2018届一轮复习人教版电解池金属腐蚀与防护学案

2018届一轮复习人教版电解池金属腐蚀与防护学案

第24讲　电解池　金属腐蚀与防护 考纲要求 ‎1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。‎ ‎2．理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　电解原理 ‎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(电解CuCl2溶液)‎ 总反应方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑‎ ‎(4)电子和离子移动方向 ‎①电子：从电源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。‎ ‎2．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)再分析电解质水溶液的组成，找全离子，并分成阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。‎ ‎(3)然后排出阴极、阳极离子的放电顺序。‎ ‎①阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。‎ ‎②阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。‎ ‎(4)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。‎ ‎(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。‎ 　‎ ‎(1)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(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：阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。‎ ‎(3)电解水溶液时，K＋～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。‎ ‎1．(RJ选修4·P83,1改编)判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应(　　)‎ ‎(2)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(　　)‎ ‎(3)电解稀硫酸制H2、O2时铜作阳极(　　)‎ ‎(4)电解NaNO3溶液时，随着电解进行，溶液的pH减小(　　)‎ 答案：　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×‎ ‎2．探究电解规律(用惰性电极电解)‎ ‎(1)电解水型 ‎①试写出电解下列溶液的电解方程式 稀硫酸：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ NaOH：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ KNO3：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②分析“电解水型”的电解质包括哪些类型：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)电解电解质型 电解质溶液 HBr CuCl2‎ 阴极反应 ‎①____‎ ‎②____‎ 阳极反应 ‎③____‎ ‎④____‎ 电解反应 ‎⑤____‎ ‎⑥____‎ 溶液复原 加⑦____‎ 加⑧____‎ 分析“电解电解质型”的电解质包括哪些类型⑨________________。‎ ‎(3)放H2生碱型 ‎①电解NaCl溶液：‎ 阴极反应：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 阳极反应：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 电解反应离子方程式 ‎________________________________________________________________________。‎ 电解一段时间后，NaCl溶液恢复原状的方法：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②分析“放H2生碱型”的电解质包括哪些类型：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)放O2生酸型 ‎①电解CuSO4溶液 阴极反应：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 阳极反应：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 电解反应离子方程式：‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 电解一段时间后，CuSO4溶液恢复原状的方法 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②分析“放O2生酸型”电解质包括哪些类型：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：　(1)①2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎②含氧酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐 ‎(2)①2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎②Cu2＋＋2e－===Cu ‎③2Br－－2e－===Br2‎ ‎④2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎⑤2HBrH2↑＋Br2‎ ‎⑥CuCl2Cu＋Cl2↑‎ ‎⑦适量HBr ‎⑧适量CuCl2‎ ‎⑨无氧酸(除HF)和不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)‎ ‎(3)①2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－　通HCl ‎②活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)‎ ‎(4)①2Cu2＋＋4e－===2Cu ‎4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ‎2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋　加CuO(或CuCO3)‎ ‎②不活泼金属的含氧酸盐 考向一　考查电解原理和电解规律 ‎1．下列关于电解Na2SO4溶液的叙述正确的是 (　　)‎ A．随着电解的进行，溶液的pH升高 B．OH－向阳极移动，阳极附近溶液呈碱性 C．SO向阳极移动，Na＋向阴极移动，分别在对应的电极上析出 D．阴极上H＋得电子被还原成H2，使阴极附近的溶液呈碱性 解析：　电解Na2SO4溶液，实质上发生的是2H2O2H2↑＋O2↑，电解的过程中溶液pH不变，A项错；阳极因4OH－－4e－===O2↑＋2H2O而破坏附近水的电离使c(H＋)>c(OH－)呈酸性，B项错；在阴、阳极上分别是H＋、OH－放电，C项错。‎ 答案：　D ‎2．用惰性电极电解下列物质的稀溶液，经过一段时间后，溶液的pH减小的是(　　)‎ A．Na2SO4　　　　　　 B．NaOH C．NaCl D．AgNO3‎ 解析：　根据电解规律，电解Na2SO4和NaOH的稀溶液实质是电解水，Na2SO4溶液pH不变，NaOH溶液pH变大；电解NaCl溶液生成NaOH，pH变大，电解AgNO3溶液生成HNO3，pH变小。‎ 答案：　D ‎3．