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专题20 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
1.题型有选择题、填空题。
2.本部分主要考查内容有①电解池的工作原理，如电解池阳、阴极的判断，电极反应式的书写及溶液pH的变化等；②电解规律及其应用，如氯碱工业、粗铜的精炼、电镀等；③金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措施。
热点题型一：电解原理
热点题型二：电解原理的应用
热点题型三：金属的腐蚀与防护
热点题型四：可充电电池
热点题型五：离子交换膜在电化学装置中的应用
热点题型六：电化学的定量计算
热点题型一：电解原理
1.工作原理
电子和离子的移动方向(惰性电极)
2.阴、阳两极的放电顺序
阴极：阳离子放电顺序Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。
阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞最高价含氧酸根离子。
3．惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)
注意：
(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。
(2)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。
(3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。
(4)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，H2O要写成分子式。
如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，总反应式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
【例1】用如图装置完成电解实验，对实验现象的解释或推测合理的是（ ）
A．a处的试纸变红 B．b电极是正极
C．a处发生的电极反应： D．b处发生的电极反应：
【答案】D
【解析】A．实验相当于电解饱和氯化钠溶液，a作为阴极，氢离子放电后浓度降低，使氢氧根浓度增大，碱性增强，故使pH试纸变蓝，故A错误；B．b处与电源正极相连，b为阳极，故B错误；C．a与电源负极相连，可知铁棒为阴极，电解饱和食盐水，阴极生成氢气，发生的电极反应： ，故C错误；D．b处与电源正极相连，b为阳极，氯离子放电生成氯气，发生的电极反应：，故D正确；故答案选：D。
【例2】电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
(1)若X、Y都是惰性电极，a是CuCl2溶液，则Y电极上的电极反应式为_______；(2)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，则电解池中X极上的电极反应式为_______；(3)若X、Y都是惰性电极，a是AgNO3溶液，则X电极的电极反应式为_______；(4)若X、Y都是惰性电极，a是H2SO4溶液，则电解后溶液的pH___(填“增大”“不变”或“减小”)
【答案】（1）2Cl--2e-=Cl2↑
（2）2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+OH-)
（3）Ag++e-=Ag
（4）减小
【解析】(1)若X、Y都是惰性电极，a是CuCl2溶液，X电极连接电源的负极为阴极，Cu2+在X电极上得到电子变为单质Cu；Y电极连接电源的正极，作阳极，阳极上Cl-失去电子发生氧化反应变为Cl2，则Y电极的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；(2)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，在电解时，阴极X极上H2O电离产生的H+得到电子，发生还原反应，所以X电极的电极反应式为：2H++2e-=H2↑(或2H2O+2e-=H2↑+OH-)；(3)若X、Y都是惰性电极，a是AgNO3溶液，则在阴极X电极上Ag+得到电子变为Ag单质，所以X电极的电极反应式为：Ag++e-=Ag；(4)若X、Y都是惰性电极，a是H2SO4溶液，在阴极X上水电离产生的H+得到电子变为H2；在阳极Y上，水电离产生的OH-失去电子变为O2逸出，因此电解稀硫酸实质上是电解H2O，则电解后硫酸溶液浓度增大，溶液中c(H+)增大，故电解后溶液的pH会减小。
【变式1】根据对电解规律的理解，用惰性电极电解3 mol·L－1 NaCl和1 mol·L－1 CuSO4的混合溶液，可看作三个电解阶段。
第一阶段：相当于电解________溶液，电极总反应_______________________；第二阶段：相当于电解_________溶液，电极总反应_______________________；第三阶段：相当于电解_________溶液，电极总反应_______________________。
【答案】1 mol·L－1 CuCl2　CuCl2Cu＋Cl2↑
1 mol·L－1 NaCl　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　
1 mol·L－1 NaOH　2H2OO2↑＋2H2↑
【变式2】完成下列问题:
I．某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量)，当闭合该装置的电键K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”)，A电极的电极反应式为__________________________________________________________________
