高考化学专题四第3讲电解池金属的腐蚀与防护学案

第3讲电解池金属的腐蚀与防护【2020·备考】最新考纲：1.理解电解池的工作原理，能写出简单电极反应式和电池反应方程式。2.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原理，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。新课标要求：分析化学能与电能相互转化的原理及其在生产和生活中的应用。能依据化学变化中能量转化的原理，提出利用化学变化实现能量储存和释放的有实用价值的建议。最新考情：电解原理的考查多在填空题中，主要考查电解池中两极反应式的书写，如2017年T16(4)、2014年T20(4)、2011年T20(4)，有时也在选择题某选项中出现，主要考查电解原理的应用。金属腐蚀与防护主要在选择题中某选项出现，如2017年、2015年、2013年、2012年均有涉及。预测2020年高考一是延续这种命题特点，二是关注电解原理在工业上运用的选择题。考点一电解原理[知识梳理]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。(1)构成条件①有与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。(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)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。电子和离子移动方向图示名师助学：正确理解电子不下水(电解质溶液)。(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组。名师助学：不要忘记水溶液中的H＋和OH－，不要把H＋、OH－误加到熔融电解质中。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序名师助学：①“活性电极”一般指除Pt、Au以外的金属。②最常用的放电顺序：阳极：活性电极＞Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。(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和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。[题组诊断]电解原理1.用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的POeq\o\al(3－,4)以FePO4(不溶于水)的形式除去，其装置如图所示。下列说法正确的是()A.若X、Y电极材料连接反了，则仍可将废水中的POeq\o\al(3－,4)除去B.X极为石墨，该电极上发生氧化反应C.电解过程中Y极周围溶液的pH减小D.电解时废水中会发生反应：4Fe2＋＋O2－4H＋＋4POeq\o\al(3－,4)=4FePO4↓＋2H2O解析根据题意分析，X电极材料为铁，Y电极材料为石墨；若X、Y电极材料连接反了，铁就不能失电子变为离子，也就不能生成FePO4，A项错误；Y电极材料为石墨，该电极附近发生还原反应，B项错误；电解过程中Y极反应：O2＋4e－＋4H＋=2H2O，H＋浓度减少，溶液的pH变大，C项错误；铁在阳极失电子变为Fe2＋，通入的氧气把Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋与POeq\o\al(3－,4)反应生成FePO4，D项正确。答案D2SO4废水的原理如下图所示，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SOeq\o\al(2－,4)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()eq\o\al(2－,4)向正极迁移，正极区溶液pH增大2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品2O－4e－=O2↑＋4H＋，负极区溶液pH降低D.当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5molO2生成解析该装置为电解池，与电源正极相连的是阳极，阴离子向阳极迁移，OH－放电，产生H＋，SOeq\o\al(2－,4)向正极区迁移生成硫酸，溶液的pH减小，A错误；负极区发生的反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，负极区溶液pH升高，钠离子移向负极区，与生成的OH－结合成NaOH，B正确，C错误；当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.25molO2生成，D错误。答案B铅，实现铅的再生。在工艺中得到含Na2PbCl4的电解液，电解Na2PbCl4溶液后生成Pb，如图所示。下列说法不正确的是()A.阳极区会有气泡冒出，产生O2B.