2018届高考二轮复习人教版第三编化学反应原理专题十电化学课件14（83张）

2018届高考二轮复习人教版第三编化学反应原理专题十电化学课件14（83张）

专题十　电化学 第三编　化学反应原理 考点一　原电池、化学电源 三年选考 五次真题 考点二　电解池、金属的腐蚀与防护 ( 加试 ) 原电池、化学电源 考点一 核心精讲 1 1. 原电池的工作原理 (1) 概念和反应本质 原电池是把化学能转化为电能的装置，其反应本质是氧化还原反应。 (2) 工作原理 ① 反应原理 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 _______________ _______________ 反应类型 _________ _________ 电子流向 由 Zn 片沿导线流向 Cu 片 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu 氧化反应 还原反应 ② 原理归纳 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu (3) 原电池的构成条件 ① 一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生 ( 一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应 ) 。 ② 二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。 ③ 三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件： a. 电解质溶液； b. 两电极直接或间接接触； c. 两电极插入电解质溶液中。 (4) 盐桥原电池 ( 加试 ) ① 构造 ② 盐桥的组成和作用 a. 盐桥中装有饱和的 KCl 、 KNO 3 等溶液和琼脂制成的胶冻。 b. 盐桥的作用：连接内电路，形成闭合回路；平衡电荷，使原电池不断产生电流。 c. 盐桥含饱和 KCl 溶液， K ＋ 移向正极， Cl － 移向负极。 ③ 单池原电池和盐桥原电池的对比 图 1 和图 2 两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。 负极： _______________ 正极： ________________ 总反应： _____________________ Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu Zn ＋ Cu 2 ＋ ===Cu ＋ Zn 2 ＋ 不同点：图 1 中 Zn 在 CuSO 4 溶液中直接接触 Cu 2 ＋ ，会有一部分 Zn 与 Cu 2 ＋ 直接反应，该装置中既有化学能转化成了电能，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。 图 2 中 Zn 和 CuSO 4 溶液分别在两个池子中， Zn 与 Cu 2 ＋ 不直接接触，不存在 Zn 与 Cu 2 ＋ 直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。 关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。 2. 常见化学电源 (1) 碱性锌锰电池 —— 一次电池 电池组成：锌、碳棒、二氧化锰、氯化锌、氯化铵 特点：用途广泛 正极反应： 2MnO 2 ＋ 2H 2 O ＋ 2e － ===2MnOOH ＋ 2OH － ； 负极反应： Zn ＋ 2OH － － 2e － ===Zn(OH) 2 ； 总反应： Zn ＋ 2MnO 2 ＋ 2H 2 O===2MnOOH ＋ Zn(OH) 2 。 (2) 银锌钮扣电池 —— 一次电池 电池组成：锌、氧化银、氢氧化钾溶液 特点：放电平稳，电流大 负极反应： Zn ＋ 2OH － － 2e － ===Zn(OH) 2 ； 正极反应： Ag 2 O ＋ H 2 O ＋ 2e － ===2Ag ＋ 2OH － ； 总反应： Zn ＋ Ag 2 O ＋ H 2 O===Zn(OH) 2 ＋ 2Ag 。 (3) 铅蓄电池 —— 二次电池 电池组成：铅、二氧化铅、硫酸 特点：广泛用于机动车辆 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是 Pb ，正极材料是 PbO 2 。 ① 放电时的反应 a. 负极反应： Pb ＋ － 2e － ===PbSO 4 ； b. 正极反应： PbO 2 ＋ 4H ＋ ＋ ＋ 2e － ===PbSO 4 ＋ 2H 2 O 。 ② 充电时的反应 a. 阴极反应： PbSO 4 ＋ 2e － === Pb ＋ ； b. 阳极反应： PbSO 4 ＋ 2H 2 O － 2e － ===PbO 2 ＋ 4H ＋ ＋ ； 总反应： PbO 2 ＋ Pb ＋ 2H 2 SO 4 2PbSO 4 ＋ 2H 2 O 。 (4) 镍氢电池 —— 二次电池 电池组成：贮氢合金、泡沫氧化镍、氢氧化钾溶液 特点：寿命长、性能好、比能量高 ① 放电时的反应 负极反应： MH － e － ＋ OH － ===M ＋ H 2 O ； 正极反应： NiO(OH ) ＋ e － ＋ H 2 O===Ni(OH) 2 ＋ OH － 。 ② 充电时的反应 阴极反应： M ＋ H 2 O ＋ e － ===MH ＋ OH － ； 阳极反应： Ni(OH) 2 ＋ OH － － e － === NiO(OH ) ＋ H 2 O ； 总反应： NiO(OH ) ＋ MH Ni(OH) 2 ＋ M 。 