4.4金属的电化学腐蚀与防护
一、选择题
1．下列防止金属腐蚀的方法属于电化学防护的是
A．船体表面刷漆
B．水中的钢闸门连接电源的负极
C．自行车链条涂油
D．铁中加入铬、锰、硅等制成不锈钢
【答案】B
2．铁锅表面覆盖有下列物质时，锈蚀速率最快的是
A．水 B．食盐水 C．食用油 D．酒精
【答案】B
【解析】食用油和酒精为非电解质，不能形成原电池反应，而水的导电性没有食盐水强，所以锈蚀速率最快的是食盐水。答案选B。
3．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩内保存一星期后，下列对实验结束时现象描述不正确的是
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会上升
B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
【答案】B
【解析】装置Ⅰ发生吸氧腐蚀，装置Ⅱ发生析氢腐蚀，装置Ⅲ因为浓硫酸吸水，使气体保持干燥，所以铁钉很难被腐蚀。因为装置Ⅰ发生吸氧腐蚀，氧气被吸收，所以装置Ⅰ左侧液面一定上升，选项A正确；装置Ⅱ发生析氢腐蚀，因为析出氢气，所以装置Ⅱ左侧液面下降，因此左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的高，选项B错误；装置Ⅱ的盐酸是挥发性的，所以此装置内的铁钉周围的环境的导电性更好，形成原电池更容易，所以装置Ⅱ中铁钉被腐蚀的最快，选项C正确；装置Ⅲ中因为浓硫酸的吸水性，使其中的气体保持干燥，所以铁钉很难被腐蚀，选项D正确。
4．有关电化学的相关知识中，下列叙述正确的是
A．金属腐蚀就是金属失去电子被还原的过程
B．将水库中的水闸（钢板）与外加直流电源的负极相连，正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀
C．合金的熔点都高于它的成分金属，合金的耐腐蚀性也都比其成分金属强
D．铜板上的铁铆钉处在潮湿的空气中直接发生反应：Fe?3e?=Fe3+，继而形成铁锈
【答案】B
5．2018年4月12日，我国海军首次在南海进行海上阅兵。为了保护舰艇（主要是铁合金材料），在舰体表面镶嵌金属块（R）。下有关说法不正确的是
A．这种保护舰体的方法叫做牺牲阳极的阴极保护法
B．金属块R可能是镁或锌
C．海水呈弱碱性，舰艇在海水中易发生析氢腐蚀
D．正极反应式为O2+2H2O+4e?=4OH?
【答案】C
【解析】A．在舰体表面镶嵌金属块(R)，这种保护方法利用原电池原理，需要金属块R比铁活泼，R作负极，钢铁作正极，这种方法叫做牺牲阳极的阴极保护法，故A正确；B．金属块R比铁活泼，金属块R可能是镁或锌，故B正确；C．在弱碱性海水中主要发生吸氧腐蚀，在酸性溶液中才发生析氢腐蚀，故C错误；D．吸氧腐蚀的正极上发生还原反应，电极反应式为O2+2H2O+4e?=4OH?，故D正确。故选C。
6．据统计，金属腐蚀造成的损失远远超过火灾、水灾等自然灾害的总和，越来越被世界各国所重视，下面金属的防腐措施中，使用牺牲阳极的阴极保护法的是
A．汽车底盘喷涂油漆 B．掺防腐的金属制成不锈钢菜刀
C．钢闸门连接电源负极 D．地下钢管连接锌块
【答案】D
7．钢铁的锈蚀过程中，下列五种变化中可能发生的是
①Fe由+2价转化为+3价 ②O2被还原 ③H+被还原
④有Fe2O3·xH2O生成 ⑤杂质碳被氧化除去
A．①② B．③④ C．①②③④ D．①②③④⑤
【答案】C
【解析】钢铁锈蚀可能发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀，析氢腐蚀中H+得电子被还原成H2；吸氧腐蚀中氧气得电子与水反应生成OH?被还原，生成的Fe(OH)2再被氧气进一步氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)3脱去一部分水生成铁锈Fe2O3·xH2O。无论哪一种腐蚀，碳均作正极，仅起导电作用，不参与反应。
8．下列有关镀锌钢管的叙述正确的是
A．电镀时，钢管作阳极，锌棒作阴极，锌盐溶液作电解质溶液
B．钢管镀锌后，镀锌层破损后，钢管不能受到保护
C．镀锌的目的是为了在钢管表面形成 Fe-Zn 合金，增强钢管的耐腐蚀能力
D．镀锌层破损后，钢管仍可受到保护
【答案】D
【解析】电镀是镀层金属作阳极，待镀金属作阴极，含镀层金属离子的盐溶液为电解质溶液，钢管镀锌时，锌棒作阳极，钢管作阴极，锌盐溶液作电解质溶液发生电解反应，A错误；钢管镀锌后，一旦破损，铁与锌、潮湿空气构成原电池的两电极，金属锌是负极，金属铁是正极，腐蚀锌而保护铁，B错误；镀锌的目的一是美观，二是万一镀层被破坏，还能保护Fe，不是在钢管表面形成Fe?Zn合金，C错误；钢管镀锌后，破损处铁与锌构成原电池的两电极，金属锌是负极，金属铁是正极，正极材料被保护，即镀锌层破损后，钢管仍可受到保护，D正确。
9．铜板上铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如下。下列说法不正确的是
A．腐蚀过程中铜极上始终只发生：2H++2e-= H2↑
B．若水膜中溶有食盐将加快铁铆钉的腐蚀
C．若在金属表面涂一层油脂能防止铁铆钉被腐蚀
D．若将该铜板与直流负极相连，则铁铜均难被腐蚀
【答案】A
10．下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是
图① 图② 图③
A．图①，放置于干燥空气中的铁钉不易生锈
B．图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀
C．图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀
D．图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀
【答案】C
【解析】A、形成原电池需要电解质溶液，所以干燥空气中不易形成原电池，则铁钉不会生锈，故A正确；B、中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，所以钢闸门会发生吸氧腐蚀，故B正确；C、与原电池的正极相连作阳极，活泼金属作阳极时，金属失电子易被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，则会加快钢闸门的腐蚀，故C错误；D、M与Fe形成原电池时，活泼金属作负极，则Fe作正极被保护，故D正确。答案为C。
二、非选择题
11．（1）在原电池中，通常较活泼的金属做_____极，发生_______反应；
电解池中，与电源正极相连的极是_______极，发生________反应。
（2）下图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：
①若试管内液面上升，发生_____腐蚀，正极反应式为________________。
②若试管内液面下降，发生_______腐蚀，正极反应式为_______________。
【答案】（1）负 氧化 阳 氧化 （2）①吸氧 O2+4e-+2H2O=4OH- ②析氢 2H++2e-=H2↑
12．钢铁是目前应用最广泛的金属材料，了解钢铁腐蚀的原因与防护方法具有重要意义，对钢铁制品进行抗腐蚀处理，可适当延长其使用寿命。
（1）抗腐蚀处理前，生产中常用盐酸来除铁锈。现将一表面生锈的铁件放入盐酸中，当铁锈除尽后，溶液中发生的化合反应的化学方程式为：________________________。
（2）利用上图装置，可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于________处。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________。
（3）上图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，X电极溶解的铜的质量________3.2 g(填“＜”“>”或“＝”)。
（4）上图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，铜电极发生的反应是 ，若将开关K置于N处，发生的总反应是 。
【答案】（1）Fe+2FeCl3=3FeCl2
（2）①N ② 牺牲阳极的阴极保护法
（3）＜ （4）2Fe3++2e-=2Fe2+ Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+
（3）上图中若X为粗铜，容器中海水替换为硫酸铜溶液，开关K置于N处，一段时间后，当铁件质量增加3.2 g时，由于粗铜中有杂质参加反应，所以X电极溶解的铜的质量＜3.2 g。
（4）上图中若X为铜，容器中海水替换为FeCl3溶液，开关K置于M处，此时构成原电池装置，铜电极为正极，发生的反应是2Fe3++2e-=2Fe2+；若将开关K置于N处，此时构成电解池装置，铜为阳极，铜本身被氧化而溶解，阴极铁离子被还原，发生的总反应是：Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+。
13．对金属制品进行抗腐蚀处理，可减缓金属的腐蚀，延长其使用寿命。
（1）以下为铝材表面处理的一种方法：
①碱洗的目的是除去铝表面的氧化膜(Al2O3)，有关反应的离子方程式为_________________。碱洗时常有气泡冒出，该气体是_________ (填化学式)。
②电解时，处理好的铝材应与电源的________极相连，铝材表面形成氧化膜的电极反应式为_______。
（2）钢铁容易生锈的主要原因是钢铁在炼制过程中混有少量的碳杂质，在潮湿的空气中容易形成原电池，发生电化学腐蚀。在酸性环境下，其正极反应式为_______________________；在酸性很弱或中性条件下，其发生______________(填“析氢腐蚀”或“吸氧腐蚀”)。
（3）下列装置中铁片腐蚀由快到慢的顺序是____________(用序号表示)。
（4）利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。
若X为碳棒，开关K置于N处，该电化学防护法称为__________________；若X为锌棒，开关K置于M处，_____（填“能”或“不能”)达到防止铁腐蚀的目的。
【答案】（1）①Al2O3+2OH?=2AlO2?+H2O H2
②正 2Al+3H2O?6e?=Al2O3+6H+
（2）2H+ +2e?=H2↑ 吸氧腐蚀
（3）⑤>②>①>③>④
（4）外加电流的阴极保护法 能
（3）由图可知，①为化学腐蚀，②③装置是原电池，在②中，金属铁作负极，③中金属铁作正极，作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀，所以②＞①>③，④⑤装置是电解池，④中铁为阴极，⑤中铁为阳极，阳极金属被腐蚀的速率快，阴极被保护，即⑤＞④，根据电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，所以铁腐蚀快慢顺序为：⑤＞②＞①＞③＞④。
（4）X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，铁作阴极被保护，该电化学防护法称为外加电流的阴极保护法；若X为锌棒，开关K置于M处，形成原电池，Zn作负极、铁作正极，能达到防止铁腐蚀的目的。
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4.1原电池
一、选择题
1．对原电池的反应本质，最准确的描述是
A．置换反应 B．化合反应 C．氧化还原反应 D．复分解反应
