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1、第三節(jié)電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 考點(diǎn)一電解原理及規(guī)律【基礎(chǔ)回顧】1.電解與電解池: 得到還原失去氧化電能化學(xué)能2.電解池工作原理示意圖:還原陰極陽極氧化3.電極產(chǎn)物的判斷和電極反應(yīng)式的書寫:(1)電極產(chǎn)物的判斷陰極:陽離子放電順序:Ag+Fe3+Cu2+H+(酸)Fe2+Zn2+Al3+Mg2+Na+Ca2+K+。陽極:金屬(Au、Pt除外)電極S2-I-Br-Cl-OH-含氧酸根離子。(2)電極反應(yīng)式的書寫。判斷陰、陽極,根據(jù)陽極電極材料,判斷是電極材料放電還是溶液中的離子放電。根據(jù)離子放電順序,確定放電的離子種類,分析電極反應(yīng),并判斷電極產(chǎn)物,按照“陽極氧化、陰極還原”寫出電極反應(yīng)式
2、。電解水溶液時(shí),應(yīng)注意水電離出的H+、OH-放電時(shí)電極反應(yīng)式的書寫。4.以惰性電極電解電解質(zhì)溶液的類型:類型實(shí)例電極反應(yīng)電解液濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型NaOH陰:_陽:_增大_H2SO4增大_Na2SO4增大_4H+4e-=2H24OH-4e-=2H2O+O2增大加水減小加水不變加水類型實(shí)例電極反應(yīng)電解液濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解電解質(zhì)型HCl陰:_ _陽:_減小_CuCl2陰: _陽:_減小_2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl2增大通HClCu2+ +2e-=Cu2Cl-2e-=Cl2加CuCl2類型實(shí)例電極反應(yīng)電解液濃度pH電解質(zhì)溶液復(fù)原放H2生堿型NaCl陰:_陽:_生成新電解
3、質(zhì)_放O2生酸型CuSO4陰:_陽:_生成新電解質(zhì)_2H+2e-=H22Cl-2e-=Cl2增大通HCl2Cu2+4e-=2Cu4OH-4e-=2H2O+O2減小加CuO、CuCO3【思維診斷】(正確的打“”,錯(cuò)誤的打“”)(1)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液被電解的過程。()提示:。溶液導(dǎo)電時(shí),會(huì)在兩極發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(2)某些不能自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng),通過電解可以實(shí)現(xiàn)。()提示:。電解可以使不能發(fā)生的反應(yīng)得以進(jìn)行,如NaCl和H2O電解條件下能發(fā)生反應(yīng)。(3)電解硫酸等溶液,H+放電,溶液的pH逐漸增大。()提示:。電解硫酸溶液,實(shí)質(zhì)是電解水,溶液的濃度變大,pH減小。(4)用惰性
4、電極電解CuSO4溶液一段時(shí)間后,加入Cu(OH)2可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀況。()提示:。應(yīng)加入CuO或CuCO3。(5)電解時(shí),電解液中陽離子移向陽極,發(fā)生還原反應(yīng)。()提示:。電解時(shí),電解液中陽離子移向陰極。(6)用銅作電極電解CuSO4溶液的方程式為2Cu2+2H2O 2Cu+O2+4H+。()提示:。銅作電極電解CuSO4溶液時(shí),陽極上Cu失去電子生成Cu2+,不會(huì)得到O2。電解=【方法點(diǎn)撥】(1)電解時(shí)溶液pH的變化規(guī)律。若電解時(shí)陰極上產(chǎn)生H2,陽極上無O2產(chǎn)生,電解后溶液pH增大;若陰極上無H2產(chǎn)生,陽極上產(chǎn)生O2,則電解后溶液pH減小;若陰極上有H2產(chǎn)生,陽極上有O2產(chǎn)生
5、,且 ,則有 “酸更酸,堿更堿,中性就不變”,即:a.如果原溶液是酸溶液,則pH變小;b.如果原溶液為堿溶液,則pH變大;c.如果原溶液為中性溶液,則電解后pH不變。(2)電解質(zhì)溶液的復(fù)原措施。電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài),出什么加什么(即一般加入陰極產(chǎn)物與陽極產(chǎn)物的化合物)。如用惰性電極電解鹽酸(足量)一段時(shí)間后,若使溶液復(fù)原,應(yīng)通入HCl氣體而不能加入鹽酸?!绢}組過關(guān)】1.(RJ選修4P83改編題)1 L 0.1 molL-1 AgNO3溶液在以Ag作陽極,Fe作陰極的電解槽中電解,當(dāng)陰極增重2.16 g時(shí),下列判斷正確的是(設(shè)電解按理論進(jìn)行,溶液不蒸發(fā))()A.轉(zhuǎn)移的電子數(shù)是1.204102