说明 　可逆电池的充、放电不能理解为可逆反应。 (5) 氢氧燃料电池 电池组成：铂碳 / 氢气、铂碳 / 氧气、氢氧化钾溶液 ( 或 H 2 SO 4 溶液 ) 特点：用于航天飞机、牵引车等。 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。 种类 酸性 碱性 负极反应式 _______________ ________________________ 正极反应式 _____________________ 电池总反应式 ___________________ 2H 2 － 4e － ===4H ＋ 2H 2 ＋ 4OH － － 4e － ===4H 2 O O 2 ＋ 4e － ＋ 4H ＋ ===2H 2 O O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － ===4OH － 2H 2 ＋ O 2 ===2H 2 O 1. 下面装置中，能构成原电池的是 __________ ( 填序号 ) 。 题组集训 2 题组一　原电池的构成及工作原理 答案 ②④⑥⑦⑨ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2. 某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是 A.a 和 b 不连接时，铁片上会有金属铜析出 B.a 和 b 用导线连接时，铜片上发生的反应： Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu C. 无论 a 和 b 是否连接，铁片均会溶解，溶液均由蓝色逐 渐变成浅绿色 D.a 和 b 分别连接直流电源正、负极，电压足够大时， Cu 2 ＋ 向铜电极移动 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析　 A 项， a 、 b 不连接，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜，铁上析出铜，正确； B 项， a 、 b 用导电连接，形成原电池，铁作负极，铜作正极，铜上铜离子得到电子生成铜，正确； C 项， a 、 b 是否连接，铁都溶解，溶液由硫酸铜变成硫酸亚铁，正确； D 项， a 连接电源的正极，作阳极，铜离子向铁电极移动，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3. 下图为一种原电池，下列有关说法中正确的是 答案 解析 题组二　 “ 盐桥 ” 原电池 ( 加试 ) A. 甲中盛 ZnSO 4 溶液，乙中盛 CuSO 4 溶液，锌为阴极 B. 乙中盛 CuSO 4 溶液， Cu 2 ＋ 在铜电极上被氧化 C. 电池工作时，盐桥中的阳离子移向甲，阴离子移向乙，溶液仍保持电中性 D. 在 Zn 极上发生的电极反应为 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析　 锌为负极，不是阴极， A 项错误； Cu 2 ＋ 在乙中得电子，被还原成 Cu ， B 项错误； 甲中阳离子增多，故盐桥中阴离子进入甲，同理，盐桥中阳离子进入乙， C 项错误； 金属 Zn 比 Cu 活泼，作负极，其电极反应式为 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ ， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4. 某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理。按照实验步骤依次回答下列问题： 答案 解析 (1) 导线中电子流向为 ________( 用 a 、 b 表示 ) 。 由 a 流向 b 解析 　 锌 铜原电池中，锌比铜活泼，故锌为负极，铜为正极。原电池中，电子由负极流向正极，故电子的流向为 a → b 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 解析 (2) 写出装置中锌电极上的电极反应式： ________________ 。 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ 解析 　 Zn 为负极，锌电极上的电极反应式为 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 解析 (3) 若装置中铜电极的质量增加 0.64 g ，则导线中转移的电子数目为 ________( 用 N A 表示 ) 。 0.02 N A 解析　 0.64 g 铜的物质的量为 0.01 mol ，由电极反应式 Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu 可知，生成 1 mol 铜，转移 2 mol 电子，故生成 0.01 mol 铜，导线中转移 0.02 mol 电子，电子数目为 0.02 N A 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 解析 (4) 装置的盐桥中除添加琼脂外，还要添加 KCl 的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的 K ＋ 、 Cl － 的移动方向的表述正确的是 ________ 。 A. 盐桥中的 K ＋ 向左侧烧杯移动、 Cl － 向右侧烧杯移动 B. 盐桥中的 K ＋ 向右侧烧杯移动、 Cl － 向左侧烧杯移动 C. 盐桥中的 K ＋ 、 Cl － 都向左侧烧杯移动 D. 