高考化学一轮复习第7章化学反应与能量第36讲电解池金属的腐蚀与防护学案

第36讲电解池金属的腐蚀与防护1.理解电解池的构成和工作原理，能书写电极反应和总反应。2.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。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。考点一电解原理1.电解与电解池2.图解电解池的构成及工作原理(以电解CuCl2溶液为例)3.电解中的放电规律(1)阳极放电规律。①活性电极(除Au、Pt外的金属材料为电极)，电极材料本身失电子，生成金属阳离子。②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到O2。(2)阴极放电规律。阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。①在溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋等不会在阴极上放电，但在熔融状态下会放电。②若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。(3)用惰性电极电解各类电解质溶液的规律类型电极反应特点实例电极反应式溶液pH变化溶液复原方法电解水型阴极：H2O电离出的H＋(碱或盐溶液中)或酸电离出的H＋放电生成H2阳极：H2O电离出的OH－(酸或盐溶液中)或碱电离出的OH－放电生成O2含氧酸H2SO4阳极：eq\o(□,\s\up1(10))___________极：eq\o(□,\s\up1(11))_____________总反应：eq\o(□,\s\up1(12))____________eq\o(□,\s\up1(13))____eq\o(□,\s\up1(22))_______强碱NaOH阳极：eq\o(□,\s\up1(14))__________阴极：eq\o(□,\s\up1(15))____________总反应：eq\o(□,\s\up1(16))___________eq\o(□,\s\up1(17))____活泼金属的含氧酸盐KNO3阳极：eq\o(□,\s\up1(18))__________阴极：eq\o(□,\s\up1(19))___________总反应：eq\o(□,\s\up1(20))____________eq\o(□,\s\up1(21))____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(氢氟酸除外)HCl阳极：eq\o(□,\s\up1(23))_____________阴极：eq\o(□,\s\up1(24))_____________总反应：eq\o(□,\s\up1(25))____________eq\o(□,\s\up1(26))____eq\o(□,\s\up1(27))_______不活泼金属的无氧酸盐CuCl2阳极：eq\o(□,\s\up1(28))____________阴极：eq\o(□,\s\up1(29))____________总反应：eq\o(□,\s\up1(30))_____________－eq\o(□,\s\up1(31))_______放氢生碱型阴极：H2O放出H2生成碱阳极：电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐NaCl阳极：eq\o(□,\s\up1(32))___________阴极：eq\o(□,\s\up1(33))__________总反应：eq\o(□,\s\up1(34))_____________eq\o(□,\s\up1(35))____eq\o(□,\s\up1(36))_______放氧生酸型阴极：电解质阳离子放电阳极：H2O放出O2生成酸不活泼金属的含氧酸盐AgNO3阳极：eq\o(□,\s\up1(37))___________阴极：eq\o(□,\s\up1(38))____________总反应：eq\o(□,\s\up1(39))____________eq\o(□,\s\up1(40))____eq\o(□,\s\up1(41))______[答案自填]eq\o(□,\s\up1(1))电流eq\o(□,\s\up1(2))氧化还原反应eq\o(□,\s\up1(3))电eq\o(□,\s\up1(4))化学eq\o(□,\s\up1(5))电源eq\o(□,\s\up1(6))氧化eq\o(□,\s\up1(7))2Cl－－2e－=Cl2↑eq\o(□,\s\up1(8))还原eq\o(□,\s\up1(9))Cu2＋＋2e－=Cueq\o(□,\s\up1(10))2H2O－4e－=4H＋＋O2↑eq\o(□,\s\up1(11))4H＋＋4e－=2H2↑eq\o(□,\s\up1(12))2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解),\s\do8())2H2↑＋O2↑eq\o(□,\s\up1(13))减小eq\o(□,\s\up1(14))4OH－－4e－=2H2O＋O2↑eq\o(□,\s\up1(15))4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－eq\o(□,\s\up1(16))2H2Oeq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8()))2H2↑＋O2↑eq\o(□,\s\up1(17))增大eq\o(□,\s\up1(18))2H2O－4e－=4H＋＋O2↑eq\o(□,\s\up1(19))4H2O＋4e－=2H2↑＋4OH－eq\o(□,\s\up1(20))2H2Oeq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8()))2H2↑＋O2↑eq\o(□,\s\up1(21))不变eq\o(□,\s\up1(22))加水eq\o(□,\s\up1(23))2Cl－－2e－=Cl2↑eq\o(□,\s\up1(24))2H＋＋2e－=H2↑eq\o(□,\s\up1(25))2H＋＋2Cl－eq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8()))H2↑＋Cl2↑eq\o(□,\s\up1(26))增大eq\o(□,\s\up1(27))通入HCl气体eq\o(□,\s\up1(28))2Cl－－2e－=Cl2↑eq\o(□,\s\up1(29))Cu2＋＋2e－=Cueq\o(□,\s\up1(30))Cu2＋＋2Cl－eq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8()))Cu＋Cl2↑eq\o(□,\s\up1(31))加CuCl2固体eq\o(□,\s