专题08 电解池 金属的腐蚀与防护（期末培优讲义）高二化学上学期人教版

该高中化学讲义通过表格对比、模型构建系统梳理电解池与金属腐蚀防护知识，将电解原理、规律、计算、应用及金属腐蚀与防护六大重点按“原理-规律-应用”逻辑组织，用表格呈现电解类型、电极反应等对比，模型图解析电解池工作原理，清晰展现知识脉络与内在联系。 讲义亮点在于“原理-应用-计算”一体化练习设计，如典例分析间接电化学处理NO、电解法制K2FeO4等实际问题，结合电极反应式书写步骤、电化学计算方法指导，培养科学思维与科学探究能力。分层练习题覆盖基础到拔高，助力不同学生提升，教师可据此实施精准教学。

专题08 电解池 金属的腐蚀与防护 重点一 电解及电解池的工作原理及应用 1.电解和电解池 电解 使电流通过 而在阴、阳两极引起 的过程。 电解池 将 能转化为 能的装置。 电解池的构成 ①有与 相连的两个电极 ② 溶液(或 ) ③形成 2.电解池的工作原理 （1）工作原理 构建电解池模型 (电解CuCl2溶液为例) 总反应式： 三个流向 ①电子流向：电源 极→电解池 极；电解池的 极→电源的 极； ②离子流向：阳离子→电解池的 极，阴离子→电解池的 极。 ③电流方向：电源 极→电解池 极→电解质溶液→ 极→ 极。 电极产物判断 (1)阳极产物的判断 ①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。 ②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－＞ ＞含氧酸根离子＞F-。 S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是 、I2、Br2、 ；若OH－放电，则得到H2O和 。 (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＋＞ ＞Cu2＋＞ ＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。 ①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应 ；若H＋放电，则得到 。 ②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 的离子先放电。 （2）电极反应式、电解方程式的书写 ①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是 电极还是 电极。 ②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分 离子、 离子两组(不要忘记水溶液中的 和 )。 ③然后排出阴、阳两极的放电顺序： 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞（后为熔融体放电顺序）Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 ④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循 守恒和 守恒。 ⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明 条件。 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，注意离子导体(电解质)是水溶液还是非水状态。 ②阳极材料不同，电极产物、电极反应式可能不同，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。 ④书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。 ⑤电解质溶液中未参与放电的离子是否与放电后生成的离子发生反应(离子共存)。 ⑥要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。 ⑦电势的高低:在原电池中，正极电势高于负极;在电解池中，阳极电势高于阴极。 ⑧电化学中规定:发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。 （3）阴、阳极的判断方法 ①根据外接电源:正极接 极，负极接 极。 ②根据电流方向:从 极流出，从 极流入。 ③根据电子流向:从 极流出，从 极流入。 ④根据离子移向:阴离子移向 极，阳离子移向 极。 ⑤根据电极产物:阳极——电极溶解、逸出 (或阳极区酸性 )或 ;阴极——析出 、逸出 (或阴极区碱性 )。 ⑥根据反应类型: 极发生氧化反应， 极发生还原反应。 重点二 惰性电极电解规律 1.电解溶剂水型 电解质类型 最高价含氧酸，如H2SO4 活泼金属最高价含氧酸盐，如KNO3 可溶性强碱，如NaOH 电极反应式 阴极 阳级 总反应式 电解质溶液浓度 溶液pH 复原方法 2.电解电解质型 电解质类型 无氧酸，如HCl 不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2 电极反应式 阴极 阳级 总反应式 电解质溶液浓度 溶液pH 复原方法 3.放H2生碱型 电解质 (水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属的无氧酸盐 (如NaCl) 阳极： 阴极： 总反应式： 4.放氧生酸型 电解质 (水溶液) 电极反应式 及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4] 阳极： 阴极： 总反应式： ①电解过程中，放H2生碱型的实质是水电离出的H+在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH-浓度 ，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出的OH-在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H+浓度 。 ②用惰性电极电解电解质溶液时，要使电解后的溶液恢复原状态，加入的物质应由电解过程中从溶液中逸出或析出的物质(以气体或固体形式脱离电解质溶液的物质)决定。应遵循“出来什么加什么，出来多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物化合得到的物质。 重点三 电化学有关计算 1.计算依据——三个相等 (1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。 (2)同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。 (3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。 2.计算方法——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用于混合溶液中分阶段电解的计算。 (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4mole-为桥梁可构建如下关系式: 4e-~ (式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 ①在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝ 来计算电路中通过的电量。 重点四 电解原理的应用 1.氯碱工业 （1）离子交换膜电解槽 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) (氧化反应) 阴极 碳钢网 (还原反应) 阳离子 交换膜 ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室 总反应方程式 （2）氯碱工业制烧碱、氢气和氯气图解 ①粗食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、SO42-在电解时会生成沉淀堵塞离子交换膜而达不到电解的目的。精制时可通过依次加入BaCl2、NaOH、Na2CO3溶液过滤，最后再加适量盐酸的方法除去粗盐中的杂质离子。 2.电镀铜与电解精炼铜 电镀 电解精炼铜 示意图 电极反应 阳极 ， 阴极 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度 CuSO4溶液的浓度 ①电镀过程中，溶液中离子浓度不变。 ②电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。粗铜中 的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的 、 等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为 。 3.电冶金 电解冶炼 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极： 阳极： 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 阳极： 阴极： 总反应 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ ①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的 很高。 ②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是 化合物，其熔融态不导电；为降低 ，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；电解过程中，阳极生成的 与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。 重点五 金属腐蚀 1.金属腐蚀的概念 金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。 2.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 反应。 3.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 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 金属被腐蚀 较 的金属被腐蚀 本质 金属被氧化 较 金属被氧化 区别 无电流产生 有微弱电流产生 联系 两者往往 ，电化学腐蚀更 (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 (pH≤4.3) 水膜酸性很 或呈 电极反应 负极 正极 总反应式 联系 吸氧腐蚀更 ①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。 