第29讲 电解池 金属的腐蚀与防护
[目标速览] 1.认识电能与化学能相互转化的实际意义及其重要应用。2.了解电解池的工作原理,认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害,了解防止金属腐蚀的措施。4.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。
微考点 核心突破
考点1 电解池
知|识|梳|理
一、电解池
1.电解原理及电极反应式的书写
(1)使电流通过电解质溶液而在____________引起________________的过程叫做电解。将____________转化为________的装置叫做电解池。在电解池中与直流电源的________相连的电极是阴极,在阴极上发生______反应;与直流电源的________相连的电极是阳极,在阳极上发生________反应。
(2)用惰性电极电解CuCl2溶液时,电极反应式阳极为________________、阴极为__________________,总反应为____________________________。
2.离子放电顺序及电解产物的判断
(1)阳极产物判断:首先看电极,如果是活性电极,________失电子,电极被溶解;如果是惰性电极,则要看溶液中______的还原性。此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序为___________________________________________________________。
(2)阴极产物的判断:直接根据________的放电顺序判断,常见金属阳离子的放电顺序是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
微提醒 (1)分析电解池问题的一般程序为找电源(或现象)→判两极→写电极反应式→得总反应式。
①连电源正极的为阳极,阳极上发生氧化反应;连电源负极的为阴极,阴极上发生还原反应,两电极反应式之和即为电池总反应式。
②电极材料:惰性电极指Pt、Au、石墨;活性电极指除Pt、Au、石墨外的金属材料。
(2)①同一原电池的正、负极的电极反应中得、失电子数相等。
②同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。
③串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下,在写电极反应式时,得、失电子数要相等,在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算。
二、使用惰性电极电解的几种类型
类型 电解质 特点 实例 电极反应式 电解 方程式 电解 对象 电解质溶 液浓度的 变化 溶液 pH 变化 电解质溶 液复原的 方法
阴极 阳极
电解 水型 含氧酸 H2SO4 4H++4e-=== 2H2↑ 4OH--4e-=== 2H2O+O2↑ 2H2O 2H2↑+O2↑ 水 增大 减小 加水
可溶性 强碱 NaOH 增大
活泼金属 含氧酸盐 KNO3 不变
电解 电解 质型 无氧酸 HCl 2H++2e-=== H2↑ 2Cl--2e-=== Cl2↑ 2HCl H2↑+Cl2↑ 电 解 质 减小 增大 通入氯 化氢气体
不活泼金属 无氧酸盐 CuCl2 Cu2++2e-=== Cu 2Cl--2e-=== Cl2↑ CuCl2 Cu+Cl2↑ — 加氯化铜 固体
放H2 生碱型 活泼金属 无氧酸盐 NaCl 2H++2e-=== H2↑ 2Cl--2e-=== Cl2↑ 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 电解 质和 水 生成新 电解质 增大 通入氯 化氢气体
放O2 生酸型 不活泼金属 含氧酸盐 CuSO4 2Cu2++4e-=== 2Cu 4OH--4e-=== 2H2O+O2↑ 2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑ 电解 质和 水 生成 新电 解质 减小 加CuO 或CuCO3 固体
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑能设计成电解池。( )
2.阳极不管是什么材料,电极本身都不反应。( )
3.电解过程中阴离子向阴极定向移动。( )
4.电解稀盐酸、稀硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大。( )
实|验|回|放
实验:CuCl2溶液的电解
在U形管中注入质量分数为25%的CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极(如图)。把湿润的碘化钾 淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流电源,观察U形管内的现象和试纸颜色的变化
电流表的指针发生偏转;通电一段时间后可观察到与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜,该区域溶液颜色变浅;与直流电源正极相连的石墨棒上有气泡产生,同时观察到湿润的碘化钾 淀粉试纸变成蓝色
CuCl2是强电解质,在水溶液中全部电离生成Cu2+和Cl-。通电前,Cu2+和Cl-在溶液中作自由运动,如图Ⅰ所示;通电时,这些自由运动的离子改作定向运动,根据异性相吸的原理,阴离子(Cl-)向阳极(与直流电源的正极相连)迁移,阳离子(Cu2+)向阴极(与直流电源的负极相连)迁移,如图Ⅱ所示。 在阳极,Cl-失去电子发生氧化反应生成Cl2,从阳极放出。在阴极,Cu2+得到电子发生还原反应生成铜单质,覆盖在阴极上
阳极:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应) 阴极:Cu2++2e-===Cu (还原反应) 电解CuCl2溶液的化学方程式为CuCl2Cu+Cl2↑; 试纸中的I-被Cl2氧化成I2,淀粉遇I2变蓝Cl2+2I-===2Cl-+I2
在通直流电的条件下,溶液里的CuCl2发生反应CuCl2Cu+Cl2↑,阴极有Cu生成,阳极有Cl2放出
提醒 (1)CuCl2溶液浓度不能太稀,以质量分数约为25%最佳。
(2)在该实验条件下,由水发生微弱电离产生的少量H+和OH-并没有参与电极反应。
(3)该实验过程中需注意防止CuCl2溶液溅出,实验观察过程中最好佩戴护目镜;阳极产物Cl2有毒,注意开启实验室中的排风设备;CuCl2为重金属盐,实验后要洗手。
知|识|拓|展
1.书写电极反应式和总反应式的规律
必须正确书写原电池和电解池的电极反应式和总的反应式。高考主要从下面三个方面进行考查。
(1)根据给出的两个电极反应式写总反应式。
已知两个电极反应式,写总反应式并不难,只要使两个电极反应式得失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式即可。
(2)给出总反应式,写出电极反应式。
书写电极反应式的步骤一般分为四步:
①列物质、标得失;②选离子、配电荷;③配个数、巧用水;④两式加、验总式。
(3)根据信息给予知识,写电极反应式和总反应式。
2.做到“三看”,正确书写电极反应式
(1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定放电(注:Fe生成Fe2+)。
(2)二看介质,介质是否参与电极反应。
(3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的冶炼。
3.规避“三个”失分点
(1)书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相等,且总反应式应注明条件“电解”。
(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。
4.电解规律
(1)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极、阳极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质浓度增大。电解时溶液酸碱性“口诀”为氢出碱增,氧出酸增,氢氧共出,“酸”酸、“碱”碱、“中”中。
(2)若放电的H+或OH-来自水的电离,则电解方程式要将它们写成“H2O”的形式。
(3)电解质溶液恢复原状的办法:“少什么加什么”。
知|识|对|练
角度一 对电解原理和电解规律的考查
1.用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是( )
A.a端是直流电源的正极
B.通电使CuCl2发生电解
C.阳极上发生的反应Cu2++2e-===Cu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
2.下列各组中,每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的是( )
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
3.下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法,正确的是( )
A.电解过程中阳极的质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断升高
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
角度二 电极反应式、电解总方程式的书写
4.按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________;
总反应离子方程式:___________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________;
总反应离子方程式:___________________________________________________________。
(3)用铁作电极电解NaCl溶液。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________;
总反应离子方程式:___________________________________________________________。
(4)用铜作电极电解盐酸溶液。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________;
总反应离子方程式:___________________________________________________________。
(5)用Al作电极电解NaOH溶液。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________;
总反应离子方程式:___________________________________________________________。
(6)用Al作阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________;
总反应离子方程式:___________________________________________________________。
(7)用Al作阳极,石墨作阴极,电解NaHCO3溶液。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________。
(8)用惰性电极电解熔融MgCl2。
阳极反应式:___________________________________________________________;
阴极反应式:___________________________________________________________;
总反应离子方程式:___________________________________________________________。
考点2 电解原理的应用
知|识|梳|理
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应。
阳极:___________________________________________________________(反应类型为氧化反应),
阴极:___________________________________________________________(反应类型为还原反应)。
(2)总反应方程式:___________________________________________________________。
总反应的离子方程式:___________________________________________________________。
(3)应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。
装置 离子交换膜电解槽
阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极 碳钢网
阳离子 交换膜 ①只允许阳离子通过,能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2.电解精炼铜
3.电镀铜
4.电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
项目 总方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑、 2Na++2e-===2Na
冶炼镁 ________________ ________________、 ________________
冶炼铝 ________________ ________________、 ________________
微提醒 (1)“三池”的判断技巧。
原电池、电解池、电镀池判定规律:若无外接电源,可能是原电池,然后依据原电池的形成条件分析判定,若有外接电源,两极插入电解质溶液中,则可能是电解池或电镀池。阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池,其他情况为电解池。
(2)串联电路中“原电池”与“电解池”的判断。
若无外接电源,必有一个是原电池,根据原电池的构成条件进行判断,其余是电解池。若有外接电源,则全是电解池。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑。( )
2.镀铜铁制品的镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈。( )
3.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。( )
4.电镀过程中,溶液中离子的浓度不变。( )
5.电解精炼铜时,溶液中的阳离子浓度会发生变化。( )
知|识|对|练
角度三 电解原理的“常规”应用
5.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性Fe2+A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-===Ni
B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
6.在氯碱工业中,离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下,下列说法不正确的是( )
A.电极A为阳极,发生氧化反应
B.离子交换膜为阳离子交换膜
C.电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H+Cl2↑+H2↑
D.NaOH 溶液从 d 处出
角度四 电解原理在“环境治理”中的不寻常应用
7.空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液吸收,生成HNO2,再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质N2,同时生成Ce4+,其电解原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.电极B为阳极,发生氧化反应
B.电极A上发生的电极反应为2HNO2+6H++6e-===N2↑+4H2O
C.Ce4+从电解槽右端上口流出,且可循环使用
D.若用阴离子交换膜代替质子交换膜,可提高电解效率,降低成本
8.研究发现,电催化CO2和含氮物质(N等)在常温常压下合成尿素,有助于实现“碳中和”及解决含氮废水污染问题。用铅酸蓄电池作电源,向含有一定浓度KNO3的酸性废水中通CO2至饱和,在电极上反应生成CO(NH2)2,电解原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.d为电源正极,该电极反应式为PbO2+2e-+4H+===Pb2++2H2O
B.为提高溶液导电性,电极b区溶液中可加入少量氯化钠
C.当电极a区生成3.0 g尿素时,电极b区质量减少7.2 g
D.每1 mol CO2转化为尿素就有18 mol H+由b极区迁移到a极区
角度五 电解原理在“物质制备”中的不寻常应用
9.利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得NaClO和CO,其工作原理如图所示,已知在直流电的作用下,双极膜中的H2O解离成H+和OH-。下列有关说法错误的是( )
A.b极为负极
