化學(xué)高考必備練習(xí)全套電解池金屬的電化學(xué)腐蝕和防護(hù)

化學(xué)高考必備練習(xí)全套電解池金屬的電化學(xué)腐蝕和防護(hù)第1頁(yè)/共36頁(yè)電解使

通過(guò)電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽(yáng)兩極引起

的過(guò)程電極名稱陽(yáng)極和電源

相連的電極，發(fā)生

反應(yīng)陰極和電源

相連的電極，發(fā)生

.電極材料惰性電極Pt、Au、石墨金屬電極除Pt、Au外的金屬材料(如Fe、Cu、Zn、Ag等)電子流向電源活波

→導(dǎo)線→電解池

→電解池

→導(dǎo)線→電源

.離子移動(dòng)方向電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子移向電解質(zhì)溶液中陰離子移向離子放電順序陽(yáng)極金屬活潑電極>

>

>

>

>含氧酸根陰極Ag＋>Fe3＋>

>H＋>

>

>Zn2＋應(yīng)用電解精煉、電鍍、氯堿工業(yè)、電解制鋁電流氧化還原反應(yīng)正極氧化負(fù)極還原反應(yīng)負(fù)極陰極陽(yáng)極S2－I－Cl－OH－Cu2＋Pb2＋Fe2＋正極陰極陽(yáng)極第2頁(yè)/共36頁(yè)1．電解時(shí)電子通過(guò)電解質(zhì)溶液?jiǎn)幔?提示：電解質(zhì)溶液通電電解時(shí)，在外電路中有電流(電子)通過(guò)，而溶液中是依靠離子定向移動(dòng)，形成了閉合電路。2．電解質(zhì)溶液導(dǎo)電時(shí)，一定會(huì)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生嗎？ 提示：一定有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，因?yàn)樵陔娊獬氐膬蓸O發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，有電子轉(zhuǎn)移，生成了新物質(zhì)，所以一定有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。第3頁(yè)/共36頁(yè)1．氯堿工業(yè)

概念：用電解飽和NaCl溶液的方法來(lái)制取

、

和

，并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè)，稱為

。NaOHH2Cl2氯堿工業(yè)2．電鍍

電鍍時(shí)，鍍件接電源

極，鍍層金屬接電源

極。溶液中必須含有一定濃度的

，當(dāng)通電時(shí)，陽(yáng)極

。在陰極

。負(fù)正鍍層金屬離子逐漸溶解析出鍍層金屬第4頁(yè)/共36頁(yè)3．銅的電解精煉

(1)電極材料：粗銅板與直流電源正極相連作

，純銅片與直流電源負(fù)極相連作

。

(2)電解質(zhì)溶液：用

作電解液。

(3)反應(yīng)原理：陽(yáng)極粗銅(以及比銅活潑的鋅、鐵、鎳等)被

，陰極Cu2＋被

；其他Zn2＋、Fe2＋留在溶液中，而比銅活潑性弱的銀、金等金屬沉積在陽(yáng)極下面，形成

。陽(yáng)極陰極硫酸酸化的硫酸銅溶液氧化還原陽(yáng)極泥第5頁(yè)/共36頁(yè)思考：Na、Mg、Al等活潑金屬如何煉制？提示：Na、Mg、Al等活潑金屬都可用電解它們的熔融鹽或氧化物制得2NaCl

2Na＋Cl2↑(制Na)MgCl2

Mg＋Cl2↑(制Mg)2Al2O3

4Al＋3O2↑(制Al)第6頁(yè)/共36頁(yè)1．金屬腐蝕是指金屬與周圍接觸到的空氣或液體發(fā)生

反應(yīng)而引起損耗的現(xiàn)象。2．金屬腐蝕可以分為

和

?；瘜W(xué)腐蝕是金屬跟接觸到的氧化性氣 體或氧化性液體等直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引起的腐蝕。而電化學(xué)腐蝕是指不純的金屬跟

溶液接觸時(shí)，因發(fā)生

反應(yīng)而發(fā)生的腐蝕。3．金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，可分為

腐蝕和

腐蝕。兩者的本質(zhì)相同，但正極 反應(yīng)不同，即析氫腐蝕的正極反應(yīng)為

，而吸氧腐蝕的正極反應(yīng)為

。氧化還原電化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕電解質(zhì)原電池析氫吸氧2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－第7頁(yè)/共36頁(yè)4．金屬防護(hù)的措施有：(1)制成

