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【优化方案】2017版高考化学大一轮复习 第六章 化学反应与能量 第三讲 电解池金属腐蚀与防护讲义


第三讲
[2017 高考导航] 考纲要求

电解池 金属腐蚀与防护

真题统计

命题趋势 预计 2017 年高考仍将重点考查电 解池的工作原理,如阴阳极的判断、电 极反应式的书写及溶液 pH 的变化等; 借 助电解原理进行的工业实际问题如新材 料的制取等。复习备考时应注重电解原 理的实质,从氧化还原反应的角度认识 电化学,注重与元素化合物、有机化学、 电解质溶液、化学实验设计、新能源等 知识的联系。

1.了解电解池的工作原理,能写出 电极反应和电池反应方程式。 2.理解金属发生电化学腐蚀的原 因,金属腐蚀的危害,防止金属腐 蚀的措施。

2015,卷Ⅱ 28T(2); 2014,卷Ⅰ 27T(4); 2014,卷Ⅱ 27T(3)

考点一 电解原理[学生用书 P145]

一、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。 在此过 程中,电能转化为化学能。 二、电解池 1.电解池的构成条件 (1)有与电源相连的两个电极。 (2)两个电极插入电解质溶液(或熔融盐)中。 (3)形成闭合回路。 2.电极名称及电极反应式 以用惰性电极电解 CuCl2 溶液为例:

电解 总反应方程式:CuCl2=====Cu+Cl2↑。 3.电解池中电子和离子的移动 (1)电子:从电源负极流出后,流向电解池阴极;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。 三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写 1.判断电解池的阴、阳极 (1)根据外接电源的正、负极判断 电源正极连接阳极;电源负极连接阴极。 (2)根据电极产物判断
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电极溶解、逸出 O2(或电极区变酸性)或逸出 Cl2 的为阳极;析出金属、逸出 H2(或电极区变 碱性)的为阴极。 2.电极反应式的书写步骤 + - (1)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 )。 (2)排出阴、阳两极的放电顺序 ①阳极 活性电极(Zn、Fe、Cu 等):电极材料失电子; 2- - - - - 惰性阳极(Pt、Au、石墨等):S >I >Br >Cl >OH >含氧酸根。 ②阴极 + 3+ 2+ + 2+ 2+ Ag >Fe >Cu >H (酸中)>Fe >Zn 。 (3)写出两极电极反应式 ①阳极: 活性电极失去电子生成相应的金属阳离子; 溶液中的阴离子失去电子生成相应的单 质或高价态化合物。 ②阴极:溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。 (4)写出电解总反应式 在两极转移电子数目相同的前提下, 两极反应式相加即可得总反应的化学方程式或离子方程 式。 1.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)。 总化学方 程式 或离子方 程式 电解 质浓 度变 化

电解质 (水溶液)

电极反应式

被电 解的 物质

溶液 pH 变化

电解质溶 液复原 方法

含氧酸 (如 H2SO4)

阳极: ____________ ____________ ____________ 阴极: ____________ ____________ ____________ ____________ 阳极: ____________ ____________ ____________ ____________ ____________ 阴极: ____________ ____________ ____________ ____________

加______

强碱(如 NaOH)

加______

2

____________ 阳极: ____________ ____________ ____________ ____________ ____________ 阴极: ____________ ____________ ____________ ____________ ____________ ____________ 阳极: ____________ ____________ ____________ ____________ ____________ 阴极: ____________ ____________ ____________ ____________ ____________

活泼金属 的含氧酸 盐(如 KNO3、 Na2SO4)

加______

无氧酸 (如 HCl, 除 HF 外)

续 表 总化学方 程式 或离子方 程式 电解 质浓 度变 化

电解质 (水溶液)

电极反应 式 阳极: _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ 阴极: _________ _________ _________

被电 解的 物质

溶液 pH 变化

电解质溶 液复原 方法

不活泼金 属的无氧 酸盐(如 CuCl2, 除氟化 物外)

加______

3

_________ _________ _________ _________ 阳极: _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ 阴极: _________ _________ _________ _________ _________ 阳极: _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________ 阴极: _________ _________ _________ _________ _________ _________ _________

活泼金属 的无氧酸 盐(如 NaCl)

水和 盐

生成 新电 解质

不活泼金 属的含氧 酸盐(如 CuSO4)

2Cu + 2H2O 电解 =====2Cu+ O2↑ + +4H

2+

生成 新电 解质

加______

(1)电解过程中放 H2 生碱型和放 O2 生酸型的实质是什么?在放 H2 生碱型的电解中, 若滴入酚 酞试液,哪一极附近溶液变红?电解质溶液的复原遵循什么原则? (2)①上表中要使电解后的 NaCl 溶液复原,滴加盐酸可以吗? ②上表中要使电解后的 CuSO4 溶液复原,加入 Cu(OH)2 固体可以吗? - - 答案:(从左到右,从上到下)4OH -4e ===O2↑+2H2O 电解 + - 4H +4e ===2H2↑ 水 2H2O=====O2↑+2H2↑ 增大 减小 水 4OH -4e ===O2↑+2H2O 4H +4e ===2H2↑ 水 电解 2H2O=====O2↑+2H2↑ 增大 增大 水
- - + -

4

4OH -4e ===O2↑+2H2O 4H +4e ===2H2↑ 水 电解 2H2O=====O2↑+2H2↑ 增大 不变 水 电解 - - + - 2Cl -2e ===Cl2↑ 2H +2e ===H2↑ 酸 2HCl=====Cl2↑+H2↑ 减小 增大 通入 HCl 气体 2Cl -2e ===Cl2↑ Cu +2e ===Cu 盐 2Cl - 2e ===Cl2 ↑
- - - - 2+ -









电解 CuCl2=====Cu+Cl2↑ 减小 CuCl2 电解 - - 2Cl + 2H2O===== Cl2 ↑+H2 ↑+2OH 增大 通入

2H + 2e ===H2 ↑





HCl 气体 - - 2+ - 4OH -4e ===O2↑+2H2O 2Cu +4e ===2Cu 水和盐 减小 CuO(或 CuCO3) + - (1)放 H2 生碱型实质是水电离出 H 在阴极上放电,破坏了阴极附近水的电离平衡,使 OH 浓 - 度增大,若滴入酚酞试液,阴极附近溶液变红;放 O2 生酸型的实质是水电离出 OH 在阳极上 + 放电,破坏了阳极附近水的电离平衡,使 H 浓度增大。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。 (2)①电解 NaCl 溶液时析出的是等物质的量的 Cl2 和 H2,所以应通入氯化氢气体,加入盐酸 会引入过多的水。 ②不可以,加入 Cu(OH)2 固体会使溶液的浓度比原来低。 2.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)用铜作电极电解 NaCl 溶液 阳 极 反 应 式 : ________________________________________________________________________; 阴 极 反 应 式 : ________________________________________________________________________; 总 反 应 化 学 方 程 式 : ________________________________________________________________________。 (4)用铜作电极电解 HCl 溶液 阳 极 反 应 式 : ________________________________________________________________________;