【答案】C
【解析】化学电池的反应本质是氧化还原反应，但不一定是置换反应和化合反应。非氧化还原反应如复分解反应不能制成原电池。
2．下图为铜锌原电池示意图，下列说法中正确的是
A．铜片逐渐溶解
B．烧杯中溶液逐渐呈蓝色
C．电流由铜片通过导线流向锌片
D．该装置能够将电能转化为化学能
【答案】C
3．原电池的正极一定是
A．化学性质较活泼的金属 B．化学性质较不活泼的金属
C．电子流出的一极 D．电子流入的一极
【答案】D
【解析】原电池的正极材料可以是金属、非金属或金属氧化物等，但无论是哪种材料，正极上都发生还原反应，是电子流入的一极。
4．下列关于原电池的叙述，正确的是
A．构成原电池的正极和负极必须是两种活泼性不同的金属
B．原电池是将化学能转变为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是负极，该电极被还原
D．原电池放电时，电流的方向是从负极到正极
【答案】B
【解析】A．电极材料可由金属构成，也可由能导电的非金属和金属材料构成，A错误；B．原电池是将化学能转变为电能的装置，B正确；C．原电池中电子流出的一端电极为负极，发生氧化反应，被氧化，C错误；D．原电池放电，电流从正极流向负极，D错误。故选B。
5．将镁片、铝片平行插入到一定浓度的NaOH溶液中，用导线连接成闭合回路，该装置在工作时，下列叙述正确的是
A．镁比铝活泼，镁失去电子被氧化成Mg2+
B．铝是电池负极，开始工作时溶液中会立即有白色沉淀生成
C．该装置的内、外电路中，均是电子的定向移动形成电流
D．该装置开始工作时，铝片表面的氧化膜可不必处理
【答案】D
6．关于如图所示的原电池，下列说法正确的是
A．电子从锌电极通过电流计流向铜电极
B．盐桥的作用是让电子通过构成闭合回路
C．锌电极质量增重，铜电极质量减轻
D．盐桥可以用铜导线代替
【答案】A
7．把a、b、c、d四块金属板浸入稀硫酸中，用导线两两相连，可以形成原电池。若a、b相连时，a为负极；c、d相连时，c溶解；a、c相连时，c极上产生大量气泡；b、d相连时，b极上产生大量气泡。四块金属的活动性顺序是
A．a>c>d>b B．c>a>b>d C．a>c>b>d D．c>a>d>b
【答案】A
【解析】该题考查根据原电池原理比较金属的活动性强弱。较活泼的金属为负极，被氧化溶解；相对不活泼的金属为正极， 冒气泡或析出金属。所以，四块金属的活动性顺序是a>c>d>b。
8．某同学设计如下图所示原电池（盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液），该电池工作时，下列说法正确的是
A．盐桥中的K+移向AgNO3溶液
B．负极反应为：Ag－e?Ag+
C．在外电路中，电子由银电极流向铜电极
D．铜电极上发生还原反应
【答案】A
【解析】A．Cu比Ag活泼，Cu为负极，Ag为正极，盐桥中的阳离子向正极移动，即盐桥中的K+移向AgNO3溶液，A正确；B．Cu为负极，被氧化，电极反应式为Cu?2e?Cu2+，B错误；C．电子由负极经导线流向正极，即由铜极流向银极，C错误；D．Cu为负极，被氧化发生氧化反应，D错误。故选A。
9．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I?2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是
A．反应时，电子从乙中石墨电极沿导线流向甲中石墨电极
B．反应时，甲中石墨电极发生还原反应
C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
【答案】D
10．如图所示，将镁条和铜片插入一个半熟的橘子中，用导线将二者与蜂鸣器连接，即构成一个水果原电池，蜂鸣器就可以发出音乐声。下列有关说法中不正确的是
A．该原电池的负极反应为Mg?2e?Mg2+
B．电流方向：Mg→蜂鸣器→Cu
C．电路中每通过1 mol电子，在铜电极上产生的气体为11.2 L(标准状况)
D．铜片作正极
【答案】B
二、非选择题
11．下列装置能构成原电池的是__________________________。
【答案】CFDG
【解析】紧扣原电池的构成条件逐项判断。A项中缺少电解质溶液，不能构成原电池；B项中Zn、Cu未用导线连接，不能形成闭合回路，不能构成原电池；C项中Zn、Cu接触，通过电解质溶液发生原电池反应，属于原电池装置；D项中Zn、Cu接触，能构成原电池；E项中稀硫酸分装在两个容器中，不能形成闭合电路，不能构成原电池；F项中Zn、Cu用导线连接，形成闭合回路，能发生原电池反应，属于原电池装置；G项中两容器用盐桥相连形成闭合回路，能发生原电池反应，属于原电池装置。
【备注】（1）构成原电池的四个基本条件是相互联系的，不能孤立、片面地看待某一条件。在四个基本条件中，氧化还原反应是核心。
（2）判断某装置是否为原电池，要以构成原电池的基本条件为标准进行判断，不能仅凭装置的外形下结论。
（3）构成原电池的基本条件是进行原电池设计的基本依据。
12．A、B、C、D四种金属按下表中的装置图进行实验。
装置
现象 二价金属A不断溶解 C的质量增加 A上有气泡产生
根据实验现象回答下列问题：
（1）装置甲中负极的电极反应是_______________________________________。
（2）装置乙中正极的电极反应是___________________________________。
（3）装置丙中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变)。
（4）四种金属活动性由强到弱的顺序是_________________________________。
【答案】（1）A－2e－A2+ （2）Cu2+＋2e－Cu （3）变大 （4）D＞A＞B＞C