盐桥中的 K ＋ 、 Cl － 几乎都不移动 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 　 左侧 烧杯中锌失电子变成锌离子，使得锌电极附近带正电荷，吸引阴离子向左侧烧杯移动，右侧烧杯中铜离子得到电子变成铜，使得铜电极附近带负电荷，吸引阳离子向右侧烧杯移动，故盐桥中的 K ＋ 向右侧烧杯移动、 Cl － 向左侧烧杯移动。故选 B 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析 题组三　原电池工作原理应用 —— 化学电源的设计 ( 一 ) “ 常规 ” 化学电源 5.(2017· 浙江省 “ 七彩阳光 ” 新高考研究联盟高三上学期考试 ) 干电池模拟实验装置如图。下列说法不正确的是 答案 A. 锌片作负极，碳棒作正极 B. 电子从锌片流向碳棒，电流方向则相反 C.NH 4 Cl 是电解质，在锌片逐渐消耗过程中 MnO 2 不断被氧化 D. 该电池是一次电池，废旧电池中锌可回收 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ 解析　 锌是活泼金属，则锌片作负极，碳棒作正极， A 项正确； 原电池中电子从负极沿导线流向正极，电流从正极流向负极， B 项正确； 以糊状 NH 4 Cl 作电解质，其中加入的 MnO 2 被还原， C 项错误； 该电池是一次电池，废旧电池中锌可回收， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6.(2017· 丽水、衢州、湖州三地市 9 月教学质量检测 ) 锌－空气电池适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时 Zn 转化为 ZnO ，其工作原理如图。下列说法正确的是 A. 氧气在石墨电极上发生氧化反应 B. 负极反应为 Zn ＋ H 2 O － 2e － === ZnO ＋ 2H ＋ C. 放电前后电解质溶液的 pH 基本不变 D. 放电时 OH － 向石墨电极移动 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析　 A 项，氧气在石墨电极上发生得到电子的还原反应，错误； B 项，溶液显碱性，负极反应为 Zn ＋ 2OH － － 2e － === ZnO ＋ H 2 O ，错误； C 项，总反应式为 O 2 ＋ 2Zn===2ZnO ，因此放电前后电解质溶液的 pH 基本不变，正确； D 项，放电时 OH － 向负极即向锌电极移动，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ( 二 ) 新型化学电源 类型一　 “ 燃料 ” 电池 7.(2017· 温州市高三 9 月选考适应性测试 ) 一种酸性 “ 二甲醚 (CH 3 OCH 3 ) 直接燃料电池 ” 具有启动快、能量密度高、效率好等优点，其电池原理如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是 答案 解析 A.a 电极是该电池的负极 B.b 电极上发生的反应为 O 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － ===2H 2 O C.H ＋ 由 a 电极向 b 电极迁移 D. 电池工作时，电子从 a 电极 → 灯泡 → b 电极 → 电解液 → a 电极 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析　 二甲醚 (CH 3 OCH 3 ) 直接燃料电池通入氧气的一极为正极，所以 a 是负极、 b 是正极，故 A 正确； b 是正极， O 2 得电子发生还原反应： O 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － ===2H 2 O ，故 B 正确； 原电池中阳离子移向正极， H ＋ 由 a 电极向 b 电极迁移，故 C 正确； 电池工作时，电子从 a 电极 → 灯泡 → b 电极，电解液中没有电子移动，故 D 错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8.(2017· 绍兴一中高三限时训练 ) 一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 答案 知识归纳 A.CH 4 ＋ H 2 O 3H 2 ＋ CO,1 mol CH 4 参加反应转移 12 mol 电子 B. 电极 A 为正极 C. 电池工作时， 向电极 B 移动 D.O 2 在 B 电极上被还原 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 不同 “ 介质 ” 下燃料电池电极反应式的书写，大多数学生感到较难。主要集中在：一是得失电子数目的判断，二是电极产物的判断。下面以 CH 3 OH 、 O 2 燃料电池为例，分析电极反应式的书写： (1) 酸性介质，如 H 2 SO 4 ： CH 3 OH 在负极上失去电子生成 CO 2 气体， O 2 在正极上得到电子，在 H ＋ 作用下生成 H 2 O 。电极反应式为 负极： CH 3 OH － 6e － ＋ H 2 O===CO 2 ＋ 6H ＋ 正极： O 2 ＋ 6e － ＋ 6H ＋ ===3H 2 O 知识归纳 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (2) 碱性介质，如 KOH 溶液： CH 3 OH 在负极上失去电子，在碱性条件下生成 ， 1 mol CH 3 OH 失去 6 mol e － ， O 2 在正极上得到电子生成 OH － ，电极反应式为 负极： CH 3 OH － 6e － ＋ 8OH － === ＋ 6H 2 O 正极： O 2 ＋ 6e － ＋ 3H 2 O===6OH － (3) 熔融盐介质，如 K 2 CO 3 ：在电池工作时， 移向负极。 