2021高三化学人教版一轮学案：第六章 第三节　电解池　金属腐蚀与防护 Word版含解析

2021高三化学人教版一轮学案：第六章 第三节　电解池　金属腐蚀与防护 Word版含解析

www.ks5u.com 第三节　电解池　金属腐蚀与防护 最新考纲：1.理解电解池的构成、工作原理及应用。2.能书写电极反应和总反应方程式。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。‎ 核心素养：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.科学精神与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题作出正确的价值判断。 知识点一　电解原理 ‎1．电解池 ‎(1)电解池：把电能转化为化学能的装置。‎ ‎(2)构成条件 ‎①有与直流电源相连的两个电极；‎ ‎②电解质溶液(或熔融盐)；‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎(3)工作原理(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)‎ 总反应离子方程式：Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑‎ ‎①电极 阴极：与电源负极相连，得到电子，发生还原反应。‎ 阳极：与电源正极相连，失去电子，发生氧化反应。‎ ‎②电子和离子的移动方向(惰性电极)‎ ‎2．电极反应式的书写步骤 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎1．任何化学反应都可以设计成电解池(　×　)‎ 提示：只有氧化还原反应才能设计成电解池。‎ ‎2．电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(　√　)‎ ‎3．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(　×　)‎ 提示：Cl2在阳极生成。‎ ‎4．电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大(　×　)‎ 提示：电解盐酸，pH变大；电解硫酸溶液，实际是电解水，pH变小。‎ ‎5．电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应(　×　)‎ 提示：阴离子向阳极移动，阳极发生氧化反应。‎ ‎6．电解足量硫酸铜溶液一段时间，为复原可加适量Cu(OH)2(　×　)‎ 提示：电解硫酸铜溶液一段时间，从电解质溶液中分离出去的是铜和氧气，故复原时加氧化铜或碳酸铜。‎ ‎7．用Cu作电极电解盐酸可发生Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑ (　√　)‎ ‎8．电解池工作时电子从电源的负极流出，流入阴极通过溶液到阳极，然后从阳极流出，流回电源正极(　×　)‎ 提示：电子不能通过溶液。‎ ‎1．“电子不下水，离子不上岸”‎ 即：电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。‎ ‎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．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。‎ ‎4．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。‎ ‎1．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：AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2溶液随电解的进行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl电解的电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱溶液碱性更强，酸溶液酸性更强。‎ ‎2．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显减小的是(　D　)‎ 解析：A项，该装置是原电池装置，H＋放电生成氢气，溶液的pH增大，A项错误；B项，阳极：Cu－2e－＋2OH－===Cu(OH)2↓，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为：Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑，pH增大，B项错误；电解食盐水，总反应为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎，生成氢氧化钠使溶液的pH增大，C项错误；电解硫酸铜溶液的总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液的pH减小，D项正确。‎ ‎3．(2020·河南郑州一中月考)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(　D　)‎ A．电解的最后阶段为电解水 B．阳极先逸出氯气后逸出氧气 C．阴极逸出氢气 D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7‎ 解析：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－、SO，在阴极，阳离子放电的先后顺序为H＋、Na＋，所以整个电解过程分三个阶段：电解HCl溶液、电解NaCl溶液、电解H2O，最后溶液呈碱性，D错误。‎ ‎4．(2017·全国卷Ⅱ)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(　C　)‎ 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：题目用电解氧化法在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，即Al的化合价要升高，失电子，发生氧化反应，因此铝为阳极，故A项正确；阴极材料的选择不会对电解有影响，因此可以选择不锈钢网，且不锈钢网的接触面积大，能提高电解效率，故B项正确；阴极应为溶液中H＋得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故C项错误；电解时，阴离子在电解池中移向阳极，故D项正确。‎ ‎5．(2020·河南豫南九校质量考评)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、阳离子根据放电能力顺序，都可能在阳极放电，下列分析正确的是(　C　)‎ A．C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑‎ B．C1电极处溶液首先变黄色 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：C1电极与电源的负极相连，作阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，作阳极，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。‎ ‎6．按要求写电极反应式和总方程式 ‎(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：‎ 阳极反应式4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；‎ 阴极反应式4Ag＋＋4e－===4Ag；‎ 总反应离子方程式4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋。‎ ‎(2)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式2Cl－－2e－===Cl2↑；‎ 阴极反应式2H＋＋2e－===H2↑；‎ 总反应离子方程式Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。‎ ‎(3)用铁作电极电解NaCl溶液 阳极反应式Fe－2e－===Fe2＋；‎ 阴极反应式2H＋＋2e－===H2↑；‎ 总反应化学方程式Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑。‎ ‎(4)用铁作电极电解NaOH溶液 阳极反应式Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2；‎ 阴极反应式2H＋＋2e－===H2↑；‎ 总反应离子方程式Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑。‎ ‎(5)用铜作电极电解盐酸溶液 阳极反应式Cu－2e－===Cu2＋；‎ 阴极反应式2H＋＋2e－===H2↑；‎ 总反应离子方程式Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。‎ ‎(6)用Al作电极电解NaOH溶液 阳极反应式2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O；‎ 阴极反应式6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－或6H＋＋6e－===3H2↑；‎ 总反应离子方程式2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑。‎ ‎(7)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2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋；‎ 阴极反应式6H＋＋6e－===3H2↑；‎ 总反应化学方程式2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑。‎ ‎(8)用Al单质作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液 阳极反应式2Al＋6HCO－6e－===2Al(OH)3↓＋6CO2↑；‎ 阴极反应式6H＋＋6e－===3H2↑；‎ ‎(9)用惰性电极电解熔融MgCl2‎ 阳极反应式2Cl－－2e－===Cl2↑；‎ 阴极反应式Mg2＋＋2e－===Mg；‎ 总反应离子方程式Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑。‎ 素养　电解原理的规律及计算 ‎1．阴、阳极的判断方法 根据外接电源 正极连阳极，负极连阴极 根据电流方向 从阴极流出，从阳极流入 根据电子流向 从阳极流出，从阴极流入 根据离子流向 阴离子移向阳极，阳离子移向阴极 根据电极产物 ‎①阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；②阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)‎ ‎2.惰性电极电解电解质溶液的四种类型 ‎3.惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)‎ ‎4．电化学综合计算的三种常用方法 ‎(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：‎ ‎ ‎ ‎(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。‎ ‎1．(2016·北京卷)用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 ‎(续表)‎ 实验一 实验二 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；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(　B　)‎ 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：根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。‎ ‎2．(2016·浙江卷)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2OCO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是(　D　)‎ A．X是电源的负极 B．阴极的电极反应式是H2O＋2e－===H2＋O2－　CO2＋2e－===CO＋O2－‎ C．总反应可表示为H2O＋CO2H2＋CO＋O2‎ D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1‎ 解析：电解H2OCO2制备H2和CO时，H和C得电子化合价降低，发生还原反应，故为阴极反应，所以X为电源的负极，A项正确；图中电解质为金属氧化物，故传导电流的为O2－，阴极H2O和CO2得电子生成H2和CO及O2－，B项正确；由图可知反应物为H2O和CO2，生成物为H2、CO和O2，故总反应方程式为H2O＋CO2H2＋CO＋O2，C项正确；阴极处生成H2和CO，阳极处生成O2，由总反应方程式可知，生成的气体物质的量之比为2∶1，D项错误。‎ ‎3．(2019·全国卷Ⅱ)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Fe电极，总反应为[或Fe＋‎2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]。‎ 电解制备需要在无水条件下进行，原因为水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2。‎ 解析：根据图示可知有Fe2＋参与反应，则Fe在阳极失去电子，故电解池的阳极为Fe电极；根据图示：‎ ‎，结合阳极反应可知总反应为或Fe＋‎2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑。电解制备需要在无水条件下进行，原因为中间产物包含金属Na，而Na非常活泼，能与水发生反应；同时水在阴极会发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成的OH－进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2。‎ ‎4．整合有效信息书写电极反应 ‎(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：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。‎ ‎②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑。‎ ‎(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NH3，说明理由：‎ 根据总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，电解产生的HNO3多，应补充NH3。‎ 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，S可以理解为(n－1)S＋S2－，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。‎ 规律小结 电解池中方程式书写的四个易错点 ‎1.书写电解池中电极反应式时，如果氢离子来自于水，那电极反应式写水或氢离子都可以，但书写电解总反应方程式时，要写水分子。‎ ‎2.阴极电极材料主要作用是导电，电极本身一般不反应，是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。‎ ‎3.写两极电极反应式时需要确保两个电极反应式中转移电子数相等，且总反应方程式中注明条件“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。‎ ‎5．(2020·宜昌调研)以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有‎6.4 g 红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是(　C　)‎ A．a为铅蓄电池的负极 B．电解过程中SO向右侧移动 C．电解结束时，左侧溶液质量增重‎8 g D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：‎ PbSO4＋2e－===Pb＋SO 解析：Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当有‎6.4 g Cu析出时，转移0.2 mol e－，左侧生成‎1.6 g O2，同时有0.1 mol (‎9.6 g) SO进入左侧，则左侧质量净增加‎9.6 g－‎1.6 g＝‎8 g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为 PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，D错误。