2023版创新设计高考化学（新教材鲁科版）总复习一轮课件第6章　化学反应与能量转化

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【课标要求】　1.认识电能与化学能相互转化的实际意义及其重要应用。2.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。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。4.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
(1)电解：将直流电通过熔融电解质或电解质溶液，在两个电极上分别发生______反应和______反应的过程。(2)电解池：将______转化为________的装置。(3)电解池的构成条件①有与__________相连的两个电极；②________溶液(或________)；③形成__________。
一、电解的原理1.电解与电解池
2.电解原理 (1)工作原理
(2)电子和离子的移动方向(惰性电极)
4.惰性电极电解电解质溶液的四种类型
(1)放H2生碱型：(以NaCl为例)阴极反应式：________________________________；(2)电解电解质型：(以CuCl2为例)阳极反应式：________________________________；(3)电解水型：(以H2SO4为例)阳极反应式：________________________________；(4)放O2生酸型：(以CuSO4为例)总离子方程式：_______________________________________。
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
【诊断1】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。　(1)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大(　　)　(2)电解时，电子的移动方向为电源负极→阴极→阳极→电源正极(　　)　(3)用惰性电极电解NaCl溶液放出22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子(　　)　(4)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(　　)
阳极反应式：____________________ (______反应)；阴极反应式：_______________________________________________________ (______反应)；
二、电解原理的应用1.氯碱工业
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
2Na＋＋2e－===2Na
【诊断2】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变(　　)(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(　　)(3)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(　　)(4)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极，稀H2SO4作电解液(　　)
(1)金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成____________，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a.化学腐蚀：金属与接触到的物质直接反应而造成的腐蚀。b.电化学腐蚀：由于形成原电池而使金属发生腐蚀。
三、金属的腐蚀和防护1.金属的腐蚀
②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·nH2O(铁锈)＋(3－n)H2O。
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
2.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、________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】 判断下列叙述的正误(正确的划“√”，错误的划“×”)。
(1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(　　)(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(　　)(3)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(　　)(4)钢闸门吊一块铝块，是利用了牺牲阳极法保护金属(　　)
考点二　电极反应式的书写和计算
考点一　电解原理及应用
考点三　金属的腐蚀与防护
【典例1】　(2020·山东卷)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
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：结合上述分析可知，A项正确；电解一段时间后，阳极室溶液中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。
2.(2021·潍坊模拟)一种新型的电解废水处理技术是以活性炭为电极板和粒子凝胶颗粒填充的电解装置(如图所示)。该装置电解过程中产生的羟基自由基(·OH)氧化能力极强，能氧化苯酚生成CO2、H2O。下列说法错误的是(　　)
A.阳极电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋B.H＋通过离子交换膜向阴极移动C.苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2OD.每转移0.7 ml e－两极室共产生气体体积为11.2 L(标准状况)
解析　根据题给信息可知，阳极上产生羟基自由基，故阳极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，A项错误；H＋通过离子交换膜向阴极移动，B项正确；苯酚被羟基自由基氧化为CO2、H2O，配平化学方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，C项正确；阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，转移0.7 ml电子，阴极产生0.35 ml H2，阳极反应式为H2O－e－===·OH＋H＋，转移0.7 ml电子，生成0.7 ml·OH，由C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O可知，0.7 ml·OH参加反应，生成0.15 ml CO2，故两极室共产生 0.5 ml气体，在标准状况下体积为11.2 L，D项正确。
