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第四节金属的电化学腐蚀与防护基础知识落实一、金属的腐蚀1.金属的腐蚀(1)概念：金属与周围的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。
(2)根据与金属接触的气体或液体物质不同，金属腐蚀可分为两类：①化学腐蚀：金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应而引起的腐蚀。
腐蚀的速率随温度升高而加快。
②电化学腐蚀：不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。
2.钢铁的电化学腐蚀根据钢铁表面水溶液薄膜的酸碱性不同，钢铁的电化学腐蚀分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀：(1)析氢腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有氢气放出。
①负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；②正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；③总反应方程式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。
(2)吸氧腐蚀：当钢铁表面的电解质溶液呈中性或呈弱酸性并溶有一定量的氧气时，将会发生吸氧腐蚀。
①负极反应式为2Fe－4e－===2Fe2＋；②正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－；③总反应方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。
铁锈(Fe2O3·x H2O)的形成：2Fe(OH)3===Fe2O3·x H2O＋(3－x)H2O。
总结归纳：1化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，只是电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍，危害更大。
2析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况中以吸氧腐蚀为主。
3钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极都是铁，失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。
二、金属的防护方法1.电化学保护法(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理如图1所示，在被保护的钢闸门上装上若干的金属锌块(比铁活泼)，锌块作原电池的负极；钢闸门作原电池的正极。
图1图2(2)外加电流的阴极保护法——电解原理如图2所示，被保护的钢闸门作阴极，与电源的负极相连；惰性电极作阳极，与电源的正极相连。
金属的电化学腐蚀与防护1．将金属M 连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。
在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是A ．阴极的电极反应式为2Fe 2e Fe -+-=B ．金属M 的活动性比Fe 的活动性弱C ．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D ．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快【答案】C【分析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M 作负极，钢铁设备作正极，据此分析解答。
【详解】A.阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故A 错误；B.阳极金属M 实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M 活动性比Fe 的活动性强，故B 错误；C.金属M 失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故C 正确；D.海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故D 错误；故选：C。
2．在生产生活中，金属腐蚀所带来的损失非常严重，所以防止金属腐蚀已经成为科学研究和技术领域的重大问题。
某化学兴趣小组的同学在实验室对金属腐蚀进行了探究。
（1）分别在三个洁净干燥的试管中各加入一个洁净无锈的铁钉，再向Ⅰ、Ⅱ号两个试管中分别加入经煮沸迅速冷却的蒸馏水，然后向Ⅱ号试管中加入少量植物油，将Ⅲ号试管塞上木塞。
请判断：________号试管中的铁钉最容易生锈。
由此可见，铁制品生锈需要的条件是________________。
（2）如图2所示，处于A、B、C三种不同环境中的铁片，被腐蚀的速率由大到小的顺序是________(用字母表示)。