，(2)涂蓋

，(3)犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法——

，(4)外加電流的陰極保護(hù)法——

原理。合金防護(hù)層原電池原理電解金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的最主要區(qū)別是什么？提示：電化學(xué)腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生，而化學(xué)腐蝕過(guò)程中無(wú)電流產(chǎn)生。延伸：影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個(gè)方面。就金屬本性來(lái)說(shuō)，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。第8頁(yè)/共36頁(yè)1．電解時(shí)電極產(chǎn)物的判斷

(1)陽(yáng)極產(chǎn)物的判斷

首先看電極，如果是活性電極(金屬活動(dòng)性順序中Ag及其以前)，則電極材料失電子，電極被溶解，溶液中的陰離子不能失電子。如果是惰性電極(Pt、Au、石墨)，則要再看溶液中離子的失電子能力，此時(shí)根據(jù)陰離子放電順序加以判斷。

陰離子放電順序：

S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根(等)＞F－

第9頁(yè)/共36頁(yè)(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽(yáng)離子放電順序進(jìn)行判斷，陽(yáng)離子放電順序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋第10頁(yè)/共36頁(yè)2．以惰性電極電解的幾種類型類型電極反應(yīng)特點(diǎn)實(shí)例電解對(duì)象電解質(zhì)濃度變化pH電解質(zhì)溶液復(fù)原電解水型

陰：4H＋＋4e－===2H2↑陽(yáng)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑NaOHH2SO4Na2SO4水增大增大加水水增大減小加水水增大不變加水電解電解質(zhì)型

電解質(zhì)電離出的陰、陽(yáng)離子分別在兩極放電HCl電解質(zhì)減小增大加氯化氫CuCl2電解質(zhì)減小加氯化銅放H2生堿型陰極：H2O放H2生堿陽(yáng)極：電解質(zhì)陰離子放電NaCl電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)增大加氯化氫放O2生酸型陰極：電解質(zhì)陽(yáng)離子放電陽(yáng)極：H2O放O2生酸CuSO4電解質(zhì)和水生成新電解質(zhì)減小加氧化銅第11頁(yè)/共36頁(yè)用惰性電極電解時(shí)，若要使電解后的溶液恢復(fù)到原狀態(tài)，應(yīng)遵循“缺什么加什么，缺多少加多少”的原則，一般加入從電解液中析出的陰極產(chǎn)物與陽(yáng)極產(chǎn)物的化合物。第12頁(yè)/共36頁(yè)【例1】用惰性電極實(shí)現(xiàn)電解，下列說(shuō)法正確的是(

) A．電解稀硫酸溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，故溶液pH不變

B．電解稀氫氧化鈉溶液，要消耗OH－，故溶液pH減小

C．電解硫酸鈉溶液，在陰極上和陽(yáng)極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2 D．電解氯化銅溶液，在陰極上和陽(yáng)極上析出產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶1第13頁(yè)/共36頁(yè)解析：電解稀H2SO4溶液，實(shí)質(zhì)上是電解水，硫酸的物質(zhì)的量不變，但溶液體積減少，濃度增大，故溶液pH減小。電解稀NaOH溶液，陽(yáng)極消耗OH－，陰極消耗H＋，實(shí)質(zhì)也是電解水，NaOH溶液濃度增大，故溶液的pH增大。電解Na2SO4溶液時(shí)，在陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，在陰極發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，由于兩電極通過(guò)電量相等，故放出H2與O2的物質(zhì)的量之比為2∶1。電解CuCl2溶液時(shí)，陰極反應(yīng)為Cu2＋＋2e－===Cu，陽(yáng)極反應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑，兩極通過(guò)電量相等時(shí)，Cu和Cl2的物質(zhì)的量之比為1∶1。答案：D第14頁(yè)/共36頁(yè)延伸：電解時(shí)電極附近溶液pH的變化(惰性電極) (1)電極區(qū)域 ①陰極H＋放電產(chǎn)生H2，陰極區(qū)域pH變大。 ②陽(yáng)極OH－放電產(chǎn)生O2，陽(yáng)極區(qū)域pH變小。

(2)電解質(zhì)溶液中 ①電解過(guò)程中，既產(chǎn)生H2，又產(chǎn)生O2，則原溶液呈酸性的pH變小，原溶液呈堿性的pH變大，原溶液呈中性的pH不變(濃度變大)。 ②電解過(guò)程中，無(wú)H2和O2產(chǎn)生，pH幾乎不變。 ③電解過(guò)程中，只產(chǎn)生H2，pH變大。 ④電解過(guò)程中，只產(chǎn)生O2，pH變小。第15頁(yè)/共36頁(yè)1．(2010·模擬精選，山東棗莊3月)右圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中正確的是(

