第3講電解池金屬的腐蝕與防護(hù)第六章內(nèi)容索引0102強基礎(chǔ)增分策略增素能精準(zhǔn)突破研專項前沿命題03【課程標(biāo)準(zhǔn)】1.能分析、解釋電解池的工作原理,能設(shè)計簡單的電解池。2.認(rèn)識電解在實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲存能量中的具體應(yīng)用。認(rèn)識化學(xué)能與電能相互轉(zhuǎn)化的實際意義及其重要應(yīng)用。3.了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的本質(zhì),知道金屬腐蝕的危害。了解防止金屬腐蝕的措施。強基礎(chǔ)增分策略一、電解原理及規(guī)律1.電解和電解池

非自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)能夠通過電解原理實現(xiàn)(1)電解:使

電流

通過電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))而在陽極、陰極引起

氧化還原反應(yīng)

的過程。

(2)電解池:使

電能

轉(zhuǎn)化為

化學(xué)能

的裝置。

2.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

熔融電解質(zhì)

)中。

(3)形成

閉合回路

。

3.電解池工作原理(以電解CuCl2溶液為例)“陽極”連正極,“陰極”連負(fù)極

注意:電解時,在外電路中有電子通過,而在溶液中是依靠離子定向移動形成電流,即電子本身不會通過電解質(zhì)溶液。4.電解時兩極粒子的放電順序

5.惰性電極電解電解質(zhì)溶液的情況分析

(1)電解電解質(zhì)型:電解溶質(zhì)

(2)放H2生堿型:電解溶質(zhì)和溶劑水,生成H2和堿

(3)電解水型:電解溶劑水

電解質(zhì)類型(水溶液)電極反應(yīng)及總反應(yīng)電解質(zhì)溶液濃度溶液pH電解質(zhì)溶液復(fù)原含氧酸,如H2SO4陰極:4H2O+4e-===2H2↑+4OH-陽極:2H2O-4e-===O2↑+4H+2H2O2H2↑+O2↑

增大

減小

加水

可溶性強堿,如NaOH增大活潑金屬含氧酸鹽,如KNO3不變(4)放O2生酸型:電解溶質(zhì)和溶劑水,生成O2和酸

易錯辨析

判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程一定發(fā)生了化學(xué)變化。(

√

)(2)用Cu作為電極電解鹽酸可發(fā)生反應(yīng)Cu+2H+Cu2++H2↑。(

√

)(3)電解池工作時電子從電源的負(fù)極流出,流入陰極通過溶液到陽極,然后從陽極流出,流回電源正極。(

×

)(4)電解時,電解質(zhì)溶液中陽離子移向陽極,發(fā)生還原反應(yīng)。(

×

)應(yīng)用提升

電解是強有力的氧化還原反應(yīng)手段,可以使非自發(fā)的氧化還原反應(yīng)發(fā)生,如根據(jù)金屬活潑性順序表,Cu和稀硫酸不反應(yīng),但是若Cu作陽極,C作陰極,稀硫酸作電解質(zhì)溶液,通入直流電就可以實現(xiàn)該反應(yīng)。該電解的陽極反應(yīng):二、電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用1.電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè)

產(chǎn)物氯氣和NaOH是重要的化工原料陽極反應(yīng):

2Cl--2e-===Cl2↑

(

氧化

反應(yīng))

陰極反應(yīng):

2H2O+2e-===H2↑+2OH-

(還原

反應(yīng))

總反應(yīng):2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑裝置離子交換膜電解槽陽極鈦網(wǎng)(涂有鈦、釕等氧化物涂層)陰極碳鋼網(wǎng)陽離子交換膜

得到高純度的NaOH,防止Cl2和H2混合反應(yīng)發(fā)生危險①只允許

陽

離子通過,能阻止

陰

離子和氣體通過

②將電解槽隔成陽極室和陰極室2.電鍍與電解精煉銅

類型電鍍電解精煉銅定義電鍍是一種利用電解原理在某些金屬表面鍍上一薄層其他金屬或合金的加工工藝運用電解的方法將粗銅提煉為純銅主要目的使金屬增強抗腐蝕能力、增強表面硬度和美觀將粗銅提煉為純銅示意圖