A.a为电源负极B.溶液中Q的物质的量保持不变C.CO2在M极被还原D.分离出的CO2从出口2排出
题组一　　电极反应式的书写1.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(　　)
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，假设n(CuSO4)＝1 ml，则n(NaCl)＝3 ml，n(CuSO4)＝ n(Cu2＋)＝1 ml，n(NaCl)＝n(Cl－)＝3 ml。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 ml Cl－，所以还剩余1 ml 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。
2.钛被誉为第三金属，广泛用于航天航空等领域。硼化钒(VB2)－空气电池的放电反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，以该电池为电源电解制备钛的装置如图所示。
下列说法不正确的是(　　)A.电解过程中，OH－由左侧经阴离子交换膜向右侧迁移B.Pt极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2OC.石墨电极可能发生反应：2Cl－－2e－===Cl2↑、2O2－－4e－===O2↑D.若石墨极只收集到4.48 L Cl2，则理论上可制备4.8 g Ti
解析　由硼化钒－空气电池放电总反应结合题图推知，Cu电极是正极，Pt电极是负极，故OH－由左侧经阴离子交换膜向右侧迁移，A正确；Pt电极上VB2发生氧化反应，电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，B正确；石墨电极是电解池的阳极，电解质中阴离子(Cl－、O2－)发生氧化反应，C正确；题目未指明4.48 L Cl2是否处于标准状况，不能据此计算制备Ti的质量，D错误。
电解池电极反应式的书写❶步骤
4.如图所示，通电5 min后，电极5的质量增加2.16 g，请回答下列问题。
(1)a为电源的________(填“正”或“负”)极，C池是________池。A池阳极的电极反应为________________，C池阴极的电极反应为________________。答案　(1)负　电解　2Cl－－2e－===Cl2↑Ag＋＋e－===Ag　
(2)如果B池中共收集到224 mL气体(标准状况)且溶液体积为200 mL(设电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Cu2＋的物质的量浓度为________。(3)如果A池溶液是200 mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电 5 min后，溶液的pH为________。答案　(2)0.025 ml·L－1　(3)13
电化学综合计算的三种常用方法❶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关系进行计算。❷根据电子守恒计算①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
❸根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
【典例2】　(2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(　　)
A.阴极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋B.金属M的活动性比Fe的活动性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
[图解分析]牺牲阳极法示意图如图：牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上安装若干镁合金或锌块，镁、锌比铁活泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀，而作为正极的钢铁设备就被保护起来。
解析　根据图示可知金属M失电子，为原电池的负极(图示为阳极)，钢铁设施为原电池的正极(图示为阴极)，此方法属于牺牲阳极的阴极保护法。该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有大量的NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的慢，D项错误。
【题组训练】1.下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是(　　)
A.牺牲阳极法利用电解原理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.外加电流法，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↑
解析　牺牲阳极法利用原电池原理，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；外加电流法，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。
2.(双选)我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象。在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A.通电时，锌环是阴极，发生氧化反应B.通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－C.断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===ZnD.断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
解析　通电时，锌环与电源正极相连，锌环作阳极，锌失电子发生氧化反应，故A错误；铁帽为阴极，阴极上H＋得到电子生成氢气，阴极电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B正确；断电时，锌铁形成原电池，锌失电子生成Zn2＋，锌环上的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，Fe作正极被保护，仍能防止铁帽被腐蚀，故C错误、故D正确。
判断金属腐蚀快慢的方法❶对同一电解质溶液来说，腐蚀的快慢：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。❷对同一金属来说，腐蚀的快慢：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)❸活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。❹对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。
