鲁科版高考化学一轮总复习第5章第3节电能转化为化学能——电解池金属的腐蚀与防护课时学案

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第3节　电能转化为化学能——电解池　金属的腐蚀与防护
考试评价解读
1．理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2．了解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
核心素养达成
变化观念
与
平衡思想
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。
科学态度
与
社会责任
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做出正确的价值判断。



　　　　　　　　电解的原理
[以练带忆]
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
B　解析：电解AgNO3和Cu(NO3)2均有HNO3生成，pH降低，电解CuCl2溶液，由于反应生成的Cl2部分与水反应，导致溶液pH降低，A错误；电解CaCl2和KOH溶液，pH均升高，电解NaNO3溶液，pH不变，C错误；电解盐酸和硝酸溶液，pH均降低，电解K2SO4溶液，pH不变，D错误。
2．某溶液中含有Cu2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－、NO，且浓度均大于0.1 mol·L－1，用石墨做电极进行电解时，肯定得不到的产物是(　　)
A．Cl2 B．Al　 C．Cu D．H2
B　解析：阴极上Al3＋、Fe2＋的放电能力弱于H＋，而Cu2＋的放电能力比水电离出的H＋的放电能力强，因此阴极首先得到Cu，Cu2＋完全反应后H＋放电会产生H2，Al3＋、Fe2＋均不会放电；阳极上Cl－放电能力强于OH－，因此阴极首先得到Cl2，Cl－完全反应后OH－放电生成O2。
3．用石墨做电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴紫色石蕊溶液。下列有关叙述正确的是(　　)

A．相同条件下，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－)，紫色石蕊溶液变红，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＋)，紫色石蕊溶液变蓝，C项错误；电解Na2SO4溶液实质是电解水，电解后的溶液充分搅拌后，溶质仍为Na2SO4，溶液为中性，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。
[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有与直流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)氧化性强的微粒先放电，放电顺序：

(2)阳极：若是活性电极做阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
若是惰性电极做阳极，放电顺序为

注意：①阳极OH－的放电反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；②阳极Fe3＋的放电反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋；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．用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
实例
电极反应特点和实例的电极反应式
电解
产物
溶液pH变化
溶液
复原
电解水型
含氧酸
H2SO4
溶液中的H＋和OH－分别在阴、阳两极放电：
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：H2
阳极：O2
减小
水
强碱
NaOH
增大
活泼金属的含氧酸盐
KNO3
不变
电解电解质型
无氧酸(氢氟酸除外)
HCl
电解质电离的阴、阳离子分别在两极放电：
阴极：2H＋＋2e－===H2↑或Cu2＋＋2e－ === Cu
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：H2
阳极：Cl2
增大
HCl
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
阴极：Cu
阳极：Cl2

CuCl2
放氢生碱型
活泼金属的无氧酸盐
NaCl
阴极：水电离的H＋放电
阳极：电解质电离的阴离子放电
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：H2阳极：Cl2
增大
HCl
放氧生酸型
不活泼金属的含氧酸盐
AgNO3
阴极：电解质的阳离子放电
阳极：水电离的OH－放电
阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：Ag
阳极：O2
减小
Ag2O或Ag2CO3


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；书写阳极反应时应先看电极材料，是惰性电极还是活泼性电极，然后按照有关规律书写。

　　　　　　电解原理的应用
[以练带忆]
1．某小组设计的电解饱和食盐水装置如图，通电后两极均有气泡产生，下列叙述正确的是(　　)

A．铜电极附近观察到黄绿色气体
B．石墨电极附近溶液呈红色
C．溶液中的Na＋向石墨电极移动
D．铜电极上发生还原反应
D　解析：根据电解饱和食盐水的装置，如果通电后两极均有气泡产生，则金属铜一定是阴极，该极上的反应为2H＋＋2e－===H2↑，石墨为阳极，发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，故石墨电极附近观察到黄绿色气体，铜电极附近溶液呈红色，A、B错误，D正确；电解池中，阳离子移向阴极，即移向铜电极，C错误。
2．用如图装置电解K2SO4溶液，同时制备H2SO4溶液和KOH溶液，Ⅱ中装入K2SO4溶液，下列有关分析正确的是(　　)

