2018届一轮复习人教版电解池的工作原理及应用　金属的腐蚀与防护(加试要求)教案 17页

第三单元　电解池的工作原理及应用　金属的腐蚀与防护(加试要求)‎ 浙江考试标准 知识条目 必考要求 加试要求 ‎(1)电解池的概念、构造与工作原理 b ‎(2)电解CuCl2溶液的原理及电极反应式 b ‎(3)电解池的构成条件 b ‎(4)电解池的电极反应式与电解反应方程式 b ‎(5)电解原理在金属冶炼、氯碱工业、电镀等生产生活中的应用 b ‎(6)原电池、电解池的判断 c ‎(7)金属腐蚀的危害 a ‎(8)金属发生电化学腐蚀的基本原理 c ‎(9)金属的防护 b 考点1| 电解原理及应用　‎ ‎[基础知识自查]‎ ‎1．电解、电解池 ‎2．电解池的构成和工作原理 ‎(1)构成条件 ‎①有与外接直流电源相连的两个电极。‎ ‎②电解质溶液(或熔融电解质)。‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎(2)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)‎ ‎(3)电解池中电子和离子的移动 ‎①电子：从电解池的阳极流向电源的正极，流向电源负极，流向电解池的阴极。‎ ‎②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。‎ ‎3．电解原理的应用 ‎(1)电解饱和食盐水 ‎(2)电解精炼铜 ‎(3)电镀铜 ‎(4)电解冶炼钠 ‎[核心要点提升]‎ ‎1．电解池中阴极和阳极的特征 ‎2．电极产物的判断和电极反应式的书写 ‎(1)电极产物的判断 阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。‎ 阳极：金属(Au、Pt除外)电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。‎ ‎(2)电极反应式的书写 ‎①判断阴、阳极，分析电极材料，判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。阳极为金属活性电极时，电极材料放电。‎ ‎②根据离子放电顺序，确定放电的离子种类，分析电极反应，并判断电极产物，按照“阳极氧化、阴极还原”写出电极反应式。‎ ‎③电解水溶液时，应注意水电离出的H＋、OH－放电时电极反应式的书写，H＋、OH－之后的离子一般不参加放电反应。‎ ‎3.以惰性电极电解电解质溶液的类型 ‎【易错警示】　(1)强碱、含氧酸、活泼金属的含氧酸盐，用惰性电极电解时，实际上是电解H2O，溶质的质量分数增大，浓度增大。‎ ‎(2)电解后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质，要考虑溶质的量，也要考虑水的量。例如用惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，也可加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水的量增加。‎ ‎[典型例题讲解]‎ ‎　(2016·浙江名校协作体3月联考)在一定条件下，可以用图(1)所示的硼化钒(VB2)空气电池(工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5)为电源给图(2)所示装置通电，模拟有机物的电化学储氢。下列说法正确的是(　　)‎ 图(1)　　　　　　　　　　　　图(2)　　　　‎ A．整套装置工作时A连接D、B连接C B．VB2极发生的电极反应为：2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O C．电极F产生3 mol气体时电极E得到的氧化产物为2 mol D．储氢装置工作时，右侧电极区的pH减小 ‎【解析】　由电池工作反应知图(1)中右侧电极为正极，电极反应为：11O2＋22H2O＋44e－===44OH－；左侧电极为负极，负极反应为：4VB2＋44OH－－44e－===2V2O5＋4B2O3＋22H2O。由图(2)知，E为阴极，C应与电源负极相连，E极上电极反应为：2＋12H＋＋12e－==‎ ‎=2，为还原产物；F为阳极，D应与电源正极相连，电极反应为6H2O－12e－===12H＋＋3O2↑，储氢装置工作时，产生的H＋经高分子电解质膜移至左侧，右侧电极区的pH不会减小。综上所述，只有B选项正确。‎ ‎【答案】　B ‎　氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式_______________________。‎ ‎(2)离子交换膜的作用为：_________________________________、‎ ‎________________________________________________。‎ ‎(3)精制饱和食盐水从图中________位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。(选填“a”“b”“c”或“d”)‎ ‎【解析】　(1)电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H＋在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl－在阳极失去电子，发生氧化反应，产生Cl2。反应的离子方程式是2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。‎ ‎(2)图中的离子交换膜只允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH－进入阳极室，与氯气发生反应，阻止Cl－进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。‎ ‎(3)随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H＋‎ 不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出。‎ ‎【答案】　(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ ‎(2) 阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2OH－＋Cl2===Cl－＋ClO－＋H2O　阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸 ‎(3)a　d 分析电解过程的一般思路 ‎(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 ‎(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。‎ ‎[题组对点训练]‎ ‎1．用石墨电极电解CuCl2溶液如图所示。下列分析正确的是(　　) ‎ A．a端是直流电源的负极 B．