一段时间后，阳极附近pH明显增大eq\o\al(2－,4)＋2e－=Pb＋4Cl－2PbCl4浓度下降后可在阴极区加入PbO，实现电解液的继续使用解析阳极2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，阳极区会有气泡冒出，产生O2，A项正确；阳极2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，一段时间后，阳极附近氢离子浓度增大，pH明显减小，B项错误；阴极的电极反应是发生还原反应，元素化合价降低，阴极的电极反应方程式为PbCleq\o\al(2－,4)＋2e－=Pb＋4Cl－，C项正确；阴极电解一段时间后溶液为HCl和NaCl的混合溶液，根据题意“将PbO粗品溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液”继续向阴极区加PbO粗品可恢复其浓度且实现物质的循环利用，D项正确。答案B【归纳总结】以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律类型电极反应特点类别(实例)电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原电解水型阴：4H＋＋4e－=2H2↑(或4H2O＋4e－=4OH－＋2H2↑)阳：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－=4H＋＋O2↑)强碱(如NaOH)水增大增大加水含氧酸(如H2SO4)水增大减小加水活泼金属的含氧酸盐(如Na2SO4、KNO3)水增大不变加水电解电解质型电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电无氧酸(如HCl)，除HF外电解质减小增大通氯化氢不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，电解质减小加氯化铜放H2生碱型阴极：H2O放H2生碱阳极：电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)电解质和水生成新电解质增大通氯化氢放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放O2生酸不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)电解质和水生成新电解质减小加氧化铜或碳酸铜拓展根据以上电解规律判断由H＋、K＋、Mg2＋、Ag＋、Cu2＋、NOeq\o\al(－,3)、Cl－、OH－所组成的电解质溶液中，电解对象为水的电解质的化学式为HNO3、KNO3、Mg(NO3)2、KOH，电解质本身放电的为HCl、CuCl2。电解池中电极方程式的书写4.(2019·南京盐城一模)一种生物电化学方法脱除水体中NHeq\o\al(＋,4)的原理如下图所示：下列说法正确的是()A.装置工作时，化学能转变为电能B.装置工作时，a极周围溶液pH降低C.装置内工作温度越高，NHeq\o\al(＋,4)脱除率一定越大D.电极b上发生的反应之一是：2NOeq\o\al(－,3)－2e－=N2↑＋3O2↑解析A项，该反应为电解装置，将电能转化为化学能，错误；B项，a极发生反应之一：NHeq\o\al(＋,4)－8e－＋2H2O=NOeq\o\al(－,2)＋8H＋，c(H＋)增大，正确；C项，温度升高，细菌蛋白质变性，错误；D项，b极发生反应之一为：2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋12H＋=N2↑＋6H2O，错误。答案B5.(2017·常州一模)用图所示装置除去含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，下列说法不正确的是()－将CN－氧化过程中，每消耗1molCN－转移10mol电子－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2O2O＋2e－=H2↑＋2OH－D.在电解过程中，废水中的CN－和Cl－均移向阳极解析CN－中C的化合价为＋2价，N为－3价，1molCN－生成CO2和N2转移电子的物质的量为5mol，A错误；阳极是Cl－失电子产生ClO－，电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－=ClO－＋H2O，B正确；阴极是H＋得电子产生H2，碱性溶液中阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，C正确；电解过程中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，D正确。答案A6.(1)(2018·江苏化学)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：____________________________________________________________________。(2)(2017·江苏化学)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________。(3)(2014·江苏化学)将烧碱吸收H2S后的溶液加入到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－=Seq\o\al(2－,n)写出电解时阴极的电极反应式：__________________________________________。