2021届一轮复习苏教版专题6第三单元　电解原理　金属的腐蚀与防护学案（江苏专用）

2021届一轮复习苏教版专题6第三单元　电解原理　金属的腐蚀与防护学案（江苏专用）

第三单元　电解原理　金属的腐蚀与防护 学习任务1　电解原理 ‎1．电解 使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。‎ ‎2．电解池(也叫电解槽)‎ 电解池是把电能转化为化学能的装置。‎ ‎3．电解池的组成和工作原理(以电解CuCl2溶液为例)‎ 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑。‎ ‎4．电子和离子移动方向 ‎(1)电子：从电源的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。‎ ‎5．分析电解过程的思维程序 ‎(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)其次分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。排出阴、阳两极的放电顺序。‎ 阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。‎ 阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。‎ ‎(3)然后分析电极反应，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。‎ ‎(4)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。‎ ‎6．电解规律(用惰性电极电解)‎ 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极反应式 被电解 的物质 总化学方程式 电解质 浓度 溶液 pH 电解质溶 或离子方程式 液复原方法 含氧酸 ‎(如H2SO4)‎ 阳极：2H2O－4e－===‎ ‎4H＋＋O2↑‎ 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 水 ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 减小 加H2O 强碱 ‎(如NaOH)‎ 阳极：4OH－－4e－===‎ O2↑＋2H2O 阴极：4H2O＋4e－===‎ ‎2H2↑＋4OH－‎ 水 ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 增大 加H2O 续　表 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极反应式 被电解 的物质 总化学方程式 或离子方程式 电解质 浓度 溶液 pH 电解质溶 液复原方法 活泼金属 的含氧酸盐 ‎(如KNO3、‎ Na2SO4)‎ 阳极：4OH－－4e－===‎ O2↑＋2H2O 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 水 ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 不变 加H2O 无氧酸 阳极：2Cl－‎ 酸 ‎2HCl 减小 增大 ‎(如HCl，‎ 除HF外)‎ ‎－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ Cl2↑＋H2↑‎ 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 CuCl2Cu＋Cl2↑‎ 减小 ‎—‎ 加CuCl2固体 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 不活泼金属 的含氧酸盐 ‎(如CuSO4)‎ 阳极：2H2O－4e－===4H＋‎ ‎＋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．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。‎ ‎(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)用铜做电极电解NaCl溶液 阳极反应式：___________________________________________；‎ 阴极反应式：___________________________________________；‎ 总反应化学方程式：____________________________________。‎ ‎(4)用铜做电极电解盐酸 阳极反应式：___________________________________________；‎ 阴极反应式：____________________________________________；‎ 总反应离子方程式：______________________________________。‎ 答案：(1)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑‎ ‎4Ag＋＋4e－===4Ag ‎4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋‎ ‎(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(3)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑‎ ‎(4)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑‎ ‎2．(教材改编题)下列关于铜电极的叙述正确的是(　　)‎ A．铜锌原电池中铜一般做负极 B．电解熔融氯化钠制钠时用铜做阳极 C．在镀件上电镀铜时用金属铜做阳极 D．电解稀硫酸制H2、O2时铜做阳极 解析：选C。A项，锌比铜活泼，故铜一般做正极，错误；B项，电解熔融氯化钠时用铜做阳极，阳极上Cl－不能失电子生成Cl2，错误；C项，电镀时，待镀金属做阴极，镀层金属为阳极，正确；D项，电解H2SO4制H2、O2时，阳极必为惰性电极，错误。‎ ‎3．(2020·淮安高三检测)用石墨电极电解CuCl2溶液(见下图)。下列分析正确的是(　　)‎ A．a端是直流电源的负极 B．通电使CuCl2发生电离 C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 解析：选A。A项铜离子移向阴极，则a为负极。B项，CuCl2发生电离是在水分子的作用下完成的，并非通电才能发生。C项，反应Cu2＋＋2e－===Cu应在阴极上发生，阳极上发生的反应应为2Cl－－2e－===Cl2↑。D项，通电一段时间后，应在阳极附近观察到黄绿色气体。‎ ‎(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是电解质溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。‎ ‎(2)最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。‎ ‎(3)电解水溶液时，K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。 ‎ 提升一　电解原理和电解规律的考查 ‎1．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　)‎ A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小 解析：选D。以石墨为电极，电解KI溶液，阴离子在阳极的放电能力：I－>OH－。阳离子在阴极的放电能力：H＋>K＋。所以该电解反应的方程式是2KI＋2H2OI2＋H2↑＋2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在阳极附近淀粉遇碘单质变为蓝色；在阴极逸出H2，由于产生OH－，溶液显碱性，使酚酞溶液变为红色。因为产生了碱，溶液碱性增强，所以溶液的pH变大。‎ ‎2．(双选)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0.25 mol的O2生成 解析：选BD。该装置为电解池。H2O在正(阳)极区放电，生成O2和H＋，正(阳)极区溶液pH减小，中间隔室中的阴离子SO通过cd离子交换膜移向正(阳)极，故正(阳)极区可得到H2SO4；当电路中通过1 mol电子时生成 0.25 mol O2；H2O在负(阴)极区放电，生成OH－和H2，负(阴)极区溶液pH增大，中间隔室中的阳离子Na＋通过ab离子交换膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到NaOH，A、C项错误，B、D项正确。