2019版高考化学一轮复习(江苏专用):专题4 第3讲 电解池 金属的腐蚀与防护

4.电冶金

利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等

总方程式 阳极、阴极反应式 2Cl--2e-===Cl2↑ 2Na++2e-===2Na 2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2e-===Mg 6O2--12e-===3O2↑ 4Al3++12e-===4Al 冶炼钠 通电2NaCl(熔融)=====2Na+Cl2↑ 冶炼镁 通电MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑ 冶炼铝 通电2Al2O3(熔融)=====4Al+3O2↑ [题组诊断]

电解反应原理的应用

1.金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,下列叙述正确的是(已知:氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)( ) A.阳极发生还原反应,其电极反应式:Ni2++2e-===Ni B.电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C.电解后,溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt

解析 阳极应发生氧化反应,Ni-2e-===Ni2+,A错;由于Fe、Zn的还原性大于镍,所以阳极同时还有Zn-2e-===Zn2+、Fe-2e-===Fe2+,比较两电极反应,因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等,当两极通过的电量相等时,阳极减少的质量与阴极增加的质量不等,B错;Cu、Pt还原性小于镍,所以不反应,D正确;纯镍作阴极,电解质溶液中需含有Ni2+,因Ni2+的氧化性大于Fe2+和Zn2+,所以溶液中阳离子主要是Ni2+,C错。

答案 D

2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。

下列说法正确的是( )

A.氯碱工业中,X电极上反应式是4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.电解精炼铜时,Z溶液中的Cu2+浓度不变 C.在铁片上镀铜时,Y是纯铜 D.制取金属镁时,Z是熔融的氯化镁

解析 氯碱工业中阳极是Cl-放电生成Cl2;电解精炼铜时阳极粗铜溶解,阴极Cu2+放电析出Cu,溶液中Cu2+浓度变小;铁片上镀铜时,阴极应该是铁片,阳极是纯铜。 答案 D 【易错警示】

1.阳离子交换膜(以电解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,这样既能防止H2和Cl2混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO,影响烧碱质量。 2.电解或电镀时,电极质量减少的电极必为金属电极——阳极;电极质量增加的电极必为阴极,即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。

3.电解精炼铜,粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子,变成金属阳离子进入溶液,其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2+浓度会逐渐减小。

考点三 金属的腐蚀与防护 [知识梳理]

1.金属腐蚀的本质

金属原子失去电子变为金属阳离子,金属发生氧化反应。 2.金属腐蚀的类型

(1)化学腐蚀与电化学腐蚀

类型 化学腐蚀 金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2条件 等)或非电解质液体(如石油)等接触 现象 本质 联系 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析:

类型 条件 电极材料及反正极 应 总反应式 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 2H2O===2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 C:2H++2e-===H2↑ ===4OH- 2Fe+O2+负极 析氢腐蚀 水膜酸性较强(pH≤4.3) 吸氧腐蚀 水膜酸性很弱或呈中性 无电流产生 金属被氧化 接触 有微弱电流产生 较活泼金属被氧化 电化学腐蚀 不纯金属或合金跟电解质溶液两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍 Fe:Fe-2e-===Fe2+ C:O2+2H2O+4e-名师助学:铁锈的成分为:Fe2O3·xH2O,其形成过程还涉及到如下反应: 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3;

2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。 3.金属的防护 (1)电化学防护

①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 a.负极:比被保护金属活泼的金属; b.正极:被保护的金属设备。

②外加电流的阴极保护法——电解原理 a.阴极:被保护的金属设备; b.阳极:惰性金属。

(2)改变金属的内部结构组成,如制成合金、不锈钢等。

(3)加防护层,如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 名师助学:牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极。

[题组诊断]

金属的腐蚀

1.图中烧杯中盛的是天然水,铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是( )

A.⑤>②>①>③>④ B.④>③>②>①>⑤ C.⑤>②>③>④>① D.④>③>⑤>②>①

解析 认真观察装置图,可以观察到:④是电解池装置,Fe是阳极,铁失去电子,铁腐蚀最快。②③⑤是原电池装置,在⑤池中Fe是正极,被保护,腐蚀最慢,③池中Fe与Cu金属活动性相差比②池中Fe与Sn大,腐蚀速率③>②,①池中Fe是化学腐蚀,相对②中较慢。综上所述,铁被腐蚀的速率由快到慢为④>③>②>①>⑤。 答案 B

2.根据下图,下列判断中正确的是( )

A.烧杯a中的溶液pH升高

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