2019高考化學 元素及其化合物 專題6.3 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護精講深剖.doc
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專題6.3 電解池 金屬的電化學腐蝕與防護 1．（2018課標Ⅰ）最近我國科學家設計了一種CO2+H2S協(xié)同轉化裝置，實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示，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+H2O B. 協(xié)同轉化總反應：CO2+H2S＝CO+H2O+S C. 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 D正確。答案選C。 2．（2017課標Ⅱ）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：A3++3e-=Al D．硫酸根離子在電解過程中向陽極移動 【答案】C 3．(2017江蘇)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質)為原料制備鋁的一種工藝流程如下: 注:SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀。 （1）“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_____________________。 （2）向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_________ (填“增大”、“不變”或“減小”)。 （3）“電解Ⅰ”是電解熔融 Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是___________。 （4）“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。 陽極的電極反應式為_____________________，陰極產(chǎn)生的物質A的化學式為____________。 （5）鋁粉在1000℃時可與N2反應制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是_____________________。 【答案】（1）Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O （2）減小 （3）石墨電極被陽極上產(chǎn)生的氧氣氧化 （4）4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑ H2 （5）氯化銨分解產(chǎn)生的氯化氫能夠破壞鋁表面的氧化鋁薄膜 考綱解讀 考點 內容 說明 電解池 1. 理解電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電 極反應和總反應方程式。 2. 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。 電解是高考必考點之一，常以選擇題的形式出現(xiàn) 考點精講 考點一 電解 使電流通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。在此過程中，電能轉化為化學能。 1. 電解池 ⑴ 電解池的構成條件 ① 有與電源相連的兩個電極。 ② 兩個電極插入電解質溶液(或熔融鹽)中。 ③ 形成閉合回路。 ⑵ 電極名稱及電極反應式 以用惰性電極電解CuCl2溶液為例： 總反應方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑。 ⑶ 電解池中電子和離子的移動 ① 電子：從電源負極流出后，流向電解池陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。 ②離子：陽離子移向電解池的陰極，陰離子移向電解池的陽極。 2． 電解產(chǎn)物的判斷及有關反應式的書寫 ⑴ 判斷電解池的陰、陽極 ① 根據(jù)外接電源的正、負極判斷：電源正極連接陽極；電源負極連接陰極。 ② 根據(jù)電極產(chǎn)物判斷：電極溶解、逸出O2(或電極區(qū)變酸性)或逸出Cl2的為陽極；析出金屬、逸出H2(或電極區(qū)變堿性)的為陰極。 ⑵ 分析電解質水溶液的組成 找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。 ⑶ 離子的放電順序 陰極：（陽離子在陰極上的放電順序(得e-)） Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 陽極： ① 是活性電極時：電極本身溶解放電 ② 是惰性電極時：陰離子在陽極上的放電順序（失e-）： S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根離子)>F- ⑷ 寫出兩極電極反應式 ① 陽極：活性電極失去電子生成相應的金屬陽離子；溶液中的陰離子失去電子生成相應的單質或高價態(tài)化合物。 ② 陰極：溶液中的陽離子得到電子生成相應的單質或低價態(tài)化合物。 ⑸ 寫出電解總反應式 在兩極轉移電子數(shù)目相同的前提下，兩極反應式相加即可得總反應的化學方程式或離子方程式。 典例1（2018屆山西省晉城市高三上學期第一次模擬考試）某化學活動小組利用如圖裝置對電化學進行探究，開始兩電極質量相等，下列說法正確的是（ ） A. 若X為銅片，左池發(fā)生吸氧腐蝕作原電池，X在右池的電極反應式為Cu -2e-=Cu2+ B. 若X裝載的是足量飽和KCl溶液浸泡的瓊脂，當外電路通過0.02mol電子時，兩電極的質量差為0.64g C. 若X裝載的是足量飽和KC1洛液浸泡的瓊脂，則X中的K+ 移向左池 D. 若X為鋅片，左池為電池的負極區(qū) 【答案】A 典例2（2017課標Ⅰ）支撐海港碼頭基礎的鋼管柱，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)境條件變化進行調整 【答案】C 【總結提升】 用惰性電極電解電解質溶液規(guī)律總結 1．電解水型 電解質(水溶液) 電極反應式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 含氧酸 (如H2SO4) (如KNO3、Na2SO4) 陽極： 4OH－－4e－=O2↑+2H2O 陰極：4H＋＋4e==2H2↑ 水 2H2O電解O2↑＋2H2↑ 增大 減小 加H2O 強堿(如NaOH) 增大 加H2O 活潑金屬 的含氧酸鹽 不變 加H2O 2. 電解電解質型 電解質(水溶液) 電極方程式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 無氧酸 (如HCl) 除HF外 陽極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： 2H＋＋2e－===H2↑ 酸 2HClCl2↑＋H2↑ 減小 增大 通入HCl氣體 不活潑金屬的無氧酸鹽 (如CuCl2) 除氟化物外 陽極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： Cu2＋＋2e－=Cu 鹽 CuCl2電解Cu＋Cl2↑ 加CuCl2固體 3. 放H2生堿型 電解質 (水溶液) 電極方程式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 活潑金 屬的無 氧酸鹽 (如NaCl) 陽極： 2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極： 2H＋＋2e－===H2↑ 水和鹽 2Cl－＋2H2O Cl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新電解質 增大 通入HCl氣體 4. 放O2生酸型 電解質 (水溶液) 電極方程式 電解物質 總反應式 電解質濃度 溶液pH 溶液復原 不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4) 陽極： 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 陰極： 2Cu2＋＋4 e－===2Cu 水和鹽 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新電解質 減小 加CuO或CuCO3 考點一精練： 1．（2018屆湖北省武漢市高中畢業(yè)生四月調研測試）某鎳冶煉車間排放的漂洗廢水中含有一定濃度的Ni2+和Cl-，圖甲是雙膜三室電沉積法回收廢水中Ni2+的示意圖，圖乙描述的是實驗中陰極液pH與鎳回收率之間的關系。下列說法不正確的是 A. 交換膜b為陰離子交換膜 B. 陽極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+ C. 陰極液pH= 1時，鎳的回收率低主要是有較多H2生成 D. 濃縮室得到1L 0.5 mol/L鹽酸時，陰極回收得到11.8 g鎳 【答案】D 2．（2018屆黑龍江省大慶市高三第二次教學質量檢測）如下圖所示裝置圖，下列敘述不正確的是 A. X 與濾紙接觸處的銅絲發(fā)生反應Cu-2e-=Cu2+ B. 碳棒表面逐漸生成紅色物質 C. 若隔膜左側溶液中始終只有一種溶質，則A離子不能是Cu2+ D. 若濾紙與Y接觸處變紅，則B溶液可以是AgNO3溶液 【答案】D 【解析】根據(jù)圖示，左側為原電池，Zn為負極、C棒為正極；右側為電解池，X是陽極、Y是陰極；X是陽極，陽極反應是Cu-2e-=Cu2+，故A正確；碳棒是原電池正極，電極反應為Cu2++2e-=Cu，碳棒表面逐漸生成紅色物質銅，故B正確；Zn為負極，電極反應是Zn-2e-=Zn2+，若隔膜左側溶液中始終只有一種溶質，則A離子是Zn2+，故C正確；若B溶液是AgNO3溶液，Y電極反應是Ag++e-=Ag，故D錯誤。 3．（2018屆百校聯(lián)盟TOP20四月聯(lián)考全國一卷）一種以可再生物質資源為原料的微生物電化學裝置MEC 的工作原理如圖所示(電極均為情性電極)，下列敘述正確的是（ ） A. 電極b表面發(fā)生氧化反應 B. 電極a應與電源的負極相連 C. MEC左右兩極室均為有氧環(huán)境 D. 利用MEC制氫氣，當消耗1m ol葡萄糖時，理論上可產(chǎn)生12mol氫氣 【答案】D 4．