\up1(32))2Cl－－2e－=Cl2↑eq\o(□,\s\up1(33))2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－eq\o(□,\s\up1(34))2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解),\s\do8())H2↑＋Cl2↑＋2OH－eq\o(□,\s\up1(35))增大eq\o(□,\s\up1(36))通入HCl气体eq\o(□,\s\up1(37))2H2O－4e－=4H＋＋O2↑eq\o(□,\s\up1(38))4Ag＋＋4e－=4Ageq\o(□,\s\up1(39))4Ag＋＋2H2Oeq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8()))4Ag＋O2↑＋4H＋eq\o(□,\s\up1(40))减小eq\o(□,\s\up1(41))加入Ag2O固体[易错秒判](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)电解过程中电子流动方向为负极→阴极→电解质溶液→阳极→正极()(3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现()(4)电解池中的阳极和原电池的负极均发生氧化反应()(5)电解盐酸、硫酸时，H＋放电，溶液的pH逐渐增大()(6)用Cu为电极电解盐酸可发生反应：Cu＋2H＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cu2＋＋H2↑()答案：(1)√(2)×(3)√(4)√(5)×(6)√1.用石墨作为电极，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。下列叙述正确的是()A．逸出气体的体积：电极A＜电极BB．一电极逸出无味的气体，另一电极逸出有刺激性气味的气体C．电极A附近溶液呈红色，电极B附近溶液呈蓝色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。用惰性电极电解Na2SO4溶液，电极A为阴极，电极B为阳极。在电极B上H2O放电产生O2和H＋，电极B附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红；在电极A上H2O放电产生H2和OH－，电极A附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，产生H2和O2的体积之比为2∶1。2.如图所示，x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色无味的气体放出，符合这一情况的是()选项a极板b极板x电极zA锌石墨负极CuSO4B石墨石墨负极NaOHC银铁正极AgNO3D铜石墨负极CuCl2解析：选A。由题意知，a极板质量增加，a应为阴极，b为阳极，x为电源负极，y为电源正极。电解CuSO4溶液时，a极板有Cu附着，b极板有O2放出，A项符合题意；电解NaOH溶液时，a极板质量无变化，B项不符合题意；阳极为Fe，为活性电极，电解时Fe在阳极放电溶解，无气体生成，C项不符合题意；电解CuCl2溶液时，Cl－在阳极放电生成Cl2，Cl2为黄绿色有刺激性气味的气体，D项不符合题意。3．在下图所示的装置中，通直流电5min时，铜电极的质量增加2.16g。回答下列问题。(1)电源中X为直流电源的__________极。(2)pH变化：A__________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B__________，C__________。(3)通电5min时，B中共收集到224mL(标准状况下)气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液中溶质的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。答案：(1)负(2)增大减小不变(3)0.025mol·L－1(4)13[方法技巧]电化学计算中常用的三种方法(1)根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应，最后根据总反应列出比例式计算。(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。如以电路中通过4mole－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，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。考点二电解原理的应用1．氯碱工业习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。(1)反应原理。阳极：eq\o(□,\s\up1(1))____________________(eq\o(□,\s\up1(2))________反应)。阴极：eq\o(□,\s\up1(3))____________________(eq\o(□,\s\up1(4))________反应)。总反应离子方程式：eq\o(□,\s\up1(5))__________________。(2)离子交换膜法的生产过程。①a、b、c、d加入或流出的物质依次是eq\o(□,\s\up1(6))__________________________、H2O(含少量NaOH)、eq\o(□,\s\up1(7))____________、eq\o(□,\s\up1(8))____________；X、Y分别为eq\o(□,\s\up1(9))________、eq\o(□,\s\up1(10))________。②阳离子交换膜的作用是阻止eq\o(□,\s\up1(11))__________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。2．电镀铜和电解精炼铜类型电镀铜电解精炼铜示意图电极材料阳极：镀层金属铜片阴极：待镀金属铁件阳极：eq\o(□,\s\up1(12))______铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)阴极：纯铜电极反应阳极eq\o(□,\s\up1(13))______________Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Ni－2e－=Ni2＋、eq\o(□,\s\up1(14))________________阴极eq\o(□,\s\up1(15))________________________电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度eq\o(□,\s\up1(16))_____________CuSO4溶液的浓度eq\o(□,\s\up1(17))____________________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eq\o(□,\s\up1(18))____________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。 