2018届一轮复习苏教版电解池、金属的腐蚀与防护学案

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文档介绍

2018届一轮复习苏教版电解池、金属的腐蚀与防护学案

电解池、金属的腐蚀与防护 [2018 备考·最新考纲] 1.理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能写出电极反应和电池反应方程式。 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 (考点层次 B→共研、理解、整合) 1.电解 在电流作用下,电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 提醒:注意电解与电离两概念的联系与区别 联系:电解是在电解质电离的基础上完成的。 区别:电解需外加电源,是化学过程,电离一般在水溶液或熔融状态下完成,为 物理过程。 2.电解池 (1)构成条件 ①有与电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融盐)。 ③形成闭合回路。 (2)电极名称及电极反应式(如图) (3)电子和离子移动方向 ①电子:从电源负极流向电解池的阴极;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。 电子和离子移动方向图示 提醒:正确理解电子不下水(电解质溶液)。 3.电解过程思维程序 (1)首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 (2)再分析电解质水溶液的组成,找全离子并分阴、阳两组。 提醒:不要忘记水溶液中的 H+和 OH-,不要把 H+、OH-误加到熔融电解质中 。 (3)然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极:阳离子放电顺序 Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg 2+>Na+>Ca2 +>K+。 阳极:活泼电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。 提醒:①“活泼电极”一般指 Pt、Au 以外的金属。 ②最常用的放电顺序:阳极:活泼金属>Cl->OH-;阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+> H+。 (4)分析电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要注意遵循原子守恒和电 荷守恒。 (5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。 教材 VS 高考 1.(SJ 选修 4·P221 改编)判断正误 (1)电解池的阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应(√) (2)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(×) (3)电解稀硫酸制 H2、O2 时铜作阳极(×) (4)电解 NaNO3 溶液时,随着电解进行,溶液的 pH 减小(×) 2.(RJ 选修 4·P836 改编)1 L 1 mol·L-1 的 AgNO3 溶液在以银为阳极,铁为阴极的 电解槽中电解,当阴极增重 2.16 g 时,下列判断不正确的是(  ) A.此时溶液呈酸性 B.阳极上产生 112 mL O2 C.转移的电子数是 1.204×1022 D.反应中有 0.02 mol 金属被氧化 答案 B 3.(溯源题)(2016·北京理综,12)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②。 ①a、d 处:2H2O+2e-===H2↑+2OH- ②b 处:2Cl--2e-===Cl2↑ ③c 处发生了反应:Fe-2e-===Fe2+ ④根据实验一的原理,实验二中 m 处能析出铜 探源:本考题源于 SJ 选修 4 P19“图 121 电解氯化铜溶液示意图”演示实验,对 电解正负极的判断;电解和电离的区别,电极方程式的书写以及电解现象等方面 进行考查。 [拓展性题组] 题组一 电解基本原理及规律 1.基础知识判断,正确的打“√”,错误的打“×” (1)任何化学反应都可以设计成电解池反应(×) (2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(√) (3)某些不能自发进行的氧化还原反应,通过电解可以实现(√) (4)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(×) (5)电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的 pH 逐渐增大(×) (6)电解时,电解液中阳离子移向阳极,发生还原反应(×) (7)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的 pH 不变(×) (8)用惰性电极电解 CuSO4 溶液一段时间后,加入 Cu(OH)2 一定能使电解质溶液 恢复到电解前的情况(×) 2.某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中, 下列有关分析完全正确的是(  ) A B C D a 电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d 电极 正极 正极 负极 负极 Q 离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 解析 电子由电源的负极流出,故 a 是阴极、d 是正极,溶液中阳离子移向阴极 。 