第六章第29講電解池、金屬的電化學腐蝕與防護學案 2025高考化學一輪復習

第29講電解池金屬的電化學腐蝕與防護[課程標準]1.理解電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應和總反應方程式。2.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施?？键c一電解原理1．電解和電解池(1)電解：在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。(2)電解池：電能轉化為化學能的裝置。(3)電解池的構成①有與電源相連的兩個電極。②電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))。③形成閉合回路。2．電解池的工作原理(以惰性電極電解CuCl2溶液為例)總反應離子方程式：Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑。特別提醒：電子和離子的移動遵循“電子不下水，離子不上線”。3．陰、陽兩極上放電順序(1)陰極：(與電極材料無關)。氧化性強的先放電，放電由難到易的順序為K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋、Sn2＋、Pb2＋、H＋、Cu2＋、Fe3＋、Ag＋；(2)陽極：若是活性電極作陽極，則活性電極首先失電子，發(fā)生氧化反應。若是惰性電極作陽極，放電由易到難的順序為S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根離子(NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))、SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))、COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))、F－。注意：①陰極不管是什么材料，電極本身一般都不反應，一般是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序為：陽極：Cl－＞OH－；陰極：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。③電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電。4．分析電解過程的思維模型[正誤辨析](1)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{色()(2)電解質(zhì)溶液的導電過程就是電解質(zhì)溶液被電解的過程()(3)電解鹽酸、硫酸溶液等，H＋放電，溶液的pH逐漸增大()(4)用Cu作電極電解鹽酸可發(fā)生Cu＋2H＋eq\o(=,\s\up7(電解))Cu2＋＋H2↑()(5)某些不能自發(fā)進行的氧化還原反應，通過電解可以實現(xiàn)()(6)電解過程中電子流動方向為負極→陰極→電解質(zhì)溶液→陽極→正極()答案：(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×學生用書第141頁一、利用電解的思維模型分析電解的規(guī)律1．惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型(1)電解水型電解質(zhì)類型電極反應式及總反應式電解質(zhì)溶液濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復原含氧酸，如H2SO4陰極：4H＋＋4e－=2H2↑陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O總反應式：2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2H2↑＋O2↑增大減小加水可溶性強堿，如NaOH增大活潑金屬的含氧酸鹽，如KNO3不變(2)電解電解質(zhì)型電解質(zhì)類型電極反應式及總反應式電解質(zhì)溶液濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復原無氧酸，如HCl陰極：2H＋＋2e－=H2↑陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑總反應式：2HCleq\o(=,\s\up7(電解))H2↑＋Cl2↑減小增大通入HCl不活潑金屬無氧酸鹽，如CuCl2陰極：Cu2＋＋2e－=Cu陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑總反應式：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑加CuCl2固體(3)放H2生堿型電解質(zhì)(水溶液)電極反應式及總反應式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl、KCl)陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：2H＋＋2e－=H2↑總反應式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－生成新電解質(zhì)增大通入HCl氣體(4)放O2生酸型電解質(zhì)(水溶液)電極反應式及總反應式電解質(zhì)濃度溶液pH溶液復原不活潑金屬的含氧酸鹽[如CuSO4、Cu(NO3)2]陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑陰極：2Cu2＋＋4e－=2Cu總反應式：2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋生成新電解質(zhì)減小加CuO或CuCO32.