2018届一轮复习人教版电解池金属的电化学腐蚀与防护学案(3) 26页

学案一　电解原理及应用 ‎ ‎ ‎1．电解 使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。在此过程中，电能转化为化学能。‎ ‎2．电解池 ‎(1)概念：电解池是把电能转化为化学能的装置。‎ ‎(2)电解池的构成条件 ‎①有外接电源；‎ ‎②有与电解质溶液或熔融的电解质相连的两个电极；‎ ‎③形成闭合回路。‎ ‎(3)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)‎ 总反应方程式：CuCl2 Cu＋Cl2↑。‎ ‎(4)电解池中电子和离子的移动 ‎①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。‎ ‎②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。‎ ‎3．电解池中阴、阳极的判断方法 依据 判断方法 外接电源 正极连阳极，负极连阴极 电流方向 从阴极流出，从阳极流入 电子流向 从阳极流出，从阴极流入 离子流向 阴离子移向阳极，阳离子移向阴极 电极产物 阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；‎ 阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)‎ ‎4.电解产物的分析方法 首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。‎ ‎(1)阳极 ‎①金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子。‎ ‎②惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子)。‎ ‎(2)阴极 溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋)。　　5.电解总反应方程式的书写 ‎(1)必须在连接号上标明“电解”。‎ ‎(2)只有电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物，如电解HCl溶液：2HCl电解,H2↑＋Cl2↑。‎ ‎(3)只有水被电解，只写水及电解产物即可。如电解稀硫酸、NaOH溶液、Na2SO4溶液时，化学方程式应写为2H2O电解,2H2↑＋O2↑。‎ ‎(4)电解质、水同时被电解，则都要写进化学方程式。如电解饱和食盐水：2NaCl＋2H2O电解,H2↑＋Cl2↑＋2NaOH。‎ ‎[对点练习]‎ ‎1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应　(　　)‎ ‎(2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(　　)‎ ‎(3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(　　)‎ ‎(4)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色(　　)‎ ‎(5)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大(　　)‎ ‎(6)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应(　　)‎ ‎(7)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变(　　)‎ ‎(8)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况(　　)‎ 答案：(1)×　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)× (7)×　(8)×‎ ‎2.如图是电解饱和NaCl溶液的实验装置，其中c、d为石墨电极。则下列有关判断中正确的是(　　)‎ A．a为正极、b为负极 B．c为阴极、d为阳极 C．电解过程中，d电极质量增加 D．电解过程中，Cl－浓度不变 解析：选A　由电子流向可知，a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极，c极：2Cl－－2e－===Cl2↑；d极：2H＋＋2e－===H2↑，因此，B、C、D项均错。‎ ‎3.(2016·全国乙卷)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 解析：选B　A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO 向正极迁移，正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。‎ ‎4．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(　　)‎ A．AgNO3　　　CuCl2　　　Cu(NO3)2‎ B．KCl Na2SO4 CuSO4‎ C．CaCl2 KOH NaNO3‎ D．HCl HNO3 K2SO4‎ 解析：选B　AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4等随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2等随电解的时行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl随电解的进行，电解的电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3电解的H2O，电解质浓度增大，对应的碱液碱性更强，酸液酸性更弱。‎ ‎[规律方法]‎ ‎ ‎ 应用1　电解饱和食盐水 ‎1．电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)。‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。‎ ‎2．总反应方程式 ‎2NaCl＋2H2O电解,2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ 离子方程式：2Cl－＋2H2O电解,2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎3．应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。‎ 应用2　电镀铜 应用3　电解精炼铜 应用4　电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。‎ 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)电解 ‎2Na＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)电解 Mg＋Cl2↑‎ ‎2Cl－－2e－===Cl2↑‎ Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)电解 ‎4Al＋3O2↑‎ ‎6O2－－12e－===3O2↑‎ ‎4Al3＋＋12e－===4Al ‎[对点练习]‎ ‎1．(2017·广州综合测试)用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。‎ 下列有关说法错误的是(　　)‎ A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ B．通电后阴极区溶液pH会增大 C．K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区 D．纯净的KOH溶液从b口导出 解析：选C　A项，阳极OH－放电，正确。B项，阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故c(OH－)增大，pH增大，正确。C项，电解时阳离子移向阴极，错误。D项，阳极区的K＋透过阳离子交换膜移向阴极区，与阴极区的OH－结合成KOH，故D正确。‎ ‎2．(2015·上海高考节选)氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图所示是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：_______________________________。‎ ‎(2)离子交换膜的作用为：_________________________________________、‎ ‎____________________________________。‎ ‎(3)精制饱和食盐水从图中________位置补充，NaOH溶液从图中________位置流出。