2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識(shí)梳理與訓(xùn)練 第6章 第3講 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)(含解析).doc
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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識(shí)梳理與訓(xùn)練 第6章 第3講 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)(含解析) [考綱要求] 1.理解電解池的工作原理,能寫(xiě)出常見(jiàn)的簡(jiǎn)單電極反應(yīng)和電池反應(yīng)方程式。2.認(rèn)識(shí)金屬腐蝕的危害,理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因,能用恰當(dāng)?shù)拇胧┓乐硅F、鋁等金屬腐蝕。 1.電解定義 在電流作用下,電解質(zhì)在兩個(gè)電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過(guò)程。 2.能量轉(zhuǎn)化形式 電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。 3.電解池 (1)構(gòu)成條件 ①有與電源相連的兩個(gè)電極。 ②電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)。 ③形成閉合回路。 (2)電極名稱及電極反應(yīng)式(如圖) (3)電子和離子的移動(dòng)方向 特別提醒 電解時(shí),在外電路中有電子通過(guò),而在溶液中是依靠離子定向移動(dòng)形成電流,即電子本身不會(huì)通過(guò)電解質(zhì)溶液。 4.分析電解過(guò)程的思維程序 (1)首先判斷陰、陽(yáng)極,分析陽(yáng)極材料是惰性電極還是活潑電極。 (2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成,找全離子并分陰、陽(yáng)兩組(不要忘記水溶液中的H+和OH-)。 (3)然后排出陰、陽(yáng)兩極的放電順序 陰極:陽(yáng)離子放電順序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。 陽(yáng)極:活潑電極>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根離子。 注意 ①陰極不管是什么材料,電極本身都不反應(yīng),一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽(yáng)離子放電。②最常用、最重要的放電順序是:陽(yáng)極:Cl->OH-;陰極:Ag+>Cu2+>H+。③電解水溶液時(shí),K+~Al3+不可能在陰極放電,即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。 (4)分析電極反應(yīng),判斷電極產(chǎn)物,寫(xiě)出電極反應(yīng)式,要注意遵循原子守恒和電荷守恒。 (5)最后寫(xiě)出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。 深度思考 用分析電解過(guò)程的思維程序分析電解下列物質(zhì)的過(guò)程,并總結(jié)電解規(guī)律(用惰性電極電解) 1.電解水型 電解質(zhì)(水溶液) 電極方程式 電解物質(zhì) 總化學(xué)方程式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 含氧酸(如H2SO4) 陽(yáng)極:4OH- -4e-===O2↑+2H2O陰極:4H++4e-===2H2↑ H2O 2H2OO2↑+2H2↑ 增大 減小 加H2O 強(qiáng)堿(如NaOH) 增大 加H2O 活潑金屬的含氧酸鹽 (如KNO3、Na2SO4) 不變 加H2O (1)電解水型電解一段時(shí)間后,其電解質(zhì)的濃度一定增大嗎?舉例說(shuō)明。 答案 不一定,如用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液,一段時(shí)間后會(huì)析出Na2SO410H2O晶體,剩余溶液仍為該溫度下的飽和溶液,此時(shí)濃度保持不變。 (2)用惰性電極電解飽和Na2SO4溶液,一段時(shí)間后,析出wgNa2SO410H2O晶體,陰極上放出ag氣體,則飽和Na2SO4溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_________。 答案 100% 解析 2H2O2H2↑+O2↑ mol mol 被電解的水的質(zhì)量為9ag 被電解的水與wg晶體組成該溫度下的飽和溶液 其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100%=100%。 2.電解電解質(zhì)型 電解質(zhì)(水溶液) 電極方程式 電解 物質(zhì) 總化學(xué)方程式 電解 質(zhì)濃度 溶液pH 溶液 復(fù)原 無(wú)氧酸(如HCl),除HF外 陽(yáng)極:2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極:2H++2e-===H2↑ 酸 2HClH2↑+Cl2↑ 減小 增大 通入HCl氣體 不活潑金屬的無(wú)氧酸鹽(如CuCl2),除氟化物外 陽(yáng)極:2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極:Cu2++2e-===Cu 鹽 CuCl2Cu+Cl2↑ 加CuCl2固體 3.放H2生堿型 電解質(zhì)(水溶液) 電極方程式 電解物質(zhì) 總化學(xué)方程式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 活潑金屬的無(wú)氧酸鹽 (如NaCl) 陽(yáng)極:2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極:2H++2e-===H2↑ 水和鹽 2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH- 生成新電解質(zhì) 增大 通入HCl氣體 4.放O2生酸型 電解質(zhì)(水溶液) 電極方程式 電解物質(zhì) 總化學(xué)方程式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4) 陽(yáng)極:4OH--4e-===2H2O+O2↑ 陰極:2Cu2++4e-===2Cu 水和鹽 2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+ 生成新電解質(zhì) 減小 加CuO或CuCO3 (1)電解過(guò)程中放H2生堿型和放O2生酸型的實(shí)質(zhì)是什么?在放H2生堿型的電解中,若滴入酚酞試液,哪一極附近溶液變紅? 答案 放H2生堿型實(shí)質(zhì)是水電離出H+在陰極上放電,破壞了陰極附近水的電離平衡,使OH-濃度增大,若滴入酚酞試液,陰極附近溶液變紅;放O2生酸型的實(shí)質(zhì)是水電離出OH-在陽(yáng)極上放電,破壞了陽(yáng)極附近水的電離平衡,使H+濃度增大。 (2)①上表3中要使電解后的NaCl溶液復(fù)原,滴加鹽酸可以嗎? ②上表4中要使電解后的CuSO4溶液復(fù)原,加入Cu(OH)2固體可以嗎? 答案 電解質(zhì)溶液的復(fù)原應(yīng)遵循“從溶液中析出什么補(bǔ)什么”的原則,即從溶液中析出哪種元素的原子,則應(yīng)按比例補(bǔ)入哪些原子。 ①電解NaCl溶液時(shí)析出的是等物質(zhì)的量的Cl2和H2,所以應(yīng)通入氯化氣體,加入鹽酸會(huì)引入過(guò)多的水。 ②a.若通電一段時(shí)間,CuSO4未電解完(即Cu2+未全部放電),使溶液復(fù)原應(yīng)加入CuO,而加入Cu(OH)2會(huì)使溶液的濃度減小。b.若Cu2+全部放電,又繼續(xù)通電一段時(shí)間(此時(shí)電解水),要使溶液復(fù)原應(yīng)加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3,若只加入CuO,此時(shí)濃度偏大。 