考点二 电解原理及金属防护-【红对勾】2025年高考化学二轮复习讲与练

电极A 电极B B.在放电过程中，可利用Br及时清除电极B 上的“死锰”(MnO2),提高充放电过程的可 充电 H Mn2+ H 逆性 Cr2 Br 电 園 C.放电时，电极B上还可能发生：2Br一2e 电 放电 MnO,(s) =-Br2 家 H H Mn+ D.放电时，在该环境下的氧化性：Cr+< 质子交换膜 Mn+ A.充电时，H向电极A迁移 考点二 电解原理及金属防护 电源 真题 研练© Br 1.(2024·辽宁卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。 催化剂 为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反 应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合 HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部 BrO O HO O +OH A.电极a连接电源负极 分反应机理为 -OH B.加入Y的目的是补充NaBr HO C.电解总反应式为Br十3H,0电解 BrO3十 044 H2。 2 下列说法错误的是 3H2个 D.催化阶段反应产物物质的量之比n(Z): n(Br)=3:2 电源 3.(2024·浙江6月选考)金属腐蚀会对设备产 惰性电极及催化剂 生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境 HCOO KOH溶液 KOH溶液 有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措 HCHO 施示意图： 6 阴离子交换膜 A.相同电量下H2理论产量是传统电解水的 (阴极) 海水 (阴极 1.5倍 牺牲阳极 辅助阳极 B.阴极反应：2H2O+2e—2OH+H2个 C.电解时OH通过阴离子交换膜向b极方 图1 图2 向移动 下列说法正确的是 D.阳极反应：2HCHO-2e+4OH A.图1、图2中，阳极材料本身均失去电子 2HCOO+2H2O+H2个 B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发 2.(2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电 生反应：O2+4e+2H20—4OH 极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电 C.图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提 解和催化相结合的循环方式，可实现高效制： 高对钢闸门的防护效果 H2和O2,装置如图所示。下列说法错误的是 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 ☑一红团勾·讲与练·高三二轮化学 电源 要点梳理 1.电解池工作原理模型 气体1 ξ碱性气体2 废水 海水 ©沿导线传递，©沿导线传递 N,H 氧化反应 还原反应 H,O 阳极 阴极 阴离子交换膜 2C1-2e =C12↑ 阴 Cu2*+2e =Cu A.在该条件下，N2H4的放电能力强于CI 离子 溶液 离 B.a极与电源负极连接，发生氧化反应产 电解质溶液 生O2 2.电极产物判断的依据 C.b极反应式为N2H+4OH-4e (1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活泼 N2个+4H2O 电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解 D.逸出2.24L气体1（标准状况）时外电路转 (注意：铁作阳极溶解生成Fe2+,而不是 Fe3+);如果是惰性电极，则需看溶液中阴离 移电子数为0.2NA 2.(2024·河北石家庄二模)电有机合成是一种 子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2> 应用广泛的新型有机合成方法。某种3-氯-4 I>Br>CI>OH(水)>含氧酸根离子。 氨基苯酚的电有机合成装置如图所示，下列 (2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电 说法正确的是 ( 顺序进行判断： Ag>Fe>Cu2>H ()Pb2+> 质子交换膜 Fe2+>Zn2+>H(水). NO CI 045 3.陌生电解池及金属腐蚀装置图的知识迁移 Pb电极 Cu电极 (1)电解池 NH, CI (A 电源 .OH-- H.O CH,COOH、H,SO,水溶液 生成C 生成CI 搅拌磁子 CHL K 交换膜M H,SO,水溶液 氯化铜溶液的电解 陌生电解装置图 装置示意图 A.b与外接电源的正极相连 (2)金属腐蚀 B.Pb电极的电极反应式：Pb-2e-—Pb 直流电源 e-4 P+ C.