通电使CuCl2发生电离 C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 A　[根据溶液中离子移动的方向，Cu2＋移向的一极是阴极，则a是负极，Cl－移向的一极是阳极，b是正极，A正确；CuCl2电离的条件是溶于水或受热熔化，B错误；阴极反应是Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑，C、D错误。]‎ ‎2．(2017·浙江杭州七校质检)如图是利用一种微生物将废水中的有机物(假设是淀粉)的化学能直接转化为电能，并利用此电能在铁上镀铜。下列说法中正确的是(　　)‎ ‎ ‎ ‎【导学号：81640090】‎ A．质子透过离子交换膜由右向左移动 B．铜电极应与X相连接 C．M电极反应式：(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋‎ D．当N电极消耗0.2 mol气体时，则铁电极增重‎16 g C　[根据题给信息知，甲图装置是将化学能转化为电能的原电池，M是负极，N是正极，质子透过离子交换膜由左向右移动，A错误；铁上镀铜，则铁为阴极，应与负极相连，铜为阳极，应与正极相连，故B错误；C正确；当N电极消耗0.2 mol氧气时，则转移0.2 mol×4＝0.8 mol电子，所以铁电极增重×‎64 g/mol＝‎25.6 g，故D错误。]‎ ‎3．按如图所示装置进行实验，并回答下列问题：‎ ‎(1)判断装置的名称：A池为________，B池为________。(2)锌极为________极，电极反应式为________________________________________________；‎ 铜极为________极，电极反应式为________________；石墨棒C1为________极，电极反应式为____________；‎ 石墨棒C2附近发生的实验现象为_______________________。‎ ‎(3)当C2极析出224 mL气体(标准状况)时，锌的质量________(填“增加”或“减少”)_______g，CuSO4溶液的质量______(填“增加”或“‎ 减少”)_____g。‎ ‎【解析】　A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池。A池中Zn为负极，Cu为正极，B池中C1为阳极，C2为阴极，阴极区析出H2，周围OH－富集，酚酞变红，且n(H2)＝＝0.01 mol，故电路中转移电子的物质的量为0.01 mol×2＝0.02 mol，根据得失电子守恒，锌极有0.01 mol Zn溶解，即Zn极质量减少0.01 mol×‎65 g·mol－1＝‎0.65 g，铜极上有0.01 mol Cu析出，即CuSO4溶液增加了0.01 mol×(‎65 g·mol－1－‎64 g·mol－1)＝‎0.01 g。‎ ‎【答案】　(1)原电池　电解池 ‎(2)负　Zn－2e－===Zn2＋　正　Cu2＋＋2e－===Cu　阳　2Cl－－2e－===Cl2↑　有无色气体产生，附近溶液出现红色　(3)减少　0.65　增加　0.01‎ ‎4．某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。试回答下列问题：‎ ‎(1)电极A极的名称是________。‎ ‎(2)甲装置中电解反应的总化学方程式：____________________。‎ ‎(3)如果收集乙装置中产生的气体，两种气体的体积比是________。‎ ‎(4)欲用丙装置给铜镀银，G应该是________(填“铜”或“银”)，电镀液的主要成分是________(填化学式)。‎ ‎(5)装置丁中的现象是___________________________。‎ ‎【解析】　(1)这是一个串联电解装置，乙中F极出现红色，说明在F极放出H2，生成NaOH，F为阴极，B为负极，A为正极。(2)甲池电解CuSO4溶液：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。‎ ‎(3)乙池电解NaCl溶液：2NaCl＋2H2O===2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，V(Cl2)∶V(H2)＝1∶1。(4)给铜镀银，银应为阳极，铜为阴极，G为银，电镀液为AgNO3溶液。(5)丁装置是胶体的电泳，Fe(OH)3胶体胶粒带正电荷，通电后向阴极移动，阴极区颜色变深。‎ ‎【答案】　(1)正极 ‎(2)2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4‎ ‎(3)1∶1　(4)银　AgNO3‎ ‎(5)Y极附近红褐色变深 考点2| 金属的腐蚀与防护　　‎ ‎[基础知识自查]‎ ‎1．化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与其他物质直接接触发生氧化还原反应引起的腐蚀 不纯金属或合金发生原电池反应，使较活泼的金属失去电子被氧化而引起的腐蚀 现象 无电流产生 有电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ‎2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜性质 酸性较强 酸性很弱、呈中性或碱性 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极反应 ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ O2＋2H2O＋4e－‎ ‎===4OH－‎ 其他反应 及产物 Fe2＋＋2OH－===‎ Fe(OH)2‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 普遍性 吸氧腐蚀更普遍 ‎3.金属的防护 ‎(1)电化学防护 ‎①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属；‎ b．正极：被保护的金属设备。‎ ‎②外加电流的阴极保护法—电解池原理 a．阴极：被保护的金属设备；‎ b．阳极：惰性金属。‎ ‎(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。‎ ‎[核心要点提升]‎ ‎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。‎ ‎③实例。‎ 负极：Zn－2e－===Zn2＋‎ 正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 铁作正极被保护 ‎(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。