2021版新高考地区选考化学（人教版）一轮复习教师用书：课题22　电解池　金属腐蚀与防护

2021版新高考地区选考化学（人教版）一轮复习教师用书：课题22　电解池　金属腐蚀与防护

课题22　电解池　金属腐蚀与防护 学习任务1　电解原理 一、电解和电解池 ‎1．电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。‎ ‎2．电解池：将电能转化为化学能的装置。‎ ‎3．电解池的构成 ‎(1)有与电源相连的两个电极。‎ ‎(2)电解质溶液(或熔融电解质)。‎ ‎(3)形成闭合回路。‎ 二、电解池的工作原理 电子和离子的移动方向 ‎(1)电子：从电源的负极流出后，流向电解池的阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。‎ ‎(2)离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。‎ 三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写步骤 ‎1．阴、阳极的判断 ‎(1)根据外接电源的正、负极判断 电源正极连接阳极，电源负极连接阴极。‎ ‎(2)根据电极产物判断 电极溶解、逸出O2(或电极区变酸性)或逸出Cl2的一极为阳极；析出金属或逸出H2‎ ‎(或电极区变碱性)的一极为阴极。‎ ‎2．电极反应式的书写步骤 ‎(1)分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。‎ ‎(2)排出阴、阳两极的放电顺序 ‎①阳极 活性电极：金属做阳极(Pt、Au除外)，金属本身被电解；‎ 惰性电极(Pt、Au、石墨等)：还原性强的离子先放电，放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。‎ ‎②阴极(放电顺序与电极材料无关)‎ 氧化性强的离子先放电，放电顺序为Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸中)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水中)。‎ ‎(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)最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。‎ ‎(3)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。‎ ‎(3)写出两极电极反应式 ‎①阳极：活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。‎ ‎②阴极：溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。‎ ‎(4)写出电解总反应式 在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应方程式。‎ 活泼阳极失电子后得到的离子可能会与电解质溶液中的离子继续发生复杂的反应，因此最终的氧化产物一般需要根据题目中的信息确定。例如，铁做阳极时，其氧化产物可能是Fe2＋、Fe(OH)2或FeO等。‎ 四、用惰性电极电解电解质溶液的规律 类型 实例 电极反应式和总反应式 溶液pH 变化 溶液复原方法 电解 含氧酸 H2SO4‎ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 减小 加水 水型 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑‎ 强碱 NaOH 增大 活泼金属的含氧酸盐 KNO3‎ 不变 电解 电解 质型 无氧酸(氢氟酸除外)‎ HCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 总反应：2HClH2↑＋Cl2↑‎ 增大 通入 HCl 气体 不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑‎ ‎－‎ 加 CuCl2‎ 固体 放氢 生碱型 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 总反应：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH 增大 通入 HCl 气体 放氧 生酸型 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3‎ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3‎ 减小 加入 Ag2O 固体 电解质溶液的复原 若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“出什么加什么”(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物)的原则。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若要使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。(　　)‎ ‎(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)电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阳极。(　　)‎ ‎(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜做阳极。(　　)‎ ‎(5)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(　　)‎ ‎(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大。(　　)‎ ‎(7)电解KNO3溶液时，随着电解的进行，溶液的pH逐渐减小。(　　)‎ 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×‎ ‎2．[2019·高考全国卷Ⅲ，28(4)]在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：‎ 负极区发生的反应有__________________________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。‎ 解析：负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4 mol电子消耗1 mol O2，则转移1 mol电子消耗 mol氧气，其在标准状况下的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。‎ 答案：Fe3＋＋e－===Fe2＋、4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6‎ 电解规律及电极产物的判断 变化观念 ‎1．(经典题)用石墨做电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是(　　)‎ A．相同条件下，逸出气体的体积：A电极＜B电极 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体 C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色 D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 解析：选D。SO、OH－移向B电极，在B电极上OH－放电产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极上H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C项错误；相同条件下，A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误；用惰性电极电解Na2SO4‎ 溶液的实质是电解水，电解后的溶液全部转移到同一烧杯中，充分搅拌后，溶质仍为Na2SO4，溶液呈中性，D项正确。‎ ‎2．(双选)(改编题)如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电顺序都可能在阳极放电，下列分析正确的是(　　)‎ A．C1电极上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ B．C1电极处溶液首先变棕黄色 C．C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑‎ D．当C1电极上有2 g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移 解析：选AC。C1电极与电源的负极相连，做阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A正确；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，做阳极，Fe2＋的还原性强于Cl－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2电极处溶液首先变棕黄色，B错误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。‎ ‎3．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为________。‎ 解析：方法一：98 g Cu(OH)2的物质的量为1 mol，相当于电解了1 mol CuSO4后，又电解了1 mol水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。‎ 方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2中的O2－失电子数相等，共4NA。‎ 答案：4NA 电解池中电极反应式和电解总反应式的书写 证据推理与模型认知 ‎4．按要求书写电极反应式和总反应方程式。‎ ‎(1)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：____________________________________________________。‎ ‎(2)用Al做电极电解NaOH溶液 阳极反应式：__________________________________________________________；‎ 阴极反应式：__________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：____________________________________________________。‎ ‎(3)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：__________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式：____________________________________________________。‎ 答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑‎ Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－　2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑‎ ‎(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ ‎5．整合有效信息书写电极反应式或总反应式。‎ ‎(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。‎ 将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S。‎ ‎①写出电解时阴极的电极反应式：__________________________________________。‎ ‎②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为______________。‎ ‎(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：______________________________________。‎ ‎(3)[2019·高考全国卷Ⅱ，27(4)]环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。‎ 该电解池的阳极为________，总反应为____________________________________。‎ 电解制备需要在无水条件下进行，原因为__________________________________。‎ 解析：(1)①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了S，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。‎ ‎(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图可知，阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===3NH＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===5NO＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。‎ ‎(3)结合图示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2===＋H2↑或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑。结合相关反应可知，电解制备需要在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2，从而阻碍二茂铁的生成。‎ 答案：(1)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑‎ ‎(2)NH3　根据总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3可知，电解产生HNO3，故应补充NH3使其转化为NH4NO3‎ ‎(3)Fe电极　Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2‎ 电化学的计算 证据推理与模型认知 ‎6．(电解的基本计算)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：选B。两极反应：阳极2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；阴极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。‎ ‎7．(双选)(电解的分阶段计算)500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，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0.2 mol·L－1‎ B．上述电解过程中共转移0.4 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0.2 mol·L－1‎ 解析：选AB。用石墨做电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。从阳极收集到O2的体积为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而阴极在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，则电解前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守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，则电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。‎ ‎8．(原电池与电解池串联)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，则下列说法正确的是(　　)‎ 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．电路中每转移0.2 mol电子，电极Ⅲ上析出6.4 g Cu 解析：选A。当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的为原电池，其他池为电解池，由此可知，图示中甲、乙组成原电池，电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极；丙为电解池，电极Ⅲ为阳极，电极Ⅳ为阴极。A.电子移动方向：电极Ⅰ→ →电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，A正确。B.