类型总反应化学方程式电极反应冶炼钠eq\o(□,\s\up1(19))____________________阳极：eq\o(□,\s\up1(20))________________；阴极：eq\o(□,\s\up1(21))________________冶炼镁eq\o(□,\s\up1(22))____________________阳极：eq\o(□,\s\up1(23))_________________；阴极：eq\o(□,\s\up1(24))_________________冶炼铝eq\o(□,\s\up1(25))___________________阳极：eq\o(□,\s\up1(26))_________________；阴极：eq\o(□,\s\up1(27))_________________[答案自填]eq\o(□,\s\up1(1))2Cl－－2e－=Cl2↑eq\o(□,\s\up1(2))氧化eq\o(□,\s\up1(3))2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－eq\o(□,\s\up1(4))还原eq\o(□,\s\up1(5))2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑eq\o(□,\s\up1(6))精制饱和NaCl溶液eq\o(□,\s\up1(7))淡盐水eq\o(□,\s\up1(8))NaOH溶液eq\o(□,\s\up1(9))Cl2eq\o(□,\s\up1(10))H2eq\o(□,\s\up1(11))OH－eq\o(□,\s\up1(12))粗eq\o(□,\s\up1(13))Cu－2e－=Cu2＋eq\o(□,\s\up1(14))Cu－2e－=Cu2＋eq\o(□,\s\up1(15))Cu2＋＋2e－=Cueq\o(□,\s\up1(16))基本不变eq\o(□,\s\up1(17))变小eq\o(□,\s\up1(18))阳极泥eq\o(□,\s\up1(19))2NaCl(熔融)eq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8()))2Na＋Cl2↑eq\o(□,\s\up1(20))2Cl－－2e－=Cl2↑eq\o(□,\s\up1(21))2Na＋＋2e－=2Naeq\o(□,\s\up1(22))MgCl2(熔融)eq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8()))Mg＋Cl2↑eq\o(□,\s\up1(23))2Cl－－2e－=Cl2↑eq\o(□,\s\up1(24))Mg2＋＋2e－=Mgeq\o(□,\s\up1(25))2Al2O3(熔融)eq\a\vs4\al(\o(=,\s\up7(电解),\s\do8(冰晶石)))4Al＋3O2↑eq\o(□,\s\up1(26))6O2－－12e－=3O2↑eq\o(□,\s\up1(27))4Al3＋＋12e－=4Al[易错秒判](1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料()(2)在镀件上电镀铜时，可以用惰性材料为阳极，用硫酸铜溶液为电解液()(3)根据得失电子守恒可知，电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等()(4)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3()(5)用Zn为阳极，Fe为阴极，ZnCl2溶液为电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×1．下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法不正确的是()A．出口①处的物质是氯气B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋eq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑D．该装置将电能转化为化学能解析：选C。右侧电极是电解池阴极，左侧电极是电解池阳极，溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气，A项正确；右侧电极是阴极，溶液中的水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B项正确；电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－，C项错误；该装置是电解池，是将电能转化为化学能的装置，D项正确。2．若要在铜片上镀银，下列叙述中正确的是()①将铜片接在电源的正极②将银片接在电源的正极③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－=Ag④在银片上发生的反应是2H2O－4e－=O2↑＋4H＋⑤可用CuSO4溶液作为电解质溶液⑥可用AgNO3溶液作为电解质溶液A．①③⑥ B．②③⑥C．①④⑤ D．②③④⑥解析：选B。根据电镀原理，若要在铜片上镀银，铜为电解池的阴极，与电源负极相连，电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银；银为电解池的阳极，与电源正极相连，银失电子发生氧化反应生成银离子；电解质溶液为硝酸银溶液。3．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。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)()A．阳极发生还原反应，电极反应为Ni2＋＋2e－=NiB．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C．电解后，溶液中存在的阳离子只有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。