2019届一轮复习人教版电解池金属的电化学腐蚀与防护学案(1)
第25讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
考纲要求
考情分析
命题趋势
1.掌握电解池的构成、工作原理及应用。
2.能写出电极反应和电池总反应方程式。
3.了解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
2017，全国卷Ⅲ，11T
2017，全国卷Ⅰ，11T
2016，天津卷，27T
2016，北京卷，12T
2016，四川卷，5T
预计2019年高考仍将重点考查电解池的工作原理，如阴阳极的判断、电极反应式的书写及溶液pH的变化等；复习备考时应注重电解原理的实质，从氧化还原反应的角度认识电化学。
分值：3～6分
考点一 电解原理
1．电解
(1)定义：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴阳两极引起__氧化还原反应__的过程。在此过程中，__电__能转化为__化学__能。
(2)特点：电解是不可逆的，电解质导电一定发生__化学__变化。
2．电解池
(1)概念：电解池是__把电能转化为化学能__的装置。
(2)电解池的构成条件
①有与__电源__相连的两个电极。
②两个电极插入__电解质溶液__(或__熔融电解质__)中。
③形成__闭合回路__。
(3)电极名称及电极反应式
以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：
总反应方程式：__CuCl2Cu＋Cl2↑__。
(4)电解池中电子和离子的移动方向
①电子：从电源__负极__流出后，流向电解池__阴极__；从电解池的__阳极__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__。
3．电解产物的判断及有关反应式的书写
(1)首先判断阴阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴阳两组(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。
(3)排出阴阳两极的放电顺序
(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒、电荷守恒和电子转移守恒。
(5)写出电解总反应式，在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。
用惰性电极电解电解质溶液的四种类型
(1)电解水型
电解质(水溶液)
电极方程式
电解物质
总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
含氧酸(如H2SO4)
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2O O2↑＋2H2↑
增大
减小
加水
强碱(如NaOH)
增大
加水
活泼金属的含氧酸盐
(如KNO3、Na2SO4)
不变
加水
(2)电解电解质型
电解质(水溶液)
电极方程式
电解物质
总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
无氧酸(如(HCl)，除HF外
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
酸
2HCl
Cl2↑＋H2↑
减小
增大
通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐
(如CuCl2)，除氟化物外
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
盐
CuCl2
Cu＋Cl2↑
－
加CuCl2固体
(3)放H2生碱型
电解质(水溶液)
电极方程式
电解物质
总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
活泼金属的
无氧酸盐(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH
水
和盐
2Cl－＋2H2OCl2↑＋
H2↑＋2OH
生成新
电解质
增大
通入
HCl气体
(4)放O2生酸型
电解质(水溶液)
电极方程式
电解物质
总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
不活泼金属
的含氧酸盐
(如CuSO4)
阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
水和盐
2Cu2＋＋2H2O
2Cu＋O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加CuO
或CuCO3
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( √ )
(2)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。( × )
(3)电解盐酸、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，发生还原反应。( × )
(5)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可能使电解质溶液恢复到电解前的情况。( √ )
(6)电解NaOH溶液的本质是电解水，溶液的pH保持不变。( × )
2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是( B )
A．AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2
B．KCl Na2SO4 CuSO4
C．CaCl2 KOH NaNO3
D．HCl HNO3 K2SO4
解析 由电解电解质溶液的四种类型可知：
类型
化学物质
pH变化
放O2生酸型
AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4
降低
放H2生碱型
KCl、CaCl2
升高
电解电解质型
CuCl2
升高
HCl
升高
电解H2O型
Na2SO4、NaNO3、K2SO4
不变
KOH
升高
HNO3
降低
3．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。
阳极反应式：__2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋__。
阴极反应式：__6H＋＋6e－===3H2↑__。
总化学方程式：__2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑__。
(2)用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应方程式。
①阳极产物：__Cl2、O2__。
电极反应：__2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑__。
②阴极产物：__Cu、H2__。
电极反应：__Cu2＋＋2e－===Cu、2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑__。
