第10单元 第2讲 电解原理　金属的腐蚀与防护-【金版教程】2026年高考化学一轮复习解决方案课件PPT（经典版）

0 第十单元　化学反应 与电能 第2讲　电解原理　金属的腐蚀与防护 1.了解电解池的工作原理及应用，能正确书写电极反应式和总反应方程式，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及防止金属腐蚀的措施。 2 考点一 01 课时作业 06 目录 CONTENTS 考点二 02 高考真题演练 05 考点三 03 核心素养 04 考点一　电解原理 1．电解 (1)定义：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴极、阳极引起_________________的过程。在此过程中，______能转化为______能。 (2)特点：①电解是不可逆的；②电解质导电一定发生______变化。 2．电解池的构成及工作原理 (1)概念：电解池是________________________的装置。 氧化还原反应 电 化学 化学 把电能直接转化为化学能 考点一 5 (2)电解池的构成条件 ①有__________________。 ②有与________________________。 ③_________溶液(或____________)。 ④形成____________。 外接电源 电源相连的两个电极 电解质 熔融电解质 闭合回路 考点一 6 阴 阳 还原 氧化 Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ 考点一 7 (4)电解池中电子和离子的移动方向 ①电子：从电源___________流出后，流向电解池的__________；从电解池的__________流向电源的__________。 ②离子：阳离子移向电解池的__________，阴离子移向电解池的__________。 负极 阴极 阳极 正极 阴极 阳极 考点一 8 放H2生碱型(以NaCl为例) 阳极反应式：___________________________ 阴极反应式：___________________________ 电解电解质型 (以HCl为例) 阳极反应式：___________________________ 阴极反应式：___________________________ 电解水型(以H2SO4为例) 阳极反应式：___________________________ 阴极反应式：___________________________ 放O2生酸型(以CuSO4为例) 阳极反应式：___________________________ 阴极反应式：___________________________ 3．惰性电极电解电解质溶液的四种类型 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ Cu2＋＋2e－===Cu 考点一 9 判断下列说法的正误，并指出错误说法的错因。 (1)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。( ) 错因：______________________________________________________________ (2)电解盐酸、硫酸溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。( ) 错因：______________________________________________________________ _______________ (3)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。( ) 错因：______________________________________________________________ × 阴极上Cu2＋得电子生成铜单质。 × 电解H2SO4溶液时，实际是电解H2O的过程，故溶液中c(H＋)增大，pH减小。 × 电解时，阳离子移向阴极。 考点一 10 (4)电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阳极。( ) 错因：______________________________________________________________ (5)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。( ) 错因：______________________________________________________________ 错因：______________________________________________________________ × 电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阴极。 × Cu作阳极时，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。 × 考点一 11 1．电解池工作原理 考点一 12 2．电解产物的判断及有关反应式的书写 (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(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。 (3)排出阴、阳两极粒子的放电顺序 考点一 13 (4)写出电极反应式，要注意遵循原子守恒、电荷守恒和得失电子守恒。 (5)写出电解总反应式 在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式，注意弱电解质要写化学式。 考点一 14 3．电解后电解质溶液的复原 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； 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]。 考点一 15 角度一　理解与辨析电解池的构成及工作原理 1. 如图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为滴有酚酞的某浓度NaCl溶液，电解一段时间后，X极附近溶液先变红。下列有关说法中正确的是(　　) A．X极连接电源正极 B．X极上产生的气体有刺激性气味 C．Y极上发生氧化反应 D．电子从X极经过溶液流向Y极 考点一 16 2．用如图所示装置(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．若用铅酸蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极 解析：由题图可知，石墨与外加电源的正极相连，则石墨为阳极，钛网电极作阴极，电解过程中，电解液中Ca2＋向阴极移动，A错误；阴极反应式为2Ca2＋＋4e－===2Ca，Ca还原TiO2的反应方程式为2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti，故制备Ti前后，整套装置中CaO的质量不变，C错误；“＋”表示铅酸蓄电池的正极，该接线柱为铅酸蓄电池的PbO2电极，D错误。 考点一 17 角度二　分析与推测电解规律及电解质溶液的复原 3．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是(　　) A．NaBr、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、H2SO4、CuSO4 C．KOH、HNO3、Na2SO4 D．NaCl、Cu(NO3)2、MgSO4 考点一 18 4．下列说法错误的是(　　) A．用惰性电极电解Na2SO4溶液，当有2 mol电子转移时，可加入18 g水恢复 B．用惰性电极电解1 L 1 mol·L－1 CuSO4溶液，加入1 mol CuO恢复，电路中转移了2 mol电子 C．用惰性电极电解含1 mol NaOH的水溶液，溶液的pH不变 D．要想实现Cu＋H2SO4(稀)===CuSO4＋H2↑这一反应，需在电解池中进行，且Cu为阳极 考点一 19 角度三　分析与推理电解池的电极反应式 5．(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。按要求书写有关的电极反应式及总反应式。 阳极反应式：__________________________________； 阴极反应式：_______________________； 总反应式：______________________________。 2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 考点一 20 H2 考点一 21 6．(1)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图甲所示。 写出电解时阴极的电极反应式：__________________________。 