A．Ⅰ区生成H2SO4
B．a是阴离子交换膜
C．Ⅱ区的K＋进入Ⅰ区
D．Ⅲ区溶液的pH会升高
C　解析：Ⅰ 区是阴极区，溶液中的H＋放电，故Ⅰ 区生成的是碱，K＋通过阳离子交换膜a进入 Ⅰ 区，与OH－结合成KOH，故A、B错误，C正确；Ⅲ区生成H2SO4，溶液pH下降，D错误。
3．在铜片上镀银时，下列叙述正确的是(　　)
①将铜片接在电源的正极上　②将银片接在电源的正极上　③在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag　④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　⑤需用硫酸铜溶液为电镀液　⑥需用硝酸银溶液为电镀液
A．①③⑥ B．②③⑥
C．①④⑤ D．②③④⑥
B　解析：在铜片上镀银时，需将铜片接在电源的负极上，将银片接在电源的正极上，用硝酸银溶液做电镀液。在铜片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag，在银片上发生的反应是Ag－e－===Ag＋。
[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)。
总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
2．电镀与电解精炼

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＋，
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↑


工业生产中制备金属铝常用电解Al2O3的方法，不能用电解AlCl3的方法，因为AlCl3为共价化合物，不能导电。电解Al2O3时，由于Al2O3熔点很高，因此常加入冰晶石Na3AlF6做助熔剂，以降低Al2O3的熔点，节约能源。

　　　　　　金属的腐蚀与防护
[以练带忆]
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
C　解析：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；其电极反应式：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－。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Fe—Cu原电池中Fe被腐蚀得较快。⑤是Fe接电源正极做阳极、Cu接电源负极做阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极做阴极，Cu接电源正极做阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知，铁在海水中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
2．研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是(　　)

A．d为石墨，铁片腐蚀加快
B．d为石墨，石墨上电极反应为
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．d为锌块，铁片不易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D　解析：由于活动性Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，比没有形成原电池时的腐蚀速率快，A正确；d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确；若d为锌块，则由于金属活动性Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，C正确；d为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错误。
3．实验探究(如图所示)：

(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为________________________，右试管中现象是________________________。
(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为______________________________________________________，右试管中现象是___________________________________________。
答案：(1)析氢　2H＋＋2e－===H2↑　有气泡冒出
(2)吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　导管内液面上升
[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
金属跟非金属单质或非电解质直接接触
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甚至呈碱性
电极反应
负极
2Fe－4e－===2Fe2＋
正极
4H＋＋4e－===2H2↑
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牺牲阳极保护法——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外加电流阴极保护法——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。

根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
正确判断介质溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀硫酸等酸性溶液中发生析氢腐蚀。

考点1　电解原理在物质制备、环境治理等方面的应用
[抓本质·悟考法]
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】　根据装置中两极上的反应物或生成物判断其化合价的变化情况，从而确定两个电极。a极析出氧气，氧元素的化合价升高，发生氧化反应，故a极为阳极(或根据b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，发生还原反应，故b极为阴极)，再依据两个电极上的反应进行有关的判断。
【易错失分点】　①忽视电解时产生的氢离子，通过质子交换膜移向阴极，只根据阳极的反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，认为电解一段时间后，阳极室的pH减小，易错选B项；②只根据两极有氧气参加反应和生成，忽视了参加反应的氧气和生成的氧气量的不同，误认为D项说法正确。
[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、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　电解原理的常规应用
1．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，即X极是纯铜。
2．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：题目用电解氧化法在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，即Al的化合价要升高，失电子，发生氧化反应，因此铝为阳极，故A项正确；阴极材料的选择不会对电解有影响，因此可以选择不锈钢网，且不锈钢网的接触面积大，能提高电解效率，故B项正确；阴极应为溶液中H＋得电子生成氢气，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故C项错误；电解时，阴离子在电解池中移向阳极，故D项正确。
3．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有少量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：氧化性Fe2＋Ni>Cu>Pt发生氧化反应，电极反应依次为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，A项错误；电解过程中，阳极Zn、Fe、Ni溶解，Cu、Pt沉积到电解槽底部，阴极只析出Ni，结合两极转移的电子数相等，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量不相等，B项错误，C项正确；电解后，溶液中存在的金属阳离子除了Fe2＋、Zn2＋外，还有Ni2＋，D项错误。