（3）据报道，全世界每年因为金属腐蚀造成的直接经济损失约达7 000亿美元，我国因金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的4%。
①钢铁在发生电化学腐蚀时，负极反应为__________________。
高考总复习金属的电化学腐蚀与防护【考纲要求】1．金属腐蚀的种类，探究金属发生电化学腐蚀的原因。
2．了解金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
【考点梳理】考点一：金属腐蚀1．定义：金属腐蚀是指金属或合金与周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
2．本质：金属腐蚀的实质都是金属原子失去电子被氧化生成金属阳离子的过程。
M－ne－==M n+（M代表金属元素）。
3．类型：（1）化学腐蚀：金属或合金直接与具有腐蚀性的化学物质接触发生氧化还原反应而消耗的过程。
（2）电化学腐蚀：不纯金属或合金与电解质溶液接触发生原电池反应而消耗的过程。
考点二：金属的电化学腐蚀12（1）种类：吸氧腐蚀与析氢腐蚀（2）吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较（以钢铁为例）【高清课堂：399291金属腐蚀的一般规律】3．金属腐蚀的快慢一般规律(1) 在同一电解质溶液中，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) 在不同溶液中，金属在电解质溶液中的腐蚀>金属在非电解质溶液中的腐蚀；金属在强电解质溶液中的腐蚀>金属在弱电解质溶液中的腐蚀。
(3) 有保护措施的条件下，无防护条件的腐蚀>有一般防护条件下的腐蚀>牺牲阳极的阴极保护法条件下的腐蚀>外接电源（负极）的阴极保护法条件下的腐蚀。
(4) 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
(5) 由于金属表面一般不会遇到酸性较强的溶液，故吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，只有在金属活动性顺序表中排在氢以前的金属才可能发生析氢腐蚀，而位于氢之后的金属腐蚀时只能是吸氧腐蚀。
考点三：金属的电化学防护1．在金属表面覆盖保护层。
①在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质；②用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层耐腐蚀的金属，如铁上镀锌、锡、铬等；③用化学方法使钢铁表面生成一层致密而稳定的氧化膜保护（表面钝化），如钢铁制品表面生成Fe3O4，在铝制品表面生成Al2O3。
考点五十八金属的腐蚀与防护聚焦与凝萃1．理解金属发生电化学腐蚀的缘由、金属腐蚀的危害；2．把握金属腐蚀的防护措施。
解读与打通常规考点一、金属的腐蚀（1）金属腐蚀：指金属或合金与四周接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程。
（2）金属腐蚀的本质：是金属原子失去电子变成阳离子的过程。
可以表示为；M—ne- =M n+即金属腐蚀的过程中，金属发生氧化反应。
（3）金属腐蚀的分类：①化学腐蚀金属跟接触到的物质（如O2、Cl2、SO2等）直接发生化学反应而引起的腐蚀叫做化学腐蚀。
这类反应是金属跟氧化剂之间的氧化还原反应。
例如，铁跟氯气直接反应而腐蚀；钢管被原油中的含硫化合物腐蚀；铁遇到碘易发生反应（Fe+I2=FeI2）而被腐蚀等。
②电化学腐蚀不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
例如：钢铁在潮湿空气中所发生的腐蚀a．吸氧腐蚀在潮湿的空气里，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量H+和OH-，还溶解了氧气等气体，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成很多微小的原电池。
在这些原电池里，铁是负极，碳是正极。
铁失去电子而被氧化：负极：2Fe-4e-=2Fe 2+正极：2H2O+O2+4e-=4OH-正极吸取了氧气，所以又叫吸氧腐蚀。
电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要缘由。
b．析氢腐蚀在潮湿的显酸性的空气中（例CO2、SO2、H2S等），钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜显酸性，则钢铁中的主要成分铁与杂质碳及水膜形成原电池。
电极反应式为：负极：Fe-2e-=Fe 2+正极：2H++2e-=H2↑总的原电池反应为：Fe+2H+=Fe2++H2↑二、金属的防护：主要是破坏原电池的形成条件，特殊是防止发生吸氧腐蚀。
具体方法有：①将金属合金化，转变金属结构，如生成不锈钢；②在金属表面覆加爱护层；③金属经钝化处理，形成特殊的爱护膜；④对金属进行电化学爱护。
2021届高三化学一轮复习——金属的腐蚀与防护（知识梳理及训练）
核心知识梳理
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
