2018届一轮复习苏教版电解池、金属的腐蚀与防护学案

2018届一轮复习苏教版电解池、金属的腐蚀与防护学案

电解池、金属的腐蚀与防护 [2018 备考·最新考纲] 1．理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能写出电极反应和电池反应方程式。 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 (考点层次 B→共研、理解、整合) 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。 提醒：注意电解与电离两概念的联系与区别 联系：电解是在电解质电离的基础上完成的。 区别：电解需外加电源，是化学过程，电离一般在水溶液或熔融状态下完成，为 物理过程。 2．电解池 (1)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。 (2)电极名称及电极反应式(如图) (3)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。 电子和离子移动方向图示 提醒：正确理解电子不下水(电解质溶液)。 3．电解过程思维程序 (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，找全离子并分阴、阳两组。 提醒：不要忘记水溶液中的 H＋和 OH－，不要把 H＋、OH－误加到熔融电解质中 。 (3)然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序 Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg 2＋>Na＋>Ca2 ＋>K＋。 阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 提醒：①“活泼电极”一般指 Pt、Au 以外的金属。 ②最常用的放电顺序：阳极：活泼金属＞Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞ H＋。 (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。 教材 VS 高考 1．(SJ 选修 4·P221 改编)判断正误 (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(×) 2．(RJ 选修 4·P836 改编)1 L 1 mol·L－1 的 AgNO3 溶液在以银为阳极，铁为阴极的 电解槽中电解，当阴极增重 2.16 g 时，下列判断不正确的是(　　) A．此时溶液呈酸性 B．阳极上产生 112 mL O2 C．转移的电子数是 1.204×1022 D．反应中有 0.02 mol 金属被氧化 答案　B 3．(溯源题)(2016·北京理综，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②。 ①a、d 处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ②b 处：2Cl－－2e－===Cl2↑ ③c 处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋ ④根据实验一的原理，实验二中 m 处能析出铜 探源：本考题源于 SJ 选修 4 P19“图 121 电解氯化铜溶液示意图”演示实验，对 电解正负极的判断；电解和电离的区别，电极方程式的书写以及电解现象等方面 进行考查。 [拓展性题组] 题组一　电解基本原理及规律 1．基础知识判断，正确的打“√”，错误的打“×” (1)任何化学反应都可以设计成电解池反应(×) (2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(√) (3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(√) (4)电解 CuCl2 溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色(×) (5)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的 pH 逐渐增大(×) (6)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应(×) (7)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的 pH 不变(×) (8)用惰性电极电解 CuSO4 溶液一段时间后，加入 Cu(OH)2 一定能使电解质溶液 恢复到电解前的情况(×) 2．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中， 下列有关分析完全正确的是(　　) A B C D a 电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d 电极 正极 正极 负极 负极 Q 离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 解析　电子由电源的负极流出，故 a 是阴极、d 是正极，溶液中阳离子移向阴极 。 答案　B 3．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 2－4 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 2H2O ===== 电解 2H2↑＋ 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 4．