2021版高考化学一轮复习专题6化学反应与能量变化3电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护课件苏教版 133页

第三单元　电解池的工作原理及应用金属的腐蚀与防护　 一、电解原理 (b) 1. 电解与电解池 2. 电解池工作原理示意图 3. 分析电解过程的思维程序 (1) 首先判断阴、阳极 , 分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 (2) 再分析电解质水溶液的组成 , 找全离子并分阴、阳两组 ( 不要忘记水溶液中的 H + 和 OH - ) 。 (3) 然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极 : 阳离子放电顺序 :Ag + >Fe 3+ >Cu 2+ >H + ( 酸 )>Fe 2+ >Zn 2+ >H + ( 水 )>Al 3+ >Mg 2+ >Na + >Ca 2+ >K + 。 阳极 : 活泼电极 >S 2- >I - >Br - >Cl - >OH - > 含氧酸根离子。 【 微点拨 】 ① 阴极不管是什么材料 , 电极本身都不反应 , 一定是溶液 ( 或熔融电解质 ) 中的阳离子放电。 ②最常用、最重要的放电顺序是阳极 :Cl - >OH - ; 阴极 : Ag + >Cu 2+ >H + 。 ③电解水溶液时 ,K + ～ Al 3+ 不可能在阴极放电 , 即不可能用电解水溶液的方法得到 K 、 Ca 、 Na 、 Mg 、 Al 等金属。 (4) 分析电极反应 , 判断电极产物 , 写出电极反应式 , 要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 (5) 最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。 二、惰性电极电解电解质溶液的类型 (b) 类 型 实例 电极反应 电解液 浓度 pH 电解质溶 液复原 电 解 水 型 NaOH 阴 :_______ _________ 阳 :________ _________ ____ 增大 _____ _____ H 2 SO 4 增大 _____ _____ Na 2 SO 4 增大 _____ _____ 4H + +4e - ====2H 2 ↑ 4OH - -4e - ====2H 2 O+ O 2 ↑ 增大 加水 减小 加水 不变 加水 类型 实例 电极反应 电解液 浓度 pH 电解质溶 液复原 电解 电解 质型 HCl 阴 :_______ ________ 阳 :________ _________ 减小 _____ ______ 2H + +2e - ====H 2 ↑ 2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑ 增大 通 HCl 类型 实例 电极反应 电解液 浓度 pH 电解质溶 液复原 电解 电解 质型 CuCl 2 阴 :________ _______ 阳 :________ _________ _______ Cu 2+ +2e - ====Cu 2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑ 加 CuCl 2 类型 实例 电极反应 电解液 浓度 pH 电解质溶 液复原 放 H 2 生碱 型 NaCl 阴 :_______ ________ 阳 :________ _________ 生成新 电解质 _____ ______ 2H + +2e - ====H 2 ↑ 2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑ 增大 通 HCl 类型 实例 电极反应 电解液 浓度 pH 电解质溶 液复原 放 O 2 生酸 型 CuSO 4 阴 :_________ ________ 阳 :________ _________ ____ 生成新 电解质 _____ ________ _____ 2Cu 2+ +4e - ====2Cu 4OH - -4e - ====2H 2 O+ O 2 ↑ 减小 加 CuO 、 CuCO 3 【 典例精析 】 【 典例 】 (2018· 全国卷 Ⅰ) 最近我国科学家设计了一种 CO 2 +H 2 S 协同转化装置 , 实现对天然气中 CO 2 和 H 2 S 的高效去除。示意图如下所示 , 其中电极分别为 ZnO@ 石墨烯 ( 石墨烯包裹的 ZnO) 和石墨烯 , 石墨烯电极区发生反应为① EDTA-Fe 2+ -e - ====EDTA-Fe 3+ ②2EDTA-Fe 3+ +H 2 S====2H + +S+2EDTA-Fe 2+ 该装置工作时 , 下列叙述错误的是 ( 　　 ) A. 阴极的电极反应 :CO 2 +2H + +2e - ====CO+H 2 O B. 协同转化总反应 :CO 2 +H 2 S====CO+H 2 O+S C. 石墨烯上的电势比 ZnO@ 石墨烯上的低 D. 若采用 Fe 3+ /Fe 2+ 取代 EDTA-Fe 3+ /EDTA-Fe 2+ , 溶液需为酸性 【 解题思路 】 【 解析 】 选 C 。根据图中的物质转化方式可知 , 该电解池的左侧电极上发生还原反应为阴极 , 右侧电极上发生氧化反应为阳极 , 故该电池的阴极的电极反应式为 CO 2 +2H + +2e - ====CO+H 2 O,A 正确 ; 将电解池阴、阳极电极的反应式相加即可得到协同转化的总反应式 :CO 2 +H 2 S====CO+H 2 O+S,B 正确 ; 由于石墨烯为阳极 , 与电源的正极相连 , 石墨烯上的电势高 ,C 不正确 ; 若采用 Fe 3+ /Fe 2+ 取代 EDTA-Fe 3+ /EDTA-Fe 2+ , 若溶液呈碱性 , 则会使溶液中形成沉淀 , 减少 Fe 3+ /Fe 2+ 的含量 , 故溶液应呈酸性。 