电解一段时间后，阴阳两极室中电解质溶 迂移 锅闸行 液的质量均增大 高硅铸铁 阴极 海水 溶解 海水 陌生装置图 外加电流法示意图 D.理论上每生成1mol ,电路中转 考向专练 OH 考向1〉电解原理及其应用 移4mole 1.(2024·吉林白山二模)大连理工大学提出了 3.(2024·东北三省三校第二次联考)我国科学 种低能耗、无阳极氯腐蚀的电解混合海水 家设计的间接电化学氧化法可同时去除烟气 制氢新技术，如图所示。下列叙述错误的是 中的SO2和NO2,原理如图。下列说法正确 ( ) 的是 ( 第一部分专题六 电化学基础一闭 出气口 考向2〉金属的腐蚀与防护 4.(2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表 气一液 吸收柱 电 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 模拟烟气 (含SO2、NO2) 稀硫酸 Ce A.H通过质子交换膜向m电极移动 B.NO,发生的反应：NO2+Ce++H2O 水体 NO3+Ce3++2H 钢铁设施 金属M (阴极) (阳极) C.n电极的电极反应式：2H2O+2e H2个+2OH A.阴极的电极反应式为Fe-2e -Fe2 D.若产生22.4LH2(标准状况下)，则气一液 B.金属M的活动性比Fe的活动性弱 吸收柱中处理了64gSO2 C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 思维建模Q D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中 电极反应式书写的思维模型 的快 分析物 根据图示：一般箭头指向生成物，箭尾 5.(2024·广东梅州一模)城镇地面下埋有纵横 质类别 指向反应物 交错的金属管道，在潮湿的土壤中易腐蚀。 确定反 化合价升高：氧化反应；化合价降低： 为了防止这类腐蚀的发生，某同学设计了 应类型 还原反应 如图所示的装置。下列说法正确的是 046 标电极、 氧化反应：负极或阳极；还原反应：正 写电极 极或阴极 地面 反应式 总反应式=正极反应式十负极反应 得总反 式：总反应式=阳极反应式十阴极反 导线 应式 应式 钢铁输水管 注意：(1)注意放电顺序，正确判断放电的微粒 或物质。 A.钢铁输水管作为负极 (2)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不 B.金属镁是作为牺牲阳极材料 出现OH,碱性介质不出现H+;不能想当然地认 C.该装置只有一条电线，没有构成闭合回路 为金属作阳极，电极产物为金属阳离子。 D.这种防腐蚀的方法称为外加电流法 高考题型突破⑤ 电化学中离子交换膜、串联装置的分析与应用 【真题示例 两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为 HOCH2O,存在平衡HOCH2O+OH (2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位 =一[OCH2O]2+H2O。Cu电极上发生的 点PbCu电催化剂，用HC,O4和NH2OH电 电子转移反应为[OCH2O]2--e 化学催化合成甘氨酸，原理如图所示，双极膜 HCOO十H·。下列说法错误的是() 中H2O解离的H和OH厂在电场作用下向 ☑一红因勾·讲与练·高三二轮化学电子的氧化反应，则多孔碳纳米管在充电时是阳极，与电源 I3,C正确；放电转移1mole时，1 nol Na从c区移出，d 正极连接，B正确：充电时，Mg电极为阴极，电子从电源负极 区移入1 mol Na,两区质量差改变46g,D错误。 经外电路流向Mg电极，同时Mg+向阴极迁移，C错误；根 5.D由题给信息可知，空气侧的铂(A)电极为浓差电池的正 据放电时负极的电极反应式可知，每转移2mol电子，有 极，氧气发生还原反应生成氧负离子，反应式为。2十4e 2 mol CO2参与反应，因此每转移1mol电子，理论上可转化 一2O一，测量侧的铂(B)电极为负极，氧负离子发生氧化 1 mol CO2,D正确。 反应生成氧气，电极反应式为202-一4e—O2个，A、C正 3.C由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正 确；阴离子向负极移动，O由电极A向电极B迁移，B正 极，血液中的O2在a电极上得电子生成OH,电极反应式 确：结合得失电子守恒，理论上，电解质中)一的总物质的量 为O2十4e十2H2O一4OH:b电极为电池负极，Cu2O 会不变，D错误。 