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阴 极 反 应 式 ________________________________________________________________________; 总 反 应 离 子 方 程 式 ________________________________________________________________________。 解析:注意阳极若是活性材料,则阳极金属失电子形成离子。 - - 答案:(1)4OH -4e ===O2↑+2H2O + - 4Ag +4e ===4Ag 电解 + + 4Ag +2H2O=====4Ag+O2↑+4H (2)2Cl -2e ===Cl2↑ + - 2H +2e ===H2↑ 电解 2+ - Mg +2Cl +2H2O=====Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑ (3)Cu-2e ===Cu + - 2H +2e ===H2↑
- 2+ - -

: :

电解 Cu+2H2O=====Cu(OH)2↓+H2↑ (4)Cu-2e ===Cu + - 2H +2e ===H2↑
- 2+

+ 电解 2+ Cu+2H =====Cu +H2↑

名师点拨 电解过程中溶液 pH 的变化规律 (1)电解时,只生成 H2 而不生成 O2,则溶液的 pH 增大。 (2)电解时,只生成 O2 而不生成 H2,则溶液的 pH 减小。 (3)电解时,既生成 H2 又生成 O2,则实际为电解 H2O。 ①若原溶液为酸性溶液,则溶液的 pH 减小; ②若原溶液为碱性溶液,则溶液的 pH 增大; ③若原溶液为中性溶液,则溶液的 pH 不变。

(2015·高考福建卷)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将 H2O 和 CO2 转化为 O2 和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )

A.该装置将化学能转化为光能和电能

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B.该装置工作时,H 从 b 极区向 a 极区迁移 C.每生成 1 mol O2,有 44 g CO2 被还原 + - D.a 电极的反应为 3CO2+18H -18e ===C3H8O+5H2O [解析] 该装置为电解装置,模拟“人工树叶”,故为电能转化为化学能,A 项错误;b 极 + 连接电源的正极,为阳极,H 为阳离子,在电解池中向 a 极(阴极)区移动,B 项正确;右侧 H2O→O2 发生的是氧化反应,每生成 1 mol O2,转移 4 mol 电子,C3H8O 中碳元素的化合价是 -2,3CO2→C3H8O,转移 18 mol 电子,故生成 1 mol O2 消耗 2/3 mol CO2,C 项错误;a 电 + - 极发生的是还原反应:3CO2+18H +18e ===C3H8O+5H2O,D 项错误。 [答案] B 写出例 1 中 b 电极上的反应式以及该装置的总反应的化学方程式。 - + 答案:b 电极上的电极反应式:2H2O-4e ===O2+4H ; 总反应的化学方程式:6CO2+8H2O===9O2+2C3H8O。 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。 [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 - - + 2+ + 子放电。②最常用、最重要的放电顺序是阳极:Cl >OH ;阴极:Ag >Cu >H 。③电解水溶 + 2+ + 2+ 3+ 液时,K 、Ca 、Na 、Mg 、Al 不可能在阴极放电,即不可能用电解水溶液的方法得到 K~ 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。



题组一 电解原理的考查 1.(教材改编)判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)电解是将电能转化为化学能。( ) (2)电解质溶液导电是化学变化,金属导电是物理变化。( ) (3)电解池的阳极和原电池的正极都发生氧化反应。( ) - - (4)电解 NaCl 溶液的阳极反应一定是 2Cl -2e ===Cl2↑。( ) 解析:原电池的正极发生还原反应,(3)错;电解 NaCl 溶液时若用活泼金属作阳极,则活泼 金属失电子,(4)错。 答案:(1)√ (2)√ (3)× (4)×

2.(2014·高考上海卷)如图所示,将铁棒和石墨棒插入盛有饱和 NaCl 溶液的 U 型管中。下 列分析正确的是( ) + - A.K1 闭合,铁棒上发生的反应为 2H +2e ===H2↑

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B.K1 闭合,石墨棒周围溶液 pH 逐渐升高 C.K2 闭合,铁棒不会被腐蚀,属于牺牲阳极的阴极保护法 D.K2 闭合,电路中通过 0.002NA 个电子时,两极共产生 0.001 mol 气体 解析:选 B。K1 闭合构成原电池,铁是活泼的金属,铁棒是负极,铁失去电子,发生的反应 - 2+ - 为 Fe-2e ===Fe ;石墨棒是正极,溶液中的氧气得到电子转化为 OH ,电极反应式为 O2 - - +4e +2H2O===4OH ,石墨棒周围溶液 pH 逐渐升高,A 不正确,B 正确。K2 闭合构成电解池, 铁棒与电源的负极相连,作阴极,溶液中的氢离子放电产生氢气,铁不会被腐蚀,属于外加 电流的阴极保护法;石墨棒是阳极,溶液中的氯离子放电生成氯气,两极电极反应式分别为 + - - - 2H +2e ===H2↑、 2Cl -2e ===Cl2↑, 电路中通过 0.002NA 个电子时, 两极均产生 0.001 mol 气体,共计是 0.002 mol 气体,C、D 均不正确。 题组二 电极反应式的书写 3.[2014·高考全国卷Ⅱ,27-(3)]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 ________________________________________________________________________。 2+ 解析:电解池的阳极发生失电子反应(氧化反应),因为 Pb →PbO2 属于氧化反应,所以发生 2+ - + 2+ 的电极反应为 Pb +2H2O-2e ===PbO2+ 4H ;由于 Cu 的放电能力强于 2+ 2+ - Pb ,故阴极上的电极反应为 Cu +2e ===Cu,则阴极产生的现象是石墨上包上铜镀层;若 2+ - 电解液中不加入 Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 Pb +2e ===Pb,这样一来就不能有效 2+ 利用 Pb 。 答案:Pb +2H2O-2e =====PbO2+4H
2+ 2+ - +

石墨上包上铜镀层

Pb +2e ===Pb

2+



不能有效利

用 Pb 4.用惰性电极电解 NaCl 和 CuSO4 的混合溶液, 电解过程中两极均有两种产物产生,判断阴、 阳两极的产物并写出电极反应方程式。 (1)阳极 产物:____________________; 电 极 反 应 : ________________________________________________________________________。 (2)阴极 产物:____________________; 电 极 反 应 : ________________________________________________________________________。 - 2- - 解析:在混合液中,尤其注意离子的放电顺序,溶液中的阴离子有 Cl 、SO4 、OH ,放电 - - 2- + 2+ + 2+ + + 顺序为 Cl >OH >SO4 ,阳离子有 Na 、Cu 、H ,放电顺序为 Cu >H >Na ,结合题中“两 极均有两种产物产生”,按顺序写出电极反应式即可。 - - - - 答案:(1)Cl2、O2 2Cl -2e ===Cl2↑、4OH -4e ===2H2O+O2↑ 2+ - + - (2)Cu、H2 Cu +2e ===Cu、2H +2e ===H2↑