【 强化训练 】 1. 思维诊断 ( 正确的打“√” , 错误的打“ ×”) (1) 用铜作电极电解 CuSO 4 溶液的方程式为 2Cu 2+ +2H 2 O 2Cu+O 2 ↑+4H + 。 ( 　　 ) 提示 : × 。铜作电极电解 CuSO 4 溶液时 , 阳极上 Cu 失去电 子生成 Cu 2+ , 不会得到 O 2 。 电解 (2) 电解 NaCl 溶液得到 22.4 L H 2 ( 标准状况下 ), 理论上需要转移 N A 个电子。 ( 　　 ) 提示 : × 。电解 NaCl 溶液的阴极反应 :2H + +2e - ====H 2 ↑, 产生标准状况下 22.4 L H 2 , 可转移 2 N A 个电子。 (3) 电解质溶液通电后 , 电解质溶液发生了电离 , 阴、阳离子分别向两极移动。 ( 　　 ) 提示 : × 。电解质受热或受水分子的作用就发生电离无需通电。 (4) 电解后的 CuSO 4 溶液复原 , 可加入 Cu(OH) 2 固体。 ( 　　 ) 提示 : × 。若通电一段时间 ,CuSO 4 未电解完 ( 即 Cu 2+ 未全部放电 ), 使溶液复原应加入 CuO, 加入 Cu(OH) 2 会使溶液的浓度减小 ; 若 Cu 2+ 全部放电 , 又继续通电一段时间 ( 此时电解水 ), 要使溶液复原应加入 Cu(OH) 2 或 Cu 2 (OH) 2 CO 3 , 若只加入 CuO, 此时浓度偏大。 2. 用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜 , 电解质溶液一般为 H 2 SO 4 -H 2 C 2 O 4 混合溶液。下列叙述错误的是 ( 　　 ) A. 待加工铝质工件为阳极 B. 可选用不锈钢网作为阴极 C. 阴极的电极反应式为 Al 3+ +3e - ====Al D. 硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【 解析 】 选 C 。题目用电解氧化法在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜 , 即 Al 的化合价要升高 , 失电子 , 发生氧化反应 , 因此铝为阳极 , 故 A 项正确 ; 阴极材料的选择不会对电解有影响 , 因此可以选择不锈钢网 , 且不锈钢网的接触面积大 , 能提高电解效率 , 故 B 项正确 ; 阴极应为溶液中 H + 得电子生成氢气 , 电极反应式为 2H + +2e ― ====H 2 ↑, 故 C 项错误 ; 电解时 , 阴离子在电解池中移向阳极 , 故 D 项正确。 3. 如图为直流电源电解稀 Na 2 SO 4 水溶液的装置。通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A. 逸出气体的体积 ,a 电极的小于 b 电极的 B. 一电极逸出无味气体 , 另一电极逸出刺激性气体 C.a 电极附近呈红色 ,b 电极附近呈蓝色 D.a 电极附近呈蓝色 ,b 电极附近呈红色 【 解析 】 选 D 。 b 极 OH - 放电产生 O 2 ,b 极附近 c (H + )> c (OH - ), 石蕊溶液变红。在 a 极 H + 放电产生 H 2 ,a 极附近 c (OH - )> c (H + ), 石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积 a 电极的大于 b 电极的 , 两种气体均为无色无味的气体 ,A 、 B 、 C 错误 ;D 正确。 4. 用指定材料作电极来电解一定浓度的溶液甲 , 然后加入物质乙能使溶液恢复为溶液甲原来的浓度 , 则合适的组合是 ( 　　 ) 选项 阳极 阴极 溶液甲 物质乙 A Pt Pt NaOH NaOH 固体 B Pt Pt H 2 SO 4 H 2 O C C Fe NaCl 盐酸 D Cu C CuSO 4 Cu(OH) 2 【 解析 】 选 B 。 A 项中相当于电解的是水 , 应加入水才能恢复原来状态 , 错误 ;B 项中相当于电解的是水 , 加入水后可以恢复原来状态 , 正确 ;C 项中相当于电解的是 HCl, 但加入盐酸的同时 , 也引入了水 , 不可能恢复原来状态 , 错误 ;D 项中阳极铜失电子 ,Cu 2+ 在阴极得电子 , 加入 Cu(OH) 2 , 不可能恢复原来状态 , 错误。 5.(2016· 北京高考 ) 用石墨电极完成下列电解实验。 实验一 实验二 装置 现象 a 、 d 处试纸变蓝 ; b 处变红 , 局部褪色 ; c 处无明显变化 两个石墨电极附近有 气泡产生 ;n 处有气泡 产生 下列对实验现象的解释或推测不合理的是 ( 　　 ) 世纪金榜导学号 A.a 、 d 处 :2H 2 O+2e - ====H 2 ↑+2OH - B.b 处 :2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑ C.c 处发生了反应 :Fe-2e - ====Fe 2+ D. 根据实验一的原理 , 实验二中 m 处能析出铜 【 解析 】 选 B 。 