2023届高考化学鲁科版一轮复习学案-第六章第3课时　电解池　金属的腐蚀与防护

第3课时电解池金属的腐蚀与防护1.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。2.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害。了解防止金属腐蚀的措施。电解原理及电解规律1.电解和电解池电解在电流作用下,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电解池概念电能转化为化学能的装置构成(1)外接电源;(2)两个电极;(3)电解质溶液或熔融电解质;(4)形成闭合回路2.电解池的工作原理以惰性电极电解CuCl2溶液为例分析:(1)电极名称及电极反应(2)电解过程的三个流向①电子流向:电源负极→电解池的阴极;电解池的阳极→电源的正极。②离子流向:阳离子→电解池的阴极,阴离子→电解池的阳极。③电流方向:电源正极→电解池的阳极→电解质溶液→电解池的阴极→电源负极。(3)电解规律①阳极产物的判断a.活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极),电极材料失电子,生成金属阳离子。b.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:活泼电极>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H2O和O2。②阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+。a.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。b.放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律,即得(失)电子能力强的离子先放电。3.惰性电极电解电解质溶液的产物判断4.电解后电解质溶液的复原需加适量的某物质,该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如惰性电极电解CuSO4溶液,要恢复原溶液的浓度,可向电解后的溶液中加入CuO,也可以加入CuCO3,但不能加入Cu(OH)2,因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水增加。使电解后的溶液恢复原状的方法:先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应,再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如①NaCl溶液:通HCl气体(不能加盐酸)。②AgNO3溶液:加Ag2O固体(不能加AgOH)。③CuCl2溶液:加CuCl2固体。④KNO3溶液:加H2O。⑤CuSO4溶液:加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。[理解辨析]1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)电解池的阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。()(2)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阳极。()(3)电解稀硫酸制H2、O2时,铜作阳极。()(4)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。()解析:(2)直流电源跟电解池连接后,电子从电源负极流向电解池阴极。(3)电解稀硫酸制H2、O2时,用惰性电极作阳极,如果用铜作阳极,铜参与反应失电子。(4)Cl2在阳极生成。答案:(1)√(2)×(3)×(4)×2.想一想(1)根据金属活动性顺序表,Cu和稀H2SO4不反应,怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?提示:Cu作阳极,C作阴极,稀H2SO4作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。阳极电极反应式为Cu-2e-Cu2+,阴极电极反应式为2H++2e-H2↑。总反应式为Cu+2H+Cu2++H2↑。(2)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98gCu(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多少?提示:方法一为98gCu(OH)2的物质的量为1mol,相当于电解了1mol的CuSO4后,又电解了1mol的水,所以转移的电子数为2NA+2NA=4NA。方法二为可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O2-失电子数相等,共4NA。3.做一做按要求书写电极反应式和总反应的化学方程式。(1)用惰性电极电解MgCl2溶液阳极反应式:;

阴极反应式:;

总反应的离子方程式:

。(2)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:;

总反应的化学方程式:。