題組一 突破電極反應(yīng)式、電解方程式的書(shū)寫(xiě) 1.按要求書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式和總方程式 (1)用惰性電極電解AgNO3溶液: 陽(yáng)極反應(yīng)式___________________________________________________; 陰極反應(yīng)式____________________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式______________________________________________。 (2)用惰性電極電解MgCl2溶液 陽(yáng)極反應(yīng)式____________________________________________________; 陰極反應(yīng)式____________________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式_______________________________________________。 (3)用鐵作電極電解NaCl溶液 陽(yáng)極反應(yīng)式_____________________________________________________; 陰極反應(yīng)式_____________________________________________________; 總反應(yīng)化學(xué)方程式_______________________________________________。 (4)用鐵作電極電解NaOH溶液 陽(yáng)極反應(yīng)式______________________________________________________; 陰極反應(yīng)式_______________________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式_________________________________________________。 (5)用銅作電極電解鹽酸溶液 陽(yáng)極反應(yīng)式_________________________________________________________; 陰極反應(yīng)式_________________________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式__________________________________________________。 (6)用Al作電極電解NaOH溶液 陽(yáng)極反應(yīng)式________________________________________________________; 陰極反應(yīng)式________________________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式__________________________________________________。 (7)以鋁材為陽(yáng)極,電解H2SO4溶液,鋁材表面形成氧化膜 陽(yáng)極反應(yīng)式________________________________________________________; 陰極反應(yīng)式_______________________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式___________________________________________________。 (8)用Al單質(zhì)作陽(yáng)極,石墨作陰極,電解NaHCO3溶液 陽(yáng)極反應(yīng)式__________________________________________________________; 陰極反應(yīng)式__________________________________________________________; (9)用惰性電極電解熔融MgCl2 陽(yáng)極反應(yīng)式__________________________________________________________; 陰極反應(yīng)式__________________________________________________________; 總反應(yīng)離子方程式____________________________________________________。 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)Fe-2e-+2OH-===Fe(OH)2 2H++2e-===H2↑ Fe+2H2OFe(OH)2+H2↑ (5)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑ Cu+2H+Cu2++H2↑ (6)2Al-6e-+8OH-===2AlO+4H2O 6H2O+6e-===3H2↑+6OH-或6H++6e-===3H2↑ 2Al+2H2O+2OH-2AlO+3H2↑ (7)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+ 6H++6e-===3H2↑ 2Al+3H2OAl2O3+3H2↑ (8)2Al+6HCO-6e-===2Al(OH)3↓+6CO2↑ 6H++6e-===3H2↑ (9)2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2e-===Mg Mg2++2Cl-Mg+Cl2↑ 1.做到“三看”,正確書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式 (1)一看電極材料,若是金屬(Au、Pt除外)作陽(yáng)極,金屬一定被電解(注Fe生成Fe2+)。 (2)二看介質(zhì),介質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。 (3)三看電解質(zhì)狀態(tài),若是熔融狀態(tài),就是金屬的電冶煉。 2.規(guī)避“三個(gè)”失分點(diǎn) (1)書(shū)寫(xiě)電解池中電極反應(yīng)式時(shí),要以實(shí)際放電的離子表示,但書(shū)寫(xiě)總電解反應(yīng)方程式時(shí),弱電解質(zhì)要寫(xiě)成分子式。 (2)要確保兩極電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相同,且應(yīng)注明條件“電解”。 (3)電解水溶液時(shí),應(yīng)注意放電順序中H+、OH-之后的離子一般不參與放電。 題組二 電解原理和電解規(guī)律的考查 2.如圖為直流電源電解稀Na2SO4水溶液的裝置。通電后在石墨電極a和b附近分別滴加幾滴石蕊溶液。下列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述正確的是( ) A.逸出氣體的體積,a電極的小于b電極的 B.一電極逸出無(wú)味氣體,另一電極逸出刺激性氣體 C.a(chǎn)電極附近呈紅色,b電極附近呈藍(lán)色 D.a(chǎn)電極附近呈藍(lán)色,b電極附近呈紅色 答案 D 解析 SO、OH-移向b極,在b極OH-放電,產(chǎn)生O2,b極附近c(diǎn)(H+)>c(OH-),石蕊溶液變紅。Na+、H+移向a極,在a極H+放電產(chǎn)生H2,a極附近c(diǎn)(OH-)>c(H+),石蕊溶液變藍(lán)。所以產(chǎn)生的氣體體積a電極的大于b電極的;兩種氣體均為無(wú)色無(wú)味的氣體。A、B、C均錯(cuò)。 3.用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液,通電一段時(shí)間后,向所得的溶液中加入 0.1molCu(OH)2后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH。則下列說(shuō)法正確的是( ) A.電解過(guò)程中陰極沒(méi)有氣體生成 B.電解過(guò)程中轉(zhuǎn)移的電子的物質(zhì)的量為0.4mol C.原CuSO4溶液的濃度為0.1molL-1 D.