4.金属腐蚀快慢的一般规律 (1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的速率快慢： 引起的腐蚀＞ 引起的腐蚀＞ 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 ，负极金属越 被腐蚀，如Zn—Cu(H2SO4)中的Zn比Zn—Fe(H2SO4)中的Zn腐蚀 。 (3)对由相同正、负极构成的原电池(如Fe—Cu原电池) ①电解质的氧化能力越 ，负极金属越 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 ，负极金属腐蚀速率越 。如腐蚀速率：1 mol·L－1盐酸 0.1 mol·L－1盐酸 0.1 mol·L－1醋酸 海水(起氧化作用的H＋浓度逐渐减小)。 ③溶液的导电能力越 ，负极金属越 被腐蚀。如腐蚀速率：海水 淡水 酒精。 (4)一般情况下不纯的金属或合金在潮湿的空气中腐蚀的速率 于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 重点六 金属的防护 1.金属的防护考虑的因素 金属的防护主要是从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑的。 2.金属的防护 （1）电化学防护 ①牺牲阳极法——原电池原理，通常是在被保护的钢铁设备上安装 。 a.负极：比被保护金属 的金属； b.正极：被保护的 。 原理装置如图所示： 锌比铁活泼，发生腐蚀时作为原电池的负极，不断遭受腐蚀，而作为正极的钢铁设备被保护起来。 ②外加电流法——电解原理，把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为 极，用惰性电极作为 ，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接 ，通电后，调整外加电压，强制电子流向 ，使钢铁表面腐蚀速率降至 ，钢铁设备被迫成为 极而受到保护。 a.阴极：被保护的 ； b.阳极： 。 原理装置如图所示 （2）改变金属的 ，在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金，如制成合金、不锈钢等。 （3）在金属表面 ，在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法，如在金属表面喷 、涂油脂、 、喷镀或表面 等方法。 ①钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成 ，而不是生成Fe3＋ ②金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。 ③铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。 ④两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果 。 ⑤金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生 腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生 腐蚀。 电解的原理 【典例1】（24-25高二上·福建三明·期末）用间接电化学法对NO进行无害化处理的原理如下图所示。下列说法正确的是 A．从左向右移动 B．电极I的反应为 C．电解池工作一段时间，阳极区溶液pH减小 D．最多可吸收 【即时检测1-1】（24-25高二上·福建泉州·期末）科学家设计出一种可在阴极和阳极同时产生的电解池。该装置如图所示，下列说法错误的是 A．b电极与电源正极相连 B．工作时，向b电极迁移 C．a电极反应式： D．当电路中有转移时，生成 【即时检测1-2】（25-26高二上·江苏南通·期中）如图所示为催化电解较低浓度的、溶液。电解后b电极上产生的与的物质的量之比为1：2.下列说法错误的是 A．催化电解过程中将电能转化为化学能 B．通过阴离子交换膜从右室迁移到左室 C．b电极反应为 D．电解过程中每产生，通过阴离子交换膜的为2 mol 电解法制备物质 【典例2】（24-25高二上·福建龙岩·期末）电解法制取用途广泛的，同时获得：，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：只在强碱性条件下稳定，易被还原。下列说法错误的是 A．电解一段时间后，阳极室的降低 B．阴极电极反应式为： C．随初始的变化如图2，M、N两点转移的电子数相同 D．电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止与反应使产率降低 【即时检测2-1】（24-25高二上·广东广州·期末）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解时，向电极移动 B．每生成的同时，生成 C．生成的电极反应： D．电解一段时间后，溶液升高 【即时检测2-2】（24-25高二下·浙江温州·期末）西北工业大学黄维院士团队研发出一种新型水性电池，该电池能有效地捕获并将其转化为。现利用电池将产生的电解制氨，过程如下图所示。下列说法正确的是 A．电极发生还原反应 B．可加入一定量的固体增强丙室中水的导电性 C．电解池的总反应式为 D．当电路中转移时，丙室溶液质量减少 电解原理的应用 【典例3】（24-25高二上·安徽芜湖·期末）某研究性学习小组利用如图装置探究氯碱工业和铜精炼的工作原理(M是离子交换膜)。下列说法错误的是 A．电源a极为负极 B．M为阳离子交换膜 C．电解前后装置乙中CuSO4溶液浓度逐渐变小 D．通电后，若Fe电极上产生22.4 L Cl2(标准状况下)时，理论上电路中转移0.2 mol电子 【即时检测3-1】利用如图装置进行“铁件镀铜”实验，观察到阴极表面产生无色气体，一段时间后，气体减少，表面有红色固体，经检验，电解液中有Fe2+。下列分析或说法不正确的是 A．阴极表面产生气体的反应可能为2H++2e- = H2↑ B．Cu覆盖在Fe电极表面，导致气体减少 C．向电解后的溶液中滴加KSCN溶液，不会变成血红色 D．电镀完成后，阳极减少的质量等于阴极增加的质量 【即时检测3-2】（24-25高二上·福建三明·期末）电解饱和食盐水是氯碱工业的基础，其装置如图所示。 (1)写出上图装置中电解饱和食盐水的离子方程式 。该装置中离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。 (2)可用碱性甲醇()燃料电池作为电解饱和食盐水的外加电源，若消耗2.24 L(已经换算为标准状况)甲醇蒸气，则理论上图装置的阳极室溶液减少的质量为 g。 (3)氯碱工业能耗大，通过如图的改进，可降低电解电压，从而大幅度降低能耗。电极A应与外接电源的 极相连(填“正”或“负”)，写出电极B的电极反应式 。 (4)某兴趣小组发现电解后阳极室有副产物，可用浓盐酸处理并回收产生的氯气。 ①生成氯气的离子方程式为 。 ②浓盐酸在该过程中所起的作用可能是： 猜想1：提高了，使的还原性增强； 猜想2：提高了，使的还原性增强； 猜想3：提高了， 。 ③用下图装置验证猜想2，补全操作和现象：闭合K，至指针读数稳定后 。 金属的腐蚀与防护 【典例4】（24-25高二上·福建三明·期末）远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生腐蚀，利用如图装置模拟船体的电化学防护。下列说法错误的是 A．船体在海水中主要发生吸氧腐蚀 B．船体发生腐蚀时，负极反应式为 C．若X为碳棒，为减缓船体的腐蚀，开关K应置于M处 D．若X为废铁，开关K置于N处，该防护法称外加电流阴极保护法 【即时检测4-1】（24-25高二上·安徽亳州·期末）将镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列有关说法正确的是 A．钢铁在海水中容易发生析氢腐蚀 B．镀层金属上的电极反应式： C．电镀时，镀层金属作为阴极 D．若有铁锈(以计)生成，理论上负极有电子转移 【即时检测4-2】（24-25高二下·海南海口·期末）两个均装有混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液琼脂的培养皿，分别将裹有锌皮的铁钉和缠有铜丝的铁钉放置其中，如图所示。下列说法错误的是 A．离子在琼脂内可定向移动 B．图A中会出现两处红色 C．图A中是用外加电流法保护铁钉 D．图B中出现蓝色的反应： 夯实基础 1．（24-25高二下·广东汕头·期末）京灶大桥主桥为钢一砼组合梁斜拉桥，钢铁部分使用高性能富锌底漆防腐，以下说法错误的是 A．该防腐方法采用牺牲阳极法 B．铁作电解池的阴极被保护 C．发生电化学腐蚀时，电子由锌流向铁 D．使用一段时间后需重新刷漆养护 2．（24-25高一下·安徽·期末）钢铁在海水中发生腐蚀的原理如图所示。下列说法错误的是 A．该腐蚀原理属于原电池原理 B．铁电极是负极，生成的离子是 C．C为正极，该电极上发生还原反应 D．铁锅洗净擦干可以减缓锈蚀 3．（24-25高二上·江苏苏州·期中）提供几组常见的实验装置示意图，下列有关叙述正确的是 A．装置①中阳极上有红色物质析出 B．装置②中的铜片应与直流电源的负极相连 C．装置③中，若电解液为KOH溶液，则电极a的反应式：H2-2e-+2OH-=2H2O D．装置④中，CuSO4溶液的浓度始终不变 4．（24-25高二下·甘肃天水·期末）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH=8.2)电解系统(如图所示)。以新型为催化剂(生长在泡沫镍电极上)，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法正确的是 A．电极1上的反应为 B．海水能导电，故海水为电解质 C．将催化剂生长在泡沫镍电极上可降低催化效率 D．若仅用铅酸蓄电池代替左侧装置，装置工作时，电极4应与Pb电极相连 5．（24-25高二下·贵州毕节·期末）利用电解原理电解含乙醛的废水制备乙醇和乙酸不仅能减少污染，还能回收利用资源，其原理如图所示（图中双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场的作用下分别向两极迁移）。下列说法正确的是 A．M电极上发生氧化反应 B．双极膜中的H＋移向N极 C．M电极上发生的反应为 D．