电解池中方程式书写时的四个常见失分点
(1)书写电解池中电极反应式时，要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)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。
(3)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
(4)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。即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
阴阳极的判断和电解产物的分析方法
(1)阴阳极的判断方法
①根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。
②根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。
③根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。
④根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
(2)惰性电极电解电解质溶液的产物判断
[例1]如图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( C )
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
C．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
D．石墨电极的质量不发生变化
解析
电解池的阳极是氧离子发生失电子的氧化反应，导致氧气等气体的出现，所以电极反应式为2O2－－4e－===O2↑；电解池中，电解质里的阴离子O2－、Cl－均移向阳极；电解池的阴极发生得电子的还原反应，是二氧化钛电极本身得电子的过程，即TiO2＋4e－===Ti＋2O2－；石墨电极会和阳极上产生的氧气发生反应，导致一氧化碳、二氧化碳的出现，所以电极本身会消耗，质量减轻。
[例1]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
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
C
得失电子不守恒
－6
D
不能根据化合价的变化，来判断是氧化反应还是还原反应
－6
[解析] 利用图示知，该装置为电解池，是将电能和光能转化为化学能，A项错误；该装置工作时，b极(阳极)是H2O失电子转化为氧气，同时产生H＋，H＋从b极区向a极(阴极)区迁移，B项正确；利用得失电子守恒知，每生成1 mol O2转移4 mol e－，每消耗1 mol CO2转移6 mol e－，则被还原的CO2的质量为 mol×44 g·mol－1＝29.3 g，C项错误；a极上应发生还原反应，即a电极的反应为3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。
[答案] B
1．如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b
弱电解质溶液>非电解质溶液。
2．活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。
3．对同一种电解质溶液来说：电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。
4．不同原理引起的腐蚀的速率：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
5．从防腐措施方面分析腐蚀的快慢：外接电源的阴极保护法防腐<牺牲阳极的阴极保护法防腐<有一般防护条件的防腐<无防护条件的防腐。
[例1]下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( B )
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
解析 图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关置于M时，Cu－Zn合金作负极，由M改置于N时，Cu－Zn合金作正极，腐蚀速率减小，B项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，C项错误；图d中，该原电池中Zn作负极，MnO2作正极，正极上得电子发生还原反应，所以Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的还原作用引起的，D项错误。
[例1](2016·天津卷)下列叙述正确的是( )
A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)
B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率与氧气浓度无关
C．原电池中发生的反应达平衡时，该电池仍有电流产生
D．在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小
[答题送检]来自阅卷名师报告
错误
致错原因
扣分
A
误以为催化剂可以改变焓变
－6
C
忽略了反应达平衡时，正负极电势差的问题
－6
[解析] 催化剂可以降低反应的活化能，但不能改变反应的焓变，A项错误；金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率与氧气浓度有关，O2浓度越大，腐蚀速率越快，B项错误；反应达到平衡时，正负极的电势差为0，所以电池不会产生电流，C项错误；CuS不溶于盐酸，而ZnS溶于盐酸，说明CuS更难溶，对应的溶解度小，D项正确。
[答案] D
1．如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列分析正确的是( B )
A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．K1闭合，石墨棒周围溶液的pH逐渐升高
C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法
D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体
解析 K1闭合时，装置为原电池，负极Fe的反应为Fe－2e－===Fe2＋，A项错误；K1闭合时，石墨棒为正极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，因此石墨棒周围溶液的pH升高，B项正确；K2闭合时，装置为电解池，铁为阴极被保护，该保护方法是外接电源的阴极保护法，C项错误；K2闭合时，电解饱和食盐水，当电路中通过0.002 mol电子时，阴阳两极分别产生H2、Cl2，气体物质的量均为0.001 mol，D项错误。
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。
(1)验证铁的吸氧腐蚀，可以将铁钉放入试管中，用盐酸浸没。( × )
(2)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。( √ )