電解過(guò)程中陽(yáng)極收集到的氣體體積為2.24L(標(biāo)況下) 答案 BD 解析 由2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑知,如CuSO4未電解完,加CuO即可復(fù)原,而加入Cu(OH)2相當(dāng)于加入CuOH2O,故CuSO4電解完后,還電解了部分水。電解析出了0.1molCu,轉(zhuǎn)移電子0.2mol,而電解0.1molH2O轉(zhuǎn)移電子0.2mol,故轉(zhuǎn)移的電子的總物質(zhì)的量為0.4mol。 考點(diǎn)二 電解原理的應(yīng)用 1.電解飽和食鹽水 (1)電極反應(yīng) 陽(yáng)極反應(yīng)式:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反應(yīng)) 陰極反應(yīng)式:2H++2e-===H2↑(還原反應(yīng)) (2)總反應(yīng)方程式 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ 離子反應(yīng)方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ (3)應(yīng)用:氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。 2.電鍍 如圖為金屬表面鍍銀的工作示意圖,據(jù)此回答下列問(wèn)題: (1)鍍件作陰極,鍍層金屬銀作陽(yáng)極。 (2)電解質(zhì)溶液是AgNO3溶液等含鍍層金屬陽(yáng)離子的鹽溶液。 (3)電極反應(yīng): 陽(yáng)極:Ag-e-===Ag+; 陰極:Ag++e-===Ag。 (4)特點(diǎn):陽(yáng)極溶解,陰極沉積,電鍍液的濃度不變。 3.電解精煉銅 (1)電極材料:陽(yáng)極為粗銅;陰極為純銅。 (2)電解質(zhì)溶液:含Cu2+的鹽溶液。 (3)電極反應(yīng): 陽(yáng)極:Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+、Ni-2e-===Ni2+、Cu-2e-===Cu2+; 陰極:Cu2++2e-===Cu。 4.電冶金 利用電解熔融鹽的方法來(lái)冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。 (1)冶煉鈉 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 電極反應(yīng): 陽(yáng)極:2Cl--2e-===Cl2↑;陰極:2Na++2e-===2Na。 (2)冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 電極反應(yīng): 陽(yáng)極:6O2--12e-===3O2↑;陰極:4Al3++12e-===4Al。 深度思考 1.(1)電解氯化鈉溶液時(shí),如何用簡(jiǎn)便的方法檢驗(yàn)產(chǎn)物? 答案 陽(yáng)極產(chǎn)物Cl2可以用淀粉KI試紙檢驗(yàn),陰極產(chǎn)物H2可以通過(guò)點(diǎn)燃檢驗(yàn),NaOH可以用酚酞試劑檢驗(yàn)。 (2)氯堿工業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中必須把陽(yáng)極室和陰極室用離子交換膜隔開(kāi),原因是什么? 答案 防止H2和Cl2混合爆炸,防止Cl2與溶液中的NaOH反應(yīng)。 2.電解精煉銅時(shí),陽(yáng)極泥是怎樣形成的? 答案 粗銅中往往含有鋅、鐵、鎳、銀、金等多種金屬雜質(zhì),當(dāng)含雜質(zhì)的銅在陽(yáng)極不斷溶解時(shí),金屬活動(dòng)性位于銅之前的金屬雜質(zhì),如Zn、Fe、Ni等也會(huì)同時(shí)失去電子,但是它們的陽(yáng)離子比銅離子難以還原,所以它們并不能在陰極析出,而只能以離子的形式留在電解液里。金屬活動(dòng)性位于銅之后的銀、金等雜質(zhì),因?yàn)槭ル娮拥哪芰Ρ茹~弱,難以在陽(yáng)極失去電子變成陽(yáng)離子而溶解,所以當(dāng)陽(yáng)極的銅等失去電子變成陽(yáng)離子溶解之后,它們以金屬單質(zhì)的形式沉積在電解槽底部,形成陽(yáng)極泥。 題組一 電解原理的“常規(guī)”應(yīng)用 1.利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。下列說(shuō)法正確的是( ) A.氯堿工業(yè)中,X電極上反應(yīng)式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.電解精煉銅時(shí),Z溶液中的Cu2+濃度不變 C.在鐵片上鍍銅時(shí),X是純銅 D.制取金屬鎂時(shí),Z是熔融的氯化鎂 答案 CD 解析 氯堿工業(yè)中陽(yáng)極是Cl-放電生成Cl2;電解精煉銅時(shí)陽(yáng)極粗銅溶解,陰極Cu2+放電析出Cu,由于粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì),溶液中Cu2+濃度變小。 2.使用氯化鈉作原料可以得到多種產(chǎn)品。 (1)實(shí)驗(yàn)室用惰性電極電解100mL0.1molL-1NaCl溶液,若陰陽(yáng)兩極均得到112mL氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況),則所得溶液的物質(zhì)的量濃度是______________(忽略反應(yīng)前后溶液體積的變化)。 (2)某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器,用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液,通電時(shí),為使Cl2被完全吸收,制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液,設(shè)計(jì)了如圖的裝置。 對(duì)電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是________(填字母序號(hào))。 A.a(chǎn)為正極,b為負(fù)極;NaClO和NaCl B.a(chǎn)為負(fù)極,b為正極;NaClO和NaCl C.a(chǎn)為陽(yáng)極,b為陰極;HClO和NaCl D.a(chǎn)為陰極,b為陽(yáng)極;HClO和NaCl (3)實(shí)驗(yàn)室中很難用亞鐵鹽溶液與燒堿反應(yīng)制得白色純凈的Fe(OH)2沉淀。某同學(xué)利用上圖裝置,只更換一個(gè)電極,通過(guò)電解法制取較純凈的Fe(OH)2沉淀,且較長(zhǎng)時(shí)間不變色。該同學(xué)換上的電解材料是__________(用元素符號(hào)表示),總的反應(yīng)式是___________。 答案 (1)0.1molL-1 (2)B (3)Fe Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑ 解析 (1)n(H2)=n(Cl2)=0.005 mol,參加反應(yīng)的n(NaCl)=0.01 mol,說(shuō)明NaCl恰好電解完畢,溶液變?yōu)镹aOH溶液,n(NaOH)=n(NaCl)=0.01 mol,c(NaOH)=0.1 molL-1。 (2)電解飽和氯化鈉溶液的總反應(yīng):2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,題目要求使Cl2被完全吸收,則氯氣必須在下部的電極上產(chǎn)生,下部的電極是陽(yáng)極,推出b為電源的正極,另一極為負(fù)極a。生成的Cl2與陰極區(qū)產(chǎn)生的NaOH反應(yīng):Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,則消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。 (3)題目要求通過(guò)電解法制取Fe(OH)2,電解質(zhì)溶液是NaCl溶液,必須通過(guò)電極反應(yīng)產(chǎn)生Fe2+和OH-。根據(jù)電極發(fā)生反應(yīng)的特點(diǎn),選擇鐵作陽(yáng)極,鐵發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生Fe2+;溶液中的陽(yáng)離子Na+、H+向陰極移動(dòng),根據(jù)放電順序,陰極H+放電產(chǎn)生氫氣,H+來(lái)源水的電離,反應(yīng)式2H2O+2e-===H2↑+2OH-。