2019届高考化学二轮复习电解池　金属的腐蚀与防护（加试）学案 15页

电解池　金属的腐蚀与防护（加试）‎ ‎[考试标准]‎ 考点 知识条目 加试要求 考情分析 电解原理及其应用 电解池的概念、构造与工作原理 b ‎2016.4T11、2017.4T9、2017.11T30、2018.4T30‎ 电解CuCl2溶液的原理及电极反应式 b ‎2017.4T3‎ 电解池的构成条件 b ‎2016.10T12、2017.4T12‎ 电解池的电极反应式与电解反应方程式 b ‎2017.4T19‎ 金属冶炼、氯碱工业、电镀在生产生活中的应用 b ‎2015.10T30、2016.4T18、2017.4T5‎ 原电池、电解池的判断 c ‎2017.4T3‎ 金属的腐蚀与防护 金属腐蚀的危害 a ‎2016.10T12、2017.4T12‎ 金属发生电化学腐蚀的基本原理 c ‎2017.4T19‎ 金属的防护 b ‎2015.10T30、2016.4T18、2017.4T5‎ 考点一：电解的原理 ‎1.某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置（C1、C2、C3均为石墨）。下列叙述正确的是（　　）‎ A.甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能 B.C1、C2分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应 C.C1上和C3上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同 D.甲中溶液的pH逐渐增大，丙中溶液的pH逐渐减小 解析　A项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误。B项，C1、C2分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误。C项，C1和C3都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确。D项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气，随着反应的进行，溶液的pH均增大，错误。‎ 答案　C 考点二：电解产物的判断 ‎2.（2018·浙江桐乡中学高二期中）最近有研究人员发现了一种处理高浓度乙醛废水的新方法——隔膜电解法，乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛—Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。下列说法正确的是（　　）‎ A.若以CH4—空气燃料电池为直流电源，燃料电池的b极应通入空气 B.电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量增大 C.阳极反应CH3CHO－2e－＋2H＋===CH3COOH＋H2O D.电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生了无色气体，则阳极产生的是O2‎ 解析　连接电解池阴极的是原电池负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，该燃料电池中燃料是甲烷，所以b极通入的是CH4，A错误；钠离子和硫酸根离子不参与电极反应，物质的量不变，B错误；质量不守恒，应为CH3CHO－2e－‎ ‎＋H2O===CH3COOH＋2H＋，C错误；阳极发生4OH－－4e－===O2↑＋2H2O、CH3CHO－2e－＋H2O===CH3COOH＋2H＋，阴极发生4H＋＋4e－===2H2↑、CH3CHO＋2e－＋2H2O===CH3CH2OH＋2OH－，则两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生了无色气体，阳极产生的是O2，D正确。‎ 答案　D 考点三：用惰性电极电解混合溶液 ‎3.（2017·江苏宿迁市泗洪中学）镍氢电池是二十世纪九十年代发展起来的一种新型绿色电池，具有高能量、长寿命、无污染等特点。用吸附了氢气的纳米碳管等材料制作的二次电池的原理如图1所示。电池的总反应式为：‎ H2＋2NiO（OH）2Ni（OH）2‎ 图1‎ 图2‎ ‎（1）①镍氢电池充电时，镍电极连接直流电源的　　　　极。阳极的电极反应式为___________________________________________________________。‎ ‎②镍氢电池放电时，OH－移向　　　　（填“碳电极”或“镍电极”）。‎ ‎（2）除了用纳米碳管等材料储氢外，还可使用有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢。一定条件下，利用图2装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其他有机物）。‎ ‎①A为电源的　　　　极。‎ ‎②电极E上产生的气体为　　　　。‎ ‎③电极D的电极反应式为________________________________________。‎ 答案　（1）①正　Ni（OH）2＋OH－－e－===NiO（OH）＋H2O　②碳电极 ‎（2）①负　②氧气　③＋6H＋＋6e－===‎ 考点四：电解的有关计算 ‎4.用下图装置模拟人工肾脏的工作原理，电解生成的Cl2将尿素[CO（NH2）2]氧化成N2排出，则下列说法错误的是（　　）‎ A.电源的正极为b B.尿素被氧化的化学方程式为CO（NH2）2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl C.电解结束后，阴极室溶液与电解前相比pH增大 D.阳极收集到Cl2 4.48 L（标准状况）时，被氧化的尿素为4.0 g 解析　电极反应式为a（阴极）：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，b（阳极）：2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；3Cl2＋CO（NH2）2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl，B项正确；C项，由于阴极室生成OH－，H＋通过质子交换膜进入a，所以pH增大；D项，0.2 mol Cl2氧化CO（NH2）2的质量为×60 g·mol－1＝4.0 g。