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(新高考)高考化学一轮复习课时练习第6章第3讲电解池金属的腐蚀与防护(含解析)
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这是一份(新高考)高考化学一轮复习课时练习第6章第3讲电解池金属的腐蚀与防护(含解析)，共33页。试卷主要包含了电解原理，电解原理的应用，金属的腐蚀和防护等内容，欢迎下载使用。
第3讲 电解池 金属的腐蚀与防护
课 程 标 准
知 识 建 构
1.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
2．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
3．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。了解防止金属腐蚀的措施。
一、电解原理
1．电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①外接电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)以惰性电极电解CuCl2溶液为例分析
(2)电解过程的三个流向
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→电源的正极；
②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池的阳极。
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。
3．电极反应式、电解方程式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序：
阴极：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。
阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。
4．惰性电极电解电解质溶液的情况分析
(1)电解溶剂水
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
电解质
溶液复原
含氧酸，如H2SO4
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑
增大
减小
加水
可溶性强碱，如NaOH
增大
活泼金属含氧酸盐，如KNO3
不变
(2)电解溶质
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
电解质
溶液
复原
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
通入
HCl
气体
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↑
加入
CuCl2
固体
(3)电解溶质和溶剂水，生成H2和碱：
电解质
(水溶液)
电极反应式及总反应式
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：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
电解质
增大
通入
HCl
气体
(4)电解溶质和溶剂水，生成O2和酸
电解质
(水溶液)
电极反应式
及总反应式
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：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加CuO
或CuCO3
【诊断1】 判断下列说法是否正确，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)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( )
(3)电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极( )
(4)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大( )
(5)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
二、电解原理的应用
1．氯碱工业
(1)装置图示(离子交换膜电解槽)
(2)电极反应式、总反应方程式
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)
总反应方程式：
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2．电镀与电解精炼铜
电镀
电解精炼铜
示意图
电极
反应
阳极
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋，
Cu－2e－===Cu2＋
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
CuSO4溶液的浓度变小
3.电冶金
电解冶炼
冶炼钠
冶炼铝
电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
总反应
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)活泼金属镁可以通过电解MgCl2溶液冶炼 ( )
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料( )
(3)电解冶炼镁、铝通常电解熔融MgCl2和熔融Al2O3，也可以电解MgO固体和AlCl3溶液( )
(4)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2溶液作电解质溶液，由于放电顺序H＋＞Zn2＋，不可能在铁上镀锌( )
(6)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
三、金属的腐蚀和防护
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)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
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
(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。
【诊断3】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)金属发生腐蚀就是金属得电子转变为金属化合物的过程( )
(2)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋( )
(3)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
(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)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性( )
(6)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀( )
(7)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
考点一 电解原理分析
【典例1】 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
答案 A
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2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H2O＋2e－===2OH－＋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)，可得，电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。
电化学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用于混合溶液中分阶段电解的计算。
(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。
【对点练1】 (电解原理分析)(2020·福建福州市高三期末)某研究小组在探究电化学原理时，如图将盐桥换成n型弯铁丝，当接通直流电源后，石墨①附近溶液变红。下列判断或预测错误的是( )
A．A为电源的负极
B．铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀
C．电子移动方向为：A→石墨①→铁丝→石墨②→B
D．石墨棒②电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
答案 C
解析 盐桥换成n型弯铁丝，当接通直流电源后，石墨①附近溶液变红，说明石墨①是阴极，A为负极，B为正极，石墨②为阳极，故A正确；铁丝左端③为阳极，Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与阴极产生的OH－结合生成Fe(OH)2，很快被氧化呈灰绿色，铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀，故B正确；电子不能在溶液中移动，故C错误；石墨棒②为阳极，氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故D正确。
【对点练2】 (电子守恒在电解计算的应用)以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4 g红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是( )
A．a为铅蓄电池的负极
B．电解过程中SO向右侧移动
C．电解结束时，左侧溶液质量增重8 g
D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
答案 C
解析 Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，当有6.4 g Cu析出时，转移0.2 mol e－，左侧生成1.6 g O2，同时有0.1 mol (9.6 g) SO进入左侧，则左侧质量净增加9.6 g－1.6 g＝8 g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，D错误。
(1)分析电解过程的思维流程
(2)做到“三看”，正确书写电极反应式
考点二 电解原理的拓展应用
【典例2】 (2020·湖北黄冈中学高三测试)一种生物电化学方法脱除水体中NH的原理如下图所示：
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↑
答案 B
解析 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，所以温度过高，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。
【对点练3】 (新物质的制备)(2020·陕西榆林市高三一模)利用电解法制取 Na2FeO4 的装置图如图所示，下列说法正确的是(电解过程中温度保持不变，溶液体积变化忽略不计)( )
A．Y是外接电源的正极，Fe电极上发生还原反应
B．Ni 电极上发生的电极反应为：2H2O－4e－=== O2↑＋4H＋
C．若隔膜为阴离子交换膜，则电解过程中OH－由B室进入A室
D．电解后，撤去隔膜，充分混合，电解液的pH比原来小
答案 D
解析 铁电极为阳极，Y接电源的正极，铁电极上发生失电子的氧化反应：Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，故A错误；镍电极为阴极，X接电源的负极，镍电极上发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B错误；在电解池装置中，阴离子向阳极移动，OH－由A室进入B室，故C错误；总反应为2Fe＋2OH－＋2H2O===FeO＋3H2↑，由于反应消耗OH－，电解液中OH－浓度降低，pH比原来小，故D正确。