②丙池中总反应的离子方程式：_______________________
③当乙池中C极质量减轻10.8g时，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为______mL(标准状况)。
④一段时间后，断开电键K，下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是________(填选项字母)。
a．CuO b．Cu c．Cu(OH)2 d．Cu2(OH)2CO3
II．如图，在酸性条件下，电解水中CN-可转化为CO2和N2，请写出阳极的电极反应式______________。
【答案】I．①原电池
② ③560 ④a II．
【解析】I．①甲池通入甲醇和氧气，甲为原电池，A通入甲醇，甲醇失电子生成碳酸根离子，A是负极，A电极的电极反应式为；②丙是电解池， E是阳极，阳极氢氧根离子失电子生成氧气，F是阴极，阴极铜离子得电子生成铜单质，总反应的离子方程式；③乙是电解池，C是阳极，阳极金属银失电子生成银离子，当乙池中C极质量减轻10.8g时，电路中转移电子的物质的量是，根据电子守恒，甲池中B电极理论上消耗O2的体积为=560mL(标准状况)；④丙池中阳极生成氧气，阴极生成铜，加入一定质量的CuO能使丙池恢复到反应前浓度，选a；II．电解池中阳极发生氧化反应，阳极CN-发生氧化反应CO2和N2，阳极的电极反应式是。
热点题型二：电解原理的应用
1．氯碱工业
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)(还原反应)
总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
装置 离子交换膜电解槽
阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极 碳钢网
阳离子交换膜 ①只允许离子通过，能阻止离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2．电镀与电解精炼
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
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。
总方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑、2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑、Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑、4Al3＋＋12e－===4Al
【例1】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电极上的反应式是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，每转移2mol电子，Y极增重64g
D．制取金属铝时，Z是熔融的氯化铝
【答案】C
【解析】A．由图可知，X电极跟电源的正极相连，X为电解池的阳极，氯离子在阳极失电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl-－2e-＝Cl2↑，A项错误；B．精炼铜时，电解液为含Cu2＋的溶液，粗铜除含有Cu外，还含有比铜活泼的锌、铁等杂质，锌、铁和铜在阳极发生氧化反应生成离子，而阴极上只有Cu2＋得电子发生还原反应生成铜，则Z溶液中的Cu2+浓度减小，B项错误；C．由图可知，Y电极与电源的负极相连，Y为电解池的阴极。在铁片上镀铜时，铁片作阴极，铜作阳极，CuSO4溶液作电镀液。阴极发生还原反应：Cu2++2e-＝Cu。当转移2mol电子时，根据电极反应式可知，此时阴极生成1molCu，即Y电极上增重64g。C项正确；D．氯化铝为共价化合物，熔融时不导电，制取金属铝，采用的是电解熔融氧化铝的方法，故制取金属铝时，Z是熔融的氧化铝。D项错误；答案选C。
【例2】图是离子交换膜电解槽，电解饱和食盐水时，离子交换膜只允许阳离子通过，下列说法错误的是
A．a是电源的正极 B．X处产生的是氯气
C．可用铁作电极A的材料 D．Z处流出溶液是较浓的NaOH溶液
【答案】C
【解析】A．由分析可知a是电源的正极，A正确；B．电极A为阳极，电极反应式为2Cl-2e-=Cl2↑，因此X处产生的是氯气，B正确；C．电极A为阳极，材料为Fe时，Fe失电子生成Fe2+，将不再产生氯气，且Fe2+穿过离子交换膜与阴极产生的OH-生成Fe(OH)2，导致不能生产NaOH，因此不可用铁作电极A的材料，C错误；D．电极B为阴极，发生2H2O+2e-=H2↑+2OH-，左室Na+穿过离子交换膜与右室产生的OH-结合为NaOH，因此Z处流出溶液是较浓的NaOH溶液，D正确；答案选C。
【变式1】某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是
A．溶液中电子从B极移向A极
B．若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2+)保持不变，
C．若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液pH增大
D．若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等
【答案】D
【解析】A．电解质溶液通过离子移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；B．若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜，该装置为电解精炼铜，溶液中c(Cu2+)略减小，故B错误；C．若A、B均为石墨电极，电解方程式是，则通电一段时间后，溶液pH减小，故C错误；D．根据电子守恒，阴极、阳极转移电子数一定相等，若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等，故D正确；故选D。