(4)(2011·江苏化学，20)电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢的装置示意图见图(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。电解时，阳极的电极反应式为__________________________________________。(5)(2017·通扬泰淮宿徐二调)20世纪80年代Townley首次提出利用电化学膜脱除烟气中SO2的技术：将烟气预氧化使SO2转化为SO3，再将预氧化后的烟气利用如图所示原理净化利用。①阴极的电极反应式为______________。②若电解过程中转移1mol电子，所得“扫出气”用水吸收最多可制得质量分数70%的硫酸________g。解析(2)阳极溶液中的阴离子即水中的OH－放电生成O2(图示)及H＋(2H2O－4e－=O2↑＋4H＋)，H＋与COeq\o\al(2－,3)结合生成HCOeq\o\al(－,3)(COeq\o\al(2－,3)＋H＋=HCOeq\o\al(－,3)，由图阳极区Na2CO3生成NaHCO3)，写出总反应：4COeq\o\al(2－,3)＋2H2O－4e－=4HCOeq\o\al(－,3)＋O2↑。阴极水中的H＋放电生成H2。(4)产生H2是由溶液中的H＋在阴极放电所得到，则阳极产生的是N2，阳极发生氧化反应，在碱性环境下的电极反应式为：CO(NH2)2＋8OH－－6e－=COeq\o\al(2－,3)＋N2↑＋6H2O。(5)①由图可知，在阴极SO3、O2转化为SOeq\o\al(2－,4)，阴极反应式为2SO3＋O2＋4e－=2SOeq\o\al(2－,4)。②阳极发生反应2SOeq\o\al(2－,4)－4e－=2SO3＋O2↑，转移1mol电子时生成SO30.5mol，可生成H2SO4为0.5mol，即49g，可制得70%的硫酸的质量为49g/70%＝70(g)。答案(1)HNO2－2e－＋H2O=3H＋＋NOeq\o\al(－,3)(2)4COeq\o\al(2－,3)＋2H2O－4e－=4HCOeq\o\al(－,3)＋O2↑H2(3)2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(4)CO(NH2)2＋8OH－－6e－=COeq\o\al(2－,3)＋N2↑＋6H2O(5)①2SO3＋O2＋4e－=2SOeq\o\al(2－,4)②70【反思归纳】1.做到“三看”，正确书写电极反应式(1)一看电极材料，若是活性电极(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。(2)二看介质，介质是否参与电极反应。(3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电解冶炼。2.规避“四个”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)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。(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。(4)当电解池的电极材料为活性电极时，则阳极本身失电子。考点二电解原理的应用[知识梳理](1)电极反应阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)阴极反应式：2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)(2)总反应方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：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。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)eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑2Na＋＋2e－=2Na冶炼镁MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑Mg2＋＋2e－=Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))4Al＋3O2↑6O2－－12e－=3O2↑4Al3＋＋12e－=4Al[题组诊断]电解反应原理的应用1.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＋)()发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－=NiB.电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等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只有Cu和Pt解析阳极应发生氧化反应，Ni－2e－=Ni2＋，A错；由于Fe、Zn的还原性大于镍，所以阳极同时还有Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋，比较两电极反应，因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不等，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等，B错；Cu、Pt还原性小于镍，所以不反应，D正确；纯镍作阴极，电解质溶液中需含有Ni2＋，因Ni2＋的氧化性大于Fe2＋和Zn2＋，所以溶液中阳离子主要是Ni2＋，C错。