根據(jù)金屬活動性順序表，Cu和稀H2SO4不反應，怎樣根據(jù)電化學的原理實現(xiàn)Cu和稀H2SO4反應產(chǎn)生H2?答案：Cu作陽極，C作陰極，稀H2SO4作電解質(zhì)溶液，通入直流電就可以實現(xiàn)該反應。電極反應式為陽極：Cu－2e－=Cu2＋，陰極：2H＋＋2e－=H2↑?？偡磻剑篊u＋2H＋eq\o(=,\s\up7(電解))Cu2＋＋H2↑。3．若用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后，需加入98gCu(OH)2固體，才能使電解質(zhì)溶液復原，則這段時間，整個電路中轉移的電子數(shù)為。解析：方法一：98gCu(OH)2的物質(zhì)的量為1mol，相當于電解了1mol的CuSO4后，又電解了1mol的水，所以轉移的電子數(shù)為2NA＋2NA＝4NA。方法二：可以認為整個電路中轉移的電子數(shù)與Cu(OH)2的O2－失電子數(shù)相等，共4NA。答案：4NA二、利用電解的思維模型書寫電極反應式4．按要求書寫電極反應式和總反應方程式：(1)用惰性電極電解MgCl2溶液陽極反應式：；陰極反應式：；總反應離子方程式：。(2)用Al作電極電解NaOH溶液陽極反應式：；陰極反應式：；總反應離子方程式：。答案：(1)2Cl－－2e－=Cl2↑2H2O＋2e－＋Mg2＋=H2↑＋Mg(OH)2↓Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(2)2Al－6e－＋8OH－=2AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋4H2O6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－2Al＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(電解))2AlOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋3H2↑5．某水溶液中含有等物質(zhì)的量濃度的Cu(NO3)2和NaCl，用惰性電極對該溶液進行電解，分階段寫出電解反應的化學方程式。解析：第一階段陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑陰極：Cu2＋＋2e－=Cu第二階段陰極：2Cu2＋＋4e－=2Cu陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O第三階段陰極：4H＋＋4e－=2H2↑陽極：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O將電極反應式合并可得電解反應的化學方程式。答案：第一階段的反應：CuCl2eq\o(=,\s\up7(通電))Cu＋Cl2↑第二階段的反應：2Cu(NO3)2＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2Cu＋O2↑＋4HNO3第三階段的反應：2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2H2↑＋O2↑6．整合有效信息書寫電極反應(1)硫化氫的轉化是資源利用和環(huán)境保護的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法。學生用書第142頁將用燒堿吸收H2S后所得的溶液加入如圖所示的電解池的陽極區(qū)進行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應：S2－－2e－=S；(n－1)S＋S2－=Seq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(n))①寫出電解時陰極的電極反應式：。②電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì)，其離子方程式可寫成。(2)電解NO制備NH4NO3，其工作原理如圖所示，為使電解產(chǎn)物全部轉化為NH4NO3，需補充物質(zhì)A，A是，說明理由：。解析：(1)①電解時，陰極區(qū)溶液中的陽離子放電，即水溶液中的H＋放電生成H2。②由題給反應可知，陽極區(qū)生成了Seq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(n))，Seq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(n))可以理解為(n－1)S＋S2－，加入稀硫酸生成S單質(zhì)和H2S氣體。(2)根據(jù)電解NO制備NH4NO3的工作原理示意圖知：陰極反應式為3NO＋15e－＋18H＋=3NHeq\o\al(\s\up1(＋),\s\do1(4))＋3H2O，陽極反應式為5NO－15e－＋10H2O=5NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋20H＋，總反應式為8NO＋7H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))3NH4NO3＋2HNO3，為了使電解產(chǎn)生的HNO3全部轉化為NH4NO3，應補充NH3。