2019高考化學(xué) 元素及其化合物 專題6.3 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)精講深剖.doc
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專題6.3 電解池 金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù) 1.(2018課標(biāo)Ⅰ)最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2+H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置,實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示,其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為: ①EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+ ②2EDTA-Fe3++H2S=2H++S+2EDTA-Fe2+ 該裝置工作時,下列敘述錯誤的是 A. 陰極的電極反應(yīng):CO2+2H++2e-=CO+H2O B. 協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng):CO2+H2S=CO+H2O+S C. 石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低 D. 若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需為酸性 【答案】C D正確。答案選C。 2.(2017課標(biāo)Ⅱ)用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜,電解質(zhì)溶液一般為H2SO4—H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是 A.待加工鋁質(zhì)工件為陽極 B.可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極 C.陰極的電極反應(yīng)式為:A3++3e-=Al D.硫酸根離子在電解過程中向陽極移動 【答案】C 3.(2017江蘇)鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3,含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下: 注:SiO2在“堿溶”時轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。 (1)“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_____________________。 (2)向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH_________ (填“增大”、“不變”或“減小”)。 (3)“電解Ⅰ”是電解熔融 Al2O3,電解過程中作陽極的石墨易消耗,原因是___________。 (4)“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液,原理如圖所示。 陽極的電極反應(yīng)式為_____________________,陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為____________。 (5)鋁粉在1000℃時可與N2反應(yīng)制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合,有利于AlN的制備,其主要原因是_____________________。 【答案】(1)Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O (2)減小 (3)石墨電極被陽極上產(chǎn)生的氧氣氧化 (4)4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑ H2 (5)氯化銨分解產(chǎn)生的氯化氫能夠破壞鋁表面的氧化鋁薄膜 考綱解讀 考點 內(nèi)容 說明 電解池 1. 理解電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用,能書寫電 極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。 2. 了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。 電解是高考必考點之一,常以選擇題的形式出現(xiàn) 考點精講 考點一 電解 使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。在此過程中,電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。 1. 電解池 ⑴ 電解池的構(gòu)成條件 ① 有與電源相連的兩個電極。 ② 兩個電極插入電解質(zhì)溶液(或熔融鹽)中。 ③ 形成閉合回路。 ⑵ 電極名稱及電極反應(yīng)式 以用惰性電極電解CuCl2溶液為例: 總反應(yīng)方程式:CuCl2Cu+Cl2↑。 ⑶ 電解池中電子和離子的移動 ① 電子:從電源負(fù)極流出后,流向電解池陰極;從電解池的陽極流向電源的正極。 ②離子:陽離子移向電解池的陰極,陰離子移向電解池的陽極。 2. 電解產(chǎn)物的判斷及有關(guān)反應(yīng)式的書寫 ⑴ 判斷電解池的陰、陽極 ① 根據(jù)外接電源的正、負(fù)極判斷:電源正極連接陽極;電源負(fù)極連接陰極。 ② 根據(jù)電極產(chǎn)物判斷:電極溶解、逸出O2(或電極區(qū)變酸性)或逸出Cl2的為陽極;析出金屬、逸出H2(或電極區(qū)變堿性)的為陰極。 ⑵ 分析電解質(zhì)水溶液的組成 找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H+和OH-)。 ⑶ 離子的放電順序 陰極:(陽離子在陰極上的放電順序(得e-)) Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+ >Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+ 陽極: ① 是活性電極時:電極本身溶解放電 ② 是惰性電極時:陰離子在陽極上的放電順序(失e-): S2->I->Br->Cl->OH->NO3->SO42-(等含氧酸根離子)>F- ⑷ 寫出兩極電極反應(yīng)式 ① 陽極:活性電極失去電子生成相應(yīng)的金屬陽離子;溶液中的陰離子失去電子生成相應(yīng)的單質(zhì)或高價態(tài)化合物。 ② 陰極:溶液中的陽離子得到電子生成相應(yīng)的單質(zhì)或低價態(tài)化合物。 ⑸ 寫出電解總反應(yīng)式 在兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相同的前提下,兩極反應(yīng)式相加即可得總反應(yīng)的化學(xué)方程式或離子方程式。 典例1(2018屆山西省晉城市高三上學(xué)期第一次模擬考試)某化學(xué)活動小組利用如圖裝置對電化學(xué)進(jìn)行探究,開始兩電極質(zhì)量相等,下列說法正確的是( ) A. 若X為銅片,左池發(fā)生吸氧腐蝕作原電池,X在右池的電極反應(yīng)式為Cu -2e-=Cu2+ B. 若X裝載的是足量飽和KCl溶液浸泡的瓊脂,當(dāng)外電路通過0.02mol電子時,兩電極的質(zhì)量差為0.64g C. 若X裝載的是足量飽和KC1洛液浸泡的瓊脂,則X中的K+ 移向左池 D. 若X為鋅片,左池為電池的負(fù)極區(qū) 【答案】A 典例2(2017課標(biāo)Ⅰ)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管柱,常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐,工作原理如圖所示,其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是 A.通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零 B.通電后外電路電子被強制從高硅鑄鐵流向鋼管樁 C.高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流 D.通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整 【答案】C 【總結(jié)提升】 用惰性電極電解電解質(zhì)溶液規(guī)律總結(jié) 1.電解水型 電解質(zhì)(水溶液) 電極反應(yīng)式 電解物質(zhì) 總反應(yīng)式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 含氧酸 (如H2SO4) (如KNO3、Na2SO4) 陽極: 4OH--4e-=O2↑+2H2O 陰極:4H++4e==2H2↑ 水 2H2O電解O2↑+2H2↑ 增大 減小 加H2O 強堿(如NaOH) 增大 加H2O 活潑金屬 的含氧酸鹽 不變 加H2O 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) 總反應(yīng)式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 無氧酸 (如HCl) 除HF外 陽極: 2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極: 2H++2e-===H2↑ 酸 2HClCl2↑+H2↑ 減小 增大 通入HCl氣體 不活潑金屬的無氧酸鹽 (如CuCl2) 除氟化物外 陽極: 2Cl--2e-===Cl2↑ 陰極: Cu2++2e-=Cu 鹽 CuCl2電解Cu+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) 總反應(yīng)式 電解質(zhì)濃度 溶液pH 溶液復(fù)原 活潑金 屬的無 氧酸鹽 (如NaCl) 陽極: 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) 總反應(yīng)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) 陽極: 4OH--4e-===O2↑+2H2O 陰極: 2Cu2++4 e-===2Cu 水和鹽 2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+ 生成新電解質(zhì) 減小 加CuO或CuCO3 考點一精練: 1.(2018屆湖北省武漢市高中畢業(yè)生四月調(diào)研測試)某鎳冶煉車間排放的漂洗廢水中含有一定濃度的Ni2+和Cl-,圖甲是雙膜三室電沉積法回收廢水中Ni2+的示意圖,圖乙描述的是實驗中陰極液pH與鎳回收率之間的關(guān)系。下列說法不正確的是 A. 交換膜b為陰離子交換膜 B. 陽極反應(yīng)式為2H2O-4e-=O2↑+4H+ C. 陰極液pH= 1時,鎳的回收率低主要是有較多H2生成 D. 濃縮室得到1L 0.5 mol/L鹽酸時,陰極回收得到11.8 g鎳 【答案】D 2.(2018屆黑龍江省大慶市高三第二次教學(xué)質(zhì)量檢測)如下圖所示裝置圖,下列敘述不正確的是 A. X 與濾紙接觸處的銅絲發(fā)生反應(yīng)Cu-2e-=Cu2+ B. 碳棒表面逐漸生成紅色物質(zhì) C. 若隔膜左側(cè)溶液中始終只有一種溶質(zhì),則A離子不能是Cu2+ D. 若濾紙與Y接觸處變紅,則B溶液可以是AgNO3溶液 【答案】D 【解析】根據(jù)圖示,左側(cè)為原電池,Zn為負(fù)極、C棒為正極;右側(cè)為電解池,X是陽極、Y是陰極;X是陽極,陽極反應(yīng)是Cu-2e-=Cu2+,故A正確;碳棒是原電池正極,電極反應(yīng)為Cu2++2e-=Cu,碳棒表面逐漸生成紅色物質(zhì)銅,故B正確;Zn為負(fù)極,電極反應(yīng)是Zn-2e-=Zn2+,若隔膜左側(cè)溶液中始終只有一種溶質(zhì),則A離子是Zn2+,故C正確;若B溶液是AgNO3溶液,Y電極反應(yīng)是Ag++e-=Ag,故D錯誤。 3.(2018屆百校聯(lián)盟TOP20四月聯(lián)考全國一卷)一種以可再生物質(zhì)資源為原料的微生物電化學(xué)裝置MEC 的工作原理如圖所示(電極均為情性電極),下列敘述正確的是( ) A. 