人教版高考化学一轮总复习第7章第2节第2课时电解池金属的腐蚀与防护课时学案

这是一份人教版高考化学一轮总复习第7章第2节第2课时电解池金属的腐蚀与防护课时学案，共28页。
第2课时　电解池　金属的腐蚀与防护
考试评价解读
核心素养达成
1.能分析解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
2．能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。
证据推理
与
模型认知
认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。
科学探究
与
创新意识
肯定电解原理对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题作出正确的价值判断。


电解原理及其规律
[以练带忆]
1．用石墨电极电解CuCl2溶液(如图所示)，下列分析正确的是(　　)

A．a端是直流电源的负极
B．通电使CuCl2发生电离
C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu
D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体
A　解析：根据溶液中离子移动方向可知，U形管左侧电极是阴极，连接电源的负极，a端是电源的负极，A正确；通电使CuCl2发生电解，不是电离，B错误；阳极发生氧化反应，Cl－在阳极放电2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；Cl－发生氧化反应，在阳极放电生成Cl2，D错误。
2．用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，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＜B电极
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，充分搅拌后溶液呈中性
D　解析：SO、OH－移向B电极，在B电极OH－放电，产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C项错误、D项正确；A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误。
3．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
C　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。
[练后梳理]
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有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)电极名称及电极反应式(电解CuCl2溶液为例)

总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑
(2)电子和离子的移动方向
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
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．阴阳两极上放电顺序
(1)阴极(与电极材料无关)：氧化性强的先放电，放电顺序如下：

(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应，Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋。
若是惰性电极作阳极，放电顺序如下：

4．用惰性电极电解电解质溶液的规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为4H＋＋4e－===2H2↑，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑。
②电解质浓度变大，pH可能变大、变小或不变，可加H2O复原。
(2)电解电解质类型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(CuCl2)。
电解质浓度变小，加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，总反应式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
②溶液pH变大，通HCl复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为2Cu2＋＋4e－===2Cu，阳极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，总反应式为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。
②溶液pH变小，加CuO或CuCO3复原。

(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、最重要的放电顺序为阳极：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、Al等金属。
(4)惰性电极：Au、Pt、C(石墨)。

电解原理的实际应用
[以练带忆]
1．下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图，下列说法中不正确的是
(　　)

A．装置出口①处的物质是氯气
B．出口②处的物质是氢气，该离子交换膜只能让阳离子通过
C．装置中发生反应的离子方程式为2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑
D．该装置是将电能转化为化学能
C　解析：出口①处是电解池的阳极区，溶液中的氯离子失电子生成氯气，A项正确；出口②处是电解池的阴极区，溶液中的氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，离子交换膜是阳离子交换膜，只允许阳离子通过，B项正确；电解饱和食盐水生成氢氧化钠和氢气、氯气，离子方程式为2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，C项错误；该装置是电解装置，是把电能转化为化学能，D项正确。
2．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)

A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
D　解析：氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。
[练后梳理]
1．氯碱工业

阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应的化学方程式：
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＋，
Fe－2e－===Fe2＋，
Ni－2e－===Ni2＋，
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↑

(1)由于AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很高的氧化铝，为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
(2)因为MgO的熔点高，工业上只能通过电解熔融的MgCl2制备Mg。

金属的腐蚀与防护
[以练带忆]
1．港珠澳大桥设计寿命为120年，对桥体钢制构件采用了多种防腐措施，下列防腐措施错误的是(　　)
A．用导线与石墨相连　　 B．用导线与电源负极相连
C．钢制构件上焊接锌块 D．表面喷涂分子涂层
A　解析：用导线将钢制构件与石墨相连，钢制构件形成原电池的负极，更易失电子被腐蚀，A项错误；用导线将钢制构件与电源负极相连，钢制构件形成电解池的阴极，这是外加电流法，B项正确；在钢制构件上焊接锌块，钢制构件形成原电池的正极，这是牺牲阳极法，C项正确；在钢制构件表面喷涂分子涂层，使钢制构件与外界隔开得到保护，D项正确。
2．下列说法不正确的是(　　)


