2021届高考化学一轮复习第9章电化学基础第29讲电解池金属的腐蚀和防护教学案新人教版 21页

第29讲　电解池　金属的腐蚀和防护 ‎1.电解池 ‎(1)定义：电解池是把电能转变为化学能的装置。‎ ‎(2)电解池的构成条件 ‎①有外接直流电源。‎ ‎②有与电源相连的两个电极。‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎④电解质溶液或熔融电解质。‎ ‎(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)‎ ‎①电解原理示意图 ‎②阴阳两极上离子的放电顺序 a．阴极：(与电极材料无关)氧化性强(易得电子)的阳离子先放电，放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。‎ b．阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。‎ 若是惰性电极作阳极，则还原性强(易失电子)的阴离子先放电，放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。‎ ‎2．电解原理的应用 ‎(1)氯碱工业 ‎①电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，‎ - 21 -‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。‎ ‎②总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。‎ 总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ 电解装置如图：‎ ‎(2)电解精炼铜 ‎ (3)电镀 ‎ ‎ ‎(4)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。‎ 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑、‎ ‎2Na＋＋2e－===2Na - 21 -‎ 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ 2Cl－－2e－===Cl2↑、‎ Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 6O2－－12e－===3O2↑、‎ 4Al3＋＋12e－===4Al ‎[知识拓展]　离子交换膜 ‎(1)离子交换膜分三类 ‎①阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。‎ ‎②阴离子交换膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。‎ ‎③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他离子通过。‎ ‎(2)离子交换膜的选择 想让何种离子通过就选择什么样的离子交换膜。‎ ‎3．金属的腐蚀和防护 ‎(1)金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。‎ ‎(2)金属腐蚀的类型 ‎①化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的物质直接反应 不纯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 ‎②析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 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＋‎ - 21 -‎ 正极 2H＋＋2e－===‎ H2↑‎ O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 总反 应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ 联系 吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，‎ ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3＋(x－3)H2O===Fe2O3·xH2O(铁锈)。‎ ‎(3)金属的防护 ‎[知识拓展]　“多池组合”类型的判断方法 ‎(1)有外接电源的“多池组合”类型的判断方法 有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：‎ 则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。‎ ‎(2)无外接电源的“多池组合”类型的判断方法 ‎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。如图所示：A为原电池，B为电解池。‎ - 21 -‎ ‎②根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；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。如图所示：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。如图所示：‎ 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。‎ - 21 -‎ ‎1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，并指明错因。‎ ‎(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。(√)‎ 错因：_______________________________________________‎ ‎(2)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(×)‎ 错因：电解CuCl2溶液时，阴极生成Cu。‎ ‎(3)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。