【对点练4】 (电解精炼的拓展应用)金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )
A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
答案 D
解析 电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可知，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和水中的H＋，C项错误。
【对点练5】 (电冶金的拓展应用)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2—CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中不正确的是( )
A．将熔融CaF2—CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
B．阳极的电极反应式为：C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不变
D．石墨为阳极
答案 A
解析 电解Ca(NO3)2溶液，阴极上生成H2，而不是金属钙，A错误；由图可知，石墨为阳极，阳极上的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B、D正确；钛网电极是阴极，阴极上的电极反应式为：2Ca2＋＋4e－===2Ca，钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，由电子守恒、钙原子守恒知CaO的总量不变，C正确。
考点三 金属的腐蚀原理及防护措施
【典例3】 (2020·贵州贵阳摸底)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀
C．铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
答案 D
解析 结合题图知Fe失电子，化合价升高，被氧化，A项错误；铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。
【对点练6】 (金属腐蚀与防护)(2020·湖北四地七校期末)下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是( )
A．牺牲阳极的阴极保护法利用电解原理
B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂
C．外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零
D．铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑
答案 C
解析 牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理，用较活泼的金属作负极先被氧化，故A错误；金属的化学腐蚀的实质是：金属作还原剂M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂，故B错误；外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零，故C正确；铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，铜作负极，碳正极的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故D错误。
【对点练7】 (金属腐蚀防护的探究)(2020·怀化高三月考)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是( )
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应
C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
答案 B
解析 若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极被氧化，D项正确。
【对点练8】 (金属腐蚀的快慢)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________。
答案 ⑤④②①③⑥
解析 ②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn，故Fe－Cu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的速率由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。
金属腐蚀快慢的判断
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
1．(2020·课标全国Ⅱ，12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是( )
A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为：WO3＋xAg===AgxWO3
答案 C
解析 根据题图可知，该装置为电解池，由通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可知Ag为该电解池的阳极，透明导电层为该电解池的阴极，结合题给信息可写出阳极和阴极的电极反应式分别为Ag－e－===Ag＋和xAg＋＋WO3＋xe－===AgxWO3。根据上述分析可知Ag为阳极，A项正确；电解池工作时，Ag＋向阴极移动，即Ag＋由银电极向变色层迁移，B项正确；结合上述分析可知WO3在阴极发生还原反应，即W元素的化合价降低，C项错误；结合阳极和阴极的电极反应式可写出总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，D项正确。
2.(2020·山东学业水平等级考试，13)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
答案 D
解析 结合题图，可知a极上产生O2，发生的反应为水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，电极反应式如表：
电极名称
电极反应式
a极(阳极)
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
b极(阴极)
2H＋＋O2＋2e－===H2O2
结合上述分析可知，A项正确；电解一段时间后，溶液中H＋浓度未变，即阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H＋通过质子交换膜，从a极区向b极区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。
3.(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如图，下列说法不正确的是( )
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出
D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
答案 D
解析 电解池的阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，所以电极A为阳极，故A项正确；在电极B上有水电离的H＋放电生成H2，这一极区域c(OH－)增大，为防止阳极生成的氯气与OH－反应，所以用阳离子交换膜隔开，允许Na＋透过，饱和NaCl溶液从a处进入，NaOH溶液从d处流出，故B项、C项正确；因用阳离子交换膜隔开，OH－ 不能透过，故D项错误。答案选D。
4．(2020·7月浙江选考，21)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是( )
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
答案 A
解析 CO2可与NaOH反应，故电解后不能得到CO2，A项错误；阳极发生失电子的氧化反应，B项正确；阴极得电子，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C项正确；根据电解RCOONa的NaOH溶液生成R—R可知，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液，CH3—、CH3CH2—可结合成乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。
5.(2019·江苏化学，10)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
答案 C
解析 A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还可转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；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。
6．(2020·北京卷)电化学制备H2O2的方法。
已知反应2H2O2===2H2O＋O2↑能自发进行，反向不能自发进行，通过电解可以实现由H2O和O2为原料制备H2O2，如图为制备装置示意图。
①a极的电极反应式是________________________________________。
②下列说法正确的是________。
A．该装置可以实现电能转化为化学能
B．电极b连接电源负极
C．该方法相较于早期制备方法具有原料廉价，对环境友好等优点
答案 ①O2＋2H＋＋2e－===H2O2 ②AC
解析 ①a为阴极，a极的电极反应式是O2＋2H＋＋2e－===H2O2；②A.根据图示，该装置有电源，属于电解池，电解池是将电能转化为化学能的装置，故A正确；B.电极b为阳极，电解池阳极与电源正极连接，故B错误；C.该装置的总反应为2H2O＋O2===2H2O2，根据反应可知，制取双氧水的原料为氧气和水，来源广泛，原料廉价，对环境友好等优点，故C正确。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．下列现象与电化学腐蚀无关的是( )
A．生铁比纯铁易生锈
B．纯银饰品久置表面变暗
C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿
D．与铜管连接的铁管易生锈
答案 B
解析 A项，生铁能够构成原电池，所以比纯铁易生锈；B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关；C项，铜锌合金能构成原电池，锌做负极被氧化，铜被保护不易腐蚀；D项，铜管与铁管连接构成原电池，铁做负极，易被腐蚀。
2．下列描述不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝时用铁做阳极
B．电解法精炼粗铜时用纯铜做阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱时用涂镍碳钢网做阴极
D．在镀件上电镀锌时用锌做阳极
答案 A
解析 铁做阳极时，铁发生氧化反应生成Fe2＋，在阴极析出使铝不纯。
3．(2020·天津市实验中学高三模拟)以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
答案 D
解析 以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
4．(2020·河北保定市高三期末)用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有( )
①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
