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第3讲　电解池　金属的腐蚀与防护
【复习目标】
1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应。
2.认识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　电解的原理及规律
1.电解和电解池
2.电解池模型构建和工作原理
从电子、离子、电流的移动方向角度理解电解池的工作原理。
(1)电子移动方向:电源负极→电解池　　　　;电解池　　　　→电源正极。
(2)离子移动方向:阳离子移向电解池　　　　;阴离子移向电解池　　　　。
(3)电流方向:电源　　　　→电解池　　　　极;电解池　　　　极→电源负极。
[注意] 电子不下水,离子不上线。
3.电解规律
(1)电极上离子放电顺序。
①两电极上离子的放电顺序的根本实质是离子氧化性、还原性的强弱。
②阴极上是氧化性离子得电子,常为金属阳离子,也可能是氧化性强的酸根阴离子,如N、Mn等。
③常见惰性电极有石墨、Au、Pt等。
(2)惰性电极电解电解质溶液的四种类型。
类型 实例 电解对象 阳极产物 阴极产物 电解质 (浓度) pH 电解质溶液复原(出什么加什么)
电解水型 NaOH H2O O2 H2 增大 增大 H2O
H2SO4 H2O O2 H2 增大 减小 H2O
Na2SO4 H2O O2 H2 增大 不变 H2O
电解电解质型 HCl HCl Cl2 H2 减小 增大 HCl
CuCl2 CuCl2 Cl2 Cu 减小 不变 CuCl2
放H2生碱型 NaCl NaCl、H2O Cl2 H2 生成NaOH 增大 HCl
放O2生酸型 CuSO4 CuSO4、H2O O2 Cu 生成H2SO4 减小 CuO或CuCO3
[理解·辨析] 判断正误
(1)电解盐酸、稀硫酸等,H+放电,溶液的pH逐渐增大。(　　)
(2)用铜电极电解稀盐酸,发生反应:Cu+2H+Cu2++H2↑。(　　)
(3)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,加入CuCO3或Cu(OH)2均可使电解质溶液恢复到电解前的状况。(　　)
(4)电解过程中电子流向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极。(　　)
一、电解过程的全面分析
1.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,下表中各项所列对应关系均正确的是(　　)
选项 X极 实验前U形 管中的溶液 通电后现象及结论
[A] 正极 Na2SO4 溶液 U形管两端滴入酚酞溶液后,a处附近溶液呈红色
[B] 正极 AgNO3溶液 b处电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O
[C] 负极 CuCl2溶液 b处有气体逸出
[D] 负极 NaOH溶液 溶液pH减小
2.(2022·海南卷,9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。
下列有关说法正确的是(　　)
[A] 在b电极上,N2被还原
[B] 金属Ag可作为a电极的材料
[C] 改变工作电源电压,反应速率不变
[D] 电解过程中,固体氧化物电解质中O2-不断减少
分析电解过程的思维流程
二、电极反应式的书写
3.按要求书写电极反应式和总反应式:
(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:　 。
总反应化学方程式: 　。
(4)用Al作阳极,电解稀硫酸,铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式:　 。
阴极反应式:　 。
总反应化学方程式: 　　　　　　　　。
(5)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示。
阳极反应式:　 。
阴极反应式:　 。
总反应化学方程式: 　　　　　　　　　。
为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是　　　　。
电极反应式书写的步骤
三、电解相关计算
4.以惰性电极电解200 mL 某浓度的Cu(NO3)2溶液。
(1)阳极产生112 mL (标准状况下)气体时,阴极无气体生成。所得溶液的pH为　　　　(不考虑溶液体积变化),要使溶液恢复到电解前的状态,可加入　　　　g的　　　 　(填化学式)。
(2)继续通电电解一段时间,若加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液复原,则电路中转移电子为
　　　　 mol。
(3)若通电足够长时间,加入0.02 mol Cu2(OH)2CO3 可使溶液复原,则电路中转移电子为
　　　　 mol。
电解相关计算的原理与方法
(1)计算原理。
串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
(2)电解相关计算的常用方法。
①根据得失电子守恒计算。
串联电路中阴阳两极、电源正负极、电路中通过电子数相等。
②根据总反应计算。
先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。
③根据关系式计算。
根据得失电子守恒构建已知量与未知量之间的关系式,然后通过关系式计算。
考点二　电解原理的应用
一、电解饱和食盐水——氯碱工业
1.电极反应
阳极: (　　　　反应);
阴极: (　　　　反应)。
2.总反应
化学方程式: 　　　　　　　　。
离子方程式: 　　　　　　　　。
3.离子交换膜电解槽
(1)装置示意图。
(2)阳离子交换膜的作用。
①阻止OH-进入阳极室与生成的Cl2反应。
②防止阳极生成的Cl2与阴极生成的H2混合,发生爆炸。
二、电镀和电解精炼铜——非惰性电极电解的应用
项目 电镀铜 电解精炼铜
电解 装置 示意图
电 极 反 应 阳 极 　　　　　　　 Zn-2e-Zn2+、 Fe-2e-Fe2+、 Ni-2e-Ni2+、 　　　　　　　　(主反应)
阴 极 　　　　　　　　　　　
电解质 溶液的 浓度 变化 　　　 　　　
三、电冶金
1.原理
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属,如Na、Ca、Mg、Al等。
2.钠、镁、铝的电解冶炼
(1)冶炼钠。
阳极:　 。
阴极:　 。
总反应:　 。
(2)冶炼镁。
阳极:　 。
阴极:　 。
总反应:　 。
(3)冶炼铝。
阳极:　 。
阴极:　 。
总反应:　 。
[理解·辨析] 判断正误
(1)电解饱和食盐水时,离子交换膜是为了避免Cl2与H2反应,得到纯度更高的氢氧化钠。(　　)
(2)电解精炼粗铜后的电解质溶液中存在:Cu2+、Zn2+、S、Fe2+、Ag+。(　　)
(3)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3。(　　)
(4)由于放电顺序H+>Zn2+,不可能用Zn为阳极、Fe为阴极在铁上镀锌。(　　)
(5)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。(　　)
一、氯碱工业
1.(2023·广东卷,13)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如图所示实验。闭合K1,一段时间后(　　)
[A] U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2
[B] a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性
[C] b处出现蓝色,说明还原性:Cl->I-
[D] 断开K1,立刻闭合K2,电流表发生偏转
2.(2023·浙江6月选考,13)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是(　　)
[A] 电极A接电源正极,发生氧化反应
[B] 电极B的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-
[C] 应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液
