2019届一轮复习人教版 电解池金属的电化学腐蚀与防护 学案

2019届一轮复习人教版 电解池金属的电化学腐蚀与防护 学案

基础课3　电解池　金属的电化学腐蚀与防护 明确考纲 理清主干 ‎1.理解电解池的构成、工作原理及应用。‎ ‎2．能写出电极反应式和反应方程式。‎ ‎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 ‎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。‎ ‎2．电解池(也叫电解槽)‎ ‎(1)概念：‎ 电解池是把__电__能转化为__化学__能的装置。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)电极名称及电极反应式(如图)‎ ‎(4)电子和离子的移动方向 ‎3．阴阳两极上离子放电顺序 阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。‎ ‎(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：‎ ‎(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是 特别提醒　一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。如理论上H＋的放电能力大于Fe2＋、Zn2＋，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中c(Fe2＋)或c(Zn2＋)≫c(H＋)，则先在阴极上放电的是Fe2＋或Zn2＋，因此阴极上的主要产物为Fe或Zn；但在水溶液中，Al3＋、Mg2＋、Na＋等是不会在阴极上放电的。‎ ‎4．分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)‎ ‎(1)电解水型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 含氧酸 ‎(如H2SO4)‎ 阳极：__4OH－－4e－===O2↑＋2H2O__‎ 阴极：__4H＋＋4e－===2H2↑__‎ H2O ‎__2H2OO2↑＋2H2↑__‎ 增大 减小 加 ‎__H2O__‎ 强碱 ‎(如NaOH)‎ 增大 加 ‎__H2O__‎ 活泼金属的 不变 加 含氧酸盐 ‎(如KNO3、‎ Na2SO4)‎ ‎__H2O__‎ 电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。‎ 提示：不一定，如用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，一段时间后会析出Na2SO4·10H2O晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。‎ ‎(2)电解电解质型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 无氧酸(如HCl)，除HF外 阳极：__2Cl－－2e－===Cl2↑__‎ 阴极：__2H＋＋2e－===H2↑__‎ 酸 ‎2HCl H2↑＋‎ Cl2↑‎ 减小 增大 通入 HCl 气体 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外 阳极：__2Cl－－2e－===Cl2↑__‎ 阴极：__Cu2＋＋2e－===Cu__‎ 盐 CuCl2‎ Cu＋‎ Cl2↑‎ 加 ‎__CuCl2__‎ 固体 ‎(3)放H2生碱型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总离子 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属的 无氧酸盐 ‎(如NaCl)‎ 阳极：__2Cl－－2e－===Cl2↑__‎ 阴极：__2H＋＋2e－===H2↑__‎ 水 和 盐 ‎2Cl－＋‎ ‎2H2O Cl2↑＋‎ H2↑＋‎ ‎2OH－‎ 生成新 电解质 增大 通入 HCl 气体 要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？‎ 提示：不可以，电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。‎ ‎(4)放O2生酸型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总离子 方程式 电解 质浓 度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)‎ 阳极：__4OH－－4e－===2H2O＋O2↑__‎ 阴极：__2Cu2＋＋4e－===2Cu__‎ 水 和 盐 ‎__2Cu2＋＋2H2O ‎2Cu＋O2↑＋4H＋__‎ 生成 新电 解质 减小 加 ‎__CuO__‎ 或 ‎__CuCO3__‎ ‎(1)要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？为什么？加入CuCO3为什么也可复原？‎ 提示：不可以，因为电解CuSO4溶液时，尽管Cu2＋和OH－分别放电，按照电极反应式Cu2＋＋2e－===Cu、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，氢元素变成H2O仍然留在溶液中，只有Cu析出和O2逸出，且物质的量之比为2∶1，所以要让溶液复原，需要加CuO，而不能加Cu(OH)2。加入CuCO3时，CO2变为气体逸出，相当于加的是CuO。‎ ‎(2)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？‎ 提示：电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。‎ ‎(3)根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?‎ 提示：Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。‎ ‎1．按要求书写电极反应式和总方程式：‎ ‎(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)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式________________________________________________________________；‎ 阴极反应式________________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式__________________________________________________________。‎ ‎(3)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__________________________________________________________。‎ ‎(4)用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式________________________________________________________________；‎ 阴极反应式________________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式__________________________________________________________。‎ 答案：(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)‎ ‎4Ag＋＋4e－===4Ag ‎4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋‎ ‎(2)2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(3)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O ‎6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)‎ ‎2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑‎ ‎(4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋‎ ‎6H＋＋6e－===3H2↑‎ ‎2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ 电极反应式的书写——“二判二析一写”‎ ‎2．