13．利用反应Cu＋2FeCl3CuCl2＋2FeCl2设计成如图所示原电池，回答下列问题：
（1）写出电极反应式：正极____________________________；负极____________________________。
（2）图中X溶液是____________，Y溶液是____________。
（3）原电池工作时，盐桥中的________(填“阳”或“阴”)离子向X溶液方向移动。
（4）X溶液中石墨电极上发生____________(填“氧化”或“还原”)反应。
【答案】（1）2Fe3＋＋2e?2Fe2＋ Cu－2e?Cu2＋
（2）FeCl3 CuCl2
（3）阳
（4）还原
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4.2 化学电源
一、选择题
1．下列有关化学电池的说法中正确的是
A．化学电池只能将化学能转化为电能
B．燃料电池能将全部化学能转化为电能
C．锌银电池比能量大，电压稳定，储存时间长
D．一次电池包括干电池和蓄电池
【答案】C
【解析】蓄电池不但可以将化学能转化为电能(放电)，也可以将电能转化为化学能(充电)。燃料电池的能量转换率超过80%，但不可能100%转换。蓄电池可重复使用，属于二次电池。
2．下列电池工作时,电极质量均不发生改变的是
A．银锌电池 B．锌锰电池 C．燃料电池 D．铅蓄电池
【答案】C
3．下列有关电池的叙述正确的是
A．锌锰干电池工作是锰作正极
B．氢氧燃料电池工作时氢气在负极被氧化
C．太阳能电池的主要材料是高纯度的二氧化硅
D．氢氧燃料电池可将热能直接转变为电能
【答案】B
【解析】
选项 原因分析 结论
A 锌锰干电池是碳棒作正极 ×
B 氢氧燃料电池工作时都是负极发生氧化反应，H2?2e?===2H＋ √
C 太阳能电池的主要材料是高纯度的硅 ×
D 氢氧燃料电池是将化学能转变为电能 ×
4．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2OFe(OH)2+2Ni(OH)2，下列有关该电池的说法不正确的是
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B．电池充电过程中，阴极附近溶液的酸性增强
C．电池放电时，负极反应为Fe+2OH??2e?=Fe(OH)2
D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH??2e?=Ni2O3+3H2O
【答案】B
【点睛】二次电池放电时为原电池原理，充电时为电解池原理；充电时阴极的电极反应为放电时负极反应的逆过程，充电时阳极的电极反应为放电时正极反应的逆过程。
5．铅蓄电池总反应为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O，下列有关电池工作时的结论正确的是
A．Pb为正极被氧化
B．溶液的pH不断减小
C．浓度不变
D．两电极质量均增加
【答案】D
6．我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是
A．a为电池的正极
B．电池充电反应为
C．放电时，a极锂的化合价发生变化
D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移
【答案】C
【解析】原电池放电时，b电极Li失电子，作负极，电极反应式为Li?e?=Li+；a电极为正极，LiMn2O4得电子，电极反应式为Li1?xMn2O4+xe?+xLi+=LiMn2O4，总反应式为：Li1?xMn2O4+xLi=LiMn2O4。b电极Li失电子，作负极，所以a电极为正极，故A项正确；充电反应是放电反应的逆反应，充电反应为：LiMn2O4= Li1?xMn2O4+xLi ，故B正确；放电时，a电极锂为正极，Mn元素化合价发生变化，锂的化合价不变，故C错误；b电极Li失电子产生Li+，a电极结合Li+，所以溶液中Li+从b向a迁移，故D项正确。
7．英国科学家发明的尿素微生物电池的反应为：2CO(NH2)2+3O2 = 2CO2+2N2+4H2O，电池装置如图所示。下列说法正确的是
A．该装置能够在高温下工作
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．装置工作时，电能转变为化学能
D．装置工作时，电子由电极a沿导线流向电极b
【答案】B
8．《科学美国人》评出的2016年十大创新技术之一是碳呼吸电池，电池原理如图所示，已知草酸铝［Al2(C2O4)3］难溶于水。则下列有关说法正确的是
A．该装置将电能转变为化学能
B．正极的电极反应为C2O42??2e?=2CO2
C．每生成1 mol Al2(C2O4)3，有6 mol电子流过负载
D．草酸盐溶液中的阳离子移向Al电极
【答案】C
【解析】根据题意，此装置为碳呼吸电池，是化学能转化成电能的装置，故A错误；根据电池原理，正极反应是CO2参与，电极反应式为2CO2＋2e?=C2O42?，故B错误；生成Al2((C2O4)3，以Al进行计算，转移电子物质的量为1×2×3 mol=6 mol，故C正确；根据原电池的工作原理，阳离子向正极移动，Al电极为负极，因此草酸盐中阳离子向通入含CO2空气一极移动，故D错误。
点睛：本题的难点是电极反应式的书写，一般先判断出此电极反应物，如本题根据电池原理所示，正极上通入含CO2的空气，出来只有空气，说明CO2参与反应，然后判断产物，根据装置图，出来的是Al2((C2O4)3，说明CO2得电子后转化成C2O42?，因此正极电极反应式为2CO2＋2e?=C2O42?。
二、非选择题
9．化学电池在通讯，交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可以表示为Cd＋2NiO(OH)＋2H2O2Ni(OH)2＋Cd(OH)2。已知Ni(OH)2和Cd(OH)2均难溶于水但能溶于酸，以下说法中正确的是__________。