) A．逸出氣體的體積，a電極的小于b電極的

B．一電極逸出無(wú)味氣體，另一電極逸出刺激性氣味氣體

C．a(chǎn)電極附近呈紅色，b電極附近呈藍(lán)色

D．a(chǎn)電極附近呈藍(lán)色，b電極附近呈紅色第16頁(yè)/共36頁(yè)解析：以石墨為電極電解Na2SO4溶液時(shí)，陽(yáng)極(b極)：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，陰極(a極)：4H＋＋4e－===2H2↑，則a極附近溶液顯堿性，b極附近溶液顯酸性，滴加石蕊試液后，a極附近呈藍(lán)色，b極附近呈紅色。答案：D第17頁(yè)/共36頁(yè)電化學(xué)計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)測(cè)定的計(jì)算、電量與產(chǎn)物量的互算等。不論哪類計(jì)算，均可概括為下列三種方法：1．根據(jù)電子守恒法計(jì)算：用于串聯(lián)電路、陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量 等類型的計(jì)算，其依據(jù)是電路上轉(zhuǎn)移的電子數(shù)目相等。2．根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算：凡是總反應(yīng)式中反映出的物質(zhì)的量的關(guān)系都可以列比例式計(jì)算。3．根據(jù)關(guān)系式計(jì)算，由得失電子守恒關(guān)系建立各量間的關(guān)系，如串聯(lián)電池各電極產(chǎn) 物的關(guān)系：第18頁(yè)/共36頁(yè)【例2】(2010·試題調(diào)研，山東威海質(zhì)檢)用鉑電極電解CuSO4和KNO3的混合溶液500mL，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，兩極均得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下11.2L的氣體，則原混合溶液中CuSO4的物質(zhì)的量濃度為(

) A．0.5mol/LB．0.8mol/LC．1.0mol/LD．1.5mol/L

解析：陽(yáng)極電極反應(yīng)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，失去電子的物質(zhì)的量n(O2)×4＝×4＝2mol；第19頁(yè)/共36頁(yè)陰極電極反應(yīng)：首先發(fā)生的是Cu2＋＋2e－===Cu，其次發(fā)生的是2H＋＋2e－===H2↑，陰極被還原物質(zhì)得到電子的總量n(Cu2＋)×2＋n(H2)×2＝n(Cu2＋)×2＋

×2，兩電極物質(zhì)得失電子數(shù)相等，即2mol＝n(Cu2＋)×2＋×2。解得n(Cu2＋)＝0.5mol

n(CuSO4)＝n(Cu2＋)＝0.5mol，所以其物質(zhì)的量濃度＝＝1.0mol/L。答案：C第20頁(yè)/共36頁(yè)①要注意電解的階段性。如含Cl－的溶液中Cl－電解完后繼續(xù)通電會(huì)使OH－放電，Cu2＋在陰極上被電解完后H＋又會(huì)放電等。②串聯(lián)電解池中陰極、陽(yáng)極交叉排列，相同時(shí)間內(nèi)各電極轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等。第21頁(yè)/共36頁(yè)2．在水中加入等物質(zhì)的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、，該溶液放在 用惰性材料作電極的電解槽中，通電片刻后氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物質(zhì)量比為(

) A．35.5∶108B．16∶207C．8∶1D．108∶35.5

解析：因Pb2＋＋===PbSO4↓，Ag＋＋Cl－===AgCl↓，所得溶液為NaNO3

的水溶液，通電后實(shí)質(zhì)是電解水，2H2O2H2↑＋O2↑，氧化產(chǎn)物為O2，還原產(chǎn)物為H2，其質(zhì)量之比為32∶2×2＝8∶1。 答案：C第22頁(yè)/共36頁(yè)1．影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和介質(zhì)兩個(gè)方面。就金屬本性來(lái)說(shuō)，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。介質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質(zhì)溶液，都容易被腐蝕。2．金屬的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。3．判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律

(1)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)腐蝕措施的腐蝕(2)對(duì)同一種金屬來(lái)說(shuō)，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(3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。(4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō)，電解質(zhì)溶液濃度越大，腐蝕越快。第23頁(yè)/共36頁(yè)【例3】(2009·上?；瘜W(xué)，13)右圖裝置中，U型管內(nèi)為紅墨水，a、b試管內(nèi)分別盛有食鹽水和氯化銨溶液，各加入生鐵塊，放置一段時(shí)間。下列有關(guān)描述錯(cuò)誤的是(