6、2B.陽極上產(chǎn)生112 mL O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)C.溶液的濃度變化為0.08 molL-1D.反應(yīng)中有0.01 mol Ag被氧化【解析】選A。轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量是0.02 mol,電子數(shù)=0.02 mol6.021023 mol-1=1.2041022,故A正確;陰極析出銀物質(zhì)的量為0.02 mol,轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為0.02 mol,溶液中銀離子物質(zhì)的量為0.1 mol,所以陽極不能生成氧氣,故B錯(cuò)誤;電鍍時(shí)溶液濃度基本不變,溶液濃度仍為0.1 molL-1,故C錯(cuò)誤;依據(jù)電極反應(yīng)的電子守恒,反應(yīng)中有0.02 mol的Ag被氧化,故D錯(cuò)誤。2.常溫下用惰性電極電解NaHSO4溶液,電解一段
7、時(shí)間后,下列有關(guān)電解質(zhì)溶液變化的說法正確的是()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)79100092A.電解質(zhì)溶液的濃度增大,pH減小B.電解質(zhì)溶液的濃度增大,pH增大C.電解質(zhì)溶液的濃度減小,pH減小D.電解質(zhì)溶液的濃度不變,pH不變【解析】選A。NaHSO4= Na+H+ ,溶液呈酸性,常溫下用惰性電極電解NaHSO4溶液實(shí)質(zhì)是電解水,因此NaHSO4溶液的濃度增大,c(H+)增大,pH減小,故A項(xiàng)正確。3.(2018惠州模擬)某小組用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)79100093()A.閉合K,外電路電流方向?yàn)镕e電極石墨電極B.鹽橋中的電解質(zhì)可以用KClC.閉合K,石墨電極上只生成銅D.導(dǎo)
8、線中流過0.15 mol e-時(shí),加入5.55 g Cu2(OH)2CO3,CuSO4溶液可恢復(fù)原組成【解析】選D。左側(cè)兩個(gè)燒杯構(gòu)成了一個(gè)原電池,Fe為負(fù)極,Ag為正極;右側(cè)燒杯為電解池。原電池中電流從正極流向負(fù)極,故外電路電流方向?yàn)锳g電極Pt電極,石墨電極Fe電極,A項(xiàng)錯(cuò)誤。KCl中的Cl-與Ag+反應(yīng),會(huì)導(dǎo)致中間燒杯中的電解質(zhì)減少,故鹽橋中的電解質(zhì)不能用KCl,B項(xiàng)錯(cuò)誤。閉合K,石墨連接原電池的負(fù)極,石墨為陰極,發(fā)生還原反應(yīng),Cu2+被完全還原成Cu后,電解生成的硫酸所電離出的H+再被還原生成氫氣,C項(xiàng)錯(cuò)誤。右側(cè)燒杯中n(CuSO4)=0.05 L1 molL-1=0.05 mol,加入
9、的nCu2(OH)2CO3=5.55 g222 gmol-1 =0.025 mol。導(dǎo)線中流過0.1 mol電子時(shí),發(fā)生反應(yīng): 2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2,再流過0.05 mol通電=電子時(shí),發(fā)生反應(yīng):2H2O 2H2+O2;消耗了CuSO4和H2O,其中n(CuSO4)=0.05 mol,n(H2O)=0.05 mol +0.025 mol=0.075 mol;反應(yīng)后,加入0.025 mol堿式碳酸銅,發(fā)生反應(yīng)Cu2(OH)2CO3+2H2SO4=2CuSO4+3H2O+CO2,生成的n(CuSO4)=0.05 mol, n(H2O)=0.075 mol,D項(xiàng)正確。通
10、電=4.(2018十堰模擬)某小組為研究電化學(xué)原理,設(shè)計(jì)了甲、乙、丙三種裝置(C1、C2、C3均為石墨)。下列敘述正確的是()A.甲、丙中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,乙中電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能B.C1、C2分別是陽極、陰極;鋅片、鐵片上都發(fā)生氧化反應(yīng)C.C1上和C3上放出的氣體相同,銅片上和鐵片上放出的氣體也相同D.甲中溶液的pH逐漸增大,丙中溶液的pH逐漸減小【解析】選C。A項(xiàng),甲沒有外接電源,是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,為原電池;乙、丙有外接電源,是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,為電解池,錯(cuò)誤。B項(xiàng),C1、C2分別連接電源的正、負(fù)極,分別是電解池的陽極、陰極;鋅片作負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),鐵片作陰極發(fā)生還原反應(yīng),錯(cuò)