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
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。
问题思考(1)如图所示
①若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为_______________________，右试管中现象是______________。
②若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为________________________，右试管中现象是_________________________________________________________________。
(2)如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为________。
金属的腐蚀与防护1．下列有关金属腐蚀的说法中正确的是()A．金属腐蚀指不纯金属与接触到的电解质溶液进行化学反应而损耗的过程B．电化学腐蚀指在外加电流的作用下不纯金属发生化学反应而损耗的过程C．钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，负极吸收氧气，产物最终转化为铁锈D．金属的电化学腐蚀和化学腐蚀本质相同，但电化学腐蚀伴有电流产生【答案】D【解析】金属腐蚀的本质，主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质接触，腐蚀主要包括化学腐蚀和电化学腐蚀，所以A错误；电化学腐蚀指不纯金属与电解质溶液接触时发生原电池反应而损耗的过程，不需要外加电流，所以B错误；钢铁腐蚀最普遍的是吸氧腐蚀，正极吸收氧气，而不是负极吸收氧气，所以C错误。
2．下列关于钢铁腐蚀说法正确的是( )A．电化学腐蚀是造成钢铁腐蚀的主要原因B．钢铁腐蚀的负极为Fe-3e-=Fe3+C．弱酸性条件下钢铁发生析氢腐蚀D．镀锡铁器破损时镀层金属仍可以保护铁器【答案】A【解析】A项，不纯的金属(或合金)跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。
由于钢铁直接接触化学物质而发生化学腐蚀的机会并不多，而接触电解质溶液的机会却比较多，且钢铁本身又是铁碳合金。
因此，易于形成原电池而发生电化学腐蚀，故A正确；B项，钢铁腐蚀的负极为Fe-2e-=Fe2+，故B错误；C项，弱酸性或中性条件下钢铁发生吸氧腐蚀，强酸性条件下钢铁发生析氢腐蚀，故C错误；D项，由于铁比锡活泼，镀锡铁器破损时，铁做负极，被腐蚀，镀层金属不能保护铁器，故D错误；故选A。
3．下列有关镀锌钢管(锌盐溶液作电解质溶液)的说法正确的是( )A．电镀时，钢管作阳极，锌棒作阴极B．钢管镀锌过程中，阴阳两极的质量变化一定不相等C．镀锌的目的是在钢管表面形成Fe—Zn合金，增强钢管的耐腐蚀能力D．钢管镀锌过程中，阴极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn【答案】D【解析】A项，电镀时镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，故钢管镀锌时，锌棒作阳极，钢管作阴极，A项错误；B项，钢管镀锌过程中，阳极的电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，阴极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn，电镀过程中阴阳极转移的电子数相等，故阴阳两极的质量变化一定相等，B项错误；C项，钢管镀锌的目的是美观、保护钢管等，而不是为了在钢管表面形成Fe—Zn合金，C项错误。
考点规范练8电解池金属的电化学腐蚀与防护一、选择题1.(2020全国Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。
下图是某电致变色器件的示意图。
当通电时,Ag+注入无色WO3薄膜中,生成Ag x WO3,器件呈现蓝色。
对于该变化过程,下列叙述错误的是()。
A.Ag为阳极B.Ag+由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为WO3+x Ag Ag x WO32.FFC电解法可由金属氧化物直接电解制备金属单质,我国某稀有金属材料研究院利用此法成功电解制备钽(Ta)粉,其原理如图所示。
下列说法正确的是()。
A.该装置将化学能转化为电能B.a极为电源的正极C.Ta2O5极发生的电极反应式为Ta2O5+10e-2Ta+5O2-D.常温常压下,石墨电极上生成22.4 L O2,则电路中转移的电子数为4N A3.(2020山东)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。
忽略温度变化的影响,下列说法错误的是()。
A.阳极反应为2H2O-4e-4H++O2↑B.电解一段时间后,阳极室的pH未变C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量4.(2021江西南昌高三检测)工业上处理黄铜矿(主要成分CuFeS2)的方法之一,是将其电解转变成Cu2S。
其工作原理如图所示。
下列说法不正确的是()。