[D] 改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗
二、活性金属电极电解应用——电镀、电解精炼
3.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性:Fe2+[A] 阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-Ni
[B] 电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
[C] 电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
[D] 电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
4.钢铁是建筑、工程、制造、交通和能源等多个方面基础建设的基本材料,每年因钢铁生锈而损失大量资源。为防止钢铁制品腐蚀,在有些铁制器具表面镀上一薄层其他金属或合金,如镀锌、镀铜等。
(1)锌酸盐镀锌是镀锌的一种工艺:用ZnO、NaOH配制溶液,加入适量的镀锌添加剂,在通电状态下,在金属或其他材料表面镀一层金属锌,来增加材料耐蚀性和装饰性(已知锌酸根离子的化学式为[Zn(OH)4]2-)。
①写出氢氧化钠溶液与氧化锌反应制备电镀液的离子方程式:　 。
②电镀时阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。洗刷导电铜杠时致使镀液中引入铜离子,导致镀锌层粗糙、光亮度低,其原因是　　　　　　　　(用电极反应式表示)。
(2)某电镀铜实验装置(电镀池)如图所示。
请回答下列问题。
①A电极对应的金属是　　　　　(填元素名称),B电极的电极反应式是　 。
②若电镀前A、B质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,两者质量差为
5.12 g,则电镀时电路中通过的电子的物质的量为　 。
考点三　金属的腐蚀与防护　　　　　　 　　　　　 　　　　　
一、金属的腐蚀
1.金属腐蚀的含义
金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生　　　　反应而引起损耗的现象。
2.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。
3.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀。
项目 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2)等直接反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质 M-ne-Mn+ M-ne-Mn+
现象 金属被腐蚀 较活泼的金属被腐蚀
区别 无电流产生 有微弱电流产生
联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更大,危害也更严重
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)。
项目 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强 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 Fe+2H+Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O 2Fe(OH)2
联系 　　　　更普遍
4.金属腐蚀快慢的规律
对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的大小 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀;外界条件相同时,电解质浓度越大,金属腐蚀越快
对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的大小 强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液;活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀速率越大
二、金属的防护
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。如不锈钢、钛合金等。
2.在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层,将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等。
3.电化学保护法
(1)牺牲阳极法(原电池原理)。
　　　　极(阳极):比被保护金属活泼的金属;
　　　　极:被保护的金属设备。
(2)外加电流法(电解原理)。
　　　　极:惰性电极;
　　　　极:被保护的金属设备。
[理解·辨析] 判断正误
(1)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。(　　)
(2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应为Fe-3e-Fe3+。(　　)
(3)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性,若镀层破损后,就完全失去了对金属的保护作用。(　　)
(4)若在船体上附着一些铜块,则可以减轻轮船的腐蚀。(　　)
金属的腐蚀与防护
1.(2024·江苏南京模拟)如图所示,下列叙述错误的是(　　)
[A] 开关未闭合时,铁棒上B点腐蚀最快
[B] 若X为NaCl,K与M连接,铁棒处pH最大
[C] 若X为H2SO4,K与N连接,铁棒上发生反应:2H++2e-H2↑
[D] 若X为H2SO4,K分别与N、M连接,Fe腐蚀情况前者更慢
2.(2022·上海卷,18)浓硫酸贮存罐的钝化金属保护法示意图如图,其原理是利用可钝化的金属与直流电源相连,控制合适的电压,使金属贮存罐表面形成致密的钝化膜,以有效减缓金属腐蚀。下列选项错误的是(　　)
[A] 金属贮存罐可用钢制材料
[B] 电子沿导线流入辅助电极
[C] 贮存浓硫酸的金属罐与电源负极相连
[D] 电压高到一定程度有可能会加剧腐蚀
3.(2024·浙江舟山模拟)某学习小组按如图探究金属电化学腐蚀与防护的原理,下列说法正确的是(　　)
[A] 若b为正极,K连接A时,铁棒防腐的方式称为牺牲阳极法
[B] 相同条件下,若X溶液为食盐水,K分别连接B、C时前者铁棒的腐蚀速率更小
[C] 若X溶液为模拟海水,K未闭合时铁棒上E点表面铁锈最多,腐蚀最严重的位置则是F点
[D] 若在X溶液中预先加入适量的K4[Fe(CN)6]溶液,可有效提升铁棒腐蚀或防腐的观察效果
1.(2024·湖北卷,2)2024年5月8日,我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施,下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是(　　)
[A] 发蓝处理 [B] 阳极氧化
[C] 表面渗镀 [D] 喷涂油漆
2.(2024·广东卷,16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图所示),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是(　　)
[A] 阳极反应:2Cl--2e-Cl2↑
[B] 阴极区溶液中OH-浓度逐渐增大
[C] 理论上每消耗1 mol Fe2O3,阳极室溶液减少213 g
[D] 理论上每消耗1 mol Fe2O3,阴极室物质最多增加138 g
3.(2024·甘肃卷,7)某固体电解池工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)
[A] 电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
[B] 电极2是阴极,发生还原反应:O2+4e-2O2-
[C] 工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
[D] 理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