（2018屆山東K12聯(lián)盟高三開年迎春考試）用Na[B(OH)4]溶液可以制備H3BO3,其工作原理如圖，下列敘述不正確的是（ ） A. a極反應式為：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O B. M室發(fā)生的電極反應式為：2H2O-4e-=O2↑+4H+ C. 理論上每生成1mol產(chǎn)品，可消耗標準狀況下5.6L甲烷氣體 D. b膜為陰離子交換膜,產(chǎn)品室發(fā)生反應的化學原理為強酸制弱酸 【答案】C 5．（2018屆天津市部分區(qū)高三質量調查試卷一）工業(yè)上常用隔膜電解法將乙醛轉化為乙醇和乙酸來處理高濃度乙醛廢水。探究性學習小組用如圖所示裝置電解一定濃度的乙醛-Na2SO4溶液，模擬乙醛廢水的處理過程。下列說法正確的是 A. a 為直流電源的負極 B. 陽極的電極反應為:CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+ C. 電解過程中，陰極區(qū)的pH逐漸減小 D. 理論上陽極區(qū)處理廢水的能力是陰極區(qū)的兩倍 【答案】B 【解析】根據(jù)氫離子向右移動，所以b是直流電源的負極，故A錯誤；陽極失電子發(fā)生氧化反應生成乙酸，電極反應為:CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+，故B正確；電解過程中，陰極反應式是CH3CHO+2e-+2H+= CH3CH2OH，pH逐漸增大，故C錯誤；根據(jù)電極反應式，轉移相同電子，消耗乙醛一樣多，所以陽極區(qū)處理廢水的能力與陰極區(qū)相同，故D錯誤。 7．（2018屆山東省天成大聯(lián)考高三理綜）重鉻酸鉀(K2Cr2O7)具有強氧化性，是一種重要的化工原料，廣泛應用于制革、印染、電鍍等工業(yè)。以鉻酸鉀(K2CrO4)和氫氧化鉀為原料，用電化學法制備重鉻酸鉀的實驗裝置如圖所示。已知水溶液中存在平衡：2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。下列說法中正確的是 A. 氣體甲和乙分別為O2和H2 B. 該裝置中陰極區(qū)的pH減小 C. Fe電極反應式4OH--4e-=O2↑+2H2O D. 當鉻酸鉀的轉化率達到80%時，右池中= 【答案】D 8．（2018屆福建省廈門市雙十中學高三第八次能力考試）日前正在研發(fā)的兩種由電化學制取氨的裝置如圖1和圖2所示： 下列說法正確的是 A. 工作時，O2-向X 極移動，H+向Z極移動 B. 兩個電解池的電解總反應方程式完全相同 C. 兩個電解池生成相同量NH3時，電路中流過電子的物質的量相同 D. 隨著反應的進行,兩種電解池中電解質不斷減少，需及時補充電解質 【答案】C 9．（2018屆福建省永春一中、培元、季延、石光中學四校高三上學期第二次聯(lián)考）納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關注，下表為制取Cu2O的兩種方法： 方法a 用炭粉在高溫條件下還原CuO 方法b 電解法，反應為2Cu+H2OCu2O+H2↑ （1）工業(yè)上常用方法b制取Cu2O而很少用方法a，其原因是反應條件不易控制，若控溫不當易生成__而使Cu2O產(chǎn)率降低。 （2）已知： ①2Cu(s)+ O2(g)Cu2O(s) ΔH1=－169 kJmol－1 ②C(s)+ O2(g)CO(g) ΔH2=－110.5 kJmol－1 ③Cu(s)+O2(g)CuO(s) ΔH3=－157 kJmol－1 則方法a中發(fā)生的反應：2CuO(s)＋C(s)= Cu2O(s)＋CO(g)；△H=________。 （3）方法b是用肼燃料電池為電源，通過離子交換膜電解法控制電解液中OH－的濃度來制備納米Cu2O，裝置如圖所示： ①上述裝置中B電極應連_________電極(填“C”或“D”)。 ②該離子交換膜為____離子交換膜(填“陰”或“陽”)，該電解池的陽極反應式為_______。 ③原電池中負極反應式為______________。 （4）在相同體積的恒容密閉容器中，用以上方法制得的兩種Cu2O分別進行催化分解水的實驗：2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) ΔH>0。水蒸氣的濃度隨時間t的變化如下表所示： 序號 溫度/℃c/molL-1t/min 0 10 20 30 40 50 ① T1 0.050 0.049 2 0.048 6 0.048 2 0.048 0 0.048 0 ② T1 0.050 0.048 8 0.048 4 0.048 0 0.048 0 0.048 0 ③ T2 0.10 0.096 0.093 0.090 0.090 0.090 ①催化劑的催化效率:實驗①_______實驗②(填“>”或“<”)。 ②實驗①、②、③的化學平衡常數(shù)K1、K2、K3的大小關系為________。 【答案】Cu +34.5kJmol－1 D 陰 2Cu-2e－+2OH－Cu2O+H2O N2H4-4e－+4OH－N2↑+4H2O < K1=K2
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