【变式2】如图所示的装置，X、Y 都是惰性电极。将电源接通后，向(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_______极(填电极名称，下同)；丙装置中Y 电极为_______极。
(2)丙装置在通电一段时间后，X 电极上发生的电极反应式是_______。
(3)如果乙装置中精铜电极的质量增加了0.64g，请问甲装置中，铁电极上产生的气体在标准状况下为_______L。
(4)在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为2K2FeO4+3Zn=Fe2O3+ZnO+2K2ZnO2，该电池正极发生的反应的电极反应式为_______。
【答案】（1）负极 阴极
（2）2Cl——2e—=Cl2↑
（3）0.224 L
（4）2FeO+6e—+5H2O=Fe2O3+10OH—
【解析】(1)由分析可知，在电源中，B电极为负极，丙装置中Y 电极为阴极，故答案为：负极；阴极；(2) 由分析可知，丙池中X电极为阳极，氯离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，电极反应式为2Cl——2e—=Cl2↑，故答案为：2Cl——2e—=Cl2↑；(3) 乙装置中精铜电极的质量增加了0.64g说明有=0.01mol，由得失电子数目守恒可知铁电极上产生的氢气在标准状况下的体积为0.01mol×22.4L/mol=0.224L，故答案为：0.224L；(4)由电池总费用方程式可知，氧化剂高铁酸钾为原电池的正极，碱性条件下，高铁酸根在正极得到发生还原反应生成氧化铁，电极反应式为2FeO+6e—+5H2O=Fe2O3+10OH—，故答案为：2FeO+6e—+5H2O=Fe2O3+10OH—。
【方法提炼】
1.电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液的浓度减小。
2.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.由于AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔化温度，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极生成的氧气会与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
热点题型三：金属的腐蚀与防护
【知识清单】
1.金属腐蚀的类型：化学腐蚀和电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属与接触到的物质直接发生反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应
实质与联系 ①实质都是金属原子失去电子被氧化而损耗；②化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
水膜性质 酸性 酸性很弱或者呈中性
负极反应 ①Fe－2e－===Fe2＋
正极反应 ②2H＋＋2e－===H2↑ ③2H2O＋O2＋4e－===4OH－
总反应 ④Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ ⑤2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
3．金属腐蚀的快慢规律
(1)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>有防腐措施的腐蚀。
(2)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。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀速率越快。
4．金属的防护
(1)金属防腐的电化学方法：
①原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。注意：此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。
②电解池原理——外加电流的阴极保护法：被保护的金属与电池负极相连，形成电解池，作阴极。
（2）加防护层：如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或生成一层致密的薄膜。
（3）防腐措施效果比较。外加电流的阴极保护法>牺牲阳极的阴极保护法>有一般防腐条件的防护>未采取任何防护措施。
【例1】将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁电化学腐蚀实验。下列有关该说法正确的是
A．铁被氧化的电极反应式为Fe-3e- ==Fe3+
B．电化学腐蚀过程中铁粉的电势比活性炭电势高
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【答案】C
【解析】A．由以上分析知，铁粉作原电池的负极，则铁被氧化的电极反应式为Fe-2e- ==Fe2+，A不正确；B．电化学腐蚀属于原电池反应，在原电池中，正极的电势比负极高，所以铁粉的电势比活性炭电势低，B不正确；C．活性炭的存在，与铁粉构成原电池，促进铁失电子，加速铁的腐蚀，C正确；D．以水代替NaCl溶液，液体的导电能力弱，但铁仍能发生吸氧腐蚀，D不正确；故选C。
【例2】下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是
A．图①，放置于干燥空气中的铁钉不会生锈
B．图②，若断开电源，钢闸门将发生吸氧腐蚀