(填“a”、“b”、“c”或“d”)‎ 解析：(1)电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H＋在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl－在阳极失去电子，发生氧化反应，产生Cl2。反应的离子方程式是2Cl－＋2H2O电解,Cl2↑＋H2↑＋2OH－。(2)图中的离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH－进入阳极室，与Cl2发生反应，阻止Cl－进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充，精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H＋不断放电，附近的溶液显碱性，NaOH溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。‎ 答案：(1) 2Cl－＋2H2O电解,Cl2↑＋H2↑＋2OH－‎ ‎(2)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　(3)a　d ‎3．(1)①电镀时，镀件与电源的________极连接。‎ ‎②化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用________(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。‎ ‎(2)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式__________________________________‎ ‎________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________________。‎ ‎(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法中正确的是________。‎ a．电能全部转化为化学能 b．粗铜接电源正极，发生氧化反应 c．溶液中Cu2＋向阳极移动 d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属 ‎(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、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，阴极电极反应式为__________。‎ 若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为__________________________________。‎ 解析：(1)①电镀池中，镀件就是待镀金属制品，为阴极，与电源的负极相连；镀层金属为阳极，与电源正极相连。②要把铜从铜盐中置换出来，Cu2＋被还原，所以应加入还原剂。(2)粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗 铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。(3)粗铜电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收。(4)在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；在水溶液中，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。‎ 答案：(1)①负　②还原剂　(2)c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中　(3)b、d　(4)负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2‎ ‎[学案验收·块块过]‎ ‎1.如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是(　　)‎ A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 解析：选D　SO、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c(H＋)>c(OH－)，石蕊溶液变红。Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c(OH－)>c(H＋)，石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。‎ ‎2．(2015·四川高考)用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是(　　)‎ A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式：‎ Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式：‎ ‎2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析：选D　A项，若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，A项正确；B项，阳极Cl－放电生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，B项正确；C项，阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O提供阳离子(H＋)，C项正确；D项，由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D项错误。‎ ‎3．如图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为500 mL某蓝色溶液，电解一段时间，观察到X电极表面有红色的固态物质生成，Y电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全电解后，停止电解，取出X电极，洗涤、干燥、称量，电极增重1.6 g。下列有关说法中不正确的是(　　)‎ A．X电极是阴极 B．Y电极产生气体的体积为0.28 L C．电解后溶液的pH＝1‎ D．要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的CuO或CuCO3‎ 解析：选B　根据X电极上有Cu析出，可以判断X为阴极，Y为阳极，X电极增重1.6 g，即析出Cu的物质的量为0.025 mol，电极反应式为 阴极X：2Cu2＋＋4e－　===　2Cu ‎　　　　　0.05 mol　0.025 mol 阳极Y：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎　　　　　0.05 mol　　　 mol C项，c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝1；‎ B项，在标准状况下产生O2的体积应为 mol×22.4 L·mol－1＝0.28 L。‎ ‎4.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)‎ A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 解析：选D　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，但是粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，使得溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。‎ ‎5．(2016·北京高考)用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)‎ A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 解析：选B　根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2溶于水生成盐酸和HClO：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成Fe2＋，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成Cu2＋，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来Cu2＋移到m处，m处Cu2＋得到电子生成单质铜，故D选项正确。‎ ‎6．(2017·湖北天门模拟)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。