a 、 d 处试纸变蓝 , 说明溶液显碱性 , 是溶 液中的氢离子得到电子生成氢气 , 氢氧根离子剩余造成 的 , 故 A 正确 ;b 处变红 , 局部褪色 , 说明是溶液中的氢氧 根和氯离子同时放电 , 分别产生氧气和氯气 , 氢离子浓 度增大 , 酸性增强 , 氯气与水反应生成的次氯酸具有漂 白性 , 故 B 错误 ;c 处为阳极 , 铁失去电子生成亚铁离子 , 故 C 正确 ; 实验一中 a 、 c 形成电解池 ,d 、 b 形成电解池 , 所以实验二中相当于形成三个电解池 ( 一个球两面为不同的两极 ),m 为电解池的阴极 , 另一球朝 m 的一面为阳极 (n 的背面 ), 相当于电镀 , 即 m 上有铜析出 , 故 D 项正确。 【 加固训练 】 　　用碳棒作电极 , 在 Na + 、 Cu 2+ 、 Cl - 、 等离子中选 出适当离子组成电解质 , 电解其溶液 , 写出符合条件的 一种电解质的化学式 : (1) 当阴极放出 H 2 , 阳极放出 O 2 时 , 电解质是 __;  (2) 当阴极析出金属 , 阳极放出 O 2 时 , 电解质是 __;  (3) 当阴极放出 H 2 , 阳极放出 Cl 2 时 , 电解质是 __;  (4) 通过电子的物质的量与阴极析出的金属的物质的量、阳极析出的气体的物质的量之比为 4∶2∶1 时 , 电解质的化学式是 ________ 。  【 解析 】 阴极放 H 2 生成碱 , 阳极放 O 2 生成酸 , 所以 (1) 实质是电解 水 , 故电解质是活泼金属的含氧酸盐 , 即 Na 2 SO 4 。 (2) 实质是放氧 生酸型 , 即电解质是不活泼金属的含氧酸盐 , 即 CuSO 4 。 (3) 实质是 放氢生碱型 ( 或电解盐酸 , 但本题不符合题意 ), 即 NaCl 。 (4) 阳极 析出的气体是 O 2 ,1 mol O 2 转移 4 mol 电子 , 故金属是 +2 价 , 即为铜 , 故电解质是 CuSO 4 。 答案 : (1)Na 2 SO 4 　 (2)CuSO 4 　 (3)NaCl (4)CuSO 4 【 归纳总结 】 1. 常见电解反应类型 ( 惰性电极 ) (1)Ⅰ 区 ( 活泼金属含氧酸盐 )—— 实质电解水。 (2)Ⅱ 区 ( 不活泼金属无氧酸盐 )—— 实质电解盐。 (3) 对角线 A—— 放氧生酸型 ( 不活泼金属含氧酸盐 ) 。 (4) 对角线 B—— 放氢生碱型 ( 活泼金属无氧酸盐 ) 。 2. 电解池中阴极和阳极的特征 3. 电极反应式的书写步骤及方法 (1)“ 判” : 判断阴、阳极。 (2)“ 看” : 阳极要看清电极材料。对于铁、铝、铜、 银等活泼电极 , 则阳极金属电极失电子变成阳离子进入 溶液 (Fe 变成 Fe 2+ ), 阴离子不失电子 ; 如果是惰性电极 (Pt 、 Au 、石墨等 ) 材料 , 应是溶液中的阴离子失电子。 (3)“ 分” : 将离子分成阳离子组、阴离子组 ( 注意 : 水溶液中一定不要丢掉 H + 、 OH - ), 阳离子向阴极移动 , 在阴极得电子 ; 阴离子向阳极移动 , 在阳极失电子。根据得失电子能力对离子排序 , 得电子能力 :Ag + >Fe 3+ >Cu 2+ >H + ; 失电子能力 :S 2- >I - >Br - >Cl - >OH - > 含氧酸根。 (4)“ 写” : 由放电顺序及信息确定放电产物和电极反应。 (5)“ 平” : 依据质量守恒、电荷守恒进行配平。 4. 充电电池电极反应式的书写 (1) 充电电池充电时的连接方式。 (2) 可充电电池电极反应式的书写方法。 书写可充电电池电极反应式 , 一般都是先书写放电的电极反应式。书写电极反应式时 , 一般要遵守三步 : 第一 , 先标出原电池总反应式中电子转移的方向和数目 , 指出参与负极和正极反应的物质 ; 第二 , 写出负极反应式 ( 书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存 ); 第三 , 在电子守恒的基础上 , 总反应式减去负极反应式即得正极反应式。 充电的电极反应与放电的电极反应过程相反 , 充电的阳极反应为放电时正极反应的逆过程 , 充电的阴极反应为放电时负极反应的逆过程。 以上方法可总结为 : 简单电极先写出 , 复杂反应相减得 ; 负极颠倒得阴极 , 正极颠倒得阳极。 考点 2: 电解原理的应用 1. 电解饱和食盐水 (b) (1) 原理 (2) 装置 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网 ( 涂有钛、钌等氧化物涂层 ) 阴极 碳钢网 阳离子 交换膜 ① 只允许阳离子通过 , 能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室 2. 电解精炼铜 (b) 【 微点拨 】 电解精炼铜时 , 阳极质量减小 , 阴极质量增加 , 溶液中的 Cu 2+ 浓度减小。 3. 电镀 (b) 右图为金属表面镀银的工作示意图 , 据此回答下列问题 : (1) 镀件作 ___ 极 , 镀层金属银作 ___ 极。 (2) 电解质溶液是 _________________________________ ___ 。 AgNO 3 溶液等含镀层金属阳离子的盐溶 液 阴 阳 (3) 电极反应 阳极 :Ag-e - ====Ag + 阴极 :Ag + +e - ====Ag (4) 特点 :___ 极溶解 ,___ 极沉积 , 电镀液的浓度 _____ 。 阳 阴 不变 4. 电冶金 (b) 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na 、 Ca 、 Mg 、 Al 等。 (1) 冶炼钠 2NaCl( 熔融 ) 2Na+Cl 2 ↑ 电极反应 : 阳极 :2Cl - -2e - ====Cl 2 ↑ 　阴极 :2Na + +2e - ====2Na 电解 ==== (2) 冶炼铝 2Al 2 O 3 ( 熔融 ) 4Al+3O 2 ↑ 电极反应 : 阳极 :6O 2- -12e - ====3O 2 ↑ 　阴极 :4Al 3+ +12e - ====4Al 电解 ==== 【 典例精析 】 【典例】 (1)(2019· 浙江 4 月学考真题节选 ) 以铂阳极和石墨阴极设计电解池 , 通过电解 NH 4 HSO 4 溶液产生 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 , 再与水反应得到 H 2 O 2 , 其中生成的 NH 4 HSO 4 可以循环使用。 ①阳极的电极反应式是 ____________ 。  ②制备 H 2 O 2 的总反应方程式是 ______________ 。  (2)(2019· 全国卷 Ⅱ 节选 ) 环戊二烯可用于制备二茂铁 (Fe(C 5 H 5 ) 2 , 结构简式为 ), 后者广泛应用于航天、 化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示 , 其中电解液为溶解有溴化钠 ( 电解质 ) 和环戊二烯的 DMF 溶液 (DMF 为惰性有机溶剂 ) 。 该电解池的阳极为 ________,  总反应为 __________ 。  电解制备需要在无水条件下进行 , 原因为 _________ 。  【 解析 】 (1)① 电解池使用惰性电极 , 阳极本身不参与 反应 , 阳极吸引 H ( 或 ) 离子 , 并放电生成 S 2 , 因而电极反应式为 2H -2e - ====S 2 +2H + 或 2 - 2e - ====S 2 。 ② 通过电解 NH 4 HSO 4 溶液产生 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 和 H 2 。由题中信 息可知 , 生成的 NH 4 HSO 4 可以循环使用 , 说明 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 与 水反应除了生成 H 2 O 2 , 还有 NH 4 HSO 4 生成 , 因而总反应中只 有水作反应物 , 产物为 H 2 O 2 和 H 2 , 故总反应方程式为 2H 2 O H 2 O 2 +H 2 ↑ 。 通电 ==== (2) 由原理图可知 ,Fe 电极的铁生成 Fe 2+ , 发生氧化反 应 ,Fe 电极为电解池的阳极 ; 由图可知有 H 2 生成 , 电解池 的总反应为 Fe+2 +H 2 ↑ 。中间物 Na 能与水反应 , 且水会电解生成 OH - , 与 Fe 2+ 反应生成 Fe(OH) 2 , 故电解制 备需要在无水条件下进行。 答案 : (1)①2H -2e - ====S 2 +2H + 或 2 -2e - ====S 2 　 ② 2H 2 O H 2 O 2 +H 2 ↑ (2)Fe 电极　 Fe+2 +H 2 ↑(Fe+2C 5 H 6 ====Fe(C 5 H 5 ) 2 +H 2 ↑) 水会阻碍中间物 Na 的生成 ; 水会电解生成 OH - , 进一步与 Fe 2+ 反应生成 Fe(OH) 2 通电 ==== 【 强化训练 】 1. 思维诊断 ( 正确的打“√” , 错误的打“ ×”) (1) 电镀铜和电解精炼铜时 , 电解质溶液中的 c (Cu 2+ ) 均保持不变。 ( 　　 ) 提示 : × 。电解精炼铜时电解质溶液中的 c (Cu 2+ ) 减少。 (2) 电解冶炼镁、铝通常电解 MgCl 2 和 Al 2 O 3 , 也可电解 MgO 和 AlCl 3 。 ( 　　 ) 提示 : × 。电解制取镁不用氧化镁 , 因为氧化镁的熔点高 ; 电解制取铝不用氯化铝 , 因为氯化铝是共价化合物 , 熔融时不导电。 (3) 用惰性电极电解 CuSO 4 溶液一段时间后 , 加入 Cu(OH) 2 可使电解质溶液恢复到电解前的状况。 ( 　　 ) 提示 : × 。应加入 CuO 或 CuCO 3 。 (4) 惰性电极电解饱和食盐水时 , 能使酚酞溶液变红的是阳极。 ( 　　 ) 提示 : × 。电解饱和食盐水时 , 阴极 H + 放电 , 溶液呈碱性使酚酞变红。 (5) 工业上用电解熔融氯化铝的方法制取金属铝。 ( 　　 ) 提示 : × 。氯化铝是共价化合物 , 熔融状态不导电。 2. 用惰性电极电解 FeSO4 溶液制备高纯铁的原理如图所示。下列说法错误的是 ( 　　 ) A. 阳极主要发生反应 :Fe 2+ -e - ====Fe 3+ B. 可用高纯铁电极作阴极 C. 电解液中的 由右向左通过阴离子交换膜 D. 电解法制备髙纯铁总反应 :3Fe 2+ Fe+2Fe 3+ 通电 ==== 【 解析 】 选 C 。 A 、根据图中信息可知 , 阳极亚铁离子失电子产 生铁离子 , 发生的电极反应为 Fe 2+ -e - ====Fe 3+ , 选项 A 正确 ;B 、 可用高纯铁电极作阴极 , 阴极上亚铁离子得电子产生铁单质析 出在高纯铁电极上 , 选项 B 正确 ;C 、电解池中 定向移动到 阳极 , 故由左向右通过阴离子交换膜 , 选项 C 错误 ;D 、电解法制 备高纯铁阳极电极反应式为 2Fe 2+ -2e - ====2Fe 3+ , 阴极电极反应 式为 Fe 2+ +2e - ====Fe, 总反应为 3Fe 2+ Fe+2Fe 3+ , 选项 D 正确。 通电 ==== 3. 电解 NO 制备 NH 4 NO 3 , 其工作原理如图所示 , 下列说法不正确的是 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A. 