原电池负极在工作中失去电子，被氧化，发生氧化反应，B错误。C.原电池正极得电子，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C错误。D.电解池中阳极为活性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，不会析出Cu，D错误。‎ ‎9．(电解池间串联)(2020·承德高三质检)如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。‎ 请回答：‎ ‎(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________；丁中X极附近的颜色变浅，Y极附近的颜色变深，这表明_____________________________，在电场作用下向Y极移动。‎ ‎(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________________________。‎ ‎(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙装置中溶液的pH是13时(此时乙装置中溶液体积为500 mL)，丙装置中镀件上析出银的质量为________，甲装置中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ ‎(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲装置中发生总反应的离子方程式是________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)F极附近呈红色，说明F极是阴极，E极是阳极，则A极为电源的正极，B极为电源的负极。甲装置中因Cu2＋放电使溶液颜色变浅。丁装置中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶体粒子向阴极移动，即 Fe(OH)3胶体粒子带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)乙装置中溶液pH＝13，生成 n(NaOH)＝0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，‎ 电路中通过的电子的物质的量为0.05 mol，所以丙装置中镀件上析出银的质量为0.05 mol×108 g·mol－1＝5.4 g。(4)当活泼金属做阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲装置中发生总反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu。‎ 答案：(1)负极　变浅　氢氧化铁胶体粒子带正电荷 ‎(2)1∶2∶2∶2‎ ‎(3)镀件　AgNO3　5.4 g　变小 ‎(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋‎ ‎1．电化学的三种计算方法 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式：‎ ‎(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。‎ ‎2．常见串联装置 模型一　原电池与电解池的串联(如图)‎ ‎　 ‎ 显然甲、乙两图中，装置A均为原电池，装置B均为电解池。‎ 模型二　电解池间的串联(如图)‎ 装置A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。‎ ‎3．串联装置的解题流程 学习任务2　电解原理的应用 ‎1．氯碱工业 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。‎ 阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。‎ 总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎2．电镀与电解精炼 电镀铜 电解精炼铜 示意图 电极材料 阳极：镀层金属铜 阳极：粗 阴极：待镀金属铁 铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)‎ 阴极：纯铜 电极反应 阳极 Cu－2e－===Cu2＋‎ Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、‎ Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋‎ 阴极 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度不变 CuSO4溶液的浓度变小 注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥 ‎3.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、Ca、Mg、Al等。‎ 总反应化学方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 阳极：6O2－－12e－===3O2↑‎ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 冶炼镁不可用MgO做原料；冶炼铝不可用AlCl3做原料。‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)在镀件上电镀铜时，镀件与电源的正极连接。(　　)‎ ‎(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(　　)‎ ‎(3)冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。(　　)‎ ‎(4)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　)‎ ‎(5)用Zn做阳极，Fe做阴极，ZnCl2溶液做电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。(　　)‎ 答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×‎ ‎2．(教材改编题)完成下列各小题：‎ ‎(1)电解饱和食盐水过程中，阳离子交换膜的作用为___________________________。‎ ‎(2)电解过程中A中CuSO4溶液浓度__________，而B中CuSO4溶液浓度____________。‎ ‎(3)如图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜。‎ 阳极反应式：______________________________________________________________；‎ 阴极反应式：______________________________________________________________。‎ 答案：(1)只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过，防止Cl2和NaOH反应 ‎(2)逐渐减小　基本不变 ‎(3)2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ ‎(1)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。‎ ‎(2)在电解原理的几个常见应用中，电镀铜和电解精炼铜比较相似，但注意区别：电镀铜过程中，溶液中离子浓度不变；电解精炼铜过程中，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，所以溶液中的阳离子浓度会发生变化，同时阴、阳两极的质量的变化值也不相等。 ‎ 电解原理的常规应用 变化观念 ‎1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)‎ A．氯碱工业中，X电极上的反应式是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：选D。氯碱工业中，阳极上Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时，阳极上粗铜中的Zn、Fe、Ni、Cu放电而溶解，阴极上只有Cu2＋放电析出Cu，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；在铁片上镀铜时，阴极(Y)应该是铁片，阳极(X)是纯铜。‎ ‎2．