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2020版高考一轮复习化学江苏专版学案：专题四第十七讲电解池金属的腐蚀与防护
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第十七讲
电解池 金属的腐蚀与防护
[江苏考纲要求]
————————————————————————————————————
1．理解电解池的工作原理，能写出简单电极反应式和电池反应方程式。
2．认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原理，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
电解原理
[教材基础—自热身]
1．电解
使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。在此过程中，能转化为化学能。
2．电解池
(1)概念：电解池是把电能转化为化学能的装置。
(2)电解池的构成条件：①有外接电源；②有与电解质溶液或熔融的电解质相连的两个电极；③形成闭合回路。
[注意] 其中与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。阴极材料分为两类，一类为惰性电极，如石墨、Pt、Ti、Au等导体构成；另一类为活性电极，电极材料参与反应，包括Cu、Ag及比Cu、Ag活泼的金属。
(3)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)
总反应方程式：CuCl2 Cu＋Cl2↑。
(4)电解池中电子和离子的移动：
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
3．在惰性电极上离子的放电顺序
(1)阴极(与电极材料无关)：
(2)阳极(与电极材料有关) ：
4．原电池和电解池的比较
装置类别
原电池
电解池
原理(能量转化)
化学能转化为电能
电能转化为化学能
举例(图)
形成条件
①两根电极(活泼性不同的两种金属或金属与非金属)
②电解质(可以是溶液也可以是熔融状态)
③构成闭合回路
④自发的氧化还原反应
①两根电极(活泼性可相同也可不同)
②电解质(可以是溶液也可以是熔融状态)
③构成闭合回路
④有外加电源
装置特征
无外加电源
有外加电源
电极名称
正极
负极
阳极
阴极
反应类型
还原反应
氧化反应
氧化反应
还原反应
是否自发进行
自发的氧化还原反应
自发或非自发的氧化还原反应
电子流向(“电子不下线”)
从负极经导线流向正极
从负极流向阴极(阳离子在阴极得电子)；
从阳极移向正极(阴离子或活泼金属在阳极失电子)
溶液中离子的移动(“离子不上线”)
阳离子移向正极；
阴离子移向负极
阳离子移向阴极；
阴离子移向阳极
[知能深化—扫盲点]
提能点(一) 用惰性电极电解电解质溶液的四种类型
类型
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解水型
含氧酸，如H2SO4
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑
增大
减小
可溶性强碱，
如NaOH
增大
活泼金属
含氧酸盐，如KNO3
不变
电解电解质型
无氧酸，如HCl
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑
减小
增大
不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑
增大
放H2生碱型
活泼金属无氧酸盐，如NaCl
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2＋Cl2↑
—
增大
放O2生酸型
不活泼金属含氧酸盐，如
CuSO4
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
总反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
—
减小
[对点练]
1．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
解析：选B AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4等随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2等随电解的进行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl电解的电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱液碱性更强，酸液酸性更强。
提能点(二) 阴、阳极的判断和电解产物的分析方法
1．阴、阳极的判断方法
根据外接电源
正极连阳极，负极连阴极
根据电流方向
从阴极流出，从阳极流入
根据电子流向
从阳极流出，从阴极流入
根据离子移向
阴离子移向阳极，阳离子移向阴极
根据电极产物
①阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；②阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)
2.电解产物的分析方法
首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。
(1)阳极：①金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；②惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>
OH－>含氧酸根离子)。
(2)阴极：溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳离子放电顺序：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋)。
[对点练]
2．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知离子的氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )
A．阳极的电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中阳极质量减少与阴极质量增加相等
C．电解后溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析：选D 阳极Zn、Fe、Ni依次溶解，发生氧化反应，电极反应是Zn－2e－===
Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，A错误；阴极反应Ni2＋＋2e－===Ni，阳极减少的是Zn、Fe、Ni，阴极增加的是Ni，其质量不等，B错误；比镍不活泼的金属Cu、Pt不会失去电子溶解，故以阳极泥的形式沉积下来，在阴极只有Ni2＋得电子，电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，溶液中的离子除了Fe2＋和Zn2＋外，还有溶液中的Ni2＋，C错误，D正确。
[题点全练—过高考]
题点一 电极反应式、电解方程式的书写
1．按要求书写电极反应式和总反应式
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：
阳极反应式：__________________________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________________________；
总反应离子方程式：______________________________________________________。
(2)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：_______________________________________________。
(3)用Fe作电极电解NaCl溶液
阳极反应式：________________________________________________；
阴极反应式：______________________________________________________；
总反应化学方程式：________________________________________________________。
(4)用Fe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：_____________________________________________________。
(5)用Cu作电极电解盐酸溶液
阳极反应式：_______________________________________________；
阴极反应式：_____________________________________________________；
总反应离子方程式：__________________________________________________。
(6)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：_____________________________________________。
(7)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：__________________________________________________；
总反应离子方程式：____________________________________________。
(8)用Al单质作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液
阳极反应式：____________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________；
总反应离子方程式：_______________________________________。
(9)用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极反应式：_____________________________________________；
阴极反应式：_______________________________________________；
总反应离子方程式：_________________________________________。
答案：(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(3)Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑
(4)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2↓
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑
(5)Cu－2e－===Cu2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
(6)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(7)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(8)2Al＋6HCO－6e－===2Al(OH)3↓＋6CO2↑
