2021屆高考化學(xué)（江蘇專用）一輪教師用書：專題6第3單元　電解池　金屬的腐蝕與防護(hù)-教案下載-教習(xí)網(wǎng)

第三單元　電解池　金屬的腐蝕與防護(hù)
考綱定位
要點網(wǎng)絡(luò)
1.了解電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。
2．了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。

電解原理及其規(guī)律

1．電解
在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的過程。
注意：電解與電離的區(qū)別
①電解需通電才能進(jìn)行而電離不需通電就能進(jìn)行。
②電解是化學(xué)變化；而電離是在水中或熔融狀態(tài)下斷鍵離解為離子，屬于物理變化。
2．電解池及其工作原理
(1)概念：電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
(2)構(gòu)成條件
①有與外接直流電源相連的兩個電極。
②電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))。
③形成閉合回路。
(3)電解池工作原理(以電解CuCl2溶液為例)

(4)電解池中電子和離子的移動
①電子：從電源負(fù)極流出后，流向電解池陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。電子不能通過電解質(zhì)溶液。
②離子：陽離子移向電解池的陰極，陰離子移向電解池的陽極。
③電流：從電源的正極流出，流入陽極，再通過電解質(zhì)溶液流入陰極，最后流向負(fù)極，形成閉合回路。
3．陰陽兩極上放電順序
(1)陰極：(與電極材料無關(guān))。氧化性強(qiáng)的先放電，放電順序為

(2)陽極：①若是金屬電極(Au、Pt除外)作陽極，則活性電極首先失電子，生成金屬陽離子，發(fā)生氧化反應(yīng)。
②若是惰性電極作陽極，放電順序為

注意：
①放電指的是電極上的得、失電子。
②陰極材料若為金屬電極，一般是增強(qiáng)導(dǎo)電性但不參與反應(yīng)。
4．以惰性電極電解水溶液的有關(guān)規(guī)律
(1)電解水型——含氧酸、強(qiáng)堿、活潑金屬含氧酸鹽
①陰極反應(yīng)式為4H＋＋4e－===2H2↑，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，總方程式為2H2O2H2↑＋O2↑。
②電解質(zhì)濃度變大，pH可能變大、變小或不變，可加H2O復(fù)原。
(2)電解電解質(zhì)類型——無氧酸(如HCl)，不活潑金屬無氧酸鹽(CuCl2)
電解質(zhì)濃度變小，加電解質(zhì)本身復(fù)原。
(3)放H2生堿型——活潑金屬的無氧酸鹽(如NaCl)
①陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，陽極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，總方程式為2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－。
②溶液pH變大，加HCl(鹵化氫)復(fù)原。
(4)放O2生酸型——不活潑金屬的含氧酸鹽(如CuSO4)
①陰極反應(yīng)式為2Cu2＋＋4e－===2Cu，陽極反應(yīng)式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，總方程式為2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。
②溶液pH變小，加CuO(金屬氧化物)或CuCO3復(fù)原。

(1)二次電池的放電(原電池反應(yīng))與充電(電解反應(yīng))互為可逆反應(yīng)。 (　　)
(2)電解質(zhì)溶液的導(dǎo)電過程就是電解質(zhì)溶液被電解的過程，屬于化學(xué)變化。 (　　)
(3)電解時電子流動方向為負(fù)極→陰極→電解質(zhì)溶液→陽極→正極。 (　　)
(4)用惰性電極電解足量CuSO4溶液一段時間后，加入Cu(OH)2或CuO均可使電解質(zhì)溶液恢復(fù)到電解前的狀況。 (　　)
(5)惰性電極電解Na2SO4溶液和Na2CO3溶液的過程中pH均不變。 (　　)
(6)以Pt作電極，電解KCl溶液的離子方程式為2Cl－＋2H＋Cl2↑＋H2↑。 (　　)
[答案]　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

