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高考化学总复习专题九电化学完美课件PPT
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这是一份高考化学总复习专题九电化学完美课件PPT，共60页。PPT课件主要包含了考点32，考点33，考点34，透析真题，高手必备，萃取高招，对点精练，试做真题，2电解精炼铜，3电镀铜等内容，欢迎下载使用。
这一专题属于化学理论部分的重难点内容。初学这部分内容可能会感到内容庞杂、概念混乱, 一时难以掌握。复习该专题知识,要注意:(1)以锌铜原 电池、电解饱和食盐水为模板掌握电子流向、溶液中 离子移动方向、电极反应等知识;以锌铜原电池为基础,逐步学会分析新型电池的工作原理。(2)规范燃料电池电极反应式的书写,注意电解质溶液性质对电极反应的影响。(3)对于多池串并联的装置,要依据装置中是否有自发的氧化还原反应判断装置的类型、电极及电极反应等。(4)把握电解的规律,正确判断电极产物、溶液浓度和pH的变化。(5)计算时找准计算的依据,根据具体题目特点,灵活运用电子守恒、关系式、电极反应式、总反应式等进行有关计算。
1.(2017课标全国Ⅲ,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02 ml电子,负极材料减重0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
【答案】 D A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为:
ml电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02 ml,质量减少0.14 g,正确;C项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,错误。
2.(2016课标全国Ⅱ,11)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
【答案】 B Mg-AgCl海水电池中,Mg为活泼金属,作负极,发生反
,B项错误;原电池中,阴离子向负极移动,C项正确;Mg可与H2O缓慢反应,D项正确。
3.(2016课标全国Ⅲ,11)锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小D.放电时,电路中通过2 ml电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)
【答案】 C 充电时,阳离子移向阴极,A项错误;充电时的总反应为 2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,c(OH-)增大,B项错误;放电时每消耗1 ml O2转移4 ml电子,D项错误。
4.(2015课标全国Ⅰ,11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
【答案】 A C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率增大,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
5.(2014课标全国Ⅱ,12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
【答案】 C 根据题给装置图判断,Li金属电极(b电极)为原电池的负极,电极反应式为Li-e- Li+,则a为电池的正极,A项正确;电池放电时锂失电子化合价升高,锰得电子化合价降低,则充电时的锂、锰化合价变化与放电时相反,B项正确;放电时a极反应中是锰的化合价发生变化,C项错误;带正电荷的阳离子移向电源的正极,D项正确。
6.(2013课标全国Ⅰ,10)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是( )A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
(2015课标全国Ⅱ,26)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:溶解度/(g/100 g水)
回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 C·ml-1) (3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为 ,其原理是 。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀硫酸和H2O2溶解,铁变为 ,加碱调节至pH为 时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为 时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 ml·L-1)。若上述过程不加H2O2,后果是 ,原因是 。
【解析】 (1)MnO2在正极发生还原反应,且H+参与正极反应生成
(3)ZnCl2和NH4Cl的溶解度相差较大,可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离回收。过滤得到的滤渣主要是MnO2、碳粉和MnOOH,要从中得到较纯的MnO2,可在空气中对滤渣进行加热,加热时碳粉转化为CO2,且MnOOH能在空气中被氧化为MnO2。
(4)Fe在酸性条件下被H2O2氧化为Fe3+。根据Fe(OH)3的Ksp和刚好完全沉淀时c(Fe3+)=1×10-5 ml·L-1,有1×10-5×c3(OH-)=10-39,可求得c(OH-)约为1×10-11.3 ml·L-1,则溶液中c(H+)=1×10-2.7 ml·L-1,溶液的pH为2.7。同理,根据Zn(OH)2的Ksp和Zn2+开始沉淀时c(Zn2+)=0.1 ml·L-1,有0.1×c2(OH-)=10-17,可求得c(OH-)=1×10-8 ml·L-1,对应溶液pH=6。若除铁时不加入H2O2,得到的溶液中同时含有Zn2+和Fe2+,由于Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp相近,很难分离Zn2+和Fe2+。
(2)0.05(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热 碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