电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性：Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极的电极反应为Ni2＋＋2e－=Ni，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，二者质量不相等，B项错误；电解后溶液中存在的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误。考点三金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，发生eq\o(□,\s\up1(1))________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概念金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀当不纯的金属与eq\o(□,\s\up1(2))______________接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀现象eq\o(□,\s\up1(3))______电流产生eq\o(□,\s\up1(4))________电流产生本质金属被eq\o(□,\s\up1(5))________较活泼的金属被eq\o(□,\s\up1(6))______联系二者往往同时发生，但eq\o(□,\s\up1(7))______腐蚀更普遍(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁制品锈蚀为例)。类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件eq\o(□,\s\up1(8))________环境钢铁表面吸附的水膜酸性很eq\o(□,\s\up1(9))______或呈eq\o(□,\s\up1(10))______性，但溶有一定量的氧气电极反应负极eq\o(□,\s\up1(11))________________________正极eq\o(□,\s\up1(12))_________________eq\o(□,\s\up1(13))________________总反应Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2联系eq\o(□,\s\up1(14))________腐蚀更普遍3.金属的防护(1)改变金属材料的组成，如制成合金等。(2)在金属表面覆盖保护层，如在金属表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料、电镀、发蓝或表面钝化等。(3)电化学保护法。①牺牲阳极法——eq\o(□,\s\up1(15))____________原理a.eq\o(□,\s\up1(16))________：比被保护金属活泼的金属；b．eq\o(□,\s\up1(17))________：被保护的金属设备。②外加电流法——eq\o(□,\s\up1(18))________原理a．eq\o(□,\s\up1(19))________：被保护的金属设备；b．eq\o(□,\s\up1(20))________：惰性电极。[答案自填]eq\o(□,\s\up1(1))氧化eq\o(□,\s\up1(2))电解质溶液eq\o(□,\s\up1(3))无eq\o(□,\s\up1(4))有微弱eq\o(□,\s\up1(5))氧化eq\o(□,\s\up1(6))氧化eq\o(□,\s\up1(7))电化学eq\o(□,\s\up1(8))酸性eq\o(□,\s\up1(9))弱eq\o(□,\s\up1(10))中eq\o(□,\s\up1(11))Fe－2e－=Fe2＋eq\o(□,\s\up1(12))2H＋＋2e－=H2↑eq\o(□,\s\up1(13))O2＋2H2O＋4e－=4OH－eq\o(□,\s\up1(14))吸氧eq\o(□,\s\up1(15))原电池eq\o(□,\s\up1(16))负极eq\o(□,\s\up1(17))正极eq\o(□,\s\up1(18))电解eq\o(□,\s\up1(19))阴极eq\o(□,\s\up1(20))阳极[易错秒判](1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀原理相同()(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋()(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损，则完全失去了对金属的保护作用()(5)牺牲阳极法利用原电池原理，能有效地保护金属，不易被腐蚀()(6)把金属铬、镍等加入普通钢中能增强钢铁的耐腐蚀性()(7)钢铁的发蓝处理能增强其耐腐蚀性()答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)√(6)√(7)√1．(2024·华南师范大学附中月考)下列防止金属腐蚀的方法属于电化学防护的是()A．船体表面刷漆B．加入铬、锰、硅等制成不锈钢C．自行车链条涂油D．水中的钢闸门连接电源的负极解析：选D。水中的钢闸门连接电源的负极，是外加电流法，是防止金属腐蚀的电化学方法，D项符合题意。2．关于研究生铁的锈蚀实验，下列分析不正确的是()序号①②③实验现象8小时未观察到明显锈蚀8小时未观察到明显锈蚀1小时观察到明显锈蚀A．①中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀B．②中，生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2OC．③中正极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－D．对比①②③，说明苯能隔绝O2解析：选D。①是密闭体系，NaCl溶液中溶解的O2较少，不足以使生铁片明显锈蚀，A项正确；苯属于非电解质，②中无电解质溶液，不满足电化学腐蚀的条件，B项正确；根据③中现象，铁在中性环境下发生吸氧腐蚀，正极反应为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，C项正确；①③NaCl溶液中均溶解有氧气，③中观察到明显锈蚀的现象，说明苯不能隔绝O2，D项错误。3．(2024·广州高三阶段测试)全世界每年都因钢铁锈蚀造成巨大的损失，为了保护地下的钢铁输水管所采取的措施如下图所示。下列说法不正确的是()A．钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－B．导线与Zn块连接为牺牲阳极法C．钢铁输水管经导线应连接外接电源的负极D．导线与Cu块连接也可保护钢铁输水管解析：选D。A．钢铁发生吸氧腐蚀，正极上为氧气得电子结合H2O生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，A正确；B．导线与Zn块连接为牺牲阳极法，B正确；C．