C．图②，若将钢闸门与电源的正极相连，可防止钢闸门腐蚀
D．图③，若金属M比Fe活泼，可防止输水管腐蚀
【答案】C
【解析】A．形成原电池需要电解质溶液，所以干燥空气中不易形成原电池，则铁钉不会生锈，A正确；B．中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，所以若断开电源，钢闸门会发生吸氧腐蚀，B正确；C．与原电池的正极相连做阳极，活泼金属做阳极时，金属失电子易被腐蚀，所以若将钢闸门与电源的正极相连，会加速钢闸门的腐蚀，C错误；D．若M比Fe活泼，则M、Fe形成原电池时，Fe做正极，M做负极，Fe被保护，D正确；故选C。
【变式1】用如图装置探究金属的腐蚀原理。有关说法正确的是
A．K打开时，生铁越靠近底端腐蚀越严重
B．K打开时，生铁的腐蚀速率比K闭合时慢
C．K闭合时，锌作阴极保护生铁
D．K闭合时，生铁上的电极反应式为O2+2H2O+4e- = 4OH-
【答案】D
【解析】A．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀，接触空气又接触水的部位腐蚀最严重，越靠近底端，氧气的含量越少，越不易被腐蚀，故A错误；B．K打开时，生铁发生吸氧腐蚀；K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁被保护，即K打开时，生铁的腐蚀速率比K闭合时快，故B错误；C．K闭合时，由于锌比铁活泼，锌为负极，生铁为正极，被保护，该方法称为牺牲阳极的阴极保护法，故C错误；D．K闭合时，生铁为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-→ 4OH-，故D正确；故选D。
【变式2】钢铁的防护有多种方法，下列对于图中的方法描述错误的是
A．a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应
B．a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材料可能都含有Zn
C．a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门
D．a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极的阴极保护法
【答案】D
【解析】A．a、b以导线连接，装置即为牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极活动性应该比铁强，作负极，发生氧化反应，A正确；B．a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，会失去电子，B正确；C．通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，C正确；D．由于有外加电源，故此方法为外加电流的阴极保护法，D错误；故合理选项是D。
热点题型四：可充电电池
1．可充电电池(二次电池)的分析流程
①可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
②放电时的负极反应和充电时的阴极反应互为逆反应，放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。
③充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
a．首先应分清电池是放电还是充电。
b．再判断出正、负极或阴、阳极。
放电 阳离子正极，阴离子负极
充电 阳离子阴极，阴离子阳极
总之：阳离子发生还原反应的电极 阴离子发生氧化反应的电极
2.可充电电池的思维模型
因此，充电时电极的连接可简记为“负接负后作阴极，正接正后作阳极”。
3.常见的二次电池
锌银电池 总反应：Ag2O＋Zn＋H2O2Ag＋Zn(OH)2
正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
阳极：2Ag＋2OH－－2e－===Ag2O＋H2O
阴极：Zn(OH)2＋2e－===Zn＋2OH－
镍铁电池 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极：NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－
负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
阳极：Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O
阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
镍镉电池 总反应：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2
正极：2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
阴极：Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－
锌铁电池 总反应：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH
正极：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－
负极：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2
阳极：2Fe(OH)3＋10OH－－6e－===2FeO＋8H2O
阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－
锂离子电池 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正极Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
阳极：LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
阴极：xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
【例1】某充电宝锂离子电池的总反应为nLi+Li1-nMn2O4LiMn2O4，某手机镍氢电池总反应为NiOOH+MHM+Ni(OH)2(M为储氢金属或合金)，有关上述两种电池的说法不正确的是
A．锂离子电池放电时Li+向正极迁移
B．锂离子电池充电时，阳极的电极反应式：LiMn2O4－ne－=Li1-nMn2O4+nLi＋
C．图像可表示用镍氢电池给锂离子电池充电
D．镍氢电池放电时，正极的电极反应式：NiOOH+H2O+e－=Ni(OH)2+OH－
【答案】C
【解析】A．原电池“同性相吸”即锂离子电池放电时Li+向正极迁移，故A正确；B．锂离子电池放电时，Li化合价升高，作负极，Li1-nMn2O4作正极，电极反应式为：nLi＋ + Li1-nMn2O4+ ne－= LiMn2O4，因此锂离子电池充电时，阳极的电极反应式：LiMn2O4－ne－=Li1-nMn2O4+nLi＋，故B正确；C．根据图像得到锂离子电池放电，镍氢电池充电，因此表示为用锂离子电池给镍氢电池充电，故C错误；D．镍氢电池放电时，NiOOH中Ni化合价降低，得到电子，是原电池的正极，因此正极的电极反应式：NiOOH+H2O+e－=Ni(OH)2+OH－，故D正确。
综上所述，答案为C。
【例2】第三代混合动力车目前一般使用镍氢电池（M表示储包合金)，电池总反应式为H2+2NiOOH 2Ni(OH)2。汽车上坡或加速时，电动机提供推动力：下坡或刹车时，电池处于充电状态。下列说法中正确的是
A．放电时甲为负极，充电时为阳极
B．汽车上坡时发生图中虚线所示的过程
C．汽车下坡电流的方向为：甲电极→发动机→乙电极
D．汽车下坡时，甲电极周围溶液的pH减小
【答案】C
【解析】A. 根据分析，放电时甲电极H2（以MHn形式）失去电子发生氧化反应作负极，充电时甲电极2H2O+2e = H2↑+2OH ，发生还原反应作阴极，A项错误；B. 汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，发生原电池原理，发生图中实线所示的过程。下坡或刹车时，电池处于充电状态，发生电解池原理，发生虚线所示过程，B说法错误；C. 汽车下坡电池处于充电状态，甲作阴极乙作阳极，电流从电源的正极流向阳极，阴极流向电源负极，不经过内电路，故电流方向为：甲电极→发动机→乙电极， C项正确；D. 汽车下坡时电池处于充电状态，甲电极为阴极：2H2O+2e = H2↑+2OH ，周围溶液碱性增强，pH增大，D项错误；答案选C。
【变式1】锌铈液流二次电池，放电工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．充电时，b极发生还原反应
B．放电时，溶液中离子由b极向a电极方向移动
C．放电时，电池的总离子反应方程式为Zn+2Ce4+=Zn2++2Ce3+
D．充电时，当a极增重3.25g时，通过交换膜的离子为0.05mol
【答案】C
【解析】A．充电时，b极失电子，为阳极，发生氧化反应，A错误；B．放电时，a极失电子，b极得电子，为平衡电荷，氢离子由质子交换膜从a到b，故溶液中离子由a电极向b电极方向移动，B错误；C．根据分析可知a电极Zn被氧化成Zn2+，为负极，b电极Ce4+被还原成Ce3+，为正极，故电池的总离子反应方程式为Zn+2Ce4+=Zn2++2Ce3+，C正确；D．充电时，a电极发生反应Zn2++2e-=Zn，增重3.25g，即生成0.05molZn，转移电子为0.1mol，交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，所以有0.1molH+通过交换膜以平衡电荷，D错误；答案选C。
【变式2】镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如图(L为小灯泡，K1、K2为开关，a、b为直流电源的两极)。
下列说法不正确的是
A．断开K2、合上K1，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能
B．断开K1、合上K2，电极A为阴极，发生还原反应
C．电极B发生氧化反应过程中，溶液中KOH浓度不变
D．镍镉二次电池的总反应式：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2
【答案】C
【解析】A．由分析可知，断开K2、合上K1时，为镍镉电池的放电过程，能量转化形式为化学能转化为电能，故A正确；B．由分析可知，断开K1、合上K2时，为镍镉电池的充电过程，电极A为电解池的阴极，氢氧化镉在阴极得到电子发生还原反应生成镉，故B正确；C．由分析可知，电极B发生氧化反应时，为镍镉电池的充电过程，充电的总反应为Cd(OH)2+2Ni(OH)2=Cd+2NiOOH+2H2O，反应中生成水，溶液体积增大，氢氧化钾浓度减小，故错误；D．由分析可知，镍镉二次电池总反应式为Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，故D正确；故选C。
热点题型五：离子交换膜在电化学装置中的应用
1．离子交换膜：又叫隔膜，由高分子特殊材料制成，交换膜使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．隔膜的作用：
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
(2)能选择性地通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。其中阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜允许质子通过。
3.阴、阳离子交换膜的判断：
（1）看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。
（2）根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题意中给出的制备、电解物质等信息，找出物质生成或消耗的电极区域、确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。
3．应用：
（1）隔离某些物质，防止发生反应；（2）用于物质的制备；（3）物质的分离提纯。
4．思维建模
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，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。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
　
【例1】用惰性电极电解法制备硼酸(H3BO3)的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。
下列有关说法错误的是
A．膜A为阳膜，膜B为阴膜
B．电解过程中，a极附近溶液pH减小
C．电解过程中，阴极与阳极产生的气体体积比约为2：1
D．产品室中发生的反应为B(OH) +H+=H3BO3+H2O
【答案】B
【解析】A．b电极为阳极，产生H+通过膜A到产品室，故膜A为阳膜，B(OH)通过膜B到产品室，故膜B为阴膜，A正确；B．电解过程中，a极附近产生氢氧根离子，故其PH增大，B错误；C．阴极产生氢气与阳极产生的氧气气体体积比为2:1，C正确；D．产品室中发生的反应是B(OH)和生成的氢离子反应生成H3BO3，D正确；故选B。
【例2】酸性废水中的NH可在一定条件下利用硝酸盐菌转化为NO，再用如图所示的电化学装置除去NO，下列有关说法正确的是
A．a端是直流电源的负极
B．该装置把化学能转化为电能
C．图中离子交换膜应为阴离子交换膜
D．阴极的电极反应式为2NO+12H++10e-=N2↑+6H2O
【答案】D
【解析】A．据分析、Ag-Pt为阴极，则Pt为阳极，a端是直流电源的正极，A错误；B． 该装置为电解池，把电能转化为化学能，B错误；C． 若图中为阴离子交换膜，只允许阴离子通过，则硝酸根离子会由右侧区域向左侧区域移动、影响去除硝酸根离子的效果。若为阳离子交换膜，只允许阳离子通过，阳极反应，则产生的及酸性废水中氢离子会由左侧区域向右侧区域移动、参与阴极反应而除去硝酸根离子和氢离子，达到使用目的，故图中离子交换膜应为阳离子交换膜，C错误。
D．据分析Ag-Pt为阴极，Ag-Pt电极上NO得电子被还原为N2、电解质为酸性废水，则阴极的电极反应式为2NO+12H++10e-=N2↑+6H2O，D正确；答案选D。
【变式1】某研究所用乙烷(CH3CH3)燃料电池电解甲基肼(CH3—NH—NH2)制氢，其装置如图，其中A、B、C、D均为惰性电极。下列说法不正确的是
A．B电极为正极，电极反应为O2+4H++4e-=2H2O
B．装置Ⅰ和Ⅱ工作后电解质溶液的pH都减小
C．装置Ⅱ中交换膜为阴离子交换膜，OH-由右室移向左室
D．理论上，标准状况下生成7.84LH2，消耗CH3CH3的质量为1.5g
【答案】B
【解析】A．根据装置Ⅱ中D电极上产生，发生还原反应，可知D电极作阴极，A电极作负极，B电极作正极，c为，B电极上发生反应，A正确；B．装置Ⅰ的总反应为，有水生成，酸性电解质溶液被稀释，pH增大，B错误；C．因为C电极反应式为，消耗，故装置Ⅱ中交换膜为阴离子交换膜，由右室移向左室，C正确；D．由电子得失守恒可知，，标准状况下生成7.84L(0.35mol)，消耗0.05mol，即，D正确；故选B。
【变式2】利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法不正确的是
A．a极反应：CH4 8e－＋4O2 ＝CO2＋2H2O
B．A膜和C膜均为阴离子交换膜，B膜为阳离子交换膜
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a极上通入标况下2.24 L甲烷，理论上产品室可新增0.4 molCa(H2PO4)2
【答案】B
【解析】A．a极为甲烷，甲烷失去电子，因此电极反应式为：CH4 8e－＋4O2 ＝CO2＋2H2O，故A正确；B．阳极室阴离子放电，钙离子穿过A膜进入到产品室，因此A膜为阳离子交换膜，原料室中钠离子穿过C膜进入到阴极室，因此C膜为氧离子交换膜，磷酸二氢根穿过B膜进入到产品室，因此B膜为阴离子交换膜，故B错误；C．可用铁电极替换阴极的石墨电极，电极反应式不变，故C正确；D．a极上通入标况下2.24 L甲烷即物质的量为0.1mol，根据CH4 8e－＋4O2 ＝CO2＋2H2O，则转移0.8mol电子，因此有0.4mol钙离子移向产品室反应生成Ca(H2PO4)2，即理论上产品室可新增0.4 mol Ca(H2PO4)2，故D正确。
综上所述，答案为B。
有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法
热点题型六：电化学的定量计算
电化学计算的三种方法
如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)，该关系式具有总揽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：
(1)电化学计算中，常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)·NA×1.6×10－9 C来计算电路中通过的电量。
(2)串联电池中，各电极上转移电子的物质的量是相等的，这是串联电池计算的根本依据。
（3）计算原电池或电解池膜两侧溶液质量变化时，要注意气体的排出或吸收、沉淀的析出或溶解，尤其不能忽略离子的转移对溶液质量的影响。
【例1】微生物电化学产甲烷法是将电化学法和生物还原法有机结合，装置如图所示(左侧CH3COO-转化为CO2和H+，右侧CO2和H+转化为CH4)。有关说法正确的是
A．电源a为负极
B．该技术能助力“碳中和”(二氧化碳“零排放”)的战略愿景
C．外电路中每通过lmol e-与a相连的电极将产生2.8L CO2
D．b电极的反应为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O
【答案】D
【解析】A． 据分析，左侧电极为阳极，则电源a为正极，A错误；B．电化学反应时，电极上电子数守恒，则有左侧 ，右侧有，二氧化碳不能零排放，B错误；C． 不知道气体是否处于标准状况，则难以计算与a相连的电极将产生的CO2的体积，C错误；D． 右侧为阴极区，b电极上发生还原反应，结合图示信息可知，电极反应为：CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O，D正确；答案选D。
【例2】利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂，装置如图所示，下列说法正确的是
A．电极b反应式是
B．甲中每消耗64g，乙中有通过隔膜
C．c电极上的电极反应式为
D．每转移电子，生成和
【答案】D
【解析】A．由分析可知，电极b为正极，酸性条件下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为，故A错误；B．64g二氧化硫的物质的量为=1mol，1mol二氧化硫失去2mol电子生成硫酸，由得失电子数目守恒可知，d电极上2mol氢离子放电生成氢气，则有2mol氢离子通过隔膜由左侧移向右侧，故B错误；C．由分析可知，电极c为电解池的阳极，在无水硝酸作用下，四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮，电极反应式为，故C错误；D．由分析可知，电极a为负极，二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸，电极c为电解池的阳极，在无水硝酸作用下，四氧化二氮在阳极失去电子发生氧化反应生成五氧化二氮，由得失电子数目守恒可知，每转移电子，电极c生成2mol五氧化二氮、电极a生成1mol硫酸，故D正确；故选D。
【变式】装置如图所示，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)若AB电源是甲醇在酸性环境的燃料电池，则B极电极反应式为______，甲中C极的电极反应式为______，一段时间后丁中X极附近的颜色逐渐___(填“变深”或“变浅”)。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成，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应该是___(填“铜”或“银”)。常温下，当乙中溶液的c(OH-)=0.1mol·L-1时(此时乙溶液体积为500 mL)，丙中镀件上析出银的质量为___g，乙中溶液的碱性___(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若甲烧杯是在铁件表面镀银，已知电镀前两电极质量相同，电镀完成后将它们取出，洗净、烘干、称量，发现二者质量相差2.16 g，则电镀时电路中通过的电子为____mol。
【答案】（1）CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+ 2H2O-4e-=O2↑+ 4H+ 变浅
（2）1∶2∶2∶2
（3）铜 5.4 变大
（4）0.01
【解析】(1)由分析可知A是电源的正极、连接阴极的电极B是电源的负极，若AB电源是甲醇在酸性环境的燃料电池，则B极电极反应式为CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+。C极为串联电解池的阳极，电解硫酸铜溶液，所以水电离出的氢氧根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气，其电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+ 4H+，丁装置中为氢氧化铁胶体，氢氧化铁胶粒带正电荷，通电一段时间后，氢氧化铁胶粒向阴极Y移动，则电极X附近的颜色逐渐变浅，故答案：CH3OH-6e-+H2O=CO2↑+6H+；2H2O-4e-=O2↑+ 4H+；变浅。
(2)由上述分析可知，C、D、E、F电极发生的电极反应分别为：4OH--4e-=O2↑+2H2O、Cu2++2e-=Cu、2Cl--2e-=Cl2↑、2H++2e-═H2↑，当电路中转移电子为1mol时，各电极生成单质的量分别为0.25mol、0.5mol、0.5mol、0.5mol，则单质的物质的量之比为1：2：2：2，故答案为：1：2：2：2。
(3)现用丙装置给铜件镀银，电镀装置中，镀层金属必须做阳极，镀件做阴极，所以H应该是镀件铜，电解质溶液中含银离子，应为AgNO3溶液。当乙中溶液的c(OH-)=0.1mol·L-1时，由电极反应2H++2e-═H2↑可知，乙中放电的氢离子的物质的量为0.1mol/l0.5L=0.05mol，当转移0.05mol电子时，丙中镀件上析出银的质量=108g/mol0.05mol=5.4g；乙装置为电解饱和氯化钠溶液，随着电解的进行，溶液中氢氧根的浓度增大，所以电解液的碱性增强，故答案为：铜；AgNO3；5.4g；变大；(4)若甲烧杯是在铁件表面镀银，已知电镀前两电极质量相同，电镀完成后将它们取出，洗净、烘干、称量，发现二者质量相差2.16 g，说明阳极溶解的铜的物质的量n= =0.02mol，则电路中通过的电子为=0.01mol，故答案为：0.01mol。
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