微专题19　电化学装置中的“膜技术”
【进阶学习】1.离子交换膜　离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成，交换膜使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。2.隔膜的作用　(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。　(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
3.交换膜的分类与应用
4.常考含交换膜的装置　Ⅰ.单膜电化学装置　KIO3可以用电解法制备，装置如下：　(1)分析装置a、b是什么极？c、d是什么极？ 请分析讨论。
(2)写出两极的电极反应式。(3)电解时通过离子交换膜的离子是什么？迁移如何？答案　K＋，向b迁移。(4)将装置中的阳离子交换膜改为阴离子交换膜有什么不好？答案　得到KIO3可能含有较多的KOH。
Ⅱ.双膜或多膜电化学装置(Ⅰ)双膜电解池　Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4。　(1)根据题意，写出Cu、Fe两极的电极反 　应式。
(2)请分析离子交换膜a、b分别是哪类离子交换膜？通过什么离子？a%与b%的大小关系如何？答案　Fe电极反应消耗OH－，b交换膜应为阴离子交换膜，通过OH－；Cu电极反应产生OH－，保证电荷守恒， a交换膜为阳离子交换膜，通过Na＋。b%>a%。(3)为了使装置连续工作，如何操作？答案　将左侧流出的NaOH补充到装置的中部。
(Ⅱ)多膜电解池多极膜电渗析一步法制酸碱的技术进入到了工业化阶段。某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。
(1)请分析电极X、Y的名称，并写出电极反应式。(2)交换膜b、c分别是哪类交换膜？Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ口排出什么物质？答案　b为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜。Ⅰ口排出酸液，Ⅱ口排出淡海水，Ⅲ口排出碱液。(3)双极膜a左侧膜和右侧膜分别是哪类离子交换膜？答案　左侧膜为阴离子交换膜，右侧膜为阳离子交换膜。
【专题精练】1.(2020·山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含CH3COO－的溶液为例)。下列说法错误的是(　　)
A.负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜C.当电路中转移1 ml电子时，模拟海水理论上除盐58.5 gD.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2∶1
解析　结合图示可知放电时的电极反应如下：根据上述分析可知，A项正确；该电池工作时，Cl－向a极移动，Na＋向b极移动，即隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项错误；电路中转移1 ml电子时，向a极和b极分别移动1 ml Cl－和1 ml Na＋，则模拟海水理论上可除盐58.5 g，C项正确；电池工作时负极产生CO2，正极产生H2，结合正、负极的电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为2∶1，D项正确。
2.(2021·天津卷)如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是(　　)
A.a是电源的负极B.通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色C.随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大D.当0.01 ml Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
1.(2021·全国乙卷)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是(　　)
A.阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
解析　海水中存在大量的Cl－，在阳极Cl－放电生成Cl2，A叙述正确；阴极H2O放电生成H2和OH－，OH－与Cl2反应生成ClO－，因此管道中存在一定量的NaClO，B叙述正确；因为H2为可燃性气体，大量H2存在时容易引起爆炸，所以阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气，C叙述正确；阴极产生OH－，因此会在阴极表面形成Mg(OH)2等积垢，需定期清理以保持良好的导电性，D叙述错误。
2.(2021·广东卷)钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)
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
3.(2019·江苏卷)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(　　)
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。
1.(2021·锦州模拟)某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说法正确的是(　　)
A.溶液中电子从B极移向A极B.若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c(Cu2＋)保持不变C.若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液pH增大D.若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等
2.(2021·常德模拟)用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3∶1的CuSO4溶液和NaCl溶液的混合溶液，不可能发生的反应是(　　)
3.(2021·汕头模拟)钢铁的防护有多种方法，下列对于图中的方法描述错误的是(　　)
A.a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应B.a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材料可能都含有ZnC.a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门D.a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极的阴极保护法
