2022高考化學大一輪復習講義第6章第31講　電解池　金屬的電化學腐蝕與防護

第31講電解池金屬的電化學腐蝕與防護復習目標1.理解電解池的構(gòu)成、工作原理及應用，能書寫電極反應式和總反應方程式。2.了解電解原理在氯堿工業(yè)、精煉銅、電鍍、電冶金等方面的應用；認識電解在實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲存能量中的具體應用。3.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一電解的原理1．電解原理(1)概念①電解使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。②電解池把電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W能的裝置，也叫電解槽。(2)電解池構(gòu)成的條件①與電源相連的兩個電極：與電源正極相連的電極是陽極，在陽極上發(fā)生氧化反應；與電源負極相連的電極是陰極，在陰極上發(fā)生還原反應。②電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))。③形成閉合回路。(3)電解池的工作原理①電極名稱和電極反應式總反應方程式：CuCl2eq\o(=,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑。②電子流向和離子移動方向?qū)Ь€上(外電路)電子從電源的負極流出，經(jīng)導線流向電解池的陰極。電解池的陽極上產(chǎn)生的電子經(jīng)導線流入電源的正極。溶液中(內(nèi)電路)陰離子移向陽極，陽離子移向陰極。2．電解規(guī)律(1)陽極產(chǎn)物的判斷①活性電極(除Au、Pt以外的金屬材料作電極)，電極材料失電子，生成金屬陽離子。②惰性電極(Pt、Au、石墨)，要依據(jù)陰離子的放電順序加以判斷。陰離子的放電順序：活潑電極＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子。S2－、I－、Br－、Cl－放電，產(chǎn)物分別是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放電，則得到H2O和O2。(2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子放電順序進行判斷。陽離子放電順序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。①若金屬陽離子(Fe3＋除外)放電，則得到相應金屬單質(zhì)；若H＋放電，則得到H2。②放電順序本質(zhì)遵循氧化還原反應的優(yōu)先規(guī)律，即得(失)電子能力強的離子先放電。3．惰性電極電解電解質(zhì)溶液的產(chǎn)物判斷(圖示)4．電解后電解質(zhì)溶液的復原需加適量的某物質(zhì)，該物質(zhì)可以是陰極與陽極產(chǎn)物的化合物。例如惰性電極電解CuSO4溶液，要恢復原溶液的濃度，可向電解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因為Cu(OH)2與生成的H2SO4反應后使水量增加。使電解后的溶液恢復原狀的方法：先讓析出的產(chǎn)物(氣體或沉淀)恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl氣體(不能加鹽酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固體(不能加AgOH)；③CuCl2溶液：加CuCl2固體；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。(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(×)錯因：Cl2在陽極生成。(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(×)錯因：電解鹽酸，pH變大；電解硫酸溶液，實際是電解水，pH變小。(4)用Cu作電極電解鹽酸可發(fā)生Cu＋2H＋eq\o(=,\s\up7(電解))Cu2＋＋H2↑(√)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。電解反應式為陽極：Cu－2e－=－=eq\o(=,\s\up7(電解))Cu2＋＋H2↑。題組一電解規(guī)律及電極產(chǎn)物的判斷1．(2020·天津市實驗中學高三模擬)以石墨為電極，電解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列說法錯誤的是()A．陰極附近溶液呈紅色 B．陰極逸出氣體C．陽極附近溶液呈藍色 D．溶液的pH變小答案D解析以石墨為電極，電解KI溶液，發(fā)生的反應為2KI＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2KOH＋H2↑＋I2(類似于電解飽和食鹽水)，陰極產(chǎn)物是H2和KOH，陽極產(chǎn)物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以陽極附近的溶液會變藍(淀粉遇碘變藍)，陰極附近的溶液會變紅(溶液呈堿性)，A、B、C正確；由于電解產(chǎn)物有KOH生成，所以溶液的pH逐漸增大，D錯誤。2．用惰性電極電解下列各組中的三種電解質(zhì)溶液，在電解的過程中，溶液的pH依次為升高、不變、降低的是()A．AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B．KClNa2SO4CuSO4C．