主题9 第3讲 电解池 金属的腐蚀与防护（Word教师用书）-【新高考方案】2025年高考化学一轮总复习（通用版）

第三讲　电解池　金属的腐蚀与防护(基础落实课) |内|容|与|目|标|　 1．理解电解池的构成及工作原理。 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。 逐点清(一)　电解池的工作原理 [再认再现·旧知新学] 1．电解与电解池 2．电解工作原理 注意： ①电子流向：电源负极→阴极，阳极→电源正极；②离子移动方向：阳离子移向阴极，阴离子移向阳极；③电流闭合：电源正极→阳极→溶液→阴极→电源负极。 3．电解原理规律 (1)电解质分析 为了加深对电解规律的理解，某同学做了以下探究，要求从H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－5种离子中两两恰当的组成电解质，按下列要求进行电解： ①以碳棒为电极，电解过程中电解质质量减少，水量不变，则采用的电解质是HCl、CuCl2。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是HCl、CuCl2。 ②以碳棒为电极，电解过程中电解质质量不变，水量减少，则采用的电解质是Na2SO4、H2SO4。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是H2O。 ③以碳棒为阳极，铁棒为阴极，电解过程中电解质和水量都减少，则电解质是CuSO4、NaCl。若要恢复到电解前的状态，应加入的物质是CuO(或CuCO3)、HCl。 (2)电极上离子放电顺序 ①阳极放电规律 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：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)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。 注意：电解水溶液时，Al3＋、Mg2＋、Na＋、K＋不可能在阴极放电。 微点澄清训练 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程，属于化学变化(√) (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)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大(×) (4)用Cu作电极电解CuSO4溶液的阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(×) 2.如图所示为一电解池装置， A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞试剂，试判断： (1)a电极是________极(填“正”或“负”)，B电极是________极(填“阴”或“阳”)，________极(填“A”或“B”)酚酞溶液显红色。 (2)A电极上的电极反应式为______________________________， B电极上的电极反应式为________________________________。 (3)检验A电极上产物的方法是_______________________________。 答案：(1)正　阴　B　(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　(3)把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝，则证明A电极上的产物为氯气 [边练边学·实践提能] 一、电解原理分析 1.在如图所示的装置中，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极板处有无色无臭气体放出，符合这一情况的是(　 ) 选项 a极板 b极板 x电极 z溶液 A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 解析：选A　通电后发现a极板质量增加，所以金属阳离子在a极上得电子，a极是阴极；b极板处有无色无臭气体放出，即溶液中氢氧根离子放电生成氧气，b极是阳极，所以x电极是负极，y电极是正极。电解硫酸铜溶液，溶液中铜离子在阴极得电子生成铜单质，a极质量增加，b极是溶液中的氢氧根离子放电生成氧气，A正确；电解氢氧化钠溶液，在两电极上分别得到氧气和氢气，a极板质量不会增加，B错误；电解硝酸银溶液，铁是活泼金属，作阳极失电子，所以在b极得不到气体，C错误；电解氯化铜溶液，在b极处溶液中的氯离子失电子得到有刺激性气味的气体，D错误。 2.用阴离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米Cu2O，反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，装置如图，下列说法中正确的是(　 ) A．