要实现反应：Cu＋2HCl===CuCl2＋H2↑，设计了下列四个实验，你认为可行的是(　　)‎ 解析：　铜与盐酸不能直接发生反应，由于不是能自发进行的氧化还原反应，故不能设计成原电池，即A、B选项不符合；由于铜失去电子，故铜作阳极，与电源的正极相连，选项C符合。‎ 答案：　C 考向二　电极反应式、电解方程式的书写 ‎4．按要求书写有关的电极反应式及总方程式。‎ ‎(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：‎ 阳极反应式 ‎ ‎________________________________________________________________________；‎ 阴极反应式 ‎________________________________________________________________________；‎ 总反应的离子方程式 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)用惰性电极电解MgCl2溶液：‎ 阳极反应式 ‎________________________________________________________________________；‎ 阴极反应式 ‎________________________________________________________________________；‎ 总反应的离子方程式 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎ (3)用铁作电极电解NaCl溶液：‎ 阳极反应式 ‎________________________________________________________________________；‎ ‎ 阴极反应式 ‎________________________________________________________________________；‎ ‎ 总反应的化学方程式 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)用铜作电极电解盐酸溶液：‎ 阳极反应式 ‎________________________________________________________________________；‎ 阴极反应式 ‎________________________________________________________________________；‎ 总反应的离子方程式 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：　(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ‎4Ag＋＋4e－===4Ag ‎4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋‎ ‎(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(3)Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑‎ ‎(4)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑‎ ‎5．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，以惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。‎ 解析：　第一阶段　阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 第二阶段　阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 第三阶段　阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。‎ 答案：　第一阶段的反应：CuCl2Cu＋Cl2↑‎ 第二阶段的反应：‎ ‎2Cu(NO3)2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HNO3‎ 第三阶段的反应：2H2O2H2↑＋O2↑‎ ‎1．做到“三看”，正确书写电极反应式 ‎(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。‎ ‎(2)二看介质，介质是否参与电极反应。‎ ‎(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。‎ ‎2．规避“二个”失分点 ‎(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。‎ ‎(2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“电解”。 ‎ 考点二　电解原理的应用 ‎1．电解食盐水 阴极：2H＋＋2e－===H2↑，‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，‎ 电解的总反应方程式：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH。‎ ‎2．电镀与电解精炼铜 电镀(Fe上镀Cu)‎ 电解精炼铜 阳极 电极材料 铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)‎ 电极反应 Cu－2e－===Cu2＋‎ Cu－2e－===Cu2＋‎ Zn－2e－===Zn2＋‎ Fe－2e－===Fe2＋‎ Ni－2e－===Ni2＋‎ 阴极 电极材料 铁 纯铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 CuSO4溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉在电解池底部形成阳极泥 阳为镀层阴镀件，阳杂阴纯是精炼 活泼入液稳成泥，溶液含有相应盐 ‎3．电冶金 ‎(1)钠的冶炼 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ 阴极反应：2Na＋＋2e－===2Na 阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎(2)Mg的冶炼 总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ ‎(3)Al的冶炼 总反应：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ ‎1．(1)(LK选修4·P18,3改编)电解精炼铜时，如果转移0.04 mol电子，阴极材料的质量将增加________g。‎ ‎(2)(RJ选修4·P83,4改编)电解饱和食盐水时，从阴极逸出2.24 L氢气，从阳极逸出________气体，逸出气体的体积为________L(在标准状况下，不考虑气体溶解)。‎ 答案：　(1)1.28　(2)Cl2　2.24‎ ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3(　　)‎ ‎(2)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极(　　)‎ ‎(3)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(　　)‎ ‎(4)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(　　)‎ ‎(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(　　)‎ ‎(6)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过(　　)‎ 答案：　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√‎ ‎3．