(×)‎ 错因：电解H2SO4溶液是电解水，c(H＋)增大，pH减小。‎ ‎(4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。(×)‎ 错因：电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。‎ ‎(5)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。(×)‎ 错因：电解饱和食盐水一段时间后，通入适量的HCl可使溶液恢复到电解前的状态，加盐酸会使溶液浓度变小。‎ ‎(6)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)‎ 错因：电解饱和食盐水时，可用金属材料。(如惰性电极Pt)‎ ‎(7)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。(×)‎ 错因：镀件上镀铜时，镀件连接电源的负极。‎ ‎2．教材改编题 ‎(据人教选修四P88T6)下列说法不正确的是(　　)‎ A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B．生铁比纯铁容易生锈 C．铁质器件附有铜质配件，在接触处不易生铁锈 D．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈 答案　C ‎3．(2019·北京海淀高三期末)为探究电解的放电规律，进行如下实验：‎ 序号 阳极 材料 阴极 材料 电解质 阳极 产物 阴极 产物 ‎①‎ 石墨 石墨 ‎0.1 mol·L－1 CuCl2溶液 Cl2‎ Cu ‎②‎ 石墨 石墨 ‎0.1 mol·L－1 NaCl溶液 Cl2‎ H2‎ - 21 -‎ ‎③‎ 石墨 石墨 ‎0.2 mol·L－1 CuSO4溶液 O2‎ Cu ‎④‎ 铜 石墨 ‎0.2 mol·L－1 CuSO4溶液 Cu2＋‎ Cu ‎⑤‎ 石墨 石墨 熔融NaCl Cl2‎ Na 下列说法不正确的是(　　)‎ A．对比①②可知，阴极放电顺序是：Cu2＋>H＋>Na＋‎ B．对比①③可知，阳极放电顺序是：Cl－>OH－>SO C．对比③④可知，阳极是铜时，会先于溶液中的离子放电 D．对比①⑤可知，电解得到金属只能用熔融态，不能用水溶液 答案　D 解析　①中阳离子是Cu2＋和H＋，阴极产物是Cu，放电顺序是Cu2＋>H＋，②中阳离子是Na＋和H＋，阴极产物是H2，放电顺序是H＋>Na＋，综上所述，阴极放电顺序是Cu2＋>H＋>Na＋，故A正确；同理，阳极放电顺序是Cl－>OH－>SO，故B正确；根据④实验，Cu为阳极时，Cu先失去电子，故C正确；①实验中通过电解CuCl2水溶液得到金属单质，故D错误。‎ 考点一　电解原理及应用 ‎ [解析]‎ - 21 -‎ ‎　由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===‎ ‎2＋H2↑，由此可得总反应方程式为。电解时如果有水，水电离出的H＋在阴极先放电，不会生成Na，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。‎ ‎[答案]　Fe电极　[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2‎ ‎[解析]　①已知参加反应的微粒有CO2，生成物的微粒有HCOO－，因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素，所以阴极的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－，而OH－可与溶液中的HCO反应生成H2O和CO，两者加合即为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或CO2直接与水电离出的H＋作用生成HCOO－，即阴极反应式为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－。‎ ‎②阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的H＋与HCO反应而使HCO的浓度降低，同时部分K＋通过阳离子交换膜进入阴极区，因此电解一段时间后，KHCO3溶液浓度降低。‎ ‎[答案]　①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO　②阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区 ‎　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．以惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 实例 电极反应特点 电解质 溶液 pH 电解质 溶液复原 - 21 -‎ 浓度 电解 水型 NaOH 阴：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 阳：4OH－－4e－===‎ ‎2H2O＋O2↑‎ 增大 增大 加水 H2SO4‎ 增大 减小 加水 Na2SO4‎ 增大 不变 加水 电解电 解质型 HCl 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 减小 增大 通氯化氢 CuCl2‎ 减小 ‎—‎ 加氯化铜 放H2‎ 生碱型 NaCl KCl 阴极：H2O放H2生碱 阳极：电解质阴离子放电 生成新 电解质 增大 通氯化氢 放O2‎ 生酸型 CuSO4‎ Cu(NO3)2‎ 阴极：电解质阳离子放电 阳极：H2O放O2生酸 生成新 电解质 减小 加氧化铜 ‎2．电极反应式的书写步骤与方法 ‎3．电解原理应用的注意事项 ‎(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱的质量。‎ ‎(2)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。‎ ‎(3)电解精炼铜时，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。‎ ‎(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。