) A．生鐵塊中的碳是原電池的正極

B．紅墨水柱兩邊的液面變?yōu)樽蟮陀腋?/p>

C．兩試管中相同的電極反應(yīng)式是：Fe－2e－===Fe2＋

D．a(chǎn)試管中發(fā)生了吸氧腐蝕，b試管中發(fā)生了析氫腐蝕解析：Fe與C及電解質(zhì)溶液形成原電池，F(xiàn)e是負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋；C是正極，在a中發(fā)生吸氧腐蝕，a中壓強(qiáng)減??；b中發(fā)生析氫腐蝕，b中壓強(qiáng)增大，紅墨水柱液面是左高右低。故選B。答案：B第24頁(yè)/共36頁(yè)3．(2010·原創(chuàng))下列各裝置中都盛有0.1mol·L－1的NaCl溶液，放置一定時(shí)間后，裝置中的四塊相同鋅片，腐蝕速率由快到慢的正確順序是(

)A．③①④②

B．①②④③

C．①②③④

D．②①④③解析：金屬腐蝕速率一般為：作電解池的陽(yáng)極>作原電池的負(fù)極>化學(xué)腐蝕>作原電池的正極>作電解池的陰極，所以②最快，因?yàn)閆n作陽(yáng)極；③最慢，因?yàn)閆n作陰極。答案：D第25頁(yè)/共36頁(yè)【例1】鉛蓄電池的充放電反應(yīng)方程式為：Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O。關(guān)于鉛蓄電池的說(shuō)法正確的是(

) A．在放電時(shí)，正極發(fā)生的反應(yīng)是Pb(s)＋SO(aq)===PbSO4(s)＋2e－

B．在放電時(shí)，該電池的負(fù)極材料是鉛板

C．在充電時(shí)，電池中硫酸的濃度不斷變小

D．在充電時(shí)，陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)是PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋(aq)第26頁(yè)/共36頁(yè)解析：電池放電時(shí)，Pb作負(fù)極：Pb－2e－＋===PbSO4，正極發(fā)生反應(yīng)：PbO2＋2e－＋4H＋＋===PbSO4＋2H2O；充電時(shí)，H2SO4的濃度不斷增大，陽(yáng)極上發(fā)生的是氧化反應(yīng)，是失去電子而不是得到電子。答案：B

第27頁(yè)/共36頁(yè)高分策略本題考查了原電池和電解池的雙重原理，考生往往對(duì)電池反應(yīng)觀察不仔細(xì)，導(dǎo)致判斷錯(cuò)誤。易錯(cuò)選C，沒(méi)有注意到充電時(shí)硫酸是生成物。很多時(shí)候我們?cè)谟^察一個(gè)電池的反應(yīng)時(shí)，只注意了主要部分，如氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物等，能寫(xiě)出主要的電極反應(yīng)，卻忽視了一些重要的細(xì)節(jié)，如溶液的酸堿性的變化、某種成分的濃度的變化、電極區(qū)的現(xiàn)象、電子轉(zhuǎn)移的多少、生成氣體的體積等，而這些又往往是高考題的出題點(diǎn)，加強(qiáng)這方面的練習(xí)就能順利解決這些問(wèn)題。

第28頁(yè)/共36頁(yè)【例2】(2009·全國(guó)Ⅰ理綜，28)右圖所示裝置中，甲、乙、丙三個(gè)燒杯依次分別盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100g10.00%的K2SO4溶液，電極均為石墨電極。

(1)接通電源，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，測(cè)得丙中K2SO4濃度為10.47%，乙中c電極質(zhì)量增加。據(jù)此回答問(wèn)題：第29頁(yè)/共36頁(yè)①電源的N端為_(kāi)_______極；②電極b上發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)____________________________________________________________________；③列式計(jì)算電極b上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積：______________________________________________________________________；④電極c的質(zhì)量變化是________g；第30頁(yè)/共36頁(yè)⑤電解前后各溶液的酸、堿性強(qiáng)弱是否發(fā)生變化，簡(jiǎn)述其原因：甲溶液_________________________________________________________________；乙溶液_________________________________________________________________；丙溶液_________________________________________________________________；(2)如果電解過(guò)程中銅全部析出，此時(shí)電解能否繼續(xù)進(jìn)行，為什么？_____________________________________

第31頁(yè)/共36頁(yè)解析：(1)①乙中c電極質(zhì)量增加，說(shuō)明c處發(fā)生的反應(yīng)為：Cu2＋＋2e－===Cu，c電極應(yīng)為陰極，則M為負(fù)極，N為正極。②甲中放的是NaOH溶液，電解時(shí)實(shí)質(zhì)上是電解水，b電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。而要求算出b電極上產(chǎn)生的氣體體積，就必須先根據(jù)丙中K2SO4濃度的變化計(jì)算出轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目。設(shè)丙中電解水的質(zhì)量為xg