‎ 答案　C 考点五：金属的腐蚀与防护 ‎5.（2018·浙江桐乡一中高二下期中）利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是（　　）‎ A.a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B.一段时间后，a管液面高于b管液面 C.a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D.a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋‎ 解析　根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为 左边　负极：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 右边　负极：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ a、b处的pH均增大，C错误。‎ 答案　C ‎6.（2017·课标全国Ⅰ，11）支撑海港码头基础的防腐技术，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是（　　）‎ A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 解析　钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁（阳极）流向正极，从负极流向钢管桩（阴极），A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。‎ 答案　C 易错点一　不能正确理解电解池的工作原理 电解池工作原理（阳极为惰性电极）示意图 ‎[易错训练1]　（2018·桐乡一中高二）用如图所示装置研究电化学原理，下列分析中错误的是（　　）‎ 选项 连接 电极材料 分析 a b A K1K2‎ 石墨 铁 模拟铁的吸氧腐蚀 B K1K2‎ 锌 铁 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 C K1K3‎ 石墨 铁 模拟电解饱和食盐水 D K1K3‎ 铁 石墨 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 解析　在中性条件下，铁作负极失电子，石墨作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则Fe发生吸氧腐蚀，故A正确；Zn、Fe形成原电池，Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；Fe作阴极，阴极上氢离子得电子，石墨作阳极，阳极上氯离子失电子，电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，故C正确；Fe与正极相连，Fe作阳极，失电子，被腐蚀，Fe不能被保护，故D错误。‎ 答案　D 易错点二　不能准确判断电解前后pH变化 电解前后电解质溶液酸碱性变化可概括为“有氢无氧增碱性，有氧无氢增酸性；有氢有氧增原性，无氢无氧减原性”。‎ ‎[易错训练2]　三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是（　　）‎ A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 解析　电解池中阴离子向正极区移动，阳离子向负极区移动，即SO离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。‎ 答案　B 易错点三　电解过程中常出现的理解误区 ‎1.铁作电解池的阳极时，铁失去电子生成Fe2＋而不是Fe3＋。‎ ‎2.电解时的氧化产物或还原产物能与电解质溶液中的微粒发生反应时，要将该微粒写入电极反应式中，否则会造成错误。如用Al作阳极电解NaOH溶液时的阳极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。‎ ‎3.用惰性电极电解饱和食盐水后，误认为要想恢复至原状需加入适量盐酸，其实不然，应该通入HCl气体。‎ ‎4.误认为电解熔融的AlCl3可以制备Al，其实不然，因为AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电，不能被电解，应该电解熔融的氧化铝制备铝。‎ ‎5.不清楚多池串联情况，多池串联时若有外加电源则整套装置都是电解池；若无外加电源，则一般含最活泼金属的装置为原电池，其余为电解池；但当其中两池的最活泼金属相同时则两极间金属性差别大的为原电池，其余为电解池。‎ ‎[易错训练3]　“电解法”克服了“酸歧化法”‎ 理论产率偏低的问题，同时副产品KOH可用于软锰矿的焙烧。电解法制备高锰酸钾的实验装置示意图如下（图中阳离子交换膜只允许K＋离子通过）。‎ ‎（1）a为　　　　极 （填“正”或“负”），右室发生的电极反应方程式为___________________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________。‎ ‎（2）若电解开始时阳极区溶液为1.0 L 0.40 mol·L－1K2MnO4溶液，电解一段时间后，右室中n（K）/m（Mn）为6∶5，阴极区生成KOH的质量为　　　　。‎ 解析　（1）右侧阳极MnO失电子生成MnO，电极反应式为MnO－e－===MnO；故连接阳极的b电极为电源正极，a则为负极；（2）1.0 L 0.40 mol·L－1K2MnO4溶液中K2MnO4的物质的量为0.4 mol，＝2∶1，n（Mn）＝0.4 mol，n（K）＝0.8 mol，阳极MnO失电子生成MnO，Mn元素物质的量不变，电解一段时间后，溶液中＝6∶5，所以n（K）＝0.48 mol，所以阴极区生成KOH的物质的量为n（KOH）＝n（K）＝0.8 mol－0.48 mol＝0.32 mol，质量为m（KOH）＝0.32 mol×56 g/mol＝17.9 g。