‎ ‎ 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解；‎ ‎②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变 解析：选B　A项，阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：Ni2＋＋2e－===Ni,2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，由于C中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C移向B，A中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A移向B，所以B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低浓度)的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。‎ ‎7．按要求书写电极反应式和总方程式 ‎(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：‎ 阳极反应式____________________________________________________________；‎ 阴极反应式______________________________________________________；‎ 总反应离子方程式_________________________________________________。‎ ‎(2)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___________________________________________________。‎ ‎(3)用Fe作电极电解NaCl溶液 阳极反应式_____________________________________________________；‎ 阴极反应式___________________________________________________；‎ 总反应化学方程式__________________________________________________。‎ ‎(4)用Fe作电极电解NaOH溶液 阳极反应式____________________________________________________；‎ 阴极反应式______________________________________________________；‎ 总反应离子方程式________________________________________________________。‎ ‎(5)用Cu作电极电解盐酸溶液 阳极反应式______________________________________________________；‎ 阴极反应式_______________________________________________________；‎ 总反应离子方程式____________________________________________________。‎ ‎(6)用Al作电极电解NaOH溶液 阳极反应式________________________________________________________；‎ 阴极反应式________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式_______________________________________________________。‎ ‎(7)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__________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式___________________________________________________________。‎ ‎(8)用Al单质作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液 阳极反应式________________________________________________________；‎ 阴极反应式_______________________________________________________；‎ 总反应离子方程式_________________________________________________________。‎ ‎(9)用惰性电极电解熔融MgCl2‎ 阳极反应式________________________________________________________；‎ 阴极反应式_________________________________________________________；‎ 总反应离子方程式_________________________________________________。‎ 答案：(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ‎4Ag＋＋4e－===4Ag ‎4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋‎ ‎(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(3)Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑‎ ‎(4)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2↓‎ ‎2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑‎ ‎(5)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑‎ ‎(6)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O ‎6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－‎ ‎2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑‎ ‎(7)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋‎ ‎6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ ‎(8)2Al＋6HCO－6e－===2Al(OH)3↓＋6CO2↑‎ ‎6H＋＋6e－===3H2↑‎ ‎2Al＋6HCO＋6H＋2Al(OH)3↓＋6CO2↑＋3H2↑‎ ‎(9)2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2e－===Mg Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑‎ ‎8．(2016·天津高考节选)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，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：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。‎ ‎　　　‎ 图1　　　　　　　　　　　图2‎ ‎(1)电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。‎ ‎(2)电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_________________。‎ ‎(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：___________________。‎ 解析：(1)根据电解总反应：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则阳极室消耗OH－且无补充，故c(OH－)降低。(2)结合题给信息“Na2FeO4易被H2还原”知，阴极产生的H2不能接触到Na2FeO4，故需及时排出。(3)图示中随着c(NaOH)增大，c(Na2FeO4)先增大后减小，结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知，M点 c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)低，反应速率小且Na2FeO4稳定性差。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”知，N点 c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)过高，铁电极上产生Fe(OH)3或Fe2O3，使Na2FeO4产率降低。‎ 答案：(1)阳极室　(2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低　(3)M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；‎ N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低 学案二　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成金属阳离子，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 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的物质直接反应 不纯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)‎ 铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。‎ ‎3．判断金属腐蚀快慢的规律 ‎(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)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，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。‎ ‎[对点练习]‎ ‎1．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。其电极反应式：负极Fe－2e－===Fe2＋，正极2H2O＋O2＋4e－===4OH－。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接电源负极作阴极的电解腐蚀，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腐蚀，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。‎ ‎2.如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4 久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是(　　)‎ A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应 B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀 C．墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D．具支试管中溶液pH逐渐减小 解析：选C　生铁片中的碳是原电池的正极，A错误；雨水酸性较强，开始时铁片发生化学腐蚀和析氢腐蚀，产生H2，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错误；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错误。‎ ‎3.为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是(　　)‎ A．正极的电极反应方程式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ‎ B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成 C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈 D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快 解析：选D　Fe是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极O2得电子发生还原反应生成OH－，故将O2吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈。‎ ‎ ‎ ‎1．电化学防护 ‎(1)牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 ‎①负极：比被保护金属活泼的金属；‎ ‎②正极：被保护的金属设备。‎ ‎(2)外加电流的阴极保护法——电解原理 ‎①阴极：被保护的金属设备；‎ ‎②阳极：惰性金属或能导电的非金属。‎ ‎2．改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。‎ ‎3．加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。‎ ‎[对点练习]‎ ‎1．判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。‎ ‎(1)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(　　)‎ ‎(2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋(　　)‎ ‎(3)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(　　)‎ ‎(4)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀(　　)‎ ‎(5)在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀(　　)‎ ‎(6)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极(　　)‎ ‎(7)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)‎ ‎(8)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用(　　)‎ ‎(9)金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率与氧气浓度无关(　　)‎ ‎(10)铁片浸入稀硫酸中，发生的是析氢腐蚀(　　)‎ 答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×　(8)×　(9)×　(10)×‎ ‎2．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是(　　)‎ A．钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ B．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 C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀 解析：选B　弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，A正确；当镀层破损时，Sn、Fe可形成原电池，Fe作负极，加快了Fe的腐蚀，B错误；Fe、Zn、海水形成原电池，Zn失去电子作负极，从而保护了Fe，C正确；采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D正确。‎ ‎3．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(　　)‎ A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护 B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀 C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀 D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe－3e－===Fe3＋‎ 解析：选B　A中钢管与电源正极连接，成为电解池的阳极而溶解，加速了钢管的腐蚀，A错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，形成了一层致密的氧化物保护膜，可保护内部不被腐蚀，B正确；钢管与铜管露天堆放在一起，表面若形成电解质溶液，铜管为正极，钢管为负极，发生电化学腐蚀，加速了钢管的腐蚀，C错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应应是Fe－2e－===Fe2＋，D错误。‎ ‎4.Ⅰ.(1)研究钢铁的防腐蚀措施意义重大。利用如图装置可以模拟铁的电化学防护，其中Y为NaCl。‎ 为减缓铁的腐蚀：‎ ‎①若X为碳棒，开关K应置于____处(填字母)，此时X极发生的电极反应式为__________________________________________。‎ ‎②若X为锌，开关K置于M处，则此时铁极发生的电极反应式为_____________。‎ ‎(2)在城市中地下常埋有纵横交错的管道和输电线路，地上还铺有地铁、城铁的铁轨，当有电流泄漏入潮湿的土壤中，并与金属管道形成回路时，就会引起后者的腐蚀。为表示其原理，某班级的学生绘制了下列装置图(假设电极材料均为铁，电解质溶液均为NaCl溶液)。‎ 你认为其中能合理模拟金属管道的腐蚀原理的是_______________； c(Ⅱ)的总反应方程式是_________________________________________________________________________；‎ 若图d中接通电源，则平放的铁丝左侧附近产生的现象是______________；‎ 请你为防止地下金属管道腐蚀提供一种策略______________________________。‎ Ⅱ.1 L 某溶液中含有的离子如表所示：‎ 离子 Cu2＋‎ Al3＋‎ NO Cl－‎ 物质的量浓度(mol·L－1)‎ ‎2‎ ‎1‎ ‎4‎ x 用惰性电极电解该溶液。当电路中有5 mol 电子通过时，溶液的pH＝________(忽略电解时溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)。‎ 解析：Ⅰ.(1)①若X为碳棒，则开关K应置于N处，铁作阴极被保护，此时X极为阳极，发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑。②若X为Zn，开关K置于M处，则利用牺牲阳极的阴极保护法，形成一个原电池装置，铁极发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)观察四个装置，只有b装置不符合要求，不能形成闭合回路。c(Ⅱ)中阳极④上铁失电子，阴极②上水电离出的H＋得电子生成H2，总反应方程式为Fe＋2H2O===Fe(OH)2↓＋H2↑。装置c和装置d等效，铁丝左侧为电解池的阴极，有H2放出，阳极①上铁失电子生成的Fe2＋结合溶液中的OH－，铁丝左侧附近产生少量白色沉淀，随后白色沉淀变成灰绿色。Ⅱ.根据溶液呈电中性得c(Cl－)＝3 mol·L－1，电解时，溶液中离子放电顺序：阴极为Cu2＋>H＋，阳极为Cl－>OH－。当电路中有5 mol 电子通过时，3 mol Cl－在阳极发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，然后1 mol H2O 在阳极发生反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；2 mol Cu2＋在阴极发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，然后 1 mol H＋ 在阴极发生反应2H＋＋2e－===H2↑，此时溶液中c(H＋)＝1 mol·L－1，故溶液的pH＝0。‎ 答案：Ⅰ.(1)①N　2Cl－－2e－===Cl2↑‎ ‎②O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎(2)a、c、d　Fe＋2H2O===Fe(OH)2↓＋H2↑　铁丝左侧有无色的气体产生，附近产生少量白色沉淀，随后白色沉淀变成灰绿色　将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(塑料或油漆等)　Ⅱ.0‎ 学案三　多池组合的电化学装置及电化学计算 ‎ ‎ ‎1．有外接电源电池类型的判断方法 有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：‎ 则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。‎ ‎2．无外接电源电池类型的判断方法 ‎(1)直接判断 非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。‎ ‎(2)根据电池中的电池材料和电解质溶液判断 原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。‎ ‎(3)根据电极反应现象判断 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。‎ ‎[对点练习]‎ ‎1．(2017·扬州调研)如图所示，将两烧杯中电极用导线相连，四个电极分别为Mg、Al、Pt、C。当闭合开关S后，以下表述正确的是(　　)‎ A．电流表指针不发生偏转 B．Al、Pt两极有H2产生 C．甲池pH减小，乙池pH不变 D．Mg、C两极生成的气体在一定条件下可以恰好完全反应 解析：选D　甲池Al能与NaOH溶液反应，所以为原电池，乙池Pt、C均不与NaOH溶液反应，故乙池为电解池，电流表指针偏转。甲池中Mg为正极，产生H2，Al为负极溶解，Pt作阴极产生H2，C作阳极产生O2，甲池消耗NaOH，pH减小，乙池消耗水，pH增大。根据电子转移数目相等，则C、Mg两极产生的O2、H2体积比为1∶2，在一定条件下可以完全反应。‎ ‎2．(2014·广东高考)某同学组装了如图所示的电化学装置。电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则(　　)‎ A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电极Ⅱ逐渐溶解 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 解析：选A　首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池，产生电流对右边CuSO4溶液进行电解(相当于精炼铜)。电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，所以电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ(电流方向与电子流动方向相反)，A正确。电极Ⅰ上铝失电子发生氧化反应，B错。电极Ⅱ上有铜析出，C错。电极Ⅲ的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，D错。‎ ‎ ‎ ‎1．原则 电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。‎ ‎2．关键 ‎(1)电极名称要区分清楚。‎ ‎(2)电极产物要判断准确。‎ ‎(3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。‎ ‎3．计算方法 ‎(1)根据电子守恒计算 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。‎ 如图所示：图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol 电子转移，则Zn极溶解 6.5 g，Cu极上析出H2 2.24_L(标准状况)，Pt极上析出 Cl2 0.1 mol，C极上析出Cu 6.4 g。甲池中H＋被还原，生成ZnSO4，溶液pH变大；乙池中是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律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。‎ 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：‎ ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ 该关系式具有总览电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。‎ ‎[注意]　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。‎ ‎ [对点练习]‎ ‎1．将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)‎ A．4×10－3 mol·L－1 B．2×10－3 mol·L－1‎ C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1‎ 解析：选A　阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu，增重0.064 g应是Cu的质量，设生成H＋的物质的量为x，根据总反应方程式： ‎ ‎2Cu2＋＋2H2O 2Cu＋O2↑＋4H＋‎ ‎2×64 g　　　 4 mol ‎0.064 g　　 　x x＝0.002 mol c(H＋)＝＝4×10－3 mol·L－1。‎ ‎2．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c (NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　)‎ A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1‎ B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1‎ 解析：选A　石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移 0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后 c(H＋)＝0.4 mol·L－1。‎ ‎[学案验收·块块过]‎ ‎1.用惰性电极电解100 mL 4 mol·L－1Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L。停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的Fe2＋浓度为(设溶液的体积不变)(　　)‎ A．0.75 mol·L－1　　　　　B．3 mol·L－1‎ C．4 mol·L－1 D．3.75 mol·L－1‎ 解析：选D　本题涉及的反应过程可分为两个阶段，第一个阶段是电解Cu(NO3)2溶液，第二个阶段是混合溶液与足量的铁粉反应，注意硝酸与足量铁粉反应是生成Fe(NO3)2。电解后溶液中HNO3和Cu(NO3)2分别为0.2 mol、0.3 mol，前者与足量的铁粉反应生成Fe(NO3)20.075 mol，后者与足量的铁粉反应生成0.3 mol Fe(NO3)2。‎ ‎2．用a、b两个质量相等的Pt电极电解AlCl3和CuSO4的混合溶液[n(AlCl3)∶n(CuSO4)＝1∶9]。t1时刻a电极得到混合气体，其中Cl2在标准状况下为224 mL(忽略气体的溶解)；t2时刻Cu全部在电极上析出。下列判断正确的是(　　)‎ A．a电极与电源的负极相连 B．t2时刻，两电极的质量相差3.84 g C．电解过程中，溶液的pH不断增大 D．t2时刻后，b电极的电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 解析：选B　根据a电极得到Cl2，即2Cl－－2e－===Cl2↑，则电极a为阳极，与电源的正极相连，A错误；根据生成Cl2的体积可求得原混合溶液中含Cl－ 0.02 mol，故 CuSO4为0.06 mol，t2时刻阴极b上Cu2＋完全析出，其电极质量增加0.06 mol×64 g·mol－1＝3.84 g，B正确；Cl－和Cu2＋放电时，溶液pH不变，当OH－和Cu2＋放电时，溶液酸性增强；t2时刻后，a、b两极分别是OH－和H＋放电，即电解水。溶液pH减小，b电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C、D错误。‎ ‎3.(2017·辽宁省实验中学诊断)如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O。下列说法正确的是(　　)‎ A．甲池中负极上的电极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋‎ B．乙池中石墨电极上发生的反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C．甲池溶液pH增大，乙池溶液pH减小 D．甲池中每消耗0.1 mol N2H4乙池电极上则会析出6.4 g固体 解析：选B　分析图知甲是燃料电池，则乙是电解池，甲的电解质溶液是KOH，则负极不可能生成H＋，应该是N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O，A错误；乙的石墨极是阳极，发生氧化反应，B正确；根据甲池总反应生成了水，则KOH溶液浓度变小，pH减小，乙的阴极析出铜，结合B项则乙池的溶液pH减小，C错误；根据各个电极流过的电量相等知N2H4～2Cu，消耗0.1 mol N2H4乙池电极上则会析出12.8 g 铜，D错误。‎ ‎4．用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO3的溶液，a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)，通电时a电极质量增加，下列说法正确的是(　　)‎ A．电路中通过1 mol电子时，Y电极质量增加48 g B．放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)‎ C．c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2‎ D．X极为负极 解析：选A　a极质量增加，即析出了 Ag，a为阴极，则Y为负极，X为正极，D项错；B项，所写电极反应式为正极的电极反应式；C项，c为阴极放出H2，d为阳极放出O2，物质的量之比为2∶1。‎ ‎5．将1 L一定物质的量浓度的CuSO4溶液，用a、b两个石墨电极电解，当a极上产生22.4 L(标准状况下)气体时，b极上只有固体析出。然后将a、b两极反接，继续通直流电，b极上又产生22.4 L(标准状况下)气体，溶液质量共减少227 g。‎ ‎(1)a极上产生22.4 L(标准状况下)气体时，b极增加的质量为________。‎ ‎(2)原溶液中CuSO4的物质的量浓度为________。‎ 解析：(1)电解反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑。a极即阳极上产生O2：m(O2)＝×32 g·mol－1＝32 g，b极即阴极质量增加的是生成Cu的质量：m(Cu)＝2n(O2)×M(Cu)＝2 mol×64 g·mol－1＝128 g，溶液质量减少160 g。(2)电源反接后，b为阳极，Cu先放电，然后OH－放电，a为阴极，Cu2＋先放电，然后H＋放电。过程可以细分为三个阶段：①电镀铜，此阶段溶液质量变化Δm1＝0。②电解CuSO4溶液：‎ ‎2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑‎ ‎2 2 1‎ ‎2n1(O2) 2n1(O2) n1(O2)‎ 此阶段，溶液质量减少160n1(O2) g。‎ ‎③电解H2SO4溶液，其本质是电解水：‎ ‎2H2O　　2H2　＋　O2↑‎ ‎2 2 1‎ ‎2n2(O2) 2n2(O2) n2(O2)‎ 此阶段，溶液质量减少36n2(O2) g。‎ 则有，‎ 解得：n1(O2)＝0.25 mol，n2(O2)＝0.75 mol，所以原溶液中c(CuSO4)＝＝2.5 mol·L－1。‎ 答案：(1)128 g　(2)2.5 mol·L－1‎ ‎6．(2017·山东威海模拟)某兴趣小组的同学用如图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时，观察到电流计的指针发生了偏转。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)甲池为________(填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，通入CH3OH电极的电极反应式为_______________________________________________________________。‎ ‎(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，总反应式为__________________________________________________________。‎ ‎(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2的体积为________mL(标准状况下)，丙池中_______极析出________g铜。‎ ‎(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电键闭合一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”、“减小”或“不变”)；丙中溶液的pH将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。‎ 解析：(1)甲池为原电池，通入CH3OH的电极为负极，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。(2)乙池中为用惰性电极电解AgNO3溶液，其中A作阳极，B作阴极，总反应式为：4AgNO3＋2H2O电解,4Ag＋O2↑＋4HNO3。(3)根据各电极上转移的电子相同，得 n(Ag)＝4n(O2)＝2n(Cu)，故V(O2)＝(××22.4 )L＝0.28 L＝280 mL，m(Cu)＝(××64) g＝1.60 g。(4)若丙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，根据丙中总反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，则溶液pH增大，而甲中总反应为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，溶液pH减小。‎ 答案：(1)原电池 　 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O　(2)阳极　4AgNO3＋2H2O 电解,4Ag＋O2↑＋4HNO3 　(3)280　D　1.60　(4)减小　增大 ‎[课时小测试]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1．有关金属的腐蚀与防护的叙述正确的是(　　)‎ A．金属的化学腐蚀比电化学腐蚀普遍 B．上图装置的原理是“牺牲阳极的阴极保护法”‎ C．金属腐蚀的本质是M－ne－===Mn＋而被损耗 D．用铝质铆钉来接铁板，铁板易被腐蚀 解析：选C　A项，电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍；B项，应属于外接电源的阴极保护法；D项，铝比铁活泼，铝易被腐蚀。‎ ‎2．下列图示中关于铜电极的连接错误的是(　　)‎ 解析：选C　在镀件上镀铜时，铜应作阳极，与电源正极相连，镀件应作阴极，与电源负极相连。‎ ‎3．(2017·广西河池市高级中学摸底)目前脱氧保鲜剂已广泛用于食品保鲜、粮食及药材防虫、防霉等领域，含铁脱氧剂应用铁易被氧化的性质来完全吸收包装内的氧，从而对包装内的物品起到防氧化作用。当脱氧剂变成红棕色时则失效。下表是一种含铁脱氧保鲜剂的配方。‎ 主要原料 用量 含碳4%的铁粉 ‎80 g 滑石粉 ‎40 g 食盐 ‎4 g 乙醇 适量 下列反应式中与铁脱氧原理无关的是(　　)‎ A．Fe－2e－===Fe2＋‎ B．C＋O2CO2‎ C．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ D．2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O 解析：选B　铁脱氧原理的实质是铁发生吸氧腐蚀，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，生成的Fe(OH)2经流程：Fe(OH)2Fe(OH)3―→Fe2O3，最后生成铁锈。‎ ‎4．用指定材料作电极来电解一定浓度的溶液甲，然后加入物质乙能使溶液恢复为甲溶液原来的浓度，则合适的组合是(　　)‎ 选项 阳极 阴极 溶液甲 物质乙 A Pt Pt NaOH NaOH固体 B Pt Pt H2SO4‎ H2O C C Fe NaCl 盐酸 D Cu C CuSO4‎ Cu(OH)2‎ 解析：选B　A项中相当于电解的是水，应加入水才能恢复原来状态，错误；B项中相当于电解的是水，加入水后可以恢复原来状态，正确；C项中相当于电解的是HCl，但加入盐酸的同时，也引入了水，不可能恢复原来状态，错误；D项中阳极铜失电子，Cu2＋在阴极得电子，加入Cu(OH)2不可能恢复原来状态，错误。‎ ‎5.‎ 某中学学生在高三毕业典礼晚会上设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是(　　)‎ A．铅笔端作阳极，发生还原反应 B．铂片端作阴极，发生氧化反应 C．铅笔端有少量的氯气产生 D．a点是负极，b点是正极 解析：选D　本题实际是对以铂片、铅笔(石墨)为电极电解NaCl的实验的讨论。在电解时铅笔作阴极连在电源的负极。铅笔这一极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑(或2H＋＋2e－===H2↑)，这样在铅笔走过的地方就有较多的OH－产生，所以会出现红色字迹。‎ ‎6．下列有关电化学装置的说法正确的是(　　)‎ A．利用图a装置处理银器表面的黑斑Ag2S，银器表面发生的反应为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－‎ B．图b电解一段时间，铜电极溶解，石墨电极上有亮红色物质析出 C．图c中的X极若为负极，则该装置可实现粗铜的精炼 D．图d中若M是海水，该装置是通过“牺牲阳极的阴极保护法”使铁不被腐蚀 解析：选A　形成原电池反应，Al为负极，被氧化，Ag2S为正极被还原，正极方程式为Ag2S＋2e－===2Ag＋S2－，故A正确；铜为阴极，发生还原反应，不能溶解，石墨电极上生成氧气，故B错误；图c中的X极若为负极，粗铜为阴极，而电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，不能进行粗铜的精炼，故C错误；该装置有外接电源，属于“有外加电源的阴极保护法”，故D错误。‎ ‎7．烧杯A中盛放0.1 mol·L－1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1 mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，组成的装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．A为原电池，B为电解池 B．A为电解池，B为原电池 C．当A烧杯中产生0.1 mol气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1 mol D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大 解析：选B　构成A装置的是活泼性不同的两电极，两电极均浸在电解质溶液中，两极形成了闭合回路，所以A装置为原电池装置，且A装置为B装置提供电能。A装置中的电极反应式为正极：2H＋＋2e－===H2↑，负极：Fe－2e－===Fe2＋。B装置中的电极反应式为阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。装置B是电解CuCl2溶液，Cu2＋浓度减小，水解程度减小，溶液的pH增大。‎ ‎8．(2017·贵州铜仁一中模拟)LiOH是制备锂离子电池的材料，可由电解法制备。工业上利用如图装置电解制备 LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法中正确的是(　　)‎ A．B极区电解液为LiOH溶液 B．电极每产生22.4 L气体，电路中转移2 mol e－‎ C．电解过程中Li＋移入B电极区、OH－移入A电极区 D．电解池中总反应方程式为：2HCl2H2↑＋Cl2↑‎ 解析：选A　电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。由图可知，右侧生成H2，则B中H＋放电，B为阴极，在B中制备LiOH，B极区电解液为LiOH溶液，故A正确；A中为LiCl溶液，Cl－放电生成Cl2，则阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极每产生标准状况下22.4 L气体，电路中转移2 mol e－，故B错误；Li＋向阴极移动，即由A透过阳离子交换膜向B移动，OH－向阳极移动，但是OH－不能透过阳离子交换膜，故C错误；电解池的阳极上是Cl－失电子，阴极上是H＋得电子，电解的总反应方程式为2H2O＋2LiClH2↑＋Cl2↑＋2LiOH，故D错误。‎ ‎9．图中X为电源，Y为浸透饱和食盐水和酚酞溶液的滤纸，滤纸中央滴有一滴KMnO4溶液，通电后Y中央的紫红色斑向d端扩散。下列判断正确的是(　　)‎ A．滤纸上c点附近会变红色 B．Cu电极质量减小，Pt电极质量增大 C．Z中溶液的pH先减小，后增大 D．溶液中的SO向Cu电极定向移动 解析：选A　紫红色斑即MnO向d端扩散，根据阴离子向阳极移动的原理，可知d端为阳极，即b为正极，a为负极，c为阴极，NaCl溶液中H＋不断放电，破坏了水的电离平衡，c(OH－)不断增大，c点附近会变红色，A正确；电解CuSO4溶液时，Pt为阳极，溶液中的OH－放电：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，Cu为阴极，溶液中的Cu2＋得电子，生成铜，总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，Pt电极附近生成H＋，则SO向Pt电极移动，B、D不正确。随着电解的进行，Z中溶液变为H2SO4溶液，继续电解则为电解水，H2SO4浓度增大，pH减小，C不正确。‎ ‎10．假设图中原电池产生的电压、电流强度均能满足电解、电镀要求，即为理想化。①～⑧为各装置中的电极编号。下列说法错误的是(　　)‎ A．当K闭合时，A装置发生吸氧腐蚀，在电路中作电源 B．当K断开时，B装置锌片溶解，有氢气产生 C．当K闭合后，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④‎ D．