a Mn2＋－2e－＋2H2O=== MnO2↓＋4H＋ 考点一 22 考点二　电解原理的应用 1．电解饱和食盐水——氯碱工业 (1)习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业，其装置如下： (2)电极反应 阳极：______________________ (反应类型：____________)； 阴极： ___________________________ (反应类型：____________)； 总反应方程式：____________________________________； 总离子方程式：____________________________________。 2Cl－－2e－===Cl2↑ 氧化反应 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 还原反应 考点二 24 (3)阳离子交换膜的作用：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应而影响烧碱的质量。 2．电镀(以在铁器表面镀铜为例) (1)镀件作_______极，镀层金属铜作_______极。 (2)电镀液是____________________________ 。 (3)电极反应 阳极：_________________________； 阴极：_________________________。 (4)特点：_____极溶解，在_____极沉积，电镀液的浓度________。 阴 阳 含有镀层金属离子的溶液 Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 阳 阴 不变 考点二 25 3．电解精炼铜(粗铜中含Zn、Fe、Ag、Au等杂质) (1)电极材料：阳极为_________；阴极为________。 (2)电解质溶液：含Cu2＋的可溶性盐溶液。 (3)电极反应 阳极：______________________________________________________； 阴极：________________________。 (4)特点：粗铜中的Ag、Au等以阳极泥的形式沉淀下来，电解液中Cu2＋的浓度________。 粗铜 纯铜 Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 减小 考点二 26 4．电冶金 本质为Mn＋＋ne－===M，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。如电解熔融的NaCl制取Na，阳极：_______________________；阴极：___________________；总反应式：____________________________。 2Cl－－2e－===Cl2↑ Na＋＋e－===Na 考点二 27 判断下列说法的正误，并指出错误说法的错因。 (1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变。( ) 错因：______________________________________________________________ (2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。( ) 错因：______________________________________________________________ ______________________________________________ (3)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( ) 错因：______________________________________________________________ 电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)减小。 × 不采用电解MgO制金属镁，因为MgO熔点高、耗能大、不经济，不能用电解AlCl3制金属铝，因为熔融AlCl3不导电。 × 电解饱和食盐水时，阴极可以用金属材料作电极。 × 考点二 28 (4)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。( ) 错因：______________________________________________________________ (5)用电解法冶炼金属时，都可以电解相应化合物的水溶液。( ) 错因：______________________________________________________________ × 电镀铜时，铜应连接电源的正极作阳极，镀件连接电源的负极作阴极。 × 电解冶炼金属应电解其熔融化合物。 考点二 29 1．电解精炼或电镀时，质量减少的电极必为金属电极——阳极；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。 2．电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。电解精炼铜时阳极发生多个反应，溶液中c(Cu2＋)减小。 3．电解计算破题“三方法” 有关电解的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法： 考点二 30 (1)根据得失电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、正负电极产物、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)根据总反应方程式计算 先写出电极反应式，再写出总反应方程式，最后根据总反应方程式列出比例式计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒关系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。 考点二 31 如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： 考点二 32 角度一　理解与辨析电解原理在物质制备中的应用 1．如图所示的阴、阳离子交换膜电解槽中，用惰性电极电解Na2SO4溶液可制得硫酸和氢氧化钠溶液。下列说法不正确的是(　　) A．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．N为阴离子交换膜 C．进口b补充的是稀NaOH溶液 D．电解过程中阳极附近的pH不断降低 解析：由H2出口知电极A为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极B为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A错误。 考点二 33 2．(2025·浙江20校高三联考)电解NaBO2溶液可制得NaBH4，实现物质的循环利用，电解装置如图所示。 阴极上的电极反应式是______________________________________。 考点二 34 考点二 35 4．(2025·海淀区高三期末)氯苯是工业废水中的常见污染物，将其降解或资源化转化在能源利用、环境保护等方面意义重大。通常，废水中氯苯的处理过程为 我国科研人员开发了一种电化学装置(如图)，可在更温和的条件下实现转化ⅰ、ⅱ。 考点二 36 (1)补充完整阳极区发生的电极反应： 2 H2O 1 Cl－ 3 H＋ 考点二 37 65% (3)一段时间后，阴极区溶液pH保持不变，结合化学用语解释其原因：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。 阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，而反应过程中阳极区反应生成的氢离子通过质子交换膜进入阴极区，根据电荷守恒，阴极消耗氢离子的物质的量等于进入阴极区的氢离子的物质的量 考点二 38 考点二 39 考点三　金属的腐蚀与防护 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与_________________________________ _________________直接反应而引起的腐蚀 不纯金属与_______________接触发生原电池反应 现象 ______电流产生 ____________电流产生 本质 金属被______ 较活泼金属被______ 联系 两者往往同时发生，____________腐蚀更普遍 1．