A．图甲：钢铁表面水膜酸性很强或呈中性，发生吸氧腐蚀
B．图乙：钢铁表面水膜酸性较强，发生析氢腐蚀
C．图丙：钢闸门作为阴极而受到保护
D．图丁：将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好
D　解析：金属的腐蚀分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀，若钢铁表面水膜酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀，若钢铁表面水膜酸性较强，则发生析氢腐蚀，A、B正确；钢闸门连接外加电源的负极，作阴极，被保护，C正确；若将锌板换成铜板，则钢闸门与铜板形成原电池，钢闸门作负极，会加快腐蚀，D错误。
3．利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护，下列说法不正确的是
(　　)

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，铁电极的反应为Fe－2e－===Fe2＋
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，铁电极的反应为2H＋＋2e－===H2↑
B　解析： A项，此时是牺牲阳极法，正确；B项，此时构成原电池，锌作负极被氧化，铁作正极被保护，错误；C项，此时为外加电流法，正确；D项，此时构成电解池，铁为阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，正确。
[练后梳理]
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)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
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
①牺牲阳极法——原电池原理
a．负极：比被保护金属活泼的金属；
b．正极：被保护的金属设备。
②外加电流法——电解原理
a．阴极：被保护的金属设备；
b．阳极：惰性金属或石墨。
(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。
4．判断金属腐蚀快慢的规律
(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>有防腐措施的腐蚀。
(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，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。

考点1　电解原理在物质制备、环境治理方面的应用
[抓本质·悟考法]
(2020·山东高考)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下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是　(　　)

A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋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

【解题关键点】　①根据a电极产生O2判断a是阳极，b是阴极，然后确定H＋的移动方向。
②分析电解池中b极室通入O2，流出的是H2O2，由电子得失相等推断D项产物。
【易错失分点】　①不能正确分析出生成H2O2的电极反应式，从而对D项作出错误判断。
②忽视了质子交换膜的作用，容易错选B项。
[自主解答]
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D　解析：依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故A正确；电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH不变，故B正确；由B的分析可知，C正确；电解时，阳极的反应式为4OH－－
4e－===2H2O＋O2↑，阴极的反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，总反应式为O2＋2H2O2H2O2，要消耗氧气，即a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，故D错误。
[多角度·突破练]
⊳角度1　电解原理制备特殊物质
1．(2021·临沂模拟)Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)

A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
A　解析：由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。
2．在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．电解结束后电解液Ⅱ中c(Zn2＋)增大
B．电解液Ⅰ应为ZnSO4溶液
C．Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O
D．当通入44 g CO2时，溶液中转移1 mol电子
C　解析：因为右室Zn失去电子生成Zn2＋，溶液中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，c(Zn2＋)不变，A项错误；右室生成的Zn2＋通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O2－4结合为ZnC2O4，因此，电解液Ⅰ为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液Ⅱ只要是含Zn2＋的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO2＋2e－===C2O2－4，C项正确；当通入44 g CO2时，外电路中转移1 mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。
3．(双选)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如下图所示。下列说法中正确的是(　　)

A．电极B连接电源负极
B．A极区电解液为LiCl溶液
C．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过该离子交换膜
AB　解析：由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于B电极生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液。电极B上产生氢气，所以B为阴极，B连接电源负极，A项正确；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1 mol H2，有 2 mol Li＋通过该离子交换膜，D项错误。
⊳角度2　电解原理在环境保护中的应用
4．用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，CN－与阳极产生的ClO－反应生成无污染的气体，下列说法不正确的是(　　)
A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
D　解析：阳极产生ClO－，发生的反应为Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，所以阳极一定是石墨电极而不是铁电极，A、B两项正确；阴极是H＋得电子产生H2，C项正确；溶液的pH为 9～10，显碱性，因而除去CN－的反应为2CN－＋5ClO－＋2OH－===N2↑＋2CO＋5Cl－＋H2O，D项错误。
5．SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(　　)

A．a极为直流电源的负极，与其相连的电极发生还原反应
B．阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2 mol
C．吸收池中发生反应的离子方程式为2NO＋2S2O2－4＋2H2O===N2＋4HSO
D．阳极发生的反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO2－4＋4H＋
D　解析：A项，阴极发生还原反应，亚硫酸氢根离子得电子生成连二亚硫酸根离子，a是直流电源的负极，正确；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为2HSO＋2H＋＋2e－===S2O2－4＋2H2O，阴极得到2 mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为 2 mol，正确；C项，连二亚硫酸根离子与一氧化氮发生氧化还原反应，生成氮气，离子方程式为2NO＋2S2O2－4＋2H2O===N2＋4HSO，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，错误。