類型電鍍電解精煉銅構(gòu)成條件陽極

鍍層

金屬

粗銅

陰極

待鍍

金屬

純銅

電解液含

鍍層

金屬陽離子

CuSO4溶液電極反應(yīng)(以鐵件鍍銅為例)陽極

Cu-2e-===Cu2+

主要是Cu-2e-===Cu2+(比銅活潑的金屬雜質(zhì)先于銅失電子,最終以

陽離子

的形式殘留在溶液中,比銅不活潑的金屬雜質(zhì)形成

陽極泥

)

陰極

Cu2++2e-===Cu

Cu2++2e-===Cu

電解質(zhì)溶液的濃度變化CuSO4溶液的濃度

不變CuSO4溶液的濃度

減小

3.電冶金

電解法冶煉的金屬都是活潑性很強的金屬旁欄邊角

選擇性必修1第四章第二節(jié)閱讀資料卡片“電有機合成”,回答下列問題。(1)哪些有機化學(xué)反應(yīng)可以用于電有機合成?提示

有電子轉(zhuǎn)移的有機化學(xué)反應(yīng)。(2)以丙烯為原料利用電有機合成制取己二腈的過程是怎樣的?提示

①丙烯制備丙烯腈;②丙烯腈電合成己二腈。(3)寫出電有機合成己二腈時的陰極反應(yīng)。提示

2CH2=CHCN+2H++2e-===NC(CH2)4CN。(4)電有機合成己二腈時,H+的移動方向如何?提示

從陽極向陰極移動。易錯辨析

判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)在鍍件上鍍銅時,也可以用惰性材料作為陽極,用硫酸銅溶液作為電解質(zhì)溶液。(

√

)(2)電解飽和食鹽水時,兩個電極均不能用金屬材料。(

×

)(3)電解精煉時,得到的陽極泥可以是提煉貴重金屬的原料。(

√

)(4)用Zn為陽極,Fe為陰極,ZnCl2溶液為電解質(zhì)溶液,由于放電順序H+>Zn2+,不可能在鐵上鍍鋅。(

×

)應(yīng)用提升

由于AlCl3為共價化合物,熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電,所以電解冶煉鋁時,電解的為熔點很高的氧化鋁,為降低熔化溫度,加入了助熔劑冰晶石(Na3AlF6);而且電解過程中,陽極生成的氧氣會與石墨電極反應(yīng),所以石墨電極需不斷補充。三、金屬的腐蝕與防護(hù)1.化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較金屬原子均失電子,區(qū)別在于是否產(chǎn)生電流金屬腐蝕類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕定義金屬與其表面接觸的一些物質(zhì)(如O2、Cl2、SO2等)直接反應(yīng)而引起的腐蝕當(dāng)不純的金屬與電解質(zhì)溶液接觸時會發(fā)生

原電池

反應(yīng),比較活潑的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)而被腐蝕

區(qū)別

無

電流產(chǎn)生

有

微弱電流產(chǎn)生

實質(zhì)與聯(lián)系(1)實質(zhì)都是

金屬原子

失去電子被氧化而損耗;

(2)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕往往同時發(fā)生,但

電化學(xué)腐蝕

更普遍、危害性更大、腐蝕速率更快

2.鋼鐵的析氫腐蝕與吸氧腐蝕

3.金屬的防護(hù)

易錯辨析

判斷正誤:正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。(

×

)(2)銅在酸性較強的溶液中均可發(fā)生析氫腐蝕。(

×

)(3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時,負(fù)極鐵失去電子生成Fe3+。(

×

)(4)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。(

×

)(5)鍍銅鐵制品鍍層受損后,鐵制品比鍍銅前更容易生銹。(

√

)(6)外加電流法是將被保護(hù)金屬接在直流電源的正極。(

×

)(7)在船體外嵌入鋅塊,可以減緩船體的腐蝕,屬于犧牲陰極法。(

×

)(8)在潮濕的空氣中,鋼鐵表面形成水膜,金屬發(fā)生的一定是吸氧腐蝕。(

×

)應(yīng)用提升

(1)銀器變黑原因是銀屬于相對不穩(wěn)定元素,在空氣氧化性氛圍中產(chǎn)生硫化銀膜,久而久之會擴散成片,變成黑色。(2)鐵銹的形成過程:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3;2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(鐵銹)+(3-x)H2O。增素能精準(zhǔn)突破考點一電解原理【能力概述】【新教材·新高考】新教材變化