解析　A.a、b以导线连接，装置即为牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极活动性应该比铁强，作负极，发生氧化反应，A正确；B.a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，会失去电子，B正确；C.通电后，被保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，C正确；D.由于有外加电源，故此方法为外加电流的阴极保护法，D错误。
4.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H2SO4·H2C2O4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　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。
5.(2021·惠州模拟)纳米Fe2O3在常压电解法合成氨过程中起催化作用，该电解装置如图所示。已知熔融NaOH—KOH为电解液，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是(　　)
A.惰性电极Ⅱ是电解池的阴极，发生还原反应B.产生2.24 L O2时，转移的电子数为0.4NAC.惰性电极Ⅰ的电极反应为Fe2O3＋3H2O－6e－===2Fe＋6OH－D.生成氨气的反应为2Fe＋N2＋3H2O===Fe2O3＋2NH3
解析　A.根据图示可知，惰性电极Ⅱ产生氧气，氧元素化合价升高，发生氧化反应，故惰性电极Ⅱ为电解池的阳极，A错误；B.产生2.24 L O2，未标注状态，故不能计算转移的电子数，B错误；C.根据图示可知，惰性电极Ⅰ为阴极，反应得电子，电极反应式为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－，C错误；D.结合图示及阴极电极反应式可知，生成氨气的反应为2Fe＋N2＋3H2O===Fe2O3＋2NH3，D正确。
A.图乙中0～20 min脱除的元素是氮元素，此时石墨作阳极B.溶液pH越小，有效氯浓度越大，氮的去除率越高C.图乙中20～40 min脱除的元素是磷元素，此时阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑D.电解法除氮中有效氯ClO－氧化NH3的离子方程式为3ClO－＋2NH3===3Cl－＋N2＋3H2O
7.(2021·全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)
解析　由题图可知，在铅电极乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程，发生还原反应，则铅电极是电解装置的阴极，石墨电极发生氧化反应，反应为2Br－－2e－===Br2，是电解装置的阳极。由上述分析可知，Br－起到还原剂的作用，A错误；阳极上的反应式为2Br－－2e－===Br2，B错误；制得2 ml乙醛酸，实际上是左、右两侧各制得1 ml乙醛酸，共转移2 ml电子，故理论上外电路中迁移的电子为2 ml，C错误；电解装置中，阳离子移向阴极(即铅电极)，D正确。
8.(2021·宜昌模拟)某化学小组为探究电场作用下阴阳离子的迁移情况，设计如图所示电解装置，a、b、c、d均为石墨电极，电极间距为4 cm，将pH试纸分别用不同浓度Na2SO4溶液充分润湿，进行如下实验，实验现象如表所示。下列说法错误的是(　　)
9.(2021·衡阳模拟)碳酸二甲酯[(CH3O)2CO]被誉为当今有机合成的“新基石”，一种电化学合成它的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.B为电源的正极B.左室电极反应：2CH3OH＋CO－2e－===(CH3O)2CO＋2H＋C.若参加反应的O2为1.12 L(标准状况)，则理论上可制得18 g(CH3O)2COD.若反应转移的电子为2 ml，则左室与右室溶液的质量差为4 g
10.(2021·1月广东适应性考试)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－===Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是(　　)　A.乙烯应通入阴极区　B.移出交换膜前存在反应Cl2＋H2OHCl＋HClO　C.使用Cl－交换膜阻止OH－通过，可使Cl2生成区的pH逐渐减小　D.制备过程的总反应为：H2C===CH2＋H2O===H2↑＋C2H4O
11.(1)(2021·湖南卷)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可利用电解原理，将氨气转化为高纯氢气，其装置如图所示。
①电解过程中OH－的移动方向为________(填“从左往右”或“从右往左”)；②阳极的电极反应式为___________________________________________。答案　(1)①从右往左　②2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
解析　(1)①根据反应物以及两极产物，可以看出产生氢气的一极氢元素的化合价变化为＋1→0，发生还原反应，应为阴极，产生氮气的一极氮元素的化合价变化为－3→0，发生氧化反应，应为阳极。电解池中，阴离子向阳极移动，所以电解过程中OH－的移动方向为从右往左。②阳极上NH3变为N2，溶液环境为碱性，所以阳极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O。
(2)(2020·全国卷Ⅱ节选)CH4和CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示：①阴极上的反应式为____________________。②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH4和CO2体积比为________。答案　(2)①CO2＋2e－===CO＋O2－　②6∶5
解析　(2)①结合图示可知CO2在阴极发生还原反应生成CO，即阴极上的反应式为CO2＋2e－===CO＋O2－。②设生成C2H4和C2H6的物质的量分别为 2 ml和1 ml，则反应中转移电子的物质的量为4 ml×2＋2 ml×1＝10 ml，根据碳原子守恒，可知反应的CH4为6 ml；则由CO2→CO转移10 ml电子，需消耗5 ml CO2，则反应中消耗CH4和CO2的体积比为6∶5。
①阳极室产生Cl2后发生的反应有： _____________________________、CH2===CH2＋HClO―→HOCH2CH2Cl。②结合电极反应式说明生成溶液a的原理_______________________。