(教材改编题)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，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni B．电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等 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有Cu和Pt 解析：选D。阳极发生氧化反应，A错；Fe、Zn的还原性大于Ni，阳极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，阴极的电极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，比较两电极反应，因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不相等，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相等，B错；电解法制备高纯镍，以含有Ni2＋的溶液做电解质溶液，因Ni2＋的氧化性大于Fe2＋和Zn2＋，所以电解后溶液中的金属阳离子有Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋，C错；Cu、Pt还原性小于Ni，所以不反应，D正确。‎ 利用电解原理制备物质 变化观念 ‎3．(2020·山东等级考模拟)工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8。电解时，阴极材料为Pb；阳极(铂电极)电极反应式为2HSO－2e－===S2O＋2H＋。下列说法正确的是(　　)‎ A．阴极电极反应式为Pb＋HSO－2e－===PbSO4＋H＋‎ B．阳极反应中S的化合价升高 C．S2O中既存在非极性键又存在极性键 D．可以用铜电极做阳极 解析：选C。Na2S2O8的结构为，由此结构可以判断出以下信息：S2O中含硫氧极性键和氧氧非极性键；S的化合价为＋6价，中间的两个O均为－1价，其他的O均为－2价；电解时阳极上HSO中O失去电子，S未变价；阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；若用铜电极做阳极，则阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋。综上所述，C项正确。‎ ‎4．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　)‎ A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O B．甲溶液可循环利用 C．离子交换膜a是阴离子交换膜 D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol H2生成 解析：选C。由题意知Cu是阴极，Fe是阳极。A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol H2生成，正确。‎ 利用电解原理治理污染 科学态度与社会责任 ‎5．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是(　　)‎ A．a为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极 B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．酸性水具有强氧化性，能够杀菌 D．阴极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－‎ 解析：选C。由题图可推知b为直流电源的负极，a为直流电源的正极，与a相连的电极为阳极，A项错误；右侧生成OH－，K＋穿过离子交换膜移到右侧，即该离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，生成的Cl2与水反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，故酸性水中含HClO，具有强氧化性，能够杀菌，C项正确；水溶液中不可能存在O2－，应生成OH－，D项错误。‎ ‎6．(双选)SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．a为直流电源的正极，与其相连的电极发生氧化反应 B．阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol C．吸收池中发生反应的离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO D．阳极的电极反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋‎ 解析：选AD。A项，阴极发生还原反应，HSO得电子生成S2O，a是直流电源的负极，错误；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol，正确；C项，吸收池中S2O与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO，离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，错误。‎ 学习任务3　金属的腐蚀与防护 一、金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，发生氧化反应。‎ 二、金属腐蚀的类型 ‎1．化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应 不纯金属或合金跟电解质溶液接触，发生原电池反应 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属原子失去电子而被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 ‎2.析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 电极 反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋‎ 正极 ‎2H＋＋2e－===H2↑‎ O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2‎ ‎(1)钢铁的吸氧腐蚀更普遍。‎ ‎(2)铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。‎ 三、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 ‎①负极：比被保护金属活泼的金属；‎ ‎②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 ‎①阴极：被保护的金属设备；‎ ‎②阳极：惰性金属或石墨。‎ ‎2．改变金属的内部结构，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。‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)(2018·高考天津卷)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈。(　　)‎ ‎(2)(2017·高考江苏卷)地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀。(　　)‎ ‎(3)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。(　　)‎ ‎(4)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。(　　)‎ ‎(5)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。(　　)‎ ‎(6)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致。(　　)‎ ‎(7)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(　　)‎ 答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×‎ ‎2. (2019·高考江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)‎ A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋‎ B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 解析：选C。