新教材正文對電解原理的介紹和老教材基本一致。增加了“思考與討論”,增加了“方法導(dǎo)引·電化學(xué)過程的系統(tǒng)思想與方法”新高考高頻考點

新高考對電解原理的考查重點在工作原理理解、電極反應(yīng)的書寫或判斷,以及閉合回路的分析等預(yù)測考向

高考將在微觀角度增大考查力度,體現(xiàn)理解和辨析能力考向1.電解池的工作原理典例突破(2020全國Ⅱ卷,12)電致變色器件可智能調(diào)控太陽光透過率,從而實現(xiàn)節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當(dāng)通電時,Ag+注入無色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈現(xiàn)藍(lán)色。對于該變化過程,下列敘述錯誤的是(

)A.Ag為陽極B.Ag+由銀電極向變色層遷移C.W元素的化合價升高D.總反應(yīng)為WO3+xAg===AgxWO3答案

C解析

由題意知,銀電極為陽極,Ag失電子生成Ag+,Ag+移向陰極與WO3反應(yīng)生成AgxWO3,則總反應(yīng)為WO3+xAg===AgxWO3,反應(yīng)過程中W元素的化合價降低,A、B、D正確,C錯誤。針對訓(xùn)練1.

(雙選)(選擇性必修1習(xí)題改編)用石墨作為電極,電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示,通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列有關(guān)敘述正確的是(

)A.逸出氣體的體積:A電極＞B電極B.一電極逸出無味氣體,另一電極逸出有刺激性氣味的氣體C.A電極附近呈紅色,B電極附近呈藍(lán)色D.電解一段時間后,將全部電解液轉(zhuǎn)移到同一燒杯中,充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行源鸢?/p>

AD2.(2021江蘇南通考前練習(xí)卷)利用石墨電極電解HNO3和HNO2的混合溶液可獲得較濃的硝酸。其工作原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.a為電源的正極B.電解池中的離子交換膜應(yīng)為陰離子交換膜C.陽極的電極反應(yīng)為HNO2+2e-+H2O===3H++D.每2mol離子通過離子交換膜,左室產(chǎn)生的氣體X的體積為22.4L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)答案

D3.(2021全國甲卷,13)乙醛酸是一種重要的化工中間體,可采用如下圖所示的電化學(xué)裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-,并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是(

)A.KBr在上述電化學(xué)合成過程中只起電解質(zhì)的作用C.制得2mol乙醛酸,理論上外電路中遷移了1mol電子D.雙極膜中間層中的H+在外電場作用下向鉛電極方向遷移答案

D歸納總結(jié)

考向2.電極反應(yīng)的書寫典例突破(1)(2021福建適應(yīng)性考試)電催化氮氣還原合成氨是一種常溫常壓條件下利用水作為氫源的低碳環(huán)保路線,如圖是電催化合成氨裝置示意圖。①a電極應(yīng)該連接電源

極。

②電催化合成氨的化學(xué)方程式為

。

(2)(2021重慶適應(yīng)性測試)內(nèi)酯也可以通過電化學(xué)合成。以石墨電極為陽極,鉑電極為陰極,CH3CN作為溶劑,LiClO4作為電解質(zhì),經(jīng)電解合成內(nèi)酯的總反應(yīng)如下:①產(chǎn)生H2的電極為

(填“石墨電極”或“鉑電極”);通電一段時間后,溶液中向鉑電極遷移的離子為

。

②寫出石墨電極上的電極反應(yīng):

