1.能辨識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化形式,能解釋化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)。2.能分析、解釋電解池的工作原理,能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的電解池。3.能利用電化學(xué)原理解釋金屬腐蝕現(xiàn)象,選擇并設(shè)計(jì)防腐措施。
考點(diǎn)二　電解原理的應(yīng)用
考點(diǎn)三　金屬的腐蝕與防護(hù)
氧化反應(yīng)　 還原反應(yīng)
電解質(zhì)溶液 　熔融電解質(zhì)
2.電解池工作原理(以惰性電極電解CuCl2溶液為例)
(1)電子、離子移動(dòng)方向①電子移動(dòng)方向:電源負(fù)極→電解池________;電解池的________→電源的正極。?②離子移動(dòng)方向:陽(yáng)離子:移向電解池________;陰離子:移向電解池________。?
3.用惰性電極電解不同類(lèi)型電解質(zhì)溶液
2H2O-4e-══ 4H++O2↑
4H++4e-══ 2H2↑
4OH--4e-══ 2H2O+O2↑
4H2O+4e-══ 2H2↑+4OH-
2Cl--2e-══ Cl2↑
2H++2e- ══ H2↑
2Cl--2e- ══ Cl2↑
Cu2++2e- ══ Cu
2H2O+2e- ══ H2↑+2OH-
2H2O-4e- ══ 4H++O2↑
4Ag++4e- ══ 4Ag
【應(yīng)用示例】用石墨作電極電解溶有物質(zhì)的量之比為3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根據(jù)反應(yīng)產(chǎn)物,電解可明顯分為三個(gè)階段,這三個(gè)階段電解的電解質(zhì)分別是__________、__________、__________ (填化學(xué)式)。?
考向1 電解池裝置及工作原理例1(2023·浙江1月選考卷)在熔融鹽體系中,通過(guò)電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi),電解裝置如圖,下列說(shuō)法正確的是(　　)?A.石墨電極為陰極,發(fā)生氧化反應(yīng)B.電極A的電極反應(yīng):8H++TiO2+SiO2+8e-═TiSi+4H2OC.該體系中,石墨優(yōu)先于Cl-參與反應(yīng)D.電解時(shí),陽(yáng)離子向石墨電極移動(dòng)
解析 在外加電源下石墨電極上C轉(zhuǎn)化為CO,失電子發(fā)生氧化反應(yīng),為陽(yáng)極,A錯(cuò)誤;電極A的電極反應(yīng)為T(mén)iO2+SiO2+8e-═TiSi+4O2-,B錯(cuò)誤;根據(jù)圖中信息可知,該體系中,石墨優(yōu)先于Cl-參與反應(yīng),C正確;電解池中石墨電極為陽(yáng)極,陽(yáng)離子向陰極電極A移動(dòng),D錯(cuò)誤。
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1] (2023·上海卷)電解食鹽水間接氧化法去除工業(yè)廢水中氨氮的原理如圖所示,通過(guò)電解氨氮溶液(含有少量的NaCl),將NH3轉(zhuǎn)化為N2(無(wú)Cl2逸出),下列說(shuō)法正確的是(　　)?A.M為負(fù)極B.N極附近pH不變化C.n(N2)④>②>①>③>⑥。
考向1 金屬腐蝕的原理及分析例1(2023·湖南雅禮中學(xué)期末)點(diǎn)蝕又稱(chēng)為孔蝕,是一種集中于金屬表面很小的范圍并深入到金屬內(nèi)部的腐蝕形態(tài)。某鐵合金鈍化膜破損后的孔蝕如圖,則下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.為防止孔蝕發(fā)生可以將外接電源正極與金屬相連B.反應(yīng)時(shí)每吸收2.24 L O2,則此時(shí)HCl可以氧化0.2 ml FeC.在腐蝕的過(guò)程中鈍化膜作為負(fù)極D.依題孔隙中局部可能發(fā)生析氫腐蝕
解析 與電源正極相連作陽(yáng)極,陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),加快金屬的腐蝕,故為防止孔蝕發(fā)生可以將外接電源負(fù)極與金屬相連,A錯(cuò)誤;未告知O2所處的狀態(tài),無(wú)法計(jì)算2.24 L O2的物質(zhì)的量,故無(wú)法計(jì)算此時(shí)HCl可以氧化Fe的物質(zhì)的量,B錯(cuò)誤;由圖示可知,在腐蝕的過(guò)程中鈍化膜作為正極,O2在鈍化膜上得到電子發(fā)生還原反應(yīng),C錯(cuò)誤;依題孔隙中局部中可能存在酸性環(huán)境,則可能發(fā)生析氫腐蝕,D正確。
