2018届二轮复习电解池金属的电化学腐蚀与防护学案（全国通用）

2018届二轮复习电解池金属的电化学腐蚀与防护学案（全国通用）

电解池 金属的电化学腐蚀与防护 考点一　电解的原理 ‎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．能量转化形式：电能转化为化学能。‎ ‎3．电解池 ‎(1)构成条件 ‎①有与电源相连的两个电极 ②电解质溶液(或熔融盐) ③形成闭合回路 ‎(2)电极名称及电极反应式(如图)‎ ‎(3)电子和离子的移动方向 ‎4．阴阳两极上放电顺序 阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。‎ ‎(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：‎ ‎(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。‎ 若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是 特别提醒　一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。如理论上H＋的放电能力大于Fe2＋、Zn2＋，但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中c(Fe2＋)或c(Zn2＋)≥c(H＋)，则先在阴极上放电的是Fe2＋或Zn2＋，因此阴极上的主要产物为Fe或Zn；但在水溶液中，Al3＋、Mg2＋、Na＋等是不会在阴极上放电的。‎ ‎【总结】1．分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。‎ ‎(1)电解水型 电解质(水溶液)‎ 电极方程式 电解 物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液 pH 溶液 复原 含氧酸(如H2SO4)‎ 阳极：4OH－－4e－=O2↑＋2H2O H2O ‎2H2OO2↑＋2H2↑‎ 增大 减小 加H2O 阴极：4H＋＋4e－=2H2↑‎ 强碱(如NaOH)‎ 增大 加H2O 活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)‎ 不变 加H2O ‎(2)电解电解质型 电解质 ‎(水溶液)‎ 电极 方程式 电解 物质 总化学 方程式 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 ‎2HClH2↑＋Cl2↑‎ 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 CuCl2Cu＋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 总化学方程式 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：2H＋＋2e－===H2↑‎ 水 和 盐 ‎2Cl－＋2H2O Cl2↑＋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 总化学方程式 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：4OH－－4e－===2H2O＋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 题组一　电解规律的应用 ‎1．以石墨为电极分别电解水和饱和食盐水，关于两个电解池反应的说法正确的是(　　)‎ A．阳极反应式相同 B．电解结束后所得液体的pH相同 C．阴极反应式相同 D．通过相同电量时生成的气体总体积相等(同温同压)‎ ‎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(　　)‎ A．AgNO3　CuCl2　 Cu(NO3)2 B．KCl　 Na2SO4　 CuSO4‎ C．CaCl2　 KOH　 NaNO3 D．HCl　 HNO3　 K2SO4‎ 题组二　电极方程式及电极产物的判断 ‎3．(2016·北京理综，12)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 ‎4．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MgCl2溶液 阳极反应式： ；‎ 阴极反应式： ；‎ 总反应离子方程式： 。‎ ‎(2)用Al作电极电解NaOH溶液 阳极反应式： ；‎ 阴极反应式： ；‎ 总反应离子方程式： 。‎ ‎(3)用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式： ；‎ 阴极反应式： ；‎ 总反应离子方程式： 。‎ ‎5．(1)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。‎ 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 (填化学式)溶液，阳极电极反应式为 ，‎ 电解过程中Li＋向 (填“A”或“B”)电极迁移。‎ ‎(2)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。‎ 钢制品应接电源的 极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为 。‎ 若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为 。‎ 题组三　有关电化学的计算 ‎6．将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)‎ A．4×10－3 mol·L－1 B．2×10－3 mol·L－1 C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1‎ ‎7．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为 ‎500 mL，下列说法正确的是(　　)‎ A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1 B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1‎ ‎8．(2017·牡丹江一中月考)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和 pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为(　　)‎ A．0.4 mol B．0.5 mol C．0.6 mol D．0.8 mol 电化学综合计算的三种常用方法 ‎(1)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。‎ ‎(2)根据电子守恒计算 ‎①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。‎ ‎②用于混合溶液中电解的分阶段计算。‎ ‎(3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：‎ ‎(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)‎ 该关系式具有总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。‎ 提示　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。‎ 考点二　电解原理在工业生产中的应用 ‎1．氯碱工业 ‎(1)电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)‎ 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)‎ ‎(2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑‎ ‎(3)氯碱工业生产流程图 ‎2．电镀 下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：‎ ‎(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。‎ ‎(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。‎ ‎(3)电极反应：‎ 阳极：Ag－e－===Ag＋； 阴极：Ag＋＋e－===Ag。‎ ‎(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。‎ ‎3．电解精炼铜 ‎(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。‎ ‎(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。‎ ‎(3)电极反应：‎ 阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；‎ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。‎ ‎4．电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。‎ ‎(1)冶炼钠 ‎2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑‎ 电极反应： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－===2Na。‎ ‎(2)冶炼铝 ‎2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑‎ 电极反应： 阳极：6O2－－12e－===3O2↑； 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。‎ 题组一　应用电解原理制备新物质 ‎1．下图为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(　　)‎ A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑ B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－=Ti＋2O2－‎ C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动 D．石墨电极的质量不发生变化 ‎2．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。‎ 完成下列填空：‎ ‎(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式： 。‎ ‎(2)离子交换膜的作用为 。