在b电极上失电子转化成CuO,电极反应式为CuO一6.C由题图可知，放电时，A为负极，Cr转化为Cr+,B为正 2e十2OH—2CuO十H,O,然后葡萄糖被CuO氧化为葡 极，Mn+在正极得到电子发生还原反应生成Mn+,C错误； 萄糖酸，CuO被还原为Cu2O,则电池总反应为2CH12O；十 放电的总反应为2Mn3++Cr—2Mn+十Cr2+,由氧化剂的 02 一2CH12O,,A正确；b电极上葡萄糖被CuO氧化为 氧化性强于氧化产物可知，Mn3+的氧化性强于Cr+,D正 葡萄糖酸后被还原为Cu,O,Cu2O在b电极上失电子转化成 确；充电时，电极A为阴极，电极B为阳极，氢离子通过质子 CuO,在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因 交换膜移向电极A,澳离子与二氧化锰反应，清除电极B上 此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(I)相互转变起催化作用，B正 的二氧化锰，减少了锰元素的损耗，提高了充放电过程的可 确；根据反应2C6H12Og+O2一2C:H12O,可知，1mol 逆性，A、B正确。 C6H2O。参加反应时转移2mol电子，则消耗18mg 考点二电解原理及金属防护 (0.1mmol)葡萄糖时，理论上a电极有0.2mmol电子流入， C错误；原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故N迁移 真题研练 方向为b→a,D正确。 1.A 据题图可知，b电极上HCHO转化为HCOO,而 4.C由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反 HCHO转化为HCO)-为氧化反应，所以b电极为阳极，a 应，所以电极是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时 电极为阴极，阳极反应：①HCHO十OH一e→ 负极反应为NaTi2(PO1)3-2e=NaTi,(PO,)3+2Na, 正极反应为Cl2十2e=2C1,反应后Na+和CI浓度都增 HCOOH+2H:,HCOOH+OH-HCOO+H.O, 大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，pH不变，故B错误， 阴极上水得电子生成氢气：2H2O-2e—H2◆十2OH, C正确；充电时阳极反应为2C1一2e——Cl,◆，阴极反应 B正确；由（①十②）X2得阳极总反应为2HCHO-2e十 为NaTiz(PO1)4十2Na+十2e-NaTi2(PO1)a,由得失电 4OH一2HCOO+2H,O十H,◆，D正确：结合阴阳极 子守恒可知，每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加 的反应式可知转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1mol 23g·molX2mol=46g,故D错误。 H,共2m0lH,而传统电解水：2H,0电解2H,4+0,◆， …考向专练… 转移2mol电子，只有阴极生成1molH2,所以相同电量下 1.A由题干原电池装置图可知，在原电池反应中负极失去电 H,理论产量是传统电解水的2倍，A错误：由电极反应式可 子发生氧化反应，则Fe电极为负极，电极反应为Fe一2e 知，电解过程中阴极生成OH,负电荷增多，阳极负电荷减 一Fe+,然后Fe+再与NH时反应生成Fe和N2,该反应 少，要使电解质溶液呈电中性，。H通过阴离子交换膜向阳 方程式为3Fe2++2NH时首N,4十3Fe十8H,C错误：正 极移动，即向b极方向移动，C正确。 2.B电极b上Br发生失电子的氧化反应转化成BO?,电极 极上得到电子发生还原反应，则碳电极为正极，电极反应为 2NO十12H+十10e一N2个十6H2O,H+经质子交换膜 b为阳极，电极反应为Br-一6e十3H2O—BrO十6H+, 由负极区进入正极区，每消耗12molH,电解质溶液中只 则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H十6e 有10molH由负极区进入正极区，故碳电极附近pH增 3H,4,电解总反应式为Br+3H,0电解BrO,+3H+, 大，A正确：该装置工作时，H+经质子交换膜由负极区进入 A、C正确；催化循环阶段BrO被还原成Br循环使用、同 正极区，Fé+不能经过质子交换膜移向碳电极附近，B错误： 时生成O2,实现高效制H2和O2,即Z为O2,电解过程中消 根据得失电子守恒可知，NO与NH均转化为N2,故理论 耗HO和Br,而催化阶段BrO?被还原成Br循环使用， 上消耗的NO?与NH的物质的量之比为3：5，D错误。 故加入Y的目的是补充H2O,维持NaBr溶液为一定浓度，B 2.C铝失电子作负极，发生氧化反应，A错误；该电池的总反 错误；催化阶段，Br的化合价由十5降至一1，生成1 mol Br 应是4A1十3O2十6H2O—4A1(OH)3,工作一段时间后，含 得到6mol电子，0的化合价由一2升至0，生成1molO,失 铝微粒的存在形式为AI(OH)3,[A1(OH)1]需强碱性条件 去4ol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比 才能存在，题中无强碱性条件，B错误；由题图2可知，石墨 n(O2):n(Br)=6:4=3:2,D正确。 