1．按要求書寫方程式。
(1)用Pt作電極，電解AgNO3溶液
陰極反應(yīng)式：_________________________________________；
陽極反應(yīng)式：__________________________________________；
總反應(yīng)式：___________________________________________。
(2)用Cu作電極，電解稀H2SO4溶液
陰極反應(yīng)式：_________________________________________；
陽極反應(yīng)式：_________________________________________；
總反應(yīng)式：____________________________________________。
(3)用惰性電極電解MgCl2溶液
陽極反應(yīng)式：_________________________________________；
陰極反應(yīng)式：________________________________________；
總反應(yīng)式：___________________________________________。
(4)用惰性電極電解2 mol·L－1 NaCl和1 mol·L－1 CuSO4的混合溶液，電解過程明顯分兩個階段。
第一階段：
陰極反應(yīng)式：_________________________________________，
陽極反應(yīng)式：_________________________________________。
第二階段：
陰極反應(yīng)式：________________________________________，
陽極反應(yīng)式：________________________________________。
[答案]　(1)4Ag＋＋4e－===4Ag　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　4Ag＋＋2H2O4Ag＋4H＋＋O2↑
(2)2H＋＋2e－===H2↑　Cu－2e－===Cu2＋　Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
(3)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(4)Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑
4H＋＋4e－===2H2↑　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2．若用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后，需加入98 g Cu(OH)2固體，才能使電解質(zhì)溶液復(fù)原，則這段時間，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為_____________________________________________，整個電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________________________(用NA表示，NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)。
[答案]　Cu2＋＋2e－===Cu、2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　4NA

電極反應(yīng)式和電解方程式的書寫要點
(1)做到“三看”，正確書寫電極反應(yīng)式
①一看電極材料，若是金屬(Au、Pt除外)作陽極，金屬一定被電解(注：Fe生成Fe2＋)。
②二看電解質(zhì)，電解質(zhì)是否參與電極反應(yīng)。
③三看電解質(zhì)狀態(tài)，是熔融狀態(tài)，還是水溶液。
(2)規(guī)避“兩個”失分點
①書寫電解池中電極反應(yīng)式時，一般以實際放電的離子表示，但書寫總電解反應(yīng)方程式時，弱電解質(zhì)要寫成分子式，且注明“電解”條件。
②電解水溶液時，應(yīng)注意放電順序中H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。

◎命題點1　電解原理及其規(guī)律
1．下列裝置的線路接通后，經(jīng)過一段時間，溶液的pH明顯減小的是(　　)

A　　　　　　　　　B

C　　　　　　　　　D
[答案]　D
2．如圖所示，在一定電壓下用惰性電極電解由等物質(zhì)的量濃度的FeCl2、HCl組成的混合溶液。已知在此電壓下，陰、陽離子根據(jù)放電能力順序，都可能在陽極放電，下列分析正確的是 (　　)

A．C1電極上的電極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．C1電極處溶液首先變黃色
C．C2電極上可依次發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑
D．當(dāng)C1電極上有2 g物質(zhì)生成時，就會有2NA個電子通過溶液發(fā)生轉(zhuǎn)移(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)
C　[C1電極與電源的負(fù)極相連，作陰極，溶液中的H＋在陰極放電，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，A錯誤；C1電極上H＋放電生成H2，C2電極與電源的正極相連，作陽極，F(xiàn)e2＋的還原性強(qiáng)于Cl－，則依次發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2電極處溶液首先變黃色，B錯誤，C正確；電子只能通過導(dǎo)線傳遞，不能通過溶液傳遞，D錯誤。]
3．(2019·甘肅名校聯(lián)考)電－Fenton法是用于水體中有機(jī)污染物降解的高級氧化技術(shù)，其反應(yīng)原理如圖所示(酸性介質(zhì))。其中電解產(chǎn)生的H2O2與Fe2＋發(fā)生Fenton反應(yīng)：Fe2＋＋H2O2===Fe3＋＋OH－＋·OH，生成的羥基自由基(·OH)能氧化降解有機(jī)污染物。下列說法不正確的是(　　)

