2021届一轮复习鲁科版电解池、金属的腐蚀与防护学案

2021届一轮复习鲁科版电解池、金属的腐蚀与防护学案

第2讲　电解池、金属的腐蚀与防护 学习指导意见 核心素养 ‎1.了解电解池的构成，理解电解池的工作原理及应用，并能设计简单的电解池。‎ ‎2.了解金属发生电化学腐蚀的原因并能解释相关现象，了解金属腐蚀的危害，选择、设计相关防腐措施。‎ ‎1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。‎ ‎2.科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贡献，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。‎ 考点一　电解原理 ‎[学在课内]‎ ‎1.电解与电解池 ‎[名师点拨]‎ 在电解池中反应可自发也可不自发，不自发的反应可发生，自发反应进行更快。‎ ‎2.构成条件 ‎(1)电源或一可作电源的原电池。‎ ‎(2)形成闭合回路—电极用导线与电源相连后插入电解质溶液中或熔融电解质中。‎ ‎3.电解池工作原理示意图 ‎[名师点拨]‎ ‎(1)易错警示 内电路中导电微粒为阴、阳离子，导线、电极上导电微粒为电子。‎ ‎(2)电子和离子的移动方向(惰性电极)‎ ‎4.阴、阳两极上放电顺序 ‎(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：‎ 注意：①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。‎ ‎②常用放电顺序阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋。‎ ‎(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。‎ 若是惰性电极作阳极，放电顺序为 注意：常用放电顺序阳极：活性电极S2－>I－>Br－>Cl－>OH－‎ ‎5.以惰性电极电解的几种类型 注意：电解时溶液酸碱性口诀：氢出碱增，氧出酸增，氢氧失去，“酸”酸、“碱”碱、“中”中。‎ 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↑‎ ‎2H2O2H2↑＋O2↑‎ 水 增大 减小 加水 可溶性强碱 NaOH 增大 KNO3‎ 不变 活泼金属含氧酸盐 电解电解质型 无氧酸 HCl ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2HClH2↑＋‎ Cl2↑‎ 电解 质 减小 增大 氯化氢 不活泼金 属无氧 酸盐 CuCl2‎ Cu2＋＋2e－===Cu ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ CuCl2Cu＋Cl2↑‎ 氯化铜 放H2生成碱型 活泼金属 无氧酸盐 NaCl ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋‎ Cl2↑‎ 电解 质和 水 生成新 电解质 增大 氯化氢 放O2生成酸型 不活泼金属 含氧酸盐 CuSO4‎ ‎2Cu2＋＋4e－===2Cu ‎4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑‎ 电解 质和 水 生成新 电解质 减小 CuO或CuCO3‎ ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应。(×)‎ ‎(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。(√)‎ ‎(3)电解硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。(×)‎ ‎(4)电解时，电解液中阳离子移向阳极，阴离子移向阴极。(×)‎ ‎(5)电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极。(×)‎ ‎(6)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。(√)‎ ‎(7)用铁作电极电解饱和食盐水时，阳极上Cl－失电子变为Cl2。(×)‎ ‎(8)工业上采用电解MgCl2溶液冶炼金属镁。(×)‎ 拓展应用 ‎(1)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式：____________________________________________；‎ 阴极反应式：_____________________________________________；‎ 总反应方程式：____________________________________________。‎ 答案　2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ ‎(2)①电解饱和食盐水装置如图所示 阳极反应式：______________________________________________‎ 阴极反应式：______________________________________________‎ 总反应式：_________________________________________________‎ 答案　①2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑(2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)‎ ‎2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ ‎②a.如将装置中右侧碳电极换成铁电极，对电极反应有无影响？________‎ b.如果将装置中左侧碳电极换成铁电极，对电极反应有无影响？________。‎ c.上述情况如对电极反应影响，请写出电极反应式及总反应式。‎ 阳极反应式：_____________________________________________‎ 阴极反应式：_____________________________________________‎ 总反应式：_______________________________________________‎ 答案　a.无　b.有　c.Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑(2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ 思维探究 Cu不溶于稀硫酸，现欲使Cu溶于稀硫酸，可采取什么措施？‎ 答案　Cu溶解为氧化反应，应采取氧化措施。‎ 方法1：设计成电解池，如图所示 方法2：加入氧化剂如H2O2、O2等微热 ‎[基础点巩固]‎ ‎1.某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3均为石墨)。下列叙述正确的是(　　)‎ A.甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能 B.C1、C2分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应 C.C1上和C3上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同 D.甲中溶液的pH逐渐增大，丙中溶液的pH逐渐减小 解析　A项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误。B项，C1、C2分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误。C项，C1和C3‎ 都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确。D项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气，随着反应的进行，溶液的pH均增大，错误。‎ 答案　C ‎2.