‎ ‎1．用图甲装置电解一定量的CuSO4‎ - 21 -‎ 溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是(　　)‎ A．A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态 B．电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生 C．Q点时M、N两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同 D．若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变 答案　A 解析　惰性材料作电极，在阳极上H2O先放电，即阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，在阴极，Cu2＋先放电，即阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，P点后，气体体积突然增大，说明P点Cu2＋消耗完全，P点后，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，即A点是电解完CuSO4后，又电解了一部分水，应加入CuO和H2O，才能恢复到原来的状态，故A说法错误；N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，故B说法正确；Q点的气体来自两个阶段，第一阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，第二阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，P点产生的气体为氧气，其体积为b L，从P点到Q点，第二阶段，阴极产生的H2体积为2b L，阳极产生的O2体积为b L，阳极气体总体积为(b＋b) L＝2b L，故C说法正确；若M电极换成Cu，阳极上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，故D说法正确。‎ ‎2．(2019·安徽池州高三期末)工业上用Na2SO3溶液处理硫酸厂的废气SO2得NaHSO3溶液，然后用惰性电极电解NaHSO3废水(原理如图所示)使吸收液再生，两膜中间的Na＋和HSO可通过离子交换膜。下列叙述正确的是(　　)‎ A．通电后中间隔室的HSO离子通过C膜向左侧迁移，左侧电极室溶液pH增大 B．图中A连接电源的正极，B连接电源的负极 C．阳极反应为HSO＋H2O－2e－===SO＋3H＋，阳极区溶液pH降低 - 21 -‎ D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的Na2SO3生成 答案　C 解析　电解池中阴离子向阳极区移动，因此通电后中间隔室的HSO通过D膜向右侧迁移，左侧阴极区氢离子放电，所以阴极区溶液pH增大，A错误；左侧氢离子放电，发生还原反应为阴极，所以A连接电源的负极，B连接电源的正极，B错误；阳极区亚硫酸氢根离子失去电子生成硫酸，使溶液中c(H＋)增大，所以阳极区溶液pH降低，C正确；阴极发生电极反应：2HSO＋2e－===H2↑＋2SO，当电路中通过1 mol电子的电量时，会生成1 mol的Na2SO3，D错误。‎ 考点二　金属的电化学腐蚀与防护 ‎[解析]　铁在中性环境中发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A、D错误；铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能，B错误。‎ ‎[答案]　C ‎1．判断金属腐蚀快慢的规律 电解池原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防腐措施的腐蚀。‎ ‎2．金属腐蚀的防护 ‎(1)电化学保护法 ‎①牺牲负极保护正极，习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。如船壳上钉上锌块形成原电池。‎ ‎②外加电流的阴极保护法：钢铁外接电源负极形成电解池，使之成为阴极而被保护。如钢闸门接低压直流电负极，石墨接电源正极作阳极，浸入水中。‎ ‎(2)两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。‎ ‎3．(2019·北京海淀高三期末)家用暖气片大多用低碳钢材料制成，一旦生锈不仅影响美观，也会造成安全隐患。下列防止生锈的方法中，存在安全隐患的是(　　)‎ A．在暖气片表面镀锡 B．在暖气片表面涂漆 - 21 -‎ C．在暖气片表面涂铝粉 D．非供暖期在暖气内充满弱碱性的无氧水 答案　A ‎4．铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀 B．若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率变小 C．铜极上的反应是2H＋＋2e－===H2↑、O2＋4e－＋4H＋===2H2O D．在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀 答案　B 解析　铁、铜和水膜形成原电池，因为铁的金属性比铜强，所以铁为负极，铁铆钉被氧化而腐蚀，A正确；若水膜中溶解了SO2，则发生析氢腐蚀，铁铆钉腐蚀的速率加快，B错误；铜极发生还原反应，根据题图知铜电极吸收了氧气且生成氢气，所以发生两个电极反应：2H＋＋2e－===H2↑、O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C正确。‎ 考点三　有关电解的计算 ‎[解析]　(1)电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2－。电池工作时正极反应式为O2＋4e－===2O2－。‎ ‎(2)由题可知阳极首先生成氯气，后氢氧根失电子放出氧气，阴极首先析出铜，后生成氢气。阳极电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑,4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑，设收集到相同体积气体时O2的物质的量为x mol，H2的物质的量为y mol，则得x＝0.2，y＝0.6，故收集到O2的物质的量为0.2 mol。