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1] 如圖所示,將鐵釘?shù)囊徊糠皱兩喜煌慕饘?放入培養(yǎng)皿中,加入含有飽和食鹽水及瓊脂的溶液,再各滴入幾滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液。下列分析不正確的是(　　)?A.a中鐵釘附近呈現(xiàn)藍(lán)色B.b中鐵釘附近出現(xiàn)紅色C.a中銅上發(fā)生反應(yīng)O2+2H2O+4e-═4OH-D.b中鋅上發(fā)生還原反應(yīng)
解析 a中鐵比銅活潑,發(fā)生腐蝕時(shí),鐵作負(fù)極被氧化生成Fe2+,滴加K3[Fe(CN)6]溶液,鐵釘附近出現(xiàn)藍(lán)色沉淀,A正確;b中Zn比Fe活潑,發(fā)生腐蝕時(shí),Zn作負(fù)極被氧化為Zn2+,鐵釘作正極,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-═4OH-,滴加酚酞溶液,鐵釘負(fù)極溶液變成紅色,B正確,D錯(cuò)誤;a中銅是正極,發(fā)生吸氧腐蝕,電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-═4OH-,C正確。
考向2 金屬腐蝕的防護(hù)方法例2驗(yàn)證犧牲陽(yáng)極法,實(shí)驗(yàn)如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過(guò)酸化的3% NaCl溶液)。
下列說(shuō)法不正確的是(　　)A.對(duì)比②③,可以判定Zn保護(hù)了FeB.對(duì)比①②,K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化C.驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí)不能用①的方法D.將Zn換成Cu,用①的方法可判斷Fe比Cu活潑
解析 實(shí)驗(yàn)②中加入K3[Fe(CN)6]溶液,溶液無(wú)變化,說(shuō)明溶液中沒(méi)有Fe2+;實(shí)驗(yàn)③中加入K3[Fe(CN)6]溶液生成藍(lán)色沉淀,說(shuō)明溶液中有Fe2+,A項(xiàng)正確;對(duì)比①②可知,①中K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化成Fe2+,Fe2+再與K3[Fe(CN)6]反應(yīng)生成藍(lán)色沉淀,B項(xiàng)正確;由以上分析可知,驗(yàn)證Zn保護(hù)Fe時(shí),可以用②③做對(duì)比實(shí)驗(yàn),不能用①的方法,C項(xiàng)正確;K3[Fe(CN)6]可將單質(zhì)鐵氧化為Fe2+,Fe2+與K3[Fe(CN)6]生成藍(lán)色沉淀,附著在Fe表面,無(wú)法判斷鐵比銅活潑,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
[對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練2] (2023·陜西西安統(tǒng)考)用圖示的方法可以保護(hù)鋼質(zhì)閘門(mén),下列說(shuō)法不正確的是(　　)?A.當(dāng)a、b間用導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí),則X應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)B.當(dāng)a、b間用導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí),則X可以是鋅C.當(dāng)a、b與外接電源相連時(shí),a應(yīng)連接電源的負(fù)極D.當(dāng)a、b與外接電源相連時(shí),其方法為犧牲陽(yáng)極法
解析 當(dāng)a、b間用導(dǎo)線(xiàn)連接時(shí)形成了原電池,鐵需要被保護(hù),則鐵為正極,X做負(fù)極,發(fā)生氧化反應(yīng),X需要的是一種活潑性比鐵強(qiáng)的金屬,可以是鋅,A、B正確;當(dāng)a、b與外接電源相連時(shí),鐵需要被保護(hù),則鐵做陰極,a應(yīng)連接電源的負(fù)極,C正確;當(dāng)a、b與外接電源相連時(shí),利用電解原理保護(hù)金屬鐵,其方法是外加電流法,D錯(cuò)誤。