B.M极的电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O
C.工作一段时间后,N极附近溶液的pH明显变小
D.若所得n(CO)大于n(NaClO),说明阳极可能发生反应2Cl--2e-===Cl2↑
10.利用电解法将污染性气体NO2转化为(NH4)2SO4溶液的原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.电解时,当有2 mol H+透过质子交换膜,则电极Y增重96 g
B.NO2在电极b上的反应式为NO2+8H++7e-===N+2H2O
C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移
D.电解时Na2SO4溶液的浓度保持不变
11.氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30%以上。在这种工艺设计中,相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出,所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。
(1)图中X、Y分别是________、________(填化学式),比较图示中a%与b%的大小:______________。
(2)写出燃料电池B中的电极反应:正极________________;负极______________。
(3)这样设计的主要节能之处在于(写出2处):____________________________。
考点3 金属腐蚀及防护措施
知|识|梳|理
1.金属腐蚀的类型
(1)金属的腐蚀。
金属腐蚀 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 有电流
(2)吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较。
类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 水膜呈弱酸性或中性 水膜呈较强酸性
正极反应 O2+2H2O+4e-===4OH- 2H++2e-===H2↑
负极反应 Fe-2e-===Fe2+ Fe-2e-===Fe2+
其他反应 Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3+(x-3)H2O===Fe2O3·xH2O(铁锈)
微提醒 根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液中发生吸氧腐蚀;NH4Cl溶液、稀硫酸等酸性较强的溶液中发生析氢腐蚀。
2.金属腐蚀的防护方法
(1)改变金属的组成结构。例如在铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢,具有较高的耐腐蚀性。含铬又含镍的不锈钢,其耐腐蚀性更好。
(2)在金属表面覆盖一层保护层,使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离,便可保护金属,防止金属腐蚀。如在金属表面上喷漆、电镀或覆盖搪瓷、使表面钝化等。
(3)电化学保护法。如把金属连接在电源的负极上,这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应。也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属,发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.原电池分为正、负极,电解池分为阴、阳极,所以牺牲阳极法应用的是电解池原理。( )
2.在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼,形成原电池而保护铁不易被腐蚀。( )
3.钢铁发生吸氧腐蚀时,负极电极反应式为Fe-3e-===Fe3+。( )
4.在金属表面覆盖保护层,若保护层破损后,就完全失去了对金属的保护作用。( )
5.外加电流法构成了电解池;牺牲阳极法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。( )
实|验|回|放
实验一:电化学腐蚀实验
铁钉的吸氧腐蚀实验 锌的析氢腐蚀实验
探究饱和食盐水浸泡过的铁钉的吸氧腐蚀 探究滴加硫酸铜溶液后锌与稀盐酸反应的快慢
将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下,放入如图所示的具支试管中。几分钟后,观察导管中水柱的变化 取两支试管,分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸,观察现象。然后,向其中一支试管中滴加1~2滴硫酸铜溶液,再观察现象
导管中水柱上升,铁钉表面有铁锈生成 未滴加硫酸铜溶液时,两支试管中产生气泡的速率相等;滴加硫酸铜溶液的试管内产生气泡的速率变快
装置中Fe、C、饱和食盐水构成了Fe—C—饱和食盐水原电池,Fe作负极,C作正极,饱和食盐水作电解质溶液,由于NaCl溶液呈中性,发生吸氧腐蚀 滴加硫酸铜溶液后,装置中Zn、Cu、稀盐酸构成了Zn—Cu—稀盐酸原电池,Zn作负极,Cu作正极,稀盐酸作电解质溶液,由于稀盐酸呈酸性,发生析氢腐蚀
提醒 铁钉的吸氧腐蚀实验注意事项
(1)为使实验在短时间内更容易观察到实验现象,可以增加铁钉的数量。
(2)必须保证实验装置密封性良好。
(3)经过酸洗除锈的铁钉,必须先用清水洗净,除去表面的酸,然后用饱和食盐水浸泡一下,才可放入具支试管中。
实验二:牺牲阳极法的两个实验
以Fe作保护电极,Zn作辅助电极,以经过酸化的3%的NaCl溶液作电解质溶液,按图所示连接装置。观察电流表指针的变化,以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间,用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中,再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,观察试管中溶液颜色的变化
电流表 Zn电极 Fe电极 试管内
指针发 生偏转 逐渐溶解 有气泡产生 不显特 征蓝色
— Zn-2e-=== Zn2+ 2H++2e-=== H2↑ —
a.Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池; b.该装置中铁未被腐蚀
将1 g琼脂加入250 mL烧杯中,再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸,使琼脂溶解。稍冷后,趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中,各滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液,混合均匀。取两个2~3 cm长的铁钉,用砂纸擦光
将裹有锌皮的铁钉放入其中一个培养皿中 将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中
琼脂溶液变红 琼脂溶液变红,且产生带有特征蓝色的沉淀
Zn-2e-===Zn2+ 2H2O+O2+4e-===4OH- Fe-2e-===Fe2+ 2H2O+O2+4e-===4OH-
Fe、Zn和NaCl溶液构成原电池,Zn被腐蚀,Fe被保护 Fe、Cu和NaCl溶液构成原电池,Fe被腐蚀,Cu被保护
知识链接 Fe2+的检验
Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是一种检验溶液中Fe2+的常用方法。
上述反应的离子方程式为Fe2++K++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓。
知|识|对|练
角度六 正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
12.远洋轮船的船体材料是合金钢,为了保障航行安全,延长轮船的使用寿命,通常在与海水接触的船壳(船底及船侧)上镶嵌一些金属块M。下列有关说法不正确的是( )
A.上述保护船壳免受腐蚀的方法叫牺牲阳极法
B.M可能是锌、铜等金属
C.船壳主要发生吸氧腐蚀
D.在上述保护船壳的过程中,负极反应为M-ne-===Mn+
13.将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条,放入滴有混合溶液的容器中,如图所示,下列叙述错误的是( )
A.b中铁钉附近呈现红色
B.a中铁钉附近产生蓝色沉淀
C.b中发生吸氧腐蚀
D.a中铜丝附近有气泡产生
角度七 腐蚀快慢与防护方法的比较
14.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为( )
① ② ③ ④ ⑤ ⑥
A.②①③④⑤⑥
B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥
D.⑤③②④①⑥
15.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关叙述不正确的是( )
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
微充电 素养提升
守恒思想——应对电化学定量计算的三种方法
【方法归纳】
1.计算类型。
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
2.三种方法。
(1)根据总反应式计算。
先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e-为桥梁可构建如下关系式:
4e-~~
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽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快速解答常见的电化学计算问题。
提示 在电化学计算中,还常利用Q=I·t和Q=n(e-)×NA×1.60×10-19 C来计算电路中通过的电量。
类型一 根据总反应式,建立等量关系进行计算
【母题1】 将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,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( )
A.4×10-3 mol·L-1
B.2×10-3 mol·L-1
C.1×10-3 mol·L-1
D.1×10-7 mol·L-1
【衍生】 两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中,通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时,(设电解过程中阴极没有H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为( )
A.27 mg B.54 mg
C.106 mg D.216 mg
类型二 根据电子守恒,突破电解分阶段计算
【母题2】 500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=0.6 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(K+)为0.4 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D.电解后溶液中c(H+)为0.4 mol·L-1
类型三 根据电子守恒,突破电解池的“串联”计算
【母题3】 如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5%的NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。
(1)接通电源,一段时间后,测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。则
①电源的N端为________极。
②电极b上发生的电极反应式为___________________________________________________________
____________________。
③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________L。
④电解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行 ________(填“能”或“不能”),原因是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
微真题 把握方向
考向一 电解池工作原理
1.(2024·甘肃卷)某固体电解池工作原理如图所示,下列说法错误的是( )
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极,发生还原反应O2+4e-===2O2-
C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
2.(2024·湖南卷)在KOH水溶液中,电化学方法合成高能物质K4C6N16时,伴随少量O2生成,电解原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.电解时,OH-向Ni电极移动
B.生成C6的电极反应:2C3N8H4+8OH--4e-===C6+8H2O
C.电解一段时间后,溶液pH升高
D.每生成1 mol H2的同时,生成0.5 mol K4C6N16
考向二 电解池工作原理的应用
3.(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是( )
A.阳极反应:2Cl--2e-===Cl2↑
B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 mol Fe2O3,阳极室溶液减少213 g
D.理论上每消耗1 mol Fe2O3,阴极室物质最多增加138 g
4.(2024·贵州卷)一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应HC+H2O===HC+2H++2e-,HC+H2O===HC+H2O2。体系中H2O2与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。
下列说法错误的是( )
A.该芬顿系统能量转化形式为太阳能→电能→化学能
B.阴极反应式为O2+2H++2e-===H2O2
C.光阳极每消耗1 mol H2O,体系中生成2 mol H2O2
D.H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
5.(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)
6.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生反应Cl-+H2O-2e-===HClO+H+
考向三 电化学腐蚀
7.(2024·浙江卷1月)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀生成[Zn]2+和H2,下列说法不正确的是( )
A.氨水浓度越大,腐蚀趋势越大
B.随着腐蚀的进行,溶液pH变大
C.铁电极上的电极反应式为2NH3+2e-===+H2↑
D.每生成标准状况下224 mL H2,消耗0.010 mol Zn
8.(2024·浙江卷6月)金属腐蚀会对设备产生严重危害,腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图:
下列说法正确的是( )
A.图甲、图乙中,阳极材料本身均失去电子
B.图乙中,外加电压偏高时,钢闸门表面可发生反应O2+4e-+2H2O===4OH-
C.图乙中,外加电压保持恒定不变,有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图甲、图乙中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,钢闸门、阳极均不发生化学反应
9.(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用,其钢铁外壳镶嵌了锌块,以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是( )
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应Zn-2e-===Zn2+
第29讲 电解池 金属的腐蚀与防护
微考点·核心突破
考点1
知识梳理
一、1.(1)阴极、阳极 氧化还原反应 电能 化学能 负极 还原 正极
氧化 (2)2Cl--2e-===Cl2↑ Cu2++2e-===Cu CuCl2Cl2↑+Cu
2.(1)电极材料 阴离子 S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根>F- (2)阳离子 Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
思维辨析
1.√ 提示:电解池是把电能转化为化学能,所以不论自发、非自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池;如用Zn作阳极、惰性电极作阴极,电解硫酸溶液,电解反应式即为题述反应。
