2019届一轮复习人教版电解池金属的电化学腐蚀与防护学案(1) 30页

第25讲　电解池 金属的电化学腐蚀与防护 考纲要求 考情分析 命题趋势 ‎1.掌握电解池的构成、工作原理及应用。‎ ‎2.能写出电极反应和电池总反应方程式。‎ ‎3.了解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。‎ ‎2017，全国卷Ⅲ，11T ‎2017，全国卷Ⅰ，11T ‎2016，天津卷，27T ‎2016，北京卷，12T ‎2016，四川卷，5T 预计2019年高考仍将重点考查电解池的工作原理，如阴阳极的判断、电极反应式的书写及溶液pH的变化等；复习备考时应注重电解原理的实质，从氧化还原反应的角度认识电化学。‎ 分值：3～6分 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)特点：电解是不可逆的，电解质导电一定发生__化学__变化。‎ ‎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有与__电源__相连的两个电极。‎ ‎②两个电极插入__电解质溶液__(或__熔融电解质__)中。‎ ‎③形成__闭合回路__。‎ ‎(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：__CuCl2Cu＋Cl2↑__。‎ ‎(4)电解池中电子和离子的移动方向 ‎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泼电极。‎ ‎(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)排出阴阳两极的放电顺序 ‎(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、电荷守恒和电子转移守恒。‎ ‎(5)写出电解总反应式，在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。‎ 用惰性电极电解电解质溶液的四种类型 ‎(1)电解水型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总反应式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑‎ 水 ‎2H2O O2↑＋2H2↑‎ 增大 减小 加水 强碱(如NaOH)‎ 增大 加水 活泼金属的含氧酸盐 ‎(如KNO3、Na2SO4)‎ 不变 加水 ‎ (2)电解电解质型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 总反应式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 无氧酸(如(HCl)，除HF外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑‎ 酸 ‎2HCl Cl2↑＋H2↑‎ 减小 增大 通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐 ‎(如CuCl2)，除氟化物外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 盐 CuCl2 Cu＋Cl2↑‎ ‎－‎ 加CuCl2固体 ‎ (3)放H2生碱型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 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 水 和盐 ‎2Cl－＋2H2OCl2↑＋‎ H2↑＋2OH 生成新 电解质 增大 通入 HCl气体 ‎(4)放O2生酸型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解物质 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－===4H＋＋O2↑‎ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu ‎ 水和盐 ‎2Cu2＋＋2H2O ‎2Cu＋O2↑＋4H＋‎ 生成新 电解质 减小 加CuO 或CuCO3‎ ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。(　√　)‎ ‎(2)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。(　×　)‎ ‎(3)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。(　×　)‎ ‎(4)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。(　×　)‎ ‎(5)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可能使电解质溶液恢复到电解前的情况。(　√　)‎ ‎(6)电解NaOH溶液的本质是电解水，溶液的pH保持不变。(　×　)‎ ‎2．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(　B　)‎ A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2‎ B．KCl　Na2SO4　CuSO4‎ C．CaCl2　KOH　NaNO3‎ D．HCl　HNO3　K2SO4‎ 解析 由电解电解质溶液的四种类型可知：‎ 类型 化学物质 pH变化 放O2生酸型 AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4‎ 降低 放H2生碱型 KCl、CaCl2‎ 升高 电解电解质型 CuCl2‎ 升高 HCl 升高 电解H2O型 Na2SO4、NaNO3、K2SO4‎ 不变 KOH 升高 HNO3‎ 降低 ‎3．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。‎ ‎(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。‎ 阳极反应式：__2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋__。‎ 阴极反应式：__6H＋＋6e－===3H2↑__。‎ 总化学方程式：__2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑__。‎ ‎(2)用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应方程式。‎ ‎①阳极产物：__Cl2、O2__。‎ 电极反应：__2Cl－－2e－===Cl2↑、2H2O－4e－===4H＋＋O2↑__。‎ ‎②阴极产物：__Cu、H2__。‎ 电极反应：__Cu2＋＋2e－===Cu、2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑__。‎ 电解池中方程式书写时的四个常见失分点 ‎(1)书写电解池中电极反应式时，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。‎ ‎(2)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。‎ ‎(3)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。‎ ‎(4)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。‎ ‎　阴阳极的判断和电解产物的分析方法 ‎(1)阴阳极的判断方法 ‎①根据外接电源：正极连阳极，负极连阴极。‎ ‎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根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。‎ ‎(2)惰性电极电解电解质溶液的产物判断 ‎[例1]如图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是(　C　)‎ A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ B．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 C．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－‎ D．石墨电极的质量不发生变化 解析 ‎ 电解池的阳极是氧离子发生失电子的氧化反应，导致氧气等气体的出现，所以电极反应式为2O2－－4e－===O2↑；电解池中，电解质里的阴离子O2－、Cl－均移向阳极；电解池的阴极发生得电子的还原反应，是二氧化钛电极本身得电子的过程，即TiO2＋4e－===Ti＋2O2－；石墨电极会和阳极上产生的氧气发生反应，导致一氧化碳、二氧化碳的出现，所以电极本身会消耗，质量减轻。‎ ‎[例1]某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)‎ A．该装置将化学能转化为光能和电能 B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移 C．每生成1 mol O2，有‎44 g CO2被还原 D．a电极的反应为3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O ‎[答题送检]来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 C 得失电子不守恒 ‎－6‎ D 不能根据化合价的变化，来判断是氧化反应还是还原反应 ‎－6‎ ‎[解析] 利用图示知，该装置为电解池，是将电能和光能转化为化学能，A项错误；该装置工作时，b极(阳极)是H2O失电子转化为氧气，同时产生H＋，H＋从b极区向a极(阴极)区迁移，B项正确；利用得失电子守恒知，每生成1 mol O2转移4 mol e－，每消耗1 mol CO2转移6 mol e－，则被还原的CO2的质量为 mol×‎44 g·mol－1＝‎29.3 g，C项错误；a极上应发生还原反应，即a电极的反应为3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，D项错误。‎ ‎[答案] B ‎1．如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b弱电解质溶液>非电解质溶液。‎ ‎2．活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。‎ ‎3．对同一种电解质溶液来说：电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。‎ ‎4．不同原理引起的腐蚀的速率：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。‎ ‎5．从防腐措施方面分析腐蚀的快慢：外接电源的阴极保护法防腐<牺牲阳极的阴极保护法防腐<有一般防护条件的防腐<无防护条件的防腐。‎ ‎[例1]下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　B　)‎ A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小 C．图c中，接通开关时Zn的腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 解析　图a中，铁棒发生电化学腐蚀，靠近底端的部分与氧气接触少，腐蚀程度较轻，A项错误；图b中开关置于M时，Cu－Zn合金作负极，由M改置于N时，Cu－Zn合金作正极，腐蚀速率减小，B项正确；图c中接通开关时Zn作负极，腐蚀速率增大，但氢气在Pt极上放出，C项错误；图d中，该原电池中Zn作负极，MnO2作正极，正极上得电子发生还原反应，所以Zn－MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的还原作用引起的，D项错误。‎ ‎[例1](2016·天津卷)下列叙述正确的是(　　)‎ A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)‎ B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率与氧气浓度无关 C．原电池中发生的反应达平衡时，该电池仍有电流产生 D．在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小 ‎[答题送检]来自阅卷名师报告 错误 致错原因 扣分 A 误以为催化剂可以改变焓变 ‎－6‎ C 忽略了反应达平衡时，正负极电势差的问题 ‎－6‎ ‎[解析] 催化剂可以降低反应的活化能，但不能改变反应的焓变，A项错误；金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率与氧气浓度有关，O2浓度越大，腐蚀速率越快，B项错误；反应达到平衡时，正负极的电势差为0，所以电池不会产生电流，C项错误；CuS不溶于盐酸，而ZnS溶于盐酸，说明CuS更难溶，对应的溶解度小，D项正确。‎ ‎[答案] D ‎1．如图所示，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(　B　)‎ A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ B．K1闭合，石墨棒周围溶液的pH逐渐升高 C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法 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 解析　K1闭合时，装置为原电池，负极Fe的反应为Fe－2e－===Fe2＋，A项错误；K1闭合时，石墨棒为正极，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，因此石墨棒周围溶液的pH升高，B项正确；K2闭合时，装置为电解池，铁为阴极被保护，该保护方法是外接电源的阴极保护法，C项错误；K2闭合时，电解饱和食盐水，当电路中通过0.002 mol电子时，阴阳两极分别产生H2、Cl2，气体物质的量均为0.001 mol，D项错误。‎ ‎1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”。‎ ‎(1)验证铁的吸氧腐蚀，可以将铁钉放入试管中，用盐酸浸没。(　×　)‎ ‎(2)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．(2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　C　)‎ A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 解析　由图可知，高硅铸铁与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，钢管桩与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，钢管桩得到保护，A项正确；通电后，外电路中电子由高硅铸铁经导线流向正极，再由电源的负极经导线流向钢管桩，故通电后外电路中电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B项正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，只起到传递电流作用，不会被损耗，C项错误；通入的保护电流要根据海水中电解质的浓度、温度等环境条件变化进行调整，从而有效保护钢管桩，D项正确。‎ ‎3．如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。‎ ‎(1)腐蚀过程中，负极是__c__(填图中字母“a”或“b”或“c”)；‎ ‎(2)环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓__；　‎ ‎(3)若生成‎4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为__0.448__L(标准状况)。‎ 课时达标　第23讲 ‎1．下列事实与电化学腐蚀无关的是(　A　)‎ A．光亮的自行车钢圈不易生锈 B．黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿 C．铜、铝电线一般不连接起来作导线 D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)更容易生锈 解析　A项，自行车钢圈不易生锈是由于熔炼的时候在铁中加入了一定比例的镍、铬，改变了其金属的组织结构，与电化学腐蚀无关；B项，黄铜中，锌比铜活泼，二者构成原电池，锌失电子，这样可以保护铜不被氧化；C项，铜、铝导线连接起来会与表面液体构成原电池，铝比铜活泼，铝失电子被氧化，就会引起连接处断开，造成断路；D项，生铁中含有杂质碳，碳、铁、水膜会构成无数个微小的原电池，使铁不断被腐蚀。‎ ‎2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法错误的是 (　D　)‎ 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　铁是负极，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得快；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。‎ ‎3．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl溶液等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如图所示，则下列说法错误的是(　C　)‎ A．阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出H2‎ B．AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生Cu C．BC段表示在阴极上是H＋放电产生了H2‎ D．CD段相当于电解水 解析　由于两种溶液的体积相等，物质的量浓度也相等，即溶质的物质的量相等，设CuSO4和NaCl的物质的量各为1 mol ，电解分3个阶段。[第一阶段]阳极：1 mol Cl－失1 mol 电子，阴极：0.5 mol Cu2＋得1 mol电子，因为Cu2＋水解使溶液显酸性，随着电解的进行，Cu2＋的浓度降低，溶液酸性减弱，pH将增大；[第二阶段]阳极：1 mol OH－(来源于水的电离)失1 mol 电子，阴极：0.5 mol Cu2＋再得1 mol 电子，因为OH－消耗，使溶液中H＋的浓度增大，pH迅速减小；[第三阶段]阳极：OH－失电子，阴极：H＋得电子，它们都来源于水的电离，实质是电解水，溶液的体积减小，使溶液中H＋的浓度增大，pH继续减小。‎ ‎4．下列有关电化学装置完全正确的是(　C　)‎ A B C D 铜的精炼 铁上镀银 防止Fe被腐蚀 构成铜锌原电池 解析　电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，纯铜作阴极，A项错误；铁上镀银时，应该用银作阳极，铁作阴极，B项错误；C项是外加电流的阴极保护法，正确；铜锌原电池中，锌应插入硫酸锌溶液中，铜应插入硫酸铜溶液中，D项错误。‎ ‎5．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(括号内物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的是(　B　)‎ A．AgNO3(AgNO3) 　　 B．NaOH(H2O)‎ C．KCl(KCl)　　 D．CuSO4(CuSO4)‎ 解析　A项，4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，脱离反应体系的物质是4Ag＋O2，所以应当加入适量的Ag2O才能复原；B项，2H2O2H2↑＋O2↑，脱离反应体系的是2H2＋O2，加入适量水可以复原；C项，2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，脱离反应体系的是H2＋Cl2，通入适量HCl气体才能复原；D项，2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，脱离反应体系的是2Cu＋O2，加入适量CuO才可以复原。‎ ‎6．(2018·荆州中学高三上学期月考)利用控制n(H2S)：n(FeCl3)＝1：2反应得到的产物，再用电解法制氢，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　B　)‎ A．惰性电极a发生氧化反应 B．Fe(OH)3胶体中滴加溶液X，先有沉淀后沉淀溶解 C．溶液Y加热蒸发灼烧最终得到Fe2O3‎ D．电解池总反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑‎ 解析　H2S与FeCl3反应生成硫单质和氯化亚铁以及盐酸。根据示意图，惰性电极b放出氢气，说明b为阴极，则a为阳极，发生氧化反应，A项正确；惰性电极a发生氧化反应生成氯气，氯气将氯化亚铁氧化为氯化铁，因此溶液X为氯化铁，Fe(OH)3胶体中滴加氯化铁，发生胶体的聚沉，但不能溶解，B项错误；溶液Y 为氯化亚铁，加热蒸发灼烧会被空气中的氧气氧化，最终得到Fe2O3，C项正确；电解池总反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H＋2Fe3＋＋H2↑，D项正确。‎ ‎7．(2018·南阳一中高三第一次月考)如图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，将电源接通后，向乙装置中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，则以下说法正确的是(　B　)‎ A．电源B极是正极 B．甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量之比为1：2：2：2‎ C．欲用丙装置给铜镀银，H应该是Ag，电镀液是AgNO3溶液 D．丁装置中X极附近红褐色不变 解析　根据图知，该装置是电解池，将电源接通后，向乙装置中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色，说明F极附近有大量的OH－，由此得出F极上H＋放电生成氢气，所以F极是阴极，则电源B极是负极，A极是正极，A项错误；甲装置中C电极上OH－放电生成氧气，乙装置中F电极上H＋放电生成氢气，所以甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成；生成1 mol 氧气转移4 mol 电子，生成1 mol 铜时转移2 mol电子，生成1 mol 氯气时转移2 mol电子，生成1 mol 氢气时转移2 mol 电子 ，所以转移相同物质的量的电子时生成单质的物质的量之比为1：2：2：2，B项正确；若用丙装置给铜镀银，G应该是Ag，H是铜，电镀液是AgNO3溶液，C项错误；丁装置中Y电极是阴极，氢氧化铁胶粒带正电荷，Y极附近红褐色变深，D项错误。‎ ‎8．在水中加入等物质的量的MgSO4、NaCl、AgNO3三种物质组成的混合溶液，该溶液在惰性材料作电极的电解槽中通电一段时间后，在两个电极区析出的氧化产物与还原产物的质量之比约为(　C　)‎ A．35.5∶108　　 B．16∶207‎ C．8∶1　　 D．108∶35.5‎ 解析　三种物质等物质的量混合，则NaCl、AgNO3恰好完全反应，故反应后的溶液为NaNO3和MgSO4的混合液。实质上是电解水：2H2O2H2↑＋O2↑，氧化产物和还原产物分别为O2和H2，质量之比为8∶1。‎ ‎9．下列离子方程式书写正确的是(　B　)‎ A．用Cu片作阳极电解饱和食盐水：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ B．用两个铜片作电极电解AgNO3溶液：Cu＋2Ag＋2Ag＋Cu2＋‎ C．用石墨作电极电解AlCl3溶液：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－‎ D．用石墨作电极电解CuBr2溶液：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋‎ ‎10．以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：‎ 下列说法不正确的是(　D　)‎ A．在阴极室，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑‎ B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O向右移动 C．该制备过程总反应的化学方程式为4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑‎ D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比为d，则此时铬酸钾的转化率为α＝ 解析　该电解池发生的反应为电解水，阴极反应式：4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，阳极反应式：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，铬酸钾的转化率α＝2－d，D项错误。‎ ‎11．已知高能锂离子电池的总反应式为2Li＋FeS===Fe＋Li2S，LiPF6·SO(CH3)2为电解质，用该电池为电源电解含镍酸性废水并得到单质Ni的实验装置如图所示。下列说法不正确的是(　B　)‎ A．电极Y应为Li B．电解过程中，b中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C．X极反应式为FeS＋2Li＋＋2e－===Fe＋Li2S 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　由于c 中反应为Ni2＋＋2e－===Ni，，故c室为阴极室，则电极Y为Li，由于c 中Ni2＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从c移向b，a中OH－放电不断减少，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，B项错误。‎ ‎12．如图所示甲、乙两个装置，所盛溶液体积和浓度均相同且足量，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，下列说法不正确的是(　C　)‎ A．溶液的质量变化：甲减小乙增大 B．溶液的pH变化：甲减小乙增大 C．相同条件下产生气体的体积：V甲＝V乙 D．电极反应式：甲中阴极为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg－2e－===Mg2＋‎ 解析　A项，甲中总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，乙中总反应为Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑，故甲溶液质量减小，乙溶液质量增大，正确；B项，甲中生成H2SO4，pH减小，乙中消耗盐酸，pH增大，正确；C项，当两装置电路中通过的电子都是1 mol时，甲中产生0.25 mol O2，乙中产生0.5 mol H2，故相同条件下，甲乙中产生气体的体积比为1∶2，错误；甲中阴极为Cu2＋放电，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，乙中负极为Mg放电，电极反应为Mg－2e－===Mg2＋，正确。‎ ‎13．用酸性氢氧燃料电池(乙池)为电源进行电解的实验装置(甲池在一定条件下可实现有机物的电化学储氢)如图所示。甲池中A为含苯的物质的量分数为10%的混合气体，B为10 mol混合气体，其中苯的物质的量分数为24%，C为标准状况下2.8 mol气体(忽略水蒸气)，下列说法不正确的是(　C　)‎ A．乙池中溶液的pH变大 B．E处通入H2，C处有O2放出 C．甲池中阴极区只有苯被还原 D．导线中共传导11.2 mol电子 解析　乙池是氢氧燃料电池，有水生成，则溶剂增加，氢离子浓度降低，因此pH增大，A项正确；苯转化为环己烷属于加氢的还原反应，则该电极是阴极，所以与之相连的电极是负极，所以E处通入H2，电解池中阳极失去电子，即溶液中氢氧根放电，生成氧气，则C 处有O2放出，B项正确；根据题干信息可知参加反应的苯的物质的量为10 mol×24%－10 mol×10%＝1.4 mol，甲池中阴极区苯放电的电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，说明1.4 mol苯反应转移电子的物质的量为1.4 mol×6＝8.4 mol，阳极产生的氧气是2.8 mol，转移电子的物质的量是2.8 mol×4＝11.2 mol，所以根据电子得失守恒可知甲池中阴极区不只苯被还原，即进入甲池中的氢离子也放电，C项错误；根据C项分析可知导线中共传导11.2 mol电子，D项正确。‎ ‎14．500 mL AgNO3和Ca(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　)‎ A．原混合溶液中c(Ca2＋)为0.1 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Ag的物质的量为0.1 mol D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1‎ 解析　石墨作电极电解AgNO3和Ca(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：Ag＋＋e－===Ag,2H＋＋2e－===H2↑。阳极收集到O2为‎2.24 L，由这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，阴极生成‎2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Ag＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Ag＋的物质的量和电解得到的Ag的物质的量都为0.2 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(Ag＋)＋‎2c(Ca2＋)＝c(NO)，‎2c(Ca2＋)＋c(H＋)＝c(NO)。不难算出电解前c(Ca2＋)＝0.1 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。‎ 课时达标　第24讲 ‎1．某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。‎ ‎(1)如图为某实验小组依据氧化还原反应：__Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu__(用离子方程式表示)，设计的原电池装置，反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差‎12 g，导线中通过__0.2__mol电子。‎ ‎(2)其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极反应式为__2H＋＋2e－===H2↑__，这是由于NH4Cl溶液显__酸性__(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：__NH＋H2O??NH3·H2O＋H＋__；用吸管吸出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式：__2Fe2＋＋‎ Cl2===2Fe3＋＋2Cl－__，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是：“溶液中的＋3价铁被氧化为更高的价态。”如果＋3价铁被氧化为FeO，试写出该反应的离子方程式：__2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋__。‎ ‎(3)其他条件不变，若将盐桥换成铜导线与石墨相连成n型，如图所示。一段时间后，在装置甲中铜丝附近滴加酚酞试液，现象是__溶液变红__，电极反应式为__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__；装置乙中石墨(1)为__阴__极(填“正”“负”“阴”或“阳”)，装置乙中与铜丝相连的石墨电极上发生的反应式为__2Cl－－2e－===Cl2↑__，产物常用__湿润的淀粉－KI试纸__检验，反应的离子方程式为__Cl2＋2I－===2Cl－＋I2__。‎ 解析　(1)设导线中通过的电子的物质的量为x mol，则负极减少28x g，正极增重32x g,28x＋32x＝12，x＝0.2。(2)NH4Cl水解溶液显酸性，正极上H＋得电子，负极上Fe失电子生成Fe2＋。Cl2将Fe2＋氧化为Fe3＋，Cl2过量时，发生的反应为2Fe3＋＋3Cl2＋8H2O===2FeO＋6Cl－＋16H＋。(3)将盐桥改为铜丝和石墨后装置甲成为原电池，装置乙成为电解池。装置甲中Fe为负极，Cu为正极，正极电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，滴加酚酞后变红色。 装置乙中石墨(1)为阴极，与铜丝相连的电极为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2可用湿润的淀粉－KI试纸检验。‎ ‎2．锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为‎6C＋xLi＋＋xe－===LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源(部分条件未给出)。‎ 回答下列问题：‎ ‎(1)LiCoO2中，Co元素的化合价为__＋3__。‎ ‎(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式为__2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)＋3H2↑__。‎ ‎(3)“酸浸”一般在‎80 ℃‎下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式：__2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O、2H2O22H2O＋O2↑__；‎ 可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺点是__有氯气生成，污染环境__。‎ ‎(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式：__CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑__。‎ ‎(5)充放电过程中发生LiCoO2与Li1－xCoO2之间的转化，写出放电时电池的反应方程式：__Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋‎6C__。‎ ‎(6)上述工艺中“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是__Li＋从负极中脱出，经电解质向正极移动并进入正极材料中__。在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有__Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4__(填化学式)。‎ 解析　(1)Li和O的化合价分别是＋1和－2，所以该化合物中Co的化合价是＋(2×2－1)＝＋3。(2)正极材料中的金属铝能和氢氧化钠溶液反应，反应的离子方程式是2Al＋2OH－＋6H2O===2Al(OH)＋3H2↑。(3)根据流程可知，有CoSO4生成，这说明在反应中LiCoO2是氧化剂，双氧水是还原剂，因此该反应的化学方程式是2LiCoO2＋3H2SO4＋H2O2Li2SO4＋2CoSO4＋O2↑＋4H2O；在反应中双氧水是过量的，则过量的双氧水会发生自身的氧化还原反应，即2H2O22H2O＋O2↑；如果用盐酸代替，则氯化氢会被氧化生成氯气，会造成环境污染。(4)根据原子守恒可知，在反应中还有硫酸铵、CO2和H2O生成，所以反应的化学方程式是CoSO4＋2NH4HCO3===CoCO3↓＋(NH4)2SO4＋H2O＋CO2↑。(5)根据充电时该锂离子电池负极发生的反应‎6C＋xLi＋＋xe－===LixC6可知，放电时LixC6在负极失去电子，则Li1－xCoO2在正极得到电子，所以放电时电池反应式是Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋‎6C。‎ ‎3．熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K2CO3(其中不含O2－和HCO)为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池负极电极反应式为‎2C4H10＋26CO－52e－===34CO2＋10H2O。‎ 试回答下列问题：‎ ‎(1)该燃料电池的化学反应方程式为__‎2C4H10＋13O2===8CO2＋10H2O__。‎ ‎(2)正极电极反应式为__O2＋2CO2＋4e－===2CO__。‎ ‎(3)为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是__CO2__，它来自__负极生成的产物__。‎ ‎(4)某学生想用该燃料电池和如图所示装置来电解饱和食盐水。‎ ‎①写出反应的离子方程式：__2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－__。‎ ‎②将湿润的淀粉－KI试纸放在该装置附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去，这是因为过量的Cl2将生成的I2氧化。若反应的Cl2和I2的物质的量之比为5∶1，且生成两种酸。该反应的化学方程式为__5Cl2＋I2＋6H2O===10HCl＋2HIO3__。‎ ‎③若电解后得到200 mL 3.25 mol/L NaOH溶液，则消耗C4H10的体积在标准状况下为__560__mL。‎ 解析　(2)用总化学方程式减去负极电极反应式即得正极电极反应式。(3)因为负极消耗CO而生成CO2，所以要保持稳定，正极需要生成CO，所需CO2可以由负极生成的产物提供。(4)根据串联电路中各电极得失电子数相等，电解后得到NaOH的物质的量为3.25 mol/L×‎0.2 L＝0.65 mol，即电解池阴极有0.65 mol H＋得到了0.65 mol电子，所以燃料电池的负极消耗C4H10的体积为(0.65 mol÷26)×‎22.4 L/mol＝‎0.56 L＝560 mL。‎ ‎4．如图所示的装置，X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向装置甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色。试回答下列问题：‎ ‎(1)在电源中，B电极为__负__极(填电极名称，下同)；装置丙中Y电极为__阴__极。‎ ‎(2)在装置甲中，石墨(C)电极上发生__氧化__(填“氧化”或“还原”)反应；装置甲中总的化学方程式是__2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH__。‎ ‎(3)装置丙在通电一段时间后，X电极上发生的电极反应式是__2Cl－－2e－===Cl2↑__。‎ ‎(4)如果装置乙中精铜电极的质量增加了‎0.64 g，请问装置甲中，铁电极上产生的气体在标准状况下为__0.224__L。‎ 解析　(1)电源接通后，向装置甲中滴入酚酞溶液，在Fe极附近显红色，说明在Fe电极附近的水溶液显碱性，则在该电极上是H＋放电，所以Fe为阴极，与直流电源的负极相连。因此在电源中，B电极为负极，A电极为正极。在装置丙中Y电极为阴极。(2)‎ 在装置甲中，石墨(C)电极为电解池的阳极，发生氧化反应。由于在NaCl溶液中放电能力：Cl－＞OH－，所以在C电极上发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑。装置甲中总的化学方程式是2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH。(4)如果装置乙中精铜电极的质量增加了‎0.64 g，n(Cu)＝0.01 mol，则n(e－)＝0.02 mol。由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铁电极上产生的氢气为0.01 mol，在标准状况下为‎0.224 L。‎ ‎5．(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__Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋__。‎ ‎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__0.01__mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：__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)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__O2＋4e－===2O2－__。‎ 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__0.1__mol。‎ 解析　(1)①阳极Cl－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时两极析出气体的体积相等，由题意可得0.2＋x＝0.1＋2x，解得x＝0.1。‎