4.(2024·浙江1月选考,13)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀,生成[Zn(NH3)4]2+和H2,下列说法不正确的是(　　)
[A] 氨水浓度越大,腐蚀趋势越大
[B] 随着腐蚀的进行,溶液的pH变大
[C] 铁电极上的电极反应式为2NH3+2e-2N+H2↑
[D] 每生成标准状况下224 mL H2,消耗 0.010 mol Zn
第3讲　电解池　金属的腐蚀与防护
考点一　电解的原理及规律
必备知识整合
1.直流电　氧化反应　还原反应　电能　化学能　电源　电解质溶液　熔融电解质　闭合回路
2.(1)阴极　阳极　(2)阴极　阳极　(3)正极　阳　阴
[理解·辨析] (1)×　(2)√　(3)×　(4)×
【提示】 (1)电解盐酸,pH逐渐增大;电解稀硫酸实质是电解水,pH减小。
(2)铜作电极电解稀盐酸时,阳极反应为Cu-2e-Cu2+,阴极反应为2H++2e-H2↑,总反应为Cu+2H+Cu2++H2↑。
(3)短时间内用惰性电极电解CuSO4溶液,加入CuCO3或CuO可使电解质溶液恢复到电解前的状况,加入Cu(OH)2会带入过多的H2O。
(4)在原电池和电解池装置中,电子只能在导线中传递,电解质溶液中通过离子定向移动而实现导电。
关键能力提升
1.C　电解Na2SO4溶液时,阳极上OH-失电子,发生氧化反应,即a处OH-放电,酸性增强,酸遇酚酞溶液不变色,即a处附近溶液颜色无明显变化,A项错误;电解AgNO3溶液时,阴极上Ag+得电子,发生还原反应,即b处电极反应式为Ag++e-Ag,B项错误;电解CuCl2溶液时,阳极上Cl-失电子,发生氧化反应,即b处Cl-放电,产生Cl2,C项正确;电解NaOH溶液时,阴极上H+放电,阳极上OH-放电,实际上电解的是水,导致NaOH溶液的浓度增大,碱性增强,pH增大,D项错误。
2.A　由装置可知,b电极上N2转化为NH3,N的化合价降低,得到电子发生还原反应,因此b电极为阴极,电极反应式为N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-,a电极为阳极,电极反应式为 2O2--4e-O2↑。由分析可得,b电极上N2转化为NH3,N的化合价降低,得到电子发生还原反应,即N2被还原,A正确;a电极为阳极,若金属Ag作a电极的材料,则金属Ag优先失去电子,B错误;改变工作电源的电压,反应速率会改变,C错误;电解过程中,阴极电极反应式为N2+3H2O+6e-2NH3+3O2-,阳极电极反应式为2O2--4e-O2↑,因此固体氧化物电解质中O2-不会减少,D错误。
3.(1)2H2O-4e-O2↑+4H+
Ag++e-Ag
4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-Cl2↑
2H2O+2e-+Mg2+H2↑+Mg(OH)2
Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-Fe2+
2H2O+2e-H2↑+2OH-
Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑
(4)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+
2H++2e-H2↑
2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
(5)5NO-15e-+10H2O5N+20H+
3NO+15e-+18H+3N+3H2O
8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3
NH3
4.【答案】 (1)1　0.8　CuO(或1.24　CuCO3)　(2)0.08　(3)0.12
【解析】 (1)电解Cu(NO3)2溶液,阳极是H2O失电子生成O2,得到112 mL (标准状况下)即 0.005 mol O2,依据总反应2Cu(NO3)2+2H2O2Cu+O2↑+4HNO3,此时溶液中生成
0.02 mol H+,c(H+)=0.1 mol·L-1,pH=1;电解生成 0.005 mol O2和0.01 mol Cu,故要使溶液复原可加 0.01 mol CuO,质量为0.8 g,或加 0.01 mol CuCO3,质量为1.24 g。
(2)加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液复原,相当于加入 0.02 mol CuO和0.02 mol H2O,故转移电子为(0.02×2+0.02×2) mol=0.08 mol。
(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2,加入 0.02 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原,则转移电子为 0.04 mol×2+0.02 mol×2=0.12 mol。
考点二　电解原理的应用
必备知识整合
一、1.2Cl--2e-Cl2↑　氧化　2H2O+2e-H2↑+2OH-　还原
2.2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑　2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
3.(1)Cl2　H2　淡盐水　NaOH溶液　精制饱和NaCl溶液　NaOH
二、正　负　Cu-2e-Cu2+　Cu-2e-Cu2+　Cu2++2e-Cu　不变　变小
三、2.(1)2Cl--2e-Cl2↑　Na++e-Na　2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑　(2)2Cl--2e-Cl2↑　Mg2++2e-Mg　MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑　(3)2O2--4e-O2↑　Al3++3e-Al　2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
[理解·辨析] (1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
【提示】 (2)电解精炼粗铜,杂质银不能失电子转变为Ag+,而是以单质形式进入阳极泥。
(3)MgO熔点高,AlCl3是共价化合物。
(4)阴极放电顺序Zn2+先于H+(水),可以用Zn为阳极、Fe为阴极在铁上镀锌。
关键能力提升
1.D　根据题意可知,闭合K1后,形成电解池。电解饱和食盐水,由题图可知,左侧电极为阳极,阳极上氯离子失去电子生成氯气,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,右侧电极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,总反应式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。根据分析,U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和H2,A错误;左侧生成氯气,氯气与水反应生成HClO,HClO具有漂白性,则a处湿润的红布条褪色,说明HClO具有漂白性,B错误;b处出现蓝色,发生反应Cl2+2KII2+2KCl,说明还原性 I->Cl-,C错误;断开K1,立刻闭合K2,此时构成氢氯燃料电池,产生电流,电流表发生偏转,D正确。
2.B　电极A上氯离子失去电子发生氧化反应,电极A是电解池阳极,因此电极A接电源正极,故A正确;电极B为阴极,通入氧气,氧气得到电子,电极反应式为2H2O+4e-+O24OH-,故B错误;右室生成氢氧根离子,应选用阳离子交换膜,左室中的钠离子进入右室,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,故C正确;改进设计中增大了氧气的量,提高了电极B处的氧化性,通过提高反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗,故 D正确。