金属腐蚀的本质 金属原子____________变为_____________，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 失去电子 金属阳离子 其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等) 电解质溶液 无 有微弱 氧化 氧化 电化学 考点三 41 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 __________________ ________________________，且溶有一定量氧气 电极反应 负极 ________________________ 正极 ______________________ ______________________________ 总反应式 ______________________ ______________________________ (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析： 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 考点三 42 提醒：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＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。 考点三 43 3．金属的防护 (1)电化学保护法 ①牺牲阳极法——_____________原理 a. ______极：比被保护金属活泼的金属； b. ______极：被保护的金属设备。 ②外加电流法——______原理 a. ______极：被保护的金属设备； b. ______极：惰性电极。 原电池 负 正 电解 阴 阳 考点三 44 (2)其他防护方法 ①改变金属材料的组成，如制成合金、不锈钢等。 ②在金属表面覆盖保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 考点三 45 判断下列说法的正误，并指出错误说法的错因。 (1)金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍。( ) 错因：______________________________________________________________ (2)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。( ) 错因：______________________________________________________________ (3)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。( ) 错因：______________________________________________________________ × 金属的电化学腐蚀更普遍。 × 食盐水为中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀。 × 由于铁比锡活泼，锡层破损后，形成原电池，铁作负极，腐蚀加快。 考点三 46 (4)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失电子生成Fe3＋。( ) 错因：______________________________________________________________ (5)纯银器表面变黑与钢铁生锈原理相同。( ) 错因：______________________________________________________________ (6)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连，可防止水闸被腐蚀。( ) × √ 铁失电子生成Fe2＋。 × 纯银器表面变黑发生化学腐蚀，钢铁生锈发生电化学腐蚀。 考点三 47 1．金属防护效果比较：外加电流法防腐＞牺牲阳极法防腐＞有一般防护条件的防腐。 2．金属腐蚀快慢的规律 (1)纯度越高的金属，腐蚀得越慢。 (2)不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 (3)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：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。 (4)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，较活泼的金属腐蚀越快。 (5)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 考点三 48 角度一　理解与归纳金属腐蚀的类型 1．(2025·南充零诊)研究小组将混合均匀的铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入一定浓度醋酸溶液，进行铁的电化学腐蚀实验，容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法正确的是(　　) A．0～t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量 B．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ C．碳粉上发生了氧化反应 D．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 考点三 49 考点三 50 解析：题图Ⅱ中没有外加电源，采用的是牺牲阳极法，根据原电池原理，金属棒X应作负极，金属棒X的活泼性应大于铁，才能保护钢管，使其免受腐蚀，若金属棒X是铜，则形成Fe­Cu原电池，会加速铁的腐蚀；题图Ⅱ中钢管作正极，正极上H2O发生还原反应生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故钢管附近土壤中的c(OH－)会增大，pH可能会上升，A正确，C、D错误；题图Ⅰ钢管腐蚀的过程中，负极上Fe失去电子发生氧化反应生成的Fe2＋与正极周围的S2－和OH－反应分别生成FeS和Fe(OH)2，B错误。 考点三 51 角度二　理解与辨析金属的防护 3．(2025·深圳市龙岗区高三期末)铁合金是用途最为广泛的合金材料。下列说法错误的是(　　) A．生铁比纯铁更容易生锈 B．海水呈弱碱性，轮船钢板在海水中易发生析氢腐蚀 C．钢闸门连接直流电源负极，是采用了外加电流保护法 D．人行道铁栏杆喷漆可以延缓钢铁腐蚀的速率 考点三 52 4．(2024·浙江6月选考)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图： 下列说法正确的是(　　) A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子 B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应 考点三 53 解析：图2为外加电流法，阳极通常是惰性电极，其本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl－，A不正确；图2为外加电流法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了反应Fe－2e－===Fe2＋的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极和辅助阳极上发生了氧化反应，D不正确。 考点三 54 角度三　分析与比较金属腐蚀的快慢 5．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为(　　) A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥ 考点三 55 解析：由题图可知，②③④装置是原电池，②④中金属铁作负极，③中金属铁作正极，作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀，所以腐蚀速率④＞②＞①，⑤⑥装置是电解池，⑤中金属铁为阳极，⑥中金属铁为阴极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即腐蚀速率⑤＞⑥，根据电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀及外加电流法的防腐效果强于牺牲阳极法的防腐效果知，铁被腐蚀由快到慢的顺序为⑤④②①③⑥。 考点三 56 6．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表： 考点三 57 核心素养　科学探究与创新意识——离子交换膜在电化学中的应用 离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。由于离子交换膜能将工业生产与化学知识有机的融合，实现资源的最优配置，考查学生学以致用的能力，故在近几年的电化学高考试题中年年涉及。 核心素养 59 1．