A．電源的B極是正極
B．電解時陰極周圍溶液的pH增大
C．陰極上發(fā)生的電極反應(yīng)為O2＋2e－＋2H＋===H2O2
D．若產(chǎn)生4 mol羥基自由基(·OH)，則消耗22.4 L O2
D　[O2在電解池的左側(cè)得電子生成H2O2，所以A極為負(fù)極，B極為正極，A項正確；陰極上O2＋2e－＋2H＋===H2O2，電解質(zhì)溶液的pH增大，B、C項正確；D項，沒有指明溫度和壓強(qiáng)，不能確定氧氣的體積，D項錯誤。]
◎命題點2　電化學(xué)基本計算——電子守恒法
4．(2019·大連模擬)用惰性電極電解一定濃度的CuSO4溶液，通電一段時間后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢復(fù)到電解前的濃度和pH(不考慮二氧化碳的溶解)。則電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為 (　　)
A．0.4 mol　　　　 B．0.5 mol
C．0.6 mol D．0.8 mol
C　[Cu2(OH)2CO3可改寫為2CuO·H2O·CO2，因反應(yīng)后生成的CO2離開溶液，所以加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3相當(dāng)于加入0.2 mol CuO、0.1 mol H2O，根據(jù)
2Cu　　～　　O2　　～　　4e－
2 mol　　　　　　　　　　4 mol
0.2 mol　　　　　　　　　0.4 mol
2H2O 　～　　O2　　～　　4e－
2 mol　　　　　　　　　　4 mol
0.1 mol　　　　　　　　　0.2 mol
轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量＝0.4 mol＋0.2 mol＝0.6 mol。 ]
5．(2019·平頂山一模)某實驗小組模擬光合作用，采用電解CO2和H2O的方法制備CH3CH2OH和O2，裝置如圖所示。下列說法不正確的是(　　)

A．鉑極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．電解過程中，H＋由交換膜左側(cè)向右側(cè)遷移
C．陰極的電極反應(yīng)式為2CO2＋12H＋＋12e－===CH3CH2OH＋3H2O
D．電路上轉(zhuǎn)移2 mol電子時鉑極產(chǎn)生11.2 L O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
B　[CH3CH2OH中C為－2價，CO2發(fā)生還原反應(yīng)，在銅極區(qū)充入CO2。由電池符號知，鉑極為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A項正確；鉑極的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氫離子由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，B項錯誤；陰極上發(fā)生還原反應(yīng)生成乙醇和水，C項正確；轉(zhuǎn)移2 mol 電子生成0.5 mol O2，D項正確。]

電化學(xué)中兩種基本計算模型

注：在電化學(xué)計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA(NA表示阿伏加德羅常數(shù)的值)×1.60×10－19 C來計算電路中通過的電量。
◎命題點3　多池串聯(lián)的綜合試題分析
6．將以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池甲與盛有足量硫酸銅溶液的裝置乙相連，起始電路接入狀況如圖，以電流強(qiáng)度0.1 A，通電10 min后，將電池的正、負(fù)極互換接入，移動滑動變阻器，以電流強(qiáng)度0.2 A，繼續(xù)通電10 min，結(jié)束實驗。