。

考題點睛

針對訓(xùn)練1.(2021山東師大附中打靶題)氮肥廠的廢水中氮元素以NH3·H2O、NH3和

的形式存在,對氨氮廢水進(jìn)行無害化處理已成為全球科學(xué)研究熱點。研究表明,以碳材料為陰極,O2可在陰極生成H2O2,并進(jìn)一步生成氧化性更強的·OH,·OH可以將水中氨氮氧化為N2。陰極區(qū)加入Fe2+可進(jìn)一步提高氨氮的去除率,原理如圖所示。則下列說法不正確的是(

)A.·OH的電子式為B.·OH去除氨氣的化學(xué)方程式為6·OH+2NH3===N2+6H2OC.O2在陰極生成H2O2的電極反應(yīng)為O2+2e-+2H+===H2O2D.陰極區(qū)加入Fe2+可進(jìn)一步提高氨氮的去除率的原因是生成的Fe3+起催化劑作用答案

D2.(2020浙江7月選考,21)電解高濃度RCOONa(羧酸鈉)的NaOH溶液,在陽極RCOO-放電可得到R—R(烷烴)。下列說法不正確的是(

)A.電解總反應(yīng)方程式:2RCOONa+2H2OR—R+2CO2↑+H2↑+2NaOHB.RCOO-在陽極放電,發(fā)生氧化反應(yīng)C.陰極的電極反應(yīng):2H2O+2e-===2OH-+H2↑D.電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷答案

A解析

堿性條件下,不能放出CO2,A項錯誤;電解時,陽極RCOO-放電生成R—R,發(fā)生氧化反應(yīng),B項正確;堿性條件下H2O放電生成H2,C項正確;電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液,可生成CH3CH3、CH3CH2CH3、CH3CH2CH2CH3,D項正確。3.整合有效信息書寫電極反應(yīng)。(1)硫化氫的轉(zhuǎn)化是資源利用和環(huán)境保護(hù)的重要研究課題。由硫化氫獲得硫單質(zhì)有多種方法。將用燒堿吸收H2S后所得的溶液加入如圖所示的電解池的陽極區(qū)進(jìn)行電解。電解過程中陽極區(qū)發(fā)生如下反應(yīng):S2--2e-===S、(n-1)S+S2-===

。①寫出電解時陰極的電極反應(yīng):

。

②電解后陽極區(qū)的溶液用稀硫酸酸化得到硫單質(zhì),該反應(yīng)的離子方程式為

。

(2)電解NO可制備NH4NO3,其工作原理如圖所示。為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3,需補充物質(zhì)A,A是

,說明理由:

。

歸納總結(jié)根據(jù)“三看”正確書寫電極反應(yīng)考點二電解原理的應(yīng)用【能力概述】【新教材·新高考】新教材變化

新教材對氯堿工業(yè)的產(chǎn)品應(yīng)用、原理裝置圖等介紹得更詳細(xì)。新教材通過“資料卡片”介紹了電解與元素的發(fā)現(xiàn)和電有機合成,開闊學(xué)生的視野,體會電解的應(yīng)用新高考高頻考點

新高考對電解原理的應(yīng)用從傳統(tǒng)的應(yīng)用考查,向廢水處理、有機化合物的合成等新興應(yīng)用領(lǐng)域考查擴展預(yù)測考向

高考將關(guān)注電解原理在生產(chǎn)生活和科學(xué)研究中的應(yīng)用,可能會結(jié)合陌生情境進(jìn)行考查考向1.電解原理的應(yīng)用典例突破(2021湖南長沙一中一模)最近,我國科學(xué)家設(shè)計了一種高效電解水制氫的系統(tǒng),實現(xiàn)了在催化劑作用下析氫和析氧反應(yīng)的分離。該系統(tǒng)的工作原理如圖所示,其中電極均為惰性電極,電解液中含NaOH。下列關(guān)于該裝置工作時的說法錯誤的是(

)A.陽極的電極反應(yīng)為[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3-B.OH-通過離子交換膜由B極室向A極室移動C.催化析氫室的反應(yīng)為DHPS-2H+2H++2e-===DHPS+2H2↑D.理論上,該過程中[Fe(CN)6]4-和DHPS可自補充循環(huán)答案