‎ 提升二　电极反应式的书写 ‎3．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是(　　)‎ A．用石墨做阳极，铁做阴极 B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－ －2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析：选D。A.由题干信息可知，Cl－在阳极放电生成ClO－，则阳极应为惰性电极，A项正确；B.Cl－在阳极放电生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，B项正确；C.阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O提供阳离子(H＋)，C项正确；D.由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－ ＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D项错误。‎ ‎4．(1)PbO2可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为____________________________，阴极上观察到的现象是________________________________________________________________________；‎ 若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为___________________________，‎ 这样做的主要缺点是_________________________________________________。‎ ‎(2)(2017·高考江苏卷)电解Na2CO3溶液，原理如图所示。‎ 阳极的电极反应式为_______________________________，‎ 阴极产生的物质A的化学式为________。‎ 解析：(1)阳极发生氧化反应，即Pb2＋失去电子被氧化生成PbO2，同时考虑盐溶液水解得到的强酸性环境；阴极发生还原反应，即氧化性强的Cu2＋得到电子生成铜；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极Pb2＋得电子变为Pb，这样就不能有效利用Pb2＋。(2)阳极上H2O失去电子生成O2和H＋，H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O得到电子生成H2和OH－。‎ 答案：(1)Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋　石墨上包上铜镀层　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋‎ ‎(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ 电解池电极反应式的书写——“二判二析一写”‎ ‎ ‎ 提升三　有关电解的计算 ‎5．(2020·开封高三模拟)用两支惰性电极插入CuSO4溶液中，通电电解，当有1×10－3 mol的OH－放电时，溶液显浅蓝色，则下列叙述正确的是(　　)‎ A．阳极上析出3.6 mL O2(标准状况)‎ B．阴极上析出32 mg Cu C．阴极上析出11.2 mL H2(标准状况)‎ D．阳极和阴极质量都无变化 解析：选B。用惰性电极电解CuSO4溶液时，电极反应为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。当有1×10－3 mol的OH－放电时，生成标准状况下的O2为5.6 mL，在阴极上析出32 mg Cu，阴极质量增加。‎ ‎6．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题：‎ ‎(1)电源中X为直流电源的________极。‎ ‎(2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”“减小”或“不变”)‎ ‎(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。‎ ‎(4)若A中的KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。‎ 解析：(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。‎ ‎(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。‎ ‎(3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒。因此，B中电解分为两个阶段，首先电解CuSO4溶液，生成O2和Cu，然后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，生成H2的物质的量为2y，则4x＋4y＝0.02 mol(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(气体物质的量之和)，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。‎ ‎(4)通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。‎ 答案：(1)负　(2)增大　减小　不变 ‎(3)0.025 mol·L－1　(4)13‎ 解电解计算题的常用方法 学习任务2　电解原理的应用 ‎1．电解饱和食盐水 ‎(1)电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)；‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。‎ ‎(2)总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；‎ 总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。‎ ‎2．电镀和电解精炼铜 电镀(以Fe上镀Cu为例)‎ 电解精炼铜 阳极 电极 材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、‎ Ni、Ag、Au等杂质)‎ 电极 反应 Cu－2e－===Cu2＋‎ Zn－2e－===Zn2＋、‎ Fe－2e－===Fe2＋、‎ Ni－2e－===Ni2＋、‎ Cu－2e－===Cu2＋‎ 阴极 电极 材料 待镀金属铁 纯铜 电极 反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液 注：(1)电镀时，溶液中离子浓度保持不变；‎ ‎(2)电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 ‎3.电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Ca、Na、Mg、Al等。‎ ‎(1)冶炼钠：2NaCl2Na＋Cl2↑‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；‎ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na。‎ ‎(2)冶炼镁：MgCl2Mg＋Cl2↑‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；‎ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg。‎ ‎(3)冶炼铝：2Al2O34Al＋3O2↑‎ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑；‎ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。‎ ‎1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。‎ ‎(1)反应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)电解是把电能转变成化学能。(　　)‎ ‎(5)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化。(　　)‎ ‎(6)任何水溶液电解时，必发生氧化还原反应。(　　)‎ 答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√‎ ‎2．下列描述中，符合生产实际的是________(填序号)。