‎ - 21 -‎ ‎[答案]　(1)O2＋4e－===2O2－　(2)0.2‎ 电化学的有关计算方法 原电池和电解池的计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求电量及根据电量求产物的量等。在进行有关计算时，可运用以下基本方法：‎ ‎1．根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。‎ ‎2．根据得失电子守恒计算 ‎(1)用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。‎ ‎(2)用于混合溶液中电解的分阶段计算。‎ ‎3．根据关系式计算 根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：‎ ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。‎ 提示　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。‎ ‎5．将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)‎ A．4×10－3 mol·L－1 B．2×10－3 mol·L－1‎ C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1‎ 答案　A 解析　根据2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，得n(H＋)＝2n(H2SO4)＝2n(Cu)＝2×＝0.002 mol，c(H＋)＝＝4×10－3 mol·L－1。‎ - 21 -‎ ‎6．(2019·湖北省鄂州市、黄冈市高三调研)化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。‎ 如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题 ‎(1)甲烷燃料电池负极反应式是____________________________。‎ ‎(2)石墨(C)极的电极反应式为__________________。‎ ‎(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体体积为________ L；丙装置中阴极析出铜的质量为________ g，一段时间后烧杯中c(Cu2＋)________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ 答案　(1)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O ‎(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　(3)4.48　12.8　减小 解析　甲为燃料电池，甲烷通入一极为负极，氧气通入一极为正极；乙为电解池，Fe为阴极，C为阳极，实质为电解饱和食盐水；丙为电解池，粗铜为阳极，精铜为阴极，实质为电解精炼铜。‎ ‎(3)标准状况下，2.24 L氧气的物质的量为0.1 mol，参与反应转移的电子数为0.4 mol；铁电极为阴极，阳离子放电：2H＋＋2e－===H2，则放出氢气0.2 mol，标准状况下体积为4.48 L；丙装置中阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，则析出铜0.2 mol，即为12.8 g，反应开始后，溶液中的Cu2＋在阴极得电子生成Cu，而阳极粗铜中含有的Zn、Fe等活泼金属先失去电子变成金属阳离子进入溶液，故烧杯中c(Cu2＋)会减小。‎ ‎　　建议用时：40分钟　　　满分：100分　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 一、选择题(每题9分，共72分)‎ ‎1．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)‎ A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆 C．汽车底盘喷涂高分子膜 D．地下钢管连接镁块 答案　A - 21 -‎ 解析　水中的钢闸门连接电源的负极，钢闸门为阴极，从而得以保护，A正确；地下钢管连接镁块形成了原电池，属于牺牲阳极的阴极保护法，D错误。‎ ‎2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)‎ A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 答案　B 解析　因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重，A错误；接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2，C错误；干电池自放电腐蚀主要是由Zn的还原作用引起的，D错误。‎ ‎3．(2019·全国卷Ⅰ考试大纲调研卷(二))全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是(　　)‎ A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池 B．金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属 C．金属棒M上发生反应：M－ne－===Mn＋‎ D．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 答案　B 解析　‎ - 21 -‎ 金属棒M的材料如果是比镁活泼的金属钾、钙、钠时，活泼金属能和水之间发生剧烈的反应，它们不能做电极材料，B错误；金属棒M极的活泼性强于金属铁，做负极，发生失电子的氧化反应，C正确；原电池的负极被腐蚀，正极被保护的方法称为牺牲阳极的阴极保护法，D正确。‎ ‎4．(2019·哈尔滨六中高三期末考试)利用食盐水制取ClO2的工业流程如图所示，装置①中的反应：NaCl＋3H2ONaClO3＋3H2↑，装置②中的反应：2NaClO3＋4HCl2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O。