钢铁输水管经导线应连接外接电源的负极，为外加电流法，C正确；D．Cu的活泼性比Fe的弱，导线与Cu块连接不能保护钢铁输水管，D错误。1．(2023·新高考广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如下图所示实验。闭合K1，一段时间后，下列说法正确的是()A．U形管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性C．b处出现蓝色，说明还原性：Cl－>I－D．断开K1，立刻闭合K2，电流表指针发生偏转解析：选D。闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧电极为阳极，阳极上氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－=Cl2↑，右侧电极为阴极，阴极上水放电生成H2和OH－，电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，总反应为2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。A．根据分析可知，U形管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；B．U形管左侧生成氯气，氯气与水反应生成HClO，故a处布条褪色，说明HClO具有漂白性，B错误；C．b处出现蓝色，发生反应Cl2＋2KI=I2＋2KCl，说明还原性：I－>Cl－，C错误；D．断开K1，立刻闭合K2，此时构成H2－Cl2燃料电池，导线中有电子通过，电流表指针发生偏转，D正确。2．(2023·新高考辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是()A．b端电势高于a端电势B．理论上转移2mole－生成4gH2C．电解后海水pH下降D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋答案：D3．(2022·新高考广东卷)为检验牺牲阳极法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是()A．加入AgNO3溶液产生沉淀B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C．加入KSCN溶液无红色出现D．加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成解析：选D。若铁片被腐蚀，则溶液中含有Fe2＋，向溶液中加入K3[Fe(CN)6]溶液，反应生成蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀，D项正确；A项只能说明溶液中含有Cl－，B、C项只能说明溶液中无Fe3＋，三者均不能说明铁片没有被腐蚀。4．(2023·新高考北京卷)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。下列说法不正确的是()A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨B．装置a中溶液显碱性的原因是HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的水解程度大于HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的电离程度C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2D．装置b中的总反应为SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋CO2＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))HCOOH＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))解析：选C。废气中SO2排放到大气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；NaHCO3溶液显碱性，说明HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))的水解程度大于其电离程度，故B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，故C错误；装置b中阳极反应为SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))－2e－＋H2O=SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋2H＋，阴极反应为CO2＋2e－＋2H＋=HCOOH，故总反应为SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋CO2＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))HCOOH＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))，故D正确。5．(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置示意图如下。下列说法正确的是()A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－=TiSi＋4H2OC．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动解析：选C。由题图可知，石墨电极参与反应生成CO，故为阳极，电极反应为C－2e－＋O2－=CO↑；电极A为阴极，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－=TiSi＋4O2－。石墨电极为阳极，发生氧化反应，A项错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B项错误；根据阳极上生成CO可知，石墨优先于Cl－参与反应，C项正确；石墨电极为阳极，阴离子(O2－)向石墨电极移动，D项错误。课时跟踪练[基础巩固]1．(2024·广东五校联考)电解原理在工业生产中应用广泛，下列有关电解原理的应用正确的是()A．工业上用电解饱和食盐水制备烧碱、氯气等化工原料B．可通过电解熔融AlCl3冶炼铝C．电镀时，镀层金属作为阴极，待镀金属作为阳极D．电解精炼铜时，用纯铜板作为阳极，粗铜板作为阴极解析：选A。A．烧碱、氯气等化工原料是通过氯碱工业，即电解饱和食盐水得到的，选项A正确；B．AlCl3是共价化合物，熔融状态下不能电离出Al3＋，不能通过电解熔融AlCl3冶炼铝，选项B错误；C．