CH 3 OH 在负极上失去电子，在 的作用下生成 CO 2 气体， O 2 在正极上得到电子，在 CO 2 的作用下生成 ，其电极反应式为 负极： CH 3 OH － 6e － ＋ ===4CO 2 ＋ 2H 2 O 正极： O 2 ＋ 6e － ＋ 3CO 2 === 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (4) 掺杂 Y 2 O 3 的 ZrO 3 固体作电解质，在高温下能传导正极生成的 O 2 － ；根据 O 2 － 移向负极，在负极上 CH 3 OH 失电子生成 CO 2 气体，而 O 2 在正极上得电子生成 O 2 － ，电极反应式为 负极： CH 3 OH － 6e － ＋ 3O 2 － ===CO 2 ＋ 2H 2 O 正极： O 2 ＋ 6e － ===3O 2 － 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 类型二　锂电池 9.(2017· 全国卷 Ⅲ ， 11) 全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极 a 常用掺有石墨烯的 S 8 材料，电池反应为 16Li ＋ x S 8 ===8Li 2 S x (2 ≤ x ≤ 8) 。下列说法错误的是 答案 解析 A. 电池工作时，正极可发生反应： 2Li 2 S 6 ＋ 2Li ＋ ＋ 2e － ===3Li 2 S 4 B. 电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 g C. 石墨烯的作用主要是提高电极 a 的导电性 D. 电池充电时间越长，电池中 Li 2 S 2 的量越多 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析　 A 项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中 Li ＋ 移动方向可知，电极 a 为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生 S 8 → Li 2 S 8 → Li 2 S 6 → Li 2 S 4 → Li 2 S 2 的还原反应，正确； B 项，电池工作时负极电极方程式为 Li － e － ===Li ＋ ，当外电路中流过 0.02 mol 电子时，负极消耗的 Li 的物质的量为 0.02 mol ，其质量为 0.14 g ，正确； C 项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极 a 的导电能力，正确； D 项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为 8Li 2 S x 16Li ＋ x S 8 (2 ≤ x ≤ 8) ，故 Li 2 S 2 的量会越来越少，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 类型三　新型可逆电池 —— 储氢电池 10. 镍氢电池 (NiMH) 目前已成为混合动力汽车的一种主要电池。 NiMH 中的 M 表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式： Ni(OH) 2 ＋ M=== NiOOH ＋ MH 。已知： 6NiOOH ＋ NH 3 ＋ H 2 O ＋ OH － ===6Ni(OH) 2 ＋ 。 下列说法正确的是 A.NiMH 电池放电过程中，正极的电极反应式： NiOOH ＋ H 2 O ＋ e － ===Ni(OH) 2 ＋ OH － B. 充电过程中 OH － 从阳极向阴极迁移 C. 充电过程中阴极的电极反应式： H 2 O ＋ M ＋ e － ===MH ＋ OH － ， H 2 O 中的 H 被 M 还原 D.NiMH 电池中可以用 KOH 溶液、氨水等作为电解质溶液 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 解析　 NiMH 电池放电过程中， NiOOH 得到电子，故正极的电极反应式为 NiOOH ＋ H 2 O ＋ e － ===Ni(OH) 2 ＋ OH － ， A 项正确； 充电过程中阴离子向阳极移动， OH － 从阴极向阳极迁移， B 项错误； 充电过程中阴极的电极反应式： H 2 O ＋ M ＋ e － ===MH ＋ OH － ， H 2 O 中的 H 离子得到电子被还原生成 H 2 ，生成的 H 2 被储氢合金 M 吸收，相互作用生成 MH ， H 2 O 中的 H 不是被 M 还原， C 项错误； 根据已知 NiMH 可以与氨水和碱反应，故不能用氨水、 KOH 溶液作为电解质溶液， D 项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 电解池、金属的腐蚀与防护 ( 加试 ) 考点二 核心精讲 1 1. 电解池的原理及应用 (1) 电解池 ① 概念：把电能转化为化学能的装置。 ② 构成条件 a. 有与电源相连的两个电极。 b. 电解质溶液 ( 或熔融电解质 ) 。 c. 形成闭合回路。 ③ 电极名称及电极反应式 ( 如图 ) 阳极 氧化 阴极 还原 ④ 电子和离子的移动方向 特别提醒 　 电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。 (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，找全离子并分阴、阳两组 ( 不要忘记水溶液中的 H ＋ 和 OH － ) 。 ③ 然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序： Ag ＋ ＞ Fe 3 ＋ ＞ Cu 2 ＋ ＞ H ＋ ( 酸 ) ＞ Fe 2 ＋ ＞ Zn 2 ＋ ＞ H ＋ ( 水 ) ＞ Al 3 ＋ ＞ Mg 2 ＋ ＞ Na ＋ ＞ Ca 2 ＋ ＞ K ＋ 。 阳极：活泼电极＞ S 2 － ＞ I － ＞ Br － ＞ Cl － ＞ OH － ＞含氧酸根离子。 注意 　 a. 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。 b. 最常用、最重要的放电顺序：阳极： Cl － ＞ OH － ；阴极： Ag ＋ ＞ Cu 2 ＋ ＞ H ＋ 。 c. 电解水溶液时， K ＋ ～ Al 3 ＋ 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。 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。 (3) 电解原理的应用 ① 电解饱和食盐水 a. 电极反应 阳极反应式： ( 反应 ) 阴极反应式： ( 反应 ) b. 总反应方程式 2NaCl ＋ 2H 2 O 2NaOH ＋ H 2 ↑ ＋ Cl 2 ↑ 离子反应方程式： 2Cl － ＋ 2H 2 O 2OH － ＋ H 2 ↑ ＋ Cl 2 ↑ c. 应用：氯碱工业制 、 和 。 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ 氧化 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ 还原 烧碱 氯气 氢气 ② 电镀 右 图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题： a. 镀件作 极，镀层金属银作 极。 b. 电解质溶液是 。 c. 电极反应： 阳极： ；阴极： 。 d. 特点： 极溶解， 极沉积，电镀液的浓度 。 阴 AgNO 3 溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液 Ag － e － ===Ag ＋ 阳 Ag ＋ ＋ e － ===Ag 阳 阴 不变 ③ 电解精炼铜 a. 电极材料：阳极为 ；阴极为 。 b. 电解质溶液：含 Cu 2 ＋ 的盐溶液。 c. 电极反应： 阳极： 、 、 、 ； 阴极： 。 粗铜 纯铜 Zn － 2e － ===Zn 2 ＋ Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ Ni － 2e － ===Ni 2 ＋ Cu － 2e － ===Cu 2 ＋ Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu ④ 电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属 Na 、 K 、 Ca 、 Mg 、 Al 等。 a. 冶炼钠 2NaCl( 熔融 ) 2Na ＋ Cl 2 ↑ 电极反应： 阳极： ； 阴极： 。 b. 冶炼铝 2Al 2 O 3 ( 熔融 ) 4Al ＋ 3O 2 ↑ 电极反应： 阳极： ； 阴极： 。 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ 2Na ＋ ＋ 2e － ===2Na 6O 2 － － 12e － ===3O 2 ↑ 4Al 3 ＋ ＋ 12e － ===4Al 2. 金属的腐蚀与防护 (1) 金属腐蚀的本质 金属原子 变为 ，金属发生 。 (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 金属跟 接触 不纯金属或合金跟 接触 现象 电流产生 电流产生 本质 金属被 _____ 较活泼金属被 ____ 联系 两者往往同时发生， 腐蚀更普遍 失去电子 金属阳离子 氧化反应 其他物质直接 电解质溶液 有微弱 无 氧化 氧化 电化学 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 电极反应 负极 _______________ 正极 ________________ ______________________ 总反应式 ____________________ _________________________ 更普遍 Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － ===4OH － Fe ＋ 2H ＋ ===Fe 2 ＋ ＋ H 2 ↑ 2Fe ＋ O 2 ＋ 2H 2 O===2Fe(OH) 2 吸氧腐蚀 (3) 金属的防护 ① 电化学防护 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。 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. 用分析电解过程的思维程序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 ) 。