第6章第3节电解池及其工作原理-【创新教程】2025年高考化学总复习大一轮课件PPT（人教多选版）

2024-09-13

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第三节　电解池及其工作原理第六章化学反应与能量下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）知识梳理层级突破 01 感悟真题高考探究 02 课时作业 03 高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）知识梳理层级突破下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）感悟真题高考探究下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）课后作业点击进入WORD链接下一页上一页返回导航第六章化学反应与能量高考总复习化学（新教材）课程标准 1.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池 2．认识电解池在实现物质转化和储存能量中的具体应用 3．认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用核心素养(教师用书独具) 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．科学态度与社会责任：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考点一　电解原理一、电解和电解池 1．电解：使　电流　通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴极、阳极引起的　氧化还原　的过程。 2．电解池：　电能　转化为　化学能　的装置。 3．电解池的构成 (1)有与　电源　相连的两个电极。 (2)　电解质溶液　(或　熔融电解质　)。 (3)形成　闭合回路　。二、电解池的工作原理 1．工作原理 2．电子和离子的移动方向三、阴、阳两极上放电顺序 1．阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序： eq \o(――――――――――――――――――――――――――――――――――――→,\s\up20(K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋、Sn2＋、Pb2＋、H＋、Cu2＋、Fe3＋、Ag＋),\s\do18(放电由难到易)) 2.阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，放电顺序为 eq \o(――――――――――――――――――――――――――――→,\s\up20(S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根离子NO\o\al(－,3)、SO\o\al(2－,4)、CO\o\al(2－,3)、F－),\s\do18(放电由易到难)) 注意：①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。②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。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。四、用惰性电极电解电解质溶液的规律类型实例电极反应特点或反应式电解产物溶液pH 变化溶液复原电解水型含氧酸 H2SO4 溶液中的H＋和OH－分别在阴阳两极放电：阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；若是酸　4H＋＋4e－===2H2↑　；阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑；若是碱　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　 H2、O2 　减小　　水　强碱 NaOH 　增大　活泼金属的含氧酸盐 KNO3 　不变　电解电解质型无氧酸 (氢氟酸除外) HCl 电解质电离的阴阳离子分别在两极放电：阳极：　2Cl－－2e－===Cl2↑　 H2、Cl2 　增大　　HCl　不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 Cu、Cl2 　CuCl2　放氢生碱型活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阴极水电离的H＋放电，阳极电解质电离的阴离子放电阴极：　H2　阳极：　Cl2　　增大　　HCl　放氧生酸型不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极水电离的OH－放电，阴极电解质电离的阳离子放电阴极：　Ag＋＋e－===Ag　阴极：Ag 阳极：　O2　　减小　　Ag2O　 [微点拨]　电解质溶液的复原若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“出什么加什么”，即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物的原则。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若要使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)任何化学反应都可以设计成原电池( × ) (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)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CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色( × ) (5)电解盐酸、硫酸溶液等，H＋放电，溶液的pH逐渐增大( × ) (6)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应( × ) (7)电解足量硫酸铜溶液一段时间，为复原可加适量Cu(OH)2( × ) (8)用铁做电极电解饱和食盐水时，阳极上Cl－失电子变为Cl2( × ) 2．(2023·北京卷)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NOeq \o\al(－,3)等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。 ①电极b是电解池的__________极。 ②电解过程中生成尿素的电极反应式是__________________。解析：①电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应，是电解池的阳极。②a极硝酸根离子得电子转化为尿素，再结合酸性环境可分析出电极反应式为2NOeq \o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。