电解时Cl－通过交换膜向Cu极移动 B．阳极发生的反应为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O C．阴极OH－放电，有O2生成 D．Ti电极和Cu电极生成物物质的量之比为2∶1 解析：选B　由图可知，Ti极与电源负极相连为阴极，Cu极与电源正极相连为阳极，电解时阴离子向阳极移动，OH－通过阴离子交换膜向Cu极移动，A错误；由总方程式可知，Cu在阳极失去电子生成Cu2O，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，B正确；Ti极与电源负极相连是阴极，发生H＋得电子的还原反应，有H2生成，C错误；由图可知，Ti极与负极相连为阴极，电极方程式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Cu极与正极相连为阳极，电极方程式为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O，当转移相同物质的量电子时，Ti极生成的H2和Cu极生成的Cu2O物质的量之比为1∶1，D错误。 思维建模|电解池阴、阳极判断的“五种方法” 二、电解的规律 3．用惰性电极进行电解，下列说法正确的是(　 ) A．电解NaNO3溶液，在阴极上和阳极上析出产物的物质的量之比为2∶1 B．电解足量CuSO4溶液一段时间后，加入一定质量的Cu(OH)2，溶液能与原溶液完全相同 C．电解硫酸钠溶液时，Na＋向阳极移动 D．电解KOH溶液，实质是电解水，故溶液pH不变 解析：选A　电解NaNO3溶液，在阴极上析出H2，阳极上析出O2，电解时两极转移电子数相同，则其物质的量之比为2∶1，A正确；电解硫酸铜溶液得到硫酸、铜、氧气，则加入一定质量的Cu(OH)2，则比原溶液增加了水，应加氧化铜，B错误；电解池中阳离子向阴极移动，故电解硫酸钠溶液时，Na＋应向阴极移动，C错误；实质是电解水，KOH浓度增大，溶液pH增大，D错误。 4．下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是(　 ) A．电解过程中阳极的质量不断增加 B．电解过程中溶液的pH不断升高 C．此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可能使溶液恢复到电解前的状况 D．电解后两极产生的气体体积比为2∶1 解析：选C　电解过程中阴极银离子放电，生成单质Ag，则阴极质量增加，A错误；由4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，生成硝酸，溶液的酸性增强，pH不断降低，B错误；由电解反应可知，从溶液中析出单质Ag和氧气，则可向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复电解前的状况，C正确；电解时只有阳极生成氧气，D错误。 思维建模|惰性电极电解电解质溶液的产物判断 逐点清(二)　电解的应用 [再认再现·旧知新学] 1．电解饱和食盐水 (1)电解饱和食盐水时，产生氢气的电极反应方程式是2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－或2H＋＋2e－===H2↑。 (2)电极a接电源的正(填“正”或“负”)极。 (3)离子交换膜主要允许Na＋(填化学式)通过。 2．电镀 (1)构成：①电极材料：待镀件作阴极，镀层金属作阳极。 ②电解质溶液：含镀层金属阳离子的盐溶液。 (2)电极反应：阳极：X－ne－===Xn＋；阴极：Xn＋＋ne－===X。 3．电解精炼铜 (1)阳极反应 金属铜和比铜活泼的锌、铁等金属转化为阳离子进入溶液中，不如铜活泼的银、金等在阳极沉积下来，形成阳极泥。 (2)阴极反应溶液中的Cu2＋比Zn2＋、Fe2＋等离子优先得到电子，成为金属铜析出。 4．电解熔融氯化钠制备钠 (1)通电前，熔融NaCl中存在可以自由移动的Na＋、Cl－。 (2)通电后，阴、阳离子发生定向迁移，其中，Na＋向阴极移动，发生还原反应； Cl－向阳移动，发生氧化反应。 (3)电极反应和电解反应：阴极：2Na＋＋2e－===2Na；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。电解总反应：2NaCl2Na＋Cl2↑。 [边练边学·实践提能] 一、电解原理分析 1．如图为电解饱和食盐水装置，下列有关说法不正确的是(　 ) A．左侧电极上发生氧化反应 B．右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 C．电解一段时间后，B口排出NaOH溶液 D．电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 解析：选B　阴极发生2H＋＋2e－===H2↑，生成的H2不能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，B错误。 2．