2．(2017·全国卷Ⅰ)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( C )
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 由图可知，高硅铸铁与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，钢管桩与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，钢管桩得到保护，A项正确；通电后，外电路中电子由高硅铸铁经导线流向正极，再由电源的负极经导线流向钢管桩，故通电后外电路中电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B项正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，只起到传递电流作用，不会被损耗，C项错误；通入的保护电流要根据海水中电解质的浓度、温度等环境条件变化进行调整，从而有效保护钢管桩，D项正确。
3．如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
(1)腐蚀过程中，负极是__c__(填图中字母“a”或“b”或“c”)；
(2)环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓__；
(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为__0.448__L(标准状况)。
课时达标 第23讲
1．下列事实与电化学腐蚀无关的是( A )
A．光亮的自行车钢圈不易生锈
B．黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿
C．铜、铝电线一般不连接起来作导线
D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)更容易生锈
解析 A项，自行车钢圈不易生锈是由于熔炼的时候在铁中加入了一定比例的镍、铬，改变了其金属的组织结构，与电化学腐蚀无关；B项，黄铜中，锌比铜活泼，二者构成原电池，锌失电子，这样可以保护铜不被氧化；C项，铜、铝导线连接起来会与表面液体构成原电池，铝比铜活泼，铝失电子被氧化，就会引起连接处断开，造成断路；D项，生铁中含有杂质碳，碳、铁、水膜会构成无数个微小的原电池，使铁不断被腐蚀。
2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法错误的是 ( D )
A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
解析 铁是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极O2得电子发生还原反应生成OH－，故将O2吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极得快；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈。
3．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如图所示，则下列说法错误的是( C )
A．阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出H2
B．AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生Cu
C．BC段表示在阴极上是H＋放电产生了H2
D．CD段相当于电解水
解析 由于两种溶液的体积相等，物质的量浓度也相等，即溶质的物质的量相等，设CuSO4和NaCl的物质的量各为1 mol ，电解分3个阶段。[第一阶段]阳极：1 mol Cl－失1 mol 电子，阴极：0.5 mol Cu2＋得1 mol电子，因为Cu2＋水解使溶液显酸性，随着电解的进行，Cu2＋的浓度降低，溶液酸性减弱，pH将增大；[第二阶段]阳极：1 mol OH－(来源于水的电离)失1 mol 电子，阴极：0.5 mol Cu2＋再得1 mol 电子，因为OH－消耗，使溶液中H＋的浓度增大，pH迅速减小；[第三阶段]阳极：OH－失电子，阴极：H＋得电子，它们都来源于水的电离，实质是电解水，溶液的体积减小，使溶液中H＋的浓度增大，pH继续减小。
4．下列有关电化学装置完全正确的是( C )
A
B
C
D
铜的精炼
铁上镀银
防止Fe被腐蚀
构成铜锌原电池
解析 电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，纯铜作阴极，A项错误；铁上镀银时，应该用银作阳极，铁作阴极，B项错误；C项是外加电流的阴极保护法，正确；铜锌原电池中，锌应插入硫酸锌溶液中，铜应插入硫酸铜溶液中，D项错误。
5．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是( B )
A．AgNO3(AgNO3) B．NaOH(H2O)
C．KCl(KCl) D．CuSO4(CuSO4)
解析 A项，4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，脱离反应体系的物质是4Ag＋O2，所以应当加入适量的Ag2O才能复原；B项，2H2O2H2↑＋O2↑，脱离反应体系的是2H2＋O2，加入适量水可以复原；C项，2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，脱离反应体系的是H2＋Cl2，通入适量HCl气体才能复原；D项，2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，脱离反应体系的是2Cu＋O2，加入适量CuO才可以复原。
6．(2018·荆州中学高三上学期月考)利用控制n(H2S)：n(FeCl3)＝1：2反应得到的产物，再用电解法制氢，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( B )
A．惰性电极a发生氧化反应
B．Fe(OH)3胶体中滴加溶液X，先有沉淀后沉淀溶解
C．溶液Y加热蒸发灼烧最终得到Fe2O3
D．电解池总反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑
解析 H2S与FeCl3反应生成硫单质和氯化亚铁以及盐酸。根据示意图，惰性电极b放出氢气，说明b为阴极，则a为阳极，发生氧化反应，A项正确；惰性电极a发生氧化反应生成氯气，氯气将氯化亚铁氧化为氯化铁，因此溶液X为氯化铁，Fe(OH)3胶体中滴加氯化铁，发生胶体的聚沉，但不能溶解，B项错误；溶液Y
为氯化亚铁，加热蒸发灼烧会被空气中的氧气氧化，最终得到Fe2O3，C项正确；电解池总反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑，D项正确。
7．(2018·南阳一中高三第一次月考)如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，将电源接通后，向乙装置中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，则以下说法正确的是( B )