电解池的阳极的电极反应式为 NO-3e - +4OH - ==== +2H 2 O B. 电解池总反应方程式为 8NO+7H 2 O 3NH 4 NO 3 +2HNO 3 C.a 极上的电极反应式为 NO+5e - +6H + ==== +H 2 O D. 为使电解产物全部转化为 NH 4 NO 3 , 需补充的物质 A 是 NH 3 电解 ==== 【 解析 】 选 A 。 NO 失电子生成 , 根据反应后溶液呈酸性 , 电 极反应为 NO-3e - +2H 2 O==== +4H + ,A 错误 ; 根据得失电子守恒 , 结合阳极、阴极的电极反应式 , 则电解过程总反应的离子方程 式为 8NO+7H 2 O 5 +3 +2H + ,B 正确 ;a 极为阴极 ,NO 得电 子生成 , 电极反应式为 NO+5e - +6H + ==== +H 2 O,C 正确 ; 电 解产物 的物质的量大于 , 要使产物全部转化为 NH 4 NO 3 , 需补充 NH 3 ,D 正确。 电解 ==== 4. 用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 , 模拟装置如图所示 , 下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 阳极的电极反应式为 Fe 2+ -e - ====Fe 3+ B. 阴极的电极反应式为 4OH - -4e - ====2H 2 O+O 2 ↑ C. 电解一段时间后 , 阴极室溶液中的 pH 升高 D. 电解一段时间后 , 阴极室溶液中的溶质一定是 (NH 4 ) 3 PO 4 【 解析 】 选 C 。 Fe 为阳极 , 发生 Fe-2e - ====Fe 2+ ,A 错误 ; 阴极上 H + 放电生成 H 2 , 电极反应式为 2H + +2e - ===H 2 ↑,B 错 误 ; 电解时 , 阴极上 H + 放电生成 H 2 , 溶液中 c (OH - ) 增大 , 溶 液中 pH 增大 ,C 正确 ; 电解时 , 溶液中 向阴极室移 动 ,H + 放电生成 H 2 , 溶液中 OH - 和 结合生成电解质 NH 3 ·H 2 O, 所以阴极室中溶质为 NH 3 ·H 2 O 和 (NH 4 ) 3 PO 4 或 NH 4 H 2 PO 4 、 (NH 4 ) 2 HPO 4 ,D 错误。 5. 某电化学装置如图所示 , 下列叙述正确的是 ( 　　 ) 世纪金榜导学号 A. 装置一产生的电子通过装置二的导线使灯泡发光 , 二者电路中的电流强度相等 B. 装置一和装置二连通的两极上均发生还原反应 C. 若装置一和装置二使用相同的电解质溶液 , 工作一段时间后 , 两溶液的 pH 不变 D. 若装置一氧气的出口与装置二氧气入口连通 , 理论上可构成二次电池 【 解题思路 】 本题的解题关键有 : (1) 分析图片信息 , 确定装置一为电解池。装置二为氢氧燃料电池。 (2) 正确分析两池中的电极反应类型。 (3) 明确电解质溶液中离子浓度的变化。 【 解析 】 选 D 。装置一为电解池 , 电解产生氧气和氢气 , 为装置二提供氢气。装置二为氢氧燃料电池 , 电池放电使灯泡发光 , 装置一产生的电子不能通过电解质溶液 ,A 错误 ; 装置一为电解池 , 连通的电极为阴极发生还原反应 , 装置二为氢氧燃料电池 , 氢气在负极发生氧化反应 ,B 错误 ; 若装置一和装置二使用 KOH 溶液为电解质溶液 , 装置一电解的实质为电解水 , 溶液中 OH - 的浓度增大 ,pH 增大 ,C 错误 ; 若装置一氧气的出口与装置二氧气入口连通 , 装置一为充电 , 装置二为放电 , 理论上可构成二次电池 ,D 正确。 【 加固训练 】 　　 1. 脱去冶金工业排放烟气中 SO 2 的方法有多种。离子膜电解法 : 利用硫酸钠溶液吸收 SO 2 , 再用惰性电极电解。将阴极区溶液导出 , 经过滤分离硫黄后 , 可循环吸收利用 , 装置如图所示 , 则阴极的电极反应式为 _______ _______________________, 阳极产生气体的化学式为 __________ 。  【 易错分析 】 电极反应式的书写要考虑电解质溶液的酸碱性。 【 解析 】 由于阴极生成了硫黄 , 则在阴极上 SO 2 得电子后结合 H + 生成单质硫的同时生成了 H 2 O, 电极反应式为 SO 2 +4H + +4e - ====S↓+2H 2 O; 在阳极上只能 OH - 失电子生成 O 2 , 故产生的气体为 O 2 。 答案 : SO 2 +4H + +4e - ====S↓+2H 2 O( 或 H 2 SO 3 +4H + +4e - ==== S↓+3H 2 O) 　 O 2 2. 下列表述不正确的是 ( 　　 ) A B C D A B C D 盐桥中的 Cl - 移向 ZnSO 4 溶液 a 极附近产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 粗铜的电极反应式为 Cu 2+ +2e - ====Cu 正极反应式为 O 2 +4e - +2H 2 O ====4OH - 【 解析 】 选 C 。根据原电池的工作原理 , 锌为负极 , 铜为正极 , 阴离子向负极移动 ,A 正确 ; 根据电解原理 ,a 为阳极 , 其电极反应式为 2Cl - -2e - =====Cl 2 ↑,b 为阴极 ,Cu 2+ + 2e - ====Cu, 因此 a 极产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 ,B 正确 ; 粗铜作阳极 ,Cu-2e - ====Cu 2+ ,C 错误 ; 发生吸氧腐蚀 , 正极得电子 , 电极反应式为 O 2 +2H 2 O+4e - ====4OH - ,D 正确。 