电镀时，待镀金属作为阴极，镀层金属作为阳极，选项C错误；D．电解精炼铜时，应用粗铜板作为阳极，纯铜板作为阴极，选项D错误。2.(2022·新高考天津卷)实验装置如右图所示。接通电源后，用碳棒(a′、b′)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a′端的字迹呈白色。下列结论正确的是()A．a为负极B．b′端的字迹呈蓝色C．电子流向为b→b′→a′→aD．如果将a′、b′换成铜棒，与碳棒作为电极时的现象相同解析：选B。A．a′端的字迹呈白色，说明a′端生成了氯气，氯离子失去电子，为阳极，故a为正极，A错误；B．b′端为阴极，水放电生成氢气和氢氧根离子，石蕊变蓝，B正确；C．电子沿导线由b流向b′，由a′流向a，但电子不能在电解质溶液中移动，不会由b′流向a′，C错误；D．如果换成铜棒，铜棒作为阳极，铜放电生成Cu2＋，现象与碳棒作为电极时不相同，D错误。3.(2024·江门高三月考)地下管线穿过不同的地质结构及潮湿程度不同的土壤带时，由于氧气浓度存在差别，会引起金属管道的腐蚀，其原理如右图所示，下列说法正确的是()A．黏土区钢管为正极B．电子由砂土区钢管流向黏土区钢管C．每消耗22.4LO2最终可生成1mol铁锈D．砂土区钢管表面发生的电极反应可能为O2＋4e－＋2H2O=4OH－解析：选D。A．砂土区钢管(富氧区)氧气浓度高，氧气得电子，富氧区为正极，黏土区钢管为负极，A错误；B．电子由负极流向正极，故电子由黏土区钢管流向砂土区钢管，B错误；C．气体所处状况未知，无法计算消耗的O2的物质的量，C错误；D．砂土区钢管为正极，发生的电极反应可能为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，D正确。4．(2024·江门高三调研)某氨工业生产的绿色程序如下：将适当比例的空气和水蒸气通入阴极，两者均进行电解，氧气转化为O2－，水蒸气转化为H2和O2－，O2－通过氧离子交换膜在阳极反应。将甲中气体通过除水装置后直接导入哈伯法工艺即可制氨。下列说法错误的是()A．电解时水蒸气被氧化B．甲部分的气体除水蒸气外，主要还有H2和N2C．阳极的电极反应式为2O2－－4e－=O2↑D．在实验室中可以用碱石灰吸收水蒸气解析：选A。A．电解时水蒸气转化为H2和O2－，说明水蒸气发生得电子的还原反应，故A错误；B．将适当比例的空气和水蒸气通入阴极，两者均进行电解，氧气转化为O2－，水蒸气转化为H2和O2－，故剩余气体中主要还有H2和N2，故B正确；C．O2－通过氧离子交换膜进入阳极发生反应，电极反应式为2O2－－4e－=O2↑，故C正确；D．在实验室中可以用碱石灰吸收水蒸气，故D正确。5．(2024·广东四校联考)电解法制取Na2FeO4的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(电解))FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋3H2↑，工作原理如右图所示。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。下列叙述正确的是()A．铁电极为阳极，发生还原反应B．Ni电极发生还原反应，有H2生成C．该离子交换膜为阳离子交换膜D．当电路中通过1mol电子时，阴极区有11.2LH2生成解析：选B。由题给信息可知，电解法制取Na2FeO4的总反应为Fe＋2H2O＋2OH－eq\o(=,\s\up7(电解))FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋3H2↑，电解过程中Fe为电解池的阳极，Ni为阴极，碱性溶液中阳极电极反应为Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))＋4H2O，阴极电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，A错误，B正确；电解池中阳离子由阳极移向阴极，阴离子由阴极移向阳极，又知Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原，故阴极产生的OH－经过离子交换膜移向阳极，以保证阳极区呈碱性，故该离子交换膜为阴离子交换膜，C错误；阴极电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，当电路中通过1mol电子时，阴极区有0.5molH2生成，但H2所处状况未知，故无法计算H2的体积，D错误。6.某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是()A．电解质溶液中电子从B极移向A极B．若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2＋)保持不变C．若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液的pH增大D．若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等解析：选D。A项，电解质溶液通过离子定向移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；B项，若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜溶液，则该装置为电解精炼铜装置，溶液中c(Cu2＋)减小，故B错误；C项，若A、B均为石墨电极，则电解总反应的化学方程式是2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，通电一段时间后，溶液的pH减小，故C错误。7．下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中，不正确的是()操作现象一段时间后：①中，铁钉裸露在外的附近区域变红；②中……A．NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路B．①中变红是因为发生反应2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域变蓝，铜丝附近区域变红D．①和②中发生的氧化反应均可表示为M－2e－=M2＋(M代表锌或铁)解析：选B。①中变红是因为发生反应O2＋4e－＋2H2O=4OH－，OH－使酚酞变红，B不正确。8．(2024·江门调研)我国科学家耦合光催化/电催化分解水的装置如下图，催化电极时产生电子和空穴(空穴指共价键上流失一个电子留下空位的现象，用h＋表示)。下列有关说法错误的是()A．光催化装置中溶液的pH增大B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电催化装置阳极电极反应式：4OH－＋4h＋=2H2O＋O2↑D．