A.a电极为电解池的阳极B.每转移2 mol e-,则生成1 molCu2SC.H+由左室向右室移动D.CuFeS2在阴极得到电子生成的还原产物为Cu2S5.利用如图所示装置,以NH3作氢源,可实现电化学氢化反应。
下列说法错误的是()。
A.a为阴极B.b电极反应为2NH3-6e-N2+6H+C.电解一段时间后,装置内H+数目增多D.理论上每消耗1 molNH3,可生成1.5 mol6.(2021全国甲)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如下图所示的电化学装置合成。
![高考化学一轮复习试题：专题5 第3单元电解池 金属的腐蚀与防护(苏教版) Word版含解析[ 高考]](https://img.taocdn.com/s1/m/3e4bda6d31126edb6f1a10a7.png)
第三单元电解池金属的腐蚀与防护(时间：45分钟满分：100分)一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分，每个小题只有一个选项符合题意)1．下列说法正确的是()。
A．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(2012·江苏，10B) B．铜的金属活泼性比铁的弱，可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀(2011·江苏，3D)C．铅蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应(2011·江苏，12C) D．铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加(2010·江苏，8A) 解析A项，镀层是铜，当镀层破坏时，易形成电化学腐蚀而使相对活泼金属被腐蚀，即铁的腐蚀会加剧；B项，在海轮外壳上应装上比铁活泼的锌，不能用铜，否则加快铁的腐蚀，错误；C项，铅蓄电池放电时的负极反应、充电时的阳极反应均失电子发生氧化反应，错误；D项，铅蓄电池负极反应为：Pb－2e－＋SO2－4===PbSO4，PbSO4不溶于水，负极质量增加，错误。
答案 A2．(2012·自贡四诊)下列电极反应式与出现的环境相匹配的是()。
解析燃料电池，氧气在正极反应，A错误；吸氧腐蚀为氧气参与反应，B错误；C项，阴极阳离子(H＋)放电，正确；D项，阳极阴离子OH－放电，错误。
答案 C3．(2013·甘肃五市模拟)关于如图所示①、②两个装置的叙述评价正确的是()。
解析A项，叙述正确，评价错误；B项，前者电解H2O，后者消耗H2SO4，叙述正确，评价正确；C项，①中阳极反应正确，②中正极为H＋放电，错误；D项，叙述正确，评价错误。
答案 B4．镍锌电池具有绿色环保、大电流、性能好等优点，是电动玩具和数码产品的理想电源，如图是其工作原理示意图。
下列说法正确的是()。
A．a为电池负极，电池放电时发生还原反应B．电池放电时，负极附近区域pH升高C．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2－2e－＋2OH－===2NiOOH＋2H2OD．电池充电时，总反应为Zn＋2NiOOH＋H2O===ZnO＋2Ni(OH)2解析电解质溶液为强碱溶液，放电时电池负极反应应为：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，锌被氧化，负极附近溶液pH降低；正极反应为2NiOOH＋2H2O ＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－。
第三单元电解池金属的腐蚀与防护考纲定位要点网络1.了解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。
2．了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。
电解原理及其规律1．电解在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
注意：电解与电离的区别①电解需通电才能进行而电离不需通电就能进行。
②电解是化学变化；而电离是在水中或熔融状态下断键离解为离子，属于物理变化。
2．电解池及其工作原理(1)概念：电解池是把电能转化为化学能的装置。
(2)构成条件①有与外接直流电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
(3)电解池工作原理(以电解CuCl 2溶液为例)(4)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。
电子不能通过电解质溶液。
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。
③电流：从电源的正极流出，流入阳极，再通过电解质溶液流入阴极，最后流向负极，形成闭合回路。
3．阴阳两极上放电顺序(1)阴极：(与电极材料无关)。