11、誤。C項(xiàng),C1和C3都是陽極,氯離子在陽極上失電子生成氯氣,銅片上和鐵片上都是氫離子得電子生成氫氣,正確。D項(xiàng),甲中正極和丙中陰極上都是氫離子得電子生成氫氣,隨著反應(yīng)的進(jìn)行,溶液的pH均增大,錯(cuò)誤?!炯庸逃?xùn)練】1.用兩支惰性電極插入CuSO4溶液中,通電電解,當(dāng)有110-3 mol的OH-放電時(shí),溶液顯淺藍(lán)色,則下列敘述正確的是()A.陽極上析出3.6 mL O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)B.陰極上析出32 mg CuC.陰極上析出11.2 mL H2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)D.陽極和陰極質(zhì)量都無變化【解析】選B。用惰性電極電解CuSO4溶液時(shí),陰極: 2Cu2+4e-= 2Cu,陽極:4OH-4e-=O2+2H2O。
12、當(dāng)有110-3 mol的OH-放電時(shí),生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2為5.6 mL,A錯(cuò)誤;在陰極上析出32 mg Cu,陰極質(zhì)量增加,B正確;C、D錯(cuò)誤。2.用惰性電極電解一定濃度CuSO4溶液,通電一段時(shí)間后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH。則下列說法正確的是()A.電解過程中陰極沒有氣體生成B.電解過程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.4 molC.原CuSO4溶液的濃度為0.1 molL-1D.電解過程中陽極收集氣體體積為1.12 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)【解析】選B。加入0.1 mol Cu(OH)2相當(dāng)于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O,故
13、CuSO4電解完后還電解了部分水,陰極析出了0.1 mol Cu和0.1 mol H2,A錯(cuò)誤;析出0.1 mol Cu轉(zhuǎn)移電子0.2 mol,析出0.1 mol H2轉(zhuǎn)移電子0.2 mol,故轉(zhuǎn)移的電子的總物質(zhì)的量為0.4 mol, B正確;原CuSO4溶液的物質(zhì)的量為0.1 mol,不知溶液體積,無法求濃度,C錯(cuò)誤;電解過程中陽極始終產(chǎn)生O2,根據(jù)轉(zhuǎn)移的電子的總物質(zhì)的量為0.4 mol,產(chǎn)生O2體積為2.24 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),D錯(cuò)誤??键c(diǎn)二電解池原理的應(yīng)用 【基礎(chǔ)回顧】2Cl-2e-=Cl22H+2e-=H22NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2通電=(2)裝置裝置離子交換膜電解
14、槽陽極鈦網(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層)陰極碳鋼網(wǎng)陽離子交換膜只允許陽離子通過,能阻止陰離子和氣體通過將電解槽隔成陽極室和陰極室2.電解精煉銅:粗銅精銅Zn-2e-=Zn2+Ni-2e-=Ni2+Cu-2e-=Cu2+Cu2+2e-= Cu注意:電解精煉銅時(shí),陽極質(zhì)量減小,陰極質(zhì)量增加,溶液中的Cu2+濃度減小。3.電鍍銅:銅含鍍層金屬陽離子的電解質(zhì)溶液待鍍金屬制品Cu-2e-=Cu2+Cu2+2e-=Cu減小增加不變4.電解冶煉鈉:2Cl-2e-=Cl22Na+2e-=2Na2NaCl 2Na+Cl2通電=【思維診斷】(正確的打“”,錯(cuò)誤的打“”)(1)電鍍銅和電解精煉銅時(shí),電解質(zhì)溶液中的c(C