A．电源B极是正极
B．甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1：2：2：2
C．欲用丙装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液
D．丁装置中X极附近红褐色不变
解析 根据图知，该装置是电解池，将电源接通后，向乙装置中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明F极附近有大量的OH－，由此得出F极上H＋放电生成氢气，所以F极是阴极，则电源B极是负极，A极是正极，A项错误；甲装置中C电极上OH－放电生成氧气，乙装置中F电极上H＋放电生成氢气，所以甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成；生成1 mol 氧气转移4 mol 电子，生成1 mol 铜时转移2 mol电子，生成1 mol 氯气时转移2 mol电子，生成1 mol 氢气时转移2 mol 电子 ，所以转移相同物质的量的电子时生成单质的物质的量之比为1：2：2：2，B项正确；若用丙装置给铜镀银，G应该是Ag，H是铜，电镀液是AgNO3溶液，C项错误；丁装置中Y电极是阴极，氢氧化铁胶粒带正电荷，Y极附近红褐色变深，D项错误。
8．在水中加入等物质的量的MgSO4、NaCl、AgNO3三种物质组成的混合溶液，该溶液在惰性材料作电极的电解槽中通电一段时间后，在两个电极区析出的氧化产物与还原产物的质量之比约为( C )
A．35.5∶108 B．16∶207
C．8∶1 D．108∶35.5
解析 三种物质等物质的量混合，则NaCl、AgNO3恰好完全反应，故反应后的溶液为NaNO3和MgSO4的混合液。实质上是电解水：2H2O2H2↑＋O2↑，氧化产物和还原产物分别为O2和H2，质量之比为8∶1。
9．下列离子方程式书写正确的是( B )
A．用Cu片作阳极电解饱和食盐水：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
B．用两个铜片作电极电解AgNO3溶液：Cu＋2Ag＋2Ag＋Cu2＋
C．用石墨作电极电解AlCl3溶液：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
D．用石墨作电极电解CuBr2溶液：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
10．以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：
下列说法不正确的是( D )
A．在阴极室，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O向右移动
C．该制备过程总反应的化学方程式为4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑
D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比为d，则此时铬酸钾的转化率为α＝
解析 该电解池发生的反应为电解水，阴极反应式：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，阳极反应式：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，铬酸钾的转化率α＝2－d，D项错误。
11．已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S，LiPF6·SO(CH3)2为电解质，用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法不正确的是( B )
A．电极Y应为Li
B．电解过程中，b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．X极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S
D．若将图中阳离子膜去掉，将a、b两室合并，则电解反应总方程式发生改变
解析 由于c 中反应为Ni2＋＋2e－===Ni，，故c室为阴极室，则电极Y为Li，由于c
中Ni2＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从c移向b，a中OH－放电不断减少，Na＋通过阳离子膜从a移向b，所以b中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，B项错误。
12．如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，下列说法不正确的是( C )
A．溶液的质量变化：甲减小乙增大
B．溶液的pH变化：甲减小乙增大
C．相同条件下产生气体的体积：V甲＝V乙
D．电极反应式：甲中阴极为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg－2e－===Mg2＋
解析 A项，甲中总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，乙中总反应为Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，正确；B项，甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗盐酸，pH增大，正确；C项，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，甲中产生0.25 mol O2，乙中产生0.5 mol H2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为1∶2，错误；甲中阴极为Cu2＋放电，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，正确。
13．用酸性氢氧燃料电池(乙池)为电源进行电解的实验装置(甲池在一定条件下可实现有机物的电化学储氢)如图所示。甲池中A为含苯的物质的量分数为10%的混合气体，B为10 mol混合气体，其中苯的物质的量分数为24%，C为标准状况下2.8 mol气体(忽略水蒸气)，下列说法不正确的是( C )
A．乙池中溶液的pH变大
B．E处通入H2，C处有O2放出
C．甲池中阴极区只有苯被还原
D．导线中共传导11.2 mol电子
解析 乙池是氢氧燃料电池，有水生成，则溶剂增加，氢离子浓度降低，因此pH增大，A项正确；苯转化为环己烷属于加氢的还原反应，则该电极是阴极，所以与之相连的电极是负极，所以E处通入H2，电解池中阳极失去电子，即溶液中氢氧根放电，生成氧气，则C
处有O2放出，B项正确；根据题干信息可知参加反应的苯的物质的量为10 mol×24%－10 mol×10%＝1.4 mol，甲池中阴极区苯放电的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，说明1.4 mol苯反应转移电子的物质的量为1.4 mol×6＝8.4 mol，阳极产生的氧气是2.8 mol，转移电子的物质的量是2.8 mol×4＝11.2 mol，所以根据电子得失守恒可知甲池中阴极区不只苯被还原，即进入甲池中的氢离子也放电，C项错误；根据C项分析可知导线中共传导11.2 mol电子，D项正确。
