高考化学一轮复习知识梳理 题组训练第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护修改Word格式文档下载.docx
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I->
Br->
Cl->
OH->
含氧酸根离子。
注意 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。
(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,电子守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
深度思考
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)
1.电解水型
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H2SO4)
强碱(如NaOH)
活泼金属的含氧酸盐
(如KNO3、Na2SO4)
2.电解电解质型
电解
物质
质浓度
溶液
复原
无氧酸(如HCl),除HF外
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2),除氟化物外
3.放H2生碱型
活泼金属的无氧酸盐
(如NaCl)
生成新电解质
4.放O2生酸型
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
加CuO或CuCO3
题组一 突破电极反应式、电解方程式的书写
1.按要求书写电极反应式和总方程式
(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____________________________________________________;
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_________________________________________________。
(5)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__________________________________________________。
(6)用Al作电极电解NaOH溶液
阳极反应式________________________________________________________;
阴极反应式________________________________________________________;
(7)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜
总反应离子方程式___________________________________________________。
(8)用Al单质作阳极,石墨作阴极,电解NaHCO3溶液
阳极反应式__________________________________________________________;
阴极反应式__________________________________________________________;
(9)用惰性电极电解熔融MgCl2
总反应离子方程式____________________________________________________。
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“三个”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,且应注明条件“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。
题组二 电解原理和电解规律的考查
2.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。
通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。
下列实验现象描述正确的是( )
A.逸出气体的体积,a电极的小于b电极的
B.一电极逸出无味气体,另一电极逸出刺激性气体
C.a电极附近呈红色,b电极附近呈蓝色
D.a电极附近呈蓝色,b电极附近呈红色
3.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入
0.1molCu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。
则下列说法正确的是( )
A.电解过程中阴极没有气体生成
B.电解过程中转移的电子的物质的量为0.4mol
C.原CuSO4溶液的浓度为0.1mol·
L-1
D.电解过程中阳极收集到的气体体积为2.24L(标况下)
考点二 电解原理的应用
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式:
(反应)
阴极反应式:
(2)总反应方程式
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子反应方程式:
2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用:
氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
思考:
(1)电解氯化钠溶液时,如何用简便的方法检验产物?
答案 阳极产物Cl2可以用淀粉KI试纸检验,阴极产物H2可以通过点燃检验,NaOH可以用酚酞试剂检验。
(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?
答案 防止H2和Cl2混合爆炸,防止Cl2与溶液中的NaOH反应。
2.电镀
如图为金属表面镀银的工作示意图,据此回答下列问题:
(1)镀件作,镀层金属银作。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
(3)电极反应:
(4)特点:
阳极溶解,阴极沉积,电镀液的浓度不变。
3.电解精炼铜
(1)电极材料:
阳极为;
阴极为。
(2)电解质溶液:
含Cu2+的盐溶液。
Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+;
Cu2++2e-===Cu。
电解精炼铜时,阳极泥是怎样形成的?
答案 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质,当含杂质的铜在阳极不断溶解时,金属活动性位于铜之前的金属杂质,如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子,但是它们的阳离子比铜离子难以还原,所以它们并不能在阴极析出,而只能以离子的形式留在电解液里。
金属活动性位于铜之后的银、金等杂质,因为失去电子的能力比铜弱,难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解,所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后,它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部,形成阳极泥。
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。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑
电极反应:
2Cl--2e-===Cl2↑;
2Na++2e-===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)
4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑;
4Al3++12e-===4Al。
题组一 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,X是纯铜
D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁
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100mL0.1mol·
L-1NaCl溶液,若阴阳两极均得到112mL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________(填字母序号)。
A.a为正极,b为负极;
NaClO和NaCl
B.a为负极,b为正极;
C.a为阳极,b为阴极;
HClO和NaCl
D.a为阴极,b为阳极;
(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___________。
题组二 电解原理的“不寻常”应用
(一)电解原理在“环境治理”中的不寻常应用
3.(2015·
淮安高三教学测试)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
已知:
①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性:
Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)
A.碳棒上发生的电极反应:
4OH--4e-===O2↑+2H2O
B.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少
C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pH
D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生改变
4.用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如下图所示(电极材料为石墨)。
(1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极,C口流出的物质是________。
(2)SO
放电的电极反应式为____________。
(3)电解过程中阴极区碱性明显增强,用平衡移动原理解释原因________。
(二)电解原理在“物质制备”中的不寻常应用
5.根据2CrO
+2H+Cr2O
7+H2O设计图示装置(均为惰性电极)电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,图中右侧电极连接电源的______极,其电极反应式为_________________________。
6.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______________________________________________。
考点三 应对电化学定量计算的三种方法
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。
2.三种方法
(1)根据总反应式计算
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算
①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用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(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。
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。
题组一 根据总反应式,建立等量关系进行计算
1.两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中,通电电解。
当电解液的pH从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计),电极上析出银的质量最大为( )
A.27mgB.54mgC.106mgD.216mg
2.将两个铂电极插入500mLCuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为( )
A.4×
10-3mol·
L-1B.2×
C.1×
L-1D.1×
10-7mol·
题组二 根据电子守恒,突破电解分阶段计算
3.500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO
)=0.6mol·
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2.24L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(K+)为0.2mol·
B.上述电解过程中共转移0.2mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05mol
D.电解后溶液中c(H+)为0.2mol·
题组三 根据电极现象,利用电子守恒,突破电解池的“串联”计算
4.在如图所示的装置中,若通直流电5min时,铜电极质量增加2.16g。
试回答下列问题。
(1)电源中X电极为直流电源的________极。
(2)pH变化:
A:
________,B:
________,C:
________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(3)通电5min时,B中共收集224mL(标准状况下)气体,溶液体积为200mL,则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200mL,电解后,溶液的pH为__________(设电解前后溶液体积无变化)。
无明显“外接电源”的电解池的“串联”问题,主要是根据“原电池”的形成条件判断“电源”的正、负极,从而判断电解池的阴、阳极。
考点四 金属的腐蚀和防护
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
金属跟非金属单质直接接触
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:
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
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
Fe-2e-===Fe2+
正极
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
总反应式
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
吸氧腐蚀更普遍
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.判断正误,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.写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。
题组一 腐蚀快慢与防护方法的比较
1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( )
A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥
2.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
1.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,腐蚀速率越快。
(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。
2.两种保护方法的比较
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。
题组二 正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
3.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②所示为主
D.图②中,正极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-
4.利用如图装置进行实验,开始时,a、b两处液面相平,密封好,放置一段时间。
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:
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、酸性很弱或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。
1.(2014·
广东理综,11)某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他均为Cu,则( )
A.电流方向:
电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应:
Cu2++2e-===Cu
2.(2014·
海南,3)以石墨为电极,电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。
下列说法错误的是( )
A.阴极附近溶液呈红色B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色D.溶液的pH变小
3.[2014·
新课标全国卷Ⅱ,27(3)]PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为________________________________;
PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。
阳极发生的电极反应式为__________________________,阴极上观察到的现象是________________;
若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为________________________,这样做的主要缺点是________________________。
4.2014·
新课标全国卷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__________________________________________
________________________
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