甲　　　　　　　　乙
下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．葡萄糖在裝置甲的正極參加反應(yīng)，氧氣在負(fù)極參加反應(yīng)
B．在該電池反應(yīng)中，每消耗1 mol氧氣理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳11.2 L
C．電池工作20 min時，乙裝置電極析出固體和電極上產(chǎn)生氣體的質(zhì)量之比為2∶1
D．電池工作15分鐘時，乙裝置中銅棒的質(zhì)量與起始通電前相等
D　[由題意可知，裝置甲是以葡萄糖為燃料的微生物燃料電池，葡萄糖在負(fù)極失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在正極得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，A項錯誤；在該電池中，發(fā)生的總反應(yīng)為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，則每消耗1 mol氧氣理論上能生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下二氧化碳22.4 L，B項錯誤；由題意知，0～10 min，銅棒與電源正極相連，發(fā)生反應(yīng)Cu－2e－===Cu2＋，碳棒與電源負(fù)極相連，發(fā)生反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu，通電10 min后將電池的正、負(fù)極互換接入，由于10～20 min時的電流強(qiáng)度是0～10 min時的2倍，則10～15 min碳棒上發(fā)生反應(yīng)Cu－2e－===Cu2＋，銅棒上發(fā)生反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu,15 min時乙裝置中銅棒即可恢復(fù)到起始通電前的狀態(tài)，15～20 min碳棒上發(fā)生反應(yīng)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，銅棒上發(fā)生反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu，生成1 mol O2的同時析出2 mol Cu，則20 min時，乙裝置電極析出固體和電極上產(chǎn)生氣體的質(zhì)量之比為4∶1，C項錯誤、D項正確。]
7．(2019·長沙模擬)用石墨電極完成下列電解實驗。下列對實驗現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是(　　)

實驗一
實驗二
裝置

現(xiàn)象
a、d處試紙變藍(lán)；b處變紅，局部褪色；c處無明顯變化
兩個石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生；鋼珠右側(cè)n處有氣泡產(chǎn)生；……
A．a(chǎn)、d處：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．c處發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋
C．根據(jù)實驗一的原理，實驗二中n處析出O2
D．b處：2Cl－－2e－===Cl2↑，Cl2溶于水生成HClO，使溶液褪色
C　[由裝置圖可知，實驗一中a、d為陰極，水電離出的氫離子得電子生成氫氣，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故a、d處pH試紙顯藍(lán)色，A項正確；實驗一中c、b為陽極，c處發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，由于生成的Fe2＋濃度較小，且pH試紙本身有顏色，故c處無明顯變化，b處發(fā)生反應(yīng)：2Cl－－2e－===Cl2↑，產(chǎn)生的Cl2溶于水生成HCl和HClO，故b處變紅，局部褪色，B、D項正確；結(jié)合實驗一的原理和題圖知，實驗二中兩個鋼珠的左側(cè)均為陽極，右側(cè)均為陰極，初始時兩個鋼珠的左側(cè)均發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，右側(cè)均發(fā)生反應(yīng)：2H＋＋2e－===H2↑，一段時間后，F(xiàn)e2＋移動到m和n處，m、n處附近Fe2＋濃度增大，發(fā)生反應(yīng)：Fe2＋＋2e－===Fe，故實驗二中n處不能產(chǎn)生O2，C項錯誤。]
8．(2019·黑龍江名校聯(lián)考)H2S轉(zhuǎn)化是環(huán)保和資源利用的研究課題。將燒堿吸收H2S后的溶液加入如圖裝置，可以回收單質(zhì)硫，甲為二甲醚(CH3OCH3)—空氣燃料電池。

下列推斷正確的是(　　)
A．Y極充入二甲醚
B．電子移動方向：X→W→溶液→Z→Y
C．電解后，乙裝置右池中c(NaOH)減小
D．Z極反應(yīng)式為S2－－2e－===S↓
D　[據(jù)圖分析甲為原電池，乙為電解池，電解池右側(cè)有H2產(chǎn)生，則W極為陰極，Z極作陽極，連接的Y極為原電池的正極，發(fā)生還原反應(yīng)，所以Y極應(yīng)充入氧氣，A項錯誤；電子不進(jìn)入溶液，B項錯誤；乙裝置右池中發(fā)生電極反應(yīng)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氫氧化鈉溶液濃度增大，C項錯誤；Z極電極反應(yīng)為S2－－2e－===S↓，D項正確。]