2.× 提示:阳极如果是活性电极,电极本身参加反应。
3.× 提示:电解过程中阴离子向阳极定向移动,阳离子向阴极定向移动。
4.× 提示:电解盐酸,pH变大;电解硫酸实际是电解水,pH变小。
知识对练
1.B 解析 根据溶液中离子移动方向可知,U形管左侧电极是阴极,连接电源的负极,a端是电源的负极,A项错误;通电使CuCl2发生电解,B项正确;阳极发生氧化反应,Cl-在阳极放电2Cl--2e-===Cl2↑,C项错误;Cl-发生氧化反应,在阳极放电生成Cl2,D项错误。
2.C 解析 电解质溶液电解时只生成氧气和氢气,相当于是电解水,根据电解时离子的放电顺序,当电解强含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水。
3.C 解析 电解过程中阴极上银离子放电生成单质Ag,则阴极质量增加,A项错误;由电解方程式4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3,知生成硝酸,溶液的酸性增强,pH不断降低,B项错误;由电解反应可知,从溶液中析出单质Ag和氧气,则向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复电解前的状况,C项正确;电解时只有阳极生成氧气,D项错误。
4.答案 (1)4OH--4e-===O2↑+2H2O(或2H2O-4e-===O2↑+4H+)
4Ag++4e-===4Ag 4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2H2O+2e-===Mg(OH)2↓+H2↑
Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Fe-2e-===Fe2+
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Fe+2H2OFe(OH)2↓+H2↑
(4)Cu-2e-===Cu2+ 2H++2e-===H2↑
Cu+2H+Cu2++H2↑
(5)2Al-6e-+8OH-===2[Al(OH)4]-
6H2O+6e-===3H2↑+6OH-(或6H++6e-===3H2↑)
2Al+6H2O+2OH-2[Al(OH)4]-+3H2↑
(6)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+ 6H++6e-===3H2↑
2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
(7)2Al+6HC-6e-===2Al(OH)3↓+6CO2↑
6H++6e-===3H2↑(或6H2O+6e-===3H2↑+6OH-)
(8)2Cl--2e-===Cl2↑ Mg2++2e-===Mg
Mg2++2Cl-Mg+Cl2↑
考点2
知识梳理
1.(1)2Cl--2e-===Cl2↑ 2H2O+2e-===H2↑+2OH-
(2)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
2.粗铜 精铜 Zn-2e-===Zn2+ Ni-2e-===Ni2+
Cu-2e-===Cu2+ Cu2++2e-===Cu
3.铜 待镀金属制品 镀层金属阳离子Cu2+ Cu-2e-===Cu2+
Cu2++2e-===Cu
4.MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑ 4Al3++12e-===4Al
思维辨析
1.× 提示:活性金属Cu作阳极,Cu失电子被氧化,故阳极反应为Cu-2e-===Cu2+。
2.√ 提示:铁比铜活泼,镀层受损后形成原电池,铁作负极,更易腐蚀。
3.× 提示:电解精炼铜时,阴极析出的只有Cu,而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等(形成阳离子存在于溶液中),不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部,故两极的质量变化不相等。
4.√ 提示:电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量,电镀液中离子浓度保持不变。
5.√ 提示:由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属,反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中,而阴极上只有Cu2+被还原,所以电解过程中,溶液中的阳离子浓度会发生变化。
知识对练
5.D 解析 电解时,阳极上Zn、Fe、Ni失去电子,发生氧化反应,A项错误;因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+,故阴极反应式为Ni2++2e-===Ni,可见,阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解和Cu、Pt等形成阳极泥,而阴极质量增加是因为Ni析出,B项错误;电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外,还有Ni2+和H+,C项错误;铜和铂不失电子,沉降在电解池底部形成阳极泥,电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt,D项正确。
6.C 解析 在电极A处氯离子失去电子,发生氧化反应生成氯气,电极A为阳极,电极B为阴极,a为饱和食盐水,b为淡盐水,钠离子通过离子交换膜移向阴极,故离子交换膜为阳离子交换膜,c为稀氢氧化钠溶液,d为浓氢氧化钠溶液。根据分析,电极A为阳极,A项正确;根据分析,离子交换膜为阳离子交换膜,B项正确;电解饱和食盐水生成 H2、Cl2和 NaOH,离子方程式为2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-,C项错误;根据分析,NaOH 溶液从d处出,D项正确。
7.D 解析 由题图可知电极A上HNO2得电子生成氮气,电极A作阴极,电极B作阳极,发生氧化反应,A项正确;根据电解原理,阴极上得电子,化合价降低,HNO2转化为无毒物质N2,阴极电极反应式为2HNO2+6H++6e-===N2↑+4H2O,B项正确;空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液吸收,生成HNO2,NO中N元素的化合价升高,Ce4+的化合价降低,然后对此溶液进行电解,又生成Ce4+,根据电解原理,Ce4+应在阳极上生成,可循环使用,C项正确;若用阴离子交换膜代替质子交换膜,则随着反应进行,阴极区氢离子浓度不断减小,电解效率降低,D项错误。
8.C 解析 从电池结构中有电源可知,该电池是电解池,从该电池的H+的移动方向可知,H+从b电极向a电极移动,电解池中阳离子从阳极移向阴极,所以a电极是阴极,b电极是阳极,所以d电极为电源的正极,c电极为电源的负极,据此解答。d电极为电源的正极,铅酸蓄电池作电源时的正极反应为PbO2+2e-+4H++S===PbSO4+2H2O,A项错误;b电极是阳极,加入少量氯化钠后氯离子先放电,会产生氯气,B项错误;3.0 g尿素的物质的量为=0.05 mol,结合a极反应式,转移电子为0.8 mol,b极的反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,转移0.8 mol电子时,会消耗0.4 mol H2O,减少的质量为7.2 g,C项正确;电解池中阳离子从阳极移向阴极,H+从b电极向a电极移动,H+在a电极参与反应,由其电极反应式2N+CO2+18H++16e-===CO(NH2)2+7H2O可知,每1 mol CO2转化为尿素则转移的电子为16 mol,有16 mol H+通过质子交换膜,D项错误。
9.C 解析 由N极上CO2被还原成CO知N极为阴极,b极为负极,A项正确;M极的电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O,B项正确;N极的电极反应式为CO2+2H++2e-===CO+H2O,由上述反应可知,双极膜中提供的H+与N极消耗的H+的量相等,工作一段时间后,N极附近溶液pH无明显变化,C项错误;当只发生反应CO2+NaClNaClO+CO时,产物中n(CO)=n(NaClO),若出现n(CO)>n(NaClO),根据电路中转移电子数处处相等,说明阳极Cl-除了放电产生ClO-外,还可能放电产生Cl2,D项正确。
10.D 解析 通过电解法可知此装置为电解池,由a极生成O2可以判断,a极上水放电发生氧化反应生成氧气,a极为阳极,则b为阴极,电极b上二氧化氮得到电子发生还原反应生成铵根离子;则X为铅酸蓄电池正极,Y为铅酸蓄电池的负极。电解时,当有2 mol H+透过质子交换膜时,电路中转移2 mol电子,铅酸蓄电池的Y电极发生反应Pb-2e-+S===PbSO4,有1 mol Pb转化为1 mol PbSO4,电极增重96 g,A项正确;NO2在阴极(电极b)上发生还原反应,电极反应式为NO2+8H++7e-===N+2H2O,B项正确;电解装置中,阳离子移动方向为阳极→阴极,故H+由a极区透过质子交换膜向b极区迁移,C项正确;由于电解池左室相当于电解水,则电解时Na2SO4溶液的浓度逐渐增大,D项错误。
11.答案 (1)Cl2 H2 a%小于b%
(2)O2+4e-+2H2O===4OH- H2-2e-+2OH-===2H2O
(3)燃料电池可以补充电解池消耗的电能;提高产出碱液的浓度
解析 (1)在燃料电池中,通入空气的一极为正极(还原反应),那么左边必然通H2,即Y为H2,则电解池左边应为阳极,生成Cl2,由于燃料电池正极发生反应O2+4e-+2H2O===4OH-,燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过,而燃料电池中正极上氧气得到电子产生OH-,所以反应后氢氧化钠的浓度升高,即a%小于b%。(2)燃料电池的工作原理:负极是氢气失电子发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O,正极是氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-。(3)根据装置特点及反应过程可知,这样设计的优点是:燃料电池可以补充电解池消耗的电能,提高产出碱液的浓度,降低能耗等。
考点3
知识梳理
思维辨析
1.× 提示:牺牲阳极法是应用原电池原理防腐。
2.× 提示:在铁板上镀锌是因为锌被氧化生成一层致密保护膜ZnO,可以阻止铁与空气的接触,与原电池无关,锌层破损后才与原电池有关。
3.× 提示:钢铁发生吸氧腐蚀时,负极反应为Fe-2e-===Fe2+。
4.× 提示:如铁件上镀锌,若保护层破损后,在潮湿的空气中,Fe、Zn构成原电池,Zn作负极,仍然对Fe起到保护作用。
5.√ 提示:外加电流法构成了电解池;牺牲阳极法构成了原电池。
知识对练
12.B 解析 M不可能是铜,因为满足条件的金属应该比Fe活泼。
13.A 解析 Al比Fe活泼,b中Al为负极,Fe为正极,溶液呈中性,发生吸氧腐蚀,铁钉上的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,没有Fe3+生成,溶液不会变红,A项错误;Fe比Cu活泼,a中Fe为负极,Cu为正极,溶液呈酸性,发生析氢腐蚀,铁钉上的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应产生蓝色沉淀,B项正确;b中电解质溶液呈中性,发生吸氧腐蚀,C项正确;a中发生析氢腐蚀,Cu为正极,Cu上的电极反应式为2H++2e-===H2↑,铜丝附近有气泡产生,D项正确。
14.C 解析 ①是Fe为负极、杂质碳为正极的原电池腐蚀,发生铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢,其电极反应式为负极Fe-2e-===Fe2+、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被腐蚀得较快。⑤是Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀,加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀,防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
15.C 解析 钢管桩接电源的负极,高硅铸铁接电源的正极,通电后,外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极,从负极流向钢管桩(阴极),A、B两项正确;题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗,C项错误;在保护过程中要使被保护金属结构电位低于周围环境,则通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整,D项正确。
微充电·素养提升
母题1 A 解析 根据2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑,得n(H+)=2n(H2SO4)=2n(Cu)=2×=0.002 mol,c(H+)==4×10-3 mol·L-1。
衍生 B 解析 首先结合离子放电顺序,阳极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O;阴极反应式为4Ag++4e-===4Ag,电解的总反应式为4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3。由电解的总反应式可知,电解过程中生成的n(Ag)=n(HNO3)=n(H+)=(10-3 mol·L-1-10-6 mol·L-1)×0.5 L≈5×10-4 mol,m(Ag)=5×10-4 mol×108 g·mol-1=0.054 g=54 mg。
母题2 D 解析 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液,阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑,阴极先后发生两个反应Cu2++2e-===Cu和2H++2e-===H2↑,从收集到的O2为2.24 L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子,而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子,所以Cu2+共得到电子为0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol,电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下电荷守恒关系c(K+)+2c(Cu2+)=c(N),c(K+)+c(H+)=c(N),不难算出电解前c(K+)=0.2 mol·L-1,电解后c(H+)=0.4 mol·L-1。
母题3 答案 (1)①正 ②4OH--4e-===O2↑+2H2O ③2.8 ④不变 (2)能 CuSO4溶液变为H2SO4溶液,可继续电解H2SO4溶液,实质是电解水
解析 (1)①接通电源一段时间后,乙中c电极质量增加,说明c电极表面析出Cu,则该电极为阴极,从而推知M端为电源的负极,N端为电源的正极。②电极b为阳极,用惰性电极电解NaOH溶液相当于电解水,阳极上OH-放电生成O2,电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O。③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,设电解过程中消耗水的质量为x g,据电解前后溶质的质量不变可得100 g×10%=(100-x)g×10.47%,解得x=4.5,则电解过程中消耗水的物质的量为=0.25 mol,转移电子的物质的量为0.5 mol,故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V(O2)=0.5 mol××22.4 L·mol-1=2.8 L。④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水,电解过程中c(K2SO4)增大,但溶液的pH不变。(2)当电解过程中铜全部析出时,CuSO4溶液变为H2SO4溶液,继续电解则为电解H2SO4溶液,相当于电解水。
微真题·把握方向
1.B 解析 多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g),多孔电极1为阴极,电极反应为2H2O+4e-===2H2+2O2-;多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g),多孔电极2为阳极,电极反应为2O2--4e-===O2。电极1的多孔结构能增大电极的表面积,增大与水蒸气的接触面积,A项正确;根据分析,电极2为阳极,发生氧化反应2O2--4e-===O2,B项错误;工作时,阴离子O2-向阳极移动,即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2,C项正确;根据分析,电解总反应为2H2O(g)2H2+O2,分解2 mol H2O转移4 mol电子,则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O,D项正确。