答案：①阳　②2NOeq \o\al(－,3)＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O ◆[题组1]　电解规律及电极产物的判断　 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(　　) A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2 B．KCl　Na2SO4　CuSO4 C．CaCl2　KOH　NaNO3 D．HCl　HNO3　K2SO4 解析：B　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 CuSO4、AgNO3、Cu(NO3)2 降低放H2生碱型 KCl、CaCl2 升高电解电解质型 CuCl2 HCl 升高电解H2O型 NaNO3、Na2SO4、K2SO4 不变 KOH 升高 HNO3 降低 2.(2024·通化市五中高三开学考)一种生物电化学方法脱除水体中NHeq \o\al(＋,4)的原理如图所示：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：B　[A.该反应为电解装置，将电能转化为化学能，错误；B.a极发生反应之一：NHeq \o\al(＋,4)－6e－＋2H2O===NOeq \o\al(－,2)＋8H＋，c(H＋)增大，正确；C.温度升高，细菌蛋白质变性，NHeq \o\al(＋,4)脱除率减小，错误；D.b极发生反应之一为：2NOeq \o\al(－,3)＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，错误。] ◆[题组2]　得失电子守恒在电化学计算中的应用　 3．(2024·镇江一中高三开学考)我国科学家设计了一种利用废水中的Cr2Oeq \o\al(2－,7)将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池—电解池组合装置(如图)，实现了发电、环保二位一体。已知：羟基自由基(·OH)的氧化性仅次于氟气。下列说法正确的是(　　) A．电子转移方向：c电极→导线→b电极 B．d电极的电极反应为H2O＋e－===·OH＋H＋ C．右侧装置中，c、d两电极产生气体的体积比(相同条件下)为7∶3 D．若a电极上有1 mol Cr2Oeq \o\al(2－,7)参与反应，理论上NaCl溶液中有6 mol Cl－通过阴离子膜进入a电极区溶液解析：C　[该装置是利用废水中的Cr2Oeq \o\al(2－,7)将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池—电解池组合装置，左侧为原电池，右侧为电解池，a电极发生还原反应，为正极，b电极发生氧化反应，为负极，则c电极为阴极，d电极为阳极，据此分析解答。A.左侧装置是原电池，右侧装置是电解池，原电池中，a电极是正极，b电极为负极。电解池中，c电极是阴极，d电极是阳极。电子转移方向：b电极→导线→c电极，故A错误；B.根据图示可知，d电极的电极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，故B错误；C.c电极的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，每转移2 mol电子， c电极上产生1 mol气体。d电极的电极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，羟基自由基(·OH)的氧化性仅次于氟气，苯酚被羟基自由基氧化的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，每转移2 mol电子，d电极上产生eq \f(6,28)×2 mol＝eq \f(3,7) mol气体。c、d两电极产生气体的体积比(相同条件下)为7∶3，故C正确；D.a电极的电极反应为Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋6e－＋7H2O===2Cr(OH)3↓＋8OH－，若a电极上有1 mol Cr2Oeq \o\al(2－,7)参与反应，理论上有6 mol OH－从a电极区溶液通过阴离子膜进入NaCl溶液，故D错误。] 4．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \o\al(－,3))＝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．原混合溶液中c(K＋)为0.2 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Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1 解析：A　[石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol e－，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol e－，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol e－，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq \o\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq \o\al(－,3))，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。] 　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)根据得失电子守恒计算 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定律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： 4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～ 4Ag 　　　阳极产物　　　　　　　阴极产物 ◆[题组3]　电极反应式的书写与判断　 5．按要求书写电极反应式和总反应方程式： (1)用惰性电极电解AgNO3溶液：阳极反应式： ___________________________________；阴极反应式： ___________________________________________；总反应离子方程式： ______________________________________。 (2)用铜作电极电解盐酸阳极反应式____________________________________________；阴极反应式____________________________________________；总反应离子方程式______________________________________。 (3)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式： ______________________________________；阴极反应式： _______________________________________；总反应离子方程式： _______________________________________。 (4)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： _____________________________________________；总反应化学方程式： ______________________________________。答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ Ag＋＋e－===Ag 4Ag＋＋2H2Oeq \o(=====,\s\up20(电解))4Ag＋O2↑＋4H＋ (2)Cu－2e－===Cu2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ Cu＋2H＋eq \o(=====,\s\up20(电解))Cu2＋＋H2↑ (3)Al－3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Al＋6H2O＋2OH－eq \o(=====,\s\up20(电解),\s\do18(　))2[Al(OH)4]－＋3H2↑ (4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　2H＋＋2e－===H2↑　2Al＋3H2Oeq \o(=====,\s\up20(电解),\s\do18(　))Al2O3＋3H2↑ 6．(2024·华东师大附中高三开学考)工业生产中涉及某些气态化合物是重要的化工原料，如SO2、NH3等有害气体，不能直接排放到大气中，但可以根据它们的性质避害趋利，用来制备多种重要的化学试剂。其中SO2－空气燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，某实验小组用该燃料电池作电源探究氯碱工业和粗铜精炼的原理，装置示意图如图： (1)b极的电极反应式为______；Fe电极反应式为______。 (2)甲装置每消耗32 g SO2，溶液中通过质子交换膜的n(H＋)为______mol，如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中c(Cu2＋)______(填“增大”“减小”或“不变”)。 (3)为了测定空气中SO2的含量，将空气样品通入盛有400 mL 0.1 mol/L酸性KMnO4溶液的密闭容器中，若管道中空气流量为a L/min，经过8 min溶液恰好褪色，假定样品中SO2被充分吸收，该空气样品中SO2的含量为______g/L(假设空气中其他气体不与酸性KMnO4溶液反应)。解析：甲装置通入SO2、O2，甲为原电池，二氧化硫发生氧化反应生成硫酸，氧气发生还原反应生成水，a为负极、b为正极；乙、丙与电源连接，乙、丙为电解池。 (1)b极是原电池的正极，氧气得电子生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O；Fe与电源负极相连，为电解池阴极，Fe电极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－； (2)甲装置a极二氧化硫发生氧化反应生成硫酸，每消耗32 g SO2，电路中转移1 mol电子，根据电荷守恒，溶液中通过质子交换膜的n(H＋)＝1 mol；丙装置为电解法精炼铜，如果粗铜中含有锌、银等杂质，c(Cu2＋)减小。 (3)将空气样品通入盛有400 mL 0.1 mol/L酸性KMnO4溶液的密闭容器中，若管道中空气流量为a L/min，经过8 min溶液恰好褪色，发生反应5SO2＋2MnOeq \o\al(－,4)＋2H2O===5SOeq \o\al(2－,4)＋2Mn2＋＋4H＋，则反应消耗二氧化硫的物质的量为0.4 L×0.1 mol/L×eq \f(5,2)＝0.1 mol，假定样品中SO2被充分吸收，该空气样品中SO2的含量为eq \f(0.1 mol×64 g/mol,a L/min×8 min)＝eq \f(0.8,a)g/L。答案：(1)O2＋4H＋＋4e－===2H2O　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ (2)1　减小　(3)0.8/a 　做到“三看”，正确书写电极反应式 (1)一看电极材料，若是金属(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，就是金属的电冶炼。考点二　电解池原理的应用一、电解饱和食盐水 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．总反应方程式 2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up20(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；离子方程式： 2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up20(电解))2OH－＋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。 (2)a、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　。 4．应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。二、电镀和电解精炼铜电镀铜电解精炼铜示意图电极材料阳极：镀层金属铜阴极：待镀金属铁阳极：　粗　铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质) 阴极：纯铜电极反应阳极　Cu－2e－===Cu2＋　 Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、　Cu－2e－===Cu2＋　阴极 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度　不变　 CuSO4溶液的浓度　变小　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　阳极泥　三、电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。电解冶炼冶炼钠冶炼铝电极反应阳极：　2Cl－－2e－===Cl2↑　阴极：　Na＋＋e－===Na　阳极：　2O2－－4e－===O2↑　阴极：Al3＋＋3e－===Al 总反应　2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up20(电解))2Na＋Cl2↑　　2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up20(电解),\s\do18(冰晶石))4Al＋3O2↑　电镀过程中，溶液中离子浓度不变，电解精炼铜时，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上Cu2＋被还原，所以电解精炼过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)(2023·辽宁卷)冶炼镁：2MgO(熔融)eq \o(=====,\s\up20(电解),\s\do18(　))2Mg＋O2↑( × ) (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( × ) (4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变( × ) (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( √ ) (7)粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol电子，阳极减少64 g( × ) (8)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌( × ) 2．(2023·浙江6月)氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是(　　) A．电极A接电源正极，发生氧化反应 B．电极B的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液 D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗解析：B　[A.电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；B.电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；C.右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；D.改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。] ◆[题组1]　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＋)(　　) A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni B．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：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．(2024·开封市二十五中高三质检)环己烷()是一种重要的有机溶剂。一种以苯()为原料电化学合成环己烷的装置如图(M、N均为Pt电极)所示。下列说法错误的是(　　) A．b为直流电源的正极 B．电解一段时间后阳极区溶液中c(H＋)增大 C．M极的电极反应式为＋6e－＋6H＋=== D．若N极产生2.24 L(标准状况)气体，则电路中转移0.2 mol电子解析：D　[由图可知，在左侧苯中碳的化合价降低，则M为阴极，N为阳极，则a为负极，b为正极，以此解题。A.由苯生成环己烷可知，其中碳的化合价降低，则M极为阴极，N极为阳极，则b为电源的正极，A项正确；B.阳极电解水，生成O2，H＋移向M极，HClO4浓度增大，c(H＋)增大，B项正确；C.M极发生还原反应，其电极反应式为＋6e－＋6H＋===，C项正确；D.N极产生的是O2，产生2.24 L(标准状况)O2，转移0.4 mol电子，D项错误。] ◆[题组2]　应用电解原理制备新物质　 3．(2024·河南九师联盟高三开学考)中学阶段介绍的应用电解法制备的金属主要有钠、镁、铝。下列关于这三种金属工业制备方法的说法正确的是(　　) A．电解法制金属钠的阳极反应式：Na＋＋e－===Na B．工业上电解氯化铝生产铝，阴极反应式：Al3＋＋3e－===Al C．工业上电解氯化镁溶液生产镁，阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑ D．金属钠的冶炼和氯碱工业都用到了NaCl，在电解时它们的阳极都是Cl－失电子解析：D　[电解法制金属钠时，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应式为Na＋＋e－===Na，A项错误；工业上电解熔融Al2O3生产铝，B项错误；工业上电解熔融氯化镁生产镁，C项错误。] 4．(2024·漳州市华安一中开学考)LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室膜电解法制备氢氧化锂，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A．X极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应 C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜 D．每转移2 mol电子，理论上生成52 g LiOH 解析：A　[该电解池实质是电解水，根据图知：X极导出的是硫酸，则X极应为水电离出的OH－放电，则X极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，气体1为O2。Y极导出的LiOH，则Y极是水电离出的氢离子放电生成H2和OH－，则Y为电解池的阴极，气体2为H2，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；据此分析解答。A.根据分析，X极上水电离产生的OH－失去电子发生氧化反应产生O2，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A正确；B.根据分析，X极为阳极，所以a极为正极，b极为负极，则Y极为阴极，发生还原反应，B错误； C.根据分析，X极为阳极，导出的是硫酸，则SOeq \o\al(2－,4)向阳极移动，膜1为阴离子交换膜，Y极为阴极，导出的LiOH，则Li＋向阴极移动，膜2为阳离子交换膜，C错误；D.Y极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，每转移2 mol电子，理论上有2 mol Li＋向Y极迁移形成2 mol LiOH，其质量是48 g，D错误。] ◆[题组3]　应用电解原理治理污染　 5．(2024·绵阳高三开学考)利用如图所示装置可以除去尾气中的H2S，其中电化学膜的主要材料是碳和熔融的碳酸盐。下列说法错误的是(　　) A．经过处理所得的净化气可以直接排放 B．a电极为阴极，发生还原反应 C．b电极通入N2的目的是将生成的S2从电极表面及时带出 D．由净化气中CO2含量明显增加可知，尾气处理过程中电化学膜有损耗，需定期更换解析：A　[A项，根据图示可知：在a电极上H2S得到电子变为H2，随净化后的空气逸出，由于H2是可燃性气体，直接排放可能会造成爆炸等事故的发生，因此要经处理后再排放，A错误；B项，在a电极上H2S得到电子被还原为H2，所以a电极为阴极，发生还原反应，B正确；C项，b电极为阳极，S2－失去电子发生氧化反应变为S2，通入N2的目的是将生成的S2从电极表面及时带出，防止其在电极上附着，C正确；D项，净化气中CO2含量明显增加，不是电化学膜中的碳被氧化，而是H2S是酸性气体，与电化学膜中的碳酸盐反应产生的，因此电化学膜有损耗，需定期更换，D正确。] 6．(2023·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(－,3)的水解程度大于HCOeq \o\al(－,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SO2 D．装置b中的总反应为SOeq \o\al(2－,3)＋CO2＋H2Oeq \o(=====,\s\up20(电解),\s\do18(　))HCOOH＋SOeq \o\al(2－,4) 解析：C　[A.SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；B.装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCOeq \o\al(－,3)的水解程度大于电离程度，故B正确；C.