③2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
④2H2O2H2↑＋O2↑
A．①②③ B．①②④
C．②③④ D．②④
答案 C
解析 用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积之比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，n(CuSO4)＝1 mol，则n(NaCl)＝3 mol，n(CuSO4)＝n(Cu2＋)＝1 mol，n(NaCl)＝n(Cl－)＝3 mol。第一阶段：阳极上Cl－放电、阴极上Cu2＋放电，当铜离子完全反应时消耗2 mol Cl－，所以还剩余1 mol Cl－，此时发生的电解反应式为②；第二阶段：阳极上Cl－放电，阴极上H2O放电，当Cl－完全反应前，发生的电解反应式为③；第三阶段：电解Na2SO4和NaOH的混合溶液，发生的电解反应式为④；故合理选项是C。
5．(2020·山东等级模拟考)工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8。电解时，阴极材料为Pb；阳极(铂电极)电极反应式为2HSO－2e－===S2O＋2H＋。下列说法正确的是( )
A．阴极电极反应式为Pb＋HSO－2e－===PbSO4＋H＋
B．阳极反应中S的化合价升高
C．S2O中既存在非极性键又存在极性键
D．可以用铜电极作阳极
答案 C
解析 A选项，阴极发生还原反应；B选项，S2O的结构为，S为＋6价，O为－2、－1价；D选项，若用铜作阳极则铜被氧化而溶解。
6．某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如下装置(图a)。图a的铁棒末段分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝胶上，一段时间后发现凝胶的某些区域发生了变化(图b)。下列说法错误的是( )
A．甲区发生的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
B．乙区产生Zn2＋
C．丙区呈现红色
D．丁区呈现蓝色
答案 A
解析 图a中为两种情况的吸氧腐蚀。锌比铁活泼，锌为负极：Zn－2e－===Zn2＋，铁为正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A项错误、B项正确；铁比铜活泼，铁为负极，生成的Fe2＋与[Fe(CN)6]3－结合产生蓝色沉淀，铜电极产生OH－，丙区遇酚酞变红色，C、D项正确。
7．(2021·江西南昌高三摸底)利用质子传导型固体氧化物电解池将乙烷转化为乙烯，示意图如图。下列说法正确的是( )
A．电极a与电源的负极相连
B．固体电解质中质子向a极移动
C．电极b的电极反应式是CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O
D．电路中每通过2 mol电子时理论上可产生22.4 L乙烯
答案 C
解析 由题图可知，a极发生氧化反应，a为阳极，电极反应式为C2H6－2e－===C2H4＋2H＋，b极为阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O。C2H6→C2H4，C的化合价升高，发生氧化反应，故电极a为阳极，与电源的正极相连，A项错误；电解池中阳离子向阴极移动，即质子向b极移动，B项错误；未指明标准状况，无法求得乙烯的体积，D项错误。
8．普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极a为粗铜，电极b为精铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
答案 D
解析 由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol铜，其质量为32 g，D项正确。
9．实验室可以用苯乙酮间接电氧化法合成苯甲酸，原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．这个装置是将电能转化为化学能
B．阴极反应是2H＋＋2e－===H2↑
C．阳极I－失去电子后的产物与OH－反应的离子方程式为I2＋2OH－===I－＋IO－＋H2O
D．此装置需要定期向电解质溶液中添加KI溶液
答案 D
解析 A．根据装置图可知，该装置为电解池，将电能转化为化学能，故A正确；B.根据装置图可知，右边电极为阴极，氢离子得电子发生还原反应，反应是2H＋＋2e－===H2↑，故B正确；C.左边电极为电解池的阳极，I－失电子发生氧化反应，电极反应式是2I－－2e－===I2，所以阳极I－失去电子后的产物与OH－反应的离子方程式为I2＋2OH－===I－＋IO－＋H2O，故C正确；D.根据装置图可知，碘离子循环利用，不需要定期向电解质溶液中添加KI溶液，故D不正确。
10.国际自然保护联盟(IUCN)发表的研究显示，如果温室气体排放维持现状不受监管，到本世纪末，46个列入世界自然遗产的冰川中，有近半将消失。如图所示电解装置可将CO2转化为乙烯，减少温室气体的排放，该装置的电解质溶液为强酸性水溶液，电极材料为惰性电极。下列有关说法正确的是( )
A．a为电池的正极
B．电解过程中H＋移向阳极
C．反应前后溶液的pH保持不变
D．阴极反应式：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
答案 D
解析 二氧化碳得电子生成乙烯，为阴极反应，所以a为电池的负极，A错误；电解过程中H＋移向阴极，B错误；阴极二氧化碳得电子生成乙烯，阳极氢氧根失电子放出氧气，总反应为2CO2＋2H2O===C2H4＋3O2，消耗水，H＋浓度增大，pH减小，C错误；D正确。
11．(2020·陕西咸阳市高三二检)碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。电化学法合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．石墨Ⅰ与直流电源正极相连
B．H＋由石墨Ⅱ通过质子交换膜向石墨Ⅰ移动
C．石墨Ⅰ上发生的电极反应为2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋
D．电解过程中，阴极和阳极消耗气体的物质的量之比为1∶2
答案 B
解析 该装置有外接电源，是电解池，由图可知甲醇和一氧化碳发生氧化反应生成碳酸二甲酯，则电极石墨Ⅰ为阳极，阳极反应为2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋，电极石墨Ⅱ为阴极，阳极产生的氢离子通过质子交换膜移向阴极，氧气在阴极得电子与氢离子反应生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。石墨Ⅰ为阳极，与直流电源正极相连，故A正确；电解池工作时，H＋由石墨Ⅰ通过质子交换膜向石墨Ⅱ移动，故B错误；石墨Ⅰ上电极反应为2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋，故C正确；常温常压下甲醇是液体，CO是气体，电解池工作时转移电子守恒，根据关系式2CO～4e－～O2可知，阴极消耗的氧气与阳极消耗的一氧化碳物质的量之比为1∶2，故D正确。
12．(2020·烟台模拟)我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)。下列说法不正确的是( )
A．b电极反应式为R＋2H＋＋2e－===H2R
B．电池工作时，负极区要保持呈酸性
C．工作一段时间后，正极区的pH变大
D．若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液pH约为1
答案 C
解析 A．b电极为正极，b电极发生：R＋2H＋＋2e－===H2R，故A正确；B.a电极发生：Fe2＋－e－===Fe3＋，a电极为负极，左侧还发生：2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S＋2H＋，生成氢离子，所以电池工作时，负极区要保持呈酸性，故B正确；C.氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极区的pH基本不变，故C错误；D.右侧发生反应：O2＋H2R===R＋H2O2，b电极发生：R＋2H＋＋2e－===H2R，消耗2 mol电子对应1 mol氧气，n(O2)＝＝0.005 mol，转移电子0.01 mol，由电解总方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋知，生成氢离子0.01 mol，c(H＋)＝＝0.1 mol/L，则电解后的CuSO4溶液pH约为1，故D正确。
二、非选择题(本题包括3小题)
13．(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图甲所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应式：
______________________________________________________________。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解，则通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为________ mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：_______________________________________。
(2)钢铁锈蚀的原理如图乙所示。用箭头表示出图乙中电子的运动方向；请分析高铁铁轨锈蚀的原因：___________________________________________。
答案 (1)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
②0.01 在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大
(2)
潮湿的空气与铁轨中的铁和碳构成原电池，铁为负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；潮湿的空气作为电解质，因电解质中有H2CO3，电离出氢离子，2H＋＋2e－===H2↑，发生析氢腐蚀；电解质中又溶有氧气，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，发生吸氧腐蚀
解析 (1)①由题意可知，阳极上Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成H＋，阳极的电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。②在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，生成氢气的物质的量为＝0.005 mol，通过阳离子交换膜的阳离子为＋1价离子，所以通过交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2＝0.01 mol；电解时阴极附近H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，溶液的pH增大。(2)钢铁的主要成分为铁和碳，与电解质溶液构成原电池，铁为负极，碳为正极，电子由负极流向正极。高铁铁轨锈蚀的原因是潮湿的空气与铁轨中的铁和碳构成了原电池，铁为负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；潮湿的空气作为电解质，因电解质中有H2CO3，电离出氢离子，2H＋＋2e－===H2↑，发生析氢腐蚀；电解质中又溶有氧气，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，发生吸氧腐蚀。