将下图所示实验装置的K闭合，回答下列问题： (1)盐桥中的Cl－向________移动 (填“甲池”或“乙池”)，滤纸上的SO向______移动(填“a”或“b”)。 (2)Cu电极上的电极反应式：________________________________，滤纸b点发生________反应(填“氧化”或“还原”)。 (3)a点的电极反应式：________________________，可观察到滤纸a点现象：________。 答案：(1)甲池　b　(2)Cu2＋＋2e－===Cu　氧化 (3)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　变红色 二、电镀、冶金及精炼 3．以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　 ) A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．阴极上Al被氧化 C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等 解析：选C　阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。 4．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＋)(　 ) 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一定相等 C．电解后，电解槽底部的阳极泥中含有Cu和Pt D．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋ 解析：选C　电解法制备高纯度的镍，粗镍作为阳极，金属按还原性顺序Zn>Fe>Ni>Cu>Pt发生氧化反应，电极反应依次为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，A错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni溶解，Cu、Pt沉积到电解槽底部，阴极只析出Ni，结合两极转移的电子数相等，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等，B错误；Cu和Pt还原性比Ni弱，不能失去电子，以沉淀的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，C正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子除了Fe2＋、Zn2＋外，还有Ni2＋，D错误。 逐点清(三)　金属的腐蚀与防护 [再认再现·旧知新学] 1．金属的腐蚀 (1)钢铁的电化学腐蚀 ①钢铁的吸氧腐蚀 通常情况下，在潮湿的空气中，钢铁表面凝结了一层溶有氧气的水膜，将会发生吸氧腐蚀。负极反应式：Fe－2e－===Fe2＋；正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。总反应式：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2。 Fe(OH)2被进一步氧化成Fe(OH)3，Fe(OH)3部分脱水生成Fe2O3·nH2O，是铁锈的主要成分。 ②钢铁的析氢腐蚀 当钢铁表面的电解质溶液酸性较强时，腐蚀过程中有H2放出。其中，Fe是负极，C是正极。负极反应式：Fe－2e－===Fe2＋；正极反应式：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。 (2)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应 不纯的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 较活泼的金属被腐蚀 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.金属的防护 (1)金属防护的方法 (2)金属的电化学防护示例 金属的电化学防护包括牺牲阳极法和外加电流法 ①牺牲阳极法 将被保护的金属与比其更活泼的金属连在一起，更活泼的金属作负极，在不断腐蚀后定期更换，作为原电池的正极的金属不易被腐蚀。 ②外加电流法 被保护的钢铁设备作为阴极，另加惰性电极作阳极，两者都处在电解质溶液中，接上外接电源。通电后，电子流向被保护的钢铁设备，从而抑制钢铁失去电子，阻止钢铁被腐蚀。 [边练边学·实践提能] 一、金属腐蚀的影响因素 1．炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。腐蚀原理如图所示，下列说法正确的是(　 ) A．腐蚀过程中，负极是C B．Fe失去电子经电解质溶液转移给C C．正极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ D．