高考化学专题五电解池 金属的腐蚀与防护一轮复习

高考化学专题五电解池 金属的腐蚀与防护一轮复习

‎2015《金版新学案》高中化学总复习讲义：专题五第三单元　电解池　金属的腐蚀与防护 考点一　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。‎ ‎5．阴、阳两极放电顺序 ‎(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。‎ ‎　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)‎ 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 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 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极：__________阴极：__________‎ 加______‎ 强碱(如NaOH)‎ 阳极：__________阴极：__________‎ 加______‎ 活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)‎ 阳极：__________阴极：__________‎ 加______‎ 无氧酸(如HCl)，除HF外 阳极：__________阴极：__________‎ 不活泼金属 的无氧酸盐 ‎(如CuCl2)，‎ 除氟化物外 阳极：__________阴极：__________‎ 加______‎ 活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)‎ 阳极：__________阴极：__________‎ 生成新电解质 不活泼金属 的含氧酸盐 ‎(如CuSO4)‎ 阳极：__________阴极：__________‎ ‎2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋‎ O2↑＋4H 生成新电解质或________‎ 加________‎ ‎＋‎ ‎ (1)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？‎ ‎(2)在框图推断中若出现“A＋H2OB＋C＋D”的模式，则A一般可能为什么物质？‎ 提示：　(从左到右，从上到下)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4H＋＋4e－===2H2↑　水　2H2OO2↑＋2H2↑　增大　减小　H2O　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4H＋＋4e－===2H2↑　水　 2H2OO2↑＋2H2↑　增大　增大　H2O　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　4H＋＋4e－===2H2↑　水　2H2OO2↑＋2H2↑　增大　不变　H2O　2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　酸　2HClCl2↑＋H2↑　减小　增大　通入HCl气体　2Cl－－2e－===Cl2↑　Cu2＋＋2e－===Cu　盐　CuCl2Cu＋Cl2↑　减小　CuCl2　2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑　水和盐　2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－　增大　通入HCl气体　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　2Cu2＋＋4e－===2Cu　水和盐　减小　CuO　CuCO3‎ ‎(1)使CuSO4溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度降低。‎ ‎(2)CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3，要视其他条件而定。‎ ‎1．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 ‎2．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如下图所示，电解总反应为：2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成 解析：　由2Cu＋H2OCu2O＋H2↑知Cu发生氧化反应，作阳极，则石墨作阴极，因此Cu接直流电源的正极。根据上述电解反应方程式，阳极反应为：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1 mol e－转移时，有0.05 mol Cu2O生成；阴极反应为：2H＋＋2e－===H2↑。‎ 答案：　A 　‎ ‎1．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 ‎(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。‎ ‎2．判断电解质溶液离子浓度的变化 ‎(1)若阴极为H＋放电，则阴极区c(OH－)增大；‎ ‎(2)若阳极为OH－放电，则阳极区c(H＋)增大；‎ ‎(3)若阴、阳两极同时有H＋、OH－放电，相当于电解水，溶质离子的浓度增大。‎ ‎3．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)用铁作电极电解NaCl溶液 阳极反应式________________________________________________________________________；‎ ‎ 阴极反应式________________________________________________________________________；‎ ‎ 总化学方程式________________________________________________________________________。‎ ‎(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↑‎ ‎4．CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2得到。现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。回答下列问题：‎ ‎(1)阳极区的现象________________________________________________________________________。‎ ‎(2)阳极电极反应式________________________________________________________________________。‎ 答案：　(1)铜电极逐渐溶解，有白色沉淀产生，溶液变为蓝色 ‎(2)2Cu＋4I－－4e－===2CuI↓＋I2‎ ‎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．