多池串聯(lián)裝置中電極的判斷模型
(1)
(2)
電解原理的實際應(yīng)用

1．電解飽和食鹽水——氯堿工業(yè)
(1)電極反應(yīng)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(反應(yīng)類型：氧化反應(yīng))。
陰極：2H＋＋2e－===H2↑(反應(yīng)類型：還原反應(yīng))。
檢驗陽極產(chǎn)物的方法是：用濕潤的KI淀粉試紙靠近陽極附近，若試紙變藍(lán)，證明生成了Cl2。電解時向食鹽水中加酚酞，陰極附近溶液變紅，說明該電極附近產(chǎn)生的物質(zhì)為NaOH。
(2)電解方程式
化學(xué)方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)陽離子交換膜法電解飽和食鹽水示意圖

①陽離子交換膜的作用
阻止OH－進(jìn)入陽極室與Cl2發(fā)生副反應(yīng)：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止陽極產(chǎn)生的Cl2和陰極產(chǎn)生的H2混合發(fā)生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物質(zhì)分別是飽和食鹽水、稀NaOH溶液、稀的食鹽水、濃NaOH溶液；X、Y分別是Cl2、H2。
2．電鍍銅與電解精煉銅
(1)電鍍銅

(2)電解精煉銅

3．電冶金——活潑金屬的冶煉方法
(1)電解熔融氯化鈉得到鈉

(2)電解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
電極反應(yīng)：
陽極：6O2－－12e－===3O2↑；
陰極：4Al3＋＋12e－===4Al。
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔劑。

(1)電解飽和食鹽水制堿時，用Fe作陰極可增強(qiáng)導(dǎo)電性。 (　　)
(2)電解精煉銅時，雜質(zhì)Zn、Au、Ag均不溶解，形成陽極泥而沉淀。 (　　)
(3)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液中c(Cu2＋)均保持不變。 (　　)
(4)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可以電解MgO和AlCl3。 (　　)
(5)粗銅電解精煉時，若電路中通過2 mol e－，陽極減少64 g。 (　　)
[答案]　(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×

1．電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如圖：

電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰陽兩極均為惰性電極。
(1)A極為________，電極反應(yīng)式為_______________________。
(2)B極為________，電極反應(yīng)式為_______________________。
[答案]　(1)陽極　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O
(2)陰極　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
2．工業(yè)上在鐵片上鍍銀，電鍍池中，陽極材料為________，接電源的________極，電鍍液可以用________，陽極反應(yīng)式為______________________。
[答案]　銀　正　AgNO3溶液　Ag－e－===Ag＋

◎命題點1　電解原理的常規(guī)應(yīng)用
1．利用如圖所示裝置模擬電解原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。下列說法正確的是(　　)

A．氯堿工業(yè)中，X電極上的反應(yīng)式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．電解精煉銅時，Z溶液中的Cu2＋濃度不變
C．在鐵片上鍍銅時，Y是純銅
D．制取金屬鎂時，Z是熔融的氯化鎂
[答案]　D
2．(2017·全國卷Ⅱ，T11)用電解氧化法可以在鋁制品表面形成致密、耐腐蝕的氧化膜，電解質(zhì)溶液一般為H2SO4-H2C2O4混合溶液。下列敘述錯誤的是(　　)
A．待加工鋁質(zhì)工件為陽極
B．可選用不銹鋼網(wǎng)作為陰極
C．陰極的電極反應(yīng)式為Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根離子在電解過程中向陽極移動
C　[A對：該電解池陽極發(fā)生的電極反應(yīng)為2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，鋁化合價升高失電子，所以待加工鋁質(zhì)工件應(yīng)為陽極。B對，C錯：陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，陰極可選用不銹鋼網(wǎng)作電極。D對：電解質(zhì)溶液中的陰離子向陽極移動。]
3．(2019·廣東名校聯(lián)考)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)對冶金硅進(jìn)行電解精煉提純可降低高純硅制備成本。相關(guān)電解槽裝置如圖所示，用Cu-Si合金作硅源，在950 ℃利用三層液熔鹽進(jìn)行電解精煉，有關(guān)說法正確的是(　　)