14．(2020·河南三门峡市高三一模)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2O废水，如下图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的________极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为____________________________________________________________________。
(2)工作时，甲池内的NO向________极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为________。
(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为___________________________________________________________________。
(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则电路中至少转移了________mol电子。
答案 (1)正 NO2＋NO－e－===N2O5
(2)石墨Ⅰ 1∶4 (3)Fe－2e－===Fe2＋ (4)0.12
解析 (1)根据图示知，甲池为燃料电池，电池工作时，石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5，发生氧化反应，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5；石墨Ⅱ是电池的正极，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2N2O5===4NO。(2)电池工作时，电解质中阴离子移向负极，即甲池内的NO向石墨Ⅰ极移动；根据，两极的电极反应式NO2＋NO－e－===N2O5、O2＋4e－＋2N2O5===4NO，利用电子守恒可知，在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为1∶4。(3)乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。(4)根据反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O知，若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则参加反应的Fe2＋为0.06 mol，根据电极反应：Fe－2e－===Fe2＋知，电路中至少转移了0.12 mol电子。
微专题23 离子交换膜在电化学中的应用
1．常见的离子交换膜
离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。
2．离子交换膜的作用
(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。
3．离子交换膜的类型
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子
交换膜
阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极
阴离子和气体不能通过
阴离子
交换膜
阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极
阳离子和气体不能通过
质子
交换膜
质子→移向电解池的阴极或原电池的正极
只允许H＋通过
4.思维建模
[示例]
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
[思维模板]
①弄清是原电池还是电解池，判断电极
有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极
②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类
Na＋→通过ab→阴极⇒ab是阳离子交换膜
SO→通过cd→阳极⇒cd是阴离子交换膜
③根据放电顺序写出电极反应式
阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋＞Na＋，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－＞SO，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；
阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。
类型一 通过电解利用交换膜除杂
【典例1】 (2021·1月重庆市学业水平选择考适应性测试，10)双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是( )
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br－可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 D
解析 阴极，水中H＋放电，双极膜中水解离生成的H＋移向阴极区，OH－移向交换室1，与NaBr溶液中通过阳离子交换膜进入交换室1的Na＋组成NaOH溶液，出口1为Na2SO4溶液，出口2为NaOH溶液，同理，阳极，水中OH－放电，双极膜中的OH－移向阳极，H＋移向交换室2，与通过阴离子交换膜进入交换室2的Br－组成HBr，出口4产物为HBr溶液，出口5为Na2SO4溶液。A项，Br－无法通过阳离子交换膜，错误；B项，出口5产物为Na2SO4，错误；C项，Br－不能通过双极膜中的阳离子交换膜，错误。
类型二 通过电解利用交换膜制备物质
【典例2】 高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )
A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循环利用
C．离子交换膜a是阳离子交换膜
D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有2 mol H2生成
答案 D
解析 A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，正确；D项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol H2生成，错误。
1.(2021·1月辽宁普高校招生考试适应性测试，13) Hg－Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg－Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是( )
A.K2SO4溶液可用CCl4代替
B.Hg－Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋SO
C.若把Cu－CuSO4体系换作Zn－ZnSO4体系，电压表的示数变大
D.微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
答案 C
解析 CCl4为非电解质，不能导电，因此不能用CCl4代替K2SO4溶液，A错误；由上述分析可知，Hg－Hg2SO4电极为正极，其电极反应式：Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SO，B错误；由于Cu－CuSO4体系是电池的负极，失去电子发生氧化反应，若换成更加活泼的Zn－ZnSO4体系，更容易失去电子，电压表的示数变大，C正确；微孔瓷片起到便于离子通过，而阻隔溶液通过的作用，D错误。
2．(2020·安徽示范名校联考)某电池研究员使用锂－磺酰氯(Li－SO2Cl2)电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。下列说法错误的是( )
A．电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
B．电池的e极连接电解池的h极
C．膜a是阳离子交换膜，膜c是阴离子交换膜
D．电解池中不锈钢电极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
答案 C
解析 在锂－磺酰氯电池中，Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，C为正极，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑；在电解池中，不锈钢为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，镍为阳极，电极反应式为Ni－2e－===Ni2＋。由已知电池反应可知C电极为正极，发生还原反应，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑，A项正确；由题目信息可知镍应作电解池的阳极，与外接电源的正极相连，不锈钢作电解池的阴极，与外接电源的负极相连，故电池的e极连接电解池的h极，B项正确；Ⅱ室为产品室，故阳极上Ni失去电子生成的Ni2＋通过膜a进入产品室，Ⅲ室中的H2PO通过膜b进入产品室，与Ni2＋形成Ni(H2PO2)2，故膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，膜c应为阳离子交换膜，以防Ⅳ室的OH－通过膜c进入Ⅲ室与NaH2PO2反应消耗原料，同时Na＋通过膜c进入Ⅳ室可制备浓氢氧化钠溶液，C项错误；由图像分析可知，D项正确。
3．(2020·河北衡水中学高三联考)一种浓差电池如下图所示，阴、阳离子交换膜交替放置，中间的间隔交替充以河水和海水，选择性透过Cl－和Na＋，在两电极板形成电势差，进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法错误的是( )
A．a电极为电池的正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜
C．阳极(负极)隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持
D．该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，电极产物也没有经济价值
答案 D
解析 A项，b电极电子流出，b为电池的负极，a电极为电池的正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，钠离子向a电极方向移动，氯离子向b电极方向移动，所以A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，正确；C项，阳极(负极)隔室中氯离子放电产生氯气，保持溶液中的电荷守恒，正确；D项，电极产物是化工产品，有较高经济价值，错误。
4．(2021·湖南汨罗市高三检测)处理烟气中的SO2可以采用碱吸——电解法，其流程如图1；模拟过程Ⅱ如图2，下列推断正确的是( )
图1
图2
A．膜1为阴离子交换膜，膜2为阳离子交换膜
B．若用锌锰碱性电池为电源，a极与锌极相连
C．a极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D．若收集22.4 L的P(标准状况下)，则转移4 mol电子
答案 B
解析 由图1可知，氢氧化钠溶液与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钠溶液，电解亚硫酸钠溶液制得氢氧化钠溶液和硫酸，制得的氢氧化钠溶液可以循环使用；由图2可知，电解Na2SO3溶液时，亚硫酸根通过阴离子交换膜进入右室，在b极上失电子发生氧化反应生成硫酸根，SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋，则b极为阳极，与电源正极相连，左室中，水在a极得电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，溶液中OH－浓度增大，Na＋离子通过阳离子交换膜进入左室，则a极为阴极，与电源负极相连，则膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜，故A错误；a极为阴极，与锌锰碱性电池的负极锌极相连，故B正确；a极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故C错误；由阴极电极反应式可知，若收集标准状况下22.4 L H2，转移2 mol电子，故D错误。