由于电解池氧化还原过程的特殊性，电解原理可用于制备其他方法不能制备的许多物质，同时在消除污染方面也有广泛应用。在解答此类问题时，不能拘泥于阴阳两极离子的放电顺序，应根据产物判断电极上放电的物质。解答时可先利用所生成的物质和提供的物质分析出化合价的变化情况，再根据阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应判断电极及书写电极反应。
考点2　“多池”组合装置的综合应用
[抓本质·悟考法]
如图所示，甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列说法正确的是(　　)

A．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH＋2H2O＋6e－===CO＋8H＋
B．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度
C．甲池中消耗224 mL(标准状况)O2，此时丙池中理论上产生1.16 g 固体
D．若将乙池电解质溶液换成AgNO3溶液，则可以实现在石墨棒上镀银

【解题关键点】　①根据装置特点判断出甲池为原电池装置，乙池和丙池为电解池装置；
②判断燃料电池的正负极，从而确定乙池和丙池的阴极和阳极；
③分析对应电极上的反应，根据电子守恒进行相关计算。
【易错失分点】　①不能正确判断原电池和电解池装置；
②忽视甲池中的碱性环境，错选A项；
③不能正确判断出丙池中产生的是Mg(OH)2固体，从而计算错误。
[自主解答]
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C　解析：甲池通入CH3OH的电极发生氧化反应：CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O，A项错误；乙池中石墨作阳极，Ag作阴极，电解总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，由于CuSO4溶液过量，溶液中减少的是“2Cu＋O2↑”，因此加入CuO或CuCO3能使原溶液恢复到原浓度，B项错误；丙池中的总反应为MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑，根据各电极上转移电子数相同，可得关系式：O2～4e－～2Mg(OH)2，丙池中产生Mg(OH)2固体的质量为×2×58 g/mol＝1.16 g，C项正确；石墨棒作阳极，Ag作阴极，只能在银极上镀银，D项错误。
[多角度·突破练]
⊳角度1　无外接电源组合装置
1．根据下图装置，下列说法不正确的是(　　)

A．此装置用于电镀铜时，电解一段时间，硫酸铜溶液的浓度不变
B．若a为纯铜，b为粗铜，该装置可用于粗铜的电解精炼
C．燃料电池中正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．电子经导线流入b电极
B　解析：氢氧燃料电池中，通入氢气的电极为负极，通入氧气的电极为正极，则b是阴极、a是阳极。A项，此装置用于电镀铜时，阳极溶解的金属铜等于阴极析出的金属铜，所以电解质溶液的浓度不变，正确；B项，电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，即a为粗铜，b为纯铜，错误；C项，该燃料电池中，正极上氧气得电子被还原生成氢氧根离子，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===
4OH－，正确；D项，电子从负极沿导线流向b电极、从a电极沿导线流向正极，正确。
2．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是(　　)

A．电流方向：电极Ⅳ→ →电极Ⅰ
B．电极Ⅰ发生还原反应
C．电极Ⅱ逐渐溶解
D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
A　解析：当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他池作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。电子移动方向：电极Ⅰ→→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，A正确；原电池负极在工作中失去电子，被氧化，发生氧化反应，B错误；原电池正极得电子，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C错误；电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。
⊳角度2　有外接电源组合装置
3．下图装置中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b>d。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
B　解析：A项，当X为MgSO4时，b极上生成H2，电极质量不增加，错误；C项，X为FeSO4，Y为Al2(SO4)3，b、d极上均产生气体，错误；D项，b极上析出Cu，d极上析出Ag，其中d极增加的质量大于b极增加的质量，错误。
4．如图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是(　　)

A．X极是电源负极，Y极是电源正极
B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑
C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大
D．Pt极上有6.4 g Cu析出时，b极产生2.24 L(标准状况)气体
B　解析：a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色，依据电解质溶液为滴有酚酞的氯化钠溶液，判断b极是阴极，Y为电源负极，X为电源正极，故A错误；a极是氯离子失电子发生的氧化反应，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故B正确；电解过程中CuSO4溶液中的氢氧根离子在阳极Pt电极失电子生成氧气，溶液中铜离子在Cu电极得到电子析出铜，溶液中氢离子浓度增大，溶液的pH逐渐减小，故C、D错误。
5．如图所示，X、Y、Q、W都是惰性电极，将电源接通后，W 极附近颜色逐渐加深。下列说法中不正确的是(　　)