在電場(chǎng)作用下,陽(yáng)極產(chǎn)生的Fe2+與陰極產(chǎn)生的OH-在定向移動(dòng)的過(guò)程中相遇,發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成Fe(OH)2沉淀。將陽(yáng)極反應(yīng)式、陰極反應(yīng)式疊加得到總的反應(yīng)式:Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑。 題組二 電解原理的“不尋常”應(yīng)用 (一)電解原理在“環(huán)境治理”中的不尋常應(yīng)用 3.(xx淮安高三教學(xué)測(cè)試)工業(yè)上用電解法處理含鎳酸性廢水并得到單質(zhì)Ni的原理如圖所示。 下列說(shuō)法不正確的是( ) 已知:①Ni2+在弱酸性溶液中發(fā)生水解 ②氧化性:Ni2+(高濃度)>H+>Ni2+(低濃度) A.碳棒上發(fā)生的電極反應(yīng):4OH--4e-===O2↑+2H2O B.電解過(guò)程中,B中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度將不斷減少 C.為了提高Ni的產(chǎn)率,電解過(guò)程中需要控制廢水pH D.若將圖中陽(yáng)離子膜去掉,將A、B兩室合并,則電解反應(yīng)總方程式發(fā)生改變 答案 B 解析 電極反應(yīng)式為 陽(yáng)極:4OH--4e-===2H2O+O2↑ 陰極:Ni2++2e-===Ni 2H++2e-===H2↑ A項(xiàng)正確;B項(xiàng),由于C中Ni2+、H+不斷減少,Cl-通過(guò)陰離子膜從C移向B,A中OH-不斷減少,Na+通過(guò)陽(yáng)離子膜從A移向B,所以B中NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度不斷增大,錯(cuò)誤;C項(xiàng),由于H+的氧化性大于Ni2+(低濃度)的氧化性,所以為了提高Ni的產(chǎn)率,電解過(guò)程需要控制廢水的pH;D項(xiàng),若去掉陽(yáng)離子膜,在陽(yáng)極Cl-放電生成Cl2,反應(yīng)總方程式發(fā)生改變,正確。 4.用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的Na2SO3溶液進(jìn)行電解,可循環(huán)再生NaOH,同時(shí)得到H2SO4,其原理如下圖所示(電極材料為石墨)。 (1)圖中a極要連接電源的________(填“正”或“負(fù)”)極,C口流出的物質(zhì)是________。 (2)SO放電的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________。 (3)電解過(guò)程中陰極區(qū)堿性明顯增強(qiáng),用平衡移動(dòng)原理解釋原因________。 答案 (1)負(fù) 硫酸 (2)SO-2e-+H2O===SO+2H+ (3)H2OH++OH-,在陰極H+放電生成H2,c(H+)減小,水的電離平衡正向移動(dòng),堿性增強(qiáng) 解析 根據(jù)Na+、SO的移向判斷陰、陽(yáng)極。Na+移向陰極區(qū),a應(yīng)接電源負(fù)極,b應(yīng)接電源正極,其電極反應(yīng)式分別為 陽(yáng)極:SO-2e-+H2O===SO+2H+ 陰極:2H2O+2e-===H2↑+2OH- 所以從C口流出的是H2SO4,在陰極區(qū),由于H+放電,破壞水的電離平衡,c(H+)減小,c(OH-)增大,生成NaOH,堿性增強(qiáng),從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。 (二)電解原理在“物質(zhì)制備”中的不尋常應(yīng)用 5.根據(jù)2CrO+2H+Cr2O7+H2O設(shè)計(jì)圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,圖中右側(cè)電極連接電源的______極,其電極反應(yīng)式為_(kāi)________________________。 答案 正極 4OH--4e-===O2↑+2H2O 解析 根據(jù)NaOH溶液濃度的變化及Na+交換膜,左側(cè)為陰極區(qū)域,右側(cè)為陽(yáng)極區(qū)域,電極反應(yīng)式為 陰極:4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 陽(yáng)極:4OH--4e-===O2↑+2H2O 在陽(yáng)極區(qū)域:2CrO+2H+Cr2O7+H2O。 6.電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下: 電解池中隔膜僅阻止氣體通過(guò),陰陽(yáng)兩極均為惰性電極。 (1)A極為_(kāi)_______,電極反應(yīng)式為_(kāi)________________________________________。 (2)B極為_(kāi)_______,電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________________________________________。 答案 (1)陽(yáng)極 CO(NH2)2+8OH--6e-===N2↑+CO+6H2O (2)陰極 6H2O+6e-===3H2↑+6OH- 解析 H2產(chǎn)生是因?yàn)镠2O電離的H+在陰極上得電子,即6H2O+6e-===3H2↑+6OH-,所以B極為陰極,A極為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為CO(NH2)2-6e-+8OH-===N2↑+CO+6H2O,陽(yáng)極反應(yīng)式容易錯(cuò)寫(xiě)成4OH--4e-===2H2O+O2↑。 考點(diǎn)三 應(yīng)對(duì)電化學(xué)定量計(jì)算的三種方法 1.計(jì)算類型 原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計(jì)算等。 2.三種方法 (1)根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算 先寫(xiě)出電極反應(yīng)式,再寫(xiě)出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計(jì)算。 (2)根據(jù)電子守恒計(jì)算 ①用于串聯(lián)電路中陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算,其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 ②用于混合溶液中電解的分階段計(jì)算。 (3)根據(jù)關(guān)系式計(jì)算 根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁,構(gòu)建計(jì)算所需的關(guān)系式。 如以通過(guò)4mole-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式: 4e-~2Cl2(Br2、I2)~O2~2H2~2Cu~4Ag~M 陽(yáng)極產(chǎn)物 陰極產(chǎn)物 (式中M為金屬,n為其離子的化合價(jià)數(shù)值) 該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值,熟記電極反應(yīng)式,靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見(jiàn)的電化學(xué)計(jì)算問(wèn)題。 提示 在電化學(xué)計(jì)算中,還常利用Q=It和Q=n(e-)NA1.6010-19C來(lái)計(jì)算電路中通過(guò)的電量。 題組一 根據(jù)總反應(yīng)式,建立等量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算 1.兩個(gè)惰性電極插入500mLAgNO3溶液中,通電電解。