A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁做负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还有少部分转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。‎ 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H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。 ‎ 金属腐蚀的原理及腐蚀快慢的比较 变化观念 ‎1．(2020·武汉高三质检)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)‎ A．图1中，铁钉易被腐蚀 B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 解析：选C。A项，题图1中，铁钉处于干燥环境中，不易被腐蚀；B项，‎ 负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀；D项为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。‎ ‎2．(双选)(2020·济南高三一模)为了减少钢管因锈蚀造成的损失，某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法中错误的是(　　)‎ A．在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀 B．在潮湿的酸性土壤中，电子由钢管通过导线流向金属棒M C．在潮湿的酸性土壤中，H＋向金属棒M移动，抑制H＋与铁的反应 D．金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近于零 解析：选BC。在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀，A项正确；在潮湿的酸性土壤中，金属棒M做负极，可以保护钢管不被腐蚀，电子由负极金属棒M通过导线流向正极钢管，B项错误；在潮湿的酸性土壤中，H＋向正极钢管移动，H＋在正极得电子产生氢气，C项错误；金属棒M与钢管用导线连接后保护埋在酸性土壤中的钢管，可使钢管表面的腐蚀电流接近于零，D项正确。‎ ‎3．(经典题)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 解析：选C。①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。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FeCu原电池中Fe被腐蚀的速率较快。⑤是Fe接电源正极做阳极，Cu接电源负极做阴极的电解腐蚀，Fe被腐蚀的速率最快。⑥是Fe 接电源负极做阴极，Cu接电源正极做阳极的电解腐蚀，Fe被保护，且保护效果比③好。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。‎ 判断金属腐蚀快慢的规律 ‎(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。‎ ‎(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。‎ ‎(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀速率越快。 ‎ 金属防护措施的设计与选择 变化观念、科学态度与社会责任 ‎4．(2017·高考全国卷Ⅰ，11，6分)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，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，其接近于零，铁不容易失去电子，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；高硅铸铁做阳极，阳极上发生氧化反应，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；应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。‎ ‎5．(双选)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是(　　)‎ A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应 C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀 D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生还原反应 解析：选BD。若X为锌棒，开关K置于M处，锌做负极，铁做正极被保护，A项正确，B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极做阴极被保护，C项正确；X连接电源正极做阳极被氧化，D项错误。‎ ‎6．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 解析：选C。通电时，锌环与电源的正极相连，为阳极，发生氧化反应，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，做负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。‎ 小专题突破7　隔膜在电化学中的功能 ‎——证据推理与模型认知 ‎[专题精讲]‎ ‎1．常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：‎ ‎(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。‎ ‎(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，既允许OH－和其他阴离子通过，不允许阳离子通过。‎ ‎(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。‎ ‎2．隔膜的作用 ‎(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。‎ ‎(2)能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。‎ ‎3．离子交换膜的选择依据 离子的定向移动。‎ ‎4．离子交换膜的应用 ‎5．多室电解池的类型 多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室等，以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。‎ ‎(1)两室电解池 以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例，其原理如图所示：‎ ‎①电极名称的判断：根据“阴阳相吸”判断，Na＋移向的乙电极是阴极；根据“阳极放氧生酸”判断，左侧有氧气生成的甲电极是阳极。‎ ‎②电极反应式的书写：右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液，根据“阴极放氢生碱”，得4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A为氢气；左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液，根据“阳极放氧生酸”，得H＋会与CO结合生成HCO：4CO－4e－＋2H2O===4HCO＋O2↑。‎ ‎(1)含离子交换膜的电解池的最大优点是能自动把产品(如该电解池产生的NaOH和NaHCO3)分离开，从而降低分离提纯成本。‎ ‎(2)“阴阳相吸”是很多化学反应的微观基础。“阴阳相吸”的含义：①阴离子与阳离子相互吸引并发生迁移；②阴极吸引电解液中的阳离子，阳极吸引电解液中的阴离子，并使阳离子与阴离子发生定向移动；③正极吸引自由电子，使电子经过金属导线由负极定向移动到正极。‎ ‎(2)三室电解池 以三室式电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例，其原理如图所示：‎ ‎①阴极反应及ab膜的判断：阴极的电极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氢生碱)，生成的带负电荷的OH－吸引中间隔室的K＋向阴极迁移，得到KOH溶液，阴极区溶液的pH增大，ab膜为阳离子交换膜。