答案:(1)2Cl--2e-Cl2↑Mg2++2H2O+2e-H2↑+Mg(OH)2↓Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑(2)2Al-6e-+3H2OAl2O3+6H+6H++6e-3H2↑2Al+3H2OAl2O3+3H2↑1.加“碘”食盐较多使用的碘酸钾(KIO3),在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为电极,以KI溶液为电解液,在一定条件下电解,反应的化学方程式为KI+3H2OKIO3+3H2↑。下列有关说法正确的是(B)A.电解时,石墨作阴极B.电解时,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-C.溶液调节至强酸性,有利于生产碘酸钾D.电解时电解液中的K+向阳极移动解析:A.根据电池反应式知,阳极上I-放电生成IO3-,则阳极应该为惰性电极石墨,阴极为不锈钢,错误;B.电解时,阴极上H+放电生成H2,阳极上I-放电生成IO3-,故阳极的电极反应式为I--6e-+3H2OIO3-+6H+,阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,正确;C.KI和KIO2.某研究小组在探究电化学原理时,如图将盐桥换成n形弯铁丝,当接通直流电源后,石墨①附近溶液变红。下列判断或预测错误的是(C)A.A为电源的负极B.铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀C.电子移动方向为A→石墨①→铁丝→石墨②→BD.石墨②电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑解析:盐桥换成n形弯铁丝,当接通直流电源后,石墨①附近溶液变红,说明石墨①是阴极,A为负极,B为正极,石墨②为阳极,故A正确;铁丝左端③为阳极,Fe-2e-Fe2+,Fe2+与阴极产生的OH-结合生成Fe(OH)2,很快被氧化,呈灰绿色,铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀,故B正确;电子不能在溶液中移动,故C错误;石墨②为阳极,氯离子失电子发生氧化反应,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,故D正确。3.用铂作电极电解100mL2mol/LMSO4盐溶液,当阳极收集到0.56L气体时(标准状况),阴极增重3.2g,若电解前后溶液的体积变化忽略不计,下列说法不正确的是(C)A.电路中通过电子数目为0.1NAB.M的摩尔质量为64g/molC.电解后溶液的pH=1D.阳极收集到的气体是O2解析:用铂作电极电解100mL2mol/LMSO4盐溶液,阳极电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,n(O2)=0.56L22.40.1mol,数目为0.1NA,故A正确;阴极电极反应式为M2++2e-M,根据阴、阳极得失电子守恒可知,M2+得电子的物质的量为0.1mol,则阴极析出M的物质的量为0.05mol,则M的摩尔质量为3.2g0.05mol=64g/mol,故B正确;由A的分析可知n(O2)=0.025mol,根据电极反应式2M2++2H2O2M+4H++O20.1mol,则c(H+)=0.1mol0.1L=1mol/L,则溶液的pH=0,C不正确;用铂作电极电解100mL2mol/LMSO4盐溶液,阳极电极反应式为2H2O-4e-4H分析电解过程的思维程序电解原理的应用1.氯碱工业(1)电极反应阳极:2Cl--2e-Cl2↑(反应类型:氧化反应);阴极:2H2O+2e-H2↑+2OH-(反应类型:还原反应)。(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+Cl2NaCl+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、稀食盐水、浓NaOH溶液;X、Y分别为Cl2、H2。2.电镀铜电镀铜两极材料阳极:铜阴极:待镀金属电镀液含镀层金属阳离子的电解质溶液电极反应阳极:Cu-2e-Cu2+阴极:Cu2++2e-Cu3.电冶金(1)电解精炼铜电解精炼铜两极材料阳极:粗铜阴极:纯铜两极反应阳极(含Zn、Ni、Ag、Au等杂质);Zn-2e-Zn2+、Ni-2e-Ni2+Cu-2e-Cu2+(主要反应)阴极:Cu2++2e-Cu(2)利用电解法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等项目总化学方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑2Cl--2e-Cl2↑、2Na++2e-2Na冶炼镁MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2Cl--2e-Cl2↑、Mg2++2e-Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑6O2--12e-3O2↑、4Al3++12e-4Al由于AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电,所以电解冶炼铝时,电解的为熔点很高的氧化铝,为降低熔点,加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6);电解过程中,阳极生成的氧气与石墨电极反应,因此石墨电极需不断补充。[理解辨析]1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)(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,镀件应连接电源的正极。()(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。()解析:(1)金属材料Pt和Au都是惰性电极,两极都可用,阴极也可用活泼金属电极。(2)镀件应连接电源的负极,作电解池的阴极。(3)阳极溶解的金属还有Zn、Ni、Fe等,故不相等。(4)MgO熔点高,熔融需要的能量高;AlCl3是共价化合物,熔融时不导电。答案:(1)×(2)×(3)×(4)×2.想一想(1)氯碱工业中如果去掉离子交换膜,最终得到什么物质?写出该物质的一种用途。提示:所得溶质为NaClO,杀菌消毒。(2)用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2溶液作电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,能否在铁上镀锌?