大单元四 第十章 第39讲 电解池 金属的腐蚀与防护（教师用书word）-【步步高】2025年高考化学大一轮复习讲义（人教版 浙江专用）

第39讲　电解池　金属的腐蚀与防护 [复习目标]　1.理解电解池的构成、工作原理，能书写电极反应式和总反应方程式。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。 考点一　电解池及工作原理 1．电解与电解池 2．构建电解池模型(以电解CuCl2溶液为例) 3．电解规律 (1)阳极放电规律 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－＞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。 (3)用惰性电极电解不同类型电解质溶液 ①电解水型 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 H2SO4 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 加水 ②电解电解质型 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 HCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑ 减小 通入HCl CuCl2 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑ 加CuCl2固体 ③电解质和水均参与电解型 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 NaCl、KCl(放H2生碱) 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 减小并生成新电解质 通入HCl CuSO4、Cu(NO3)2 (放O2生酸) 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 减小并生成新电解质 加CuO 一、电解池中电极与电极产物的判断 1.用Pt电极电解饱和Na2CO3溶液的装置如图，两极均有气体生成，c电极附近产生可燃性气体，澄清石灰水无浑浊现象。下列说法正确的是(　　) A．a为电源正极 B．c电极附近生成了CH4 C．电子的流动方向：c→溶液→d D．反应后恢复到原温度，溶液pH不变 答案　D 解析　用Pt电极电解饱和Na2CO3溶液，阳极是水电离的OH－放电，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极是水电离的H＋放电，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c电极附近产生可燃性气体，则c电极为阴极，d电极为阳极，a为电源负极，b为电源正极。 2.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是(　　) A．逸出气体的体积：A电极＜B电极 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体 C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色 D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性 答案　D 解析　用惰性电极电解Na2SO4溶液，A电极为阴极，B电极为阳极。SO、OH－移向B电极，在B电极H2O电离出的OH－放电，产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H2O电离出的H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，产生H2和O2的体积之比为2∶1，A、B、C项错误，D项正确。 二、电解后电解质溶液的复原 3．以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L－1 CuSO4溶液。 (1)阳极产生56 mL(标准状况下)气体时，所得溶液的pH为________(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入________________g的________物质。 (2)继续通电电解，此时被电解的物质为____________________________________________，若加入0.005 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为________mol。 (3)通电一段时间，加入0.002 5 mol Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，则电路中转移的电子为______mol。 答案　(1)1　0.4　CuO(或0.62　CuCO3)　(2)水(或H2O)　0.02　(3)0.015 解析　(1)阳极生成O2 56 mL(标准状况)即0.002 5 mol，依据总反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H＋，c(H＋)＝0.1 mol·L－1，pH＝1；电解生成0.002 5 mol O2 和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。(2)继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入 0.005 mol Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.005 mol CuO和0.005 mol H2O，故转移电子为(0.005×2＋0.005×2) mol＝0.02 mol。(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为0.005 mol×2＋0.002 5 mol×2＝0.015 mol。 分析电解过程的思维流程 三、电解池中电极反应式及总反应式的书写 4．按要求书写电极反应式和总反应式： (1)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式：__________________________________________________________________；阴极反应式：__________________________________________________________________；总反应离子方程式：____________________________________________________________。 (2)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：__________________________________________________________________； 总反应方程式：________________________________________________________________。 (3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为___________________________。 答案　(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓　Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑ (2)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　2H＋＋2e－===H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑ (3)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2↓＋4H＋ 5．电解Na2CO3溶液原理如图所示： 阳极的电极反应式为____________________________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为______________。 答案　4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2 解析　电解时阳极区碳酸钠溶液中水电离的OH－失电子产生O2，同时生成HCO，电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑；阴极区水电离的H＋得电子产生H2，物质A的化学式为H2。 6.[2021·湖南，16(4)(5)]利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。 (4)电解过程中OH－的移动方向为__________(填“从左往右”或“从右往左”)。 (5)阳极的电极反应式为____________________________________________________。 答案　(4)从右往左　(5)2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O 解析　(4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。 电解池电极反应式的书写 (1)用惰性电极电解，分析溶液中的阴阳离子：阳离子向阴极移动，分析阳离子在阴极上得电子的顺序；阴离子向阳极移动，分析阴离子在阳极上失电子的顺序。 (2)金属被腐蚀溶解的作阳极，被保护不被腐蚀的作阴极。 (3)在写电极反应式时，要考虑电解质溶液的酸碱性、离子交换膜、甚至反应的区域等对电极产物的影响。 考点二　电解原理的典型应用 1．氯碱工业 习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 (1)反应原理 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 注意　电解所用的食盐要精制。 (2)离子交换膜法的生产过程 加入或流出的物质a、b、c、d分别是精制饱和NaCl溶液、H2O(含少量NaOH)、淡盐水、NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。 (3)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。 (4)氯碱工业产品 2．电镀　电解精炼 (1)电镀 ①概念：利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。 ②目的：增强金属的抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 (2)电解精炼 银、金等金属不放电形成阳极泥，在阴极只有Cu2＋放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在电解质溶液中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2＋的浓度有所下降。 3．电冶金 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。 总反应化学方程式 电极反应式 冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Na＋＋e－===Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：2O2－－4e－===O2↑ 阴极：Al3＋＋3e－===Al 1．在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(　　) 2．根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等(　　) 3．电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(　　) 4．电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3(　　) 答案　1.×　2.×　3.×　4.× 一、氯碱工业原理 1．工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。 下列有关说法错误的是(　　) A．N表示阴离子交换膜 B．甲室流出的为氢氧化钠溶液 C．电解总反应：NaCl＋H2ONaOH＋HCl D．相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保 答案　C 解析　由图可知，左边石墨电极为阴极，右边石墨电极为阳极，Na＋由乙室向甲室迁移，OH－由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，M为阳离子交换膜，氯离子由乙室向丙室迁移，氢离子由双极膜向丙室迁移，丙室流出的是盐酸，N为阴离子交换膜，A、B项正确；电解总反应为2H2O2H2↑＋O2↑，C项错误；相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D项正确。 2.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是(　　) A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl 答案　B 解析　电解氯化钠溶液时，阳极是氯离子失电子生成氯气的过程，阴极是氢离子得电子生成氢气的过程，为使Cl2被完全吸收，一定要让氯气在d电极产生，所以d电极是阳极，c电极是阴极，即a为负极，b为正极，氯气和氢氧化钠反应生成的是氯化钠和次氯酸钠。 二、活性金属电极电解应用——电镀、电解精炼 3．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 答案　D 解析　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＋，故阴极的电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，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，二者质量不相等，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。 