3.D　电解时,在阳极上Zn、Fe、Ni失去电子,发生氧化反应,A错误;因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,故阴极的电极反应式为Ni2++2e-Ni,阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解,Cu、Pt以单质形式进入阳极泥,而阴极质量增加是因为Ni析出,二者质量不相等,B错误;电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外,还有Ni2+和H+,C错误。
4.【答案】 (1)①ZnO+2OH-+H2O[Zn(OH)4]2-
②[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-　Cu2++2e-Cu
(2)①铜　Cu2++2e-Cu　②0.08 mol
【解析】 (1)②锌酸盐镀锌,电镀时[Zn(OH)4]2-在阴极上放电,电极反应式为[Zn(OH)4]2-+2e-Zn+4OH-。电镀液中引入铜离子,铜离子在阴极上得电子生成单质铜,电极反应式为Cu2++2e-Cu,导致镀锌层粗糙、光亮度低。
(2)①电镀时,镀层金属铜作阳极,镀件作阴极,即A电极是阳极,对应的金属是铜,B电极是阴极,阴极上Cu2+得电子生成Cu,电极反应式为Cu2++2e-Cu。②阳极上Cu发生氧化反应,阴极上Cu2+发生还原反应,电镀完成后两者质量差为 5.12 g,其质量差的一半为阴极析出铜的质量,根据Cu2++2e-Cu和生成Cu的质量为2.56 g,可知转移 n(e-)=×2=
0.08 mol。
考点三　金属的腐蚀与防护
必备知识整合
一、1.氧化还原
3.(2)吸氧腐蚀
二、3.(1)负　正　(2)阳　阴
[理解·辨析] (1)×　(2)×　(3)×　(4)×
【提示】 (1)食盐水为中性溶液,生铁浸泡在食盐水中发生吸氧腐蚀。
(2)钢铁发生电化学腐蚀生成Fe2+。
(3)镀层破损后,在潮湿环境中构成原电池,锌作负极,对铁依然有一定的保护作用。
(4)利用牺牲阳极法防止钢铁腐蚀时,应该外接比铁活泼的金属。
关键能力提升
1.B　开关未闭合时,铁棒上B点同时与空气、H2O接触,腐蚀最快,A项正确;若X为NaCl,K与M连接,形成原电池,铁棒作负极,电极反应为Fe-2e-Fe2+,碳棒作正极,电极反应为O2+4e-+2H2O4OH-,故碳棒处pH最大,B项错误;若X为H2SO4,K与N连接,形成原电池,铁棒为正极,电极反应为2H++2e-H2↑,C项正确;若X为H2SO4,K与N连接时,铁棒为正极,被保护,K与M连接时,铁棒为负极,被腐蚀,故Fe腐蚀情况前者更慢,D项正确。
2.C　钢的主要成分为铁,铁遇浓硫酸发生钝化,因此可用钢制材料做金属贮存罐,故A正确;贮存罐需要被氧化形成钝化层,因此应作阳极,连接到电源的正极,辅助电极作阴极,电子流入,故B正确,C错误;当控制合适的电压时,会在金属贮存罐表面形成一层薄而致密的氧化膜,但电压高到一定程度,内层的金属有可能会继续失电子被氧化,从而加剧其腐蚀,故D正确。
3.C　牺牲阳极法原理为原电池原理,无外加电流,若b为正极,K连接A时,铁棒成为电解池的阳极,加速腐蚀,A错误;K连接B时,Fe作负极,被腐蚀,K连接C时,Zn作负极,Fe作正极,即牺牲Zn,保护Fe,所以后者铁棒的腐蚀速率更小,B错误;浸于X溶液(模拟海水)中的铁棒形成原电池,E点氧气浓度高,为正极,F点为负极,所以F点腐蚀最严重,E点(界面处)氧气浓度较大,生成的OH-浓度最大,而Fe(OH)2经氧化才形成铁锈,所以是E点铁锈最多,C正确;Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应产生蓝色沉淀,通过观察沉淀量的多少判断铁棒腐蚀或防腐的效果,应加 K3[Fe(CN)6]溶液,不是 K4[Fe(CN)6]溶液,D错误。
真题验收
1.D　发蓝处理技术通常用于钢铁等黑色金属,通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中来实现,可在金属表面形成一层极薄的氧化膜,这层氧化膜能有效防锈,A不符合题意;阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接,在金属表面形成一层氧化膜的过程,B不符合题意;表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法,C不符合题意;喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属表面,并没有在表面形成钝化膜,D符合题意。
2.C　右侧溶液为饱和食盐水,右侧电极产生气体,则右侧电极为阳极,Cl-放电产生Cl2,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑;左侧电极为阴极,发生还原反应,Fe2O3在碱性条件下转化为Fe,电极反应式为Fe2O3+6e-+3H2O2Fe+6OH-;中间为阳离子交换膜,Na+由阳极向阴极移动。由分析可知,阳极反应为2Cl--2e-Cl2↑,A正确;阴极反应为Fe2O3+6e-+3H2O2Fe+6OH-,消耗水产生OH-,阴极区溶液中OH-浓度逐渐增大,B正确;理论上每消耗1 mol Fe2O3,转移6 mol电子,产生3 mol Cl2,同时有 6 mol Na+由阳极转移至阴极,则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g,阴极室物质最多增加6×23 g=138 g,C不正确,D正确。
3.B　多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g),多孔电极1为阴极,电极反应为H2O+2e-H2+O2-;多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g),多孔电极2为阳极,电极反应为2O2--4e-O2↑。电极1的多孔结构能增大电极的比表面积,增大与水蒸气的接触面积,A正确;根据分析可知,电极2为阳极,发生氧化反应,2O2--4e-O2↑,B错误;工作时,阴离子O2-向阳极移动,即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2,C正确;根据分析可知,电解总反应为2H2O(g)2H2+O2,分解2 mol H2O转移4 mol电子,则理论上电源提供 2 mol电子能分解1 mol H2O,D正确。
4.C　氨水浓度越大,越容易生成 [Zn(NH3)4]2+,腐蚀趋势越大,A正确;腐蚀的总反应为Zn+4NH3·H2O[Zn(NH3)4]2++H2↑+2H2O+2OH-,有OH-生成,溶液pH变大,B正确;该电化学腐蚀中Zn作负极,Fe作正极,正极上氢离子得电子生成氢气,铁电极上的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,C错误;根据得失电子守恒,每生成标准状况下224 mL H2,转移电子的物质的量为=0.020 mol,消耗 0.010 mol Zn,D正确。
(
第
14
页
)(共96张PPT)
电解池　金属的腐蚀与防护
第3讲
1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应。
2.认识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。
1.电解和电解池
直流电　
氧化反应　
还原反应　
电能　
化学能　
电源　
电解质溶液　
熔融电解质　
闭合回路
2.电解池模型构建和工作原理
从电子、离子、电流的移动方向角度理解电解池的工作原理。
(1)电子移动方向:电源负极→电解池 ;电解池 →电源正极。
(2)离子移动方向:阳离子移向电解池 ;阴离子移向电解池 。
(3)电流方向:电源 →电解池 极;电解池 极→电源负极。
[注意] 电子不下水,离子不上线。
阴极
阳极
阴极
阳极
正极
阳
阴
3.电解规律
(1)电极上离子放电顺序。
①两电极上离子的放电顺序的根本实质是离子氧化性、还原性的强弱。
③常见惰性电极有石墨、Au、Pt等。
(2)惰性电极电解电解质溶液的四种类型。
类型 实例 电解对象 阳极产物 阴极产物 电解质 (浓度) pH 电解质溶液复原
(出什么加什么)
电解水型 NaOH H2O O2 H2 增大 增大 H2O
H2SO4 H2O O2 H2 增大 减小 H2O
Na2SO4 H2O O2 H2 增大 不变 H2O
电解电解质型 HCl HCl Cl2 H2 减小 增大 HCl
CuCl2 CuCl2 Cl2 Cu 减小 不变 CuCl2
放H2生碱型 NaCl NaCl、H2O Cl2 H2 生成NaOH 增大 HCl