电解精炼铜中的易错点
(1)电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液的浓度减小。
(2)粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难失电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，不活泼的杂质以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。
⊳角度2　电解原理在新物质制备与环境治理方面的应用
4．Na2S2O8具有强氧化性，在石油行业中有重要用途，工业上可利用电解法制备，工作原理如图所示，电极材料是石墨，且电子由外电路流入C(2)，下列说法正确的是(　　)

A．C(1)电极接电源负极，发生还原反应
B．阴极上的电极反应式为2SO－2e－===S2O
C．电解一段时间后，溶液的pH减小
D．刚开始电解时，两电极上消耗的放电离子的物质的量相等
D　解析：电子由外电路流入C(2)，说明C(2)为阴极，发生还原反应，则C(1)电极接电源正极，发生氧化反应，A项错误；SO→S2O，部分氧元素由－2价变为－1价，化合价升高，SO失电子，在阳极上发生氧化反应：2SO－2e－===S2O，B项错误；H＋在阴极上发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，溶液pH增大，C项错误；根据电极反应式可知，转移2 mol电子时，两电极上分别消耗2 mol SO和2 mol H＋，D项正确。
5．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，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．电极B连接电源正极
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
B　解析：可以类比氯碱工业。由题意知，电解 LiCl溶液制备 LiOH，电极B上产生氢气，所以B为阴极，B连接电源负极，A不正确；A极区电解液为 LiCl溶液，B正确；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C不正确；每生成1 mol H2，有 2 mol Li＋通过该离子交换膜，D不正确。
6．用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(　　)

A．阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2
B．b极的电极反应式为2H2O－2e－===O2↑＋4H＋
C．产品室中发生的反应是B(OH)3＋OH－===B(OH)
D．每增加1 mol H3BO3产品，NaOH溶液增重22 g
D　解析：由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，溶液中c(NaOH)增大，原料室中B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，B(OH)、H＋发生反应生成H3BO3；a、b电极反应式分别为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，理论上每生成1 mol产品，b极生成1 mol H＋、a极生成0.5 mol H2，减少质量1 g，NaOH溶液增重的Na＋ 1 mol 即23 g，故NaOH溶液增重22 g。
7．在实验室中，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，实验装置如图所示，乙醛在两电极分别转化为乙醇和乙酸。下列对电解过程的分析正确的是(　　)

A．以铅蓄电池为电源，则a极为Pb电极
B．石墨Ⅱ电极附近溶液的pH逐渐减小
C．阳极的电极反应式为CH3CHO＋H2O－2e－===CH3COOH＋2H＋
D．每处理含8.8 g乙醛的废水，转移电子的数目为0.4NA
C　解析：根据题图可知，钠离子、氢离子向石墨Ⅱ电极移动，则石墨Ⅱ电极做电解池的阴极，b极为电源的负极，a极为电源的正极，以铅蓄电池为电源，铅电极做负极，二氧化铅电极做正极，因此a极为PbO2电极，A项错误；阴极上乙醛得电子生成乙醇，电极反应式为CH3CHO＋2H＋＋2e－===CH3CH2OH，每消耗2 mol H＋，通过阳离子交换膜从左侧向右侧迁移的Na＋和H＋共2 mol，则右侧H＋的浓度减小，溶液的pH逐渐变大，B项错误；阳极发生氧化反应，CH3CHO失电子被氧化为乙酸，阳极的电极反应式为CH3CHO＋H2O－2e－===CH3COOH＋2H＋，C项正确；8.8 g 乙醛的物质的量为0.2 mol，有0.1 mol 乙醛在阳极被氧化：CH3CHO＋H2O－2e－===CH3COOH＋2H＋，有0.1 mol乙醛在阴极被还原：CH3CHO＋2H＋＋2e－===CH3CH2OH，转移电子的数目为0.2NA，D项错误。
8．再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅蓄电池中回收铅的工艺为
―→―→
电解原理如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．阴极区电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．电解过程中阳极附近pH明显增大
C．Na2PbCl4浓度下降后，在阴极区加入PbO，可实现电解质溶液的再生使用
D．电路中流经4 mol电子，阴极可得207 g铅
C　解析：该装置为电解池，与电源正极相连的电极为阳极，与电源负极相连的电极为阴极，阴极发生还原反应，电极反应式为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，阳极发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，据此分析解答。由上述分析可知，阴极区发生还原反应，电极反应式为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，A错误；阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极附近氢离子浓度增大，所以阳极附近pH减小，B错误；阴极电解一段时间后溶液为HCl和NaCl的混合溶液，根据流程图，将PbO粗品溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，且根据电极反应式可知电解后减少的元素有Pb、O，因此向阴极区加PbO可恢复其浓度且实现物质的循环利用，C正确；电解Na2PbCl4溶液，阴极生成Pb，电极反应式为PbCl＋2e－===Pb＋4Cl－，所以电路中流经4 mol电子时，n(Pb)＝n(e－)＝2 mol，m(Pb)＝2 mol×207 g·mol－1＝414 g，D错误。