答案 B 3.下列关于电解 Na2SO4 溶液的叙述正确的是(  ) A.随着电解的进行,溶液的 pH 升高 B.OH-向阳极移动,阳极附近溶液呈碱性 C.SO 2-4 向阳极移动,Na+向阴极移动,分别在对应的电极上析出 D.阴极上 H+得电子被还原成 H2,使阴极附近的溶液呈碱性 解析 电解 Na2SO4 溶液,实质上发生的是 2H2O ===== 电解 2H2↑+ O2↑,电解的 过程中溶液 pH 不变,A 项错;阳极因 4OH- - 4e-===O2↑+2H2O 而破坏附 近水的电离使 c(H+)>c(OH-)呈酸性,B 项错;在阴、阳极上分别是 H+、OH- 放电,C 项错。 答案 D 4.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的 pH 依次为升高、不变、降低的是(  ) A.AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2 B.KCl Na2SO4 CuSO4 C.CaCl2 KOH NaNO3 D.HCl HNO3 K2SO4 解析 由电解电解质溶液的四种类型可知: 类型 化学物质 pH 变化 放 O2 生酸型 CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2 降低 放 H2 生碱型 KCl、CaCl2 升高 CuCl2 升高[来源:学*科*网] 电解电解质型来源:学科网][来源:学科 网 ZXXK][来源:Zxxk.Com][来源:学科网 ZXXK] HCl 升高 NaNO3、Na2SO4、K2SO4 不变 KOH 升高电解 H2O 型 HNO3 降低 答案 B 【归纳总结】 以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 类型 电极反应特点 类别(实例) 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质溶 液复原 强碱(如 NaOH) 水 增大 增大 加水 含氧酸(如 H2SO4) 水 增大 减小 加水 电解 水型 阴:4H++4e- ===2H2 ↑(或 4H2O+4e- === 4OH-+ 2H2↑) 阳:4OH--4e -===2H2O+ O2↑(或 2H2O -4e-===4H+ +O2↑) 活泼金属 的含氧酸 盐(如 Na2SO4、 KNO3) 水 增大 不变 加水 无氧酸(如 HCl),除 HF 外 电解质 减小 增大 通氯化氢 电解 电解 质型 电解质电离出 的阴、阳离子 分别在两极放 电 不活泼金 属的无氧 酸盐(如 CuCl2), 电解质 减小 加氯化铜 放 H2 生碱 型 阴极:H2O 放 H2 生碱 阳极:电解质 阴离子放电 活泼金属 的无氧酸 盐(如 NaCl) 电解质 和水 生成新 电解质 增大 通氯化氢 放 O2 生酸 型 阴极:电解质 阳离子放电 阳极:H2O 放 O2 生酸 不活泼金 属的含氧 酸盐(如 CuSO4) 电解质 和水 生成新 电解质 减小 加氧化铜 或碳酸铜 拓展 根据以上电解规律判断由 H+、K+、Mg2+、Ag+、Cu2+、NO-3 、Cl-、OH-所 组成的电解质溶液中,电解对象为水的电解质的化学式为 HNO3、KNO3、 Mg(NO3)2、KOH,电解质本身放电的为 HCl、CuCl2。 题组二 重点突破:电极方程式的判断与书写 5.下列离子方程式书写正确的是(  ) A.用 Cu 片作阳极电解饱和食盐水 2Cl-+2H2O ===== 电解 Cl2↑+H2↑+2OH- B.用两个铜片作电极电解 AgNO3 溶液: 4Ag++2H2O ===== 电解 Ag+O2↑+4H+ C.用石墨作电极电解 AlCl3 溶液: 2Cl-+2H2O ===== 电解 Cl2↑+H2↑+2OH- D.用石墨作电极电解 CuSO4 溶液 2Cu2++2H2O ===== 电解 2Cu+O2↑+4H+ 解析 A 项,用 Cu 作阳极电解饱和食盐水,Cu 电极本身失电子:Cu-2e-===Cu2 +,阴极 2H2O+2e-===H2↑+2OH-,二者相加得 Cu+2H2O ===== 电解 Cu(OH)2+ H2↑;B 项,铜在阳极失电子,Cu-2e-===Cu2+,阴极为 2Ag++2e-===2Ag, 总电解反应为 Cu+2Ag+ ===== 电解 Cu2++2Ag;C 项,阴极 6H2O+6e-===3H2↑+ 6OH-,阳极 6Cl--6e-===3Cl2↑,得 6Cl-+6H2O ===== 电解 3Cl2↑+3H2↑+6OH -,6Cl-对应 2Al3+,2Al3++6OH-===2Al(OH)3↓,所以离子方程式为:2Al3++ 6Cl-+6H2O ===== 电解 3Cl2↑+3H2↑+2Al(OH)3↓。 答案 D 6.(1)用惰性电极电解 AgNO3 溶液: 阳极反应式____________________________________________________ 阴极反应式____________________________________________________ 总反应离子方程式______________________________________________ (2)用 Al 作电极电解 NaOH 溶液 阳极反应式____________________________________________________ 阴极反应式____________________________________________________ 总反应离子方程式______________________________________________ (3)MnO2 可作超级电容器材料。用惰性电极电解 MnSO4 溶液可制得 MnO2,其阳 极的电极反应式是_____________________________________________。 (4)将烧碱吸收 H2S 后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解 过程中阳极区发生如下反应: S2--2e-===S (n-1)S+S2-===S2-n ①写出电解时阴极的电极反应式:_______________________________。 ②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成 _________________________________________________________________。 答案 (1)4OH--4e-===O2↑+2H2O 4Ag++4e-===4Ag 4Ag++2H2O ― ― →电解 4Ag+O2↑+4H+ (2)2Al-6e-+8OH-===2AlO-2 +4H2O 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-或 6H++ 6e-===3H2↑ 2Al+2OH-+2H2O ― ― →电解 3H2↑+2AlO-2 (3)Mn2++2H2O-2e-===MnO2+4H+ (4)①2H2O+2e-===H2↑+2OH- ②S2-n +2H+===(n-1)S↓+H2S↑ 【反思归纳】 1.做到“三看”,正确书写电极反应式 (1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt 除外)作阳极,金属一定被电解(注 Fe 生成 Fe2 +而不是生成 Fe3+)。 (2)二看介质,介质是否参与电极反应。 (3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的电冶炼。 2.规避“四个”失分点 (1)书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应 方程式时,弱电解质要写成分子式。 (2)要确保两极电子转移数目相同,且注明条件“电解”。 (3)电解水溶液时,应注意放电顺序中 H+、OH-之后的离子一般不参与放电。 (4)当电解池的电极材料为活性电极时,则阳极为电极本身失电子,不能再用电 解规律。 考点二 电解原理的应用 (考点层次 B→共研、理解、整合) 1.电解饱和食盐水 (1)电极反应 阳极反应式:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式:2H++2e-===H2↑(还原反应) (2)总反应方程式 2NaCl+2H2O ===== 电解 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 离子反应方程式:2Cl-+2H2O ===== 电解 2OH-+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。 2.电解精炼铜 3.电镀铜 4.电冶金 利用电解熔融盐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) ===== 电解 2Na+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑ 2Na++2e-===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融) ===== 电解 Mg+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2e-===Mg 冶炼铝 2Al2O3(熔融) ===== 电解 4Al+ 3O2↑ 6O2--12e-===3O2↑ 4Al3++12e-===4Al 教材 VS 高考 1.判断(SJ 选修 4·P271 改编) (1)在镀件上镀铜时镀件作阳极(×) (2)用电解法精炼粗镍时粗镍作阴极(×) (3)用惰性电极电解饱和食盐水时,能使酚酞变红的为电解池的阳极(×) (4)电解熔融氯化钠制钠时不能用铜作阳极(√) 2.(RJ 选修 4·P 834 改编)电解法精炼含有 Fe、Zn、Ag 等杂质的粗铜。下列叙述 正确的是(  ) A.电解时以硫酸铜溶液作电解液,精铜作阳极 B.粗铜与电源负极相连,发生氧化反应 C.阴极上发生的反应是 Cu2++2e-===Cu D.电解后 Fe、Zn、Ag 等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 答案 C 3.(2016·课标全国Ⅰ,11)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 2-4 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。 判断下列叙述是否正确 (1)通电后中间隔室的 SO 2-4 离子向正极迁移,正极区溶液 pH 增大(×) (2)该法在处理含 Na2SO4 废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品(√) (3)负极反应为 2H2O-4e-===O2↑+4H+,负极区溶液 pH 降低(×) (4)当电路中通过 1 mol 电子的电量时,会有 0.5 mol 的 O2 生成(×) 【名师评析】 考点 电化学基础 知识点 电解原理的应用,涉及电解原理、电解液中离子移动方向、电 极方程式的书写、电子转移(守恒)等知识。 能力读解 考查信息运用以及应用所学知识解决实际问题的能力。 难度(区分度) 中等,预测区分度为 0.58。 评价 从多角度考查了电化学基础知识。突出了知识重点,而且考查 了运用信息的能力,但在电解池中,正、负极区的说法与平时 教学不太吻合,给解题带来难度。 学习启示 加强电化学基础教学,提高获取信息的能力,注意引导灵活掌 握知识(如四电极的统一)。 探源:本题源于 SJ 选修 4 P20“交流与讨论”与“观察与思考”及其知识拓展, 对电解原理在废水处理上的应用进行了考查。 [拓展性题组] 题组一 源于教材的电解原理基本应用 1.判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 (1)Cu+H2SO4===CuSO4+H2↑可以设计成电解池,但不能设计成原电池(√) (2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料(×) (3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相 等(×) (4)任何水溶液电解时,必须导致氧化还原反应(√) (5)用铜做阳极、石墨做阴极电解 CuCl2 溶液时,阳极电极反应式为 2Cl --2e- ===Cl2↑(×) (6) 用 惰 性 电 极 电 解 MgCl2 溶 液 所 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为 2Cl - + 2H2O ― ― →电解 Cl2↑+H2↑+2OH-(×) (7)粗铜电解精炼时,若电路中通过 2 mol e-,阳极减少 64 g(×) (8)电镀铜时,Cu2+浓度不变,电解精炼铜时,CuSO4 溶液中 Cu2+浓度降低(√) 2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(   ) A.氯碱工业中,X 电极上反应式是 4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.电解精炼铜时,Z 溶液中的 Cu2+浓度不变 C.在铁片上镀铜时,Y 是纯铜 D.制取金属镁时,Z 是熔融的氯化镁 解析 氯碱工业中阳极是 Cl-放电生成 Cl2;电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极 Cu2+放电析出 Cu,溶液中 Cu2+浓度变小;铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳 极是纯铜。 答案 D 【易错警示】 1.阳离子交换膜(以电解 NaCl 溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴 离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止 H2 和 Cl2 混合爆炸,又能避免 Cl2 和 NaOH 溶液作用生成 NaClO,影响烧碱质量。 2.电解或电镀时,电极质量减少的电极必为金属电极——阳极;电极质量增加 的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。 3.电解精炼铜,粗铜中含有的 Zn、Fe、Ni 等活泼金属失去电子,变成金属阳 离子进入溶液,其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质 溶液中的Cu 2+浓度会逐渐减小。 拓展 氯碱工业中如果去掉离子交换膜,最终所得溶质为 NaClO,写出它的一种用途杀 菌消毒。 题组二 电解原理在工农业生产中的拓展应用 3.(污水处理)(2016·云南二测)某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。 工作示意图如下。下列说法正确的是(  ) A.电极 a 在装置中作正极 B.装置中膜 A 是阳离子交换膜 C.电极 b 的电极反应式是 2NO-3 +10e-+12H+===N2↑+6H2O D.若有机物表示为 C4H8O2,每转移 10 mol 电子,电极 a 上产生 22.4 L CO2(标 准状况) 解析 在电极 a 上,有机物被氧化为 CO2,该电极上发生氧化反应,则电极 a 为 原电池的负极,A 项错误;NO -3 在电极 b 上被还原为无毒气体 N2,则电极 b 为 原电池的正极,其电极反应式为 2NO-3 +10e-+12H+===N2↑+6H2O,C 项正 确;电极 b 上消耗溶液中的阳离子,故海水中的阳离子通过膜 B(阳离子交换膜) 进正极室,而海水中的阴离子透过膜 A(阴离子交换膜)进入负极室,B 项错误; C4H8O2 中的 C 为-1 价,转移 10 mol 电子时,电极 a 上产生 2 mol CO2 气体,D 项错误。 答案 C 4.(物质制备)(1)(2017·重庆一中月考)现代工业生产中常用电解氯化亚铁溶液的 方法制得氯化铁溶液吸收有毒的硫化氢气体。工艺原理如图所示。下列说法中不 正确的是(  ) A.左槽中发生的反应为 2Cl--2e-===Cl2↑ B.右槽中的反应式:2H++2e-===H2↑ C.H+从电解池左槽迁移到右槽 D.FeCl3 溶液可以循环利用 (2)[2014·新课标全国Ⅰ,27(4)]H3PO2 也可用电渗析法制备。 “四室电渗析法 ”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过): ①写出阳极的电极反应式_____________________________________。 ②分析产品室可得到 H3PO2 的原因_____________________________。 ③早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO2 将 “四室电渗析法”中阳极室的稀硫 酸用 H3PO2 稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极 室与产品室 。 其 缺点是产品中混有________杂质。该杂质产生的原因是: ___________________________________________________________________。 解析 (1)根据装置图可知 Fe2+在电解池的左槽中被氧化生成 Fe3+,则左槽是电 解池的阳极,右槽是电解池的阴极。阳极(左槽)的电极反应式为 Fe2+-e-===Fe3 +,A 项错误;阴极(右槽)的电极反应式为 2H++2e-===H2↑,B 项正确;电解 池中 H+从电解池阳极(左槽)迁移到阴极(右槽),C 项正确;反应池中的反应为 2FeCl3+H2S===2FeCl2+2HCl+S↓,故 FeCl3 溶液可循环利用,D 项正确。 (2)①阳极发生氧化反应,由于 OH-的放电性大于 SO2-4 ,则在反应中 OH-失去 电子,电极反应式为 2H2O-4e-===4H++O2↑。 ②阳极室 H2O 放电产生 H+,H+进入产品室,原料室中的 H2PO -2 穿过阴膜扩散 至产品室,两者发生反应:H++H2PO-2 H3PO2。 ③如果撤去阳膜,H2PO -2 或 H3PO2 可能被氧化为 PO3-4 。 答案 (1)A (2)①2H2O-4e-===O2↑+4H+ ②阳极室的 H+穿过阳膜扩散至产品室,原料室的 H2PO -2 穿过阴膜扩散至产品 室,二者反应生成 H3PO2 ③PO3-4  H2PO -2 或 H3PO2 被氧化 题组三 电解过程中的定量计算 5.(2017·雅礼月考)用惰性电极电解 100 mL CuSO4 溶液一段时间后,可以通过添 加 0.1 mol Cu(OH)2 将溶液的量与浓度完全复原,则电解时电路中通过的电子为(   ) A.0.1 mol        B.0.2 mol C.0.4 mol   D.0.8 mol 解析 本题解题关键是通过加入 Cu(OH)2 将溶液完全复原这一信息,确定该电解 过程分为两个过程,分别为电解 CuSO4 溶液和 H2O,可分别进行计算。 根据题意知,通过添加 0.1 mol Cu(OH)2 将溶液的量与浓度完全复原,可知电解 时 Cu2+放电完全,且电解了一部分水。由 0.1 mol Cu(OH)2 可知,电解时阴极产 生了 0.1 mol Cu 和 0.1 mol H2,结合电极反应式知,通过的电子为 0.4 mol。 答案 C 6.500 mL KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO-3 )=0.6 mol·L -1,用石墨作电 极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到 2.24 L 气体(标准状况下),假 定电解后溶液体积仍为 500 mL,下列说法正确的是(  ) A.原混合溶液中 c(K+)为 0.2 mol·L-1 B.上述电解过程中共转移 0.2 mol 电子 C.电解得到的 Cu 的物质的量为 0.05 mol D.电解后溶液中 c(H+)为 0.2 mol·L-1 解析 石墨作电极电解 KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液,阳极反应式为:4OH-- 4e-===2H2O+O 2↑,阴极先后发生两个反应:Cu 2+ +2e -===Cu,2H++2e - ===H2↑。从收集到 O2 为 2.24 L 这个事实可推知上述电解过程中共转移 0.4 mol 电子,而在生成 2.24 L H2 的过程中转移 0.2 mol 电子,所以 Cu2+共得到 0.4 mol- 0.2 mol=0.2 mol 电子,电解前 Cu2+的物质的量和电解得到的 Cu 的物质的量都 为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO-3 ),c(K+)+ c(H+)=c(NO-3 ),不难算出:电解前 c(K+)=0.2 mol·L -1,电解后 c(H+)=0.4 mol·L-1。 答案 A 【思维建模】 突破电化学定量计算的三种方法 实例: 通过 4 mol e-为基准可构建电极产物之间的如下关系式: (M 为金属,x 为其化合价) 考点三 金属的腐蚀与防护 (考点层次 A→自学、识记、辨析) 1.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子,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 金属与接触到的干燥气体(如 O2、Cl2、 SO2 等)或非电解质液体(如石油)等接触 不纯金属或合金跟电解质 溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析: 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 负极 Fe:Fe-2e-===Fe2+电极材料 及反应 正极 C:2H++2e-===H2↑ C: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 提醒:铁锈的成分为:Fe2O3·xH2O,其形成过程还涉及到如下反应: 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3; 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。 3.金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 a.负极:比被保护金属活泼的金属; b.正极:被保护的金属设备。 ②外加电流的阴极保护法——电解原理 a.阴极:被保护的金属设备; b.阳极:惰性金属。 (2)改变金属的内部结构组成,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。 提醒:牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极。 教材 VS 高考 1.判断(SJ 选修 4·P2710 改编) (1)黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿(√) (2)生铁比纯铁容易生锈(√) (3)铁质器件附有铜质配件,在接触处易生铁锈(√) (4)用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈(√) 2.(RJ 选修 4·P 871 改编)钢铁发生吸氧腐蚀时,正极发生反应的电极反应式为(   ) A.Fe-2e-===Fe2+ B.Fe-3e-===Fe3+ C.O2+2H2O+4e-===4OH- D.2H++2e-===H2↑ 答案 C 3.填空(SJ 选修 4·P274 改编) 以下装置中(杯中均盛有海水) Zn 片腐蚀由快到慢的顺序为④③⑥①②⑤。 4.(溯源题)(2015·上海化学,14)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。判断 下列有关说法是否正确 (1)d 为石墨,铁片腐蚀加快(√) (2)d 为石墨,石墨上电极反应为:O2+2H2O+4e-―→4OH-(√) (3)d 为锌块,铁片不易被腐蚀(√) (4)d 为锌块,铁片上电极反应为:2H++2e-―→H2↑(×) 探源:本题源于教材 SJ 选修 4 P24“图 1-28 铁吸氧腐蚀的原理示意图”对金属腐 蚀类型及常见的防腐方法进行了考查。 [诊断性题组] 1.基础知识判断,正确的划“√”,错误的划“×” (1)所有金属纯度越大,越不易被腐蚀(×) (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(×) (3)干燥环境下金属不被腐蚀(×) (4)Al、Fe、Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×) (5)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成 Fe3+(×) (6)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用 (×) (7)外加电流的阴极保护法,构成了电解池;牺牲阳极的阴极保护法构成了原电 池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀(√) 2.图中烧杯中盛的是天然水,铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是(  ) A.⑤>②>①>③>④ B.④>③>②>①>⑤ C.⑤>②>③>④>① D.④>③>⑤>②>① 解析 认真观察装置图,可以观察到:④是电解池装置,Fe 是阳极,铁失去电 子,铁腐蚀最快。②③⑤是原电池装置,在⑤池中 Fe 是正极,被保护,腐蚀最 慢,③池中 Fe 与 Cu 金属活动性相差比②池中 Fe 与 Sn 大,腐蚀速率③>②,① 池中 Fe 是化学腐蚀,相对②中较慢。综上所述,铁被腐蚀的速率由快到慢为 ④>③>②>①>⑤。 答案 B 3 .某同学利用下图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。( 已知 Fe 2 +遇 K3[Fe(CN)6]溶液呈蓝色)。 下列说法不合理的是(  ) A.①区 Cu 电极上产生气泡,Fe 电极附近滴加 K3[Fe(CN)6]溶液后出现蓝色,Fe 被腐蚀 B.②区 Cu 电极附近滴加酚酞后变成红色,F e 电极附近滴加 K3 [Fe(CN)6]溶液 出现蓝色,Fe 被腐蚀 C . ③ 区 Zn 电 极 的 电 极 反 应 式 为 Zn - 2e - ===Zn2 + , Fe 电 极 附 近 滴 加 K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色,Fe 被保护 D.④区 Zn 电极的电极反应式为 2H 2O+2e-===H2↑+2OH-,Fe 电极附近滴 加 K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色,Fe 被腐蚀 解析 ①区发生吸氧腐蚀,Cu 为正极,电极反应式为 O2+2H2O+4e-===4OH- ,Cu 电极上不产生气泡,A 项错误;②区 Cu 为阴极,电极反应式为 2H2O+2e- ===H2↑+2OH-,Cu 电极附近溶液碱性增强,滴加酚酞后变成红色,Fe 为阳极 ,被腐蚀,电极反应式为 Fe-2e-===Fe2+,Fe 电极附近滴加 K3[Fe(CN)6]溶液 出现蓝色,B 项正确;③区 Zn 为负极,电极反应式为 Zn-2e-===Zn2+,Fe 为 正极,得到保护,C 项正确;④区 Zn 为阴极,电极反应式为 2H2O+2e-===H2↑ +2OH-,Fe 作阳极,被腐蚀,电极反应式为 Fe-2e-===Fe2+,Fe 电极附近滴 加 K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色,D 项正确。 答案 A 【反思归纳】 判断金属腐蚀快慢的规律 (1)对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的快慢:电解原理引起的腐蚀>原电池原理 引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。 (2)对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的快慢:强电解质溶液中>弱电解质 溶液中>非电解质溶液中。 (3)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,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。
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