放O2生酸型 CuSO4 CuSO4、H2O O2 Cu 生成H2SO4 减小 CuO或CuCO3
[理解·辨析] 判断正误
(1)电解盐酸、稀硫酸等,H+放电,溶液的pH逐渐增大。(　 　)
(2)用铜电极电解稀盐酸,发生反应:Cu+2H+ Cu2++H2↑。(　 　)
×
【提示】 (1)电解盐酸,pH逐渐增大;电解稀硫酸实质是电解水,pH减小。
√
(3)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,加入CuCO3或Cu(OH)2均可使电解质溶液恢复到电解前的状况。(　 　)
(4)电解过程中电子流向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极。(　 　)
×
【提示】 (3)短时间内用惰性电极电解CuSO4溶液,加入CuCO3或CuO可使电解质溶液恢复到电解前的状况,加入Cu(OH)2会带入过多的H2O。
×
【提示】 (4)在原电池和电解池装置中,电子只能在导线中传递,电解质溶液中通过离子定向移动而实现导电。
一、电解过程的全面分析
1.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,
下表中各项所列对应关系均正确的是(　　)
C
2.(2022·海南卷,9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。
下列有关说法正确的是(　　)
[A] 在b电极上,N2被还原
[B] 金属Ag可作为a电极的材料
[C] 改变工作电源电压,反应速率不变
[D] 电解过程中,固体氧化物电解质中O2-不断减少
A
思维建模
分析电解过程的思维流程
二、电极反应式的书写
3.按要求书写电极反应式和总反应式:
(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:　 。
总反应化学方程式: 　。
(4)用Al作阳极,电解稀硫酸,铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式:　 。
阴极反应式:　 。
总反应化学方程式: 　　　　　 　　　。
(5)电解NO制备NH4NO3,其工作原理如图所示。
阳极反应式:　 。
阴极反应式:　 。
总反应化学方程式: 　　　　　 　　　　。
为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充物质A,A是　　 　　。
NH3
电极反应式书写的步骤
思维建模
三、电解相关计算
4.以惰性电极电解200 mL 某浓度的Cu(NO3)2溶液。
(1)阳极产生112 mL (标准状况下)气体时,阴极无气体生成。所得溶液的pH为　　　 (不考虑溶液体积变化),要使溶液恢复到电解前的状态,可加入
　　　　g的　　 　(填化学式)。
1
0.8
CuO(或1.24　CuCO3)
(2)继续通电电解一段时间,若加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液复原,则电路中转移电子为　　 　 mol。
0.08
【解析】 (2)加入0.02 mol Cu(OH)2可使溶液复原,相当于加入0.02 mol CuO和0.02 mol H2O,故转移电子为(0.02×2+0.02×2) mol=0.08 mol。
(3)若通电足够长时间,加入0.02 mol Cu2(OH)2CO3 可使溶液复原,则电路中转移电子为　　　　 mol。
0.12
【解析】 (3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2,
加入0.02 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原,
则转移电子为0.04 mol×2+0.02 mol×2=0.12 mol。
电解相关计算的原理与方法
(1)计算原理。
串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
(2)电解相关计算的常用方法。
①根据得失电子守恒计算。
串联电路中阴阳两极、电源正负极、电路中通过电子数相等。
归纳拓展
②根据总反应计算。
先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。
③根据关系式计算。
根据得失电子守恒构建已知量与未知量之间的关系式,然后通过关系式计算。
归纳拓展
一、电解饱和食盐水——氯碱工业
1.电极反应
阳极: ( 反应);
阴极: ( 反应)。
2.总反应
化学方程式: 。
离子方程式: 。
氧化
还原
3.离子交换膜电解槽
(1)装置示意图。
Cl2
H2
淡盐水
NaOH溶液
精制饱和
NaCl溶液
NaOH
(2)阳离子交换膜的作用。
①阻止OH-进入阳极室与生成的Cl2反应。
②防止阳极生成的Cl2与阴极生成的H2混合,发生爆炸。
二、电镀和电解精炼铜——非惰性电极电解的应用
项目 电镀铜 电解精炼铜
电解 装置 示意图
正
负
不变
变小
三、电冶金
1.原理
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属,如Na、Ca、Mg、Al等。
2.钠、镁、铝的电解冶炼
(1)冶炼钠。
阳极:　 。
阴极:　 。
总反应:　 。
(2)冶炼镁。
阳极:　 。
阴极:　 。
总反应:　 。
(3)冶炼铝。
阳极:　 。
阴极:　 。
总反应:　 。
[理解·辨析] 判断正误
(1)电解饱和食盐水时,离子交换膜是为了避免Cl2与H2反应,得到纯度更高的氢氧化钠。(　 　)
×
√
【提示】 (2)电解精炼粗铜,杂质银不能失电子转变为Ag+,而是以单质形式进入阳极泥。
(3)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3。(　 　)
×
【提示】 (3)MgO熔点高,AlCl3是共价化合物。
(4)由于放电顺序H+>Zn2+,不可能用Zn为阳极、Fe为阴极在铁上镀锌。
(　 　)
×
【提示】 (4)阴极放电顺序Zn2+先于H+(水),可以用Zn为阳极、Fe为阴极在铁上镀锌。
(5)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。(　 　)
×
一、氯碱工业
1.(2023·广东卷,13)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如图所示实验。闭合K1,一段时间后(　　)
[A] U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2
[B] a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性
[C] b处出现蓝色,说明还原性:Cl->I-
[D] 断开K1,立刻闭合K2,电流表发生偏转
D
2.(2023·浙江6月选考,13)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是(　　)
[A] 电极A接电源正极,发生氧化反应
[B] 电极B的电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-
[C] 应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液
[D] 改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗
B
二、活性金属电极电解应用——电镀、电解精炼
3.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性:Fe2+[A] 阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e- Ni
[B] 电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
[C] 电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
[D] 电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
D
4.钢铁是建筑、工程、制造、交通和能源等多个方面基础建设的基本材料,每年因钢铁生锈而损失大量资源。为防止钢铁制品腐蚀,在有些铁制器具表面镀上一薄层其他金属或合金,如镀锌、镀铜等。