15、u2+)均保持不變。()提示:。電解精煉銅時(shí)電解質(zhì)溶液中的c(Cu2+)減少。(2)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3,也可電解MgO和AlCl3。()提示:。電解制取鎂不用氧化鎂,因?yàn)檠趸V的熔點(diǎn)高;電解制取鋁不用氯化鋁,因?yàn)槁然X是共價(jià)化合物,熔融時(shí)不導(dǎo)電。(3)若把Cu+H2SO4=CuSO4+H2設(shè)計(jì)成電解池,應(yīng)用Cu作陽極。()提示:。Cu是活潑電極作陽極,優(yōu)先失去電子。(4)電解飽和食鹽水時(shí),兩個(gè)電極均不能用金屬材料。 ()提示:。電解飽和食鹽水時(shí),兩極都可以用鉑電極。(5)用銅作陽極、石墨作陰極電解CuCl2溶液時(shí),陽極電極反應(yīng)式為2Cl-2e-= Cl2。()提示:。
16、陽極是活潑電極,會(huì)先失去電子。(6)用惰性電極電解MgCl2溶液所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Cl-+2H2O Cl2+H2+2OH-。()提示:。OH-會(huì)和溶液中的Mg2+反應(yīng)。電解=(7)粗銅電解精煉時(shí),若電路中通過2 mol e-,陽極減少64 g()提示:。陽極除了銅失去電子,還有其他活潑金屬?!镜漕}探究】角度一 電解原理應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)【典題1】次磷酸(H3PO2)是一種精細(xì)磷化工產(chǎn)品,具有較強(qiáng)的還原性?;卮鹣铝袉栴}:H3PO2也可用電滲析法制備。“四室電滲析法”工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過):(1)寫出陽極的電極反應(yīng)_。(2)分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因_
17、。(3)早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2:將“四室電滲析法”中陽極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替,并撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜,從而合并了陽極室與產(chǎn)品室。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中混有_雜質(zhì),該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是_?!咎轿㈩}眼】題眼信息推斷破題秘籍較強(qiáng)的還原性容易被氧化劑氧化陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過陰離子不能通過陽膜,陽離子不能通過陰膜產(chǎn)品室可得到H3PO2離子是怎樣進(jìn)入產(chǎn)品室生成H3PO2的撤去陽極室與產(chǎn)品室之間的陽膜從H3PO2進(jìn)入了陽極室,且有很強(qiáng)的還原性角度分析【解析】(1)陽極室電極上發(fā)生氧化反應(yīng),失電子的是OH-。2H2O-4e-= 4H+O2或4OH-4e-=2H2O+
18、O2。(2)由于陽極室OH-放電,造成H+濃度增大,H+通過陽膜進(jìn)入產(chǎn)品室,而原料室中的H2P 可以通過陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室,生成H3PO2。(3)由于H3PO2具有較強(qiáng)的還原性,電解時(shí)就會(huì)有H3PO2在陽極放電而生成H3PO4(或陽極區(qū)有O2生成,能將H3PO2氧化成H3PO4)。答案:(1)2H2O-4e-= 4H+O2或4OH-4e-= 2H2O+O2(2)陽極室的H+穿陽膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室,原料室的H2P 穿陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室,二者反應(yīng)生成H3PO2(3) H2P 或H3PO2被氧化 【母題變式】(1)為什么次磷酸(H3PO2)具有較強(qiáng)的還原性?提示:次磷酸(H3PO2)中磷元素為+1價(jià),是磷元素
19、的較低價(jià)態(tài),故具有較強(qiáng)的還原性。(2)寫出中陽極室生成雜質(zhì)的反應(yīng)方程式_。提示:H3PO2+O2=H3PO4【歸納提升】1.電解時(shí)電子和離子移動(dòng)方向:(1)電子:從電源負(fù)極流向電解池的陰極;從電解池的陽極流向電源的正極。(2)離子:陽離子移向電解池的陰極;陰離子移向電解池的陽極。移動(dòng)方向圖示:陽得陰失2.規(guī)避“三個(gè)”失分點(diǎn):(1)書寫電解池中電極反應(yīng)式時(shí),要以實(shí)際放電的離子表示,但書寫總電解反應(yīng)方程式時(shí),弱電解質(zhì)要寫成分子式。(2)電解水溶液時(shí),應(yīng)注意放電順序中H+、OH-之后的離子一般不參與放電。(3)當(dāng)電解池的電極材料為活性電極時(shí),則陽極為電極本身失電子,不能再用電解規(guī)律。 【素養(yǎng)升華】模