答案　(3)①Cl2＋H2OHCl＋HClO　②阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－生成OH－，K＋通过阳离子交换膜从阳极迁移到阴极，形成KOH和KCl的混合溶液解析　(3)①阳极产生氯气后，可以和水发生反应生成次氯酸其方程式为：Cl2＋H2OHCl＋HClO；②溶液a是阴极的产物，在阴极发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，同时阳极的钾离子会向阴极移动和氢氧根结合形成氢氧化钾。
12.(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－；A、B为离子交换膜。
①B膜最佳应选择________。②阳极的电极反应式是___________________________________________。③少量的I－因浓度差通过BPM膜，若撤去A膜，其缺点是________________。答案　(1)①Na＋交换膜　②2H2O－4e－===O2↑＋4H＋③I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板
解析　(1)①从图上看，右端的BPM膜和B膜之间产生NaOH，BPM膜提供OH－，B膜最好是Na＋交换膜；②阳极附近溶液为硫酸溶液，水电离出的氢氧根离子失电子，故阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；③A膜应为阳离子交换膜，阳极产生的H＋透过A膜和少量的I－反应得到少量的HI，若撤去A膜，I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板。
(2)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，使处理含苯酚(C6H5OH)废水更加高效，装置如下图所示。已知a极主要发生的反应是O2生成H2O2，然后在电解液中产生·OH并迅速与苯酚反应。
①b极连接电源的________极(填“正”或“负”)。②a极的电极反应式为______________________________________。③除电极反应外，电解液中主要发生的反应方程式有_______________________________________________________________________________。
答案　(2)①正　②O2＋2e－＋2H＋===H2O2③C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O
解析　(2)①a极主要发生的反应是O2生成H2O2，O元素化合价降低、得到电子、发生还原反应，则a电极为阴极、与电源负极相接，所以b电极为阳极、与电源正极相接；②a电极为阴极，O2得到电子生成H2O2，电解质溶液显酸性，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2；③H2O2分解产生·OH，化学方程式为H2O2===2·OH，·OH除去苯酚生成无毒的氧化物，该氧化物为CO2，反应的化学方程式为C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O。
13.(双选)(2021·肇庆模拟)二茂铁[Fe(C5H5)2]可作为燃料的节能消烟剂、抗爆剂。二茂铁的电化学制备装置与原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
14.(双选)(2021·龙岩模拟)二氧化碳的过量排放，严重影响人类的生存环境，处理二氧化碳是全球关注的重大问题，有一实验小组设计了用电解法消除二氧化碳并制取乙烯，其装置如图所示(图中离子交换膜只允许OH－通过)。下列说法错误的是(　　)
A.a为负极，b为正极B.生成乙烯的电极反应式为：2CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12OH－C.工作一段时间后右侧氢氧化钠物质的量减少D.外电路中转移1.2 ml电子时，左侧电解质溶液增重6 g
解析　A.左侧电极通入二氧化碳，生成乙烯，发生还原反应，电极反应式为2CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12OH－，连接电源的负极，二氧化碳获得电子，则a为负极，b为正极，故A正确；B.左侧电极通入二氧化碳，生成乙烯，发生还原反应，电解质溶液显碱性，电极反应式为2CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12OH－，故B正确；C.阳极氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，交换膜为阴离子交换膜，左
侧生成的OH－通过阴离子交换膜进入右侧，氢氧化钠物质的量不变，故C错误；D.左侧电极通入二氧化碳，生成乙烯，电极反应式为2CO2＋12e－＋8H2O===C2H4＋12OH－，外电路中转移1.2 ml电子时，左侧增加0.2 ml CO2，减少0.1 ml C2H4，左侧生成的OH－通过阴离子交换膜进入右侧，减少1.2 ml OH－，左侧减少的量为水的量，1.2 ml电子对应0.8 ml H2O，该极减少0.8 ml×18 g/ml＝14.4 g，故D错误。
15.电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题： (1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示：
①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的________(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为______________________________________________________________。
②a极区pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。③图中应使用________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。答案　(1)①正极　Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋　②增大　③阳
解析　(1)①根据题意可知，Cl－放电生成ClO2的电极为阳极，接电源的正极。根据元素守恒，有水参加反应，同时生成H＋，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋；②a极区为阴极区，电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区OH－浓度增大，溶液的pH增大；③根据溶液中电荷守恒的规律，图中应使用阳离子交换膜。
(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为__________________________________。用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：