2.B 解析 由电解原理图可知,Ni电极产生氢气,为阴极,Pt电极为阳极,电解过程中,阴离子向阳极移动,即OH-向Pt电极移动,A项错误;Pt电极上C3N8H4失去电子生成C6,电解质溶液为KOH水溶液,电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-===C6+8H2O,B项正确;阳极主要反应为2C3N8H4-4e-+8OH-===C6+8H2O,阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则电解过程中发生的总反应主要为2C3N8H4+4OH-===C6+4H2O+2H2↑,反应消耗OH-生成H2O,电解一段时间后,溶液pH降低,C项错误;根据电解总反应2C3N8H4+4OH-===C6+4H2O+2H2↑可知,每生成1 mol H2,生成0.5 mol K4C6N16,但Pt电极伴随少量O2生成,发生电极反应4OH--4e-===O2↑+2H2O,则生成1 mol H2时得到的部分电子是由OH-放电产生O2提供,所以生成的K4C6N16小于0.5 mol,D项错误。
3.C 解析 左侧电极Fe2O3在碱性条件下转化为Fe,为阴极,右侧电极为阳极,阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,A项正确;阴极反应为Fe2O3+6e-+3H2O===2Fe+6OH-,消耗水产生OH-,阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高,B项正确;理论上每消耗1 mol Fe2O3转移6 mol电子,产生3 mol Cl2,同时有6 mol Na+由阳极转移至阴极,则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g,C项错误;理论上每消耗1 mol Fe2O3转移6 mol电子,有6 mol Na+由阳极转移至阴极,阴极室物质最多增加6×23 g=138 g,D项正确。
4.C 解析 由题图可知,该系统中太阳能先转化为电能,电能再转化为化学能,A项正确;阴极发生还原反应,结合题图可知阴极反应式为O2+2H++2e-===H2O2,B项正确;根据光阳极发生的反应可知,每有2 mol H2O参与反应,转移2 mol e-,光阳极生成1 mol H2O2,阴极消耗1 mol O2,也生成1 mol H2O2,体系中共生成2 mol H2O2,即光阳极每消耗1 mol H2O,体系中生成1 mol H2O2,C项错误;Mn(Ⅱ)可被H2O2氧化为Mn(Ⅳ),Mn(Ⅳ)可被H2O2还原为Mn(Ⅱ),即体现了H2O2的氧化性和还原性,D项正确。
5.C 解析 IrOx-Ti电极接电源正极,为阳极,发生失电子的氧化反应,故电极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑,A项错误;质子交换膜只允许H+通过,故左室H+从IrOx-Ti电极向Cu电极迁移,B项错误;Cu电极接电源负极,为阴极,发生得电子的还原反应,根据题图物质转化关系可知CO2可发生反应2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O,C项正确;由A项分析可知每转移1 mol电子,阳极生成0.25 mol即5.6 L(标准状况)O2,D项错误。
6.D 解析 由题图可知,钛网电极在PRT的抑制下,Cl-放电生成HClO,电极反应为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+,所以钛网电极为阳极,a为正极,b为负极,钛箔电极为阴极,在该电极上水放电生成H2:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则电解池的总反应为NaCl+H2ONaClO+H2↑。由分析可知,电源a端为正极,电源b端为负极,a端电势高于b端电势,A项错误;理论上每转移2 mol e-,生成1 mol H2,质量为2 g,B项错误;电解生成ClO-,水解使溶液呈碱性,海水pH上升,C项错误;阳极上Cl-放电转化为HClO,电极反应为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+,D项正确。
7.C 解析 氨水浓度越大,越容易生成[Zn]2+,腐蚀趋势越大,A项正确;腐蚀的总反应为Zn+4NH3·H2O===[Zn]2++H2↑+2H2O+2OH-,有OH-生成,溶液pH变大,B项正确;该电化学腐蚀中Zn作负极,Fe作正极,正极上氢离子得电子生成氢气,铁电极上的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,C项错误;根据得失电子守恒,每生成标准状况下224 mL H2,转移电子数为=0.02 mol,消耗0.010 mol Zn,D项正确。
8.B 解析 图甲为牺牲阳极法,阳极一般为较活泼金属,其作为原电池的负极,失去电子被氧化;图乙为外加电流法,阳极材料为辅助阳极,通常是惰性电极,其本身不失去电子,电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子,如海水中的Cl-,A项不正确。图乙中,外加电压偏高时,钢闸门表面积累的电子很多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的O2也会竞争放电,故可发生反应O2+2H2O+4e-===4OH-,B项正确。图乙为外加电流法,理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好;腐蚀电流会随着环境的变化而变化,若外加电压保持恒定不变,则不能保证抵消腐蚀电流,不利于提高对钢闸门的防护效果,C项不正确。图甲、图乙中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了反应Fe-2e-===Fe2+的发生,钢闸门不发生化学反应,但是牺牲阳极发生了氧化反应,辅助阳极上也发生了氧化反应,D项不正确。
9.D 解析 钢铁外壳镶嵌了锌块,由于金属活动性Zn>Fe,即锌块为负极,钢铁为正极,A项错误;Zn失去电子,发生氧化反应Zn-2e-===Zn2+,镶嵌的锌块会被逐渐消耗,需根据腐蚀情况进行维护和更换,不能永久使用,B项错误;该方法为牺牲阳极法,C项错误;Zn失去电子,发生氧化反应Zn-2e-===Zn2+,D项正确。(共125张PPT)
第29讲
大单元五 化学反应与能量
电解池 金属的腐蚀与防护
目
标
速
览
1.认识电能与化学能相互转化的实际意义及其重要应用。 2.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的本 质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。 4.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解 池。
考点1 电解池
微考点/核心突破
第一部分
1.电解原理及电极反应式的书写
(1)使电流通过电解质溶液而在_____________引起______________的过程叫做电解。将______转化为_______的装置叫做电解池。在电解池中与直流电源的______相连的电极是阴极，在阴极上发生______反应；与直流电源的______相连的电极是阳极，在阳极上发生______反应。
(2)用惰性电极电解CuCl2溶液时，电极反应式阳极为______________
______、阴极为_______________，总反应为__________________。
阴极、阳极
氧化还原反应
电能
化学能
负极
还原
正极
氧化
2Cl--2e-===
Cl2↑
Cu2++2e-===Cu
CuCl2 Cl2↑+Cu
2.离子放电顺序及电解产物的判断
(1)阳极产物判断：首先看电极，如果是活性电极，___________失电子，电极被溶解；如果是惰性电极，则要看溶液中_________的还原性。此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序为_____
__________________________。
(2)阴极产物的判断：直接根据____________的放电顺序判断，常见金属阳离子的放电顺序是_____________________________________
_______________________________。
电极材料
阴离子
S2->I-
>Br->Cl->OH->含氧酸根>F-
阳离子
Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+
>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+
微提醒 (1)分析电解池问题的一般程序为找电源(或现象)→判两极→写电极反应式→得总反应式。
①连电源正极的为阳极，阳极上发生氧化反应；连电源负极的为阴极，阴极上发生还原反应，两电极反应式之和即为电池总反应式。
②电极材料：惰性电极指Pt、Au、石墨；活性电极指除Pt、Au、石墨外的金属材料。
(2)①同一原电池的正、负极的电极反应中得、失电子数相等。
②同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。
③串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。
二、使用惰性电极电解的几种类型
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑能设计成电解池。( )
2.阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。( )
提示：电解池是把电能转化为化学能，所以不论自发、非自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池；如用Zn作阳极、惰性电极作阴极，电解硫酸溶液，电解反应式即为题述反应。
提示：阳极如果是活性电极，电极本身参加反应。
3.电解过程中阴离子向阴极定向移动。( )
4.电解稀盐酸、稀硫酸等溶液，H+放电，溶液的pH逐渐增大。( )
提示：电解过程中阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移 动。
提示：电解盐酸，pH变大；电解硫酸实际是电解水，pH变小。
实验：CuCl2溶液的电解
实验步骤及装置 在U形管中注入质量分数为25%的CuCl2
溶液，插入两根石墨棒作电极(如图)。
把湿润的碘化钾 淀粉试纸放在与直流
电源正极相连的石墨棒附近。接通直
流电源，观察U形管内的现象和试纸颜
色的变化
实验现象 电流表的指针发生偏转；通电一段时间后可观察到与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜，该区域溶液颜色变浅；与直流电源正极相连的石墨棒上有气泡产生，同时观察到湿润的碘化钾 淀粉试纸变成蓝色
现象分析 CuCl2是强电解质，在水溶液中全部电离生成Cu2+和Cl-。通电前，Cu2+和Cl-在溶液中作自由运动，如图Ⅰ所示；通电时，这些自由运动的离子改作定向运动，根据异性相吸的原理，阴离子(Cl-)向阳极(与直流电源的正极相连)迁移，阳离子(Cu2+)向阴极(与直流电源的负极相连)迁移，如图Ⅱ所示。
在阳极，Cl-失去电子发生氧化反应生成Cl2，从阳极放出。在阴极，Cu2+得到电子发生还原反应生成铜单质，覆盖在阴极上
电极反应及其他反应 阳极：2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)
阴极：Cu2++2e-===Cu (还原反应)
电解CuCl2溶液的化学方程式为CuCl2 Cu+Cl2↑；
试纸中的I-被Cl2氧化成I2，淀粉遇I2变蓝Cl2+2I-===2Cl-+I2
实验结论 在通直流电的条件下，溶液里的CuCl2发生反应CuCl2
Cu+Cl2↑，阴极有Cu生成，阳极有Cl2放出
提醒 (1)CuCl2溶液浓度不能太稀，以质量分数约为25%最佳。
(2)在该实验条件下，由水发生微弱电离产生的少量H+和OH-并没有参与电极反应。
(3)该实验过程中需注意防止CuCl2溶液溅出，实验观察过程中最好佩戴护目镜；阳极产物Cl2有毒，注意开启实验室中的排风设备；CuCl2为重金属盐，实验后要洗手。
1.书写电极反应式和总反应式的规律
必须正确书写原电池和电解池的电极反应式和总的反应式。高考主要从下面三个方面进行考查。
(1)根据给出的两个电极反应式写总反应式。
已知两个电极反应式，写总反应式并不难，只要使两个电极反应式得失电子数相等后，将两式相加，消去相同的化学式即可。
(2)给出总反应式，写出电极反应式。
书写电极反应式的步骤一般分为四步：
①列物质、标得失；②选离子、配电荷；③配个数、巧用水；④两式加、验总式。
(3)根据信息给予知识，写电极反应式和总反应式。
2.做到“三看”，正确书写电极反应式
(1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定放电 (注：Fe生成Fe2+)。
(2)二看介质，介质是否参与电极反应。
(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的冶炼。
3.规避“三个”失分点
(1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相等，且总反应式应注明条件“电 解”。
(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。
4.电解规律
(1)若阴极为H+放电，则阴极区c(OH-)增大；若阳极为OH-放电，则阳极区c(H+)增大；若阴极、阳极同时有H+、OH-放电，相当于电解 水，电解质浓度增大。电解时溶液酸碱性“口诀”为氢出碱增，氧出酸增，氢氧共出，“酸”酸、“碱”碱、“中”中。
(2)若放电的H+或OH-来自水的电离，则电解方程式要将它们写成“H2O”的形式。
(3)电解质溶液恢复原状的办法：“少什么加什么”。
角度一 对电解原理和电解规律的考查
1.用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是( )
A.a端是直流电源的正极
B.通电使CuCl2发生电解
C.阳极上发生的反应Cu2++2e-===Cu
D.通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
根据溶液中离子移动方向可知，U形管左侧电极是阴极，连接电源的负极，a端是电源的负极，A项错误；通电使CuCl2发生电解，B项正确；阳极发生氧化反应，Cl-在阳极放电2Cl--2e-===Cl2↑，C项错误；Cl-发生氧化反应，在阳极放电生成Cl2，D项错误。
解析
2.下列各组中，每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的是( )
A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2
B.NaOH、CuSO4、H2SO4
C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2
D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2
电解质溶液电解时只生成氧气和氢气，相当于是电解水，根据电解时离子的放电顺序，当电解强含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水。
解析
3.下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是( )
A.电解过程中阳极的质量不断增加
B.电解过程中溶液的pH不断升高
C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况
D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1
电解过程中阴极上银离子放电生成单质Ag，则阴极质量增加，A项错误；由电解方程式4AgNO3+2H2O 4Ag+O2↑+4HNO3，知生成硝酸，溶液的酸性增强，pH不断降低，B项错误；由电解反应可知，从溶液中析出单质Ag和氧气，则向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复电解前的状况，C项正确；电解时只有阳极生成氧气，D项错误。
解析
角度二 电极反应式、电解总方程式的书写
4.按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液。
阳极反应式：_____________________________________________；
阴极反应式：_________________；
总反应离子方程式：______________________________。
4OH--4e-===O2↑+2H2O(或2H2O-4e-===O2↑+4H+)
4Ag++4e-===4Ag
4Ag++2H2O 4Ag+O2↑+4H+
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液。
阳极反应式：_______________；
阴极反应式：________________________________；
总反应离子方程式：______________________________________。
(3)用铁作电极电解NaCl溶液。
阳极反应式：______________；
阴极反应式：________________________________________；
总反应离子方程式：___________________________。