CaCl2KOHNaNO3D．HClHNO3K2SO4答案B解析AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液隨電解的進行，有酸產(chǎn)生，溶液pH降低；KCl、CaCl2溶液隨電解的進行，有堿產(chǎn)生，溶液pH升高；CuCl2、HCl電解電解質(zhì)本身，溶液中CuCl2、HCl減少，對應的H＋減少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相當于電解H2O，電解質(zhì)濃度增大，對應的堿溶液堿性更強，酸溶液酸性更強。3．(2020·鄭州一中月考)用石墨作電極電解溶有物質(zhì)的量之比為3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根據(jù)反應產(chǎn)物，電解可明顯分為三個階段，下列敘述不正確的是()A．電解的最后階段為電解水B．陽極先逸出氯氣后逸出氧氣C．陰極逸出氫氣D．電解過程中溶液的pH不斷增大，最后pH為7答案D解析根據(jù)離子放電順序可知，電解此混合溶液時，在陽極，陰離子放電的先后順序為Cl－、OH－、SOeq\o\al(2－,4)，在陰極，H＋放電，所以整個電解過程分三個階段：電解HCl溶液、電解NaCl溶液、電解H2O，最后溶液呈堿性，D錯誤。題組二電極反應式的書寫與判斷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：_____________________________________________________________。(3)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜陽極反應式：__________________________________________________________________；陰極反應式：____________________________________________________________________；總反應方程式：_________________________________________________________________。答案(1)2Cl－－2e－=Cl2↑Mg2＋＋2H2O＋2e－=H2↑＋Mg(OH)2↓Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(2)2Al－6e－＋8OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－=3H2↑)2Al＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(電解))2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑(3)2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－=3H2↑2Al＋3H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))Al2O3＋3H2↑5．整合有效信息書寫電極反應式，按要求填空：(1)利用電化學原理，用惰性電極電解飽和NaHSO4溶液可以制備過硫酸鈉Na2S2O8。已知在陽極放電的離子主要為HSOeq\o\al(－,4)，則陽極反應式為_____________________________________。(2)電化學干法氧化法脫除H2S的原理如圖所示。陽極發(fā)生的電極反應為________________；陰極上COS發(fā)生的電極反應為___________________________________________________。答案(1)2HSOeq\o\al(－,4)－2e－=S2Oeq\o\al(2－,8)＋2H＋(2)2S2－－4e－=S2COS＋2e－=S2－＋CO1．分析電解過程的思維程序2．解答電解問題的注意事項(1)書寫電解池的電極反應式時，可以用實際放電的離子表示，但書寫電解池的總反應時，H2O要寫成分子式。如用惰性電極電解食鹽水時，陰極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，總反應式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(2)陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。(3)電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬?？键c二電解原理的應用1．氯堿工業(yè)(1)電極反應陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑(反應類型：氧化反應)；陰極：2H＋＋2e－=H2↑(反應類型：還原反應)。檢驗陽極產(chǎn)物的方法是用濕潤的KI-淀粉試紙靠近陽極，若試紙變藍，證明生成了Cl2。電解時向食鹽水中滴加酚酞，陰極附近溶液變紅，說明該電極附近產(chǎn)生的物質(zhì)為NaOH。(2)電解方程式化學方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(3)陽離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖①陽離子交換膜的作用阻止OH－進入陽極室與Cl2發(fā)生副反應：2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O，阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸。②a、b、c、d加入或取出的物質(zhì)分別是飽和食鹽水、稀NaOH溶液、稀食鹽水、濃NaOH溶液；X、Y分別為Cl2、H2。2．電鍍應用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的方法。實例——電鍍銅陽極(銅片)：Cu－2e－=Cu2＋；陰極(待鍍鐵件)：Cu2＋＋2e－=Cu。3．電冶金(1)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電極反應式陽極：Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Ni－2e－=Ni2＋、Cu－2e－=Cu2＋；陰極：Cu2＋＋2e－=Cu。④陽極泥的形成粗銅中不活潑的雜質(zhì)(金屬活動性順序中位于銅之后的銀、金等)在陽極難以失去電子，當陽極上的銅失去電子變成離子之后，它們以金屬單質(zhì)的形式沉積于電解槽的底部，成為陽極泥。(2)利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等?？偡匠淌疥枠O、陰極反應式冶煉鈉2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑、2Na＋＋2e－=2Na冶煉鎂MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))Mg＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑、Mg2＋＋2e－=Mg冶煉鋁2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑6O2－－12e－=3O2↑、4Al3＋＋12e－=4Al(1)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料(×)錯因：金屬材料Pt和Au都是惰性電極，兩極都可用，陰極也可用活潑金屬電極。(2)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應連接電源的正極(×)錯因：鍍件應連接電源的負極，作電解池的陰極。(3)根據(jù)得失電子守恒可知電解精煉銅時，陽極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等(×)錯因：陽極溶解的金屬還有Zn、Ni、Fe等。(4)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液中c(Cu2＋)均保持不變(×)錯因：電鍍銅時c(Cu2＋)保持不變，電解精煉銅時c(Cu2＋)減小。(5)電解冶煉鎂、鋁通常電解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以電解熔融的MgO和AlCl3(×)錯因：MgO熔點高，熔融需要能量高；AlCl3是共價化合物，熔融時不導電。工業(yè)電解氧化鋁制取金屬鋁時，常加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是________。電解過程中還需不斷補充陽極(石墨)，其原因是_________________________________________________。答案降低熔化溫度陽極生成的氧氣與石墨電極發(fā)生了反應題組一氯堿工業(yè)1．用石墨作電極，電解盛放在U形管的飽和NaCl溶液(滴有酚酞)，如圖，下列敘述正確的是()A．通電后，NaCl才能發(fā)生電離B．通電一段時間后，陽極附近溶液先變紅C．當陽極生成0.1mol氣體時，整個電路中轉(zhuǎn)移了0.1mole－D．電解飽和食鹽水的總反應式為2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑答案D解析NaCl為強電解質(zhì)，無論是否通電，在溶液中都發(fā)生電離，A錯誤；陽極生成氯氣，陰極生成NaOH，則陰極附近溶液先變紅，B錯誤；陽極發(fā)生氧化反應，電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，生成0.1mol氯氣時，轉(zhuǎn)移電子為0.2mol，C錯誤；電解飽和食鹽水，陽極生成氯氣，陰極生成氫氣和氫氧化鈉，總反應式為2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，D正確。2．如圖為電解飽和食鹽水裝置，下列有關(guān)說法不正確的是()A．左側(cè)電極上發(fā)生氧化反應B．右側(cè)生成的氣體能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{C．電解一段時間后，B口排出NaOH溶液D．電解飽和食鹽水的離子方程式：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑答案B3．(2020·山東德州模擬)高氯酸在化工生產(chǎn)中有廣泛應用，工業(yè)上以NaClO4為原料制備高氯酸的原理如圖所示。下列說法正確的是()A．上述裝置中，f極為光伏電池的正極B．陰極反應式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑C．d處得到較濃的NaOH溶液，c處得到HClO4D．若轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上生成100.5gHClO4答案C解析電解時，Na＋移向陰極區(qū)，則f為電源負極，A項錯誤；電解時，陽極反應式為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，Na＋移向陰極區(qū)，陽極區(qū)溶液逐漸由NaClO4轉(zhuǎn)化為HClO4；陰極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陰極區(qū)產(chǎn)生NaOH，B項錯誤、C項正確；根據(jù)得失電子守恒，若轉(zhuǎn)移2mol電子，理論上生成201gHClO4，D項錯誤。