‎ ‎6．(2020·宜昌模拟)用图甲装置电解一定量的CuSO4溶液，M、N为惰性电极。电解过程实验数据如图乙所示。横轴表示电解过程中转移电子的物质的量，纵轴表示电解过程产生气体的总体积。下列说法不正确的是(　A　)‎ A．A点所得溶液只需加入一定量的CuO固体就可恢复到起始状态 B．电解过程中N电极表面先有红色物质生成，后有气泡产生 C．Q点时M、N两电极上产生的总气体在相同条件下体积相同 D．若M电极材料换成Cu，则电解过程中CuSO4溶液的浓度不变 解析：惰性材料作电极，在阳极上H2O先放电，即阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，在阴极，Cu2＋先放电，即阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，P点后，气体体积突然增大，说明P点Cu2＋消耗完全，P点后，阴极的电极反应式是2H＋＋2e－===H2↑，即A点是电解完CuSO4后，又电解了一部分水，应加入CuO和H2O或Cu(OH)2，才能恢复到原来的状态，故A说法错误；N极接电源的负极，N极作阴极，根据选项A的分析，先有红色铜析出，然后出现气体，故B说法正确；Q点的气体来自两个阶段，第一阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，第二阶段：阳极电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，P点产生的气体为氧气，其体积为b L，从P点到Q点，第二阶段，阴极产生的气体体积为2b L，阳极产生的气体体积为b L，阳极气体总体积为(b＋b)L＝2b L，故C说法正确；若M电极换成Cu，阳极上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，因此电解过程中CuSO4溶液的浓度不变，故D说法正确。‎ 知识点二　电解原理的应用 ‎1．电解饱和食盐水——氯碱工业 ‎(1)电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)。‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎(反应类型：还原反应)。‎ 检验阳极产物的方法是用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中滴加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。‎ ‎(2)电解方程式 化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ 离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图 ‎①阳离子交换膜的作用 阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。‎ ‎②a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。‎ ‎2．电镀与电解精炼铜 ‎3.电冶金 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎1．电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3(　×　)‎ 提示：MgO熔点很高，一般不用来冶炼Mg，而AlCl3为共价化合物，不存在离子，无法电解。‎ ‎2．若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极(　√　)‎ ‎3．电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(　×　)‎ 提示：阳极也可用Pt等惰性金属材料，阴极不参与反应，可用金属材料。‎ ‎4．电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(　×　)‎ 提示：电解精炼铜时电解质溶液中c(Cu2＋)减小。‎ ‎5．电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(　√　)‎ ‎6．阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na＋、H＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过(　√　)‎ ‎1．粗铜中含有的相对活泼的物质也会失去电子，不活泼的金、铂形成阳极泥，而溶液中只有Cu2＋得到电子生成Cu，故c(Cu2＋)将减小，并且阴极增重质量，不等于阳极减小的质量。‎ ‎2．电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的原子跟阴极镀层金属离子得到电子的原子是同一种，且两极得失电子数守恒，因此电镀液的浓度保持不变。‎ ‎1．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。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋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，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。‎ ‎2．下列关于如图所示装置的说法，正确的是(　D　)‎ A．①装置中阴极处产生的气体能够使湿润KI淀粉试纸变蓝 B．②装置中待镀铁制品应与电源正极相连 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 解析：①装置是电解池，阴极是溶液中阳离子得到电子发生还原反应，应是铜离子得到电子生成铜，故A错误；②装置待镀制品和电源负极相连作电解池的阴极，故B错误；③装置是原电池，电子流向是从负极经导线流向正极，即从a极流向b极，故C错误；④装置中的离子交换膜允许Na＋通过，OH－、Cl－不能通过，可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应，故D正确。‎ ‎3．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(　C　)‎ 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：由“碱性水”可推知b为直流电源的负极，a为直流电源的正极，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↑，Cl2＋H2OHCl＋HClO，故“酸性水”中含HClO，具有强氧化性，能杀菌，C项正确；水溶液中不可能存在O2－，D项错误。‎ ‎4．(2020·河南天一大联考)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是(　D　)‎ A．电极a为粗铜，电极b为精铜 B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区 C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区 D．当电路中通过1 mol电子时，可生成‎32 g精铜 解析：由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为‎32 g，D项正确。‎ ‎5．(2020·太原质检)采用电化学法还原CO2是一种使CO2资源化的方法。下图是利用此法制备ZnC2O4的示意图(电解液不参与反应)。下列说法中正确的是(　C　)‎ A．Zn与电源的负极相连 B．ZnC2O4在交换膜右侧生成 C．电解的总反应为2CO2＋ZnZnC2O4‎ D．通入‎11.2 L CO2时，转移0.5 mol电子 解析：电解过程中Zn被氧化，作阳极，所以Zn与电源的正极相连，A错误；Zn2＋透过阳离子交换膜到达左侧与生成的C2O形成ZnC2O4，B错误；没有给出气体所处的温度和压强，D错误。‎ ‎6．(1)电化学降解NO的原理如下图：‎ ‎①电源的正极是A(填“A”或“B”)，阴极反应式为2NO＋6e－＋8H＋===N2↑＋4H2O。‎ ‎②若电解过程中转移了3 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差|Δm左|－|Δm右|为‎16 g。‎ ‎(2)以连二亚硫酸根离子(S2O)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：‎ ‎①阴极区的电极反应式为2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O。