2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2H2O+2e-===Mg(OH)2↓+H2↑
Mg2++2Cl-+2H2O Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
Fe-2e-===Fe2+
2H++2e-===H2↑(或2H2O+2e-===H2↑+2OH-)
Fe+2H2O Fe(OH)2↓+H2↑
(4)用铜作电极电解盐酸溶液。
阳极反应式：______________________；
阴极反应式：______________________；
总反应离子方程式：______________________。
(5)用Al作电极电解NaOH溶液。
阳极反应式：______________________________；
阴极反应式：________________________________________；
总反应离子方程式：_____________________________________。
Cu-2e-===Cu2+
2H++2e-===H2↑
Cu+2H+ Cu2++H2↑
2Al-6e-+8OH-===2[Al(OH)4]-
6H2O+6e-===3H2↑+6OH-(或6H++6e-===3H2↑)
2Al+6H2O+2OH- 2[Al(OH)4]-+3H2↑
(6)用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式：________________________________；
阴极反应式：______________________；
总反应离子方程式：__________________________。
(7)用Al作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液。
阳极反应式：_______________________________________；
阴极反应式：_____________________________________________。
2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+
6H++6e-===3H2↑
2Al+3H2O Al2O3+3H2↑
2Al+6HC-6e-===2Al(OH)3↓+6CO2↑
6H++6e-===3H2↑(或6H2O+6e-===3H2↑+6OH-)
(8)用惰性电极电解熔融MgCl2。
阳极反应式：______________________；
阴极反应式：______________________；
总反应离子方程式：______________________。
2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg
Mg2++2Cl- Mg+Cl2↑
考点2 电解原理的应用
微考点/核心突破
第一部分
知|识|梳|理
1.电解饱和食盐水
(1)电极反应。
阳极：_______________ (反应类型为氧化反应)，
阴极：_______________________ (反应类型为还原反应)。
(2)总反应方程式：__________________________________。
总反应的离子方程式：_____________________________。
2Cl--2e-===Cl2↑
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。
装置 离子交换膜电解槽
阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极 碳钢网
阳离子 交换膜 ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2.电解精炼铜
粗铜
精铜
Zn-2e-===Zn2+
Ni-2e-===Ni2+
Cu-2e-===Cu2+
Cu2++2e-===Cu
3.电镀铜
铜
待镀金属制品
镀层金属阳离子Cu2+
Cu-2e-===Cu2+
Cu2++2e-===Cu
4.电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。
项目 总方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑、2Na++2e-===2Na
冶炼镁 ______________________________ ____________________、_______________
冶炼铝 ____________________________ ____________________、_______________
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg
2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑
6O2--12e-===3O2↑
4Al3++12e-===4Al
微提醒 (1)“三池”的判断技巧。
原电池、电解池、电镀池判定规律：若无外接电源，可能是原电 池，然后依据原电池的形成条件分析判定，若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其他情况为电解池。
(2)串联电路中“原电池”与“电解池”的判断。
若无外接电源，必有一个是原电池，根据原电池的构成条件进行判断，其余是电解池。若有外接电源，则全是电解池。
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑。( )
2.镀铜铁制品的镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。( )
提示：活性金属Cu作阳极，Cu失电子被氧化，故阳极反应为Cu-2e-===Cu2+。
提示：铁比铜活泼，镀层受损后形成原电池，铁作负极，更易腐蚀。
3.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。( )
4.电镀过程中，溶液中离子的浓度不变。( )
提示：电解精炼铜时，阴极析出的只有Cu，而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等(形成阳离子存在于溶液中)，不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部，故两极的质量变化不相等。
提示：电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量，电镀液中离子浓度保持不变。
5.电解精炼铜时，溶液中的阳离子浓度会发生变化。( )
提示：由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上只有Cu2+被还原，所以电解过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。
角度三 电解原理的“常规”应用
5.金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性Fe2+Cu2+)( )
A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2++2e-===Ni
B.电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C.电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
电解时，阳极上Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错 误；因氧化性Ni2+>Fe2+>Zn2+，故阴极反应式为Ni2++2e-===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解和Cu、Pt等形成阳极 泥，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外，还有Ni2+和H+，C项错误；铜和铂不失电子，沉降在电解池底部形成阳极泥，电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt，D项正确。
解析
6.在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是( )
A.电极A为阳极，发生氧化反应
B.离子交换膜为阳离子交换膜
C.电解饱和食盐水的离子方程式
为2Cl-+2H+ Cl2↑+H2↑
D.NaOH 溶液从 d 处出
在电极A处氯离子失去电子，发生氧化反应生成氯气，电极A为阳极，电极B为阴极，a为饱和食盐水，b为淡盐水，钠离子通过离子交换膜移向阴极，故离子交换膜为阳离子交换膜，c为稀氢氧化钠溶液，d为浓氢氧化钠溶液。根据分析，电极A为阳极，A项正 确；根据分析，离子交换膜为阳离子交换膜，B项正确；电解饱和食盐水生成 H2、Cl2和 NaOH，离子方程式为2Cl-+2H2O Cl2↑
+H2↑+2OH-，C项错误；根据分析，NaOH 溶液从d处出，D项正 确。
解析
角度四 电解原理在“环境治理”中的不寻常应用
7.空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液吸收，生成HNO2，再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质N2，同时生成Ce4+，其电解原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A.电极B为阳极，发生氧化反应
B.电极A上发生的电极反应为2HNO2+6H++6e-===N2↑+4H2O
C.Ce4+从电解槽右端上口流出，且可循环使用
D.若用阴离子交换膜代替质子交换膜，可提高电解效率，降低成本
由题图可知电极A上HNO2得电子生成氮气，电极A作阴极，电极B作阳极，发生氧化反应，A项正确；根据电解原理，阴极上得电子，化合价降低，HNO2转化为无毒物质N2，阴极电极反应式为2HNO2+6H++6e-===N2↑+4H2O，B项正确；空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液吸收，生成HNO2，NO中N元素的化合价升高，Ce4+的化合价降低，然后对此溶液进行电解，又生成Ce4+，根据电解原理，Ce4+应在阳极上生成，可循环使用，C项正确；若用阴离子交换膜代替质子交换膜，则随着反应进行，阴极区氢离子浓度不断减小，电解效率降低，D项错误。
解析
8.研究发现，电催化CO2和含氮物质(N等)在常温常压下合成尿 素，有助于实现“碳中和”及解决含氮废水污染问题。用铅酸蓄电池作电源，向含有一定浓度KNO3的酸性废水中通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.d为电源正极，该电极反应式为PbO2+2e-+4H+===Pb2++2H2O
B.为提高溶液导电性，电极b区溶液中可加入少量氯化钠
C.当电极a区生成3.0 g尿素时，电极b区质量减少7.2 g
D.每1 mol CO2转化为尿素就有18 mol H+由b极区迁移到a极区
从电池结构中有电源可知，该电池是电解池，从该电池的H+的移动方向可知，H+从b电极向a电极移动，电解池中阳离子从阳极移向阴极，所以a电极是阴极，b电极是阳极，所以d电极为电源的正极，c电极为电源的负极，据此解答。d电极为电源的正极，铅酸蓄电池作电源时的正极反应为PbO2+2e-+4H++S===PbSO4+
2H2O，A项错误；b电极是阳极，加入少量氯化钠后氯离子先放 电，会产生氯气，B项错误；3.0 g尿素的物质的量为=0.05
解析
mol，结合a极反应式，转移电子为0.8 mol，b极的反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+，转移0.8 mol电子时，会消耗0.4 mol H2O，减少的质量为7.2 g，C项正确；电解池中阳离子从阳极移向阴极，H+从b电极向a电极移动，H+在a电极参与反应，由其电极反应式2N+CO2+18H++16e-===CO(NH2)2+7H2O可知，每1 mol CO2转化为尿素则转移的电子为16 mol，有16 mol H+通过质子交换膜，D项错误。
解析
角度五 电解原理在“物质制备”中的不寻常应用
9.利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得NaClO和CO，其工作原理如图所示，已知在直流电的作用下，双极膜中的H2O解离成H+和 OH-。下列有关说法错误的是( )
A.b极为负极
B.M极的电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O
C.工作一段时间后，N极附近溶液的pH明显变小
D.若所得n(CO)大于n(NaClO)，说明阳极可能发生反应2Cl--2e-===Cl2↑
由N极上CO2被还原成CO知N极为阴极，b极为负极，A项正确；M极的电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O，B项正确；N极的电极反应式为CO2+2H++2e-===CO+H2O，由上述反应可知，双极膜中提供的H+与N极消耗的H+的量相等，工作一段时间后，N极附近溶液pH无明显变化，C项错误；当只发生反应CO2+NaCl
NaClO+CO时，产物中n(CO)=n(NaClO)，若出现n(CO)> n(NaClO)，根据电路中转移电子数处处相等，说明阳极Cl-除了放电产生ClO-外，还可能放电产生Cl2，D项正确。
解析
10.利用电解法将污染性气体NO2转化为(NH4)2SO4溶液的原理如图所示。下列说法错误的是( )
A.电解时，当有2 mol H+透过质子交换膜，则电极Y增重96 g
B.NO2在电极b上的反应式为NO2+8H++7e-===N+2H2O
C.电解过程中，H+由a极区向b极区迁移
D.电解时Na2SO4溶液的浓度保持不变
通过电解法可知此装置为电解池，由a极生成O2可以判断，a极上水放电发生氧化反应生成氧气，a极为阳极，则b为阴极，电极b上二氧化氮得到电子发生还原反应生成铵根离子；则X为铅酸蓄电池正极，Y为铅酸蓄电池的负极。电解时，当有2 mol H+透过质子交换膜时，电路中转移2 mol电子，铅酸蓄电池的Y电极发生反应Pb-2e-+S===PbSO4，有1 mol Pb转化为1 mol PbSO4，电极增重96 g，A项正确；NO2在阴极(电极b)上发生还原反应，电极反应式
解析
为NO2+8H++7e-===N+2H2O，B项正确；电解装置中，阳离子移动方向为阳极→阴极，故H+由a极区透过质子交换膜向b极区迁移，C项正确；由于电解池左室相当于电解水，则电解时Na2SO4溶液的浓度逐渐增大，D项错误。
解析
11.氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。
(1)图中X、Y分别是______、 ______(填化学式)，比较图示中a%与b%的大小： ____________。
(2)写出燃料电池B中的电极反应：正极________________________；负极__________________________。
(3)这样设计的主要节能之处在于(写出2处)：_____________________
________________________________________。
Cl2
H2
a%小于b%
O2+4e-+2H2O===4OH-
H2-2e-+2OH-===2H2O
燃料电池可以补充电解池消耗的电能;提高产出碱液的浓度
(1)在燃料电池中,通入空气的一极为正极(还原反应),那么左边必然通H2,即Y为H2,则电解池左边应为阳极,生成Cl2,由于燃料电池正极发生反应O2+4e-+2H2O===4OH-,燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过,而燃料电池中正极上氧气得到电子产生OH-,所以反应后氢氧化钠的浓度升高,即a%小于b%。(2)燃料电池的工作原理:负极是氢气失电子发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-+2OH-===2H2O,正极是氧气得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-。(3)根据装置特点及反应过程可知,这样设计的优点是:燃料电池可以补充电解池消耗的电能,提高产出碱液的浓度,降低能耗等。
解析
考点3 金属腐蚀及防护措施
微考点/核心突破
第一部分
1.金属腐蚀的类型
(1)金属的腐蚀。
金属腐蚀 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 有电流
(2)吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较。
类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 水膜呈弱酸性或中性 水膜呈较强酸性
正极反应 O2+2H2O+4e-===4OH- 2H++2e-===H2↑
负极反应 Fe-2e-===Fe2+ Fe-2e-===Fe2+
其他反应 Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3+(x-3)H2O===Fe2O3·xH2O(铁锈) 微提醒 根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀。