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋6HCO＋6H＋2Al(OH)3↓＋6CO2↑＋3H2↑
(9)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg
Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑
题点二 电解原理和电解规律的考查
2．关于用惰性电极电解CuCl2溶液实验的说法错误的是( )
A．溶液中Cl－向阳极移动，Cu2＋向阴极移动
B．阳极上发生还原反应，阴极上发生氧化反应
C．阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
D．可以用湿润的KI淀粉试纸检验阳极产生的气体为Cl2
解析：选B 溶液中Cu2＋向阴极移动，Cl－向阳极移动，A正确；阴极发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－=== Cl2↑，可以用湿润的KI淀粉试纸检验阳极产生的气体Cl2，B错误，C、D正确。
3．如图是一个石墨作电极，电解稀的Na2SO4溶液的装置，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( )
A．逸出气体的体积，A电极的小于B电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
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，充分搅拌后溶解呈中性
电解原理的应用
解析：选D A、B电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同温度和压强下，A电极生成气体体积大于B电极，A错误；阳极上生成O2，阴极上生成H2，O2和H2都是无色无味气体，B错误；由电极反应式知，A电极附近溶液呈碱性，B电极附近溶液呈酸性，则A电极溶液呈蓝色，B电极溶液呈红色，C错误；惰性电极电解稀的Na2SO4溶液，实际是电解水，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性，D正确。
[教材基础—自热身]
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。
(2)总反应方程式
①化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离子交换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量
2．电镀和电解精炼铜
电镀(铁制品上镀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＋、Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋
阴极
电极材料
待镀铁制品
精铜
电极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
含Cu2＋的盐溶液
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
3.电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
[题点全练—过高考]
题点一 电解原理的基本应用
1．(2019·无锡模拟)H2S有剧毒，石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。先将含H2S的废气(其他成分不参与反应)通入FeCl3溶液中，过滤后将滤液加入到以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如图所示)，电解后的溶液可以循环利用。下列有关说法不正确的是( )
A．过滤所得到沉淀的成分为S和FeS
B．与外接电源a极相连的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋
C．与外接电源b极相连的是铁电极
D．若有0.20 mol的电子转移，得到氢气2.24 L(标准状况)
解析：选A H2S通入FeCl3溶液中，发生反应H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl，以铁和石墨棒为电极电解过滤后的滤液，由图可知右侧产生H2，是因为溶液中的H＋得到电子产生H2，则右侧为阴极，b极为负极，a极为正极。过滤所得到沉淀的成分为S，没有FeS，A错误；与外接电源a极相连的是阳极，由于电解后的溶液可以循环利用，则电极反应为
Fe2＋－e－===Fe3＋，B正确；与外接电源b极相连的是铁电极，C正确；若有0.20 mol的电子转移，生成0.1 mol H2，即得到氢气2.24 L(标准状况)，D正确。
2．(1)①电镀时，镀件与电源的________极连接。
②化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用________(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。
(2)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为__________________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________。
(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法中正确的是________。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(4)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_____________________________________________。
解析：(1)①电镀池中，镀件就是待镀金属制品，为阴极，与电源的负极相连；镀层金属为阳极，与电源正极相连。②要把铜从铜盐中置换出来，Cu2＋被还原，所以应加入还原剂。(2)粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。(3)粗铜电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收。(4)在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；在水溶液中，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。
答案：(1)①负 ②还原剂 (2)c Cu2＋＋2e－===Cu Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中 (3)bd (4)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
题点二 电解原理在环境治理中的应用
3．(2019·南京、盐城模拟)一种生物电化学方法脱除水体中NH的原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．装置工作时，化学能转变为电能
B．装置工作时，a极周围溶液pH 降低
C．装置内工作温度越高，NH脱除率一定越大
D．电极b上发生的反应之一是2NO－2e－===N2↑＋3O2↑
解析：选B 该装置是把电能转化为化学能，故A错误；a极为阳极，电极反应为NH＋2H2O－6e－===NO＋8H＋，所以a极周围溶液的pH减小，故B正确；该装置是在细菌生物作用下进行的，温度过高导致细菌死亡，NH脱除率会减小，故C错误；b极上反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O，故D错误。
4．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。
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)。
下列说法不正确的是( )
A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，乙中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少
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，将甲、乙两室合并，则电解反应总方程式发生改变
解析：选B A项，阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：Ni2＋＋2e－===Ni,2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，由于丙中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从丙移向乙，甲中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从甲移向乙，所以乙中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－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。
题点三 电解原理在物质制备中的应用
5．H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是( )
A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%
D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L 气体
解析：选D A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应，生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%
(1)①如图所示用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。写出阳极产生ClO2的电极反应式为________________________________________________________。
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。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：_______________________________________________________。
(2)ClO2对污水中Fe2＋、Mn2＋、S2－和CN－等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN－ a mg·L－1，现用ClO2将CN－氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为______________________________________________；处理100 m3这种污水，至少需要ClO2________mol。