答案D2.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A.氯碱工业中，X电极上反应式是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氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。答案D2是一种高效安全的杀菌消毒剂。用氯化钠电解法生成ClO2的工艺原理示意图如下图，发生器内电解生成ClO2。下列说法正确的是()A.a气体是氯气，b气体是氢气B.氯化钠电解槽内每生成2mola气体，转移2mole－2发生器中阴极的电极反应式为：2ClOeq\o\al(－,3)＋12H＋＋10e－=Cl2↑＋6H2OD.为使a、b气体恰好完全反应，理论上每生产1molClO2需要补充56L(标准状况)b气体解析根据流程图可知加入物质为NaClO3和HCl，生成ClO2；发生氧化还原反应，NaClO3被还原生成ClO2，HCl被氧化生成Cl2，同时生成水，反应的化学方程式为2NaClO3＋4HCl=2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O，故气体b是氯气，气体a是氢气，A项错误；氯化钠电解槽内每生成2mol氢气，转移4mole－，B项错误；ClO2发生器中阴极的电极反应式为：ClOeq\o\al(－,3)＋2H＋＋e－=ClO2↑＋H2O，C项错误；根据2NaClO3＋4HCl=2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O，每生产1molClO2，需要1molNaClO3，同时生成0.5mol氯气，根据电子守恒氯化钠电解槽内每生成1molNaClO3，同时生成3mol氢气，为使a、b气体恰好完全反应，理论上每生产1molClO2需要补充氯气2.5mol，D项正确。答案D【易错警示】1.阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO，影响烧碱质量。2.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。3.电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。考点三金属的腐蚀与防护[知识梳理]金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。(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)等接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属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(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性电极材料及反应负极Fe：Fe－2e－=Fe2＋正极C：2H＋＋2e－=H2↑C：O2＋2H2O＋4e－=4OH－总反应式Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍名师助学：铁锈的成分为：Fe2O3·xH2O，其形成过程还涉及到如下反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3；2Fe(OH)3=Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。(1)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理a.负极：比被保护金属活泼的金属；b.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a.阴极：被保护的金属设备；b.阳极：惰性金属。(2)改变金属的内部结构组成，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。名师助学：牺牲阳极的阴极保护法中所说的阳极是指原电池的负极。[题组诊断]金属的腐蚀1.图中烧杯中盛的是天然水，铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是()A.⑤>②>①>③>④B.④>③>②>①>⑤C.⑤>②>③>④>① D.④>③>⑤>②>①解析认真观察装置图，可以观察到：④是电解池装置，Fe是阳极，铁失去电子，铁腐蚀最快。②③⑤是原电池装置，在⑤池中Fe是正极，被保护，腐蚀最慢，③池中Fe与Cu金属活动性相差比②池中Fe与Sn大，腐蚀速率③>②，①池中Fe是化学腐蚀，相对②中较慢。综上所述，铁被腐蚀的速率由快到慢为④>③>②>①>⑤。答案B2.根据下图，下列判断中正确的是()＋＋2e－=H2↑－－2e－=Cl2↑解析由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－=4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－=Zn2＋。