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；D.由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为SOeq \o\al(2－,3)＋CO2＋H2Oeq \o(=====,\s\up20(电解),\s\do18(　))HCOOH＋SOeq \o\al(2－,4)，故D正确。] 7．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)。 (1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。 (2)SOeq \o\al(2－,3)放电的电极反应式为________。 (3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因 ________________________________________________。解析：根据Na＋、SOeq \o\al(2－,3)的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为阳极：SOeq \o\al(2－,3)－2e－＋H2O===SOeq \o\al(2－,4)＋2H＋，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋)减小，c(OH－)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。答案：(1)负　硫酸 (2)SOeq \o\al(2－,3)－2e－＋H2O===SOeq \o\al(2－,4)＋2H＋ (3)H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强考点三　金属的腐蚀及防护一、金属腐蚀 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＋2H2O===2Fe(OH)2 联系　吸氧腐蚀　更普遍铁锈的形成：　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O　===4Fe(OH)3， 2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。二、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．电化学防护牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理负极比被保护金属活泼的金属正极被保护的金属设备外加电流的阴极保护法 ——电解原理阴极被保护的金属设备阳极惰性金属 1．易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)(2023·重庆卷)装置能保护铁件( × ) (2)Al、Fe、Cu在潮湿空气中腐蚀均生成氧化物( × ) (3)铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀( × ) (4)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比镀铜前更容易生锈( √ ) (5)用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈( √ ) (6)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( × ) (7)外加电流保护法是将被保护金属接在直流电源的正极( × ) (8)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阴极保护法( × ) 2．(2022·广东卷)为检验牺牲阳极的阴极保护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：D　[镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀，则将其放入到酸化的3% NaCl溶液中，会构成原电池，由于锌比铁活泼，作原电池的负极，而铁片作正极，溶液中破损的位置会变大，铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气，溶液中会有亚铁离子生成，据此分析解答。A.氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；B.淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质和碘化钾发生反应，故B不符合题意；C.KSCN溶液可检测铁离子的存在，上述现象中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；D.K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2＋的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。] 　根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。 ◆[题组1]　金属腐蚀的原理　 1．(2024·湖南九校联盟高三联考)某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护，下列说法不正确的是(　　) A．③区电极电势Cu高于Fe B．①区Fe电极和③区Fe电极反应均为Fe－2e－===Fe2＋ C．②区Zn电极和④区Cu电极反应均为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．②区Fe电极和④区Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，均会出现蓝色沉淀解析：B　[由图可知，①区和③区为原电池，②区和④区构成电解池，①区中锌为负极、铁为正极，③区中铁为负极、铜为正极，②区中与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、锌为阴极，④区中与直流电源正极相连的铁为电解池的阳极、铜为阴极。A.由分析可知，③区中铁为负极、铜为正极，则③区电极电势正极铜高于负极铁，故A正确；B.由分析可知，①区中铁为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故B错误；C.由分析可知，②区锌电极和④区铜电极均为电解池的阴极，电极反应式均为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故C正确；D.由分析可知，②区铁电极和④区铁电极均为电解池的阳极，电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋，放电生成的亚铁离子均能与铁氰化钾溶液反应生成蓝色沉淀，故D正确。] 2．(2024·浙江宁波模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是(　　) pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢较快慢较快主要产物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeOeq \o\al(－,2) A.