題組二電鍍4．(2020·廣東六校聯(lián)考)下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯誤的是()答案C解析A項，鋅比銅活潑，鋅作負極，銅作正極，連接正確；B項，電解精煉銅，粗銅作陽極，純銅作陰極，連接正確；C項，電鍍時，鍍件作陰極，鍍層金屬作陽極，連接錯誤；D項，電解氯化銅溶液，銅作陰極，石墨作陽極，連接正確。5．用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜，電解質(zhì)溶液一般為H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是()A．待加工鋁質(zhì)工件為陽極B．可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極C．陰極的電極反應式為Al3＋＋3e－=AlD．硫酸根離子在電解過程中向陽極移動答案C解析A項，根據(jù)電解原理可知，Al要形成氧化膜，化合價升高失電子，因此鋁為陽極，正確；B項，陰極僅作導體，可選用不銹鋼網(wǎng)，且不銹鋼網(wǎng)接觸面積大，能增加電解效率，正確；C項，陰極應為氫離子得電子生成氫氣，錯誤；D項，電解時，陰離子移向陽極，正確。題組三電冶金6．(2020·云南師范大學附屬中學高三月考)如圖是利用陽離子交換膜和過濾膜制備高純度的Cu的裝置示意圖，下列有關(guān)敘述不正確的是()A．電極A是粗銅，電極B是純銅B．電路中通過1mol電子，生成32g銅C．溶液中SOeq\o\al(2－,4)向電極A遷移D．膜B是過濾膜，阻止陽極泥及雜質(zhì)進入陰極區(qū)答案D解析精煉銅時，粗銅作陽極，純銅作陰極，根據(jù)電解原理，電極A為粗銅，電極B為純銅，A項正確；陰極反應式為Cu2＋＋2e－=Cu，當電路中通過1mol電子時，生成0.5molCu，即生成32gCu，B項正確；根據(jù)電解原理，SOeq\o\al(2－,4)向陽極移動，C項正確；膜A為過濾膜，阻止陽極泥及雜質(zhì)進入陰極區(qū)，膜B為陽離子交換膜，D項錯誤。7．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Pt答案D＞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。8．1807年化學家戴維電解熔融氫氧化鈉制得鈉：4NaOH(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解),\s\do5(1100℃))O2↑＋4Na↑＋2H2O；后來蓋·呂薩克用鐵與熔融氫氧化鈉作用也制得鈉：3Fe＋4NaOH=Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有關(guān)說法正確的是()A．戴維法制鈉，陽極的電極反應式為Na＋＋e－=Na↑B．蓋·呂薩克法制鈉原理是利用鐵的金屬性比鈉的強C．若用戴維法與蓋·呂薩克法制得等量的鈉，兩方法轉(zhuǎn)移電子總數(shù)相等D．還可以用電解熔融氯化鈉法制鈉答案D解析A項，陽極應發(fā)生氧化反應；B項，蓋·呂薩克法制鈉原理是根據(jù)鈉的沸點較低、易從反應混合物中分離出來，從而使化學平衡正向移動；C項，根據(jù)反應方程式可知，用戴維法制取金屬鈉，每產(chǎn)生4mol鈉轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是4mol，而用蓋·呂薩克法制得4mol鈉轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是8mol，因此制取等量的金屬鈉，轉(zhuǎn)移電子總數(shù)不相等；D項，由于NaCl是離子化合物，可用電解熔融氯化鈉的方法制金屬鈉。考點三金屬的腐蝕與防護1．金屬的腐蝕(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)金屬腐蝕的類型①化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬與接觸到的物質(zhì)直接發(fā)生化學反應不純的金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應本質(zhì)M－ne－=Mn＋M－ne－=Mn＋現(xiàn)象金屬被腐蝕較活潑金屬被腐蝕區(qū)別無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生聯(lián)系電化學腐蝕比化學腐蝕普遍得多，腐蝕速率更快，危害也更嚴重②析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵的腐蝕為例)類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性電極反應負極Fe－2e－=Fe2＋正極2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－總反應式Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍特別提醒鋼鐵暴露在潮濕空氣中主要發(fā)生的是吸氧腐蝕，鐵銹的形成過程中主要發(fā)生的反應為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。