(1)锌酸盐镀锌是镀锌的一种工艺:用ZnO、NaOH配制溶液,加入适量的镀锌添加剂,在通电状态下,在金属或其他材料表面镀一层金属锌,来增加材料耐蚀性和装饰性(已知锌酸根离子的化学式为[Zn(OH)4]2-)。
①写出氢氧化钠溶液与氧化锌反应制备电镀液的离子方程式:
　　　 　　　　　。
②电镀时阴极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　。洗刷导电铜杠时致使镀液中引入铜离子,导致镀锌层粗糙、光亮度低,其原因是
　　　　　　　　　　　　(用电极反应式表示)。
(2)某电镀铜实验装置(电镀池)如图所示。
请回答下列问题。
①A电极对应的金属是　　　　 　(填元素名称),B电极的电极反应式是
　 。
铜
②若电镀前A、B质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,两者质量差为5.12 g,则电镀时电路中通过的电子的物质的量为　 。
0.08 mol
一、金属的腐蚀
1.金属腐蚀的含义
金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生 反应而引起损耗的现象。
2.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。
氧化还原
3.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀。
现象 金属被腐蚀 较活泼的金属被腐蚀
区别 无电流产生 有微弱电流产生
联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更大,危害也更严重
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)。
吸氧腐蚀
4.金属腐蚀快慢的规律
对同一电解质溶液来说,腐蚀速率的大小 电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀;外界条件相同时,电解质浓度越大,金属腐蚀越快
对同一金属来说,在不同溶液中腐蚀速率的大小 强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液;活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀速率越大
二、金属的防护
1.改变金属材料的组成
在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。如不锈钢、钛合金等。
2.在金属表面覆盖保护层
在金属表面覆盖致密的保护层,将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等。
3.电化学保护法
(1)牺牲阳极法(原电池原理)。
极(阳极):比被保护金属活泼的金属;
极:被保护的金属设备。
(2)外加电流法(电解原理)。
极:惰性电极;
极:被保护的金属设备。
负
正
阳
阴
[理解·辨析] 判断正误
(1)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。(　 　)
×
【提示】 (1)食盐水为中性溶液,生铁浸泡在食盐水中发生吸氧腐蚀。
×
【提示】 (2)钢铁发生电化学腐蚀生成Fe2+。
(3)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性,若镀层破损后,就完全失去了对金属的保护作用。(　 )
×
【提示】 (3)镀层破损后,在潮湿环境中构成原电池,锌作负极,对铁依然有一定的保护作用。
(4)若在船体上附着一些铜块,则可以减轻轮船的腐蚀。(　 　)
×
【提示】 (4)利用牺牲阳极法防止钢铁腐蚀时,应该外接比铁活泼的金属。
金属的腐蚀与防护
1.(2024·江苏南京模拟)如图所示,下列叙述错误的是(　　)
[A] 开关未闭合时,铁棒上B点腐蚀最快
[B] 若X为NaCl,K与M连接,铁棒处pH最大
[C] 若X为H2SO4,K与N连接,铁棒上发生反应:2H++2e- H2↑
[D] 若X为H2SO4,K分别与N、M连接,Fe腐蚀情况前者更慢
B
2.(2022·上海卷,18)浓硫酸贮存罐的钝化金属保护法示意图如图,其原理是利用可钝化的金属与直流电源相连,控制合适的电压,使金属贮存罐表面形成致密的钝化膜,以有效减缓金属腐蚀。下列选项错误的是(　　)
[A] 金属贮存罐可用钢制材料
[B] 电子沿导线流入辅助电极
[C] 贮存浓硫酸的金属罐与电源负极相连
[D] 电压高到一定程度有可能会加剧腐蚀
C
【解析】 钢的主要成分为铁,铁遇浓硫酸发生钝化,因此可用钢制材料做金属贮存罐,故A正确;贮存罐需要被氧化形成钝化层,因此应作阳极,连接到电源的正极,辅助电极作阴极,电子流入,故B正确,C错误;当控制合适的电压时,会在金属贮存罐表面形成一层薄而致密的氧化膜,但电压高到一定程度,内层的金属有可能会继续失电子被氧化,从而加剧其腐蚀,故D正确。
3.(2024·浙江舟山模拟)某学习小组按如图探究金属电化学腐蚀与防护的原理,下列说法正确的是(　　)
[A] 若b为正极,K连接A时,铁棒防腐的方式称为牺牲阳极法
[B] 相同条件下,若X溶液为食盐水,K分别连接B、C时前者铁棒的腐蚀速率更小
[C] 若X溶液为模拟海水,K未闭合时铁棒上E点表面铁锈最多,腐蚀最严重的位置则是F点
[D] 若在X溶液中预先加入适量的K4[Fe(CN)6]溶液,可有效提升铁棒腐蚀或防腐的观察效果
C
【解析】 牺牲阳极法原理为原电池原理,无外加电流,若b为正极,K连接A时,铁棒成为电解池的阳极,加速腐蚀,A错误;K连接B时,Fe作负极,被腐蚀,K连接C时,Zn作负极,Fe作正极,即牺牲Zn,保护Fe,所以后者铁棒的腐蚀速率更小,B错误;浸于X溶液(模拟海水)中的铁棒形成原电池,E点氧气浓度高,为正极,F点为负极,所以F点腐蚀最严重,E点(界面处)氧气浓度较大,生成的OH-浓度最大,而Fe(OH)2经氧化才形成铁锈,所以是E点铁锈最多,C正确;
Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液反应产生蓝色沉淀,通过观察沉淀量的多少判断铁棒腐蚀或防腐的效果,应加K3[Fe(CN)6]溶液,不是 K4[Fe(CN)6]溶液,D错误。
1.(2024·湖北卷,2)2024年5月8日,我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施,下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是(　　)
[A] 发蓝处理
[B] 阳极氧化
[C] 表面渗镀
[D] 喷涂油漆
D
【解析】 发蓝处理技术通常用于钢铁等黑色金属,通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中来实现,可在金属表面形成一层极薄的氧化膜,这层氧化膜能有效防锈,A不符合题意;阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接,在金属表面形成一层氧化膜的过程,B不符合题意;表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法,C不符合题意;喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属表面,并没有在表面形成钝化膜,D符合题意。
2.(2024·广东卷,16)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图所示),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是(　　)
[A] 阳极反应:2Cl--2e- Cl2↑
[B] 阴极区溶液中OH-浓度逐渐增大
[C] 理论上每消耗1 mol Fe2O3,阳极室溶液减少213 g
[D] 理论上每消耗1 mol Fe2O3,阴极室物质最多增加138 g
C
3.(2024·甘肃卷,7)某固体电解池工作原理如图所示,下列说法错误的是
(　　)
[A] 电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
[B] 电极2是阴极,发生还原反应:O2+4e- 2O2-
[C] 工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