A．电源的M极为正极
B．甲装置中溶液的pH减小
C．甲装置的两个电极上都有单质生成且物质的量之比为1∶1
D．欲用乙装置给铜镀银，U极应该是Ag，电镀液选择AgNO3溶液
C　解析：W极附近颜色逐渐加深，说明通电时氢氧化铁胶粒移向该电极，该极为阴极，即W连接电源的负极，则M为正极，N为负极，A正确；通电时，甲装置中X为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，Y为阴极，电极反应为2Cu2＋＋4e－===2Cu，总反应为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，甲装置中溶液的pH减小，B正确；n(O2)∶n(Cu)＝1∶2，C错误；电镀时镀层金属作阳极，即U极应该是Ag，电镀液为AgNO3溶液，D正确。

“多池”组合类电池的解题流程



隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，不允许阴离子通过。
(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
离子交换膜在原电池中的应用
[知识对接]
交换膜隔离两种电解质溶液，避免了电极产物与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触的条件下发生氧化还原反应。
[应用体验]
1．二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，有关叙述正确的是(　　)
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
B．电子移动方向为a极→b极→质子交换膜→a极
C．a电极的电极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋12H＋
D．当b电极消耗22.4 L O2时，质子交换膜有4 mol H＋通过
C　解析：A项，化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，错误；B项，电子不能经过电解质溶液，所以电子由a极b极，错误；C项，
a为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2＋
12H＋，正确；D项，状况不知，无法由体积求物质的量，所以通过H＋的物质的量不知，错误。
2．(2020·海口模拟)(双选)利用原电池原理，在室温下从含低浓度铜的酸性废水中回收铜的实验装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．电极1为负极
B．Y为阳离子选择性交换膜
C．电极2上只有Cu析出
D．负极的电极反应式：BH＋8OH－－8e－===B(OH)＋4H2O
BC　解析：电极1发生的反应为BH＋8OH－－8e－===B(OH)＋4H2O，发生氧化反应，为负极，故A、D正确；Y为阴离子选择性交换膜，故B错误；电极2上Cu2＋及H＋在正极上得到电子被还原，故C错误。
离子交换膜在电解池中的应用
[知识对接]
在电解池中使用选择性离子交换膜的主要目的是限制某些离子(或分子)的定向移动，避免电解质溶液中的离子或分子与电极产物反应，在产品制备中，使用隔膜可以提高产品纯度，或避免产物因发生反应而造成危险。解题时可以根据隔膜类型判断允许哪种离子通过隔膜，也可以根据所制备的物质判断离子迁移方向，从而确定交换膜的类型。
[应用体验]
3．用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液，其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是　(　　)

A．阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．通电后阴极区溶液pH会增大
C．K＋通过交换膜从阴极区移向阳极区
D．纯净的KOH溶液从b口导出
C　解析：阳极区为粗KOH溶液，阳极上OH－失电子发生氧化反应：
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，A项正确；阴极上H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区溶液中c(OH－)增大，pH增大，B项正确；电解时阳离子向阴极移动，故K＋通过阳离子交换膜从阳极区移向阴极区，C项错误；阴极区生成KOH，故纯净的KOH溶液从b口导出，D项正确。
4．(2020·全国卷Ⅱ)化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料，又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问题：
(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置来制取。装置中的离子膜只允许________离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。

(2)Cl2O为淡棕黄色气体，是次氯酸的酸酐，可由新制的HgO和Cl2反应来制备，该反应为歧化反应(氧化剂和还原剂为同一种物质的反应)。上述制备Cl2O的化学方程式为____________________________________________________。
解析：(1)电解饱和食盐水，反应的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，阳极氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，氯气从a口逸出，阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，产生OH－与通过离子膜的Na＋在阴极室形成NaOH。(2)Cl2歧化为Cl2O和Cl－，HgO和氯气反应的化学方程式为2Cl2＋HgO===HgCl2＋Cl2O。
答案：(1)钠　a　(2)2Cl2＋HgO===HgCl2＋Cl2O

1．(2020·临沂模拟)一种将CO2和H2O转换为燃料H2、CO及CH4的装置如图所示(电解质溶液为稀硫酸)。下列关于该装置的叙述错误的是(　　)