【 归纳总结 】 1. 电极反应式的书写 (1) 书写电极反应式时 , 应看清电解的是水溶液还是熔 融电解质 , 如果是水溶液应注意运用 H + 、 OH - 、 H 2 O 进行 配平。电解池电极反应中 , 如果是 H + 、 OH - 放电 , 不知溶 液酸碱性则写 H + 、 OH - 得、失电子 , 其他情况下酸性溶液 中一定不能存在 OH - , 同理在碱性溶液中一定不能存在 H + 。 (2) 书写电解池的电极反应式时 , 要以实际放电的离子 表示 , 但书写电解总方程式时 , 弱电解质要写成分子式。 (3) 氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制 , 除去 NaCl 中 混有的 Ca 2+ 、 Mg 2+ 、 。 (4) 电镀铜时 , 电解质溶液中 c (Cu 2+ ) 不变 ; 电解精炼铜时 , 电解质溶液中 c (Cu 2+ ) 减小。 (5) 电解熔融 MgCl 2 冶炼镁 , 而不能电解 MgO 冶炼镁 , 是因为 MgO 的熔点很高 ; 电解熔融 Al 2 O 3 冶炼铝 , 而不能电解 AlCl 3 冶炼铝 , 是因为 AlCl 3 是共价化合物 , 其熔融态不导电。 2. 多池串联装置中电池类型的判断 (1) 直接判断 : 非常直观明显的装置 , 如燃料电池、铅蓄电池等在电路中 , 则其他装置为电解池。如图 :A 为原电池 ,B 为电解池。 (2) 根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 : 原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极一个碳棒做电极 ; 而电解池则一般都是两个惰性电极 , 如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应 , 电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图 :B 为原电池 ,A 为电解池。 (3) 根据电极反应现象判断 : 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极 , 并由此判断电池类型 , 如图 : 若 C 极溶解 ,D 极上析出 Cu,B 极附近溶液变红 ,A 极上放出黄绿色气体 , 则可知乙是原电池 ,D 是正极 , C 是负极 ; 甲是电解池 , A 是阳极 ,B 是阴极。 B 、 D 极发生还原反应 ,A 、 C 极发生氧化反应。 3. 综合装置中的有关计算 原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒 , 分析时要注意两点 : (1) 串联电路中各支路电流相等 ; (2) 并联电路中总电流等于各支路电流之和。 考点 3: 金属腐蚀与防护 1. 金属腐蚀的实质 (a) 金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。 实质是金属原子失去电子而氧化的过程 , 即 M- n e - ==== M n + 。 2. 金属腐蚀的类型 (c) (1) 化学腐蚀与电化学腐蚀 : 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 发生 条件 金属与非电解 质等直接接触 不纯金属或合金与电 解质溶液接触 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧 化的过程 较活泼的金属 被氧化的过程 相互 关系 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生 , 但电化学腐蚀更普遍 , 危害更严重 (2) 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 : 以钢铁的腐蚀为例 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 形成 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 反应 Fe-2e - ====Fe 2+ 正极 反应 2H + +2e - ====H 2 ↑ O 2 +2H 2 O+4e - ==== 4OH - 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 腐蚀 速率 腐蚀速率较快 , 一般较少 腐蚀速率较慢 , 非常普遍 联系 往往两种腐蚀交替发生 , 但以吸氧腐蚀为主 , 两种过程都有微弱电流产生 3. 金属电化学腐蚀规律 (c) (1) 对同一种金属来说 , 腐蚀的快慢 : 强电解质溶液 __ 弱 电解质溶液 __ 非电解质溶液。 (2) 活动性不同的两金属 : 活动性差别越大 , 活动性强的 金属腐蚀越 ___ 。 > > 快 (3) 对同一种电解质溶液来说 , 电解质溶液浓度越大 , 腐 蚀越快 , 且氧化剂的浓度越高 , 氧化性越强 , 腐蚀越快。 (4) 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。 > > > 4. 金属电化学保护的两种方法 (b) 5. 