解析：(1)①阳极发生氧化反应，由题意可知，Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，结合电荷守恒可知，同时生成H＋，阳极电极反应式为Cl－＋2H2O－5e－===ClO2↑＋4H＋。②在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H2的物质的量为＝0.005 mol，通过阳离子交换膜的阳离子为＋1价离子，故通过交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2＝0.01 mol，电解中阴极H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，溶液的pH增大。(2)ClO2将CN－氧化，只生成两种气体，应生成N2与CO2，同时生成Cl－，反应离子方程式为2ClO2＋2CN－===N2↑＋2CO2↑＋2Cl－，100 m3废水中CN－质量＝100 m3×a g·m－3＝100a g，则CN－的物质的量为＝ mol，由方程式可知，至少需要ClO2的物质的量为 mol。
答案：(1)①Cl－＋2H2O－5e－===ClO2↑＋4H＋
②0.01 在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大
(2)2ClO2＋2CN－===N2↑＋2CO2↑＋2Cl－ (或3.85a)
多池组合及电化学计算
一、“多池组合”电池类型的判断方法
1．有外接电源电极类型的判断方法
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：
则甲为电镀池，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。
[对点练]
1．(2019·泰州模拟)如图装置中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d>b。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
解析：选D A项，当X为MgSO4溶液时，b极上生成H2，电极质量不增加，不符合题意；B项，当X为AgNO3溶液，Y为Pb(NO3)2溶液时，b极上析出Ag，d极上产生H2，不符合题意；C项，当X为FeSO4溶液，Y为Al2(SO4)3溶液时，b、d极上均产生气体，不符合题意；D项，b极上析出Cu，d极上析出Ag，依据电子守恒Cu～2Ag，则增重d极大于b极，符合题意。
2．(2019·常州模拟)如图是以甲烷和O2构成的燃料电池电解AlCl3溶液的装置，电极材料均为石墨。用该装置进行实验，反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是( )
A．原电池中电解质溶液的pH增大
B．电解池中电解AlCl3溶液的总反应为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
C．M处通入的气体为CH4，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
D．电解池中Cl－向x极移动
解析：选C 以甲烷和O2构成的燃料电池电解AlCl3溶液，反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀，则x电极为阴极，a为负极，应通入CH4，b为正极，应通入O2。原电池中电解质溶液KOH参与反应被消耗，溶液的pH会减小，A错误；电解池中电解AlCl3溶液的总反应为2Al3＋＋6Cl－＋6H2O3Cl2↑＋3H2↑＋2Al(OH)3 ↓，B错误；M处通入的气体为CH4，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，C正确；电解池中Cl－向阳极即y极移动，D错误。
3．(2019·无锡模拟)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是( )
A．电子的流动方向：M→Fe→CuSO4溶液→Cu→N
B．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋16OH－－16e－===2CO2↑＋N2↑＋12H2O
C．当N极消耗5.6 L O2时，则铁极增重32 g
D．一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变
解析：选D 根据甲中N极上O2转化为H2O，O2发生还原反应知N极为正极，M极为负极，故电子的流动方向为M→Fe、Cu→N，电子不能通过电解质溶液，A项错误；根据乙二胺被氧化为环境友好物质，推知乙二胺转化为CO2、N2，故M极电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，B项错误；N极上发生反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，Fe极上发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，根据各电极上通过电荷量(或转移电子数)相等，可得关系式：O2～2Cu，当N极消耗标准状况下5.6 L O2时，铁极增加的质量为×2×64 g·mol－1＝32 g，但题中没有说明O2所处的状况，C项错误；乙中Cu为阳极，Fe为阴极，原理为铁上镀铜，CuSO4溶液浓度基本保持不变，D项正确。
二、电化学计算
1．原则
电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。
2．关键
(1)电极名称要区分清楚。
(2)电极产物要判断准确。
(3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。
3．计算方法
(1)根据电子守恒计算
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。
如图所示：图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol 电子转移，则Zn极溶解 g，Cu极上析出H22.24 L(标准状况)，Pt极上析出 Cl2 mol，C极上析出Cu g。甲池中H＋被还原，生成ZnSO4，溶液pH变大；乙池是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
(2)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。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律关系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。
[注意] 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。
[对点练]
4．500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(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(Na＋)＝0.2 mol·L－1
B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1
C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子
D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol
解析：选B 阳极离子放电能力：OH－>NO，根据题给信息，阳极一定是OH－放电，生成0.05 mol O2，转移0.2 mol电子；阴极离子放电能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放电，然后是H＋放电，阴极生成0.05 mol H2时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2＋得到0.1 mol电子，n(Cu2＋)＝0.05 mol，所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝0.05 mol，n(NO)＝0.3 mol·L－1×0.5 L＝0.15 mol，n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝＝0.1 mol·L－1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋
2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 mol·L－1，B项正确，D项错误；上述电解过程中共转移0.2 mol电子，C项错误。
5．1 L 1 mol·L－1的AgNO3溶液在以银为阳极，铁为阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16 g时，下列判断不正确的是( )
A．溶液浓度仍为1 mol·L－1
B．阳极上产生112 mL O2(标准状况)
C．转移的电子数是1.204×1022
D．反应中有0.02 mol金属被氧化
解析：选B 该过程是在铁上镀银，电镀过程中，溶液的浓度不变，A正确；阳极反应为Ag－e－===Ag＋，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，阳极上无氧气生成，B错误；2.16 g Ag的物质的量为0.02 mol，阳极有0.02 mol银被氧化，转移的电子数是1.204×1022，C、D均正确。
6．将1 L一定浓度的CuSO4溶液，用a、b两个石墨电极电解，当a极上产生22.4 L(标准状况下)气体时，b极上只有固体析出。然后将a、b两极反接，继续通直流电，b极上又产生22.4 L(标准状况下)气体，溶液质量共减少227 g。
(1)a极上产生22.4 L(标准状况下)气体时，b极增加的质量为________。
(2)原溶液中CuSO4的物质的量浓度为________。
解析：(1)电解方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑。a极即阳极上产生O2：m(O2)＝×32 g·mol－1＝32 g，b极即阴极质量增加的是生成Cu的质量：m(Cu)＝2n(O2)×M(Cu)＝2××64 g·mol－1＝128 g，溶液质量减少160 g。
(2)电源反接后，b为阳极，Cu先放电，然后OH－放电，a为阴极，Cu2＋先放电，然后H＋放电。电解过程可分为三个阶段：①电镀铜，此阶段溶液质量变化Δm1＝0。②电解CuSO4溶液：
2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
2 2 1
2n1(O2) 2n1(O2) n1(O2)
此阶段，溶液质量减少160n1(O2)g。
③电解H2SO4溶液，其本质是电解水：
2H2O电解,2H2 ＋ O2↑
2 2 1
2n2(O2) 2n2(O2) n2(O2)
此阶段，溶液质量减少36n2(O2)g。
则有
解得：n1(O2)＝0.25 mol，n2(O2)＝0.75 mol，所以原溶液中c(CuSO4)＝＝2.5 mol·L－1。
答案：(1)128 g (2)2.5 mol·L－1
金属的腐蚀与防护
[教材基础—自热身]
1．金属的腐蚀
(1)金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变成金属阳离子，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
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
联系
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重