‎ 答案　（1）负　MnO－e－===MnO　（2）17.9 g 易错点四　不会正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。‎ ‎[易错训练4]　（2016·浙江省余杭区高二上期末）铁及其化合物与生产、生活关系密切。‎ 图中是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。‎ ‎（1）该电化学腐蚀称为　　　　。‎ ‎（2）图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是　　　　（填字母）。‎ 解析　（1）铁闸门在海水中主要发生吸氧腐蚀。（2）B点既满足与电解质溶液接触，同时含氧量较大，因此发生腐蚀速率最快。‎ 答案　（1）吸氧腐蚀　（2）B ‎1.（2015·上海化学，14）研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是（　　）‎ A.d为石墨，铁片腐蚀加快 B.d为石墨，石墨上电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C.d为锌块，铁片不易被腐蚀 D.d为锌块，铁片上电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑‎ 解析　D项，当d为锌块时，铁片为正极，发生吸氧腐蚀，电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。‎ 答案　D ‎2.（2016·北京理综，12）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（　　）‎ A.a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B.b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C.c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D.根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 解析　A项，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，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n（右面）处有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面（左面）为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m处得电子析出铜，正确。‎ 答案　B ‎3.（2015·浙江理综，11）在固态金属氧化物电解池中，高温下电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是（　　）‎ A.X是电源的负极 B.阴极的电极反应式是：H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－‎ C.总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2‎ D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1‎ 解析　由水和二氧化碳生成氢气和一氧化碳发生还原反应，此极上得到电子，应为阴极，故X极为电源的负极，A、B项正确；C项，根据电极上的反应物和生成物，可知总反应方程式正确；D项，因阳极电极反应式为2O2－－4e－‎ ‎===O2↑，结合电子得失相等，可知阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1，错误。‎ 答案　D ‎4.（2017·课标全国Ⅱ，11）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H2SO4－H2C2O4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：Al3＋＋3e－===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 解析　A项，根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。‎ 答案　C ‎5.（加试题）（2018·浙江4月选考节选）以四甲基氯化铵[（CH3）4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[（CH3）4NOH]，装置如图1所示。‎ ‎（1）收集到（CH3）4NOH的区域是　　　　（填a、b、c或d）。‎ ‎（2）写出电池总反应______________________________________‎ ‎___________________________________________________________。‎ 解析　（1）根据所给信息，阴极发生：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；阳极发生：2Cl－－2e－===Cl2↑，根据阳离子交换膜只允许阳离子通过，所以收集到产物（CH3）4NOH的区域是d。（2）根据参与电极反应的物质实际上是H2O和（CH3）4Cl，产物是（CH3）4NOH和H2与Cl2，写出电池总反应为：2（CH3）4NCl＋2H2O2（CH3）4NOH＋Cl2↑＋H2↑。‎ 答案　（1）d　（2）2（CH3）4NCl＋2H2O2（CH3）4NOH＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎6.