當(dāng)電解液的pH從6.0變?yōu)?.0時(shí)(設(shè)電解過(guò)程中陰極沒(méi)有H2放出,且電解液在電解前后體積變化可以忽略不計(jì)),電極上析出銀的質(zhì)量最大為( ) A.27mgB.54mgC.106mgD.216mg 答案 B 解析 首先結(jié)合離子放電順序,弄清楚兩極的反應(yīng):陽(yáng)極4OH--4e-===O2↑+2H2O;陰極4Ag++4e-===4Ag,電解的總反應(yīng)式為4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。由電解的總反應(yīng)式可知,電解過(guò)程中生成的n(Ag)=n(HNO3)=n(H+)=(10-3molL-1-10-6molL-1)0.5L≈510-4mol,m(Ag)=510-4mol108gmol-1=0.054g=54mg。 2.將兩個(gè)鉑電極插入500mLCuSO4溶液中進(jìn)行電解,通電一定時(shí)間后,某一電極增重0.064g(設(shè)電解時(shí)該電極無(wú)氫氣析出,且不考慮水解和溶液體積變化),此時(shí)溶液中氫離子濃度約為( ) A.410-3molL-1 B.210-3molL-1 C.110-3molL-1 D.110-7molL-1 答案 A 解析 根據(jù)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,得:n(H+)=2n(H2SO4)=2n(Cu)=2=0.002mol,c(H+)==410-3molL-1。 題組二 根據(jù)電子守恒,突破電解分階段計(jì)算 3. 500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)=0.6molL-1,用石墨作電極電解此溶液,當(dāng)通電一段時(shí)間后,兩極均收集到2.24L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況下),假定電解后溶液體積仍為500mL,下列說(shuō)法正確的是( ) A.原混合溶液中c(K+)為0.2molL-1 B.上述電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移0.2mol電子 C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.05mol D.電解后溶液中c(H+)為0.2molL-1 答案 A 解析 石墨作電極電解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,陽(yáng)極反應(yīng)式為4OH--4e-===2H2O+O2↑,陰極先后發(fā)生兩個(gè)反應(yīng):Cu2++2e-===Cu,2H++2e-===H2↑。從收集到O2為2.24L這個(gè)事實(shí)可推知上述電解過(guò)程中共轉(zhuǎn)移0.4mol電子,而在生成2.24LH2的過(guò)程中轉(zhuǎn)移0.2mol電子,所以Cu2+共得到0.4mol-0.2mol=0.2mol電子,電解前Cu2+的物質(zhì)的量和電解得到的Cu的物質(zhì)的量都為0.1mol。電解前后分別有以下守恒關(guān)系:c(K+)+2c(Cu2+)=c(NO),c(K+)+c(H+)=c(NO),不難算出:電解前c(K+)=0.2molL-1,電解后c(H+)=0.4molL-1。 題組三 根據(jù)電極現(xiàn)象,利用電子守恒,突破電解池的“串聯(lián)”計(jì)算 4.在如圖所示的裝置中,若通直流電5min時(shí),銅電極質(zhì)量增加2.16g。試回答下列問(wèn)題。 (1)電源中X電極為直流電源的________極。 (2)pH變化:A:________,B:________,C:________(填“增大”、“減小”或“不變”)。 (3)通電5min時(shí),B中共收集224mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體,溶液體積為200mL,則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)_______(設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化)。 (4)若A中KCl足量且溶液的體積也是200mL,電解后,溶液的pH為_(kāi)_________(設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化)。 答案 (1)負(fù) (2)增大 減小 不變 (3)0.025molL-1 (4)13 解析 (1)三個(gè)裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時(shí),Ag+在陰極發(fā)生還原反應(yīng)變?yōu)锳g,所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極,則銀電極是陽(yáng)極,Y是正極,X是負(fù)極。 (2)電解KCl溶液生成KOH,溶液pH增大;電解CuSO4溶液生成H2SO4,溶液pH減小;電解AgNO3溶液,銀為陽(yáng)極,不斷溶解,Ag+濃度基本不變,pH不變。 (3)通電5min時(shí),C中析出0.02molAg,電路中通過(guò)0.02mol電子。B中共收集0.01mol氣體,若該氣體全為氧氣,則電路中需通過(guò)0.04mol電子,電子轉(zhuǎn)移不守恒。因此,B中電解分為兩個(gè)階段,先電解CuSO4溶液,生成O2,后電解水,生成O2和H2,B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為x,電解H2O時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為y,則4x+4y=0.02mol(電子轉(zhuǎn)移守恒),x+3y=0.01mol(氣體體積之和),解得x=y(tǒng)=0.0025mol,所以n(CuSO4)=20.0025mol=0.005mol,c(CuSO4)=0.005mol0.2L=0.025molL-1。(4)通電5min時(shí),A中放出0.01molH2,溶液中生成0.02molKOH,c(OH-)=0.02mol0.2L=0.1molL-1,pH=13。 無(wú)明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問(wèn)題,主要是根據(jù)“原電池”的形成條件判斷“電源”的正、負(fù)極,從而判斷電解池的陰、陽(yáng)極。 考點(diǎn)四 金屬的腐蝕和防護(hù) 1.金屬腐蝕的本質(zhì) 金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇?yáng)離子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。 2.金屬腐蝕的類型 (1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕 類型 化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕 條件 金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸 不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸 現(xiàn)象 無(wú)電流產(chǎn)生 有微弱電流產(chǎn)生 本質(zhì) 金屬被氧化 較活潑金屬被氧化 聯(lián)系 兩者往往同時(shí)發(fā)生,電化學(xué)腐蝕更普遍 (2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕 以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析: 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜酸性較強(qiáng)(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 電極反應(yīng) 負(fù)極 Fe-2e-===Fe2+ 正極 2H++2e-===H2↑ O2+2H2O+4e-===4OH- 總反應(yīng)式 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 聯(lián)系 吸氧腐蝕更普遍 3.金屬的防護(hù) (1)電化學(xué)防護(hù) ①犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法—原電池原理 a.