②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
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
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
[注意] 活动性弱于氢(H)的金属(如铜)只能发生吸氧腐蚀，不能发生析氧腐蚀。
2．金属的防护
(1)电化学防护
牺牲阳极的阴极保护法——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
如在船只的螺旋桨附近的船体上镶嵌锌块或镁块
外加电流的阴极保护法——电解原理
阴极：被保护的金属设备
阳极：惰性电极
如将大型水坝船阀与直流电源负极相连接
(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。
[题点全练—过高考]
题点一 金属的腐蚀
1．如图所示，各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( )
A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
解析：选C ①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢；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，故FeCu 原电池中Fe被腐蚀的较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀；⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
解析：选D Fe是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极O2得电子发生还原反应生成OH－，故将O2吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈。
[规律方法] 判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀>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，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(浓度相同)。
(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。
(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。
(5)纯度越高的金属，腐蚀速率越慢。
(6)不纯的金属或合金，在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气的条件下的腐蚀速率。
题点二 金属的防护
3．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A．钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀
解析：选B 弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，A正确；当镀层破损时，Sn、Fe可形成原电池，Fe作负极，加快了Fe的腐蚀，B错误；Fe、Zn、海水形成原电池，Zn失去电子作负极，从而保护了Fe，C正确；采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D正确。
4．(2018·北京高考)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)。
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
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
解析：选D 实验②中加入K3[Fe(CN)6]，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe(CN)6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。
[课堂真题集训—明考向]
1．(2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：选C 依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于零，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。
2．(2017·全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：选C 利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。
3．(2017·海南高考)一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是( )
A．Pd电极b为阴极
B．阴极的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3
C．H＋由阳极向阴极迁移
D．陶瓷可以隔离N2和H2
解析：选A 此装置为电解池，总反应式是N2＋3H2===2NH3，Pd电极b上是氢气发生氧化反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。
4．(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
解析：选B A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小；B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4；C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高；D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。
5．(2016·北京高考)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析：选B 根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成Cu2＋，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。
6．(1)(2018·江苏高考节选)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：________________________________________________________________________。
(2)(2017·江苏高考节选)①电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________________。
②电解Na2CO3溶液，原理如下图所示。阳极的电极反应式为__________________________，阴极产生的物质A的化学式为__________。
解析：(1)由题给信息可知，反应物为HNO2(弱酸)，生成物为HNO3，因此阳极反应式为HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO。(2)①电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。②阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。
答案：(1)HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO
(2)①石墨电极被阳极上产生的O2氧化
②4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
7．(2016·天津高考节选)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。
(1)电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在__________(填“阴极室”或“阳极室”)。
(2)电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是
________________________________________________________________________。
(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_________________________________________________。
解析：(1)根据电解总反应：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，考虑到FeO易被H2还原，所以应该使用阳离子交换膜防止FeO、H2接触，则阳极室消耗OH－且无补充，故c(OH－)降低。(2)结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知，阴极产生的氢气不能接触到Na2FeO4，故需及时排出。(3)图示中随着c(NaOH)增大，c(Na2FeO4)先增大后减小，结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知，M点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)低，反应速率小且Na2FeO4稳定性差。结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质”知，N点 c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)过高，铁电极上产生Fe(OH)3或Fe2O3，使Na2FeO4产率降低。
答案：(1)阳极室 (2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 (3)M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；
N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低
8．(2014·全国卷Ⅰ节选)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：
H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如下图所示(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________________________。
解析：(1)阳极为水电离出的OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2。(3)在阳极区H2PO或H3PO2可能失电子发生氧化反应，即生成物中会混有PO。
答案：(1)2H2O－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 (3)PO H2PO或H3PO2被氧化