20、型認(rèn)知電解池解題的思維路徑角度二 電解原理應(yīng)用于污水處理【典題2】(2016全國(guó)卷)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示,采用惰性電極,ab、cd均為離子交換膜,在直流電場(chǎng)的作用下,兩膜中間的Na+和 可通過離子交換膜,而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。下列敘述正確的是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)79100094()A.通電后中間隔室的 向正極區(qū)遷移,正極區(qū)溶液pH增大B.該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品C.負(fù)極反應(yīng)為2H2O-4e-= O2+4H+,負(fù)極區(qū)溶液pH降低D.當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時(shí),會(huì)有0.5 mol的O2生成【解析】選B。電解池中
21、陰離子向陽極移動(dòng),所以通電后中間隔室的 向正極區(qū)遷移,陽極上氫氧根離子放電產(chǎn)生氧氣,溶液中氫離子濃度增大,pH減小,A項(xiàng)錯(cuò)誤;電解時(shí)在負(fù)極區(qū)生成NaOH,在正極區(qū)生成H2SO4,B項(xiàng)正確;陰極反應(yīng)是氫離子得到電子生成氫氣,溶液中氫氧根離子濃度增大,pH升高,C項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時(shí),會(huì)有0.25 mol的O2生成,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 【母題變式】(1)正極區(qū)的電極反應(yīng)式是_,隨著電解的進(jìn)行Na2SO4溶液濃度_(填“增大”“不變”或“減小”)。提示:4OH-4e-=2H2O+O2減小。通電后OH-移向陽極,OH-放電產(chǎn)生氧氣;由于Na+不斷被交換,分別進(jìn)入陰極區(qū)、陽極區(qū),所以Na2
22、SO4濃度減小。(2)ab、cd分別為_、_(填“陰”或“陽”)離子交換膜。提示:ab是陽離子交換膜、cd是陰離子交換膜。通電后陰離子移向陽極,陽離子移向陰極,所以ab是陽離子交換膜、cd是陰離子交換膜。【歸納提升】1.陰、陽極的判斷方法:(1)根據(jù)外接電源:正極連陽極,負(fù)極連陰極。(2)根據(jù)電流方向:從陰極流出,從陽極流入。(3)根據(jù)電子流向:從陽極流出,從陰極流入。(4)根據(jù)離子流向:陰離子移向陽極,陽離子移向陰極。(5)根據(jù)電極產(chǎn)物:a.陽極:電極溶解、逸出O2(或極區(qū)變酸性)或Cl2;b.陰極:析出金屬、逸出H2(或極區(qū)變堿性)。2.電解計(jì)算的三種方法:如可以通過4 mol e-為橋梁
23、構(gòu)建如下關(guān)系式: (式中M為金屬,n為其離子的化合價(jià)數(shù)值)【拓展示例】用甲烷燃料電池電解200 mL一定濃度的NaCl與CuSO4的混合溶液,其裝置如下圖:理論上中兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如坐標(biāo)圖所示(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)。(1)陽極發(fā)生2Cl-2e-=Cl2、4OH-4e-=O2+2H2O,陰極發(fā)生Cu2+2e-=Cu、2H+2e-=H2,結(jié)合圖可知,為陰極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系,為陽極氣體體積與時(shí)間的關(guān)系。(2)產(chǎn)生氯氣為224 mL,則由2Cl-2e-=Cl2可知, n(NaCl)= 2=0.02 mol。(3)由t2時(shí)生成氧氣為112 mL,n(O2)= =0.0
24、05 mol,則共轉(zhuǎn)移電子為0.02 mol+0.005 mol4=0.04 mol,根據(jù)電子守恒及Cu2+2e-=Cu可知,n(CuSO4)= =0.02 mol?!舅仞B(yǎng)升華】 模型認(rèn)知電解池中電極反應(yīng)式的書寫步驟【題組過關(guān)】1.(RJ選修4P83改編題)利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。下列說法正確的是()A.氯堿工業(yè)中,X電極上反應(yīng)式是4OH-4e-= 2H2O+O2B.電解精煉銅時(shí),Z溶液中的Cu2+濃度不變C.在鐵片上鍍銅時(shí),Y是純銅D.制取金屬鎂時(shí),Z是熔融的氯化鎂【解析】選D。X為陽極,電極反應(yīng)為2Cl-2e-= Cl2,A錯(cuò)誤;電解精煉銅時(shí),Cu2+濃度減小,B錯(cuò)