比较下列两种装置有哪些不同？‎ ‎(1)请分析两装置中各电极的质量变化？‎ ‎(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？‎ 答案：　(1)甲图中铜片质量减小，铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。‎ ‎(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化，因为阳极溶解多少铜，阴极增加多少铜；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋‎ 等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度减小。 ‎ 考向一　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 答案：　D ‎2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。‎ ‎(1)实验室用惰性电极电解100 mL 0.1 mol·L－1 NaCl溶液，若阴、阳两极均得到112 mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是________(忽略反应前后溶液体积的变化)。 ‎ ‎(2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________(填字母)。‎ A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl ‎(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是________(用元素符号表示)，总的反应式是 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)n(H2)＝n(Cl2)＝0.005 mol，参加反应的n(NaCl)＝0.01 mol，说明NaCl恰好电解完毕，溶液变为NaOH溶液，n(NaOH)＝n(NaCl)＝0.01 mol，c(NaOH)＝0.1 mol·L－1。‎ ‎(2)电解饱和氯化钠溶液的总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，题目要求使Cl2被完全吸收，则氯气必须在下部的电极上产生，下部的电极是阳极，推出b为电源的正极，另一极为负极a。 生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。‎ ‎(3)题目要求通过电解法制取Fe(OH)2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2＋和OH－。根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化反应产生Fe2＋；溶液中的阳离子Na＋、H＋向阴极移动，根据放电顺序，阴极H＋放电产生氢气，H＋来源于水的电离，反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。在电场作用下，阳极产生的Fe2＋与阴极产生的OH－在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe(OH)2沉淀。将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑。‎ 答案：　(1)0.1 mol·L－1　(2)B ‎(3)Fe　Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑‎ 考向二　电解原理的“不寻常”应用 ‎3．(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：　A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。‎ 答案：　B ‎4．甲图为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能。乙图是一种家用环保型消毒液发生器，用惰性电极电解饱和食盐水。下列说法中不正确的是(　　)‎ A．装置乙的a极要与装置甲的X极连接 B．装置乙中b极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．若有机废水中主要含有葡萄糖，则装置甲中M极发生的电极反应为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋‎ D．N电极发生还原反应，当N电极消耗5.6 L(标况下)气体时，则有2NA个H＋通过离子交换膜 解析：　由图甲分析得出M(或X)为负极，N(或Y)为正极，由图乙分析得出a为阴极，b为阳极。乙的a极要与甲的X极相连接，A项正确；乙的b极为阳极，氯离子放电，B项正确；因图甲中传递的是质子，葡萄糖在M极放电，故电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，C项正确；氧气在N电极得到电子，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故消耗5.6 L氧气时，转移1 mol电子，即有NA个H＋通过离子交换膜，D项错误。‎ 答案：　D ‎5．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。‎ ‎(1)A极为________，电极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)B极为________，电极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　H2产生是因为H2O电离的H＋在阴极上得电子，即6H＋＋6e－===3H2↑或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)阳极　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O ‎(2)阴极　6H＋＋6e－===3H2↑或6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ 阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)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。‎ 考点三　金属的腐蚀和防护 ‎1．化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 反应物 金属、干燥的气体或非电解质 不纯金属、电解质溶液 反应类型 直接发生化学反应 原电池反应 有无电流产生 无 有 实质 金属原子失电子被氧化 ‎2.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 水膜性质 酸性 弱酸性、中性或碱性 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 ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍 　‎ 铁锈的成分为：Fe2O3·xH2O，其形成过程还涉及到如下反应：‎ ‎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——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)改变金属内部结构→如制成不锈钢。‎ ‎(3)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。‎ ‎1．(RJ选修4·P88,9改编)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁)，__________铁板更耐腐蚀，原因为 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：　镀锌　镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀 ‎2．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)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(　　)‎ ‎(2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋(　　)‎ ‎(3)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(　　)‎ ‎(4)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀(　　)‎ ‎(5)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀(　　)‎ ‎(6)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极(　　)‎ ‎(7)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)‎ ‎(8)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(　　)‎ 答案：　(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×‎ ‎(7)×　(8)×‎ ‎3.‎ ‎(最新原创)右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。‎ ‎(1)腐蚀最严重的部位是________(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)形成铁锈最多的部位是________，原因 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：　(1)C　由于近水面B处溶解氧浓度大于C处，发生吸氧腐蚀时B为正极，C为负极，C处Fe－2e－===Fe2＋‎ ‎(2)B　由于B处海水O2浓度较大，Fe2＋扩散至B处附近易发生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 考向一　正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 ‎1．如图所示的钢铁腐蚀中，下列说法正确的是(　　)‎ A．碳表面发生氧化反应 B．钢铁被腐蚀的最终产物为FeO C．生活中钢铁制品的腐蚀以图①所示为主 D．图②中，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 解析：　A项，碳作正极，应发生还原反应；B项，钢铁被腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2O；C项，生活中钢铁制品以发生吸氧腐蚀为主。‎ 答案：　D ‎2.‎ 利用右图装置进行实验，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管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管液面高于b管 C．a处溶液的pH增大，b处溶液液面的pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋‎ 解析：　根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为 左边　负极：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 右边　负极：Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极：2H＋＋2e－===H2↑‎ a、b的pH均增大，C错误。‎ 答案：　C 考向二　腐蚀快慢与防护方法的比较 ‎3．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是(　　)‎ 解析：　A、D均可由Fe、Cu构成原电池而加速铁的腐蚀；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极，Fe易被腐蚀；C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池而不被腐蚀。‎ 答案：　C ‎4．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)‎ A．图1中，铁钉易被腐蚀 B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 答案：　C ‎(1)判断析氢腐蚀与吸氧腐蚀的依据 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、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。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)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。 ‎ ‎[上海高考题]如下图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。‎ ‎[高考还可以这样考]‎ ‎(1)闭合K2，该装置为电解池装置，则：‎ ‎①阴极反应式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②阳极反应式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 如何通过实验检验该电极产物？‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③总反应的化学方程式：‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)闭合K2，电解一段时间后，如何操作才能使电解液恢复到电解前的状态？‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)闭合K1，铁棒上发生的电极反应式是 ‎________________________________________________________________________，‎ 此时石墨棒周围溶液pH如何变化？‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)闭合K2，铁棒不会被腐蚀，此种金属的防护方法是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(5)闭合K1，铁棒被腐蚀，此电化学腐蚀是析氢腐蚀还是吸氧腐蚀？________，写出其正极反应式 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(6)闭合K2，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生气体的物质的量是________________。‎ 答案：　(1)①2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎②2Cl－－2e－===Cl2↑　将湿润的淀粉KI试纸置于U形管右侧管口，若试纸变蓝，说明产生的气体是Cl2‎ ‎③2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(2)通入HCl气体　(3)Fe－2e－===Fe2＋　升高 ‎(4)外加电流的阴极保护法 ‎(5)吸氧腐蚀　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　(6)0.002 mol ‎[课堂随笔]　　‎ 课时训练　电解池　金属腐蚀与防护 ‎1．