空气电极上O2得电子转化为OH,其电极反应式为O2十3.B题图1为牺牲阳极法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作 4e十2H2O一4OH,C正确；在原电池中，阴离子移向负 为原电池的负极，失去电子被氧化，题图2为外加电流法，阳 极，则在石墨空气电极中，OH能穿过多孔防水透气层进入 极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，本身不失去电子，电 电极左侧，D错误。 解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的CI厂，A 3.C在充电时得到醇，则a电极的化合物得到电子，所以a为 错误；题图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很 阴极，接电源负极，A错误；充电时钾离子从b极移动到a 多，除了海水中的H放电外，海水中溶解的O,也会竞争放 极，B错误；放电时，消耗1 mol Co。,Ni。OOH,则得到 电，故可发生O2十4e十2H,0—4OH,B正确：题图2 1mol电子，外电路转移1mol电子，C正确：放电时，负极应 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 为失电子，D错误。 可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好，腐蚀电 4.D电池放电时不断有NaI生成，可知放电时a为负极，b为 流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则 正极，A正确；固体电解质NASICON只允许阳离子通过，通 不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，© 过Na转移保持两侧电荷守恒，故固体电解质NASICON含 错误；题图1、题图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说 钠离子，B正确；充电时b为阳极，b极反应为3I厂一2e 明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe一2e -259- 参考答案一具 一F+的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极发 进入阳极区2个OH,且生成水，故c(OH)减小，A、C正 生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D错误。 确：PbCu电极为阴极，首先HOOC一COOH在Pb上发生得 考向专练 电子的还原反应转化为OHC一COOH:H2C,O1十2e十 2H+==OHC一COOH+H2O,D正确：OHC一COOH与 1.B由题干信息及装置图可知，由于无阳极氯腐蚀，则N2H HO-N+H发生反应生成HOOC一CH一N一OH:OHC 的放电能力强于CI,N,H,失电子生成N,A正确：结合A COOH+HO-N+H-HOOC-CH=N-OH+H,O+ 项中分析，b极失电子为阳极，则极为阴极，与电源负极连 接，气体1为H2,发生还原反应：2H2O十2e—2OH十 H,HOOC一CH一N一OH发生得电子的还原反应转化成 H2个，B错误；阳极发生氧化反应，N2H1失电子生成N2,电 H,N CH,COOH:HOOC-CH=N-OH+4e+5H- 极反应式正确，C正确；根据a极电极反应式知，标准状况 HNCH,COOH+H,O,阴极区的总反应为H,CO,十 下，产生0.1molH2时外电路转移电子数为0.2VA,D HO-NH+6e+6H-H2 N CH,COOH+3H,O, 正确。 1molH,O解离成1molH+和1 mol OH-,故理论上生成 NH 1molH,N CH,COOH双极膜中有6molH,O解离，B C 错误。 2.Db电极上 发生还原反应生成 ,可知 题型专练 1.C从题图中可以看出，在a极，CN厂转化为CO和N2, OH b电极是阴极，a电极是阳极；b电极与外接电源的负极相 CN发生氧化反应，a极为负极，b极为正极，发生还原反应， 连，故A错误：阳极(Pb电极)的电极反应式：Pb一2e十 则电子由a极经导线流向b极，A、D正确；电池工作时，b极 SO一PbSO1,故B错误；转移2mol电子，阳极室有 发生反应10H+十10e—5H2◆，溶液中H+被消耗，右室 1 mol SO号转化为PbSO1沉淀，同时有2molH移入阴极 溶液的pH增大，B正确；a极消耗OH,海水中的CI透过 室，电解一段时间后，阳极室中电解质溶液的质量减小，故C 离子交换膜移向a极区，则交换膜I为阴离子交换膜，b极消 耗H+,海水中的N透过离子交换膜移向b极区，则交换 NO, C 膜Ⅱ为阳离子交换膜，C错误。 