相同时，电解质浓度越大，金属腐蚀越快
对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢
强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快
操作
现象
取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水
放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈
装置示意图
序号
电解质溶液
实验现象
①
0.1 ml·L－1 CuSO4＋少量H2SO4
阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋
②
0.1 ml·L－1 CuSO4＋过量氨水
阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素