14．500 mL AgNO3和Ca(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝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 )
A．原混合溶液中c(Ca2＋)为0.1 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Ag的物质的量为0.1 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
解析 石墨作电极电解AgNO3和Ca(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：Ag＋＋e－===Ag,2H＋＋2e－===H2↑。阳极收集到O2为2.24 L，由这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，阴极生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Ag＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Ag＋的物质的量和电解得到的Ag的物质的量都为0.2 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(Ag＋)＋2c(Ca2＋)＝c(NO)，2c(Ca2＋)＋c(H＋)＝c(NO)。不难算出电解前c(Ca2＋)＝0.1 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。
课时达标 第24讲
1．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。
(1)如图为某实验小组依据氧化还原反应：__Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu__(用离子方程式表示)，设计的原电池装置，反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过__0.2__mol电子。
(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为__2H＋＋2e－===H2↑__，这是由于NH4Cl溶液显__酸性__(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：__NH＋H2O??NH3·H2O＋H＋__；用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式：__2Fe2＋＋
Cl2===2Fe3＋＋2Cl－__，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高的价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式：__2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋__。
(3)其他条件不变，若将盐桥换成铜导线与石墨相连成n型，如图所示。一段时间后，在装置甲中铜丝附近滴加酚酞试液，现象是__溶液变红__，电极反应式为__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__；装置乙中石墨(1)为__阴__极(填“正”“负”“阴”或“阳”)，装置乙中与铜丝相连的石墨电极上发生的反应式为__2Cl－－2e－===Cl2↑__，产物常用__湿润的淀粉－KI试纸__检验，反应的离子方程式为__Cl2＋2I－===2Cl－＋I2__。
解析 (1)设导线中通过的电子的物质的量为x mol，则负极减少28x g，正极增重32x g,28x＋32x＝12，x＝0.2。(2)NH4Cl水解溶液显酸性，正极上H＋得电子，负极上Fe失电子生成Fe2＋。Cl2将Fe2＋氧化为Fe3＋，Cl2过量时，发生的反应为2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋。(3)将盐桥改为铜丝和石墨后装置甲成为原电池，装置乙成为电解池。装置甲中Fe为负极，Cu为正极，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，滴加酚酞后变红色。 装置乙中石墨(1)为阴极，与铜丝相连的电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2可用湿润的淀粉－KI试纸检验。
2．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。
回答下列问题：
(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为__＋3__。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式为__2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)＋3H2↑__。
(3)“酸浸”一般在80 ℃下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式：__2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O22H2O＋O2↑__；
可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是__有氯气生成，污染环境__。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式：__CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑__。
(5)充放电过程中发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池的反应方程式：__Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C__。
(6)上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是__Li＋从负极中脱出，经电解质向正极移动并进入正极材料中__。在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有__Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4__(填化学式)。