答案：(1)①2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－②Seq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(n))＋2H＋=(n－1)S↓＋H2S↑(2)NH3根據(jù)總反應：8NO＋7H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))3NH4NO3＋2HNO3，電解產(chǎn)生的HNO3多，應補充NH3eq\a\vs4\al(反思歸納)做到“三看”，正確書寫電極反應式1．一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注：Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。2．二看介質(zhì)，介質(zhì)是否參與電極反應。3．三看電解質(zhì)狀態(tài)，若是熔融狀態(tài)，就是金屬的冶煉?？键c二電解原理的應用1．電解飽和食鹽水(1)電極反應陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(反應類型：氧化反應)，陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(反應類型：還原反應)。(2)總反應離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)應用：氯堿工業(yè)制燒堿、氫氣和氯氣裝置離子交換膜電解槽陽極鈦網(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層)陰極碳鋼網(wǎng)陽離子交換膜①只允許陽離子通過，能阻止陰離子和氣體通過②將電解槽隔成陽極室和陰極室2.電鍍銅3．電解精煉銅(1)電極材料：陽極為粗銅；陰極為純銅。(2)電解質(zhì)溶液：含Cu2＋的鹽溶液。(3)電極反應：陽極：Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Ni－2e－=Ni2＋、Cu－2e－=Cu2＋；陰極：Cu2＋＋2e－=Cu。4．電冶金(1)冶煉鈉電解方程式：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑；陰極：2Na＋＋2e－=2Na。(2)冶煉鋁電解方程式：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑學生用書第143頁陽極：6O2－－12e－=3O2↑；陰極：4Al3＋＋12e－=4Al。[正誤辨析](1)在鍍件上電鍍銅時，也可以用惰性材料作陽極，用硫酸銅溶液作電解液()(2)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料()(3)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液中c(Cu2＋)均保持不變()(4)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3()(5)電解精煉時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料()(6)用Zn作陽極，F(xiàn)e作陰極，ZnCl2作電解質(zhì)溶液，由于放電順序H＋>Zn2＋，不可能在鐵上鍍鋅()答案：(1)√(2)×(3)×(4)×(5)√(6)×一、氯堿工業(yè)1．氯堿工業(yè)以電解精制飽和食鹽水的方法制取氯氣、氫氣、燒堿和氯的含氧酸鹽等系列化工產(chǎn)品。如圖是離子交換膜法電解食鹽水的示意圖，圖中的離子交換膜只允許陽離子通過。完成下列填空：(1)寫出電解飽和食鹽水的離子方程式：。(2)離子交換膜的作用為。(3)精制飽和食鹽水從圖中(選填“a”“b”“c”或“d”)位置補充，氫氧化鈉溶液從圖中位置流出。答案：(1)2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－(2)能得到純度更高的氫氧化鈉溶液、阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生反應(3)ad二、電解精煉、電鍍、電冶金2．金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述中正確的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)()A.陽極發(fā)生還原反應，其電極反應式為Ni2＋＋2e－=NiB.電解過程中，陽極質(zhì)量的減少量與陰極質(zhì)量的增加量相等C．電解后，溶液中存在的陽離子只有Fe2＋和Zn2＋D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有Cu和PtD[電解時，陽極Zn、Fe、Ni失去電子，發(fā)生氧化反應，A項錯誤；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故陰極反應式為Ni2＋＋2e－=Ni，可見，陽極質(zhì)量減少是因為Zn、Fe、Ni溶解，而陰極質(zhì)量增加是因為Ni析出，B項錯誤；電解后溶液中的陽離子除Fe2＋和Zn2＋外，還有Ni2＋和H＋，C項錯誤。]