电解池 金属的腐蚀与防护
[江苏考纲要求]
————————————————————————————————————
1．理解电解池的工作原理，能写出简单电极反应式和电池反应方程式。
2．认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原理，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
电解原理
[教材基础—自热身]
1．电解
使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。在此过程中，能转化为化学能。
2．电解池
(1)概念：电解池是把电能转化为化学能的装置。
(2)电解池的构成条件：①有外接电源；②有与电解质溶液或熔融的电解质相连的两个电极；③形成闭合回路。
[注意] 其中与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极。阴极材料分为两类，一类为惰性电极，如石墨、Pt、Ti、Au等导体构成；另一类为活性电极，电极材料参与反应，包括Cu、Ag及比Cu、Ag活泼的金属。
(3)电极名称及电极反应式(以电解CuCl2溶液为例)
总反应方程式：CuCl2 Cu＋Cl2↑。
(4)电解池中电子和离子的移动：
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
3．在惰性电极上离子的放电顺序
(1)阴极(与电极材料无关)：
(2)阳极(与电极材料有关) ：
4．原电池和电解池的比较
装置类别
原电池
电解池
原理(能量转化)
化学能转化为电能
电能转化为化学能
举例(图)
形成条件
①两根电极(活泼性不同的两种金属或金属与非金属)
②电解质(可以是溶液也可以是熔融状态)
③构成闭合回路
④自发的氧化还原反应
①两根电极(活泼性可相同也可不同)
②电解质(可以是溶液也可以是熔融状态)
③构成闭合回路
④有外加电源
装置特征
无外加电源
有外加电源
电极名称
正极
负极
阳极
阴极
反应类型
还原反应
氧化反应
氧化反应
还原反应
是否自发进行
自发的氧化还原反应
自发或非自发的氧化还原反应
电子流向(“电子不下线”)
从负极经导线流向正极
从负极流向阴极(阳离子在阴极得电子)；
从阳极移向正极(阴离子或活泼金属在阳极失电子)
溶液中离子的移动(“离子不上线”)
阳离子移向正极；
阴离子移向负极
阳离子移向阴极；
阴离子移向阳极
[知能深化—扫盲点]
提能点(一) 用惰性电极电解电解质溶液的四种类型
类型
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解水型
含氧酸，如H2SO4
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑
增大
减小
可溶性强碱，
如NaOH
增大
活泼金属
含氧酸盐，如KNO3
不变
电解电解质型
无氧酸，如HCl
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑
减小
增大
不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑
增大
放H2生碱型
活泼金属无氧酸盐，如NaCl
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2＋Cl2↑
—
增大
放O2生酸型
不活泼金属含氧酸盐，如
CuSO4
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
总反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
—
减小
[对点练]
1．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
解析：选B AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4等随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2等随电解的进行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl电解的电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱液碱性更强，酸液酸性更强。
提能点(二) 阴、阳极的判断和电解产物的分析方法
1．阴、阳极的判断方法
根据外接电源
正极连阳极，负极连阴极
根据电流方向
从阴极流出，从阳极流入
根据电子流向
从阳极流出，从阴极流入
根据离子移向
阴离子移向阳极，阳离子移向阴极
根据电极产物
①阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；②阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)
2.电解产物的分析方法
首先明确阳极材料和溶液中存在的所有离子，然后根据如下规律分析判断。
(1)阳极：①金属活性电极：电极材料失电子，生成相应的金属阳离子；②惰性电极：溶液中的阴离子失电子，生成相应的单质或高价化合物(阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>
OH－>含氧酸根离子)。
(2)阴极：溶液中的阳离子得电子，生成相应的单质或低价化合物(阳离子放电顺序：
Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Fe2＋>Zn2＋)。
[对点练]
2．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量的Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知离子的氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )
A．阳极的电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中阳极质量减少与阴极质量增加相等
C．电解后溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
解析：选D 阳极Zn、Fe、Ni依次溶解，发生氧化反应，电极反应是Zn－2e－===
Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋，Ni－2e－===Ni2＋，A错误；阴极反应Ni2＋＋2e－===Ni，阳极减少的是Zn、Fe、Ni，阴极增加的是Ni，其质量不等，B错误；比镍不活泼的金属Cu、Pt不会失去电子溶解，故以阳极泥的形式沉积下来，在阴极只有Ni2＋得电子，电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，溶液中的离子除了Fe2＋和Zn2＋外，还有溶液中的Ni2＋，C错误，D正确。
[题点全练—过高考]
题点一 电极反应式、电解方程式的书写
1．按要求书写电极反应式和总反应式
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：
阳极反应式：__________________________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________________________；
总反应离子方程式：______________________________________________________。
(2)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：_______________________________________________。
(3)用Fe作电极电解NaCl溶液
阳极反应式：________________________________________________；
阴极反应式：______________________________________________________；
总反应化学方程式：________________________________________________________。
(4)用Fe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：_____________________________________________________。
(5)用Cu作电极电解盐酸溶液
阳极反应式：_______________________________________________；
阴极反应式：_____________________________________________________；
总反应离子方程式：__________________________________________________。
(6)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：_____________________________________________。
(7)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：__________________________________________________；
总反应离子方程式：____________________________________________。
(8)用Al单质作阳极，石墨作阴极，电解NaHCO3溶液
阳极反应式：____________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________；
总反应离子方程式：_______________________________________。
(9)用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极反应式：_____________________________________________；
阴极反应式：_______________________________________________；
总反应离子方程式：_________________________________________。
答案：(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(3)Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑
(4)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2↓
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑
(5)Cu－2e－===Cu2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
(6)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(7)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(8)2Al＋6HCO－6e－===2Al(OH)3↓＋6CO2↑
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋6HCO＋6H＋2Al(OH)3↓＋6CO2↑＋3H2↑