答案AB3.在日常生活中，我们经常看到铁制品生锈、铝制品表面出现白斑等众多的金属腐蚀现象。可以通过下列装置所示实验进行探究。下列说法正确的是()A.按图Ⅰ装置实验，为了更快更清晰地观察到液柱上升，可采用酒精灯加热具支试管的方法B.图Ⅱ是图Ⅰ所示装置的原理示意图，图Ⅱ的正极材料是铁C.铝制品表面出现白斑可以通过图Ⅲ装置进行探究，Cl－由活性炭区向铝箔表面迁移，并发生电极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑D.图Ⅲ装置的总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑解析具支试管内气体受热压强增大，不能更快更清晰地观察到液柱上升，A项错误；在铁腐蚀的原电池反应中，铁作负极，B项错误；负极电极反应式为Al－3e－=Al3＋，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，总反应方程式为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，生成的Al(OH)3进一步脱水形成白斑，C项错误，D项正确。答案D【反思归纳】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，腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。金属的防护4.下列说法中错误的是()(2017·江苏化学)(2015·江苏化学)C.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(2014·江苏化学)D.镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(2012·江苏化学)解析A项，钢铁管道连锌，锌作负极，钢铁管道作正极，受到保护，此方法为牺牲阳极的阴极保护法，正确；B项，牺牲阳极的阴极保护法为原电池原理，外加电流的阴极保护法为电解原理，正确；C项，铁－铜构成原电池，铁为负极，加快铁的腐蚀，错误；D项，镀层受损后，铁暴露出来，铁、铜与雨水构成原电池，铁作负极，加快了铁的腐蚀，正确。答案C5.(2019·金陵海安南外联考)江苏正在建设世界最大的海上风电场，防腐蚀是海上风电的突出问题，下列说法正确的是()A.海水的pH一般在8.0～8.5，对风电钢铁支架的腐蚀主要是析氢腐蚀B.腐蚀总反应为4Fe＋3O2＋2xH2O=2[Fe2O3·xH2O](铁锈)的ΔH<0，ΔS<0C.钢部件镀锌前，可用碱液洗去表面的铁锈D.热喷涂锌铝合金，可以减缓管道的腐蚀解析A项，溶液呈碱性，主要发生吸氧腐蚀，错误；B项，该反应是熵减的反应，说明该反应是放热反应，正确；C项，铁锈不溶于碱液，错误；D项，锌铝合金涂层，可以减缓管道腐蚀，正确。答案BD【知识网络回顾】1.同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分析完全正确的是()选项ABCDa电极阳极阴极阳极阴极d电极正极正极负极负极Q离子阳离子阳离子阴离子阴离子解析电子从电源的负极流出，故a是阴极，d是正极，溶液中阳离子移向阴极。答案B2.下列关于电化学知识说法正确的是()食盐水在阳极得到氯气，阴极得到金属钠B.电解精炼铜时，阳极质量的减少不一定等于阴极质量的增加3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，在阴极上依次析出Al、Fe、Cu4溶液一段时间后，加入适量Cu(OH)2可以使溶液恢复至原状态解析A项，电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋，错误；B项，阳极除铜放电外，比铜活泼的金属如Zn、Fe也放电，但阴极上只有Cu2＋放电，正确；C项，根据金属活动顺序表可知，阴极上离子的放电顺序是Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋＞Al3＋，Fe2＋和Al3＋不放电，Fe3＋得电子成为Fe2＋，不会析出铁，所以铁和Al不可以，因为它们比H活泼，所以在阴极上依次生成的亚铁离子、Cu、氢气，错误；D项，电解CuSO4溶液，阴极析出Cu，阳极生成氧气，应加入CuO使溶液恢复至原状态，错误。答案B3.(2018·南京盐城徐州连云港高三三模)用下图所示装置(熔融CaF2­CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是()A.电解过程中，Ca2＋向阳极移动B.阳极的电极反应式为：C＋2O2－－4e－=CO2↑C.在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少D.若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极解析A项，电解过程中，阳离子(Ca2＋)向阴极移动，错误；B项，从图中可以看出，阳极处有CO2生成，C化合价升高失去电子，电解质为熔融物，故用O2－平衡电荷，正确；C项，电解过程为：CaO电离成Ca2＋，Ca2＋得电子生成Ca，2Ca＋TiO2=2CaO＋Ti，由Ca守恒知，装置中CaO的总量不变，错误；D项，铅蓄电池总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，其中PbO2作正极，根据“正接正”原理，故“＋”应接在PbO2电极上，错误。