填写表中空白： 题组集训 2 题组一　分类突破电解的规律 1 2 3 4 5 6 7 加 _____ 1 2 3 4 5 6 7 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 H 2 SO 4 ) 阳极： _________ ________________ 阴极： _________ ________ _____ _______________________ ____ ____ 强碱 ( 如 NaOH) _____ 加 ____ 活泼金属的含氧酸盐 ( 如 KNO 3 、 Na 2 SO 4 ) ____ 加 ____ 4OH － － 4e － ===O 2 ↑ ＋ 2H 2 O (1) 电解水型 4H ＋ ＋ 4e － ===2H 2 ↑ H 2 O 2H 2 O O 2 ↑ ＋ 2H 2 ↑ 增大 减小 增大 不变 H 2 O H 2 O H 2 O 答案 1 2 3 4 5 6 7 (2) 电解电解质型 答案 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 ) ， HF 除外 阳极： ______ ___________ 阴极： _____ ___________ ___ ____________________ ____ ____ 通入 HCl 气体 2Cl － － 2e===Cl 2 ↑ 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ 酸 H 2 ↑ ＋ Cl 2 ↑ 减小 增大 1 2 3 4 5 6 7 答案 不活泼金属的 无氧酸盐 ( 如 CuCl 2 ) ，氟化 物除外 阳极 ： _________ ________ 阴极： _________ _______ ____ ________________________     加 _____ 固体 减小 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ Cu 2 ＋ ＋ 2e － ===Cu CuCl 2 盐 CuCl 2 Cu ＋ Cl 2 ↑ 1 2 3 4 5 6 7 (3) 放 H 2 生碱型 答案 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 活泼金属 的无氧酸 盐 ( 如 NaCl ) 阳极： _____ ____________ 阴极： ______ __________ ______ ______________________________________   ____________   ______ __________________ 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ 水和盐 2Cl － ＋ 2H 2 O Cl 2 ↑ ＋ H 2 ↑ ＋ 2OH － 生成新 电解质 增大 通入 HCl 气体 1 2 3 4 5 6 7 (4) 放 O 2 生酸型 答案 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 不活泼金属的含氧酸盐 ( 如 CuSO 4 ) 阳极： _______ ___________________ 阴极： _______ ____________ _______ _________________________________________ 生成 新电 解质 ____ 加 或 _______ 4OH － － 4e － ===2H 2 O ＋ O 2 ↑ 2Cu 2 ＋ ＋ 4e － ===2Cu 水和盐 2Cu 2 ＋ ＋ 2Cu ＋ O 2 ↑ ＋ 4H ＋ 减小 CuO CuCO 3 练后反思 练后反思 复原措施探究 (1) 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 Cl 2 和 H 2 ，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。 (2) 要使电解后的 CuSO 4 溶液复原，加入 Cu(OH) 2 固体可以吗？ 提示　 应具体情况具体分析，若通电一段时间， CuSO 4 未电解完 ( 即 Cu 2 ＋ 未全部放电 ) ，使溶液复原应加入 CuO ，而加入 Cu(OH) 2 会使溶液的浓度减小；若 Cu 2 ＋ 全部放电，又继续通电一段时间 ( 此时电解水 ) ，要使溶液复原应加入 Cu(OH) 2 或 Cu 2 (OH) 2 CO 3 ，若只加入 CuO ，此时浓度偏大。 1 2 3 4 5 6 7 (3) 若用惰性电极电解 CuSO 4 溶液一段时间后，需加入 98 g Cu(OH) 2 固体才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？ 提示　 4 N A (4) 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。 1 2 3 4 5 6 7 题组二　突破电极反应式、电解方程式的书写 2. 按要求书写电极反应式和总方程式： (1) 用惰性电极电解 AgNO 3 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 MgCl 2 溶液 阳极反应式： ___________________ ； 阴极反应式： _____________________________________ ； 总反应离子方程式： ____________________________________________ 。 