[D] 理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
B
4.(2024·浙江1月选考,13)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀,生成[Zn(NH3)4]2+和H2,下列说法不正确的是(　　)
[A] 氨水浓度越大,腐蚀趋势越大
[B] 随着腐蚀的进行,溶液的pH变大
[D] 每生成标准状况下224 mL H2,消耗 0.010 mol Zn
C
课时作业30　电解池　金属的腐蚀与防护
(时间:30分钟　满分:60分)
选择题(共10小题,每小题6分,共60分)
1.用如图装置完成电解实验,对实验现象的解释或推测合理的是(　　)
[A] a处的试纸变红
[B] b电极是正极
D
2.利用如图装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法正确的是(　　)
[A] 氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠
[B] 铜的电解精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
[C] 电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属
[D] 外加电流法中,Y是待保护金属
D
【解析】 氯碱工业中,阴极区得到H2和NaOH;铜的电解精炼中,粗铜为阳极,纯铜为阴极;电镀工业中,镀层金属为阳极,待镀金属为阴极。
3.(2022·广东卷,10)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(　　)
[A] 阴极发生的反应为Mg-2e- Mg2+
[B] 阴极上Al被氧化
[C] 在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
[D] 阳极和阴极的质量变化相等
C
【解析】 阴极应该发生得电子的还原反应,实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+,A错误;Al在阳极上被氧化生成Al3+,B错误;阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,C正确;阳极除了铝参与电子转移,镁也参与了电子转移,且还会形成阳极泥,而阴极只有铝离子得电子生成铝单质,根据电子转移数守恒及元素守恒可知,阳极与阴极的质量变化不相等,D错误。
4.在氯碱工业中,离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)
[A] 电极A为阳极,发生氧化反应生成氯气
[B] 离子交换膜为阳离子交换膜
[C] 饱和食盐水从a处进,NaOH溶液从d处出
[D] OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量
D
5.以铅酸蓄电池为电源,以石墨为电极电解CuSO4溶液,装置如图所示。若一段时间后Y极上有6.4 g红色物质析出,停止电解。下列说法正确的是(　　)
C
6.如图所示,在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下,阴、阳离子根据放电顺序都可能在阳极放电,下列分析正确的是(　　)
[A] C1电极处溶液首先变棕黄色
[B] 反应一段时间后,往溶液中加一定量的盐酸可使溶液复原
[D] 当C1电极上有2 g物质生成时,就会有 2NA个电子通过溶液发生转移
C
7.(2024·山东实验中学模拟)工业上电解MnSO4溶液制备Mn和MnO2的工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)
[A] 电流由钛电极经MnSO4溶液流向不锈钢电极
[B] 阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+
[C] 离子交换膜为阳离子交换膜
[D] 当电路中有2 mol e-转移时,生成55 g Mn
C
8.H2S气体有高毒性和强腐蚀性,电化学法处理H2S的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
B
D
10.(2022·北京卷,13)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示 意图
序号 ① ②
电解质 溶液 0.1 mol/L CuSO4+少量H2SO4 0.1 mol/L CuSO4+过量氨水
实验 现象 阴极表面有无色气体,一段时间后阴极表面有红色固体,气体减少。经检验电解液中有Fe2+ 阴极表面未观察到气体,一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无铁元素
下列说法不正确的是(　　)
C课时作业30　电解池　金属的腐蚀与防护
(时间:30分钟　满分:60分)
选择题(共10小题,每小题6分,共60分)
1.用如图装置完成电解实验,对实验现象的解释或推测合理的是(　　)
[A] a处的试纸变红
[B] b电极是正极
[C] a处发生的电极反应:Fe-2e-Fe2+
[D] b处发生的电极反应:2Cl--2e-Cl2↑
2.利用如图装置,当X、Y选用不同材料时,可将电解原理广泛应用于工业生产。下列说法正确的是(　　)
[A] 氯碱工业中,X、Y均为石墨,X附近能得到氢氧化钠
[B] 铜的电解精炼中,X是纯铜,Y是粗铜,Z是CuSO4
[C] 电镀工业中,X是待镀金属,Y是镀层金属
[D] 外加电流法中,Y是待保护金属
3.(2022·广东卷,10)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(　　)
[A] 阴极发生的反应为Mg-2e-Mg2+
[B] 阴极上Al被氧化
[C] 在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
[D] 阳极和阴极的质量变化相等
4.在氯碱工业中,离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如图所示。下列说法不正确的是(　　)
[A] 电极A为阳极,发生氧化反应生成氯气
[B] 离子交换膜为阳离子交换膜
[C] 饱和食盐水从a处进,NaOH溶液从d处出
[D] OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量
5.以铅酸蓄电池为电源,以石墨为电极电解CuSO4溶液,装置如图所示。若一段时间后Y极上有 6.4 g红色物质析出,停止电解。下列说法正确的是(　　)
[A] a为铅酸蓄电池的负极
[B] 电解过程中S向右侧移动
[C] 电解结束时,左侧溶液质量增加8 g
[D] 铅酸蓄电池工作时,正极反应为PbSO4+2e-Pb+S
6.如图所示,在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下,阴、阳离子根据放电顺序都可能在阳极放电,下列分析正确的是(　　)
[A] C1电极处溶液首先变棕黄色
[B] 反应一段时间后,往溶液中加一定量的盐酸可使溶液复原
[C] C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2+-e-Fe3+、2Cl--2e-Cl2↑
[D] 当C1电极上有2 g物质生成时,就会有 2NA个电子通过溶液发生转移
7.(2024·山东实验中学模拟)工业上电解MnSO4溶液制备Mn和MnO2的工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　)
[A] 电流由钛电极经MnSO4溶液流向不锈钢电极
[B] 阳极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+
[C] 离子交换膜为阳离子交换膜
[D] 当电路中有2 mol e-转移时,生成55 g Mn
8.H2S气体有高毒性和强腐蚀性,电化学法处理H2S的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
[A] 电极a连接电源负极,电解时H+由电极a室移向电极b室
[B] 反应池中发生反应的离子方程式:2V+H2S+2H+2VO2++S↓+2H2O
[C] 电极b的电极反应式:VO2++H2O+e-V+2H+