提示:可以。用Zn作阳极,Fe作阴极,ZnCl2溶液作电解质溶液,由于放电顺序受浓度等外界条件的影响,在此条件下,放电顺序Zn2+>H+,可以在铁上镀锌。3.做一做KIO3也可采用“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)电解液是KOH溶液,阴极的电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑。(2)电解过程中阳极的电极反应式为I-+6OH--6e-IO3-+3H2O。阳极的K+通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。答案:(1)2H2O+2e-2OH-+H2↑(2)K+由电极a到电极b电解原理的常规应用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+<Ni2+<Cu2+)(D)A.阳极发生还原反应,其电极反应式为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:阴极发生还原反应,阳极发生氧化反应,故A错误;电解过程中,阳极失电子的有Fe、Zn以及阳极溶解的Cu、Pt,阴极析出的是镍,依据得失电子守恒,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等,故B错误;电解后,溶液中存在的阳离子有H+、Fe2+、Zn2+、Ni2+,故C错误;粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质作阳极,氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+,铜和铂不失电子,沉降在电解池底部形成阳极泥,电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt,故D正确。2.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2HSO4--2e-S2O82A.阴极电极反应式为Pb+HSO4--2e-PbSO4+HB.阳极反应中S的化合价升高C.S2O8D.可以用铜电极作阳极解析:Na2S2O8的结构为,由此结构可以判断出S2O82-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HSO4-中O失去电子,S未变价;阴极电极反应式为2H++2e-H2↑;若用铜电极作阳极,则阳极反应式为Cu-2e-Cu电解原理的拓展应用3.(双选)SO2和NOx是主要大气污染物,利用如图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(AD)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2mol电子时,通过阳离子交换膜的H+为2molC.吸收池中发生反应的离子方程式为2NO+2S2O42-+2H2ON2D.阳极的电极反应式为SO2+2e-+2H2OSO42-解析:A项,由图可知,在a极HSO3-得电子生成S2O42-2H+S2O42-+2H2O,阴极得到2mol电子时,通过阳离子交换膜的H2mol,正确;C项,吸收池中S2O42-与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO3-,离子方程式为2NO+2S2O42-+2H2ON2+4HSO3-,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-4.(2021·广东新高考适应性考试,3)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒,一种制备方法为:使用情性电极电解KCl溶液,用Cl-交换膜将电解液分为阴极区和阳极区,其中一区持续通入乙烯;电解结束,移出交换膜,两区混合反应:HOCH2CH2Cl+OH-Cl-+H2O+C2H4O。下列说法错误的是(A)A.乙烯应通入阴极区B.移出交换膜前存在反应Cl2+H2OHCl+HClOC.使用Cl-交换膜阻止OH-通过,可使Cl2生成区的pH逐渐减小D.制备过程的总反应为H2CCH2+H2OH2↑+C2H4O解析:根据HOCH2CH2Cl+OH-Cl-+H2O+C2H4O,生成OH-的电极发生的反应是溶液中H2O电离产生的H+得电子生成H2,故该电极为阴极,所以通入CH2CH2的电极为阳极,A错误;在阳极Cl-失电子生成Cl2,Cl2与H2O反应生成HCl和HClO,B正确;Cl-交换膜阻止OH-通过,避免OH-与阳极区的H+反应,C正确;阳极反应式为CH2CH2+2Cl-+H2O-2e-HOCH2CH2Cl+HCl,阴极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,结合HOCH2CH2Cl+OH-Cl-+H2O+C2H4O,则制备过程总反应为H2CCH2+H2OH2↑+C2H4O,D正确。5.(2021·山东潍坊三模)将电化学法和生物还原法有机结合,利用微生物电化学方法生产甲烷,装置如图所示。下列说法错误的是(C)A.离子交换膜可允许H+通过B.通电时,电流的方向:a→电子导体→离子导体→电子导体→bC.阳极的电极反应式为CH3COO-+2H2O-6e-2CO2↑+7H+D.生成0.1molCH4时阳极室中理论上生成CO2的体积是4.48L(STP)解析:由图示知,阳极反应产生H+,阴极反应消耗H+,故H+通过离子交换膜由阳极移向阴极,A正确;该装置中电子的移动方向为电源负极(b)→电解池阴极,电解池阳极→电源正极(a),故电流方向为电源正极(a)→外电路(电子导体)→电解质溶液(离子导体)→外电路(电子导体)→电源负极(b),形成闭合回路,B正确;由分析知,左池为阳极,初步确定电极反应式为CH3COO--8e-2CO2↑,根据图示知可添加H+配平电荷守恒,添加H2O配平元素守恒,得完整电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O2CO2↑+7H+,C错误;由图示知,右池生成的CO2转化为CH4,根据转移电子关系CH4～8e-,生成0.1molCH4转移0.8mol电子,由C选项知,CO2～4e-,故n(CO2)=0.8mol4=0.2mol,故V(CO2)=0.2mol×金属的腐蚀与防护1.