电化学中的离子交换膜 (1)离子交换膜的种类及作用 阳离子交换膜 只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过 阴离子交换膜 只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过 质子交换膜 只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过 双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动，作为H＋和OH－的离子源 核心素养 60 (2)离子交换膜的功能 选择性透过离子，平衡电荷，形成闭合回路。 (3)离子交换膜的应用 ①隔离某些物质，防止发生反应。 ②用于物质的制备(电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质)。 ③物质分离、提纯。 核心素养 61 2．含膜电解池装置分析 (1)两室电解池 工业上利用如图两室电解装置制备烧碱 阳极室中的电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。 核心素养 62 核心素养 63 3．有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法 核心素养 64 4．解答“离子交换膜题型”的思维方法 第一步 分清交换膜类型：即交换膜属于阳离子交换膜、阴离子交换膜或质子交换膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过交换膜 第二步 写出电极反应式：判断交换膜两侧离子的变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移的方向和离子交换膜的类型 第三步 分析交换膜的作用：在产品制备中，交换膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应 核心素养 65 核心素养 66 核心素养 67 2．(2024·河北卷)阅读以下材料，完成下题。 我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg­CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1，3­丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。 核心素养 68 下列说法错误的是(　　) A．放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4 B．充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接 C．充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移 D．放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2 核心素养 69 解析： 充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极经外电路流向Mg电极，同时Mg2＋向阴极迁移，C错误。 电极 过程 电极反应式 Mg电极 放电 Mg－2e－===Mg2＋ 充电 Mg2＋＋2e－===Mg 多孔碳纳米管电极 放电 Mg2＋＋2CO2＋2e－===MgC2O4 充电 MgC2O4－2e－===Mg2＋＋2CO2↑ 核心素养 70 核心素养 71 解析：催化电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应和水生成甲酸根离子和氢氧根离子：CO2＋2e－＋H2O===HCOO－＋OH－，则M是阴极，那么N是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸。由上述分析可知A、B、C错误。 核心素养 72 4．(2025·太原市高三学业诊断)我国科学家设计了一种由 肼(N2H4)制取氢气、海水脱盐以及处理工业废水的电化学系统， 其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电极X上发生还原反应，生成1 mol气体时转移2 mol电子 B．处理含肼碱性废水的电极反应为N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O C．a膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜 D．若不考虑其他副反应的发生，同温同压下阴阳两极生成气体的体积比为2∶1 核心素养 73 解析： 电极X上发生还原反应为2H＋＋2e－===H2↑，故生成1 mol H2时转移2 mol电子，A正确；由装置原理图分析可知，B正确，C错误；由阳极和阴极反应式可知总反应为N2H4＋4H＋＋4OH－===2H2↑＋N2↑＋4H2O，故同温同压时，阴阳极生成的气体体积比为2∶1，D正确。 核心素养 74 核心素养 75 高考真题演练 1．(2024·湖北卷)2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是(　　) A．发蓝处理 B．阳极氧化 C．表面渗镀 D．喷涂油漆 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 77 2．(2024·甘肃卷)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　) A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积 B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2－ C．工作时O2－从多孔电极1迁移到多孔电极2 D．理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O 解析：多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O＋4e－===2H2↑＋2O2－；多孔电极2上O2－发生失电子的氧化反应，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2－－4e－===O2↑，B错误。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 78 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 79 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 80 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 81 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 82 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 83 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 84 6．(2023·浙江6月选考)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：电极B为阴极，氧气得电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 85 7．(2023·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：由题图可知，钛箔电极上有H2生成，H2O得电子发生还原反应，则b为电源负极，a为电源正极，a端电势高于b端电势，A错误；钛箔电极上每生成1 mol H2转移2 mol电子，则生成4 g H2理论上转移电子4 mol，B错误；阳极O2的产生被抑制，海水中Cl－发生反应：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，结合两极反应可知电解后海水中pH升高，C错误，D正确。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 86 8．(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来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。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) 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 87 解析：由题图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx­Ti电极为电解池的阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；铜电极为阴极，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O等，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。