(9)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg
Mg2＋＋2Cl－Mg＋Cl2↑
题点二 电解原理和电解规律的考查
2．关于用惰性电极电解CuCl2溶液实验的说法错误的是( )
A．溶液中Cl－向阳极移动，Cu2＋向阴极移动
B．阳极上发生还原反应，阴极上发生氧化反应
C．阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
D．可以用湿润的KI淀粉试纸检验阳极产生的气体为Cl2
解析：选B 溶液中Cu2＋向阴极移动，Cl－向阳极移动，A正确；阴极发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极发生氧化反应：2Cl－－2e－=== Cl2↑，可以用湿润的KI淀粉试纸检验阳极产生的气体Cl2，B错误，C、D正确。
3．如图是一个石墨作电极，电解稀的Na2SO4溶液的装置，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( )
A．逸出气体的体积，A电极的小于B电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
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，充分搅拌后溶解呈中性
电解原理的应用
解析：选D A、B电极反应式分别为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，相同温度和压强下，A电极生成气体体积大于B电极，A错误；阳极上生成O2，阴极上生成H2，O2和H2都是无色无味气体，B错误；由电极反应式知，A电极附近溶液呈碱性，B电极附近溶液呈酸性，则A电极溶液呈蓝色，B电极溶液呈红色，C错误；惰性电极电解稀的Na2SO4溶液，实际是电解水，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性，D正确。
[教材基础—自热身]
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。
(2)总反应方程式
①化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离子交换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
③既能阻止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成的NaClO影响烧碱质量
2．电镀和电解精炼铜
电镀(铁制品上镀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＋、Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋
阴极
电极材料
待镀铁制品
精铜
电极反应
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
含Cu2＋的盐溶液
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
3.电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
[题点全练—过高考]
题点一 电解原理的基本应用
1．(2019·无锡模拟)H2S有剧毒，石油化工中常用以下方法处理石油炼制过程中产生的H2S废气。先将含H2S的废气(其他成分不参与反应)通入FeCl3溶液中，过滤后将滤液加入到以铁和石墨棒为电极的电解槽中电解(如图所示)，电解后的溶液可以循环利用。下列有关说法不正确的是( )
A．过滤所得到沉淀的成分为S和FeS
B．与外接电源a极相连的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋
C．与外接电源b极相连的是铁电极
D．若有0.20 mol的电子转移，得到氢气2.24 L(标准状况)
解析：选A H2S通入FeCl3溶液中，发生反应H2S＋2FeCl3===2FeCl2＋S↓＋2HCl，以铁和石墨棒为电极电解过滤后的滤液，由图可知右侧产生H2，是因为溶液中的H＋得到电子产生H2，则右侧为阴极，b极为负极，a极为正极。过滤所得到沉淀的成分为S，没有FeS，A错误；与外接电源a极相连的是阳极，由于电解后的溶液可以循环利用，则电极反应为
Fe2＋－e－===Fe3＋，B正确；与外接电源b极相连的是铁电极，C正确；若有0.20 mol的电子转移，生成0.1 mol H2，即得到氢气2.24 L(标准状况)，D正确。
2．(1)①电镀时，镀件与电源的________极连接。
②化学镀的原理是利用化学反应生成金属单质沉积在镀件表面形成镀层。若用铜盐进行化学镀铜，应选用________(填“氧化剂”或“还原剂”)与之反应。
(2)粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为__________________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________。
(3)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法中正确的是________。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(4)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_____________________________________________。
解析：(1)①电镀池中，镀件就是待镀金属制品，为阴极，与电源的负极相连；镀层金属为阳极，与电源正极相连。②要把铜从铜盐中置换出来，Cu2＋被还原，所以应加入还原剂。(2)粗铜电解精炼时，粗铜作阳极与电源正极相连，所以粗铜板是图中电极c，d是阴极，发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。(3)粗铜电解精炼时，电能不可能全部转化为化学能，a错误；粗铜作阳极与电源正极相连，发生氧化反应，b正确；溶液中的Cu2＋向阴极移动，c错误；不活泼金属Ag、Pt、Au等金属在阳极沉积，可以回收。(4)在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；在水溶液中，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。
答案：(1)①负 ②还原剂 (2)c Cu2＋＋2e－===Cu Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解质溶液中 (3)bd (4)负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
题点二 电解原理在环境治理中的应用
3．(2019·南京、盐城模拟)一种生物电化学方法脱除水体中NH的原理如图所示：
下列说法正确的是( )
A．装置工作时，化学能转变为电能
B．装置工作时，a极周围溶液pH 降低
C．装置内工作温度越高，NH脱除率一定越大
D．电极b上发生的反应之一是2NO－2e－===N2↑＋3O2↑
解析：选B 该装置是把电能转化为化学能，故A错误；a极为阳极，电极反应为NH＋2H2O－6e－===NO＋8H＋，所以a极周围溶液的pH减小，故B正确；该装置是在细菌生物作用下进行的，温度过高导致细菌死亡，NH脱除率会减小，故C错误；b极上反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O，故D错误。
4．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。
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)。
下列说法不正确的是( )
A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，乙中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少
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，将甲、乙两室合并，则电解反应总方程式发生改变
解析：选B A项，阳极电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：Ni2＋＋2e－===Ni,2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，由于丙中Ni2＋、H＋不断减少，Cl－通过阴离子膜从丙移向乙，甲中OH－不断减少，Na＋通过阳离子膜从甲移向乙，所以乙中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－放电生成Cl2，反应总方程式发生改变，正确。
题点三 电解原理在物质制备中的应用
5．H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是( )
A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%
D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L 气体
解析：选D A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应，生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%
(1)①如图所示用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。写出阳极产生ClO2的电极反应式为________________________________________________________。
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。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：_______________________________________________________。
(2)ClO2对污水中Fe2＋、Mn2＋、S2－和CN－等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN－ a mg·L－1，现用ClO2将CN－氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为______________________________________________；处理100 m3这种污水，至少需要ClO2________mol。
解析：(1)①阳极发生氧化反应，由题意可知，Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，结合电荷守恒可知，同时生成H＋，阳极电极反应式为Cl－＋2H2O－5e－===ClO2↑＋4H＋。②在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H2的物质的量为＝0.005 mol，通过阳离子交换膜的阳离子为＋1价离子，故通过交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2＝0.01 mol，电解中阴极H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，溶液的pH增大。(2)ClO2将CN－氧化，只生成两种气体，应生成N2与CO2，同时生成Cl－，反应离子方程式为2ClO2＋2CN－===N2↑＋2CO2↑＋2Cl－，100 m3废水中CN－质量＝100 m3×a g·m－3＝100a g，则CN－的物质的量为＝ mol，由方程式可知，至少需要ClO2的物质的量为 mol。
