2020届高考化学一轮复习电解池金属的电化学腐蚀与防护学案 19页

第三节　电解池 金属的电化学腐蚀与防护 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．理解电解池的构成、工作原理及应用。‎ ‎2．能书写电极反应和总反应方程式。‎ ‎3．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。‎ 考点(一)　电解原理 【点多面广精细研】‎ ‎1．电解 使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。在此过程中，电能转化为化学能。‎ ‎2．电解池 ‎(1)概念：电解池是把电能转化为化学能的装置。‎ ‎(2)电解池的构成条件：①有外接电源；②有与电解质溶液或熔融的电解质相连的两个电极；③形成闭合回路。‎ ‎(3)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)‎ 总反应方程式：CuCl2 Cu＋Cl2↑。‎ ‎(4)电解池中电子和离子的移动：‎ ‎①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。‎ ‎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．阴、阳两极上离子的放电顺序 ‎(1)阴极：与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：‎ Ag＋ Fe3＋ Cu2＋H＋(酸) Fe2＋ Zn2＋ H＋(水) Al3＋ Mg2＋ Na＋ Ca2＋ K＋‎ ‎ ‎(2)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，放电顺序：‎ 活泼电极> S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F－‎ ‎ ‎[小题练微点]‎ 判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(　　)‎ ‎(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(　　)‎ ‎(3)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应(　　)‎ ‎(4)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(　　)‎ ‎(5)电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极(　　)‎ ‎(6)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(　　)‎ ‎(7)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大(　　)‎ ‎(8)电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小(　　)‎ ‎(9)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋(　　)‎ ‎(10)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子(　　)‎ 答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)× (8)×　(9)×　(10)×‎ ‎[学霸微提醒]‎ ‎(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)电解水溶液时，K＋～Al3＋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。‎ ‎(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。‎ 电解原理 ‎1.(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，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：‎ ‎①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋‎ ‎②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋‎ 该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)‎ A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性 解析：选C　由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。‎ ‎2.(2016·全国卷Ⅰ)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：选B　A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小；B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4；C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高；D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。‎ ‎[方法规律]‎ ‎1．阴、阳极的判断方法 根据外接电源 正极连阳极，负极连阴极 根据电流方向 从阴极流出，从阳极流入 根据电子流向 从阳极流出，从阴极流入 根据离子流向 阴离子移向阳极，阳离子移向阴极 根据电极产物 ‎①阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；②阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)‎ ‎2.电解产物的分析方法 首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。‎ ‎(1)阳极：①金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；②惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子)。‎ ‎(2)阴极：溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋)。‎ 电解规律 ‎3.(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(　　)‎ 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：选B　根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成Fe2＋，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成Cu2＋，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来Cu2＋移到m处，m处Cu2＋‎ 得到电子生成单质铜，D选项正确。‎ ‎4．(1)(2018·全国卷Ⅲ)KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。‎ ‎①写出电解时阴极的电极反应式___________________________________。‎ ‎②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。‎ ‎(2)(2017·江苏高考)电解Na2CO3溶液的原理如图所示。阳极的电极反应式为______________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。‎ 解析：(1)①电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解过程中阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。