‎ ‎(3)精制饱和食盐水从图中 (选填“a”、“b”、“c”或“d”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中 位置流出。‎ ‎3．(2016·北京市西城区高三上学期一模)利用下图所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为＋1价)，其原理是NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑‎ ‎(1)b接电源的 (填“正”或“负”)极。‎ ‎(2)阳极反应式是 。‎ 题组二　精炼和电镀 ‎4．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　)‎ A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极 B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应 C．阴极上发生的反应是 Cu2＋＋2e－===Cu D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥 ‎5．以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌，下列说法正确的是(　　)‎ A．未通电前上述镀锌装置可构成原电池，电镀过程是该原电池的充电过程 B．因部分电能转化为热能，电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C．电镀时保持电流恒定，升高温度不改变电解反应速率 D．镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 题组三　应用电解原理治理污染 ‎6．用下图所示装置处理含CN－废水时，控制溶液pH为9～10，并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO－将CN－氧化为无害物质而除去。铁电极为 (填“阴极”或“阳极”)，阳极产生ClO－的电极反应为 。‎ ‎7．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。‎ ‎(1)图中a极要连接电源的 (填“正”或“负”)极，C口流出的物质是 。‎ ‎(2)SO放电的电极反应式为 。‎ ‎(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因 。‎ ‎1．常见的隔膜 隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：‎ ‎(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。‎ ‎(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。‎ ‎(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。‎ ‎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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。‎ 题组一　提高产品纯度 ‎1．(2016·宜昌市高三教学测试)工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ 已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解 ‎②氧化性：Ni2＋(高浓度)＞H＋＞Ni2＋(低浓度)‎ A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变 ‎2．[2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：‎ ‎①写出阳极的电极反应式： 。‎ ‎②分析产品室可得到H3PO2的原因 。‎ ‎③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2‎ 稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 杂质。该杂质产生的原因是 。‎ 解这类问题可以分三步：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。‎ 题组二　限制离子迁移 ‎3．某原电池装置如下图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。‎ ‎(1)当电路中转移a mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少 mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl) (填“＞”、“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。‎ ‎(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。若有11.2 L氯气(标准状况)参与反应，则必有 mol 离子(填离子符号)由交换膜 侧通过交换膜向 迁移。交换膜右侧溶液中c(HCl) (填“＞”、“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。‎ 题组三　提高电流效率 ‎4．已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。‎ 下列说法正确的是(　　)‎ A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同 B．能量转化形式不同 C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率 D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质 考点三　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 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟非金属单质直接接触 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 以钢铁的腐蚀为例进行分析：‎ 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3)‎ 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 吸氧腐蚀更普遍 ‎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：惰性金属或石墨。‎ ‎(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。‎ 题组一　腐蚀快慢与防护方法的比较 ‎1．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(　　)‎ ‎ ‎ A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥‎ C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥‎ ‎2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是(　　)‎ ‎ ‎ A．图1中，铁钉易被腐蚀 B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现 C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极 ‎1．判断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，腐蚀速率越快。‎ ‎(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。‎ ‎2．两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。‎ 题组二　正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 ‎3．(2016·郑州高三模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液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 下列说法错误的是(　　)‎ A．当pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀 B．当pH＞6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀 C．当pH＞14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－=2H2O D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓 ‎4．利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)‎ A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管液面高于b管液面 C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋‎ 题组三　高考对金属腐蚀与防护的考查 ‎5．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)(2015·福建理综，8D)验证铁的吸氧腐蚀，可以将铁钉放入试管中，用盐酸浸没( )‎ ‎(2)(2015·江苏，11C)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( )‎ ‎(3)(2015·四川理综，3C) ( ) ‎ ‎6．(2015·上海，14)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↑‎ 原电池和电解池统称为电池，将多个电池串联在一起，综合考查电化学知识是近年来高考命题的热点，该类题目能够考查学生对解题方法的掌握情况，需要学生具有缜密的思维能力及巧妙的处理数据的能力。‎ 类型一　外接电源与电解池的串联 ‎1．(2016·牡丹江一中月考)下图装置中a、b、c、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>d。符合上述实验结果的盐溶液是(　　)‎ 选项 X Y A MgSO4‎ CuSO4‎ B AgNO3‎ Pb(NO3)2‎ C FeSO4‎ Al2(SO4)3‎ D CuSO4‎ AgNO3‎ ‎ ‎ ‎2．如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(　　)‎ A．