电解方程式的书写步骤 以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。‎ 第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2＋、H＋；阴离子：OH－、SO。‎ 第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。‎ 阴极：Cu2＋>H＋；阳极：OH－>SO。‎ 第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。‎ 根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。‎ ‎2．规避电解池中方程式书写的3个易失分点 ‎(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。‎ 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 ‎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)Cu的还原性比H2弱，能否采取一定措施使Cu将酸中的H＋置换出来？采用什么措施？‎ ‎(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？‎ 提示：　(1)能。采用电解的方法，用Cu做阳极，电解稀H2SO4。阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑。电解反应方程式：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑。‎ ‎(2)防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。‎ ‎1．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 ‎2．工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如下图所示：‎ ‎(1)该电解槽的阳极反应式是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填写“A”或“B”)导出。‎ 答案：　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎(2)H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大 ‎(3)B ‎3．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＋‎ 　工业上用粗盐生产烧碱、氯气和氢气的过程 考点三　金属的腐蚀与防护 ‎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 ‎3.金属的防护 ‎(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。‎ ‎(2)外加电流的阴极保护法利用电解池原理。‎ ‎(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。‎ ‎(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。‎ ‎1．探究钢铁生锈(Fe2O3·xH2O)的主要过程。‎ ‎2．探究影响金属腐蚀的因素。‎ 提示：　1.(1)吸氧腐蚀：‎ 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋‎ 正极：O2＋2H2O＋4e－=== 4OH－‎ 原电池反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ ‎(2)Fe(OH)2被氧化：‎ ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=== 4Fe(OH)3‎ ‎(3)Fe(OH)3分解形成铁锈：‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O ‎2．影响金属腐蚀的因素包括金属的本性和介质两个方面。就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。介质对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。‎ ‎1．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，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 ‎2．下面各容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(　　)‎ A．④>②>①>③　　　　　　　 B．②>①>③>④‎ C．④>②>③>① D．③>②>④>①‎ 答案：　A 　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。‎ ‎3.‎ 按如图所示装置，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察(设水不蒸发)。‎ ‎(1)若试管中液面上升，发生的是__________腐蚀，则正极反应式为________________________________________________________________________，‎ 负极反应式为________________________________________________________________________。‎ 要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)若试管中液面下降，发生的是__________腐蚀，正极反应式为________________________________________________________________________，‎ 负极反应式为________________________________________________________________________。‎ 要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是 ‎________________________________________________________________________。‎ 答案：　(1)吸氧　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　2Fe－4e－===2Fe2＋　氯化钠溶液(或其他合理答案)‎ ‎(2)析氢　2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋　 稀硫酸(或其他合理答案)‎ ‎4．下列装置中(杯中均盛有海水)能使铁受到保护不被腐蚀的是(　　)‎ 解析：　A、D项中Fe为电解池的阳极，加快Fe的腐蚀；B项中Fe为电解池的阴极被保护；C项中Fe为原电池的负极，易被腐蚀。