25、誤;電鍍銅時(shí),純銅作陽極,C錯(cuò)誤;電解熔融的氯化鎂制取金屬鎂,D正確。2.(2018滁州模擬)常溫下,NCl3是一種黃色黏稠狀液體,是制備新型水消毒劑ClO2的原料,可以采用如圖所示裝置制備NCl3。下列說法正確的是()世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)79100095A.每生成1 mol NCl3,理論上有4 mol H+經(jīng)質(zhì)子交換膜由右側(cè)向左側(cè)遷移B.可用濕潤(rùn)的淀粉KI試紙檢驗(yàn)氣體MC.石墨極的電極反應(yīng)式為 +3Cl-6e-= NCl3+4H+D.電解過程中,質(zhì)子交換膜右側(cè)溶液的pH會(huì)減小【解析】選C。A項(xiàng),由 NCl3,根據(jù)元素化合價(jià)變化知, 中N由-3價(jià)升高至+3價(jià),每生成1 mol NCl3,理論上有6
26、 mol H+由質(zhì)子交換膜右側(cè)向左側(cè)(陰極區(qū))遷移,錯(cuò)誤。B項(xiàng),M是氫氣,不能用濕潤(rùn)的淀粉KI試紙檢驗(yàn),錯(cuò)誤。C項(xiàng),石墨電極發(fā)生氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為 +3Cl-6e-=NCl3+4H+,正確。D項(xiàng),電解過程中,質(zhì)子交換膜右側(cè)溶液中c(H+)減小,溶液pH增大,錯(cuò)誤。3.高鐵酸鹽在能源環(huán)保領(lǐng)域有廣泛用途。用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鈉(Na2FeO4)的裝置如圖所示。下列說法正確的是()A.鐵是陽極,電極反應(yīng)為Fe-2e-+2OH-=Fe(OH)2B.電解一段時(shí)間后,鎳電極附近溶液的pH減小C.若離子交換膜為陰離子交換膜,則電解結(jié)束后左側(cè)溶液中含有Fe D.每制得1 mo
27、l Na2FeO4,理論上可以產(chǎn)生67.2 L氣體【解析】選C。用鎳(Ni)、鐵作電極電解濃NaOH溶液制備高鐵酸鈉(Na2FeO4),鐵失電子生成高鐵酸鈉,則鐵作陽極,鎳作陰極,電極反應(yīng)式為Fe+8OH-6e-= Fe +4H2O,A錯(cuò)誤;鎳電極上H+放電生成H2,c(H+)減小,溶液的pH增大,B錯(cuò)誤;若離子交換膜為陰離子交換膜,Fe 穿過陰離子交換膜向左側(cè)擴(kuò)散,左側(cè)溶液中會(huì)含有Fe ,C正確;溫度和壓強(qiáng)未知,不能計(jì)算生成氣體的體積,D錯(cuò)誤。4.(2018崇左模擬)已知反應(yīng):2Cr +2H+ Cr2 +H2O。某科研小組用如圖電解裝置,由Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7溶液。下列有關(guān)
28、敘述正確的是()A.Cr 生成Cr2 的反應(yīng)為非氧化還原反應(yīng),不能通過電解方法獲得B.a為電源正極C.d口流出的NaOH溶液的濃度與c口通入的NaOH溶液的濃度相同D.Na+從右側(cè)通過陽離子交換膜進(jìn)入左側(cè)【解析】選D。電解裝置右側(cè)發(fā)生Na2CrO4轉(zhuǎn)化為Na2Cr2O7的反應(yīng),盡管鉻元素化合價(jià)無變化,但該反應(yīng)必須在酸性環(huán)境中才能發(fā)生,故可以通過電解方法獲得,A項(xiàng)錯(cuò)誤;右側(cè)反應(yīng)時(shí)所需的H+來源于H2O的電解,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-=O2+4H+,故右側(cè)電極為陽極,陽極連接電源正極,即b為電源正極,a為電源負(fù)極,B項(xiàng)錯(cuò)誤;左側(cè)電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2+2OH-,故d口流出的NaOH
29、溶液的濃度比c口通入的NaOH溶液的濃度大,C項(xiàng)錯(cuò)誤;電解時(shí),陽離子從陽極流向陰極,D項(xiàng)正確?!炯庸逃?xùn)練】1.(2018柳州模擬)用一種陰、陽離子雙隔膜三室電解槽處理廢水中的 ,模擬裝置如圖所示,下列說法正確的是()A.陽極的電極反應(yīng)式為Fe-3e-=Fe3+B.陰極的電極反應(yīng)式為4OH-4e-=2H2O+O2C.電解一段時(shí)間后,陰極室溶液中的pH升高D.電解一段時(shí)間后,陰極室溶液中的溶質(zhì)一定是(NH4)3PO4【解析】選C。Fe為陽極,發(fā)生反應(yīng)Fe-2e-=Fe2+,A錯(cuò)誤;陰極上H+放電生成H2,電極反應(yīng)式為2H+2e-= H2,B錯(cuò)誤;電解時(shí),陰極上H+放電生成H2,溶液中c(OH-)增