解析 (1)Li和O的化合价分别是＋1和－2，所以该化合物中Co的化合价是＋(2×2－1)＝＋3。(2)正极材料中的金属铝能和氢氧化钠溶液反应，反应的离子方程式是2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)＋3H2↑。(3)根据流程可知，有CoSO4生成，这说明在反应中LiCoO2是氧化剂，双氧水是还原剂，因此该反应的化学方程式是2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O；在反应中双氧水是过量的，则过量的双氧水会发生自身的氧化还原反应，即2H2O22H2O＋O2↑；如果用盐酸代替，则氯化氢会被氧化生成氯气，会造成环境污染。(4)根据原子守恒可知，在反应中还有硫酸铵、CO2和H2O生成，所以反应的化学方程式是CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑。(5)根据充电时该锂离子电池负极发生的反应6C＋xLi＋＋xe－===LixC6可知，放电时LixC6在负极失去电子，则Li1－xCoO2在正极得到电子，所以放电时电池反应式是Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋6C。
3．熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2－和HCO)为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池负极电极反应式为2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O。
试回答下列问题：
(1)该燃料电池的化学反应方程式为__2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O__。
(2)正极电极反应式为__O2＋2CO2＋4e－===2CO__。
(3)为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是__CO2__，它来自__负极生成的产物__。
(4)某学生想用该燃料电池和如图所示装置来电解饱和食盐水。
①写出反应的离子方程式：__2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－__。
②将湿润的淀粉－KI试纸放在该装置附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去，这是因为过量的Cl2将生成的I2氧化。若反应的Cl2和I2的物质的量之比为5∶1，且生成两种酸。该反应的化学方程式为__5Cl2＋I2＋6H2O===10HCl＋2HIO3__。
③若电解后得到200 mL 3.25 mol/L NaOH溶液，则消耗C4H10的体积在标准状况下为__560__mL。
解析 (2)用总化学方程式减去负极电极反应式即得正极电极反应式。(3)因为负极消耗CO而生成CO2，所以要保持稳定，正极需要生成CO，所需CO2可以由负极生成的产物提供。(4)根据串联电路中各电极得失电子数相等，电解后得到NaOH的物质的量为3.25 mol/L×0.2 L＝0.65 mol，即电解池阴极有0.65 mol H＋得到了0.65 mol电子，所以燃料电池的负极消耗C4H10的体积为(0.65 mol÷26)×22.4 L/mol＝0.56 L＝560 mL。
4．如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向装置甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：
(1)在电源中，B电极为__负__极(填电极名称，下同)；装置丙中Y电极为__阴__极。
(2)在装置甲中，石墨(C)电极上发生__氧化__(填“氧化”或“还原”)反应；装置甲中总的化学方程式是__2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH__。
(3)装置丙在通电一段时间后，X电极上发生的电极反应式是__2Cl－－2e－===Cl2↑__。
(4)如果装置乙中精铜电极的质量增加了0.64 g，请问装置甲中，铁电极上产生的气体在标准状况下为__0.224__L。
解析 (1)电源接通后，向装置甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色，说明在Fe电极附近的水溶液显碱性，则在该电极上是H＋放电，所以Fe为阴极，与直流电源的负极相连。因此在电源中，B电极为负极，A电极为正极。在装置丙中Y电极为阴极。(2)
在装置甲中，石墨(C)电极为电解池的阳极，发生氧化反应。由于在NaCl溶液中放电能力：Cl－＞OH－，所以在C电极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。装置甲中总的化学方程式是2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH。(4)如果装置乙中精铜电极的质量增加了0.64 g，n(Cu)＝0.01 mol，则n(e－)＝0.02 mol。由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铁电极上产生的氢气为0.01 mol，在标准状况下为0.224 L。
5．(1)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。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。
①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。则阳极产生ClO2的电极反应式为__Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋__。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为__0.01__mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：__在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使H2O??H＋＋OH－的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大__。
(2)为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2－。电池工作时正极反应式为__O2＋4e－===2O2－__。
若以该电池为电源，用石墨作电极电解100 mL含有以下离子的溶液。
离子
Cu2＋
H＋
Cl－
SO
c/(mol·L－1)
1
4
4
1
电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气的物质的量为__0.1__mol。
解析 (1)①阳极Cl－失去电子发生氧化反应。②水电离产生的H＋在阴极上放电产生H2，转移电子的物质的量n(e－)＝2n(H2)＝2×＝0.01 mol，则在内电路中移动的电荷为0.01 mol，每个Na＋带一个单位的正电荷，则通过的Na＋为0.01 mol。(2)电池工作时，正极上O2得电子发生还原反应生成O2－。结合离子浓度可知电解过程可分为三个阶段：先是电解CuCl2、然后电解HCl、最后电解水，由此可见阴极首先析出0.1 mol Cu(同时阳极析出
0.1 mol Cl2)，然后析出H2；阳极上先是析出0.2 mol Cl2(此时阴极已析出0.1 mol H2)，再析出O2，设阳极析出x mol O2时两极析出气体的体积相等，由题意可得0.2＋x＝0.1＋2x，解得x＝0.1。