2．金屬的防護(1)電化學防護①犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理a．負極：比被保護金屬活潑的金屬；b．正極：被保護的金屬設(shè)備。②外加電流的陰極保護法——電解原理a．陰極：被保護的金屬設(shè)備；b．陽極：惰性電極。(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成防腐的合金等。(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。(1)干燥環(huán)境下，所有金屬都不能被腐蝕(×)錯因：干燥環(huán)境下，金屬可發(fā)生化學腐蝕。(2)在潮濕空氣中，鋼鐵表面形成水膜，金屬發(fā)生的一定是吸氧腐蝕(×)錯因：水膜酸性較強時，鋼鐵發(fā)生析氫腐蝕。(3)銅在酸性環(huán)境下，不易發(fā)生析氫腐蝕(√)(4)在船體外嵌入鋅塊，可以減緩船體的腐蝕，屬于犧牲陰極的保護法(×)錯因：應該是犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理。(5)外加電流的陰極保護法是將被保護金屬接在直流電源的正極(×)錯因：外加電流的陰極保護法中，被保護金屬應接電源的負極。題組一金屬腐蝕的類型1．(2019·江蘇，10)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關(guān)該實驗的說法正確的是()A．鐵被氧化的電極反應式為Fe－3e－=Fe3＋B．鐵腐蝕過程中化學能全部轉(zhuǎn)化為電能C．活性炭的存在會加速鐵的腐蝕D．以水代替NaCl溶液，鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕答案C解析D項，用水代替NaCl溶液，F(xiàn)e和炭也可以構(gòu)成原電池，F(xiàn)e失去電子，空氣中的O2得到電子，鐵發(fā)生吸氧腐蝕，錯誤。2．利用如圖裝置進行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是()A．a(chǎn)處發(fā)生吸氧腐蝕，b處發(fā)生析氫腐蝕B．一段時間后，a處液面高于b處液面C．a(chǎn)處的溶液pH增大，b處的溶液pH減小D．a(chǎn)、b兩處具有相同的電極反應式：Fe－2e－=Fe2＋答案C3．實驗探究(如圖所示)：(1)若棉團浸有NH4HSO4溶液，鐵釘發(fā)生________腐蝕，正極反應式為___________________，右試管中的現(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______________________，右試管中的現(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)液面上升題組二金屬腐蝕的防護方法4．支撐海港碼頭基礎(chǔ)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(guān)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)整答案C解析鋼管樁接電源的負極，高硅鑄鐵接電源的正極，通電后，外電路中的電子從高硅鑄鐵(陽極)流向正極，從負極流向鋼管樁(陰極)，A、B正確；題給信息高硅鑄鐵為“惰性輔助陽極”不損耗，C錯誤。5．(2020·懷化高三月考)利用下圖裝置可以模擬鐵的電化學防護。下列說法錯誤的是()A．若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處，可減緩鐵的腐蝕B．若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處，鐵極發(fā)生氧化反應C．若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，可減緩鐵的腐蝕D．若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，X極發(fā)生氧化反應答案B解析若X為鋅棒，開關(guān)K置于M處時，鋅作負極，鐵作正極被保護，A項正確、B項錯誤；若X為碳棒，開關(guān)K置于N處，鐵連接電源負極作陰極被保護，C項正確；X連接電源正極作陽極發(fā)生氧化反應，D項正確。題組三金屬腐蝕的實驗探究6．(2020·安徽滁州二中、定遠二中等11校聯(lián)考)某小組同學用如圖裝置研究鋼鐵在海水中的腐蝕與防腐(①中鐵片為生鐵)。下列說法正確的是()A．①中只發(fā)生化學腐蝕B．②中只發(fā)生的是析氫腐蝕C．③為犧牲陽極的陰極保護法D．鋼鐵被腐蝕的速率：②＞①＞③答案D解析①中鐵片為生鐵，生鐵表面形成無數(shù)個原電池，發(fā)生電化學腐蝕，A項錯誤；②中電解質(zhì)溶液為海水，發(fā)生的是吸氧腐蝕，B項錯誤；③為電解池裝置，為外加電流的陰極保護法，C項錯誤；①中主要發(fā)生化學腐蝕，②中鐵片為負極發(fā)生吸氧腐蝕，③中鐵片連接外接電源的負極被保護，所以鋼鐵被腐蝕的速率為②>①>③，D項正確。7．(2020·河北衡水中學調(diào)研)一定條件下，某含碳鋼腐蝕情況與溶液pH的關(guān)系如下表：pH2466.5813.514腐蝕快慢較快慢較快主要產(chǎn)物Fe2＋Fe3O4Fe2O3FeOeq\o\al(－,2)下列說法正確的是()A．pH＜4時，發(fā)生析氫腐蝕B．隨pH的升高，含碳鋼的腐蝕速率逐漸加快C．pH為14時，負極反應式為2H2O＋Fe－3e－=FeOeq\o\al(－,2)＋4H＋D．