（2017·浙江11月选考节选）科学家发现，以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250 ℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。‎ 电极反应式：___________________________________________________________‎ 和2Fe＋3H2O＋N2===2NH3＋Fe2O3。‎ 解析　以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250 ℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生还原反应，根据其中一个反应2Fe＋3H2O＋N2===Fe2O3＋2NH3，可知，Fe2O3作催化剂，首先转化为铁，因此电极反应式为Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－。‎ 答案　Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－‎ ‎7.（2017·3月浙江“超级全能生”联考）（1）白色不溶于水的CuCl可以由电解法制得，如图所示：‎ ‎①装置中用的交换膜为　　　　。‎ A.阳离子交换膜 B.阴离子交换膜 C.质子交换膜 D.氢氧根离子交换膜 ‎②阳极的电极反应式为　　　　　　　　。‎ ‎（2）已知CuCl可溶解于稀硝酸，写出该反应的化学方程式：___________________________________________________________。‎ ‎（3）根据已学知识写出制取CuCl的一种方法，用化学方程式表示：___________________________________________________________。‎ 解析　（1）活性电极为阳极，优先失电子，阳极反应为Cu－e－＋Cl－===CuCl，阴极，水中H＋放电，右池中Na＋透过交换膜移向左池。（2）CuCl与HNO3反应，生成Cu（NO3）2、CuCl2、NO和H2O。（3）可通过CuCl2‎ 在加热条件下氧化单质铜制备CuCl：CuCl2＋Cu2CuCl。‎ 答案　（1）①A　②Cu＋Cl－－e－===CuCl ‎（2）6CuCl＋8HNO3===3Cu（NO3）2＋3CuCl2＋2NO↑＋4H2O ‎（3）CuCl2＋Cu2CuCl（其他合理答案也可）‎ ‎8.[2018·天津理综，10节选]O2辅助的AlCO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2（C2O4）3是重要的化工原料。‎ 电池的负极反应式：__________________________________________。‎ 电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O ‎6CO2＋6O===3C2O＋6O2‎ 反应过程中O2的作用是___________________________________________。‎ 该电池的总反应式：_____________________________________________。‎ 解析　该电池中Al作负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应为2Al－6e－===2Al3＋。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO2＋6e－===3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应：2Al－6e－===2Al3＋和正极反应：6CO2＋6e－===3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2（C2O4）3。‎ 答案　Al－3e－===Al3＋（或2Al－6e－===2Al3＋）　催化剂 ‎2Al＋6CO2===Al2（C2O4）3‎ ‎9.（1）[2018·浙江选考模拟节选]我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S＋O2===H2O2＋S↓。‎ 已知甲池中发生的反应为：‎ ‎①装置中H＋从　　　　移向　　　　（填“甲池”或“乙池”）。‎ ‎②乙池溶液中发生的反应为________________________________________‎ ‎___________________________________________________________。‎ ‎（2）[2018·浙江选考模拟节选]间接电化学法除NO。其原理如图所示，写出阴极的电极反应式（阴极室溶液呈酸性）　　　　。吸收池中除去NO的原理___________________________________________________________‎ ‎___________________________________________________________（用离子方程式表示）。‎ 解析　（1）①从示意图中看出，电子流向碳棒一极，该极为正极，氢离子从乙池移向甲池；②乙池溶液中，硫化氢与I发生氧化还原反应：硫化氢失电子变为硫单质，I得电子变为I－，离子反应为H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋。‎ ‎（2）阴极是HSO在酸性条件下发生还原反应，生成S2O，其电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O；根据图示，吸收池中S2O和NO是反应物，N2和HSO是生成物，则吸收池中除去NO的原理是2NO＋2S2O＋2H2O==‎ ‎=N2＋4HSO。‎ 答案　（1）①乙池　甲池　②H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋‎ ‎（2）2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O　2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO