1、1第 6 课时 化学能与电能(4)电化学原理的综合应用(过综合)考点一 金属的腐蚀与防护1金属的腐蚀(1)金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。(2)金属腐蚀的类型化学腐蚀与电化学腐蚀类型 化学腐蚀 电化学腐蚀条件金属与接触到的物质直接反应不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质 M ne =Mn M ne =Mn现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀区别 无电流产生 有微弱电流产生联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀条件 水膜酸性较强(pH4.3) 水膜酸性很弱或呈中性负极 Fe2
2、e =Fe2电极反应 正极 2H 2e =H2 O22H 2O4e =4OH总反应式 Fe2H =Fe2 H 2 2FeO 22H 2O=2Fe(OH)2联系 吸氧腐蚀更普遍铁锈的形成：4Fe(OH) 2O 22H 2O=4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O(铁锈)(3 x)H2O。2金属的防护(1)改变金属的内部结构可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金。(2)覆盖保护层可以通过喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离。(3)电化学防护负极 比被保护金属活泼的金属牺牲阳极的阴极保护法原电池原理 正极 被保护的金属设备外加电流的阴极保护法 阴极 被保护的
3、金属设备2电解原理 阳极 惰性金属考法精析考法一 金属腐蚀的规律典例 1 如图所示，各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( )A BC D解析 是 Fe 为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢，其电极反应式：负极 Fe2e =Fe2 ，正极 2H2OO 24e =4OH 。、均为原电池，中 Fe 为正极，被保护；、中 Fe 为负极，均加快了 Fe 的腐蚀，但 Fe 和 Cu 的金属活动性差别大于 Fe 和 Sn 的，故 FeCu 原电池中 Fe 腐蚀的较快。是 Fe 接电源正极作阳极，Cu 接电源负极作阴极，加快了 Fe 的腐蚀。是 Fe 接电源负极作阴极，
4、Cu 接电源正极作阳极，防止了 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。答案 C备考方略 判断金属腐蚀快慢的规律(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)对同一金属来说，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中弱电解质溶液中非电解质溶液中(浓度相同)。(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，二者形成原电池时，较活泼的金属腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。考法二 金属腐蚀的类型典例 2 一定条件下，碳钢腐蚀与溶液 pH 的关系如下表：pH 2 4 6 6.5 8 13.5 1
5、4腐蚀快慢 较快 慢 较快主要产物 Fe2 Fe3O4 Fe2O3 FeO 2下列说法错误的是( )3A当 pH4 时，碳钢主要发生析氢腐蚀B当 pH6 时，碳钢主要发生吸氧腐蚀C当 pH14 时，正极反应为 O2 4H 4e =2H2OD在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓解析 当溶液呈较强的碱性时，碳钢主要发生的是吸氧腐蚀，其正极反应为O22H 2O4e =4OH ，C 项错误。答案 C考法三 金属的防护措施典例 3 (2018北京高考)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的 3%NaCl 溶液)。 在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉
6、淀下列说法不正确的是( )A对比，可以判定 Zn 保护了 FeB对比，K 3Fe(CN)6可能将 Fe 氧化C验证 Zn 保护 Fe 时不能用的方法D将 Zn 换成 Cu，用的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼解析 实验中加入 K3Fe(CN)6，溶液无变化，说明溶液中没有 Fe2 ；实验中加入 K3Fe(CN)6生成蓝色沉淀，说明溶液中有 Fe2 ，A 项正确；对比可知，中K3Fe(CN)6可能将 Fe 氧化成 Fe2 ，Fe 2 再与 K3Fe(CN)6反应生成蓝色沉淀，B 项正确；由以上分析可知，验证 Zn 保护 Fe 时，可以用做对比实验，不能用的方法，C 项正确；K 3Fe(CN)6可
7、将单质铁氧化为 Fe2 ，Fe 2 与 K3Fe(CN)6生成蓝色沉淀，附着在 Fe 表面，无法判断铁比铜活泼，D 项错误。答案 D综合训练1(2016浙江 10 月选考)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe2H 2OO 2=2Fe(OH)2，Fe(OH) 2进一步被氧气氧化为 Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是( )4A铁片发生还原反应而被腐蚀B铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域C铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H 2OO 24e =4OHD铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电
8、池，发生了电化学腐蚀解析：选 D 负极发生的电极反应为 Fe2e =Fe2 ，Fe 的化合价升高，发生氧化反应，生成 Fe2 最多的区域，腐蚀最严重，故 A、B、C 三项均错误。2(2017全国卷)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解析：选 C 依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，铁不容易失去电子，故钢管桩表面腐
9、蚀电流(指铁失去电子形成的电流)，接近于 0，A 项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B 项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C 项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D 项正确。3某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。(已知 Fe2 遇 K3Fe(CN)6溶液呈蓝色)。下列说法不合理的是( )A区 Cu 电极上产生气泡，Fe 电极附近滴加 K3Fe(CN)6溶液后出现蓝色，Fe 被腐蚀B区 Cu 电极附近滴加酚酞后变成红色，Fe 电极附近滴加 K3Fe(CN)6溶液出现蓝色
10、，Fe 被腐蚀C区 Zn 电极的电极反应式为 Zn2e =Zn2 ，Fe 电极附近滴加 K3Fe(CN)6溶液未出现蓝色，Fe 被保护5D区 Zn 电极的电极反应式为 2H2O2e =H22OH ，Fe 电极附近滴加 K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，Fe 被腐蚀解析：选 A 区发生吸氧腐蚀，Cu 为正极，电极反应式为O22H 2O4e =4OH ，Cu 电极上不产生气泡，A 项错误；区 Cu 为阴极，电极反应式为2H2O2e =H22OH ，Cu 电极附近溶液碱性增强，滴加酚酞后变成红色，Fe 为阳极，被腐蚀，电极反应式为 Fe2e =Fe2 ，Fe 电极附近滴加 K3Fe(CN)6溶液出现蓝
11、色，B项正确；区 Zn 为负极，电极反应式为 Zn2e =Zn2 ，Fe 为正极，被保护，C 项正确，区 Zn 为阴极，电极反应式为 2H2O2e =H22OH ，Fe 作阳极，被腐蚀，电极反应式为 Fe2e =Fe2 ，Fe 电极附近滴加 K3Fe(CN)6溶液出现蓝色，D 项正确。考点二 串联电池1有外接电源电池类型的判断方法有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。2无外接电源电池类型的判断方法(1)直接判断非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A 为原电池，B
12、 为电解池。(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶6液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B 为原电池，A 为电解池。(3)根据电极反应现象判断在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若 C 极溶解，D 极上析出 Cu，B 极附近溶液变红，A 极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D 是正极，C 是负极；甲是电解池，A 是阳极，B 是阴极。B、D 极发生还
13、原反应，A、C极发生氧化反应。典例 某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为 Al，其他均为 Cu，下列说法正确的是( )A电流方向：电极 电极 AB电极发生还原反应C电极逐渐溶解D电极的电极反应：Cu 2 2e =Cu解析 带盐桥的、装置构成原电池，为负极，为正极，装置为电解池。A 项，电子移动方向：电极 电极，电流方向与电子移动方向相反，正确；B 项， A原电池负极在工作中发生氧化反应，错误；C 项，原电池正极上发生还原反应，Cu 2 在电极上得电子，生成 Cu，该电极质量逐渐增大，错误；D 项，电解池中阳极为活性电极时，电极本身被氧化，生成的离子进入溶液中，因为电极为正极，因此电极为电解
14、池的阳极，其电极反应式为 Cu2e =Cu2 ，错误。答案 A备考方略 串联类电池的解题流程7综合训练1用铅蓄电池电解 AgNO3、Na 2SO4的溶液，a、b、c、d 电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为 Pb(s)PbO 2(s)2H 2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H 2O(l)，通电时 a 电极 放 电 充 电质量增加，下列说法正确的是( )A电路中通过 1 mol 电子时，Y 电极质量增加 48 gB放电时铅蓄电池负极的电极反应式为 PbO2(s)4H (aq)SO (aq)2e =24PbSO4(s)2H 2O(l)Cc、d 电极产生气体的物质的量之比为 12DX 极为负