C是正极，O2在C表面上发生还原反应 解析：选D　铁锅中含有的Fe、C和电解质溶液构成原电池，活泼金属为负极，故负极是Fe，A错误；原电池中电子由负极Fe经外电路向正极C移动，在电解质溶液中依靠离子的移动导电，B错误；该原电池中，C为正极，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C错误，D正确。 2．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(　 ) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ 解析：选C　①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢；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Fe­Cu 原电池中Fe被腐蚀的较快；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接电源正极作阳极的电解池，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。 思维建模|判断金属腐蚀快慢的一般方法 (1)对同一电解质溶液来说，腐蚀的快慢：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。 (2)对同一金属来说，腐蚀的快慢：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)。 (3)活动性不同的两种金属，活动性差异越大，腐蚀越快。 (4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。 二、金属的腐蚀与防护 3．下列有关金属的保护方法的说法中正确的是(　 ) A．常使用的快餐杯表面有一层搪瓷，若搪瓷层破损后仍能起到防止铁生锈的作用 B．白铁(镀锌铁)镀层破损后，铁皮的腐蚀速率加快 C．轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法 D．钢铁制造的暖气管道外常涂有一层沥青，这是钢铁的电化学保护法 解析：选C　涂层破损后，铁直接暴露在空气中，因而搪瓷层不能对破损部分进行保护，A错误；镀层破损后由于锌的金属性比铁强，和铁构成原电池，锌作负极，保护铁不被腐蚀，B错误；装锌块是牺牲阳极的阴极保护法，C正确；应是用沥青作涂层的涂层保护法，D错误。 4．含可钝化金属的工业管道或反应器，由于会被内部溶液腐蚀，通过外接电源而钝化， 称之为阳极保护法。如图是某金属外接电势与电流密度的变化关系，有关说法正确的是(　 ) A．阳极保护法中受保护的金属外接电源的负极 B．电流密度越大，金属受保护程度越好 C．CFD区，金属受到保护 D．外接电势越高，对金属保护性越有效 解析：选C　金属从活态向钝态的转变叫钝化；而通过外接电源而钝化的阳极保护法，指的是使受保护的金属作为阳极，通过外加电流使阳极钝化，电位强烈正移，腐蚀速率大幅度降低，所以，阳极保护法中受保护的金属外接电源的正极，A错误；IM代表的是金属钝化的难易程度，即开始的时候电流密度越大，此时金属溶解，表示金属越难钝化，所以并非电流密度越大，金属受保护程度越好，B错误；当外接电势超过EB后，金属开始钝化，从EC到ED都是金属钝化较稳定的范围，所以CFD区，金属受到保护，C正确；外接电势超过ED后，电流密度又持续增加了，腐蚀速度又加快了，所以并非外接电势越高，对金属保护越有效，D错误。 考教衔接——由教材导向看命题趋向 |教|材|导|向|(人教版选择性必修1P109“资料卡片”栏目) 电有机合成 许多有机化学反应包含电子的转移，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。例如，制造尼龙­66的原料己二腈[NC(CH2)4CN]用量很大，传统上以乙炔和甲醛为原料经过很长路线才能合成己二腈。如改用电合成法，则先以丙烯为原料制备丙烯腈(CH2===CHCN)，再用丙烯腈电合成己二腈。电合成己二腈的反应如下： 阳极：H2O－2e－===O2↑＋2H＋ 阴极：2CH2==CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN 总反应：2CH2==CHCN＋H2ONC(CH2)4CN＋O2↑ 与其他有机合成相比，电有机合成具有反应条件温和、反应试剂纯净和生产效率高等优点。 　备考启示：在教材“资料卡片”中介绍的电有机合成因具有绿色化学“原子经济性”的特点而日益受到人们的重视，是化学工业发展的前沿技术。高考选择这一时代热点素材命制试题（如下面的2023年重庆卷、河北卷），实属情理之中，也贴合学以致用的理念。 |发|掘|训|练|　 1．[原创命题](1)关于工业上用电有机合成己二腈的说法不正确的是________(填选项)。 A．电解过程中，H＋向阳极移动 B．己二腈[NC(CH2)4CN]是有机高分子化合物 C．1 mol丙烯腈(CH2==CHC≡N)中所含σ键的数目为9NA (2)制备己二腈的电有机合成装置如图所示。下列说法正确的是________(填选项)。 A．