①以上反应是可逆反应 ②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能 ④放电时化学能转变为电能
A．①③ B．②④ C．①④ D．②③
（2）废弃的镍镉电池已成为重要的环境污染物，有资料表明一节废镍镉电池可以使一平方米面积的耕地失去使用价值，在酸性土壤中这种污染尤为严重。这是因为___________________。
【答案】（1）B
（2）Ni(OH)2和Cd(OH)2能溶于酸性溶液
10．科学家预言，燃料电池将是21世纪获得电能的重要途径。
（1）氢氧燃料电池是将H2通入负极，O2通入正极而发生电池反应的，其能量转换率高。
①若电解质溶液为KOH，其负极反应为______________________________，电池总反应为 _______________________________。
②若电解质溶液为硫酸，其正极反应为_____________________________，负极反应为________________________________。
（2）近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下：
请回答下列问题：
①Pt(a)电极是_____极，电极反应式为_______________________________。
②Pt(b)电极发生________反应(填“氧化”或“还原”)。
③该电池的总反应方程式为_____________________________________________。
④如果该电池工作时电路中通过3 mol电子，则消耗掉的CH3OH有________mol。
【答案】（1）①2H2+4OH??4e?=4H2O 2H2＋O2=2H2O
②O2+4e?+4H+=2H2O 2H2?4e?=4H+
（2）①负 CH3OH＋H2O?6e?=CO2＋6H＋
②还原
③2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O
④0.5
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4.3.1 电解原理
一、选择题
1．下列说法中不正确的是
A．不能自发进行的氧化还原反应，一般可以通过电解实现
B．电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化
C．电解池和原电池中均发生氧化还原反应
D．电解、电离、原电池均需要通电
【答案】D
【解析】电离不需要通电，而是在溶于水或熔融状态下发生的；原电池反应是自发进行的氧化还原反应，也不需要通电。
2．下列说法错误的是
A．将电能转化为化学能的装置叫电解池
B．电解时，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动
C．电解池中阴极发生还原反应，阳极发生氧化反应
D．电解时，电子从电解池的阴极流出，沿导线流回电源的负极
【答案】D
3．近年来，加“碘”食盐较多的使用了碘酸钾(KIO3)，碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液为电解液，在一定条件下电解，反应方程式为：KI+3H2O=KIO3+3H2↑。下列有关说法正确的是
A．电解时，石墨作阴极，不锈钢作阳极
B．电解时，阳极反应是：I??6e?+3H2O=+6H+
C．溶液调节至强酸性，对生产有利
D．电解过程中溶液的pH逐渐减小
【答案】B
【解析】电解时I?失电子生成，不锈钢不能作阳极，A错误；阳极I?失电子生成，根据电子、电荷守恒、质量守恒配平，B正确；溶液如果调节至强酸性，I?和IO3?在强酸性条件下会生成I2，对生产不利，C错误；电解一段时间，pH不变，D错误。
4．实验室用惰性电极电解氢氧化钠溶液，下列有关描述中正确的是
A．电解时，与电源正极相连的电极上产生H2
B．电解时，阳极反应是4OH??4e?=2H2O＋O2↑
C．在两极上放电的阴、阳离子的物质的量之比为2∶1
D．电解过程中，溶液的pH不变
【答案】B
【解析】电解时，与电源正极相连的电极为阳极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，故A错误；电解时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极反应是4OH??4e?=2H2O＋O2↑，故B正确；电解时，两极的电极反应分别为2H++2e?=H2↑、4OH??4e?=2H2O＋O2↑，根据得失电子守恒，在两极上放电的阴、阳离子的物质的量之比为1∶1，故C错误；电解NaOH溶液相当于电解水，NaOH浓度增大，pH增大，故D错误。
5．用铂电极电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别为H2和O2的是
A．稀NaOH溶液 B．HCl溶液
C．CuSO4溶液 D．AgNO3溶液
【答案】A
6．关于如图所示①、②两个装置的叙述，正确的是
A．装置名称：①是原电池，②是电解池
B．硫酸浓度变化：①增大，②减小
C．电极反应式：①中阳极：4OH??4e?=2H2O＋O2↑②中正极：Zn?2e?=Zn2＋
D．离子移动方向：①中H+向阴极方向移动 ②中H+向负极方向移动
【答案】B
7．将分别盛有熔融氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出的钾、镁、铝的物质的量之比为
A．6∶3∶2 B．6∶3∶1 C．1∶2∶3 D．3∶2∶1
【答案】A
【解析】电解槽串联时，通过各电极的电量相等。设电路中通过6 mol电子，则电解析出的钾、镁、铝分别为6 mol、3 mol、2 mol。