第3讲 电解池 金属的腐蚀与防护
课 程 标 准
知 识 建 构
1.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
2．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
3．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害。了解防止金属腐蚀的措施。
一、电解原理
1．电解和电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①外接电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)以惰性电极电解CuCl2溶液为例分析
(2)电解过程的三个流向
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→电源的正极；
②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池的阳极。
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。
3．电极反应式、电解方程式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序：
阴极：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。
阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。
4．惰性电极电解电解质溶液的情况分析
(1)电解溶剂水
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
电解质
溶液复原
含氧酸，如H2SO4
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑
增大
减小
加水
可溶性强碱，如NaOH
增大
活泼金属含氧酸盐，如KNO3
不变
(2)电解溶质
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
电解质
溶液
复原
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
通入
HCl
气体
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↑
加入
CuCl2
固体
(3)电解溶质和溶剂水，生成H2和碱：
电解质
(水溶液)
电极反应式及总反应式
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：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
电解质
增大
通入
HCl
气体
(4)电解溶质和溶剂水，生成O2和酸
电解质
(水溶液)
电极反应式
及总反应式
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：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加CuO
或CuCO3
【诊断1】 判断下列说法是否正确，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)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( )
(3)电解时，电子的移动方向为：电源负极→阴极→阳极→电源正极( )
(4)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大( )
(5)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况( )
答案 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)×
二、电解原理的应用
1．氯碱工业
(1)装置图示(离子交换膜电解槽)
(2)电极反应式、总反应方程式
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)
总反应方程式：
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2．电镀与电解精炼铜
电镀
电解精炼铜
示意图
电极
反应
阳极
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋，
Cu－2e－===Cu2＋
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
CuSO4溶液的浓度变小
3.电冶金
电解冶炼
冶炼钠
冶炼铝
电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
总反应
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
【诊断2】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)活泼金属镁可以通过电解MgCl2溶液冶炼 ( )
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料( )
(3)电解冶炼镁、铝通常电解熔融MgCl2和熔融Al2O3，也可以电解MgO固体和AlCl3溶液( )
(4)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2溶液作电解质溶液，由于放电顺序H＋＞Zn2＋，不可能在铁上镀锌( )
(6)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)×
三、金属的腐蚀和防护
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)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
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
(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。
【诊断3】 判断下列说法是否正确，正确的打√，错误的打×。
(1)金属发生腐蚀就是金属得电子转变为金属化合物的过程( )
(2)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋( )
(3)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
(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)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性( )
(6)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀( )
(7)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
考点一 电解原理分析
【典例1】 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
答案 A
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2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H2O＋2e－===2OH－＋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)，可得，电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。
电化学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用于混合溶液中分阶段电解的计算。
(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。
【对点练1】 (电解原理分析)(2020·福建福州市高三期末)某研究小组在探究电化学原理时，如图将盐桥换成n型弯铁丝，当接通直流电源后，石墨①附近溶液变红。下列判断或预测错误的是( )
A．A为电源的负极
B．铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀
C．电子移动方向为：A→石墨①→铁丝→石墨②→B
D．石墨棒②电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
答案 C
解析 盐桥换成n型弯铁丝，当接通直流电源后，石墨①附近溶液变红，说明石墨①是阴极，A为负极，B为正极，石墨②为阳极，故A正确；铁丝左端③为阳极，Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与阴极产生的OH－结合生成Fe(OH)2，很快被氧化呈灰绿色，铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀，故B正确；电子不能在溶液中移动，故C错误；石墨棒②为阳极，氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故D正确。
【对点练2】 (电子守恒在电解计算的应用)以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如下图。若一段时间后Y电极上有6.4 g红色物质析出，停止电解。下列说法正确的是( )
A．a为铅蓄电池的负极
B．电解过程中SO向右侧移动
C．电解结束时，左侧溶液质量增重8 g
D．铅蓄电池工作时，正极电极反应式为：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
答案 C
解析 Y极有Cu析出，发生还原反应，Y极为阴极，故b为负极，a为正极，A错误；电解过程中阴离子向阳极移动，B错误；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，当有6.4 g Cu析出时，转移0.2 mol e－，左侧生成1.6 g O2，同时有0.1 mol (9.6 g) SO进入左侧，则左侧质量净增加9.6 g－1.6 g＝8 g，C正确；铅蓄电池的负极是Pb，正极是PbO2，正极反应式为PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，D错误。
(1)分析电解过程的思维流程
(2)做到“三看”，正确书写电极反应式
考点二 电解原理的拓展应用
【典例2】 (2020·湖北黄冈中学高三测试)一种生物电化学方法脱除水体中NH的原理如下图所示：
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↑
答案 B
解析 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，所以温度过高，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。
【对点练3】 (新物质的制备)(2020·陕西榆林市高三一模)利用电解法制取 Na2FeO4 的装置图如图所示，下列说法正确的是(电解过程中温度保持不变，溶液体积变化忽略不计)( )
A．Y是外接电源的正极，Fe电极上发生还原反应
B．Ni 电极上发生的电极反应为：2H2O－4e－=== O2↑＋4H＋
C．若隔膜为阴离子交换膜，则电解过程中OH－由B室进入A室
D．电解后，撤去隔膜，充分混合，电解液的pH比原来小
答案 D
解析 铁电极为阳极，Y接电源的正极，铁电极上发生失电子的氧化反应：Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，故A错误；镍电极为阴极，X接电源的负极，镍电极上发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B错误；在电解池装置中，阴离子向阳极移动，OH－由A室进入B室，故C错误；总反应为2Fe＋2OH－＋2H2O===FeO＋3H2↑，由于反应消耗OH－，电解液中OH－浓度降低，pH比原来小，故D正确。