C解析

據(jù)圖可知A極室中[Fe(CN)6]4-轉(zhuǎn)化為[Fe(CN)6]3-,Fe元素化合價升高被氧化,所以A極室為陽極室,B極室為陰極室。陽極的電極反應(yīng)為[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3-,A正確;電解池中陰離子流向陽極,A極室為陽極室,所以O(shè)H-通過離子交換膜由B極室向A極室移動,B正確;電解液中含NaOH,為堿性溶液,所以催化析氫室中并沒有氫離子參與反應(yīng),C錯誤;據(jù)圖可知[Fe(CN)6]4-在A極室中轉(zhuǎn)化為[Fe(CN)6]3-后又在催化析氧室中轉(zhuǎn)化為[Fe(CN)6]4-,DHPS在B極室中轉(zhuǎn)化為DHPS-2H后又在催化析氫室中轉(zhuǎn)化為DHPS,理論上兩種物質(zhì)沒有損耗,可自補充循環(huán),D正確。針對訓(xùn)練1.脫氯可以減少水體污染,保護(hù)人的飲水健康。用電解法產(chǎn)生具有強氧化性的自由基(·OH),可以去除水體中的CH2Cl2,原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.陽極附近的pH增大B.交換膜為陰離子交換膜C.陰極反應(yīng)為CH2Cl2+4·OH===CO2+2H2O+2HClD.脫氯的實質(zhì)是碳氯鍵和碳?xì)滏I斷裂形成碳氧鍵答案

D解析

陽極區(qū)發(fā)生氧化反應(yīng),由裝置圖可知,左側(cè)區(qū)為陽極區(qū),電極反應(yīng)為H2O-e-===·OH+H+,故陽極附近的pH減小,A錯誤;右側(cè)區(qū)為陰極區(qū),電極反應(yīng)為2H++2e-===H2↑,左側(cè)產(chǎn)生的陽離子向右側(cè)移動,故交換膜為陽離子交換膜,B錯誤、C錯誤;由圖可知,脫氯是將CH2Cl2轉(zhuǎn)化為HCHO、CH3OH、CO2和Cl-,故脫氯的實質(zhì)是碳氯鍵和碳?xì)滏I斷裂形成碳氧鍵,D正確。2.(2021全國乙卷,12)沿海電廠采用海水為冷卻水,但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題,通常在管道口設(shè)置一對惰性電極(如圖所示),通入一定的電流。下列敘述錯誤的是(

)A.陽極發(fā)生將海水中的Cl-氧化生成Cl2的反應(yīng)B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC.陰極生成的H2應(yīng)及時通風(fēng)稀釋安全地排入大氣D.陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理答案

D解析

根據(jù)裝置示意圖以及陰、陽極都是惰性電極可知,陽極反應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2↑,即Cl-被氧化生成Cl2,A項正確;陰極生成氫氣,溶液堿性增強,海水中存在大量的Na+,故Cl2參與反應(yīng)生成NaClO,NaClO具有強氧化性,可以殺滅附著生物,B項正確;陰極生成的氫氣易燃,與空氣的混合氣體遇明火易發(fā)生爆炸,所以應(yīng)將生成的氫氣及時通風(fēng)稀釋安全地排出,C項正確;陰極上H+得電子生成氫氣,溶液中c(OH-)增大,海水中的Mg2+向陰極移動,在陰極表面形成Mg(OH)2沉淀,故在陰極表面形成積垢,需要定期處理,D項錯誤。3.(2021遼寧適應(yīng)性測試)在N-羥基鄰苯二甲酰亞胺(NHPI)介質(zhì)中,可實現(xiàn)醇向醛的轉(zhuǎn)化,原理如圖。下列說法錯誤的是(