下列关于该流程说法不正确的是(　　)‎ A．该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用 B．装置①中H2是阴极产物 C．装置②发生的反应中，Cl2是氧化产物，NaCl是还原产物 D．为了使H2完全转化为HCl，需要向装置③中补充Cl2‎ 答案　C 解析　电解食盐水得到氢气和NaClO3，氢气和氯气反应生成氯化氢得到浓盐酸，2NaClO3＋4HCl2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O＋2NaCl，该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用，故A正确；装置①是电解食盐水，溶液中氢离子在阴极得到电子生成氢气，是阴极产物，故B正确；2NaClO3＋4HCl2NaCl＋2ClO2↑＋Cl2↑＋2H2O，氯气是氧化产物，ClO2是还原产物，故C错误。‎ ‎5．(2019·成都市高三诊断)港珠澳大桥设计使用寿命为120年，对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是(　　)‎ A．防腐原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等防止形成原电池 C．采用外加电流的阴极保护法时需外接镁、锌等作辅助阳极 D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀 答案　C 解析　该桥体钢构件主要发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀的总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，防腐原理主要是避免发生该反应，A正确；采用牺牲阳极的阴极保护法时需外接镁、锌等作辅助阳极，C错误。‎ ‎6．(2019·安徽宣城高三期末调研)如图所示，实验开始时先闭合K1，断开K2。一段时间后，再断开K1，闭合K2，电流表指针偏转，同时A极质量减轻。下列说法不正确的是(　　)‎ - 21 -‎ A．闭合K1，断开K2后，B极：Ag－e－===Ag＋‎ B．闭合K1，断开K2后，乙池溶液浓度上升 C．断开K1，闭合K2后，A电极发生氧化反应 D．断开K1，闭合K2后，NO从甲池进入乙池 答案　D 解析　闭合K1，断开K2后，形成电解池，B是阳极，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，硝酸根离子透过离子交换膜由甲进入乙，所以乙池溶液浓度上升，A、B正确；断开K1，闭合K2后，形成原电池，乙池中的Ag作正极，甲池中Ag作负极，Ag(A)被氧化为Ag＋，NO从乙向甲移动，C正确，D错误。‎ ‎7．(2019·资阳市高三第二次诊断性考试)在电镀车间的含铬酸性废水中，铬的存在形式有Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)两种，其中以Cr(Ⅵ)的毒性最大。电解法处理含铬废水如图，铬最终以Cr(OH)3沉淀除去。下列说法正确的是(　　)‎ A．Fe为阳极，反应为Fe－2e－===Fe2＋‎ B．阴极反应为Cr2O＋7H2O＋6e－===2Cr(OH)3↓＋8OH－‎ C．阳极每转移3 mol电子，可处理Cr(Ⅵ)物质的量为1 mol ‎ D．离子交换膜为质子交换膜，只允许H＋穿过 答案　A 解析　Cr2O在阳极区被Fe2＋还原为Cr3＋，阴极上水放电生成氢气和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B错误；阳极每转移3 mol电子，有1.5 mol Fe2＋生成，由离子方程式Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O＋6Fe3＋可知，1.5 mol Fe2＋还原0.25 mol Cr2O，即可处理Cr(Ⅵ)物质的量为0.5 mol，故C错误；Cr2O在阳极区与Fe2＋反应生成Cr3＋和Fe3＋，阴极区水放电生成氢气和OH－，Cr3＋和Fe3＋通过阳离子交换膜进入阴极区，与OH－反应生成氢氧化物沉淀，该离子交换膜不是质子交换膜而是阳离子交换膜，故D错误。‎ - 21 -‎ ‎8．(2019·西安五校高三联考)重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性，是一种重要的化工原料，广泛应用于制革、印染、电镀等工业。以铬酸钾(K2CrO4)和氢氧化钾为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图所示。已知水溶液中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O。下列说法正确的是(　　)‎ A．气体甲和乙分别为O2和H2‎ B．该装置中阴极区的pH减小 C．Fe电极反应式4OH－－4e－===O2↑＋2H2O D．当铬酸钾的转化率达到80%时，右池中＝ 答案　D 解析　根据制备原理，可知右池中应产生H＋，使2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O平衡向正反应方向移动，CrO转化为Cr2O，则右池中C为阳极，电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，气体乙为O2，左池中Fe为阴极，电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，气体甲为H2，A、C错误；根据阴极反应式可知，该装置中阴极区c(OH－)增大，pH增大，B错误；设开始时K2CrO4的物质的量是a mol，根据题意列出三段式：‎ ‎2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O 起始物质的量/mol a 0‎ 转化物质的量/mol 0.8a 0.4a 某时刻物质的量/mol 0.2a 0.4a 则阳极区n(K)＝(0.2a×2＋0.4a×2) mol＝1.2a mol，n(Cr)＝a mol，＝＝，D正确。‎ 二、非选择题(共28分)‎ ‎9．