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2024届高考化学一轮复习专题6第32讲电解池金属的腐蚀与防护基础学案
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这是一份2024届高考化学一轮复习专题6第32讲电解池金属的腐蚀与防护基础学案，共37页。
1．电解
使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴极、阳极引起氧化还原反应的过程。
2．电解池及其工作原理
(1)电解池：将电能直接转化为化学能的装置。
(2)电解池的组成和工作原理(惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式：2Cl－＋Cu2＋eq \(=====,\s\up9(通电))Cl2↑＋Cu。
(3)放电顺序(一般情况下)
①阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋
>Ca2＋>K＋。
②阳极：活性电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
①活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属电极，惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。
②阴极材料若为金属电极，一般是为增强导电性，但不参与反应。
3．以惰性电极电解水溶液的有关规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，
阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，
总方程式为2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2H2↑＋O2↑。
②电解质浓度变大，pH可能变大、变小或不变，可加H2O复原。
(2)电解电解质型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(如CuCl2)，电解质浓度变小，加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，
阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，
总方程式为2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))Cl2↑＋H2↑＋2OH－。
②溶液pH变大，加HCl复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，总方程式为2Cu2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2Cu＋O2↑＋4H＋。
②溶液pH变小，加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。
水电离出的H＋或OH－放电，一般电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
判断正误(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)电解池中的电子流向：电源负极→阴极→电解质溶液→阳极→电源正极。
( )
(4)用Cu作电极电解CuSO4溶液的阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
( )
(5)用惰性电极电解NaCl和NaBr的混合液，阳极上的放电顺序为Br－、
Cl－、OH－。( )
[答案] (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√
1．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中正确的是( )
①X是正极，Y是负极
②若用右侧装置在钥匙上镀铜，则将钥匙放在a处
③CuSO4溶液的酸性先增强，再不变
④精炼粗铜时，则将粗铜放在a处
A．①③ B．②③
C．①④ D．②④
C [a、b都是惰性电极，通电一段时间后，含酚酞的食盐水，b极附近溶液呈红色，则b极有OH－生成，作为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，与电池的负极相连，所以Y为电池的负极；a为阳极，电极反应式为
2Cl－－2e－===Cl2↑，与电源正极相连，所以电池X为正极。①综上所述，X为正极；Y为负极，故①正确；②Y为电池的负极，与之相连的一极b极为阴极，a为阳极，若用右侧装置在钥匙上镀铜，则将钥匙放在b处，故②错误；③如图，电解硫酸铜溶液，Cu作阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，在溶液中Cu2＋没有消耗完之前，溶液中c(H＋)增大，酸性增强，当溶液中Cu2＋反应完之后，为电解水的装置，c(H＋)增大，酸性增强，故③错误；④精炼粗铜时，粗铜作为电解池的阳极，则将粗铜放在a处，故④正确。]
2．某种电催化法以CP、Ni2P为催化电极合成腈类化合物(RCN)和偶氮化合物(R—N===N—R)，装置示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．左侧电极的电势比右侧的高，且发生氧化反应
B．阴极发生反应：2＋8e－＋4H2O===＋
8OH－
C．OH－从右侧经过阴离子交换膜向左侧移动
D．每当合成得到1 ml RCN，同时合成1 ml R—N===N—R
D [A.右侧电极硝基苯发生还原反应，右侧为阴极、左侧为阳极，所以左侧电极的电势比右侧的高，且发生氧化反应，故A正确；B.右侧电极硝基苯发生还原反应，右侧为阴极，阴极发生反应为2＋8e－＋4H2O=== ＋8OH－，故B正确；C.右侧为阴极、左侧为阳极， OH－从右侧经过阴离子交换膜向左侧移动，故C正确；D.阳极反应式为，R—CH2NH2—4e－＋4OH－===R—CN＋4H2O，根据得失电子守恒，每当合成得到1 ml RCN，同时合成0.5 ml R—N===N—R，故D错误。]
3．采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
D [根据题给电解装置图可知，电解池右侧O2参加反应生成H2O2，a极为阳极，b极为阴极。电解时，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极的电极反应式为4H＋＋2O2＋4e－===2H2O2，A正确；根据电极反应式及得失电子守恒可知，阳极生成的H＋通过质子交换膜进入阴极区最终转化为H2O2，阳极区H＋的物质的量浓度不发生变化，pH不变，B、C正确；设电解时转移电子为4 ml，则阳极生成1 ml O2，阴极消耗2 ml O2，D错误。]
分析电解过程的思维流程
①阴极本身不反应，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＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、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金属。
电解原理的应用
1．电解饱和食盐水——氯碱工业
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。
检验阳极产物的方法：用湿润的淀粉KI试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。
电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。
(2)电解饱和食盐水的化学方程式和离子方程式
①2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用
阻止OH－进入阳极室与Cl2发生反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。
2．电镀和电解精炼铜
3．电冶金——活泼金属的冶炼方法
(1)电解熔融氯化钠得到钠
eq \x(电极反应)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑,阴极：2Na＋＋2e－===2Na))
|
eq \x(总反应方程式)2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up9(通电))2Na＋Cl2↑
(2)电解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)eq \(=======,\s\up9(通电),\s\d8(冰晶石))4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al；
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。
4．电解在有机合成中的应用
以丙烯腈合成己二腈为例，两极反应式如下：
阳极：H2O－2e－===eq \f(1,2)O2↑＋2H＋；
阴极：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN；
总反应：2CH2===CHCN＋H2Oeq \(=====,\s\up9(电解))NC(CH2)4CN＋eq \f(1,2)O2↑。
电解原理的一般应用
1．(2022·苏州月考)一种电解精炼废钢的工艺原理如图，通过O2－在两极间的定向移动可实现废钢脱碳从而得到超低碳钢，同时还可以回收硅作为副产品。下列说法错误的是( )
A．电解时，M为电源的负极
B．不能选用稀硫酸作为电解质溶液
C．电解时，阳极发生的电极反应为C＋O2－－2e－===CO↑
D．若有1 ml O2－移向废钢电极，则炉渣电极所得硅的质量为28 g
D [根据题意可知，该装置可回收硅，因而产生硅单质的炉渣一极为得电子的阴极，连接的M极为负极，废钢为阳极，N为正极。A.根据分析可知，M为电源负极，选项A正确；B.该实验是废钢脱碳，故其中含有大量Fe，用稀H2SO4会与之反应，不能选用稀硫酸作为电解质溶液，选项B正确；C.电解时，阳极上C失电子产生CO，发生的电极反应为C＋O2－－2e－===CO↑，选项C正确；D.若有1 ml O2－移向废钢电极，由反应C＋O2－－2e－===CO↑可知转移电子为2 ml e－，阴极的电极反应式为eq \f(1,2)SiOeq \\al(n－,x)＋(x－eq \f(n,2))e－===eq \f(1,2)Si＋eq \f(1,2)xO2－，则炉渣电极所得硅的质量为(x－eq \f(n,2))ml×28 g/ml＝(28x－14n)g，选项D不正确。]
2．(2022·南京一模)1,2二氯乙烷主要用作聚氯乙烯单体制取过程的中间体，用电有机合成法合成1,2二氯乙烷的装置如图所示。下列说法中正确的是( )
A．直流电源电极a为负极
B．X为阳离子交换膜，Y为阴离子交换膜
C．液相反应中，C2H4被氧化为1,2二氯乙烷
D．该装置总反应为2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑
C [由电解池装置图可知，左侧亚铜离子失去电子生成铜离子，为电解池的阳极，则a为电源正极，溶液中的氯离子经过阴离子交换膜X移向阳极，右侧氢离子得到电子生成氢气，为阴极，则b为电源的负极，溶液中的钠离子经过阳离子交换膜Y移向阴极，同时生成氢氧化钠。液相反应中氯化铜与乙烯反应生成1,2二氯乙烷和氯化亚铜，据此解答。A.根据分析，直流电源电极a为正极，A错误；B.由分析可知，X为阴离子交换膜，Y为阳离子交换膜，B错误；C.液相反应中，C2H4与CuCl2反应生成1,2二氯乙烷时碳元素化合价升高，发生氧化反应，C2H4被CuCl2氧化为1,2二氯乙烷，C正确；D.以NaCl溶液和乙烯为原料合成1,2二氯乙烷中， CuCl循环使用，其实质是NaCl、H2O与 CH2===CH2反应，所以总反应为CH2===CH2＋2H2O＋2NaCleq \(=====,\s\up9(通电))H2＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl，D错误。]
电解原理在实际中的创新应用
3．(2022·南通二模)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )
A．石墨电极为阴极，发生氧化反应
B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D．电解时，阳离子向石墨电极移动