pH為7時，負極反應式為Fe－3e－=Fe3＋，生成的Fe3＋被空氣中的氧氣氧化為Fe2O3答案A解析pH＜4時，鋼鐵腐蝕的主要產(chǎn)物為Fe2＋，此時溶液呈酸性，正極上H＋得電子，生成H2，A正確；由表中信息可知，隨pH的升高，含碳鋼的腐蝕速率先減慢后加快，B錯誤；pH為14時，電解質(zhì)溶液呈堿性，負極反應式為Fe＋4OH－－3e－=FeOeq\o\al(－,2)＋2H2O，C錯誤；pH為7時，負極反應式為Fe－2e－=Fe2＋，生成的二價鐵被氧氣氧化，最終生成Fe2O3，D錯誤。8．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________。答案⑤④②①③⑥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池，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池，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⑤④②①③⑥。金屬腐蝕的一般規(guī)律(1)在同一電解質(zhì)溶液中，金屬腐蝕的速率快慢：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)在原電池中，電解質(zhì)溶液相同時，兩極的活潑性差別越大，負極金屬越易被腐蝕，如Zn－Cu(H2SO4)中的Zn比Zn－Fe(H2SO4)中的Zn腐蝕快。(3)對由相同正、負極構(gòu)成的原電池(如Fe－Cu原電池)①電解質(zhì)的氧化能力越強，負極金屬越易被腐蝕。如：Fe在不同電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率是CuSO4溶液＞稀H2SO4＞NaCl溶液。②電解質(zhì)中起氧化作用的離子相同時，該離子濃度越大，負極金屬腐蝕速率越快。如腐蝕速率：1mol·L－1鹽酸＞0.1mol·L－1鹽酸＞0.1mol·L－1醋酸＞海水(起氧化作用的H＋濃度逐漸減小)。③溶液的導電能力越強，負極金屬越易被腐蝕。如腐蝕速率：海水＞淡水＞酒精。(4)一般情況下不純的金屬或合金在潮濕的空氣中腐蝕的速率遠快于在干燥、隔絕空氣條件下的腐蝕速率。1．(2020·全國卷Ⅱ，12)電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率，從而實現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當通電時，Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍色，對于該變化過程，下列敘述錯誤的是()A．Ag為陽極B．Ag＋由銀電極向變色層遷移C．W元素的化合價升高D．總反應為：WO3＋xAg=AgxWO3答案C解析根據(jù)題給信息，通電時Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag為陽極，失去電子發(fā)生氧化反應，Ag－e－=Ag＋，Ag＋通過固體電解質(zhì)向變色層遷移，總反應為WO3＋xAg=AgxWO3，A、B、D正確；WO3得xe－生成WOeq\o\al(x－,3)，W元素的化合價降低，C錯誤。2．(2020·江蘇，11)將金屬M連接在鋼鐵設(shè)施表面，可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在題圖所示的情境中，下列有關(guān)說法正確的是()A．陰極的電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋B．金屬M的活動性比Fe的活動性弱C．鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護D．鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快答案C解析陰極得電子，A錯誤；金屬M失電子，其活動性應比鐵強，B錯誤；M失去的電子流入鋼鐵設(shè)施表面，因積累大量電子而被保護，C正確；海水中所含電解質(zhì)的濃度遠大于河水中的，因此鋼鐵設(shè)施在海水中被腐蝕的速率快，D錯誤。3．(2018·全國卷Ⅰ，13)最近我國科學家設(shè)計了一種CO2＋H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應為：①EDTA-Fe2＋－e－=EDTA-Fe3＋②2EDTA-Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋該裝置工作時，下列敘述錯誤的是()A．陰極的電極反應：CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2OB．協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應：CO2＋H2S=CO＋H2O＋SC．石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需為酸性答案C解析由題中信息可知，石墨烯電極發(fā)生氧化反應，為電解池的陽極，則ZnO@石墨烯電極為陰極。陽極接電源正極，電勢高，陰極接電源負極，電勢低，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，C項錯誤；由題圖可知，電解時陰極反應式為CO2＋2H＋＋2e－=CO＋H2O，A項正確；將陰、陽兩極反應式合并可得總反應式為CO2＋H2S=CO＋H2O＋S，B項正確；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D項正確。4．[2019·全國卷Ⅲ，28(4)]近年來，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學研究的熱點。