2018届一轮复习人教版金属的电化学腐蚀与防护学案(2)

2018届一轮复习人教版金属的电化学腐蚀与防护学案(2)

第六单元　化学反应与能量 第六课时　金属的电化学腐蚀与防护 考纲解读：‎ 了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。‎ 考点一 金属的腐蚀与防护 自主梳理：‎ ‎1．金属腐蚀的两种类型 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟具有腐蚀性的化学物质接触 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.钢铁电化学腐蚀的两种类型 ‎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，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。‎ ‎【深度思考】‎ 判断正误，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(　　)‎ ‎【答案】(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)× (7)√‎ 例1、利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　) ‎ A．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 B．一段时间后，a管液面高于b管液面 C．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎【答案】A ‎【解析】左边是发生吸氧腐蚀，右边发生析氢腐蚀。a处氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，铁失电子生成二价铁离子，氢氧根离子和二价铁离子反应生成氢氧化亚铁沉淀，所以溶液的pH值变化不大，b处氢离子发生还原反应生成氢气，溶液的pH增大，故A错误。‎ ‎【发散类比1】如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4‎ 久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。‎ ‎(1)开始时，生铁发生________腐蚀，负极反应式为_________________。‎ ‎(2)一段时间后，生铁发生______________腐蚀，正极反应式为_________，‎ 具支试管内雨水的pH的变化情况为_______________________，‎ 最后生铁片表面形成红棕色铁锈(Fe2O3·xH2O)，那么后期溶液中发生的反应方程式有_______________、2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O。‎ ‎【答案】(1)析氢　Fe－2e－===Fe2＋ (2)吸氧　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　增大　Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓、4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎【归纳总结】‎ ‎(1)对于活泼金属判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键看介质的酸碱性。酸性介质发生析氢腐蚀，碱性、中性介质发生吸氧腐蚀。‎ ‎(2)对于氢后的不活泼金属只能发生吸氧腐蚀(如Cu)。‎ 例2、如图所示，各烧杯中盛有海水，铁(含杂质C)在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　)‎ A．②①③④⑤⑥　　　　 B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ ‎【答案】C ‎【解析】②③④是原电池，⑤⑥是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序是：电解池的阳极>原电池的负极>原电池的正极>电解池的阴极。‎ ‎【发散类比2】利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是(　　)‎ A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀速率 B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁的保护属于牺牲阳极的阴极保护法 C．若X为碳棒，开关K置于N处，铁的保护属于外接电流的阴极保护法 D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生还原反应 ‎【答案】D ‎【归纳总结】‎ 判断金属腐蚀快慢的方法 ‎(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀的快慢：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。‎ ‎(2)对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。‎ ‎(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。‎ 考点二 电化学计算与“多池”的连接问题分析 例3、如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加‎2.16 g，请回答下列问题：‎ ‎(1)a为电源的________(填“正”或“负”)极，C池是________池。A池阳极的电极反应为__________________，‎ C池阴极的电极反应为_________________________________。‎ ‎(2)如果B槽中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________。‎ ‎(3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电5 min后，溶液的pH为________。‎ ‎(4)若将CuSO4溶液复原，需加________(填写一种物质)________g。‎ ‎【答案】(1)负　电解　2Cl－－2e－===Cl2↑　Ag＋＋e－===Ag　‎ ‎(2)0.025 mol·L－1　(3)13　(4)Cu(OH)2　0.49‎ ‎【解析】根据已知条件通电5 min后，电极5的质量增加‎2.16 g，说明电极5作阴极，银离子放电，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，转移电子的物质的量为0.02 mol，同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。同时可得a是负极，b是正极，电极1、3、5作阴极，电极2、4、6作阳极。由此可得(1)中答案。‎ ‎(2)B槽中电解总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若转移0.02 mol电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 mol，体积为112 mL(标准状况)<224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x mol，H2O y mol，则有2x＋2y＝0.02，x＋y＝0.01，解得x＝y＝0.005 mol，则c(CuSO4)＝0.025 mol·L－1。‎ ‎(3)由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 mol，则c(NaOH)＝＝0.1 mol·L－1，即溶液的pH＝13。‎ ‎(4)根据计算，电解分两个过程，第一过程电解CuSO4溶液(复原加CuO)，第二过程电解H2O(复原加H2O)，根据CuO与H2O的物质的量之比为1∶1，加一种物质应为Cu(OH)2。m[Cu(OH)2]＝0.005 mol×‎98 g/mol＝‎0.49 g。‎ ‎【发散类比3】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．溶液浓度仍为1 mol·L－1‎ B．阳极上产生112 mL O2(标准状况)‎ 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 ‎【解析】阴极增重‎2.16 g Ag，转移电子0.02 mol。阳极为Ag，溶液为AgNO3溶液，溶液浓度不变。‎ ‎【归纳总结】电化学的计算 ‎(1)原则：电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。‎ 关键：a.电极名称要区分清楚；b.电极产物要判断准确；c.各产物间量的关系遵循电子得失守恒。‎ ‎(2)方法 注：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。‎ ‎【反思归纳】电解一定量NaCl或CuSO4溶液时，注意电解的程度，当溶液中的Cl－或Cu2＋放电完全后，再电解时相当于电解H2O，故判断复原物质要注意前期与后期减少的物质，确定加什么物质复原。‎ 例4、用固体氧化物作为电解质的氢氧燃料电池电解Na2SO4溶液，已知固体氧化物在高温下允许氧离子(O2－)在其间通过，其工作原理如图所示(c、d均为惰性电极)。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．电路中电子流向为a→d→c→b B．电极b为负极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－‎ C．电解后烧杯中溶液pH增大 D．理论上b极消耗气体和c极生成气体质量相等 ‎【答案】D ‎【解析】在溶液中没有电子的流动，只有离子的流动，A项错误；通入O2的一极(电极b)为电池的正极，发生还原反应，B项错误；惰性电极电解Na2SO4溶液实质上是电解水，溶液的pH不变，C项错误；c极生成O2，根据得失电子守恒可知D项正确。‎ ‎【发散类比4】某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则 (　　)‎ A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ ‎ B．电极Ⅰ的质量减少‎2.7 g时，电极Ⅳ的质量减少‎9.6 g C．c烧杯溶液的pH减小 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu ‎【答案】A ‎【归纳总结】“多池”连接问题的分析 ‎(1)直接判断 非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如下图：A为原电池，B为电解池。‎ ‎(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 ‎①原电池一般是两种不同的金属电极或一种金属电极一个碳棒；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。②原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图：B为原电池，A为电解池。‎ ‎(3)根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图：‎ 若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D 是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。‎