(2016·福建福州期末)下列关于金属腐蚀的叙述不正确的是(　　)‎ A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿 B．与生铁相比纯铁更容易被腐蚀 C．金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀都属于电化学腐蚀 D．金属腐蚀的本质是M－ne－===Mn＋‎ 解析：　黄铜是铜锌合金，用该材料制作的铜锣在电解质溶液中构成原电池，Zn的活动性比Cu强，首先被腐蚀，Cu就得到了保护，因此不易产生铜绿，A正确；由于在生铁中含有杂质碳，Fe、碳及周围的电解质溶液构成原电池，Fe作负极，被氧化而腐蚀，因此与纯铁相比，生铁更容易被腐蚀，B错误；金属的吸氧腐蚀和析氢腐蚀都是由于发生原电池反应而引起的腐蚀，故都属于电化学腐蚀，C正确；金属腐蚀的本质是金属失去电子变为金属阳离子，即M－ne－===Mn＋，D正确。‎ 答案：　B ‎2．(2016·河南新乡检测)如图实验为研究金属腐蚀的实验，下列相关说法正确的是 (　　)‎ A．食盐水中有气泡逸出 B．铁表面的反应为Fe－3e－===Fe3＋‎ C．红色首先在食盐水滴的中心出现 D．该实验研究的是金属的吸氧腐蚀 解析：　食盐水显中性，发生钢铁的吸氧腐蚀，负极失电子被氧化，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极O2得电子被还原，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，所以食盐水中没有气泡逸出，A错误；铁是负极，铁表面的反应为Fe－2e－===Fe2＋，B错误；食盐水滴周围直接与空气接触，氧气含量较多，铁被腐蚀的速率较快，故红色首先在食盐水滴的周围出现，C错误；该实验是在中性条件下发生的腐蚀，为吸氧腐蚀，D正确。‎ 答案：　D ‎3．用下列装置能达到预期目的的是(　　)‎ A．甲图装置可用于电解精炼铝 B．乙图装置可得到持续、稳定的电流 C．丙图装置可达到保护钢闸门的目的 D．丁图装置可达到保护钢闸门的目的 解析：　AlCl3溶液中存在Al3＋、H＋，通电时后者先得电子，故阴极得到的不是铝，而是氢气，A不能达到目的；B中的这种原电池中，电流会迅速衰减，乙装置不能达到目的；丙装置是牺牲阳极的阴极保护法，其中阳极材料要为比铁活泼的金属，故C不能达到预期目的。‎ 答案：　D ‎4．下列关于铜电极的叙述正确的是(　　)‎ A．铜锌原电池中铜作负极 B．用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极 C．在镀件上电镀铜时，可用金属铜作阳极 D．电解稀硫酸制H2和O2时，铜作阳极 答案：　C ‎5．用石墨作电极电解足量CuSO4溶液，通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的(　　)‎ A．CuSO4　　　　　　 B．H2O C．CuO D．CuSO4·5H2O 解析：　电解CuSO4溶液的化学方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，离开溶液的物质为Cu和O2，其中铜和氧的原子个数比为1∶1，因此需要加入CuO，C项正确。‎ 答案：　C ‎6．用石墨电极电解CuCl2溶液(如右图所示)。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：　通过图中离子的运动状态可判断连接a的为阴极，连接b的为阳极，故a端为直流电源的负极，b端为直流电源的正极，A项正确；CuCl2‎ 在水溶液中就能发生电离，而不是通电的结果，B项错误；阳极发生氧化反应，即2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；阴极发生还原反应，析出Cu，阳极发生氧化反应，在阳极附近可观察到黄绿色气体，D项错误。‎ 答案：　A ‎7．用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，则可知M的相对质量为(　　)‎ A. B． C. D． 解析：　阴极增重a g，说明析出金属M是a g，阳极的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则产生b L O2转移的电子数目为×4＝ mol，则阴极a g M得到的电子为 mol，＝，则M＝，故选C。‎ 答案：　C ‎8．用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移的电子的物质的量为(　　)‎ A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 解析：　用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，如果硫酸铜没有消耗完或恰好消耗完，这时向电解液中加入氧化铜或碳酸铜就可以恢复到电解前的浓度和pH，而题中加入的是Cu2(OH)2CO3，说明CuSO4消耗完，并且又电解了一部分水。则电解的硫酸铜的物质的量为0.2 mol，电解的水的物质的量为0.1 mol，转移的电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.1 mol×2＝0.6 mol。‎ 答案：　C ‎9．(2016·北京大兴期末)下列表述不正确的是(　　)‎ A．盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液 B．a极附近产生的气体能使湿润的淀粉KI试纸变蓝 C．粗铜的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu D．正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ 解析：　A项，铜锌原电池，锌作负极，盐桥中的Cl－移向ZnSO4溶液，正确；B项，用石墨作电极电解氯化铜溶液，a极与电源正极相连，作阳极，生成的氯气能使湿润的淀粉KI试纸变蓝，正确；C项，粗铜与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误；D项，发生吸氧腐蚀，正极发生还原反应，正确。‎ 答案：　C ‎10.‎ ‎(2016·河南郑州检测)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．用石墨作阳极，铁作阴极 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：　用石墨作阳极，铁作阴极符合题意，A项正确；由题目信息提示，溶液中的离子为CN－和Cl－，而阳极产生ClO－，故其反应物一定是Cl－，即Cl－在阳极被氧化为ClO－，B项正确；阴极为水得电子生成氢气的反应，C项正确；题目信息提示，该反应体系提供的是碱性环境，故反应式中不可能有H＋，除去CN－的正确的反应式为2CN－＋5ClO－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，D项错误。‎ 答案：　D ‎11．(1)利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为________，电解过程中Li＋向________电极迁移(填“A”或“B”)。‎ ‎(2)利用如图装置，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：　(1)产生H2的极为阴极，同时产生OH－，Li＋通过阳离子交换膜进入阴极，阴极区电解液为LiOH溶液。阳极区电解液为LiCl溶液，Cl－发生失电子的氧化反应生成Cl2。‎ ‎(2)铁被保护，可以是作原电池的正极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，锌作负极，称为牺牲阳极的阴极保护法。‎ 答案：　(1)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B ‎(2)N　牺牲阳极的阴极保护法 ‎12．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。