3．以KCl和ZnCl2混合液為電鍍液在鐵制品上鍍鋅，下列說法正確的是()A．未通電前上述鍍鋅裝置可構成原電池，電鍍過程是該原電池的充電過程B．因部分電能轉化為熱能，電鍍時通過的電量與鋅的析出量無確定關系C．電鍍時保持電流恒定，升高溫度不改變電解反應速率D．鍍鋅層破損后即對鐵制品失去保護作用C[電鍍前，Zn與Fe構成原電池，Zn為負極，F(xiàn)e為正極，電鍍時，F(xiàn)e為陰極，Zn為陽極，原電池充電時，原電池負極為陰極、正極為陽極，故不屬于原電池的充電過程，A錯誤；根據(jù)電子守恒，通過電子的電量與析出Zn的量成正比，B錯誤；電流恒定，單位時間通過的電子的物質(zhì)的量恒定，即電解速率恒定，C正確；鍍層破損后，Zn與Fe仍能構成原電池，其中Zn為負極被腐蝕，F(xiàn)e為正極被保護，D錯誤。]4．研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì)，利用圖示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑還原二氧化鈦制備金屬鈦。下列說法中正確的是()A．將熔融CaF2-CaO換成Ca(NO3)2溶液也可以達到相同目的B．陽極的電極反應式為：C＋2O2－－4e－=CO2↑C．在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量減少D．石墨為陰極B[電解Ca(NO3)2溶液，陰極上生成H2，而不是金屬Ca，A錯誤；由題圖可知，石墨為陽極，陽極上的電極反應式為C＋2O2－－4e－=CO2↑，B正確，D錯誤；鈦網(wǎng)電極是陰極，陰極上的電極反應式為：2Ca2＋＋4e－=2Ca，鈣還原二氧化鈦反應方程式為：2Ca＋TiO2=Ti＋2CaO，由電子守恒、鈣原子守恒知CaO的總量不變，C錯誤。]學生用書第144頁考點三金屬的腐蝕與防護1．金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生氧化反應。2．化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕反應物金屬、干燥的氣體或非電解質(zhì)不純金屬、電解質(zhì)溶液反應類型直接發(fā)生化學反應原電池反應有無電流產(chǎn)生無有實質(zhì)金屬原子失電子被氧化3.電化學腐蝕的分類(鋼鐵腐蝕)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕水膜性質(zhì)酸性弱酸性、中性或堿性負極反應Fe－2e－=Fe2＋正極反應2H＋＋2e－=H2↑2H2O＋O2＋4e－=4OH－總反應Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍4.金屬的防護(1)犧牲陽極法利用原電池原理。(2)外加電流法利用電解池原理。(3)改變金屬內(nèi)部結構→如制成不銹鋼。(4)加保護層→如電鍍、噴漆、覆膜等。[正誤辨析](1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣()(2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物()(3)鋼鐵發(fā)生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋()(4)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用()(5)若在海輪外殼上附著一些銅塊，則可以減緩海輪外殼的腐蝕()(6)鐵表面鍍鋅可增強其抗腐蝕性()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)√一、金屬腐蝕的類型及比較1．實驗探究(如圖所示)(1)若棉團浸有NH4Cl溶液，鐵釘發(fā)生腐蝕，正極反應式為，右試管中現(xiàn)象是。(2)若棉團浸有NaCl溶液，鐵釘發(fā)生腐蝕，正極反應式為，右試管中現(xiàn)象是。答案：(1)析氫2H＋＋2e－=H2↑有氣泡冒出(2)吸氧O2＋4e－＋2H2O=4OH－導管內(nèi)液面上升2．如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為。解析：②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護；②④中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，故Fe-Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽極，Cu接電源負極作陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負極作陰極，Cu接電源正極作陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。答案：⑤④②①③⑥eq\a\vs4\al(歸納總結)金屬腐蝕快慢的規(guī)律1．對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕。2．對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質(zhì)溶液中＞弱電解質(zhì)溶液中＞非電解質(zhì)溶液中。3．活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快4．