‎ 答案：　B ‎5．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：　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：　N　牺牲阳极的阴极保护法 ‎1．(2013·北京理综·9)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 ‎2.‎ ‎(2013·浙江理综·11)电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。‎ 已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O 下列说法不正确的是(　　)‎ A．右侧发生的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．电解结束后，右侧溶液中含有IO C．电解槽内发生反应的总化学方程式：KI＋3H2OKIO3＋3H2↑‎ D．如果用阳离子交换膜代替阴离子交换膜，电解槽内发生的总化学反应不变 解析：　装置图中左侧电极为阳极，I－失去电子生成I2，右侧电极为阴极，H2O得到电子生成H2，A、C项正确；分析可知，B项正确；D项，如果将阴离子交换膜换为阳离子交换膜，那么阴极产生的OH－不会与I2发生反应，故电解槽内发生的总化学反应要变化，D项错误。‎ 答案：　D ‎3．(2013·天津高考·6)为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下：‎ 电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ 电解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ 电解过程中，以下判断正确的是(　　)‎ 电池 电解池 A H＋移向Pb电极 H＋移向Pb电极 B 每消耗3 mol Pb 生成2 mol Al2O3‎ C 正极：PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O 阳极：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋‎ D 解析：　原电池中阳离子向正极移动，所以H＋移向PbO2极，电解池中，阳离子移向阴极，即H＋移向Pb极，A项错误；原电池中消耗3 mol Pb，转移6 mol e－，在电解池中转移6 mol e－生成1 mol Al2O3，B项错误；原电池中正极反应为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，C项错误；原电池中Pb失电子转化为PbSO4，所以Pb电极质量增加，而电解池中Pb作阴极，不参与反应，所以质量不变，D项正确。‎ 答案：　D ‎4．(2013·全国理综·9)电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法不正确的是(　　)‎ A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋‎ B．电解过程中溶液pH不会变化 C．过程中有Fe(OH)3沉淀生成 D．电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原 解析：　以铁板作阴、阳极，所以铁在阳极被氧化，A项正确；由题目提示的离子方程式可知，阳极产生的Fe2＋被氧化，同时有氢离子参与反应，所以电解过程中溶液的pH会升高，B项错误；因为氢离子在阴极放电，不断产生氢氧根离子，所以反应过程中会有Fe(OH)3‎ 沉淀生成，C项正确；从题目提供的离子方程式可知，1 mol Cr2O参与反应转化成Cr3＋时，需6 mol Fe2＋，故电路中需转移12 mol电子，D项正确。‎ 答案：　B ‎5．(1)[2013·山东理综·28(3)(4)]‎ ‎①如图为电解精炼银的示意图，________(填“a”或“b”)极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为________。‎ ‎②为处理银器表面的黑斑(Ag2S)，将银器浸于铝质容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用是________。‎ ‎(2)[2013·重庆理综·11(2)]化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。‎ 电化学降解NO的原理如图所示。‎ ‎①电源正极为________(填“A”或“B”)，阴极反应式为____________________________。‎ ‎②若电解过程中转移了2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为________g。‎ 解析：　(1)①电解精炼银时，粗银连接在电源正极上，作阳极，电极本身放电溶解，精银连接到电源负极上，作阴极。‎ 由图可知，b极为电解池阴极，发生反应为Ag＋＋e－===Ag，若该电极产生红棕色气体即NO2，则应发生如下电极反应：NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。‎ ‎②将银器浸于铝质容器的食盐水中并相互接触，则构成原电池，Al作负极，银器作正极，Ag2S得电子还原为单质银，食盐水主要是起到电解质溶液导电的作用。‎ ‎(2)①图中NO在Ag－Pt电极附近转化成N2，说明NO在该极得电子，则Ag－Pt电极作阴极，B为负极，A为正极。阴极反应式为：2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ 。‎ ‎②阳极反应为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当转移2 mol电子时，左侧生成‎16 g O2，同时有2 mol H＋向右侧移动，所以左侧溶液质量减少了‎16 g＋‎2 g＝‎18 g；右侧生成‎5.6 g N2，同时质量又增加了2 mol H＋，所以右侧溶液质量减少了‎3.6 g，两侧质量变化差为‎18 g－‎3.6 g＝‎14.4 g。‎ 答案：　(1)①a　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O ‎②作电解质溶液(或导电)‎ ‎(2)①A　2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ 　②14.4‎ ‎6．[2012·新课标全国卷·36(3)]‎ 粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________。‎ 解析：　电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液，比铜活泼的金属失电子生成离子进入溶液，不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。‎ 答案：　c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解液 ‎7．