正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关 键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶 液、稀硫酸等酸性较强的溶液中发生析氢腐蚀。
2.金属腐蚀的防护方法
(1)改变金属的组成结构。例如在铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢，具有较高的耐腐蚀性。含铬又含镍的不锈钢，其耐腐蚀性更好。
(2)在金属表面覆盖一层保护层，使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离，便可保护金属，防止金属腐蚀。如在金属表面上喷 漆、电镀或覆盖搪瓷、使表面钝化等。
(3)电化学保护法。如把金属连接在电源的负极上，这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应。也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金 属，发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护。
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极法应用的是电解池原理。( )
2.在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。
( )
提示：牺牲阳极法是应用原电池原理防腐。
提示：在铁板上镀锌是因为锌被氧化生成一层致密保护膜ZnO，可以阻止铁与空气的接触，与原电池无关，锌层破损后才与原电池有关。
3.钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe-3e-===Fe3+。( )
4.在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。( )
5.外加电流法构成了电解池；牺牲阳极法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。( )
提示：钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应为Fe-2e-===Fe2+。
提示：如铁件上镀锌，若保护层破损后，在潮湿的空气中，Fe、Zn构成原电池，Zn作负极，仍然对Fe起到保护作用。
提示：外加电流法构成了电解池；牺牲阳极法构成了原电池。
实验一：电化学腐蚀实验
项目 铁钉的吸氧腐蚀实验 锌的析氢腐蚀实验
实验目的 探究饱和食盐水浸泡过的铁钉的吸氧腐蚀 探究滴加硫酸铜溶液后锌与稀盐酸反应的快慢
实验操 作及 装置 将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下，放入如图所示的具支试管中。几分钟后，观察导管中水柱的变化 取两支试管，分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸，观察现象。然后，向其中一支试管中滴加1~2滴硫酸铜溶液，再观察现象
实验 现象 导管中水柱上升，铁钉表面有铁锈生成 未滴加硫酸铜溶液时，两支试管中产生气泡的速率相等；滴加硫酸铜溶液的试管内产生气泡的速率变快
实验 结论 装置中Fe、C、饱和食盐水构成了Fe—C—饱和食盐水原电池，Fe作负极，C作正极，饱和食盐水作电解质溶液，由于NaCl溶液呈中性，发生吸氧腐蚀 滴加硫酸铜溶液后，装置中Zn、Cu、稀盐酸构成了Zn—Cu—稀盐酸原电池，Zn作负极，Cu作正极，稀盐酸作电解质溶液，由于稀盐酸呈酸性，发生析氢腐蚀
提醒 铁钉的吸氧腐蚀实验注意事项
(1)为使实验在短时间内更容易观察到实验现象，可以增加铁钉的数量。
(2)必须保证实验装置密封性良好。
(3)经过酸洗除锈的铁钉，必须先用清水洗净，除去表面的酸，然后用饱和食盐水浸泡一下，才可放入具支试管中。
实验二：牺牲阳极法的两个实验
实验操作 以Fe作保护电极，Zn作辅助电极，以经过
酸化的3%的NaCl溶液作电解质溶液，按
图所示连接装置。观察电流表指针的变
化，以及烧杯中两个电极附近发生的现
象。过一段时间，用胶头滴管从Fe电极
区域取少量溶液于试管中，再向试管中
滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观
察试管中溶液颜色的变化
实验装置 电流表 Zn电极 Fe电极 试管内
现象 指针发 生偏转 逐渐溶解 有气泡产生 不显特
征蓝色
有关反应 — Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e-===H2↑ —
实验结论 a.Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池； b.该装置中铁未被腐蚀 实验 操作 将1 g琼脂加入250 mL烧杯中，再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸，使琼脂溶解。稍冷后，趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中，各滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，混合均匀。取两个2~3 cm长的铁钉，用砂纸擦光 将裹有锌皮的铁钉放入其中一个培养皿中 将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中
实验 现象 琼脂溶液变红 琼脂溶液变红，且产生带有特征蓝色的沉淀
有关 反应 Zn-2e-===Zn2+ 2H2O+O2+4e-===4OH- Fe-2e-===Fe2+
2H2O+O2+4e-===4OH-
实验 结论 Fe、Zn和NaCl溶液构成原电池，Zn被腐蚀，Fe被保护 Fe、Cu和NaCl溶液构成原电池，Fe被腐蚀，Cu被保护
知识链接 Fe2+的检验
Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是一种检验溶液中Fe2+的常用方法。
上述反应的离子方程式为Fe2++K++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓。
角度六 正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
12.远洋轮船的船体材料是合金钢，为了保障航行安全，延长轮船的使用寿命，通常在与海水接触的船壳(船底及船侧)上镶嵌一些金属块M。下列有关说法不正确的是( )
A.上述保护船壳免受腐蚀的方法叫牺牲阳极法
B.M可能是锌、铜等金属
C.船壳主要发生吸氧腐蚀
D.在上述保护船壳的过程中，负极反应为M-ne-===Mn+
M不可能是铜，因为满足条件的金属应该比Fe活泼。
解析
13.将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条，放入滴有混合溶液的容器中，如图所示，下列叙述错误的是( )
A.b中铁钉附近呈现红色
B.a中铁钉附近产生蓝色沉淀
C.b中发生吸氧腐蚀
D.a中铜丝附近有气泡产生
Al比Fe活泼，b中Al为负极，Fe为正极，溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，铁钉上的电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-，没有Fe3+生 成，溶液不会变红，A项错误；Fe比Cu活泼，a中Fe为负极，Cu为正极，溶液呈酸性，发生析氢腐蚀，铁钉上的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+，Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应产生蓝色沉淀，B项正确；b中电解质溶液呈中性，发生吸氧腐蚀，C项正确；a中发生析氢腐蚀，Cu为正极，Cu上的电极反应式为2H++2e-===H2↑，铜丝附近有气泡产生，D项正确。
解析
角度七 腐蚀快慢与防护方法的比较
14.如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为( )
A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥
①是Fe为负极、杂质碳为正极的原电池腐蚀，发生铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢，其电极反应式为负极Fe-2e-===Fe2+、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被腐蚀得较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
解析
15.支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关叙述不正确的是( )
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
钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B两项正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C项错误；在保护过程中要使被保护金属结构电位低于周围环 境，则通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D项正确。
解析
守恒思想——应对电化学定量
计算的三种方法
微充电/素养提升
第二部分
【方法归纳】
1.计算类型。
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
2.三种方法。
(1)根据总反应式计算。
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
类型一 根据总反应式，建立等量关系进行计算
【母题1】 将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，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( )
A.4×10-3 mol·L-1 B.2×10-3 mol·L-1
C.1×10-3 mol·L-1 D.1×10-7 mol·L-1
解析
【衍生】 两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时，(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为 ( )
A.27 mg B.54 mg
C.106 mg D.216 mg
解析
类型二 根据电子守恒，突破电解分阶段计算
【母题2】 500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=0.6 mol·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(K+)为0.4 mol·L-1
B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D.电解后溶液中c(H+)为0.4 mol·L-1
石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑，阴极先后发生两个反应Cu2++2e-===Cu和2H++2e-===H2↑，从收集到的O2为2.24 L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2+共得到电子为0.4 mol-0.2 mol=0.2 mol，电解前Cu2+的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下电荷守恒关系c(K+)+2c(Cu2+)=c(N)，c(K+)+c(H+)=
c(N)，不难算出电解前c(K+)=0.2 mol·L-1，电解后c(H+)=0.4 mol·L-1。
解析
类型三 根据电子守恒，突破电解池的“串联”计算
【母题3】 如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5%的NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
(1)接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。则
①电源的N端为______极。
②电极b上发生的电极反应式为______________________。
③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为_______ L。
④电解前后丙中溶液的pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
正
4OH--4e-===O2↑+2H2O
2.8
不变
(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行
_______(填“能”或“不能”)，原因是_________________________
___________________________________。
能
CuSO4溶液变为H2SO4溶液,可继续电解H2SO4溶液,实质是电解水
(1)①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。②电极b为阳极，用惰性电极电解NaOH溶液相当于电解水，阳极上OH-放电生成O2，电极反应式为4OH--4e-===O2↑+
2H2O。③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x g，据电解前后溶质的质量不变可得100 g×
10%=(100-x)g×10.47%，解得x=4.5，则电解过程中消耗水的物质
解析
的量为=0.25 mol，转移电子的物质的量为0.5 mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V(O2)=0.5 mol×× 22.4 L·mol-1=2.8 L。④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c(K2SO4)增大，但溶液的pH不变。(2)当电解过程中铜全部析出时，CuSO4溶液变为H2SO4溶液，继续电解则为电解H2SO4溶液，相当于电解水。
解析
微真题/把握方向
第三部分
考向一 电解池工作原理
1.(2024·甘肃卷)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B.电极2是阴极，发生还原反应O2+4e-===2O2-
C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D.理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O
多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O+4e-===2H2+2O2-；多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2--4e-===O2。电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；根据分析，电极2为阳极，发生氧化反应2O2--4e-===O2，B项错误；工作时，阴离子O2-向阳极移
解析
解析
2.(2024·湖南卷)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是( )
A.电解时，OH-向Ni电极移动
B.生成C6的电极反应：2C3N8H4
+8OH--4e-===C6+8H2O
C.电解一段时间后，溶液pH升高
D.每生成1 mol H2的同时，生成
0.5 mol K4C6N16
由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即OH-向Pt电极移动，A项错 误；Pt电极上C3N8H4失去电子生成C6，电解质溶液为KOH水溶液，电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-===C6+8H2O，B项正 确；阳极主要反应为2C3N8H4-4e-+8OH-===C6+8H2O，阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，则电解过程中发生的总反应主要为2C3N8H4+4OH-===C6+4H2O+2H2↑，反应消耗OH-生成H2O，
解析
电解一段时间后，溶液pH降低，C项错误；根据电解总反应2C3N8H4+4OH-===C6+4H2O+2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应4OH--4e-===O2↑+2H2O，则生成1 mol H2时得到的部分电子是由OH-放电产生O2提供，所以生成的K4C6N16小于0.5 mol，D项错 误。
解析
考向二 电解池工作原理的应用
3.(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( )
A.阳极反应：2Cl--2e-===Cl2↑
B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高