1.原电池的工作原理及其应用(1)原电池:把化学能转化为电能的装置。(2)原电池构成条件:①有两个活动性不同的电极(一般为金属或石墨)。②将电极插入电解质溶液中。③两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。④能自发发生氧化还原反应。
(3)工作原理:(以锌铜原电池为例)
2.化学电源的种类及工作原理(1)一次电池
(2)二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为:
(3)燃料电池①总反应式的书写:燃料电池的总反应方程式,一般与燃料燃烧的方程式基本相同,只是反应条件不再是点燃,有时燃料燃烧的产物能与电解质溶液反应,要一并考虑,写出总反应的化学方程式或离子方程式。②正极反应式的书写:正极反应的本质都是O2得电子,电解质溶液酸碱性不同,电极反应式不同。
③负极反应式的书写:在电子守恒的基础上,用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。【疑难辨析】 (1)原电池中离子移动方向可简记为“负(阴离子)→负(极)、正(阳离子)→正(极)”。(2)两个半电池构成的原电池中,盐桥的作用是使两个烧杯中的溶液形成一个导电通路。使溶液保持电中性,提高电池工作效率。
典例导引1(2017贵州贵阳模拟)锂-二硫化亚铁电池是一种高容量电池,用途广泛,该电池放电时的总反应为4Li+FeS2 Fe+2Li2S。下列说法正确的是( )A.放电时,Li作电源负极,负极反应为Li-e- Li+B.放电时,正极发生氧化反应C.硫酸、羧酸及醇类物质都可以用作该锂电池的电解质D.充电时,阳极只有Fe参与放电【解析】 放电时负极发生氧化反应,电极反应式为Li-e- Li+,A正确;放电时正极发生还原反应,B错误;加入硫酸、羧酸时,Li和硫酸、羧酸反应,所以不能用硫酸、羧酸作该锂电池的电解质,C错误;充电时,阳极发生氧化反应,而反应中S2-和Fe的化合价都升高,所以S2-和Fe都参与放电,D错误。【答案】 A
典例导引2(2017辽宁沈阳期末)锂-空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )A.放电时Li+由B极向A极移动
D.电解液a可以为LiCl溶液
【解析】 A项,在原电池中,A是负极,B是正极,阳离子由A极向B极移动,A错误;B项,原电池放电反应为自发氧化还原反应,即4Li+O2+2H2O 4LiOH,B正确;C项,正极上是氧气得电子的还原反应,由于从电解液b中可回收LiOH,故电解液b不能是酸性溶液,C错误;D项,金属锂可以和水发生反应,电解液a中不能含有水,D错误。【答案】 B
高招2书写原电池电极反应式的技巧
不同介质中电极反应式的书写方法(1)中性溶液反应物中若是H+得电子或OH-失电子,H+和OH-均来自于水的电离,生成物中可以有H+或OH-;水溶液中不能出现O2-。(2)酸性溶液时,电极反应式中不出现OH-。(3)碱性溶液时,电极反应式中不出现H+。
1.(2017江苏扬州模拟)被称之为“软电池”的纸质电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH。下列说法正确的是( )A.该电池中Zn作负极,发生还原反应B.该电池反应中MnO2起催化作用C.该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2D.该电池正极反应式为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-【答案】 D 该原电池中,锌失电子作负极,发生氧化反应,A项错误;该原电池中,锰元素的化合价由+4价变为+3价,所以二氧化锰为正极反应物,发生还原反应,B项错误;电子从负极Zn沿导线流向MnO2,电流方向与之相反,C项错误;正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-,D项正确。
2.(2017吉林实验中学期末)由于具有超低耗电量、寿命长的特点,LED产品越来越受人欢迎,下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是( )A.电池负极电极反应式为H2-2e-+2OH- 2H2OB.a处通入氧气,b处通入氢气C.该装置中能量转化只涉及两种形式的能量D.P型半导体连接的是电池负极
【答案】 A 根据LED中电子移动方向可判断N型半导体与电池负极相连。H2在负极反应,由于电解质为KOH,故负极电极反应式为H2-2e-+2OH- 2H2O,A正确;a处为负极,应该通入氢气,b处通入氧气,B错误;该装置主要涉及化学能、电能、光能三种形式的能量转化,C错误;P型半导体与电池正极相连,D错误。
3.(2017河南周口模拟)高铁酸钾是高能电极材料,锌-高铁酸钾碱性电池类似锌锰电池。电池总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A.放电时,电子由b极经KOH溶液流向a极
D.充电时,当电路中有3 ml电子通过时,溶液中OH-的物质的量的变化量为3 ml
【答案】 B A项,放电时,锌极为负极,电子由负极经外电路流向正极,不经过电解质溶液,错误;B项,放电时a极为正极,K2FeO4得电子
耗5 ml OH-,阴极生成3 ml OH-,溶液中OH-的物质的量的变化量为2 ml,错误。
4.(2017河南安阳二模)镁燃料电池作为一种高能化学电源,具有比能量高、使用安全方便、成本低、燃料易于贮运、污染小等特点,拥有良好的应用前景。如图是一种镁燃料电池反应原理示意图,该装置为圆筒状,其中心为镁柱,圆筒为可透气的导电材料。下列有关该镁燃料电池的叙述正确的是 ( )
B.反应生成O2-,该离子由正极移向负极C.Cl-在阳极失去电子生成Cl2
应中没有O2-产生,B项错误;Mg作负极,则镁失去电子,Cl-无变化,C项错误。
电解原理及应用1.(2017课标全国Ⅱ,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
【答案】 C A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e- H2↑,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即 向阳极移动,D项正确。
2.(2016课标全国Ⅰ,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品D.当电路中通过1 ml电子的电量时,会有0.5 ml的O2生成
O2↑+4H+,故正极区溶液pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH, 移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区(阴极)电极反应可知C选项错误;每通过1 ml 电子,有0.25 ml O2生成,D选项错误。