30、大,溶液中pH增大,C正確;電解時(shí),溶液中向陰極室移動(dòng),H+放電生成H2,溶液中OH-和 結(jié)合生成電解質(zhì)NH3H2O,所以陰極室中溶質(zhì)為NH3H2O和(NH4)3PO4或NH4H2PO4、(NH4)2HPO4,D錯(cuò)誤。2.電解加工是利用電解原理使金屬在電解液中溶蝕成預(yù)定形狀的方法。電解加工一銅構(gòu)件的示意圖如圖,陽極銅件被溶蝕,而陰極的質(zhì)量和形狀都保持不變,則原始電解液不宜含有大量的()A. B.Cl-C.Na+D.Cu2+【解析】選D。由題意陰極的質(zhì)量和形狀都保持不變,可判斷陰極沒有金屬析出,故原電解液不宜含有大量的Cu2+??键c(diǎn)三金屬的腐蝕與防護(hù) 【基礎(chǔ)回顧】1.金屬腐蝕的本質(zhì):金屬原子_變
31、為金屬陽離子,金屬發(fā)生_反應(yīng)。失去電子氧化2.金屬腐蝕的類型:(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕條件金屬與接觸到的干燥氣體(如O2、Cl2、SO2等)或_液體(如石油)等接觸不純金屬或合金跟_接觸現(xiàn)象_電流產(chǎn)生_電流產(chǎn)生非電解質(zhì)電解質(zhì)溶液無有微弱類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕本質(zhì)金屬被_較活潑金屬被_聯(lián)系兩者往往同時(shí)發(fā)生,_腐蝕更普遍氧化氧化電化學(xué)(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析:類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件_電極材料及反應(yīng)負(fù)極Fe: _正極C: _C: _水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性很弱或呈中性Fe-2e-= Fe2+2H+2e-=H2O2+2H2O+4e-=4OH-類型析氫腐蝕吸
32、氧腐蝕總反應(yīng)式_聯(lián)系_更普遍Fe+2H+=Fe2+H22Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2吸氧腐蝕3.金屬電化學(xué)腐蝕規(guī)律:(1)對(duì)同一種金屬來說,腐蝕的快慢:強(qiáng)電解質(zhì)溶液_弱電解質(zhì)溶液_非電解質(zhì)溶液。(2)活動(dòng)性不同的兩金屬:活動(dòng)性差別越大,活動(dòng)性強(qiáng)的金屬腐蝕越_???3)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快,且氧化劑的濃度越高,氧化性越強(qiáng),腐蝕越快。(4)電解原理引起的腐蝕_原電池原理引起的腐蝕_化學(xué)腐蝕_有防護(hù)措施的腐蝕。4.金屬電化學(xué)保護(hù)的兩種方法:正負(fù)陰陽5.其他防護(hù)方法:如加保護(hù)層(涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、瀝青、塑料等),電鍍?!舅季S診斷】(正確的打“”,錯(cuò)誤的
33、打“”)(1)在金屬表面覆蓋保護(hù)層,若保護(hù)層破損后,就完全失去了對(duì)金屬的保護(hù)作用。()提示:。白鐵是鍍鋅鐵,保護(hù)層破壞后鋅作負(fù)極仍然保護(hù)鐵。(2)因空氣中CO2的存在,金屬表面形成一層酸膜,所以大多數(shù)金屬發(fā)生的是析氫腐蝕。()提示:。強(qiáng)酸性環(huán)境發(fā)生析氫腐蝕,弱酸性或中性環(huán)境發(fā)生吸氧腐蝕,自然界中大多數(shù)金屬發(fā)生吸氧腐蝕。(3)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。()提示:。純銀器表面變黑是因?yàn)榘l(fā)生化學(xué)腐蝕生成了Ag2S。而鋼鐵生銹是由于發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。(4)干燥環(huán)境下金屬不被腐蝕。()提示:。干燥環(huán)境下金屬難被腐蝕,不是不被腐蝕。(5)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。()