在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學家最近采用碳基電極材料設(shè)計了一種新的工藝方案，主要包括電化學過程和化學過程，如圖所示：負極區(qū)發(fā)生的反應有___________________________________(寫反應方程式)。電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，需消耗氧氣____L(標準狀況)。答案Fe3＋＋e－=Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O5.6解析負極區(qū)發(fā)生還原反應Fe3＋＋e－=Fe2＋，生成的二價鐵又被氧氣氧化成三價鐵，發(fā)生反應4Fe2＋＋O2＋4H＋=4Fe3＋＋2H2O，由反應可知電路中轉(zhuǎn)移4mol電子消耗1molO2，則轉(zhuǎn)移1mol電子消耗氧氣eq\f(1,4)mol，其在標準狀況下的體積為eq\f(1,4)mol×22.4L·mol－1＝5.6L。5．[2019·全國卷Ⅱ，27(4)]環(huán)戊二烯()是重要的有機化工原料，廣泛用于農(nóng)藥、橡膠、塑料等生產(chǎn)。環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵[Fe(C5H5)2，結(jié)構(gòu)簡式為]，后者廣泛應用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學制備原理如下圖所示，其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機溶劑)。該電解池的陽極為________，總反應為__________________________。電解制備需要在無水條件下進行，原因為_______________________________。答案Fe電極Fe＋2＋H2↑[或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑]水會阻礙中間物Na的生成，且水會電解生成OH－，進一步與Fe2＋反應生成Fe(OH)2解析結(jié)合圖示電解原理可知，F(xiàn)e電極發(fā)生氧化反應，為陽極；在陰極上有H2生成，故電解時的總反應為Fe＋2＋H2↑或Fe＋2C5H6=Fe(C5H5)2＋H2↑。結(jié)合相關(guān)反應可知，電解制備需在無水條件下進行，否則水會阻礙中間產(chǎn)物Na的生成，水電解生成OH－，OH－會進一步與Fe2＋反應生成Fe(OH)2，從而阻礙二茂鐵的生成。1．用如圖所示裝置(X、Y是直流電源的兩極)分別進行下列各組實驗，則下表中各項所列對應關(guān)系均正確的一項是()選項X極實驗前U形管中液體通電后現(xiàn)象及結(jié)論A正極Na2SO4溶液U形管兩端滴入酚酞后，a管中呈紅色B正極AgNO3溶液b管中電極反應式是4OH－－4e－=O2↑＋2H2OC負極CuCl2溶液b管中有氣體逸出D負極NaOH溶液溶液pH降低答案C解析電解Na2SO4溶液時，陽極上是OH－發(fā)生失電子的氧化反應，即a管中OH－放電，酸性增強，酚酞遇酸不變色，即a管中呈無色，A錯誤；電解AgNO3溶液時，陰極上是Ag＋得電子發(fā)生還原反應，即b管中電極反應是析出金屬Ag的反應，B錯誤；電解CuCl2溶液時，陽極上是Cl－失電子發(fā)生氧化反應，即b管中Cl－放電，產(chǎn)生Cl2，C正確；電解NaOH溶液時，陰極上是H＋放電，陽極上是OH－放電，實際上電解的是水，導致NaOH溶液的濃度增大，堿性增強，pH升高，D錯誤。2．(2019·貴州遵義航天高中月考)關(guān)于圖中裝置說法正確的是()A．裝置中電子移動的方向：負極→Fe→M溶液→石墨→正極B．若M為滴加酚酞的NaCl溶液，通電一段時間后，鐵電極附近溶液顯紅色C．若M為CuSO4溶液，可以實現(xiàn)在石墨上鍍銅D．若將電源反接，M為NaCl溶液，可以用于制備Fe(OH)2并使其較長時間保持白色答案B解析電子不能進入溶液中，A錯誤；由圖可知鐵電極為陰極，水電離出的氫離子在陰極得電子生成氫氣，電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，陰極附近OH－濃度增大，堿性增強，使酚酞溶液變紅，B正確；若M為CuSO4溶液，Cu在鐵電極表面析出，C錯誤；若將電源反接，鐵作陽極，則鐵失電子生成Fe2＋，石墨作陰極，水電離出的氫離子在陰極得到電子生成氫氣，溶液中的OH－濃度增大，F(xiàn)e2＋和OH－反應生成氫氧化亞鐵沉淀，但是溶液中的氧氣能夠?qū)溲趸瘉嗚F氧化為紅褐色的氫氧化鐵沉淀，則氫氧化亞鐵不能較長時間保持白色，D錯誤。3．利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。下列說法正確的是()A．氯堿工業(yè)中，X電極上反應式是4OH－－4e－=2H2O＋O2↑B．電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2＋濃度不變C．在鐵片上鍍銅時，Y是純銅D．制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂答案D解析氯堿工業(yè)中陽極是Cl－放電生成Cl2；電解精煉銅時陽極粗銅溶解，陰極Cu2＋放電析出Cu，但是粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，使得溶液中Cu2＋濃度變??；鐵片上鍍銅時，陰極應該是鐵片，陽極是純銅。4．下列說法正確的是()A．圖①：通電一段時間后，攪拌均勻，溶液的pH增大B．圖②：此裝置可實現(xiàn)銅的精煉C．圖③：鹽橋中的K＋移向FeCl3溶液D．