B.电解过程中溶液pH不会变化C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成D.电路中每转移12 ml电子,最多有1 ml 被还原
4.(2015福建,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示,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B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移C.每生成1 ml O2,有44 g CO2被还原
【答案】 B 由装置图中物质变化及变化的条件可知,该装置是将光能和电能转化为化学能的装置,A项错误;工作中阳离子(H+)移向
5.(1)(2014课标全国Ⅰ,27节选)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 。
(2)(2014课标全国Ⅱ,27节选)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 ;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为 ,阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 ,这样做的主要缺点是 。
【解析】 (1)①阳极是水电离出的OH-放电,电极反应式为2H2O-4e-
(2)依据题给信息可知,PbO与次氯酸钠反应可生成PbO2,由于铅元素的化合价升高,故氯元素的化合价降低生成Cl-;阳极发生氧化反应,即Pb2+失去电子被氧化生成PbO2;阴极发生还原反应,即氧化性强的Cu2+得到电子生成铜;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极反应则是Pb2+得电子变为Pb,这样就不能有效利用Pb2+。
1.电解原理(1)电解池:电解池是把电能转化为化学能的装置。(2)电解池的构成条件:①有外接直流电源;②有与电解质溶液(或熔融电解质)相连的两个电极;③形成闭合回路。(3)电解池中电子和离子的移动:①电子:从电源负极流向电解池阴极;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。
(4)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例):
2.用惰性电极电解电解质溶液的类型和规律
3.电解原理的应用(1)电解饱和食盐水
【疑难辨析】 (1)电解冶炼镁、铝通常电解熔融MgCl2和Al2O3,不用电解MgO和AlCl3的方法。MgO熔点很高,使其熔化消耗能量大,故一般不用电解熔融的MgO来冶炼Mg;而AlCl3为共价化合物,无水AlCl3熔融状态下不电离,无法实施电解。(2)电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变;电解精炼铜时,粗铜中的Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属在阳极失去电子,阴极上只有Cu2+得电子,所以溶液中Cu2+的浓度会降低。(3)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属(Ag、Au等)的原料。(4)阳离子交换膜(以工业电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过。
典例导引(2017广东湛江一中等“四校”联考)某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述中正确的是( )A.若a和b为石墨,通电后a电极上发生的反应为2Cl--2e- Cl2↑B.若a和b为石墨,通电后b电极上发生氧化反应C.若a为铜,b为铁,通电后a电极质量增加D.若a为铜,b为铁,通电后Cl-向铁电极移动
【解析】 若a和b为石墨,通电后a电极是阳极,该极上发生的反应为2Cl--2e- Cl2↑,A正确;在电解池的阴极(b极)上阳离子得电子发生还原反应,B错误;电解池的阳极是活性电极铜时,该极上电极本身发生失电子的氧化反应,电极质量减轻,C错误;电解池电解质溶液中的阴离子(Cl-)移向阳极(Cu),D错误。【答案】 A
高招解答电解综合题的思维模板1.分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极,确定阳极材料是惰性电极还是活性电极。(2)再分析电解质溶液的组成,找全离子,并分成阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。(3)然后考虑阴极、阳极离子的放电顺序。阴极上阳离子的放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>
阳极上阴离子的放电顺序:活性电极>S2->I->Br->Cl->OH-。
(4)确定电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要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。
书写电解反应方程式的3个易失分点(1)书写电解池中电极反应式时,要注意电解质溶液中的某些成分是否参与反应,若参与反应要一并考虑,且书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成化学式。(2)要确保两极得失电子数目相等,总反应方程式要注明条件“通电”。(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
2.电解的计算类型与方法
1.(2017山西长治模拟)某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该溶液,根据电极产物的不同,可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )A.阴极只析出H2B.阳极先析出Cl2,后析出O2C.电解最后阶段为电解水D.溶液pH不断增大,最后为7
【答案】 D 可以将溶质看成3 ml NaCl和1 ml H2SO4,再转化一下思想,可以看成2 ml HCl、1 ml Na2SO4、1 ml NaCl,由于1 ml Na2SO4自始至终无法放电,且其溶液pH=7,暂时可以忽略,则电解过程可看成先电解HCl溶液,再电解NaCl溶液,最后电解水,即第一阶
大于7。阴极自始至终是氢离子放电,A正确;阳极氯离子先于氢氧根离子放电,先析出Cl2,后析出O2,B正确;电解最后阶段为电解水,C正确;溶液pH不断增大,最后生成的NaOH导致溶液pH大于7,D错误,故选D。