15、极解析：选 A a 极质量增加，即析出了 Ag，a 为阴极，则 Y 为负极，X 为正极，D 项错；B 项，所写电极反应式为正极的电极反应式；C 项，c 为阴极放出 H2，d 为阳极放出 O2，物质的量之比为 21。2如图 X 是直流电源。Y 槽中 c、d 为石墨棒，Z 槽中 e、f 是质量相同的铜棒。接通电路后，发现 d 附近显红色。(1)电源上 b 为_极(填“正” “负” “阴”或“阳” ，下同)。Z 槽中 e 为_极。连接 Y、Z 槽线路中，电子流动的方向是 d_e(填“ ”或“ ”)。8(2)写出 c 极上反应的电极反应式：_。写出 Y 槽中总反应的化学方程式：_。写出 Z 槽中 e
16、极上反应的电极反应式： _。解析：d 极附近显红色，说明 d 为阴极，电极反应式为 2H2O2e =H22OH ，c 为阳极，电极反应式为 2Cl 2e =Cl2，Y 槽电解 NaCl 溶液的总反应方程式为 2NaCl2H 2O 2NaOHCl 2H 2；直流电源中 a 为正极，b 为负极，Z 槽= = = = =电 解 中 f 为阴极，e 为阳极，电极反应式为 Cu2e =Cu2 ，电子流动方向由 e d。答案：(1)负 阳 (2)2Cl 2e =Cl22NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2= = = = =电 解 Cu2e =Cu2考点三 电化学定量计算电化学的反应是氧化还原反应，
17、各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。1解题关键(1)电极名称要区分清楚。(2)电极产物要判断准确。(3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。2计算方法如以通过 4 mol e 为桥梁可构建如下关系式：(式中 M 为金属， n 为其离子的化合价数值)该关系式具有总览电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能9快速解答常见的电化学计算问题。典例 以石墨电极电解 200 mL CuSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量 n(e )与产生气体总体积 V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是( )A电解前 CuSO4溶液的物质的量浓
18、度为 2 molL1B忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中 c(H )2 molL 1C当 n(e )0.6 mol 时， V(H2) V(O2)32D向电解后的溶液中加入 16 g CuO，则溶液可恢复到电解前的浓度解析 电解 CuSO4溶液时，阳极反应式为 2H2O4e =O24H ，阴极反应式为Cu2 2e =Cu，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H 2e =H2。当转移 0.4 mol 电子时，Cu 2 恰好完全析出， n(Cu2 ) 0.2 mol，根据铜原子守恒得，0.4 mol2c(CuSO4) c(
19、Cu2 ) 1 molL1 ，A 项错误；当转移 0.4 mol 电子时，生成0.2 mol0.2 Ln(H2SO4)0.2 mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H ) 2 molL1 ，B 项正确；当 n(e )0.6 mol 时，发生反应：0.2 mol20.2 L2CuSO42H 2O 2CuO 22H 2SO4、2H 2O 2H2O 2， n(H2)= = = = =电 解 = = = = =电 解 0.1 mol， n(O2)0.1 mol0.05 mol0.15 mol，所以 V(H2) V(O2)0.1 mol0.15 mol23，C 项错误；
20、因电解后从溶液中析出 Cu、O 2、H 2，所以只加入 CuO 不能使溶液恢复到电解前的浓度，D 项错误。答案 B综合训练1将两个铂电极插入 500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一段时间后，某一电极增重 0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为( )A410 3 molL1 B210 3 molL1C110 3 molL1 D110 7 molL1解析：选 A 阴极反应：Cu 2 2e =Cu，增重 0.064 g 应是生成 Cu 的质量，设生成H 的物质的量为 x，根据总反应离子方程式： 2Cu2 2H 2O 2CuO 24H