析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl－不能通过，B错误；根据阳极电极反应式知，每转移1 mol电子，生成0.25 mol O2，在标准状况下体积为5.6 L，D错误。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 88 9．(2022·广东高考)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：K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2＋的试剂，加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀出现，说明溶液中没有亚铁离子，故D能说明铁片没有被腐蚀。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 89 阴极MgCl＋得到电子发生还原反应生成镁单质：MgCl＋＋2e－===Mg＋Cl－，在阴极区不断加入适量的CH3CH2Cl，发生反应CH3CH2Cl＋Mg===CH3CH2MgCl，实现阴极产物的循环利用 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 90 (3)为减少铅污染，Pb(CH2CH3)4被限制使用。(CH3O)2CO是一种潜在替代品，其电解合成的原理如图所示(Pt/C为催化剂)。总反应化学方程式为__________________________________；外电路转移1 mol电子时，理论上可生成(CH3O)2CO的物质的量为________mol。 2CH3OH＋CO2===(CH3O)2CO＋H2O 0.5 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 91 解析： (3)由题图及分析可知反应中电子转移存在关系(CH3O)2CO～2e－，则外电路转移1 mol电子时，理论上可生成(CH3O)2CO的物质的量为0.5 mol。 高考真题演练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 92 课时作业 [建议用时：40分钟] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 94 2．下列关于电化学的叙述正确的是(　　) A．图①两极均有气泡产生，滴加酚酞溶液时石墨一极变红 B．图②装置可以验证牺牲阳极法 C．图③可以模拟钢铁的吸氧腐蚀，碳棒一极的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ D．上述4个装置中，图①、②、④中Fe腐蚀速率较快，图③中Fe腐蚀速率较慢 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 95 解析：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，C错误。 　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 96 4．(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)，电解装置如图，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＋4H2O C．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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 97 解析：石墨电极为阳极，电极反应式为C－2e－＋O2－===CO，A错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，电极A的电极反应式为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D错误。 　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 98 5．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－=== H2↑＋2OH－ C．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 D．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 99 解析：由CuCl是在小孔内壁生成，可知Cl－会从小孔外向小孔内移动，C错误。　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 100 7．(2025·佛山市高三教学质量检测)如图装置可合成 重要的化工中间体乙醛酸，双极膜中的H2O能解离为H＋和 OH－，下列说法正确的是(　　) A．石墨电极也可以用Pb代替 B．双极膜解离出来的H＋向石墨电极移动 C．H2C2O4在Pb电极表面发生反应：HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O D．当石墨电极上析出1 mol O2，Pb电极附近一定生成2 mol乙醛酸 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 101 解析：石墨电极上析出O2，为阳极，发生反应： 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，若用Pb代替，则发生反 应：Pb－2e－===Pb2＋，因此石墨电极不能用Pb代替， A错误；电解池中阴离子移向阳极，则双极膜解离出 来的OH－向石墨电极移动，B错误；Pb电极上H2C2O4转化为HOOC—CHO，发生反应：HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O，C正确；当石墨电极上析出1 mol O2，转移4 mol电子，Pb电极上发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、HOOC—COOH＋2e－＋2H＋===HOOC—CHO＋H2O，则Pb电极附近生成的乙醛酸少于2 mol，D错误。 　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 102 解析：Zn生成[Zn(NH3)4]2＋，发生氧化反应，作负极，则Fe作正极，正极上水解离出来的H＋得电子生成氢气，结合电解液为氨水知Fe电极上发生的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 103 9．以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液，电解过程中转 移电子的物质的量n(e－)与产生气体总体积V(标准状况)的关 系如图所示，下列说法中正确的是(　　) A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 mol·L－1 B．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H＋)＝2 mol·L－1 C．当n(e－)＝0.6 mol时，V(H2)∶V(O2)＝2∶1 D．向电解后的溶液中加入16 g CuO，则溶液可恢复到电解前的浓度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 104 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 105 10．由乙烯制备2­氯乙醇(HOCH2CH2Cl) 的原理为CH2===CH2＋HClO―→HOCH2CH2Cl。 用铂(Pt)作电极电解KCl溶液制备2­氯乙醇的装 置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．Y连接电源的负极 B．电解时，K＋通过阳离子交换膜从左侧移向右侧 C．理论上，制取1 mol 2­氯乙醇生成气体b的体积为11.2 L(标准状况) D．电解时，左侧溶液pH逐渐减小，右侧溶液pH逐渐增大 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 106 解析：根据题述装置图可知，用铂(Pt)作电极电解KCl溶液，左侧氯离子失电子被氧化为氯气，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸，次氯酸与乙烯反应来制备2­氯乙醇，所以X电极为电解池的阳极，Y电极为阴极，水得电子生成氢气和氢氧根离子，溶液中钾离子通过阳离子交换膜进入右侧，则推知气体b为氢气，溶液a为KOH溶液。