4．用有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的______________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为_____________________________________________________________。 若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。 答案　负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2 三、极活泼金属制取——电冶金 5．电解熔融氯化钠和氯化钙混合物制备金属钠的装置如图所示。阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用隔膜D隔开。氯气由阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经铁管F流入收集器G。下列叙述正确的是(　　) A．氯化钙的作用是做助熔剂，降低氯化钠的熔点 B．金属钠的密度大于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在下层 C．隔膜D为阳离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠 D．电解时阴极的电极反应为Na＋＋e－===Na，发生氧化反应，阴极上可能有少量的钙单质生成 答案　A 解析　本装置的目的是制备金属Na，可以联想电解铝工业中的助熔剂冰晶石，加入氯化钙的目的同样为做助熔剂，A正确；从图知，金属钠在上部收集，所以钠的密度小于熔融混合盐的密度，B不正确；由图可知，Cl－通过隔膜D移至阳极A放电产生Cl2，所以隔膜D应该为阴离子交换膜，C不正确；阴极发生的是还原反应，D不正确。 6.(2024·金华模拟)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是(　　) A．将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的 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．阴极的电极反应式为Ca－2e－===Ca2＋ 答案　B 解析　由图可知，石墨为阳极，其电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，钛网是阴极，其电极反应式为Ca2＋＋2e－===Ca。将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液，阴极上H＋放电，无法得到金属Ca；钙还原二氧化钛的化学方程式为2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，制备金属钛前后，CaO的总量不变。 考点三　金属的腐蚀与防护 1．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，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)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 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 3.金属腐蚀快慢的规律 对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢 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；外界条件相同时，电解质浓度越大，金属腐蚀越快 对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢 强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中；活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快 [应用举例] 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________________ _______________________________________________________________________________。 答案　⑤④②①③⑥ 解析　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，活动性差别越大，腐蚀越快，故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤中Fe接电源正极作阳极，Cu作阴极，加快了Fe的腐蚀。⑥中Fe接电源负极作阴极，Cu作阳极，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⑤④②①③⑥。 4．金属的防护 1．干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀(　　) 2．铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀(　　) 3．纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(　　) 4．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　) 5．钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　) 答案　1.×　2.√　3.×　4.×　5.× 一、金属腐蚀现象与实验探究 1.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)该化学腐蚀属于________腐蚀。 (2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是__________区域。 答案　(1)吸氧　(2)B 2．实验探究(如图所示) (1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生______腐蚀，正极反应式为______________________，右试管中现象是________________________________________________________________。 (2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为______________________，右试管中现象是_______________________________________________________________。 答案　(1)析氢　2H＋＋2e－===H2↑　有气泡冒出　(2)吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　导管内液面上升 二、金属腐蚀的防护措施 3．港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐蚀方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是(　　) A．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率 B．防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子 C．钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时正极反应为O2＋4e－===2O2－ D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除 答案　C 解析　钢是铁碳合金，表面接触空气、水蒸气易形成原电池，发生吸氧腐蚀，防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率，A项正确；铝和锌的金属活动性大于铁，故铝和锌均作为负极，失去电子，保护了铁，B项正确；钢铁在海水中发生吸氧腐蚀时，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C项错误。 4．利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是(　　) A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应 C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀 D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应 答案　B 解析　若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极发生氧化反应，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极发生氧化反应，D项正确。 1．(2024·浙江1月选考，13)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pH变大 C．铁电极上的电极反应式为：2NH3＋2e－===2NH＋H2↑ D．每生成标准状况下224 mL H2，消耗0.010 mol Zn 答案　C 解析　氨水浓度越大，越容易生成[Zn(NH3)4]2＋，腐蚀趋势越大，A项正确；电化学腐蚀的总反应为Zn＋4NH3·H2O===[Zn(NH3)4]2＋＋H2↑＋2H2O＋2OH－，有OH－生成，溶液pH变大，B项正确；该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上H2O电离的氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C项错误；根据得失电子守恒，每生成标准状况下224 mL H2，转移电子的物质的量为＝0.02 mol，消耗0.010 mol Zn，D项正确。 2．(2023·浙江6月选考，13)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 答案　B 解析　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；电极B为阴极，通入的氧气得到电子，其电极反应式为2H2O＋4e－＋O2===4OH－，故B错误；右室生成氢氧根离子，应选用阳离子交换膜，左室的钠离子进入到右室，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，从而降低电解电压，减少能耗，故D正确。 3．(2022·海南，9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如图。 下列有关说法正确的是(　　) A．在b电极上，N2被还原 B．金属Ag可作为a电极的材料 C．改变工作电源电压，反应速率不变 D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少 答案　A 解析　由装置示意图可知，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2＋3H2O＋6e－===2NH3＋3O2－，a为阳极，电极反应式为2O2－－4e－===O2，据此分析解答。由分析可得，在b电极上，N2被还原，A正确；a为阳极，若金属Ag作为a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；改变工作电源的电压，导致电流大小改变，反应速率也会改变，C错误；电解过程中，阴极电极反应式为2N2＋6H2O＋12e－===4NH3＋6O2－，阳极电极反应式为6O2－－12e－===3O2，因此固体氧化物电解质中O2－不会减少，D错误。 4．[2024·浙江1月选考，19(1)]通过电化学、热化学等方法，将CO2转化为HCOOH等化学品，是实现“双碳”目标的途径之一。 某研究小组采用电化学方法将CO2转化为HCOOH，装置如图。电极B上的电极反应式是________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH 解析　电极B是阴极，则电极反应式是CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH。 课时精练 1．下列有关甲、乙、丙、丁四个图示的叙述正确的是(　　) A．甲中Zn电极失去电子发生氧化反应，电子经过H2SO4溶液后，流向Ag电极 B．乙中阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．丙中H＋向Fe电极方向移动 D．丁中电解开始时阳极产生黄绿色气体 答案　B 解析　Zn较Ag活泼，Zn作负极，Zn失电子转化为Zn2＋，电子经导线转移到Ag电极，电子不经过电解质溶液，故A错误；乙为电解池，银离子在阴极得电子生成银单质，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，故B正确；Fe为较活泼电极，作负极，C作正极，电解质溶液中阳离子移向正极，则H＋向C电极方向移动，故C错误；丁为电解池，Pt为阳极、Fe为阴极，失电子能力：I－＞Cl－，阳极上碘离子先失电子发生氧化反应，所以丁中电解开始时阳极生成碘单质，碘单质溶于水形成的碘水为黄色，故D错误。 2.用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的是(　　) 选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论 A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色 B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出 D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低 答案　C 解析　电解Na2SO4溶液时，阳极上是H2O电离出的OH－发生失电子的氧化反应，a管中酸性增强，酸遇酚酞不变色，即a管中呈无色，A错误；电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋发生得电子的还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－发生失电子的氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C正确；电解NaOH溶液时，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D错误。 3．(2023·绍兴模拟)粗银中含有Cu、Pt等杂质，用电解法以硝酸银为电解质提纯银。下列说法正确的是(　　) A．粗银与电源负极相连 B．阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．Cu、Pt在阳极区中沉积 D．电解液中c(Ag＋)浓度先增大后减小 答案　B 解析　用电解法精炼粗银，银单质失电子生成银离子，发生氧化反应，粗银与电源正极相连，故A错误；由得电子能力：Ag＋>Cu2＋，阴极为Ag＋得电子生成Ag，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，故B正确；粗银作阳极，Cu生成Cu2＋，Pt成为阳极泥，故C错误；电解精炼银时，粗银中比银活泼的铜会失电子形成离子进入溶液，则电解液中c(Ag＋)浓度不可能增大，故D错误。 4.(2020·江苏，11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　) A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋ B．金属M的活动性比Fe的活动性弱 C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快 答案　C 解析　金属M失电子，其活动性应比铁强，B错误；M失去的电子流入钢铁设施表面，因积累大量电子而被保护，C正确；海水中所含电解质的浓度远大于河水中的，因此钢铁设施在海水中腐蚀的速率快，D错误。 5．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．若开始阶段装置甲两极质量相同，电流表中通过0.1 mol电子，则两极质量差为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 答案　B 解析　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。 6.如图，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U形管中，下列分析正确的是(　　) A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑ B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH升高 C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极法 D．K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时，两极共产生0.001 mol气体 答案　B 解析　K1闭合构成原电池，铁是活泼的金属，铁棒是负极，铁失去电子，铁棒上发生的反应为Fe－2e－===Fe2＋，石墨棒是正极，溶液中的氧气得到电子转化为OH－，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，石墨棒周围溶液pH升高，A错误、B正确；K2闭合构成电解池，铁棒与电源的负极相连，作阴极，溶液中H2O电离的H＋放电产生氢气，铁不会被腐蚀，属于外加电流法，石墨棒是阳极，溶液中的氯离子放电生成氯气，阴、阳两电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2Cl－－2e－===Cl2↑，电路中通过0.002NA个电子时，两极均产生0.001 mol气体，共计0.002 mol气体，C、D错误。 7．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 答案　D 解析　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。 8.(2024·湖州高三月考)中国科学院长春应用化学研究所模拟实验研究了低合金钢在海水中的局部腐蚀，研究发现缺氧的阳极区腐蚀速率比富氧介质(流动或充气)中钢的腐蚀速率大，验证了宏观氧浓差电池的存在。模拟氧浓差电池的简易装置如图，下列叙述错误的是(　　) A．电子从M电极经导线流向N电极 B．N电极的电极反应式为Fe－2e－ === Fe2＋ C．正极区附近溶液的pH增大 D．电路中转移0.01 mol电子时，有0.08 g O2参与反应 答案　A 解析　M电极为正极，N电极为负极，电子从N电极经导线流向M电极，A错误；正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－ ===4OH－，因此正极区附近溶液的pH增大，C正确；电路中转移0.01 mol电子时，有＝0.002 5 mol氧气反应，质量为0.002 5 mol×32 g·mol－1＝0.08 g，D正确。 9．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅酸蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下： 原电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)＋2H2O(l) 电解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑ 电解过程中，以下判断正确的是(　　) 原电池 电解池 A H＋移向Pb电极 H＋移向Pb电极 B 每消耗3 mol Pb 生成2 mol Al2O3 C 正极：PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O 阳极：2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ D 答案　D 解析　原电池中，Pb为负极：Pb－2e－＋SO===PbSO4，PbO2为正极：PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，所以H＋向PbO2极移动。