(2012·山东理综·13)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)‎ A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 解析：　图a中，铁棒发生化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关由M改置于N，Cu－Zn作正极，腐蚀速率减小，B项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt上放出，C项错误；图d中干电池自放电腐蚀是Zn与C活动性不同形成原电池，与MnO2性质无关，MnO2的作用是原电池放电过程中吸收H元素防止电池溶胀，D项错误。‎ 答案：　B 学科素养培优(十)__应对电化学计算的三种方法 ‎ 1.计算类型 原电池和电解池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的计算、产物的量与电量关系的计算等。‎ ‎2．方法技巧 ‎(1)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。‎ ‎(2)根据总反应式计算 在电解池中进行有关量的计算时，常常结合电子守恒得出一些关系式，利用这些关系式可简捷计算，常用到的关系式有：‎ ‎(1)e－～H＋～OH－～Ag＋～Cl－‎ ‎(2)2e－～H2～Cu～Zn～O2～Cl2‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：‎ ‎4e－～2Cl2(Br2、I2)～O～2H2～2Cu～4Ag～M ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。‎ 提示：　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－‎19C来计算电路中通过的电量。‎ 在右图中，‎ 甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重‎1.9 g，则 ‎(1)电源E为__________极，F为__________极。‎ ‎(2)A极的电极反应式为________________________________________________________________________，‎ 析出的物质________mol。‎ ‎(3)B极的电极反应式为________________________________________________________________________，‎ 析出气体________mL(标准状况)。‎ ‎(4)C极的电极反应式为________________________________________________________________________，‎ 析出的物质__________mol。‎ ‎(5)D极的电极反应式为________________________________________________________________________，‎ 析出气体 ________mL(标准状况)。‎ ‎(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，__________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到________溶液。‎ 解析：　由电解一段时间后A极比C极重，可知A极上有Ag析出，C极上有Cu析出，若A极上析出银的物质的量为n(Ag)，则C极上析出Cu的物质的量为n(Ag)，有关系式‎108 g·mol－1·n(Ag)－‎64 g·mol－1·n(Ag)×＝‎1.9 g，n(Ag)＝0.025 mol。‎ 由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两池电极反应式分别为：A极：4Ag＋＋4e－===4Ag；B极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C极：Cu2＋＋2e－===Cu；D极：2Cl－－2e－===Cl2↑。A、C两极析出物质的物质的量分别为0.025 mol和0.012 5 mol；B极析出O2的体积为：0.006 25 mol×‎22.4 L·mol－1＝‎0.14 L＝140 mL；D极析出Cl2的物质的量为0.012 5 mol×‎22.4 L·mol－1＝‎0.28 L＝280 mL。‎ 答案：　(1)负　正 ‎(2)4Ag＋＋4e－===4Ag　0.025‎ ‎(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　140‎ ‎(4)Cu2＋＋2e－===Cu　0.012 5‎ ‎(5)2Cl－－2e－===Cl2↑　280‎ ‎(6)B　HNO3‎ 专题讲座(六)　电化学 一、串联电路中电化学装置的判断及相关计算 ‎　将原电池和电解池结合在一起，综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学实验和化学计算等知识，是高考试卷中电化学部分的重要题型。该类题目的考查内容通常有以下几个方面：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复、运用电子守恒处理相关数据等。注重考查学生对知识的迁移能力、灵活应用能力、运用化学用语的能力。‎ ‎1．多池串联装置中电池类型的判断 ‎ ‎(1)直接判断：非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如下图：A为原电池，B为电解池。‎ ‎(2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断：‎ 原电池一般是两种不同的金属电 极或一种金属电极和一个碳棒做电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图：B为原电池，A为电解池。‎ ‎(3)根据电极反应现象判断：‎ 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型，如图：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。 ‎ ‎2．有关概念的分析判断 在确定了原电池和电解池后，有关概念的分析和判断如：电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液离子的移动、pH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析就可以了。‎ ‎3．综合装置中的有关计算 原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移的守恒，分析时要注意两点：‎ ‎(1)串联电路中各支路电流相等。‎ ‎(2)并联电路中总电流等于各支路电流之和。