答案 1 2 3 4 5 6 7 4OH － － 4e － ===O 2 ↑ ＋ 2H 2 O( 或 2H 2 O － 4e － ===O 2 ↑ ＋ 4H ＋ ) 4Ag ＋ ＋ 4e － ===4Ag 2Cl － － 2e － ===Cl 2 ↑ 2H 2 O ＋ 2e － ＋ Mg 2 ＋ ===H 2 ↑ ＋ Mg(OH) 2 ↓ (3) 用铁作电极电解 NaCl 溶液 阳极反应式： _______________ ； 阴极反应式： _____________________________________________ ； 总反应化学方程式： ___________________________ 。 (4) 用铁作电极电解 NaOH 溶液 阳极反应式： ___________________________ ； 阴极反应式： ___________________________ ； 总反应离子方程式： _____________________________ 。 答案 1 2 3 4 5 6 7 Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － ===H 2 ↑ ( 或 2H 2 O ＋ 2e － ===H 2 ↑ ＋ 2OH － ) Fe － 2e － ＋ 2OH － ===Fe(OH) 2 2H 2 O ＋ 2e － ===H 2 ↑ ＋ 2OH － 练后反思 练后反思 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 Fe 2 ＋ ) 。 (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。 1 2 3 4 5 6 7 2. 规避 “ 三个 ” 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 “ 通电 ” 。 (3) 电解水溶液时，应注意放电顺序中位于 H ＋ 、 OH － 之后的离子一般不参与放电。 1 2 3 4 5 6 7 3.(2017· 温州市高三第二次选考模拟 )N 2 O 5 是一种新型硝化剂。工业上可用 N 2 O 4 通过电解制备 N 2 O 5 ，阴、阳极室之间用质子交换膜隔开，两极电解液分别为稀硝酸溶液和溶有 N 2 O 4 的无水硝酸，用惰性电极电解时，生成 N 2 O 5 极室的电极反应式为 ___________________________________ 。 题组三　电解池原理的应用 答案 1 2 3 4 5 6 7 N 2 O 4 － 2e － ＋ 2HNO 3 ===2N 2 O 5 ＋ 2H ＋ 4.(2017· 浙江省 “ 七彩阳光 ” 新高考研究联盟高三上学期考试 ) 利用电化学原理，用铁钉和氢氧化钾溶液为原料可以获得 K 2 FeO 4 。在制备过程中铁钉作 ____ 极，请写出获得 FeO 的电极反应式 ____________________ ______________ 。 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 阳 5.(2017· 台州中学高三上学期第四次统练 ) 若用少量 NaOH 溶液吸收 SO 2 气体，对产物 NaHSO 3 进一步电解可制得硫酸，电解原理示意图如图。电解时阳极的电极反应式为 ______________________________ 。 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 6. 对埋在地下的钢管常用如图所示方法加以保护，使其免受腐蚀。下列对金属棒 X 的材料分析正确的是 答案 题组四　金属的腐蚀与防护 解析 1 2 3 4 5 6 7 A. 铜 B. 钠 C. 锌 D. 锡 √ 解析　 金属棒 X 的材料为锌时，形成锌铁原电池，铁作正极，被保护。 7. 在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：一艘名叫 “ 阿那吉纳号 ” 的货轮满载着精铜砂，在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是 A. 精铜砂装载过多导致沉船 B. 运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大超过船的承载能力 C. 在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀 D. 在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作阳极而被氧化腐蚀 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 解析　 精铜即使在潮湿的环境中与空气的反应也很慢，但当它与铁、水膜 ( 溶解有 O 2 ) 形成原电池时会加快反应速率，使得作为负极的船体加速被腐蚀。 1 2 3 4 5 6 7 三年选考 五次真题 1.(2017· 浙江 11 月选考， 17) 金属 (M)- 空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是 A. 金属 M 作电池负极 B. 电解质是熔融的 MO C. 正极的电极反应 O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O===4OH － D. 