)A.理論上NHPI的總量在反應(yīng)前后不變B.海綿Ni電極為陽極D.每消耗1mmol苯甲醇,產(chǎn)生22.4mL氫氣

答案

D解析

NHPI在陽極區(qū)參與反應(yīng),又在陰極區(qū)生成,因此理論上NHPI的總量在反應(yīng)前后不變,A正確;Ni2+在海綿Ni電極失去電子得到Ni3+,發(fā)生氧化反應(yīng),則海綿Ni為陽極,B正確;由題干可知,反應(yīng)實現(xiàn)了醇向醛的轉(zhuǎn)化,并有H2產(chǎn)生,所以總反應(yīng)為

,C正確;未指明氣體所處的狀況,不能用Vm=22.4

L·mol-1進(jìn)行計算,D錯誤。歸納總結(jié)陰、陽極的判斷方法考向2.電化學(xué)計算典例突破某研究院經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn),采用如圖所示裝置,陽極(Ti基)上產(chǎn)生羥基(·OH),陰極上產(chǎn)生H2O2,分別深度氧化苯酚為CO2,高效處理廢水。下列有關(guān)說法錯誤的是(

)A.電流從a極→Ti基→廢水→不銹鋼→b極B.陽極的電極反應(yīng)為H2O-e-===·OH+H+C.陰極深度氧化苯酚的化學(xué)方程式為C6H5OH+14H2O2===6CO2↑+17H2OD.當(dāng)消耗7molO2時,理論上共氧化處理47g苯酚答案

D考題點睛

針對訓(xùn)練1.

(雙選)(2021山東淄博三模)利用間接成對電化學(xué)合成間氨基苯甲酸的工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(

)答案

CD2.(2021廣東深圳第二次調(diào)研)我國科學(xué)家報道了機理如圖所示的電化學(xué)過程。下列相關(guān)說法錯誤的是(

)答案

D歸納總結(jié)電化學(xué)綜合計算的三種常用方法(1)根據(jù)總反應(yīng)計算先寫出電極反應(yīng),再寫出總反應(yīng),最后根據(jù)總反應(yīng)列出比例式計算。(2)根據(jù)電子守恒計算①用于串聯(lián)電路中陰、陽兩極產(chǎn)物,正、負(fù)兩極產(chǎn)物及相同電量等類型的計算,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算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁,構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。如以通過4mole-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式:(式中M為金屬,n為其離子的化合價數(shù)值)該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值,熟記電極反應(yīng),靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題?？键c三金屬的腐蝕與防護(hù)【能力概述】【新教材·新高考】新教材變化

新教材增加了對鐵腐蝕方式和犧牲陽極法保護(hù)金屬的實驗探究,以及增加了“研究與實踐”暖貼的設(shè)計與制作項目,增強了實踐性新高考高頻考點

新高考對金屬的腐蝕是從實踐中的應(yīng)用角度進(jìn)行考查,取材于生產(chǎn)、生活實際預(yù)測考向

高考將從新情境下的金屬腐蝕和防護(hù)措施角度進(jìn)行考查考向1.金屬腐蝕的類型典例突破某同學(xué)進(jìn)行下列實驗:操作現(xiàn)象

取一塊打磨過的生鐵片,在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食鹽水

放置一段時間后,生鐵片上出現(xiàn)如圖所示“斑痕”,其邊緣為紅色,中心區(qū)域為藍(lán)色,在兩色環(huán)交界處出現(xiàn)鐵銹生鐵片發(fā)生

腐蝕,中心區(qū)的電極反應(yīng)為

,邊緣處的電極反應(yīng)為

,交界處發(fā)生的反應(yīng)為

。

答案

吸氧Fe-2e-===Fe2+

2H2O+O2+4e-===4OH-

4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3、2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O解析

生鐵片發(fā)生吸氧腐蝕,其中Fe作負(fù)極,電極反應(yīng)為Fe-2e-===Fe2+,Fe2+與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成藍(lán)色的鐵氰化亞鐵沉淀,故中心區(qū)域為藍(lán)色;邊緣處發(fā)生電極反應(yīng):2H2O+O2+4e-===4OH-,堿能使酚酞變紅,交界處Fe(OH)2被空氣中的O2氧化成Fe(OH)3,最終變?yōu)殍F銹(Fe2O3·xH2O)。針對訓(xùn)練1.(2021北京西城二模)下列事實與電化學(xué)無關(guān)的是(