對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。學生用書第145頁二、金屬腐蝕的防護3．港珠澳大橋設計使用壽命為120年，對橋體鋼構件采用了多種防腐方法。下列分析錯誤的是()A．防腐原理主要是避免發(fā)生反應：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2B．鋼構件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層，是為了隔絕空氣、水等防止形成原電池C．采用外加電流法時需外接鎂、鋅等作輔助陽極D．鋼構件可采用不銹鋼材料以減緩電化學腐蝕C[該橋體鋼構件主要發(fā)生吸氧腐蝕，吸氧腐蝕的總反應為2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2，防腐原理主要是避免發(fā)生該反應，A項正確；鋼構件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層，目的是將鋼構件與空氣、水隔絕，防止形成原電池，發(fā)生吸氧腐蝕，B項正確；采用犧牲陽極法時需外接鎂、鋅等作輔助陽極，采用外加電流法時需要外接電源，C項錯誤；鋼構件采用不銹鋼材料，可以減緩電化學腐蝕，D項正確。]4．利用如圖裝置，可以模擬鐵的電化學防護。為減緩鐵的腐蝕：(1)若開關K置于N處，則X應為，該電化學防護法為。(2)若開關K置于M處，則X應為，該電化學防護法稱為。答案：(1)碳棒或Pt等惰性電極外加電流法(2)比鐵活潑的金屬Zn等犧牲陽極法真題演練明確考向1．(2022·廣東卷)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現(xiàn)Al的再生。該過程中()A．陰極發(fā)生的反應為Mg－2e－=Mg2＋B．陰極上Al被氧化C．在電解槽底部產(chǎn)生含Cu的陽極泥D．陽極和陰極的質(zhì)量變化相等C[根據(jù)電解原理可知，電解池中陽極發(fā)生失電子的氧化反應，陰極發(fā)生得電子的還原反應，該題中以熔融鹽為電解液，含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，通過控制一定的條件，從而可使陽極區(qū)Mg和Al發(fā)生失電子的氧化反應，分別生成Mg2＋和Al3＋，Cu和Si不參與反應，陰極區(qū)Al3＋得電子生成Al單質(zhì)，從而實現(xiàn)Al的再生，據(jù)此分析解答。A.陰極應該發(fā)生得電子的還原反應，實際上Mg在陽極失電子生成Mg2＋，A錯誤；B.Al在陽極上被氧化生成Al3＋，B錯誤；C.陽極材料中Cu和Si不參與氧化反應，在電解槽底部可形成陽極泥，C正確；D.因為陽極除了鋁參與電子轉移，鎂也參與了電子轉移，且還會形成陽極泥，而陰極只有鋁離子得電子生成鋁單質(zhì)，根據(jù)電子轉移數(shù)守恒及元素守恒可知，陽極與陰極的質(zhì)量變化不相等，D錯誤。]2．(2022·北京卷)利用下圖裝置進行鐵上電鍍銅的實驗探究。裝置示意圖序號電解質(zhì)溶液實驗現(xiàn)象①0.1mol/LCuSO4＋少量H2SO4陰極表面有無色氣體，一段時間后陰極表面有紅色固體，氣體減少。經(jīng)檢驗電解液中有Fe2＋②0.1mol/LCuSO4＋過量氨水陰極表面未觀察到氣體，一段時間后陰極表面有致密紅色固體。經(jīng)檢驗電解液中無Fe元素下列說法不正確的是()A．①中氣體減少，推測是由于溶液中c(H＋)減少，且Cu覆蓋鐵電極，阻礙H＋與鐵接觸B．①中檢測到Fe2＋，推測可能發(fā)生反應：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋CuC．隨陰極析出Cu，推測②中溶液c(Cu2＋)減少，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu緩慢析出，鍍層更致密C[由實驗現(xiàn)象可知，實驗①時，鐵作電鍍池的陰極，鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應生成亞鐵離子、氫氣和銅，一段時間后，銅離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成銅；實驗②中銅離子與過量氨水反應生成四氨合銅離子，四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發(fā)生還原反應生成銅，在鐵表面得到比實驗①更致密的鍍層。A.由分析可知，實驗①時，鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應，當溶液中氫離子濃度減小，反應和放電生成的銅覆蓋鐵電極，阻礙氫離子與鐵接觸，導致產(chǎn)生的氣體減少，故A正確；B.由分析可知，實驗①時，鐵作電鍍池的陰極，鐵會先與溶液中的氫離子、銅離子反應生成亞鐵離子、氫氣和銅，可能發(fā)生的反應為Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu，故B正確；C.由分析可知，四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發(fā)生還原反應生成銅，隨陰極析出銅，四氯合銅離子濃度減小，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡向正反應方向移動，故C錯誤；D.