电路中通过2mole－时，N电极上产生11.2LO2 6．（24-25高二下·安徽滁州·期末）我国科技工作者设计了如图所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3—丙二胺（PDA）以捕获，使放电时还原产物为。该设计克服了导电性差和释放能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是 A．在正极反应中，PDA可以改善多相界面的相容性，促进的快速脱溶剂和扩散 B．放电时，每转移电子，理论上可转化 C．充电时，电极与电源负极相连，向阴极迁移 D．电池不仅能够实现能量储存，还能实现二氧化碳的增值利用，被认为是新一代极具吸引力的电池候选产品 7．（24-25高二下·浙江温州·期末）利用如图装置进行铁上镀铜的实验。下列说法不正确的是 A．铁片上析出铜的反应为 B．镀铜过程中溶液中铜离子的浓度基本不变 C．镀铜前用NaOH溶液，盐酸分别除去铁片上的油污和铁锈 D．以溶液为电镀液，可使镀层平滑光亮 8．（24-25高二上·福建泉州·期末）下列关于电化学的说法正确的是 A．交换膜为阴离子交换膜 B．铜片与直流电源负极相连 C．防腐原理：外加电流的阴极保护 D．电子流向：a→b→电解质→a 9．（24-25高二下·福建莆田·期末）一种水性二氧化锰电池工作原理如下图，部分微粒已略去。放电过程中，二氧化锰电极的质量变小。下列说法错误的是 A．充电时，a极外接电源的负极 B．充电时，b电极发生还原反应 C．放电时，负极总反应式： D．放电时，理论上正极、负极质量变化之比为87：64 10．（24-25高二下·湖南张家界·期末）有机化合物的高效电化学加氢对于可持续发展至关重要。酸性条件下苯甲酸电化学加氢原理如图所示，下列说法正确的是 A．电极M与电源的负极相连 B．电极N的电极反应为+2e-+2H+→ C．电化学加氢一段时间后，右室的pH保持不变 D．理论上电路中转移2 mol e-，左室的质量减少18 g 综合运用 11．（24-25高一下·广西南宁·期末）纳米硅基锂电池是一种新型二次电池，电池反应原理如图所示，放电时硅基电极反应式为：。下列说法错误的是 A．电解液不能选用或者的水溶液 B．电池放电时从硅基电极脱嵌，而充电时，从三元锂电极脱嵌 C．充电时，三元锂电极反应式为 D．该电池工作时，每转移，两极质量变化之差为 12．（24-25高一下·广西南宁·期末）以铅蓄电池为电源(放电时总反应为)，利用电解法获得与的原理如图所示。下列说法正确的是 A．M膜为阴离子交换膜 B．电解过程中，产品室1的逐渐减小 C．产品室2中反应为 D．双极膜共解离时，理论上铅蓄电池中生成 13．（24-25高二下·河北秦皇岛·期末）双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的转化为而矿化封存的，其工作原理如图所示。双极膜中间层中的解离成和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．电势：电极M>电极N B．交换膜1和交换膜2均为阳离子交换膜 C．消耗1Ah电量时，阴阳两极生成气体的物质的量之比为1∶2 D．该技术中电解固碳总反应的离子方程式为 14．（24-25高二下·湖北武汉·期末）阴极—阳极协同电催化策略可实现常温合成抗癌药的关键中间体——丙酰胺。该电化学合成系统如图。下列说法正确的是 A．若以铅酸蓄电池为电源，则b接Pb电极 B．电子移动方向为：a→M→N→b C．M极上的电极反应有： D．理论上M极每产生7.3g丙酰胺，则N极消耗6.0g丙醇 15．（24-25高二下·陕西榆林·期末）为了减少工业烟气中余热与的排放，科研人员设计了一种热再生电池——二氧化碳电化学还原池系统，消除的同时产生和CO，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．装置中A电极作正极，发生还原反应 B．电池工作时，电子从A电极经过外电路流向D电极，再经过电解质溶液流回C电极，最后经外电路流回B电极 C．阴极的电极反应为 D．电池工作时，C电极生成2.24L氧气，A电极质量减少12.8g 16．（24-25高三上·福建漳州·期末）一种绿色环保的电解二苯甲醇合成二苯甲酮的方法如图所示，其中的电解质溶液为含的溶液。下列说法错误的是 A．a为电源正极 B．每生成1 mol 同时生成1 mol HI C．电解时，铂电极上发生的反应为 D．电解前后，电解质溶液中保持不变 17．（24-25高二上·福建南平·期末）利用“肼()—硝酸盐”燃料电池，探究氯碱工业原理，如图所示： 已知：双极膜中电离出和，在电场力的作用下分别向两极移动。 (1)a电极为 (填“正极”或“负极”)，电极反应式为 。 (2)乙中X隔膜为 (填“阴”或“阳”)离子交换膜，总反应化学方程式为 。 (3)电解一段时间后，乙装置中c% d%(填“>”，“<”或“=”)。 (4)若极有(折算成标准状况)生成，理论上双极膜中有 移向极，乙装置产生的物质的量为 。 思维拔高 18．（25-26高二上·湖南河南·期末）电化学原理在探究物质性质和实际生产中应用广泛，据此回答下列问题。 (1)通过电化学循环法可将H2S转化为H2SO4和H2(如下图所示)。其中氧化过程发生如下两步反应：H2S+H2SO4=SO2↑+S↓+2H2O、S+O2=SO2 ①电极a上发生反应的电极反应式 。 ②理论上1 mol H2S完全反应，同时分解能产生H2 mol。 (2)人工光合系统装置，如图所示，可实现以CO2和H2O合成CH4.下列说法错误的是___________(填字母)。 A．该过程是将太阳能转化为电能和化学能的过程 B．电池工作时，H+向GaN电极移动 C．GaN电极表面的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+ D．反应CO2+2H2OCH4+2O2中每消耗1 mol CO2转移4 mol e- (3)某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。 为防止金属Fe被腐蚀，可以采用 (填装置序号)装置进行防护；装置③中总反应的离子方程式为 。 (4)电镀在工业上有广泛的应用，装置I为CH4燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。 ①a处应通入 (填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是 。 ②电镀结束后，装置I中溶液的pH (填写“变大”“变小”或“不变”)。 ③理论上，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置I中消耗O2 L(标准状况下)。 19．（24-25高二上·安徽芜湖·期末）电化学原理在探究物质性质和实际生产中应用广泛，据此回答下列问题。 Ⅰ、城镇地面下常埋有纵横交错的金属管道，地面上还铺有铁轨等。当金属管道或铁轨在潮湿土壤中形成电流回路时，就会引起这些金属制品的腐蚀。为了防止这类腐蚀的发生，某同学设计了如图1所示的装置。 (1)图1、图2装置均在工作时，图1中锌电极的作用与图2中 (填化学式)电极的作用相似，图2中负极的电极反应式是 。 (2)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图3所示。待镀铁制品应与直流电源 (填“正”或“负”)极相连；通电后，溶液中的移向 (填“阳”或“阴”)极。 Ⅱ、丙烷(C3H8)的爆炸极限窄，故其为比较理想的便携式燃料电池的燃料。以丙烷为燃料的固体氧化物(能传导)燃料电池的结构示意图如图4所示。 (3)X极的电极反应式为 。 (4)以上述电池为电源给铁制器件镀铜(如图3)，当 (填“阴”或“阳”)极质量增加6.4 g时，消耗标准状况下的丙烷 L。 20．（24-25高一下·山东烟台·期末）电化学原理在实际生产和日常生活中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)纤维电池是一种便携式的二次电池。一种纤维钠离子电池放电的总反应：，其结构如图。 ①放电时，正极电极反应式为 。 ②充电时，M极应与电源 （填“正极”或“负极”）相连。 (2)应用电解法对燃煤进行脱硫处理具有效率高、效益好等优点。燃煤中含硫物质主要为，脱硫过程的主要反应为：（未配平），电解脱硫原理如图。 ①铅蓄电池a电极的电极反应为 。 ②电解过程中，混合液中将 （填“变大”“变小”或“不变”）。 ③电解过程中，每转移10mol电子，能够处理 g 。 (3)恒温条件下，用图1装置研究铁的电化学腐蚀，测得pH和压强随时间变化的图像如图2。 ①CD段主要发生 （填“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”）。 ②生活中，为了延缓轮船的腐蚀，通常在航海船只的船底四周镶嵌锌块，这种防护方法的名称为 。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题08 电解池 金属的腐蚀与防护 重点一 电解及电解池的工作原理及应用 1.电解和电解池 电解 使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。 电解池 将电能转化为化学能的装置。 电解池的构成 ①有与直流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 2.电解池的工作原理 （1）工作原理 构建电解池模型 (电解CuCl2溶液为例) 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑ 三个流向 ①电子流向：电源负极→电解池阴极；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→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。 电极产物判断 (1)阳极产物的判断 ①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。 ②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＞F-。 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＋。 ①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。 ②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。 （2）电极反应式、电解方程式的书写 ①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 ②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。 ③然后排出阴、阳两极的放电顺序： 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞（后为熔融体放电顺序）Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 ④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 ⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。 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，注意离子导体(电解质)是水溶液还是非水状态。 ②阳极材料不同，电极产物、电极反应式可能不同，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。 ④书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。 ⑤电解质溶液中未参与放电的离子是否与放电后生成的离子发生反应(离子共存)。 ⑥要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。 ⑦电势的高低:在原电池中，正极电势高于负极;在电解池中，阳极电势高于阴极。 ⑧电化学中规定:发生氧化反应的为阳极，发生还原反应的为阴极。 （3）阴、阳极的判断方法 ①根据外接电源:正极接阳极，负极接阴极。 ②根据电流方向:从阴极流出，从阳极流入。 ③根据电子流向:从阳极流出，从阴极流入。 ④根据离子移向:阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 ⑤根据电极产物:阳极——电极溶解、逸出O2(或阳极区酸性增强)或Cl2;阴极——析出金属、逸出H2(或阴极区碱性增强)。 ⑥根据反应类型:阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。 重点二 惰性电极电解规律 1.电解溶剂水型 电解质类型 最高价含氧酸，如H2SO4 活泼金属最高价含氧酸盐，如KNO3 可溶性强碱，如NaOH 电极反应式 阴极 4H+＋4e－===2H2↑ 4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 阳级 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 总反应式 2H2O2H2↑＋O2↑ 电解质溶液浓度 增大 溶液pH 减小 不变 增大 复原方法 加水 2.电解电解质型 电解质类型 无氧酸，如HCl 不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2 电极反应式 阴极 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu 阳级 2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式 2HClH2↑＋Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ 电解质溶液浓度 减小 溶液pH 增大 复原方法 通入HCl气体 加入CuCl2固体 3.放H2生碱型 电解质 (水溶液) 电极反应式及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 活泼金属的无氧酸盐 (如NaCl) 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新 电解质 增大 通入 HCl 气体 4.放氧生酸型 电解质 (水溶液) 电极反应式 及总反应式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4] 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新 电解质 减小 加CuO 或CuCO3 ①电解过程中，放H2生碱型的实质是水电离出的H+在阴极上放电，破坏了阴极附近水的电离平衡，使OH-浓度增大，若滴入酚酞试液，阴极附近溶液变红；放O2生酸型的实质是水电离出的OH-在阳极上放电，破坏了阳极附近水的电离平衡，使H+浓度增大。 ②用惰性电极电解电解质溶液时，要使电解后的溶液恢复原状态，加入的物质应由电解过程中从溶液中逸出或析出的物质(以气体或固体形式脱离电解质溶液的物质)决定。应遵循“出来什么加什么，出来多少加多少”的原则，一般加入阴极产物与阳极产物化合得到的物质。 重点三 电化学有关计算 1.计算依据——三个相等 (1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。 (2)同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。 (3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。 2.计算方法——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用于混合溶液中分阶段电解的计算。 (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4mole-为桥梁可构建如下关系式: 4e-~ (式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 ①在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。 重点四 电解原理的应用 1.氯碱工业 （1）离子交换膜电解槽 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) 2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极 碳钢网 2H＋＋2e－===H2↑(还原反应) 阳离子 交换膜 ①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室 总反应方程式 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ （2）氯碱工业制烧碱、氢气和氯气图解 ①粗食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、SO42-在电解时会生成沉淀堵塞离子交换膜而达不到电解的目的。精制时可通过依次加入BaCl2、NaOH、Na2CO3溶液过滤，最后再加适量盐酸的方法除去粗盐中的杂质离子。 2.电镀铜与电解精炼铜 电镀 电解精炼铜 示意图 电极反应 阳极 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋ 阴极 Cu2＋＋2e－===Cu 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 ①电镀过程中，溶液中离子浓度不变。 ②电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。 3.电冶金 电解冶炼 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阳极：2Cl－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 阳极：6O2－－12e－===3O2↑ 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al 总反应 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ ①电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高。 ②电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电；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，所以石墨电极需不断补充。 重点五 金属腐蚀 1.金属腐蚀的概念 金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。 2.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。 3.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 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 金属被腐蚀 较活泼的金属被腐蚀 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 区别 无电流产生 有微弱电流产生 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）： 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 ①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。 4.金属腐蚀快慢的一般规律 (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Zn—Cu(H2SO4)中的Zn比Zn—Fe(H2SO4)中的Zn腐蚀快。 (3)对由相同正、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：1 mol·L－1盐酸＞0.1 mol·L－1盐酸＞0.1 mol·L－1醋酸＞海水(起氧化作用的H＋浓度逐渐减小)。 ③溶液的导电能力越强，负极金属越易被腐蚀。如腐蚀速率：海水＞淡水＞酒精。 (4)一般情况下不纯的金属或合金在潮湿的空气中腐蚀的速率远快于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。 重点六 金属的防护 1.金属的防护考虑的因素 金属的防护主要是从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑的。 2.金属的防护 （1）电化学防护 ①牺牲阳极法——原电池原理，通常是在被保护的钢铁设备上安装锌块。 a.负极：比被保护金属活泼的金属； b.正极：被保护的金属设备。 