[D] 电解过程中每转移2 mol电子,理论上可生成22.4 L H2
9.(2025·湖南衡阳期中)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题,科技工作者设计耦合 HCHO 高效制H2的方法,装置如图所示。部分反应机理为+H2。下列说法错误的是(　　)
[A] 电极a上的电势比电极b上的低
[B] 阳极反应:2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O
[C] 电解时阴极区溶液的pH增大
[D] 相同电量下H2理论产量是传统电解水的 1.5 倍
10.(2022·北京卷,13)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示 意图
序号 ① ②
电解质 溶液 0.1 mol/L CuSO4+少量H2SO4 0.1 mol/L CuSO4+过量氨水
实验 现象 阴极表面有无色气体,一段时间后阴极表面有红色固体,气体减少。经检验电解液中有Fe2+ 阴极表面未观察到气体,一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无铁元素
下列说法不正确的是(　　)
[A] ①中气体减少,推测是由于溶液中c(H+)减少,且Cu覆盖铁电极,阻碍H+与铁接触
[B] ①中检测到Fe2+,推测可能发生反应:Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu
[C] 随阴极析出Cu,推测②中溶液c(Cu2+)减少,Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡逆移
[D] ②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)比①中溶液的小,Cu缓慢析出,镀层更致密
课时作业30　电解池　金属的腐蚀与防护
1.D　在a电极上水得电子发生还原反应,生成H2和OH-,溶液碱性增强,a处的pH试纸变蓝,A错误;b电极是电解池的阳极,B错误;在a电极上水得电子发生还原反应,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,C错误;在b电极上Cl-失电子发生氧化反应,电极反应为2Cl--2e-Cl2↑,D正确。
2.D　氯碱工业中,阴极区得到H2和NaOH;铜的电解精炼中,粗铜为阳极,纯铜为阴极;电镀工业中,镀层金属为阳极,待镀金属为阴极。
3.C　阴极应该发生得电子的还原反应,实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+,A错误;Al在阳极上被氧化生成Al3+,B错误;阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,C正确;阳极除了铝参与电子转移,镁也参与了电子转移,且还会形成阳极泥,而阴极只有铝离子得电子生成铝单质,根据电子转移数守恒及元素守恒可知,阳极与阴极的质量变化不相等,D错误。
4.D　氯碱工业中,电解饱和食盐水的总反应为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑,电解池中阳极发生氧化反应,则Cl2为氧化产物,所以电极A为阳极,电极B为阴极。根据分析可知电极A为阳极,发生氧化反应生成氯气,A正确;阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应,氢氧化钠溶液要从d处出,所以要防止OH-流向阳极即电极A,该离子交换膜为阳离子交换膜,B正确;根据B项分析可知,饱和食盐水从a处进,NaOH溶液从d处出,C正确;由B项分析可知,该离子交换膜为阳离子交换膜,OH-没有发生迁移,D错误。
5.C　Y极上有Cu析出,发生还原反应,Y极为阴极,故b为铅酸蓄电池负极,a为铅酸蓄电池正极,A错误;电解过程中阴离子向阳极移动,B错误;阴极反应为Cu2++2e-Cu,阳极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,当有6.4 g Cu析出时,转移0.2 mol e-,左侧生成1.6 g O2,同时有 0.1 mol(9.6 g)S进入左侧,则左侧质量增加9.6 g-1.6 g=8 g,C正确;铅酸蓄电池的负极是Pb,正极是PbO2,正极反应为PbO2+2e-+4H++SPbSO4+2H2O,D错误。
6.C　C1电极与电源的负极连接,作阴极,溶液中的H+在阴极放电,因此C1电极处溶液中有气泡放出,不会首先变成棕黄色,A错误;反应一段时间后,由于C2电极上Fe2+失电子,此时溶液中Fe2+含量逐渐减少,只加入盐酸不能将溶液复原,B错误;C2电极与电源的正极相连,作阳极,Fe2+的还原性强于Cl-,则可依次发生的电极反应为Fe2+-e-Fe3+、2Cl--2e-Cl2↑,C正确;电子只能通过导线传递,不能通过溶液传递,D错误。
7.C　不锈钢电极连接外接电源的负极,为阴极,钛电极为阳极,则内电路中电流由钛电极经硫酸锰溶液流向不锈钢电极,故A正确;钛电极为阳极,锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰,电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+,故B正确;不锈钢电极为阴极,钛电极为阳极,电解时溶液中硫酸根离子由阴极区经阴离子交换膜进入阳极区,故C错误;不锈钢电极为阴极,锰离子在阴极得到电子,发生还原反应生成锰,电极反应式为Mn2++2e-Mn,则当电路中有2 mol e-转移时,阴极生成锰的质量为1 mol×55 g· mol-1=55 g,故D正确。
8.B　电极a上氢离子得电子变成氢气,故电极a为阴极,与电源负极相连;电极b为阳极,与电源正极相连。电极a连接电源负极,电解时H+由阳极向阴极移动,即由电极b室移向电极a室,A错误;根据反应池进入和产生的物质,反应池中发生反应的离子方程式为2V+H2S+2H+2VO2++S↓+2H2O,B正确;电极b为阳极,发生氧化反应,电极反应式为VO2++H2O-e-V+2H+,C错误;没有给出气体所处的温度和压强,氢气体积无法计算,D错误。
9.D　据题图可知,电极b上HCHO转化为HCOO-,发生氧化反应,所以电极b为阳极,电极a为阴极,则电极a上的电势比电极b上的低,A正确;HCHO为阳极反应物,结合反应机理可知,阳极反应为2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O,B正确;电解时阴极区发生的反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,生成OH-,溶液的pH增大,C正确;阳极反应为2HCHO-2e-+4OH-2HCOO-+H2↑+2H2O,阴极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,即转移2 mol电子时,阴、阳两极各生成 1 mol H2,共2 mol H2,而传统电解水转移2 mol电子,只有阴极生成 1 mol H2,所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍,D错误。
10.C　实验①时,铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应,当溶液中氢离子浓度减小,反应和放电生成的铜覆盖铁电极,阻碍氢离子与铁接触,导致产生的气体减少,故A正确;实验①时,铁作电镀池的阴极,铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜,可能发生的反应为 Fe+2H+Fe2++H2↑、Fe+Cu2+Fe2++Cu,故B正确;四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜,随阴极析出铜,四氨合铜离子浓度减小,Cu2++4NH3[Cu(NH3)4]2+平衡向正反应方向移动,故C错误;实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子,四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜,在铁表面得到比实验①更致密的镀层,故D正确。
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