(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解 B．当电路中转移1 mol e－时，阳极室溶液质量减少8 g C．交换膜为阳离子交换膜 (3)下图是一种电化学辅助的烯烃双溴化工艺原理。下列说法正确的是________(填选项)。 A．a电极为电源的正极 B．d电极表面发生的电极反应为R—CH==CH2－2e－＋2Br－―→R—CHBr—CH2Br C．该装置可以选用AgNO3水溶液作为电解质溶液 解析：(1)电解池中阳离子向阴极移动，故H＋向阴极移动，A错误；己二腈[NC(CH2)4CN]相对分子质量较小，不是高分子化合物，B错误； 单键均为σ键，双键中含有1个σ键1个π键，叁键含有1个σ键2个π键；1 mol丙烯腈(CH2==CHC≡N)中所含σ键的数目为6NA，C错误。(2)丙烯腈难溶于水，电解丙烯腈制备己二腈，(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解，A正确；阳极发生反应2H2O－4e－===O2＋4H＋，当电路中转移1 mol e－时，放出0.25 mol氧气，同时有1 mol氢离子移入阴极室，所以阳极室溶液质量减少9 g，B错误；氢离子通过交换膜由右向左移动，所以交换膜为阳离子交换膜，C正确。(3)由图可知电极c上1,2­二溴乙烷转化成乙烯和溴离子，碳元素的化合价由－1价转化成－2价，发生还原反应，可知c为阴极，则a为负极，A错误；电极d为阳极，其电极上发生氧化反应，电极反应式为R—CH==CH2－2e－＋2Br－―→R—CHBr—CH2Br，B正确；若选用硝酸银水溶液做电解质溶液，则阴极生成的溴离子与银离子结合成溴化银沉淀，无法在阳极发生反应，C错误。 答案：(1)ABC　(2)AC　(3)B 2．[高考印证](2023·重庆卷)电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是(　 ) A．电极a为阴极 B．H＋从电极b移向电极a C．电极b发生的反应为＋6H＋ D．生成3 mol半胱氨酸的同时生成1 mol烟酸 解析：选D　有机反应中“加氢去氧”的反应为还原反应，“加氧去氢”的反应为氧化反应，据此分析电解池中各电极类型及电极反应如下：a极发生“加氢”的还原反应(A项)， ＋2H＋＋2e－=== b极发生“加氧去氢”的氧化反应，为阳极，＋6H＋(C项)。由上述分析知，A、C正确；电解池中阳离子向阴极移动，故H＋从电极b移向电极a，B正确；根据阴、阳极反应及得失电子守恒可知，生成3 mol半胱氨酸，转移3 mol电子，同时生成0.5 mol烟酸，D错误。 3．[高考印证](2023·河北卷)我国科学家发明了一种以和MnO2为电极材料的新型电池，其内部结构如图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是(　 ) A．充电时，b电极上发生还原反应 B．充电时，外电源的正极连接b电极 C．放电时，①区溶液中的SO向②区迁移 D．放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O 解析：选B　放电时，电极反应为－2ne－===＋2nK＋，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③为碱性溶液是电极，①为酸性溶液是二氧化锰电极。充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；充电时，外电源的正极与a电极相连，电极失去电子，电极反应为Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋，B错误；放电时，①区溶液中多余的SO向②区迁移，C正确；放电时，a电极的电极反应式为MnO2＋4H＋＋2e－===Mn2＋＋2H2O，D正确。 [课时跟踪检测] A级——强基训练 1．《本草纲目》中载有一药物，名“铜青”。陈藏器曰：生熟铜皆有青，即是铜之精华，大者即空绿，以次空青也。铜青则是铜器上绿色者，淘洗用之。产生“铜青”的反应原理为(　 ) A．析氢腐蚀 B．吸氧腐蚀 C．化学腐蚀 D．置换反应 解析：选C　铜在空气中长时间放置，会与空气中氧气、二氧化碳、水反应生成碱式碳酸铜Cu2(OH)2CO3，发生反应为2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3，所以反应原理为化学腐蚀。 2．(2024·重庆市育才中学校联考模拟预测)下列文物修复与保护，主要运用“金属电化学腐蚀与金属保护”原理的是(　 ) 选项 A B C D 文物 名称 元青花四爱图梅瓶 越王勾践剑 云梦睡虎地秦简 石家河玉人像 解析：选B　“瓶”主要成分是硅酸盐；“剑”主要成分是合金；“简”主要成分是纤维素；“玉”主要成分是硅酸盐等，剑的修复和保护要运用金属电化学腐蚀知识和金属保护知识。 3．关于研究生铁的锈蚀实验，下列分析不正确的是(　 ) 序号 ① ② ③ 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H2O C．