進(jìn)階1 練易錯(cuò)·避陷阱 1.(2023·廣東汕頭二模)間接電解法可對(duì)大氣污染物NO進(jìn)行無(wú)害化處理。其工作原理如圖所示(質(zhì)子膜只允許H+通過(guò))。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
2.(2023·廣東惠州檢測(cè))過(guò)硫酸銨[(NH4)2S2O8]可用作氧化劑、漂白劑。利用電解法在兩極分別生產(chǎn)過(guò)硫酸銨和過(guò)氧化氫的裝置如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(　　)
解析 S元素化合價(jià)由+6價(jià)升高為+7價(jià),化合價(jià)升高被氧化,故右側(cè)Pt電極為陽(yáng)極,b為外接電源正極,a為外接電源負(fù)極,左側(cè)Pt電極為陰極,A正確;陰極氧氣被還原,陽(yáng)極硫酸根被氧化,電解總反應(yīng)正確,B正確;根據(jù)陽(yáng)極產(chǎn)物可知,反應(yīng)需要消耗硫酸根,陰離子交換膜不可用陽(yáng)離子交換膜替代,C錯(cuò)誤;電解池工作時(shí),Ⅰ室溶液中氫離子移向陰極,硫酸根移向陽(yáng)極,消耗硫酸,Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上逐漸減小,D正確。
進(jìn)階2 練熱點(diǎn)·提素能3.(2024·浙江溫州模擬)利用電化學(xué)富集海水中鋰的電化學(xué)系統(tǒng)如圖所示。該電化學(xué)系統(tǒng)的工作步驟如下:①啟動(dòng)電源1,MnO2所在腔室的海水中的Li+進(jìn)入MnO2結(jié)構(gòu)而形成LixMn2O4;②關(guān)閉電源1和海水通道,啟動(dòng)電源2,使LixMn2O4中的Li+脫出進(jìn)入腔室2。
下列說(shuō)法不正確的是(　　)A.啟動(dòng)電源1時(shí),電極1為陽(yáng)極,發(fā)生氧化反應(yīng)B.啟動(dòng)電源2時(shí)MnO2電極反應(yīng)式為xLi++2MnO2+xe-═LixMn2O4C.電化學(xué)系統(tǒng)提高了腔室2中LiOH的濃度D.啟動(dòng)至關(guān)閉電源1,轉(zhuǎn)化的n(MnO2)與生成的n(O2)之比為20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2
解析 由題意知,啟動(dòng)電源1,使海水中Li+進(jìn)入MnO2結(jié)構(gòu)形成LiMn2O4;可知二氧化錳中錳的化合價(jià)降低,為陰極,電極1為陽(yáng)極,連接電源正極;關(guān)閉電源1和海水通道,啟動(dòng)電源2,向電極2上通入空氣,使LixMn2O4中的Li+脫出進(jìn)入腔室2,可知,電極2為陰極,電極反應(yīng)式:2H2O+O2+4e-═4OH-;陽(yáng)極的電極反應(yīng)式:LixMn2O4-xe-═2MnO2+xLi+。由分析知,啟動(dòng)電源1時(shí),腔室1中電極1連接電源1的正極,作陽(yáng)極,發(fā)生氧化反應(yīng),A正確;啟動(dòng)電源2時(shí)MnO2對(duì)應(yīng)電極為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式:LixMn2O4-xe-═2MnO2+xLi+,B錯(cuò)誤;電化學(xué)系統(tǒng)提高了腔室2中LiOH的濃度,C正確;根據(jù)分析可知,啟動(dòng)至關(guān)閉電源1,若轉(zhuǎn)化的n(MnO2)與生成的n(O2)之比為20∶3,可得LixMn2O4中的x=1.2,D正確。
A.鐵電極做陽(yáng)極,發(fā)生還原反應(yīng)B.Ni電極發(fā)生的反應(yīng)為2H2O+2e-═H2↑+2OH-C.通電后Na+向右移動(dòng),陰極區(qū)Na+濃度增大D.當(dāng)電路中通過(guò)1 ml電子時(shí),陰極區(qū)有11.2 L H2生成
進(jìn)階3 研真題·明考向5.(2023·遼寧卷)某無(wú)隔膜流動(dòng)海水電解法制H2的裝置如下圖所示,其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產(chǎn)生。下列說(shuō)法正確的是(　　)
A.b端電勢(shì)高于a端電勢(shì)B.理論上轉(zhuǎn)移2 ml e-生成4 g H2C.電解后海水pH下降D.陽(yáng)極發(fā)生反應(yīng):Cl-+H2O-2e-═HClO+H+
6.(2023·北京卷)回收利用工業(yè)廢氣中的CO2和SO2,實(shí)驗(yàn)原理示意圖如下。

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