)A.暖寶寶(含鐵粉、碳、氯化鈉等)發(fā)熱B.海沙比河沙混凝土更易使鋼筋生銹C.家用鐵鍋生銹D.鐵罐運輸濃硫酸答案

D解析

暖寶寶中鐵粉、碳在氯化鈉溶液中構(gòu)成原電池,鐵發(fā)生吸氧腐蝕放出熱量,與電化學(xué)有關(guān),A不符合題意;海沙中電解質(zhì)的量大于河沙,則鋼筋在海沙中構(gòu)成原電池時,腐蝕速率更快,則海沙比河沙混凝土更易使鋼筋生銹,與電化學(xué)有關(guān),B不符合題意;家用鐵鍋生銹是因為鐵鍋與鍋中殘留溶液構(gòu)成原電池,發(fā)生吸氧腐蝕,則家用鐵鍋生銹與電化學(xué)有關(guān),C不符合題意;鐵在冷的濃硫酸中發(fā)生鈍化,則鐵罐運輸濃硫酸與鐵的鈍化有關(guān),與電化學(xué)無關(guān),D符合題意。2.國產(chǎn)航母山東艦已經(jīng)列裝服役,它是采用模塊制造,然后焊接組裝而成的。建造航母對焊接有著極高的要求。實驗室模擬在海水環(huán)境和河水環(huán)境下對焊接金屬材料使用的影響(如圖)。下列相關(guān)描述正確的是(

)A.由圖示的金屬腐蝕情況說明了Sn的金屬活潑性強于Fe的B.由圖示可以看出甲是海水環(huán)境下的腐蝕情況,乙是河水環(huán)境下的腐蝕情況C.兩種環(huán)境下鐵被腐蝕時的電極反應(yīng)均為Fe-3e-══Fe3+D.為了防止艦艇在海水中被腐蝕,可在焊點附近用鋅塊打“補丁”答案

D解析

兩圖中被腐蝕的都是Fe,說明Fe是負(fù)極,Sn為正極,則金屬活潑性:Fe>Sn,A錯誤;從腐蝕程度來講,乙明顯比較嚴(yán)重,因海水中含有較多的鹽分,腐蝕速率比河水快,故乙是海水環(huán)境下的腐蝕情況,甲是河水環(huán)境下的腐蝕情況,B錯誤;鐵被腐蝕時電極反應(yīng)為Fe-2e-══Fe2+,C錯誤;金屬活潑性:Zn>Fe>Sn,用鋅塊打“補丁”與鐵、錫接觸,Zn可作為負(fù)極被腐蝕,可以保護(hù)Fe、Sn,D正確。歸納總結(jié)電化學(xué)腐蝕的規(guī)律(1)對同一種金屬來說,其他條件相同時腐蝕的快慢:強電解質(zhì)溶液>弱電解質(zhì)溶液>非電解質(zhì)溶液。(2)活潑性不同的兩金屬:活潑性差別越大,活潑性強的金屬腐蝕越快。(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說,電解質(zhì)溶液濃度越大,腐蝕越快,且氧化劑的濃度越高,氧化性越強,腐蝕越快(鈍化除外)。(4)電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕?？枷?.金屬的防腐典例突破(2020江蘇卷,11)將金屬M連接在鋼鐵設(shè)施表面,可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在如圖所示的情境中,下列有關(guān)說法正確的是(

)A.陰極的電極反應(yīng)為Fe-2e-===Fe2+B.金屬M的活潑性比Fe的活潑性弱C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護(hù)D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快答案

C解析

題中所示裝置通過犧牲陽極法保護(hù)鋼鐵設(shè)施,陽極材料M比Fe活潑,失電子,發(fā)生氧化反應(yīng),電子通過導(dǎo)線流向鋼鐵設(shè)施被保護(hù)的一極,陰極的電極反應(yīng)(一般)為O2+2H2O+4e-===4OH-,A、B兩項錯誤,C項正確;海水比河水中電解質(zhì)的濃度大,鋼鐵更易腐蝕,D項錯誤。針對訓(xùn)練1.如圖所示,各燒杯中盛海水,純鐵在其中被腐蝕的速度由快到慢的順序為(