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯做电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。‎ 则下列说法错误的是(　　)‎ A.b电极是阴极 B.a电极与电源的正极相连接 C.电解过程中，水是氧化剂 D.b电极附近溶液的pH变小 解析　电解饱和NaCl溶液，阳极生成Cl2，Cl2与水反应生成HClO和HCl，盐酸具有酸性，可使pH试纸变红色，HClO具有漂白性，HClO可将红色漂白，故内圆为白色，外圈为红色，可推出a为阳极，A项正确；a为阳极与电源正极相连，B项正确；电解过程中，H2O得电子，为氧化剂，C项正确；b电极附近有OH－生成，pH增大，D项错误。‎ 答案　D ‎[名师点拨]‎ 阴、阳极的判断 ‎3.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　)‎ A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol 解析　电解硫酸铜时，开始硫酸铜和水反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，即一共转移了0.6 mol电子，C项正确。‎ 答案　C ‎[名师点拨]‎ 用惰性电极电解电解质溶液的复原措施 电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“出来是什么加什么，出来多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物化合的产物。如用惰性电极电解CuSO4溶液(足量)一段时间后，若使溶液复原，应加入适量CuO或CuCO3，但不能加Cu(OH)2，因为加Cu(OH)2水的量增多了。‎ ‎[能力点提升]‎ ‎4.锂—液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂[Li2Sx(2≤x≤8)]分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li＋)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A.该电池比钠—液态多硫电池的比能量高 B.放电时，内电路中Li＋的移动方向为从a到b C.Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物 D.充电时，外电路中通过0.2 mol电子，阳极区单质硫的质量增加3.2 g 解析　A项，电池提供2 mol e－电量时，该电池对应Li2Sx质量为(14＋32x)g，而钠—液态多硫电池对应质量为(46＋32x)g，故该电池比能量高，正确；B项由图分析知a为负极，b为正极，Li＋从a极移向b极，正确；C项Al2O3‎ 为固体电解质，故能导电，同时将两极反应物隔开，正确；D项当外电路中通过0.2 mol e－时，阳极区生成0.1x mol硫，故阳极区生成硫的质量为3.2x g，错误。‎ 答案　D ‎5.某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)‎ A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原 D.a 电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O 解析　A项，该装置是电解池，在电解和光的作用下H2O在光催化剂的表面转化为O2和H＋，故该装置是将电能和光能转化为化学能，错误；B项，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H＋从阳极b极区向阴极a极区迁移，正确；C项，该电解池的总反应式为：6CO2＋8H2O2C3H8O＋9O2。根据总反应方程式可知，每生成1 mol O2，有 mol CO2被还原，其质量为 g，错误；D项，a电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，错误。‎ 答案　B ‎6.(1)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4－H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)‎ A.待加工铝质工件为阳极 B.可选用不锈钢网作为阴极 C.阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 ‎(2)①电解熔融Al2O3时，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________。‎ ‎②电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为__________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。‎ 答案　(1)C ‎(2)①石墨电极被阳极上产生的O2氧化 ‎②4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎7.铅蓄电池在日常生活中应用广泛。回答下列问题：‎ ‎(1)铅蓄电池放电时的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题：‎ ‎①A是铅蓄电池的________极。‎ ‎②Cu电极的电极反应式是__________________________________________，‎ CuSO4溶液的浓度________(填“减小”“增大”或“不变”)。‎ ‎(2)铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为________________________________________________________________；‎ PbO2也可以石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液制取。阳极发生的电极反应式为___________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(3)将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S，(n－1)S＋S2－===S。‎ 电解时阴极的电极反应式：__________________________________________。‎ 电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________________。‎ ‎(4)Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其电解制法如图所示，请根据图示分析：Fe电极的电极反应为___________________________，‎ 与铁电极相连的为电源的________极。‎ 解析　(1)①因电解过程中铁电极质量减少，判断A是电源负极，B是电源正极。‎ ‎②右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。‎ ‎(2)根据电子得失守恒可得PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－。用电解法制PbO2，Pb化合价态升高，PbO2应为阳极产物，即Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋。‎ ‎(3)阴极只有H＋得电子生成H2；反应物为S、H＋，产物有S，所以S中S的化合价既升高也降低，有H2S生成，配平即可。‎ 答案　(1)①负　②Cu－2e－===Cu2＋　不变 ‎(2)PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－‎ Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋‎ ‎(3)2H＋＋2e－===H2↑‎ S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑‎ ‎(4)Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O　正 ‎[名师点拨]‎ 电解池电极反应分析及电极反应式的书写规律 ‎(1)放电物质 ‎①首先分析阳极材料，如为活性电极(Pt，电极除外)，则电极本身放电。