2.下图为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔盐,阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( )
C.通电后,O2-、Cl-均向阴极移动D.石墨电极的质量不发生变化
【答案】 B 阴离子O2-、Cl-向阳极移动,由图示可知阳极生成O2、CO、CO2,所以电极反应为2O2--4e- O2↑,O2与石墨反应生成CO、CO2,A、C、D错误,只有B正确。
3.(2017安徽黄山二模)某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽内盛放含铬废水,工作原理如下图所示,下列说法不正确的是( )A.A接电源正极B.B极区附近溶液pH降低
C.A极区溶液中发生的氧化还原反应为
【答案】 B 由于B极上发生还原反应产生氢气,则B极为阴极,A
金属的腐蚀与防护方法1.(2017课标全国Ⅰ,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】 C 外加电流的阴极保护法,使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e- O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;在外加电流的阴极保护法中,应依据环境条件变化调整电流大小。
2.(经典考题)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。(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自然氧化膜,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,最好向槽液中加入下列试剂中的 。 a.NH3 b.CO2 c.NaOH d.HNO3②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 。
(3)利用下图装置,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应置于 处。 若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为 。
(2)补充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+的浓度恒定(3)N 牺牲阳极的阴极保护法(或牺牲阳极保护法)
【解析】 (1)①Al能与NaOH溶液反应生成H2,Al2O3与NaOH溶液反应时不能生成H2,则根据气泡冒出的现象断定Al与NaOH溶液发生
Al(OH)3能溶于强酸,所以选择CO2;②Al在阳极失电子生成氧化膜(Al2O3),Al2O3中的氧是由水提供的,溶液显酸性,所以有H+生成;废
性,与Al3+的水解互相促进。(2)电镀时铜作阳极,失去电子生成Cu2+,阴极Cu2+得电子生成Cu。(3)碳棒的活泼性小于铁的,则需用电解池的原理,利用铁作阴极与电源负极相连从而保护铁不受腐蚀;Zn的活泼性大于铁的,则二者形成原电池时,Zn作负极从而保护铁不受腐蚀。
1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
(2)其他:改变金属内部结构和金属表面外加保护层。
典例导引(2016河北衡水模拟)如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( )
A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥
【解析】 ①中发生的是Fe为负极、杂质碳为正极的电化学腐蚀,是铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢;其电极反应式:负极2Fe-4e- 2Fe2+,正极2H2O+O2+4e- 4OH-。②③④均为原电池,③中Fe为正极,被保护;②④中Fe为负极,均被腐蚀,但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,电流的作用加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,阻止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。【答案】 C
高招判断金属腐蚀快慢的六个规律(1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>采取原电池原理保护措施的腐蚀>采取电解原理保护措施的腐蚀。(2)同一种金属在同浓度的不同介质中,腐蚀由快到慢的顺序:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)对于活动性不同的两种金属形成的合金,活动性差别越大,原电池反应速率越大,活泼金属腐蚀越快(不锈钢除外)。(4)对于溶质相同的电解质溶液,电解质浓度越大,金属腐蚀越快(钝化除外)。(5)纯度越高的金属,腐蚀的速率越慢。(6)不纯的金属或合金,在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
1.(2017山东青岛模拟)下列说法中,不正确的是( )
【答案】 C 当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时,铁在负极放电,氧气在正极上放电,发生的是钢铁的吸氧腐蚀,A正确;当钢铁表面的水膜酸性较强时,铁在负极放电,水膜中的氢离子在正极放电生成氢气,发生的是析氢腐蚀,B正确;在原电池中,正极被保护,当将锌板换成铜板后,铜作正极被保护,钢闸门作负极被腐蚀,起不到对钢闸门的保护作用,C错误;在电解池中,阴极被保护,故要保护钢闸门,就要将钢闸门与电池负极相连接作电解池的阴极,D正确。
2.(2017宁夏银川模拟)铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如下所示。下列说法不正确的是( )A.因铁的金属活动性比铜的强,所以铁铆钉被氧化而腐蚀B.若水膜中溶解了SO2,则铁铆钉腐蚀的速率变小D.在金属表面涂一层油脂,能防止铁铆钉被腐蚀
【答案】 B A项,Fe的活动性比Cu的强,Fe作负极失电子被氧化而腐蚀,A正确;B项,若水膜中溶解了SO2,水膜的酸性会增强,则铁铆钉腐蚀的速率变大,B错误;C项,根据图片可知左侧Cu上发生吸
使金属与外部环境隔离,不能构成原电池,所以能防止铁铆钉被腐蚀,D正确。
3.(2017山东济宁模拟)下列关于各装置图的叙述中,不正确的是( )