理论上，当制取1 mol 2­氯乙醇时，消耗1 mol HClO，而生成1 mol HClO理论上需要1 mol Cl2，所以电路中电子转移为2 mol，则生成氢气的物质的量为1 mol，即为22.4 L(标准状况)，C错误。 　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 107 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 108 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 109 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 110 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 111 二、非选择题 13．(1)(2025·浙江省新阵地联盟高三联考)科学家近年发明了一种将二氧化碳电化学还原为甲醇的方法，装置示意图如下，电解质溶液1为由KHCO3、吡啶和HCl组成的CO2饱和水溶液，电极为选择性Cu2O/CuO薄膜材料和Pt电极。该装置工作时，阴极反应为______________________________________。若用铅酸蓄电池代替恒压电源，当消耗标准状况下11.2 L CO2时，正极质量变化为_______g。 CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O 96 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 112 CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH 80.0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 113 14．双极膜由阳离子交换膜、催化剂层和阴离子交换膜 组合而成，在直流电场作用下可将水解离，在双极膜的两侧 分别得到H＋和OH－，将其与阳离子交换膜(阳膜)、阴离子交 换膜(阴膜)组合，可有多种应用。 (1)海水淡化：模拟海水淡化，双极膜组合电解装置示意图如图甲。 ①X极是____(填“阴”或“阳”)极。 ②电解后可获得较浓的盐酸和较浓的NaOH溶液，图甲中双极膜的右侧得到的是________(填“H＋”或“OH－”)。 阳 H＋ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 114 (2)钠碱循环法脱除烟气中的SO2，并回收SO2：用pH>8的Na2SO3溶液作吸收液，脱除烟气中的SO2，至pH<6时，吸收液的主要成分为NaHSO3，需再生。 Ⅰ.加热pH<6时的吸收液使其分解，回收SO2并再生吸收液。所得的再生吸收液对SO2的吸收率降低，结合离子方程式解释原因：_________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 115 B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 课时作业 116 　　　　　　　　　　　　　 R (3)电极名称及电极反应式 以用惰性电极电解CuCl2溶液为例： 总反应方程式：_____________________________________。 CuCl2eq \o(=====,\s\up17(电解))Cu＋Cl2↑ (6)用惰性电极电解MgCl2溶液的离子方程式为2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))Cl2↑＋2OH－＋H2↑。( ) 应为Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。 2Al＋3H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))Al2O3＋3H2↑ (2)催化电解吸收了CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。 ①HCOeq \o\al(－,3)在阴极放电生成CH3COO－的电极反应式为_____________________ _________________________。 ②碱性溶液有利于抑制阴极上副产物的产生，该副产物的化学式为________。 11HCOeq \o\al(－,3)＋8e－=== CH3COO－＋9COeq \o\al(2－,3)＋4H2O (2)通过电解含Mn2＋、SOeq \o\al(2－,4)、Cl－等的酸性废液可重新获得MnO2，装置示意图如图乙。 在______(填“a”或“b”)极获得MnO2，电极反应式为________________________ _____________________________。 PbCleq \o\al(2－,4)＋2e－===Pb↓＋4Cl－ 2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ 2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up17(电解))2Na＋Cl2↑ BOeq \o\al(－,2)＋8e－＋6H2O===BHeq \o\al(－,4)＋8OH－ 角度二　理解与辨析电解原理在环境治理中的应用 3．用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2Oeq \o\al(2－,7))时，以铁板作阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法中错误的是(　　) A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋ B．电解过程中废水的pH不发生变化 C．电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成 D．电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2Oeq \o\al(2－,7)被还原 解析：铁作阳极，反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋还原Cr2Oeq \o\al(2－,7)，反应过程中阴极为H＋放电，同时Fe2＋还原Cr2Oeq \o\al(2－,7)也消耗H＋，c(H＋)变小，pH变大，B错误。 CO2，H2O (2)已知：电解效率η(B)＝eq \f(n（生成B所用的电子）,n（通过电极的电子）)×100%。 一定时间内，阴极共得到44.8 L气体X(标准状况)，η(X)＝100%。若阳极区η()＝5%，所有邻苯二酚完全转化为CO2，则η(CO2)＝________。 解析：(2)阴极区H＋得到电子发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，一定时间内，阴极共得到44.8 L氢气(标准状况)，则转移电子4 mol，若阳极区η()＝5%，即阳极区生成邻苯二酚转移电子0.2 mol，结合反应－2e－＋2H2O=== ＋Cl－＋3H＋，知生成邻苯二酚的物质的量为0.1 mol，0.1 mol邻苯二酚完全转化为CO2，转移电子的物质的量为2.6 mol，故η(CO2)＝eq \f(2.6,4)×100%＝65%。 2．在潮湿的深层中性土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SOeq \o\al(2－,4)与H2反应生成S2－，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图Ⅰ所示，因此埋在地下的钢管常需要加以保护，使其免受腐蚀，所用装置如图Ⅱ所示。下列说法正确的是(　　) A．图Ⅱ中钢管附近土壤的pH可能会上升 B．图Ⅰ中钢管腐蚀的含铁产物只有FeS C．图Ⅱ中金属棒X可能为铜，可使钢管表面腐蚀电流接近于零 D．图Ⅱ中金属棒X的作用是作为损耗正极材料和传递电流 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) 下列说法正确的是(　　) A．pH<4时，发生析氢腐蚀 B．随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率逐渐加快 C．pH为14时，负极反应式为2H2O＋Fe－3e－===FeOeq \o\al(－,2)＋4H＋ D．pH为7时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空气中的氧气氧化为Fe2O3 (2)多室电解池 如“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示 电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2POeq \o\al(－,2)通过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室，可得副产品NaOH。 