圖④：若觀察到甲燒杯中石墨電極附近先變紅，則乙燒杯中銅電極為陽極答案C解析電解硫酸溶液，實質(zhì)是電解其中的水，電解一段時間后，溶劑水減少，溶液中硫酸濃度增加，整體溶液的pH減小，A錯誤；電解精煉銅時，粗銅應與電源正極相連，純銅與電源負極相連，B錯誤；此原電池中銅電極為負極，石墨電極為正極，陽離子K＋向正極移動，C正確；甲燒杯中石墨電極附近先變紅，說明甲燒杯中石墨電極附近有OH－生成，則此電極為陰極，鐵電極為陽極，所以直流電源M為正極，N為負極，與N負極相連的銅電極為陰極，D錯誤。5．(2020·北京朝陽區(qū)模擬)在不同電壓下，用惰性電極電解飽和NaCl溶液制備少量NaClO，實驗結(jié)果如下：實驗①②③電壓U1U2U3現(xiàn)象a極產(chǎn)生少量氣泡，b極無明顯氣泡a極產(chǎn)生較多氣泡，b極產(chǎn)生少量氣泡a極產(chǎn)生大量氣泡，b極逸出大量黃綠色氣體下列分析不正確的是()A．①②③中，a極均發(fā)生了還原反應B．①②③中均能發(fā)生Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2OC．電解時，OH－由b極向a極移動D．不宜采用實驗③的電壓制備NaClO答案C解析本題考查電解飽和NaCl溶液制備NaClO的原理。實驗①～③中a極是陰極，均發(fā)生還原反應，A正確；實驗①～③中，b極是陽極，電極反應式為2Cl－－2e－=Cl2↑，陰極反應產(chǎn)生NaOH，Cl2與NaOH反應生成NaCl、NaClO和H2O，B正確；電解時，陰離子向陽極移動，則OH－由a極向b極移動，C錯誤；實驗③中產(chǎn)生大量黃綠色氣體，說明電解速率過快，產(chǎn)生的Cl2并未與NaOH反應，故不宜采用該實驗的電壓制備NaClO，D正確。6．我國科學家設(shè)計了二氧化碳的熔鹽捕獲及電化學轉(zhuǎn)化裝置，其示意圖如圖所示。下列說法錯誤的是()A．b為電源的正極B．①②中，捕獲CO2時碳元素的化合價發(fā)生了變化C．a(chǎn)極的電極反應式為2C2Oeq\o\al(2－,5)－4e－=4CO2↑＋O2↑D．上述裝置的總反應式為CO2eq\o(=,\s\up7(電解))C＋O2答案B解析a電極上C2Oeq\o\al(2－,5)轉(zhuǎn)化為O2，失電子，發(fā)生氧化反應2C2Oeq\o\al(2－,5)－4e－=4CO2↑＋O2↑，為電解池的陽極，則b為電源的正極；d電極上COeq\o\al(2－,3)轉(zhuǎn)化為C，得電子，發(fā)生還原反應，為電解池的陰極，則c為電源的負極。根據(jù)題干“熔鹽”和圖中的“O2－”可知，電解質(zhì)中自由移動的陰離子為O2－，陰極反應為COeq\o\al(2－,3)＋4e－=C＋3O2－，①②的反應分別為4CO2＋2O2－=2C2Oeq\o\al(2－,5)、CO2＋O2－=COeq\o\al(2－,3)，故總反應為CO2eq\o(=,\s\up7(電解))C＋O2。7．(2019·南陽高三模擬)某同學進行下列實驗：操作現(xiàn)象取一塊打磨過的生鐵片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食鹽水放置一段時間后，生鐵片上出現(xiàn)如圖所示“斑痕”，其邊緣為紅色，中心區(qū)域為藍色，在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹下列說法不合理的是()A．生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕B．中心區(qū)的電極反應式為Fe－2e－=Fe2＋C．邊緣處的電極反應式為O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．交界處發(fā)生的反應為4Fe2＋＋O2＋10H2O=4Fe(OH)3＋8H＋答案D解析生鐵片邊緣處為紅色，說明生成了OH－，O2＋2H2O＋4e－=4OH－，生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕，故A、C選項合理；根據(jù)實驗現(xiàn)象，中心區(qū)域為藍色，說明生成了Fe2＋(Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]變藍)，F(xiàn)e－2e－=Fe2＋，故B項合理；在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹，是因為生成的氫氧化亞鐵被氧氣氧化成了氫氧化鐵，故D項不合理。8．在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水，放置一段時間后看到鐵片上有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生的總反應化學方程式：2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2進一步被氧氣氧化為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)生還原反應而被腐蝕B．鐵片腐蝕最嚴重區(qū)域應該是生銹最多的區(qū)域C．鐵片腐蝕中負極發(fā)生的電極反應：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)生了電化學腐蝕答案D解析A項，在鐵的吸氧腐蝕過程中，鐵片發(fā)生氧化反應而被腐蝕；B項，鐵片負極腐蝕最嚴重，由于離子的移動，在正極區(qū)域生成鐵銹最多；C項，鐵片腐蝕中負極反應式應為Fe－2e－=Fe2＋。9．電解是最強有力的氧化還原手段，在化工生產(chǎn)中有著重要的應用。請回答下列問題：(1)以銅為陽極，石墨為陰極，用NaCl溶液作電解液進行電解，得到半導體材料Cu2O和一種清潔能源，則陽