电解池中某极区溶液质量变化与pH分析
在含有离子交换膜的电解池中，要判断一个极区溶液质量或溶液pH的变化，应综合考虑电极反应引起的溶液质量变化和通过离子交换膜、离子的迁移引起的质量变化。
如图装置中每通过1 mol电子，稀硫酸的质量变化：

①b极电极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，通过1 mol电子时，有0.5 mol H2O放电，产生1 mol H＋；
②通过1 mol电子时，有1 mol H＋从稀硫酸中透过阳膜进入产品室。
因此通过1 mol电子时，稀硫酸中反应消耗0.5 mol H2O，生成的O2逸出，生成的H＋迁移至产品室，则质量减少9 g。
稀硫酸中H＋的物质的量不变，若不考虑溶液体积变化，则溶液pH不变。
考点2　“多池”组合装置的综合应用
[抓本质·悟考法]
甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

(1)甲中负极的电极反应式为___________________________。
(2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为________。
(3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如下图，则图中②线表示的是________的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________mL 5.0 mol·L－1 NaOH溶液。


【解题关键点】　(1)书写电池的负极反应式时，要用OH－配平电荷，因为溶液显碱性。
(2)要会根据图像，分析得出图中三条线所代表的离子：从无到有逐渐增多的是铜离子；物质的量逐渐减小的铁离子；另一条是亚铁离子。
【易错失分点】　求乙中A极析出的气体体积时，不会根据A、B两极上产生的气体体积相同，运用两极通过的电子数相等计算。
[自主解答]
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解析：(1)甲醇燃料电池是原电池反应，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O。
(2)工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为 0.1 mol，电极反应为
Cu2＋　　＋　　2e－===Cu，
0.1 mol 0.2 mol
2H＋　　＋　　2e－===H2↑，
2x x
A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，
4x x
得到0.2＋2x＝4x，x＝0.1 mol
乙中A极析出的气体是氧气，物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积为2.24 L。
(3)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化可知，铜离子从无到有逐渐增多，铁离子物质的量逐渐减小，亚铁离子物质的量逐渐增大，①为Fe3＋，②为Fe2＋，③为Cu2＋，依据(2)计算得失电子转移为0.4 mol，当电子转移为0.4 mol时，丙中阳极电极反应Cu－2e－===Cu2＋，生成Cu2＋物质的量为0.2 mol，由图像分析可知：反应前，丙装置中n(Fe3＋)＝0.4 mol，n(Fe2＋)＝0.1 mol，当电子转移0.4 mol时，Fe3＋完全反应，生成0.4 mol Fe2＋，则反应结束后，Fe2＋的物质的量为0.5 mol，Cu2＋的物质的量为0.2 mol，所以需要加入NaOH 1.4 mol，所以NaOH溶液的体积为1.4 mol÷5.0 mol·L－1＝0.28 L＝280 mL。
答案：(1)CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O　(2)2.24 L　(3)Fe2＋　280
[多角度·突破练]
⊳角度1　整合有效信息书写电极反应式
1．按要求书写电极反应式或总方程式：
(1)研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在________极，该电极反应式是_______________________。
(2)氮氧化物会形成光化学烟雾和酸雨，目前可采用电解的方法除去废水中的NO，原理如图所示。