(2)阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。‎ 答案：(1)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　‎ ‎②K＋　由a到b ‎(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎[方法规律]　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 浓度 pH 电解质 溶液复原 电解 水型 NaOH 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 阳极：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HCl CuCl2‎ 减小 ‎—‎ 加CuCl2‎ 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HCl 放O2‎ CuSO4、‎ 阴极：电解质阳离子放电 生成新 减小 加CuO 生酸型 Cu(NO3)2‎ 阳极：H2O放O2生酸 电解质 ‎1.如图是一个石墨作电极，电解稀的Na2SO4溶液的装置，通电后在石墨电极X和Y附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．逸出气体的体积，X电极的小于Y电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C. D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶解呈中性 点拨：由题图分析，X、Y分别为阴极、阳极，电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，所以X电极附近OH－浓度增大，呈蓝色，Y电极附近H＋浓度增大，呈红色。　　　　‎ 解析：选D　X、Y电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同温度和压强下，X电极生成气体体积大于Y电极，A错误；阳极上生成O2，阴极上生成H2，O2和H2都是无色无味气体，B错误；由电极反应式知，X电极附近溶液呈碱性，Y电极附近溶液呈酸性，则X电极溶液呈蓝色，Y电极溶液呈红色，C错误；惰性电极电解稀的Na2SO4溶液，实际是电解水，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性，D正确。‎ ‎2.装置(Ⅰ)为铁镍(FeNi)可充电的碱性电池：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；装置(Ⅱ)为电解示意图。当闭合开关K时，电极Y附近溶液先变红。X、Y电极为惰性电极。下列说法正确的是(　　)‎ A．闭合K时，电极X上有无色无味的气体产生 B．闭合K时，电极X的反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．闭合K时，电子从电极A流向电极X D．闭合K时，电极A的反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2‎ 解析：选B　闭合K时，电极Y附近溶液先变红，说明Y极H＋放电产生氢气，是阴极，则X极是阳极，Cl－放电产生氯气，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A项错误，B项正确；电极A是正极，电极B是负极，电子从B极流出，C项错误；装置(Ⅰ)为碱性电池，故A极放电时的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－，D项错误。‎ ‎3．下列各组中，每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的一组是(　　)‎ A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2　　 B．NaOH、CuSO4、H2SO4‎ C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2‎ 解析：选C　用惰性电极电解时，常见离子的放电顺序：阳离子的放电顺序为Ag＋>Cu2＋>H＋>Na＋>K＋，阴离子的放电顺序为I－>Br－>Cl－>OH－>常见含氧酸根离子。电解HCl溶液生成H2和Cl2，电解CuCl2溶液生成Cu和Cl2，电解Ba(OH)2溶液生成H2和O2，A不符合；电解NaOH和H2SO4溶液均生成H2和O2，电解CuSO4溶液则生成Cu和O2，B不符合；电解NaOH、H2SO4、Ba(OH)2溶液均相当于电解水，均生成H2和O2，C符合；电解NaBr溶液生成Br2和H2，D不符合。‎ ‎4.用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是(　　)‎ A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式为＋2e－===H2↑＋2OH－‎ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 注意：书写电解池中电极反应时，需以实际放电的离子表示，但书写总反应时，弱电解质要写成分子式。　　　　‎ 解析：选D　若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，阳极须为惰性电极，可用石墨作阳极，故A项正确；阳极Cl－失去电子生成ClO－，发生氧化反应，又已知溶液呈碱性，故B项正确；在碱性条件下，水电离出的H＋在阴极得电子生成H2，发生还原反应，故C项正确；溶液pH为9～10，呈碱性，反应物中不可能含有大量的H＋，故D项错误。‎ ‎5．(2019·贵阳模拟)如图电解装置可将雾霾中的。下列关于该装置的说法错误的是(　　)‎ A．SO2通入阳极，该电极上发生氧化反应 B．物质M为H2SO4‎ C．阴极的电极反应为NO－5e－＋6H＋===NH＋H2O D．(NH4)2SO4可作为肥料 点拨：SO2通入阳极，被氧化生成SO，NO通入阴极，被还原生成NH。　　　　‎ 解析：选C　阳极上SO2失电子生成SO，则阳极的电极反应式是SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，故A正确；SO2中S化合价升高，发生氧化反应，溶液介质为酸性，SO2被转化为SO，则可判断产物M为H2SO4，故B正确；NO转化为NH，N化合价降低，得到电子发生还原反应，则阴极的电极反应式为NO＋6H＋＋5e－===NH＋H2O，故C错误；(NH4)2SO4是铵态氮肥，可作为肥料，故D正确。‎ 考点(二)　电解原理的应用 【精讲精练快冲关】‎ ‎[知能学通]‎ ‎1．电解饱和食盐水 ‎(1)电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。‎ ‎(2)总反应方程式 ‎①化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎②离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气 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；‎ ‎③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量 ‎2.电镀和电解精炼铜 电镀(铁制品上镀Cu)‎ 电解精炼铜 阳 电极材料 镀层金属铜 粗铜 极 ‎(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)‎ 电极反应 Cu－2e－===Cu2＋‎ Cu－2e－===Cu2＋、‎ Zn－2e－===Zn2＋、‎ Fe－2e－===Fe2＋、‎ Ni－2e－===Ni2＋‎ 阴 极 电极材料 待镀铁制品 精铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 ‎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。