由分析可知，實驗②中銅離子與過量氨水反應生成四氨合銅離子，四氨合銅離子在陰極得到電子緩慢發(fā)生還原反應生成銅，在鐵表面得到比實驗①更致密的鍍層，故D正確。]3．(2020·浙江1月選考)在氯堿工業(yè)中，離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖如下，下列說法不正確的是()A．電極A為陽極，發(fā)生氧化反應生成氯氣B．離子交換膜為陽離子交換膜C．飽和NaCl從a處進，NaOH溶液從d處出D．OH－遷移的數(shù)量等于導線上通過電子的數(shù)量D[氯堿工業(yè)中的總反應為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑；電解池中陽極失電子發(fā)生氧化反應，氯堿工業(yè)中Cl2為氧化產(chǎn)物，所以電極A為陽極，電極B為陰極，據(jù)此作答。A.根據(jù)分析可知電極A為陽極，發(fā)生氧化反應生成氯氣，正確；B.陽極發(fā)生的方程式為：2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，為了防止生成的氯氣與氫氧化鈉發(fā)生反應，氫氧化鈉要從d口流出，所以要防止OH－流向陽極即電極A，該離子交換膜為陽離子交換膜，正確；C.根據(jù)B選項的分析可知飽和NaCl從a處進，NaOH溶液從d處出，正確；D.因為有陽離子交換膜的存在，OH－不發(fā)生遷移，Na＋遷移到B電極，錯誤。]4．(北京卷)驗證犧牲陽極的陰極保護法，實驗如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液)。①②③在Fe表面生成藍色沉淀試管內(nèi)無明顯變化試管內(nèi)生成藍色沉淀學生用書第146頁下列說法不正確的是()A．對比②③，可以判定Zn保護了FeB．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C．驗證Zn保護Fe時不能用①的方法D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑D[實驗②中加入K3[Fe(CN)6]溶液，溶液無變化，說明溶液中沒有Fe2＋；實驗③中加入K3[Fe(CN)6]溶液生成藍色沉淀，說明溶液中有Fe2＋，A項正確；對比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化成Fe2＋，F(xiàn)e2＋再與K3[Fe(CN)6]反應生成藍色沉淀，B項正確；由以上分析可知，驗證Zn保護Fe時，可以用②③做對比實驗，不能用①的方法，C項正確；K3[Fe(CN)6]可將單質(zhì)鐵氧化為Fe2＋，F(xiàn)e2＋與K3[Fe(CN)6]生成藍色沉淀，附著在Fe表面，無法判斷鐵比銅活潑，D項錯誤。]5．(全國高考真題)支撐海港碼頭基礎的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護法進行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關表述不正確的是()A．通入保護電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零B．通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流D．通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整C[本題使用的是外加電流的陰極保護法，鋼管樁與電源的負極相連，被保護。A.外加強大的電流可以抑制金屬電化學腐蝕產(chǎn)生的電流，從而保護鋼管樁，A正確；B.通電后，被保護的鋼管樁作陰極，高硅鑄鐵作陽極，因此外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁，B正確；C.高硅鑄鐵為惰性輔助陽極，只起導電作用，所以高硅鑄鐵不損耗，C錯誤；D.通過外加電流抑制金屬電化學腐蝕產(chǎn)生的電流，因此通入的保護電流應該根據(jù)環(huán)境條件變化進行調(diào)整，D正確。]課時精練(二十九)電解池金屬的電化學腐蝕與防護eq\a\vs4\al(\f(對應學生,用書P396))(本欄目內(nèi)容，在學生用書中以獨立形式分冊裝訂！)1．港珠澳大橋設計壽命為120年，對橋體鋼制構件采用了多種防腐措施，下列防腐措施錯誤的是()A．用導線與石墨相連B．用導線與電源負極相連C．鋼制構件上焊接鋅塊D．表面噴涂分子涂層A[A項，石墨、Fe和電解質(zhì)溶液構成原電池，F(xiàn)e作負極加速被腐蝕，錯誤；B項，將鐵和電源負極相連時，F(xiàn)e作陰極而被保護，正確；C項，為犧牲陽極法，正確；D項，為增加防護層，正確。]2．四個電解裝置都以Pt作電極，它們分別裝有如下電解質(zhì)溶液，電解一段時間后，測定其pH變化，所記錄的結果正確的是()選項ABCD電解質(zhì)溶液HClAgNO3KOHBaCl2pH變化減小增大增大不變C[電解鹽酸，溶質(zhì)HCl的量減少，溶劑的量不變，所以酸性減弱，pH增大，A項錯誤；電解硝酸銀溶液生成硝酸、金屬銀和氧氣，溶液酸性增強，pH減小，B項錯誤；電解氫氧化鉀溶液的實質(zhì)是電解水，溶質(zhì)的量不變，溶劑的量減少，溶液堿性增強，pH增大，C項正確；電解氯化鋇溶液得到氫氧化鋇、氫氣和氯氣，溶液堿性增強，pH增大，D項錯誤。]3.利用如圖所示裝置，當X、Y選用不同材料時，可將電解原理廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。