2020届二轮复习电解池金属的腐蚀与防护课件（30张）

2020届二轮复习电解池金属的腐蚀与防护课件（30张）

第 2 课时　电解池　金属的腐蚀与防护 专题九　电化学 命题调研 (2016 ～ 2019 四年大数据 ) 2016 ～ 2019 四年考向分布 核心素养与考情预测 核心素养： 模型认知、变化推理、科学创新 考情解码： 本部分主要考查电解池的电极方程式和电解方程式的书写两个知识点，难点是从氧化还原反应出发，结合电解质中离子种类的实际情况，利用电荷守恒和元素守恒书写电极方程式。题目以科学研究中或者工业上的某个电解操作为背景，起点高，落点低，题型为填空题，难度中等。预测 2020 年选考仍为电极方程式和电解方程式书写的考查。 真题重现 1. (2019· 浙江 4 月选考节选 ) 以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解 NH 4 HSO 4 溶液产生 (NH 4 ) 2 S 2 O 8 ，再与水反应得到 H 2 O 2 ，其中生成的 NH 4 HSO 4 可以循环使用。 (1) 阳极的电极反应式是 ___________________________________________ 。 (2) 制备 H 2 O 2 的总反应方程式是 ____________________________________ 。 2. (2018· 浙江 11 月选考节选 ) 高铁酸钾 (K 2 FeO 4 ) 可用作水处理剂。某同学通过 “ 化学 — 电解法 ” 探究 K 2 FeO 4 的合成，其原理如图所示。接通电源，调节电压，将一定量 Cl 2 通入 KOH 溶液，然后滴入含 Fe 3 ＋ 的溶液，控制温度，可制得 K 2 FeO 4 。 3. (2018· 浙江 4 月选考节选 ) 以四甲基氯化铵 [(CH 3 ) 4 NCl] 水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵 [(CH 3 ) 4 NOH] ，装置如图所示。 (1) 收集到 (CH 3 ) 4 NOH 的区域是 ________( 填 a 、 b 、 c 或 d) 。 (2) 写出电池总反应 ________________________________________________ _______________________________________________________________ 。 4. (2017· 浙江 11 月选考节选 ) 科学家发现，以 H 2 O 和 N 2 为原料，熔融 NaOH － KOH 为电解质，纳米 Fe 2 O 3 作催化剂，在 250 ℃ 和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。 电极反应式： _____________________________________________________ 和 2Fe ＋ 3H 2 O ＋ N 2 ===2NH 3 ＋ Fe 2 O 3 。 解析　 以 H 2 O 和 N 2 为原料，熔融 NaOH － KOH 为电解质，纳米 Fe 2 O 3 作催化剂，在 250 ℃ 和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生还原反应，根据其中一个反应 2Fe ＋ 3H 2 O ＋ N 2 ===Fe 2 O 3 ＋ 2NH 3 ，可知， Fe 2 O 3 作催化剂，首先转化为铁，因此电极反应式为 Fe 2 O 3 ＋ 6e － ＋ 3H 2 O===2Fe ＋ 6OH － 。 答案　 Fe 2 O 3 ＋ 3H 2 O ＋ 6e － ===2Fe ＋ 6OH － 考向一　电解池的工作原理 1. 某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置 (C 1 、 C 2 、 C 3 均为石墨 ) 。下列叙述正确的是 ( 　　 ) A. 甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能 B.C 1 、 C 2 分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应 C.C 1 上和 C 3 上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同 D. 甲中溶液的 pH 逐渐增大，丙中溶液的 pH 逐渐减小 解析　 A 项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误。 B 项， C 1 、 C 2 分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误。 C 项， C 1 和 C 3 都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确。 D 项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气，随着反应的进行，溶液的 pH 均增大，错误。 答案　 C 电解池工作原理 ( 阳极为惰性电极 ) 示意图 备考策略 考向二　电极方程式的书写和电解产物的判断 2. 次磷酸 (H 3 PO 2 ) 是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。 H 3 PO 2 也可用电渗析法制备， “ 四室电渗析法 ” 工作原理如图所示 ( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过 ) ： (1) 写出阳极的电极反应式 ___________________________________________ 。 (2) 分析产品室可得到 H 3 PO 2 的原因 __________________________________ ________________________________________________________________ 。 (3) 早期采用 “ 三室电渗析法 ” 制备 H 3 PO 2 ：将 “ 四室电渗析法 ” 中阳极室的稀硫酸用 H 3 PO 2 稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 ________ 杂质，该杂质产生的原因是 ___________________________________________________________________ 。 