在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O B．在pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀 C．在pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀 D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓解析：A　[A项，pH＞14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH＜4溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；C项，pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。] ◆[题组2]　金属腐蚀快慢比较　 3．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　) A．②①③④⑤⑥　　　 B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ 解析：C　[②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀的速率较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀速率。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。] 4．(1)铁及其化合物与生产、生活关系密切。如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。 ①该电化学腐蚀称为________。 ②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是________(填字母)。 (2)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是________。 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腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的解析：(1)①金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，生成的铁锈越多。 (2)A项：插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气和电解质溶液接触，易发生吸氧腐蚀；B项：开关由M改置于N时，Zn作负极，CuZn合金作正极，合金受到保护；C项：接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成；D项：ZnMnO2干电池中自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。答案：(1)①吸氧腐蚀　②B　(2)B 　电化学腐蚀规律 1．对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液＞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．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，腐蚀的快慢为：外加电流保护法防腐＜牺牲阳极保护法防腐＜有一般防护条件的防腐＜无防护条件的防腐。 ◆[题组3]　金属腐蚀防护措施的设计与选择　 5．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(　　) 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为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．交界处发生的反应为4Fe2＋＋O2＋10H2O===4Fe(OH)3＋8H＋解析：D　[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。] 6．(2024·重庆巴蜀中学质检)下列有关钢铁的电化学腐蚀及防护描述正确的是(　　) A．可利用如图装置保护钢闸门 B．镀层破坏后，白铁(镀锌铁)比马口铁(镀锡铁)的腐蚀速率更快 C．阴极保护法中的牺牲阳极法和外加电流法都要采用辅助阳极，两种方法中的辅助阳极上发生的电极反应类型相同 D．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为： Fe－3e－===Fe3＋解析：C　[A.该装置为电解池，钢闸门连接电源正极做电解池的阳极，铁失电子生成亚铁离子，加速腐蚀，不能保护钢闸门，A错误；B.镀层破坏后，白铁(镀锌铁)中锌的活泼性比铁的强，铁做正极被保护，马口铁(镀锡铁)中铁的活泼性比锡强，铁做负极被腐蚀，则马口铁的腐蚀速率更快，B错误；C.牺牲阳极法是原电池原理，将被保护的金属作为正极，被保护，外加电流法是电解池原理，将被保护的金属作为阴极，被保护，都是发生还原反应，C正确；D.钢铁发生电化学腐蚀的负极铁单质失去电子生成亚铁离子，负极的反应式：Fe－2e－===Fe2＋，D错误。] [例]　(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A．析氢反应发生在IrOxTi电极上 B．Cl－从Cu电极迁移到IrOxTi电极 C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O D．每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况) 第一步：挖“信息” 由题干信息：“再生能源电还原CO2”知，CO2在Cu电极参与反应，Cu为阴极，IrOx－Ti为阳极，高浓度的K＋将抑制阴极上析氢反应。第二步：思“原理” 高浓度的K＋抑制阴极上析氢反应，故析氢反应能发生也应在Cu电极上，电解质溶液中加了质子交换膜，只能允许H＋通过，由阳极向阴极移动，Cl－无法通过质子交换膜，阴极上发生的反应为：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每转移1 mol电子生成O25.6 L(标准状况)。第三步：得“结论” 对照原理分析，结合题中选项找出正确选项。解析：C　[由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx－Ti电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。A.析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误；B.离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过， Cl－不能通过，故B错误；C.由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，故C正确；D.