金属的腐蚀(1)金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子,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其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应不纯的金属与电解质溶液接触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现象比化学腐蚀现象更为常见,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)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+2H2O2Fe(OH)2联系吸氧腐蚀更普遍钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀,铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3,2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。2.金属的防护(1)电化学防护(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。[理解辨析]1.判一判(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)所有金属纯度越大,越不易被腐蚀。()(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。()(3)干燥环境下,所有金属都不能被腐蚀。()(4)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。()解析:(1)若金属中含其他活泼性更强的金属,可以形成原电池保护原金属。(2)纯银器表面变黑发生的是化学腐蚀,钢铁表面生锈发生的是电化学腐蚀。(3)干燥环境下,金属可发生化学腐蚀。(4)水膜酸性较强时,钢铁发生析氢腐蚀。答案:(1)×(2)×(3)×(4)×2.想一想(1)根据所学知识判断:Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物吗?提示:不是。Cu在潮湿的空气中腐蚀生成碱式碳酸铜。(2)牺牲阳极的阴极保护法是利用的电解原理对金属进行的防护吗?提示:不是。是利用了原电池原理。3.做一做实验探究(如图所示)(1)若棉团浸有NH4Cl溶液,铁钉发生腐蚀,正极反应式为,右试管中现象是。

(2)若棉团浸有NaCl溶液,铁钉发生腐蚀,正极反应式为,右试管中现象是。

答案:(1)析氢2H++2e-H2↑有气泡冒出(2)吸氧O2+4e-+2H2O4OH-导管内液面上升1.(2021·广东梅州质检)电化学腐蚀与防护一直是科研人员的研究热点。下列方法正确的是(B)A.为保护水库的钢铁闸门,常将闸门与电源正极相连B.与铜质水龙头连接处的钢质水管易生铁锈C.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀D.当搪瓷杯的搪瓷层破损后,仍能防止铁生锈解析:钢铁与原电池的正极相连作阳极被腐蚀,为保护水库的钢铁闸门,常将闸门与电源负极相连,故A错误;铁、铜构成原电池,铁为负极被腐蚀,所以与铜质水龙头连接处的钢质水管易生铁锈,故B正确;钢柱在水下部分由于空气含量低,所以比在空气与水交界处更不容易腐蚀,故C错误;当搪瓷杯的搪瓷层破损后,与空气接触,容易发生腐蚀而生锈,故D错误。2.(双选)(2021·河北张家口三模)在缺乏氧气的深层潮湿土壤中存在的硫酸盐还原菌,会附着在钢管表面促进钢铁的腐蚀,这个过程被称为厌氧腐蚀,其反应原理如图所示,下列说法正确的是(AB)A.厌氧腐蚀属于电化学腐蚀B.负极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+C.每生成1molFeS,最终转移的电子数为2NAD.镀锌或铜的钢管破损后均会加快钢管的腐蚀解析:钢管中含有碳元素,铁、C与潮湿的土壤形成原电池,则厌氧腐蚀属于电化学腐蚀,A正确;根据题图可知,负极铁失电子生成亚铁离子,电极反应式为Fe-2e-Fe2+,B正确;硫酸根离子变为硫离子时,转移8个电子,则每生成1molFeS,最终转移的电子数为8NA,C错误;镀锌的钢管破损后锌比铁活泼,锌作负极,保护铁不被腐蚀,而铜比铁活泼性差,作正极,会加快钢管的腐蚀,D错误。3.(双选)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(BC)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MC.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: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作负极,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。金属腐蚀的一般规律(1)在同一电解质溶液中,金属腐蚀的速率快慢:电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。(2)在原电池中,电解质溶液相同时,两极的活泼性差别越大,负极金属越易被腐蚀,如ZnCu(H2SO4)中的Zn比Zn-Fe(H2SO4)中的Zn腐蚀快。(3)由相同正、负极构成的原电池(如Fe-Cu原电池)①电解质的氧化能力越强,负极金属越易被腐蚀。如Fe在不同电解质溶液中的腐蚀速率是CuSO4溶液>稀H2SO4>NaCl溶液。