)A.②①③④⑤⑥

B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥

D.⑤③②④①⑥答案

C解析

①是Fe的化學(xué)腐蝕,腐蝕較慢。②③④均為原電池原理引起的腐蝕,③中Fe為正極,被保護(hù);②④中Fe為負(fù)極,均加快了Fe的腐蝕,但Fe和Cu的金屬活潑性差別大于Fe和Sn的,故Fe-Cu原電池中Fe腐蝕得較快。⑤⑥為電解原理引起的腐蝕,⑤是Fe接電源正極作陽極,Cu接電源負(fù)極作陰極,加快了Fe的腐蝕;⑥是Fe接電源負(fù)極作陰極,Cu接電源正極作陽極,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為⑤>④>②>①>③>⑥。2.支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁,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解析

題給信息高硅鑄鐵為“惰性輔助陽極”不損耗,C項錯誤。歸納總結(jié)金屬防護(hù)效果比較:外接電流法>犧牲陽極法>有一般防護(hù)條件的防腐。研專項前沿命題電化學(xué)裝置中的“離子交換膜”題型考查內(nèi)容選擇題非選擇題考查知識電極反應(yīng)類型、電極反應(yīng)的正誤判斷與書寫、電子(或離子)移動方向、電極區(qū)溶液性質(zhì)變化、電化學(xué)計算核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知考向1離子交換膜的類型例1.(2020山東卷,10)微生物脫鹽電池是一種高效、經(jīng)濟的能源裝置,利用微生物處理有機廢水獲得電能,同時可實現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用如圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO-的溶液為例)。下列說法錯誤的是(

)A.負(fù)極反應(yīng)為CH3COO-+2H2O-8e-===2CO2↑+7H+B.隔膜1為陽離子交換膜,隔膜2為陰離子交換膜C.當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1mol電子時,模擬海水理論上除鹽58.5gD.電池工作一段時間后,正、負(fù)極產(chǎn)生氣體的物質(zhì)的量之比為2∶1思路指導(dǎo)

原電池工作原理的應(yīng)用原電池工作原理的應(yīng)用答案

B突破方法(1)離子交換膜離子交換膜又叫隔膜,由高分子特殊材料制成,交換膜使離子選擇性定向遷移(目的是平衡整個溶液的離子濃度或電荷)。(2)隔膜的作用①能將兩極區(qū)隔離,阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸,防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。②能選擇性地通過離子,起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。(3)交換膜的分類與應(yīng)用

針對訓(xùn)練1.(2021江蘇適應(yīng)性考試)利用電解法將CO2轉(zhuǎn)化為CH4的原理如圖所示。下列說法正確的是(

)A.電解過程中,H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移B.電極b上的電極反應(yīng)為C.電解過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能D.電解時Na2SO4溶液濃度保持不變答案

A2.(2021廣東卷,16)鈷(Co)的合金材料廣泛應(yīng)用于航空航天、機械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是(

)A.工作時,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少16gC.移除兩交換膜后,石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變

答案

D3.(2021河北模擬演練)我國科學(xué)家最近發(fā)明了一種Zn-PbO2電池,電解質(zhì)為K2SO4、H2SO4和KOH,由a和b兩種離子交換膜隔開,形成A、B、C三個電解質(zhì)溶液區(qū)域,結(jié)構(gòu)示意圖如下:回答下列問題:(1)電池中,Zn為

極,B區(qū)域的電解質(zhì)為

(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。

(2)電池反應(yīng)的離子方程式為

。

(3)陽離子交換膜為圖中的

(填“a”或“b”)膜。

考向2離子交換膜裝置的工作原理分析例2.(1)(2021湖南卷,16節(jié)選)利用電解原理,將氨轉(zhuǎn)化為高純氫氣,其裝置如圖所示。①電