答案：(1)①Cl－＋2H2O－5e－===ClO2↑＋4H＋
②0.01 在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大
(2)2ClO2＋2CN－===N2↑＋2CO2↑＋2Cl－ (或3.85a)
多池组合及电化学计算
一、“多池组合”电池类型的判断方法
1．有外接电源电极类型的判断方法
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：
则甲为电镀池，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。
[对点练]
1．(2019·泰州模拟)如图装置中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d>b。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
解析：选D A项，当X为MgSO4溶液时，b极上生成H2，电极质量不增加，不符合题意；B项，当X为AgNO3溶液，Y为Pb(NO3)2溶液时，b极上析出Ag，d极上产生H2，不符合题意；C项，当X为FeSO4溶液，Y为Al2(SO4)3溶液时，b、d极上均产生气体，不符合题意；D项，b极上析出Cu，d极上析出Ag，依据电子守恒Cu～2Ag，则增重d极大于b极，符合题意。
2．(2019·常州模拟)如图是以甲烷和O2构成的燃料电池电解AlCl3溶液的装置，电极材料均为石墨。用该装置进行实验，反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀。下列说法正确的是( )
A．原电池中电解质溶液的pH增大
B．电解池中电解AlCl3溶液的总反应为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
C．M处通入的气体为CH4，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
D．电解池中Cl－向x极移动
解析：选C 以甲烷和O2构成的燃料电池电解AlCl3溶液，反应开始后观察到x电极附近出现白色沉淀，则x电极为阴极，a为负极，应通入CH4，b为正极，应通入O2。原电池中电解质溶液KOH参与反应被消耗，溶液的pH会减小，A错误；电解池中电解AlCl3溶液的总反应为2Al3＋＋6Cl－＋6H2O3Cl2↑＋3H2↑＋2Al(OH)3 ↓，B错误；M处通入的气体为CH4，电极反应式为CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，C正确；电解池中Cl－向阳极即y极移动，D错误。
3．(2019·无锡模拟)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是( )
A．电子的流动方向：M→Fe→CuSO4溶液→Cu→N
B．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋16OH－－16e－===2CO2↑＋N2↑＋12H2O
C．当N极消耗5.6 L O2时，则铁极增重32 g
D．一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变
解析：选D 根据甲中N极上O2转化为H2O，O2发生还原反应知N极为正极，M极为负极，故电子的流动方向为M→Fe、Cu→N，电子不能通过电解质溶液，A项错误；根据乙二胺被氧化为环境友好物质，推知乙二胺转化为CO2、N2，故M极电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，B项错误；N极上发生反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，Fe极上发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，根据各电极上通过电荷量(或转移电子数)相等，可得关系式：O2～2Cu，当N极消耗标准状况下5.6 L O2时，铁极增加的质量为×2×64 g·mol－1＝32 g，但题中没有说明O2所处的状况，C项错误；乙中Cu为阳极，Fe为阴极，原理为铁上镀铜，CuSO4溶液浓度基本保持不变，D项正确。
二、电化学计算
1．原则
电化学的反应是氧化还原反应，各电极上转移电子的物质的量相等，无论是单一电池还是串联电解池，均可抓住电子守恒计算。
2．关键
(1)电极名称要区分清楚。
(2)电极产物要判断准确。
(3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。
3．计算方法
(1)根据电子守恒计算
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。
如图所示：图中装置甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2 mol 电子转移，则Zn极溶解 g，Cu极上析出H22.24 L(标准状况)，Pt极上析出 Cl2 mol，C极上析出Cu g。甲池中H＋被还原，生成ZnSO4，溶液pH变大；乙池是电解CuCl2，由于Cu2＋浓度的减小使溶液pH微弱增大，电解后再加入适量CuCl2固体可使溶液复原。
(2)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。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律关系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。
[注意] 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。
[对点练]
4．500 mL NaNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.3 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到气体1.12 L(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(Na＋)＝0.2 mol·L－1
B．电解后溶液中c(H＋)＝0.2 mol·L－1
C．上述电解过程中共转移0.4 mol电子
D．电解后得到的Cu的物质的量为0.1 mol
解析：选B 阳极离子放电能力：OH－>NO，根据题给信息，阳极一定是OH－放电，生成0.05 mol O2，转移0.2 mol电子；阴极离子放电能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放电，然后是H＋放电，阴极生成0.05 mol H2时，转移0.1 mol电子，根据得失电子守恒知，Cu2＋得到0.1 mol电子，n(Cu2＋)＝0.05 mol，所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝0.05 mol，n(NO)＝0.3 mol·L－1×0.5 L＝0.15 mol，n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝＝0.1 mol·L－1，A项错误；结合以上分析及电解总方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋
2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，电解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 mol·L－1，B项正确，D项错误；上述电解过程中共转移0.2 mol电子，C项错误。
5．1 L 1 mol·L－1的AgNO3溶液在以银为阳极，铁为阴极的电解槽中电解，当阴极增重2.16 g时，下列判断不正确的是( )
A．溶液浓度仍为1 mol·L－1
B．阳极上产生112 mL O2(标准状况)
C．转移的电子数是1.204×1022
D．反应中有0.02 mol金属被氧化
解析：选B 该过程是在铁上镀银，电镀过程中，溶液的浓度不变，A正确；阳极反应为Ag－e－===Ag＋，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag，阳极上无氧气生成，B错误；2.16 g Ag的物质的量为0.02 mol，阳极有0.02 mol银被氧化，转移的电子数是1.204×1022，C、D均正确。
6．将1 L一定浓度的CuSO4溶液，用a、b两个石墨电极电解，当a极上产生22.4 L(标准状况下)气体时，b极上只有固体析出。然后将a、b两极反接，继续通直流电，b极上又产生22.4 L(标准状况下)气体，溶液质量共减少227 g。
(1)a极上产生22.4 L(标准状况下)气体时，b极增加的质量为________。
(2)原溶液中CuSO4的物质的量浓度为________。
解析：(1)电解方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑。a极即阳极上产生O2：m(O2)＝×32 g·mol－1＝32 g，b极即阴极质量增加的是生成Cu的质量：m(Cu)＝2n(O2)×M(Cu)＝2××64 g·mol－1＝128 g，溶液质量减少160 g。
(2)电源反接后，b为阳极，Cu先放电，然后OH－放电，a为阴极，Cu2＋先放电，然后H＋放电。电解过程可分为三个阶段：①电镀铜，此阶段溶液质量变化Δm1＝0。②电解CuSO4溶液：
2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
2 2 1
2n1(O2) 2n1(O2) n1(O2)
此阶段，溶液质量减少160n1(O2)g。
③电解H2SO4溶液，其本质是电解水：
2H2O电解,2H2 ＋ O2↑
2 2 1
2n2(O2) 2n2(O2) n2(O2)
此阶段，溶液质量减少36n2(O2)g。
则有
解得：n1(O2)＝0.25 mol，n2(O2)＝0.75 mol，所以原溶液中c(CuSO4)＝＝2.5 mol·L－1。
答案：(1)128 g (2)2.5 mol·L－1
金属的腐蚀与防护
[教材基础—自热身]
1．金属的腐蚀
(1)金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变成金属阳离子，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
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
联系
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重
②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
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
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
[注意] 活动性弱于氢(H)的金属(如铜)只能发生吸氧腐蚀，不能发生析氧腐蚀。
2．金属的防护
(1)电化学防护
牺牲阳极的阴极保护法——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