水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O2，在标况下体积为5.6 L，故D错误；答案选C。] 1．(2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(如图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　) A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH B．每生成1 mol NH3·H2O，双极膜处有9 mol的H2O解离 C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变 D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率解析：B　[由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为NOeq \o\al(－,3)＋8e－＋7H2O===NH3·H2O＋9OH－，电极b为阳极，电极方程式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。A.由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，故A正确；B.每生成1 mol NH3·H2O，阴极得8 mol e－，同时双极膜处有8 mol H＋进入阴极室，即有8 mol的H2O解离，故B错误；C.电解过程中，阳极室每消耗4 mol OH－，同时有4 mol OH－通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；D.相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H＋和OH－，可提高氨生成速率，故D正确。] 2．(2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是(　　) A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．离子交换膜为阴离子交换膜 C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1 解析：D　[由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电池总反应为2H2Oeq \o(=====,\s\up20(通电),\s\do18(　))2H2↑＋O2↑，据此解答。A.b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；B.该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，为保持OH－浓度不变，则阴极产生的OH－要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换膜，B正确；C.电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，C正确；D.由电解总反应可知，每生成1 mol H2要消耗1 mol H2O，生成H2的速率为x mol·h－1，则补水的速率也应是x mol·h－1，D错误。] 3．(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，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2 mol e－生成4 g H2 C．电解后海水pH下降 D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋解析：D　[由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，电极a为正极，右侧电极为阴极，b电极为负极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水，以此解题。A.由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；B.右侧电极上产生氢气的电极方程式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则理论上转移2 mol e－生成2 g H2，B错误；C.由图可知，该装置的总反应为电解海水的装置，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其pH基本不变，C错误；D.由图可知，阳极上的电极反应为：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D正确。] 4．(双选)(2022·山东卷)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2＋，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是(　　) A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大 B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C．乙室电极反应式为LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－ D．若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移解析：BD　[由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。A.电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化为CO2气体，Co2＋在另一个电极上得到电子，被还原产生Co单质，CH3COO－失去电子后，Na＋通过阳膜进入阴极室，溶液变为NaCl溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH减小，A错误；B.对于乙室，正极上LiCoO2得到电子，被还原为Co2＋，同时得到Li＋，其中的O与溶液中的H＋结合H2O，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；C.电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH－，乙室电极反应式为：LiCoO2＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋2H2O，C错误；D.若甲室Co2＋减少200 mg，电子转移物质的量为n(e－)＝eq \f(0.2 g,59 g/mol)×2≈0.006 8 mol，乙室Co2＋增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e－)＝eq \f(0.3 g,59 g/mol)×1≈0.005 1 mol，说明此时已进行过溶液转移，D正确。] 5．(2022·全国甲卷) 一种水性电解液Zn－MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2＋以Zn(OH)eq \o\al(2－,4)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是(　　) A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的SOeq \o\al(2－,4)通过隔膜向Ⅱ区迁移 C．