其他防护方法 如加保护层 ( 涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料等 ), 电镀。 【 典例精析 】 【 典例 】 (2019· 江苏高考 ) 将铁粉和活性炭的混合物 用 NaCl 溶液湿润后 , 置于如图所示装置中 , 进行铁的电 化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是 ( 　　 ) A. 铁被氧化的电极反应式为 Fe-3e - ====Fe 3+ B. 铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C. 活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D. 以水代替 NaCl 溶液 , 铁不能发生吸氧腐蚀 【 解析 】 选 C 。 A 项 , 铁和活性炭构成原电池 , 铁作负极 , 铁失去电子生成 Fe 2+ , 电极反应式为 Fe-2e - ====Fe 2+ , 错误 ;B 项 , 能量转化形式不是唯一的 , 化学能除了转化为电能外 , 还有热能等 , 错误 ;C 项 ,Fe 和活性炭构成原电池后 , 反应速率变快 , 正确 ;D 项 ,Fe 和 C 在水中也可以构成原电池 ,Fe 失去电子 , 空气中的 O 2 得电子 , 发生吸氧腐蚀 , 如果在 NaCl 溶液中 , 铁发生吸氧腐蚀更快 , 错误。 【 强化训练 】 1. 思维诊断 ( 正确的打“√” , 错误的打“ ×”) (1) 在海轮外壳连接锌块以保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阴极的阳极保护法。 ( 　　 ) 提示 : × 。采用的是牺牲阳极的阴极保护法。 (2) 因空气中 CO 2 的存在 , 金属表面形成一层酸膜 , 所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。 ( 　　 ) 提示 : × 。强酸性环境发生析氢腐蚀 , 弱酸性或中性环境发生吸氧腐蚀 , 自然界中大多数金属发生吸氧腐蚀。 (3) 纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。 ( 　　 ) 提示 : × 。纯银器表面变黑是因为发生化学腐蚀生成了 Ag 2 S 。而钢铁生锈是由于发生了电化学腐蚀。 (4) 钢铁因含杂质而容易发生电化学腐蚀 , 所以合金都不耐腐蚀。 ( 　　 ) 提示 : × 。有些合金耐腐蚀性较好 , 如不锈钢等。 (5)Al 、 Fe 、 Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。 ( 　　 ) 提示 : × 。 Cu 在潮湿的空气中生成铜绿 [Cu 2 (OH) 2 CO 3 ] 。 2. 如图所示 , 各烧杯中盛有海水 , 铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为 ____________________ 。  提示 : ⑤④②①③⑥ 。①是 Fe 为负极 , 杂质碳为正极的 原电池腐蚀 , 是铁的吸氧腐蚀 , 腐蚀较慢。其电极反应 式 : 负极 Fe-2e - ====Fe 2+ , 正极 2H 2 O+O 2 +4e - ====4OH - 。②③ ④均为原电池 ,③ 中 Fe 为正极 , 被保护 ;②④ 中 Fe 为负极 , 均被腐蚀 , 但 Fe 和 Cu 的金属活动性差别大于 Fe 和 Sn 的 , 故 Fe-Cu 原电池中 Fe 被腐蚀的较快。⑤是 Fe 接电源正极 作阳极 ,Cu 接电源负极作阴极的电解腐蚀 , 加快了 Fe 的 腐蚀。⑥是 Fe 接电源负极作阴极 ,Cu 接电源正极作阳极的电解腐蚀 , 防止了 Fe 的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤ >④>②>①>③>⑥ 。 3.(2018· 北京高考 ) 验证牺牲阳极的阴极保护法 , 实验如下 ( 烧杯内均为经过酸化的 3% NaCl 溶液 ) 。 ① ② ③ 在 Fe 表面生 成蓝色沉淀 试管内无 明显变化 试管内生成 蓝色沉淀 下列说法不正确的是 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A. 对比②③ , 可以判定 Zn 保护了 Fe B. 对比①② ,K 3 [Fe(CN) 6 ] 可能将 Fe 氧化 C. 验证 Zn 保护 Fe 时不能用①的方法 D. 将 Zn 换成 Cu, 用①的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼 【 解题思路 】 本题解答的关键有 : (1) 明确牺牲阳极的阴极保护法的原理。 (2) 根据实验现象分析推断得出结论。 【 解析 】 选 D 。根据实验②的现象可知 , 在酸化的 3%NaCl 溶液中 Fe 电极未溶解 , 根据实验③的现象可知 ,Fe 在酸化的 3%NaCl 溶液生成了 Fe 2+ , 两者对照 , 可以判定 Zn 保护了 Fe,A 正确 ; 根据实验②取出 Fe 附近的溶液 , 滴加 K 3 [Fe(CN) 6 ] 溶液 , 无明显变化 , 可知 Fe 电极附近未生成 Fe 2+ , 而实验①中 Fe 表面变蓝 , 说明 K 3 [Fe(CN) 6 ] 可能将 Fe 氧化 ,B 、 C 正确 ; 将 Zn 换成 Cu, 用①的方法 K 3 [Fe(CN) 6 ] 可将 Fe 氧化 ,Fe 表面也会生成蓝色沉淀 , 不能根据电化学原理判断 Fe 比 Cu 活泼。 