(2019·北京东城高三期末)(14分)近年来，我国(PCB)印刷电路板制造业发展迅速，总产值居世界第一。工业上常用CuCl2和盐酸的混合液作为蚀刻液，蚀刻PCB表面的铜箔。‎ 已知：①一定条件下，Cu与Cu2＋反应可生成＋1价铜。‎ ‎②氯化亚铜(CuCl)难溶于水，可与Cl－形成CuCl进入溶液。‎ Ⅰ.蚀刻过程中将Cu转化为CuCl去除。‎ ‎(1)蚀刻过程的离子方程式有__________________、CuCl＋2Cl－CuCl。‎ ‎(2)蚀刻液中的盐酸可大大提高蚀刻效率，结合上述反应解释原因：‎ - 21 -‎ ‎______________________________。‎ Ⅱ.蚀刻一段时间后，将蚀刻废液中的CuCl转化为Cu2＋，即可再生循环利用，常用方法如下：‎ ‎(1)化学再生：加入H2O2溶液可使蚀刻液再生，该反应的离子方程式是 ‎______________________________。‎ ‎(2)电解再生(电极不参与反应)：按下图装置，使蚀刻液再生并回收金属Cu。‎ ‎①在________极(填“a”或“b)”)回收得到金属Cu。‎ ‎②结合电极反应解释阳极区蚀刻液再生的原理：‎ ‎________________________________________。‎ ‎③实际电解过程中，通常在两极上均产生少量气体，则流出液1、流出液2混合后，还需补充试剂________，得到可循环使用的再生液。‎ ‎④研究表明：其他条件不变，使用无膜电解槽再生时，一段时间后，电极上析出的Cu总量反而会随电解时间的增长而减少。解释Cu的总量减少的原因：‎ ‎__________________________。‎ 答案　Ⅰ.(1)Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl ‎(2)盐酸可加速溶解覆盖在Cu表面的CuCl，促进蚀刻Cu Ⅱ.(1)2CuCl＋H2O2＋2H＋===2Cu2＋＋6Cl－＋2H2O ‎(2)①b　②阳极发生反应：CuCl－e－===Cu2＋＋3Cl－，阴极区的Cl－通过阴离子交换膜进入阳极区，使蚀刻废液再生　③HCl　④阳极生成的Cu2＋移向阴极，使电极上析出的Cu溶解 解析　Ⅰ.(1)从题给的信息来看，工业上用CuCl2和盐酸的混合液作为蚀刻液，蚀刻过程分为两个阶段，第一阶段是生成CuCl沉淀，第二阶段是CuCl溶于过量的Cl－形成CuCl进入溶液。题目已给了第二阶段的离子方程式，所以第一阶段的反应应是生成CuCl阶段：Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl，注意CuCl作为难溶物不拆写。‎ ‎(2)盐酸提供了更多的Cl－，可加速溶解覆盖在铜表面的CuCl，使铜与Cu2＋继续充分接触反应。‎ Ⅱ.(1)收集题给信息：反应微粒有CuCl和H2O2，过氧化氢的作用就是将＋1价Cu氧化为＋2价Cu，此时配离子中的氯变为氯离子，考虑酸性介质，配平即可：2CuCl＋H2O2＋2H＋===2Cu2＋＋6Cl－＋2H2O。‎ - 21 -‎ ‎(2)①电解的过程，在阴极产生铜单质；‎ ‎③据题意，两极放出的少量气体，阴极为H2，阳极为Cl2，所以一段时间后补充一定的HCl气体即可；‎ ‎④没有了阴离子交换膜的阻挡，阳极生成的Cu2＋会大量移向阴极，使电极上析出的Cu在Cu2＋、Cl－存在的条件下再次溶解，故生成铜的质量减少。‎ ‎10．(14分)如图装置甲是某可充电电池的示意图，该电池放电的化学方程式为2K2S2＋KI3===K2S4＋3KI，图中的离子交换膜只允许K＋通过，C、D、F均为石墨电极，E为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时C、D两电极产生的气体体积相同，E电极质量减少1.28 g。‎ ‎(1)装置甲的A电极为电池的________极，电解质中的K＋从离子交换膜的________(填“左侧”或“右侧”，下同)向离子交换膜的________迁移；B电极的电极反应式为________________________。‎ ‎(2)装置乙D电极析出的气体是________，体积为________ mL(标准状况)。‎ ‎(3)若将装置丙中的NaCl溶液改换成FeCl2和FeCl3的混合溶液。从反应初始至反应结束，丙装置溶液中金属阳离子物质的量浓度与转移电子的物质的量的变化关系如图所示。‎ Ⅰ.图中②表示的是________(填金属离子符号)的变化曲线。‎ Ⅱ.反应结束后，若用0.5 mol·L－1 NaOH溶液沉淀丙装置溶液中的金属阳离子(设溶液体积为100 mL)，则至少需要0.5 mol·L－1 NaOH溶液________ mL。‎ 答案　(1)负　左侧　右侧　I＋2e－===3I－　‎ ‎(2)H2(或氢气)　224　(3)Ⅰ.Fe2＋　Ⅱ.28‎ 解析　(1)由E电极(铜)的质量减少可知E为阳极，则F为阴极，A为负极，B为正极，C为阳极，D为阴极。原电池中阳离子从负极移向正极，即K＋由左侧透过离子交换膜移向右侧。根据电池放电的化学方程式知，I在正极得电子发生还原反应，生成I－。‎ ‎(2)D电极上首先发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，当Cu2＋消耗尽时，发生反应2H＋＋2e－===H2↑，根据得失电子守恒，该电极析出的H2的体积(标准状况下)为：‎ - 21 -‎ ×22400 mL·mol－1＝224 mL。‎ ‎(3)Ⅰ.若将装置丙中的NaCl溶液改换成FeCl2和FeCl3的混合溶液，则电解时，阳极(E电极)发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极(F电极)发生反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，故①、②、③分别表示Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋的变化曲线。Ⅱ.由题图中曲线可以看出，反应后溶液中c(Cu2＋)＝2×10－2 mol·L－1，c(Fe2＋)＝5×10－2 mol·L－1，c(Fe3＋) ＝0 mol·L－1，要使溶液中的金属阳离子完全沉淀，需要n(NaOH)＝[n(Cu2＋)＋n(Fe2＋)]×2＝(0.02 mol·L－1＋0.05 mol·L－1)×0.1 L×2＝0.014 mol，V(NaOH)＝＝0.028 L，即28 mL。‎ - 21 -‎