高考化学一轮复习-电解池、金属的腐蚀与防护（知识清单）（全国通用）（解析版）

这是一份高考化学一轮复习-电解池、金属的腐蚀与防护（知识清单）（全国通用）（解析版），共26页。学案主要包含了知能解读01，知能解读02，知能解读03，实验探究01，实验探究02，重难点突破01，重难点突破02，易混易错01等内容，欢迎下载使用。

01 电解原理及规律
1.电解和电解池
(1)电解:让 通过电解质溶液(或熔融的电解质),在两个电极上分别发生 的过程。
(2)电解池:使 转化为 的装置。
2.电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例):
总反应方程式: 。
3.电解时两极粒子的放电顺序
【答案】1.(1)直流电 氧化反应和还原反应 (2)电能 化学能
2.阴极 还原反应 Cu2++2e-Cu 阴
阳极 氧化反应 2Cl--2e-Cl2↑ 正 阴 阳
CuCl2Cu+Cl2↑
3.Fe-2e-Fe2+ Cu-2e-Cu2+ Ag-e-Ag+
【跟踪训练】
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)电解质溶液的导电过程一定发生了化学变化。( )
(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)电解足量硫酸铜溶液一段时间,为复原可加适量Cu(OH)2。( )
(4)用Cu作为电极电解盐酸可发生反应Cu+2H+Cu2++H2↑。( )
(5)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极。( )
(6)电解盐酸、硫酸溶液等,H+放电,溶液的pH逐渐增大。( )
(7)电解时,电解质溶液中阳离子移向阳极,发生还原反应。( )
2.若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98 g Cu(OH)2固体,才能使电解质溶液复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为 。
【答案】
1.(1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)× (6)× (7)× 2.4NA
【解析】方法一:98gCu(OH)2固体的物质的量为1ml,相当于电解了1ml的CuSO4后,又电解了1ml的水,所以转移的电子数为2NA+2NA=4NA。
方法二:可认为整个电解过程中转移的电子数与Cu(OH)2中的O2-失电子数相等,则转移电子数为4NA。
02 电解原理在工业生产中的应用
1.电解饱和食盐水——氯碱工业
(1)电极反应。
阳极: (反应类型: 反应)。
阴极: (反应类型: 反应)。
检验阳极产物的方法是 。电解时向食盐水中滴加酚酞, 极附近溶液变红,说明该电极附近产生的物质为 。
(2)电解总反应。
化学方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子方程式: 。
(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 进入阳极室与Cl2发生副反应2OH-+Cl2Cl-+ClO-+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 、 、 、 ;X、Y分别是 、 。
2.电镀与电解精炼铜
3.电冶金
【答案】
1.(1)2Cl--2e-Cl2↑ 氧化 2H2O+2e-H2↑+2OH- 还原 用湿润的KI淀粉试纸靠近阳极附近,若试纸变蓝,证明生成了Cl2 阴 NaOH (2)2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)①OH- ②精制饱和食盐水 H2O(含少量NaOH) 淡盐水 NaOH溶液 Cl2 H2
2.镀层 粗铜 待镀 纯铜 镀层 Cu-2e-Cu2+ 阳离子 阳极泥 Cu2++2e-Cu Cu2++2e-Cu 不变 减小
3.2Cl--2e-Cl2↑ 2Na++2e-2Na 6O2--12e-3O2↑ 4Al3++12e-4Al 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
【跟踪训练】
1.判断正误,正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)在镀件上镀铜时,也可以用惰性材料作为阳极,用硫酸铜溶液作为电解质溶液。( )
(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。( )
(3)电解精炼时,得到的阳极泥可以是提炼贵重金属的原料。( )
(4)用Zn为阳极,Fe为阴极,ZnCl2溶液为电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌。( )
(5)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)只允许阳离子(Na+、H+)通过,而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过。( )
(6)电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变。( )