C [由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子生成电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－。A.在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，选项A错误；B.电极A的电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，选项B错误；C.根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，选项C正确；D.电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，选项D错误。]
4．(2022·无锡一模)电解CO2饱和的0.1 ml·L－1KHCO3溶液，含碳产物主要为CH3OH，还有少量CO、HCOOH和HCHO，实验装置如图，其中M、N均为TiO2纳米电极。下列说法错误的是( )
A．b为电源的正极
B．生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6HCOeq \\al(－,3)＋6e－===CH3OH＋6COeq \\al(2－,3)＋H2O
C．若N极产生0.01 ml气体，则电路中转移电子为0.04 ml
D．电解一段时间后，X、Y池中溶液碱性均增强
D [A.CO2生成CH3OH等发生还原反应，M为阴极，a为电源的负极，b为正极，故A正确；B.生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6HCOeq \\al(－,3)＋6e－===CH3OH＋6COeq \\al(2－,3)＋H2O，故B正确；C.N为阳极，产生0.01 ml O2，电路中转移电子为0.04 ml，故C正确；D.X池KHCO3转化为K2CO3和Na2CO3，碱性增强，Y池NaOH浓度减小，碱性减弱，故D错误。]
5．如图所示是电解法合成氨反应装置示意图。
则b极为________(填“阴”或“阳”)极，a极的电极反应式为_____________，电解装置中质子交换膜的作用为______________________；若b极产生的O2在一定条件下的体积为336 L，a极中通入相同条件下N2的总体积为672 L，则N2的转化率为________%(保留两位有效数字)。
[解析] b极上H2O转化为O2，发生氧化反应，则b极为阳极；a极上N2转化为NH3，发生还原反应，则a极为阴极，其电极反应式为N2＋6e－＋6H＋===2NH3；质子交换膜只允许H＋通过，电解过程中a极上消耗H＋，b极上生成H＋，因此质子交换膜的作用是为质子的迁移和输送提供通道，并阻隔阴阳极产物接触；b极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，根据各电极上通过电量相等，可得关系式：2N2～3O2，则相同条件下，生成的O2和消耗的N2的体积比为3∶2，因此若b极产生O2 336 L，则a极消耗N2 224 L，而通入的N2为672 L，因此N2的转化率为eq \f(224,672)×100%≈33%。
[答案] 阳 N2＋6e－＋6H＋===2NH3 质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，并阻隔阴阳极产物接触 33
金属的腐蚀与防护
1．金属的腐蚀及分类
(1)金属腐蚀：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其本质是M－ne－===Mn＋。
(2)分类
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。如钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。比化学腐蚀更普遍、速率更快。
2．电化学腐蚀的分类
以钢铁腐蚀为例进行分析
铁锈的主要成分为Fe2O3·xH2O，其形成过程所涉及的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
3．电化学腐蚀的实验探究(如图所示)
(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，右侧试管中现象是有气泡冒出。
(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，右侧试管中现象是导管内液面上升。
4．金属的防护
(1)改变金属材料的组成。在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
(2)在金属表面覆盖保护层
①在钢铁制品的表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等。
②用电镀等方法在钢铁表面镀上一层Zn、Sn、Cr、Ni等金属，如白铁皮(镀Zn)、马口铁(镀Sn)。
③用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的Fe3O4薄膜)。
④利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。
(3)电化学保护法
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
通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零，从而得到保护。
a．阴极：被保护的金属设备；
b．阳极：惰性金属。
(4)实验探究
为验证牺牲阳极法，如图所示：
①Fe作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
②Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
③Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，溶液中是否有蓝色沉淀生成？否，说明Fe被保护。
④若将Zn改为Cu，则Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，现象为溶液中生成蓝色沉淀，说明Cu被保护。此现象的离子方程式为3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。( )
(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。( )
(5)为了保护船体，在船体表面嵌入锌块，利用了牺牲阳极保护法。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
金属的腐蚀与防护
1．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，设计探究实验。将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞。从胶头滴管中一次性滴入醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。下列说法不正确的是( )
A．a＝2.0
B．M为“碳粉质量的影响”
C．该实验一共探究了4种影响因素
D．铁发生电化学腐蚀，负极反应为Fe － 2e－===Fe2－
C [A.由表格数据可知，①②的实验目的为探究醋酸浓度对铁发生电化学腐蚀类型的影响，由控制变量法可知，实验中①和②的醋酸浓度不同，所以铁粉的质量相同，所以a为2.0，故A正确；B.由表格数据可知，①和③的碳粉质量不同，其他条件完全相同，所以实验目的是探究碳粉质量对铁发生电化学腐蚀类型的影响，故B正确；C.由表格数据可知，该实验只探究了醋酸浓度、碳粉质量对铁发生电化学腐蚀类型的影响，故C错误；D.铁发生电化学腐蚀时，铁作负极失去电子被腐蚀，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故D正确。]
2．如图，将一根纯铁棒垂直没入水中，一段时间后发现AB段产生较多铁锈，BC段腐蚀严重。下列关于此现象的说法不正确的是( )
A．铁棒AB段的溶解氧浓度高于BC段
B．铁棒AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．铁棒AB段的Fe2＋浓度高于BC段
D．该腐蚀过程属于电化学腐蚀
C [AB段作原电池正极，BC段为原电池负极。BC段电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，BC段溶解而被腐蚀，AB段形成铁锈。C项不正确。]
3．含可钝化金属的工业管道或反应器，由于会被内部溶液腐蚀，通过外接电源使其钝化，称之为阳极保护法。如图是某金属外接电势与电流密度的变化关系，有关说法正确的是( )
A．阳极保护法中受保护的金属外接电源的负极
B．电流密度越大，金属受保护程度越好
C．CFD区，金属受到保护
D．外接电势越高，对金属保护性越有效
C [A.金属从活态向钝态的转变叫钝化；而通过外接电源使金属钝化的阳极保护法，指的是使受保护的金属作为阳极，通过外加电流使阳极钝化，电位强烈正移，腐蚀速率大幅度降低，所以阳极保护法中受保护的金属外接电源的正极，A错误；B.IM代表的是金属钝化的难易程度，即开始的时候电流密度越大，此时金属溶解，表示金属越难钝化，所以并非电流密度越大，金属受保护程度越好，B错误；C.当外接电势超过EB后，金属开始钝化，从EC到ED都是金属钝化较稳定的范围，所以CFD区，金属受到保护，C正确；D.外接电势超过ED后，电流密度又持续增加，腐蚀速度加快，所以并非外接电势越高，对金属保护越有效，D错误。]
4．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为________(填序号)。
[解析] ②③④是原电池，⑤⑥是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
[答案] ⑤④②①③⑥
(1)判断析氢腐蚀与吸氧腐蚀的依据：正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。
(2)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。
(3)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。
金属的腐蚀与防护实验探究
5．验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
下列说法不正确的是 ( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
D [②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。 对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。]
6．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护，减缓铁的腐蚀。
(1)若开关K置于N处，则X应为_________，该电化学防护法为_________。
(2)若开关K置于M处，则X应为____________________________，该电化学防护法称为________________________。
[答案] (1)碳棒或Pt等惰性电极 外加电流法
(2)比铁活泼的金属如Zn等 牺牲阳极法
电化学中的有关计算
电化学中两种基本计算模型
500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \\al(－,3))＝0.6 ml·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 ml·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 ml电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 ml
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 ml·L－1
[思路点拨] n(气体)＝0.1 ml
阳极：4OH－－4e－=== O2↑＋2H2O
0.4 ml 0.1 ml
阴极：2H＋＋2e－ === H2↑
0.2 ml 0.1 ml
Cu2＋ ＋ 2e－ === Cu
0.1 ml 0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml
A [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 ml电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 ml电子，所以Cu2＋共得到0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml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 ml。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 ml·L－1，电解后c(H＋)＝0.4
ml·L－1。]
1．用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 ml 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 ml B．0.5 ml
C．0.6 mlD．0.8 ml
C [Cu2(OH)2CO3可改写为2CuO·H2O·CO2，因反应后生成的CO2离开溶液，所以加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3相当于加入0.2 ml CuO、0.1 ml H2O，根据
2CuO ～ 2Cu ～ 4e－
2 ml 4 ml
0.2 ml 0.4 ml
2H2O ～ O2 ～ 4e－
2 ml 4 ml
0.1 ml 0.2 ml
转移电子的物质的量＝0.4 ml＋0.2 ml＝0.6 ml。 ]
2．(2022·徐州二模)KO2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( )
A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
D [由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K－e－===K＋，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。A.钾的金属性强易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，故A正确；B.由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，故B正确；C.由分析可知，生成1 ml超氧化钾时，消耗1 ml氧气，两者的质量比值为1 ml×71 g/ml∶1 ml×32 g/ml≈2.22∶1，故C正确；D.铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 ml水，转移2 ml电子，由得失电子守恒可知，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为eq \f(3.9 g,39 g/ml)×18 g/ml＝1.8 g，故D错误。]
3．如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题。
(1)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________。
(2)常温下，如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电5 min后，溶液的pH为________。
[解析] (1)B池中电解总反应为2CuSO4＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若转移0.02 ml电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 ml，体积为112 mL(标准状况)<224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x ml，H2O y ml，则有2x＋2y＝0.02，eq \f(1,2)x＋eq \f(3,2)y＝0.01，解得x＝y＝0.005，则c(CuSO4)＝0.025 ml·L－1。(2)由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 ml，则c(NaOH)＝eq \f(0.02 ml,0.2 L)＝0.1 ml·L－1，即溶液的pH＝13。
[答案] (1)0.025 ml·L－1 (2)13
1．(2022·广东选择性考试，T10)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
C [阴极发生得电子的还原反应，Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。]
2．(2022·北京等级考，T4)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
下列说法不正确的是( )
A．①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触
B．①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3
[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移
D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
C [C项，阴极析出Cu，阳极溶解Cu，析出和溶解的Cu的量相同，②中c(Cu2＋)不变，C错误。]
3．(2022·海南等级考，T9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
A [由图可知，N2→NH3，发生还原反应，b为阴极，a为阳极。]
4．(2019·江苏高考，T10)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，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
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
C [D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。]
5．(2021·江苏选择性考试，T12) 通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(如图)；②在90℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是( )
A．电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B．电解时阳极电极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
C．电解的总反应方程式：2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2H2↑＋O2↑
D．电解过程中转移4 ml电子，理论上可获得22.4 L O2
B [阴极水电离的氢离子得电子生成氢气，阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电解过程总反应为2Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH))2eq \(=====,\s\up9(通电))2NiOOH＋H2↑，电解后KOH溶液的物质的量浓度不变，A错误；电解时阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B正确；阴极水电离的氢离子得电子生成氢气，阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电解过程总反应为
2Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH))2eq \(=====,\s\up9(通电))2NiOOH＋H2↑，C错误；电解过程中转移4 ml电子，生成4 ml NiOOH，根据4NiOOH＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(△))4Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH))2＋O2↑，生成1 ml氧气，非标准状况下的体积不一定是22.4 L，D错误。]
6．(2022·江苏选择性考试，T17节选)氢气是一种清洁能源，绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
“CuClH2O热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。
(1)电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性CuCleq \\al(－,2)溶液，阴极区为盐酸，电解过程中CuCleq \\al(－,2)转化为CuCleq \\al(2－,4)。电解时阳极发生的主要电极反应为________(用电极反应式表示)。
(2)电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有________(填元素符号)。
[解析] (1)电解在质子交换膜电解池中进行，H＋可自由通过，阳极区为酸性CuCleq \\al(－,2)溶液，电解过程中CuCleq \\al(－,2)转化为CuCleq \\al(2－,4)，电解时阳极发生的主要电极反应为CuCleq \\al(－,2)＋2Cl－－e－===CuCleq \\al(2－,4)；(2)电解后，经热水解得到的HCl和热分解得到的CuCl等物质可循环使用，从图中可知，热分解产物还有O2，从解析(1)中得知，进入热水解的物质有CuCleq \\al(2－,4)，故发生化合价变化的元素有Cu、O。
[答案] (1)CuCleq \\al(－,2)＋2Cl－－e－===CuCleq \\al(2－,4)
(2)Cu、O
课时分层作业(三十二)
电解池 金属的腐蚀与防护
1．(2022·南京检测)反电渗析法盐差电池是用离子交换膜将海水与河水隔开(离子浓度：海水>河水)，阴阳离子在溶液中定向移动将盐差能转化为电能的电池，原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A．钛电极上发生还原反应
B．石墨电极上的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋
C．石墨电极为电池的负极
D．CM膜为阴离子交换膜
D [A.根据图中信息，在钛电极上是铁离子得到电子生成亚铁离子，化合价降低，发生还原反应，故A正确；B.在石墨电极上是亚铁离子失去电子生成铁离子，其电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，故B正确；C.石墨电极上是亚铁离子失去电子变为铁离子，因此石墨电极为电池的负极，故C正确；D.根据原电池中阳离子向正极移动，钛为正极，因此CM膜为阳离子交换膜，故D错误。]
2．(2022·盐城一模)图中是利用假单胞菌株分解有机物的电化学原理图。下列说法正确的是( )
A．电子流向：B电极→用电器→A电极，该过程将化学能转化为电能
B．A电极上发生氧化反应，电极反应式为X－4e－ ===Y＋4H＋
C．若有机物为麦芽糖，处理0.25 ml有机物，12 ml H＋透过质子交换膜移动到右室
D．若B电极上消耗标准状况下氧气56 mL，则A电极上生成1.64 g Y
C [A.由图可知，氧气生成水发生还原反应，B电极为原电池正极，则电子流向：A电极→用电器→B电极，该过程将化学能转化为电能，A错误；B.A电极为原电池负极，发生氧化反应，由图可知，X失去两个H，有机物中元素化合价升高2价，失去2个电子，则电极反应式为X－2e－ ===Y＋2H＋，B错误；C.麦芽糖化学式为C12H22O11，则反应为C12H22O11－48e－＋13H2O===12CO2＋
48H＋，处理0.25 ml有机物，12 ml H＋透过质子交换膜移动到右室，C正确；D.若B电极上消耗标准状况下氧气56 mL＝0.056 L，O2的物质的量为0.002 5 ml，转移电子的物质的量为0.01 ml，则A电极上生成0.005 ml Y，Y化学式为C13H8O2N2，则Y质量为0.005 ml ×224 g/ml＝1.12 g，D错误；故选C。]
3．(2022·苏州检测)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＋2H2Oeq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