A．该装置可将电能转化为化学能
B．工作时，电极a周围溶液的pH增大
C．电极b上生成CH4的电极反应式为CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O
D．若电极b上只产生1 mol CO，则通过质子膜的H＋数为2NA
B　解析：该装置含有外加电源，属于电解池，电解质溶液为稀硫酸，根据电解原理，电极a为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电极b为阴极，如果转化成CH4，阴极反应式为CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O。根据该装置图，该装置为电解池，电能转化为化学能，故A正确；工作时，电极a的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，c(H＋)增大，pH降低，故B错误；根据上述分析，电极b的电极反应式为CO2＋8H＋＋8e－===CH4＋2H2O，故C正确；若只产生CO，电极b的电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，产生1 mol CO，消耗2 mol H＋，即通过质子膜的H＋物质的量为2 mol，故D正确。
2．(2020·山东高考)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．负极反应式为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 mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5 g
D．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
B　解析：a极为负极，CH3COO－失电子被氧化成CO2和H＋，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8eˉ===2CO2↑＋7H＋，故A正确；为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；当电路中转移1 mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1 mol Cl－移向负极，同时有1 mol Na＋移向正极，即除去1 mol NaCl，质量为58.5 g，故C正确；b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为
2H＋＋2eˉ===H2↑，所以当转移8 mol电子时，正极产生4 mol气体，根据负极反应式可知负极产生2 mol气体，物质的量之比为4 mol∶2 mol＝2∶1，故D正确。
3．(2020·聊城模拟)三室式电渗析法处理含NH4NO3废水的原理如图所示，在直流电场的作用下，两膜中间的NH和NO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。工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3。下列叙述正确的是(　　)

A．a极为电源负极，b极为电源正极
B．c膜是阴离子交换膜，d膜是阳离子交换膜
C．阴极电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有5.6 L O2生成
A　解析：结合题图装置可知，工作一段时间后，在两极区均得到副产品NH4NO3，则Ⅱ室中的阳离子NH、H＋向Ⅰ室移动与Ⅰ室中的稀硝酸反应生成了硝酸铵，则c膜为阳离子交换膜，Ⅰ室中石墨为电解池阴极，a极为电源负极，阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；Ⅱ室中的阴离子NO、OH－向Ⅲ室移动与Ⅲ室中的稀氨水反应生成硝酸铵，则d膜为阴离子交换膜，Ⅲ室中石墨为电解池阳极，b极为电源正极，阳极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。根据上述分析A正确，B、C错误；D选项中没有给出标准状况下，无法用气体摩尔体积公式计算体积，故D错误。
4．(双选)一种浓差电池如图所示，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正确的是(　　)

A．a电极为电池的正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．C为阴离子交换膜，A为阳离子交换膜
C．负极隔室的电中性溶液通过阳极表面的还原作用维持
D．该电池的缺点是离子交换膜价格昂贵，优点是电极产物有经济价值
AD　解析：由图中电子的移动方向可以判断a为原电池的正极，b为原电池的负极，正极电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，负极上是氯离子透过A膜在负极放电，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故A为阴膜，C为阳膜，故A正确，B错误；负极隔室中Na＋透过C(阳离子交换膜)进入河水，维持负极隔室溶液的电中性，故C错误；离子交换膜价格昂贵，但两极产物氢气、氯气是工业制盐酸等的原料，故D正确。
5．处理高浓度乙醛废水的新方法——隔膜电解法，让乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸。实验室以一定浓度的乙醛—Na2SO4溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．若以CH4—空气燃料电池为直流电源，燃料电池的a极应通入甲烷
B．电解过程中，阴极区Na2SO4的物质的量增大
C．阳极反应为CH3CHO＋H2O－2e－===CH3COOH＋2H＋
D．阴极还原产物H2
C　解析：连接电解池阴极的是原电池负极，则a为正极，b为负极，负极上燃料失电子发生氧化反应，该燃料电池中燃料是甲烷，所以b电极上通入的是CH4，故A错误；钠离子和硫酸根离子不参与电极反应，物质的量不变，故B错误；阳极上发生氧化反应，其电极反应式为CH3CHO＋H2O－2e－===CH3COOH＋2H＋，故C正确；阳极发生4OH－－4e－===O2↑＋2H2O、CH3CHO＋H2O－
2e－===CH3COOH＋2H＋，氢离子向阴极迁移，阴极发生4H＋＋4e－===2H2↑、CH3CHO＋2H＋＋2e－===CH3CH2OH，则两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生了无色气体，则阴极产生的是乙醇和H2，故D错误。

