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 38页

第2节　电解池 金属的电化学腐蚀与防护 考试说明 ‎1．了解电解池的工作原理，并能写出电极反应及总反应的方程式，认识电解在实现物质转化中的具体应用。‎ ‎2．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。‎ 命题规律 本节是高考的常考内容，其考查的内容有：一是电解过程的分析，多借助于图像考查电极上离子的放电顺序与产物的判断，电极反应式的书写；二是注重原电池与电解池相结合考查新型充电电池；三是考查新情境下电解原理的实际应用，如氯碱工业、电解精炼铜、电镀、电解除污、结合离子交换膜进行电解等；四是金属腐蚀的原因与防护措施。考查题型有选择题和填空题两种。‎ 考点1　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：①电解是不可逆的；②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电解质溶液(或熔融电解质)。‎ ‎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。‎ ‎4．惰性电极电解电解质溶液的四种类型 ‎(1)电解水型 ‎(2)电解电解质型 ‎(3)放H2生碱型 ‎(4)放O2生酸型 ‎(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”。‎ ‎【基础辨析】‎ 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎(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)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。(×)‎ 题组一 电极反应式、电解总反应式的书写 ‎1．用如图所示装置(熔融CaF2CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是(　　)‎ A．电解过程中，Ca2＋向阳极移动 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．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极 答案　B 解析　由题图可知，石墨与外加电源的正极相连，则石墨为阳极，钛网电极作阴极，电解过程中，电解液中Ca2＋向阴极移动，A错误；据题图可知，阳极上发生氧化反应生成CO2，则阳极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确；阴极反应式为2Ca2＋＋4e－===2Ca，Ca还原TiO2的反应方程式为2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti，故制备Ti前后，整套装置中CaO的质量不变，C错误；“＋”表示铅蓄电池的正极，该接线柱为铅蓄电池的PbO2极，D错误。‎ ‎2．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：____________________________________________ _________________________；‎ 阴极反应式：___________________________________________ ___________________________；‎ 总化学方程式：__________________________________________ ‎ ‎____________________________。‎ ‎(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：__________________________________________________ _________________；‎ 电极反应：_____________________________________________ ________________________。‎ ‎②阴极 产物：__________________________________________________ ___________________；‎ 电极反应：______________________________________________ _____________________。‎ 答案　(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋‎ ‎6H＋＋6e－===3H2↑‎ ‎2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ ‎(2)①Cl2、O2　2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ ‎②Cu、H2　Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑‎ 解析　(2)阴离子在阳极发生氧化反应，由于还原性：Cl－>OH－>SO，故先生成Cl2，后生成O2；阳离子在阴极发生还原反应，由于氧化性：Cu2＋>H＋>Na＋，故先生成Cu，后生成H2。‎ 题组二 电解原理和电解规律的考查 ‎3．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是(　　)‎ A．NaBr、CuCl2、Ba(OH)2‎ B．NaOH、H2SO4、CuSO4‎ C．KOH、HNO3、Na2SO4‎ D．NaCl、Cu(NO3)2、MgSO4‎ 答案　C 解析　加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，只有C项符合题意。‎ ‎4．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5% NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10% K2SO4溶液，电极均为石墨电极。‎ ‎(1)接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。则 ‎①电源的N端为________极；‎ ‎②电极b上发生的电极反应为____________________；‎ ‎③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________L；‎ ‎④电解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。‎ ‎(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行：________(填“能”或“不能”)，原因是______________________________________________。‎ 答案　(1)①正　②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ‎③2.8　④不变 ‎(2)能　CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，相当于电解水 解析　(1)①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。‎ ‎②电极b为阳极，用惰性电极电解NaOH 溶液相当于电解水，阳极上OH－放电生成O2，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。‎ ‎③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x g，据电解前后溶质的质量不变可得：100 g×10%＝(100－x) g×10.47%，解得x＝4.5，则电解过程中消耗水的物质的量为＝0.25 mol，转移电子的物质的量为0.5 mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V(O2)＝0.5 mol××22.4 L·mol－1＝2.8 L。‎ ‎④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c(K2SO4)增大，但溶液的pH不变。‎ ‎(2)当电解过程中铜全部析出时，CuSO4溶液变为H2SO4溶液，继续电解则为电解H2SO4溶液，相当于电解水。‎ 考点2　电解原理的应用 ‎1．氯碱工业——电解饱和食盐水 ‎(1)概念：用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。‎ ‎(2)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)，‎ 总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，‎ 离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。‎ ‎(3)阳离子交换膜的作用：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。‎ ‎2．电镀和电解精炼铜 ‎3．冶炼金属 ‎(1)原理：利用电解原理使矿石中的金属离子获得电子，从它们的化合物中还原出来。‎ ‎(2)适用范围：制取活泼金属单质，如电解NaCl、MgCl2、Al2O3制取Na、Mg、Al，化学方程式分别为：‎ ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑，MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。‎ ‎(1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。‎ ‎(2)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。精炼铜时由于阳极发生多个反应，阴极增重质量不等于阳极减少的质量，故溶液中c(Cu2＋)减小。‎ ‎【基础辨析】‎ 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变。(×)‎ ‎(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。(×)‎ ‎(3)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极。(√)‎ ‎(4)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)‎ ‎(5)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。(×)‎ ‎(6)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(√)‎ 题组一 电解原理的基本应用 ‎1．某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是(　　)‎ A．石墨电极与直流电源的负极相连 B．铜电极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑‎ C．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na＋向石墨电极迁移 D．用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色 答案　B 解析　氯碱工业的反应原理为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，而Cu为活性电极，故应将Cu 电极与电源的负极相连，石墨电极与电源的正极相连，A错误；Cu电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，B正确；电解池中，电解质溶液中的阳离子向阴极移动，则Na＋向Cu电极迁移，在Cu电极附近与反应生成的OH－结合生成NaOH，C错误；由B项分析可知，Cu电极上产生H2，石墨电极的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故用湿润的淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸不变色，D错误。‎ ‎2．如图所示的阴、阳离子交换膜电解槽中，用惰性电极电解Na2SO4溶液可制得硫酸和氢氧化钠溶液。下列说法不正确的是(　　)‎ A．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．N为阴离子交换膜 C．进口b补充的是稀NaOH溶液 D．电解过程中阳极附近的pH不断降低 答案　A 解析　电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，所以阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，A错误；由H2出口知电极A为阴极，电极B为阳极，产生H＋，故要不断补充阴离子，故N为阴离子交换膜，B正确；电极A为阴极，水中的H＋放电，大量的氢氧化钠在阴极附近生成，故在b口加入稀氢氧化钠以增强导电性，C正确；阳极反应不断地产生H＋，故pH不断降低，D正确。‎ 题组二 电解原理在化工制备中的应用 ‎3.工业上，常用NCl3制备水的消毒剂ClO2‎ ‎。利用如图装置电解氯化铵和盐酸的混合溶液制得NCl3(已知NCl3的水溶液具有漂白性)。下列推断正确的是(　　)‎ A．石墨极为正极 B．铁极附近电解质溶液的pH减小 C．每生成1 mol NCl3时必转移3 mol电子 D．电解反应为NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑‎ 答案　D 解析　石墨极为阳极，A错误；铁为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故溶液的酸性逐渐减弱，pH增大，B错误；每生成1 mol NCl3，必转移6 mol电子，C错误。‎ ‎4．以稀硫酸为电解质溶液，利用太阳能电池将CO2转化为乙烯的工作原理如下图所示，则N极上的电极反应式为 ‎______________；该电解池中所发生的总反应的化学方程式为__________________。‎ 答案　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　2CO2＋2H2OC2H4＋3O2‎ 解析　M极CO2→C2H4，碳元素化合价降低，发生还原反应；N极，H2O中OH－放电生成O2和H＋。总反应为CO2和H2O反应生成C2H4和O2。‎ 考点3　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，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 ‎(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 铁锈的形成：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，‎ ‎4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3＋(x－3)H2O===Fe2O3·xH2O(铁锈)。‎ ‎3．金属的防护 ‎(1)电化学防护 ‎①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 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。‎ ‎②外加电流的阴极保护法——电解原理 a．阴极：被保护的金属设备；‎ b．阳极：惰性金属。‎ ‎(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。‎ ‎(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序：电解原理引起的阳极腐蚀>原电池原理引起的负极腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。‎ ‎(2)纯度越高的金属，腐蚀得越慢。‎ ‎(3)不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。‎ ‎【基础辨析】‎ 判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。‎ ‎(1)纯银器在空气中因化学腐蚀表面渐渐变暗。(√)‎ ‎(2)金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍。(√)‎ ‎(3)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。(×)‎ ‎(4)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。(×)‎ ‎(5)牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀。(×)‎ ‎(6)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连，正极连接到一块废铁上可防止水闸被腐蚀。(√)‎ 题组一 金属的电化学腐蚀 ‎1.利用如图装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法正确的是(　　)‎ A．左管中O2得到电子，右管中H＋得到电子 B．一段时间后，左管液面低于右管液面 C．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－3e－===Fe3＋‎ D．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 答案　A 解析　左管中铁丝发生吸氧腐蚀，O2得电子，右管中铁丝发生析氢腐蚀，H＋得电子，A正确；左管中吸收氧气，压强减小，右管中析出氢气，压强增大，故一段时间后，左管液面上升，右管液面下降，左管液面高于右管液面，B错误；a、b两处铁丝均作负极，电极反应式均为Fe－2e－===Fe2＋，C错误；左管中O2得电子，发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故a处溶液c(OH－)增大，pH增大，右管中H＋得电子，发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，b处溶液c(H＋)减小，pH增大，D错误。‎ ‎2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)‎ 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腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的 答案　B 解析　‎ 因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重，A错误；接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2，C错误；干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H＋的氧化作用引起的，D错误。‎ 题组二 金属的防护 ‎3．下列说法中，不正确的是(　　)‎ A B C D 钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀 钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀 将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好 钢闸门作为阴极而受到保护 答案　C 解析　金属活泼性：Zn>Fe>Cu，所以若将锌板换成铜板，则先腐蚀活泼金属Fe，C错误；钢闸门与电源的负极相连而被保护，D正确。‎ ‎4．钢铁很容易因生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。‎ ‎(1)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图所示。‎ ‎①A电极对应的金属是________(写元素名称)。‎ B电极的电极反应式是__________________________。‎ ‎②镀层破损后，镀铜铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是________(填“镀铜铁”或“镀锌铁”)。‎ ‎(2)下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀________(填序号)。‎ ‎(3)利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。‎ ‎①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总反应的离子方程式：______________________________。‎ ‎②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为__________________。写出铁电极的电极反应式：____________________________________________。‎ 答案　(1)①铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②镀铜铁 ‎(2)BD ‎(3)①N　2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎②牺牲阳极的阴极保护法　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 解析　(1)①在铁件的表面镀铜时，应将铁件与电源的负极相连，作电解池的阴极，将铜与电源的正极相连，作电解池的阳极，故A电极是铜；B电极上Cu2＋得电子发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。‎ ‎②镀层破损后，镀铜铁发生腐蚀时，Fe 作负极被腐蚀；镀锌铁发生腐蚀时，Zn作负极被腐蚀，而Fe作正极受到保护，故镀铜铁更容易被腐蚀。‎ ‎(2)铁棒和碳棒用导线连接插入水中，形成原电池，Fe作负极，发生氧化反应而被腐蚀，A错误；铁棒和锌棒用导线连接插入水中，形成原电池，Zn作负极发生氧化反应而被腐蚀，Fe则作正极受到保护，B正确；铁棒放入水中，Fe和其中含有的少量碳形成微小原电池，Fe作负极而发生腐蚀，C错误；铁棒与电源负极相连，作电解池的阴极而受到保护，D正确。‎ ‎(3)①若开关K置于M处，该装置为原电池，Fe作负极，腐蚀速率加快；若开关置于N处，该装置为电解池，铁与电源的负极相连，作电解池的阴极而受到保护，可减缓铁的腐蚀。假设海水中只有NaCl溶质，电解时Cl－在阳极放电，H＋在阴极放电，电解总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑。‎ ‎②若X为锌，开关K置于M处，该装置为原电池，Zn作负极，失电子被氧化，而Fe作正极受到保护，该电化学防护法属于牺牲阳极的阴极保护法。Fe作正极，在海水中发生吸氧腐蚀，铁电极(正极)的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。‎ ‎1.[2017·天津高考]下列能量转化过程与氧化还原反应无关的是(　　)‎ A．硅太阳能电池工作时，光能转化成电能 B．锂离子电池放电时，化学能转化成电能 C．电解质溶液导电时，电能转化成化学能 D．葡萄糖为人类生命活动提供能量时，化学能转化成热能 答案　A 解析　硅太阳能电池发电的主要原理是半导体的光电效应，将太阳能转化为电能，与氧化还原反应无关，A 正确。该能量转化过程利用的是原电池原理，在负极发生氧化反应，正极发生还原反应，与氧化还原反应有关，B错误。该能量转化过程利用的是电解池原理，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，与氧化还原反应有关，C错误。葡萄糖为生命活动提供能量时，能量转化的同时葡萄糖被氧化为CO2和水，与氧化还原反应有关，D错误。‎ ‎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(　　)‎ 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 答案　C 解析　外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，A正确。被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩，B正确。高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极，C错误。保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整，D正确。‎ ‎3．[2017·全国卷Ⅱ]用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)‎ A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 答案　C 解析　该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工铝质工件应为阳极，A正确。阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极，B正确，C错误。电解质溶液中的阴离子向阳极移动，D正确。‎ ‎4．[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 答案　B 解析　由于有外接电源，所以实验一和实验二均为电解池装置。实验一中，铁丝中的电流方向为从d到c，电子移动方向为从c到d，所以实验一的装置是比较复杂的电解池，其中a为阴极，c为阳极，d为阴极，b为阳极。a、d处发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A正确；若b处发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑，不足以解释b处“变红”和“褪色”现象，故B错误；c处铁作阳极，发生反应Fe－2e－===Fe2＋，由于生成的Fe2＋浓度较小，且pH试纸本身有颜色，故颜色上无明显变化，C正确；实验二是一个更加复杂的电解池装置，两个铜珠的左端均为阳极，右端均为阴极，初始时两个铜珠的左端(‎ 阳极)均发生反应Cu－2e－===Cu2＋，右端(阴极)均发生反应2H＋＋2e－===H2↑，一段时间后，Cu2＋移动到m和n处，m、n处附近Cu2＋浓度增大，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，m、n处能生成铜，D正确。‎ ‎5．[2016·全国卷Ⅰ]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 答案　B 解析　负极区(阴极)电极反应为：4H＋＋4e－===2H2↑，正极区(阳极)电极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。通电后SO向正极移动，正极区OH－放电，溶液酸性增强，pH减小，A错误；负极区反应为4H＋＋4e－===2H2↑，溶液pH增大，C错误；当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol O2生成，D错误。‎ ‎6．[2015·浙江高考]在固态金属氧化物电解池中，高温下电解H2O－CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．X是电源的负极 B．阴极的电极反应式是：‎ H2O＋2e－===H2＋O2－，CO2＋2e－===CO＋O2－‎ C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2‎ D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1‎ 答案　D 解析　H2O和CO2混合气体转变为H2和CO的过程发生了还原反应，该电极为阴极，则X为电源的负极，A正确；阴极的电极反应式为H2O＋2e－===H2＋O2－，CO2＋2e－===CO＋O2－，B正确；制备过程的总反应为H2O＋CO2CO＋H2＋O2，C正确；阴极与阳极产生的气体的物质的量之比为2∶1，D错误。‎ ‎7．[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 答案　D 解析　用石墨作阳极，铁作阴极符合题意，A正确；由题目信息提示，溶液中的离子为CN－和Cl－，而阳极产生ClO－，故其反应物一定是Cl－，即Cl－在阳极被氧化为ClO－，B正确；阴极为水得电子生成氢气的反应，C正确；题目信息提示，该反应体系提供的是碱性环境，故反应式中不可能有H＋，除去CN－的正确的反应式为2CN－＋5ClO－＋H2O===5Cl－＋2CO2↑＋N2↑＋2OH－，D错误。‎ ‎8．[高考集萃](1)[2017·天津高考]某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(下图)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答问题：‎ 含铬元素溶液的分离和利用 用惰性电极电解时，CrO能从浆液中分离出来的原因是____________________，分离后含铬元素的粒子是________；阴极室生成的物质为________(写化学式)。‎ ‎(2)[2015·山东高考]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。B极区电解液为________溶液(填化学式)，阳极电极反应式为__________________，电解过程中Li＋向________电极迁移(填“A”或“B”)。‎ 答案　(1)在直流电场作用下，CrO通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液　CrO和Cr2O　NaOH和H2‎ ‎(2)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B 解析　(1)通电时，CrO在电场作用下，可以通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离混合物浆液；阳极上氢氧根离子放电生成氧气，溶液的酸性增强，CrO在H＋作用下可转化为Cr2O，其反应的离子方程式为2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O，所以含铬元素的粒子有CrO和Cr2O；阴极上氢离子放电生成氢气，混合物浆液中的钠离子向阴极室移动，溶液中还有氢氧化钠生成。‎ ‎(2)产生H2的极为阴极，同时产生OH－，Li＋通过阳离子交换膜进入阴极，阴极区电解液为LiOH溶液。阳极区电解液为LiCl溶液，Cl－发生失电子的氧化反应生成Cl2。‎ ‎　　时间：45分钟　　　满分：100分 一、选择题(每题7分，共70分)‎ ‎1．铅蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，N为负极，其电极反应式：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加 C．充电时，阳极反应式：PbSO4＋2e－===Pb＋SO D．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2‎ 答案　D 解析　放电时铅是负极，A错误；硫酸参与电极反应，浓度会减小，B错误；充电时，阳极发生氧化反应，失去电子，C错误；充电时正极连接到电源正极上作阳极，生成二氧化铅，D正确。‎ ‎2．下列关于电化学的叙述正确的是(　　)‎ A．图①两极均有气泡产生，滴加酚酞溶液时石墨一极变红 B．图②装置可以验证牺牲阳极的阴极保护法 C．图③可以模拟钢铁的吸氧腐蚀，碳棒一极的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ D．上述4个装置中，图①、②中Fe腐蚀速率较快，图③中Fe腐蚀速率较慢 答案　C 解析　图①阳极为惰性电极石墨，电解时阳极产生Cl2‎ ‎，阴极产生H2，两极均有气泡产生，滴加酚酞溶液时Fe电极附近溶液变红，A错误。牺牲阳极的阴极保护法利用的原电池原理，将受保护的金属作原电池的正极，而图②为电解池，可验证外加电源的阴极保护法，B错误。NaCl溶液呈中性，钢铁发生吸氧腐蚀，碳棒作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确。图③中Fe作负极，腐蚀速率最快；图①和②中Fe作阴极，图④中铁作正极，均受到保护，不易被腐蚀，D错误。‎ ‎3.研究电化学腐蚀及防护的装置如下图所示。下列有关说法错误的是(　　)‎ A．d为石墨，铁片腐蚀加快 B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ C．d为锌块，铁片不易被腐蚀 D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ 答案　D 解析　若d为石墨，则形成原电池，铁片为负极，失电子发生氧化反应，腐蚀加快，A正确；因电解质溶液为海水，因此若d为石墨，则形成原电池，铁发生吸氧腐蚀，在正极(石墨)上O2得电子发生还原反应生成OH－，B正确；若d为锌块，则形成原电池时铁作正极被保护，不易被腐蚀，C正确；若d为锌块，则形成原电池时铁作正极，仍是发生吸氧腐蚀，即铁片上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。‎ ‎4．下图用来研究钢铁制品的腐蚀，装置的气密性良好，且开始时U形管两端的红墨水液面相平。一段时间后能观察到铁钉生锈。下列说法不正确的是(　　)‎ A．铁钉表面发生的反应为Fe－3e－===Fe3＋‎ B．若液体a为稀醋酸，则U形管液面右高左低 C．若液体a为食盐水，则U形管液面左高右低 D．若液体a为食用油，则铁钉生锈速率较慢 答案　A 解析　铁钉发生腐蚀时形成原电池，Fe作负极被氧化，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；若液体a为稀醋酸，则铁钉发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，左侧试管中气体压强增大，则U形管液面右高左低，B正确；若液体a为食盐水，则铁钉发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，左侧试管中气体压强减小，则U形管液面左高右低，C正确；若液体a为食用油，铁钉不易发生电化学腐蚀，则铁钉生锈速率较慢，D正确。‎ ‎5．纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)‎ A．钛电极发生氧化反应 B．阳极附近溶液的pH逐渐增大 C．离子交换膜应采用阳离子交换膜 D．阳极反应式是2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O 答案　D 解析　钛电极为阴极，发生还原反应，A错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋ H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C错误，D正确；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应， 阳极附近溶液的pH不变，B错误。‎ ‎6．在城市中，地下常埋有纵横交错的管道和输电线路，有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨，当有电流泄漏入潮湿的土壤中，并与金属管道或铁轨形成回路时，就会引起金属管道、铁轨的腐蚀，原理简化如图所示，则下列有关说法不正确的是(　　)‎ A．原理图可理解为两个串联的电解装置 B．溶液中铁丝被腐蚀时，左侧有无色气体产生，附近产生少量白色沉淀，随后变为灰绿色 C．地下管道被腐蚀，不易发现，也不便维修，故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)‎ D．溶液中铁丝左侧的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋‎ 答案　D 解析　由图可知，左侧Fe电极与电源的正极相连为阳极，铁丝左侧为阴极，形成电解池；铁丝右侧为阳极，右侧Fe 电极与电源负极相连为阴极，形成电解池，故该装置可看作两个串联的电解装置，A正确。铁丝左侧为阴极，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，左侧Fe电极生成的Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2白色沉淀，随后被氧化变成灰绿色，B正确，D错误。埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)，可减缓金属管道的腐蚀，C正确。‎ ‎7．[2018·兰州一中高三测试]金属的腐蚀除化学腐蚀和普通的电化学腐蚀外，还有“氧浓差腐蚀”，如在管道或缝隙等处的不同部位氧的浓度不同，在氧浓度低的部位是原电池的负极。下列说法正确的是(　　)‎ A．纯铁的腐蚀属于电化学腐蚀 B．钢铁吸氧腐蚀时，负极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋‎ C．海轮在浸水部位镶一些铜锭可起到抗腐蚀作用 D．在图示氧浓差腐蚀中，M极处发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ 答案　D 解析　纯铁发生腐蚀时，没有正极材料，不能构成原电池，所以发生化学腐蚀，A错误；钢铁发生吸氧腐蚀时，负极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，B错误；铜不如铁活泼，铜、铁在海水中形成原电池，Fe作负极，加快了海轮的腐蚀，C错误；因氧浓度低的部位是原电池的负极，由图示可知，M处O2浓度高，该处O2得到电子，其电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。‎ ‎8．[2018·吉林长春高三联考]用如图所示的实验装置进行电化学实验，下列判断中正确的是(　　)‎ A．若X为铝片，Y为镁片，Z为NaOH，将开关K置于B处，则镁为原电池的负极 B．若X为锌片，Y为铁片，Z为NaCl，将开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C．若X为铁片，Y为铜片，Z为CuSO4，将开关K置于A处可实现在铁片上镀铜 D．若X、Y均为碳棒，Z为Na2SO4，开关K置于A处，X极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑‎ 答案　B 解析　Al能与NaOH溶液反应，Mg不能，在Mg、Al、NaOH溶液构成的原电池中，Al是负极，A错误；若X为锌片，开关K置于A或B处时，铁为阴极或正极，铁片上均发生还原反应，均可减缓铁的腐蚀，B正确；在铁片上镀铜时，应用铜作阳极，铁作阴极，即X应为铜片，Y为铁片，C错误；用惰性电极电解Na2SO4溶液时，阳极(X)发生氧化反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，D错误。‎ ‎9．厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸，工作原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列说法正确的是(　　)‎ A．通电后，阳极附近pH增大 B．电子从负极经电解质溶液回到正极 C．通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol的O2生成 答案　C 解析　阳极上水电离产生的OH－放电，c(H＋)增大，pH减小，A错误；电子通过导线传递，不经过电解液，B错误；H＋从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室，A－从阴极通过阴离子交换膜进入浓缩室，H＋＋A－??HA，乳酸浓度增大，C正确；OH－在阳极上失去电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成，D错误。‎ ‎10．现代工业生产中常用电解氯化亚铁溶液的方法制得氯化铁溶液吸收有毒的硫化氢气体。工艺原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)‎ A．左槽中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑‎ B．右槽中的反应式：2H＋＋2e－===H2↑‎ C．H＋从电解池左槽迁移到右槽 D．FeCl3溶液可以循环利用 答案　A 解析　根据装置图可知Fe2＋在电解池的左槽中被氧化生成Fe3＋，则左槽是电解池的阳极，右槽是电解池的阴极。阳极(左槽)的电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，A错误；阴极(右槽)的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，B正确；电解池中阳离子H＋从电解池阳极(左槽)迁移到阴极(右槽)，C正确；反应池中的反应为2FeCl3＋H2S===2FeCl2＋2HCl＋S↓，故FeCl3溶液可以循环利用，D正确。‎ 二、非选择题(共30分)‎ ‎11．(14分)A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO、SO、Cl－，在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：‎ ‎(1)M为电源的____极(填“正”或“负”)，甲、乙两个烧杯中的电解质分别为________、________(填写化学式)。‎ ‎(2)计算电极f上生成气体的物质的量为________mol。‎ ‎(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：______________________________________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)负　NaCl　AgNO3　(2)0.025‎ ‎(3)4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3‎ 解析　根据电解一段时间后，c电极质量增加了10.8 g，判断出c为阴极，则连接阴极的电极M是电源的负极。电解时，甲装置中溶液的pH增大，说明阴极上是水电离出的H＋放电，阳极上是放电能力大于OH－的Cl－放电，Cl－与Ag＋不能共存，故甲中的电解质溶液为NaCl溶液；电解时，乙装置中pH减小，说明阳极上是水电离出的OH－放电，溶液中含有的离子是含氧酸根离子，阴极上析出金属，所以含有Ag＋，该电解质溶液是AgNO3溶液；丙装置中溶液的pH不变，说明丙装置中是Na2SO4溶液，则f电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。根据乙中反应：4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑可知，n(O2)＝n(Ag)＝×＝0.025 mol。‎ ‎12．(16分)(1)使用石墨电极电解KI溶液，阳极的电极反应式为________________________，阴极的电极反应式为__________________________，电解方程式为________________________；用铜电极电解K2SO4溶液，阳极的电极反应式为________________________________，阴极的电极反应式为____________________________，电解方程式为__________________________________。‎ ‎(2)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。‎ 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________(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__________________________________；‎ ‎③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。‎ 答案　(1)2I－－2e－===I2　2H＋＋2e－===H2↑　2KI＋2H2OH2↑＋I2＋2KOH　Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑‎ Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑‎ ‎(2)①c　②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓‎ ‎③0.448‎ 解析　(1)放电顺序I－>Cl－>OH－，故电解KI溶液时，在阳极放电的是I－而不是OH－；电解池中的阳极如果不是惰性电极，则电解时是金属失电子而不是溶液中的离子失电子。‎ ‎(2)①在青铜器被腐蚀过程中，Cu失去电子为原电池的负极。‎ ‎②负极产物为Cu失去电子生成的Cu2＋，正极产物为O2获得电子生成的OH－，Cu2＋、OH－、Cl－反应生成Cu2(OH)3Cl沉淀：2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓。‎ ‎③4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量n＝＝0.02 mol，消耗0.04 mol Cu，转移0.08 mol e－，根据正极反应：O2＋4e－＋‎ ‎2H2O===4OH－，消耗0.02 mol O2，其在标准状况下的体积为0.02 mol×22.4 L/mol＝0.448 L。‎