C [根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，放电时总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。A.断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，A正确；B.断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，B正确；C.电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2－2e－＋2OH－===2NiOOH＋2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2＋2Ni(OH)2eq \(=====,\s\up9(充电))Cd＋2NiOOH＋2H2O，溶液中KOH浓度减小，C错误；D.根据分析，放电时总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，D正确。]
4．一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．与传统氯碱工艺相比，该方法可避免使用离子交换膜
B．第一步中当消耗标况下O2 11.2 L时，右侧电极质量减小46 g
C．第二步中，放电结束后，电解质溶液中NaCl的含量增大
D．第三步的总反应为2AgCleq \(=====,\s\up9(电解))2Ag＋Cl2↑
C [第二步中，放电结束后，Na0.44－xMnO2―→Na0.44MnO2，Ag―→AgCl，电解质溶液中NaCl的含量降低，故C错误。]
5．(2022·扬州一模)镍离子(Ni2＋)和钴离子(C2＋)性质相似，工业上可通过电化学装置将废水中的C2＋和Ni2＋分离，装置如图。已知C2＋和乙酰丙酮不反应，下列说法正确的是( )
A．膜b为阴离子交换膜
B．通电过程中Ⅳ室内硫酸浓度逐渐增大
C．Ⅲ室中Ni2＋参与的反应为Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CH3COCHCOCH3))2＋2H2O
D．通电一段时间后M极与N极产生气体物质的量之比为2∶1
C [根据图中氢离子和氢氧根离子的移动方向可知：石墨N是阴极，电极反应式为2H＋ ＋ 2e－===H2↑，石墨M是阳极，电极反应式为2H2O －4e－ ===O2↑＋4H＋。A.根据离子移动可知镍离子从Ⅱ室移向Ⅲ室，所以膜b为阳离子交换膜，A项错误；B.通电过程中Ⅳ室内消耗的H＋与转移过来的H＋相等，所以硫酸浓度不变，B项错误；C.Ⅲ室中Ni2＋参与的反应为Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CH3COCHCOCH3))2＋2H2O，C项正确；D.根据电极反应式可知，通电过程中M极每产生1 ml O2，N极产生2 ml H2，所以通电一段时间后M极与N极产生气体物质的量之比为1∶2，D项错误。]
6．(2020·江苏高考，T11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是 ( )
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
C [该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。]
7．(2022·镇江二模)LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室膜电解法制备氢氧化锂，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．X极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应
C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜
D．每转移2 ml电子，理论上生成52 g LiOH
A [该电解池实质是电解水，根据图知：X极导出的是硫酸，则X极应为水电离出的OH－放电，则X极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，气体1为O2。Y极导出的LiOH，则Y极是水电离出的氢离子放电生成H2、生成OH－，则Y为电解池的阴极，气体2为H2，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；据此分析解答。A.根据分析，X极上水电离产生的OH－失去电子发生氧化反应产生O2，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A正确；B.根据分析，X极为阳极，所以a极为正极，b极为负极，则Y极为阴极，发生还原反应，B错误；C.根据分析，X极为阳极，导出的是硫酸，则SOeq \\al(2－,4)向阳极移动，膜1为阴离子交换膜，Y极为阴极，导出的LiOH，则Li＋向阴极移动，膜2为阳离子交换膜，C错误；D.Y极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，每转移2 ml电子，理论上有2 ml Li＋向Y极迁移形成2 ml LiOH，其质量是48 g，D错误。]
8．电解食盐水可以制备烧碱、次氯酸钠消毒液等。
【用途一】制备烧碱
(1)离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图如图1。
图1
①气体a的电子式为________。
②结合电极反应式解释阴极区得到NaOH溶液的原因是_______________
______________________________________________________________。
【用途二】制备次氯酸钠溶液
采用无隔膜电解槽，电解3～5%的NaCl溶液，可制备NaClO溶液。控制较低温度，适宜电压电解制备NaClO溶液原理示意图如图2。
图2
已知：与次氯酸盐相比，次氯酸具有更强的氧化性。
(2)电解食盐水制备NaClO溶液总反应的化学方程式为__________________________________________________________________。
(3)研究发现，电解制备NaClO溶液时，中性溶液为宜，若初始pH过高(pH≥13)或pH过低(pH≤3)都会降低NaClO的浓度。分析可能原因：
①pH过高，阳极会发生OH－放电，导致电解效率降低，电极反应为__________________________________________________________________。
②pH过低，产生影响的可能原因：
假设a：pH过低时，导致Cl2溶解度________，生成的NaClO减少。
假设b：pH过低时，HClO浓度增大，氧化ClO－生成Cl－和ClOeq \\al(－,3)。
Ⅰ.查阅文献，假设b成立。相应反应的离子方程式为__________________
_______________________________________________________________。
Ⅱ.若通过检测反应前后溶液酸性的变化证实假设b成立，实验操作和现象为__________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
可供选择的试剂和仪器：
a．稀硫酸 b．稀盐酸 c．石蕊试液 d．pH计
[解析] 制备烧碱：电解饱和食盐水总反应为2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极为氯离子失电子生成氯气，即气体a为Cl2；阴极为水得电子生成氢气和氢氧根离子，气体b为H2；制备次氯酸钠溶液：电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，生成的氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠，故总反应为NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))NaClO＋H2↑。(1)根据分析，气体a为Cl2，电子式为；在阴极区水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，钠离子通过阳离子交换膜迁移到阴极区，故在阴极区生成NaOH溶液；(2)根据分析，电解食盐水制备NaClO溶液总反应的化学方程式为NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))NaClO＋H2↑；(3)①pH过高，阳极会发生OH－放电，导致电解效率降低，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；②pH过低，产生影响的可能原因：假设a：pH过低时，溶液中氢离子浓度大，氯气与水的反应受到抑制，导致Cl2溶解度减小，生成的NaClO减少；假设b：pH过低时，HClO浓度增大，氧化ClO－生成Cl－和ClOeq \\al(－,3)，根据氧化还原反应配平，离子反应为2HClO＋ClO－===2Cl－＋ClOeq \\al(－,3)＋2H＋；NaClO溶液显碱性，且具有强氧化性，不能向其中加入稀盐酸，会发生氧化还原反应生成氯气，降低pH只能选用稀硫酸。先用pH计测得溶液的pH大于7，滴入适量的稀硫酸后，部分次氯酸钠与硫酸反应生成次氯酸，次氯酸与次氯酸根离子发生氧化还原反应生成氯离子、氯酸根离子和氢离子，溶液酸性增强，pH计测得溶液的pH小于7，则假设成立。
[答案] (1) 在阴极区水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，钠离子通过阳离子交换膜迁移到阴极区，故在阴极区生成NaOH溶液 (2)NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))NaClO＋H2↑
(3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 减小 2HClO＋ClO－===2Cl－＋ClOeq \\al(－,3)＋
2H＋ 取NaClO溶液，用pH计分别测量初始溶液和滴入适量稀硫酸后溶液的pH，若开始时溶液的pH大于7，滴入适量的稀硫酸后，溶液的pH小于7，则假设成立电镀(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＋(主要)
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
注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)，如NH4Cl溶液
水膜酸性很弱或呈中性，如NaCl溶液
电极材料
及反应
负极
Fe：Fe－2e－===Fe2＋
正极
C：2H＋＋2e－===H2↑
C：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
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
醋酸/mL
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
2.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
a
36.0
2.0
③
M
0.2
2.0
90.0
2.0
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
序号
电解质溶液
实验现象
①
0.1 ml/L
CuSO4＋少量H2SO4
阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋
②
0.1 ml/L
CuSO4＋过量氨水
阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
1．电解
使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴极、阳极引起氧化还原反应的过程。
2．电解池及其工作原理
(1)电解池：将电能直接转化为化学能的装置。
(2)电解池的组成和工作原理(惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式：2Cl－＋Cu2＋eq \(=====,\s\up9(通电))Cl2↑＋Cu。
(3)放电顺序(一般情况下)
①阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋
>Ca2＋>K＋。