1．(命题情境：电解与环境保护的问题)电絮凝的反应原理是以铝、铁等金属为阳极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀，产生金属离子，再经一系列水解、聚合及氧化过程，发展成为各种羟基络合物、多核羟基络合物以及氢氧化物，使废水中的胶态杂质、悬浮杂质凝聚沉淀而分离。下列说法不正确的是(　　)

A．每产生1 mol O2，整个电解池中理论上转移电子数为4NA
B．阴极电极反应式为2H2O ＋ 2e－===H2↑＋2OH－
C．若铁为阳极，则阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．若铁为阳极，则在处理废水的过程中阳极附近会发生：4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O
A　解析：由装置图可知，若铁为阳极，阳极电极反应式有Fe－2e－===
Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，所以每产生1 mol O2，整个电解池中理论上转移电子数大于4NA，A错误；阴极氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；由装置图可知，若铁为阳极，则阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C正确；若铁为阳极，阳极电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋和2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，在处理废水的过程中二价铁还被放出的氧气氧化成三价铁，离子方程式为4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，D正确。
2．(命题情境：电解在化工生产中的应用)利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．a极反应：CH4＋4O2－＋8e－===CO2＋2H2O
B．A膜和C膜均为阴离子交换膜
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a极上通入2.24 L甲烷，阳极室Ca2＋减少0.4 mol
C　解析：a极为负极，负极上甲烷发生氧化反应，电极反应式为CH4＋
4O2－－8e－===CO2＋2H2O，A错误；利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2并得到副产物NaOH、H2、Cl2，可知阳极室的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，则阳极室内钙离子向产品室移动，A膜为阳离子交换膜，阴极室的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，则原料室内钠离子向阴极室移动，C膜为阳离子交换膜，B错误；阴极电极不参与反应，可用铁替换阴极的石墨电极，C正确；a极上通入 2.24 L甲烷，没有注明在标准状况下，无法计算钙离子减少的物质的量，D错误。
3．(命题情境：电解技术与特殊材料制备的问题)下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是
(　　)

A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
B　解析：电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D项错误，只有B项正确。
4．(命题情境：电解与环境保护的问题)工业废水中常含有一定量的Cr2O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe作电极电解含Cr2O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)3沉淀，达到净化目的。下列有关说法不正确的是(　　)
A．电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极
B．阴极附近的沉淀只有Cr(OH)3
C．阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
D．消耗1 mol Cr2O，将有336 g Fe消耗，因此要定期更换铁电极
B　解析：Fe作阳极，反应产生Fe2＋，Fe2＋与Cr2O发生氧化还原反应，
Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cr2O被还原为Cr3＋，A、C正确；阴极是H＋得到电子，导致阴极附近溶液的碱性增强，Fe3＋、Cr3＋都会变为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀，B错误；消耗 1 mol Cr2O，必消耗6 mol Fe2＋，根据Fe守恒，将有6 mol Fe消耗，质量为336 g，D正确。
5．载人空间站的生态系统中，要求分离人呼出的二氧化碳，同时需要提供氧气。某电化学装置利用太阳能转化的电能可以实现上述要求，同时还有燃料一氧化碳生成，该电化学装置中得电子的电极发生的反应是2CO2＋4e－＋2H2O===2CO＋4OH－。下列判断错误的是(　　)
A．上述电化学装置相当于电解池
B．上述装置进行的总反应为2CO2===2CO＋O2
C．反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性增强
D．失电子的电极发生的反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C　解析：该电池是利用化学能转化为电能，符合电解池原理，所以上述电化学装置相当于电解池，故A正确；该电池中，阴极上电极反应式为2CO2＋2H2O＋4e－===2CO＋4OH－，阳极上氢氧根离子失电子生成氧气，得失电子相同条件下将两个电极反应式相加即得电池总反应为2CO2===2CO＋O2，故B正确；阴极反应生成的OH－在阳极完全反应，电池总反应为2CO2===2CO＋O2，所以反应结束后该电化学装置中的电解质溶液碱性不变，故C错误；阳极上OH－失电子生成氧气供给呼吸，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故D正确。