MnO2电极反应：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)eq \o\al(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O 解析：A　[A.根据分析，Ⅱ区的K＋只能向Ⅰ区移动，A错误；B.根据分析，Ⅰ区的SOeq \o\al(2－,4)向Ⅱ区移动，B正确；C.MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正确；D.电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===Zn(OH)eq \o\al(2－,4)＋Mn2＋＋2H2O，D正确。] 6．(2022·北京卷)利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。装置示意图序号电解质溶液实验现象 ① 0.1 mol/L CuSO4＋少量H2SO4 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋ ② 0.1 mol/L CuSO4＋过量氨水阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素下列说法不正确　的是(　　) A．①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减小，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触 B．①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减小，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移 D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密解析：C　[A.由分析可知，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；B.由分析可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，故B正确；C.由分析可知，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡向正反应方向移动，故C错误；D.由分析可知，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确。] 7．(原电池－电解池组合装置)(2024·漳州市华安一中开学考)科学家设计了一种将苯酚(C6H5OH)氧化为CO2和H2O的原电池－电解池组合装置如图所示，已知羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。下列说法错误的是(　　) A．高温下不利于该电池的使用 B．电池工作一段时间后，NaCl溶液浓度保持不变 C．d电极的电极反应为：H2O－e－===·OH＋H＋ D．相同时间内，c、d两极产生气体的体积比(相同条件下)为7∶3 解析：B　[该装置是原电池和电解池组合装置，左边是微生物燃料电池，右边是电解池，在原电池中苯酚被氧化为二氧化碳，发生氧化反应是原电池的负极，重铬酸根离子被还原为Cr(OH)3，作正极，与b相连接的c是阴极发生还原反应，生成氢气，与a连接的d极为阳极，发生氧化反应，把废水中苯酚氧化成二氧化碳除去。A.由于用微生物做催化剂，不能在高温下进行，高温不利于该电池使用，故A正确；B.电池工作一段时间后，a侧产生的氢氧根离子和b侧产生的H＋迁移到中间室生成水，导致NaCl浓度降低，故B错误；C.d为阳极，水失去电子发生氧化反应生成羟基自由基和氢离子，故C正确；D.c为阴极发生还原反应生成氢气，d极为阳极羟基自由基把苯酚氧化为二氧化碳，根据电子守恒，28 mol电子转移会产生14 mol氢气和6 mol CO2，C6H5OH～28e－～6CO2～14H2，c、d两极产生气体的体积比(相同条件下)为7∶3，故D正确。] 8．(双选)(双极制氢)(2024·济南市模拟)现有一种安全、高效的双极制氢系统，该系统能够从阳极低电压醛氧化和阴极析氢反应中得到氢气；其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A．电压越高，阳极制氢速率越快 B．电解一段时间后，阴极室的pH不变 C．制得1 mol氢气，理论上有1 mol OH－透过交换膜 D．阳极反应为2R－CHO＋4OH－－2e－===2R－COO－＋H2↑＋2H2O 解析：CD　[由图可知，Ni电极与电源负极相连，故Ni电极为阴极，电极反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，铜电极为阳极，醛基被氧化为羧基，电极反应式为2R－CHO＋4OH－－2e－===2R－COO－＋H2↑＋2H2O，据此作答。A.由于阳极上氢氧根也可能放电，所以电压越高，阳极制氢速率不一定越快，故A错误；B.阴极电极反应是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，产生的氢氧根离子移向阳极，但溶剂水减少，氢氧化钾浓度增大，所以电解一段时间后，阴极室的pH增大，故B错误；C.由于阴阳极上均产生氢气，制得1 mol氢气，转移1 mol电子，所以理论上有1 mol OH－透过交换膜，故C正确；D.铜电极为阳极，电极反应式为2R－CHO＋4OH－－2e－===2R－COO－＋H2↑＋2H2O，故D正确。] [归纳提升] 体系构建核心巧记 1.离子放电“两顺序”(惰性电极) (1)阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。 (2)阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(H2O) >Al3＋。 2．电解池阴、阳极“四特点” (1)阳极：外接直流电源正极——流出电子——发生氧化反应——阴离子移向。 (2)阴极：外接直流电源负极——流入电子——发生还原反应——阳离子移向。 3．电解原理应用的“四方面” (1)电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up20(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 (2)电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。 (3)电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。 (4)电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融MgCl2制取镁。 $$

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第6章第3节电解池及其工作原理-【创新教程】2025年高考化学总复习大一轮课件PPT（人教多选版）

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