‎ ‎②NO吸收转化后的主要产物为NH，若通电时电路中转移了0.3 mol e－，则此通电过程中理论上吸收的NO在标准状况下的体积为1_344 mL。‎ 解析：(1)①根据电化学降解NO的原理图可知，Ag/Pt电极上NO eq oal(－,2)转化为N2，氮元素化合价从＋3价降为0价，被还原，发生还原反应，作为阴极，则电源B为负极，A为正极。阴极反应式为2NO＋6e－＋8H＋===N2↑＋4H2O。②根据图示装置，阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，转移3 mol电子时，阳极消耗1.5 mol水，产生3 mol H＋进入阴极室，阳极室质量减少‎27 g；阴极反应为2NO＋6e－＋8H＋===N2↑＋4H2O，转移3 mol电子时，阴极室中放出0.5 mol N2(‎14 g)，同时有3 mol H＋(‎3 g)进入阴极室，因此阴极室质量减少‎11 g，膜两侧电解液的质量变化差|Δm左|－|Δm右|＝‎27 g－‎11 g＝‎16 g。(2)①阴极应该是SO得电子转化为S2O，即＋4价S转化为＋3价的S，所以2个SO得2个电子转化为1个S2O，反应物中再补充氢离子，生成物补充水分子，根据原子个数守恒和电荷守恒配平得到2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O。②NO吸收转化后的主要产物为NH，即N的化合价由＋2价降低为－3价，所以1个NO得到5个电子，即NO的物质的量是转移电子的物质的量的，当转移0.3 mol e－时反应的NO为0.06 mol，标准状况下的体积为1 344 mL。‎ 素养　电解原理的应用 ‎1．电解池解题的思维路径 ‎2．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。‎ ‎(5)根据电极产物：a.阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；b.阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。‎ ‎3．电解时电子和离子移动方向：‎ ‎(1)电子：从电源负极流向电解池的阴极；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。移动方向图示：‎ ‎4．规避“三个”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)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。‎ ‎(3)当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极为电极本身失电子，不能再用电解规律。‎ ‎1．(2016·全国卷Ⅰ)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(　B　)‎ 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移动，阳离子向阴极移动，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，D错误。‎ ‎2．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(　C　)‎ 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：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，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，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。‎ ‎3．(1)(2019·全国卷Ⅲ)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，如图所示：‎ 负极区发生的反应有Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气‎5.6 L(标准状况)。‎ ‎(2)(2019·北京卷)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作装置如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。‎ ‎①制H2时，连接K1。产生H2的电极反应式是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。‎ ‎②改变开关连接方式，可得O2。‎ ‎③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用。‎ 解析：(1)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电子消耗氧气 mol，其在标准状况下的体积为 mol×‎22.4 L·mol－1＝‎5.6 L。‎ ‎(2)①电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。③制备O2时碱性电解液中的OH－失去电子生成O2，连接K2，O2在电极2上产生。连接K1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，连接K2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，使电极3得以循环使用。‎ ‎4．(2018·全国卷Ⅰ)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。示意图如下所示，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(　C　)‎ 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：‎ 由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A项正确；将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。‎ ‎5．(2020·四川成都模拟)用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法正确的是(　C　)‎ A．阴极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O B．阳极的电极反应式为2CN－＋12OH－－10e－===N2↑＋2CO＋6H2O C．电解时使用锂钒氧化物二次电池(V2O5＋xLiLixV2O5)作电源，电池充电时a电极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋‎ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析：电解质溶液呈碱性，则阴极上水得电子生成H2和OH－，电极反应式为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项错误；阳极上Cl－在碱性条件下失电子生成ClO－和H2O，电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，B项错误；电解时a极为电源的正极，充电时a极为阳极，电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，C项正确；阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，两种气体为CO2和N2，该反应在碱性环境中发生，反应的离子方程式中不应出现H＋，D项错误。‎ 知识点三　金属的腐蚀与保护 ‎1．金属的腐蚀 ‎(1)金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。‎ ‎(2)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 无电流产生 有微弱电流产生 联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重 ‎②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)‎ 铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。‎ ‎③判断金属腐蚀快慢的规律 a．