答案B4.(2018·无锡期中)南京大学科学家研究发现了一种电化学“大气固碳”方法。电池工作原理示意图如下图所示。该电池在充电时，通过催化剂的选择性控制，只有Li2CO3发生氧化，释放出CO2和O2。下列说法正确的是()A.该电池放电时的正极反应为：2Li－2e－＋COeq\o\al(2－,3)=Li2CO3B.该电池既可选用含水电解液，也可选无水电解液C.充电时阳极发生的反应是：C＋2Li2CO3－4e－=3CO2＋4LiD.该电池每放、充4mol电子一次，理论上能固定1molCO2解析放电时，负极：4Li－4e－=4Li＋，正极：3CO2＋4e－＋4Li＋=2Li2CO3＋C，总反应为：4Li＋3CO2=2Li2CO3＋C。充电时：阳极：2Li2CO3－4e－=4Li＋＋2CO2↑＋O2↑，阴极：4Li＋＋4e－=4Li，总反应为：2Li2CO3eq\o(=,\s\up7(电解))4Li＋2CO2↑＋O2↑。A项，正极发生还原反应，得电子，错误；B项，锂可以和水反应：2Li＋2H2O=2LiOH＋H2↑，不能用水溶剂，错误；C项，由题给信息，只有Li2CO3发生氧化，且生成CO2和O2，错误。答案D一、选择题1.下列说法正确的是()A.氯碱工业中，烧碱在阳极区生成C.电镀时，用镀层金属作阳极D.将钢闸门与外电源正极相连，可防止其腐蚀解析A项，水中的H＋在阴极放电，剩下OH－，烧碱在阴极区生成，错误；B项，氯化铝是共价化合物，熔融状态不导电，错误；C项，电镀时，镀层金属作阳极，镀件作阴极，正确；D项，原电池防腐时，保护的金属作正极(牺牲阳极的阴极保护法)，错误。答案C2.化学科技工作者对含有碳杂质的金属铝的腐蚀与溶液酸碱性的关系进行了研究，在25℃时得出溶液pH值对铝的腐蚀影响关系如图所示，下列说法正确的是()2CO3溶液中会发生电化学腐蚀析出氧气解析A项，铝在浓硫酸中钝化，错误；B项，由图可知在5<pH<8时，腐蚀度小，正确；C项，碱性溶液中发生吸氧腐蚀，错误；D项，可以利用电解法在铝表面生成致密的氧化膜，错误。答案B3.探究电解精炼铜(粗铜含有Ag、Zn、Fe)和电化学腐蚀装置如图，下列叙述正确的是()A.精炼铜时，电解质为硫酸铜溶液，X电极反应为：Cu2＋＋2e－=CuB.精炼铜时，溶液中Ag＋、Zn2＋、Fe2＋浓度增大C.X电极为石墨，Y电极为Cu，则铜受到保护D.X电极为Fe，Y电极为Cu，则铁受到保护解析A项，精炼铜时，X为阳极，铜及比铜活泼的金属失电子，错误；B项，Ag的金属性弱于铜，不会在阳极放电，以沉淀形成阳极泥，错误；C项，Y为阴极，受到保护，正确；D项，X为阳极，铁作阳极，优先失电子，错误。答案C4.如右图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中。下列说法错误的是()1闭合，铁棒上发生的反应为Fe－2e－=Fe2＋1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐降低C.仅K2闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－=H2↑2闭合，电路中通过aamol气体解析仅闭合K1，构成原电池，铁作负极，发生反应：Fe－2e－=Fe2＋，石墨棒作正极，空气中的氧气得电子，电极反应方程式为：O2＋4e－＋2H2O=4OH－，A项正确，B项错误；仅闭合K2，构成电解池，铁作阴极，发生反应：2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－)，总反应为：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－，转移电子数为2e－，当转移amol电子时，两极共产生amol气体，C项正确，D项错误。答案BD5.锂硫电池是一种新型储能电池，放电时的总反应为2Li＋xS=Li2Sx。以该电池为电源制备甲烷的原理如图所示。下列说法正确的是()B.锂硫电池的正极反应式为Li－e－=Li＋C.阳极反应式为CO＋3COeq\o\al(2－,3)＋2H2O－2e－=4HCOeq\o\al(－,3)eq\o\al(2－,3)增大解析b为锂硫电池的正极，相应电极为阳极，A项错误；锂硫电池的负极反应式为Li－e－=Li＋，B项错误；阳极失电子，发生氧化反应，阳极反应式为CO＋3COeq\o\al(2－,3)＋2H2O－2e－=4HCOeq\o\al(－,3)，C项正确；根据阳极反应，该装置工作时溶液中的COeq\o\al(2－,3)降低，HCOeq\o\al(－,3)浓度增大，D项错误。答案C6.常温下，NCl3是一种黄色黏稠状液体，是制备新型水消毒剂ClO2的原料，可以采用如图所示装置制备NCl3。下列说法正确的是()A.每生成1molNCl3，理论上有4molH＋经质子交换膜由右侧向左侧迁移B.可用湿润的淀粉­KI试纸检验气体Meq\o\al(＋,4)＋3Cl－－6e－=NCl3＋4H＋D.电解过程中，质子交换膜右侧溶液的pH会减小解析A项，由NHeq\o\al(＋,4)→NCl3，根据元素化合价变化知，NHeq\o\al(＋,4)中N由－3价升高至＋3价，每生成1molNCl3，理论上有6molH＋由质子交换膜右侧向左侧(阴极区)迁移，错误。B项，M是氢气，不能用湿润的淀粉­KI试纸检验，错误。C项，石墨电极发生氧化反应，电极反应式为NHeq\o\al(＋,4)＋3Cl－－6e－=NCl3＋4H＋，正确。D项，电解过程中，质子交换膜右侧溶液中c(H＋)减小，溶液pH增大，错误。