負(fù)極:比被保護(hù)金屬活潑的金屬; b.正極:被保護(hù)的金屬設(shè)備。 ②外加電流的陰極保護(hù)法—電解原理 a.陰極:被保護(hù)的金屬設(shè)備; b.陽(yáng)極:惰性金屬或石墨。 (2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成合金、不銹鋼等。 (3)加防護(hù)層,如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。 深度思考 1.判斷正誤,正確的劃“√”,錯(cuò)誤的劃“” (1)所有金屬純度越大,越不易被腐蝕( ) (2)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣( ) (3)干燥環(huán)境下金屬不被腐蝕( ) (4)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物( ) (5)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí),負(fù)極鐵失去電子生成Fe3+( ) (6)在金屬表面覆蓋保護(hù)層,若保護(hù)層破損后,就完全失去了對(duì)金屬的保護(hù)作用( ) (7)外加電流的陰極保護(hù)法,構(gòu)成了電解池;犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法構(gòu)成了原電池。二者均能有效地保護(hù)金屬不容易被腐蝕( ) 答案 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)√ 2.寫(xiě)出鋼鐵在潮濕的空氣中發(fā)生吸氧腐蝕生成鐵銹的原理。 答案 鐵銹的形成 負(fù)極:2Fe-4e-===2Fe2+ 正極:O2+4e-+2H2O===4OH- 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3===Fe2O3xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O 題組一 腐蝕快慢與防護(hù)方法的比較 1.如圖所示,各燒杯中盛有海水,鐵在其中被腐蝕的速度由快到慢的順序?yàn)? ) A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥ C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥ 答案 C 解析?、偈荈e為負(fù)極,雜質(zhì)碳為正極的原電池腐蝕,是鐵的吸氧腐蝕,腐蝕較慢。其電極反應(yīng)式:負(fù)極Fe-2e-===Fe2+,正極2H2O+O2+4e-===4OH-。②③④均為原電池,③中Fe為正極,被保護(hù);②④中Fe為負(fù)極,均被腐蝕,但Fe和Cu的金屬活動(dòng)性差別大于Fe和Sn的,故Fe-Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極作陽(yáng)極,Cu接電源負(fù)極作陰極的電解腐蝕,加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負(fù)極作陰極,Cu接電源正極作陽(yáng)極的電解腐蝕,防止了Fe的腐蝕。根據(jù)以上分析可知鐵在其中被腐蝕由快到慢的順序?yàn)棰?④>②>①>③>⑥。 2.下列與金屬腐蝕有關(guān)的說(shuō)法,正確的是( ) A.圖1中,鐵釘易被腐蝕 B.圖2中,滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,沒(méi)有藍(lán)色沉淀出現(xiàn) C.圖3中,燃?xì)庠畹闹行牟课蝗菀咨P,主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學(xué)腐蝕 D.圖4中,用犧牲鎂塊的方法來(lái)防止地下鋼鐵管道的腐蝕,鎂塊相當(dāng)于原電池的正極 答案 C 解析 A項(xiàng),圖1中,鐵釘處于干燥環(huán)境,不易被腐蝕;B項(xiàng),負(fù)極反應(yīng)為Fe-2e-===Fe2+,F(xiàn)e2+與[Fe(CN)6]3-反應(yīng)生成Fe3[Fe(CN)6]2藍(lán)色沉淀;D項(xiàng),為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法,鎂塊相當(dāng)于原電池的負(fù)極。 1.判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律 (1)對(duì)同一電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō),腐蝕速率的快慢:電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防腐措施的腐蝕。 (2)對(duì)同一金屬來(lái)說(shuō),在不同溶液中腐蝕速率的快慢:強(qiáng)電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中。 (3)活動(dòng)性不同的兩種金屬,活動(dòng)性差別越大,腐蝕速率越快。 (4)對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō),電解質(zhì)濃度越大,金屬腐蝕越快。 2.兩種保護(hù)方法的比較 外加電流的陰極保護(hù)法保護(hù)效果大于犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法。 題組二 正確判斷析氫腐蝕和吸氧腐蝕 3.如圖所示的鋼鐵腐蝕中,下列說(shuō)法正確的是( ) A.碳表面發(fā)生氧化反應(yīng) B.鋼鐵被腐蝕的最終產(chǎn)物為FeO C.生活中鋼鐵制品的腐蝕以圖②所示為主 D.圖②中,正極反應(yīng)式為O2+4e-+2H2O===4OH- 答案 CD 解析 A項(xiàng),碳作正極,應(yīng)發(fā)生還原反應(yīng);B項(xiàng),鋼鐵被腐蝕的最終產(chǎn)物為Fe2O3xH2O;C項(xiàng),生活中鋼鐵制品以發(fā)生吸氧腐蝕為主。 4.利用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),開(kāi)始時(shí),a、b兩處液面相平,密封好,放置一段時(shí)間。下列說(shuō)法不正確的是( ) A.a(chǎn)管發(fā)生吸氧腐蝕,b管發(fā)生析氫腐蝕 B.一段時(shí)間后,a管液面高于b管液面 C.a(chǎn)處溶液的pH增大,b處溶液的pH減小 D.a(chǎn)、b兩處具有相同的電極反應(yīng)式:Fe-2e-===Fe2+ 答案 C 解析 根據(jù)裝置圖判斷,左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕,右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕,其電極反應(yīng)為 左邊 負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+ 正極:O2+4e-+2H2O===4OH- 右邊 負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+ 正極:2H++2e-===H2↑ a、b處的pH均增大,C錯(cuò)誤。 正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、酸性很弱或中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕;NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。 探究高考 明確考向 1.(xx廣東理綜,11)某同學(xué)組裝了如圖所示的電化學(xué)裝置,電極Ⅰ為Al,其他均為Cu,則( ) A.電流方向:電極Ⅳ→A→電極Ⅰ B.電極Ⅰ發(fā)生還原反應(yīng) C.電極Ⅱ逐漸溶解 D.電極Ⅲ的電極反應(yīng):Cu2++2e-===Cu 答案 A 解析 當(dāng)多個(gè)池串聯(lián)時(shí),兩電極材料活動(dòng)性相差大的作原電池,其他池作電解池,由此可知圖示中左邊兩池組成原電池,右邊組成電解池。