8．如图，X、Y分别是直流电源的两极，通电后，a极质量增加，b极处有无色无臭气体放出。符合这一情况的是
a极板 b极板 X电极 Z溶液
A 锌 石墨 负极 CuSO4
B 石墨 石墨 负极 NaOH
C 银 铁 正极 AgNO3
D 铜 石墨 负极 CuCl2
【答案】A
【解析】a极质量增加，必定是金属在a极析出。a极一定是阴极，则X一定为电源的负极，C错误；Z溶液为NaOH溶液，电解时无金属析出，被排除，B错误；电解CuCl2溶液，阳极产生的气体是黄绿色的有刺激性气味的Cl2，D错误。
9．以铁为阳极、铜为阴极，对足量的NaOH溶液进行电解，一段时间后得到2 mol Fe(OH)3沉淀，此时消耗水的物质的量共为
A．2 mol B．3 mol C．4 mol D．5 mol
【答案】D
10．如图所示，将两烧杯中电极用导线相连，四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。当闭合开关S后，以下表述正确的是
A．电流表指针不发生偏转
B．Al、Pt两极有H2产生
C．甲池pH增大，乙池pH减小
D．Mg、C两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反应
【答案】D
【解析】铝能与氢氧化钠溶液反应，因此甲是原电池，Al是负极，Mg是正极，负极：Al + 4OH??3e?=AlO2- +2H2O，正极：2H++2e?=H2↑，总反应式：2Al +2NaOH +2H2O＝2NaAlO2+3H2↑。乙装置是电解池，其中Pt是阴极：2H2O+2e?=H2↑+2OH?，C是阳极：4OH??4e?=2H2O+O2↑，总反应式：2H2O2H2↑ + O2↑。则：左边是原电池，右边是电解池，电流表指针发生偏转，A错误；Al是负极，没有H2产生， B错误；乙是电解水，水减少，NaOH浓度增大，pH增大，C错误；Mg、C两极正好产生H2和O2，且体积比是2∶1，一定条件下可恰好完全反应生成水，D正确。
二、非选择题
10．用石墨作电极电解下列溶液：①稀H2SO4 ②K2SO4溶液 ③CuCl2溶液 ④CuSO4溶液 ⑤KOH溶液。
（1）阴极、阳极都有气体产生，且体积比(相同条件下)为2∶1的是(填序号)__________，其阳极的电极反应式都是_________________________________________________，阴极的电极反应式都是_________________________________________________，总反应的化学方程式都是_________________________________________________。
（2）阴极、阳极都有气体产生，其中溶液酸性增强的是____________________。 (填序号)。
（3）一个电极析出金属，另一个电极逸出刺激性气味气体的是_______(填序号)，其阳极的电极反应式是___________________________________________。
【答案】（1）①②⑤ 4OH??4e?=2H2O+O2↑ 2H++2e-=H2↑ 2H2O2H2↑ +O2↑
（2）①
（3）③ 2Cl??2e?=Cl2↑
11．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的浓度变为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：
①电源的N端为____________极；
②电极b上发生的电极反应为____________________________________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：____________________________________；
④电极c的质量变化是____________g；
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化？
简述其原因：
甲溶液____________________________________________________________；
乙溶液____________________________________________________________；
丙溶液____________________________________________________________。
（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行？为什么？
_______________________________________________________________________________
【答案】（1）①正 ②4OH? ?4e?2H2O+O2↑
③水减少的质量：100 g?≈4.5 g，生成O2体积：×22.4 L·mol?1=2.8 L
④16 ⑤碱性增强，因为电解后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大 酸性增强，因为阳极上OH?放电生成O2，溶液中H+浓度增大 酸碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，浓度增大不影响溶液的酸碱性
（2）能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，再电解相当于电解水。
（2）铜全部析出后，溶液中含有H2SO4，电解仍可进行。
12．A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：
阳离子 Cu2+ Na+
阴离子 NO3? SO42? Cl?