②阳极：活性电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
①活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属电极，惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。
②阴极材料若为金属电极，一般是为增强导电性，但不参与反应。
3．以惰性电极电解水溶液的有关规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，
阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，
总方程式为2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2H2↑＋O2↑。
②电解质浓度变大，pH可能变大、变小或不变，可加H2O复原。
(2)电解电解质型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(如CuCl2)，电解质浓度变小，加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，
阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，
总方程式为2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))Cl2↑＋H2↑＋2OH－。
②溶液pH变大，加HCl复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，总方程式为2Cu2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2Cu＋O2↑＋4H＋。
②溶液pH变小，加CuO(金属氧化物)或CuCO3复原。
水电离出的H＋或OH－放电，一般电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
判断正误(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)电解池中的电子流向：电源负极→阴极→电解质溶液→阳极→电源正极。
( )
(4)用Cu作电极电解CuSO4溶液的阳极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
( )
(5)用惰性电极电解NaCl和NaBr的混合液，阳极上的放电顺序为Br－、
Cl－、OH－。( )
[答案] (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)√
1．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中正确的是( )
①X是正极，Y是负极
②若用右侧装置在钥匙上镀铜，则将钥匙放在a处
③CuSO4溶液的酸性先增强，再不变
④精炼粗铜时，则将粗铜放在a处
A．①③ B．②③
C．①④ D．②④
C [a、b都是惰性电极，通电一段时间后，含酚酞的食盐水，b极附近溶液呈红色，则b极有OH－生成，作为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，与电池的负极相连，所以Y为电池的负极；a为阳极，电极反应式为
2Cl－－2e－===Cl2↑，与电源正极相连，所以电池X为正极。①综上所述，X为正极；Y为负极，故①正确；②Y为电池的负极，与之相连的一极b极为阴极，a为阳极，若用右侧装置在钥匙上镀铜，则将钥匙放在b处，故②错误；③如图，电解硫酸铜溶液，Cu作阴极，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；Pt电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，在溶液中Cu2＋没有消耗完之前，溶液中c(H＋)增大，酸性增强，当溶液中Cu2＋反应完之后，为电解水的装置，c(H＋)增大，酸性增强，故③错误；④精炼粗铜时，粗铜作为电解池的阳极，则将粗铜放在a处，故④正确。]
2．某种电催化法以CP、Ni2P为催化电极合成腈类化合物(RCN)和偶氮化合物(R—N===N—R)，装置示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．左侧电极的电势比右侧的高，且发生氧化反应
B．阴极发生反应：2＋8e－＋4H2O===＋
8OH－
C．OH－从右侧经过阴离子交换膜向左侧移动
D．每当合成得到1 ml RCN，同时合成1 ml R—N===N—R
D [A.右侧电极硝基苯发生还原反应，右侧为阴极、左侧为阳极，所以左侧电极的电势比右侧的高，且发生氧化反应，故A正确；B.右侧电极硝基苯发生还原反应，右侧为阴极，阴极发生反应为2＋8e－＋4H2O=== ＋8OH－，故B正确；C.右侧为阴极、左侧为阳极， OH－从右侧经过阴离子交换膜向左侧移动，故C正确；D.阳极反应式为，R—CH2NH2—4e－＋4OH－===R—CN＋4H2O，根据得失电子守恒，每当合成得到1 ml RCN，同时合成0.5 ml R—N===N—R，故D错误。]
3．采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
D [根据题给电解装置图可知，电解池右侧O2参加反应生成H2O2，a极为阳极，b极为阴极。电解时，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极的电极反应式为4H＋＋2O2＋4e－===2H2O2，A正确；根据电极反应式及得失电子守恒可知，阳极生成的H＋通过质子交换膜进入阴极区最终转化为H2O2，阳极区H＋的物质的量浓度不发生变化，pH不变，B、C正确；设电解时转移电子为4 ml，则阳极生成1 ml O2，阴极消耗2 ml O2，D错误。]
分析电解过程的思维流程
①阴极本身不反应，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＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、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金属。
电解原理的应用
1．电解饱和食盐水——氯碱工业
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。
检验阳极产物的方法：用湿润的淀粉KI试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。
电解时向食盐水中加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。
(2)电解饱和食盐水的化学方程式和离子方程式
①2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用
阻止OH－进入阳极室与Cl2发生反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是精制饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀的食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别是Cl2、H2。
2．电镀和电解精炼铜
3．电冶金——活泼金属的冶炼方法
(1)电解熔融氯化钠得到钠
eq \x(电极反应)eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑,阴极：2Na＋＋2e－===2Na))
|
eq \x(总反应方程式)2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up9(通电))2Na＋Cl2↑
(2)电解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)eq \(=======,\s\up9(通电),\s\d8(冰晶石))4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al；
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。
4．电解在有机合成中的应用
以丙烯腈合成己二腈为例，两极反应式如下：
阳极：H2O－2e－===eq \f(1,2)O2↑＋2H＋；
阴极：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN；
总反应：2CH2===CHCN＋H2Oeq \(=====,\s\up9(电解))NC(CH2)4CN＋eq \f(1,2)O2↑。
电解原理的一般应用
1．(2022·苏州月考)一种电解精炼废钢的工艺原理如图，通过O2－在两极间的定向移动可实现废钢脱碳从而得到超低碳钢，同时还可以回收硅作为副产品。下列说法错误的是( )
A．电解时，M为电源的负极
B．不能选用稀硫酸作为电解质溶液
C．电解时，阳极发生的电极反应为C＋O2－－2e－===CO↑
D．若有1 ml O2－移向废钢电极，则炉渣电极所得硅的质量为28 g
D [根据题意可知，该装置可回收硅，因而产生硅单质的炉渣一极为得电子的阴极，连接的M极为负极，废钢为阳极，N为正极。A.根据分析可知，M为电源负极，选项A正确；B.该实验是废钢脱碳，故其中含有大量Fe，用稀H2SO4会与之反应，不能选用稀硫酸作为电解质溶液，选项B正确；C.电解时，阳极上C失电子产生CO，发生的电极反应为C＋O2－－2e－===CO↑，选项C正确；D.若有1 ml O2－移向废钢电极，由反应C＋O2－－2e－===CO↑可知转移电子为2 ml e－，阴极的电极反应式为eq \f(1,2)SiOeq \\al(n－,x)＋(x－eq \f(n,2))e－===eq \f(1,2)Si＋eq \f(1,2)xO2－，则炉渣电极所得硅的质量为(x－eq \f(n,2))ml×28 g/ml＝(28x－14n)g，选项D不正确。]
2．(2022·南京一模)1,2二氯乙烷主要用作聚氯乙烯单体制取过程的中间体，用电有机合成法合成1,2二氯乙烷的装置如图所示。下列说法中正确的是( )
A．直流电源电极a为负极
B．X为阳离子交换膜，Y为阴离子交换膜
C．液相反应中，C2H4被氧化为1,2二氯乙烷
D．该装置总反应为2Cl－＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑
C [由电解池装置图可知，左侧亚铜离子失去电子生成铜离子，为电解池的阳极，则a为电源正极，溶液中的氯离子经过阴离子交换膜X移向阳极，右侧氢离子得到电子生成氢气，为阴极，则b为电源的负极，溶液中的钠离子经过阳离子交换膜Y移向阴极，同时生成氢氧化钠。液相反应中氯化铜与乙烯反应生成1,2二氯乙烷和氯化亚铜，据此解答。A.根据分析，直流电源电极a为正极，A错误；B.由分析可知，X为阴离子交换膜，Y为阳离子交换膜，B错误；C.液相反应中，C2H4与CuCl2反应生成1,2二氯乙烷时碳元素化合价升高，发生氧化反应，C2H4被CuCl2氧化为1,2二氯乙烷，C正确；D.以NaCl溶液和乙烯为原料合成1,2二氯乙烷中， CuCl循环使用，其实质是NaCl、H2O与 CH2===CH2反应，所以总反应为CH2===CH2＋2H2O＋2NaCleq \(=====,\s\up9(通电))H2＋2NaOH＋ClCH2CH2Cl，D错误。]
电解原理在实际中的创新应用
3．(2022·南通二模)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是( )
A．石墨电极为阴极，发生氧化反应
B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D．电解时，阳离子向石墨电极移动
C [由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子生成电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－。A.在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，选项A错误；B.电极A的电极反应为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，选项B错误；C.根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，选项C正确；D.电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，选项D错误。]