电解池中电极反应式的书写 (1) 根据装置书写 ① 根据电源确定阴、阳两极 → 确定阳极是否是活性金属电极 → 据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。 备考策略 ② 在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极电极反应式合并即得总反应式。 (2) 由氧化还原反应方程式书写电极反应式 ① 找出发生氧化反应和还原反应的物质 → 两极名称和反应物 → 利用得失电子守恒分别写出两极反应式。 ② 若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。 (3) 电极反应式的书写 —— “ 二判二析一写 ” 二判： ① 判断阴阳极； ② 判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。 二析： ① 分析溶液中离子的种类； ② 根据离子放电顺序，分析电极反应。 一写：根据电极产物，写出电极反应式。 A. 充电时 Li ＋ 从右边流向左边 B. 放电时，正极锂的化合价未发生改变 C. 充电时 B 作阳极，该电极放电时的电极反应式为 Li 1 － x CoO 2 ＋ x Li ＋ ＋ x e － ===LiCoO 2 D. 废旧钴酸锂 (LiCoO 2 ) 电池进行 “ 放电处理 ” 让 Li ＋ 进入石墨中而有利于回收 答案　 D (1) 对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 (2) 可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的 “ ＋ ” 极与外接直流电源的正极相连，电池的 “ － ” 极与外接直流电源的负极相连。 备考策略 考向四　电解的有关计算 4. 用下图装置模拟人工肾脏的工作原理，电解生成的 Cl 2 将尿素 [CO(NH 2 ) 2 ] 氧化成 N 2 排出，则下列说法错误的是 ( 　　 ) A. 电源的正极为 b B. 尿素被氧化的化学方程式为 CO(NH 2 ) 2 ＋ 3Cl 2 ＋ H 2 O===N 2 ＋ CO 2 ＋ 6HCl C. 电解结束后，阴极室溶液与电解前相比 pH 增大 D. 阳极收集到 Cl 2 4.48 L( 标准状况 ) 时，被氧化的尿素为 4.0 g 答案　 C 电化学以氧化还原反应为前提，涉及的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电子的量求产物的量和根据产物的量求电子的量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法： (1) 根据总反应式的计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计算。 (2) 守恒法计算。用于串联电路，阴阳两极产物、正负两极产物等类型的计算其依据是电路中转移的电子数守恒。 (3) 根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量直接的桥梁，建立计算所需的关系式。 备考策略 考向五　金属的腐蚀与防护 5. (2018· 浙江桐乡一中高二下期中 ) 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 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 管液面 C.a 处溶液的 pH 增大， b 处溶液的 pH 减小 D.a 、 b 两处具有相同的电极反应式： Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 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 － ===Fe 2 ＋ 正极： O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O===4OH － 右边　负极： Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 正极： 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ a 、 b 处的 pH 均增大， C 错误。 答案　 C 6. (2017· 课标全国 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　 钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁 ( 阳极 ) 流向正极，从负极流向钢管桩 ( 阴极 ) ， A 、 B 正确； C 项，题给信息高硅铸铁为 “ 惰性辅助阳极 ” 不损耗，错误。 答案　 C 一、金属的腐蚀 金属腐蚀是金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。金属腐蚀一般可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两类。 备考策略 1. 化学腐蚀 金属跟接触到的干燥气体或非电解质液体 ( 如石油 ) 等直接发生化学反应而引起的腐蚀，这种腐蚀的速率随着温度的升高而加快。 2. 电化学腐蚀 不纯的金属接触电解质溶液时，会发生原电池反应，较活泼的金属失去电子而被氧化所引起的腐蚀。 二、电化学腐蚀的分类 以铁的腐蚀为例   吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜呈弱酸性或中性 水膜呈较强酸性 正极反应式 O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － ===4OH － 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ 负极反应式 2Fe － 4e － ===2Fe 2 ＋ Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 总反应式 2Fe ＋ O 2 ＋ 2H 2 O===2Fe(OH) 2 Fe ＋ 2H ＋ ===Fe 2 ＋ ＋ H 2 ↑ 三、金属的防护 1. 电化学保护法 (1) 牺牲阳极的阴极保护法 —— 原电池原理 在被保护的钢铁设备上装上若干活泼金属如镁合金或锌块，作原电池的负极 ( 阳极 ) ；让被保护的金属作原电池的正极 ( 阴极 ) 。 (2) 外加电流的阴极保护法 用被保护的金属作阴极，用惰性电极作阳极，外接直流电源。 2. 其他方法 (1) 改变金属内部结构，如制成防腐的合金； (2) 加涂保护层，如喷油漆、涂油脂。