(7)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3。( )
2.粗铜的电解精炼示意图如图所示。
(1)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上发生的电极反应为 。
(2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe,则阳极的电极反应为 ,粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为 ,溶液中c(Cu2+) (填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】1.(1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)× (7)×
2.(1)c Cu2++2e-Cu
(2)Fe-2e-Fe2+、Cu-2e-Cu2+ Au、Ag以单质的形式沉积在c电极的下方形成阳极泥 变小
03 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子__失去__电子变为金属阳离子，金属发生__氧化__反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例进行分析)
3．金属电化学腐蚀规律
(1)对同一种金属来说，在不同溶液中腐蚀的快慢：强电解质溶液__＞__弱电解质溶液__＞__非电解质溶液。
(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越__快__。
(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。
(4)对同一电解质溶液来说。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。
4．金属电化学保护的两种方法
5．其他防护方法
(1)覆盖保护层(涂油漆、油脂、搪瓷、陶瓷、沥青、塑料等)，电镀。
(2)改变金属内部结构→可根据不同的用途，运用不同的金属或非金属制成合金，如制成不锈钢。
【跟踪训练】
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。( × )
(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( × )
(3)干燥环境下金属不被腐蚀。( × )
(4)钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。( × )
(5)原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极的阴极保护法应用的是电解池原理。( × )
(6)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。( × )
(7)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。( √ )
(8)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。( √ )
(9)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀。( × )
(10)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( × )
(11)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。( × )
2．深度思考：
(1)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－__，右试管中现象是__导管内液面上升__。
(2)下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①腐蚀最严重的部位是__C__(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因__由于近水面B处溶解氧浓度大于C处，发生吸氧腐蚀时B为正极，C为负极，C处Fe－2e－===Fe2＋__。
②形成铁锈最多的部位是__B__，原因__由于B处海水O2浓度较大，Fe2＋扩散至B处附近易发生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O__。
(3)为什么要在轮船船体与水面接触线以下的船壳上嵌入一定数量的锌块？
【答案】 Fe、Zn和海水构成原电池，Zn作负极，Fe作正极，锌被腐蚀，而船体受到保护。
01 简单的电镀实验
【实验目的】
1.认识电解原理及其在工业生产中的应用。
2.了解电镀原理。
【实验用品】
烧杯、砂纸、导线、2～3 V的直流电源、电流表。
铁制待镀件、铜片、电镀液(以CuSO4溶液为主配制)、1 ml·L－1 NaOH溶液、20%盐酸。
【实验过程和结论】
1.用砂纸把铁制待镀件打磨干净，放入1 ml·L－1 NaOH溶液中除去油污，然后用蒸馏水洗净。再放入20%盐酸中除锈，几分钟后取出，并用蒸馏水洗净。
2．把铁制待镀件与2～3 V的直流电源的负极相连，铜片与直流电源的正极相连。将两极平行浸入电镀液中，两极间距5 cm， 5～10 min后取出，观察待镀件表面发生的变化。