‎ ‎②如为惰性电极，则分析电解液的成分，找全离子并分成阴、阳两组。结合放电顺序确定放电微粒。‎ ‎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，电镀除外。‎ ‎(2)放电产物 ‎①依据放电规律判断 ‎②分析介质，介质是否参与电极反应 ‎③明确电解目的，①、②应服从电解目的 ‎(3)电极反应式，总反应式的书写 ‎①书写电解池中电极反应式时，如果氢离子来自于水，那电极反应式书写水或氢离子都可以，但书写电解总反应方程时，要写水分子。‎ ‎②书写电解质中电极反应式一般分三步：列物质，标得失→ 选离子、配电荷→巧用水，配个数。‎ ‎③在两极得失电子数相等时两式相加可得总式，复杂电极式＝总反应式－简单电极式。‎ ‎④注明“电解”或通电条件。‎ ‎8.电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为________________________________________________________________，‎ 阴极产生的物质A的化学式为______________________________________。‎ 解析　电解Na2CO3溶液，实际上是电解水，观察电解池装置可知，阳极产物有NaHCO3和O2，则阳极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，阴极发生还原反应，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产物为H2。‎ 答案　4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎9.(1)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为 ‎________________________________________________________________。‎ 电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。‎ ‎(2)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。‎ ‎①写出电解时阴极的电极反应式_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________________，其迁移方向是________。‎ ‎(3)O2辅助的AlCO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。‎ 电池的负极反应式：_________________________________________。‎ 电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O ‎6CO2＋6O===3C2O＋6O2‎ 反应过程中O2的作用是________________________________________。‎ 该电池的总反应式：___________________________________________。‎ 解析　(1)阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑(或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑)，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应，析出H2，OH－增多，Na＋由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增大。‎ ‎(2)①电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑或2H＋＋2e－===H2↑。②电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。‎ ‎(3)该电池中Al作负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应式为Al－3e－===Al3＋。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO2＋6e－===3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应式：2Al－6e－===2Al3＋和正极反应式：6CO2＋6e－===3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。‎ 答案　(1)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑(或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑)　a ‎(2)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑(或2H＋＋2e－===H2↑)‎ ‎②K＋　由a到b ‎(3)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂 ‎2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3‎ 考点二　电解原理的应用 ‎[学在课内]‎ ‎1.电解饱和食盐水 ‎(1)原理 ‎(2)装置 装置 离子交换膜 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 ‎[名师点拨]‎ ‎①NaOH的产生位置：阴极室。‎ ‎②如去掉阳离子交换膜，让阴极室与阳极室产物充分反应，总反应式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑。‎ ‎2.电镀铜 ‎3.电解精炼铜 ‎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 冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ ‎6O2－－12e－===3O2↑‎ ‎4Al3＋＋12e－===4Al ‎[考在课外]‎ 教材延伸 判断正误 ‎(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)‎ ‎(2)用惰性电极电解饱和食盐水，阴极逸出的气体可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。(×)‎ ‎(3)用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。(×)‎ ‎(4)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。(×)‎ ‎(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(√)‎ ‎(6)用Zn作阳极，Fe作阴极；ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。(×)‎ ‎(7)粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol e－，阳极减少64 g。(×)‎ ‎(8)工业上采用电解MgCl2溶液法冶炼金属镁。(×)‎ ‎(9)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↑。(×)‎ 拓展应用 如图是一个用铂丝作电极，电解稀MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸性——红色，碱性——黄色)‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填序号)。