‎ ‎②阳极反应及cd膜的判断：阳极的电极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，生成的带正电荷的H＋吸引中间隔室的NO向阳极迁移，得到HNO3溶液，阳极区溶液的pH减小，cd膜为阴离子交换膜。‎ 虽然其实质是电解水，但总反应不能写成2H2O2H2↑＋O2↑，而应该写为4KNO3＋6H2O2H2↑＋4KOH＋O2↑＋4HNO3。‎ ‎(3)四室电解池 以四室式电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例，其工作原理如图所示：‎ 电解稀硫酸的阳极反应是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(放氧生酸)，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO通过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应是4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－(放氢生碱)，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。‎ ‎[专题精练]‎ 精练一　离子交换膜在原电池中的应用 ‎1．(2020·河南中原名校四模)新能源汽车是国家战略产业的重要组成部分，LiFePO4电池是新能源汽车关键部件之一，其工作原理如图所示，电池工作时的总反应为LiFePO4＋6CLi1－xFePO4＋LixC6。下列说法错误的是(　　)‎ A．充电时，电极a与电源负极连接，电极b与电源正极连接 B．电池工作时，正极的电极反应为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4‎ C．电池工作时，负极材料质量减少1.4 g，转移0.4 mol电子 D．电池进水将会大大降低使用寿命 解析：选C。放电时Li＋向电极b移动，则电极b为正极，电极a为负极，充电时，电极a与电源负极连接，电极b与电源正极连接，故A正确；电池工作时，Li＋向正极移动，正极上Li1－xFePO4发生还原反应：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，故B正确；电池工作时，负极反应为LixC6－xe－===xLi＋＋6C，负极材料质量减少1.4 g，说明有0.2 mol Li＋生成，则转移0.2 mol电子，故C错误；因为Li的金属性很强，容易与水发生反应，所以电池进水将会大大降低使用寿命，故D正确。‎ ‎2．(提高电流效率)已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不同 B．Ⅰ和Ⅱ的能量转化形式不同 C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D．放电一段时间后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质 解析：选C。Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池总反应、负极反应和正极反应均相同，A项错误。Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误。Ⅰ装置中铜与氯化铁溶液直接接触，二者会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低；而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜不与氯化铁溶液直接接触，二者不会在铜极表面发生反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩，Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C项正确。放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成氯化亚铁，两者还都可能含有氯化铁，D项错误。‎ 精练二　离子交换膜在电解池中的应用 ‎3．(双选)(净化水质)世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．X为电源负极 B．若该装置在高温下进行，则净化效率将降低 C．若有1 mol NO被还原，则有6 mol H＋通过质子膜迁移至阴极区 D．若BOD为葡萄糖(C6H12O6)，则1 mol葡萄糖被完全氧化时，理论上电极上流出24 mol e－‎ 解析：选BD。由装置图可知，X端连接的电极上发生的反应是在微生物作用下BOD、H2O反应生成CO2；Y端连接的电极上发生的反应是在微生物作用下NO反应生成N2，氮元素化合价降低，发生还原反应，为电解池的阴极，则Y为电源负极，X为电源正极，质子膜允许H＋通过。A.由上述分析可知，X为电源正极，故A错误；B.若 该装置在高温下进行，作为催化剂的微生物会失去活性，则净化效率将降低，故B正确；C.根据阴极的电极反应式2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O可知，若有1 mol NO被还原，转移5 mol电子，根据电荷守恒，则有5 mol H＋通过质子膜迁移至阴极区，故C错误；D.若 BOD为葡萄糖(C6H12O6)，则1 mol葡萄糖被完全氧化时，碳元素化合价由0价变为＋4价，理论上电极上流出4×6 mol＝24 mol e－，故D正确。‎ ‎4．(限制某些离子的迁移)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，模拟装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．阳极室溶液由无色变成棕黄色 B．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C．电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高 D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4‎ 解析：选C。阳极上Fe发生氧化反应生成Fe2＋，溶液由无色变为浅绿色，A 项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，电解一段时间后，阴极室溶液的pH升高，NH透过阳离子选择透过膜进入阴极室，阴极室溶液中的溶质可能有H3PO4、NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4等，B、D项错误，C项正确。‎ ‎5．(海水淡化)(2020·武汉高三调研)电渗析法淡化海水装置如图所示，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜交替排列，将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满各个间隔室。通电后，一个间隔室的海水被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水的分离。下列说法正确的是(　　)‎ A．离子交换膜b为阳离子交换膜 B．①③⑤⑦间隔室的排出液为淡水 C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显 D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值 解析：选B。电极2上H＋→H2，所以电极2为阴极，电极1为阳极，阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，Na＋需通过阳离子交换膜向电极2移动，则离子交换膜a为阳离子交换膜，离子交换膜b为阴离子交换膜，A项错误；①③⑤⑦中的阴、阳离子分别透过阴、阳离子交换膜移向相邻间隔室，海水被淡化，而相邻间隔室②④⑥中的海水被浓缩，B项正确；电极1上Cl－放电生成Cl2，电极2上H＋放电生成H2，故电极2附近溶液的pH变化明显，C项错误；浓缩海水中含有很丰富的元素，有很大的使用价值，D项错误。‎ 在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，提高产品纯度或防止造成危险等。‎ ‎1．(2018·高考全国卷Ⅰ，13，6分)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：选C。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；石墨烯做阳极，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。‎ ‎2．(2017·高考全国卷Ⅱ，11，6分)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H2SO4H2C2O4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 解析：选C。