实验现象：通电一段时间可观察到铜片逐渐溶解,变薄；铁片表面覆盖一层红色物质。
【问题与讨论】
1．若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电解质溶液c、电极a、电极b的电极材料分别是什么？电镀过程中电解质溶液的浓度如何变化？
【解析】若用如图所示装置，模拟铁制品上镀铜，则电极a是Cu，电极b是铁制品，电解质溶液c是CuSO4溶液。电镀过程中电解质溶液的浓度不变。
2．电镀前，如果将铜片与直流电源的负极相连，铁制镀件与直流电源的正极相连。通电后观察到的现象是什么？阴极和阳极发生的反应分别是什么？
【解析】电镀前，如果将铜片与直流电源的负极相连，则铜片为阴极，硫酸铜溶液中的铜离子得到电子转化为铜，铁制镀件与直流电源的正极相连，则铁为阳极，铁失去电子，转化为亚铁离子。阴极电极反应式为：Cu2++2e-Cu，阳极电极反应式为：Fe-2e-Fe2+
3．查阅资料，了解工业生产中提高电镀质量的方法。
【解析】（1）溶液中主盐是决定电镀性能、质量的最主要因素。主盐浓度低于工艺要求时，电流效率降低，电流密度下降，尖端部位极易烧焦，光亮剂作用降低，甚至在低电流区得不到镀层。主盐浓度高于工艺要求时，电流效率也会下降，同时镀液带出损失增加。
（2）PH值是电镀工艺的重要因素，对于镀液的PH值要经常检测并做好相应记录，超出工艺范围时要及时加以调整，调整的办法是将与主盐同离子的酸或碱稀释后边搅拌边加入，不可以直接将浓酸、浓碱加入镀液。
（3）温度也是影响产品质量的重要因素。比如：铝及铝合金经导电氧化后用温水浸泡是十分必要的防护工序，温水的温度不宜超过50℃，在此温度条件下足能使残留在氧化膜表面的氧化溶液充分除尽，使氧化膜表面除净，从而有利于提高氧化膜层的防护性能。温度过高对膜层质量是不利的，会使膜层裂纹、孔隙增加，降低了膜层的导电性防护性能。铝及铝合金经导电氧化后烘干的温度也同样不宜超过50℃。
（4）操作时间应严格控制。比如：铝及铝合金的导电氧化严格按工艺要求操作所获得的膜层具有良好的导电性能。若氧化时间过长，膜层厚度增加，不但会影响膜层的导电性能，膜层还会呈土黄色并且显得陈旧。
（5）添加剂对电镀质量的影响极大，为了防止添加剂的不足或过量，最好是按照消耗量少加勤加。
【深度剖析】
(1)电镀铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)不变；
(2)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。
(3)电解或电镀时，电极质量减小的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
【跟踪训练】
1．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子
B．铁作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子
C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有亚铁离子
【答案】A
【解析】电镀原理是镀层金属作阳极，镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液，则在铁制品上镀一层一定厚度的锌层时，电镀池中锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子，故选A。
2．将“铜牌”变成“银牌”的装置如图所示。下列说法正确的是

A．铜牌连接电源的正极B．反应前后，溶液a的浓度不变
C．溶液a可以为溶液D．反应一段时间后，电源反接，铜牌可恢复原状
【答案】B
【解析】A．分析装置图可知，该装置为电镀池：镀件金属(Ag)作阳极﹐与电源正极相连，A错误；
B．若要达到铜牌上镀银的效果，则溶液a为，阳极Ag失电子变成，阴极得电子变成Ag，反应前后，溶液a的浓度不变，B正确；
C．若溶液a为溶液，，会影响放电顺序，不能达到铜牌上镀银的效果，C错误；
D．当反应一段时间后，电源反接，阳极有Ag和Cu，Cu活泼性比Ag强，会失去电子变成Cu，铜牌不能恢复原状，D错误；
故选B。
02 制作简单的燃料电池
【实验目的】
1．理解燃料电池的工作原理。
2．设计和制作一个氢氧燃料电池。
【实验用品】
U形管、石墨棒(石墨棒使用前应该经过烘干活化处理)、3～6 V的直流电源、鳄鱼夹、导线和开关、电流表(或发光二极管、音乐盒等)。
1 ml·L－1 Na2SO4溶液、酚酞溶液。
【实验步骤】
1．电解水。
在U形管中注入1 ml·L－1 Na2SO4溶液，然后向其中滴入1～2滴酚酞溶液。在U形管的两边分别插入一根石墨棒，并用鳄鱼夹、导线连接电源。闭合K1，接通直流电源开始电解，现象为：两极石墨棒均产生气泡，右侧石墨棒附近溶液变红。
2．制作一个氢氧燃料电池。
当上述电解过程进行1～2 min后，打开K1，断开直流电源。将两根石墨棒用导线分别与电流表(或发光二极管、音乐盒等)相连，闭合K2，现象为：电流表指针发生偏转。
【问题和讨论】
列表比较氢氧燃料电池的工作原理和电解水的原理。
【跟踪训练】
1．关于电解水的实验说法正确的是( )
A．为了增加水的导电能力，可以加入氯化钠固体
B．电解水阳极生成氧气，电极反应式为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．阴极区溶液的pH不断减小