A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连D.装置④中的铁钉几乎不被腐蚀【答案】 B 精炼铜时,粗铜作阳极,由电流方向知a极为阳极,A正确;装置②为原电池,Fe作负极,铜为正极,总反应是Fe+2Fe3+ 3Fe2+,B错误;在电解池中,铁被保护,则应与外接电源的负极相连,C正确;装置④中,由于浓硫酸的吸水性,使铜丝和铁钉连接处空气非常干燥,缺少了构成原电池的一个条件——电解质溶液,故铁钉几乎不被腐蚀,D正确。
这一专题属于化学理论部分的重难点内容。初学这部分内容可能会感到内容庞杂、概念混乱, 一时难以掌握。复习该专题知识,要注意:(1)以锌铜原 电池、电解饱和食盐水为模板掌握电子流向、溶液中 离子移动方向、电极反应等知识;以锌铜原电池为基础,逐步学会分析新型电池的工作原理。(2)规范燃料电池电极反应式的书写,注意电解质溶液性质对电极反应的影响。(3)对于多池串并联的装置,要依据装置中是否有自发的氧化还原反应判断装置的类型、电极及电极反应等。(4)把握电解的规律,正确判断电极产物、溶液浓度和pH的变化。(5)计算时找准计算的依据,根据具体题目特点,灵活运用电子守恒、关系式、电极反应式、总反应式等进行有关计算。
1.(2017课标全国Ⅲ,11)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02 ml电子,负极材料减重0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
【答案】 D A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为:
ml电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02 ml,质量减少0.14 g,正确;C项,石墨烯能导电,利用石墨烯作电极,可提高电极a的导电性,正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,错误。
2.(2016课标全国Ⅱ,11)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是( )
【答案】 B Mg-AgCl海水电池中,Mg为活泼金属,作负极,发生反
,B项错误;原电池中,阴离子向负极移动,C项正确;Mg可与H2O缓慢反应,D项正确。
3.(2016课标全国Ⅲ,11)锌-空气燃料电池可用作电动车动力电源,电池的电解质溶液为KOH溶液,反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O
A.充电时,电解质溶液中K+向阳极移动B.充电时,电解质溶液中c(OH-)逐渐减小D.放电时,电路中通过2 ml电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)
【答案】 C 充电时,阳离子移向阴极,A项错误;充电时的总反应为 2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,c(OH-)增大,B项错误;放电时每消耗1 ml O2转移4 ml电子,D项错误。
4.(2015课标全国Ⅰ,11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是( )A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
【答案】 A C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率增大,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
5.(2014课标全国Ⅱ,12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
【答案】 C 根据题给装置图判断,Li金属电极(b电极)为原电池的负极,电极反应式为Li-e- Li+,则a为电池的正极,A项正确;电池放电时锂失电子化合价升高,锰得电子化合价降低,则充电时的锂、锰化合价变化与放电时相反,B项正确;放电时a极反应中是锰的化合价发生变化,C项错误;带正电荷的阳离子移向电源的正极,D项正确。
6.(2013课标全国Ⅰ,10)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间后发现黑色会褪去。下列说法正确的是( )A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
(2015课标全国Ⅱ,26)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:溶解度/(g/100 g水)
回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 C·ml-1) (3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲从中得到较纯的MnO2,最简便的方法为 ,其原理是 。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀硫酸和H2O2溶解,铁变为 ,加碱调节至pH为 时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于1×10-5 ml·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为 时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 ml·L-1)。若上述过程不加H2O2,后果是 ,原因是 。
【解析】 (1)MnO2在正极发生还原反应,且H+参与正极反应生成
(3)ZnCl2和NH4Cl的溶解度相差较大,可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离回收。过滤得到的滤渣主要是MnO2、碳粉和MnOOH,要从中得到较纯的MnO2,可在空气中对滤渣进行加热,加热时碳粉转化为CO2,且MnOOH能在空气中被氧化为MnO2。
(4)Fe在酸性条件下被H2O2氧化为Fe3+。根据Fe(OH)3的Ksp和刚好完全沉淀时c(Fe3+)=1×10-5 ml·L-1,有1×10-5×c3(OH-)=10-39,可求得c(OH-)约为1×10-11.3 ml·L-1,则溶液中c(H+)=1×10-2.7 ml·L-1,溶液的pH为2.7。同理,根据Zn(OH)2的Ksp和Zn2+开始沉淀时c(Zn2+)=0.1 ml·L-1,有0.1×c2(OH-)=10-17,可求得c(OH-)=1×10-8 ml·L-1,对应溶液pH=6。若除铁时不加入H2O2,得到的溶液中同时含有Zn2+和Fe2+,由于Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp相近,很难分离Zn2+和Fe2+。