下图1所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、 B、 C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了32 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间（t）的关系如图2所示。据此回答下列问题：
（1）M为电源的__________极（填“正”或“负”）。
（2）写出甲烧杯中反应的化学方程式____________________。
（3）计算电极f上生成的气体在标准状况下的体积_____________。
【答案】（1）负
（2）2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
（3）5.6 L
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4.3.2 电解原理的应用
一、选择题
1．下列有关电解原理的说法中不正确的是
A．电解饱和食盐水时，一般用铁作阳极，碳作阴极
B．电镀时，通常用待镀的金属制品作阴极，用镀层金属作阳极
C．对于冶炼像钠、钙、镁、铝等活泼的金属，电解法几乎是唯一可行的工业方法
D．电解精炼铜时，用纯铜板作阴极，粗铜板作阳极
【答案】A
2．工业上常用电解法冶炼的金属是
A．钠 B．铁 C．铜 D．银
【答案】A
【解析】电解法冶炼的是K～Al的活泼金属，故选项A正确。
3．某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的实验装置(如图)。通电后，溶液中产生白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是
A．电源中a为负极，b为正极
B．电解池中的电解液不可以是NaCl溶液
C．B电极发生的反应：2H＋＋2e?=H2↑
D．A、B两端都必须使用铁作电极
【答案】C
【解析】生成的氢气将装置中原有氧气带出，且氢气的密度小于水，所以氢气从B端阴极析出，则A电极是铁，作阳极失去电子生成亚铁离子，所以“a”为正极，“b”为负极，A错误；因为阳极是铁，活泼电极作阳极时，阳极材料铁失电子生成亚铁离子，阴极上氢离子放电，生成氢气，所以能生成氢氧化亚铁白色沉淀，则电解液选用NaCl溶液不影响实验，B错误；阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，阴极上氢离子得电子生成氢气，同时破坏水的电离平衡，产生氢氧根离子，氢气能防止氢氧化亚铁被氧化而导致实验失败，所以电极反应式为：2H＋＋2e?=H2↑，C正确；D、阳极应该用铁电极，阴极可以是铁也可以是其他惰性电极，D错误。
4．工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时
A．粗铜接电源负极
B．纯铜作阳极
C．杂质都将以单质形式沉积到池底
D．纯铜片增重2.56 g，电路中通过电子为0.08 mol
【答案】D
5．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+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一定相等
C．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt
D．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2+和Zn2+
【答案】C
【解析】电解法制备高纯度的镍，粗镍作为阳极，金属按还原性顺序Zn >Fe >Ni>Cu>Pt发生氧化反应，电极反应依次为：Zn?2e?= Zn2+、Fe?2e?= Fe 2+、Ni?2e?= Ni2+，A项错误；电解过程中，阳极质量的减少的量为Zn、Fe、Ni的减少的质量以及阳极泥的质量，阴极质量的增加量只有析出Ni的量，由于两极转移的电子数相等，阳极质量的减少量与阴极质量的增加质量不相等，B项错误；Cu和Pt还原性比Ni弱，不能失去电子，以沉淀的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，C项正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子除了Fe2+、Zn2+外，还有Ni2+，D项错误。
点睛：本题是利用电解原理法制备高纯度的镍，粗镍作为阳极，纯镍作为阴极，电解液为镍的盐溶液；在电解过程中，阳极活泼金属Zn 和Fe优先失电子生成阳离子，接着Ni再失电子生成Ni2+，Cu和Pt还原性比Ni弱，不能失去电子，以沉淀的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥；阴极只是Ni2+得电子生成金属Ni；在整个电解过程中转移电子数相等，电解质溶液浓度略有减少。
6．利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图所示装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法正确的是
A．B极区电解液为LiCl溶液
B．阳极电极反应式为2Cl??2e?=Cl2↑
C．电解过程中Li＋向A电极迁移
D．A极区产生0.1 mol气体，则溶液中有0.4 mol Li＋移向B电极
【答案】B
7．下列叙述正确的是
① 锌跟稀硫酸反应制取氢气，加入少量硫酸铜溶液能加快反应速率
② 镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀
③ 电镀时，应把镀件置于电解槽的阴极
④ 冶炼铝时，用电解熔融氧化铝的方法
⑤ 钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3?nH2O
A．①②③④⑤ B．①③④⑤ C．①③⑤ D．②④
【答案】B
【解析】①锌跟稀硫酸反应的制取氢气，加入少量硫酸铜溶液后，金属锌可以置换金属铜，形成原电池，原电池能加速负极金属和电解质的反应速率，故①正确；②白铁（镀锌的铁）中，镀层破损后，Zn为负极，被腐蚀的是Zn，Fe被保护，马口铁（镀锡的铁）中，Fe为负极，被腐蚀的是Fe，所以镀层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）铁更耐腐蚀，故②错误；③根据电镀原理中，镀件作电解槽的阴极，故③正确；④根据金属的活动性强弱选择合适的冶炼方法，一般来说，活泼金属用电解法，铝是活泼金属，所以通常采用电解熔融氧化铝的方法冶炼，故④正确；⑤钢铁吸氧腐蚀生成的铁锈的主要成分为Fe2O3?nH2O，故⑤正确，答案选B。