1．(2024·海南卷改编)电解NH4HSO4溶液得到S2Oeq \o\al(2－,8)，是早期制备H2O2的重要步骤。某实验装置如图所示。电解过程流出液b中混有少量气泡。下列说法错误的是(　　) A．电解过程中阳极区的H＋不断迁移到阴极区 B．图中a代表H2 C．回路中通过1 mol电子产生0.5 mol (NH4)2S2O8 D．SOeq \o\al(2－,4)氧化成S2Oeq \o\al(2－,8)的电极反应为2SOeq \o\al(2－,4)－2e－===S2Oeq \o\al(2－,8) 解析：由实验装置图可知，与电源正极相连的电极为阳极，电极反应式为2SOeq \o\al(2－,4)－2e－===S2Oeq \o\al(2－,8)，电解过程流出液b中混有少量气泡，发生副反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。由于阳极区存在副反应，则当回路中通过1 mol电子时产生的(NH4)2S2O8小于0.5 mol，C错误。 3．(2024·重庆卷)我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO2电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是(　　) A．电解时电极N上产生OH－ B．电解时电极M上发生氧化反应 C．阴、阳离子交换膜均有两种离子通过 D．总反应为2CO2＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))2HCOOH＋O2 5．(2024·北京卷节选)HNO3是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备HNO3。 研究表明可以用电解法以N2为氨源直接制备HNO3，其原理示意图如下。 (1)电极a表面生成NOeq \o\al(－,3)的电极反应式：___________________ _____________________________。 (2)研究发现：N2转化可能的途径为N2eq \o(――→,\s\up17(ⅰ))NOeq \o(――→,\s\up17(ⅱ))NOeq \o\al(－,3)。电极a表面还发生ⅲ.H2O→O2。ⅲ的存在，有利于途径ⅱ，原因是__________________ _________________________________________________。 N2－10e－＋6H2O===2NOeq \o\al(－,3)＋12H＋ 反应ⅲ生成O2，O2将NO氧化成NO2，NO2更易转化成NOeq \o\al(－,3) 3．(2024·湖南卷)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是(　　) A．电解时，OH－向Ni电极移动 B．生成C6Neq \o\al(4－,16)的电极反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6Neq \o\al(4－,16)＋8H2O C．电解一段时间后，溶液pH升高 D．每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16 解析：由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，发生还原反应，作阴极，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；Pt电极C3N8H4失去电子生成C6Neq \o\al(4－,16)，作阳极，电极反应为2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6Neq \o\al(4－,16)＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即OH－向Pt电极移动，A错误；由分析可知，总反应主要为2C3N8H4＋4OH－===C6Neq \o\al(4－,16)＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH－，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；根据电解总反应可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极还伴随少量O2生成，则生成1 mol H2时生成的K4C6N16小于0.5 mol，D错误。 4．(2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A．电极a连接电源负极 B．加入Y的目的是补充NaBr C．电解总反应式为Br－＋3H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))BrOeq \o\al(－,3)＋3H2↑ D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2 解析：电极b上Br－发生失电子的氧化反应转化成BrOeq \o\al(－,3)，电极b为阳极，电极反应为Br－－6e－＋3H2O===BrOeq \o\al(－,3)＋6H＋；则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H＋＋6e－===3H2↑；电解总反应式为Br－＋3H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))BrOeq \o\al(－,3)＋3H2↑；催化循环阶段BrOeq \o\al(－,3)被还原成Br－循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。根据分析电解过程中消耗H2O和Br－，而催化阶段BrOeq \o\al(－,3)被还原成Br－循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B错误。 5．(2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋Heq \a\vs4\al\co1(·)。下列说法错误的是(　　) A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小 B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离 C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O 解析：在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O－：HCHO＋OH－→HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－[OCH2O]2－＋H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋H·，H·结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHC—COOH＋H2O，OHC—COOH与HO—N＋H3反应生成HOOC—CH===N—OH：OHC—COOH＋HO—N＋H3―→HOOC—CH===N—OH＋H2O＋H＋，HOOC—CH===N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N＋CH2COOH：HOOC—CH===N—OH＋4e－＋5H＋===H3N＋CH2COOH＋H2O。根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N＋H3＋6e－＋6H＋===H3N＋CH2COOH＋3H2O，每转移1 mol e－就有1 mol H2O解离成1 mol H＋和1 mol OH－，故理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离，B错误。 10．(2024·重庆卷节选)Pb(CH2CH3)4(四乙基铅)能提高汽油的辛烷值，可电解合成。电解池的阳极为Pb，阴极为碳钢，电解液为溶有格氏试剂(CH3CH2MgClCH3CHeq \o\al(－,2)＋MgCl＋)的有机体系。 (1)阳极上生成Pb(CH2CH3)4的电极反应式为______________________________ ______________。 (2)为了实现阴极产物的循环利用，电解一段时间后，需在阴极区不断加入适量的CH3CH2Cl，其原理是___________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________。 Pb－4e－＋4CH3CHeq \o\al(－,2)=== Pb(CH2CH3)4 一、选择题(每小题只有1个选项符合题意) 1．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语正确的是(　　) A．