4．(2022·无锡一模)电解CO2饱和的0.1 ml·L－1KHCO3溶液，含碳产物主要为CH3OH，还有少量CO、HCOOH和HCHO，实验装置如图，其中M、N均为TiO2纳米电极。下列说法错误的是( )
A．b为电源的正极
B．生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6HCOeq \\al(－,3)＋6e－===CH3OH＋6COeq \\al(2－,3)＋H2O
C．若N极产生0.01 ml气体，则电路中转移电子为0.04 ml
D．电解一段时间后，X、Y池中溶液碱性均增强
D [A.CO2生成CH3OH等发生还原反应，M为阴极，a为电源的负极，b为正极，故A正确；B.生成CH3OH的电极反应式为CO2＋6HCOeq \\al(－,3)＋6e－===CH3OH＋6COeq \\al(2－,3)＋H2O，故B正确；C.N为阳极，产生0.01 ml O2，电路中转移电子为0.04 ml，故C正确；D.X池KHCO3转化为K2CO3和Na2CO3，碱性增强，Y池NaOH浓度减小，碱性减弱，故D错误。]
5．如图所示是电解法合成氨反应装置示意图。
则b极为________(填“阴”或“阳”)极，a极的电极反应式为_____________，电解装置中质子交换膜的作用为______________________；若b极产生的O2在一定条件下的体积为336 L，a极中通入相同条件下N2的总体积为672 L，则N2的转化率为________%(保留两位有效数字)。
[解析] b极上H2O转化为O2，发生氧化反应，则b极为阳极；a极上N2转化为NH3，发生还原反应，则a极为阴极，其电极反应式为N2＋6e－＋6H＋===2NH3；质子交换膜只允许H＋通过，电解过程中a极上消耗H＋，b极上生成H＋，因此质子交换膜的作用是为质子的迁移和输送提供通道，并阻隔阴阳极产物接触；b极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，根据各电极上通过电量相等，可得关系式：2N2～3O2，则相同条件下，生成的O2和消耗的N2的体积比为3∶2，因此若b极产生O2 336 L，则a极消耗N2 224 L，而通入的N2为672 L，因此N2的转化率为eq \f(224,672)×100%≈33%。
[答案] 阳 N2＋6e－＋6H＋===2NH3 质子交换膜为质子的迁移和输送提供通道，并阻隔阴阳极产物接触 33
金属的腐蚀与防护
1．金属的腐蚀及分类
(1)金属腐蚀：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其本质是M－ne－===Mn＋。
(2)分类
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。如钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。比化学腐蚀更普遍、速率更快。
2．电化学腐蚀的分类
以钢铁腐蚀为例进行分析
铁锈的主要成分为Fe2O3·xH2O，其形成过程所涉及的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
3．电化学腐蚀的实验探究(如图所示)
(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，右侧试管中现象是有气泡冒出。
(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，右侧试管中现象是导管内液面上升。
4．金属的防护
(1)改变金属材料的组成。在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。
(2)在金属表面覆盖保护层
①在钢铁制品的表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等。
②用电镀等方法在钢铁表面镀上一层Zn、Sn、Cr、Ni等金属，如白铁皮(镀Zn)、马口铁(镀Sn)。
③用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的Fe3O4薄膜)。
④利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化。
(3)电化学保护法
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
通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零，从而得到保护。
a．阴极：被保护的金属设备；
b．阳极：惰性金属。
(4)实验探究
为验证牺牲阳极法，如图所示：
①Fe作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
②Zn作负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
③Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，溶液中是否有蓝色沉淀生成？否，说明Fe被保护。
④若将Zn改为Cu，则Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，现象为溶液中生成蓝色沉淀，说明Cu被保护。此现象的离子方程式为3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。( )
(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。( )
(5)为了保护船体，在船体表面嵌入锌块，利用了牺牲阳极保护法。( )
[答案] (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
金属的腐蚀与防护
1．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，设计探究实验。将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞。从胶头滴管中一次性滴入醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。下列说法不正确的是( )
A．a＝2.0
B．M为“碳粉质量的影响”
C．该实验一共探究了4种影响因素
D．铁发生电化学腐蚀，负极反应为Fe － 2e－===Fe2－
C [A.由表格数据可知，①②的实验目的为探究醋酸浓度对铁发生电化学腐蚀类型的影响，由控制变量法可知，实验中①和②的醋酸浓度不同，所以铁粉的质量相同，所以a为2.0，故A正确；B.由表格数据可知，①和③的碳粉质量不同，其他条件完全相同，所以实验目的是探究碳粉质量对铁发生电化学腐蚀类型的影响，故B正确；C.由表格数据可知，该实验只探究了醋酸浓度、碳粉质量对铁发生电化学腐蚀类型的影响，故C错误；D.铁发生电化学腐蚀时，铁作负极失去电子被腐蚀，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故D正确。]
2．如图，将一根纯铁棒垂直没入水中，一段时间后发现AB段产生较多铁锈，BC段腐蚀严重。下列关于此现象的说法不正确的是( )
A．铁棒AB段的溶解氧浓度高于BC段
B．铁棒AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．铁棒AB段的Fe2＋浓度高于BC段
D．该腐蚀过程属于电化学腐蚀
C [AB段作原电池正极，BC段为原电池负极。BC段电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，BC段溶解而被腐蚀，AB段形成铁锈。C项不正确。]
3．含可钝化金属的工业管道或反应器，由于会被内部溶液腐蚀，通过外接电源使其钝化，称之为阳极保护法。如图是某金属外接电势与电流密度的变化关系，有关说法正确的是( )
A．阳极保护法中受保护的金属外接电源的负极
B．电流密度越大，金属受保护程度越好
C．CFD区，金属受到保护
D．外接电势越高，对金属保护性越有效
C [A.金属从活态向钝态的转变叫钝化；而通过外接电源使金属钝化的阳极保护法，指的是使受保护的金属作为阳极，通过外加电流使阳极钝化，电位强烈正移，腐蚀速率大幅度降低，所以阳极保护法中受保护的金属外接电源的正极，A错误；B.IM代表的是金属钝化的难易程度，即开始的时候电流密度越大，此时金属溶解，表示金属越难钝化，所以并非电流密度越大，金属受保护程度越好，B错误；C.当外接电势超过EB后，金属开始钝化，从EC到ED都是金属钝化较稳定的范围，所以CFD区，金属受到保护，C正确；D.外接电势超过ED后，电流密度又持续增加，腐蚀速度加快，所以并非外接电势越高，对金属保护越有效，D错误。]
4．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为________(填序号)。
[解析] ②③④是原电池，⑤⑥是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
[答案] ⑤④②①③⑥
(1)判断析氢腐蚀与吸氧腐蚀的依据：正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。
(2)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。
(3)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。
金属的腐蚀与防护实验探究
5．验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
下列说法不正确的是 ( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
D [②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。 对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。]
6．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护，减缓铁的腐蚀。
(1)若开关K置于N处，则X应为_________，该电化学防护法为_________。
(2)若开关K置于M处，则X应为____________________________，该电化学防护法称为________________________。
[答案] (1)碳棒或Pt等惰性电极 外加电流法
(2)比铁活泼的金属如Zn等 牺牲阳极法
电化学中的有关计算
电化学中两种基本计算模型
500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NOeq \\al(－,3))＝0.6 ml·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 ml·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 ml电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 ml
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 ml·L－1
[思路点拨] n(气体)＝0.1 ml
阳极：4OH－－4e－=== O2↑＋2H2O
0.4 ml 0.1 ml
阴极：2H＋＋2e－ === H2↑
0.2 ml 0.1 ml
Cu2＋ ＋ 2e－ === Cu
0.1 ml 0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml
A [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 ml电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 ml电子，所以Cu2＋共得到0.4 ml－0.2 ml＝0.2 ml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 ml。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NOeq \\al(－,3))，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 ml·L－1，电解后c(H＋)＝0.4
ml·L－1。]
1．用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 ml 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 ml B．0.5 ml