氧化性强的先放电，放电顺序为―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――→K ＋、Ca 2＋、Na ＋、Mg 2＋、Al 3＋、Zn 2＋、Fe 2＋、Sn 2＋、Pb 2＋、H ＋、Cu 2＋、Fe 3＋、Ag ＋放电由难到易(2)阳极：①若是金属电极(Au 、Pt 除外)作阳极，则活性电极首先失电子，生成金属阳离子，发生氧化反应。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为―――――――――――――――――――――――――――――――――→S 2－、I －、Br －、Cl －、OH －、含氧酸根离子(NO －3、SO 2－4、CO 2－3)、F －放电由易到难注意：①放电指的是电极上的得、失电子。
②阴极材料若为金属电极，一般是增强导电性但不参与反应。
第21讲电解池金属腐蚀与防护考点一电解原理[知识梳理]一、电解和电解池1．电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2．电解池：将电能转化为化学能的装置。
3．电解池的构成(1)有与电源相连的两个电极。
(2)电解质溶液(或熔融电解质)。
(3)形成闭合回路。
二、电解池的工作原理电子和离子的移动方向(1)电子：从电源的负极流出后，流向电解池的阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
(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步骤1．阴、阳极的判断(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)根据电极产物判断电极溶解、逸出O2(或电极区变酸性)或逸出Cl2的一极为阳极；析出金属或逸出H2(或电极区变碱性)的一极为阴极。
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：金属做阳极(Pt、Au除外)，金属本身被电解；惰性电极(Pt、Au、石墨等)：还原性强的离子先放电，放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH －>含氧酸根离子。
②阴极(放电顺序与电极材料无关)氧化性强的离子先放电，放电顺序为Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸中)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水中)。
（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。
（2）最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。
（3）电解水溶液时，K＋～Al3＋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。
(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。
金属的腐蚀与防护电化学的有关计算一、选择题(本题包括4小题,每题6分,共24分)1.(2019·潍坊模拟)O3是一种常见的绿色氧化剂,可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。
下列说法错误的是( )A.电极a为阴极B.a极的电极反应为O2+4H++4e-2H2OC.电解一段时间后b极周围的pH下降D.标准状况下,当有5.6 L O2反应时,收集到O2和O3混合气体4.48 L,O3的体积分数为80% 【解析】选D。
该电解池中,b电极上生成臭氧和氧气,则为阳极,a为阴极,故A正确;a电极上氧气得电子发生还原反应,电解质溶液为酸性,所以电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,故B正确;b电极上氢氧根离子失去电子生成氧气、臭氧的混合气体发生氧化反应,所以电解一段时间后b极周围的pH下降,故C正确; 标准状况下,当有5.6 L O2反应时,则a电极上转移电子为×4=1 mol,b电极上收集到O2和O3混合气体4.48 L即0.2 mol,则设臭氧为x mol,则b电极上收集到氧气为(0.2-x) mol,根据转移电子相等得:1=6x+4×(0.2-x),x=0.1 mol,所以O3的体积分数为×100%=50%,故D错误。
2.(2020·泉州模拟)如图所示,下列叙述正确的是 ( )A.Y为阴极,发生还原反应B.X为正极,发生氧化反应C.Y与滤纸接触处有氧气生成D.X与滤纸接触处变红【解析】选A。
从题图中可以看出,左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。
根据原电池原理,较活泼的一极作原电池的负极,所以Zn为负极,Cu为正极。
再根据电解原理,Y与Zn片相连为阴极,X与Cu片相连为阳极,Y极的电极反应式为2H++2e-H2↑(还原反应);X极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑(氧化反应)。
Y极上H+放电,同时产生了OH-,呈碱性,使酚酞溶液呈红色。
金属的腐蚀与防护电化学的有关计算一、选择题(本题包括6小题,每题6分,共36分)1.如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能,并生成环境友好物质的装置,同时利用此装置的电能在铁上镀铜,下列说法中正确的是( )A.乙装置中溶液颜色会变浅B.铁电极应与Y相连接C.M电极反应式:H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+D.当N电极消耗0.25 mol 气体时,铜电极质量减少16 g【解析】选C。