用铜作阴极，石墨作阳极，电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑ B．铅酸蓄电池放电时的正极反应式为Pb－2e－＋SOeq \o\al(2－,4)===PbSO4 C．粗铜精炼时，与电源正极相连的应是粗铜，该极发生的电极反应只有Cu－2e－===Cu2＋ D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ 3．(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\up17(电解))HCOOH＋SOeq \o\al(2－,4) 6．考古发掘出的古代青铜器(含铜、锡等金属)表面经常出现小孔腐蚀，这是一种电化学腐蚀现象。小孔腐蚀的过程及铜腐蚀产物(铜锈)的成分如图所示。 已知：2CuCl＋H2OCu2O＋2HCl。 下列分析不正确的是(　　) A．氧气是正极反应物 B．铜锈的成分与氧气浓度、pH有关 C．图乙中，Cl－从小孔内向小孔外移动 D．青铜中的锡也会发生电化学腐蚀 8．(2024·浙江1月选考)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成[Zn(NH3)4]2＋和H2，下列说法不正确的是(　　) A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大 B．随着腐蚀的进行，溶液的pH变大 C．铁电极上发生的电极反应式为2NH3＋2e－===H2↑＋2NHeq \o\al(－,2) D．每生成标准状况下224 mL H2，消耗0.010 mol Zn 解析：电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。当转移0.4 mol电子时，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝eq \f(0.4 mol,2)＝0.2 mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝eq \f(0.2 mol,0.2 L)＝1 mol·L－1，A错误；当转移0.4 mol电子时，生成n(H2SO4)＝0.2 mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H＋)＝eq \f(0.2 mol×2,0.2 L)＝2 mol·L－1，B正确；当n(e－)＝0.6 mol时，发生反应：2CuSO4＋2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2Oeq \o(=====,\s\up17(电解))2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1 mol，n(O2)＝0.1 mol＋0.05 mol＝0.15 mol，所以V(H2)∶V(O2)＝0.1 mol∶0.15 mol＝2∶3，C错误；因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度，D错误。 11．(2025·湛江市高三期末)某小组采用电化学法制备有机物，装置如图所示。双极膜是由阴膜和阳膜组成的，双极膜中水电离出的阴、阳离子在电场中向两极迁移。下列叙述正确的是(　　) A．a极与电源负极连接 B．制备1 mol 时双极膜内质量减少18 g C．b极的电极反应式为2CO2＋10H＋＋10e－===C2H2＋4H2O D．每转移1 mol e－，生成 、C2H2的物质的量之比为1∶5 解析：由题图可知CO2转化为C2H2，碳元素化合价降低，发生还原反应，b极为阴极，则a极为阳极，应连接电源正极，故A错误；阳极的电极反应式为＋2OH－－2e－→ 、0.1 mol C2H2，其物质的量之比为5∶1，故D错误。 ＋H2O，制备1 mol氧化产物，双极膜内向左侧迁移2 mol OH－，向右侧迁移2 mol H＋，质量共减少36 g，故B错误；根据得失电子守恒可知，每转移1 mol e－，生成0.5 mol 12．(2025·哈尔滨市第三中学高三月考)工业上以铬酸钾为原料，采用电化学的方法制备重铬酸钾。制备装置如图所示。若实验开始时在右室中加入38.8 g K2CrO4，t分钟后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2。已知M(K2CrO4)＝194 g/mol，下列说法不正确的是(　　) A．通电后，阳极室产生的现象为惰性电极上有气泡产生，阳极区溶液由黄色变橙色 B．该制备过程，总反应的离子方程式为4CrOeq \o\al(2－,4)＋4H2O===2Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋4OH－＋2H2↑＋O2↑ C．t分钟时，溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为2∶1 D．t分钟时，阳极室与阴极室溶液质量变化之差为0.7 g(阳极室溶液质量变化的绝对值减去阴极室溶液质量变化的绝对值) 解析：电解时阳极电极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极电极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，阳极区酸性增强，2CrOeq \o\al(2－,4)(黄色)＋2H＋Cr2Oeq \o\al(2－,7)(橙色)＋H2O正向移动生成Cr2Oeq \o\al(2－,7)，溶液由黄色变橙色，过程总反应的离子方程式为4CrOeq \o\al(2－,4)＋4H2O===2Cr2Oeq \o\al(2－,7)＋4OH－＋2H2↑＋O2↑，A、B正确。38.8 g K2CrO4的物质的量为0.2 mol，钾离子的物质的量为0.4 mol，电解过程中Cr的物质的量不变，钾离子向阴极移动，已知t分钟后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3∶2，即钾离子的物质的量为0.3 mol，2n(K2CrO4)＋2n(K2Cr2O7)＝0.3 mol，n(K2CrO4)＋2n(K2Cr2O7)＝0.2 mol，可得n(K2CrO4)＝0.1 mol，n(K2Cr2O7)＝0.05 mol，溶液中K2CrO4和K2Cr2O7的物质的量之比为2∶1，根据钾离子的物质的量的改变，反应中转移电子为0.1 mol，此时阳极产生0.8 g氧气，减少3.9 g钾离子，阳极室溶液质量变化(减小)为(0.8＋3.9) g＝4.7 g；阴极产生0.1 g氢气，增加3.9 g钾离子，阴极室溶液质量变化(增加)为3.9 g－0.1 g＝3.8 g，则阳极室与阴极室溶液质量变化之差为4.7 g－3.8 g＝0.9 g，C正确，D错误。 (2)(2025·遵义市高三适应性考试)CO2的电催化转化也是科学家研究的另一个重要领域。研究成果表明，可以通过在酸性水溶液中电解CO2制备出HCOOH。 ①写出生成HCOOH的电极反应式：______________________________。 ②若标准状况下44.8 L CO2参与反应，制备的HCOOH为73.6 g，则电极的电流效率η为________eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(η＝\f(实际产物质量,理论产物质量)×100%))。 解析：(2)②根据CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，标准状况下44.8 L CO2参与反应，理论上制备的HCOOH为2 mol，质量为92 g，实际产生甲酸质量为73.6 g，则电极的电流效率为η＝eq \f(73.6 g,92 g)×100%＝80.0%。 加热pH<6时的吸收液，分解的过程中还发生反应：2SOeq \o\al(2－,3)＋O2===2SOeq \o\al(2－,4)，2HSOeq \o\al(－,3)＋O2===2SOeq \o\al(2－,4)＋2H＋，且加热加快化学反应速率，造成再生吸收液中c(SOeq \o\al(2－,3))降低，使SO2的吸收率降低 Ⅱ.双极膜和阴膜组合电渗析法处理pH<6时的吸收液，可直接获得再生吸收液和含较高浓度HSOeq \o\al(－,3)的溶液，装置示意图如图乙。 ①再生吸收液从_____(填“A”或“B”)室流出。 ②简述含较高浓度HSOeq \o\al(－,3)的溶液的生成原理： ______________________________________________________________________________________________________________________________________。 B室中的SOeq \o\al(2－,3)和HSOeq \o\al(－,3)在电场作用下通过阴膜进入A室，A室中通过双极膜的H＋和溶液中的SOeq \o\al(2－,3)反应生成HSOeq \o\al(－,3)，提高HSOeq \o\al(－,3)的浓度 $$