4.(2017· 浙江 10 月选考真题 ) 在一块表面无锈的铁片上滴食盐水 , 放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式 :2Fe+2H 2 O+O 2 ==== 2Fe(OH) 2 ,Fe(OH) 2 进一步被氧气氧化为 Fe(OH) 3 , 再在一定条件下脱水生成铁锈 , 其原理如图。下列说法正确的是 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A. 铁片发生还原反应而被腐蚀 B. 铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C. 铁片腐蚀中负极发生的电极反应 :2H 2 O+O 2 +4e - ====4OH - D. 铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池 , 发生 了电化学腐蚀 【 解析 】 选 D 。铁生锈的原理是铁片中的铁和碳形成无数微小的原电池 , 发生电化学腐蚀 ,D 项正确 ; 铁作负极发生氧化反应 : Fe-2e - ====Fe 2+ ,A 项错误 ; 因为生成的 Fe 2+ 移向正极和 OH - 结合成 Fe(OH) 2 ,Fe(OH) 2 进一步被氧气氧化为 Fe(OH) 3 , 再在一定条件下脱水生成铁锈 , 所以铁锈在正极区域产生 , 而铁在负极被腐蚀 , 所以铁片腐蚀最严重区域是负极区 , 而生锈最多的区域则是正极区 ,B 项错误 ; 氧气在碳正极上发生还原反应 :2H 2 O+O 2 + 4e - ====4OH - ,C 项错误。 5. 下列有关金属腐蚀与保护的说法正确的是 ( 　　 ) A. 常温下 , 断开 K 时 , 若 M 溶液为浓硫酸 , 则铁发生化学腐蚀 B. 关闭 K, 若 M 为氯化钠 , 则铁极的电极反应式为 O 2 +4e - +2H 2 O ====4OH - C. 关闭 K, 若 M 为硫酸铵 , 则石墨极的电极反应式为 2H + +2e - ==== H 2 ↑ D. 关闭 K, 若 M 溶液为海水 , 石墨换成铜或银 , 则叫外加电流的阴极保护法 【 解析 】 选 C 。常温下 , 断开 K 时 , 若 M 溶液为浓硫酸 , 金属铁被钝化 , 铁受到保护 , 故 A 错误 ; 关闭 K 时 , 若 M 为氯化钠 , 则发生金属铁的吸氧腐蚀 , 金属铁是负极 , 铁电极的电极反应式为 Fe-2e - ====Fe 2+ , 故 B 错误 ; 关闭 K 时 , 若 M 为硫酸铵 , 其溶液显酸性 , 发生金属铁的析氢腐蚀 , 金属铁是负极 , 石墨极的电极反应式为 2H + +2e - ====H 2 ↑, 故 C 正确 ; 关闭 K 时 , 若 M 溶液为海水 , 石墨换成铜或银 , 此时金属铁是负极 , 会加快金属铁的腐蚀速率 , 故 D 错误。 【 加固训练 】 　　糕点包装中常用的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等 , 其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是 ( 　　 ) A. 脱氧过程是吸热反应 , 可降低温度 , 延长糕点保质期 B. 脱氧过程中铁作原电池正极 , 电极反应为 Fe-3e - ==== Fe 3+ C. 脱氧过程中碳作原电池负极 , 电极反应为 2H 2 O+O 2 +4e - ====4OH - D. 含有 1.12g 铁粉的脱氧剂 , 理论上最多能吸收氧气 336 mL( 标准状况 ) 【 解析 】 选 D 。钢铁的吸氧腐蚀为放热反应 ,A 错误。脱氧过程 , 铁为负极 , 电极反应为 Fe-2e - ====Fe 2+ ; 碳作正极 , 电极反应为 2H 2 O+O 2 +4e - ====4OH - ,B 、 C 均错误。根据电极反应可得电池反应为 2Fe+O 2 +2H 2 O====2Fe(OH) 2 , Fe(OH) 2 可继续被氧化 :4Fe(OH) 2 +O 2 +2H 2 O====4Fe(OH) 3 , 因此可得关系式 :4Fe→3O 2 。 【 归纳总结 】 1. 电化学腐蚀规律 (1) 对同一种金属来说 , 腐蚀的快慢 : 强电解质溶液 > 弱电解质溶液 > 非电解质溶液。 (2) 活动性不同的两金属 : 活动性差别越大 , 活动性强的金属腐蚀越快。 (3) 对同一种电解质溶液来说 , 电解质溶液浓度越大 , 腐蚀越快 , 且氧化剂的浓度越高 , 氧化性越强 , 腐蚀越快。 (4) 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。 (5) 从防腐措施方面分析 , 腐蚀的快慢为 : 外接电源的阴极保护法防腐 < 牺牲阳极的阴极保护法防腐 < 有一般防护条件的防腐 < 无防护条件的防腐。 2. 金属防护的原理 3. 金属的电化学防护 (1) 牺牲阳极的阴极保护法。 ①原理 : 应用原电池原理。 ②方法 : 将被保护金属与比其更活泼的金属连接在一起 , 更活泼的金属作负极不断被腐蚀 , 可定期更换 , 而作为正极的金属就能不被腐蚀而得到保护。常用于保护海轮外壳及石油管道等。 (2) 外加电流的阴极保护法。 ①原理 : 应用电解池原理。 ②方法 : 将被保护金属与外加直流电源负极相连 , 作为阴极 , 另一附加惰性电极作为阳极。通电后 , 电子流向被保护的金属 , 在金属表面积累了大量的负电荷 , 从而抑制金属失去电子 , 阻止金属被腐蚀。该方法主要用于防止土壤、海水及河水中的金属设备的腐蚀。 ③ 实例。