(2)0.05(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热 碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近
1.原电池的工作原理及其应用(1)原电池:把化学能转化为电能的装置。(2)原电池构成条件:①有两个活动性不同的电极(一般为金属或石墨)。②将电极插入电解质溶液中。③两电极间构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。④能自发发生氧化还原反应。
(3)工作原理:(以锌铜原电池为例)
2.化学电源的种类及工作原理(1)一次电池
(2)二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池,总反应为:
(3)燃料电池①总反应式的书写:燃料电池的总反应方程式,一般与燃料燃烧的方程式基本相同,只是反应条件不再是点燃,有时燃料燃烧的产物能与电解质溶液反应,要一并考虑,写出总反应的化学方程式或离子方程式。②正极反应式的书写:正极反应的本质都是O2得电子,电解质溶液酸碱性不同,电极反应式不同。
③负极反应式的书写:在电子守恒的基础上,用总反应式减去正极反应式即得负极反应式。【疑难辨析】 (1)原电池中离子移动方向可简记为“负(阴离子)→负(极)、正(阳离子)→正(极)”。(2)两个半电池构成的原电池中,盐桥的作用是使两个烧杯中的溶液形成一个导电通路。使溶液保持电中性,提高电池工作效率。
典例导引1(2017贵州贵阳模拟)锂-二硫化亚铁电池是一种高容量电池,用途广泛,该电池放电时的总反应为4Li+FeS2 Fe+2Li2S。下列说法正确的是( )A.放电时,Li作电源负极,负极反应为Li-e- Li+B.放电时,正极发生氧化反应C.硫酸、羧酸及醇类物质都可以用作该锂电池的电解质D.充电时,阳极只有Fe参与放电【解析】 放电时负极发生氧化反应,电极反应式为Li-e- Li+,A正确;放电时正极发生还原反应,B错误;加入硫酸、羧酸时,Li和硫酸、羧酸反应,所以不能用硫酸、羧酸作该锂电池的电解质,C错误;充电时,阳极发生氧化反应,而反应中S2-和Fe的化合价都升高,所以S2-和Fe都参与放电,D错误。【答案】 A
典例导引2(2017辽宁沈阳期末)锂-空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )A.放电时Li+由B极向A极移动
D.电解液a可以为LiCl溶液
【解析】 A项,在原电池中,A是负极,B是正极,阳离子由A极向B极移动,A错误;B项,原电池放电反应为自发氧化还原反应,即4Li+O2+2H2O 4LiOH,B正确;C项,正极上是氧气得电子的还原反应,由于从电解液b中可回收LiOH,故电解液b不能是酸性溶液,C错误;D项,金属锂可以和水发生反应,电解液a中不能含有水,D错误。【答案】 B
高招2书写原电池电极反应式的技巧
不同介质中电极反应式的书写方法(1)中性溶液反应物中若是H+得电子或OH-失电子,H+和OH-均来自于水的电离,生成物中可以有H+或OH-;水溶液中不能出现O2-。(2)酸性溶液时,电极反应式中不出现OH-。(3)碱性溶液时,电极反应式中不出现H+。
1.(2017江苏扬州模拟)被称之为“软电池”的纸质电池总反应为Zn+2MnO2+H2O ZnO+2MnOOH。下列说法正确的是( )A.该电池中Zn作负极,发生还原反应B.该电池反应中MnO2起催化作用C.该电池工作时电流由Zn经导线流向MnO2D.该电池正极反应式为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-【答案】 D 该原电池中,锌失电子作负极,发生氧化反应,A项错误;该原电池中,锰元素的化合价由+4价变为+3价,所以二氧化锰为正极反应物,发生还原反应,B项错误;电子从负极Zn沿导线流向MnO2,电流方向与之相反,C项错误;正极上二氧化锰得电子发生还原反应,电极反应式为MnO2+e-+H2O MnOOH+OH-,D项正确。
2.(2017吉林实验中学期末)由于具有超低耗电量、寿命长的特点,LED产品越来越受人欢迎,下图是氢氧燃料电池驱动LED发光的装置。下列有关叙述正确的是( )A.电池负极电极反应式为H2-2e-+2OH- 2H2OB.a处通入氧气,b处通入氢气C.该装置中能量转化只涉及两种形式的能量D.P型半导体连接的是电池负极
【答案】 A 根据LED中电子移动方向可判断N型半导体与电池负极相连。H2在负极反应,由于电解质为KOH,故负极电极反应式为H2-2e-+2OH- 2H2O,A正确;a处为负极,应该通入氢气,b处通入氧气,B错误;该装置主要涉及化学能、电能、光能三种形式的能量转化,C错误;P型半导体与电池正极相连,D错误。
3.(2017河南周口模拟)高铁酸钾是高能电极材料,锌-高铁酸钾碱性电池类似锌锰电池。电池总反应式为3Zn+2K2FeO4+8H2O 3Zn(OH)2+2Fe(OH)3+4KOH,工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A.放电时,电子由b极经KOH溶液流向a极
D.充电时,当电路中有3 ml电子通过时,溶液中OH-的物质的量的变化量为3 ml
【答案】 B A项,放电时,锌极为负极,电子由负极经外电路流向正极,不经过电解质溶液,错误;B项,放电时a极为正极,K2FeO4得电子
耗5 ml OH-,阴极生成3 ml OH-,溶液中OH-的物质的量的变化量为2 ml,错误。
4.(2017河南安阳二模)镁燃料电池作为一种高能化学电源,具有比能量高、使用安全方便、成本低、燃料易于贮运、污染小等特点,拥有良好的应用前景。如图是一种镁燃料电池反应原理示意图,该装置为圆筒状,其中心为镁柱,圆筒为可透气的导电材料。下列有关该镁燃料电池的叙述正确的是 ( )
B.反应生成O2-,该离子由正极移向负极C.Cl-在阳极失去电子生成Cl2
应中没有O2-产生,B项错误;Mg作负极,则镁失去电子,Cl-无变化,C项错误。
电解原理及应用1.(2017课标全国Ⅱ,11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
【答案】 C A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e- H2↑,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即 向阳极移动,D项正确。
2.(2016课标全国Ⅰ,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品D.当电路中通过1 ml电子的电量时,会有0.5 ml的O2生成
O2↑+4H+,故正极区溶液pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH, 移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区(阴极)电极反应可知C选项错误;每通过1 ml 电子,有0.25 ml O2生成,D选项错误。