原理装置如图所示： 锌比铁活泼，发生腐蚀时作为原电池的负极，不断遭受腐蚀，而作为正极的钢铁设备被保护起来。 ②外加电流法——电解原理，把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接直流电源，通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀速率降至零或接近零，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。 a.阴极：被保护的金属设备； b.阳极：惰性金属或石墨。 原理装置如图所示 （2）改变金属的内部结构，在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金，如制成合金、不锈钢等。 （3）在金属表面覆盖保护层，在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 ①钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋ ②金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。 ③铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。 ④两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。 ⑤金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。 电解的原理 【典例1】（24-25高二上·福建三明·期末）用间接电化学法对NO进行无害化处理的原理如下图所示。下列说法正确的是 A．从左向右移动 B．电极I的反应为 C．电解池工作一段时间，阳极区溶液pH减小 D．最多可吸收 【答案】D 【分析】由图可知，电极Ⅱ上氧元素价态升高失电子，故电极Ⅱ为阳极，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，电极Ⅰ为阴极，得到电子生成，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式为，据此作答。 【详解】A．电解池工作时，氢离子向阴极（左室）移动，故A错误； B．由分析可知，电极Ⅰ为阴极，得到电子生成，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极反应式为，B错误； C．由分析可知，电解池中阳极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，阴极的电极反应为，工作一段时间，阳极生成4mol H+的同时，有4mol H+进入阴极，阳极区H+的物质的量不变，H+的浓度不变，pH不变，C错误； D．当电极I生成1mol 时，根据上述电极反应可知，转移2mol电子，吸收塔中NO转化为N2，N元素由+2价下降到0价，转移2mol电子消耗1mol NO，质量为1mol×30g/mol=30g，D正确； 故选D。 【即时检测1-1】（24-25高二上·福建泉州·期末）科学家设计出一种可在阴极和阳极同时产生的电解池。该装置如图所示，下列说法错误的是 A．b电极与电源正极相连 B．工作时，向b电极迁移 C．a电极反应式： D．当电路中有转移时，生成 【答案】D 【分析】电解池中，阳极发生氧化反应（失电子），阴极发生还原反应（得电子），题目中a电极通入，得电子生成，O元素从0价→-1价，化合价降低，得电子），因此a为阴极，b电极则是阳极（失电子发生氧化反应）。 【详解】A．电解池中，阴极连接电源负极，阳极连接电源正极，因为a是阴极，b是阳极，所以b电极应与电源正极相连A正确； B．电解池工作时，阴离子向阳极迁移，阳离子向阴极迁移，是阴离子，b是阳极，因此会向b电极迁移，B正确； C．a为阴极，得电子生成，O元素从0价→-1价，结合溶液中的，配平电极反应式：，C正确；   D．a为阴极，得电子生成，b是阳极，失电子生成总反应式为，则生成转移，D错误； 故答案选D。 【即时检测1-2】（25-26高二上·江苏南通·期中）如图所示为催化电解较低浓度的、溶液。电解后b电极上产生的与的物质的量之比为1：2.下列说法错误的是 A．催化电解过程中将电能转化为化学能 B．通过阴离子交换膜从右室迁移到左室 C．b电极反应为 D．电解过程中每产生，通过阴离子交换膜的为2 mol 【答案】D 【分析】由图和题目可以知道这是一个电解池，电极a上是水得到电子生成H2和OH-，电极b上是HCHO的碱性溶液失去电子生成H2和HCOO-，根据电解池原理可以判断出电极a是阴极，电极b是阳极。 【详解】A．该装置是电解池，催化电解过程中将电能转化为化学能，A正确； B．电解池中阴离子向阳极移动，则通过阴离子交换膜从右室迁移到左室，B正确； C．电极b是阳极发生氧化反应，甲醛失去电子生成氢气和甲酸根，并且溶液是碱性的，因此反应电极方程式为：，C正确； D．电解过程中阴阳两极均产生，阴极电极反应：，由C选项阳极的反应可知，每产生，阴阳两极各产生，转移电子数1 mol，通过阴离子交换膜的为1 mol，D错误； 故选D。 电解法制备物质 【典例2】（24-25高二上·福建龙岩·期末）电解法制取用途广泛的，同时获得：，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：只在强碱性条件下稳定，易被还原。下列说法错误的是 A．电解一段时间后，阳极室的降低 B．阴极电极反应式为： C．随初始的变化如图2，M、N两点转移的电子数相同 D．电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止与反应使产率降低 【答案】C 【分析】依据题意，电解的总反应为：，装置通电后，铁电极附近生成紫红色的，镍电极有气泡产生，则阳极电极反应式为：；阴极电极反应式为：；据此作答。 【详解】A．依据阳极电极反应式为：，阳极室消耗氢氧根离子，使氢氧根浓度降低，A正确； B．依据分析，阴极电极反应式为：，B正确； C．M点c(Na2FeO4)没有达到最高值，阳极发生的主要反应为：；结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质”，则N点铁电极上发生的主要反应为：；即M、N两点转移的电子数不同，C错误； D．结合题目信息“Na2FeO4易被氢气还原”可知，制备Na2FeO4时不能与阴极产生的氢气接触，需及时排出H2，D正确； 故答案选C。 【即时检测2-1】（24-25高二上·广东广州·期末）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解时，向电极移动 B．每生成的同时，生成 C．生成的电极反应： D．电解一段时间后，溶液升高 【答案】C 【分析】Ni电极产生，为氢元素降价所得，为还原反应，故为阴极，电极反应方程为：；电极为阳极，电极反应方程为：。 【详解】A．电解池中阳离子向阴极移动，生成的Ni电极为阴极，K+应向Ni电极移动，A错误； B．阳极存在生成的主反应和生成的副反应，电子转移不全部用于主反应，无法确定与的固定生成比例，B错误； C．阳极反应为氧化反应，2个失去4e-生成，结合碱性条件用平衡电荷和H、O元素，电极反应式为，元素守恒、电荷守恒、电子守恒均成立，C正确； D．阴极生成（），阳极主反应消耗（8参与反应）且副反应（生成）也消耗OH⁻，总体减少，pH降低，D错误； 故答案选C。 【即时检测2-2】（24-25高二下·浙江温州·期末）西北工业大学黄维院士团队研发出一种新型水性电池，该电池能有效地捕获并将其转化为。现利用电池将产生的电解制氨，过程如下图所示。下列说法正确的是 A．电极发生还原反应 B．可加入一定量的固体增强丙室中水的导电性 C．电解池的总反应式为 D．当电路中转移时，丙室溶液质量减少 【答案】C 【分析】根据图知，左侧装置能自发的进行氧化还原反应，则该装置为原电池，Zn易失电子作负极，电极反应式为，b电极为正极，电极反应式为：，b连接石墨d，则d为阳极，电极反应式为，c为阴极，电极反应式为。 【详解】A．a为负极，发生失去电子的氧化反应，A错误； B．NaCl为电解质，在溶液中可电离成离子，但氯离子的还原性大于氢氧根，若加入氯化钠，氯离子会在阳极放电产生氯气，可加入硫酸钠固体增强溶液导电性，B错误； C．电解池中交换膜为质子交换膜，c电极的电极反应为：，d为阳极，电极反应式为：，调整电荷守恒，电解池溶液为亚硝酸盐溶液，反应物中不出现，整理可得电解池总反应为，C正确； D．丙室中阳极上水失电子产生氧气，电极反应为，当电路中转移2mole-时，丙室产生氧气减少的质量16g，且c极电极反应，同时会有2mol质子转移至乙室，则丙室溶液质量等于18g，D错误； 故选C。 电解原理的应用 【典例3】（24-25高二上·安徽芜湖·期末）某研究性学习小组利用如图装置探究氯碱工业和铜精炼的工作原理(M是离子交换膜)。下列说法错误的是 A．电源a极为负极 B．M为阳离子交换膜 C．电解前后装置乙中CuSO4溶液浓度逐渐变小 D．通电后，若Fe电极上产生22.4 L Cl2(标准状况下)时，理论上电路中转移0.2 mol电子 【答案】D 【分析】乙池为铜的精炼，则粗铜作阳极，精铜作阴极；电源的右侧与粗铜相连，为电池的正极，左侧为负极，所以甲池的Fe电极为阴极，石墨电极为阳极。 【详解】A．乙池为铜的精炼，则粗铜作阳极，精铜作阴极；电源的右侧与粗铜相连，为电池的正极，左侧为负极，所以甲池的Fe电极为阴极，石墨电极为阳极，电源a极为负极，A正确； B．通电后，石墨电极上失电子生成Cl2，Fe电极上水得电子生成H2和，则阳极区的Na+透过离子交换膜进入左侧Fe电极附近，所以此离子交换膜只可以是阳离子交换膜，若为阴离子交换膜，则氢氧化钠会与氯气反应，B正确； C．电解精炼铜时，不纯的铜作阳极，粗铜中比铜活泼的有Zn、Fe、Ni等，它们在阳极失去电子被氧化，阳极主要反应为，其他电极反应式有、等，比铜不活泼的有Ag、Pt、Au等成为阳极泥根据得失电子守恒，阳极溶解的铜的物质的量小于阴极析出的铜的物质的量，则电解前后装置乙中硫酸铜溶液浓度变小，C正确； D．甲池的Fe电极为阴极，发生的电极反应为，无Cl2生成，D错误； 故选D。 【即时检测3-1】利用如图装置进行“铁件镀铜”实验，观察到阴极表面产生无色气体，一段时间后，气体减少，表面有红色固体，经检验，电解液中有Fe2+。下列分析或说法不正确的是 A．阴极表面产生气体的反应可能为2H++2e- = H2↑ B．Cu覆盖在Fe电极表面，导致气体减少 C．向电解后的溶液中滴加KSCN溶液，不会变成血红色 D．