2.D根据装置出口的溶液可知，利用双极膜(BP)与离子交换 错误；阴极发生反应 +4e+4H 膜(A、C)之间生成硫酸和氢氧化钠，可实现沉锂后的含硫酸 NH NH 钠的母液废水的净化和资源回收，则双极膜(BP)能有效阻 CI 隔Na+和SO的通过，根据题图中Na、SO移动方向可 十H,O,理论上每生成1mol ,电路中 知，膜A为阴离子交换膜，膜C为阳离子交换膜，A正确：根 据离子的放电顺序可知，阴、阳极上都是水放电，B正确；阳 OH OH 极与直流电源的正极相连，阳极上的电势比阴极上的高，C 转移4mole,故D正确。 正确；当阳极上放出22.4LO2(标准状况)时，外电路中转移 3.B由题图可知，H+在n电极得到电子，变为H2,n电极为 4m0l电子，该装置中有2个阴离子交换膜和2个阳离子交 阴极，电极反应式为2H十2e一H2◆，Ce3+在m电极失 换膜，每个阴离子交换膜有2 mol SO通过，每个阳离子交 去电子变为Ce+,m电极为阳极，SO,、NO2被Ce+氧化 换膜有4 mol Na通过，即该装置有4molH2SO1和8mol NaOH生成，D错误。 为SO、NO?从而被除去。H通过质子交换膜向阴极(n 电极)移动，故A、C错误；NO,被Ce+氧化为NO,离子方 3.C根据题图可知，B为原电池，氧气得电子与水反应生成 OH,d作正极，c作负极；A、C为电解池，m、a为电解池的 程式为NO2十Ce++H0-NO?+Ce3++2H,故B正 阳极，b、n为电解池的阴极。a为精铜，失电子，作阳极，b为 确：根据极电极反应式知，若产生22.4LH2(标准状况 铁制品，作阴极，铜离子得电子，可实现镀铜要求，A项正确； 下)，转移电子数为2mol,根据电子守恒，有2 mol Ce c为负极，甲醇失电子与溶液中的OH反应生成CO和 被SO2、NO2还原，因此处理的SO2小于64g,故D错误。 水，B项正确；电解KCl溶液，m为阳极，氯离子失电子生成 4.C根据题图可知金属M失电子，为原电池的负极（题图为 氯气，从e口出来，从f口出来的气体为氢气，C项错误：电解 阳极)，钢铁设施为原电池的正极（题图为阴极），此方法属于 槽左侧为阳极室，钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出 牺牲阳极法。该装置中阴极发生还原反应，A项错误：金属 来的为高浓度的KOH溶液，D项正确。 M被氧化，即金属活动性：M>Fe,B项错误；钢铁设施为原 4.D根据题给装置图，左边是原电池装置，右边是电解池装 电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中 置，a处Cr从十6价变成十3价，化合价降低，得到电子，发生 含有大量的NCI等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设 还原反应，a为正极，b为负极。含苯酚废水在d处被氧化，d 施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。 处水分子失去电子形成羟基自由基，发生氧化反应，d为电 5.B该方法属于牺牲阳极法，其中镁作为负极，钢铁输水管是 解池阳极，c为电解池阴极，该装置工作时，内电路电流由b 正极，A、D错误；金属镁是作为梧牲阳极材料，B正确；该装 极经Ⅲ、Ⅱ、I室流向a极，A正确；a极每产生1mol 置接地，故已经构成了闭合回路，C错误。 Cr(OH)3,转移3mol电子，c极上的电极反应式为2H2O十 高考题型突破5电化学中离子交换膜 2e-一H2个十2OH,生成1.5molH2,与此同时，有 串联装置的分析与应用 3molH从阳极室透过质子交换膜进入阴极室，因此c极区 真题示例 溶液仍为中性，B正确；d极区为阳极区，电极反应为H2O一 e 一H十·OH,C正确；电极b的电极反应式为 B在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O:HCHO CHOH-28e+11H2O-6CO2M+28H+,电极c的电 OH→HOCH2O,存在平衡HOCH2O十OH= 极反应式为2H2O+2e一H24十2OH,电极d为电解 [OCH2O]-+H2O,Cu电极上发生的电子转移反应为 池阳极，电极反应式为H2O一e一H十·OH,·OH可 OCH2O]-e—HCOO-十H·,H·结合成H2,Cu 进一步氧化苯酚，化学方程式为CHOH十28·OH 电极为阳极，阳极总反应为2HCHO一2e+4OH 6CO2个十17H2O,当电极b上有0.3 mol CO2生成时，电极 2HCOO-十H,A十2HO,反应消耗4个OH,双极膜转移 C、d两极共产生气体22.4L(标准状况)，D错误。 ☑一红勾·讲与练·高三二轮化学 -260-