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件做阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。‎ ‎3．(2018·高考北京卷)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)。‎ ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　)‎ A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼 解析：选D。②中Zn做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe做正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe做负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加 铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活动性，D项错误。‎ ‎4．[2018·高考全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3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________。‎ 解析：(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↑。(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。‎ 答案：(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑‎ ‎(2)K＋　由a到b 一、选择题：每小题只有一个选项符合题意。‎ ‎1．(2020·济南高三模拟)四个电解装置都以Pt做电极，它们分别装有如下电解质溶液，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是(　　)‎ 选项 A B C D 电解质溶液 HCl AgNO3‎ KOH BaCl2‎ pH变化 减小 增大 增大 不变 解析：选C。电解盐酸，溶质HCl的量减少，溶剂的量不变，所以酸性减弱，pH增大，A项错误；电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气，溶液酸性增强，pH减小，B项错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，溶质的量不变，溶剂减少，碱性增强，pH增大，C项正确；电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气，溶液碱性增强，pH增大，D项错误。‎ ‎2．(2020·哈尔滨高三一模)观察如图装置，下列说法正确的是(　　)‎ A．a、b接电流表，该装置一定为原电池 B．a、b接直流电源，该装置一定为电解池 C．a、b接直流电源，铁可能不易被腐蚀 D．a、b接电流表或接直流电源，铁都可能是负极 解析：选C。A项，a、b接电流表，若液体c为非电解质溶液，不满足原电池的构成条件，不能形成原电池，错误；B项，若液体c为非电解质溶液，溶液不导电，所以不能发生电解，即不是电解池，错误；C项，若该装置是电解池，Fe与负极相连时做阴极被保护，即铁可能不易被腐蚀，正确；D项，接直流电源时，该装置可能为电解池，Fe可能做阴极或阳极，错误。‎ ‎3．(2020·贵阳高三调研)在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：一艘名叫“阿那吉纳”号的货轮满载着精铜砂，在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是(　　)‎ A．精铜砂装载过多导致沉船 B．运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大，超过船的承载能力 C．在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀 D．在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作为阳极而被氧化腐蚀 解析：选C。在潮湿的环境中，Cu、Fe形成原电池加快了轮船的腐蚀。‎ ‎4．(教材改编题)电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　)‎ A．电解时以硫酸铜溶液做电解液，精铜做阳极 B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 解析：选C。A项，精铜应做阴极；B项，粗铜应做阳极，与电源正极相连；D项，Fe、Zn比Cu活泼，在阳极先放电，不会形成阳极泥。‎ ‎5. (经典题)下列关于如图所示装置说法正确的是(　　)‎ A．装置中电子移动的途径是负极→Fe→M溶液→石墨→正极 B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClO C．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁 D．若M是海水，该装置是通过牺牲阳极的阴极保护法使铁不被腐蚀 解析：选B。装置中电子移动的途径是负极→Fe，石墨→正极，电子不能在溶液中传递，A错误；若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阴极产生的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B正确；若M为FeCl2溶液，石墨为阳极，发生氧化反应，不可能实现石墨上镀铁，C错误；若M是海水，该装置是电解池，是通过外加电流的阴极保护法使铁不被腐蚀，而不是牺牲阳极的阴极保护法，D错误。‎ ‎6．锌元素对婴儿及青少年的智力和身体发育有重要的作用，被称为生命火花。利用恒电势电解NaBr溶液间接将葡萄糖[CH2OH(CHOH)4CHO]氧化为葡萄糖酸[CH2OH(CHOH)4COOH]，进而制取葡萄糖酸锌，装置如图所示，下列说法错误的是(　　)‎ A．钛网与直流电源的正极相连，发生还原反应 B．石墨电极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ C．电解过程中硫酸钠溶液浓度保持不变 D．生成葡萄糖酸的化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O=== CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr 解析：选A。根据题意和题图可知，在钛网上NaBr转化为溴单质，失电子，发生氧化反应，钛网做阳极，故与电源正极相连，A错误；石墨电极做阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；电解过程中左侧发生反应：2Br－－2e－===Br2、CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O===CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr，‎ 右侧发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，左侧产生的H＋通过质子交换膜不断向右侧提供被消耗的H＋，故硫酸钠溶液浓度保持不变，C、D正确。‎ ‎7．(2020·山东等级考模拟)利用小粒径零价铁(ZVI)的电化学腐蚀处理三氯乙烯，进行水体修复的过程如图所示。H＋、O2、NO等共存物的存在会影响水体修复效果，定义单位时间内ZVI释放电子的物质的量为nt，其中用于有效腐蚀的电子的物质的量为ne。下列说法错误的是(　　)‎ A．反应①②③④均在正极发生 B．单位时间内，三氯乙烯脱去a mol Cl时ne＝a mol C．④的电极反应式为NO＋10H＋＋8e－===NH＋3H2O D．增大单位体积水体中小粒径ZVI的投入量，可使nt增大 解析：选B。A.由修复过程示意图中反应前后元素化合价变化可知，反应①②③④均为得电子的反应，所以应在正极发生；B.三氯乙烯C2HCl3中C原子化合价为＋1价，乙烯中C原子化合价为－2价，1 mol C2HCl3转化为1 mol C2H4时，得到6 mol电子，脱去3 mol氯原子，所以脱去a mol Cl时ne＝2a mol；C.由示意图及N元素的化合价变化可写出如下转化：NO＋8e－——NH，由于生成物中有NH，所以只能用H＋和H2O来配平该反应，而不能用H2O和OH－来配平，所以④的电极反应式为NO＋10H＋＋8e－===NH＋3H2O；D.