电镀完成后，阳极减少的质量等于阴极增加的质量 【答案】D 【分析】该装置为电解池，Cu作阳极，电极反应为：Cu-2e-=Cu2+，Fe作阴极，根据题意，阴极表面产生无色气体，说明发生了反应2H++2e-=H2↑，Cu2+氧化性强于H+，故电极反应为：Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑，经检验，电解液中有Fe2+，说明阴极上有Cu析出，可与Fe形成局部原电池反应，正极反应为：2H++2e-=H2↑，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，则Cu覆盖Fe表面越多，该电池反应越弱。 【详解】A．根据分析，阴极表面产生气体的反应可能为2H++2e- = H2↑，A正确； B．根据分析，一段时间后，气体减少，表面有红色固体，即Cu覆盖在Fe电极表面，导致气体减少，B正确； C．根据分析，电解液中有Fe2+，故向电解后的溶液中滴加KSCN溶液，不会变成血红色，C正确； D．根据分析，阳极电极反应为：Cu-2e-=Cu2+，阴极电极反应为：Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑，根据电子守恒可知，电镀完成后，阳极减少的质量大于阴极增加的质量，D错误； 故选D。 【即时检测3-2】（24-25高二上·福建三明·期末）电解饱和食盐水是氯碱工业的基础，其装置如图所示。 (1)写出上图装置中电解饱和食盐水的离子方程式 。该装置中离子交换膜为 (填“阳”或“阴”)离子交换膜。 (2)可用碱性甲醇()燃料电池作为电解饱和食盐水的外加电源，若消耗2.24 L(已经换算为标准状况)甲醇蒸气，则理论上图装置的阳极室溶液减少的质量为 g。 (3)氯碱工业能耗大，通过如图的改进，可降低电解电压，从而大幅度降低能耗。电极A应与外接电源的 极相连(填“正”或“负”)，写出电极B的电极反应式 。 (4)某兴趣小组发现电解后阳极室有副产物，可用浓盐酸处理并回收产生的氯气。 ①生成氯气的离子方程式为 。 ②浓盐酸在该过程中所起的作用可能是： 猜想1：提高了，使的还原性增强； 猜想2：提高了，使的还原性增强； 猜想3：提高了， 。 ③用下图装置验证猜想2，补全操作和现象：闭合K，至指针读数稳定后 。 【答案】(1) 阳 (2)35.1 (3) 正 (4) 使氧化性增强 向右侧烧杯中加入少量硫酸，观察指针读数是否增大 【详解】（1）电解饱和食盐水时，反应生成氢氧化钠，氢气和氯气，反应的离子方程式为：；阳极处氯离子失去电子生成氯气，故a口逸出氯气，阴极处水得到电子生成氢气和氢氧根，故b口逸出氢气，为避免阴极区产生的氢氧根离子移向阳极与氯气发生反应，需选择阳离子交换膜。 （2）碱性甲醇()燃料电池的负极反应为，2.24L甲醇蒸气物质的量为0.1mol，则理论上转移的电子为0.6mol，电解饱和食盐水装置的阳极室发生反应，转移电子0.6mol时生成氯气0.3mol，且同时有0.6molNa+透过离子交换膜向阴极移动，则阳极室溶液减少的质量为。 （3）电极A 附近氯离子失去电子被氧化为氯气，作阳极，应与电源正极相连；电极B 附近氧气得电子转化为OH-，电极反应式为。 （4）①盐酸和发生归中反应生成，反应的离子方程式为； ②盐酸与的反应中，作氧化剂，因此还可能是提高c(H+)，使氧化性增强； ③用如图装置验证猜想2，具体的操作为：闭合K，至指针读数稳定后，向右侧烧杯中加入少量硫酸，观察指针读数是否增大。 金属的腐蚀与防护 【典例4】（24-25高二上·福建三明·期末）远洋轮船的钢铁船体在海水中易发生腐蚀，利用如图装置模拟船体的电化学防护。下列说法错误的是 A．船体在海水中主要发生吸氧腐蚀 B．船体发生腐蚀时，负极反应式为 C．若X为碳棒，为减缓船体的腐蚀，开关K应置于M处 D．若X为废铁，开关K置于N处，该防护法称外加电流阴极保护法 【答案】C 【详解】A．海水呈弱碱性，钢铁船体在海水中构成原电池，船体在海水中主要发生吸氧腐蚀，故A正确； B．钢铁船体在海水中构成原电池，钢铁中的铁为负极，负极反应式为，故B正确； C．若X为碳棒，当开关K置于M处时，构成原电池，船体作负极被腐蚀；当开关K置于N处时，构成电解池，船体作阴极被保护，则开关K应置于N处，故C错误； D．若X为废铁，开关K置于N处，构成电解池，船体作阴极被保护，该防护法称外加电流阴极保护法，故D正确； 故选C。 【即时检测4-1】（24-25高二上·安徽亳州·期末）将镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列有关说法正确的是 A．钢铁在海水中容易发生析氢腐蚀 B．镀层金属上的电极反应式： C．电镀时，镀层金属作为阴极 D．若有铁锈(以计)生成，理论上负极有电子转移 【答案】B 【详解】A．钢铁在海水中发生吸氧腐蚀，A错误； B．由于铁生锈，说明铁被腐蚀，铁为负极，镀层金属为正极，且发生的是吸氧腐蚀，B正确； C．镀层金属作阳极，C错误； D．负极的电极反应式为，由此可知，有0.1 mol 生成时理论上负极转移0.4 mol电子，D错误； 故答案选B。 【即时检测4-2】（24-25高二下·海南海口·期末）两个均装有混合了饱和食盐水、酚酞和铁氰化钾溶液琼脂的培养皿，分别将裹有锌皮的铁钉和缠有铜丝的铁钉放置其中，如图所示。下列说法错误的是 A．离子在琼脂内可定向移动 B．图A中会出现两处红色 C．图A中是用外加电流法保护铁钉 D．图B中出现蓝色的反应： 【答案】C 【详解】A．原电池在放电时，化学能转化为电能，带电粒子可定向移动，A正确； B．图A中的锌比铁活泼，铁做正极，发生还原反应，O2+4e-+2H2O=4OH-，氢氧根遇酚酞变红，锌在铁钉的中间，则铁钉的两端会变红，B正确； C．利用原电池原理对金属的腐蚀进行防防护，这种方法叫牺牲阳极的阴极保护法，外加电流的阴极保护法利用的是电解池原理，C错误； D．图B中的铁比铜活泼，铁做负极，发生氧化反应，Fe-2e-=Fe2+，生成的亚铁离子与铁氰化钾发生反应生成蓝色沉淀，D正确； 故答案为：C 夯实基础 1．（24-25高二下·广东汕头·期末）京灶大桥主桥为钢一砼组合梁斜拉桥，钢铁部分使用高性能富锌底漆防腐，以下说法错误的是 A．该防腐方法采用牺牲阳极法 B．铁作电解池的阴极被保护 C．发生电化学腐蚀时，电子由锌流向铁 D．使用一段时间后需重新刷漆养护 【答案】B 【详解】A．牺牲阳极法利用原电池原理，活泼金属（如锌）作为负极被腐蚀，铁做正极被保护，富锌底漆符合此原理，A正确； B．牺牲阳极法属于原电池原理，而非电解池，铁在原电池中作为正极被保护，而非电解池的阴极，B错误； C．电化学腐蚀时，电子从活泼金属锌（负极）流向铁（正极），C正确； D．油漆会随时间老化或破损，需重新刷漆以维持防护效果，D正确； 故选B。 2．（24-25高一下·安徽·期末）钢铁在海水中发生腐蚀的原理如图所示。下列说法错误的是 A．该腐蚀原理属于原电池原理 B．铁电极是负极，生成的离子是 C．C为正极，该电极上发生还原反应 D．铁锅洗净擦干可以减缓锈蚀 【答案】B 【分析】铁、氧气和电解质海水构成原电池，发生吸氧腐蚀。 【详解】A．该腐蚀过程有电子定向移动，属于原电池原理，故A正确； B．铁电极是负极，铁电极失电子生成，故B错误； C．C是正极，正极上得电子生成，氧元素价态降低发生还原反应，故C正确； D．铁锅洗净擦干，没有电解质溶液，不能构成原电池，可以减缓腐蚀，故D正确； 选B。 3．（24-25高二上·江苏苏州·期中）提供几组常见的实验装置示意图，下列有关叙述正确的是 A．装置①中阳极上有红色物质析出 B．装置②中的铜片应与直流电源的负极相连 C．装置③中，若电解液为KOH溶液，则电极a的反应式：H2-2e-+2OH-=2H2O D．装置④中，CuSO4溶液的浓度始终不变 【答案】C 【详解】A．装置①中用惰性电极电解CuCl2溶液，在阳极上Cl-失去电子被氧化变为Cl2，阳极的电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑；在阴极上Cu2+得到电子被还原为单质Cu，阴极的电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，故电解时在阴极上有红色物质析出，A错误； B．在装置②电镀铜时，应该使镀层金属铜片与直流电源的正极相连，作阳极；镀件与直流电源的负极连接作阴极，B错误； C．在装置③的氢氧燃料电池中，通入燃料H2的电极a为负极，通入O2的电极b为正极，若电解液为KOH溶液，溶液显碱性，则电极a的反应式：H2-2e-+2OH-=2H2O，C正确； D．在装置④的金属铜的精炼中，粗铜作阳极，精铜作阴极。阳极上Cu及活动性比Cu强金属如Zn、Fe等会失去电子变为金属阳离子进入电解质溶液；在阴极上只有Cu2+得到电子被还原变为单质Cu。由于同一闭合回路中电子转移数目相等，因此电解一段时间后，溶液中CuSO4的浓度会逐渐降低，D错误； 故选C。 4．（24-25高二下·甘肃天水·期末）我国科研工作者设计了一种Mg-海水电池驱动海水(pH=8.2)电解系统(如图所示)。以新型为催化剂(生长在泡沫镍电极上)，在电池和电解池中同时产生氢气。下列关于该系统的说法正确的是 A．电极1上的反应为 B．海水能导电，故海水为电解质 C．将催化剂生长在泡沫镍电极上可降低催化效率 D．若仅用铅酸蓄电池代替左侧装置，装置工作时，电极4应与Pb电极相连 【答案】D 【分析】由图可知，左侧装置为原电池，电极1为负极，电极2为正极，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，右侧装置为电解池，电极3为阳极，电极4为阴极，电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，据此作答。 【详解】A．由上述分析可知，电极1为负极，反应为，故A错误； B．海水是混合物，既不是电解质，也不是非电解质，故B错误； C．将催化剂生长在泡沫镍电极上可以增大接触面积，加快反应速率，故C错误； D．电极4为阴极，铅酸蓄电池中Pb为负极，故电极4应与Pb电极相连，故D正确； 答案选D。 5．（24-25高二下·贵州毕节·期末）利用电解原理电解含乙醛的废水制备乙醇和乙酸不仅能减少污染，还能回收利用资源，其原理如图所示（图中双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场的作用下分别向两极迁移）。下列说法正确的是 A．M电极上发生氧化反应 B．双极膜中的H＋移向N极 C．M电极上发生的反应为 D．电路中通过2mole－时，N电极上产生11.2LO2 【答案】C 【分析】M电极乙醛被还原为乙醇，M是阴极；N电极水发生氧化反应生成氧气，N是阳极，则直流电源的a是负极、b是正极。 【详解】A．M电极乙醛被还原为乙醇，M电极上发生还原反应，故A错误； B．M是阴极、N是阳极，阳离子向阴极移动，则双极膜中的H＋移向M极，故B错误； C．M电极乙醛被还原为乙醇，发生的反应为，故C正确； D．N电极水发生氧化反应生成氧气，电路中通过2mole－时， N电极上产生0.5mol氧气，没有明确是否为标准状况，生成氧气的体积不一定是11.2L，故D错误； 选C。 6．（24-25高二下·安徽滁州·期末）我国科技工作者设计了如图所示的可充电电池，以为电解质，电解液中加入1，3—丙二胺（PDA）以捕获，使放电时还原产物为。该设计克服了导电性差和释放能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是 A．在正极反应中，PDA可以改善多相界面的相容性，促进的快速脱溶剂和扩散 B．放电时，每转移电子，理论上可转化 C．充电时，电极与电源负极相连，向阴极迁移 D．电池不仅能够实现能量储存，还能实现二氧化碳的增值利用，被认为是新一代极具吸引力的电池候选产品 【答案】B 【分析】在放电过程中，多孔碳纳米管电极做正极，被还原为，电极做负极；在充电过程中，电极做阴极，与电源负极相连，多孔碳纳米管电极做阳极，与电源正极相连； 【详解】A.在正极反应中，PDA可以改善多相界面的相容性，促进的快速脱溶剂和扩散，故A正确； B.放电时，正极的电极反应式为：，因此，每转移电子，理论上可转化，即，故B错误； C. 充电时，电极作为阴极，与电源负极相连，此时在电解液中向阴极迁移并被还原为，故C正确； D. 题目中提到该电池设计克服了导电性差和释放能力差的障碍，同时改善了的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。因此，该电池不仅实现能量储存，还能利用，具有环保和经济价值，选项D正确； 7．（24-25高二下·浙江温州·期末）利用如图装置进行铁上镀铜的实验。下列说法不正确的是 A．铁片上析出铜的反应为 B．镀铜过程中溶液中铜离子的浓度基本不变 C．镀铜前用NaOH溶液，盐酸分别除去铁片上的油污和铁锈 D．以溶液为电镀液，可使镀层平滑光亮 【答案】A 【分析】铁上镀铜，铁做阴极，铜做阳极，含有Cu2+的溶液做电镀液，阳极上铜失去电子形成铜离子，阳极反应式为，阴极上铜离子得到电子形成铜单质，阴极反应式为。 【详解】A．电解池中，铁不能直接置换出铜单质，铁片上析出铜的反应为，A错误； B．阳极上铜失去电子形成铜离子，阴极上铜离子得到电子形成铜单质，根据得失电子守恒知，溶液中铜离子浓度基本不变，B正确； C．油脂在碱性条件下能发生水解反应，铁片上的油污可以用NaOH溶液清洗；铁锈的主要成分是，可溶于盐酸，可以用盐酸清洗，C正确； D．以溶液为电镀液，溶液中的Cu2+浓度更小，可使镀层更平滑光亮，D正确； 故选A。 8．（24-25高二上·福建泉州·期末）下列关于电化学的说法正确的是 A．交换膜为阴离子交换膜 B．铜片与直流电源负极相连 C．防腐原理：外加电流的阴极保护 D．电子流向：a→b→电解质→a A．A B．B C．C D．D 【答案】C 【详解】A．该装置为电解饱和食盐水，电解方程式为，左侧为阳极，电极反应为，右侧为阴极，电极反应为，向阴极移动，从左侧进入右侧，故离子交换膜为阳离子交换膜，A错误； B．电镀时，镀件放阴极与电源负极相连，镀层金属放阳极与电源正极相连，则铜片应与电源正极相连，B错误； C．为保护钢闸门，钢闸门应与电源负极相连，辅助电极作阳极，应使用石墨等惰性电极，其防腐原理为外加电流保护法，C正确； D．在原电池中，电子只能在导线中移动，不能进入电解质溶液，D错误； 故答案选C。 9．（24-25高二下·福建莆田·期末）一种水性二氧化锰电池工作原理如下图，部分微粒已略去。放电过程中，二氧化锰电极的质量变小。下列说法错误的是 A．充电时，a极外接电源的负极 B．充电时，b电极发生还原反应 C．放电时，负极总反应式： D．放电时，理论上正极、负极质量变化之比为87：64 【答案】A 【分析】已知放电过程中，二氧化锰电极的质量变小，故放电时，a为正极，电极反应为：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，b为负极，失去电子最终生成，电极反应为：，则充电时，a为阳极，b为阴极，据此解答， 【详解】A．由分析可知，充电时，a极外接电源的正极，A错误； B．充电时，b电极为阴极，发生得电子的还原反应，B正确； C．放电时，负极失去电子最终生成，电极反应为：，C正确； D．放电时，当转移时，负极损失，质量为128g，正极损失，质量为174g，故理论上正极、负极质量变化之比为87：64，D正确； 故选A。 10．（24-25高二下·湖南张家界·期末）有机化合物的高效电化学加氢对于可持续发展至关重要。酸性条件下苯甲酸电化学加氢原理如图所示，下列说法正确的是 A．电极M与电源的负极相连 B．电极N的电极反应为+2e-+2H+→ C．电化学加氢一段时间后，右室的pH保持不变 D．理论上电路中转移2 mol e-，左室的质量减少18 g 【答案】D 【分析】 根据图示可知：该装置连接有电源，该装置为电解池。在M电极上H2O失去电子被氧化为O2，所以M电极为阳极，连接电源的正极；在N电极上得到电子被还原为，N电极为阴极，连接电源负极，然后根据在同一闭合回路中电子转移数目相同及电解池的反应原理分析。 【详解】A．根据图示可知：在电极M上H2O失去电子被氧化为O2，所以M电极为阳极，应该是连接电源的正极，A错误； B．电极N上得到电子被还原为，发生还原反应，电极反应式为+6e-+6H+→，B错误； C．电化学加氢一段时间后，不断转化为，但由于两者酸性不同，因此右室溶液的pH将会发生改变，C错误； D．在电解池的左室发生反应：2H2O-4e-=O2↑+4H+，每反应消耗2 mol H2O，在电路中会转移4 mol电子。由于在同一闭合回路中电子转移数目相同。当理论上电路中转移2 mol e-时，左室会消耗1 mol的H2O，其质量为18 g，产生的16 g O2从溶液逸出，产生的2 g H+在反应过程中会通过质子交换膜由左室转移到右室，因此左室质量会减轻18 g，D正确； 故合理选项是D。 综合运用 11．（24-25高一下·广西南宁·期末）纳米硅基锂电池是一种新型二次电池，电池反应原理如图所示，放电时硅基电极反应式为：。下列说法错误的是 A．电解液不能选用或者的水溶液 B．电池放电时从硅基电极脱嵌，而充电时，从三元锂电极脱嵌 C．充电时，三元锂电极反应式为 D．该电池工作时，每转移，两极质量变化之差为 【答案】D 【分析】电池工作时，硅基电极上的反应为：，故硅基电极为负极，三元锂电极为正极，电极反应为。 【详解】A．锂能与水反应生成氢氧化锂和氢气，所以纳米硅基锂电池的电解液不能选用或者的水溶液，A正确； B．由分析得硅基电极为负极，放电时电极反应为，从硅基电极脱嵌，充电时，三元锂电极接电源正极作阳极，电极反应式为，从三元锂电极脱嵌，B正确； C．电池充电时，三元锂电极连接电源正极作阳极，阳极上失电子产生，三元锂电极反应式为，C正确； D．由分析可知，电池工作时，转移1mol电子，负极减少1mol锂原子，正极增加1mol锂原子，则两极质量变化之差为，D错误； 故答案选D。 12．（24-25高一下·广西南宁·期末）以铅蓄电池为电源(放电时总反应为)，利用电解法获得与的原理如图所示。下列说法正确的是 A．M膜为阴离子交换膜 B．电解过程中，产品室1的逐渐减小 C．产品室2中反应为 D．双极膜共解离时，理论上铅蓄电池中生成 【答案】C 【分析】由图可知，电解池工作时阳离子向阴极迁移，由于向电极a移动，即电极a为阴极，那么电极b为阳极， M膜为阳离子交换膜，原料室中通过M膜进入产品室1得到，N膜为阴离子交换膜，原料室中通过N膜进入产品室2，与双极膜产生的反应生成磷酸。 【详解】A．由分析得M膜为阳离子交换膜，原料室中通过M膜进入产品室1得到，A错误； B．电解过程中，产品室1得到产品是，产品室1的逐渐增大，B错误； C．由分析得原料室中通过N膜进入产品室2，与双极膜产生的反应生成磷酸，发生反应，C正确； D．双极膜共解离，即电极a、b处各解离，电极a的电极反应式为：，解离得到，转移电子数为2mol，结合反应，理论上铅蓄电池中生成，D错误； 故答案选C。 13．（24-25高二下·河北秦皇岛·期末）双极膜电渗析法固碳技术是将捕集的转化为而矿化封存的，其工作原理如图所示。双极膜中间层中的解离成和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．电势：电极M>电极N B．交换膜1和交换膜2均为阳离子交换膜 C．消耗1Ah电量时，阴阳两极生成气体的物质的量之比为1∶2 D．该技术中电解固碳总反应的离子方程式为 【答案】D 【分析】双极膜中间层的，在直流电场作用下解离为（阳离子）和（阴离子）。左侧双极膜中的向左移动进入左侧硝酸钠溶液中发生反应，向右移动进入“碱室”与二氧化碳反应生成，通过阴离子交换膜进入溶液生成；溶液中的通过阴离子交换膜进入“酸室”，右侧双极膜中的向左移动进入“酸室”，向右移动进入右侧硝酸钠溶液中发生反应。 【详解】A．电极M为阴极（阴极得电子），电极N为阳极（阳极失电子 ），阳极电势高于阴极电势，即电极M<电极N，A错误； B．通过交换膜1（阴离子交换膜）进入溶液生成，溶液中通过交换膜2（阴离子交换膜）进入“酸室”，所以交换膜1和交换膜2均为阴离子交换膜，B错误； C．消耗1Ah电量时，由电极反应式可知，转移电子时，阴极生成、阳极生成，即阴阳两极生成气体物质的量之比为2∶1，C错误； D．结合装置中物质转化，参与反应，转化为，阴极生成、阳极生成，电解固碳总反应的离子方程式为，D正确； 综上，答案是D。 14．（24-25高二下·湖北武汉·期末）阴极—阳极协同电催化策略可实现常温合成抗癌药的关键中间体——丙酰胺。该电化学合成系统如图。下列说法正确的是 A．若以铅酸蓄电池为电源，则b接Pb电极 B．电子移动方向为：a→M→N→b C．M极上的电极反应有： D．理论上M极每产生7.3g丙酰胺，则N极消耗6.0g丙醇 【答案】C 【分析】连接b极的N极钛网上丙醇转化为丙醛被氧化，发生氧化反应，为电解池的阳极，连接的b极为正极；连接a极的M极为阴极； 【详解】A．铅酸蓄电池的正极为PbO2，负极为Pb，作为电源时，阳极(N极)应接正极(PbO2)，阴极(M极)接负极(Pb)，因此，b应接PbO2，而非Pb，选项A错误； B．电子在外电路中流动:电源负极(a) →阴极(M) ，阳极(N) →电源正极(b)，选项B描述的电子路径未通过外电路，暗示电子通过溶液流动，选项B错误； C．M极连接负极为阴极，阴极上的电极反应有：，C正确； D．7.3g丙酰胺(C2H5CONH2，摩尔质量73g/mol)与6.0g丙醇(C3H8O， 摩尔质量60g/mol)的物质的量比为1:1，根据图中原理可知，M电极上生成丙酰胺是由M电极生成的与N电极生成的丙醛反应而来，M极每生成0.1mol丙酰胺转移0.6mol电子，而1mol丙醇被氧化为1mol丙醛转移消耗2mol电子，故M极生成0.1mol丙酰胺生成实际需0.3mol丙醇(18g) ，D错误； 答案选C。 15．