对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：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。‎ b．对同一金属来说，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(浓度相同)。‎ c．活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，二者形成原电池时，较活泼的金属腐蚀越快。‎ d．对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。‎ ‎2．金属的防护 ‎(1)改变金属的内部结构 可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金。‎ ‎(2)覆盖保护层 可以通过喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离。‎ ‎(3)电化学防护 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎1．干燥环境下金属不被腐蚀(　×　)‎ 提示：金属钠与O2反应无需潮湿环境。‎ ‎2．铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀(　×　)‎ 提示：铜与H＋不反应。‎ ‎3．纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　×　)‎ 提示：纯银器表面变黑是化学腐蚀，钢铁表面生锈是电化学腐蚀。‎ ‎4．镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比镀铜前更容易生锈(　√　)‎ ‎5．在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀(　×　)‎ 提示：若水膜酸性较强，可以发生析氢腐蚀。‎ ‎6．外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极(　×　)‎ 提示：被保护金属应与电源负极相连。‎ ‎7．在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阴极的保护法(　×　)‎ 提示：应是牺牲阳极的阴极保护法。‎ ‎1．金属的腐蚀主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀，其中以电化学腐蚀为主。‎ ‎2．钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。‎ ‎3．铜暴露在潮湿空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。‎ ‎1．(2020·武汉质检)下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　C　)‎ 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：A项，图1中，铁钉处于干燥环境，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．(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：依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极保护，铁不容易失去电子，故钢管桩表面腐蚀电流(指铁失去电子形成的电流)，接近于0，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；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上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；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。‎ ‎3．(2019·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(　C　)‎ 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：本题考查金属的腐蚀原理。铁被腐蚀时失去电子生成Fe2＋，A错误；铁腐蚀过程中，化学能除了转化为电能，也会转化为热能，B错误；活性炭与Fe、NaCl溶液构成原电池，加快铁的腐蚀，C正确；NaCl溶液的导电性比水强，腐蚀速率较快，但水中含有一定量的H＋‎ 和OH－，铁仍会发生吸氧腐蚀，D错误。‎ ‎4．(2018·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(　D　)‎ 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：实验②中加入K3[Fe(CN)6]，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe(CN)6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。‎ ‎5．如图所示，各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为(　C　)‎ A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ 解析：①是化学腐蚀，②、③、④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②、④‎ 中Fe为负极，均加快了Fe的腐蚀，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腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极，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，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。‎ ‎6．利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护，下列说法不正确的是(　B　)‎ 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，铁电极的反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ 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，铁电极的反应：2H＋＋2e－===H2↑‎ 解析：若X为锌棒，开关K置于M处，形成原电池，此时金属锌为负极，金属铁为正极，金属铁被保护，可减缓铁的腐蚀，故A正确；若X为锌棒，开关K置于M处，形成原电池，此时金属锌为负极，金属铁为正极，氧气在该极发生还原反应，故B不正确；若X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，此时金属铁为阴极，铁被保护，可减缓铁的腐蚀，故C正确；若X为碳棒，开关K置于N处，形成电解池，X极为阳极，发生氧化反应，铁电极为阴极，发生还原反应，故D正确。‎ ‎7．某同学进行下列实验 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”，其边缘为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 下列说法不合理的是(　D　)‎ A．生铁片发生吸氧腐蚀 B．中心区的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ C．边缘处的电极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D．交界处发生的反应为 ‎4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋‎ 解析：生铁片边缘处为红色，说明生成了OH－，O2＋2H2O＋4e－===4OH－，生铁片发生吸氧腐蚀，故A、C两项合理；根据实验现象，中心区域为蓝色，说明生成了Fe2＋，Fe－2e－===Fe2＋，故B项合理；在两色环交界处出现铁锈，是因为生成的氢氧化亚铁被氧气氧化成了氢氧化铁，不是4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋，故D项不合理。‎