A項(xiàng),電子移動(dòng)方向:電極Ⅰ→A→電極Ⅳ,電流方向與電子移動(dòng)方向相反,正確;B項(xiàng),原電池負(fù)極在工作中失電子,被氧化,發(fā)生氧化反應(yīng),錯(cuò)誤;C項(xiàng),原電池正極為得電子一極,銅離子在電極Ⅱ上得電子,生成銅單質(zhì),該電極質(zhì)量逐漸增大,錯(cuò)誤;D項(xiàng),電解池中陽(yáng)極為非惰性電極時(shí),電極本身失電子,形成離子進(jìn)入溶液中,因?yàn)殡姌OⅡ?yàn)檎龢O,因此電極Ⅲ為電解池的陽(yáng)極,其電極反應(yīng)式為Cu-2e-===Cu2+,錯(cuò)誤。 2.(xx海南,3)以石墨為電極,電解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( ) A.陰極附近溶液呈紅色 B.陰極逸出氣體 C.陽(yáng)極附近溶液呈藍(lán)色 D.溶液的pH變小 答案 D 解析 以石墨為電極,電解KI溶液,發(fā)生的反應(yīng)為2KI+2H2O2KOH+H2↑+I(xiàn)2(類似于電解飽和食鹽水),陰極產(chǎn)物是H2和KOH,陽(yáng)極產(chǎn)物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉,所以陽(yáng)極附近的溶液會(huì)變藍(lán)(淀粉遇碘變藍(lán)),陰極附近的溶液會(huì)變紅(溶液呈堿性),A、B、C正確;由于電解產(chǎn)物有KOH生成,所以溶液的pH逐漸增大,D錯(cuò)誤。 3.(xx上海,12)如圖所示,將鐵棒和石墨棒插入盛有飽和NaCl溶液的U型管中,下列分析正確的是( ) A.K1閉合,鐵棒上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-―→H2↑ B.K1閉合,石墨棒周圍溶液pH逐漸升高 C.K2閉合,鐵棒不會(huì)被腐蝕,屬于犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法 D.K2閉合,電路中通過(guò)0.002NA個(gè)電子時(shí),兩極共產(chǎn)生0.001mol氣體 答案 B 4.(xx高考試題組合)(1)[xx江蘇,20(1)]將燒堿吸收H2S后的溶液加入如圖所示的電解池的陽(yáng)極區(qū)進(jìn)行電解。電解過(guò)程中陽(yáng)極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng): S2--2e-===S (n-1)S+S2-===S ①寫(xiě)出電解時(shí)陰極的電極反應(yīng)式:___________________________________。 ②電解后陽(yáng)極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì),其離子方程式可寫(xiě)成________________________________________________________________________。 答案?、?H2O+2e-===H2↑+2OH- ②S+2H+===(n-1)S↓+H2S↑ 解析?、僭陉帢O電解質(zhì)溶液是NaOH,同時(shí)圖示顯示產(chǎn)生了H2,因此陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為2H2O+2e-===H2↑+2OH-。②加入H2SO4后,H+與S反應(yīng)生成S和H2S。 (2)[xx新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅱ,27(3)]PbO2可由PbO與次氯酸鈉溶液反應(yīng)制得,反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________________________;PbO2也可以通過(guò)石墨為電極,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液電解制取。陽(yáng)極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________,陰極上觀察到的現(xiàn)象是________________;若電解液中不加入Cu(NO3)2,陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________,這樣做的主要缺點(diǎn)是________________________。 答案 PbO+ClO-===PbO2+Cl- Pb2++2H2O-2e-===PbO2↓+4H+ 石墨上包上銅鍍層 Pb2++2e-===Pb↓ 不能有效利用Pb2+ 解析 由PbO和NaClO反應(yīng)制PbO2,PbO→PbO2,Pb的化合價(jià)升高,則NaClO作氧化劑,本身被還原為NaCl,故離子方程式為PbO+ClO-===PbO2+Cl-;石墨為電極,電解Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合液制PbO2,則Pb2+應(yīng)在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)得到PbO2,故陽(yáng)極電極反應(yīng)式為Pb2++2H2O-2e-===PbO2↓+4H+;陰極上陽(yáng)離子反應(yīng),陽(yáng)離子有Pb2+、Cu2+、H+,根據(jù)陽(yáng)離子放電順序,應(yīng)為Cu2++2e-===Cu↓,而生成的金屬Cu會(huì)覆蓋在石墨電極上,故陰極觀察到的現(xiàn)象為石墨上包上銅鍍層;若電解液中不加入Cu(NO3)2,陰極Pb2+放電,生成金屬Pb;Pb2++2e-===Pb↓,這樣Pb2+被消耗不能生成PbO2,降低了Pb2+的利用率。 (3)[xx新課標(biāo)全國(guó)卷Ⅰ,27(4)]H3PO2也可用電滲析法制備?!八氖译姖B析法”工作原理如圖所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子、陰離子通過(guò)): ①寫(xiě)出陽(yáng)極的電極反應(yīng)式______________________________________________。 ②分析產(chǎn)品室可得到H3PO2的原因__________________________________________ ________________________________________________________________________。 ③早期采用“三室電滲析法”制備H3PO2:將“四室電滲析法”中陽(yáng)極室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去陽(yáng)極室與產(chǎn)品室之間的陽(yáng)膜,從而合并了陽(yáng)極室與產(chǎn)品室。其缺點(diǎn)是產(chǎn)品中混有____________雜質(zhì)。該雜質(zhì)產(chǎn)生的原因是________________________________。 答案?、?H2O-4e-===O2↑+4H+ ②陽(yáng)極室的H+穿過(guò)陽(yáng)膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室,原料室的H2PO穿過(guò)陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室,二者反應(yīng)生成H3PO2 ③PO H2PO或H3PO2被氧化 解析?、訇?yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),在反應(yīng)中OH-失去電子,電極反應(yīng)式為2H2O-4e-===O2↑+4H+。 ②H2O放電產(chǎn)生H+,H+進(jìn)入產(chǎn)品室,原料室的H2PO穿過(guò)陰膜擴(kuò)散至產(chǎn)品室,二者發(fā)生反應(yīng):H++H2POH3PO2。 ③如果撤去陽(yáng)膜,H2PO或H3PO2可能被氧化。 (4)[xx北京理綜,26(4)]電解NO制備NH4NO3,其工作原理如圖所示,為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3,需補(bǔ)充物質(zhì)A,A是________,說(shuō)明理由:______________________。 