C.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D.理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
左侧电极Fe2O3在碱性条件下转化为Fe，为阴极，右侧电极为阳 极，阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑，A项正确；阴极反应为Fe2O3+6e-+3H2O===2Fe+6OH-，消耗水产生OH-，阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高，B项正确；理论上每消耗1 mol Fe2O3转移6 mol电子，产生3 mol Cl2，同时有6 mol Na+由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少3×71 g+6×23 g=351 g，C项错误；理论上每消耗1 mol Fe2O3转移6 mol电子，有6 mol Na+由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加6×23 g=138 g，D项正确。
解析
4.(2024·贵州卷)一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应HC+H2O===HC+2H++2e-，HC+H2O===HC+H2O2。体系中H2O2与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。
下列说法错误的是( )
A.该芬顿系统能量转化形式为太阳能→电能→化学能
B.阴极反应式为O2+2H++2e-===H2O2
C.光阳极每消耗1 mol H2O，体系中生成2 mol H2O2
D.H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
由题图可知，该系统中太阳能先转化为电能，电能再转化为化学能，A项正确；阴极发生还原反应，结合题图可知阴极反应式为O2+2H++2e-===H2O2，B项正确；根据光阳极发生的反应可知，每有2 mol H2O参与反应，转移2 mol e-，光阳极生成1 mol H2O2，阴极消耗1 mol O2，也生成1 mol H2O2，体系中共生成2 mol H2O2，即光阳极每消耗1 mol H2O，体系中生成1 mol H2O2，C项错误；Mn(Ⅱ)可被H2O2氧化为Mn(Ⅳ)，Mn(Ⅳ)可被H2O2还原为Mn(Ⅱ)，即体现了H2O2的氧化性和还原性，D项正确。
解析
5.(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有2CO2+12H++12e-
===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
IrOx-Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，故电极反应为2H2O-4e-===4H++O2↑，A项错误；质子交换膜只允许H+通过，故左室H+从IrOx-Ti电极向Cu电极迁移，B项错误；Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据题图物质转化关系可知CO2可发生反应2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O，C项正确；由A项分析可知每转移1 mol电子，阳极生成0.25 mol即5.6 L(标准状况)O2，D项错误。
解析
6.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生反应Cl-+H2O-2e-===HClO+H+
由题图可知，钛网电极在PRT的抑制下，Cl-放电生成HClO，电极反应为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+，所以钛网电极为阳极，a为正 极，b为负极，钛箔电极为阴极，在该电极上水放电生成H2：2H2O+2e-===H2↑+2OH-，则电解池的总反应为NaCl+H2O
NaClO+H2↑。由分析可知，电源a端为正极，电源b端为负极，a端电势高于b端电势，A项错误；理论上每转移2 mol e-，生成1 mol H2，质量为2 g，B项错误；电解生成ClO-，水解使溶液呈碱性，海水pH上升，C项错误；阳极上Cl-放电转化为HClO，电极反应为Cl-+H2O-2e-===HClO+H+，D项正确。
解析
考向三 电化学腐蚀
7.(2024·浙江卷1月)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀生成[Zn]2+和H2，下列说法不正确的是( )
A.氨水浓度越大，腐蚀趋势越大
B.随着腐蚀的进行，溶液pH变大
C.铁电极上的电极反应式为2NH3+2e-===+H2↑
D.每生成标准状况下224 mL H2，消耗0.010 mol Zn
氨水浓度越大，越容易生成[Zn]2+，腐蚀趋势越大，A项正确；腐蚀的总反应为Zn+4NH3·H2O===[Zn]2++H2↑+2H2O
+2OH-，有OH-生成，溶液pH变大，B项正确；该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，C项错误；根据得失电子守恒，每生成标准状况下224 mL H2，转移电子数为=0.02 mol，消耗0.010 mol Zn，D项正确。
解析
8.(2024·浙江卷6月)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
下列说法正确的是( )
A.图甲、图乙中，阳极材料本身均失去电子
B.图乙中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应O2+4e-+2H2O
===4OH-
C.图乙中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图甲、图乙中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
图甲为牺牲阳极法，阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，失去电子被氧化；图乙为外加电流法，阳极材料为辅助阳 极，通常是惰性电极，其本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl-，A项不正确。图乙中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的H+放电外，海水中溶解的O2也会竞争放电，故可发生反应O2+2H2O+
4e-===4OH-，B项正确。图乙为外加电流法，理论上只要能对抗
解析
钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C项不正确。图甲、图乙中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了反应Fe-2e-===Fe2+的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极发生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D项不正确。
解析
9.(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一 号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是( )
A.钢铁外壳为负极
B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法
D.锌发生反应Zn-2e-===Zn2+
钢铁外壳镶嵌了锌块，由于金属活动性Zn>Fe，即锌块为负极，钢铁为正极，A项错误；Zn失去电子，发生氧化反应Zn-2e-===
Zn2+，镶嵌的锌块会被逐渐消耗，需根据腐蚀情况进行维护和更换，不能永久使用，B项错误；该方法为牺牲阳极法，C项错误；Zn失去电子，发生氧化反应Zn-2e-===Zn2+，D项正确。
解析课时微练(二十九) 电解池 金属的腐蚀与防护
基础训练
1.下列防止金属腐蚀的做法不可行的是( )
A.军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆以防止生锈
B.地下钢管道每隔一段距离就连接一定数量的镁块
C.在轮船外壳水线以下部分装上一定数量的锌块
D.洗衣机的滚筒采用不锈钢材料,既耐磨又耐腐蚀
2.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图,下列有关叙述不正确的是( )
A.电极A是粗铜,电极B是纯铜
B.电路中通过1 mol电子,生成32 g铜
C.溶液中S向电极A迁移
D.膜B是过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区
3.(2025·沈阳模拟)我国首艘航母辽宁舰采用模块制造再焊接组装而成。实验室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响,结果如图所示。下列分析正确的是( )
A.舰艇腐蚀主要是因为发生了化学腐蚀
B.图甲是海水环境下的腐蚀情况
C.腐蚀时负极反应为Fe-3e-Fe3+
D.焊点附近可用锌块打“补丁”延缓腐蚀
4.(2025·江西模拟)利用电化学原理合成氨的装置如图所示,科学家研究表明,Ag、Hg、Pt和Au等能促进氮气合成氨。下列叙述正确的是( )
A.该装置可将电能全部转化成化学能
B.N极可选择铜、锌等材料
C.M极反应式为N2+6e-+6H+2NH3
D.4.48 L H2发生氧化反应时转移0.4 mol电子
5.钢铁的防护有多种方法,下列对于图中的方法描述错误的是( )
A.a、b以导线连接,辅助电极发生氧化反应
B.a、b以导线连接或以电源连接,辅助电极的材料中可能都含有Zn
C.a、b分别连接直流电源,通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门
D.a、b分别连接直流电源的负极、正极,该方法是牺牲阳极法
6.以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中( )
A.阴极发生的反应为Mg-2e-Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
7.我国科学家设计了一种太阳能驱动从海水中提取金属锂的装置,示意图如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是( )
A.铜箔上的电势比催化电极上的高
B.海水的pH变大
C.若转移1 mol电子,理论上铜箔增重7 g
D.固体陶瓷膜可用质子交换膜代替
8.汞阴极法电解饱和食盐水制取NaOH的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A.电解室中可使用铜棒做阳极
B.电解室中汞阴极的反应为Na++e-Na
C.解汞室中的反应为吸热反应
D.两室联合生产的总反应为2NaCl2Na+Cl2↑
9.用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物,电解可明显分为三个阶段,下列叙述不正确的是( )
①电解的最后阶段为电解水 ②阳极先逸出氧气后逸出氯气 ③阴极逸出氢气 ④电解过程中溶液的pH不断增大,最后pH为7
A.①② B.②③
C.③④ D.②④
10.一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是( )
A.a为直流电源的正极
B.阴极反应式为2H++2e-H2↑
C.工作时,乙池中溶液的pH不变
D.若有1 mol离子通过A膜,理论上阳极生成0.25 mol气体
能力训练
11.某课外活动小组用如图装置进行实验,回答下列问题:
(1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应式为___________________________________。
(2)若开始时开关K与b连接,则B极的电极反应式为____________________________________,总反应的离子方程式为____________________________________。
有关上述实验,下列说法正确的是________(填序号)。
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润的淀粉 KI试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前的电解质浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体,则溶液中转移0.2 mol电子
(3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
①该电解槽的阳极反应式为________________________________。此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口________(填“A”“B”“C”或“D”)导出。
③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,简述原因:__________________ ___________________________。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为____________________________________。
课时微练(二十九) 电解池 金属的腐蚀与防护
1.A 解析 A项,油漆经不住高温,军事演习期间,坦克高速行驶履带会发热,油漆很快脱落,错误;B、C两项均属于牺牲阳极法,正确;D项,滚筒采用的不锈钢材料既耐磨又耐腐蚀,正确。
2.D 解析 电解精炼铜时,粗铜作阳极,纯铜作阴极,根据电解原理,电极A为粗铜,电极B为纯铜,A项正确;阴极反应式为Cu2++2e-===Cu,当电路中通过1 mol电子时生成0.5 mol Cu,即生成32 g Cu,B项正确;根据电解原理,S向阳极移动,C项正确;膜A为过滤膜,阻止阳极泥及杂质进入阴极区,膜B为阳离子交换膜,D项错误。
3.D 解析 由题图可知,该腐蚀过程是因为形成了原电池,Fe比Sn活泼,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,Sn作正极被保护,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,据此作答。舰艇被腐蚀是因为形成了原电池,发生了电化学腐蚀,A项错误;海水中含有电解质的浓度大,腐蚀速度快,故乙为海水环境下的腐蚀情况,甲为淡水环境下的腐蚀情况,B项错误;Sn作正极被保护,电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,C项错误;焊点附近用锌块打“补丁”,Zn比Fe活泼,Zn作负极,Fe作正极被保护,可延缓腐蚀,D项正确。
4.C 解析 该装置属于电解池,M极氮元素化合价降低发生还原反应,为阴极;N极氢元素化合价升高发生氧化反应,为阳极,据此回答。该装置为电解池,电能主要转化成化学能,还有部分转化为其他形式能量如热能等,A项错误;N极为阳极,氢气在阳极上发生氧化反应,应选择惰性材料作阳极,而铜、锌作阳极时会优先发生氧化反应,B项错误;M极上N2发生还原反应生成NH3,即反应式为N2+6e-+6H+===2NH3,C项正确;没有指明“标准状况”,不能根据氢气体积计算转移电子的物质的量,D项错误。
5.D 解析 a、b以导线连接,为牺牲阳极法,则辅助电极活动性应该比铁强,作负极,发生氧化反应,A项正确;a、b以导线连接或以电源连接,辅助电极都是发生氧化反应,Zn比较活泼,会失去电子,B项正确;通电后,被保护的钢铁闸门作阴极,辅助电极作阳极,因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门,使钢铁闸门得到保护,C项正确;由于有外加电源,故此方法为外加电流法,D项错误。
解题有据 (1)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)对同一种金属来说,腐蚀的快慢:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)活动性不同的两种金属,活动性差别越大,腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。
6.C 解析 根据电解原理可知,电解池中阳极发生失电子的氧化反应,阴极发生得电子的还原反应,该题中以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,通过控制一定的条件,从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应,分别生成Mg2+和Al3+,Cu和Si不参与反应,阴极区Al3+得电子生成铝单质,从而实现Al的再生,据此分析解答。阴极应该发生得电子的还原反应,实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+,A项错误;Al在阳极上被氧化生成Al3+,B项错误;阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,C项正确;因为阳极除了铝参与电子转移,镁也参与了电子转移,且还会形成阳极泥,而阴极只有铝离子得电子生成铝单质,根据电子守恒及元素守恒可知,阳极与阴极的质量变化不相等,D项错误。