‎ ‎①A管溶液由红变黄　②B管溶液由红变黄 ‎③A管溶液不变色　④B管溶液不变色 ‎(2)写出A管中发生反应的反应式_______________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(3)检验b管中气体的方法是___________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ 答案　(1)①④‎ ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓‎ ‎(3)用拇指按住管口，取出试管正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃 思维探究 电解过程中A中CuSO4溶液浓度________，而B中CuSO4溶液浓度________，试分析其原因是_____________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ 答案　逐渐减小　基本不变 A中阳极反应：Zn－2e－===Zn2＋等及Cu－2e－===Cu2＋、阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu；阳极生成Cu2＋的量少于阴极消耗Cu2＋的量，溶液中[Cu2＋]减小。‎ B中阳极反应：Cu－2e－===Cu2＋、阴极反应Cu2＋＋2e－===Cu；阳极生成Cu2＋‎ 的量与阴极生成Cu2＋的量相等，溶液中[Cu2＋]不变 ‎[基础点巩固]‎ ‎1.电浮选凝聚法处理污水的原理如图所示。电解过程生成的胶体能使污水中的悬浮物凝聚成团而除去，电解时阳极也会产生少量气体。下列说法正确的是(　　)‎ A.可以用铝片或铜片代替铁片 B.阳极产生的气体可能是O2‎ C.电解过程中H＋向阳极移动 D.若污水导电能力较弱，可加入足量硫酸 解析　电解原理是铁作阳极发生氧化反应生成Fe2＋，阴极水中H＋放电生成H2，阳极区生成胶体吸附水中悬浮杂质沉降而净水。A项，铜盐无净水作用，错误；B项，阳极可能有少量OH－放电，正确；C项，H＋在阴极放电，错误；D项，加入的硫酸会与胶体反应，错误。‎ 答案　B ‎2.在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.电解结束后电解液Ⅱ中[Zn2＋]增大 B.电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液 C.Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O D.当通入44 g CO2时，溶液中转移1 mol电子 解析　因为右室Zn失去电子生成Zn2＋，溶液中的Zn2＋‎ 通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，[Zn2＋]不变，A项错误；右室生成的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O结合为ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液Ⅱ只要是含Zn2＋的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O，C项正确；当通入44 g CO2时，外电路中转移1 mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。‎ 答案　C ‎3.全钒液流储能电池一次性充电后，续航能力可达1 000 km，而充电时只需3～5 min，被誉为“完美电池”，其原理如图所示(已知V2＋呈紫色，V3＋呈绿色)。电池放电时，左槽溶液质量增加。下列说法正确的是(　　)‎ A.充电时的阴极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O B.放电时的正极反应为V3＋＋e－===V2＋‎ C.放电过程中，右槽溶液由紫色变为绿色 D.若负载为用石墨电极电解食盐水的装置，生成4 g NaOH时该电池中消耗0.1 mol H＋‎ 解析　放电时，左槽溶液质量增加可推知H＋移向左槽，故放电时左侧为正极，右侧为负极。充电时，左侧为阳极，右侧为阴极。A项充电时阴极反应式为V3＋＋e－===V2＋，错误；B项放电时正极反应式为VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O，错误；C项放电过程中右槽V2＋转变为V3＋，故溶液颜色由紫色变为绿色，正确；D项电解食盐水生成4 g NaOH时，电路中转移0.1 mol e－，由VO＋e－＋2H＋===VO2＋＋H2O可知消耗0.2 mol H＋，错误。‎ 答案　C ‎4.(1)将粗品PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示：‎ ‎①阴极的电极反应式为___________________________________________；‎ ‎②当有2.07 g Pb生成时，通过质子交换膜的n(H＋)＝________。‎ ‎(2)利用“NaCO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应为4Na＋3CO22Na2CO3＋C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：‎ ‎①放电时，正极的电极反应式为_____________________________________。‎ ‎②若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2 mol e－时，两极的质量差为________g。‎ 解析　(1)由电解目的电解Na2PbCl4溶液生成Pb可知在阴极反应式为：PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－。②当有2.07 g Pb生成时，电路中通过的电量为0.02 mol e－故通过质子交换膜的n(H＋)＝0.02 mol。‎ ‎(2)①由总反应式4Na＋3CO22Na2CO3＋C可知正极反应为3CO2＋4e－＋4Na＋===2Na2CO3＋C　②当转移0.2 mol e－时，负极失重：0.2×23＝4.6(g)，正极增重0.1×106＋0.05×12＝11.2(g)，故两极质量差为11.2＋4.6＝15.8(g)。‎ 答案　(1)①PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－　②0.02 mol ‎(2)①3CO2＋4e－＋4Na＋===2Na2CO3＋C　②15.8‎ ‎[名师点拨]‎ 电解计算的三种方法 如可以通过4 mol e－为桥梁构建如下关系式：‎ ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ 注意：涉及气体时一定要注意气体状态为标准状况。‎ ‎[能力点提升]‎ ‎5.某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.光照时，b极的电极反应式为VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋‎ B.光照时，每转移2 mol电子，有2 mol H＋由a极区经质子交换膜向b极区迁移 C.夜间a极的电极反应式为V3＋＋e－===V2＋‎ D.硅太阳能电池供电原理与该电池相同 解析　由图中e－移动方向可知b为负极，a为正极。A项，光照时b极发生VO2＋－e－＋H2O===VO＋2H＋，正确；B项，H＋‎ 移动方向为b极区到a极区，错误；C项，夜间a极应发生氧化反应，电极反应式为V2＋－e－===V3＋，错误；D项，该电池供电时发生氧化还原反应，与硅太阳能电池工作原理不同，错误。‎ 答案　A ‎6.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是(　　)‎ A.X为直接电源的负极，Y为直流电源的正极 B.阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C.图中的b>a D.该过程中的产品主要为H2SO4和H2‎ 解析　根据Na＋和SO、HSO的移动方向可知Pt(Ⅰ)为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Pt(Ⅱ)为阳极，电极反应式为SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。‎ 答案　B ‎7.最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：‎ ‎①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋‎ ‎②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋‎ 该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)‎ A.阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O B.协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S↓‎ C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性 解析　阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。‎ 答案　C ‎8.三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A.通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C.负极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低 D.当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 解析　电解池中阴离子向阳极(即正极)移动，阳离子向阴极(即负极)移动，即SO离子向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。‎ 答案　B ‎“多池组合”装置　提升学生模型认知素养 素养说明：电化学在高考中属于必考内容。近几年多池组合在高考中出现频度较高。综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学计算等知识。通过数学建模解答电化学中电极判断、电极反应式、现象、电解液的恢复、电量守恒计算等问题，从而提升学生的模型认知素养。‎ ‎[题组训练]‎ 题型一　外加电源型 ‎1.用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部退色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)‎ A.a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B.b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C.c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D.根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 解析　‎ A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部退色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n(右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。‎ 答案　B ‎2.用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4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)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)，通电时a电极质量增加，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 g B.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ C.c，d电极产生气体的物质的量之比为1∶2‎ D.X极为负极 解析　铅蓄电池为外加电源。由a极质量增加可知a为阴极，由此可知X为正极，Y为负极，b为阳极，c为阴极，d为阳极，故D项错误。A项，Y极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4，转移1 mol e－时，增重48 g，正确；B项负极上发生氧化反应失e－，错误；C项，c、d两极上产生气体分别为H2、O2，二者物质的量之比为2∶1，错误。‎ 答案　A 题型二　无外加电源型 ‎3.某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则(　　)‎ A.电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B.电极Ⅰ发生还原反应 C.电极Ⅱ逐渐溶解 D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 解析　分析图可知：左侧两个烧杯的装置形成原电池，且Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，而最右边的装置为电解池，因此，该装置中电子流向：电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ，则电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ，A正确；电极Ⅰ发生氧化反应，B错误；电极Ⅱ的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，有铜析出，C错误；电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。‎ 答案　A ‎4.我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，我国科学家设计了一种装置(如下图)，实现了“太阳能－电能－化学能”转化，总反应方程式为2CO2===2CO＋O2。关于该装置的下列说法中正确的是(　　)‎ A.图中N型半导体为正极，P型半导体为负极 B.图中离子交换膜为阳离子交换膜 C.反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强 D.人体呼出的气体参与X电极的反应：CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－‎ 解析　根据题图中左边电源内负电荷的移向，可知N型半导体为负极，P型半导体为正极，A错误；N型半导体为负极，X极为电解池的阴极，电极反应为：CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－‎ ‎，生成的氢氧根离子通过离子交换膜在Y极参加反应，所以图中的离子交换膜为阴离子交换膜，B错误，D正确；总反应方程式为2CO2===2CO＋O2，根据总反应可知，反应前后电解质溶液的碱性不变，C错误。‎ 答案　D ‎[名师点拨]‎ ‎“多池组合”电池分析 电极判断 ‎(1)有外加电源：各池均为电解池，电源正极—阳极，电源负极—阴极，电极位置相同，作用也相同。‎ ‎(2)无外加电源：其一为原电池，其余为电解池。‎ a.燃料电池为原电池，其余为电解池。电极判断同上。‎ b.一般金属电极其中最活泼的金属为原电池的负极，另一极为正极，其余为电解池，电极判断同上。‎ c.光电池只需确定电子或阴、阳离子的移动方向即可判断阴、阳极。‎ 计算，闭合回路中电量守恒。突破一点，其余据此就可解决。‎