则：①直流电源的正极是________；质子的移动方向为________。
②阴极的电极反应式：__________________________。
(3)将二氧化碳转化为乙烯的装置如图所示，使用的电极材料均为惰性电极。则a为电源的______极，阴极反应式为____________________________；
阳极反应式为________________________________________。

解析：(1)根据题意，二氧化碳在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，CO2中C呈＋4价，CH3OH中C呈－2价，结合反应前后碳元素化合价变化，可知碳元素的化合价降低，得到电子，故该电极为阴极，电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O。
(2)由图可知，右侧电池中NO→N2发生还原反应，右侧为阴极，其电极反应式为2NO＋4H2O＋6e－===N2＋8OH－；A极为直流电源的正极，B极为直流电源的负极，电解池中质子从左向右移动。
(3)根据图知，右侧电极上OH－放电生成O2，则右侧电极为阳极，左侧电极为阴极，连接电解池阴极的电极为电池负极、连接电解池阳极的电极为电池正极，所以a为负极、b为正极；阴极上二氧化碳得电子和氢离子反应生成乙烯和水，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
答案：(1)阴　CO2＋6H＋＋6e－===CH3OH＋H2O
(2)①A　从左向右　②2NO＋4H2O＋6e－===N2＋8OH－(或2NO＋8H＋＋6e－===N2＋4H2O)
(3)负　2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
　2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2．(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S。

①写出电解时阴极的电极反应式：_____________________。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为___________________________________________________。
(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：__________________
____________________________________。

(3)环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的阳极为________，总反应为_________________。
电解制备需要在无水条件下进行，原因是_______________。
解析：(1)①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了S，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图可知，阴极反应式为3NO＋18H＋＋15e－===3NH＋3H2O，阳极反应式为5NO＋10H2O－15e－===5NO＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。(3)结合图示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2===＋H2↑或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑。结合相关反应可知，电解制备需要在无水条件下进行，否则水阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2，从而阻碍二茂铁的生成。
答案：(1)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
(2)NH3　根据总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3可知，电解产生HNO3，故应补充NH3使其转化为NH4NO3
(3)Fe电极　Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2

电极反应式的书写——“二判二析一写”

⊳角度2　电子守恒在电化学计算中的应用
3．以铅蓄电池为电源，石墨为电极电解CuSO4溶液，装置如图所示。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
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4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，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即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＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，D错误。
4．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，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
A　解析：石墨做电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。由收集到O2为2.24 L可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＋共得到电子 0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到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)，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“三步曲”

如以电路中通过4 mol e－为桥梁可构建以下关系式：

(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。

1．在城市中地下常埋有纵横交错的管道和输电线路，有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨，当有电流泄漏入潮湿的土壤中，并与金属管道或铁轨形成回路时，就会引起后者的腐蚀。原理简化如图所示。则下列有关说法不正确的是(　　)

A．原理图可理解为两个串联电解装置
B．溶液中铁丝被腐蚀时，左侧有无色气体产生，附近产生少量白色沉淀，随后变为灰绿色
C．溶液中铁丝左端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．地下管线被腐蚀，不易发现，维修也不便，故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)
C　解析：原理图可理解为两个串联的电解装置，A项正确；左侧铁棒为阳极，铁失电子生成亚铁离子，铁丝左侧为阴极，氢离子在阴极放电生成氢气，同时有OH－生成，亚铁离子与OH－结合，产生少量白色沉淀，随后被氧化为灰绿色，B项正确、C项错误。
2．(命题情境：电解原理与垃圾处理问题)垃圾渗滤液中含有大量的氨氮物质(用NH3表示)和氯化物，把垃圾渗滤液加入如图所示的电解池(电极为惰性材料)中进行净化。该净化过程分两步：第一步电解产生氧化剂，第二步氧化剂氧化氨氮物质生成N2。关于该过程，下列说法正确的是(　　)