‎ ‎①电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁做阳极 ‎②电解法精炼粗铜，用纯铜做阴极 ‎③电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网做阴极 ‎④在镀件上电镀锌，用锌做阳极 解析：①中电解熔融的氧化铝制取金属铝，应用石墨做阳极，若用铁做阳极，铁会被氧化。‎ 答案：②③④‎ ‎3．(教材改编题)完成下列各小题：‎ ‎(1)电解饱和食盐水过程中，阳离子交换膜的作用为_____________________。‎ ‎(2)电解过程中A中CuSO4溶液浓度__________，而B中CuSO4溶液浓度____________。‎ ‎(3)如图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜。‎ 阳极反应式：_____________________________________；‎ 阴极反应式：____________________________________。‎ 答案：(1)只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过，防止Cl2和NaOH反应 ‎(2)逐渐减小　基本不变 ‎(3)2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ 提升一　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，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，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．(双选)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　)‎ A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加不等 C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋‎ D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt 解析：选BD。阳极应发生氧化反应：Ni－2e－===Ni2＋，A错；由于Fe、Zn的还原性大于Ni，所以阳极同时还发生：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋，比较两电极反应，因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等，当两极通过的电量相等时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，B正确；纯镍做阴极，电解质溶液中需含有Ni2＋，因Ni2＋的氧化性大于Fe2＋和Zn2＋，所以溶液中阳离子有Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋，C错；Cu、Pt还原性小于Ni，所以不反应，D正确。‎ 提升二　电解原理的“不寻常”应用 ‎3．(2017·高考海南卷)一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是(　　)‎ A．Pd电极b为阴极 B．阴极的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3‎ C．H＋由阳极向阴极迁移 D．陶瓷可以隔离N2和H2‎ 解析：选A。此装置为电解池，总反应是N2＋3H22NH3，Pd电极b上是氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；H＋在阴极上与N2反应，则H＋由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。‎ ‎4．工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8。电解时，阴极材料为Pb；阳极(铂电极)电极反应式为2HSO－2e－===S2O＋2H＋。下列说法正确的是(　　)‎ A．阴极电极反应式为Pb＋HSO－2e－===PbSO4＋H＋‎ B．阳极反应中S的化合价升高 C．S2O中既存在非极性键又存在极性键 D．可以用铜电极做阳极 解析：选C。Na2S2O8的结构为，由此结构可以判断出以下信息：S2O中含硫氧极性键和氧氧非极性键；S的化合价为＋6价，中间的两个O均为－1价，其他的O均为－2价；电解时阳极的HSO中O失去电子，S未变价；阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；若用铜电极做阳极，则阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋。综上所述，C项正确。‎ ‎5．(1)根据2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O设计图示装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极连接电源的______极，其电极反应式为________________________________________________。‎ ‎(2)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下：‎ 电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳两极均为惰性电极。‎ ‎①A极为________，电极反应式为___________________________________。‎ ‎②B极为________，电极反应式为___________________________________。‎ 解析：(1)根据NaOH溶液浓度的变化及Na＋交换膜，左侧为阴极区域，右侧为阳极区域，电极反应式为 阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；‎ 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。‎ ‎(2)H2产生是因为H2O在阴极上得电子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO＋6H2O，阳极反应式容易错写成4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。‎ 答案：(1)正　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ‎(2)①阳极　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O　②阴极　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ 电解原理应用中的注意要点 ‎(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na＋、H＋)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生成金属附着在阴极上。‎ ‎(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Cu2＋浓度会逐渐减小。 ‎ 学习任务3　金属的腐蚀与防护 ‎1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的物质直接反应 不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应 本质 M－ne－===Mn＋‎ 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 区别 无电流产生 有电流产生 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ‎2.钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜性质 酸性 弱酸性或中性 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极反应 ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎2H2O＋O2＋4e－===4OH－‎ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ 其他反应 铁锈的形成：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——利用原电池原理 负极(阳极)是做保护材料的金属，正极(阴极)是被保护的金属设备。‎ ‎②外加电流的阴极保护法——利用电解原理 阴极是被保护的金属设备；阳极是惰性电极。‎ ‎(2)其他方法 ‎①改变金属内部结构，如制成合金；‎ ‎②使金属与空气、水等物质隔离，如电镀、喷油漆等。‎ ‎1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。‎ ‎(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(　　)‎ ‎(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。(　　)‎ ‎(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。(　　)‎ ‎(4)(2018·高考天津卷)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈。(　　)‎ ‎(5)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。(　　)‎ 解析：(1)银器表面变黑，主要是生成Ag2S，钢铁表面生锈是生成Fe2O3·nH2O，原理不同，错误；(2)铜是生成“铜绿”[Cu2(OH)2CO3]，错误；(3)钢铁腐蚀时，负极铁失电子生成Fe2＋，错误。‎ 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√‎ ‎2．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为________________。‎ 解析：①是Fe为负极、杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活泼性差别大于Fe和Sn的活泼性差别，故FeCu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极做阳极，Cu接电源负极做阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极做阴极，Cu接电源正极做阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。故铁在海水中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤④②①③⑥。‎ 答案：⑤④②①③⑥‎ 提升一　金属的腐蚀 ‎1．一定条件下，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．当pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．当pH＞6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．当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 解析：选C。当pH>14时，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－。‎ ‎2．(2019·高考江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)‎ A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋‎ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 解析：选C。A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁做负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还有少部分转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，‎ 正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。‎ 提升二　金属的防护 ‎3．(2017·高考全国卷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 解析：选C。依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于0，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁做阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。‎ ‎4．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。‎ ‎(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极的电极反应式为________________________________________________________________________。‎ ‎(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨做阳极的原因是________________________________________________________________________。‎ 在此过程中，两个电极上质量的变化值：阴极________阳极(填“>”“<”或“＝”)。‎ ‎(3)利用如图所示装置，可以模拟铁的电化学防护。‎ 若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________________________。‎ 解析：(3)铁被保护，可以做原电池的正极或电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁做正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。‎ 答案：(1)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋‎ ‎(2)能向电镀液中不断补充Cu2＋，使电镀液中的Cu2＋浓度保持恒定　＝‎ ‎(3)N　牺牲阳极的阴极保护法 ‎(1)金属腐蚀的本质是金属失去电子，发生氧化反应。‎ ‎(2)酸性条件下铁易发生析氢腐蚀，弱酸性和中性条件下铁易发生吸氧腐蚀，后者更普遍。‎ ‎(3)金属防护的方法有覆盖保护层法、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法、改变金属内部结构法等。 ‎ ‎1．(2019·高考江苏卷)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图。‎ ‎(1)写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：_________________________。‎ ‎(2)电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是_________________________。‎ 解析：(1)CO2中的C为＋4价，HCOO－中的C为＋2价，1 mol CO2转化为HCOO－时，得2 mol e－。(2)阳极上水放电，生成O2和H＋，H＋会与HCO反应使HCO减少，由电荷平衡可知，K＋会移向阴极区，所以KHCO3溶液浓度降低。‎ 答案：(1)CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO ‎(2)阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区 ‎2．(2018·高考江苏卷)用稀硝酸吸收NOx(主要指NO和NO2)，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：________________________________________________________________________。‎ 解析：电解时阳极HNO2失去电子生成HNO3，同时消耗水，得到较浓的硝酸，电极反应式为HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO。‎ 答案：HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO ‎3．(2018·高考北京卷)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。‎ ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　)‎ A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼 解析：选D。