D．在两极滴加酚酞，与电源正极相连的一极显红色
【答案】 B
【解析】 A项，电解氯化钠溶液会生成氯气；C项，阴极区2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，pH不断增大；D项，与正极相连的为阳极，生成H＋，不显红色。
2．关于氢氧燃料电池说法正确的是( )
A．正极发生氧化反应，负极发生还原反应
B．若电解质溶液为H2SO4溶液，硫酸根离子移向正极
C．若电解质溶液为KOH溶液，随着反应的进行，溶液的pH不变
D．氢氧燃料电池是一种绿色电池，未来有很大的发展前景
【答案】 D
3．将氢气、甲烷、乙醇等物质在氧气中燃烧时的化学能直接转化为电能的装置叫燃料电池。燃料电池的基本组成为电极、电解质、燃料和氧化剂。此种电池能量利用率可高达80%(一般柴油发电机只有40%左右)，产物污染也少。下列有关燃料电池的说法错误的是( )
A．上述燃料电池的负极反应物是氢气、甲烷、乙醇等物质
B．氢氧燃料电池常用于航天飞行器，原因之一是该电池的产物为水，经过处理之后可供宇航员使用
C．乙醇燃料电池的电解质常用KOH，该电池的负极反应为C2H5OH－12e－===2CO2↑＋3H2O
D．以KOH溶液作为电解质溶液，甲烷燃料电池的正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
【答案】 C
【解析】 A项，燃料电池中，燃料作负极，负极反应物可以是氢气、甲烷、乙醇等物质，正确；B项，航天飞行器中氢氧燃料电池的产物是水，经过处理之后可供宇航员使用，正确；C项，乙醇燃料电池的电解质用KOH时，生成的二氧化碳会和其反应生成碳酸盐，负极反应为：C2H5OH－12e－＋16OH－===2COeq \\al(2－,3)＋11H2O，错误；D项，燃料电池中正极上氧气得电子，在碱性环境下，正极电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，正确。
4．下图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。
试回答下列问题：
(1)燃料电池的优点是____________________________________________________________；
电解质溶液中的OH－移向________(填“负”或“正”)极。
(2)写出氢氧燃料电池工作时的正极反应式：________________________________________；
负极反应式：___________________________________________________________________
总反应式：_____________________________________________________________________
【答案】 (1)能量利用率高，绿色无污染(合理即可) 负
(2)2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 2H2＋O2===2H2O
01用惰性电极电解电解质溶液的类型
【跟踪训练】
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变。( × )
(2)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。( × )
(3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( √ )
(4)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。( × )
(5)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。( × )
(6)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。( × )
(7)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu2＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(通电))2Cu＋O2↑＋4H＋。( × )
(8)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子。( × )
2．深度思考：
(1)电解质溶液通电时，一定会发生化学反应吗？为什么？
(2)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？
【答案】(1)一定发生化学反应。因为在电解池的阴极、阳极分别发生还原反应和氧化反应，发生了电子的转移，生成了新物质，所以一定有化学反应发生。
(2)4NA
02 电化学综合计算的三种常用方法
(1)根据总反应计算。
先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。
①用于串联电路中阴、阳两极产物,正、负两极产物及相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算。
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
如以通过4mle-为桥梁可构建如下关系式:
4e-~2Cl2(Br2、I2)~O2阳极产物~2H2~2Cu~4Ag~4nM阴极产物
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
【跟踪训练】
1．我国科学家设计了一种原电池——电解池组合装置，可同时处理废水中的和苯酚，实现发电、环保二位一体。羟基自由基(·OH)具有极强的氧化性，可将苯酚氧化为CO2和H2O。下列说法正确的是
A．a极区每处理1ml，理论上NaCl溶液中有6mlCl-通过阴离子膜
B．c的电极电势大于d
C．d电极的电极反应为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+2.8H+
D．当外电路转移2.8ml电子时，组合装置共处理苯酚18.8g
【答案】D
【分析】该装置是同时处理废水中的和苯酚原电池——电解池组合装置，左侧为原电池，右侧为电解池，a极发生还原反应，为正极，b电极发生氧化反应，为负极，则c电极为阴极，d电极为阳极。
【解析】A．a电极的电极反应为，a极区每处理1ml，理论上有6ml通过阴离子膜进入NaCl溶液中，A错误；
B．c电极为阴极，d电极为阳极，c的电极电势小于d，B错误；
C．d电极的电极反应为，C错误；
D．b电极的电极反应为C6H5OH-28e-+11H2O=6CO2↑+28H+，d电极的电极反应为，羟基自由基(·OH)具有极强的氧化性，将苯酚氧化的方程式为C6H5OH+28·OH =6CO2↑+17H2O，当外电路转移2.8ml电子时，组合装置共处理苯酚0.2ml ，质量为0.2ml×94g/ml=18.8g ，D正确；
故选D。
2．某同学设计利用乙烷燃料电池来电解处理酸性含铬废水(主要含有)，其装置示意图如图所示，处理过程中存在反应。下列说法错误的是
A．M电极的电极反应为
B．铬元素最终以形式除去
C．电解池右侧的Fe电极更换为石墨电极，对废水处理影响不大
D．若电解过程中，电子的有效利用率为60%，每处理掉0.2ml的，理论上N电极需要通入11.2L(已折算为标准状况)
【答案】D
【分析】由图可知，左侧装置为燃料电池，M电极为燃料电池的负极，氧离子作用下乙烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，N电极为正极，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氧离子；右侧装置为电解池，与M电极相连的铁电极为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，与N电极相连的铁电极为阳极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子：Fe-2e-=Fe2+，放电生成的亚铁离子酸性条件下与废水中的重铬酸根离子反应生成铬离子、铁离子和水，随着H+的放电和被消耗，溶液的pH增大，溶液中的铁离子、铬离子与氢氧根离子反应生成氢氧化铁、氢氧化铬沉淀达到处理酸性含铬废水的目的。
【解析】A．由分析可知，M电极为燃料电池的负极，氧离子作用下乙烷失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，电极反应式为，故A正确；
B．由分析可知，铬元素最终以氢氧化铬形式除去而达到处理酸性含铬废水的目的，故B正确；
C．由分析可知，与M电极相连的右侧铁电极为阴极，氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，右侧的铁电极更换为石墨电极，此时仍然是氢离子在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，不会影响对废水处理，故C正确；
D．每处理掉0.2ml重铬酸根离子，需要1.2mlFe2+，若电解过程中，电子的有效利用率为60%，由得失电子数目守恒可知，理论上N电极需要通入标准状况下氧气的体积为×22.4L/ml=22.4L，故D错误；
故选D。
3．甲烷燃料电池采用铂作电极材料，两个电极上分别通入CH4和O2，电解质溶液为KOH溶液。某研究小组将上述甲烷燃料电池作为电源，进行电解饱和食盐水和电镀的实验，如图所示，其中乙装置中X为离子交换膜。下列说法错误的是
A．乙中X为阳离子交换膜
B．当电路中通过0.4 ml e-时，乙中Fe电极上产生氯气4.48 L(标准状况)
C．用丙装置给铜镀银，b应是Ag
D．甲烷燃料电池负极电极反应式是
【答案】B
【分析】甲烷燃料电池中，通入甲烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，则乙装置中，Fe铁电极为阴极，石墨电极为阳极，丙装置中，a电极为阴极，b电极为阳极。
【解析】A．乙为电解氯化钠溶液装置，装置中钠离子透过交换膜向阴极即左侧迁移，阴极得到NaOH和氢气，为了防止生成的氯气和氢氧化钠接触，故X为阳离子交换膜，A正确；
B．乙中Fe为阴极，水放电生成氢气，电路中通过时，乙中Fe电极上产生氢气0.2ml，为(标准状况)，B错误；
C．用丙装置给铜镀银，Ag作阳极，Cu作阴极，b是Ag，C正确；
D．甲为原电池，甲烷通入极为负极，KOH碱性溶液中生成碳酸根离子，电极反应式为，D正确；
01 电解原理易错点
（1）金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。