X极是电源负极，Y极是电源正极 B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大 D．Pt极上有6.4 g Cu析出时，b极产生2.24 L(标准状况)气体 ‎3．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题。‎ ‎(1)电源中X电极为直流电源的 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)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)。‎ 类型二　原电池与电解池的串联 多个电池“串联”在一起，但没有外接直流电源，其中一个装置是原电池，装置中两个电极活泼性差异最大的装置为原电池，较活泼的作负极，其余均为电解池。‎ ‎4．烧杯A中盛入0.1 mol·L－1的H2SO4溶液，烧杯B中盛放0.1 mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量)，装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)‎ A．A中Fe极质量减少，C极有气体产生 B．A为电解池，B为原电池 C．当A烧杯中产生0.1 mol气体时，B烧杯中产生气体的物质的量也为0.1 mol D．经过一段时间，B烧杯中溶液的pH增大 ‎5．某同学按下图所示的装置进行实验。A，B为两种常见金属，它们的硫酸盐可溶于水，当K闭合时，Y极上产生黄绿色气体。下列分析正确的是(　　)‎ A．溶液中c(A2＋)减小 B．B极的电极反应：B－2e－===B2＋‎ C．Y电极上有Cl2产生，发生还原反应 D．反应初期，X电极周围出现白色胶状沉淀 ‎6．(2016·吉林省实验中学高三上学期第二次模拟考试)甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。‎ 下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。‎ ‎(1)甲中负极的电极反应式为 。‎ ‎(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为 。‎ ‎(3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如下图，则图中②线表示的是 的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要 mL 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。‎ 电解池 金属的电化学腐蚀与防护参考答案 ‎【考点一】 CBB ‎4(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)‎ Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑‎ ‎(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O　 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)‎ ‎2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑‎ ‎(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋‎ ‎6H＋＋6e－===3H2↑　 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑‎ ‎5(1)LiOH　2Cl－－2e－===Cl2↑　B (2)负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2‎ ‎6A 解析　根据2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，得：n(H＋)＝2n(H2SO4)＝2n(Cu)＝2×＝0.002 mol，c(H＋)＝＝4×10－3 mol·L－1。‎ ‎7A解析　石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为 0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。‎ ‎8C 解析　电解硫酸铜时，开始硫酸铜和水反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，即一共转移了0.6 mol电子，C项正确。‎ ‎【考点二】(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×‎ B 2(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ (2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液　阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应 (3)a　d ‎3(1)负　(2)3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋ CC ‎6阴极　2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O ‎7(1)负　硫酸 (2)SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋ (3)H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强 ‎【隔膜在电化学中的功能】1B解析 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ 阴极：Ni2＋＋2e－===Ni 2H＋＋2e－===H2↑‎ A项正确；B项，由于C室中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从C室移向B室，A室中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从A室移向B室，所以B室中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大，错误；C项，由于H＋的氧化性大于Ni2＋(低浓度)的氧化性，所以为了提高Ni的产率，电解过程需要控制废水的pH，正确；D项，若去掉阳离子膜，在阳极Cl－首先放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。‎ ‎2①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 ③PO　H2PO或H3PO2被氧化 ‎3(1)2a　＞　(2)1　Cl－　右　左　＝‎ 解析　(1)正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，隔膜只允许氢离子通过，转移a mol电子，必有a mol Cl－沉淀。为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有a mol H＋向交换膜右侧迁移，故交换膜左侧共减少2a mol离子(a mol Cl－＋a mol H＋)。交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。‎ ‎(2)n(Cl2)＝0.5 mol，n(Cl－)＝1 mol。正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，n(e－)＝1 mol，Ag－e－＋Cl－===AgCl，交换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷(或增加了1 mol Cl－)，左侧减少了1 mol负电荷(或减少了1 mol Cl－)。如果质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子(Cl－)通过交换膜，不允许H＋通过。为了维持电荷平衡，必有1 mol Cl－从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移，氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。‎ ‎4C 解析　Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(‎ 或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩。Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置， C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。‎ ‎【考点三】1(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√‎ ‎2铁锈的形成 负极：2Fe－4e－===2Fe2＋ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－‎ ‎2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3‎ ‎2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O CCCC 5(×) (√)(√) D ‎ ‎ ‎【串联电池的两大模型】BB 3(1)负　(2)增大　减小　不变 (3)0.025 mol·L－1　(4)13‎ B 5D 解析　根据Y极有黄绿色气体生成，Y极电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，即Y为电解池的阳极，B为原电池的正极，A为原电池的负极。故A极的电极反应为A－2e－===A2＋，溶液中c(A2＋)增大，A错误；B极为正极，发生还原反应，B错误；右边U形管中最初为电解AlCl3溶液，X电极为H＋放电，c(H＋)减小，c(OH－)增大，且Al3＋移向X极，因此会产生Al(OH)3白色胶状沉淀，D正确。‎ ‎6(1)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O　(2)2.24 L　(3)Fe2＋　280‎ ‎(2)计算得到电子转移为0.4 mol，当电子转移为0.4 mol时，丙中阳极电极反应Cu－2e－===Cu2＋，生成Cu2＋物质的量为0.2 mol，由图像分析可知：反应前，丙装置中n(Fe3＋)＝0.4 mol，n(Fe2＋)＝0.1 mol，当电子转移0.4 mol时，Fe3＋完全反应，生成0.4 mol Fe2＋，则反应结束后，Fe2＋的物质的量为0.5 mol，Cu2＋的物质的量为0.2 mol，所以需要加入NaOH溶液1.4 mol，所以NaOH溶液的体积为1.4 mol÷5.0 mol·L－1＝0.28 L＝280 mL。‎