电池反应 2M ＋ O 2 ＋ 2H 2 O===2M(OH) 2 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 解析　 金属 (M)- 空气电池中 M 失电子作负极，故 A 正确； 根据传递 M 2 ＋ 和 OH － ，可知电解质是熔融的 M(OH) 2 ，故 B 错误； 空气得电子作正极，电极反应为 O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O===4OH － ，故 C 正确； 电池总反应为 2M ＋ O 2 ＋ 2H 2 O===2M(OH) 2 ，故 D 正确。 1 2 3 4 5 6 7 2.(2017· 浙江 4 月选考， 17) 银锌电池是一种常见化学电源，其反应原理： Zn ＋ Ag 2 O ＋ H 2 O===Zn(OH) 2 ＋ 2Ag 。其工作示意图如图所示。下列说法不正确的是 A.Zn 电极是负极 B.Ag 2 O 电极发生还原反应 C.Zn 电极的电极反应式： Zn － 2e － ＋ 2OH － === Zn(OH) 2 D. 放电前后电解质溶液的 pH 保持不变 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 解析　 反应中锌失去电子， Zn 电极是负极， A 正确； Ag 2 O 得到电子，发生还原反应， B 正确； 电解质溶液显碱性， Zn 电极的电极反应式： Zn － 2e － ＋ 2OH － ===Zn(OH) 2 ， C 正确； 根据方程式可知消耗水，且产生氢氧化锌，氢氧根浓度增大，放电后电解质溶液的 pH 升高， D 错误。 1 2 3 4 5 6 7 3.(2016· 浙江 10 月选考， 17) 在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式： 2Fe ＋ 2H 2 O ＋ O 2 ===2Fe(OH) 2 ， Fe(OH) 2 进一步被氧气氧化为 Fe(OH) 3 ，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是 答案 解析 A. 铁片发生还原反应而被腐蚀 B. 铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C. 铁片腐蚀中负极发生的电极反应： 2H 2 O ＋ O 2 ＋ 4e － ===4OH － D. 铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀 √ 1 2 3 4 5 6 7 解析　 A 项，在铁的吸氧腐蚀过程中，铁片发生氧化反应而被腐蚀； B 项，铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成铁锈最多； C 项，铁片负极反应式应为 Fe － 2e － ===Fe 2 ＋ 。 1 2 3 4 5 6 7 答案 4.(2016· 浙江 4 月选考， 17)Mg － H 2 O 2 电池是一种化学电源，以 Mg 和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图所示。下列说法不正确的是 A. 石墨电极是该电池的正极 B. 石墨电极上发生还原反应 C.Mg 电极的电极反应式： Mg － 2e － ===Mg 2 ＋ D. 电池工作时，电子从 Mg 电极经导线流向石墨电极， 再从石墨电极经电解质溶液流向 Mg 电极 √ 解析 1 2 3 4 5 6 7 解析　 Mg 易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，故 A 正确； H 2 O 2 在石墨电极上得电子发生还原反应，故 B 正确； Mg 易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为 Mg － 2e － ===Mg 2 ＋ ，故 C 正确； 电池工作时，电子从负极 Mg 电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，故 D 错误。 1 2 3 4 5 6 7 5.[(2017· 浙江 11 月选考， 30( 二 )] 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 。 Fe 2 O 3 ＋ 6e － ＋ 3H 2 O===2Fe ＋ 6OH － 答案 解析 解析　 根据阴极的另一个方程式以及题干信息可知， Fe 2 O 3 参与阴极反应，生成 Fe 。电解质为熔融 NaOH —KOH ，则电极方程式为 Fe 2 O 3 ＋ 6e － ＋ 3H 2 O===2Fe ＋ 6OH － 。 1 2 3 4 5 6 7 6. [2017· 浙江 4 月选考， 30(3)] 据文献报道， CO 2 可以在碱性水溶液中电解生成甲烷，生成甲烷的电极反应式是 ______________________________ 。 答案 CO 2 ＋ 6H 2 O ＋ 8e － ===CH 4 ＋ 8OH － 1 2 3 4 5 6 7 7. [ 2016· 浙江 10 月选考， 30(3)] 电解 NaClO 3 水溶液可制备 NaClO 4 。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。为抑制氢气的产生，可选择合适的物质 ( 不引入杂质 ) ，写出该电解的总化学方程式 _________________________ 。 答案 解析 解析　 电解 NaClO 3 水溶液可制备 NaClO 4 。在电解过程中由于阴极上吸附氢气，会使电解电压升高，电解效率下降。由于 H 2 是还原性的物质，可加入氧化性的物质 O 2 来消除其影响，同时不产生新的杂质。该电解的总化学方程式是 2NaClO 3 ＋ O 2 2NaClO 4 。 1 2 3 4 5 6 7