光催化和电催化协同循环的总反应式：2H2O=2H2↑＋O2↑解析：选B。光催化装置发生反应：2H＋＋2e－=H2↑、3I－＋2h＋=Ieq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))；电催化装置为电解装置，阴极电极反应式：Ieq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))＋2e－=3I－，阳极电极反应式：4OH－＋4h＋=2H2O＋O2↑。A．根据分析可知，光催化装置中发生反应：2H＋＋2e－=H2↑，消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，故A正确；B．由分析可知，阴极上阴离子物质的量增大，阳极上消耗阴离子，根据装置图可知，离子交换膜为阳离子交换膜，故B错误；C．根据分析可知，电催化装置为电解装置，阳极电极反应式为4OH－＋4h＋=2H2O＋O2↑，故C正确；D．根据光催化和电催化各装置反应，可得总反应为2H2O=2H2↑＋O2↑，故D正确。9．(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。①用石墨作为电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图甲所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应：_________________________________。②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112mL(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__________mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：__________________________________。(2)粗银精炼装置如图乙所示，电解质溶液为稀硫酸，下列说法正确的是__________(填字母)。A．体系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s)=2Ag＋(aq)＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))(aq)B．阳极的电极反应为Ag－e－=Ag＋C．钛电极电势高D．阴极区可获得超细银粉的原理：Ti3＋＋Ag＋=Ag＋Ti4＋E．电解液中添加Ti3＋/Ti4＋，可实现Ti3＋/Ti4＋循环利用解析：(1)①由题意可知，阳极上Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成H＋，阳极的电极反应为Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋。②阴极的电极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，生成氢气的物质的量为eq\f(0.112L,22.4L·mol－1)＝0.005mol，所以通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005mol×2＝0.01mol。(2)体系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s)⇌2Ag＋(aq)＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))(aq)，故A错误；阳极的电极反应为2Ag－2e－＋SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))=Ag2SO4，故B错误；钛电极是阴极，电势低，故C错误；电解液中添加Ti3＋/Ti4＋，阴极上：Ti4＋＋e－=Ti3＋，溶液中的Ag＋又将Ti3＋氧化：Ti3＋＋Ag＋=Ag＋Ti4＋，可获得超细银粉，也可实现Ti3＋/Ti4＋循环利用，故D、E正确。答案：(1)①Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋②0.01阴极上H2O电离的H＋放电产生H2，H＋浓度减小，使得H2O⇌OH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大(2)DE10．我国力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。(1)在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图甲所示。①阳极的电极反应为_________________________________。②铜电极上产生CH4的电极反应为___________________________，若铜电极上只生成5.6gCO，则铜极区溶液质量变化了________g。③若铜电极上只生成0.3molCH3CHO和0.4molHCOOH，则电路中转移电子的物质的量为________mol。(2)我国科学家报道了机理如图乙所示的电化学过程。①Ni电极为________，电极反应为_______________________。②理论上，每有1molCO2与O2－结合，电路中转移电子数为________(用NA表示阿伏加德罗常数的值)。解析：(1)①阳极为铂电极，电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑。②铜电极为阴极，其中生成甲烷的电极反应为CO2＋8e－＋8H＋=CH4＋2H2O，若铜电极上只生成CO，则电极反应为CO2＋2e－＋2H＋=CO＋H2O，当有1molCO生成时，铜极区溶液的质量变化为44g＋2g－28g＝18g，故有5.6g即0.2molCO生成时，铜极区溶液质量变化了3.6g。③铜电极上每生成1molCH3CHO，转移10mol电子，每生成1molHCOOH，转移2mol电子，若只生成0.3molCH3CHO和0.4molHCOOH，则电路中转移电子的物质的量为3.8mol。(2)①Ni电极上COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))转化为C和O2－，为阴极，电极反应为COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋4e－=C＋3O2－。②理论上，每有1molCO2与O2－结合生成1molCOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))，电路中有4mol电子转移，故电路中转移电子数为4NA。