B.电解过程中溶液pH不会变化C.过程中有Fe(OH)3沉淀生成D.电路中每转移12 ml电子,最多有1 ml 被还原
4.(2015福建,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示,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B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移C.每生成1 ml O2,有44 g CO2被还原
【答案】 B 由装置图中物质变化及变化的条件可知,该装置是将光能和电能转化为化学能的装置,A项错误;工作中阳离子(H+)移向
5.(1)(2014课标全国Ⅰ,27节选)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 。
(2)(2014课标全国Ⅱ,27节选)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 ;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为 ,阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 ,这样做的主要缺点是 。
【解析】 (1)①阳极是水电离出的OH-放电,电极反应式为2H2O-4e-
(2)依据题给信息可知,PbO与次氯酸钠反应可生成PbO2,由于铅元素的化合价升高,故氯元素的化合价降低生成Cl-;阳极发生氧化反应,即Pb2+失去电子被氧化生成PbO2;阴极发生还原反应,即氧化性强的Cu2+得到电子生成铜;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极反应则是Pb2+得电子变为Pb,这样就不能有效利用Pb2+。
1.电解原理(1)电解池:电解池是把电能转化为化学能的装置。(2)电解池的构成条件:①有外接直流电源;②有与电解质溶液(或熔融电解质)相连的两个电极;③形成闭合回路。(3)电解池中电子和离子的移动:①电子:从电源负极流向电解池阴极;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。
(4)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例):
2.用惰性电极电解电解质溶液的类型和规律
3.电解原理的应用(1)电解饱和食盐水
【疑难辨析】 (1)电解冶炼镁、铝通常电解熔融MgCl2和Al2O3,不用电解MgO和AlCl3的方法。MgO熔点很高,使其熔化消耗能量大,故一般不用电解熔融的MgO来冶炼Mg;而AlCl3为共价化合物,无水AlCl3熔融状态下不电离,无法实施电解。(2)电镀铜时,电解质溶液中的Cu2+浓度不变;电解精炼铜时,粗铜中的Zn、Fe、Ni等比Cu活泼的金属在阳极失去电子,阴极上只有Cu2+得电子,所以溶液中Cu2+的浓度会降低。(3)电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属(Ag、Au等)的原料。(4)阳离子交换膜(以工业电解NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过。
典例导引(2017广东湛江一中等“四校”联考)某小组为研究电化学原理,设计如图装置,下列叙述中正确的是( )A.若a和b为石墨,通电后a电极上发生的反应为2Cl--2e- Cl2↑B.若a和b为石墨,通电后b电极上发生氧化反应C.若a为铜,b为铁,通电后a电极质量增加D.若a为铜,b为铁,通电后Cl-向铁电极移动
【解析】 若a和b为石墨,通电后a电极是阳极,该极上发生的反应为2Cl--2e- Cl2↑,A正确;在电解池的阴极(b极)上阳离子得电子发生还原反应,B错误;电解池的阳极是活性电极铜时,该极上电极本身发生失电子的氧化反应,电极质量减轻,C错误;电解池电解质溶液中的阴离子(Cl-)移向阳极(Cu),D错误。【答案】 A
高招解答电解综合题的思维模板1.分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极,确定阳极材料是惰性电极还是活性电极。(2)再分析电解质溶液的组成,找全离子,并分成阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H+和OH-)。(3)然后考虑阴极、阳极离子的放电顺序。阴极上阳离子的放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>
阳极上阴离子的放电顺序:活性电极>S2->I->Br->Cl->OH-。
(4)确定电极反应,判断电极产物,写出电极反应式,要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。
书写电解反应方程式的3个易失分点(1)书写电解池中电极反应式时,要注意电解质溶液中的某些成分是否参与反应,若参与反应要一并考虑,且书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成化学式。(2)要确保两极得失电子数目相等,总反应方程式要注明条件“通电”。(3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。
2.电解的计算类型与方法
1.(2017山西长治模拟)某溶液中含有两种溶质NaCl和H2SO4,物质的量之比为3∶1。用石墨作电极电解该溶液,根据电极产物的不同,可明显分为三个阶段。下列叙述不正确的是( )A.阴极只析出H2B.阳极先析出Cl2,后析出O2C.电解最后阶段为电解水D.溶液pH不断增大,最后为7
【答案】 D 可以将溶质看成3 ml NaCl和1 ml H2SO4,再转化一下思想,可以看成2 ml HCl、1 ml Na2SO4、1 ml NaCl,由于1 ml Na2SO4自始至终无法放电,且其溶液pH=7,暂时可以忽略,则电解过程可看成先电解HCl溶液,再电解NaCl溶液,最后电解水,即第一阶
大于7。阴极自始至终是氢离子放电,A正确;阳极氯离子先于氢氧根离子放电,先析出Cl2,后析出O2,B正确;电解最后阶段为电解水,C正确;溶液pH不断增大,最后生成的NaOH导致溶液pH大于7,D错误,故选D。
2.下图为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图,其原理是在较低的阴极电位下,TiO2(阴极)中的氧解离进入熔盐,阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( )