C．0.6 mlD．0.8 ml
C [Cu2(OH)2CO3可改写为2CuO·H2O·CO2，因反应后生成的CO2离开溶液，所以加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3相当于加入0.2 ml CuO、0.1 ml H2O，根据
2CuO ～ 2Cu ～ 4e－
2 ml 4 ml
0.2 ml 0.4 ml
2H2O ～ O2 ～ 4e－
2 ml 4 ml
0.1 ml 0.2 ml
转移电子的物质的量＝0.4 ml＋0.2 ml＝0.6 ml。 ]
2．(2022·徐州二模)KO2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是( )
A．隔膜允许K＋通过，不允许O2通过
B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极
C．产生1 Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22
D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9 g水
D [由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K－e－===K＋，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾。A.钾的金属性强易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池选择隔膜应允许K＋通过，不允许O2通过，故A正确；B.由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，作电解池的阳极，故B正确；C.由分析可知，生成1 ml超氧化钾时，消耗1 ml氧气，两者的质量比值为1 ml×71 g/ml∶1 ml×32 g/ml≈2.22∶1，故C正确；D.铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4＋2H2O===PbO2＋Pb＋2H2SO4，反应消耗2 ml水，转移2 ml电子，由得失电子守恒可知，消耗3.9 g钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为eq \f(3.9 g,39 g/ml)×18 g/ml＝1.8 g，故D错误。]
3．如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题。
(1)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________。
(2)常温下，如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电5 min后，溶液的pH为________。
[解析] (1)B池中电解总反应为2CuSO4＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，若转移0.02 ml电子时只收集到O2(只电解溶质)，则根据关系式2CuSO4～O2～4e－可得n(O2)＝0.005 ml，体积为112 mL(标准状况)<224 mL，说明溶质CuSO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSO4 x ml，H2O y ml，则有2x＋2y＝0.02，eq \f(1,2)x＋eq \f(3,2)y＝0.01，解得x＝y＝0.005，则c(CuSO4)＝0.025 ml·L－1。(2)由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据关系式NaOH～e－，生成的n(NaOH)＝0.02 ml，则c(NaOH)＝eq \f(0.02 ml,0.2 L)＝0.1 ml·L－1，即溶液的pH＝13。
[答案] (1)0.025 ml·L－1 (2)13
1．(2022·广东选择性考试，T10)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
C [阴极发生得电子的还原反应，Mg在阳极失电子生成Mg2＋，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3＋，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据得失电子守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误。]
2．(2022·北京等级考，T4)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
下列说法不正确的是( )
A．①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触
B．①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
C．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3
[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移
D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
C [C项，阴极析出Cu，阳极溶解Cu，析出和溶解的Cu的量相同，②中c(Cu2＋)不变，C错误。]
3．(2022·海南等级考，T9)一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N2被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2－不断减少
A [由图可知，N2→NH3，发生还原反应，b为阴极，a为阳极。]
4．(2019·江苏高考，T10)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，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
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
C [D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。]
5．(2021·江苏选择性考试，T12) 通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(如图)；②在90℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是( )
A．电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B．电解时阳极电极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
C．电解的总反应方程式：2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2H2↑＋O2↑
D．电解过程中转移4 ml电子，理论上可获得22.4 L O2
B [阴极水电离的氢离子得电子生成氢气，阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电解过程总反应为2Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH))2eq \(=====,\s\up9(通电))2NiOOH＋H2↑，电解后KOH溶液的物质的量浓度不变，A错误；电解时阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B正确；阴极水电离的氢离子得电子生成氢气，阳极Ni(OH)2失电子生成NiOOH，电解过程总反应为
2Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH))2eq \(=====,\s\up9(通电))2NiOOH＋H2↑，C错误；电解过程中转移4 ml电子，生成4 ml NiOOH，根据4NiOOH＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(△))4Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(OH))2＋O2↑，生成1 ml氧气，非标准状况下的体积不一定是22.4 L，D错误。]
6．(2022·江苏选择性考试，T17节选)氢气是一种清洁能源，绿色环保制氢技术研究具有重要意义。
“CuClH2O热电循环制氢”经过溶解、电解、热水解和热分解4个步骤，其过程如图所示。
(1)电解在质子交换膜电解池中进行。阳极区为酸性CuCleq \\al(－,2)溶液，阴极区为盐酸，电解过程中CuCleq \\al(－,2)转化为CuCleq \\al(2－,4)。电解时阳极发生的主要电极反应为________(用电极反应式表示)。
(2)电解后，经热水解和热分解的物质可循环使用。在热水解和热分解过程中，发生化合价变化的元素有________(填元素符号)。
[解析] (1)电解在质子交换膜电解池中进行，H＋可自由通过，阳极区为酸性CuCleq \\al(－,2)溶液，电解过程中CuCleq \\al(－,2)转化为CuCleq \\al(2－,4)，电解时阳极发生的主要电极反应为CuCleq \\al(－,2)＋2Cl－－e－===CuCleq \\al(2－,4)；(2)电解后，经热水解得到的HCl和热分解得到的CuCl等物质可循环使用，从图中可知，热分解产物还有O2，从解析(1)中得知，进入热水解的物质有CuCleq \\al(2－,4)，故发生化合价变化的元素有Cu、O。
[答案] (1)CuCleq \\al(－,2)＋2Cl－－e－===CuCleq \\al(2－,4)
(2)Cu、O
课时分层作业(三十二)
电解池 金属的腐蚀与防护
1．(2022·南京检测)反电渗析法盐差电池是用离子交换膜将海水与河水隔开(离子浓度：海水>河水)，阴阳离子在溶液中定向移动将盐差能转化为电能的电池，原理如图所示。
下列说法不正确的是( )
A．钛电极上发生还原反应
B．石墨电极上的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋
C．石墨电极为电池的负极
D．CM膜为阴离子交换膜
D [A.根据图中信息，在钛电极上是铁离子得到电子生成亚铁离子，化合价降低，发生还原反应，故A正确；B.在石墨电极上是亚铁离子失去电子生成铁离子，其电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋，故B正确；C.石墨电极上是亚铁离子失去电子变为铁离子，因此石墨电极为电池的负极，故C正确；D.根据原电池中阳离子向正极移动，钛为正极，因此CM膜为阳离子交换膜，故D错误。]
2．(2022·盐城一模)图中是利用假单胞菌株分解有机物的电化学原理图。下列说法正确的是( )
A．电子流向：B电极→用电器→A电极，该过程将化学能转化为电能
B．A电极上发生氧化反应，电极反应式为X－4e－ ===Y＋4H＋
C．若有机物为麦芽糖，处理0.25 ml有机物，12 ml H＋透过质子交换膜移动到右室
D．若B电极上消耗标准状况下氧气56 mL，则A电极上生成1.64 g Y
C [A.由图可知，氧气生成水发生还原反应，B电极为原电池正极，则电子流向：A电极→用电器→B电极，该过程将化学能转化为电能，A错误；B.A电极为原电池负极，发生氧化反应，由图可知，X失去两个H，有机物中元素化合价升高2价，失去2个电子，则电极反应式为X－2e－ ===Y＋2H＋，B错误；C.麦芽糖化学式为C12H22O11，则反应为C12H22O11－48e－＋13H2O===12CO2＋
48H＋，处理0.25 ml有机物，12 ml H＋透过质子交换膜移动到右室，C正确；D.若B电极上消耗标准状况下氧气56 mL＝0.056 L，O2的物质的量为0.002 5 ml，转移电子的物质的量为0.01 ml，则A电极上生成0.005 ml Y，Y化学式为C13H8O2N2，则Y质量为0.005 ml ×224 g/ml＝1.12 g，D错误；故选C。]
3．(2022·苏州检测)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＋2H2Oeq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2