34、提示:。Cu在潮濕的空氣中生成銅綠Cu2(OH)2CO3。【題組過關(guān)】1.對(duì)如圖裝置(鐵的防護(hù))的分析正確的是()A.甲裝置是犧牲陽極的陰極保護(hù)法B.乙裝置是犧牲陽極的陰極保護(hù)法C.一段時(shí)間后甲、乙裝置中pH均增大D.甲、乙裝置中鐵電極的電極反應(yīng)式均為2H+2e-=H2【解析】選B。A項(xiàng),甲裝置中C為陽極,陽極上氯離子失電子,Fe為陰極,陰極上氫離子得電子,屬于外加電流的陰極保護(hù)法,故A錯(cuò)誤;B項(xiàng),乙裝置中Zn為負(fù)極,Fe為正極,正極上氧氣得電子,Fe不參加反應(yīng),Fe被保護(hù),所以是犧牲陽極的陰極保護(hù)法,故B正確;C項(xiàng),甲裝置中電解氯化鈉生成氫氧化鈉,溶液的pH增大,乙裝置中負(fù)極Zn失電子,正極
35、氧氣得電子,最終生成氫氧化鋅,溶液的pH幾乎不變,故C錯(cuò)誤;D項(xiàng),乙中正極上氧氣得電子生成氫氧根離子,所以Fe電極上沒有氫氣生成,故D錯(cuò)誤。2.(2017全國(guó)卷)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的防腐技術(shù),常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)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(guān)表述不正確的是世紀(jì)金榜導(dǎo)學(xué)號(hào)79100096()A.通入保護(hù)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(qiáng)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(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整【解析】選C。通過外加電流的陰極保護(hù)法可以有效防止鋼管樁的腐蝕,從而使鋼管樁表面腐蝕電流接近
36、于零,A項(xiàng)正確;通電后高硅鑄鐵為陽極,發(fā)生氧化反應(yīng),電子流出通過外電路流向鋼管樁,B項(xiàng)正確;高硅鑄鐵為惰性輔助陽極,陽極反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是水的電解,高硅鑄鐵并不是損耗陽極材料,只起傳遞電流的作用,C項(xiàng)錯(cuò)誤;可以根據(jù)發(fā)生腐蝕的趨勢(shì)不同調(diào)整通入的保護(hù)電流,D項(xiàng)正確。3.在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水,放置一段時(shí)間后看到鐵片上有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生的總化學(xué)方程式:2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,Fe(OH)2進(jìn)一步被氧氣氧化為Fe(OH)3,再在一定條件下脫水生成鐵銹,其原理如圖。下列說法正確的是()A.鐵片發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕B.鐵片腐蝕最嚴(yán)重區(qū)域應(yīng)該是生銹最多的區(qū)域C.鐵片腐蝕中負(fù)極
37、發(fā)生的電極反應(yīng):2H2O+O2+4e-= 4OH-D.鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成無數(shù)微小原電池,發(fā)生了電化學(xué)腐蝕【解析】選D。鐵原子失去電子變?yōu)镕e2+,發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕,A錯(cuò)誤;由于得失電子在不同的區(qū)域,所以鐵片腐蝕最嚴(yán)重區(qū)域與生銹最多的區(qū)域是不同的區(qū)域,B錯(cuò)誤;鐵片腐蝕中正極發(fā)生的電極反應(yīng):2H2O +O2+4e-= 4OH-,C錯(cuò)誤;由于活動(dòng)性FeC,所以鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成無數(shù)微小原電池,因?yàn)槭侵行曰驑O弱酸性環(huán)境,所以發(fā)生的電化學(xué)腐蝕是吸氧腐蝕,D正確。4.(2018大同模擬)鋼鐵防護(hù)方法有多種,圖中的方法描述正確的是()A.b為電源負(fù)極B.該方法是犧牲陽極的陰極保護(hù)法C.電子流向:a鋼鐵閘門輔助電極baD.電源改用導(dǎo)線連接進(jìn)行防護(hù)時(shí),輔助電極發(fā)生氧化反應(yīng)【解析】選D。從圖示可知,由于有外加電源,故此為外加電流的陰極保護(hù)法,B錯(cuò)誤;A項(xiàng),在外加電流的陰極
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