（2）电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电，即电子不通过电解质溶液。
（3）①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。
③电解水溶液时，K＋～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、A1等金属。
(4)电解时溶液pH的变化规律。
①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH增大；
②若阴极上无H2产生，阳极上产生O2，则电解后溶液pH减小；
③若阴极上有H2产生，阳极上有O2产生，且VH2＝2VO2，则有“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：
a．如果原溶液是酸溶液，则pH变小；
b．如果原溶液为碱溶液，则pH变大；
c．如果原溶液为中性溶液，则电解后pH不变。
(5)电解质溶液的复原措施。
电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
【跟踪训练】
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
（1）电解池工作时电子从电源的负极流出，流入阴极通过溶液到阳极，然后从阳极流出，流回电源正极。( × )
（2）用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。( × )
（3）阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。( × )
（4）Zn＋H2SO4=ZnSO4＋H2↑能设计成电解池。( √ )
（5）电解池中的电解质可能是熔融状态或固体电解质。( √ )
（6）阳极失去的电子经过直流电源，流向阴极。( × )
（7）电解池中的氧化反应和还原反应不一定同时发生。( × )
（8）电解池工作时，溶液中的阳离子向阳极移动，阴离子向阴极移动。( × )
（9）可充电电池充电时，电池的正极应连接外接电源的负极。( × )
（10）电子从电源的负极沿导线流入电解槽的阴极。( √ )
02 电解原理应用的四点注意事项
(1)阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
(2)电解或电镀时，电极质量减小的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属附着在阴极上。
(3)电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其他活泼性弱于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。
(4)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目与阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液中电解质的浓度保持不变。
【跟踪训练】
1．能源与科学、技术、社会密不可分。下列装置或过程能实现电能转化为化学能的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】C
【解析】A．风力发电是将风能转化为机械能，机械能再转化为电能，A不符题意；
B．天然气燃烧时化学能转化为热能、光能，B不符题意；
C．电解法冶炼金属钠时，电能转化为化学能，C符合题意；
D．暖宝宝发热时将化学能转化为热能，D不符题意；
答案选C。
2．某实验小组模拟海水淡化的同时制备H2、Cl2和NaOH溶液，装置如图所示（两端为惰性电极，阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）。下列有关说法正确的是
A．戊室产生的气体能使湿润的淀粉—KI试纸变蓝
B．膜①是阳离子交换膜
C．淡水的出口只有a和c
D．随着电解的进行，甲室溶液的pH不断增大
【答案】C
【分析】甲室的电极与电源的正极相连，则为阳极室，Cl-放电，其电极反应式为：，戊室的电极与电源的负极相连，则为阴极室，水得电子生成氢气同时生成OH-，其电极反应式为：。
【解析】A．戊室为阳极室，电极反应式为：，能氧化KI为碘单质，生成的碘单质使湿润的淀粉变蓝，A错误；
B．电解池中，阳离子向阴离子移动，阴离子向阳极移动，丙室中为海水，在反应过程中丙室中Na+通过膜②到丁室，为保持电荷守恒，则通过膜①到乙室，因此膜①是阴离子交换膜，膜②是阳离子交换膜，B错误；
C．甲室中氯离子发生氧化反应产生氯气，则钠离子通过阳离子交换膜移动到乙室，丙室中的氯离子进入到乙室中，因此出水口a为淡水，而丙室中钠离子移动到丁室，氯离子移动到乙室，因此出水口c为淡水，戊室中产生氢气和氢氧根离子，氢氧根离子透过阴离子交换膜进入到丁室，出口d主要为NaOH，C正确；
D．甲室的电极反应式为：，随电解的进行，溶液的pH不变，D错误；
故选C。
3．下列装置能达到对应目的的是
A．AB．BC．CD．D
【答案】B
【解析】A．在铜(镀件)上镀银(镀层)时，铜为阴极，银为阳极，A项不符合题意；
B．粗铜的电解精炼，粗铜做阳极连接电源的正极，纯铜作阴极，能达到设计目的，B符合题意；
C．电解氯化钠溶液得到氢氧化钠、氯气和氢气，无法得到金属钠，C项不符合题意；