A．A电极上发生还原反应
B．B电极为电子的流出极
C．产生的氧化剂为O2
D．第二步的反应为3Cl2＋2NH3===N2＋6HCl
D　解析：A项，根据图示知，A电极是电解池的阳极，该电极上发生失电子的氧化反应；B项，B电极为阴极，阴极为电子的流入极；C项，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，产生的氧化剂为Cl2；D项，第二步的反应为3Cl2＋2NH3===N2＋6HCl。
3．(命题情境：电渗析法与海水淡化问题)海水淡化是解决沿海城市饮用水问题的关键技术。如图是电渗析法淡化海水装置的工作原理示意图(电解槽内部的“┆”和“│”表示不同类型的离子交换膜)。工作过程中b电极上持续产生Cl2。下列关于该装置的说法错误的是(　　)

A．工作过程中b极电势高于a极
B．“┆”表示阴离子交换膜，“│”表示阳离子交换膜
C．海水预处理主要是除去Ca2＋、Mg2＋等
D．A口流出的是“浓水”，B口流出的是淡水
D　解析：电解过程中b电极上持续产生Cl2，则电极b为电解池阳极，氯离子放电生成氯气，电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电极a为电解池的阴极，溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，工作过程中，氯离子向b极移动，因此虚线为阴离子交换膜，钠离子向a极移动，实线为阳离子交换膜，据此分析解答。电极b为电解池阳极，电极a为电解池的阴极，b极电势高于a极，故A正确；根据分析，“┆”表示阴离子交换膜，“│”表示阳离子交换膜，故B正确；为了防止海水中的Ca2＋、Mg2＋、SO等堵塞离子交换膜，影响电解，电解前，海水需要预处理，除去其中的Ca2＋、Mg2＋等，故C正确；根据分析，实线为阳离子交换膜，虚线为阴离子交换膜，钠离子向a极移动，氯离子向b极移动，各间隔室的排出液中，A连接的隔离室中离子浓度小，则A口流出的是淡水，B连接的隔离室中离子浓度大，则B口流出的是“浓水”，故D错误。
4．双极膜电渗析一步法制酸碱的技术进入工业化阶段。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－。下列说法正确的是(　　)

A．电极Y连接电源的正极，发生还原反应
B．Ⅰ口排出的是混合碱，Ⅱ口排出的是淡水
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．a左侧膜为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜
C　解析：氢氧根离子向左侧移动，说明电极Y为阴极，所以电极Y连接电源的负极，发生还原反应，故A错误。浓海水中的氯离子向左侧移动，钠离子向右侧移动；双极膜中，氢离子向右侧迁移、氢氧根离子向左侧迁移，因此Ⅱ口排出的是淡水，Ⅰ口排出的是盐酸、Ⅲ口排出的是碱液，故B错误。由于氯离子放电会产生有毒的气体氯气，加入Na2SO4溶液，目的是增加溶液的导电性，氯离子移向Ⅰ室，氢离子通过a移向Ⅰ室，在Ⅰ室得到HCl，可避免有害气体的产生，故C正确。钠离子移向Ⅲ室，c为阳离子交换膜，氢氧根离子向左侧移动，所以a左侧膜为阴离子交换膜，故D错误。
5．以连二硫酸根(S2O)为媒介，使用间接电化学法也可处理燃煤烟气中的NO，装置如图所示：

(1)ab是________(填“阳”或“阴”)离子交换膜。阴极区的电极反应式为________。
(2)若NO吸收转化后的产物为NH，通电过程中吸收4.48 L NO(标准状况下)，则阳极可以产生________mol气体。
解析：(1)由题图可知，阴极区通入液体主要含SO，流出液中主要含S2O，所以阴极区电极反应式为2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O，由于阴极需要消耗氢离子，则ab是阳离子交换膜。
(2)4.48 L NO(标准状况下)的物质的量是0.2 mol，由于NO吸收转化后的产物为NH，则电路中转移电子的物质的量为0.2 mol×5＝1 mol；阳极氢氧根离子放电产生氧气，氧气的物质的量是＝0.25 mol。
答案：(1)阳　2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O
(2)0.25