A．電子由液態(tài)Cu-Si合金流出，流入液態(tài)鋁電極
B．液態(tài)鋁電極與正極相連，作電解池的陽極
C．在該液相熔體中Cu優(yōu)先于Si被氧化，Si4＋優(yōu)先于Cu2＋被還原
D．三層液熔鹽的作用是使電子能夠在三層間自由流動
A　[由裝置圖中Si4＋流向可知液態(tài)鋁為陰極，連接電源負(fù)極，液態(tài)Cu-Si合金為陽極，電子由液態(tài)Cu-Si合金流出，流入液態(tài)鋁電極，A項正確；B項錯誤；由圖示可知，陽極上Si失電子轉(zhuǎn)化為Si4＋，陰極上Si4＋得電子轉(zhuǎn)化為Si，C項錯誤；使用三層液熔鹽可以有效增大電解反應(yīng)的面積，使單質(zhì)硅在液態(tài)鋁電極上高效沉積，而不是方便電子通過，電子不通過電解質(zhì)，D項錯誤。]
◎命題點2　電解原理在物質(zhì)制備方面的應(yīng)用
4．(2019·重慶七校聯(lián)考)O3是一種常見的綠色氧化劑，可由臭氧發(fā)生器電解稀硫酸制得，原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)

A．電極a為陰極
B．a(chǎn)極的電極反應(yīng)式為O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．電解一段時間后b極周圍溶液的pH下降
D．標(biāo)準(zhǔn)狀況下，當(dāng)有5.6 L O2反應(yīng)時，收集到O2和O3混合氣體4.48 L，O3的體積分?jǐn)?shù)為80%
D　[電極b上生成O2和O3，則電極b上發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，則電極b為陽極，電極a為陰極，A項正確；電極a的電極反應(yīng)式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，B項正確；電極b上H2O失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)生成O2、O3和H＋，故電解一段時間后b極周圍溶液的pH下降，C項正確；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，當(dāng)有5.6 L氧氣參加反應(yīng)時，轉(zhuǎn)移電子1 mol，設(shè)收集到氧氣為x mol，臭氧為y mol，則有x＋y＝0.2,4x＋6y＝1，解得x＝y(tǒng)＝0.1，故O3的體積分?jǐn)?shù)為50%，D項錯誤。]
5．(2019·滁州模擬)常溫下，NCl3是一種黃色黏稠狀液體，是制備新型水消毒劑ClO2的原料，可以采用如圖所示裝置制備NCl3。下列說法正確的是(　　)

A．每生成1 mol NCl3，理論上有4 mol H＋經(jīng)質(zhì)子交換膜從右側(cè)向左側(cè)遷移
B．可用濕潤的淀粉-KI試紙檢驗氣體M
C．石墨極的電極反應(yīng)式為NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋
D．電解過程中，質(zhì)子交換膜右側(cè)溶液的pH會減小
C　[A項，每生成1 mol NCl3，轉(zhuǎn)移6 mol e－，理論上有6 mol H＋經(jīng)質(zhì)子交換膜從右側(cè)向左側(cè)遷移，A錯誤；B項，M為H2，不能用濕潤的淀粉-KI試紙檢驗，B錯誤；D項，右側(cè)pH會增大，D錯誤。]
6．(2018·全國卷Ⅲ，節(jié)選)KIO3也可采用“電解法”制備，裝置如圖所示。