C.通电后,O2-、Cl-均向阴极移动D.石墨电极的质量不发生变化
【答案】 B 阴离子O2-、Cl-向阳极移动,由图示可知阳极生成O2、CO、CO2,所以电极反应为2O2--4e- O2↑,O2与石墨反应生成CO、CO2,A、C、D错误,只有B正确。
3.(2017安徽黄山二模)某工厂采用电解法处理含铬废水,耐酸电解槽用铁板作阴、阳极,槽内盛放含铬废水,工作原理如下图所示,下列说法不正确的是( )A.A接电源正极B.B极区附近溶液pH降低
C.A极区溶液中发生的氧化还原反应为
【答案】 B 由于B极上发生还原反应产生氢气,则B极为阴极,A
金属的腐蚀与防护方法1.(2017课标全国Ⅰ,11)支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】 C 外加电流的阴极保护法,使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e- O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;在外加电流的阴极保护法中,应依据环境条件变化调整电流大小。
2.(经典考题)对金属制品进行抗腐蚀处理,可延长其使用寿命。(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自然氧化膜,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,最好向槽液中加入下列试剂中的 。 a.NH3 b.CO2 c.NaOH d.HNO3②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 。
(3)利用下图装置,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应置于 处。 若X为锌,开关K置于M处,该电化学防护法称为 。
(2)补充溶液中消耗的Cu2+,保持溶液中Cu2+的浓度恒定(3)N 牺牲阳极的阴极保护法(或牺牲阳极保护法)
【解析】 (1)①Al能与NaOH溶液反应生成H2,Al2O3与NaOH溶液反应时不能生成H2,则根据气泡冒出的现象断定Al与NaOH溶液发生
Al(OH)3能溶于强酸,所以选择CO2;②Al在阳极失电子生成氧化膜(Al2O3),Al2O3中的氧是由水提供的,溶液显酸性,所以有H+生成;废
性,与Al3+的水解互相促进。(2)电镀时铜作阳极,失去电子生成Cu2+,阴极Cu2+得电子生成Cu。(3)碳棒的活泼性小于铁的,则需用电解池的原理,利用铁作阴极与电源负极相连从而保护铁不受腐蚀;Zn的活泼性大于铁的,则二者形成原电池时,Zn作负极从而保护铁不受腐蚀。
1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
(2)其他:改变金属内部结构和金属表面外加保护层。
典例导引(2016河北衡水模拟)如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( )
A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥
【解析】 ①中发生的是Fe为负极、杂质碳为正极的电化学腐蚀,是铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢;其电极反应式:负极2Fe-4e- 2Fe2+,正极2H2O+O2+4e- 4OH-。②③④均为原电池,③中Fe为正极,被保护;②④中Fe为负极,均被腐蚀,但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,电流的作用加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,阻止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。【答案】 C
高招判断金属腐蚀快慢的六个规律(1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>采取原电池原理保护措施的腐蚀>采取电解原理保护措施的腐蚀。(2)同一种金属在同浓度的不同介质中,腐蚀由快到慢的顺序:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(3)对于活动性不同的两种金属形成的合金,活动性差别越大,原电池反应速率越大,活泼金属腐蚀越快(不锈钢除外)。(4)对于溶质相同的电解质溶液,电解质浓度越大,金属腐蚀越快(钝化除外)。(5)纯度越高的金属,腐蚀的速率越慢。(6)不纯的金属或合金,在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
1.(2017山东青岛模拟)下列说法中,不正确的是( )
【答案】 C 当钢铁表面的水膜酸性很弱或显中性时,铁在负极放电,氧气在正极上放电,发生的是钢铁的吸氧腐蚀,A正确;当钢铁表面的水膜酸性较强时,铁在负极放电,水膜中的氢离子在正极放电生成氢气,发生的是析氢腐蚀,B正确;在原电池中,正极被保护,当将锌板换成铜板后,铜作正极被保护,钢闸门作负极被腐蚀,起不到对钢闸门的保护作用,C错误;在电解池中,阴极被保护,故要保护钢闸门,就要将钢闸门与电池负极相连接作电解池的阴极,D正确。
2.(2017宁夏银川模拟)铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中,形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀,示意图如下所示。下列说法不正确的是( )A.因铁的金属活动性比铜的强,所以铁铆钉被氧化而腐蚀B.若水膜中溶解了SO2,则铁铆钉腐蚀的速率变小D.在金属表面涂一层油脂,能防止铁铆钉被腐蚀
【答案】 B A项,Fe的活动性比Cu的强,Fe作负极失电子被氧化而腐蚀,A正确;B项,若水膜中溶解了SO2,水膜的酸性会增强,则铁铆钉腐蚀的速率变大,B错误;C项,根据图片可知左侧Cu上发生吸
使金属与外部环境隔离,不能构成原电池,所以能防止铁铆钉被腐蚀,D正确。
3.(2017山东济宁模拟)下列关于各装置图的叙述中,不正确的是( )
A.用装置①精炼铜,则a极为粗铜,电解质溶液为CuSO4溶液C.装置③中钢闸门应与外接电源的负极相连D.装置④中的铁钉几乎不被腐蚀【答案】 B 精炼铜时,粗铜作阳极,由电流方向知a极为阳极,A正确;装置②为原电池,Fe作负极,铜为正极,总反应是Fe+2Fe3+ 3Fe2+,B错误;在电解池中,铁被保护,则应与外接电源的负极相连,C正确;装置④中,由于浓硫酸的吸水性,使铜丝和铁钉连接处空气非常干燥,缺少了构成原电池的一个条件——电解质溶液,故铁钉几乎不被腐蚀,D正确。
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