【对点练4】 (电解精炼的拓展应用)金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述中正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)( )
A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
答案 D
解析 电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可知，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和水中的H＋，C项错误。
【对点练5】 (电冶金的拓展应用)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2—CaO作电解质，利用图示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中不正确的是( )
A．将熔融CaF2—CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
B．阳极的电极反应式为：C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量不变
D．石墨为阳极
答案 A
解析 电解Ca(NO3)2溶液，阴极上生成H2，而不是金属钙，A错误；由图可知，石墨为阳极，阳极上的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B、D正确；钛网电极是阴极，阴极上的电极反应式为：2Ca2＋＋4e－===2Ca，钙还原二氧化钛反应方程式为：2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，由电子守恒、钙原子守恒知CaO的总量不变，C正确。
考点三 金属的腐蚀原理及防护措施
【典例3】 (2020·贵州贵阳摸底)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。
下列说法正确的是( )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀
C．铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
答案 D
解析 结合题图知Fe失电子，化合价升高，被氧化，A项错误；铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。
【对点练6】 (金属腐蚀与防护)(2020·湖北四地七校期末)下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是( )
A．牺牲阳极的阴极保护法利用电解原理
B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂
C．外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零
D．铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑
答案 C
解析 牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理，用较活泼的金属作负极先被氧化，故A错误；金属的化学腐蚀的实质是：金属作还原剂M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂，故B错误；外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零，故C正确；铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，铜作负极，碳正极的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故D错误。
【对点练7】 (金属腐蚀防护的探究)(2020·怀化高三月考)利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是( )
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应
C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
答案 B
解析 若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极被氧化，D项正确。
【对点练8】 (金属腐蚀的快慢)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________。
答案 ⑤④②①③⑥
解析 ②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活动性差别大于Fe和Sn，故Fe－Cu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的速率由快到慢的顺序为⑤＞④＞②＞①＞③＞⑥。
金属腐蚀快慢的判断
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
1．(2020·课标全国Ⅱ，12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是( )
A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为：WO3＋xAg===AgxWO3
答案 C
解析 根据题图可知，该装置为电解池，由通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可知Ag为该电解池的阳极，透明导电层为该电解池的阴极，结合题给信息可写出阳极和阴极的电极反应式分别为Ag－e－===Ag＋和xAg＋＋WO3＋xe－===AgxWO3。根据上述分析可知Ag为阳极，A项正确；电解池工作时，Ag＋向阴极移动，即Ag＋由银电极向变色层迁移，B项正确；结合上述分析可知WO3在阴极发生还原反应，即W元素的化合价降低，C项错误；结合阳极和阴极的电极反应式可写出总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，D项正确。
2.(2020·山东学业水平等级考试，13)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
答案 D
解析 结合题图，可知a极上产生O2，发生的反应为水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，电极反应式如表：
电极名称
电极反应式
a极(阳极)
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
b极(阴极)
2H＋＋O2＋2e－===H2O2
结合上述分析可知，A项正确；电解一段时间后，溶液中H＋浓度未变，即阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H＋通过质子交换膜，从a极区向b极区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。
3.(2020·浙江1月选考，18)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如图，下列说法不正确的是( )
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl溶液从a处进，NaOH溶液从d处出
D．OH－迁移的数量等于导线上通过电子的数量
答案 D
解析 电解池的阳极发生氧化反应，氯离子放电生成氯气，所以电极A为阳极，故A项正确；在电极B上有水电离的H＋放电生成H2，这一极区域c(OH－)增大，为防止阳极生成的氯气与OH－反应，所以用阳离子交换膜隔开，允许Na＋透过，饱和NaCl溶液从a处进入，NaOH溶液从d处流出，故B项、C项正确；因用阳离子交换膜隔开，OH－ 不能透过，故D项错误。答案选D。
4．(2020·7月浙江选考，21)电解高浓度RCOONa(羧酸钠)的NaOH溶液，在阳极RCOO－放电可得到R—R(烷烃)。下列说法不正确的是( )
A．电解总反应方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在阳极放电，发生氧化反应
C．阴极的电极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
答案 A
解析 CO2可与NaOH反应，故电解后不能得到CO2，A项错误；阳极发生失电子的氧化反应，B项正确；阴极得电子，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C项正确；根据电解RCOONa的NaOH溶液生成R—R可知，电解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH的混合溶液，CH3—、CH3CH2—可结合成乙烷、丙烷、丁烷，D项正确。
5.(2019·江苏化学，10)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
答案 C
解析 A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还可转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；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。
6．(2020·北京卷)电化学制备H2O2的方法。
已知反应2H2O2===2H2O＋O2↑能自发进行，反向不能自发进行，通过电解可以实现由H2O和O2为原料制备H2O2，如图为制备装置示意图。
①a极的电极反应式是________________________________________。
②下列说法正确的是________。
A．该装置可以实现电能转化为化学能
B．电极b连接电源负极
C．该方法相较于早期制备方法具有原料廉价，对环境友好等优点
答案 ①O2＋2H＋＋2e－===H2O2 ②AC
解析 ①a为阴极，a极的电极反应式是O2＋2H＋＋2e－===H2O2；②A.根据图示，该装置有电源，属于电解池，电解池是将电能转化为化学能的装置，故A正确；B.电极b为阳极，电解池阳极与电源正极连接，故B错误；C.该装置的总反应为2H2O＋O2===2H2O2，根据反应可知，制取双氧水的原料为氧气和水，来源广泛，原料廉价，对环境友好等优点，故C正确。
一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)
1．下列现象与电化学腐蚀无关的是( )
A．生铁比纯铁易生锈
B．纯银饰品久置表面变暗
C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿
D．与铜管连接的铁管易生锈
答案 B
解析 A项，生铁能够构成原电池，所以比纯铁易生锈；B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关；C项，铜锌合金能构成原电池，锌做负极被氧化，铜被保护不易腐蚀；D项，铜管与铁管连接构成原电池，铁做负极，易被腐蚀。
2．下列描述不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝时用铁做阳极
B．电解法精炼粗铜时用纯铜做阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱时用涂镍碳钢网做阴极
D．在镀件上电镀锌时用锌做阳极
答案 A
解析 铁做阳极时，铁发生氧化反应生成Fe2＋，在阴极析出使铝不纯。
3．(2020·天津市实验中学高三模拟)以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )
A．阴极附近溶液呈红色 B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色 D．溶液的pH变小