電極b表面發(fā)生氧化反應(yīng) B. 電極a應(yīng)與電源的負(fù)極相連 C. MEC左右兩極室均為有氧環(huán)境 D. 利用MEC制氫氣,當(dāng)消耗1m ol葡萄糖時,理論上可產(chǎn)生12mol氫氣 【答案】D 4.(2018屆山東K12聯(lián)盟高三開年迎春考試)用Na[B(OH)4]溶液可以制備H3BO3,其工作原理如圖,下列敘述不正確的是( ) A. a極反應(yīng)式為:CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O B. M室發(fā)生的電極反應(yīng)式為:2H2O-4e-=O2↑+4H+ C. 理論上每生成1mol產(chǎn)品,可消耗標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6L甲烷氣體 D. b膜為陰離子交換膜,產(chǎn)品室發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)原理為強酸制弱酸 【答案】C 5.(2018屆天津市部分區(qū)高三質(zhì)量調(diào)查試卷一)工業(yè)上常用隔膜電解法將乙醛轉(zhuǎn)化為乙醇和乙酸來處理高濃度乙醛廢水。探究性學(xué)習(xí)小組用如圖所示裝置電解一定濃度的乙醛-Na2SO4溶液,模擬乙醛廢水的處理過程。下列說法正確的是 A. a 為直流電源的負(fù)極 B. 陽極的電極反應(yīng)為:CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+ C. 電解過程中,陰極區(qū)的pH逐漸減小 D. 理論上陽極區(qū)處理廢水的能力是陰極區(qū)的兩倍 【答案】B 【解析】根據(jù)氫離子向右移動,所以b是直流電源的負(fù)極,故A錯誤;陽極失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成乙酸,電極反應(yīng)為:CH3CHO-2e-+H2O=CH3COOH+2H+,故B正確;電解過程中,陰極反應(yīng)式是CH3CHO+2e-+2H+= CH3CH2OH,pH逐漸增大,故C錯誤;根據(jù)電極反應(yīng)式,轉(zhuǎn)移相同電子,消耗乙醛一樣多,所以陽極區(qū)處理廢水的能力與陰極區(qū)相同,故D錯誤。 7.(2018屆山東省天成大聯(lián)考高三理綜)重鉻酸鉀(K2Cr2O7)具有強氧化性,是一種重要的化工原料,廣泛應(yīng)用于制革、印染、電鍍等工業(yè)。以鉻酸鉀(K2CrO4)和氫氧化鉀為原料,用電化學(xué)法制備重鉻酸鉀的實驗裝置如圖所示。已知水溶液中存在平衡:2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O。下列說法中正確的是 A. 氣體甲和乙分別為O2和H2 B. 該裝置中陰極區(qū)的pH減小 C. Fe電極反應(yīng)式4OH--4e-=O2↑+2H2O D. 當(dāng)鉻酸鉀的轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%時,右池中= 【答案】D 8.(2018屆福建省廈門市雙十中學(xué)高三第八次能力考試)日前正在研發(fā)的兩種由電化學(xué)制取氨的裝置如圖1和圖2所示: 下列說法正確的是 A. 工作時,O2-向X 極移動,H+向Z極移動 B. 兩個電解池的電解總反應(yīng)方程式完全相同 C. 兩個電解池生成相同量NH3時,電路中流過電子的物質(zhì)的量相同 D. 隨著反應(yīng)的進(jìn)行,兩種電解池中電解質(zhì)不斷減少,需及時補充電解質(zhì) 【答案】C 9.(2018屆福建省永春一中、培元、季延、石光中學(xué)四校高三上學(xué)期第二次聯(lián)考)納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注,下表為制取Cu2O的兩種方法: 方法a 用炭粉在高溫條件下還原CuO 方法b 電解法,反應(yīng)為2Cu+H2OCu2O+H2↑ (1)工業(yè)上常用方法b制取Cu2O而很少用方法a,其原因是反應(yīng)條件不易控制,若控溫不當(dāng)易生成__而使Cu2O產(chǎn)率降低。 (2)已知: ①2Cu(s)+ O2(g)Cu2O(s) ΔH1=-169 kJmol-1 ②C(s)+ O2(g)CO(g) ΔH2=-110.5 kJmol-1 ③Cu(s)+O2(g)CuO(s) ΔH3=-157 kJmol-1 則方法a中發(fā)生的反應(yīng):2CuO(s)+C(s)= Cu2O(s)+CO(g);△H=________。 (3)方法b是用肼燃料電池為電源,通過離子交換膜電解法控制電解液中OH-的濃度來制備納米Cu2O,裝置如圖所示: ①上述裝置中B電極應(yīng)連_________電極(填“C”或“D”)。 ②該離子交換膜為____離子交換膜(填“陰”或“陽”),該電解池的陽極反應(yīng)式為_______。 ③原電池中負(fù)極反應(yīng)式為______________。 (4)在相同體積的恒容密閉容器中,用以上方法制得的兩種Cu2O分別進(jìn)行催化分解水的實驗:2H2O(g) 2H2(g)+O2(g) ΔH>0。水蒸氣的濃度隨時間t的變化如下表所示: 序號 溫度/℃c/molL-1t/min 0 10 20 30 40 50 ① T1 0.050 0.049 2 0.048 6 0.048 2 0.048 0 0.048 0 ② T1 0.050 0.048 8 0.048 4 0.048 0 0.048 0 0.048 0 ③ T2 0.10 0.096 0.093 0.090 0.090 0.090 ①催化劑的催化效率:實驗①_______實驗②(填“>”或“<”)。 ②實驗①、②、③的化學(xué)平衡常數(shù)K1、K2、K3的大小關(guān)系為________。 【答案】Cu +34.5kJmol-1 D 陰 2Cu-2e-+2OH-Cu2O+H2O N2H4-4e-+4OH-N2↑+4H2O < K1=K2- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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