（24-25高二下·陕西榆林·期末）为了减少工业烟气中余热与的排放，科研人员设计了一种热再生电池——二氧化碳电化学还原池系统，消除的同时产生和CO，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．装置中A电极作正极，发生还原反应 B．电池工作时，电子从A电极经过外电路流向D电极，再经过电解质溶液流回C电极，最后经外电路流回B电极 C．阴极的电极反应为 D．电池工作时，C电极生成2.24L氧气，A电极质量减少12.8g 【答案】C 【分析】由装置图可知A电极上发生反应：，则A电极为原电池的负极，B电极为正极，正极发生反应：，则电极D为阴极，电极反应：，C电极为阳极，电极反应：，据此分析解答。 【详解】A．装置中A电极上发生反应：，A电极作负极，发生氧化反应，A项错误； B．电子不经过溶液，B项错误； C．根据分析可知，阴极的电极反应为，C项正确； D．未指明是否为标准状况，无法计算，D项错误； 答案选C。 16．（24-25高三上·福建漳州·期末）一种绿色环保的电解二苯甲醇合成二苯甲酮的方法如图所示，其中的电解质溶液为含的溶液。下列说法错误的是 A．a为电源正极 B．每生成1 mol 同时生成1 mol HI C．电解时，铂电极上发生的反应为 D．电解前后，电解质溶液中保持不变 【答案】B 【分析】由石墨电极的反应为发生还原反应，可推知石墨电极为阴极，故b为电源负极， 在阳极（铂电极）发生反应：，与二苯甲醇作用生成二苯甲酮，同时生成HI，据此分析。 【详解】A．由石墨电极的反应为可推知石墨电极为阴极，故b为电源负极a为电源正极A不符合题意； B．每生成1 mol ，消耗1 mol ，对比二苯甲醇与二苯甲酮结构可知，反应过程被氧化为酮羰基，1 mol二苯甲醇失去2 mol H，生成1 mol二苯甲酮，同时生成2 mol HI，B符合题意； C．电解时，在阳极（铂电极）发生反应：，C不符合题意； D．从图中可见，电解时，，在与二苯甲醇反应中，，电解质溶液中的保持不变，D不符合题意； 故选B。 17．（24-25高二上·福建南平·期末）利用“肼()—硝酸盐”燃料电池，探究氯碱工业原理，如图所示： 已知：双极膜中电离出和，在电场力的作用下分别向两极移动。 (1)a电极为 (填“正极”或“负极”)，电极反应式为 。 (2)乙中X隔膜为 (填“阴”或“阳”)离子交换膜，总反应化学方程式为 。 (3)电解一段时间后，乙装置中c% d%(填“>”，“<”或“=”)。 (4)若极有(折算成标准状况)生成，理论上双极膜中有 移向极，乙装置产生的物质的量为 。 【答案】(1) 正极 (2) 阳 (3) (4) 0.4 0.2 【分析】甲装置为燃料电池：a极上得电子生成，被还原，故a为正极，电极反应为；b极上失电子生成，被氧化，故b为负极，电极反应为； 乙装置为电解池：与电源负极相连的电极为阴极，与电源正极相连的电极为阳极；阳极反应为，阴极反应为。 【详解】（1）由分析可知，a极上被还原，故a为正极；电极反应为，故答案为：正极；； （2）乙中阳极生成，为防止与反应以及允许向阴极移动，X 隔膜应为阳离子交换膜；总反应方程式为，故答案为：阳；； （3）由分析可知，乙装置中的电极反应为，同时阳极的钠离子通过阳离子交换膜至阴极与氢氧根结合得到氢氧化钠，使氢氧化钠浓度增大，因此，故答案为：<； （4）由分析可知，b极生成，物质的量为0.1 mol，由电极反应可知转移电子；双极膜中向b极迁移，迁移量为；乙装置转移电子时，由电极反应式可知，生成的物质的量为，故答案为：0.4；0.2。 思维拔高 18．（25-26高二上·湖南河南·期末）电化学原理在探究物质性质和实际生产中应用广泛，据此回答下列问题。 (1)通过电化学循环法可将H2S转化为H2SO4和H2(如下图所示)。其中氧化过程发生如下两步反应：H2S+H2SO4=SO2↑+S↓+2H2O、S+O2=SO2 ①电极a上发生反应的电极反应式 。 ②理论上1 mol H2S完全反应，同时分解能产生H2 mol。 (2)人工光合系统装置，如图所示，可实现以CO2和H2O合成CH4.下列说法错误的是___________(填字母)。 A．该过程是将太阳能转化为电能和化学能的过程 B．电池工作时，H+向GaN电极移动 C．GaN电极表面的电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+ D．反应CO2+2H2OCH4+2O2中每消耗1 mol CO2转移4 mol e- (3)某研究性学习小组设计了如图所示装置探究钢铁的腐蚀与防护。 为防止金属Fe被腐蚀，可以采用 (填装置序号)装置进行防护；装置③中总反应的离子方程式为 。 (4)电镀在工业上有广泛的应用，装置I为CH4燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)，通过装置Ⅱ实现铁棒上镀铜。 ①a处应通入 (填“CH4”或“O2”)，b处电极上发生的电极反应式是 。 ②电镀结束后，装置I中溶液的pH (填写“变大”“变小”或“不变”)。 ③理论上，装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，则装置I中消耗O2 L(标准状况下)。 【答案】(1) 2 (2)BD (3) ②③ (4) ， 变小 2.24 【详解】（1）电极a上失电子生成，电极反应式为：；根据已知氧化过程计算可得1 mol 经过氧化处理后生成2 mol ，在电极上发生氧化反应，转移电子总数为4 mol，阴极上电极反应为：，，电极上生成4 mol，所以分解后得到的物质的量为2 mol； （2）A．图示过程利用太阳能实现将CO2和H2O转化为CH4，转化过程中有电子定向移动，则将太阳能转化为电能和化学能，故A项正确； B．根据电子移动方向可判断GaN电极为负极，Cu电极为正极，电池工作时阳离子向正极移动，即H+向Cu电极移动，故B项错误； C．GaN电极表面H2O失去电子生成O2和H+，电极反应式为，故C项正确； D．反应中碳元素的化合价由+4价变为-4价，则消耗1 mol CO2转移8 mol e-，D项错误； 故答案选BD； （3）金属的电化学防护一般将被保护金属作为电池正极或与电源负极连接，①中Fe为负极、Cu为正极，②中Zn为负极、Fe为正极，③中Fe与电源负极相连，作电解池阴极被保护，故答案选②③；装置③中实际发生电解食盐水反应，总反应的离子方程式为； （4）要实现在铁棒上镀铜，则铁棒作电解池阴极，a处电极发生氧化反应，通入CH4，b处电极发生的电极反应式为，a处电极发生反应，电镀结束后装置I中溶液氢氧根离子浓度减小，pH值变小；装置Ⅱ中阴极质量变化12.8 g，即生成Cu 0.2 mol，转移电子0.4 mol，根据氧化还原反应得失电子守恒原则计算标准状况下消耗O2的体积。 19．（24-25高二上·安徽芜湖·期末）电化学原理在探究物质性质和实际生产中应用广泛，据此回答下列问题。 Ⅰ、城镇地面下常埋有纵横交错的金属管道，地面上还铺有铁轨等。当金属管道或铁轨在潮湿土壤中形成电流回路时，就会引起这些金属制品的腐蚀。为了防止这类腐蚀的发生，某同学设计了如图1所示的装置。 (1)图1、图2装置均在工作时，图1中锌电极的作用与图2中 (填化学式)电极的作用相似，图2中负极的电极反应式是 。 (2)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图3所示。待镀铁制品应与直流电源 (填“正”或“负”)极相连；通电后，溶液中的移向 (填“阳”或“阴”)极。 Ⅱ、丙烷(C3H8)的爆炸极限窄，故其为比较理想的便携式燃料电池的燃料。以丙烷为燃料的固体氧化物(能传导)燃料电池的结构示意图如图4所示。 (3)X极的电极反应式为 。 (4)以上述电池为电源给铁制器件镀铜(如图3)，当 (填“阴”或“阳”)极质量增加6.4 g时，消耗标准状况下的丙烷 L。 【答案】(1) Al (2) 负 阳 (3) (4) 阴 0.224 【分析】图1中活泼金属锌是负极，图2中Mg和Al在NaOH溶液中，Al与NaOH反应，Al作负极，Mg作正极； 燃料电池中，燃料（丙烷）在负极发生氧化反应，X极通入丙烷，故X为负极，Y为正极。 【详解】（1）根据分析，锌电极的作用与Al电极作用相似；图2中负极的反应式为； （2）铁上镀铜应该用铜作阳极，铁作阴极，含有Cu2+的溶液做电解液，纯铜与外接电源的正极相连，作阳极；待镀铁制品为阴极，应与直流电源负极相连；电解池中，阴离子向阳极移动，通电后，溶液中的移向阳极； （3）①电池工作时，负极发生氧化反应、正极发生还原反应，丙烷在负极上失电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为； （4）电镀时，镀件（铁制器件）作阴极，铜离子在阴极得电子析出铜，因此阴极质量增加；阴极质量增加6.4 g铜时，6.4 g铜的物质的量为，根据，转移电子数为0.2mol，电极反应式为；丙烷的物质的量为0.01mol，标准状况下丙烷的体积为。 20．（24-25高一下·山东烟台·期末）电化学原理在实际生产和日常生活中有着广泛的应用。回答下列问题： (1)纤维电池是一种便携式的二次电池。一种纤维钠离子电池放电的总反应：，其结构如图。 ①放电时，正极电极反应式为 。 ②充电时，M极应与电源 （填“正极”或“负极”）相连。 (2)应用电解法对燃煤进行脱硫处理具有效率高、效益好等优点。燃煤中含硫物质主要为，脱硫过程的主要反应为：（未配平），电解脱硫原理如图。 ①铅蓄电池a电极的电极反应为 。 ②电解过程中，混合液中将 （填“变大”“变小”或“不变”）。 ③电解过程中，每转移10mol电子，能够处理 g 。 (3)恒温条件下，用图1装置研究铁的电化学腐蚀，测得pH和压强随时间变化的图像如图2。 ①CD段主要发生 （填“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”）。 ②生活中，为了延缓轮船的腐蚀，通常在航海船只的船底四周镶嵌锌块，这种防护方法的名称为 。 【答案】(1) 负极 (2) 变大 80 (3) 吸氧腐蚀 牺牲阳极保护法 【详解】（1）①放电时，正极得电子发生还原反应，根据总反应，正极电极反应式为； ②充电时M电极锰元素化合价降低，发生还原反应，M极应与电源负极相连； （2）①根据图示左侧石墨电极发生氧化反应，是电解池阳极，则铅蓄电池a电极是正极，电极反应为； ②电解过程中，阳极发生反应，，阴极发生反应，综上可知溶液中H+消耗的少，生成的多，混合液中将变大； ③电解过程中，每转移10mol电子，生成10mol，能够处理，质量为80g； （3）①CD段pH增大，而压强减小，可知CD段主要发生吸氧腐蚀，消耗了氧气，并使氢离子浓度减小； ②轮船上为减缓铁皮的腐蚀，常在船底四周镶嵌锌块，Zn、Fe和海水构成原电池，Zn易失电子作负极，Fe作正极而被保护，这种防护方法被称为：牺牲阳极保护法。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $