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第32讲　电解池　金属的腐蚀与防护
【备考目标】　1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。 2.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1　电解池及工作原理
1．电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：把电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与外接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。
2．电解池的工作原理
(1)电解原理图示
(2)电解过程的三个流向
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→电源的正极。
②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池的阳极。
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。
3．电极放电顺序
(1)阴极：得电子能力强先放电，放电顺序为：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋> H＋(H2O)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋
(2)阳极：失电子能力强先放电，若阳极是活性电极，溶液中的离子不放电，电极材料失电子 ；若阳极是惰性电极，则放电顺序如下：
S2－＞I－＞Br－＞Cl－ ＞OH－＞含氧酸根离子＞F－
4．惰性电极电解电解质溶液的分析
(1)电解产物
(2)电解质溶液的复原
使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。
①NaCl溶液：通HCl气体；
②AgNO3溶液：加Ag2O固体；
③CuCl2溶液：加CuCl2固体；
④KNO3溶液：加H2O；
⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程(√ )
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现(√ )
(3)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极(× )
(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜做阳极(× )
(5)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(× )
(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大(× )
(7)电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极(× )
(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(× )
题组练习
一、电解池的工作原理
1．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　 )
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
解析：选D。以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
2．如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。
(1)①b为电源的________极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。
②Z池中e为________极。
③连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d______e(用“→”或“←”填空)。
(2)①写出c极上反应的电极反应式：__________________________________________。
②写出Y池中总反应的化学方程式：__________________________________________。
③写出Z池中e极上反应的电极反应式：________________________________________。
解析：d极附近显红色，说明d为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c为阳极，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，Y池电解NaCl溶液的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流电源中a为正极，b为负极，Z池中f为阴极，e为阳极，电极反应式分别为Cu2＋＋2e－===Cu、Cu－2e－===Cu2＋，电子流动方向由e→d。
答案：(1)①负　②阳　③←　(2)①2Cl－－2e－===Cl2↑　②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　③Cu－2e－===Cu2＋
二、电极反应式的书写
3．按要求书写电极反应式和总反应方程式：
(1)用惰性电极电解CuSO4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)(2023·湖南株洲一模节选)以甲醇和二氧化碳为原料，利用活性催化电极，电化学法制备甲酸(甲酸盐)的工作原理如图所示。
写出电解过程中阴极表面发生的电极反应式：____________________________________。
(4)(2023·北京东城模拟节选)利用电化学装置可实现CO2和CH4两种分子的耦合转化，其原理如图所示。
装置工作时，电极A应连接电源的______(填“正”或“负”)极，电极A的电极反应式为
________________________________________________________________________。
(5)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。
①Ce4＋从电解槽的________(填字母)口流出，电极反应式：_____________________________。
②写出阴极的电极反应式：______________________________________________________。
(6)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，阴极反应式为_______________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为____________。
答案：(1) 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　Cu2＋＋2e－===Cu　　2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
(2)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　2H＋＋2e－===H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(3)CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO
(4) 负　CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O
(5)①a　Ce3＋－e－===Ce4＋　②2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
(6)负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2
考点2　电解原理的应用
1．氯碱工业(电解饱和食盐水)
(1)阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(2)阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
(3)总反应离子方程式：__2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
[深化理解]
①使用的离子交换膜是阳离子交换膜，它只允许阳离子(如Na＋)通过，能阻止阴离子(如Cl－)及分子(如Cl2)通过，这样既避免了Cl2与H2混合后在光照下发生爆炸，又防止了Cl2与NaOH溶液的反应。
②食盐水必须精制的原因是防止食盐中的杂质离子(如Ca2＋、Mg2＋等)与OH－反应生成沉淀而堵塞交换膜，导致无法制得烧碱。
2．电镀和电解精炼铜
电镀(如Fe表面镀Cu) 电解精炼铜
阳极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋
阴极 电极材料 待镀金属铁 纯铜
电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液
[深化理解]
①电镀时阳极固体减少的质量和阴极析出固体的质量相等，电解质溶液的浓度不变。②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。③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。
【示例】 如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A极为________极，电极材料是____________________，电极反应式为________________，电解质溶液可以是___________________________________________。
(2)乙池中铁极的电极反应为__________________________________________________。
(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为________________装置，电解一段时间后，电解质溶液的浓度__________________。
答案：(1)阴　纯铜　Cu2＋＋2e－===Cu　CuSO4溶液(答案合理即可)　(2)Ag＋＋e－===Ag　(3)电镀　不变
3．电冶金
电解冶炼 冶炼钠 冶炼铝
电极反应 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阳极：6O2－－12e－===3O2↑，阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
总反应 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
【提醒】　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，电解熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
4．电有机合成【教材链接：人教选择性必修1·P109资料卡片】
(1)概念：许多有机化学反应包含电子的转移，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。
(2)优点：反应条件温和、反应试剂纯净、生产效率高。
(3)电合成己二腈
①先以丙烯为原料制备丙烯腈(CH2===CHCN)；
②电解丙烯腈合成己二腈
阳极：H2O－2e－===O2↑＋2H＋
阴极：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
总反应：2CH2===CHCN＋H2ONC(CH2)4CN＋O2↑
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(× )
(2)电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小(√ )
(3)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极(× )
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3(× )
(5)电镀过程中，溶液中离子浓度不变(√ )
(6)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√ )
题组练习
一、氯碱工业
1．(2023·浙江6月选考)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
解析：选B。电极A上Cl－失去电子生成Cl2，为阳极，接电源正极，发生氧化反应，故A正确；阴极上O2得电子和H2O反应生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B错误；阴极区域生成OH－，Na＋从阳极区域通过交换膜进入阴极区，所以应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，故C正确；改进设计中通过向阴极区通入O2，避免水电离的H＋直接得电子生成H2，降低了电解电压，电耗明显减少，故D正确。
2．工业电解饱和食盐水制烧碱时需阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)(F处加少量NaOH以增加溶液导电性)。
(1)C、D分别是直流电源的两电极，C是电源____________极，D是电源____________极。
(2)电解一段时间后，________由A口导出，__________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电极反应式表示)________________ _________________________。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为
________________________________________________________________________。
解析：(1)阳离子向阴极方向移动，由Na＋移动方向知右侧电极为阴极，C、D分别是直流电源的两电极，故C是电源负极，D是电源正极。(2)电解一段时间后，左侧电极产生Cl2，右侧电极产生H2和NaOH，因此由电解池图可知Cl2从A口导出，H2从B口导出，由于阴极附近发生的是电解水的反应，产生的H＋不断形成氢气析出，导致溶液中OH－浓度增大，碱性增强，用电极反应式表示为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，与Cl2发生反应，离子方程式表示为Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。
答案：(1)负　正 (2)Cl2　H2　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(3)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
二、电镀、电解精炼与电冶金
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
解析：选D。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．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。下列说法中正确的是(　　 )
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．石墨为阴极
解析：选B。电解Ca(NO3)2溶液，阴极上生成H2，而不是金属钙，A错误；由图可知，石墨为阳极，阳极上的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确，D错误；钛网电极是阴极，阴极上的电极反应式为：2Ca2＋＋4e－===2Ca，钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，由得失电子守恒、钙原子守恒知CaO的总量不变，C错误。
三、电有机合成
5．(2023·湖北统考模拟)2，5 呋喃二甲酸(FDCA)是一种重要的化工原料，可用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　 )
A．a为电源正极
B．双极膜中间层中的OH－在外电场的作用下移向铅电极
C．制得1 mol FDCA，理论上消耗2 mol
D．负极区的电极反应为：－6e－＋2H2O===＋6H＋
解析：选C。铅电极附近醛基被还原为羟基，发生还原反应，为阴极，因此a为电源的负极，A项错误；双极膜中间层中的OH－在外电场的作用下移向阳极(催化电极)，B项错误；制得1 mol FDCA，阳极消耗 1 mol，转移6 mol e－，阴极转移6 mol e－时，消耗1 mol，共消耗 2 mol，C项正确；电解池中负极区即为阴极，阴极发生得电子的还原反应，D项错误。
6．(2024·江西师大附中模拟)近日，科学家利用乙腈光催化脱氢偶联高选择性制丁二腈，反应流程如图所示：
光催化剂在光作用下产生电子和“空穴”(h＋)，阴极得电子，空穴驱动阳极反应。
下列叙述正确的是(　　 )
A．“TiO2·A”电极上发生的反应为H2O－h＋===·OH＋H＋
B．乙腈可发生氧化反应生成副产物——乙酰胺
C．提高丁二腈的选择性关键是抑制a反应，降低c反应活化能
D．单位时间内产生“空穴”数越多，c反应越快，而a反应越慢
解析：选C。由图可知，光催化剂作用下“TiO2·A”电极上产生空穴，水分子在空穴作用下转化为·OH和氢离子，电极反应式为H2O＋h＋===·OH＋H＋，A错误；由图可知，乙腈转化为乙酰胺时，没有元素发生化合价变化，属于非氧化还原反应，B错误；由图可知，提高丁二腈的选择性关键是抑制副反应a的发生，降低反应c的活化能，加快反应c的反应速率，C正确；由图可知，单位时间内产生“空穴”数越多，生成·OH和氢离子的数目越多，反应a、c的反应速率都越快，D错误。
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
项目 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属跟表面接触的一些物质直接反应 不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象 无电流产生 有微弱电流产生
本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化
联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁腐蚀为例进行分析：
项目 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 钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀
3.金属腐蚀快慢的规律
(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>有防护措施的腐蚀。
(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，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
【示例】 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______________。
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。
答案：⑤④②①③⑥
4．金属的防护
(1)改变金属材料的组成
根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金。
(2)覆盖保护层
通过喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离。
(3)电化学防护
牺牲阳极法——原电池原理 负极 比被保护金属活泼的金属
正极 被保护的金属设备
外加电流法——电解原理 阴极 被保护的金属设备
阳极 惰性金属
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流法防止其腐蚀(√ )
(2)原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极的阴极保护法应用的是电解池原理 (× )
(3)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀 (× )
(4)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈(√ )
(5)钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ (× )
(6)在金属表面覆盖保护层，保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用 (× )
(7)外加电流法构成了电解池；牺牲阳极法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀 (√ )
题组练习
一、金属的腐蚀原理与实验探究
1．(人教选择性必修1 P117T5)在下图所示装置的烧杯中均盛有0.1 mol/L H2SO4溶液，其中锌片最易被腐蚀的是(　　)
解析：选C。电化学腐蚀的腐蚀速率较化学腐蚀快，A发生化学腐蚀；B中锌为正极，被保护；C中锌为原电池负极，发生氧化反应被腐蚀；D中锌为电解池阴极，被保护，则最易被腐蚀的是C。
2．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢 较快 慢 较快
主要产物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO
下列说法正确的是(　　 )
A．pH＜4时，发生析氢腐蚀
B．随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率逐渐加快
C．pH为14时，负极反应式为2H2O＋Fe－3e－===FeO＋4H＋
D．pH为7时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空气中的氧气氧化为Fe2O3
解析：选A。pH＜4时，钢铁腐蚀的主要产物为Fe2＋，此时溶液呈酸性，正极上H＋得电子，生成H2，A正确；由表中信息可知，随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率先减慢后加快，B错误；pH为14时，电解质溶液呈碱性，负极反应式为Fe＋4OH－－3e－===FeO＋2H2O，C错误；pH为7时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，生成的二价铁被氧气氧化，最终生成Fe2O3，D错误。
二、金属的防护
3．(人教选择性必修1 P117T7)海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵袭，常用外加电流法对其进行保护(如下图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极)。下列有关叙述中错误的是(　　)
A．高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的 B．通电后外电路的电子被强制流向钢制管桩
C．保护电流应该根据环境条件变化进行调整 D．通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零
解析：选A。高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不被损耗，故A错误；通电后，电子从电源负极流出，经导线流向钢制管桩，故B正确；在保护过程中，通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，故C正确；被保护的钢制管桩作阴极，钢制管桩表面的腐蚀电流接近零，避免或减弱腐蚀的发生，故D正确。
4．高压直流电线路的瓷绝缘子会出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
解析：选C。锌环与电源的正极相连，为阳极，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，作负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。
高考真题
1．(2024·山东卷，13，4分)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充NaBr
C．电解总反应式为Br-+3H2O BrO3-+3H2↑
D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z) ∶n(Br-)=3∶2
答案：B
解析：电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成BrO3-，电极b为阳极，电极反应为Br- -6e-+3H2O= BrO3-+6H+；则电极a为阴极，电极a的电极反应为6H++6e-=3H2↑；电解总反应式为Br-+3H2O BrO3-+3H2↑；催化循环阶段BrO3-被还原成Br-循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。A项，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；B项，根据分析电解过程中消耗H2O和Br-，而催化阶段BrO3-被还原成Br-循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；C项，根据分析电解总反应式为Br-+3H2O BrO3-+3H2↑，C项正确；D项，催化阶段，Br元素的化合价由+5价降至-1价，生成1molBr-得到6mol电子，O元素的化合价由-2价升至0价，生成1molO2失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2) ∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D项正确；故选B。
2．(2024·湖北卷，14，3分)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-=HCOO-+H 。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B．理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有4molH2O解离
C．阳极总反应式2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
答案：B
解析：在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-=HCOO-+H ，H 结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。A项，电解过程中，阳极区消耗OH-、同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A正确；B项，阴极区的总反应为H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解离成1molH+和1molOH-，故理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B错误；C项，结合装置图，阳极总反应为2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C正确；D项，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D正确；故选B。
3．(2024·辽吉黑卷，12，3分) “绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是( )
A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C．电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：
答案：A
解析：据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知：反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。A项，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：2H2O2H2↑+O2↑，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；B项，阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，B正确；C项，由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，OH-通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，C正确；D项，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得阳极反应为：2HCHO+4OH--2e-=2HCOO-+2H2O+H2↑，故D正确；故选A。
4．(2024·浙江1月卷，13，3分)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-=H2↑＋2NH2-
D．每生成标准状况下22.4mLH2，消耗0.010 mol Zn
答案：C
解析：A项，氨水浓度越大，越容易生成[Zn(NH3)4]2+，腐蚀趋势越大，A正确；B项，腐蚀的总反应为Zn+4NH3 H2O=[Zn(NH3)4]2++H2↑+2H2O+2OH-，有OH-离子生成，溶液pH变大，B正确；C项，该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上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错误；D项，根据得失电子守恒，每生成标准状况下22.4mLH2，转移电子数为，消耗0.010 mol Zn，D正确；故选C。
5．(2023·辽宁高考)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　)
A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2
C．电解后海水pH下降 D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
解析：选D。钛网上发生氧化反应，为阳极，则电源a端为正极，电源b端为负极，a端电势高于b端电势，A项错误；根据阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，理论上每转移2 mol e－，生成1 mol H2，质量为2 g，B项错误；电解总反应为Cl－＋H2OClO－＋H2↑，电解后ClO－水解使溶液呈碱性，海水pH上升，C项错误；阳极上Cl－放电转化为HClO，电极反应为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D项正确。
6．(2023·广东高考)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(　　 )
A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2 B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性
C．b处出现蓝色，说明还原性：Cl－＞I－ D．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转
解析：选D。闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A错误；左侧生成氯气，氯气遇到水生成HClO，a处布条褪色，说明HClO具有漂白性，B错误； b处出现蓝色，发生反应Cl2＋2KI===I2＋2KCl，说明还原性：I－＞Cl－，C错误；断开K1，立刻闭合K2，此时构成氢氯燃料电池，产生电流，电流表发生偏转，D正确。
7．(2023·湖北高考)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是(　　)
A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1
解析：选D。根据题图，b电极与电源负极相连，为阴极，结合题干信息可知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正确；该装置工作时阳极无氯气产生，溶液环境为碱性，则阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，又因为阳极KOH溶液的浓度不变，则需要OH－由阴极移向阳极，故离子交换膜为阴离子交换膜，B正确；动能高的水分子为水蒸气，根据图中信息可知水蒸气可以穿过PTFE膜，C正确；由阴、阳极反应式可知，电解总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑，已知电解生成氢气的速率为x mol·h－1，则海水为电解池补水的速率也为x mol·h－1，D错误。
8．(1)(2023·北京高考节选)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NO等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。
①电极b是电解池的________极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是______________________________。
(2)(2023·江苏高考节选)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
FE%＝×100%
其中，QX＝nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为________________(填化学式)。
②当电解电压为U2V时，阴极由HCO生成CH4的电极反应式为_________________________________。
③当电解电压为U3V时，电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为________________。
解析：(1)①电极b上发生H2O失电子生成O2的氧化反应，是电解池的阳极。②a极硝酸根离子得电子转化为尿素，再结合酸性环境可分析出电极反应式为2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。(2)①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明二氧化碳未得电子，氢离子得电子变成氢气。②当电解电压为U2V时，根据得失电子守恒、元素守恒和电荷守恒可知碱性条件下阴极由HCO生成CH4的电极反应式为HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。③当电解电压为U3V时，电解过程中还原产物C2H4的FE%为24%，还原产物HCOO－的FE%为8%，每生成1 mol C2H4转移12 mol e－，每生成1 mol HCOO－转移2 mol e－，故电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为∶＝1∶2。
答案：(1)①阳　②2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
(2)①H2　②HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－　③1∶2
巩固练习一
一、选择题(每题5分，共11题，共55分)
1．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
解析：选D。用惰性电极电解Na2SO4溶液，电极A为阴极，B为阳极。SO、OH－移向B电极，在B电极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。
2．(2024·湖北武汉模拟)用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是(　　 )
A．电解的最后阶段为电解水 B．阳极先逸出氯气后逸出氧气
C．阴极逸出氢气 D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
解析：选D。根据离子放电顺序可知，电解此混合溶液时，在阳极阴离子放电的先后顺序为Cl－、OH－、SO，先生成Cl2后生成O2，在阴极始终为H＋放电，逸出H2，整个电解过程可看成三个阶段：电解HCl溶液、电解NaCl溶液、电解H2O，最后溶液呈碱性，D错误。
3．(2022·广东高考)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　 )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等
解析：选C。阴极得电子，发生还原反应，被还原，A、B错误；由金属活动性顺序知，阳极Al、Mg失电子变成离子进入电解质溶液，同时产生含Cu、Si的阳极泥，阴极铝离子得电子生成Al，两极质量变化不相等，C正确，D错误。
4．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
解析：选D。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。
5．(人教选择性必修1 P119T6)如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。在电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重情况为b选项 X Y
A MgSO4 CuSO4
B AgNO3 Pb(NO3)2
C FeSO4 Al2(SO4)3
D CuSO4 AgNO3
解析：选D。电极b、d均为阴极，电解过程中，电极b、d上均没有气体逸出，但质量均增大，且质量增加：bd，故B错误；电解亚铁盐、铝盐溶液时阴极上都不能得到金属单质，故C错误；电解CuSO4溶液、AgNO3溶液时，阴极分别生成Cu、Ag，设转移2 mol电子，则b电极质量增加64 g，d电极质量增加216 g，所以质量增加情况：b6．如图所示，下列说法错误的是(　　 )
A．若X为NaCl溶液，K与M连接，Fe棒附近溶液pH最大
B．开关K未闭合，Fe棒上B点生成铁锈最多
C．若X为H2SO4溶液，K与N连接，Fe棒上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D．若X为H2SO4溶液，K分别与N、M连接，Fe棒腐蚀情况前者慢
解析：选A。若X为NaCl溶液，K与M连接，构成原电池，铁作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，碳棒作正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，碳棒附近溶液pH最大，A错误；开关K未闭合，Fe棒上B点发生吸氧腐蚀，生成铁锈最多，B正确；若X为H2SO4溶液，K与N连接，构成原电池，锌作负极，铁作正极，正极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，C正确；若X为H2SO4溶液，K与N连接，铁作正极被保护，K与M连接，铁作负极，加快腐蚀，因此Fe棒腐蚀情况前者慢，D正确。
7．(2022·河北模拟)为实现碳回收，我国科学家设计的用电化学法还原CO2制备草酸的装置如图所示。下列有关该装置的说法错误的是(　　 )
A．a、b分别为电源的负极、正极
B．电解装置左池发生的电极反应为2CO2＋2e－===C2O
C．为增强溶液导电性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液
D．右池电解质溶液为稀硫酸，发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
解析：选B。由图可知，左池发生的反应为CO2得电子被还原为H2C2O4，电极反应式为2CO2＋2e－＋2H＋===H2C2O4，M极作阴极，电解池阴极与电源负极相连，则a为电源的负极，b为电源的正极，A正确、B错误；为增强溶液导电性，同时减少杂质，左池可加入少量Na2C2O4溶液，C正确；右池为电解池的阳极区，H2O失电子发生氧化反应生成O2和H＋，D正确。
8．(2023·湖北华中师大一附中模拟)我国研发的“海水原位直接电解制氢技术”的装置如图所示。阴、阳极电极均为附着有Cr2O3的CoOx催化电极网，表面的Cr3＋可选择性地紧密结合水电离出的OH－。下列说法错误的是(　　 )
A．气体a为O2 B．隔膜为质子交换膜
C．阴极会产生Mg(OH)2等电极垢 D．阳极表面稳定的负电层减少了副产物Cl2的生成
解析：选B。由图可知，电解池中与正极相连的电极为阳极，发生氧化反应，电极方程式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A正确；电解池中与负极相连的电极为阴极，发生还原反应，电极方程式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，阴极溶液中的氢氧根离子将增多，另外阳极H＋也将增多，会打破原来的电中性状态，但不管是阴极还是阳极的电极，其表面的Cr3＋会选择性地紧密结合水电离出的OH－，更有利于OH－的传输，因此隔膜应为阴离子交换膜，B错误；海水中含有Mg2＋等杂质，阴极表面的Cr3＋可选择性地紧密结合水电离出的OH－，因此，阴极会产生Mg(OH)2等电极垢，C正确；由题可知，电极表面的Cr3＋可选择性地紧密结合水电离出的OH－，形成稳定的负电层，故Cl－不能在阳极表面放电，因此会减少副产物Cl2的生成，D正确。
9．(2023·陕西师大附中模拟)利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO4)2溶液的装置如下图所示，下列说法不正确的是(　　 )
A．电解池中阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
B．该离子交换膜为阴离子交换膜，SO由左池向右池迁移
C．该光伏电池的N电极为负极
D．电路中有0.1 mol电子通过时，阳极室生成33.2 g Ce(SO4)2
解析：选B。光伏电池内负电荷向N极移动，则N电极为负极，P电极为正极，电解池中纯铜为阴极，石墨为阳极，阴极发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，A正确；Ce3＋在石墨极发生反应后变为Ce4＋，发生了氧化反应，Ce4＋与SO结合变为Ce(SO4)2而流出，消耗了硫酸根离子，因此右池中的SO向左池迁移，不断进行补充，B错误；光伏电池内负电荷向N极移动，则N极为负极，C正确；由电路中有0.1 mol电子通过时，根据电极反应：Ce3＋－e－===Ce4＋可知，阳极室生成0.1 mol即33.2 g Ce(SO4)2，D正确。
10．使用交替排列的单价选择性阳离子交换膜和阴离子交换膜的电渗析过程如图所示。电渗析分离离子的原理是单价阳离子(例如：Li＋、Na＋、K＋)通过单价选择性阳离子交换膜迁移到浓缩室，而二价阳离子(例如：Ca2＋、Mg2＋)被阻挡，留在脱盐室，达到富集锂的目的。下列说法错误的是(　　)
A．电极W连接电源正极，电极N连接电源负极
B．X口流出的是富Li＋盐水，Y口流出的是贫Li＋盐水
C．选择性离子交换膜是电渗析技术应用于盐湖卤水提锂的关键
D．该电渗析过程总的电解方程式为2H2O2H2↑＋O2↑
解析：选B。由图可知，Cl－向W电极方向移动，Li＋向N电极方向移动，则W极是和电源正极相连的阳极，N极是和电源负极相连的阴极，A正确； X口流出盐水所对应的两个交换膜之间，所含的Li＋通过单价选择性阳离子交换膜移向右边隔壁的两个膜之间，则X口流出的是贫Li＋盐水，而Y口流出盐水所对应的两个交换膜之间，则多了左边两个膜之间渗透移动过来的Li＋，则Y口流出的是富Li＋盐水，B错误；通过对图分析，从盐湖卤水中提锂，可利用图中的单价选择性阳离子交换膜和阴离子交换膜通过电渗析法使盐湖卤水中所含的锂离子富集起来，然后再提取锂，C正确；从W电极和N电极的产物结合电解池电极离子的放电顺序可知，W电极是OH－放电，N电极是H＋放电，而OH－和H＋均来自水分子的电离，则整个电渗析过程中，被电解的是水，D正确。
11．(2023·北京师大实验中学三模)光电化学装置可以将CO2还原为有机物，实现碳资源的再生利用。图1是光电化学法实现CO2转化的BiVO4|NaCl(aq)|Cu电解装置示意图。在不同电压条件下进行光照电解实验，不同有机产物的法拉第效率(FE)如图2所示。
资料：ⅰ.还原性：HCOOH>CH2O>CH3OH>C2H5OH
ⅱ.法拉第效率(FE)的定义：FE(X)＝×100%
ⅲ.选择性(S)的定义：S(X)＝×100%
以下说法不正确的是(　　 )
A．阳极电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．使用BiVO4光电极可以节约电能，为阴极CO2的转化提供H＋
C．由图2通过计算可知：电解电压为0.9 V时，S(CH2O)≈85%
D．以上实验表明：通过改变电压可以选择性地获得不同还原产物
解析：选C。由图可知，BiVO4电极为阳极，阳极电极式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极CO2转化为CH2O和HCOOH，CO2＋4H＋＋4e－===CH2O＋H2O，CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，A正确；使用BiVO4光电极进行光照电解实验，可以将光能转化为化学能，可以节约电能，为阴极CO2的转化提供H＋，B正确；生成等物质的量的CH2O或HCOOH等产物时转移的电子不同，由图2可知，电解电压为0.9 V 时，FE(CH2O)≈85%，则S(CH2O)≠85%，C错误；由图2可知，通过改变电压可以选择性地获得不同还原产物，D正确。
二、非选择题(共1题，共20分)
12．(20分)(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应式：
________________________________________________________________________。(3分)
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，则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：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)粗银精炼装置如图所示，电解液为稀H2SO4，下列说法正确的是____(填字母)。(3分)
A．体系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s) 2Ag＋(aq)＋SO(aq)
B．阳极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋
C．钛电极电势高
D．阴极区可获得超细银粉的原理：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋
E．电解液中添加Ti3＋/Ti4＋，可实现Ti3＋/Ti4＋循环利用
(3)工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图所示。
①电解产生的阳极泥的主要成分为__________，工作一段时间后，溶液中c(Pb2＋)______(填“增大”“减小”或“不变”)。(4分)
②铅的电解精炼需要调控好电解液中的c(H2SiF6)。其他条件相同时，测得槽电压(槽电压越小，对应铅产率越高)随起始时溶液中c(H2SiF6)的变化趋势如图所示。由图可推知，随c(H2SiF6)增大，铅产率先增大后减小，减小的原因可能是____________________________________________。(4分)
解析：(1)①由题意可知，阳极上Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成H＋，阳极的电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。②在阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成氢气的物质的量为＝0.005 mol，所以通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2＝0.01 mol。
(2)阳极的电极反应式为2Ag－2e－＋SO===Ag2SO4，故B错误；钛电极是阴极，电势低，故C错误；电解液中添加Ti3＋/Ti4＋，阴极上：Ti4＋＋e－===Ti3＋，溶液中的银离子又将Ti3＋氧化：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋，可获得超细银粉，也可实现Ti3＋/Ti4＋循环利用，故D、E正确。(3)①粗铅杂质中的Cu、Ag活动性比Pb差，故电解产生的阳极泥的主要成分为Cu和Ag；阳极上溶解的金属有Pb、Fe、Zn，阴极上析出的金属只有Pb，两极上得失电子守恒，故工作一段时间后，溶液中Pb2＋浓度有所下降。②pH越小，c越大，则阴极上氢离子得电子的可能性越大，故铅产率减小的原因可能是c增大，电解液中c增大，阴极发生副反应：2H＋＋2e－===H2↑，影响Pb2＋放电。
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，使得平衡H2O OH－＋H＋向右移动，OH－浓度增大，pH增大　(2)ADE
(3)①Cu、Ag　减小　②c增大，电解液中c增大，阴极发生副反应：2H＋＋2e－===H2↑，影响Pb2＋放电，使铅产率减小
热点题型(八)　陌生情境中电解原理的创新应用
电解原理及其应用是高考高频考点，该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系，以装置图或流程图为载体呈现，题材广、信息新，题目具有一定难度。主要考查阴极和阳极的判断、电极反应式、电解反应方程式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
解答此类题目需要注意以下问题：
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现OH－，碱性介质不出现H＋；不能想当然地认为金属作阳极，电极产物就为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
类型1　电解原理在无机物制备中的应用
例1.(2023·广东高考)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　 )
A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B．每生成1 mol NH3·H2O，双极膜处有9 mol 的H2O解离
C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
解析：选B。在电极a处KNO3放电生成NH3，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为NO＋8e－＋7H2O===NH3·H2O＋9OH－，电极b为阳极，电极方程式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。由分析中阴、阳极电极方程式可知，电解总反应为KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，A正确；每生成1 mol NH3·H2O，阴极得8 mol e－，同时双极膜处有8 mol H＋进入阴极室，即有8 mol的H2O解离，B错误；电解过程中，阳极室每消耗4 mol OH－，同时有4 mol OH－通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，C正确；相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H＋和OH－，可提高氨生成速率，D正确。
【对点练】 1.电化学原理在工业生产中发挥着巨大的作用。Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列说法正确的是(　　 )
A．阳极的电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O B．右侧的离子交换膜为阳离子交换膜
C．阴极区a%>b% D．阴极产生的气体是氧气
解析：选A。由图所示，Fe为阳极，故发生氧化反应生成FeO，电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，A正确；阳极反应消耗阴离子氢氧根离子，OH－向右侧阳极移动，故右侧交换膜为能使阴离子通过的阴离子交换膜，B错误；阴极区水被电解产生H2和OH－，故产出的NaOH浓度变大，a%类型2　电解原理在有机合成方面的应用
例2.(2023·山东济南统考期末)环氧乙烷是一种高效消毒剂，一种新型电化学合成方法如图所示，下列说法错误的是(　　 )
A．电流方向：电极X―→离子交换膜―→电极Y
B．可用核磁共振氢谱跟踪反应中有机物种类的改变
C．电解后两极输出液混合反应，可用丙酮萃取混合液获得环氧乙烷
D．若用丙烯代替乙烯，在制备过程中会有手性分子生成
解析：选C。装置分析：电极X上Cl－发生氧化反应生成 Cl2，为阳极；电极Y为阴极，H2O发生还原反应生成H2。阴、阳两级物质发生反应：＋OH－―→＋Cl－＋H2O、H＋＋OH－===H2O。电极X上Cl－发生氧化反应生成 Cl2，为阳极，连接电源的正极，电极Y为阴极，连接电源的负极，故电流由电极X经离子交换膜流向电极Y，A正确；反应过程涉及3种有机物：CH2===CH2、、，可用核磁共振氢谱跟踪，B正确；丙酮易溶于水，不能用作萃取液，C错误；用丙烯时会有或生成，含有手性碳原子，属于手性分子，D正确。
【对点练】 2.(2020·浙江7月选考)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是(　　 )
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
解析：选A。由于电解液呈强碱性，电解反应不能释放出CO2气体，A错误；电解高浓度RCOONa的NaOH溶液，阳极上RCOO－发生氧化反应，得到R—R(烷烃)，B正确；阴极上H2O得电子放出H2，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C正确；根据题中电解原理，电解RCOONa和NaOH混合液可得到R—R(烷烃)，类比推理，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液，可得到CH3CH3(乙烷)、CH3CH2CH3(丙烷)和CH3CH2CH2CH3(丁烷)，D正确。
类型3　电解原理在污水处理方面的应用
例3.(2024·山东省实验中学模拟)铁碳微电解技术是处理酸性废水的一种工艺，装置如图所示。若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性中间体羟基自由基(·OH)；若上端口关闭，可得到强还原性中间体氢原子(·H)。下列说法错误的是(　　 )
A．自由基均为阴极产物
B．1 mol O2完全转化为羟基自由基(·OH)时转移了2 mol电子
C．若处理含酚类的酸性废水，则上端口应关闭
D．处理含Cr2O的酸性废水后，体系pH升高
解析：选C。由题意可知，若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性中间体羟基自由基(·OH)，反应为O2＋2H＋＋2e－===2·OH；若上端口关闭，可得到强还原性中间体氢原子(·H)，反应为H＋＋e－===·H，故自由基均为阴极产物，A正确。1 mol O2完全转化为羟基自由基(·OH)时转移了2 mol电子，B正确。除去含酚类的酸性废水，需要氧化性的物质，所以上端口需要打开，生成羟基自由基氧化酚类，C错误。Cr2O在酸性条件下具有强氧化性，需要还原剂，所以上端口需要关闭，得到强还原性中间体氢原子(·H)和Cr2O反应，需要消耗氢离子，则体系的pH升高，D正确。
【对点练】 3.(人教选择性必修1 P110T6)用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板为阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法中错误的是(　　)
A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．电解过程中废水的pH不发生变化
C．电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．电路中每转移12 mol 电子，最多有1 mol Cr2O被还原
解析：选B。铁板作阴、阳极，阳极Fe失电子，发生氧化反应生成亚铁离子，阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋，故A正确；由总反应可知，处理过程中消耗氢离子，溶液的酸性减弱，pH增大，故B错误；反应过程中溶液pH变大，有Fe(OH)3沉淀生成，故C正确；转移12 mol 电子时消耗6 mol Fe，再根据处理过程中发生的反应，得关系式为6Fe～12 e－～6Fe2＋～Cr2O，故电路中每转移12 mol电子，最多有1 mol Cr2O被还原，故D正确。
类型4　应用电解原理回收CO2及治理空气污染
例4.(2023·全国卷甲)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A．析氢反应发生在IrOx Ti电极上
B．Cl－从Cu电极迁移到IrOx Ti电极
C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D．每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
解析：选C。结合题图可知，该装置为电解池，IrOx Ti电极接电源正极，为阳极，发生失电子的氧化反应，硫酸溶液为电解质溶液，故电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A错误；质子交换膜只允许H＋通过，故左室H＋从IrOx Ti电极向Cu电极迁移，B错误；Cu电极接电源负极，为阴极，发生得电子的还原反应，根据题图中物质转化关系知酸性条件下CO2在阴极得电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，C正确；由A项分析可知每转移1 mol电子，阳极生成0.25 mol即5.6 L(标准状况)O2，D错误。
【对点练】 4.(2023·北京高考)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是(　　)
A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D．装置b中的总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO
解析：选C。SO2是酸性氧化物，废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨，A正确；装置a中溶液的溶质为NaHCO3，溶液显碱性，说明HCO的水解程度大于电离程度，B正确；装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，C错误；由电解池阴极和阳极反应可知，装置b中总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO，D正确。
巩固练习二
一、选择题(每题5分，共4题，共20分)
1．某二氧化氯复合消毒剂发生器的工作原理如图所示。通电后，产生成分为ClO2、Cl2、O3、H2O2的混合气体甲，被水吸收后可制得具有更强的广谱杀菌灭毒能力的二氧化氯复合消毒剂。下列说法正确的是(　　 )
A．m端为电源正极，隔膜为阴离子交换膜
B．产生ClO2的电极反应式为Cl－＋5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
C．通电后d口所在极室pH升高，e口排出NaOH溶液
D．标准状况下，b口每收集到2.24 L气体乙，电路中转移电子0.4NA
解析：选C。左室中氯元素化合价升高，发生氧化反应，为阳极室，故m为电源的正极，n为电源的负极，右室发生还原反应，水放电生成氢气与氢氧根离子，离子交换膜为阳离子交换膜，左室中的钠离子通过离子交换膜进入右室，溶液丙为NaOH溶液，A错误； Cl－转化为ClO2发生氧化反应，应是失去电子，B错误；右室是水放电生成氢气与氢氧根离子，右室pH升高，左室中的钠离子通过离子交换膜进入右室，e口排出NaOH溶液，C正确；标准状况下，b口每收集到2.24 L(0.1 mol)气体乙，电路中转移电子0.2NA。
2．科学家采用电渗析法提纯乳清(富含NaCl的蛋白质)，有价值的蛋白质的回收率达到98%，工作原理如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．溶液R中溶质的主要成分为HCl
B．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜
C．a极的电极反应式为2H2O－2e－===2OH－＋H2↑
D．每转移1 mol电子，理论上乳清质量减少58.5 g
解析：选C。光伏电池电渗析法提纯乳清(富含NaCl的蛋白质)，左侧a极附近稀NaOH溶液最终变成浓NaOH溶液，说明溶液中水得电子生成H2和OH－，Na＋通过膜1迁移到a极区，所以a为阴极，膜1为阳离子交换膜，同理，乳清中的氯离子通过膜2迁移到b极区，发生失电子的氧化反应，b极区最终输出的溶液R仍为稀盐酸，溶质的主要成分为HCl，A、B正确；a极为阴极，发生得电子的还原反应，其电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C错误；每转移1 mol电子，理论上迁移1 mol Na＋和1 mol Cl－，因此乳清质量减少23 g＋35.5 g＝58.5 g，D正确。
3．(2022·湖北高考)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是(　　)
A．生成1 mol Li，理论上外电路需要转移2 mol电子
B．阴极上的电极反应为P4＋8CN－－4e－===4
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
解析：选D。石墨电极上：P4→Li化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：P4＋8CN－－4e－===4，则生成1 mol Li，理论上外电路需要转移1 mol电子，A错误；阴极上发生还原反应，应该得电子，P4＋8CN－－4e－===4为阳极发生反应，B错误；石墨电极为阳极，铂电极为阴极，CN－应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；由所给图示可知HCN在阴极放电，产生CN－和H2，而HCN中的H来自LiOH，则电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH，D正确。
4．(2023·河南名校联考)我国科研人员设计了一种通过内部物质循环处理含有机物Cm(H2O)n的废水的实验装置，其工作原理如图所示，其中双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。图中·OH 表示电中性的自由基。下列说法错误的是(　　 )
A．循环利用的气体X为O2
B．工作时两极区H2SO4溶液和NaOH溶液的浓度均逐渐减小
C．相同时间内，理论上生成CO2的物质的量小于生成O2的物质的量
D．工作时需向催化电极M区补充适量气体X
解析：选C。从图看，催化电极M为O2结合H＋发生还原反应，该极为电解池的阴极。电极N为电解池的阳极，该极OH－优先放电得到O2。M极消耗O2，而N极产生的O2可循环利用，所以X为O2，A项正确； M极H＋与O2结合消耗导致酸的浓度下降，同时在N极OH－被电解消耗，所以H2SO4溶液和NaOH溶液的浓度均逐渐减小，B项正确；由电子得失守恒mCO2～Cm(H2O)n～mO2，即生成CO2的物质的量等于生成O2的物质的量，C项错误； M极其他还原物质可能消耗O2，所以需要适量补充O2，D项正确。
二、非选择题(共1题，共10分)
5．(10分)(1)工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，写出电解时铁电极发生的电极反应：_______________________________________________________________。
随后，铁电极附近有无色气体产生，写出有关反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)(2024·陕西西安模拟)电催化制取乙醇的原理如图所示。
电催化时，向阴极迁移的主要离子是________，阴极反应式为____________________________________。(4分)
解析：(1)根据电解原理，阳离子向阴极移动，由装置图可知，A为电源的正极，B为电源的负极，铁作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；NO在酸性条件下具有强氧化性，能将Fe2＋氧化，本身被还原成N2，其反应的离子方程式为2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O。
(2)阴极是二氧化碳在碱性条件下得电子转化为乙醇，阳极上OH－失去电子生成O2，溶液中Na＋向阴极移动，阴极电极反应式为2CO2＋9H2O＋12e－―→C2H5OH＋12OH－
答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋　2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O
(2)Na＋　2CO2＋9H2O＋12e－―→C2H5OH＋12OH－
强化专题(二)　多池(多室)电化学装置
类型1　多室带膜电化学装置
交换膜隔离两种电解质溶液，避免电极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。这类试题均以“文字叙述＋离子交换膜＋电化学装置图”的方式呈现，考查的并不是离子交换膜的具体结构，而是以离子交换膜在化学电源、电解制备物质或电渗析等方面的实际应用为载体，考查电化学基础知识及基本的化学思想与方法。
例1.(2023·河北保定质量调研)目前，应用电渗析法进行海水淡化是解决淡水资源匮乏的有效途径之一，该方法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(以NaCl溶液代替海水)，同时获得产品Cl2、H2、NaOH。下列说法正确的是(　　)
A．a是直流电源的负极 B．阳极区溶液浓度几乎不变
C．膜pq、st分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．出口Ⅰ、Ⅱ分别接收NaCl浓溶液、淡水
【思路分析】
解析：选B。阳极区反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，Ⅰ中氯离子通过阴离子交换膜pq进入阳极区，溶液浓度几乎不变，B正确。
【方法指导】　隔膜电池的解题思路
第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步：写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜的作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。
【对点练】 1.(2022·全国卷甲)一种水性电解液Zn MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2＋以[Zn(OH)4]2－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是(　　)
A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O
解析：选A。Zn电极为负极，MnO2电极为正极，故Ⅱ区的K＋向Ⅰ区移动，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，A错误，B正确；MnO2电极的电极反应式为MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正确；电池的总反应为Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O，D正确。
2．我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离成H＋和OH－，并实现其定向通过)。下列说法正确的是(　　 )
A．外电路中电子从MoS2电极流向Zn/ZnO电极
B．双极膜右侧为阴离子交换膜
C．当电路中转移0.2 mol电子时负极质量减小6.5 g
D．使用MoS2电极能加快合成氨的速率
解析：选D。Zn/ZnO电极为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，MoS2电极为正极，电极反应式为NO＋4H2O＋5e－===NH3＋5OH－。电子流向：负极→负载→正极，Zn/ZnO电极为负极，MoS2电极为正极，外电路中电子从Zn/ZnO电极流向MoS2电极，A错误；OH－移向Zn/ZnO电极，双极膜左侧为阴离子交换膜，B错误；负极电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，负极由Zn→ZnO，质量增加为O元素质量，转移0.2 mol电子时增加0.1 mol氧原子的质量，负极质量增加m＝nM＝0.1 mol×16 g/mol＝1.6 g，C错误；结合提示，科研人员以MoS2作为电极催化剂，催化剂可以降低反应活化能，加快合成氨的反应速率，D正确。
类型2　多池串联电化学装置
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：
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)根据电池中的电极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。
3．电化学的计算方法
(1)计算的原则
①阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
②串联电路中通过各电解池的电子总数相等。
③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)计算的步骤
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。
【提醒】　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。
例2.(2023·山东枣庄三中质检)相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池，放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是(　　 )
A．a电极的电极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
B．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得80 g NaOH
C．电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
D．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
【思路分析】
解析：选B。电解槽中a电极为阴极，水发生得电子的还原反应生成氢气，电极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A正确；电池停止放电时，两侧溶液中Cu2＋浓度相等，设两电极发生改变的Cu2＋的物质的量为a，由两侧浓度相等可得2.5 mol/L×2 L－a＝0.5 mol/L×2 L＋a，解得a＝2 mol，根据得失电子守恒有Cu～2e－～2NaOH，电解池理论上生成NaOH的物质的量n(NaOH)＝4 mol，则m(NaOH)＝4 mol×40 g/mol＝160 g，B错误；浓差电池中，Cu(1)电极为正极，正极上Cu2＋得电子生成Cu，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C正确； a电极为阴极，阴极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，b电极为阳极，阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，则a极附近生成NaOH，b极附近生成H2SO4，所以钠离子通过离子交换膜c移向a极生成NaOH，则c为阳离子交换膜，硫酸根通过离子交换膜d移向b极生成H2SO4，则d为阴离子交换膜，D正确。
【思维建模】　串联类电池的解题流程
【对点练】 3.如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是(　　 )
A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体
解析：选D。甲池是燃料电池，是化学能转化为电能的装置，乙、丙池是电解池，是将电能转化为化学能的装置，A项错误；在燃料电池中，在负极甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性电解质下的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，B项错误；电解池乙池中，电解后生成H2SO4、Cu和O2，要想复原，应加入CuO，C项错误；甲池中根据电极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗280 mL O2(标准状况下0.012 5 mol)，则转移电子0.05 mol，丙装置中，电池总反应式为MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，理论上最多产生Mg(OH)2的质量为0.025 mol×58 g·mol－1＝1.45 g，D项正确。
4．在如图所示的装置中，若通直流电5 min，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的________极。
(2)pH变化：A________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为______(设电解前后溶液体积无变化)。
解析：(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应生成Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，由此推知X是电源负极。(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋在阴极不断析出，AgNO3溶液浓度基本不变，pH不变。(3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子；B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x mol，电解H2O时生成O2的物质的量为y mol，则4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。(4)常温下，通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)负　(2)增大　减小　不变　 (3)0.025 mol·L－1　(4)13
巩固练习三
选择题(每题5分，共5题，共25分)
1．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是(　　 )
A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均减小
D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
解析：选C。该装置图中，甲池为燃料电池，其中左边电极为负极，右边电极为正极，乙池为电解池，石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，阴极上Cu2＋得电子生成铜，无气体生成，A错误；甲池溶液呈碱性，电极反应式不出现H＋，B错误；根据甲池的总反应式可知有水生成，电解液被稀释，故甲池中溶液碱性减弱，pH减小，乙池的总反应式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解液酸性增强，pH减小，C正确；3.2 g N2H4的物质的量为0.1 mol，转移电子的物质的量为0.4 mol，产生0.2 mol Cu，质量为12.8 g，D错误。
2．工业上采用如图所示装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业由KCl溶液制取KOH溶液。
下列有关说法错误的是(　　 )
A．a为精铜，b为铁制品，可实现镀铜要求
B．c为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．从e口出来的气体为氧气，从f口出来的气体为氢气
D.钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液
解析：选C。根据图示可知，B为原电池，氧气得电子与水反应生成OH－，d作正极，c作负极；A、C为电解池，m、a为电解池的阳极，b、n为电解池的阴极。a为精铜，失电子，作阳极，b为铁制品，作阴极，铜离子得电子，可实现镀铜要求，A项正确；c为负极，甲醇失电子与溶液中的OH－反应生成CO和水，B项正确；电解KCl溶液，m为阳极，氯离子失电子生成氯气，从e口出来，从f口出来的气体为氢气，C项错误；电解槽左侧为阳极室，钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液，D项正确。
3．钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图：
下列说法不正确的是(　　 )
A．放电时，Na＋通过交换膜向N极移动
B．充电时，光照可促进电子的转移
C．充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I
D．放电时，若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移2 mol电子
解析：选D。由图中信息知，放电时，电极N为正极，电极M为负极，Na＋由M极移向N极，A正确；根据题图，TiO2光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，光可以促进I－在TiO2光电极上转移电子，B正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应，根据图示，阳极电极反应式为3I－－2e－===I，C正确；充电时Na2S4被还原为Na2S，电极反应式为S＋6e－===4S2－，则放电时负极反应式为4S2－－6e－===S，由此可知若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移3 mol电子，D错误。
4．(2023·黑龙江哈尔滨师大附中模拟)下图装置可将CO2转化为CaCO3而矿化封存，进而减少碳排放，下列说法错误的是(　　)
A．两个双极膜中的OH—均向右侧迁移
B．b极的电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
C．中间室中发生反应：CO＋Ca2＋===CaCO3↓
D．向碱室中加入NaHCO3固体，不利于CO2的矿化封存
解析：选B。由图可知，电极a为电解池的阴极，水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，双极膜中氢离子进入阴极室中与放电生成的氢氧根离子反应生成水，氢氧根离子进入碱室，与通入的二氧化碳反应生成碳酸根离子；电极b为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，双极膜中氢氧根离子进入阳极室中中和放电生成的氢离子，氢离子进入酸室，导致阳离子的电荷数大于阴离子，使得中间室中的氯离子进入酸室，碱室中的碳酸根离子进入中间室与溶液中钙离子反应生成碳酸钙沉淀。由分析可知，两个双极膜中的氢氧根离子均向右侧迁移，A正确；电极b为阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B错误；中间室中发生的反应为碱室中的碳酸根离子进入中间室与溶液中的钙离子反应生成碳酸钙沉淀，离子方程式为CO＋Ca2＋===CaCO3↓，C正确；向碱室中加入碳酸氢钠固体，碳酸氢钠与迁移至碱室的氢氧根离子反应，不利于二氧化碳与碱的反应，导致二氧化碳难以矿化封存，D正确。
5．(2023·河北保定期末)双极膜能够在直流电场作用下将H2O解离为H＋和OH－。以维生素C的钠盐(C6H7O6Na)为原料制备维生素C(C6H8O6，具有弱酸性和还原性)的装置如图。下列说法正确的是(　　 )
A．a离子是H＋，b离子是OH－
B．X此装置最终既可以得到维生素C，又可以得到NaOH
C．将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，可以提高维生素C的产率
D．X极的电极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O
解析：选B。由装置图知，X极区产生氧气，为阳极，在X电极，水失去电子生成氧气，同时生成氢离子，钠离子通过阳离子交换膜进入右侧区域与a离子即氢氧根离子构成NaOH，则b离子为氢离子，与C6H7O结合为C6H8O6；Y极区产生氢气，为阴极，水得到电子生成氢气，同时生成氢氧根离子。a离子是OH－，b离子是H＋，A错误；由分析知，此装置最终既可以得到维生素C，又可以得到NaOH，B正确；若将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，一方面生成的C6H8O6导电能力弱，另一方面维生素C易被生成的氧气氧化，不能提高维生素C的产率，C错误； X极为阳极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D错误。
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第32讲　电解池　金属的腐蚀与防护
【备考目标】　1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。 2.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1　电解池及工作原理
1．电解和电解池
(1)电解：在 作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：把 转化为 的装置。
(3)电解池的构成
①有与 相连的两个电极；②电解质溶液或熔融电解质；③形成 。
2．电解池的工作原理
(1)电解原理图示
(2)电解过程的三个流向
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→电源的正极。
②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池的阳极。
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。
3．电极放电顺序
(1)阴极：得电子能力强先放电，放电顺序为：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋> H＋(H2O)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋
(2)阳极：失电子能力强先放电，若阳极是活性电极，溶液中的离子不放电，电极材料失电子 ；若阳极是惰性电极，则放电顺序如下：
S2－＞I－＞Br－＞Cl－ ＞OH－＞含氧酸根离子＞F－
4．惰性电极电解电解质溶液的分析
(1)电解产物
(2)电解质溶液的复原
使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。
①NaCl溶液： ；
②AgNO3溶液：加 ；
③CuCl2溶液：加 ；
④KNO3溶液：加 ；
⑤CuSO4溶液：加 或 [不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程( )
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现( )
(3)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极( )
(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜做阳极( )
(5)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( )
(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大( )
(7)电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极( )
(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( )
题组练习
一、电解池的工作原理
1．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　 )
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体 C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
2．如图X是直流电源。Y池中c、d为石墨棒，Z池中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后，发现d附近显红色。
(1)①b为电源的________极(填“正”“负”“阴”或“阳”，下同)。
②Z池中e为________极。
③连接Y、Z池线路，电子流动的方向是d______e(用“→”或“←”填空)。
(2)①写出c极上反应的电极反应式：__________________________________________。
②写出Y池中总反应的化学方程式：__________________________________________。
③写出Z池中e极上反应的电极反应式：________________________________________。
二、电极反应式的书写
3．按要求书写电极反应式和总反应方程式：
(1)用惰性电极电解CuSO4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)(2023·湖南株洲一模节选)以甲醇和二氧化碳为原料，利用活性催化电极，电化学法制备甲酸(甲酸盐)的工作原理如图所示。
写出电解过程中阴极表面发生的电极反应式：____________________________________。
(4)(2023·北京东城模拟节选)利用电化学装置可实现CO2和CH4两种分子的耦合转化，其原理如图所示。
装置工作时，电极A应连接电源的______(填“正”或“负”)极，电极A的电极反应式为
________________________________________________________________________。
(5)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。
①Ce4＋从电解槽的________(填字母)口流出，电极反应式：_____________________________。
②写出阴极的电极反应式：______________________________________________________。
(6)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，阴极反应式为_______________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为____________。
考点2　电解原理的应用
1．氯碱工业(电解饱和食盐水)
(1)阳极反应式： 。
(2)阴极反应式： 。
(3)总反应离子方程式：_ 。
[深化理解]
①使用的离子交换膜是阳离子交换膜，它只允许阳离子(如Na＋)通过，能阻止阴离子(如Cl－)及分子(如Cl2)通过，这样既避免了Cl2与H2混合后在光照下发生爆炸，又防止了Cl2与NaOH溶液的反应。
②食盐水必须精制的原因是防止食盐中的杂质离子(如Ca2＋、Mg2＋等)与OH－反应生成沉淀而堵塞交换膜，导致无法制得烧碱。
2．电镀和电解精炼铜
电镀(如Fe表面镀Cu) 电解精炼铜
阳极 电极材料 镀层金属铜 粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应 Cu－2e－===Cu2＋ 、 、 、Cu－2e－===Cu2＋
阴极 电极材料 待镀金属铁 纯铜
电极反应
电解质溶液 含Cu2＋的盐溶液
[深化理解]
①电镀时阳极固体减少的质量和阴极析出固体的质量相等，电解质溶液的浓度不变。②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。③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。
【示例】 如图所示，甲、乙为相互串联的两个电解池。
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置，则A极为________极，电极材料是____________________，电极反应式为________________，电解质溶液可以是___________________________________________。
(2)乙池中铁极的电极反应为__________________________________________________。
(3)若将乙池中的石墨电极改为银电极，则乙池为________________装置，电解一段时间后，电解质溶液的浓度__________________。
3．电冶金
电解冶炼 冶炼钠 冶炼铝
电极反应 阳极： ，阴极： ； 阳极： ，阴极： ；
总反应 ； ；
【提醒】　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，电解熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
4．电有机合成【教材链接：人教选择性必修1·P109资料卡片】
(1)概念：许多有机化学反应包含电子的转移，使这些反应在电解池中进行时称为电有机合成。
(2)优点：反应条件温和、反应试剂纯净、生产效率高。
(3)电合成己二腈
①先以丙烯为原料制备丙烯腈(CH2===CHCN)；
②电解丙烯腈合成己二腈
阳极： ；
阴极： ；
总反应：2CH2===CHCN＋H2ONC(CH2)4CN＋O2↑
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料( )
(2)电解精炼铜时，同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小( )
(3)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极( )
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3( )
(5)电镀过程中，溶液中离子浓度不变( )
(6)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
题组练习
一、氯碱工业
1．(2023·浙江6月选考)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
2．工业电解饱和食盐水制烧碱时需阻止OH－移向阳极，目前采用阳离子交换膜将两极溶液分开(如图)(F处加少量NaOH以增加溶液导电性)。
(1)C、D分别是直流电源的两电极，C是电源____________极，D是电源____________极。
(2)电解一段时间后，________由A口导出，__________由B口导出。阴极附近碱性增强的原因是(用电极反应式表示)_________________________________________。
(3)若不采用阳离子交换膜，OH－向阳极移动，发生的反应可用离子方程式表示为
________________________________________________________________________。
二、电镀、电解精炼与电冶金
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
4．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。下列说法中正确的是(　　 )
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．石墨为阴极
三、电有机合成
5．(2023·湖北统考模拟)2，5 呋喃二甲酸(FDCA)是一种重要的化工原料，可用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　 )
A．a为电源正极
B．双极膜中间层中的OH－在外电场的作用下移向铅电极
C．制得1 mol FDCA，理论上消耗2 mol
D．负极区的电极反应为：－6e－＋2H2O===＋6H＋
6．(2024·江西师大附中模拟)近日，科学家利用乙腈光催化脱氢偶联高选择性制丁二腈，反应流程如图所示：
光催化剂在光作用下产生电子和“空穴”(h＋)，阴极得电子，空穴驱动阳极反应。
下列叙述正确的是(　　 )
A．“TiO2·A”电极上发生的反应为H2O－h＋===·OH＋H＋
B．乙腈可发生氧化反应生成副产物——乙酰胺
C．提高丁二腈的选择性关键是抑制a反应，降低c反应活化能
D．单位时间内产生“空穴”数越多，c反应越快，而a反应越慢
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
项目 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属跟表面接触的一些物质直接反应 不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象 电流产生 电流产生
本质 金属被 较活泼金属被
联系 两者往往同时发生， 腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁腐蚀为例进行分析：
项目 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 ；
正极 ； ；
总反应式 ； ；
联系 钢铁等金属的腐蚀主要是吸氧腐蚀
3.金属腐蚀快慢的规律
(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>有防护措施的腐蚀。
(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，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
【示例】 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______________。
4．金属的防护
(1)改变金属材料的组成
根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金。
(2)覆盖保护层
通过喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化等方法使金属与介质隔离。
(3)电化学防护
牺牲阳极法——原电池原理 负极 比被保护金属活泼的金属
正极 被保护的金属设备
外加电流法——电解原理 阴极 被保护的金属设备
阳极 惰性金属
【基点判断】(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流法防止其腐蚀( )
(2)原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极的阴极保护法应用的是电解池原理 ( )
(3)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀 ( )
(4)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈( )
(5)钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋ ( )
(6)在金属表面覆盖保护层，保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用 ( )
(7)外加电流法构成了电解池；牺牲阳极法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀 ( )
题组练习
一、金属的腐蚀原理与实验探究
1．(人教选择性必修1 P117T5)在下图所示装置的烧杯中均盛有0.1 mol/L H2SO4溶液，其中锌片最易被腐蚀的是(　　)
解析：选C。电化学腐蚀的腐蚀速率较化学腐蚀快，A发生化学腐蚀；B中锌为正极，被保护；C中锌为原电池负极，发生氧化反应被腐蚀；D中锌为电解池阴极，被保护，则最易被腐蚀的是C。
2．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢 较快 慢 较快
主要产物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO
下列说法正确的是(　　 )
A．pH＜4时，发生析氢腐蚀
B．随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率逐渐加快
C．pH为14时，负极反应式为2H2O＋Fe－3e－===FeO＋4H＋
D．pH为7时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空气中的氧气氧化为Fe2O3
二、金属的防护
3．(人教选择性必修1 P117T7)海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵袭，常用外加电流法对其进行保护(如下图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极)。下列有关叙述中错误的是(　　)
A．高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的 B．通电后外电路的电子被强制流向钢制管桩
C．保护电流应该根据环境条件变化进行调整 D．通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零
4．高压直流电线路的瓷绝缘子会出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　 )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
高考真题
1．(2024·山东卷，13，4分)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充NaBr
C．电解总反应式为Br-+3H2O BrO3-+3H2↑
D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z) ∶n(Br-)=3∶2
2．(2024·湖北卷，14，3分)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-=HCOO-+H 。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B．理论上生成1molH3N+CH2COOH双极膜中有4molH2O解离
C．阳极总反应式2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
3．(2024·辽吉黑卷，12，3分) “绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是( )
A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C．电解时OH-通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：
H24．(2024·浙江1月卷，13，3分)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-=H2↑＋2NH2-
D．每生成标准状况下22.4mLH2，消耗0.010 mol Zn
5．(2023·辽宁高考)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　)
A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2
C．电解后海水pH下降 D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
6．(2023·广东高考)利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(　　 )
A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2 B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性
C．b处出现蓝色，说明还原性：Cl－＞I－ D．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转
7．(2023·湖北高考)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为x mol·h－1。下列说法错误的是(　　)
A．b电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D．海水为电解池补水的速率为2x mol·h－1
8．(1)(2023·北京高考节选)近年研究发现，电催化CO2和含氮物质(NO等)在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的KNO3溶液通CO2至饱和，在电极上反应生成CO(NH2)2，电解原理如图所示。
①电极b是电解池的________极。
②电解过程中生成尿素的电极反应式是______________________________。
(2)(2023·江苏高考节选)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。
FE%＝×100%
其中，QX＝nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。
①当电解电压为U1V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为________________(填化学式)。
②当电解电压为U2V时，阴极由HCO生成CH4的电极反应式为_________________________________。
③当电解电压为U3V时，电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为________________。
巩固练习一
一、选择题(每题5分，共11题，共55分)
1．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
2．(2024·湖北武汉模拟)用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是(　　 )
A．电解的最后阶段为电解水 B．阳极先逸出氯气后逸出氧气
C．阴极逸出氢气 D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7
3．(2022·广东高考)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　 )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋ B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等
4．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
5．(人教选择性必修1 P119T6)如图所示的电解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。在电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重情况为b选项 X Y
A MgSO4 CuSO4
B AgNO3 Pb(NO3)2
C FeSO4 Al2(SO4)3
D CuSO4 AgNO3
6．如图所示，下列说法错误的是(　　 )
A．若X为NaCl溶液，K与M连接，Fe棒附近溶液pH最大
B．开关K未闭合，Fe棒上B点生成铁锈最多
C．若X为H2SO4溶液，K与N连接，Fe棒上的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D．若X为H2SO4溶液，K分别与N、M连接，Fe棒腐蚀情况前者慢
7．(2022·河北模拟)为实现碳回收，我国科学家设计的用电化学法还原CO2制备草酸的装置如图所示。下列有关该装置的说法错误的是(　　 )
A．a、b分别为电源的负极、正极
B．电解装置左池发生的电极反应为2CO2＋2e－===C2O
C．为增强溶液导电性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液
D．右池电解质溶液为稀硫酸，发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
8．(2023·湖北华中师大一附中模拟)我国研发的“海水原位直接电解制氢技术”的装置如图所示。阴、阳极电极均为附着有Cr2O3的CoOx催化电极网，表面的Cr3＋可选择性地紧密结合水电离出的OH－。下列说法错误的是(　　 )
A．气体a为O2 B．隔膜为质子交换膜
C．阴极会产生Mg(OH)2等电极垢 D．阳极表面稳定的负电层减少了副产物Cl2的生成
9．(2023·陕西师大附中模拟)利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO4)2溶液的装置如下图所示，下列说法不正确的是(　　 )
A．电解池中阴极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu
B．该离子交换膜为阴离子交换膜，SO由左池向右池迁移
C．该光伏电池的N电极为负极
D．电路中有0.1 mol电子通过时，阳极室生成33.2 g Ce(SO4)2
10．使用交替排列的单价选择性阳离子交换膜和阴离子交换膜的电渗析过程如图所示。电渗析分离离子的原理是单价阳离子(例如：Li＋、Na＋、K＋)通过单价选择性阳离子交换膜迁移到浓缩室，而二价阳离子(例如：Ca2＋、Mg2＋)被阻挡，留在脱盐室，达到富集锂的目的。下列说法错误的是(　　)
A．电极W连接电源正极，电极N连接电源负极
B．X口流出的是富Li＋盐水，Y口流出的是贫Li＋盐水
C．选择性离子交换膜是电渗析技术应用于盐湖卤水提锂的关键
D．该电渗析过程总的电解方程式为2H2O2H2↑＋O2↑
11．(2023·北京师大实验中学三模)光电化学装置可以将CO2还原为有机物，实现碳资源的再生利用。图1是光电化学法实现CO2转化的BiVO4|NaCl(aq)|Cu电解装置示意图。在不同电压条件下进行光照电解实验，不同有机产物的法拉第效率(FE)如图2所示。
资料：ⅰ.还原性：HCOOH>CH2O>CH3OH>C2H5OH
ⅱ.法拉第效率(FE)的定义：FE(X)＝×100%
ⅲ.选择性(S)的定义：S(X)＝×100%
以下说法不正确的是(　　 )
A．阳极电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．使用BiVO4光电极可以节约电能，为阴极CO2的转化提供H＋
C．由图2通过计算可知：电解电压为0.9 V时，S(CH2O)≈85%
D．以上实验表明：通过改变电压可以选择性地获得不同还原产物
二、非选择题(共1题，共20分)
12．(20分)(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应式：_________________________________________________________________。(3分)
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，则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：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)粗银精炼装置如图所示，电解液为稀H2SO4，下列说法正确的是____(填字母)。(3分)
A．体系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s) 2Ag＋(aq)＋SO(aq)
B．阳极的电极反应式为Ag－e－===Ag＋
C．钛电极电势高
D．阴极区可获得超细银粉的原理：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋
E．电解液中添加Ti3＋/Ti4＋，可实现Ti3＋/Ti4＋循环利用
(3)工业上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作电解液，用电解法实现粗铅(主要杂质为Cu、Ag、Fe、Zn，杂质总质量分数约为4%)提纯，装置示意图如图所示。
①电解产生的阳极泥的主要成分为__________，工作一段时间后，溶液中c(Pb2＋)______(填“增大”“减小”或“不变”)。(4分)
②铅的电解精炼需要调控好电解液中的c(H2SiF6)。其他条件相同时，测得槽电压(槽电压越小，对应铅产率越高)随起始时溶液中c(H2SiF6)的变化趋势如图所示。由图可推知，随c(H2SiF6)增大，铅产率先增大后减小，减小的原因可能是______________________________________________。(4分)
热点题型(八)　陌生情境中电解原理的创新应用
电解原理及其应用是高考高频考点，该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系，以装置图或流程图为载体呈现，题材广、信息新，题目具有一定难度。主要考查阴极和阳极的判断、电极反应式、电解反应方程式的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
解答此类题目需要注意以下问题：
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现OH－，碱性介质不出现H＋；不能想当然地认为金属作阳极，电极产物就为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
类型1　电解原理在无机物制备中的应用
例1.(2023·广东高考)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　 )
A．电解总反应：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B．每生成1 mol NH3·H2O，双极膜处有9 mol 的H2O解离
C．电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
【对点练】 1.电化学原理在工业生产中发挥着巨大的作用。Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4，下列说法正确的是(　　 )
A．阳极的电极反应式为Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O B．右侧的离子交换膜为阳离子交换膜
C．阴极区a%>b% D．阴极产生的气体是氧气
类型2　电解原理在有机合成方面的应用
例2.(2023·山东济南统考期末)环氧乙烷是一种高效消毒剂，一种新型电化学合成方法如图所示，下列说法错误的是(　　 )
A．电流方向：电极X―→离子交换膜―→电极Y
B．可用核磁共振氢谱跟踪反应中有机物种类的改变
C．电解后两极输出液混合反应，可用丙酮萃取混合液获得环氧乙烷
D．若用丙烯代替乙烯，在制备过程中会有手性分子生成
【对点练】 2.(2020·浙江7月选考)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是(　　 )
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
类型3　电解原理在污水处理方面的应用
例3.(2024·山东省实验中学模拟)铁碳微电解技术是处理酸性废水的一种工艺，装置如图所示。若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性中间体羟基自由基(·OH)；若上端口关闭，可得到强还原性中间体氢原子(·H)。下列说法错误的是(　　 )
A．自由基均为阴极产物
B．1 mol O2完全转化为羟基自由基(·OH)时转移了2 mol电子
C．若处理含酚类的酸性废水，则上端口应关闭
D．处理含Cr2O的酸性废水后，体系pH升高
【对点练】 3.(人教选择性必修1 P110T6)用电解法处理酸性含铬废水(主要含有Cr2O)时，以铁板为阴、阳极，处理过程中发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列说法中错误的是(　　)
A．阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋
B．电解过程中废水的pH不发生变化
C．电解过程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．电路中每转移12 mol 电子，最多有1 mol Cr2O被还原
类型4　应用电解原理回收CO2及治理空气污染
例4.(2023·全国卷甲)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是(　　)
A．析氢反应发生在IrOx Ti电极上
B．Cl－从Cu电极迁移到IrOx Ti电极
C．阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D．每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
【对点练】 4.(2023·北京高考)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是(　　)
A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是HCO的水解程度大于HCO的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2
D．装置b中的总反应为SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO
巩固练习二
一、选择题(每题5分，共4题，共20分)
1．某二氧化氯复合消毒剂发生器的工作原理如图所示。通电后，产生成分为ClO2、Cl2、O3、H2O2的混合气体甲，被水吸收后可制得具有更强的广谱杀菌灭毒能力的二氧化氯复合消毒剂。下列说法正确的是(　　 )
A．m端为电源正极，隔膜为阴离子交换膜
B．产生ClO2的电极反应式为Cl－＋5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
C．通电后d口所在极室pH升高，e口排出NaOH溶液
D．标准状况下，b口每收集到2.24 L气体乙，电路中转移电子0.4NA
2．科学家采用电渗析法提纯乳清(富含NaCl的蛋白质)，有价值的蛋白质的回收率达到98%，工作原理如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．溶液R中溶质的主要成分为HCl
B．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜
C．a极的电极反应式为2H2O－2e－===2OH－＋H2↑
D．每转移1 mol电子，理论上乳清质量减少58.5 g
3．(2022·湖北高考)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li，过程如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是(　　)
A．生成1 mol Li，理论上外电路需要转移2 mol电子
B．阴极上的电极反应为P4＋8CN－－4e－===4
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H2中的氢元素来自于LiOH
4．(2023·河南名校联考)我国科研人员设计了一种通过内部物质循环处理含有机物Cm(H2O)n的废水的实验装置，其工作原理如图所示，其中双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。图中·OH 表示电中性的自由基。下列说法错误的是(　　 )
A．循环利用的气体X为O2
B．工作时两极区H2SO4溶液和NaOH溶液的浓度均逐渐减小
C．相同时间内，理论上生成CO2的物质的量小于生成O2的物质的量
D．工作时需向催化电极M区补充适量气体X
二、非选择题(共1题，共10分)
5．(10分)(1)工业上用电解法治理亚硝酸盐对水体的污染，模拟工艺如图所示，写出电解时铁电极发生的电极反应：__________________________________________________________。
随后，铁电极附近有无色气体产生，写出有关反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)(2024·陕西西安模拟)电催化制取乙醇的原理如图所示。
电催化时，向阴极迁移的主要离子是________，阴极反应式为____________________________________。(4分)
强化专题(二)　多池(多室)电化学装置
类型1　多室带膜电化学装置
交换膜隔离两种电解质溶液，避免电极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。这类试题均以“文字叙述＋离子交换膜＋电化学装置图”的方式呈现，考查的并不是离子交换膜的具体结构，而是以离子交换膜在化学电源、电解制备物质或电渗析等方面的实际应用为载体，考查电化学基础知识及基本的化学思想与方法。
例1.(2023·河北保定质量调研)目前，应用电渗析法进行海水淡化是解决淡水资源匮乏的有效途径之一，该方法是利用电解原理通过多组电渗析膜实现，工作原理如图所示(以NaCl溶液代替海水)，同时获得产品Cl2、H2、NaOH。下列说法正确的是(　　)
A．a是直流电源的负极 B．阳极区溶液浓度几乎不变
C．膜pq、st分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．出口Ⅰ、Ⅱ分别接收NaCl浓溶液、淡水
【思路分析】
【方法指导】　隔膜电池的解题思路
第一步：分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步：写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步：分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜的作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。
【对点练】 1.(2022·全国卷甲)一种水性电解液Zn MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2＋以[Zn(OH)4]2－存在)。电池放电时，下列叙述错误的是(　　)
A．Ⅱ区的K＋通过隔膜向Ⅲ区迁移
B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移
C．MnO2电极反应：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
D．电池总反应：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O
2．我国科研人员以二硫化钼(MoS2)作为电极催化剂，研发出一种Zn NO电池系统，该电池同时具备合成氨和对外供电的功能，其工作原理如图所示(双极膜可将水解离成H＋和OH－，并实现其定向通过)。下列说法正确的是(　　 )
A．外电路中电子从MoS2电极流向Zn/ZnO电极
B．双极膜右侧为阴离子交换膜
C．当电路中转移0.2 mol电子时负极质量减小6.5 g
D．使用MoS2电极能加快合成氨的速率
类型2　多池串联电化学装置
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：
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)根据电池中的电极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。
3．电化学的计算方法
(1)计算的原则
①阳极失去的电子数＝阴极得到的电子数。
②串联电路中通过各电解池的电子总数相等。
③电源输出的电子总数和电解池中转移的电子总数相等。
(2)计算的步骤
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。
【提醒】　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。
例2.(2023·山东枣庄三中质检)相同金属在其不同浓度盐溶液中可形成浓差电池，放电时两个电极区的浓度差会逐渐减小，当两个电极区硫酸铜溶液的浓度完全相等时放电停止。如图所示装置是利用浓差电池电解Na2SO4溶液(a、b电极均为石墨电极)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列说法不正确的是(　　 )
A．a电极的电极反应为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
B．电池从开始工作到停止放电，电解池理论上可制得80 g NaOH
C．电池放电过程中，Cu(1)电极上的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu
D．c、d离子交换膜依次为阳离子交换膜和阴离子交换膜
【思路分析】
【思维建模】　串联类电池的解题流程
【对点练】 3.如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是(　　 )
A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体
4．在如图所示的装置中，若通直流电5 min，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的________极。
(2)pH变化：A________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为______(设电解前后溶液体积无变化)。
巩固练习三
选择题(每题5分，共5题，共25分)
1．如图所示，甲池的总反应式为N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列关于该装置工作时的说法正确的是(　　 )
A．该装置工作时，Ag电极上有气体生成
B．甲池中负极反应式为N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均减小
D．当甲池中消耗3.2 g N2H4时，乙池中理论上最多产生6.4 g固体
2．工业上采用如图所示装置模拟在A池中实现铁上镀铜，在C装置中实现工业由KCl溶液制取KOH溶液。
下列有关说法错误的是(　　 )
A．a为精铜，b为铁制品，可实现镀铜要求
B．c为负极，电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．从e口出来的气体为氧气，从f口出来的气体为氢气
D.钾离子从电解槽左室向右室迁移，h口出来的为高浓度的KOH溶液
3．钠离子电池具有资源丰富、成本低、安全性好、转换效率高等特点，有望成为锂离子电池之后的新型首选电池，如图是一种钠离子电池工作示意图：
下列说法不正确的是(　　 )
A．放电时，Na＋通过交换膜向N极移动
B．充电时，光照可促进电子的转移
C．充电时，TiO2光电极上发生的电极反应为3I－－2e－===I
D．放电时，若负极室有2 mol阴离子发生反应，则电路中转移2 mol电子
4．(2023·黑龙江哈尔滨师大附中模拟)下图装置可将CO2转化为CaCO3而矿化封存，进而减少碳排放，下列说法错误的是(　　)
A．两个双极膜中的OH—均向右侧迁移
B．b极的电极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
C．中间室中发生反应：CO＋Ca2＋===CaCO3↓
D．向碱室中加入NaHCO3固体，不利于CO2的矿化封存
5．(2023·河北保定期末)双极膜能够在直流电场作用下将H2O解离为H＋和OH－。以维生素C的钠盐(C6H7O6Na)为原料制备维生素C(C6H8O6，具有弱酸性和还原性)的装置如图。下列说法正确的是(　　 )
A．a离子是H＋，b离子是OH－
B．X此装置最终既可以得到维生素C，又可以得到NaOH
C．将X极区的Na2SO4替换为C6H7O6Na，可以提高维生素C的产率
D．X极的电极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O
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