‎ 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑‎ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al ‎[题点练通]‎ ‎1．H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是(　　)‎ A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ B．N室中：a% H＋>Ni2＋(低浓度)。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解过程中，乙中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少 C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH D．若将图中阳离子膜去掉，将甲、乙两室合并，则电解反应总方程式发生改变 解析：选B　A项，阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：Ni2＋＋2e－===Ni,2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，由于丙中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从丙移向乙，甲中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从甲移向乙，所以乙中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低浓度)的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。‎ ‎4．(1)①电镀时，镀件与电源的________极连接。‎ ‎②化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用________(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。‎ ‎(2)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为_______________________________________________；‎ 若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法中正确的是________。‎ a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应 c．溶液中Cu2＋向阳极移动 d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属 ‎(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl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，阴极电极反应式为_____________。‎ 若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为_______________________________。‎ 解析：(1)①电镀池中，镀件就是待镀金属制品，为阴极，与电源的负极相连；镀层金属为阳极，与电源正极相连。②要把铜从铜盐中置换出来，Cu2＋被还原，所以应加入还原剂。(2)粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。(3)粗铜电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收，d正确。(4)在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；在水溶液中，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。‎ 答案：(1)①负　②还原剂　‎ ‎(2)c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中　‎ ‎(3)bd ‎(4)负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2‎ 考点(三)　金属的电化学腐蚀与防护 【精讲精练快冲关】‎ ‎[知能学通]‎ ‎1．金属的腐蚀 ‎(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，危害也更严重 ‎②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3)‎ 水膜酸性很弱或呈中性 电极 反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋‎ 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：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。‎ ‎2．金属的防护 ‎(1)电化学防护 牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 负极：比被保护金属活泼的金属 正极：被保护的金属设备 外加电流的阴极保护法——电解原理 阴极：被保护的金属设备 阳极：惰性电极 ‎(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。‎ ‎[题点练通]‎ 金属的腐蚀 ‎1.(2019·长宁区模拟)下列关于钢铁发生吸氧腐蚀的分析正确的是(　　)‎ A．吸氧腐蚀是吸热反应 B．铁作原电池正极 C．正极电极反应为2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ D．原电池负极反应为Fe－3e－===Fe3＋‎ 解析：选C　钢铁发生吸氧腐蚀属于金属的缓慢氧化，属于放热反应，故A错误；钢铁发生吸氧腐蚀过程中铁作负极，故B错误；正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C正确；铁作负极，负极上铁失电子发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，故D错误。‎ ‎2．如图所示，各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为(　　)‎ A．②①③④⑤⑥　　　　 B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ 解析：选C　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；②③④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。‎ 判断金属腐蚀快慢的规律 ‎(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。‎ ‎(2)对同一金属来说，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(浓度相同)。‎ ‎(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。　　　　 ‎ 金属的防护 ‎3.(2019·河西区模拟)为延长舰船服役寿命可采用的电化学防腐的方法有①舰体与直流电源相连；②舰体上镶嵌某种金属块。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．方法①中舰体应连电源的正极 B．方法②中镶嵌金属块可以是锌 C．方法①为牺牲阳极的阴极保护法 D．方法②为外加电流的阴极保护法 解析：选B　方法①舰体做阴极，应连电源的负极，故A错误；方法②为牺牲阳极的阴极保护法，镶嵌金属块作原电池的负极，其活泼性需要大于Fe，可以是锌，故B正确；方法①利用电解原理，为外加电流的阴极保护法，故C错误；方法②利用原电池原理，为牺牲阳极的阴极保护法，故D错误。‎ ‎4.