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书写电解池电极方程式的四个常见失分点 (1)书写电解池中电极反应式时,要以实际放电的离子表示,但书写总电解反应离子方程式 时,弱电解质要写成分子式。 (2)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。 (3)要确保两极电子转移数目相同,且总反应式注明条件“电解”。 + - (4)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[学生用书 P147]

一、电解饱和食盐水 1.电极反应 - - 阳极:2Cl -2e ===Cl2↑(反应类型:氧化反应)。 + - 阴极:2H +2e ===H2↑(反应类型:还原反应)。 2.总反应化学方程式及离子方程式 电解 化学方程式:2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑; 电解 - - 离子方程式:2Cl +2H2O=====2OH +H2↑+Cl2↑。 3.应用:氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。 二、电镀和电解精炼铜 电镀(Fe 表面镀 Cu) 电极材料 阳极 镀层金属铜 电解精炼铜 粗铜(含 Zn、Fe、Ni、Ag、Au 等杂质) Zn-2e ===Zn - 2+ Fe-2e ===Fe - 2+ Ni-2e ===Ni - 2+ Cu-2e ===Cu 纯铜 Cu +2e ===Cu 含 Cu 的盐溶液
2+ 2+ - - 2+

电极反应

Cu-2e ===Cu



2+

阴极

电极材料 电极反应

待镀金属铁

电解质溶液

注:电解精炼铜时,粗铜中的 Ag、Au 等不反应,沉积在电解池底部形成阳极泥 三、电冶金 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al 等。 1.冶炼钠 电解 2NaCl=====2Na+Cl2↑ 电极反应: - - 阳极:2Cl -2e ===Cl2↑; + - 阴极:2Na +2e ===2Na。 2.冶炼镁 电解 MgCl2=====Mg+Cl2↑

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电极反应: - - 阳极:2Cl -2e ===Cl2↑; 2+ - 阴极:Mg +2e ===Mg。 3.冶炼铝 电解 2Al2O3Na ===== AlF 4Al+3O2↑
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电极反应: 2- - 阳极:6O -12e ===3O2↑; 3+ - 阴极:4Al +12e ===_4Al。 1.(教材改编)连一连。 (a)原电池负极 (b)原电池正极 (1)氧化反应 (c)电解池阳极 (d)电镀池镀件 (e)氯碱工业生成 H2 的电极 (2)还原反应 (f)电解精炼的粗铜 答案:(a)—(1) (b)—(2) (c)—(1) (d)—(2) (e)—(2) (f)—(1) 2.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________________________________________。 + - - 解析:H2 产生是因为 H2O 电离的 H 在阴极上得电子,即 6H2O+6e ===3H2↑+6OH ,所以 B - - 2- 极为阴极,A 极为阳极,电极反应式为 CO(NH2)2-6e +8OH ===N2↑+CO3 +6H2O。 - - 2- - 答案:(1)阳极 CO(NH2)2+8OH -6e ===N2↑+CO3 +6H2O (2)阴极 6H2O+6e ===3H2↑+ - 6OH

名师点拨 在电解原理的几个常见应用中,电镀和电解精炼铜比较相似,但注意区别:电镀过程中,溶 液中离子浓度不变,电解精炼铜时,由于粗铜中含有 Zn、Fe、Ni 等活泼金属,反应过程中 2+ 失去电子形成阳离子存在于溶液中,而阴极上 Cu 被还原,所以电解精炼过程中,溶液中的 阳离子浓度会发生变化,同时阴、阳两极的质量变化也不相等。

(2015·高考上海卷)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱 和氯的含氧酸盐等系列化工产品。 下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图, 图中的离子交 换膜只允许阳离子通过。

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完成下列填空: (1) 离 子 交 换 膜 的 作 用 为 ________________________________________________________________________、 ____________________________________。 (2)精制饱和食盐水从图中________位置补充, 氢氧化钠溶液从图中________位置流出。 (选 填“a”“b”“c”或“d”) [解析] (1)图中的离子交换膜只允许阳离子通过,是阳离子交换膜,不能使阴离子和气体 - 通过,这样就可以阻止阳极的 Cl 和产生的 Cl2 进入阴极室,使在阴极区产生的 NaOH 纯度更 高;同时可以阻止阳极产生的 Cl2 和阴极产生的 H2 混合发生反应而爆炸。 (2)随着电解的进行,溶质 NaCl 不断消耗,所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连 + 接的图中 a 位置补充,由于阴极 H 不断放电,附近的溶液显碱性,氢氧化钠溶液从图中 d 位置流出;水不断消耗,所以从 b 位置不断加入蒸馏水,从 c 位置流出的是稀的 NaCl 溶液。 [答案] (1)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液 阻止阳极产生的 Cl2 和阴极产生的 H2 混合发 生反应而爆炸 (2)a d 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 可以通过点燃法检验,NaOH 可以 用酚酞试剂检验。 工业上用粗盐生产烧碱、氯气和氢气的过程

题组一 电解原理的常规应用 1.(教材改编)

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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↑ 2+ B.电解精炼铜时,Z 溶液中的 Cu 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 答案:D 2.以 KCl 和 ZnCl2 混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( ) A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程 B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率 D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 答案:C 题组二 电解原理的综合应用 3.(2015·高考浙江卷)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解 H2O?CO2 混合气体制备 H2 和 CO 是一种新的能源利用方式,基本原理如下图所示。下列说法不正确的是( )

A.X 是电源的负极 - 2- B.阴极的电极反应式是 H2O+2e ===H2+O - 2- CO2+2e ===CO+O 电解 C.总反应可表示为 H2O+CO2=====H2+CO+O2 D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 1∶1 解析:选 D。A 项,根据图示,X 极产物为 H2 和 CO,是 H2O 与 CO2 的还原产物,可判断在 X 极上发生还原反应,由此判断 X 极为电源的负极,A 项正确;B 项,根据题意,电解质为固 2- - 2- - 体金属氧化物,可以传导 O ,故在阴极上发生的反应为 H2O+2e ===H2+O 、CO2+2e ===CO 2- +O ,B 项正确;C 项,根据电极产物及 B 项发生的电极反应可知,该反应的总反应方程式 电解 为 H2O+CO2=====H2+CO+O2,C 项正确;D 项,根据 C 项的电解总反应方程式可知,阴、阳两 极生成的气体的物质的量之比为 2∶1,D 项错误。 4.(2015·高考山东卷)利用 LiOH 和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH 可由电解 法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。