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 解析　由电解电解质溶液的四种类型可知： 类型 化学物质 pH 变化 放 O2 生酸型 CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2 降低 放 H2 生碱型 KCl、CaCl2 升高 CuCl2 升高[来源:学*科*网] 电解电解质型来源:学科网][来源:学科 网 ZXXK][来源:Zxxk.Com][来源:学科网 ZXXK] HCl 升高 NaNO3、Na2SO4、K2SO4 不变 KOH 升高电解 H2O 型 HNO3 降低 答案　B 【归纳总结】 以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 类型 电极反应特点 类别(实例) 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质溶 液复原 强碱(如 NaOH) 水 增大 增大 加水 含氧酸(如 H2SO4) 水 增大 减小 加水 电解 水型 阴：4H＋＋4e－ ===2H2 ↑(或 4H2O＋4e－ === 4OH－＋ 2H2↑) 阳：4OH－－4e －===2H2O＋ O2↑(或 2H2O －4e－===4H＋ ＋O2↑) 活泼金属 的含氧酸 盐(如 Na2SO4、 KNO3) 水 增大 不变 加水 无氧酸(如 HCl)，除 HF 外 电解质 减小 增大 通氯化氢 电解 电解 质型 电解质电离出 的阴、阳离子 分别在两极放 电 不活泼金 属的无氧 酸盐(如 CuCl2)， 电解质 减小 加氯化铜 放 H2 生碱 型 阴极：H2O 放 H2 生碱 阳极：电解质 阴离子放电 活泼金属 的无氧酸 盐(如 NaCl) 电解质 和水 生成新 电解质 增大 通氯化氢 放 O2 生酸 型 阴极：电解质 阳离子放电 阳极：H2O 放 O2 生酸 不活泼金 属的含氧 酸盐(如 CuSO4) 电解质 和水 生成新 电解质 减小 加氧化铜 或碳酸铜 拓展 根据以上电解规律判断由 H＋、K＋、Mg2＋、Ag＋、Cu2＋、NO－3 、Cl－、OH－所 组成的电解质溶液中，电解对象为水的电解质的化学式为 HNO3、KNO3、 Mg(NO3)2、KOH，电解质本身放电的为 HCl、CuCl2。 题组二　重点突破：电极方程式的判断与书写 5．下列离子方程式书写正确的是(　　) A．用 Cu 片作阳极电解饱和食盐水 2Cl－＋2H2O ===== 电解 Cl2↑＋H2↑＋2OH－ B．用两个铜片作电极电解 AgNO3 溶液： 4Ag＋＋2H2O ===== 电解 Ag＋O2↑＋4H＋ C.用石墨作电极电解 AlCl3 溶液： 2Cl－＋2H2O ===== 电解 Cl2↑＋H2↑＋2OH－ D．用石墨作电极电解 CuSO4 溶液 2Cu2＋＋2H2O ===== 电解 2Cu＋O2↑＋4H＋ 解析　A 项，用 Cu 作阳极电解饱和食盐水，Cu 电极本身失电子：Cu－2e－===Cu2 ＋，阴极 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，二者相加得 Cu＋2H2O ===== 电解 Cu(OH)2＋ H2↑；B 项，铜在阳极失电子，Cu－2e－===Cu2＋，阴极为 2Ag＋＋2e－===2Ag， 总电解反应为 Cu＋2Ag＋ ===== 电解 Cu2＋＋2Ag；C 项，阴极 6H2O＋6e－===3H2↑＋ 6OH－，阳极 6Cl－－6e－===3Cl2↑，得 6Cl－＋6H2O ===== 电解 3Cl2↑＋3H2↑＋6OH －，6Cl－对应 2Al3＋，2Al3＋＋6OH－===2Al(OH)3↓，所以离子方程式为：2Al3＋＋ 6Cl－＋6H2O ===== 电解 3Cl2↑＋3H2↑＋2Al(OH)3↓。 答案　D 6．(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 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______________________________________________ (3)MnO2 可作超级电容器材料。用惰性电极电解 MnSO4 溶液可制得 MnO2，其阳 极的电极反应式是_____________________________________________。 (4)将烧碱吸收 H2S 后的溶液加入到如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解 过程中阳极区发生如下反应： S2－－2e－===S (n－1)S＋S2－===S2－n ①写出电解时阴极的电极反应式：_______________________________。 ②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成 _________________________________________________________________。 答案　(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 4Ag＋＋4e－===4Ag 4Ag＋＋2H2O ― ― →电解 4Ag＋O2↑＋4H＋ (2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO－2 ＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－或 6H＋＋ 6e－===3H2↑ 2Al＋2OH－＋2H2O ― ― →电解 3H2↑＋2AlO－2 (3)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋ (4)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ②S2－n ＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑ 【反思归纳】 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 ＋而不是生成 Fe3＋)。 (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“四个”失分点 (1)书写电解池中电极反应式时，要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，且注明条件“电解”。 (3)电解水溶液时，应注意放电顺序中 H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。 (4)当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电 解规律。 考点二　电解原理的应用 (考点层次 B→共研、理解、整合) 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＋2H2O ===== 电解 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2O ===== 电解 2OH－＋H2↑＋Cl2↑ (3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气 阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。 阴极：碳钢网。 阳离子交换膜： ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室。 2．电解精炼铜 3．电镀铜 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) ===== 电解 2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融) ===== 电解 Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 2Al2O3(熔融) ===== 电解 4Al＋ 3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑ 4Al3＋＋12e－===4Al 教材 VS 高考 1．判断(SJ 选修 4·P271 改编) (1)在镀件上镀铜时镀件作阳极(×) (2)用电解法精炼粗镍时粗镍作阴极(×) (3)用惰性电极电解饱和食盐水时，能使酚酞变红的为电解池的阳极(×) (4)电解熔融氯化钠制钠时不能用铜作阳极(√) 2．(RJ 选修 4·P 834 改编)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．(2016·课标全国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 2－4 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。 判断下列叙述是否正确 (1)通电后中间隔室的 SO 2－4 离子向正极迁移，正极区溶液 pH 增大(×) (2)该法在处理含 Na2SO4 废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品(√) (3)负极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液 pH 降低(×) (4)当电路中通过 1 mol 电子的电量时，会有 0.5 mol 的 O2 生成(×) 【名师评析】 考点 电化学基础 知识点 电解原理的应用，涉及电解原理、电解液中离子移动方向、电 极方程式的书写、电子转移(守恒)等知识。 能力读解 考查信息运用以及应用所学知识解决实际问题的能力。 难度(区分度) 中等，预测区分度为 0.58。 评价 从多角度考查了电化学基础知识。突出了知识重点，而且考查 了运用信息的能力，但在电解池中，正、负极区的说法与平时 教学不太吻合，给解题带来难度。 学习启示 加强电化学基础教学，提高获取信息的能力，注意引导灵活掌 握知识(如四电极的统一)。 探源：本题源于 SJ 选修 4 P20“交流与讨论”与“观察与思考”及其知识拓展， 对电解原理在废水处理上的应用进行了考查。 [拓展性题组] 题组一　源于教材的电解原理基本应用 1．判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。 (1)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)任何水溶液电解时，必须导致氧化还原反应(√) (5)用铜做阳极、石墨做阴极电解 CuCl2 溶液时，阳极电极反应式为 2Cl －－2e－ ===Cl2↑(×) (6) 用 惰 性 电 极 电 解 MgCl2 溶 液 所 发 生 反 应 的 离 子 方 程 式 为 2Cl － ＋ 2H2O ― ― →电解 Cl2↑＋H2↑＋2OH－(×) (7)粗铜电解精炼时，若电路中通过 2 mol e－，阳极减少 64 g(×) (8)电镀铜时，Cu2＋浓度不变，电解精炼铜时，CuSO4 溶液中 Cu2＋浓度降低(√) 2.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　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。 答案　D 【易错警示】 1．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。 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变成金属吸附在阴极上。 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Cu 2＋浓度会逐渐减小。 拓展 氯碱工业中如果去掉离子交换膜，最终所得溶质为 NaClO，写出它的一种用途杀 菌消毒。 题组二　电解原理在工农业生产中的拓展应用 3．(污水处理)(2016·云南二测)某化工厂利用原电池原理处理废水并淡化海水。 工作示意图如下。下列说法正确的是(　　) A．电极 a 在装置中作正极 B．装置中膜 A 是阳离子交换膜 C．电极 b 的电极反应式是 2NO－3 ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O D．