增大单位体积水体中小粒径ZVI的投入量，可以增大小粒径ZVI和正极的接触面积，加快ZVI释放电子的速率，可使nt增大。‎ 二、选择题：每小题有一个或两个选项符合题意。‎ ‎8．锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池，其成本低，便于大量推广，且对环境无污染。已知电池的总反应为V2O5＋xLiLixV2O5，下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，Li＋向负极移动 B．充电时，阳极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋‎ C．放电时，负极失重7.0 g，则转移2 mol电子 D．该电池以Li、V2O5为电极，酸性溶液做介质 解析：选B。放电时，Li＋向正极移动，A项错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B项正确；放电时，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，每消耗1 mol Li(7.0 g)，则转移1 mol电子，C项错误；Li是活泼金属，会与酸性 溶液反应产生H2，因而该电池介质不能是酸性溶液，D项错误。‎ ‎9．以铅蓄电池为电源，通过电解法制备酒石酸(C4H6O6，简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极，a、b为离子交换膜)：‎ 下列叙述不正确的是(　　)‎ A．N极的电极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O B．b为阳离子交换膜 C．阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区溶液pH增大 D．铅蓄电池中消耗2 mol H2SO4时，理论上生成2 mol RH2‎ 解析：选BD。电解的目的为制备RH2，则装置右侧为产品室，若原料室中的R2－通过阴离子交换膜进入产品室与H＋结合，则可制得RH2，所以电极B上应为H2O放电，生成O2和H＋，即电极B为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b为阴离子交换膜，N为正极，M为负极，电极A为阴极。N为铅蓄电池正极，电极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，A项正确；根据上述分析可知，b为阴离子交换膜，B项错误；阴极应为H2O放电，生成H2和OH－，故电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－浓度增大，pH增大，C项正确；铅蓄电池放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，当电池中消耗2 mol H2SO4时，电路中转移2 mol e－，根据电极B上的电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，转移2 mol e－，产品室有2 mol H＋生成，又R2－＋2H＋===RH2，所以理论上可生成1 mol RH2，D项错误。‎ ‎10．(2020·山东五校诊断)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是(　　)‎ A．乙装置中溶液颜色会变浅 B．铁电极应与Y相连接 C．M电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋‎ D．当N电极消耗0.25 mol气体时，铜电极质量减少16 g 解析：选C。乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属做阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项错误；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C项正确；根据N电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O以及铜电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则当N电极消耗0.25 mol O2时，铜电极质量减少0.25 mol×2×64 g·mol－1＝32 g，D项错误。‎ 三、非选择题 ‎11．知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。‎ ‎(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。‎ ‎(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子方程式为____________________________。‎ ‎(3)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。下图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。‎ ‎①阳极产生ClO2的电极反应式：__________________________________________。‎ ‎②当阴极产生标准状况下112 mL气体时，通过阳离子交换膜的离子的物质的量为________。‎ 解析：(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极附近产生NaOH。‎ ‎(2)要制取“84”消毒液，应创造氯气和氢氧化钠反应生成NaClO的环境，为了使反应更充分，则下面电极生成氯气，上面电极附近有NaOH生成，上面电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极。‎ ‎(3)①依据题干信息，阳极上Cl－被氧化为ClO2，根据电子守恒和电荷守恒，‎ 写出电极反应式。②电极上得到或失去一个电子，电解质溶液中必然有一个阳离子通过阳离子交换膜。‎ 答案：(1)H2　右 ‎(2)负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑‎ ‎(3)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋‎ ‎②0.01 mol ‎12．Ⅰ.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。图1是高铁电池的模拟实验装置：‎ ‎(1)该电池放电时正极的电极反应式为_____________________________________。‎ ‎(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向________(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。‎ ‎(3)图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________________________________________。‎ Ⅱ.电解制取KIO3‎ 电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应3I2＋6KOH=== 5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，电解槽用水冷却。电解时，阳极上发生反应的电极反应式为_________________________；电解过程中阴极附近溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。‎ 解析：Ⅰ.(1)根据题图1可知，该电池中C做正极，正极上FeO发生还原反应：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－。(3)根据题图2可知，高铁电池具有使用时间长、工作电压稳定的优点。‎ Ⅱ.阳极附近的阴离子有碘离子、碘酸根离子和氢氧根离子，电解过程中阳极上碘离子失去电子生成碘酸根离子，电极反应式为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O；阴极上氢离子放电生成氢气，所以阴极附近水的电离平衡被破坏，溶液中的氢氧根离子浓度增大，pH变大。‎ 答案：Ⅰ.(1)FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－　(2)右　左　(3)使用时间长、工作电压稳定 Ⅱ.I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O　变大