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 答案：B ‎3．(2018·惠州调研)某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨电极与直流电源的负极相连 B．铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移 D．用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 解析：选B　氯碱工业的反应原理为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，而Cu为活性电极，故应将Cu电极与电源的负极相连，石墨电极与电源的正极相连，A错误；Cu电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，B正确；电解池中，电解质溶液中的阳离子向阴极移动，则Na＋向Cu电极迁移，在Cu电极附近与反应生成的OH－结合生成NaOH，C错误；由B项分析可知，Cu电极上产生H2，石墨电极的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸不变色，D错误。‎ ‎4．两个惰性电极插入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 解析：选B　首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag，电解的总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的n(Ag)＝n(HNO3)＝n(H＋)＝(10－3 mol·L－1－10－6 mol·L－1)×‎0.5 L≈5×10－4 mol，m(Ag)＝5×10－4 mol×‎108 g·mol－1＝‎0.054 g＝54‎ ‎ mg。‎ ‎5．(2018·阜阳测试)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 解析：选A　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＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋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)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。‎ ‎6．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是(　　)‎ A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1‎ C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1‎ 解析：选A　由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极，a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比1∶1∶2∶＝2∶2∶4∶1。‎ 电化学综合计算的三种常用方法 ‎(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：‎ ‎(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。‎ 考点二　电解原理在工业生产中的应用 ‎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＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(3)氯碱工业生产流程图 ‎(4)应用：氯碱工业制__烧碱__、__氯气__和__氢气__。‎ ‎2．电镀 如图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：‎ ‎(1)镀件作__阴__极，镀层金属银作__阳__极。‎ ‎(2)电解质溶液是__AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液__。‎ ‎(3)电极反应：‎ 阳极：__Ag－e－===Ag＋__；‎ 阴极：__Ag＋＋e－===Ag__。‎ ‎(4)特点：__阳__极溶解，__阴__极沉积，电镀液的浓度__不变__。‎ ‎3．电解精炼铜 ‎(1)电极材料：阳极为__粗铜__，阴极为__纯铜__。‎ ‎(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。‎ ‎(3)电极反应：‎ 阳极：__Zn－2e－===Zn2＋__、__Fe－2e－===Fe2＋__、__Ni－2e－===Ni2＋__、__Cu－2e－===Cu2＋__；‎ 阴极：__Cu2＋＋2e－===Cu__。‎ 注意：随着电解的进行，溶液中Cu2＋的浓度将减小。‎ ‎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)2Na＋Cl2↑__‎ ‎__2Cl－－2e－===Cl2↑__、‎ ‎__2Na＋＋2e－===2Na__‎ 冶炼镁 ‎__MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑__‎ ‎__2Cl－－2e－===Cl2↑__、‎ ‎__Mg2＋＋2e－===Mg__‎ 冶炼铝 ‎__2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑__‎ ‎__6O2－－12e－===3O2↑__、‎ ‎__4Al3＋＋12e－===4Al__‎ ‎(1)为什么电解熔融的MgCl2制取单质镁而不电解熔融的MgO?‎ 提示：因为MgO的熔点比MgCl2的高，浪费能源，且电熔融的MgCl2还可得到副产物Cl2。‎ ‎(2)为什么电解熔融的Al2O3制取单质铝而不电解熔融的AlCl3?‎ 提示：AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。‎ ‎(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(×)‎ ‎(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(×)‎ ‎(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(×)‎ ‎(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√)‎ ‎(5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋＞Zn2＋，不可能在铁上镀锌(×)‎ 题组一　电解原理的“常规”应用 ‎1.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：选D　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。‎ ‎2．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．(物质制备)(2017·南阳期中)用如图所示装置(熔融CaF2—CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是(　　)‎ A．电解过程中，Ca2＋向阳极移动 B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑‎ C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少 D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极 解析：选B　由题图可知，石墨与外加电源的正极相连，则石墨为阳极，钛网电极作阴极，电解过程中，电解液中Ca2＋向阴极移动，A错误；据题图可知，阳极上发生氧化反应生成CO2，则阳极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确；阴极反应式为2Ca2＋＋4e－===2Ca，Ca还原TiO2的反应方程式为2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti，故制备Ti前后，整套装置中CaO的质量不变，C错误；“＋”表示铅蓄电池的正极，该接线柱为铅蓄电池的PbO2极，D错误。‎ ‎4．(环境治理)(2018·武汉调研)厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸，工作原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列说法正确的是(　　)‎ A．通电后，阳极附近pH增大 B．