②中Zn做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe做正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe做负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活动性，D项错误。‎ ‎4．(2017·高考全国卷Ⅱ)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。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件做阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。‎ 一、单项选择题 ‎1．下列说法正确的是(　　)‎ A．氯碱工业中，烧碱在阳极区生成 B．电解熔融氯化铝冶炼金属铝 C．电镀时，用镀层金属做阳极 D．将钢闸门与外接电源正极相连，可防止其腐蚀 ‎ 解析：选C。A项，水中的H＋在阴极放电，溶液中c(OH－)增大，烧碱在阴极区生成，错误；B项，氯化铝是共价化合物，熔融状态不导电，错误；C项，电镀时，镀层金属做阳极，镀件做阴极，正确；D项，将钢闸门与外接电源负极相连，做阴极(外加电流阴极保护法)，可防止其腐蚀，错误。‎ ‎2.电渗析法是一种利用A、B离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是(　　)‎ A．是原电池装置，把化学能转化为电能 B．是电解装置，只发生物理变化 ‎ C．左右池中得到淡水 D．A膜是阴离子交换膜，B膜是阳离子交换膜 解析：选D。A项，该装置有外接电源，是电解池，错误；B项，电解过程发生化学反应，错误；a为阳极，海水中的Cl－、OH－放电，海水中的阴离子透过阴离子交换膜进入左池，b为阴极，海水中的H＋放电，海水中的阳离子透过阳离子交换膜进入右池，所以左右两池得不到淡水，中间得到的是淡水，C错误，D正确。‎ ‎3.探究电解精炼铜(粗铜含有Ag、Zn、Fe)和电化学腐蚀装置如图，下列叙述正确的是(　　)‎ A．精炼铜时，电解质为硫酸铜溶液，X电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu ‎ B．精炼铜时，溶液中Ag＋、Zn2＋、Fe2＋浓度增大 C．X电极为石墨，Y电极为Cu，则铜受到保护 ‎ D．X电极为Fe，Y电极为Cu，则铁受到保护 解析：选C。A项，精炼铜时，X为阳极，铜及比铜活泼的金属失电子，错误；B项，Ag的金属性弱于铜，不会在阳极放电，以沉淀形式形成阳极泥，错误；C项，Y为阴极，受到保护，正确；D项，X为阳极，铁作阳极，优先失电子，错误。‎ ‎4．(2020·镇江高三检测)如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。符合这一情况的是下表中的(　　)‎ 选项 a极板 b极板 X Z A 锌 石墨 负极 CuSO4‎ B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3‎ D 铜 石墨 负极 CuCl2‎ 解析：选A。由题意知，通电后a极板质量增加，说明有金属析出，由此可知，a极为电解池的阴极，则X为电源负极，B、C均不符合；又b处放出的是无色、无味的气体，D不符合。‎ ‎5．(2020·山西四校联考)500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(标准状况)，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(Na＋)＝0.2 mol·L－1‎ B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1‎ C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子 D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol 解析：选B。阳极是阴离子放电，放电能力：OH－>NO，根据题给信息，阳极一定是OH－放电，生成0.05 mol氧气，转移0.2 mol电子；阴极离子放电能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放电，然后是H＋放电，阴极生成0.05 mol氢气时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2＋转移0.1 mol电子，n(Cu2＋)＝0.05 mol。所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝0.05 mol，又n(NO)＝0.3 mol·L－1×0.5 L＝0.15 mol，则n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·L－1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 mol·L－1，B项正确，D项错误；上述电解过程中共转移0.2 mol电子，C项错误。‎ ‎6．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。由于有外接电源，所以实验一和实验二均为电解池装置。实验一中，a为阴极，c为阳极，d为阴极，b为阳极。a、d处发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项正确；若b处发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，不足以解释b处“变红”和“褪色”现象，B项错误；c处铁做阳极，发生反应Fe－2e－===Fe2＋，由于生成的Fe2＋浓度较小，且pH试纸本身有颜色，故颜色上无明显变化，C项正确；实验二中，两个铜珠的左端均为阳极，右端均为阴极，初始时两个铜珠的左端(阳极)均发生反应Cu－2e－===Cu2＋，右端(阴极)均发生反应2H＋＋2e－===H2↑，一段时间后，Cu2＋移动到m处，m处附近Cu2＋浓度增大，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，m处能生成铜，D项正确。‎ 二、不定项选择题 ‎7．SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．a极为直流电源的正极，与其相连的电极发生氧化反应 B．阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol C．吸收池中发生反应的离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO D．阳极的电极反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋‎ 解析：选AD。A项，阴极发生还原反应，HSO得电子生成S2O，a极为直流电源的负极，错误；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol，正确；C项，吸收池中S2O与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO，离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，错误。‎ ‎8．(2020·连云港高三一诊)一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．外电路电子的移动方向：A→电源→B B．气体X在反应中通常体现还原性 C．电极D为惰性电极，E为活泼电极 D．电极D的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12‎ 解析：选D。苯→环己烷，相当于加氢，为还原反应，所以电极D为阴极，电极E为阳极，A为负极，B为正极。A项，电子由A极→电极D，电极E→B极，错误；B项，阳极OH－放电生成氧气，气体X为氧气，通常表现氧化性，错误；C项，E为阳极，若活泼电极为阳极，优先失电子，无气体X生成，错误。‎ ‎9．(2020·扬州模拟)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室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ B．N室中：a%>b%‎ C．Ⅱ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BD。A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，H2O得电子发生还原反应，生成H2和OH－，溶液中OH－浓度增大，即a%

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