若有机物表示为 C4H8O2，每转移 10 mol 电子，电极 a 上产生 22.4 L CO2(标 准状况) 解析　在电极 a 上，有机物被氧化为 CO2，该电极上发生氧化反应，则电极 a 为 原电池的负极，A 项错误；NO －3 在电极 b 上被还原为无毒气体 N2，则电极 b 为 原电池的正极，其电极反应式为 2NO－3 ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，C 项正 确；电极 b 上消耗溶液中的阳离子，故海水中的阳离子通过膜 B(阳离子交换膜) 进正极室，而海水中的阴离子透过膜 A(阴离子交换膜)进入负极室，B 项错误； C4H8O2 中的 C 为－1 价，转移 10 mol 电子时，电极 a 上产生 2 mol CO2 气体，D 项错误。 答案　C 4．(物质制备)(1)(2017·重庆一中月考)现代工业生产中常用电解氯化亚铁溶液的 方法制得氯化铁溶液吸收有毒的硫化氢气体。工艺原理如图所示。下列说法中不 正确的是(　　) A．左槽中发生的反应为 2Cl－－2e－===Cl2↑ B．右槽中的反应式：2H＋＋2e－===H2↑ C．H＋从电解池左槽迁移到右槽 D．FeCl3 溶液可以循环利用 (2)[2014·新课标全国Ⅰ，27(4)]H3PO2 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 H3PO2 的原因_____________________________。 ③早期采用“三室电渗析法”制备 H3PO2 将 “四室电渗析法”中阳极室的稀硫 酸用 H3PO2 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： ___________________________________________________________________。 解析　(1)根据装置图可知 Fe2＋在电解池的左槽中被氧化生成 Fe3＋，则左槽是电 解池的阳极，右槽是电解池的阴极。阳极(左槽)的电极反应式为 Fe2＋－e－===Fe3 ＋，A 项错误；阴极(右槽)的电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑，B 项正确；电解 池中 H＋从电解池阳极(左槽)迁移到阴极(右槽)，C 项正确；反应池中的反应为 2FeCl3＋H2S===2FeCl2＋2HCl＋S↓，故 FeCl3 溶液可循环利用，D 项正确。 (2)①阳极发生氧化反应，由于 OH－的放电性大于 SO2－4 ，则在反应中 OH－失去 电子，电极反应式为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。 ②阳极室 H2O 放电产生 H＋，H＋进入产品室，原料室中的 H2PO －2 穿过阴膜扩散 至产品室，两者发生反应：H＋＋H2PO－2 H3PO2。 ③如果撤去阳膜，H2PO －2 或 H3PO2 可能被氧化为 PO3－4 。 答案　(1)A (2)①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ②阳极室的 H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 H2PO －2 穿过阴膜扩散至产品 室，二者反应生成 H3PO2 ③PO3－4 　H2PO －2 或 H3PO2 被氧化 题组三　电解过程中的定量计算 5．(2017·雅礼月考)用惰性电极电解 100 mL CuSO4 溶液一段时间后，可以通过添 加 0.1 mol Cu(OH)2 将溶液的量与浓度完全复原，则电解时电路中通过的电子为(　　 ) A．0.1 mol　　　　　　　 B．0.2 mol C．0.4 mol　　 D．0.8 mol 解析　本题解题关键是通过加入 Cu(OH)2 将溶液完全复原这一信息，确定该电解 过程分为两个过程，分别为电解 CuSO4 溶液和 H2O，可分别进行计算。 根据题意知，通过添加 0.1 mol Cu(OH)2 将溶液的量与浓度完全复原，可知电解 时 Cu2＋放电完全，且电解了一部分水。由 0.1 mol Cu(OH)2 可知，电解时阴极产 生了 0.1 mol Cu 和 0.1 mol H2，结合电极反应式知，通过的电子为 0.4 mol。 答案　C 6．500 mL KNO3 和 Cu(NO3)2 的混合溶液中 c(NO－3 )＝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　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＋O 2↑，阴极先后发生两个反应：Cu 2＋ ＋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－3 )，c(K＋)＋ c(H＋)＝c(NO－3 )，不难算出：电解前 c(K＋)＝0.2 mol·L －1，电解后 c(H＋)＝0.4 mol·L－1。 答案　A 【思维建模】 突破电化学定量计算的三种方法 实例： 通过 4 mol e－为基准可构建电极产物之间的如下关系式： (M 为金属，x 为其化合价) 考点三　金属的腐蚀与防护 (考点层次 A→自学、识记、辨析) 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 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体(如 O2、Cl2、 SO2 等)或非电解质液体(如石油)等接触 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： 类型 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 负极 Fe：Fe－2e－===Fe2＋电极材料 及反应 正极 C：2H＋＋2e－===H2↑ C：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 提醒：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)改变金属的内部结构组成，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。 