‎ ‎(1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。‎ ‎①腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”)；‎ ‎②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__________________；‎ ‎(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧气体积为__________L(标准状况)。‎ 解析：　(1)复分解反应中各元素化合价均不变。(2)①在青铜器被腐蚀过程中，Cu失去电子为原电池的负极。②负极产物为Cu失去电子生成的Cu2＋，正极产物为O2‎ 获得电子生成的OH－，Cu2＋、OH－、Cl－反应生成Cu2(OH)3Cl沉淀：2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。(3)4.29 g Cu2(OH)3 Cl的物质的量＝＝0.02 mol，消耗0.04 mol Cu，转移0.08 mol e－，根据正极反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，消耗0.02 mol O2，其在标准状况下的体积为0.02 mol×22.4 L/mol＝0.448 L。‎ 答案：　(1)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O ‎(2)①c　②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓‎ ‎(3)0.448‎ ‎13．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。‎ ‎(1)以下为铝材表面处理的一种方法： ‎ ‎①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是__________________________(用离子方程式表示)。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的__________。‎ a．NH3 B．CO2　　　c．NaOH　　 D．HNO3‎ ‎②以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为__________________。‎ 取少量废电解液，加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是 ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)①冒气泡的原因是Al与NaOH溶液反应，离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑；使AlO生成沉淀，最好是通入CO2，若加入HNO3，过量时沉淀容易溶解。‎ ‎②阳极是Al发生氧化反应，要生成氧化膜，还必须有H2O参加，故电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋；加入NaHCO3溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于HCO消耗H＋，使溶液pH不断升高。(2)电镀时，阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋，以补充溶液中的Cu2＋。‎ 答案：　(1)①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　b ‎②2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋　HCO消耗H＋，c(H＋)减小，c(OH－)增大，使Al(OH)3沉淀析出 ‎(2)阳极Cu可以发生氧化反应生成Cu2＋‎ ‎14．(2016·湖南长沙八校联考)某反应中反应物与生成物有FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。‎ ‎(1)由上述反应设计成的原电池如图甲所示，请回答下列问题：‎ ‎①图中X溶液是____________；‎ ‎②Cu电极上发生的电极反应式为____________；‎ ‎③原电池工作时，盐桥中的________(填“K＋”或“Cl－”)离子不断进入X溶液中。‎ ‎(2)将上述反应设计成的电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙，请回答下列问题：‎ ‎①M是____________极；‎ ‎②图丙中的②线是____________离子的变化；‎ ‎③当电子转移为2 mol时，向乙烧杯中加入____________L 5 mol·L－1 NaOH溶液才能使所有的金属阳离子沉淀完全。‎ ‎(3)铁的重要化合物高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点。‎ ‎①高铁酸钠生产方法之一是电解法，其原理为Fe＋2NaOH＋2H2O===Na2FeO4＋3H2↑，则电解时阳极的电极反应式是 ‎________________________________________________________________________；‎ ‎②高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为 ‎________________________________________________________________________；‎ ‎③Na2FeO4能消毒、净水的原因：‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：　(1)①根据反应物和生成物的性质，可以确定该氧化还原反应为2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，所以溶液X为FeCl3和FeCl2溶液。‎ ‎②Cu作负极，发生氧化反应，电极反应为Cu－2e－===Cu2＋。‎ ‎③石墨为正极，阳离子向正极移动，所以K＋不断进入X溶液中。‎ ‎(2)①根据丙图可知反应发生后溶液中有三种金属阳离子，而根据X的成分可知X中只有两种金属阳离子，说明在电解过程中还有Cu2＋‎ 生成，因此Cu作阳极，石墨作阴极，所以M为负极，N为正极。‎ ‎②根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化，可知①为Fe3＋，②为Fe2＋，③为Cu2＋。‎ ‎③当电子转移为2 mol时，溶液中有2 mol Fe3＋、3 mol Fe2＋、1 mol Cu2＋，所以沉淀所有金属离子需要加入NaOH溶液14 mol，所以NaOH溶液的体积为＝2.8 L。‎ ‎(3)①电解时阳极发生氧化反应，电极反应为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O。‎ ‎②NaClO氧化Fe(OH)3的离子反应方程式为2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。‎ ‎③Na2FeO4能消毒、净水的原因是高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成的Fe3＋形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用。‎ 答案：　(1)①FeCl3和FeCl2　②Cu－2e－===Cu2＋　③K＋‎ ‎(2)①负　②Fe2＋　③2.8‎ ‎(3)①Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O ‎②2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O ‎③高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成的Fe3＋形成胶体，具有吸附悬浮物的净水的作用