答案：(1)①2H2O－4e－=4H＋＋O2↑②CO2＋8e－＋8H＋=CH4＋2H2O3.6③3.8(2)①阴极COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋4e－=C＋3O2－②4NA[素养提升]11．(2024·东莞模拟)CO2资源化利用是实现碳中和的一种有效途径，下图是CO2在电催化下产生合成气(CO和H2)的一种方法(不考虑CO2的溶解)。下列说法正确的是()A．a电极与电源的正极相连B．每消耗22.4L(标准状况下)CO2，NA个SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))透过阴离子交换膜进入b极区(NA表示阿伏加德罗常数的值)C．a极区中c(COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))逐渐增大，b极区中c(CH3COO－)逐渐增大D．外电路转移1mol电子，阳极区溶液质量增加48g解析：选D。根据题图可知，a电极上CO2→CO，碳元素的化合价降低，得电子，发生还原反应，因此a电极为阴极，b电极为阳极。A．根据分析可知，a电极为阴极，应与电源的负极相连，故A错误；B．根据题图可知，a电极上CO2和HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))均放电，电极反应为CO2＋4e－＋4HCOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(3))=H2＋CO＋4COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3))＋H2O，消耗1molCO2时，转移4mole－，透过阴离子交换膜的SOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))的数目为2NA，故B错误；C．由a电极的电极反应可知，电解过程中，a极区c(COeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(3)))逐渐增大，b电极为阳极，电极反应为C6H5CH2OH－2e－＋2CH3COO－=C6H5CHO＋2CH3COOH，b极区c(CH3COO－)逐渐减小，故C错误；D．由电荷守恒可知，外电路转移1mol电子，有0.5molSOeq\o\al(\s\up1(2－),\s\do1(4))由左侧向右侧迁移，阳极区溶液质量增加0.5mol×96g/mol＝48g，故D正确。12．(2024·江门统考)电芬顿法通过产生氧化能力强的羟基自由基，分解有机化合物，应用于深度处理老龄垃圾渗滤液，其部分工作原理如下图(设有机化合物的分子式为C6H12O6)。下列说法错误的是()A．b为电源的正极B．M极的电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋C．生成CO2的反应为24·OH＋C6H12O6=6CO2↑＋18H2OD．理论上外电路中每通过1mole－，消耗Fe与生成N2的质量之比为6∶1解析：选A。由题图可知，该装置为电解池，M极为阳极，Fe失电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－=Fe2＋，N极为阴极，NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))得电子生成N2，电极反应式为2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋6e－＋8H＋=N2↑＋4H2O，a为电源的正极，b为电源的负极，故A错误，B正确；C6H12O6与羟基自由基反应生成CO2：24·OH＋C6H12O6=6CO2↑＋18H2O，故C正确；根据阳极电极反应式Fe－2e－=Fe2＋可知，通过1mole－消耗0.5molFe，其质量m＝0.5mol×56g/mol＝28g，根据阴极电极反应式为2NOeq\o\al(\s\up1(－),\s\do1(2))＋6e－＋8H＋=N2↑＋4H2O可知，通过1mole－生成eq\f(1,6)molN2，其质量m＝eq\f(1,6)×28g，故消耗Fe与生成N2的质量之比为28∶(eq\f(1,6)×28)＝6∶1，故D正确。13．为探究电解过程中溶液pH的变化，某化学兴趣小组设计了如下实验。装置、所得数据结果如下图所示。电解过程中，充分搅拌使溶液均匀，忽略溶液体积的变化。下列说法错误的是()A．0～t1时：4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3；t1～t2时：2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑B．若进行到t2时刻共有0.224L气体(标准状况)产生，则外电路有0.04mol电子通过C．若使用氢氧燃料电池为电源，t1时，理论上负极消耗的气体物质的量为0.005molD．电解到t1时刻，加入1.16gAg2O可使溶液复原解析：选B。A．该装置为电解装置，t1时刻前发生反应：4AgNO3＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))4Ag＋O2↑＋4HNO3，溶质由AgNO3变为HNO3，溶液pH减小，当Ag＋消耗完时，H2O放电，即t1～t2时刻发生反应：2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，溶液pH基本不变，故A正确；B．进行到t1时银离子被完全还原，溶液的pH为1，硝酸银溶液中c(Ag＋)＝0.1mol·L－1，n(Ag＋)＝0.1mol·L－1×0.1L＝0.01mol，由反应得消耗0.01molAg＋转移0.01mol电子，由得失电子守恒可得，此过程生成氧气的物质的量为n(O2)＝0.0025mol，在标准状况下的体积V(O2)＝0.0025mol×22.4L·mol－1＝0.056L，t1～t2电解水生成的气体体积为0.224L－0.056L＝0.168L，其中氧气和氢气体积之比为1∶2，故电解水生成的氧气体积为0.056L，氧气的物质的量为n(O2)＝eq\f(0.056L,22.4L·mol－1)＝0.0025mol，转移0.01mol电子，共转移0.02mol电子，故B错误；C．若使用氢氧燃料电池为电源，则氢气与通过电子的关系为H2～2e－，t1时，转移0.01mol电子，理论上负极消耗氢气的物质的量为0.005mol，故C正确；D．电解到t1时刻，析出了0.01mol银、0.0025mol氧气，应加入0.005molAg2O可使溶液复原，即加入1.16gAg2O可使溶液复原，故D正确。14．电化学原理被广泛应用于生产、生活的许多方面，利用电解法脱除煤中的含硫物质(主要是FeS2)的原理如下图所示。(1)阴极石墨棒上有无色气体产生，该气体是__________。(2)阳极的电极反应为_____________________________________