则D的化学式为________________；阳极的电极反应式为___________________；阳离子迁移方向是_______________________。
(3)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示：①阴极的电极反应式为___________________________________________。②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为______________________。
热点强化练11　电解原理在工农业生产中的应用
1.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(　　)
2.(2021·莆田模拟)氢氧化锂是合成其他锂产品的基本原料，也可以直接用于其他工业领域。用如图所示的双膜电解装置可制备氢氧化锂。下列有关叙述正确的是(　　)
A.甲膜为阴离子交换膜，乙膜为阳离子交换膜B.通电后Li＋向阳极移动，阳极附近的溶液的pH减小C.阴极的电极反应为H2O＋2e－===H2↑＋O2－D.当电路中通过1 ml电子时，可生成49 g H2SO4
解析　A.连接电源负极的a电极为阴极，连接电源正极的b电极为阳极，通电后，阳离子向电解池的阴极移动，阴离子向电解池的阳极移动，故甲膜为阳离子交换膜，乙膜为阴离子交换膜，A项错误；B.通电后Li＋向阴极移动，B项错误；C.阴极发生还原反应，但在水溶液中不可能生成O2－，C项错误；D.阳极电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 ml电子时，生成1 ml H＋，即生成49 g H2SO4，D项正确。
A.H＋由右室进入左室B.Ce4＋从电解槽的c口流出，且可循环使用C.若用甲烷燃料电池作为电源，当消耗标准状况下33.6 L甲烷时，理论上可转化2 ml HNO2D.阴极的电极反应式：2HNO2＋6H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
4.(2021·1月江苏适应性考试)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
5.用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.电极N为阳极，电极M上H＋发生还原反应B.电极M的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑C.d处流进粗KOH溶液，e处流出纯KOH溶液D.b处每产生11.2 L气体，必有1 ml K＋穿过阳离子交换膜
解析　根据图示，K＋移向电极N，所以N是阴极，M极是阳极，OH－发生氧化反应生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故A错误，B正确；c处流进粗KOH溶液，f处流出纯KOH溶液，故C错误；N极是阴极，H＋发生还原反应生成氢气，非标准状况下11.2 L氢气的物质的量不一定是0.5 ml，故D错误。
6.中国第二化工设计院提出，用间接电化学法对大气污染物 NO 进行无害化处理，其原理示意如图(质子膜允许H＋和H2O 通过)，下列相关判断正确的是 (　　)
7.(2021·珠海模拟)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如图)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法正确的是(　　)
A.电极a连接电源的负极B.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生C.电极a每产生1 ml气体就有2 ml离子通过B膜D.C为阴离子交换膜
解析　A.H＋向电极b移动，OH－向电极a移动，则电极a为阳极，连接电源正极，A项错误；B.由于氯离子放电会产生有毒气体氯气，所以电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生，B项正确；C.OH－在电极a上反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电极a每产生1 ml气体，消耗4 ml OH－，产生4 ml H＋，Cl－透过B膜和H＋形成酸，则会有4 ml Cl－通过B膜，C项错误；D.Na＋进入Ⅲ中和OH－形成碱，则C为阳离子交换膜，D项错误。
8.(2021·孝感模拟)电解合成1，2－二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法错误的是(　　)
9.电－Fentn法是用于水体中有机污染物降解的高级氧化技术，反应原理如图所示。电解产生的H2O2与Fe2＋发生反应生成的羟基自由基(·OH)能氧化降解有机污染物。下列说法错误的是(　　)
A.电源的A极为负极B.与电源B极相连电极的电极反应式为H2O－e－===H＋＋·OHC.Fentn反应为：H2O2＋Fe2＋===Fe(OH)2＋＋·OHD.每消耗2.24 L O2(标准状况)，整个电解池中理论上可产生的·OH为0.2 ml
解析　根据图示，三价铁离子在左端电极得到电子转化为亚铁离子，发生还原反应，左端电极为阴极，则A为电源负极，B为电源正极，右端电极为阳极。根据上述分析，电源的A极为负极，故A正确；与电源B极相连电极为阳极，根据图示，水在阳极上失电子产生羟基自由基(·OH)，电极反应式为H2O－e－===H＋＋·OH，故B正确；电解产生的H2O2与Fe2＋发生反应生成的羟基自由基(·OH)，由图示装置可知，H2O－e－===H＋＋·OH，Fe3＋＋
e－===Fe2＋，O2＋2e－＋2H＋===H2O2；则H2O2＋Fe2＋===Fe(OH)2＋＋·OH, 故C正确；D.每消耗1 ml O2，得到2 ml电子，1 ml Fe3＋得到1 ml电子，生成1 ml Fe2＋，阴极共得3 ml电子，根据H2O2＋Fe2＋===Fe(OH)2＋＋·OH，生成1 ml ·OH，当阳极失3 ml电子时，得到3 ml ·OH，所以每消耗 0.1 ml O2时，整个电解池可产生0.4 ml ·OH，D错误。
10.我国科技工作者设计了一种电解装置，能将甘油(C3H8O3)和二氧化碳转化为甘油醛(C3H6O3)和合成气，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.催化电极b与电源正极相连B.电解时催化电极a附近的pH增大C.电解时阴离子透过交换膜向b极迁移D.生成的甘油醛与合成气的物质的量相等
11.(双选)(2021·唐山模拟)硼酸[H3BO3或B(OH)3]是一元弱酸，常用于医药玻璃等工业，并用作食物防腐剂和消毒剂，工业上通过电解法制备硼酸。其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
12.(双选)(2021·荆州模拟)电化学脱硫在金属冶炼和废水处理中均有应用。一种电化学脱硫工作原理示意图如图所示。该装置工作时，下列说法不正确的是(　　)
A.a为直流电源负极B.阴极区溶液pH增大C.Mn2＋和Mn3＋之间的转化可提高脱硫效率D.导线中流过4.5 ml e－时阳极区溶液质量增加44 g