答案C的装置进行电解实验。下列说法正确的是()A.电解过程中，铜电极上有H2产生B.电解初期，主反应方程式为：Cu＋H2SO4eq\o(=,\s\up7(电解))CuSO4＋H2↑C.电解一定时间后，石墨电极上有铜析出D.整个电解过程中，H＋的浓度不断增大解析电解是最强有力的氧化还原手段，有些在通常条件下不能发生的反应(如本题中铜与稀硫酸)通过电解的方法可以发生反应。阳极反应：Cu－2e－=Cu2＋，阴极反应：2H＋＋2e－=H2↑(起始)，随着电解的进行，阳极产生的Cu2＋浓度增大，在电场的作用下向阴极移动，由于Cu2＋的氧化性大于H＋，因此Cu2＋离子也会在阴极放电生成铜。因此在整个电解过程中，起始时H＋的浓度不断减小，随后基本保持不变。答案BC8.厨房垃圾发酵液通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列说法正确的是()A.通电后，阳极附近pH增大C.通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极区进入浓缩室D.当电路中通过2mol电子的电量时，会有1molO2生成解析由题图可知，阳极上电解水产生H＋和O2，所以通电后，阳极附近pH减小，A项错误；电子不进入电解质溶液，电解质溶液导电是通过带电离子的定向移动，B项错误；电解池中，阴离子向阳极方向移动，故通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极区进入浓缩室，C项正确；根据阳极的电极反应式2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，当电路中通过2mol电子的电量时，会有0.5molO2生成，D项错误。答案C9.一定条件下，利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说明正确的是()A.外电路电子的移动方向：A→电源→BC.电极D为惰性电极，E为活泼电极6H6＋6H＋＋6e－=C6H12解析苯到环己烷，相当于加氢，为还原反应，所以电极D为阴极，电极E为阳极，A为负极，B为正极。A项，电子由A极流出，错误；B项，阳极OH－放电生成氧气，X气体为氧气，通常表现氧化性，错误；C项，E为阳极，若活性电极为阳极，优先失电子，无气体X生成，错误。答案D10.(2017·盐城期中)2010年乔治华盛顿大学Licht和他的合作者设计的捕获二氧化碳的电化学部分装置如图所示。下列说法正确的是()B.阴极的电极反应为：CO2＋4e－=C↓＋2O2－C.阳极的电极反应为：2COeq\o\al(2－,3)－4e－=2CO2↑＋O2↑D.阴极上每通过4mole－，阴极区有1molCO2参与反应解析该装置为电解池，电能转化为化学能，A错误；阴极：3CO2＋4e－=C＋2COeq\o\al(2－,3)，阴极上通过4mol电子时，有3molCO2参与反应，B、D错误；阳极：2COeq\o\al(2－,3)－4e－=2CO2↑＋O2↑，C正确。答案C11.(2017·苏州期末)铅蓄电池在现代生活中有广泛应用，其电极材料是Pb和PbO2，电解液是硫酸溶液。现用铅蓄电池电解硫酸钠稀溶液一段时间后，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是()A.蓄电池放电时，每消耗0.1molPbO2，则共生成0.1molPbSO4B.电解硫酸钠溶液时的阳极反应式为：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑c(Na2SO4)不变2SO4的浓度、密度都变大解析A项，铅蓄电池的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4=2PbSO4＋2H2O，每消耗0.1molPbO2，则共生成0.2molPbSO4，错误；B项，电解Na2SO4溶液相当于电解水，阳极为阴离子放电，则为OH－失去电子生成O2，正确；C项，相当于蒸发溶液，由于没有晶体析出，所以c(Na2SO4)变大，错误；D项，H2SO4被消耗，浓度变小，错误。答案B12.用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NHeq\o\al(＋,4)，模拟装置如图所示。下列说法正确的是()B.阴极的电极反应式为：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑C.电解一段时间后，阴极室溶液中的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解析左室为阳极室，铁作阳极优先失电子：Fe－2e－=Fe2＋，无Fe3＋生成，错误；B项，阴极室，溶液中的H＋放电生成H2，错误；C项，H＋反应生成H2，pH增大，正确；D项，中间室的NHeq\o\al(＋,4)透过阳离子交换膜进入右室，由于H3PO4是三元弱酸，产物可能是NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、(NH4)3PO4或它们的混合物，错误。答案C二、填空题13.钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为_____________________________________________________________________。(2