D．钢铁在强酸性条件下发生析氢腐蚀，在中性或弱酸性条件下发生吸氧腐蚀，图示中的铁发生吸氧腐蚀，D项不符合题意；
故选B。
4．下列说法错误的是
A．镀锌铁的镀层破损铁仍可得到保护
B．钢铁进行发蓝处理表面形成保护膜
C．工业上通过电解饱和食盐水冶炼钠
D．利用电解精炼铜的阳极泥提炼金、银等金属
【答案】C
【解析】A．镀锌铁破损时，锌作为活泼金属优先被腐蚀，保护铁不被氧化，故A正确；
B．发蓝处理使钢铁表面生成致密氧化膜（如），隔绝氧气和水，故B正确；
C．工业制钠需电解熔融NaCl，电解食盐水生成NaOH、和，无法得到金属钠，故C错误；
D．电解精炼铜时，阳极泥含不活泼金属（如Au、Ag），可从中提取金、银，故D正确；
故选C。
01 判断电解池阴、阳极的常用方法
【跟踪训练】
1．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)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑能设计成电解池。( √ )
(3)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应。( √ )
(4)阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。( × )
(5)电解过程中阴离子向阴极定向移动。( × )
(6)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。( √ )
(7)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。( × )
02 分析电解过程的思维程序：
①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活性电极。
②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(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：
电解池阴、阳两极的放电顺序
【跟踪训练】
1．如图，回答下列问题：
(1)接通直流电源后，溶液中Cu2+向 移动(填左或右)，左电极为 极(填阴或阳)，电极方程式为 。
(2)检验右电极产物的方法是 ，产生 的现象证明了你猜测的正确性。
(3)当左电极增重0.64g时，从电源 极(填正或负)流出电子个数约为 ，此时要想恢复电解前的状态，应加入 (填化学式)的质量为 。
【答案】(1) 左 阴 Cu2++2e－=Cu
(2) 湿润的KI淀粉试纸靠近右管口 试纸变蓝
(3) 负 0.02NA CuCl2 1.35g
【解析】（1）接通直流电源后，形成了电解池，根据离子“异性相吸”，则溶液中Cu2+向阴极即向左移动，左电极为阴极，铜离子得到电子变为铜单质，其电极方程式为Cu2++2e－=Cu；故答案为：左；阴；Cu2++2e－=Cu。
（2）右边电极为阳极，氯离子失去电子变为氯气，因此检验右电极产物的方法是湿润的KI淀粉试纸靠近右管口，碘离子和氯气反应生成氯离子和单质碘，单质碘遇淀粉变蓝，因此产生试纸变蓝的现象证明了你猜测的正确性；故答案为：湿润的KI淀粉试纸靠近右管口；试纸变蓝。
（3）当左电极增重0.64g即物质的量为0.01ml时，根据Cu2++2e－=Cu，则转移0.02ml电子即从电源负极流出电子个数约为0.02NA，阴极得到铜单质，阳极得到氯气，此时要想恢复电解前的状态，应加入CuCl2的质量为0.01ml×135g∙ml−1=1.35g；故答案为：负；0.02NA；1.35g。
2．某兴趣小组利用电解装置，探究“铁作阳极”时发生反应的多样性，实验过程如图。
I．KCl作电解质
(1)一定电压下，按图1装置电解，现象：石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解。5min后U形管下部出现灰绿色固体，之后铁电极附近也出现灰绿色固体。
①石墨电极上的电极反应式是 。
②预测图2中的实验现象：
③图2与图1实验现象差异的原因是 。
II．KOH作电解质
(2)用图1装置电解浓KOH溶液，观察到铁电极上立即有气体生成，附近溶液变为淡紫色(FeO)，无沉淀产生。
①铁电极上OH-能够放电的原因是 。
②阳极生成FeO的总电极反应式是 。
【答案】 石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解 盐桥的存在阻碍了OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成 c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电）
【解析】I．KCl作电解质
(1)①石墨电极上是氢离子放电，产生氢气，电极反应式是，故本题答案为：；
②图2中纯铁做阳极，石墨做阴极，所以石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极逐渐溶解，无气体产生， 故本题答案为：石墨电极上迅速产生无色气体，铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解；
③图2的装置存在盐桥，阻碍了OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成，故本题答案为：盐桥的存在阻碍了OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成；