(2019·潍坊模拟)我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 解析：选C　通电时，锌环与电源正极相连，锌环作阳极，锌失电子发生氧化反应，故A正确；铁帽为阴极，阴极上H＋得到电子生成氢气，阴极电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B正确；断电时，锌铁形成原电池，锌失电子生成Zn2＋，锌环上的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe作正极被保护，仍能防止铁帽被腐蚀，故C错误、D正确。‎ ‎5.(2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，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：选C　依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于零，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。‎ 考点(四)　串联电池与电化学定量计算 【多角探明无盲点】‎ 串联电池在高考中经常出现，主要有外接电源与电解池的串联、原电池与电解池的串联两种类型，此类题目解题的关键是判断各个电化学装置中的电极，根据电极种类判断电极反应或进行计算。电化学的定量计算主要与串联电池相关，计算的依据是串联电路中转移的电子数相等，主要包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。‎ ‎“多池组合”电池类型的判断方法　　‎ ‎1.有外接电源电极类型的判断方法 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．无外接电源电池类型的判断方法 ‎(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。‎ ‎(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。‎ ‎[对点练]‎ ‎1．假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是(　　)‎ A．当K闭合时，甲装置发生吸氧腐蚀，在电路中作电源 B．当K断开时，乙装置锌片溶解，有氢气产生 C．当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④‎ D．当K闭合后，甲、乙装置中pH变大，丙装置中pH不变 解析：选A　当K闭合时，形成闭合电路，乙中Zn—Cu形成的原电池比甲中Fe—C形成的原电池产生的电压大，甲为电解池，乙为原电池。‎ ‎2．某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)甲池为________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”)，总反应式为___________________________________________________________。‎ ‎(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中_______极析出________g铜。‎ ‎(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；丙中溶液的pH将________。‎ 解析：(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)乙池为用惰性电极电解AgNO3溶液，其中A作阳极，B作阴极，总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子相同，得 n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝××22.4L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝××64g＝1.60 g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。‎ 答案：(1)原电池　CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O　‎ ‎(2)阳极　4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3 　‎ ‎(3)280　D　1.60　(4)减小　增大 电化学计算　　　　　‎ ‎1.原则 电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。‎ ‎2．关键 电极名称要区分清楚；电极产物要判断准确；各产物间量的关系遵循电子得失守恒。‎ ‎3．计算方法 ‎(1)根据电子守恒计算 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。‎ 如图所示：图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol 电子转移，则Zn极溶解 g，Cu极上析出H22.24 L(标准状况)，Pt极上析出 Cl2 mol，C极上析出Cu g。甲池中H＋被还原，生成ZnSO4，溶液pH变大；乙池是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律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)‎ 该关系式具有总览电化学计算的作用和价值，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。‎ ‎[注意]　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。‎ ‎[对点练]‎ ‎3．如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题： ‎ ‎(1)a为电源的________(填“正”或“负”)极，C池是________池。A池阳极的电极反应为__________________，C池阴极的电极反应为__________________。‎ ‎(2)如果B槽中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________。‎ ‎(3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电5 min后，溶液的pH为________。‎ 解析：(1)根据已知条件通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，说明电极5作阴极，Ag＋放电，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，转移电子的物质的量为0.02 mol，同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。则a是负极，b是正极，电极1、3、5作阴极，电极2、4、6作阳极。(2)B槽中电解总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若转移0.02 mol 电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 mol，体积为112 mL(标准状况)<224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x mol，H2O y mol，则有2x＋2y＝0.02，x＋y＝0.01，解得x＝y＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝0.025 mol·L－1。(3)由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 mol，则c(NaOH)＝＝0.1 mol·L－1，即溶液的pH＝13。‎ 答案：(1)负　电解　2Cl－－2e－===Cl2↑　Ag＋＋e－===Ag　(2)0.025 mol·L－1　(3)13‎