下列說法中正確的是()A．氯堿工業(yè)中，X、Y均為石墨，X附近能得到氫氧化鈉B．銅的精煉中，X是純銅，Y是粗銅，Z是CuSO4C．電鍍工業(yè)中，X是待鍍金屬，Y是鍍層金屬D．外加電流法中，Y是待保護金屬D[根據(jù)題圖可知，X為陽極，Y為陰極，電解飽和食鹽水時，陰極區(qū)得到H2和NaOH，所以Y附近得到氫氧化鈉，故A錯誤；銅的電解精煉，應用粗銅作陽極，純銅作陰極，所以X是粗銅，Y是純銅，故B錯誤；電鍍時，應以鍍層金屬作陽極、待鍍金屬作陰極，所以X是鍍層金屬，Y是待鍍金屬，故C錯誤。]4．某電化學裝置如圖所示，a、b分別接直流電源兩極。下列說法正確的是()A．電解質(zhì)溶液中電子從B極移向A極B．若B為粗銅，A為精銅，則溶液中c(Cu2＋)保持不變C．若A、B均為石墨電極，則通電一段時間后，溶液pH增大D．若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數(shù)相等D[電解質(zhì)溶液通過離子移動導電，電解質(zhì)溶液中沒有電子移動，故A錯誤；若B為粗銅，A為精銅，電解質(zhì)溶液是硫酸銅溶液，該裝置為電解精煉銅裝置，粗銅中有鐵鋅等雜質(zhì)，溶液中c(Cu2＋)略減小，故B錯誤；若A、B均為石墨電極，電解總反應式為2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，則通電一段時間后，溶液pH減小，故C錯誤；根據(jù)電子守恒，陰極、陽極轉移電子數(shù)一定相等，若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數(shù)相等，故D正確。]5．如圖所示，x、y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加，b極板處有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是()選項a極板b極板x電極z溶液A鋅石墨負極CuSO4B石墨石墨負極NaOHC銀鐵負極AgNO3D銅石墨負極CuCl2A[由題意知a極板質(zhì)量增加，a應為陰極，則b為陽極，x為電源負極，y為電源正極，參考各個選項知，A項符合，電解時，a極板有Cu附著，b極板有O2放出；B項不符合，電解時a極板無質(zhì)量變化；C項不符合，陽極為Fe，為活性電極，電解時Fe在陽極放電溶解，無氣體生成；D項不符合，電解時，Cl－在陽極放電生成Cl2，Cl2為黃綠色有刺激氣味的氣體。]6．如圖為電解裝置示意圖。下列電解目的不能實現(xiàn)的是()選項電極材料電解質(zhì)溶液電解目的Aa.銅，b.碳棒飽和食鹽水制取Cl2、NaOH和H2Ba.銀，b.鐵AgNO3溶液鐵上鍍銀Ca.粗銅，b.精銅CuSO4溶液電解精煉銅Da.碳棒，b.銅K2SO4稀溶液制取少量O2和H2A[由題圖可知，該裝置為電解池，且a端接電源正極，為電解池的陽極，b為陰極。A.銅作陽極，自身放電產(chǎn)生Cu2＋，此時溶液中Cl－無法放電，故不能得到氯氣，A符合題意；B.鍍銀時，F(xiàn)e為鍍件，Ag為鍍層金屬，鍍件作陰極被保護，則陽極為銀，陰極為鐵，電解質(zhì)為AgNO3溶液，故B可以實現(xiàn)，不符合題意；C.電解精煉粗銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，電解質(zhì)溶液為可溶性的銅鹽，故C可以實現(xiàn)，不符合題意；D.碳棒為陽極，銅作陰極，則此時陽極為H2O電離出的OH－放電生成O2，陰極為H2O電離出的H＋放電生成H2，故D可以實現(xiàn)，不符合題意。]7．粗銀中含有Cu、Pt等雜質(zhì)，用電解法以硝酸銀為電解質(zhì)提純銀。下列說法正確的是()A．粗銀與電源負極相連B．陰極反應式為：Ag＋＋e－=AgC．Cu、Pt在陽極區(qū)中沉積D．電解液中c(Ag＋)濃度先增大后減小B[電解法精煉粗銀，粗銀作陽極，Ag失電子生成Ag＋、Cu失電子生成Cu2＋，Pt為惰性金屬成為陽極泥，由得電子能力：Ag＋＞Cu2＋，陰極為Ag＋得電子生成Ag；A.用電解法精煉粗銀，銀單質(zhì)失電子生成銀離子，發(fā)生氧化反應，粗銀與電源正極相連，故A錯誤；B.由得電子能力：Ag＋＞Cu2＋，陰極為Ag＋得電子生成Ag，陰極電極反應式為Ag＋＋e－=Ag，故B正確；C.粗銀作陽極，Cu失電子生成Cu2＋，Pt為惰性金屬成為陽極泥，故C錯誤；D.電解精煉銀時，粗銀中比銀活潑的銅會先失電子形成離子進入溶液，Ag再失電子生成Ag＋進入溶液，但陰極Ag＋生成Ag的量更多，則電解液中c(Ag＋)濃度不可能增大，故D錯誤。]8．水是魚類賴以生存的環(huán)境，較好的水質(zhì)能減少魚類疾病的發(fā)生，更有利于魚類的生長和生存。世界水產(chǎn)養(yǎng)殖協(xié)會網(wǎng)介紹了一種利用電化學原理凈化魚池中水質(zhì)的方法，其裝置如圖所示。下列說法正確的是()A．Y為電源的正極B．陰極反應式為2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2OC．將該裝置放置于高溫下，可以提高其凈化效率D．