当K闭合后，A、B装置中pH变大，C、D装置中pH不变 解析：选A　当K闭合时，B装置构成原电池，在电路中作电源，整个电路中电子的流动方向为③→②；①→⑧；⑦→⑥；⑤→④；B装置中消耗H＋，pH变大，A装置中电解饱和食盐水，pH变大；C装置中相当于在银上镀铜，pH不变；D装置中相当于铜的电解精炼，pH不变。‎ ‎11．如图所示，E为浸过含酚酞的Na2SO4溶液的滤纸。A、B分别为铂片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多微孔的Ni制成的电极，在碱溶液中可视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。若在滤纸中央滴一滴紫色的KMnO4溶液，将开关K打开，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。‎ 请回答下列问题：‎ ‎(1)R为________(填“正”或“负”)极。‎ ‎(2)A附近溶液的现象是___________________________________________，‎ B附近发生的电极反应式为____________________________________________。‎ ‎(3)滤纸上的紫色点向________(填“A”或“B”)方移动。‎ ‎(4)当C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间后，C、D中的气体逐渐减少，C中的电极为__________(填“正”或“负”)极，电极反应式为 ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：电解KOH溶液就是电解水，两极分别产生H2和O2，因为相同条件下产生H2的体积是O2体积的两倍，所以C管中收集到的是H2，D管中收集到的是O2。(1)H2是在阴极产生的，所以M是阴极，与之相连的R是电源的负极。(2)B是电解池的阳极，A是电解池的阴极。电解Na2SO4溶液也是电解水，电解时H＋移动到A极，得电子被还原为H2，破坏了A极附近水的电离平衡，导致A极附近的溶液显碱性，使酚酞溶液变红。B极上OH－被氧化生成O2。(3)KMnO4溶液中，紫红色的MnO 向阳极移动。(4)当C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，此时装置变为燃料电池。经过一段时间，C、D中的气体逐渐减少，H2和O2反应生成水，在碱性条件下，C中H2发生氧化反应。‎ 答案：(1)负　(2)溶液变红　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　(3)B　(4)负　2H2＋4OH－－4e－===4H2O ‎12．如下图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。‎ 请回答：‎ ‎(1)B极是电源的______________，一段时间后，甲中溶液颜色________，丁中X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，这表明___________________________________，‎ 在电场作用下向Y极移动。‎ ‎(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为______________________________________________________________________。‎ ‎(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应是______________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙中溶液的pH是13时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为________，甲中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。‎ ‎(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲中发生的总反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)由装置图知，直流电源与各电解池串联；由“F极附近呈红色”知，F极为阴极，则E极为阳极、D极为阴极、C极为阳极、G极为阳极、H极为阴极、X极为阳极、Y极为阴极、A极为正极、B极为负极。甲装置是用惰性电极电解CuSO4溶液，由于Cu2＋放电，导致c(Cu2＋)降低，溶液颜色逐渐变浅；丁装置是胶体的电泳实验，由于X极附近的颜色逐渐变浅，Y极附近的颜色逐渐变深，说明氢氧化铁胶粒带正电荷。(2)当甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，C、D、E、F电极的产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，根据各电极转移电子数相同，则对应单质的物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)给铜件镀银，根据电镀原理，铜件作阴极，银作阳极，电镀液是可溶性银盐。当乙中溶液的pH是13时，则乙中n(OH－)＝0.1 mol·L－1×0.5 L＝0.05 mol，即各电极转移电子物质的量为0.05 mol，所以丙中析出银的质量为0.05 mol×108 g·mol－1＝5.4 g；甲装置中由于电解产生H＋，导致溶液的酸性增强，pH变小。(4)若将C电极换为铁，则铁作阳极发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，D极发生：Cu2＋＋2e－===Cu，则总反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋。‎ 答案：(1)负极　逐渐变浅　氢氧化铁胶粒带正电荷 ‎(2)1∶2∶2∶2‎ ‎(3)镀件　AgNO3(合理即可)　5.4 g　变小 ‎(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋‎ ‎13．(2017·陕西咸阳模拟)(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。‎ ‎ ①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。则阳极产生ClO2的电极反应式为______________________________________________________。‎ ‎②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为________mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：_____________________________________________________________________________。‎ ‎(2)为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2－。电池工作时正极反应式为___________________________________________________________。‎ 若以该电池为电源，用石墨作电极电解100 mL含有以下离子的溶液。‎ 离子 Cu2＋‎ H＋‎ Cl－‎ SO c/(mol·L－1)‎ ‎1‎ ‎4‎ ‎4‎ ‎1‎ 电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)，阳极上收集到氧气的物质的量为________mol。‎ 解析：(1)①阳极失去电子发生氧化反应。②水电离产生的H＋在阴极上放电产生H2，转移电子的物质的量 n(e－)＝2n(H2)＝2×＝0.01 mol，则在内电路中移动的电荷为0.01 mol，每个Na＋带一个单位的正电荷，则通过的Na＋为0.01 mol。(2)电池工作时，正极上O2得电子发生还原反应生成O2－。结合离子浓度可知电解过程可分为三个阶段：先是电解CuCl2、然后电解HCl、最后电解水，由此可见阴极首先析出0.1 mol Cu(同时阳极析出0.1 mol Cl2)，然后析出H2；阳极上先是析出 0.2 mol Cl2(此时阴极已析出0.1 mol H2)，再析出O2，设阳极析出 x mol O2时两极析出气体体积相等，由题意可得：0.2＋x＝0.1＋2x，解得x＝0.1。‎ 答案：(1)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋‎ ‎②0.01　在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使H2OH＋＋OH－的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大　(2)O2＋4e－===2O2－　0.1‎