乙装置为电镀装置,电镀液的浓度不变,因此溶液颜色不变,A项错误;电镀时,待镀金属作阴极,与电源负极相连,而N电极上O2转化为H2O发生还原反应,N电极为正极,B项错误;M电极为负极,发生氧化反应:H2NCONH2+H2O-6e-CO2↑+N2↑+6H+,C项正确;根据N电极反应式:O2+4H++4e-2H2O,铜电极反应式:Cu-2e-Cu2+,由各电极上转移电子数相等,可得关系式:O2～2Cu,则N电极消耗0.25 mol O2时,铜电极质量减少0.25 mol ×2×64 g·mol-1=32 g,D项错误。
2.硼酸( H3BO3) 为一元弱酸,H3BO3可以通过电解的方法制备。
其工作原理如下图所示( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。
下列说法错误的是( )A.a与电源的正极相连接B.阳极的电极反应式为:2H2O-4e-O2↑+4H+C.[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室D.当电路中通过3 mol 电子时,可得到1 mol H3BO3【解析】选D。
A.与a极相连的石墨所处的区域为阳极室,则a与电源的正极相连接,正确;B.阳极上发生氧化反应,溶液中水失去电子生成氧气,电极反应式为:2H2O-4e-O2↑+4H+,正确;C.在电解池中,阴离子向阳极运动,阳离子向阴极运动,因此[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,Na+穿过阳膜进入阴极室,正确;D.阳极电极反应式为:2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极上发生还原反应,溶液中的水得到电子生成氢气,2H2O+2e-H2↑+ 2OH-,[B(OH)4]-穿过阴膜进入产品室,与氢离子反应生成H3BO3,[B(OH)4]-+H+H3BO3+H2O,当电路中通过3 mol电子时,生成3 mol氢离子,可得到3 mol H3BO3,错误。
3.(2019·潍坊模拟)O3是一种常见的绿色氧化剂,可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。
下列说法错误的是( )A.电极a为阴极B.a极的电极反应为O2+4H++4e-2H2OC.电解一段时间后b极周围的pH下降D.标准状况下,当有5.6 L O2反应时,收集到O2和O3混合气体4.48 L,O3的体积分数为80% 【解析】选D。
该电解池中,b电极上生成臭氧和氧气,则为阳极,a为阴极,故A正确;a电极上氧气得电子发生还原反应,电解质溶液为酸性,所以电极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,故B正确;b电极上氢氧根离子失去电子生成氧气、臭氧的混合气体发生氧化反应,所以电解一段时间后b极周围的pH下降,故C正确; 标准状况下,当有5.6 L O2反应时,则a电极上转移电子为×4=1 mol,b电极上收集到O2和O3混合气体4.48 L即0.2 mol,则设臭氧为x mol,则b电极上收集到氧气为(0.2-x) mol,根据转移电子相等得:1=6x+4×(0.2-x),x=0.1 mol,所以O3的体积分数为×100%=50%,故D错误。
4.(2020·泉州模拟)如图所示,下列叙述正确的是 ( )A.Y为阴极,发生还原反应B.X为正极,发生氧化反应C.Y与滤纸接触处有氧气生成D.X与滤纸接触处变红【解析】选A。
从题图中可以看出,左边的装置为原电池而右边的装置为电解池。
根据原电池原理,较活泼的一极作原电池的负极,所以Zn为负极,Cu为正极。
再根据电解原理,Y与Zn片相连为阴极,X与Cu片相连为阳极,Y极的电极反应式为2H++2e-H2↑(还原反应);X极的电极反应式为4OH--4e-2H2O+O2↑(氧化反应)。
Y极上H+放电,同时产生了OH-,呈碱性,使酚酞溶液呈红色。
5.(2020年山东等级考模拟)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯,进行水体修复的过程如图所示。
H+、O2、N等共存物的存在会影响水体修复效果,定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为n t,其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为n e。
下列说法错误的是( )A.反应①②③④均在正极发生B.单位时间内,三氯乙烯脱去a mol Cl时n e=a molC.④的电极反应式为N+10H++8e-N+3H2OD.增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量,可使n t增大【解析】选B。