②电解质中起氧化作用的离子相同时,该离子浓度越大,负极金属腐蚀速率越快。如腐蚀速率:1mol·L-1盐酸>0.1mol·L-1盐酸>0.1mol·L-1醋酸>海水(起氧化作用的H+浓度逐渐减小)。1.(2020·山东卷,13)采用惰性电极,以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响,下列说法错误的是(D)A.阳极反应2H2O-4e-4H++O2↑B.电解一段时间后,阳极室的pH未变C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移D.电解一段时间后,a极生成的O2与b极反应的O2等量解析:分析可知a极是阳极,属于放氧生酸性型的电解,所以阳极的反应式是2H2O-4e-4H++O2↑,故A正确;电解时阳极产生氢离子,氢离子是阳离子,通过质子交换膜移向阴极,所以电解一段时间后,阳极室的pH不变,故B正确;由B的分析可知,H+由a极区向b极区迁移,故C正确;电解时,阳极的反应为2H2O-4e-4H++O2↑,阴极的反应为O2+2e-+2H+H2O2,总反应为O2+2H2O2H2O2,要消耗氧气,即a极生成的氧气小于b极消耗的氧气,故D错误。2.(2021·广东卷,16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(D)A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+解析:A.由图可知,该装置为电解池,石墨电极为阳极,放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动,使Ⅱ室中氢离子浓度增大,溶液pH减小,错误;B.阴极生成1mol钴,阳极有1mol水放电,生成O2和H+,放电生成的H+根据电中性原则,向Ⅱ室移动,则Ⅰ室溶液质量减少18g,错误;C.若移除离子交换膜,氯离子的放电能力强于水,氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,则移除离子交换膜,石墨电极的电极反应会发生变化,错误;D.电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,正确。3.(2020·江苏卷,11)将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是(C)A.阴极的电极反应式为Fe-2e-Fe2+B.金属M的活动性比Fe的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快解析:阴极的钢铁设施实际作原电池的正极,正极金属被保护不失电子,故A错误;阳极金属M实际为原电池装置的负极,电子流出,原电池中负极金属比正极的活泼,因此金属M的活动性比Fe的活动性强,故B错误;金属M失电子,电子经导线流入钢铁设施,从而使钢铁设施表面积累大量电子,自身金属不再失电子从而被保护,故C正确;海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度,离子浓度越大,溶液的导电性越强,因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中的快,故D错误。4.(2021·全国乙卷,12)沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。下列叙述错误的是(D)A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理解析:阳极区海水中的Cl-会优先失去电子生成Cl2,发生氧化反应,A正确;设置的装置为电解池,根据分析知,阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH-在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O,其中NaClO具有强氧化性,可氧化灭杀附着的生物,B正确;因为H2是易燃性气体,所以阴极区生成的H2需及时通风稀释,安全地排入大气,以排除安全隐患,C正确;阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,会使海水中的Mg2+沉淀积垢,所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢,需定期清理,D错误。5.(2021·湖南卷,16节选)氨气中氢含量高,是一种优良的小分子储氢载体,且安全、易储运,可通过氨电解法制氢气。利用电解原理,将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。(1)电解过程中OH-的移动方向为(填“从左往右”或“从右往左”)。

(2)阳极的电极反应式为。

解析:(1)由图可知,通NH3的一极氮元素化合价升高,发生氧化反应,为电解池的阳极,则另一电极为阴极,电解过程中OH-移向阳极,则从右往左移动。(2)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2,结合碱性条件,电极反应式为2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O。答案:(1)从右往左(2)2NH3-6e-+6OH-N2+6H2O题号知识易中难电解原理及装置分析3,4电解原理的应用56,7,8金属腐蚀与防腐12综合应用9一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1.在一块表面无锈的铁片上滴食盐水,放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式为2Fe+2H2O+O22Fe(OH)2,Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3,再在一定条件下脱水生成铁锈,其原理如图所示。