若BOD為葡萄糖(C6H12O6)，則1mol葡萄糖被完全氧化時，理論上電極上流出22mole－B[從裝置圖中可知，X電極連接的電極上發(fā)生的反應是微生物作用下BOD、H2O生成CO2，Y電極連接的電極上，微生物作用下，硝酸根離子生成了氮氣，氮元素化合價降低，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極，則Y為負極，X為正極，故A錯誤；陰極是硝酸根離子生成了氮氣，氮元素化合價降低，發(fā)生還原反應，陰極反應式為2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2O，故B正確；若該裝置在高溫下進行，催化劑微生物被滅活，則凈化效率將降低，故C錯誤；若BOD為葡萄糖(C6H12O6)，則1mol葡萄糖被完全氧化時，碳元素化合價由0價變化為＋4價，理論上電極上流出電子的物質(zhì)的量：4×6mol＝24mol，故D錯誤。]9．(2022·廣東省深圳市高三下學期第二次調(diào)研)一種清潔、低成本的三步法氯堿工藝工作原理的示意圖如圖。下列說法不正確的是()A.與傳統(tǒng)氯堿工藝相比，該方法可避免使用離子交換膜B.第一步中陽極反應為：Na0.44MnO2－xe－=Na0.44－xMnO2＋xNa＋C.第二步中，放電結束后，電解質(zhì)溶液中NaCl的含量增大D.理論上，每消耗1molO2，可生產(chǎn)4molNaOH和2molCl2C[傳統(tǒng)氯堿工藝電解飽和食鹽水，使用陽離子交換膜，與傳統(tǒng)氯堿工藝相比，該方法可避免使用離子交換膜，故A正確；根據(jù)題圖，第一步中陽極反應為：Na0.44MnO2－xe－=Na0.44－xMnO2＋xNa＋，故B正確；第二步中，放電結束后，Na0.44－xMnO2＋xNa＋＋xe－=Na0.44MnO2，Ag－e－＋Cl－=AgCl，電解質(zhì)溶液中NaCl的含量降低，故C錯誤；理論上，每消耗1molO2，轉移4mol電子，第一步生成4molNaOH，根據(jù)鈉守恒，第二步提取4molNaCl，第三步生成2molCl2，故D正確。]10．關于金屬的腐蝕與防護，下列說法正確的是()A．圖①：鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕B．圖②：M可用石墨代替C．圖③：若電源斷開閘門發(fā)生吸氧腐蝕D．圖③：N不可選石墨C[A.鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕也需要水參加，圖①干燥的空氣中沒有水分不易形成原電池，很難發(fā)生吸氧腐蝕，故A錯誤；B.圖②采用的是犧牲陽極法，金屬M必須比鐵活潑才可以，則M不可用石墨代替，故B錯誤；C.圖③采用的是外加電流法，若電源斷開，則鋼鐵閘門和周圍的海水形成原電池，發(fā)生的是吸氧腐蝕，故C正確；D.圖③采用的是外加電流法，輔助電極N為陽極，可以是惰性電極石墨，則N可選石墨，故D錯誤。]11．(2022·江西撫州模擬預測)含可鈍化金屬的工業(yè)管道或反應器，由于會被內(nèi)部溶液腐蝕，通過外接電源而鈍化，稱之為陽極保護法。如圖是某金屬外接電勢與電流密度的變化關系，下列有關說法正確的是()A．陽極保護法中受保護的金屬外接電源的負極B．電流密度越大，金屬受保護程度越好C．CFD區(qū)，金屬受到保護D．外接電勢越高，對金屬保護性越有效C[A.金屬從活態(tài)向鈍態(tài)的轉變叫鈍化，而通過外接電源而鈍化的陽極保護法，指的是使受保護的金屬作為陽極，通過外加電流使陽極鈍化，電位強烈正移，腐蝕速率大幅度降低，所以，陽極保護法中受保護的金屬外接電源的正極，A錯誤；B.IM代表的是金屬鈍化的難易程度，即開始的時候電流密度越大，此時金屬溶解，表示金屬越難鈍化，所以并非電流密度越大，金屬受保護程度越好，B錯誤；C.當外接電勢超過EB后，金屬開始鈍化，從EC到ED都是金屬鈍化較穩(wěn)定的范圍，所以CFD區(qū)，金屬受到保護，C正確；D.外接電勢超過ED后，電流密度又持續(xù)增加了，腐蝕速度又加快了，所以并非外接電勢越高，對金屬保護越有效，D錯誤。]12．氯堿工業(yè)是以電解飽和食鹽水為基礎的基本化學工業(yè)，回答下列問題：(1)工業(yè)電解飽和NaCl溶液的化學方程式為。(2)氯堿工業(yè)中采取膜技術，若陽離子交換膜損傷會造成陽極能檢測到O2，產(chǎn)生O2的電極反應式為。下列生產(chǎn)措施有利于提高Cl2產(chǎn)量、降低陽極O2含量的是。a．定期檢查并更換陽離子交換膜b．向陽極區(qū)加入適量鹽酸c．使用Cl－濃度高的精制飽和食鹽水為原料d．停產(chǎn)一段時間后，繼續(xù)生產(chǎn)(3)氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，按如圖將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)(電)能30%以上，且相關物料的傳輸與轉化關系如圖所示(電極未標出)。①圖中裝置Ⅰ和裝置Ⅱ中屬于原電池的是(選填裝置編號)。②X的化學式為；Y在裝置Ⅱ中發(fā)生的電極反應為。③圖中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)大小關系為a%b%(選填“＞”“＝”或“＜”)。解析：裝置Ⅰ是電解池，電解飽和食鹽水，裝置Ⅰ右端產(chǎn)生NaOH溶液，說明右端電極是陰極，發(fā)生反應為：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，因此Y是氫氣，裝置Ⅰ的左端是陽極，發(fā)生反應：2Cl－－2e－=Cl2↑，X為Cl2，氯氣和NaOH溶液反應的離子方程式為2OH－＋Cl2=ClO－＋Cl－＋H2O，裝置Ⅱ中通氧氣的一極為正極，環(huán)境是NaOH溶液，因此正極反應式為：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，產(chǎn)生的是NaOH濃溶液。(1)工業(yè)電解飽和NaCl