③中正极反应式为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，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C项正确；根据现象可知，③中发生吸氧腐蚀，③中观察到明显锈蚀，说明苯不能隔绝O2，D项错误。 4．关于下列装置分析正确的是(　 ) A．装置甲中阳极上析出红色物质 B．若开始阶段两极质量相同，电流表中通过0.1 mol电子，则装置甲两极质量差为3.2 g C．若装置乙通电一段时间后，撤去直流电源，电流表指针可能偏转 D．可以将装置乙中的铜片更换为锌片制成镀锌铁 解析：选B　由图可知，装置甲为电解池，右端石墨为阳极，氯离子发生氧化反应生成氯气，故A错误；装置甲左端析出铜单质，转移0.1 mol电子，会生成3.2 g铜单质，右端无固体析出，两极质量差为3.2 g，故B正确；由图可知，装置乙为电镀池，阳极电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，所以电解池工作一段时间后，铁表面镀上一层铜，撤去直流电源无法形成原电池，电流表指针不会偏转，故C错误；将铜片更换为锌片，阳极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，氧化性：Zn2＋<Cu2＋，放电顺序Cu2＋优先，故无法实现铁上镀锌，故D错误。 5．依据下列金属腐蚀的有关示意图回答问题。 (1)图a插入海水中的铁棒(含碳量为10.8%)越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越__________(填“轻微”或“严重”)。 (2)图b铁棒上的接触导线由N改置于M时，铁的腐蚀速率________(填“减小”或“增大”)。 (3)图c为外加电流保护法，钢闸门应与外接电源的________极相连。 (4)图d在反应过程中U形管内左侧液面的变化是____________________。 解析：(1)铁的吸氧腐蚀中，氧气的浓度越大，其腐蚀速率越快，插入海水中的铁棒越靠近水面，腐蚀越严重；越靠近烧杯底部发生电化学腐蚀就越轻微； (2)开关置于N时，铁做正极被保护，改置于M时，铁做负极，腐蚀速率增大； (3)根据图示可知，此电化学防护的方法为外加电流的阴极保护法，即钢闸门、辅助电极和外接电源构成电解池，其中钢闸门做电解池的阴极被保护，故应与外接电源的负极相连； (4)该铁丝中含有碳，则铁、碳以及周围潮湿的空气环境会形成原电池装置，发生金属铁的吸氧腐蚀，导致U形管内左侧的压强变小，左侧液面升高，当稀硫酸液面接触铁丝时，铁丝与硫酸反应放出氢气，导致U形管内左侧的压强又变大，左侧液面降低，直至液面不与铁丝接触，所以在反应过程中U形管内左侧液面的变化是先升高后降低。 答案：(1)轻微　(2)增大　(3)负　(4)先升高后降低 B级——对标高考 6．(2024·广州仲元中学模拟预测)利用原电池原理可以避免金属腐蚀，某小组同学设计了如图所示的实验方案来探究铁片的腐蚀情况。下列说法中正确的是(　 ) A．甲中的铁片附近会出现蓝色 B．甲中形成了原电池，锌片作正极 C．乙中铜片附近会出现红色 D．乙中的铜片上发生氧化反应 解析：选C　甲中锌为负极，其失去电子变为锌离子，而铁片是正极，其被保护而不会被腐蚀，没有亚铁离子生成，而铁氰化钾与亚铁离子反应会生成蓝色物质，实验室常用此法来检验亚铁离子，因此铁片附近不会出现蓝色，故A错误；甲中形成了原电池，锌为负极，锌失去电子变为锌离子，铁为正极，铁不反应，故B错误；乙中铁作负极，铜作正极，铜附近氧气得到电子变为氢氧根而使溶液呈碱性，因此，酚酞变为红色，故铜片附近出现红色，故C正确；乙中铁作为负极，其失去电子变为亚铁离子发生氧化反应；铜片作为正极，其表面上有氧气发生还原反应，故D错误。 7．(2024·贵州黔东南统考一模)一种用于析氯和还原硝酸盐的单原子钌电极的工作原理如图所示。下列叙述错误的是(　 ) A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑ B．阴极区电解质溶液pH增大 C．生成17 g氨时转移8 mol电子 D．两极区均采用强酸性电解质溶液 解析：选D　Cl－失电子生成Cl2，则该电极为阳极；NO得电子生成NH3，则该电极为阴极。由分析可知，在阳极Cl－失电子生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；在阴极，NO得电子生成NH3，电极反应式为NO＋8e－＋6H2O===NH3↑＋9OH－，则阴极区电解质溶液pH增大，可得出生成17 g氨(1 mol)时转移8 mol电子，B、C正确；从电极反应式看，阳极生成Cl2，电解质溶液应呈酸性，阴极生成NH3，采用强碱性电解质溶液，D错误。 8．利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示，下列说法正确的是(　 ) A．电路中每转移0.4 mol电子，此时消耗CO2的质量与生成CH4的质量之差为1.4 g B．电池工作一段时间后，在电极a附近滴入几滴紫色石蕊试液，可观察到溶液由无色变为蓝色 C．