21、= = = = =电 解 264 g 4 mol0.064 g x10x0.002 molc(H ) 410 3 molL1 。0.002 mol0.5 L2在 500 mL KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中， c(NO ) 6 molL1 ，用石墨电极电 3解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到 22.4 L 气体 (标准状况)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL，下列说法正确的是( )A电解得到的 Cu 的物质的量为 0.5 molB向电解后的溶液中加入 98 g 的 Cu(OH)2可恢复为原溶液C原混合溶液中 c(K )4 molL 1D电解后溶液中 c(H )2 molL
22、1解析：选 B 石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到 22.4 L 气体(标准状况)， n(O2) 1 mol，阳极发生 2H2O4e =O24H ，生成 1 22.4 L22.4 Lmol 1mol 氧气转移 4 mol 电子，阴极发生 Cu2 2e =Cu、2H 2e =H2，生成 1 mol 氢气，转移 2 mol 电子，因此还要转移 2 mol 电子生成 1 mol 铜，电解得到的 Cu 的物质的量为 1 mol，故 A 错误；根据电解原理和原子守恒，溶液中减少的原子有铜、氧、氢，向电解后的溶液中加入 1 mol Cu(OH)2，可恢复为原溶液，质量为 98 g，故 B
23、 正确； c(Cu2 ) 2 molL1 ，由电荷守恒可知，原混合溶液中 c(K )为 6 molL1 2 1 mol0.5 LmolL1 22 molL1 ，故 C 错误；开始电解时发生2Cu2 2H 2O 2CuO 24H ， n(H )2 n(Cu)21 mol2 mol，当= = = = =电 解 Cu2 消耗完后，电解 HNO3、KNO 3溶液，实质上是电解水， n(H )2 mol 不变，电解后溶液中 c(H )为 4 molL 1 ，故 D 错误。2 mol0.5 L3按如图 1 所示装置进行电解，A、B、C、D 均为铂电极，回答下列问题。(1)甲槽电解的是 200 mL 一定浓
24、度的 NaCl 与 CuSO4的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图 2 所示(气体体积已换算成标准状况下的体积，电解前后溶液的体积变化忽略不计)。原混合溶液中 NaCl 的物质的量浓度为_molL 1 ，CuSO 4的物质的量浓度为_molL1 。11 t2时所得溶液的 pH_。(2)乙槽为 200 mL CuSO4溶液，乙槽内电解的总离子方程式：_：当 C 极析出 0.64 g 物质时，乙槽溶液中生成的 H2SO4为_mol。电解后，若使乙槽内的溶液完全复原，可向乙槽中加入_(填字母)。ACu(OH) 2 BCuOCCuCO 3 DCu 2(OH)2CO3若通电一段时间后
25、，向所得的乙槽溶液中加入 0.2 mol 的 Cu(OH)2才能恰好恢复到电解前的浓度，则电解过程中转移的电子数为_。解析：(1)A、B、C、D 均为惰性电极 Pt，甲槽电解 NaCl 和 CuSO4的混合液，阳极上离子放电顺序为 Cl OH SO ，阴极上离子放电顺序为 Cu2 H Na ，开始阶段阴24极上析出 Cu，阳极上产生 Cl2，则题图 2 中曲线代表阴极产生气体体积的变化，曲线代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生的反应依次为2Cl 2e =Cl2、4OH 4e =2H2OO 2，由曲线 可知，Cl 放电完全时生成 224 mL Cl2，根据 Cl 原子守恒可知，溶液中 c(Na
26、Cl) 0.1 molL1 ；阴极0.01 mol20.2 L上发生的反应依次为 Cu2 2e =Cu、2H 2e =H2 ，由曲线可知 Cu2 放电完全时，阳极上产生 224 mL Cl2和 112 mL O2，则电路中转移电子的物质的量为 0.01 mol20.005 mol40.04 mol，据得失电子守恒可知 n(Cu2 )0.04 mol 0.02 12mol，故混合液中 c(CuSO4) 0.1 molL1 。0 t1时间内相当于电解0.02 mol0.2 LCuCl2，电解反应式为 CuCl2 CuCl 2， t1 t2时间内相当于电解 CuSO4，= = = = =电 解 而电
27、解 CuSO4溶液的离子反应为 2Cu2 2H 2O 2CuO 24H ，则生成 H= = = = =电 解 的物质的量为 0.005 mol40.02 mol，则有 c(H ) 0.1 molL1 ，故溶液0.02 mol0.2 L的 pH1。(2)电解 CuSO4溶液时，Cu 2 在阴极放电，水电离的 OH 在阳极放电，电解的总离子方程式为 2Cu2 2H 2O 2CuO 24H 。C 极为阴极，电极反应式= = = = =电 解 为 Cu2 2e =Cu，析出 0.64 g Cu(即 0.01 mol)时，生成 H2SO4的物质的量也为 0.01 mol。电解 CuSO4溶液时，阴极析出 Cu，阳极上产生 O2，故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO 3等使电解质溶液完全复原。加入 0.2 mol Cu(OH)2相当于加入 0.2 mol CuO和 0.2 mol H2O，则电解过程中转移电子的物质的量为 0.2 mol20.2 mol20.8 mol，即 0.8NA个电子。答案：(1)0.1 0.1 112(2)2Cu2 2H 2O 2CuO 24H = = = = =电 解 0.01 BC 0.8 NA