如在船只的螺旋桨附近的船体上镶嵌锌块或镁块
外加电流的阴极保护法——电解原理
阴极：被保护的金属设备
阳极：惰性电极
如将大型水坝船阀与直流电源负极相连接
(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。
[题点全练—过高考]
题点一 金属的腐蚀
1．如图所示，各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( )
A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
解析：选C ①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢；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，故FeCu 原电池中Fe被腐蚀的较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀；⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
2．为探究钢铁的吸氧腐蚀原理设计了如图所示的装置，下列有关说法中错误的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．将石墨电极改成Mg电极，难以观察到铁锈生成
C．若向自来水中加入少量NaCl(s)，可较快地看到铁锈
D．分别向铁、石墨电极附近吹入O2，前者铁锈出现得快
解析：选D Fe是负极，失电子被氧化成Fe2＋，在正极O2得电子发生还原反应生成OH－，故将O2吹向石墨电极的腐蚀速率比吹向铁电极快；向自来水中加入NaCl(s)，可使电解质溶液的导电能力增强，加快腐蚀速率；但若将石墨电极换成Mg电极，则负极为Mg，Fe被保护，难以看到铁生锈。
[规律方法] 判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀>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，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(浓度相同)。
(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。
(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。
(5)纯度越高的金属，腐蚀速率越慢。
(6)不纯的金属或合金，在潮湿的空气中腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气的条件下的腐蚀速率。
题点二 金属的防护
3．下列有关金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A．钢铁在弱碱性条件下发生电化学腐蚀的正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用
C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法
D．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护它不受腐蚀
解析：选B 弱碱性条件下，钢铁发生吸氧腐蚀，A正确；当镀层破损时，Sn、Fe可形成原电池，Fe作负极，加快了Fe的腐蚀，B错误；Fe、Zn、海水形成原电池，Zn失去电子作负极，从而保护了Fe，C正确；采用外加电流的阴极保护法时，被保护金属与直流电源的负极相连，D正确。
4．(2018·北京高考)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)。
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
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
解析：选D 实验②中加入K3[Fe(CN)6]，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe(CN)6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。
[课堂真题集训—明考向]
1．(2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：选C 依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于零，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。
2．(2017·全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：选C 利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。
3．(2017·海南高考)一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H＋。下列叙述错误的是( )
A．Pd电极b为阴极
B．阴极的反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3
C．H＋由阳极向阴极迁移
D．陶瓷可以隔离N2和H2
解析：选A 此装置为电解池，总反应式是N2＋3H2===2NH3，Pd电极b上是氢气发生氧化反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B说法正确；根据电解池的原理，阳离子在阴极上放电，即由阳极移向阴极，故C说法正确；根据装置图，陶瓷可以隔离N2和H2，故D说法正确。
4．(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
解析：选B A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小；B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4；C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高；D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。
5．(2016·北京高考)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析：选B 根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成Cu2＋，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。
6．(1)(2018·江苏高考节选)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：________________________________________________________________________。
(2)(2017·江苏高考节选)①电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________________________________________________。
②电解Na2CO3溶液，原理如下图所示。阳极的电极反应式为__________________________，阴极产生的物质A的化学式为__________。
解析：(1)由题给信息可知，反应物为HNO2(弱酸)，生成物为HNO3，因此阳极反应式为HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO。(2)①电解Al2O3时阳极上生成O2，O2会氧化石墨。②阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。
答案：(1)HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO
(2)①石墨电极被阳极上产生的O2氧化
②4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
7．(2016·天津高考节选)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。
(1)电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在__________(填“阴极室”或“阳极室”)。
(2)电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是
________________________________________________________________________。
(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_________________________________________________。
解析：(1)根据电解总反应：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，考虑到FeO易被H2还原，所以应该使用阳离子交换膜防止FeO、H2接触，则阳极室消耗OH－且无补充，故c(OH－)降低。(2)结合题给信息“Na2FeO4易被氢气还原”知，阴极产生的氢气不能接触到Na2FeO4，故需及时排出。(3)图示中随着c(NaOH)增大，c(Na2FeO4)先增大后减小，结合已知信息“Na2FeO4只在强碱性条件下稳定”知，M点c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)低，反应速率小且Na2FeO4稳定性差。结合已知信息“若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质”知，N点 c(Na2FeO4)低的原因是c(OH－)过高，铁电极上产生Fe(OH)3或Fe2O3，使Na2FeO4产率降低。
答案：(1)阳极室 (2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低 (3)M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；
N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低
8．(2014·全国卷Ⅰ节选)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：
H3PO2可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如下图所示(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________________________。
解析：(1)阳极为水电离出的OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2。(3)在阳极区H2PO或H3PO2可能失电子发生氧化反应，即生成物中会混有PO。
答案：(1)2H2O－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 (3)PO H2PO或H3PO2被氧化
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