电解过程中，左侧溶液中的SO穿过质子交换膜移向电极b D．电池工作一段时间后，右侧溶液中的各离子浓度之间的关系为c(K＋)＋c(H＋)＝c(HCO)＋c(CO)＋c(OH－) 解析：选A　电极b上发生反应为CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O，由电极反应可知每转移8 mol 电子消耗44 g CO2，同时生成16 g CH4，质量差为28 g，则转移0.4 mol电子，两者质量差为1.4 g，A正确；电极a上发生反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电极附近溶液显酸性，则紫色石蕊试液在电极a附近变为红色，B错误；硫酸根离子不能穿过质子交换膜，C错误；根据电荷守恒可得：c(K＋)＋c(H＋)＝c(HCO)＋2c(CO)＋c(OH－)，D错误。 9．(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：选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， a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；右侧电极上产生氢气的电极方程式为2H＋＋2e－===H2↑，则理论上转移2 mol e－生成2 g H2，B错误；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；由图可知，阳极上发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D正确。 10．SOEC装置是一种高温固体氧化物电解池，可以从大气中回收CO2，其工作温度为600～1 000 ℃，利用固态CeO2中的O2－定向移动形成离子电流。SOEC由多个层状工作单元叠加而成，拆解后装置如图所示(外接电源与部分气体管路、流向未显示)： 下列叙述正确的是(　 ) A．电极b为阴极，电极反应为CO2＋2e－===CO＋O2－ B．在气孔Z附近检测到少量Ce3＋，说明发生了电极反应CeO2＋e－===Ce3＋＋2O2－ C．装置工作过程中，CeO2(s)电解质中的O2－由电极a移向电极b D．由于装置内气压大于外界，故必须用橡胶材质将各层密封，防止气体泄露 解析：选A　CO2经导管X进入电极b中，发生反应CO2＋2e－===CO＋O2－，发生还原反应，故电极b为阴极，A正确；在气孔Z附近检测到少量Ce3＋，不能说明发生了电极反应CeO2＋e－===Ce3＋＋2O2－，也可能是高温下CO将CeO2还原为Ce3＋，B错误；电极a为阳极，b为阴极，电解池中电解质中阴离子流向阳极，故工作过程中，CeO2(s)电解质中的O2－由电极b移向电极a，C错误；由题干信息可知，由于产生有毒气体CO，故必须用橡胶材质将各层密封，防止气体泄露，D错误。 11．全钒液流电池是化学储能领域的一个研究热点，储能容量大、使用寿命长，利用该电池电解处理含NH4NO3的废水制备硝酸和氨水的原理如图所示，a、b、c、d电极均为惰性电极。 回答下列问题： (1)a电极为________(填“正极”或“负极”)，其电极反应式为________________________________。 (2)隔膜1为________交换膜(填“阴离子”或“阳离子”)，q口流出液含有的溶质为________(填化学式)，d电极的电极反应式为________________________________________。 (3)B装置中产生的气体总量为336 mL(标准状况下)时，通过质子交换膜的H＋的物质的量为________ mol。 解析：(1)根据题中信息可知c极生成氢气，d极生成氧气，从而说明c极是阴极，d极是阳极，则a电极为正极，溶液中VO得到电子和氢离子反应生成VO2＋和水，其电极反应式为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O。 (2)c极是水中氢离子得到电子变为氢气，剩余的氢氧根与废水中的铵根反应生成氨水，因此隔膜1为阳离子交换膜，d极是水中氢氧根失去电子变为氧气，d电极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；剩余氢离子与硝酸根结合生成硝酸，因此q口流出液含有的溶质为HNO3。 (3)B装置产生氧气和氢气，两者体积比为1∶2，若B装置中产生的气体总量为336 mL(标准状况下)时，气体总物质的量为0.015 mol，则氢气物质的量为0.01 mol，电子转移为0.02 mol，要使右边呈电中性，则通过质子交换膜的H＋的物质的量为0.02 mol。 答案：(1)正极　 VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O　 (2)阳离子　HNO3 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　 (3)0.02 学科网（北京）股份有限公司 $$