7.C 解析 根据海水提取金属锂的装置图和题意可知,催化电极上放出气体,为氯离子放电生成氯气,因此催化电极为阳极,则铜箔为阴极,铜箔上的电势比催化电极上的低,A项错误;海水中的锂离子和氯离子放电,海水的pH基本不变,B项错误;根据转移电子数相等,若导线中转移1 mol电子,则铜箔上产生1 mol Li,质量为7 g,C项正确;因为催化电极为阳极,放出氯气,铜箔为阴极,生成金属锂,所以固体陶瓷膜为阳离子交换膜,不能用质子交换膜代替,D项错误。
8.B 解析 电解室中若使用铜棒作阳极,则发生反应Cu-2e-===Cu2+,因此不可使用铜棒作阳极,A项错误;电解室中汞阴极的反应为Na++e-===Na,B项正确;解汞室中的钠与水的反应为放热反应,C项错误;电解室内总反应为2NaCl2Na+Cl2↑,解汞室反应为2Na+2H2O===2NaOH+H2↑,两室联合生产的总反应为2NaCl+2H2O===2NaOH+H2↑+Cl2↑,D项错误。
9.D 解析 可以将溶质看成3 mol NaCl和1 mol H2SO4,再转化一下思想,可以看成2 mol HCl、1 mol Na2SO4、1 mol NaCl,则电解过程可以看成先电解HCl,再电解NaCl,最后电解水,即2HClH2↑+Cl2↑、2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑、2H2O2H2↑+O2↑,生成的NaOH为碱性,pH大于7。根据离子放电顺序可知,电解此混合溶液时,在阳极,阴离子放电的先后顺序为Cl-、OH-,在阴极H+放电。
10.D 解析 电解的目的为制备高纯铬,则铬电极应该是阴极,即a为直流电源的负极,A项错误;阴极反应式为Cr3++3e-===Cr,B项错误;工作时,甲池中硫酸根离子移向乙池,丙池中氢离子移向乙池,乙池中硫酸浓度增大,溶液的pH减小,C项错误;若有1 mol离子通过A膜,即丙池产生1 mol氢离子,则理论上阳极生成0.25 mol氧气,D项正确。
11.答案 (1)Fe-2e-===Fe2+ (2)2H2O+2e-===H2↑+2OH- 2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑ ②
(3)①2H2O-4e-===O2↑+4H+ 小于 ②D
③H+在阴极上放电,促进水的电离平衡向右移动,使c(OH-)>c(H+)
④O2+2H2O+4e-===4OH-
解析 (1)开关K与a相连,装置构成原电池,Fe失去电子为原电池负极。(2)开关K与b相连,装置构成电解NaCl溶液的电解池,B极为电解池的阴极,溶液中的H+在B极放电生成H2。电解过程中Na+应该向B极移动,①错误;A极产生的气体为Cl2,Cl2能将I-氧化为I2,淀粉遇I2变蓝,②正确;根据电解反应2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,电解一段时间后若加入盐酸会增加H2O的质量,应通入HCl气体使其恢复到电解前电解质的浓度,③错误;若标准状况下B极产生2.24 L气体,即0.1 mol H2,则有0.2 mol电子发生转移,但在溶液中转移的不是电子而是离子,④错误。(3)溶液中的OH-在阳极失电子产生O2,电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+,所以在B口放出O2,从A口导出H2SO4。溶液中的H+在阴极得到电子产生H2,电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则从C口放出H2,从D口导出KOH溶液。因S所带电荷数大于K+所带电荷数,S通过阴离子交换膜,K+通过阳离子交换膜,所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时,O2在电池正极放电O2+4e-+2H2O===4OH-。(共28张PPT)
课时微练(二十九)
电解池 金属的腐蚀与防护
1.下列防止金属腐蚀的做法不可行的是( )
A.军事演习期间给坦克的履带上刷上油漆以防止生锈
B.地下钢管道每隔一段距离就连接一定数量的镁块
C.在轮船外壳水线以下部分装上一定数量的锌块
D.洗衣机的滚筒采用不锈钢材料，既耐磨又耐腐蚀
基础训练
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A项，油漆经不住高温，军事演习期间，坦克高速行驶履带会发热，油漆很快脱落，错误；B、C两项均属于牺牲阳极法，正确；D项，滚筒采用的不锈钢材料既耐磨又耐腐蚀，正确。
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2.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意 图，下列有关叙述不正确的是( )
A.电极A是粗铜，电极B是纯铜
B.电路中通过1 mol电子，生成32 g铜
C.溶液中S向电极A迁移
D.膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区
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电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，根据电解原理,电极A为粗铜,电极B为纯铜，A项正确；阴极反应式为Cu2++2e-===Cu，当电路中通过1 mol电子时生成0.5 mol Cu，即生成32 g Cu，B项正确；根据电解原理，S向阳极移动，C项正确；膜A为过滤 膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D项错误。
解析
3.(2025·沈阳模拟)我国首艘航母辽
宁舰采用模块制造再焊接组装而成。
实验室模拟海水和淡水对焊接金属
材料的影响，结果如图所示。下列
分析正确的是( )
A.舰艇腐蚀主要是因为发生了化学腐蚀
B.图甲是海水环境下的腐蚀情况
C.腐蚀时负极反应为Fe-3e-===Fe3+
D.焊点附近可用锌块打“补丁”延缓腐蚀
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由题图可知，该腐蚀过程是因为形成了原电池，Fe比Sn活泼，Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-===Fe2+，Sn作正极被保护，电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-，据此作答。舰艇被腐蚀是因为形成了原电池，发生了电化学腐蚀，A项错误；海水中含有电解质的浓度大，腐蚀速度快，故乙为海水环境下的腐蚀情况，甲为淡水环境下的腐蚀情况，B项错误；Sn作正极被保护，电极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-，Fe作负极，电极反应式为Fe-2e-===Fe2+，C项错误；焊点附近用锌块打“补丁”，Zn比Fe活泼，Zn作负极，Fe作正极被保护，可延缓腐蚀，D项正确。
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4.(2025·江西模拟)利用电化学原理合成氨的装置如图所示，科学家研究表明，Ag、Hg、Pt和Au等能促进氮气合成氨。下列叙述正确的是( )
A.该装置可将电能全部转化成化学能
B.N极可选择铜、锌等材料
C.M极反应式为N2+6e-+6H+===2NH3
D.4.48 L H2发生氧化反应时转移0.4 mol电子
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该装置属于电解池，M极氮元素化合价降低发生还原反应，为阴极；N极氢元素化合价升高发生氧化反应，为阳极，据此回答。该装置为电解池，电能主要转化成化学能，还有部分转化为其他形式能量如热能等，A项错误；N极为阳极，氢气在阳极上发生氧化反应，应选择惰性材料作阳极，而铜、锌作阳极时会优先发生氧化反应，B项错误；M极上N2发生还原反应生成NH3，即反应式为N2+6e-+6H+===2NH3，C项正确；没有指明“标准状况”，不能根据氢气体积计算转移电子的物质的量，D项错误。
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5.钢铁的防护有多种方法，下列对于图中的方法
描述错误的是( )
A.a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应
B.a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材
料中可能都含有Zn
C.a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门
D.a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极法
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a、b以导线连接，为牺牲阳极法，则辅助电极活动性应该比铁 强，作负极，发生氧化反应，A项正确；a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，会失去电 子，B项正确；通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，C项正确；由于有外加电源，故此方法为外加电流法，D项错误。
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(1)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)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
解题有据
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6.以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A.阴极发生的反应为Mg-2e-===Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
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根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和Al3+，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3+得电子生成铝单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A项错误；Al在阳极上被氧化
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生成Al3+，B项错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C项正确；因为阳极除了铝参与电子转 移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D项错误。
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7.我国科学家设计了一种太阳能驱动从海水中提取金属锂的装置，示意图如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是( )
A.铜箔上的电势比催化电极上的高
B.海水的pH变大
C.若转移1 mol电子，理论上铜箔增
重7 g
D.固体陶瓷膜可用质子交换膜代替
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根据海水提取金属锂的装置图和题意可知，催化电极上放出气 体，为氯离子放电生成氯气，因此催化电极为阳极，则铜箔为阴极，铜箔上的电势比催化电极上的低，A项错误；海水中的锂离子和氯离子放电，海水的pH基本不变，B项错误；根据转移电子数相等，若导线中转移1 mol电子，则铜箔上产生1 mol Li，质量为7 g，C项正确；因为催化电极为阳极，放出氯气，铜箔为阴 极，生成金属锂，所以固体陶瓷膜为阳离子交换膜，不能用质子交换膜代替，D项错误。
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8.汞阴极法电解饱和食盐水制
取NaOH的原理如图所示。下
列说法正确的是( )
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9.用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是( )
①电解的最后阶段为电解水 ②阳极先逸出氧气后逸出氯气 ③阴极逸出氢气 ④电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
A.①② B.②③ C.③④ D.②④
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10.一种电解法制备高纯铬和硫酸的
简单装置如图所示。下列说法正确
的是( )
A.a为直流电源的正极
B.阴极反应式为2H++2e-===H2↑
C.工作时，乙池中溶液的pH不变
D.若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成0.25 mol气体
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电解的目的为制备高纯铬，则铬电极应该是阴极，即a为直流电源的负极，A项错误；阴极反应式为Cr3++3e-===Cr，B项错误；工作时，甲池中硫酸根离子移向乙池，丙池中氢离子移向乙池，乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，C项错误；若有1 mol离子通过A膜，即丙池产生1 mol氢离子，则理论上阳极生成0.25 mol氧气，D项正确。
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11.某课外活动小组用如图装置进行实验，回答下列问题：
(1)若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应式为
。
(2)若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为
，总反应的离子方程式为
。
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能力训练
Fe-2e-===Fe2+
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
有关上述实验，下列说法正确的是 (填序号)。
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润的淀粉 KI试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前的电解质浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子
(3)该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜
法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解
硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
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①该电解槽的阳极反应式为 。此时通过阴离子交换膜的离子数 (填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口 (填“A”“B”“C”或“D”)导出。
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，简述原因：_____________
。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为 。
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2H2O-4e-===O2↑+4H+
小于
D
H+在阴极上放电，促进水的电离平衡向右移动，使c(OH-)>c(H+)
O2+2H2O+4e-===4OH-
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解析
B极产生2.24 L气体，即0.1 mol H2，则有0.2 mol电子发生转移，但在溶液中转移的不是电子而是离子，④错误。(3)溶液中的OH-在阳极失电子产生O2，电极反应为2H2O-4e-===O2↑+4H+，所以在B口放出O2，从A口导出H2SO4。溶液中的H+在阴极得到电子产生H2，电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-，则从C口放出H2，从D口导出KOH溶液。因S所带电荷数大于K+所带电荷数，S通过阴离子交换膜，K+通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时，O2在电池正极放电O2+4e-+2H2O===4OH-。
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