II．KOH作电解质
(2)①在电解池中，氢氧根向阳极移动，铁电极上c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电），故本题答案为：c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电）；
②阳极上铁失电子，生成FeO，电极反应式为，故本题答案为：。
类型
电镀
电解精炼铜
定义
电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺
运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜
主要目的
使金属增强抗腐蚀能力、增强表面硬度和美观
将粗铜提炼为纯铜
示意图
构成
条件
阳极
金属

阴极
金属

电解液
含 金属阳离子
CuSO4溶液
电极反应(以铁件镀
铜为例)
阳极

主要是Cu-2e-Cu2+(比铜活泼的金属杂质先于铜失电子,最终以 的形式残留在溶液中,比铜不活泼的金属杂质形成 )
阴极


电解质溶液的浓度变化
CuSO4溶液的浓度
CuSO4溶液的浓度
电解冶炼类型
冶炼钠(电解熔融氯化钠)
冶炼铝(电解熔融氧化铝)
电极反应
阳极:
阴极:
阳极:
阴极:
总反应


类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质溶液等直接发生化学反应引起的腐蚀
不纯金属或合金与电解质溶液接触，会形成__原电池__，__较活泼__的金属失去电子被氧化腐蚀
特点
__无__电流产生
__有微弱__电流产生
普遍性
两者往往同时发生，金属的__电化学__腐蚀更普遍，而且危害性大，腐蚀速率大
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜酸性
__酸性较强__
__酸性较弱或中性__
负极反应
__Fe－2e－===Fe2＋__
正极反应
__2H＋＋2e－===H2↑__
__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__
总反应
__Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
__2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2__
其他反应
__4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3__
Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)
腐蚀速率
较快，一般极少
较慢，非常普遍
普遍性
__吸氧__腐蚀更普遍
联系
往往两种腐蚀交替发生，但吸氧腐蚀更普遍，两种过程都有微弱电流产生。
氢氧燃料电池
电解水
能量
化学能→电能
电能→化学能
装置
电极
反应式
负极：2H2－4e－===4H＋
正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
总反应式：2H2＋O2===2H2O
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
总反应式：2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑
电子流向
负极→正极
负极→阴极，阳极→正极
离子流向
阳离子→正极，阴离子→负极
阳离子→阴极，阴离子→阳极
反应类型
自发的氧化还原反应
非自发的氧化还原反应
类型
电解质
特点
实例
电解产物
电极反应特点
电解
对象
电解质溶液的
变化
电解质溶液的
复原
阴极
阳极
电解
水型
含氧酸
H2SO4
H2
O2
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
水
浓度
增大
加H2O
可溶性
强碱
NaOH
活泼金
属含氧
酸盐
KNO3
电解
质型
无氧酸
HCl
H2
Cl2
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
电
解
质
浓度
减小
通HCl
不活泼
金属无
氧酸盐
CuCl2
Cu
Cl2
加
CuCl2
放H2
生碱
型
活泼金
属无氧
酸盐
NaCl
H2
Cl2
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：电解质阴离子放电
电解
质和
水
生成
新电
解质
通HCl
放O2
生酸
型
不活泼
金属含
氧酸盐
CuSO4
Cu
O2
阴极：电解质阳离子放电
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
电解
质和
水
生成
新电
解质
加CuO
A．风力发电
B．天然气燃烧
C．冶炼金属钠
D．暖宝宝发热
A．铜上镀银
B．粗铜的电解精炼
C．电解法制金属钠
D．探究铁的析氢腐蚀
判断方法
阳极
阴极
与电源连接
与正极相连
与负极相连
闭合
回路
导线中
电子流出
电子流入
电解质溶液中
阳离子移离
阳离子移向
阴离子移向
阴离子移离
电极
反应
得失电子
失电子
得电子
化合价
升高
降低
反应类型
氧化反应
还原反应
电极质量
减小或不变
增大或不变