A.由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知,反应①②③④均为得电子的反应,所以应在正极发生;B.三氯乙烯C2HCl3中C原子化合价为+1价,乙烯中C原子化合价为-2价,1 mol C2HCl3转化为1 mol C2H4时,得到6 mol 电子,脱去3 mol氯原子,所以脱去a mol Cl时n e=2a mol;C.由示意图及N元素的化合价变化可写出如下转化N+8e-N,由于生成物中有N所以只能用H+和H2O来配平该反应,而不能用H2O和OH-来配平,所以④的电极反应式为N+10H++8e-N+3H2O;D.增大单位体积水体中小微粒ZVI的投入量,可以增大小微粒ZVI的接触面积,加快ZVI释放电子的速率,可使n t增大。
6.(2020·梅州模拟)现用Pt电极电解1 L浓度均为0.1 mol·L-1的HCl、CuSO4的混合溶液,装置如图,下列说法正确的是( )A.电解开始时阴极有H2放出B.电解开始时阳极上发生:Cu2++2e-CuC.当电路中通过电子的量超过0.1 mol时,阴极放电的离子发生了变化D.整个电解过程中,S不参与电极反应【解析】选D。
依据放电顺序阴极先放电的是Cu2+,故阴极开始析出的是Cu,阳极先放电的是Cl-,故阳极开始产生的是Cl2,A、B错;由阴极反应Cu2++2e-Cu,n(Cu2+)=0.1 mol,当电路中通过电子的量达到0.2 mol时,Cu2+消耗完毕,阴极放电离子变为H+,C错;阳极先是Cl-放电,当Cl-消耗完毕。
此时H2O电离产生的OH-开始在阳极放电,S不参与电极反应。
二、非选择题(本题包括4小题,共64分)7.(14分)(2020·延安模拟)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。
请回答下列问题:(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____________,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,则甲中发生的总反应的离子方程式为________________________。
【解析】(1)由装置图知,直流电源与各电解池串联;由“F极附近呈红色”知,F极为阴极,则E 极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A 极为正极、B极为负极。
甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液,由于Cu2+放电,导致c(Cu2+)降低,溶液颜色逐渐变浅;丁装置是胶体的电泳实验,由于X极附近的颜色逐渐变浅,Y极附近的颜色逐渐变深,说明氢氧化铁胶粒带正电荷。
(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时,C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2,根据各电极转移电子数相同,则对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。
(3)给铜件镀银,根据电镀原理,镀件即铜件作阴极,银作阳极,电镀液是可溶性银盐。
当乙中溶液的pH是13时,则乙中n(OH-)=0.1 mol·L-1×0.5 L=0.05 mol,即各电极转移电子0.05 mol,所以丙中析出银0.05 mol为5.4 g;甲装置中由于电解产生H+,导致溶液的酸性增强,pH变小。
(4)若将C电极换为铁,则铁作阳极发生反应:Fe-2e-Fe2+,D极发生:Cu2++2e-Cu,则总反应的离子方程式为Fe+Cu2+Cu+Fe2+。
答案:(1)负极逐渐变浅氢氧化铁胶粒带正电荷(2)1∶2∶2∶2(3)镀件AgNO3(合理即可) 5.4 g 变小(4)Fe+Cu2+Cu+Fe2+8.(14分)下图是一个化学过程的示意图。
(1)图中甲池是____________装置(填“电解池”或“原电池”),其中OH-移向____________极(填“CH3OH”或“O2”)。
(2)写出通入CH3OH的电极的电极反应式: _________________________。
(3)向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为____________极(填“A”或“B”),并写出此电极的反应式:___ __________________。
(4)乙池中总反应的离子方程式:__________________________________。
(5)当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时,乙池的pH是____________(若此时乙池中溶液的体积为500 mL);此时丙池某电极析出1.60 g某金属,则丙中的某盐溶液可能是____________(填序号)。
A.MgSO4B.CuSO4C.NaClD.AgNO3【解析】(3)碳电极(A极)与原电池装置中通入O2的电极相连,则作阳极,电极反应式为4OH--4e-O2↑+2H2O;银电极(B极)与原电池装置中通入甲醇的电极相连,则作阴极,电极反应式为Ag++e-Ag,电解过程的总反应式为4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+,因此当向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液,附近变红的电极为A电极。