答案 NH3 根據(jù)反應(yīng):8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,電解產(chǎn)生的HNO3多 解析 由電解NO制備NH4NO3的工作原理圖可知,NO在陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng)生成NO,電極反應(yīng)式為5NO+10H2O-15e-===5NO+20H+。NO在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成NH,電極反應(yīng)式為3NO+18H++15e-===3NH+3H2O,電池總反應(yīng)式為8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,電解產(chǎn)生的HNO3多,故應(yīng)補(bǔ)充NH3,使其轉(zhuǎn)化為NH4NO3。 (5)[xx重慶理綜,11(4)]一定條件下,如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的電化學(xué)儲(chǔ)氫(忽略其他有機(jī)物)。 ①導(dǎo)線中電子移動(dòng)方向?yàn)開(kāi)_______。(用A、D表示) ②生成目標(biāo)產(chǎn)物的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________________________________________。 ③該儲(chǔ)氫裝置的電流效率η=________。(η=生成目標(biāo)產(chǎn)物消耗的電子數(shù)/轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)100%,計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后1位) 答案?、貯→D?、贑6H6+6H++6e-===C6H12 ③64.3% 解析 由圖可知,苯轉(zhuǎn)化為環(huán)己烷的過(guò)程是加氫過(guò)程,發(fā)生還原反應(yīng),故為陰極反應(yīng),所以A為電源的負(fù)極,B為電源的正極。 ①電子從負(fù)極流向陰極,即A→D。 ②該裝置的目標(biāo)是從苯到環(huán)己烷實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)氫,電極反應(yīng)式為C6H6+6H++6e-===C6H12。 ③陽(yáng)極反應(yīng)式為2H2O-4e-===O2↑+4H+,生成2.8mol氧氣,失去11.2mol電子。電解過(guò)程中通過(guò)陰、陽(yáng)極的電子數(shù)目相等,即陰極得到電子也為11.2mol。陰極除生成環(huán)己烷外,還生成H2:2H++2e-===H2↑,由題意可知,2n(H2)+6n(C6H12)=11.2mol,[10 mol+n(H2)]10%=10mol24%-n(C6H12);解得n(H2)=2mol,n(C6H12)=1.2mol,故生成1.2molC6H12時(shí)轉(zhuǎn)移電子1.2mol6=7.2mol,電流效率η=100%≈64.3%。 (6)[xx福建理綜,24(1)]鐵及其化合物與生產(chǎn)、生活關(guān)系密切。 如圖是實(shí)驗(yàn)室研究海水對(duì)鐵閘不同部位腐蝕情況的剖面示意圖。 ①該電化腐蝕稱為_(kāi)___________。 ②圖中A、B、C、D四個(gè)區(qū)域,生成鐵銹最多的是__________(填字母)。 答案?、傥醺g?、贐 解析?、俳饘僭谥行院洼^弱的酸性條件下發(fā)生的是吸氧腐蝕。 ②發(fā)生吸氧腐蝕,越靠近液面接觸到的O2越多,腐蝕得越嚴(yán)重。 5.(xx安徽理綜,28)某研究小組為探究弱酸性條件下鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕類型的影響因素,將混合均勻的新制鐵粉和碳粉置于錐形瓶底部,塞上瓶塞(如圖1)。從膠頭滴管中滴入幾滴醋酸溶液,同時(shí)測(cè)量容器中的壓強(qiáng)變化。 (1)請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表(表中不要留空格): 編號(hào) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 碳粉/g 鐵粉/g 醋酸/% ① 為以下實(shí)驗(yàn)作參照 0.5 2.0 90.0 ② 醋酸濃度的影響 0.5 36.0 ③ 0.2 2.0 90.0 (2)編號(hào)①實(shí)驗(yàn)測(cè)得容器中壓強(qiáng)隨時(shí)間變化如圖2。t2時(shí),容器中壓強(qiáng)明顯小于起始?jí)簭?qiáng),其原因是鐵發(fā)生了________腐蝕,請(qǐng)?jiān)趫D3中用箭頭標(biāo)出發(fā)生該腐蝕時(shí)電子流動(dòng)方向;此時(shí),碳粉表面發(fā)生了________(填“氧化”或“還原”)反應(yīng),其電極反應(yīng)式是________________。 (3)該小組對(duì)圖2中0~t1時(shí)壓強(qiáng)變大的原因提出了如下假設(shè),請(qǐng)你完成假設(shè)二: 假設(shè)一:發(fā)生析氫腐蝕產(chǎn)生了氣體; 假設(shè)二:________________________________________________________________________; …… (4)為驗(yàn)證假設(shè)一,某同學(xué)設(shè)計(jì)了檢驗(yàn)收集的氣體中是否含有H2的方案。請(qǐng)你再設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證假設(shè)一,寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)步驟和結(jié)論(不要求寫(xiě)具體操作過(guò)程): 答案 (1)②2.0?、厶挤酆康挠绊? (2)吸氧 還原 2H2O+O2+4e-===4OH-(或4H++O2+4e-===2H2O) (3)反應(yīng)放熱,溫度升高 (4)①藥品用量和操作同編號(hào)①實(shí)驗(yàn)(多孔橡皮塞增加進(jìn)、出導(dǎo)管); ②通入氬氣排凈瓶?jī)?nèi)空氣; ③滴入醋酸溶液,同時(shí)測(cè)量瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)變化(也可測(cè)溫度變化、檢驗(yàn)Fe2+等)。如果瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)增大,假設(shè)一成立。否則假設(shè)一不成立。(本題屬于開(kāi)放性試題,答案合理即可) 解析 (1)本題采用“控制變量法”進(jìn)行研究,即保持其他條件相同,只考慮其中一個(gè)因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。探究醋酸濃度對(duì)電化學(xué)腐蝕的影響時(shí),應(yīng)保證碳粉和鐵粉的質(zhì)量與參照實(shí)驗(yàn)相同,因此實(shí)驗(yàn)②中鐵粉為2.0g;對(duì)比實(shí)驗(yàn)①和③可知,鐵粉的質(zhì)量及醋酸的濃度相同,而碳粉的質(zhì)量不同,顯然探究的是碳粉的含量對(duì)鐵的電化學(xué)腐蝕的影響。 (2)當(dāng)鐵發(fā)生析氫腐蝕時(shí),由于生成H2,容器的壓強(qiáng)不斷增大,而發(fā)生吸氧腐蝕時(shí),由于消耗O2,容器的壓強(qiáng)不斷減小,t2時(shí)容器的壓強(qiáng)明顯小于起始?jí)簭?qiáng),說(shuō)明鐵發(fā)生了吸氧腐蝕,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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- 2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)知識(shí)梳理與訓(xùn)練 第6章 第3講 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)含解析 2019 2020 年高 化學(xué) 一輪 復(fù)習(xí) 知識(shí) 梳理 訓(xùn)練 金屬 電化學(xué) 腐蝕 防護(hù) 解析
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