提醒：牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极。 教材 VS 高考 1．判断(SJ 选修 4·P2710 改编) (1)黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿(√) (2)生铁比纯铁容易生锈(√) (3)铁质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈(√) (4)用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈(√) 2．(RJ 选修 4·P 871 改编)钢铁发生吸氧腐蚀时，正极发生反应的电极反应式为(　　 ) A．Fe－2e－===Fe2＋ B．Fe－3e－===Fe3＋ C．O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．2H＋＋2e－===H2↑ 答案　C 3．填空（SJ 选修 4·P274 改编） 以下装置中（杯中均盛有海水） Zn 片腐蚀由快到慢的顺序为④③⑥①②⑤。 4．(溯源题)(2015·上海化学，14)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。判断 下列有关说法是否正确 (1)d 为石墨，铁片腐蚀加快(√) (2)d 为石墨，石墨上电极反应为：O2＋2H2O＋4e－―→4OH－(√) (3)d 为锌块，铁片不易被腐蚀(√) (4)d 为锌块，铁片上电极反应为：2H＋＋2e－―→H2↑(×) 探源：本题源于教材 SJ 选修 4 P24“图 1-28 铁吸氧腐蚀的原理示意图”对金属腐 蚀类型及常见的防腐方法进行了考查。 [诊断性题组] 1．基础知识判断，正确的划“√”，错误的划“×” (1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀(×) (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(×) (3)干燥环境下金属不被腐蚀(×) (4)Al、Fe、Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×) (5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成 Fe3＋(×) (6)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 (×) (7)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(√) 2．图中烧杯中盛的是天然水，铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是(　　) A．⑤>②>①>③>④ B．④>③>②>①>⑤ C．⑤>②>③>④>① D．④>③>⑤>②>① 解析　认真观察装置图，可以观察到：④是电解池装置，Fe 是阳极，铁失去电 子，铁腐蚀最快。②③⑤是原电池装置，在⑤池中 Fe 是正极，被保护，腐蚀最 慢，③池中 Fe 与 Cu 金属活动性相差比②池中 Fe 与 Sn 大，腐蚀速率③>②，① 池中 Fe 是化学腐蚀，相对②中较慢。综上所述，铁被腐蚀的速率由快到慢为 ④>③>②>①>⑤。 答案　B 3 ．某同学利用下图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。( 已知 Fe 2 ＋遇 K3[Fe(CN)6]溶液呈蓝色)。 下列说法不合理的是(　　) A．①区 Cu 电极上产生气泡，Fe 电极附近滴加 K3[Fe(CN)6]溶液后出现蓝色，Fe 被腐蚀 B．②区 Cu 电极附近滴加酚酞后变成红色，F e 电极附近滴加 K3 [Fe(CN)6]溶液 出现蓝色，Fe 被腐蚀 C ． ③ 区 Zn 电 极 的 电 极 反 应 式 为 Zn － 2e － ===Zn2 ＋ ， Fe 电 极 附 近 滴 加 K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色，Fe 被保护 D．④区 Zn 电极的电极反应式为 2H 2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Fe 电极附近滴 加 K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色，Fe 被腐蚀 解析　①区发生吸氧腐蚀，Cu 为正极，电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ，Cu 电极上不产生气泡，A 项错误；②区 Cu 为阴极，电极反应式为 2H2O＋2e－ ===H2↑＋2OH－，Cu 电极附近溶液碱性增强，滴加酚酞后变成红色，Fe 为阳极 ，被腐蚀，电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，Fe 电极附近滴加 K3[Fe(CN)6]溶液 出现蓝色，B 项正确；③区 Zn 为负极，电极反应式为 Zn－2e－===Zn2＋，Fe 为 正极，得到保护，C 项正确；④区 Zn 为阴极，电极反应式为 2H2O＋2e－===H2↑ ＋2OH－，Fe 作阳极，被腐蚀，电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，Fe 电极附近滴 加 K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色，D 项正确。 答案　A 【反思归纳】 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。