电解池中，Pb为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，Al为阳极：3H2O＋2Al－6e－===Al2O3＋6H＋，所以H＋向Pb电极移动，A、C错误；每消耗3 mol Pb时转移6 mol e－，每生成2 mol Al2O3时，转移12 mol e－，B错误；原电池中随时间增长，Pb变为PbSO4，质量增加，电解池中Pb极产生H2，Pb电极质量不变，D正确。 10．(2022·辽宁，9)如图，c管为上端封口的量气管，为测定乙酸溶液浓度，量取10.00 mL待测样品加入b容器中，接通电源，进行实验。下列说法正确的是(　　) A．左侧电极反应：2H2O－4e －===O2↑＋4H＋ B．实验结束时，b中溶液红色恰好褪去 C．若c中收集气体11.20 mL，则样品中乙酸浓度为0.1 mol·L－1 D．把盐桥换为U形铜导线，不影响测定结果 答案　A 解析　本装置为电解池，左侧为阳极，右侧为阴极，左侧电极反应：2H2O－4e －===O2↑＋4H＋，A正确；右侧电极反应：2CH3COOH＋2e－===H2↑＋2CH3COO－，实验结束时溶液中存在CH3COO－，水解后溶液呈碱性，故溶液为红色，B错误；题中未给定气体状态，不能进行计算，C错误；把盐桥换为U形铜导线，不能起到传递离子使溶液呈电中性的效果，影响反应进行及测定结果，D错误。 11．氯碱工业的原理改进方法分如图两个阶段进行，下列说法错误的是(　　) A．阶段Ⅰ中，电源a为正极、b为负极 B．阶段Ⅱ中阴极的电极反应为Na0.44－xMnO2＋xe－＋xNa＋===Na0.44MnO2 C．比传统氯碱工业减少了阳离子交换膜，避免氢气和氯气混合，且便于提纯NaOH D．阶段Ⅰ和Ⅱ的反应不能都在饱和食盐水中进行 答案　A 解析　阶段Ⅰ中阴极上H2O→H2，阳极上Na0.44MnO2→Na0.44－xMnO2，则电源a为负极、b为正极，A项错误；阶段Ⅰ中阴极生成H2，阶段Ⅱ中阳极生成Cl2，避免氢气和氯气混合，且有利于提纯NaOH，C项正确；若阶段Ⅰ在饱和食盐水中进行，则阴极和阳极分别产生H2和Cl2，达不到改进目的，D项正确。 12.(2023·台州模拟)利用库仑测硫仪测定气体中SO2的体积分数，其原理如图所示。待测气体进入电解池后，SO2将I还原，测硫仪便自动电解，溶液中保持不变。若有标准状况下V mL气体通入电解池(其他气体不反应)，反应结束后消耗x库仑电量(已知：电解转移1 mol电子所消耗的电量为96 500库仑)。下列说法正确的是(　　) A．M接电源的负极 B．阳极反应式为2H＋＋2e－===H2↑ C．反应结束后溶液的pH增大 D．混合气体中SO2的体积分数为×100% 答案　D 解析　由图可知，在M电极I－转化为I，发生氧化反应，则M电极为阳极，N电极为阴极，M接电源的正极，A错误；阳极反应式为3I－－2e－===I，B错误；二氧化硫在电解池中与溶液中的I反应，离子方程式为SO2＋I＋2H2O===3I－＋SO＋4H＋，此时转移2个电子，同时生成4个氢离子，而在阴极转移2个电子时消耗2个氢离子，则溶液中氢离子浓度增大，pH减小，C错误；由关系式：SO2～I～2e－，电解消耗x库仑电量，则二氧化硫的体积分数为×100%＝×100%，D正确。 13．氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺，节能超过30%，在此工艺中，物料传输和转化关系如图，其中电极未标出，所用离子交换膜只允许阳离子通过。 (1)分析比较图示中a%与b%的大小：a%_____________________________________(填“＞”“＜”或“＝”)b%。 (2)写出燃料电池B中的正极的电极反应：__________________________。 (3)图中Y是__________(填化学式)，若电解产生11.2 L(标准状况)该物质，则至少转移电子________________________________________________________________________mol；X元素的基态原子的电子排布式为__________________________。 答案　(1)＜　(2)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　(3)H2　1　1s22s22p63s23p5 解析　(1)燃料电池中，通入Y气体的电极为负极，电解饱和食盐水生成的Y为氢气，X为Cl2，由于燃料电池正极发生反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过，而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH－，所以反应后氢氧化钠的浓度升高，即a%＜b%。(3)根据以上分析可知图中Y是H2，若电解产生11.2 L(标准状况)该物质，氢气的物质的量是0.5 mol，则至少转移电子1.0 mol。 14．(1)一种用铅酸蓄电池进行电絮凝净水装置如图所示，回答下列问题： ①装置Ⅰ中Y电极的电极材料是____________________________________________(填化学式)，工作时SO向________(填“X”或“Y”)电极移动；Y电极的电极反应式为________________________________________________________________________。 ②装置Ⅱ中Al电极的电极反应式为________________________________________________。 ③每消耗103.5 g Pb，装置的电流效率为80%，则理论上电解池阴极上生成________mol H2。 (2)[2020·全国卷Ⅱ，34(3)]CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示： ①阴极上的反应式为______________________________________________________。 ②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。 答案　(1)①PbO2　X　PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O　②Al－3e－＋3H2O===Al(OH)3(胶体)＋3H＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋　③0.4 (2)①CO2＋2e－===CO＋O2－　②6∶5 解析　(1)③消耗103.5 g(0.5 mol)Pb，转移电子的物质的量为1 mol，装置的电流效率为80%，故装置Ⅱ阴极上参与反应的电子为0.8 mol，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，即产生0.4 mol H2。(2)①由图示可知，阴极上CO2―→CO，且固体电解质能传导O2－，则阴极反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－。②假设生成的乙烯和乙烷的物质的量分别为2 mol和1 mol，由2CH4―→C2H4＋2H2、2CH4―→C2H6＋H2知，生成2 mol乙烯和1 mol乙烷时，共脱去5 mol H2，转移10 mol e－，根据电子转移数目守恒可知，此时消耗的CO2为5 mol，消耗的CH4为6 mol，即消耗的CH4和CO2的体积比为6∶5。 学科网（北京）股份有限公司 $