2017高考化学电化学腐蚀讲义无答案

2017高考化学电化学腐蚀讲义无答案

高考化学——电化学腐蚀——讲义 授课主题 电化学腐蚀与防护 教学目的 ‎1、掌握金属的两种电化学腐蚀和防护方法 ‎2、建立电化学计算的思路 ‎3、能够熟练的应用电子得失守恒定律 教学重难点 电极方程式的书写 教学内容 三、本节知识点讲解一（金属的电化学腐蚀与防护）‎ ‎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 金属跟非金属单质直接接触 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 图示 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3)‎ 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe−2e−Fe2+‎ 电极反应 正极 ‎2H++2e−H2↑‎ O2+2H2O+4e−4OH−‎ 总反应式 Fe+2H+Fe2++H2↑‎ ‎2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2‎ 联系 吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成：4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3，2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3−x)H2O。‎ ‎3．金属腐蚀的防护方法 ‎（1）改变金属的内部组织结构 例如把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力。‎ ‎（2）在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，从而使金属制品跟周围物质隔离开来，这是一种普遍采用的防护方法。‎ ‎（3）电化学防护法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 依据 原电池原理 电解原理 原理 形成原电池时，被保护金属作正极(阴极)，不反应受到保护；活泼金属作负极(阳极)，发生反应受到腐蚀，阳极要定期予以更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个极，使被保护金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护 应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌片 保护土壤、海水及水中的金属设备 实例 示意图 ‎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。‎ ‎③牺牲阳极的阴极保护法的实验 按如图所示连接好装置，往Fe电极区滴入2滴黄色K2[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液(已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀：3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓)，可以看到电压表指针发生偏转，Fe电极上有气泡产生，没有蓝色沉淀生成，说明溶液中不含Fe2＋，Fe受到保护。‎ ‎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：惰性金属或石墨。‎ 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，腐蚀速率越快。‎ ‎(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。‎ 两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。‎ 例题解析 ‎1、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为 A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ ‎2、利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护，下列说法不正确的是 A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁电极的反应：Fe−2e− Fe2+‎ C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀 D．若X为碳棒，开关K置于N处，铁电极的反应：2H++2e−H2↑‎ ‎3、利用如图装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法正确的是 A．左管中O2得到电子，右管中H+得到电子 B．一段时间后，左管液面低于右管液面 C．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe−3e− Fe3+‎ D．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 ‎4、铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如图所示。下列说法不正确的是 A．因铁的金属性比铜强，所以铁铆钉被氧化而腐蚀 B．若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率变小 C．铜极上的反应是2H++2e− H2↑、O2+4e−+4H+2H2O D．在金属表面涂一层油脂，能防止铁铆钉被腐蚀 巩固练习 ‎1、[2019江苏][双选]下列说法正确的是 A．反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH < 0，ΔS >0 ‎ B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀 ‎ C．常温下，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10−12，pH=10的含Mg2+溶液中，c(Mg2+)≤5.6×10−4 mol·L−1‎ D．常温常压下，锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2，反应中转移的电子数为6.02×1023‎ ‎2、[2019新课标Ⅰ]支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 ‎ ‎ A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 ‎3、[2019上海]研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是 A．d为石墨，铁片腐蚀加快 B．d为石墨，石墨上电极反应为：O2 + 2H2O + 4e → 4OH–‎ C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应为：2H+ + 2e → H2↑‎ ‎4、用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是 选项 连接 电极材料 分析 a b A K1K2‎ 石墨 铁 模拟铁的吸氧腐蚀 B K1K2‎ 锌 铁 模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法 C K1K3‎ 石墨 铁 模拟电解饱和食盐水 D K1K3‎ 铁 石墨 模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法 本节知识点讲解二（电化学计算）‎ ‎1．计算类型 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。‎ ‎2．三种方法 ‎(1)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。‎ ‎(2)根据电子守恒计算 ‎①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。‎ ‎②用于混合溶液中电解的分阶段计算。‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：‎ ‎4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～4Ag～M ‎　　　阳极产物　　　　　　阴极产物 ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。‎ 提示　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。‎ 例题解析 ‎【例题1】两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为(　　)‎ A．27 mg B．54 mg C．106 mg D．216 mg ‎【例题2】500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝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 巩固练习 ‎【练习1】将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)‎ A．4×10－3 mol·L－1 B．2×10－3 mol·L－1‎ C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1‎ ‎【练习2】用石墨作电极电解1 000 mL 0.1 mol·L－1 AgNO3溶液，通电一段时间后关闭电源，测得溶液的质量减少了13.4 g。下列有关叙述正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值) (　　)‎ A．电解过程中流经外电路的电子数目为0.1NA B．在标准状况下，两极共产生3.92 L气体 C．电解后溶液的pH为2(假设溶液体积不变)‎ D．加入13.8 g Ag2CO3可将溶液彻底复原 ‎【练习3】甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。‎ 下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。‎ ‎(1)甲中负极的电极反应式为________________。‎ ‎(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为______。‎ ‎(3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如右图，则图中②线表示的是________的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________ mL 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。‎ 当堂检测 ‎ ‎1、南开大学化学学院教授陈军团队在2019年研究出一种“可充室温Na-二氧化碳电池”，该电池放电时的工作示意图如图所示，下列说法错误的是 A.负极的电极反应式为Na-e-Na+‎ B.放电时，电解液中Na+向多壁碳纳米管电极移动 C.若非水溶液换成水溶液，则两种电池的总反应不一样 D.充电时，多壁碳纳米管电极的电极反应式为4Na++ 4e-+3CO22Na2CO3+C ‎2、锂锰电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+ 通过电解质迁移入MnO2晶格中生成LiMnO2。下列说法错误的是 A.Li为电池的负极 B.电池正极反应式为MnO2+e-+Li+LiMnO2‎ C.放电过程中Li+在有机溶剂中的浓度不变 D.若将混合有机溶剂换成水，放电效果会更好 ‎3、直接氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。未加入氨硼烷之前，两极室质量相等，电池反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O。已知两极室中电解质足量，下列说法正确的是 A.正极的电极反应式为2H++2e-H2↑‎ B.电池工作时，H+通过质子交换膜向负极移动 C.电池工作时，正、负极分别放出H2和NH3‎ D.工作一段时间后，若左右两极室质量差为1.9 g，则电路中转移0.6 mol电子 ‎4、为了探究电化学原理，某学习小组设计如图装置。下列说法正确的是 A.若断开K2，接通K1，则铁极的电极反应式为Fe-3Fe3+‎ B.若断开K1，接通K2，则可用带火星的木条放在石墨极导管口处检验产生的气体 C.若断开K1，接通K2，则在U形管底部可能产生白色沉淀 D.若断开K2，接通K1，则石墨极的电极反应式为O2+4+2H2O4O ‎5、常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I ‎)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。下列说法错误的是 A.0~t1时，原电池的负极是Al片 B.0~t1时，正极的电极反应式是+2H++e- NO2↑+H2O C.t1后，原电池的正、负极发生互变 D.t1后，正极上每得到0.3 mol电子，则负极质量减少2.7 g ‎6、金属燃料电池是一类特殊的燃料电池，具有成本低、无毒无污染、比功率高等优点，Al燃料电池的基本结构如图所示。下列说法正确的是 A.电池工作时，铝离子向负极移动，氢氧根离子向正极移动 B.金属铝在正极失去电子被氧化为铝离子 C.正极反应式为O2+4e-+2H2O4OH-‎ D.为提高电池效率，可以用浓硫酸作电解液 ‎7、用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是 A.电解的最后阶段为电解水 B.阳极先逸出氯气后逸出氧气 C.阴极逸出氢气 D.电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7‎ ‎8、以甲醇为主要原料，电化学合成碳酸二甲酯工作原理如下图所示。‎ 电源负极为________（填“A”或“B“），写出阳极的电极反应式_______________。 若参加反应的O2为 1.12m 3（标准状况），则制得碳酸二甲酯的质量为___________kg。‎ 9、 以镁、石墨为电极，以次氯酸钠溶液为电解质溶液可以构成一次性电池，如图所示。电池反应为 Mg+NaClO+H2OMg(OH)2+NaCl，则负极的电极反应式为　　　　　　　　；放电过程中，ClO—向　　 (填“镁”或“石墨”)极迁移。‎ ‎ 家庭作业 ‎1、近日,我国科学家研发的比传统锌锰电池能量更高的铝锰电池已取得突破性进展.铝锰电池以氯化钠和稀氨水混合溶液为电解质,铝和二氧化锰一石墨为两极,其电池反应为═下列有关该电池放电时的说法不正确的是(    ) A. 二氧化锰一石墨为电池正极 B. 负极反应式为═ C. 不断由负极向正极移动 D. 每生成 转移1 mol电子 ‎2、某潜航器使用新型镁-过氧化氢燃料电池系统，其工作原理如图所示。以下说法中错误的是（）‎ A.当电路中有2mol电子转移时，镁电极的质量减轻24g B.电池工作时，正极上有H2生成 C.工作过程中溶液的pH会增大 D.电池正极的反应式为H2O2+2e-+2H+=2H2O ‎3、二甲醚汽车发动机具有显著的节能减排效果，其核心为燃料电池，该电池工作的原理示意图如图所示．下列有关说法错误的是（　　）‎ A. 负极上的电极反应式CH3OCH3-12e-+3H2O═2CO2+12H+‎ B. 工作过程中，H+移向正极 C. 每消耗0.5molO2就有2mole-通过离子交换膜 D. 电池总反应为2C2H6O═4CO2+6H2O ‎4、电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。‎ 已知：‎ 下列说法不正确的是（  ）。‎ A: 右侧发生的电极方程式：‎ B: 电解结束时，右侧溶液中含有 C: 电解槽内发生反应的总化学方程式 D: 如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学方程式不变 ‎5、厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理,同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子, 表示乳 酸根离子).下列有关说法中正确的是(    )‎ A. 交换膜Ⅰ为阴离子交换膜,从浓缩室通过向阳极移动 A. 交换膜Ⅱ为阴离子交换膜,从浓缩室通过向阴极移动 B. 阳极的电极反应式为═↑‎ C. ‎•乳酸溶液通电一段时间后,浓度上升到•,则阴极上产生的在标 准状况下的体积为 ‎6、用电解法可制备Cu 2 O。原理如图所示。‎ ‎(1)电极反应式分别为:阳极 　　　　　　　 ,阴极 　　　　　　　 。电解过程中石墨电极附近溶液的pH 　　　　　　　 (填“增大”、“不变”、“减小”或“无法确定”)。‎ ‎(2)假设将电解质溶液换成硫酸,仍能制得Cu 2 O,则阳极上的电极反应式为　　　　　　　 ,电解一段时间后,整个电解质溶液的pH 　　　　　　　 (填“增大”、“不变”、“减小”或“无法确定”)。‎ ‎(3)在上述两种情况下,若制得等量的Cu 2 O,则电路中通过的电子数之比为　　　　　　　 。‎