答案 D
解析 以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
4．(2020·河北保定市高三期末)用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有( )
①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
②Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
③2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
④2H2O2H2↑＋O2↑
A．①②③ B．①②④
C．②③④ D．②④
答案 C
解析 用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积之比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，n(CuSO4)＝1 mol，则n(NaCl)＝3 mol，n(CuSO4)＝n(Cu2＋)＝1 mol，n(NaCl)＝n(Cl－)＝3 mol。第一阶段：阳极上Cl－放电、阴极上Cu2＋放电，当铜离子完全反应时消耗2 mol Cl－，所以还剩余1 mol Cl－，此时发生的电解反应式为②；第二阶段：阳极上Cl－放电，阴极上H2O放电，当Cl－完全反应前，发生的电解反应式为③；第三阶段：电解Na2SO4和NaOH的混合溶液，发生的电解反应式为④；故合理选项是C。
5．(2020·山东等级模拟考)工业上电解NaHSO4溶液制备Na2S2O8。电解时，阴极材料为Pb；阳极(铂电极)电极反应式为2HSO－2e－===S2O＋2H＋。下列说法正确的是( )
A．阴极电极反应式为Pb＋HSO－2e－===PbSO4＋H＋
B．阳极反应中S的化合价升高
C．S2O中既存在非极性键又存在极性键
D．可以用铜电极作阳极
答案 C
解析 A选项，阴极发生还原反应；B选项，S2O的结构为，S为＋6价，O为－2、－1价；D选项，若用铜作阳极则铜被氧化而溶解。
6．某校活动小组为探究金属腐蚀的相关原理，设计了如下装置(图a)。图a的铁棒末段分别连上一块Zn片和Cu片，并静置于含有K3[Fe(CN)6]及酚酞的混合凝胶上，一段时间后发现凝胶的某些区域发生了变化(图b)。下列说法错误的是( )
A．甲区发生的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
B．乙区产生Zn2＋
C．丙区呈现红色
D．丁区呈现蓝色
答案 A
解析 图a中为两种情况的吸氧腐蚀。锌比铁活泼，锌为负极：Zn－2e－===Zn2＋，铁为正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，A项错误、B项正确；铁比铜活泼，铁为负极，生成的Fe2＋与[Fe(CN)6]3－结合产生蓝色沉淀，铜电极产生OH－，丙区遇酚酞变红色，C、D项正确。
7．(2021·江西南昌高三摸底)利用质子传导型固体氧化物电解池将乙烷转化为乙烯，示意图如图。下列说法正确的是( )
A．电极a与电源的负极相连
B．固体电解质中质子向a极移动
C．电极b的电极反应式是CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O
D．电路中每通过2 mol电子时理论上可产生22.4 L乙烯
答案 C
解析 由题图可知，a极发生氧化反应，a为阳极，电极反应式为C2H6－2e－===C2H4＋2H＋，b极为阴极，电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O。C2H6→C2H4，C的化合价升高，发生氧化反应，故电极a为阳极，与电源的正极相连，A项错误；电解池中阳离子向阴极移动，即质子向b极移动，B项错误；未指明标准状况，无法求得乙烯的体积，D项错误。
8．普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极a为粗铜，电极b为精铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
答案 D
解析 由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol铜，其质量为32 g，D项正确。
9．实验室可以用苯乙酮间接电氧化法合成苯甲酸，原理如图所示，下列说法不正确的是( )
A．这个装置是将电能转化为化学能
B．阴极反应是2H＋＋2e－===H2↑
C．阳极I－失去电子后的产物与OH－反应的离子方程式为I2＋2OH－===I－＋IO－＋H2O
D．此装置需要定期向电解质溶液中添加KI溶液
答案 D
解析 A．根据装置图可知，该装置为电解池，将电能转化为化学能，故A正确；B.根据装置图可知，右边电极为阴极，氢离子得电子发生还原反应，反应是2H＋＋2e－===H2↑，故B正确；C.左边电极为电解池的阳极，I－失电子发生氧化反应，电极反应式是2I－－2e－===I2，所以阳极I－失去电子后的产物与OH－反应的离子方程式为I2＋2OH－===I－＋IO－＋H2O，故C正确；D.根据装置图可知，碘离子循环利用，不需要定期向电解质溶液中添加KI溶液，故D不正确。
10.国际自然保护联盟(IUCN)发表的研究显示，如果温室气体排放维持现状不受监管，到本世纪末，46个列入世界自然遗产的冰川中，有近半将消失。如图所示电解装置可将CO2转化为乙烯，减少温室气体的排放，该装置的电解质溶液为强酸性水溶液，电极材料为惰性电极。下列有关说法正确的是( )
A．a为电池的正极
B．电解过程中H＋移向阳极
C．反应前后溶液的pH保持不变
D．阴极反应式：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
答案 D
解析 二氧化碳得电子生成乙烯，为阴极反应，所以a为电池的负极，A错误；电解过程中H＋移向阴极，B错误；阴极二氧化碳得电子生成乙烯，阳极氢氧根失电子放出氧气，总反应为2CO2＋2H2O===C2H4＋3O2，消耗水，H＋浓度增大，pH减小，C错误；D正确。
11．(2020·陕西咸阳市高三二检)碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]是一种具有发展前景的“绿色”化工产品。电化学法合成碳酸二甲酯的工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．石墨Ⅰ与直流电源正极相连
B．H＋由石墨Ⅱ通过质子交换膜向石墨Ⅰ移动
C．石墨Ⅰ上发生的电极反应为2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋
D．电解过程中，阴极和阳极消耗气体的物质的量之比为1∶2
答案 B
解析 该装置有外接电源，是电解池，由图可知甲醇和一氧化碳发生氧化反应生成碳酸二甲酯，则电极石墨Ⅰ为阳极，阳极反应为2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋，电极石墨Ⅱ为阴极，阳极产生的氢离子通过质子交换膜移向阴极，氧气在阴极得电子与氢离子反应生成水，电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。石墨Ⅰ为阳极，与直流电源正极相连，故A正确；电解池工作时，H＋由石墨Ⅰ通过质子交换膜向石墨Ⅱ移动，故B错误；石墨Ⅰ上电极反应为2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋，故C正确；常温常压下甲醇是液体，CO是气体，电解池工作时转移电子守恒，根据关系式2CO～4e－～O2可知，阴极消耗的氧气与阳极消耗的一氧化碳物质的量之比为1∶2，故D正确。
12．(2020·烟台模拟)我国科学家研制一种新型化学电池成功实现废气的处理和能源的利用，用该新型电池电解CuSO4溶液，装置如图(H2R和R都是有机物)。下列说法不正确的是( )
A．b电极反应式为R＋2H＋＋2e－===H2R
B．电池工作时，负极区要保持呈酸性
C．工作一段时间后，正极区的pH变大
D．若消耗标准状况下112 mL O2，则电解后的CuSO4溶液pH约为1
答案 C
解析 A．b电极为正极，b电极发生：R＋2H＋＋2e－===H2R，故A正确；B.a电极发生：Fe2＋－e－===Fe3＋，a电极为负极，左侧还发生：2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S＋2H＋，生成氢离子，所以电池工作时，负极区要保持呈酸性，故B正确；C.氢离子通过质子交换膜进入正极区，所以正极区的pH基本不变，故C错误；D.右侧发生反应：O2＋H2R===R＋H2O2，b电极发生：R＋2H＋＋2e－===H2R，消耗2 mol电子对应1 mol氧气，n(O2)＝＝0.005 mol，转移电子0.01 mol，由电解总方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋知，生成氢离子0.01 mol，c(H＋)＝＝0.1 mol/L，则电解后的CuSO4溶液pH约为1，故D正确。
二、非选择题(本题包括3小题)
13．(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图甲所示)，写出阳极产生ClO2的电极反应式：
______________________________________________________________。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解，则通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为________ mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因：_______________________________________。
(2)钢铁锈蚀的原理如图乙所示。用箭头表示出图乙中电子的运动方向；请分析高铁铁轨锈蚀的原因：___________________________________________。
答案 (1)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
②0.01 在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，OH－浓度增大，pH增大
(2)
潮湿的空气与铁轨中的铁和碳构成原电池，铁为负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；潮湿的空气作为电解质，因电解质中有H2CO3，电离出氢离子，2H＋＋2e－===H2↑，发生析氢腐蚀；电解质中又溶有氧气，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，发生吸氧腐蚀
解析 (1)①由题意可知，阳极上Cl－放电生成ClO2，由元素守恒可知，有水参加反应，同时生成H＋，阳极的电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。②在阴极发生反应：2H＋＋2e－===H2↑，生成氢气的物质的量为＝0.005 mol，通过阳离子交换膜的阳离子为＋1价离子，所以通过交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2＝0.01 mol；电解时阴极附近H＋浓度减小，使得H2OOH－＋H＋的平衡向右移动，溶液的pH增大。(2)钢铁的主要成分为铁和碳，与电解质溶液构成原电池，铁为负极，碳为正极，电子由负极流向正极。高铁铁轨锈蚀的原因是潮湿的空气与铁轨中的铁和碳构成了原电池，铁为负极，发生氧化反应：Fe－2e－===Fe2＋；潮湿的空气作为电解质，因电解质中有H2CO3，电离出氢离子，2H＋＋2e－===H2↑，发生析氢腐蚀；电解质中又溶有氧气，O2＋4e－＋2H2O===4OH－，发生吸氧腐蚀。
14．(2020·河南三门峡市高三一模)利用电化学原理，将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含Cr2O废水，如下图所示；电解过程中溶液发生反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