电子从负极经电解质溶液回到正极 C．通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol的O2生成 解析：选C　阳极上水电离产生的OH－放电，c(H＋)增大，pH减小，A错误；电子通过导线传递，不经过电解液，B错误；H＋从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室，A－从阴极通过阴离子交换膜进入浓缩室，H＋＋A－??HA，乳酸浓度增大，C正确；OH－在阳极上失去电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成，D错误。‎ 隔膜在电化学中的应用 ‎1．常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：‎ ‎(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。‎ ‎(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。‎ ‎(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。‎ ‎2．隔膜的作用 ‎(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。‎ ‎(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。‎ ‎1．(2018·湖北八校联考)H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误的是(　　)‎ A．M室发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ B．N室中：a%＜b%‎ C．b膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸 D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下‎5.6 L气体 解析：选D　M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故A正确；N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%”、“<”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。‎ 解析：(1)正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，隔膜只允许氢离子通过，转移a mol电子，必有a mol Cl－沉淀。为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有a mol H＋向交换膜右侧迁移，故交换膜左侧共减少‎2a mol离子(a mol Cl－＋a mol H＋)。交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。‎ ‎(2)n(Cl2)＝0.5 mol，n(Cl－)＝1 mol。正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，n(e－)＝1 mol，Ag－e－＋Cl－===AgCl，交换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷(或增加了1 mol Cl－)，左侧减少了1 mol负电荷(或减少了1 mol Cl－)。如果质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子(Cl－)通过交换膜，不允许H＋通过。为了维持电荷平衡，必有1 mol Cl－从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移，氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。‎ 答案：(1)‎2a　＞　(2)1　Cl－　右　左　＝‎ ‎5‎ ‎．已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B．能量转化形式不同 C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质 解析：选C　Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜板表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩。Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。‎ 交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。‎ 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎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 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：‎ 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__‎ 电极 反应 负极 ‎__Fe－2e－===Fe2＋__‎ 正极 ‎__2H＋＋2e－===H2↑__‎ ‎__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 ‎3．金属的防护方法 ‎(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：惰性金属或石墨。‎ ‎(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。‎ ‎1．下列说法不正确的是(　　)‎ A B 钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀 钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀 C D 将锌板换成铜板对钢闸门的保护效果更好 钢闸门作为阴极而受到保护 答案：C ‎2．下列事实不能用电化学原理解释的是(　　)‎ A．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护钢管不受腐蚀 B．常温条件下，铝在空气中不易被腐蚀 C．镀层破坏后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更耐腐蚀 D．钢铁的腐蚀生成疏松氧化膜，不能保护内层金属 答案：B ‎3．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 答案：C 金属腐蚀快慢“4”规律与防护“2”方法 ‎1．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。‎ ‎2．两种保护方法的比较 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。‎ ‎4．(2018·嘉兴一中模拟)如图所示装置中，有如下实验现象：开始时插在小试管中的导管内的液面下降，一段时间后导管内的液面回升，略高于试管中的液面。以下有关解释不合理的是(　　)‎ A．生铁片中所含的碳能增强铁的抗腐蚀性 B．雨水酸性较强，生铁片开始发生析氢腐蚀 C．导管内液面回升时，正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D．随着反应的讲行，U形管中雨水的酸性逐渐减弱 解析：选A　铁的纯度越高，其抗腐蚀性能越强，纯铁比生铁耐腐蚀，是因为生铁片中的碳降低了铁的抗腐蚀性，A错误；雨水的pH＝4，呈较强的酸性，生铁片在该雨水中先发生析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，由于生成H2，气体压强增大，开始时插在小试管中的导管内的液面下降，B正确；随着反应的进行，雨水的酸性逐渐减弱，最后发生了吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，导管内液面回升，C正确；开始阶段正极上不断消耗H＋，则U形管中雨水的酸性逐渐减弱，D正确。‎ ‎5．(2018·郑州模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表 pH ‎2‎ ‎4‎ ‎6‎ ‎6.5‎ ‎8‎ ‎13.5‎ ‎14‎ 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2＋‎ Fe3O4‎ Fe2O3‎ FeO 下列说法错误的是(　　)‎ A．在pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．