8．电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如下图所示。已知海水中含Na+、Cl?、Ca2+、Mg2+、SO42?等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是
A．A膜是阳离子交换膜
B．通电后，海水中阴离子往b电极处运动
C．通电后，a电极的电极反应式为4OH??4e?=O2↑＋2H2O
D．通电后，b电极上产生无色气体，溶液中出现白色沉淀
【答案】D
9．如图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是
A．装置出口①处的物质是氯气
B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C．装置中发生的反应的离子方程式2Cl?+2H+Cl2↑+H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
【答案】C
【解析】A．与电源负极相连的为阴极，则②处为阴极反应得到的物质，为氢气，与电源正极相连的为阳极，溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气，出口①处得到的是氯气，故A正确；B．出口②处的物质是氢气，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不能让阴离子通过，故B正确；C．装置是电解饱和食盐水，电解过程是氯化钠和水反应生成氢氧化钠和氢气、氯气，反应的离子方程式为：2Cl?+2H2OCl2↑+H2↑+2OH?，故C错误；D．装置是电解原理的应用，是电能转化为化学能的装置，故D正确；故选C。
10．下列有关图示实验的说法正确的是
A．①装置中阴极处产生的气体能够使湿润的KI—淀粉试纸变蓝
B．②装置中待镀铁制品应与直流电源正极相连
C．③装置中电子由b极流向a极
D．④装置中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应
【答案】D
二、非选择题
11．电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a，X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
（1）若X、Y都是惰性电极，a是AgNO3溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴石蕊试液，则
①电解池中Y电极上的电极反应式为 。在Y电极附近观察到的实验现象是 ；检验该电极反应产物的方法是 。
②X电极上的电极反应式为 。
（2）如要用电解方法精炼粗镍，电解液a选用Ni(NO3)2溶液，则：
①X电极的材料是 ，电极反应式为 ；
②Y极的材料是 ，电极反应式为 。
【答案】（1）①2H2O－4e－＝4H＋＋O2↑ 有无色气体放出，溶液变红 用带火星的木条检验，木条复燃
②4Ag＋＋4e－＝4Ag
（2）纯镍 Ni2＋＋2e－＝Ni 粗镍 Ni－2e－＝Ni2＋
12．如图是以铅蓄电池为电源，模拟氯碱工业电解饱和食盐水的装置图(C、D均为石墨电极)。
已知：铅蓄电池在放电时发生下列电极反应：
负极：Pb＋?2e?=PbSO4
正极：PbO2＋4H＋＋＋2e?=PbSO4＋2H2O
（1）请写出电解饱和食盐水的化学方程式_______________________________________。
（2）若在电解池中C极一侧滴酚酞试液，电解一段时间后未呈红色，说明铅蓄电池的A极为____极。
（3）用铅蓄电池电解1 L饱和食盐水（食盐水足量）时。
①若收集到11.2 L(标准状况下)氯气，溶液pH=_________________。
②若铅蓄电池消耗H2SO4 2 mol，则可收集到H2的体积(标准状况下)为___________L。
【答案】（1）2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
（2）正
（3）14 22.4
②铅蓄电池放电的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4═2PbSO4+2H2O，每消耗2 mol H2SO4，转移2 mol e?，可生成1 mol H2，标准状况时，H2的体积为1 mol×22.4 L/mol=22.4 L。
13．I．新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池负极的电极反应式为________________________。
（2）闭合开关K后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应离子方程式为__________________________。
II．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示。(电极材料为石墨)
（1）图中a极要连接电源的(填“正”或“负”)________极，C口流出的物质是________。
（2）b电极放电的电极反应式为__________________________。
（3）电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因_______________________。
【答案】I．（1）CH4?8e?＋10OH?=＋7H2O
（2）H2 2Cl?＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH?
II．（1）负 硫酸
（2）?2e?＋H2O=＋2H＋
（3）H2OH＋＋OH?，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强
II．由图中信息可知，a、b分别为电源的负极和正极，电解池左室为阴极室、右室为阳极室。在阴极通入稀氢氧化钠溶液，电解生成氢气和氢氧化钠；在阳极通入稀硫酸，亚硫酸根通过阴离子交换膜进入阳极室放电生成硫酸。（1）图中a极要连接电源的负极，C口流出的物质是硫酸。（2）b电极SO放电的电极反应式为?2e?＋H2O=＋2H＋。（3）电解过程中阴极区碱性明显增强，是因为水有电离平衡H2OH＋＋OH?，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强。
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