‎ 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为________________________________________________________________________、‎ ‎________________________________________________________________________；‎ ‎(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ ‎(3)若每个电池甲烷通入量为‎1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×‎104 C·mol－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为__________L(标准状况)。‎ 解析：　(1)总反应式为：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，正极反应式为2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，则负极反应式由总反应式减正极反应式得到；(2)由图可看出一二两池为串联的电源，其中甲烷是还原剂，所在电极为负极，因而与之相连的b电极为阴极，产生的气体为氢气；(3)1 mol甲烷氧化失去电子8 mol，电量为8×96 ‎500 C，因题中虽有两个燃料电池，但电子的传递只能用一个池的甲烷量计算，‎1 L为1/22.4 mol，可求电量；甲烷失电子是Cl－失电子数的8倍，则得到氢气为‎4 L(CH4～8Cl－～4Cl2)‎ 答案：　(1)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－‎ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O ‎(2)H2　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(3)×8×9.65×‎104 C·mol－1＝3.45×‎104 C　4‎ 二、新型化学电源的高考命题角度 ‎　新型化学电源是高考中每年必考的知识点，随着全球能源逐渐枯竭，研发、推广新型能源迫在眉睫，因此化学中的新型电源，成为科学家研究的重点方向之一，也成了高考的高频考点。高考中的新型化学电源，有“氢镍电池”、“高铁电池”、“锌——锰碱性电池”、“海洋电池”、“燃料电池”(如新型细菌燃料电池、氢氧燃料电池、丁烷燃料电池、甲醇质子交换膜燃料电池、CO燃料电池)“锂离子电池”、“银锌电池”、“纽扣电池”等，一般具有高能环保、经久耐用、电压稳定、比能量(单位质量释放的能量)高等特点。由于该类试题题材广，信息新、陌生度大，因此许多考生感觉难度大。虽然该类试题貌似新颖、但应用的解题原理还是原电池的知识，只要细心分析，实际上得分相对比较容易。试题主要有以下几种考查角度：‎ 角度一　新型电池“放电”时正、负极的判断 ‎　在Zn—Cu原电池中，较活泼的金属材料作负极，较不活泼的金属材料或非金属材料作正极。负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：2H＋＋2e－===H2↑。‎ ‎[解题指导]‎ ‎　新型电池中 下图是一种染料敏化太阳能电池的示意图。电池的一个电极由有机光敏染料(S)涂覆在TiO2纳米晶体表面制成，另一电极由导电玻璃镀铂构成，电池中发生的反应为：‎ TiO2/STiO2/S*(激发态)‎ TiO2/S*―→TiO2/S＋＋e－‎ I＋2e－―→3I－‎ ‎2TiO2/S＋＋3I－―→2TiO2/S＋I 下列关于该电池叙述错误的是(　　)‎ A．电池工作时，I－离子在镀铂导电玻璃电极上放电 B．电池工作时，是将太阳能转化为电能 C．电池的电解质溶液中I－和I的浓度不会减少 D．电池中镀铂导电玻璃为正极 解析：　太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，电极材料和电解质溶液只起到导电的作用。‎ 答案：　A 角度二　新型电池“放电”时正、负极电极反应式的书写 ‎　铅蓄电池[Pb—PbO2(H2SO4溶液)]电极反应式的书写：‎ 负极：①Pb－2e－===Pb2＋；②Pb2＋＋SO===PbSO4。把二者合起来，即负极反应式：Pb－2e－＋SO===PbSO4。‎ 正极：PbO2得电子变为Pb2＋：①PbO2＋2e－＋4H＋===Pb2＋＋2H2O；Pb2＋跟SO结合生成PbSO4：②Pb2＋＋SO===PbSO4。把二者合起来，即正极反应式：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O。‎ 总反应式＝正极反应式＋负极反应式，即：‎ PbO2＋Pb＋4H＋＋2SO===2PbSO4＋2H2O。‎ ‎[解题指导]‎ ‎　首先分析物质得失电子的情况，然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。对于较为复杂的电极反应，可以利用总反应－较简单一极电极反应式＝较复杂一极电极反应式的方法解决。‎ 如图装置Ⅰ是一种可充电电池，装置Ⅱ为电解池。装置Ⅰ的离子交换膜只允许Na＋通过，已知电池充放电的化学方程式为：2Na2S2＋NaBr3Na2S4＋3NaBr，当闭合开关K时，X电极附近溶液变红。下列说法正确的是(　　)‎ A．闭合开关K时，钠离子从右到左通过离子交换膜 B．闭合开关K时，负极反应式为：3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋‎ C．闭合开关K时，X电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ D．闭合开关K时，当有0.1 mol Na＋通过离子交换膜时，X电极上放出标准状况下气体‎1.12 L 解析：　“当闭合开关K时，X电极附近溶液变红”说明X是阴极，Y为阳极，则电池的左侧是负极。在原电池中阳离子向正极移动，故A错；NaBr3―→3NaBr，溴元素的化合价降低，是得到电子而不是失去，故B错；X极是阴极，发生的电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，故C错；“当有0.1 mol Na＋通过离子交换膜时”说明转移了0.1 mol电子，则X电极生成0.05 mol H2，在标准状况下体积为‎1.12 L，故D正确。‎ 答案：　D 角度三　新型电池“充电”时阴、阳极的判断 ‎　充电的实质就是把放电时发生的变化再复原的过程。如铅蓄电池：‎ ‎[解题指导]‎ ‎　首先应搞明白原电池放电时的正、负极，再根据电池充电时，阳极接正极，阴极接负极的原理，进行分析。‎ Li－Al/FeS电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正极的电极反应式为：‎ ‎2Li＋＋FeS＋2e－===Li2S＋Fe 有关该电池的下列说法中，正确的是(　　)‎ A．Li－Al在电池中作为负极材料，该材料中Li的化合价为＋1价 B．该电池的电池反应式为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe C．负极的电极反应式为：Al－3e－===Al3＋‎ D．充电时，阴极发生的电极反应式为：Li2S＋Fe－2e－===2Li＋＋FeS 解析：　A中Li－Al在电池中作为负极材料，但该材料中的Li是单质，化合价为0；该电池的负极反应为2Li－2e－===2Li＋，电池反应为：2Li＋FeS===Li2S＋Fe，故B正确，C不正确；充电时，阴极得电子发生的电极反应式为Li2S＋Fe2＋＋2e－===2Li＋FeS。‎ 答案：　B