C [根据图示，电极A充电时为阴极，则放电时电极A为负极，负极上Cd失电子发生氧化反应生成Cd(OH)2，负极反应式为Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，电极B充电时为阳极，则放电时电极B为正极，正极上NiOOH得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为2NiOOH＋2e－＋2H2O===2Ni(OH)2＋2OH－，放电时总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。A.断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能→电能，A正确；B.断开K1、合上K2，为充电过程，电极A与直流电源的负极相连，电极A为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，B正确；C.电极B发生氧化反应的电极反应式为2Ni(OH)2－2e－＋2OH－===2NiOOH＋2H2O，则电极A发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2＋2e－===Cd＋2OH－，此时为充电过程，总反应为Cd(OH)2＋2Ni(OH)2eq \(=====,\s\up9(充电))Cd＋2NiOOH＋2H2O，溶液中KOH浓度减小，C错误；D.根据分析，放电时总反应为Cd＋2NiOOH＋2H2O===Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq \(,\s\up9(放电),\s\d8(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，D正确。]
4．一种清洁、低成本的三步法氯碱工艺的工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．与传统氯碱工艺相比，该方法可避免使用离子交换膜
B．第一步中当消耗标况下O2 11.2 L时，右侧电极质量减小46 g
C．第二步中，放电结束后，电解质溶液中NaCl的含量增大
D．第三步的总反应为2AgCleq \(=====,\s\up9(电解))2Ag＋Cl2↑
C [第二步中，放电结束后，Na0.44－xMnO2―→Na0.44MnO2，Ag―→AgCl，电解质溶液中NaCl的含量降低，故C错误。]
5．(2022·扬州一模)镍离子(Ni2＋)和钴离子(C2＋)性质相似，工业上可通过电化学装置将废水中的C2＋和Ni2＋分离，装置如图。已知C2＋和乙酰丙酮不反应，下列说法正确的是( )
A．膜b为阴离子交换膜
B．通电过程中Ⅳ室内硫酸浓度逐渐增大
C．Ⅲ室中Ni2＋参与的反应为Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CH3COCHCOCH3))2＋2H2O
D．通电一段时间后M极与N极产生气体物质的量之比为2∶1
C [根据图中氢离子和氢氧根离子的移动方向可知：石墨N是阴极，电极反应式为2H＋ ＋ 2e－===H2↑，石墨M是阳极，电极反应式为2H2O －4e－ ===O2↑＋4H＋。A.根据离子移动可知镍离子从Ⅱ室移向Ⅲ室，所以膜b为阳离子交换膜，A项错误；B.通电过程中Ⅳ室内消耗的H＋与转移过来的H＋相等，所以硫酸浓度不变，B项错误；C.Ⅲ室中Ni2＋参与的反应为Ni2＋＋2CH3COCH2COCH3＋2OH－===Nieq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\c1(CH3COCHCOCH3))2＋2H2O，C项正确；D.根据电极反应式可知，通电过程中M极每产生1 ml O2，N极产生2 ml H2，所以通电一段时间后M极与N极产生气体物质的量之比为1∶2，D项错误。]
6．(2020·江苏高考，T11)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是 ( )
A．阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
C [该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。]
7．(2022·镇江二模)LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室膜电解法制备氢氧化锂，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．X极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应
C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜
D．每转移2 ml电子，理论上生成52 g LiOH
A [该电解池实质是电解水，根据图知：X极导出的是硫酸，则X极应为水电离出的OH－放电，则X极为阳极，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，气体1为O2。Y极导出的LiOH，则Y极是水电离出的氢离子放电生成H2、生成OH－，则Y为电解池的阴极，气体2为H2，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑；据此分析解答。A.根据分析，X极上水电离产生的OH－失去电子发生氧化反应产生O2，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A正确；B.根据分析，X极为阳极，所以a极为正极，b极为负极，则Y极为阴极，发生还原反应，B错误；C.根据分析，X极为阳极，导出的是硫酸，则SOeq \\al(2－,4)向阳极移动，膜1为阴离子交换膜，Y极为阴极，导出的LiOH，则Li＋向阴极移动，膜2为阳离子交换膜，C错误；D.Y极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，每转移2 ml电子，理论上有2 ml Li＋向Y极迁移形成2 ml LiOH，其质量是48 g，D错误。]
8．电解食盐水可以制备烧碱、次氯酸钠消毒液等。
【用途一】制备烧碱
(1)离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图如图1。
图1
①气体a的电子式为________。
②结合电极反应式解释阴极区得到NaOH溶液的原因是_______________
______________________________________________________________。
【用途二】制备次氯酸钠溶液
采用无隔膜电解槽，电解3～5%的NaCl溶液，可制备NaClO溶液。控制较低温度，适宜电压电解制备NaClO溶液原理示意图如图2。
图2
已知：与次氯酸盐相比，次氯酸具有更强的氧化性。
(2)电解食盐水制备NaClO溶液总反应的化学方程式为__________________________________________________________________。
(3)研究发现，电解制备NaClO溶液时，中性溶液为宜，若初始pH过高(pH≥13)或pH过低(pH≤3)都会降低NaClO的浓度。分析可能原因：
①pH过高，阳极会发生OH－放电，导致电解效率降低，电极反应为__________________________________________________________________。
②pH过低，产生影响的可能原因：
假设a：pH过低时，导致Cl2溶解度________，生成的NaClO减少。
假设b：pH过低时，HClO浓度增大，氧化ClO－生成Cl－和ClOeq \\al(－,3)。
Ⅰ.查阅文献，假设b成立。相应反应的离子方程式为__________________
_______________________________________________________________。
Ⅱ.若通过检测反应前后溶液酸性的变化证实假设b成立，实验操作和现象为__________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
可供选择的试剂和仪器：
a．稀硫酸 b．稀盐酸 c．石蕊试液 d．pH计
[解析] 制备烧碱：电解饱和食盐水总反应为2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，阳极为氯离子失电子生成氯气，即气体a为Cl2；阴极为水得电子生成氢气和氢氧根离子，气体b为H2；制备次氯酸钠溶液：电解氯化钠溶液生成氢氧化钠、氯气和氢气，生成的氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠，故总反应为NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))NaClO＋H2↑。(1)根据分析，气体a为Cl2，电子式为；在阴极区水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，钠离子通过阳离子交换膜迁移到阴极区，故在阴极区生成NaOH溶液；(2)根据分析，电解食盐水制备NaClO溶液总反应的化学方程式为NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))NaClO＋H2↑；(3)①pH过高，阳极会发生OH－放电，导致电解效率降低，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；②pH过低，产生影响的可能原因：假设a：pH过低时，溶液中氢离子浓度大，氯气与水的反应受到抑制，导致Cl2溶解度减小，生成的NaClO减少；假设b：pH过低时，HClO浓度增大，氧化ClO－生成Cl－和ClOeq \\al(－,3)，根据氧化还原反应配平，离子反应为2HClO＋ClO－===2Cl－＋ClOeq \\al(－,3)＋2H＋；NaClO溶液显碱性，且具有强氧化性，不能向其中加入稀盐酸，会发生氧化还原反应生成氯气，降低pH只能选用稀硫酸。先用pH计测得溶液的pH大于7，滴入适量的稀硫酸后，部分次氯酸钠与硫酸反应生成次氯酸，次氯酸与次氯酸根离子发生氧化还原反应生成氯离子、氯酸根离子和氢离子，溶液酸性增强，pH计测得溶液的pH小于7，则假设成立。
[答案] (1) 在阴极区水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，钠离子通过阳离子交换膜迁移到阴极区，故在阴极区生成NaOH溶液 (2)NaCl＋H2Oeq \(=====,\s\up9(通电))NaClO＋H2↑
(3)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 减小 2HClO＋ClO－===2Cl－＋ClOeq \\al(－,3)＋
2H＋ 取NaClO溶液，用pH计分别测量初始溶液和滴入适量稀硫酸后溶液的pH，若开始时溶液的pH大于7，滴入适量的稀硫酸后，溶液的pH小于7，则假设成立电镀(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＋(主要)
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
注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)，如NH4Cl溶液
水膜酸性很弱或呈中性，如NaCl溶液
电极材料
及反应
负极
Fe：Fe－2e－===Fe2＋
正极
C：2H＋＋2e－===H2↑
C：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
编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
醋酸/mL
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
2.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
a
36.0
2.0
③
M
0.2
2.0
90.0
2.0
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
序号
电解质溶液
实验现象
①
0.1 ml/L
CuSO4＋少量H2SO4
阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋
②
0.1 ml/L
CuSO4＋过量氨水
阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素
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