(1)甲池工作时，NO2转变成绿色硝化剂Y，Y是N2O5，可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的________极；石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为____________________________________________________________________。
(2)工作时，甲池内的NO向________极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”)；在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为________。
(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为___________________________________________________________________。
(4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则电路中至少转移了________mol电子。
答案 (1)正 NO2＋NO－e－===N2O5
(2)石墨Ⅰ 1∶4 (3)Fe－2e－===Fe2＋ (4)0.12
解析 (1)根据图示知，甲池为燃料电池，电池工作时，石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5，发生氧化反应，电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5；石墨Ⅱ是电池的正极，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋4e－＋2N2O5===4NO。(2)电池工作时，电解质中阴离子移向负极，即甲池内的NO向石墨Ⅰ极移动；根据，两极的电极反应式NO2＋NO－e－===N2O5、O2＋4e－＋2N2O5===4NO，利用电子守恒可知，在相同条件下，消耗的O2和NO2的体积比为1∶4。(3)乙池为电解池，Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋。(4)根据反应：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O知，若溶液中减少了0.01 mol Cr2O，则参加反应的Fe2＋为0.06 mol，根据电极反应：Fe－2e－===Fe2＋知，电路中至少转移了0.12 mol电子。
微专题23 离子交换膜在电化学中的应用
1．常见的离子交换膜
离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。
2．离子交换膜的作用
(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。
3．离子交换膜的类型
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子
交换膜
阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极
阴离子和气体不能通过
阴离子
交换膜
阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极
阳离子和气体不能通过
质子
交换膜
质子→移向电解池的阴极或原电池的正极
只允许H＋通过
4.思维建模
[示例]
三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。判断ab、cd是什么交换膜；判断离子的迁移方向；书写电极反应式；判断电极产物。
[思维模板]
①弄清是原电池还是电解池，判断电极
有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极
②根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类
Na＋→通过ab→阴极⇒ab是阳离子交换膜
SO→通过cd→阳极⇒cd是阴离子交换膜
③根据放电顺序写出电极反应式
阴极，阳离子竞争放电，放电顺序：H＋＞Na＋，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极，阴离子竞争放电，放电顺序：OH－＞SO，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
④根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
阴极H＋放电生成H2，剩余OH－与迁移过来的Na＋生成NaOH；
阳极OH－放电生成O2，剩余H＋与迁移过来的SO生成H2SO4。
类型一 通过电解利用交换膜除杂
【典例1】 (2021·1月重庆市学业水平选择考适应性测试，10)双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工作时水层中的H2O解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。
下列说法正确的是( )
A.出口2的产物为HBr溶液
B.出口5的产物为硫酸溶液
C.Br－可从盐室最终进入阳极液中
D.阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案 D
解析 阴极，水中H＋放电，双极膜中水解离生成的H＋移向阴极区，OH－移向交换室1，与NaBr溶液中通过阳离子交换膜进入交换室1的Na＋组成NaOH溶液，出口1为Na2SO4溶液，出口2为NaOH溶液，同理，阳极，水中OH－放电，双极膜中的OH－移向阳极，H＋移向交换室2，与通过阴离子交换膜进入交换室2的Br－组成HBr，出口4产物为HBr溶液，出口5为Na2SO4溶液。A项，Br－无法通过阳离子交换膜，错误；B项，出口5产物为Na2SO4，错误；C项，Br－不能通过双极膜中的阳离子交换膜，错误。
类型二 通过电解利用交换膜制备物质
【典例2】 高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是( )
A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循环利用
C．离子交换膜a是阳离子交换膜
D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有2 mol H2生成
答案 D
解析 A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，正确；D项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol H2生成，错误。
1.(2021·1月辽宁普高校招生考试适应性测试，13) Hg－Hg2SO4标准电极常用于测定其他电极的电势，测知Hg－Hg2SO4电极的电势高于Cu电极的电势。以下说法正确的是( )
A.K2SO4溶液可用CCl4代替
B.Hg－Hg2SO4电极反应为Hg2SO4－2e－===2Hg＋SO
C.若把Cu－CuSO4体系换作Zn－ZnSO4体系，电压表的示数变大
D.微孔瓷片起到阻隔离子通过的作用
答案 C
解析 CCl4为非电解质，不能导电，因此不能用CCl4代替K2SO4溶液，A错误；由上述分析可知，Hg－Hg2SO4电极为正极，其电极反应式：Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SO，B错误；由于Cu－CuSO4体系是电池的负极，失去电子发生氧化反应，若换成更加活泼的Zn－ZnSO4体系，更容易失去电子，电压表的示数变大，C正确；微孔瓷片起到便于离子通过，而阻隔溶液通过的作用，D错误。
2．(2020·安徽示范名校联考)某电池研究员使用锂－磺酰氯(Li－SO2Cl2)电池作为电源电解制备Ni(H2PO2)2，其工作原理如图所示。已知电池反应为2Li＋SO2Cl2===2LiCl＋SO2↑。下列说法错误的是( )
A．电池中C电极的电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑
B．电池的e极连接电解池的h极
C．膜a是阳离子交换膜，膜c是阴离子交换膜
D．电解池中不锈钢电极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
答案 C
解析 在锂－磺酰氯电池中，Li为负极，电极反应式为Li－e－===Li＋，C为正极，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑；在电解池中，不锈钢为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，镍为阳极，电极反应式为Ni－2e－===Ni2＋。由已知电池反应可知C电极为正极，发生还原反应，电极反应式为SO2Cl2＋2e－===2Cl－＋SO2↑，A项正确；由题目信息可知镍应作电解池的阳极，与外接电源的正极相连，不锈钢作电解池的阴极，与外接电源的负极相连，故电池的e极连接电解池的h极，B项正确；Ⅱ室为产品室，故阳极上Ni失去电子生成的Ni2＋通过膜a进入产品室，Ⅲ室中的H2PO通过膜b进入产品室，与Ni2＋形成Ni(H2PO2)2，故膜a为阳离子交换膜，膜b为阴离子交换膜，膜c应为阳离子交换膜，以防Ⅳ室的OH－通过膜c进入Ⅲ室与NaH2PO2反应消耗原料，同时Na＋通过膜c进入Ⅳ室可制备浓氢氧化钠溶液，C项错误；由图像分析可知，D项正确。
3．(2020·河北衡水中学高三联考)一种浓差电池如下图所示，阴、阳离子交换膜交替放置，中间的间隔交替充以河水和海水，选择性透过Cl－和Na＋，在两电极板形成电势差，进而在外部产生电流。下列关于该电池的说法错误的是( )
A．a电极为电池的正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜
C．阳极(负极)隔室的电中性溶液通过阳极表面的氧化作用维持
D．该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，电极产物也没有经济价值
答案 D
解析 A项，b电极电子流出，b为电池的负极，a电极为电池的正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确；B项，钠离子向a电极方向移动，氯离子向b电极方向移动，所以A为阴离子交换膜，C为阳离子交换膜，正确；C项，阳极(负极)隔室中氯离子放电产生氯气，保持溶液中的电荷守恒，正确；D项，电极产物是化工产品，有较高经济价值，错误。
4．(2021·湖南汨罗市高三检测)处理烟气中的SO2可以采用碱吸——电解法，其流程如图1；模拟过程Ⅱ如图2，下列推断正确的是( )
图1
图2
A．膜1为阴离子交换膜，膜2为阳离子交换膜
B．若用锌锰碱性电池为电源，a极与锌极相连
C．a极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
D．若收集22.4 L的P(标准状况下)，则转移4 mol电子
答案 B
解析 由图1可知，氢氧化钠溶液与烟气中的SO2反应生成亚硫酸钠溶液，电解亚硫酸钠溶液制得氢氧化钠溶液和硫酸，制得的氢氧化钠溶液可以循环使用；由图2可知，电解Na2SO3溶液时，亚硫酸根通过阴离子交换膜进入右室，在b极上失电子发生氧化反应生成硫酸根，SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋，则b极为阳极，与电源正极相连，左室中，水在a极得电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，溶液中OH－浓度增大，Na＋离子通过阳离子交换膜进入左室，则a极为阴极，与电源负极相连，则膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜，故A错误；a极为阴极，与锌锰碱性电池的负极锌极相连，故B正确；a极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，故C错误；由阴极电极反应式可知，若收集标准状况下22.4 L H2，转移2 mol电子，故D错误。
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