在pH＞6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．在pH＞14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 答案：C 根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 正确判断“介质”‎ 溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。‎ ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”‎ ‎(1)(2016·天津卷，3B)金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀速率与氧气浓度无关(×)‎ ‎(2)(2016·天津卷，‎1A)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√)‎ ‎(3)(2015·江苏卷，‎11C)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(√)‎ ‎(4)(2015·江苏卷，‎11A)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可减缓海轮外壳的腐蚀(×)‎ ‎2．(2017·全国卷Ⅱ，11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H‎2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)‎ A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 解析：选C　A对：该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工铝质工件应为阳极。B对，C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。D对：电解质溶液中的阴离子向阳极移动。‎ ‎3．(2017·全国卷Ⅰ，11)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 解析：选C　A对：外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。B对：被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩。C错：高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。D对：保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整。‎ ‎4．(2016·全国卷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。‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 解析：选B　电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。‎ ‎5．(2016·北京卷，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(　　)‎ A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 解析：选B　A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b 处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成三个电解池(一个球两面为不同的电极)，m为电解池的阴极另一球朝m的一面为阳极(n的背面)故相当于电渡，即m上有铜析出，正确。‎ ‎6．(1)[2017·江苏卷，16(4)]“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如下图所示。阳极的电极反应式为________________________________________________________________________，‎ 阳极产生的物质A的化学式为____________。‎ ‎(2)[2017·天津卷，7(4)]某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(如下图)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。‎ 用惰性电极电解时，CrO能从浆液中分离出来的原因是 ‎________________________________________________________________________，‎ 分离后含铬元素的粒子是____________；阴极室生成的物质为____________(写化学式)。‎ ‎(3)[2016·天津卷，10(5)]化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。‎ ‎①电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在____________(填“阴极室”或“阳极室”)。‎ ‎②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)[2016·浙江卷，28(5)]研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在____________极，该电极反应式是________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)电解Na2CO3溶液，实际上是电解水，观察电解池装置可知，阳极产物有NaHCO3和O2，则阳极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，阴极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产物为H2。‎ ‎(2)通电时，CrO在电场作用下，可以通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离混合物浆液；阳极上氢氧根离子放电生成氧气，溶液的酸性增强，CrO在H＋作用下可转化为Cr2O，其反应的离子方程式为2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O，所以含铬元素的粒子有CrO和Cr2O；阴极上氢离子放电生成氢气，混合物浆液中的钠离子向阴极室移动，溶液中还有氢氧化钠生成。‎ ‎(3)①根据题意，镍电极有气泡产生是H＋失电子生成H2，发生还原反应，则铁电极上OH－发生氧化反应，溶液中的OH－减少，因此电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在阳极室。②H2具有还原性，根据题意：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。因此，电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低。③根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；在N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3生成，使Na2FeO4产率降低。(4)根据题意，二氧化碳在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，CO2中C呈＋4价，CH3OH中C呈－2价，结合反应前后碳元素化合价变化，可知碳元素的化合价降低，得到电子，故该电极为阴极，电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。‎ 答案：(1)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎(2)在直流电场作用下，CrO通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液　CrO和Cr2O　NaOH和H2‎ ‎(3)①阳极室　②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低　③M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢[或N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低]‎ ‎(4)阴　CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O