‎ ‎[典型例题讲解]‎ ‎　(2016·浙江10月选考试题)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＋2H2O＋O2===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(　　) ‎ ‎【导学号：81640091】‎ 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：2H2O＋O2＋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】　铁原子失去电子变为Fe2＋，发生氧化反应而被腐蚀，A错误；由于得失电子在不同的区域，所以铁片腐蚀最严重区域与生锈最多的区域是不同的区域，B错误；铁片腐蚀中正极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，C错误；由于活动性Fe＞C，所以铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，因为是中性或极弱酸性环境，所以发生的电化学腐蚀是吸氧腐蚀，D正确。‎ ‎【答案】　D ‎(1)判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键是看介质的酸碱性。酸性介质发生析氢腐蚀；碱性、中性介质发生吸氧腐蚀，但对于氢后的不活泼金属只能发生吸氧腐蚀(如Cu)。‎ ‎(2)金属作原电池正极或电解池阴极时被保护。‎ ‎　利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是(　　)‎ A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀速率 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，可减缓铁的腐蚀速率 D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应 ‎【解析】　若X为锌棒，开关K置于M处，则形成Zn、Fe原电池，由于活动性Zn>Fe，所以首先被腐蚀的是Zn，因此可减缓铁的腐蚀速率，A项正确；若X为锌棒，开关K置于M处，可以形成原电池，由于活动性Zn>Fe，所以首先被腐蚀的是Zn，Zn发生氧化反应，在Fe上发生的是还原反应，B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，则形成的是电解池，Fe作电解池的阴极而被保护，故可减缓铁的腐蚀速率，C项正确；若X为碳棒，开关K置于N处，形成的是电解池，X极是阳极，在阳极上发生氧化反应，D项正确。‎ ‎【答案】　B ‎[题组对点训练]‎ ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．金属腐蚀就是金属原子失去电子被还原的过程 B．合金都比纯金属易被腐蚀 C．将金属与外加直流电源的负极相连，而将正极接到废铁上，可以防止金属被腐蚀 D．镀锌铁比镀锡铁更容易被腐蚀 C　[金属腐蚀就是金属原子失去电子被氧化的过程，故A项错误；铁中加入镍比纯铁耐腐蚀，故B项错误；C项应用的是牺牲阳极的阴极保护法，故正确；镀锌铁破损后，Zn作负极，Fe仍受保护，而镀锡铁破损后，铁作负极，被腐蚀，故D项错误。]‎ ‎2．“瓦良格”号航空母舰，是中国人民解放军海军的第一艘可搭载固定翼飞机的航空母舰。已知航空母舰的主体是钢铁，减弱甲板的腐蚀是航母制造过程中需要攻克的一个难题。某同学设计如图实验，请根据铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 三种不同的环境中被腐蚀的快慢，判断在母舰甲板上最好嵌上的固体应为(　　)‎ A．铁　　　　　　　 B．锌 C．碳 D．铜 B　[因Zn的活泼性比铁强，因此在甲板上嵌上Zn块可以起到保护铁的作用。]‎ ‎3．研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．d为石墨，铁片腐蚀速率加快 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↑‎ D　[A.由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确。B.d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确。C.若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。D.d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误。]‎ ‎4．A、B、C三个烧杯中分别盛有相同物质的量浓度的稀硫酸，如图所示：‎ ‎(1)A中反应的离子方程式是_______________________________。‎ ‎(2)B中Sn极的电极反应式为________________________________，‎ Sn极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(3)C中被腐蚀的金属是________，总反应的离子方程式是____________，比较A、B、C中铁被腐蚀的速率由快到慢的顺序是_____________________。‎ ‎【解析】　铁被腐蚀的实质是Fe－2e－===Fe2＋。‎ 铁在不同的情况下腐蚀的速率不同。作原电池的负极时易被腐蚀，作原电池的正极时受到保护不易被腐蚀。‎ ‎【答案】　(1)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑　增大 ‎(3)Zn　Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑　B＞A＞C ‎5．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。‎ ‎(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为___________。‎ ‎(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填序号)。‎ A．铜 B．钠 C．锌 D．石墨 ‎(3)如图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。‎ ‎【解析】　(1)发生吸氧腐蚀时，负极上反应为Fe－2e－===Fe2＋，正极上O2得到电子，反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如Zn，就可由Zn失去电子，Zn被氧化，而Fe被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)乙属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。‎ ‎【答案】　(1)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋；‎ 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎(2)C　(3)负