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利用如右所示装置电解制备 LiOH, 两电极区电解液分别为 LiOH 和 LiCl 溶液。 B 极区电解液 为 ________ 溶 液 ( 填 化 学 式 ) , 阳 极 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________, + 电解过程中 Li 向________电极迁移(填“A”或“B”)。 解析:根据电解装置图,两电极区电解液分别为 LiOH 和 LiCl 溶液,B 极区产生 H2,电极反 + - - + 应式为 2H +2e ===H2↑, 剩余 OH 与 Li 结合生成 LiOH, 所以 B 极区电解液应为 LiOH 溶液, - B 电极为阴极,则 A 电极应为阳极。阳极区电解液应为 LiCl 溶液,电极反应式为 2Cl -2e - + ===Cl2↑。根据电流方向,电解过程中 Li 向 B 电极迁移。 - - 答案:LiOH 2Cl -2e ===Cl2↑ B 电解原理应用中的注意要点 (1)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。 (2)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; 2+ 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 浓度会逐渐减 小。 (3)电镀时,阳极镀层金属失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等,因此 电镀液的浓度保持不变。 考点三 有关电化学的计算[学生用书 P149]

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 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。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒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: 4 - 4e ~2Cl2(Br2、I2)~O2 阳极产物~2H2~2Cu~4Ag~ M 阴极产物

n

(式中 M 为金属,n 为其离子的化合价数值) 1.用惰性电极电解下列溶液,在阴、阳两极生成气体的体积比为 1∶1 的是( A.NaCl 溶液 B.CuCl2 溶液 C.CuSO4 溶液 D.KOH 溶液 )

电解 解析:选 A。A 项,电解方程式为 2NaCl+2H2O=====Cl2↑(阳极)+H2↑(阴极)+2NaOH,A 正

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电解 确;B 项,电解方程式为 CuCl2=====Cu(阴极)+Cl2↑(阳极),阴极没有气体生成,B 不正确; 电解 C 项, 电解方程式为 2CuSO4+2H2O=====2Cu(阴极)+O2↑(阳极)+2H2SO4, 阴极没有气体生成, 电解 C 不正确;D 项,电解方程式为 2H2O=====2H2↑(阴极)+O2↑(阳极),阴、阳两极生成气体的 体积比为 2∶1,D 不正确。 2.用惰性电极按下图中装置完成实验,其中 A、B 两烧杯分别盛放 200 g 10% NaOH 溶液和 足量 CuSO4 溶液。通电一段时间后,c 极上有 Cu 析出,又测得 A 烧杯溶液中 NaOH 的质量分 数为 10.23%。试回答下列问题:

(1)电源的 P 极为________极。 (2)b 极产生气体的体积为________L(标准状况)。 (3)c 极上析出 Cu 的质量为________g。 (4)d 极 上 所 发 生 的 电 极 反 应 ________________________________________________________________________。



20 g 解析:m(NaOH)=200 g×10%=20 g。电解后溶液的质量为 =195.5 g。被电解的水的 10.23% 质量为 200 g-195.5 g=4.5 g,其物质的量为 0.25 mol。由此可知,b 极产生的 O2 为 0.125 mol,其在标准状况下的体积为 2.8 L。根据电子得失守恒得:0.125 mol×4=n(Cu)×2, 解得 n(Cu)=0.25 mol,则 m(Cu)=16 g。 答案:(1)负 (2)2.8 (3)16 - + (4)2H2O-4e ===O2↑+4H 名师点拨 - -19 在电化学计算中,除上述常见问题外,还常利用 Q=I·t 和 Q=n(e )×NA×1.60×10 C= n(e-)·F 来计算电路中通过的电量,要熟练掌握。

(2016·安徽六校联考)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,电解质溶液为 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。

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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)若每个电池中甲烷通入量均为 1 L(标准状况),且反应完全,则理论上通过电解池的电 量为________________________________________________________________________ 4 -1 ________________(法拉第常数 F=9.65×10 C·mol ,列式计算),最多能产生的氯气体 积为________L(标准状况)。 - 2- - [解析] (1)总反应式为 CH4+2O2+2OH ===CO3 +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)由图可看出通入甲烷的一极为负极,因 而与之相连的 b 电极为阴极,产生的气体为氢气;(3)1 mol 甲烷被氧化失去 8 mol 电子, 电量为(8×96 500) C,因题中虽有两个燃料电池,但为串联电路,电子的传递只能用一个 池的甲烷量计算,1 L 甲烷为 1/22.4 mol,可求理论上通过电解池的电量;甲烷失电子数是 - - - Cl 失电子数的 8 倍,则得到氯气的体积为 4 L(CH4~8e ~8Cl ~4Cl2)。 - - [答案] (1)2O2+4H2O+8e ===8OH - - 2- CH4+10OH -8e ===CO3 +7H2O 电解 (2)H2 2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑ 1 L 4 -1 4 (3) =3.45×10 C -1×8×9.65×10 C·mol 22.4 L·mol 4

例 3 中若每个电池中甲烷通入量均为 0.28 L(标准状况),且反应完全,则最多能产生的氢 气体积为________L(标准状况),若氯化钠溶液的体积为 100 mL,则电解所得溶液的 pH= ________(忽略电解前后溶液体积变化)。 + 解析:甲烷失电子数同样是 H 得电子数的 8 倍,则得到氢气的体积为 0.28 L×4=1.12 0.28 L -1×8 22.4 L·mol - + - - L(CH4~8e ~8H ~4H2); 甲烷失电子数也是 OH 的 8 倍, 则 c(OH )= =1.0 0.1 L mol·L ,所以溶液 pH=14。 答案:1.12 14
-1

题组 电化学的计算 -3 1.(2016·开封高三模拟)用两支惰性电极插入 CuSO4 溶液中,通电电解,当有 1×10 mol - 的 OH 放电时,溶液显浅蓝色,则下列叙述正确的是( ) A.阳极上析出 3.6 mL O2(标准状况) B.阴极上析出 32 mg Cu C.阴极上析出 11.2 mL H2(标准状况) D.阳极和阴极质量都无变化 2+ - 解析:选 B。用惰性电极电解 CuSO4 溶液时,电极反应为阴极:2Cu +4e ===2Cu,阳极:4OH - - -3 - -4e ===O2↑+2H2O。当有 1×10 mol 的 OH 放电时,生成标准状况下的 O2 为 5.6 mL,在 阴极上析出 32 mg Cu,阴极质量增加。

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2.将两个铂电极插入 500 mL CuSO4 溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重 0.064 g(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( ) -3 -3 A.4×10 mol/L B.2×10 mol/L -3 -7 C.1×10 mol/L D.1×10 mol/L 2+ - + 解析:选 A。阴极反应:Cu +2e ===Cu,增重 0.064 g 应是 Cu 的质量,设生成 H 的物质 的量为 x,根据总反应方程式: 电解 2+ + 2Cu +2H2O=====2Cu+O2↑+4H 2×64 g 0.064 g x x=0.002 mol 4 mol

c(H+)=

0.002 mol -3 =4×10 mol/L。 0.5 L 考点四 金属的腐蚀与防护[学生用书 P150]

一、化学腐蚀和电化学腐蚀的比较 类型 条件 本质 现象 区别 联系 二、钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀 类型 水膜性质 正极反应 负极反应 总反应 其他反应
+ 2+ +