下列说法正确的是(D)A.铁片发生还原反应而被腐蚀B.铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀C.铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应:2H2O+O2+4e-4OH-D.铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池,发生了电化学腐蚀解析:结合题图知Fe失电子,化合价升高,被氧化发生氧化反应,A项错误;铁锈结构疏松,不能保护内层金属,B项错误;铁片腐蚀时,Fe作负极,发生氧化反应,电极反应为Fe-2e-Fe2+,C项错误;铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液,D项正确。2.研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是(C)A.用装置①模拟研究时未见a上有气泡,说明铁没有被腐蚀B.②中桥墩与外加电源正极连接,能确保桥墩不被腐蚀C.③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩D.①②③中海水均是实现化学能与电能相互转化的电解质解析:装置①是吸氧腐蚀,a极是氧气得电子生成氢氧根离子,而铁是负极,发生氧化反应,生成亚铁离子,铁被腐蚀,A项错误;金属作电解池的阴极时被保护,而桥墩与电源正极相连,是阳极,发生氧化反应,B项错误;锌比铁活泼,锌失电子,所以③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩,C项正确;海水是混合物,既不是电解质,也不是非电解质,D项错误。3.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验,则下表中各项所列对应关系均正确的一项是(C)选项X极实验前U形管中液体通电后现象及结论A正极Na2SO4溶液U形管两端滴入酚酞后,a管中呈红色B正极AgNO3溶液b管中电极反应式是4OH--4e-O2↑+2H2OC负极CuCl2溶液b管中有气体逸出D负极NaOH溶液溶液pH降低解析:电解Na2SO4溶液时,阳极上是OH-发生失电子的氧化反应,即a管中OH-放电,酸性增强,酚酞遇酸不变色,即a管中为无色,A错误;电解AgNO3溶液时,阴极上是Ag+得电子发生还原反应,即b管中电极反应是析出金属Ag的反应,B错误;电解CuCl2溶液时,阳极上是Cl-失电子发生氧化反应,即b管中Cl-放电,产生Cl2,C正确;电解NaOH溶液时,阴极上是H+放电,阳极上是OH-放电,实际上电解的是水,导致NaOH溶液的浓度增大,碱性增强,pH升高,D错误。4.在不同电压下,用惰性电极电解饱和NaCl溶液制备少量NaClO,实验结果如下:实验①②③电压U1U2U3现象a极产生少量气泡,b极无明显气泡a极产生较多气泡,b极产生少量气泡a极产生大量气泡,b极逸出大量黄绿色气体下列分析不正确的是(C)A.①②③中,a极均发生了还原反应B.①②③中均能发生Cl2+2NaOHNaCl+NaClO+H2OC.电解时,OH-由b极向a极移动D.不宜采用实验③的电压制备NaClO解析:实验①～③中a极是阴极,均发生还原反应,A正确;实验①～③中,b极是阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,阴极反应产生NaOH,Cl2与NaOH反应生成NaCl、NaClO和H2O,B正确;电解时,阴离子向阳极移动,则OH-由a极向b极移动,C不正确;实验③中产生大量黄绿色气体,说明电解速率过快,产生的Cl2并未与NaOH反应,故不宜采用该实验的电压制备NaClO,D正确。5.(2021·四川成都联考)一种利用LiCl、Li2CO3制备金属锂的装置如图所示。下列说法正确的是(C)A.电极M应与电源的正极相连,得到电子发生氧化反应B.每产生22.4LCl2,将有2molLi+通过隔膜C.隔膜右电极室每产生1.4gLi,消耗7.4gLi2CO3D.电解过程中,需要不断补充LiCl解析:电极M为阳极,与电源正极相连,失去电子发生氧化反应,故A错误;未指明温度和压强,无法确定22.4L氯气的物质的量,故B错误;1.4gLi的物质的量为0.2mol,反应过程中电极N上Li++e-Li,生成0.2molLi时转移0.2mol电子,左侧发生反应2Li2CO3+2Cl24LiCl+2CO2+O2↑,可知消耗2molLi2CO3时转移4mol电子,则转移0.2mol电子时消耗0.1mol碳酸锂,质量为0.1mol×74g·mol-1=7.4g,故C正确;隔膜右侧消耗锂离子的同时不断补充锂离子,不消耗LiCl,左侧LiCl为碳酸锂和氯气的反应产物,所以也不需要补充LiCl,故D错误。二、选择题(每小题有一个或两个选项符合题意)6.科学家提出利用离子交换膜组合工艺将电解制备金属锰和二氧化锰工艺联用,实现同步制备金属锰和二氧化锰并回收硫酸的目的,工艺原理如图所示,下列有关说法中错误的是(A)A.阴极的电极反应式为Mn2++2H2O-2e-MnO2+4H+B.左侧为阳离子交换膜C.右侧电解液含有MnSO4和(NH4)2SO4,可以防止产生Mn(OH)2并提高溶液导电性D.实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液解析:根据电解装置可知,阴极的氢离子得电子发生还原反应,A错误;根据电解装置可知,H+从左侧迁移到中间室,左侧为阳离子交换膜,B正确;右侧电解液含有MnSO4和(NH4)2SO4,可以防止产生Mn(OH)2并提高溶液导电性,C正确;Cl-还原性强,在阳极放电产生氯气,故实际生产中不能用氯化锰溶液代替硫酸锰溶液,D正确。7.(2021·山东泰安模拟)我国科学家在利用电解法合成高纯度有机产品的研究上有重大突破。其中在酸性环境中电解糠醛()制备有机产品的原理示意图如图所示。下列说法正确的是(AB)A.交换膜适宜选用质子交换膜B.N极电势高于M极电势C.N极上发生的电极反应包括D.电路上每通过1mole-,理论上生成1mol解析:右侧发生反应,产生氢离子