化学腐蚀 金属与接触到的物质直接反应


电化学腐蚀 不纯金属接触到电解质溶液发生原 电池反应
n+

M-ne ===M 金属被腐蚀 无电流产生

较活泼金属被腐蚀 有电流产生

两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍

析氢腐蚀 (强)酸性 2H +2e ===H2↑
- -

吸氧腐蚀 弱酸性或中性 2H2O+O2+4e ===4OH
2+ - -

Fe-2e ===Fe Fe+2H === Fe +H2↑

2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2

铁锈的形成:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3, 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O

三、金属的防护 1.电化学防护 (1)牺牲阳极的阴极保护法——利用原电池原理 ①负极(阳极)是作保护材料的金属; ②正极(阴极)是被保护的金属设备。 (2)外加电流的阴极保护法——利用电解原理 ①阴极是被保护的金属设备; ②阳极是惰性电极。
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2.其他方法 (1)改变金属内部结构,如制成合金; (2)使金属与空气、水等物质隔离,如电镀、喷油漆等。 1.判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”) (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。( ) 3+ (5)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成 Fe 。( ) (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利用了电解原理;牺牲阳极的阴极保护法利用了原电池原理。二 者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。( ) 答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)× (7)√ 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 C.④>②>③>① 答案:A

B.②>①>③>④ D.③>②>④>①

名师点拨 影响金属腐蚀的因素包括金属本身的性质和外界环境两个方面。 就金属本身的性质来说, 金 属越活泼,就越容易失去电子而被腐蚀。外界环境对金属腐蚀的影响也很大,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。由于在通常情况下,金属表面 不会遇到酸性较强的溶液, 所以吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式, 而且析氢腐蚀最终也会被 吸氧腐蚀所代替。

(2015·高考重庆卷)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但 出土的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。 (1)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在 CuCl。关于 CuCl 在青铜器腐蚀过程中的催 化作用,下列叙述正确的是________。 A.降低了反应的活化能 B.增大了反应的速率 C.降低了反应的焓变 D.增大了反应的平衡常数 (2)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。 如将糊状 Ag2O 涂在被腐蚀部位, Ag2O 与 有 害 组 分 CuCl 发 生 复 分 解 反 应 , 该 化 学 方 程 式 为 ________________________________________________________________________。 (3)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。

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①腐蚀过程中,负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”); - ②环境中的 Cl 扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈 Cu2(OH)3Cl , 其 离 子 方 程 式 为 ________________________________________________________________________; ③若生成 4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为______L(标准状况)。 [解析] (1)催化剂能降低反应的活化能和加快反应速率, 但不改变反应的平衡常数和焓变, 所以 A、B 正确。 (2)复分解反应为相互交换成分的反应,因此该反应的化学方程式为 Ag2O+2CuCl===2AgCl +Cu2O。 - 2 (3)①负极发生失电子的反应,铜作负极失电子,因此负极为 c。负极反应:Cu-2e ===Cu + - - ,正极反应:O2+2H2O+4e ===4OH 。 - 2+ - ②正极反应产物为 OH ,负极反应产物为 Cu ,两者与 Cl 反应生成 Cu2(OH)3Cl,其离子方 2+ - - 程式为 2Cu +3OH +Cl ===Cu2(OH)3Cl↓。 ③4.29 g Cu2(OH)3Cl 的物质的量为 0.02 mol,由 Cu 元素守恒知,发生电化学腐蚀失电子的 Cu 单质的物质的量为 0.04 mol,失去电子 0.08 mol,根据电子守恒可得,消耗 O2 的物质的 量为 0.02 mol,所以理论上消耗氧气的体积为 0.448 L(标准状况)。 [答案] (1)AB (2)Ag2O+2CuCl===2AgCl+Cu2O 2+ - - (3)①c ②2Cu +3OH +Cl ===Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448 在日常生产和生活中,钢铁制品比铜制品更普遍,钢铁的腐蚀原理更需要了解。试叙述钢铁 生锈(Fe2O3·xH2O)的主要过程。 答案:(1)吸氧腐蚀: - 2+ 负极:2Fe-4e ===2Fe , - - 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。 (1)判断析氢腐蚀与吸氧腐蚀的依据 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、 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。 (2)判断电极附近溶液 pH 变化,可以通过一般经验进行判断:不论原电池还是电解池,如果 pH 发生变化,一般失电子的电极 pH 减小,得电子的电极 pH 增大。

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题组一 吸氧腐蚀与析氢腐蚀的辨析

1.如图装置中,小试管内为红墨水,具支试管内盛有 pH=4 久置的雨水和生铁片。实验时 观察到:开始时导管内液面下降,一段时间后导管内液面回升,略高于小试管内液面。下列 说法正确的是( ) A.生铁片中的碳是原电池的阳极,发生还原反应 B.雨水酸性较强,生铁片仅发生析氢腐蚀 - - C.墨水回升时,碳电极反应式为 O2+2H2O+4e ===4OH D.具支试管中溶液 pH 减小 解析:选 C。生铁片中的碳是原电池的正极,A 错;雨水酸性较强,开始时铁片发生析氢腐 蚀,产生氢气,导管内液面下降,一段时间后铁片发生吸氧腐蚀,吸收氧气,导管内液面回 - 升,B 错;墨水回升时,铁片发生吸氧腐蚀,碳极为正极,电极反应为 O2+2H2O+4e ===4OH - ,C 对;铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀,具支试管内溶液 pH 均增大,D 错。 2.

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____________________________________________。 - - - 2+ 答案:(1)吸氧 2H2O+O2+4e ===4OH 2Fe-4e ===2Fe 氯化钠溶液(或其他合理答案) + - - 2+ (2)析氢 2H +2e ===H2↑ Fe-2e ===Fe 稀硫酸(或其他合理答案) 题组二 金属腐蚀的影响因素与金属的防护 3.相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( )

解析:选 C。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,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。 4.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

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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 金属腐蚀快慢判断 金属腐蚀既受到其组成的影响, 又受到外界因素的影响。 通常金属腐蚀速率大小遵循以下规 律: (1)在同一种电解质溶液中, 金属腐蚀的速率大小是电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀> 原电池的正极>电解池的阴极。 (2)对同一种金属来说, 在相同浓度的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>非电解质溶液中的腐蚀。 (3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。 (4)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀越快。 考点五 原电池与电解池的组合装置[学生用书 P151]

将原电池和电解池结合在一起, 或几个电解池串联在一起, 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。解答该 类试题时电池种类的判断是关键,整个电路中各个电池工作时电子守恒是数据处理的法宝。 一、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,如有燃料电池、铅蓄电池等在电路中时,则其他装置为电解池。 如图:A 为原电池,B 为电解池。

2.根据电池中的电极材料和电解质溶液判断 原电池一般是两个不同的金属电极或一个金属电极和一个碳棒作电极; 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电极。 原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发

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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:A 为电解池,B 为原电池。

3.根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极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。

二、有关概念的分析判断 在确定了原电池和电解池后,电极的判断、电极反应式的书写、实验现象的描述、溶液中离 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。 三、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。 在此基础上分析 处理其他各种数据。

图中装置甲是原电池,乙是电解池,若电路中有 0.2 mol 电子转移,则 Zn 极溶解 6.5 g, Cu 极上析出 H2 2.24 L(标准状况),Pt 极上析出 Cl2 0.1 mol,C 极上析出 Cu6.4 g。甲池中 + 2+ H 被还原,生成 ZnSO4,溶液 pH 变大;乙池中是电解 CuCl2,由于 Cu 浓度的减小使溶液 pH 微弱增大,电解后再加入适量 CuCl2 固体可使溶液复原。 放电 1.(2014·高考天津卷)已知:锂离子电池的总反应为 LixC+Li1-xCoO2 充电 C+LiCoO2 放电 锂硫电池的总反应为 2Li+S 充电 Li2S 有关上述两种电池说法正确的是( )

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A.锂离子电池放电时,Li 向负极迁移 B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应 C.理论上两种电池的比能量相同 D.上图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 + 解析:选 B。锂离子电池放电时,为原电池,阳离子 Li 向正极移动,A 错误。锂硫电池充 电时,为电解池,锂电极发生还原反应生成 Li,B 正确。电池的比能量是指参与电极反应的 单位质量的电极材料放出电能的多少,两种电池材料不同,显然其比能量不同,C 错误。由 图可知,锂离子电池的电极材料为 C 和 LiCoO2,应为该电池放电完全所得产物,而锂硫电池 的电极材料为 Li 和 S,应为充电完全所得产物,故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的 过程,D 错误。 2.(2014·高考广东卷)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 2+ - D.电极Ⅲ的电极反应:Cu +2e ===Cu 解析:选 A。当多个池串联时,两电极材料活泼性相差大的作原电池,其他池作电解池,由 此可知图示中左边两池组成原电池,右边组成电解池。A.电子移动方向:电极Ⅰ→A→电极 Ⅳ,电流方向与电子移动方向相反,A 正确。B.原电池负极在工作中失去电子,被氧化,发 生氧化反应,B 错误。C.原电池正极得电子,铜离子在电极Ⅱ上得电子,生成铜单质,该电 极质量逐渐增大,C 错误。D.电解池中阳极为非惰性电极时,电极本身失电子,形成离子进 - 2 入溶液中, 因为电极Ⅱ为正极, 因此电极Ⅲ为电解池的阳极, 其电极反应式为 Cu-2e ===Cu + ,D 错误。

名师点拨 (1)若有多个电解装置串联,其电极分别按阴、阳极依次交替排列,不可颠倒; (2)无论是原电池还是电解池, 串联在同一个电路中的每个电极上转移的电子数都是相同的, 这是该类题型的计算依据。

某同学按下图所示的装置进行实验。A、B 为两种常见金属,它们的硫酸盐可溶于水, 2- 当 K 闭合时,SO4 从右向左通过交换膜移向 A 极。下列分析正确的是( )

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A.溶液中 c(A )减小 - 2+ B.B 极的电极反应:B-2e ===B C.Y 电极上有 H2 产生,发生还原反应 D.反应初期,X 电极周围出现白色胶状沉淀 2- [解析] 根据 SO4 从右向左通过交换膜移向 A 极,则 A 极为负极,故 A 极的电极反应为 A- - 2+ 2+ 2e ===A ,溶液中 c(A )增大,A 错误;B 极为正极,发生还原反应,B 错误;Y 电极为阳 - - - 极,为 Cl 放电,发生氧化反应:2Cl -2e ===Cl2↑,有 Cl2 产生,C 错误;右边 U 形管中 + + - 3+ 最初为电解 AlCl3 溶液,X 电极为 H 放电,c(H )减小,c(OH )增大,且 Al 移向 X 极,因 此会产生 Al(OH)3 白色胶状沉淀,D 正确。 [答案] D 例 5 中哪个装置为原电池?判断依据是什么? 答案:左边装置为原电池;因为 A、B 电极是两种不同的金属材料,与各自的对应盐溶液组 成半电池,所以该装置是原电池。 原电池和电解池的组合装置的思维模型

2+

题组 组合装置的综合考查 1.(2016·承德高三质检)如图装置所示,C、D、E、F、X、Y 都是惰性电极,甲、乙中溶液 的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变),A、B 为外接直流电源的两极。将直流 电源接通后,F 极附近呈红色。

请回答: (1)B 极是电源的________,一段时间后,甲中溶液颜色________,丁中 X 极附近的颜色逐 渐 变 浅 , Y 极 附 近 的 颜 色 逐 渐 变 深 , 这 表 明 ________________________________________________________________________

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________________________________________________________________________, 在电场作用下向 Y 极移动。 (2)若甲、乙装置中的 C、D、E、F 电极均只有一种单质生成时,对应单质的物质的量之比为 ________________________________________________________________________。 (3)现用丙装置给铜件镀银,则 H 应该是________(填“镀层金属”或“镀件”),电镀液是 ________溶液。当乙中溶液的 pH 是 13 时(此时乙溶液体积为 500 mL),丙中镀件上析出银 的质量为________,甲中溶液的 pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。 (4) 若 将 C 电 极 换 为 铁 , 其 他 装 置 都 不 变 , 则 甲 中 发 生 总 反 应 的 离 子 方 程 式 是 ________________________________________________________________________。 2 解析:(1)F 极附近呈红色,说明 F 是阴极,E 是阳极,则 A 为正极,B 为负极。甲中因 Cu + 放电使溶液颜色变浅。丁中 Y 极附近颜色变深,说明 Fe(OH)3 胶粒向阴极移动,即 Fe(OH)3 胶粒带正电荷。(2)C、D、E、F 的电极产物分别为 O2、Cu、Cl2、H2,由于电路中通过的电量 相等, 所以其物质的量之比为 1∶2∶2∶2。 (3)乙中溶液 pH=13, 生成 n(NaOH)=0.1 mol·L -1 ×0.5 L=0.05 mol,电路中通过的电子的物质的量为 0.05 mol,所以丙中镀件上析出银 -1 的质量为 0.05 mol×108 g·mol =5.4 g。(4)当活泼金属作阳极时,金属先于溶液中的阴
2+ 电解 2+ 离子放电而溶解,故甲中发生反应的离子方程式为 Fe+Cu =====Fe +Cu。

答案:(1)负极 逐渐变浅 氢氧化铁胶体粒子带正电荷 (2)1∶2∶2∶2 (3)镀件 AgNO3 5.4 g 变小
2+ 电解 2+ (4)Fe+Cu =====Cu+Fe

2.[2014·高考全国卷Ⅰ,27-(4)]H3PO2 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)阳极发生氧化反应,在反应中 OH 失去电子,电极反应式为 2H2O-4e ===4H +O2 ↑。

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(2)H2O 放电产生 H ,H 进入产品室,原料室中的 H2PO2 穿过阴膜扩散至产品室,二者发生反 + - 应:H +H2PO2 H3PO2。 - (3)如果撤去阳膜,H2PO2 或 H3PO2 可能被氧化。 - + 答案:(1)2H2O-4e ===4H +O2↑ + - (2)阳极室的 H 穿过阳膜扩散至产品室,原料室的 H2PO2 穿过阴膜扩散至产品室,二者反应 生成 H3PO2 3- - (3)PO4 H2PO2 或 H3PO2 被氧化 (1)把握电解池中 2 个电极的判断 ①阳极:与电源正极相连、发生氧化反应、阴离子移向的一极。 ②阴极:与电源负极相连、发生还原反应、阳离子移向的一极。 (2)牢记电解过程中两极离子的放电顺序 活性电极(Zn、Fe、Cu):电极材料失电子 ? ? 2- - - ①阳极?惰性电极(Pt、Au、石墨):S >I >Br > ? ? Cl->OH->含氧酸根 ②阴极:Ag >Fe >Cu >H (酸中)>Fe >Zn 。
+ 3+ 2+ + 2+ 2+







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一、选择题 1.下列叙述错误的是( ) A.生铁中含有碳,抗腐蚀能力比纯铁弱 B.用锡焊接的铁质器件,焊接处易生锈 C.在铁制品上镀铜时,镀件为阳极,铜盐为电镀液 D.铁管上镶嵌锌块,铁管不易被腐蚀 解析:选 C。生铁中含有能导电的碳,两者可以作为原电池的两极,加快铁的腐蚀,A 对; 铁和锡作为原电池的两极,当其腐蚀时,铁会被腐蚀,B 对;电镀铜时,镀层金属作阳极, 镀件作阴极,C 错;锌铁形成原电池,锌被腐蚀,D 对。 2.用下列装置能达到预期目的的是( )

A.甲图装置可用于电解精炼铝 B.乙图装置可得到持续、稳定的电流 C.丙图装置可达到保护钢闸门的目的 D.丁图装置可达到保护钢闸门的目的 3+ + + 解析:选 D。AlCl3 溶液中存在 Al 、H ,通电时阴极 H 得电子,故阴极得到的不是铝,而 是氢气,A 不能达到目的;B 中的这种原电池中,电流会迅速衰减,乙装置不能达到目的; 丙装置是牺牲阳极的阴极保护法, 其中阳极材料应为比铁活泼的金属, C 不能达到预期目的。

3.观察如图装置,下列说法正确的是( ) A.虚线框中接灵敏电流计,该装置可将化学能转化为电能 B.虚线框中无论是接灵敏电流计还是接电源,铁都会被腐蚀 - 2+ C.虚线框中接直流电源,铁极发生反应:Fe-2e ===Fe D.铁接直流电源的负极是牺牲阳极的阴极保护法 解析:选 A。虚线框中接灵敏电流计,形成原电池,该装置可将化学能转化为电能,A 正确; 虚线框中接电源,形成电解池,当铁接直流电源的负极时,铁被保护,不发生反应,这是外 - 2+ 加电流的阴极保护法,但当铁接直流电源的正极时,铁被腐蚀,发生反应:Fe-2e ===Fe , B、C、D 错误。 4.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,以装置甲为电源,用惰性电极电解饱和食盐 水。下列说法中不正确的是( )

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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(标准状况下)气体时,则有 2NA 个 H 通过离子 交换膜 解析:选 D。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。 5.

利用右图装置进行实验,开始时,a、b 两处液面相平,密封好,放置一段时间。下列说法 不正确的是( ) 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 - 2+ D.a、b 两处具有相同的电极反应式:Fe-2e ===Fe 解析:选 C。根据装置图判断,左边铁丝发生吸氧腐蚀,右边铁丝发生析氢腐蚀,其电极反 应分别为 - 2+ 左边 负极:Fe-2e ===Fe - - 正极:O2+4e +2H2O===4OH - 2+ 右边 负极:Fe-2e ===Fe + - 正极:2H +2e ===H2↑ a、b 处溶液的 pH 均增大,C 错误。 6.研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融的 CaF2?CaO 作电解质,利用如图所示 装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中,正确的是( )

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A.由 TiO2 制得 1 mol 金属 Ti,理论上外电路通过 2 mol 电子 2- - B.阳极的电极反应式为 C+2O -4e ===CO2↑ C.在制备金属钛前后,整套装置中 CaO 的总量减少 D.若用铅蓄电池作该装置的供电电源, “+”接线柱应连接 Pb 电极 解析:选 B。A 选项,由 TiO2 制得 1 mol 金属 Ti,Ti 由+4 价变到 0 价,理论上外电路通过 2- - 4 mol 电子,A 错误;B 选项,阳极反应式为 C+2O -4e ===CO2↑,B 正确;C 选项,制备 电解 一定条件 钛时,发生反应:2CaO+C=====2Ca+CO2↑,2Ca+TiO2 ===== Ti+2CaO,由此可知,CaO 的量不变,C 错误;D 选项,若用铅蓄电池作该装置的供电电源, “+”接线柱应连接 PbO2 电极,D 错误。 7.有关下列装置的叙述不正确的是( )

A.图①铝片发生的电极反应式是 Al+4OH -3e ===AlO2 +2H2O + 2+ B.图②发生析氢腐蚀,离子反应方程式为 Fe+2H ===Fe +H2↑ C.图③烧杯中发生了反应:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 - 2- + D.图④充电时,阳极反应是 PbSO4+2H2O-2e ===PbO2+SO4 +4H 解析:选 B。图①中铝片作负极,镁片作正极,铝被氧化;图②发生析氢腐蚀,但醋酸为弱 电解质,不能写成离子形式;图③发生吸氧腐蚀,空气中的氧气又把氢氧化亚铁氧化;图④ 充电时,硫酸铅被氧化为二氧化铅。 8.如图所示,a、b 是两根石墨棒。下列叙述正确的是( )







A.a 是正极,发生还原反应 B.b 是阳极,发生氧化反应

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C.稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变 D.往滤纸上滴加酚酞试液,a 极附近颜色变红 解析:选 C。a 是阳极,发生氧化反应;b 是阴极,发生还原反应;在反应过程中,硫酸根 离子没有参与反应,因此稀硫酸中硫酸根离子的物质的量不变;往滤纸上滴加酚酞试液,b 极附近颜色变红。 9. 用惰性电极电解一定浓度的 CuSO4 溶液时, 通电一段时间后, 向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu2(OH)2CO3 后,恰好恢复到电解前的浓度和 pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转 移的电子的物质的量为( ) A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol 解析:选 C。用惰性电极电解一定浓度的 CuSO4 溶液时,如果硫酸铜没有消耗完或恰好消耗 完,这时向电解液中加入氧化铜或碳酸铜就可以恢复到电解前的浓度和 pH,而题中加入的 是 Cu2(OH)2CO3,说明 CuSO4 消耗完,并且又电解了一部分水。则电解的硫酸铜的物质的量为 0.2 mol, 电解的水的物质的量为 0.1 mol, 转移的电子的物质的量为 0.2 mol×2+0.1 mol×2 =0.6 mol。 二、非选择题 10.按下图所示装置进行实验,并回答下列问题:

(1)判断装置的名称:A 池为________,B 池为________。 (2) 锌 极 为 ________ 极 , 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________; 铜 极 为 ________ 极 , 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________; 石 墨 棒 C1 为 ________ 极 , 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________; 石 墨 棒 C2 附 近 的 实 验 现 象 为 ________________________________________________________________________。 (3) 当 C2 极析出 224 mL 气体 ( 标准 状况 ) 时,锌 的质量 ________( 填 “增 加”或 “减 少”)________g,CuSO4 溶液的质量________(填“增加”或“减少”)________g。 解析:(1)A 池中 Zn、Cu 放入 CuSO4 溶液中构成原电池,B 池中两个电极均为石墨电极,在 以 A 为电源的情况下构成电解池,即 A(原电池)为 B(电解池)的电源。(2)A 池中 Zn 为负极, - Cu 为正极, B 池中 C1 为阳极, C2 为阴极, 阴极区析出 H2, 周围 OH 富集, 使酚酞变红。 (3)n(H2) -1 =0.224 L/ 22.4 L·mol =0.01 mol,故电路中转移电子的物质的量为 0.01 mol×2=0.02 mol,根据得失电子守恒,锌极有 0.01 mol Zn 溶解,即 Zn 极质量减少 0.01 mol×65 g·mol -1 -1 =0.65 g,铜极上有 0.01 mol Cu 析出,即 CuSO4 溶液增加了 0.01 mol×65 g·mol -1 -0.01 mol×64 g·mol =0.01 g。 答案:(1)原电池 电解池 - 2+ 2+ - - - (2)负 Zn-2e ===Zn 正 Cu +2e ===Cu 阳 2Cl -2e ===Cl2↑ 有无色气体产生, 附近溶液出现红色 (3)减少 0.65 增加 0.01 11.对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。

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(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)。为将碱洗槽液中的铝以沉淀形式回收, 最好向槽液中加入或通入下列试剂中的__________。 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===2AlO2 - +3H2↑;使 AlO2 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 参加反应,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,是由于废电解液中含 3+ - + Al ,HCO3 消耗 H ,使溶液 pH 不断升高,生成 Al(OH)3 沉淀。 2+ 2+ (2)电镀时,阳极 Cu 可以发生氧化反应生成 Cu ,以补充溶液中的 Cu 。 - - 答案:(1)①2Al+2OH +2H2O===2AlO2 +3H2↑ b - + 3+ - + + - ②2Al+3H2O-6e ===Al2O3+6H 废电解液中含 Al ,HCO3 消耗 H ,c(H )减小,c(OH )增 大,生成 Al(OH)3 沉淀 2+ 2+ (2)阳极 Cu 可以发生氧化反应生成 Cu ,以补充溶液中的 Cu 12.原电池、电解池原理在工业生产、日常生活中应用广泛。 (1)Li?SOCl2 电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳,电解液是 LiAlCl4? SOCl2。电池的总反应可表示为 4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2↑。 ① 电 池 的 负 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。 ② 电 池 的 正 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。

(2)钢铁生锈的现象随处可见,钢铁的电化学腐蚀原理如图所示。 ① 写 出 石 墨 电 极 的 电 极 反 应 式 : ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②将该装置进行简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置, 请在图中虚线框内所示位置进行 修改,并用箭头标出导线中电子流动的方向。 ③ 写 出 修 改 后 石 墨 电 极 的 电 极 反 应 式 : ________________________________________________________________________。

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解析:(1)分析反应中各元素的化合价变化,可知 Li 为还原剂,SOCl2 为氧化剂。①负极材 - + - - 料为 Li(还原剂),负极反应式为 Li-e ===Li 。②正极反应式为 2SOCl2+4e ===4Cl +S+ - - SO2↑。(2)①钢铁的吸氧腐蚀中石墨作正极,电极反应式为 2H2O+O2+4e ===4OH 。②利用 外加电流的阴极保护法,将钢铁与直流电源的负极相连接,可以保护钢铁不被腐蚀。③修改 - - - 后的装置为电解池,石墨电极作阳极,Cl 放电,电极反应式为 2Cl -2e ===Cl2↑。 - + - - 答案:(1)①Li-e ===Li ②2SOCl2+4e ===4Cl +S+SO2↑ - - (2)①2H2O+O2+4e ===4OH ②

③2Cl -2e ===Cl2↑ 13.某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。





请回答: Ⅰ.用图 1 所示装置进行第一组实验。 (1)在保证电极反应不变的情况下,不能替代 Cu 作电极的是________(填字母序号)。 A.铝 B.石墨 C.银 D.铂 (2)N 极 发 生 反 应 的 电 极 反 应 式 为 ________________________________________________________________________。 2- (3)实验过程中,SO4 ________(填“从左向右”“从右向左”或“不”)移动;滤纸上能观 察 到 的 现 象 有 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 Ⅱ.用图 2 所示装置进行第二组实验。实验过程中,两极均有气体产生,Y 极区溶液逐渐变 2- 成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资料发现高铁酸根(FeO4 ) 在溶液中呈紫红色。 (4)电解过程中,X 极区溶液的 pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 - - 2- - - (5)电解过程中,Y 极发生的电极反应为 Fe-6e +8OH ===FeO4 +4H2O 和 4OH -4e ===2H2O +O2↑,若在 X 极收集到 1 344 mL 气体,在 Y 极收集到 168 mL 气体(均已折算为标准状况 时气体体积),则 Y 电极(铁电极)质量减少________g。 解析:Ⅰ.(1)由图 1 可知,左边装置是原电池,要保证电极反应不变,代替铜电极的要比锌 不活泼才可以,铝比锌活泼,故 A 不可以。 (2)N 极连接原电池的负极锌,则 N 极为电解池的阴极,其电解的是 NaOH 溶液(实质是电解 - - 水),电极反应为 2H2O+2e ===H2↑+2OH 。 2- (3)原电池中,阴离子向负极移动,故 SO4 从右向左移动。M 极铁作电解池的阳极,失电子

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生成 Fe ,Fe 与 OH 结合生成 Fe(OH)2,Fe(OH)2 被空气中的氧气氧化生成红褐色沉淀,因 此滤纸上会有红褐色斑点产生。 - - Ⅱ.(4)图 2 装置是电解池, X 极为阴极区, 电极反应为 2H2O+2e ===H2↑+2OH , 故 pH 增大。 -1 (5)根据电子转移守恒可得关系式:1 344 mL/22 400 mL·mol ×2=168 mL/22 400 mL·mol -1 ×4+n(Fe)×6,解之得 n(Fe)=0.015 mol,m(Fe)=0.84 g。 答案:Ⅰ.(1)A - - (2)2H2O+2e ===H2↑+2OH (3)从右向左 滤纸上有红褐色斑点产生(答出“红褐色斑点”或“红褐色沉淀”即可) Ⅱ.(4)增大 (5)0.84

2+

2+



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