(1)寫出電解時陰極的電極反應(yīng)式_________________________。
(2)電解過程中通過陽離子交換膜的離子主要為________，其遷移方向是________。
(3)與“電解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之處有___________(寫出一點)。
[解析]　(1)電解法制備KIO3時，H2O在陰極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)電解池中陽離子向陰極移動，即由電極a向電極b遷移，陽離子交換膜只允許陽離子通過，故主要是K＋通過陽離子交換膜。(3)根據(jù)工藝流程分析，“KClO3氧化法”主要是生成的Cl2有毒易污染環(huán)境。
[答案]　(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　(2)K＋　由a到b　(3)產(chǎn)生Cl2易污染環(huán)境等
◎命題點3　電解原理在環(huán)境治理方面的應(yīng)用
7．(2019·惠州模擬)化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中起著十分重要的作用，電化學(xué)降解NO的原理如圖所示。下列說法不正確的是(　　)

A．A為電源的正極
B．溶液中H＋從陽極向陰極遷移
C．Ag-Pt電極的電極反應(yīng)式為2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
D．電解過程中，每轉(zhuǎn)移2 mol電子，則左側(cè)電極就產(chǎn)生32 g O2
D　[根據(jù)題給電解裝置圖可知，Ag-Pt電極上NO轉(zhuǎn)化為N2，發(fā)生還原反應(yīng)：2NO＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，則Ag-Pt電極作陰極，B為電源的負(fù)極，故A為電源的正極，A、C項正確；在電解池中陽離子向陰極移動，所以溶液中H＋從陽極向陰極遷移，B項正確；左側(cè)電極為陽極，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，則每轉(zhuǎn)移2 mol電子，左側(cè)電極產(chǎn)生16 g O2，D項錯誤。]
8．(2019·鄭州模擬)科學(xué)家設(shè)計了一種可以循環(huán)利用人體呼出的CO2并提供O2的裝置，總反應(yīng)方程式為2CO2===2CO＋O2。下列說法正確的是(　　)

A．由圖分析N電極為正極
B．OH－通過離子交換膜遷向左室
C．陰極的電極反應(yīng)為CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－
D．反應(yīng)完畢，該裝置中電解質(zhì)溶液的堿性增強(qiáng)
C　[由題圖可知N電極為負(fù)極，P電極為正極，A項錯誤；OH－通過陰離子交換膜遷向右室，B項錯誤；根據(jù)題圖知，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)為CO2＋H2O＋2e－===CO＋2OH－，C項正確；根據(jù)總反應(yīng)為2CO2===2CO＋O2，可知反應(yīng)完畢裝置中溶液的pH并無變化，故堿性不會增強(qiáng)，D項錯誤。]
9．(2019·試題調(diào)研)某研究小組設(shè)計如圖Ⅰ裝置處理廢水中的有機(jī)物，并利用該裝置產(chǎn)生的能量處理廢電鍍液中的CN－，其原理是：在廢電鍍液中加入適量食鹽，調(diào)節(jié)溶液pH＝9，連接圖Ⅰ和圖Ⅱ裝置，利用陽極生成的Cl2將CN－氧化成兩種無害氣體。下列說法正確的是(　　)

圖Ⅰ　　　　　　圖Ⅱ
A．圖Ⅰ中右室電極與圖Ⅱ中石墨極連接，圖Ⅱ中陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)
B．處理廢電鍍液的過程中，鐵極附近電解質(zhì)溶液中c(H＋)減小，pH降低
C．若圖Ⅰ裝置中底物為CH3CHO，則其在細(xì)菌作用下被還原為CO2
D．氧化CN－的反應(yīng)為5Cl2＋2CN－＋8OH－===2CO2＋N2＋10Cl－＋4H2O
D　[圖Ⅰ中右室電極上有機(jī)物在細(xì)菌作用下被氧化為CO2，為負(fù)極，圖Ⅱ中石墨極為陽極，連接電源的正極，與圖Ⅰ中左室電極相連接，A項錯誤；處理廢電鍍液的過程中，鐵極發(fā)生反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，鐵極附近電解質(zhì)溶液中c(H＋)減小，pH升高，B項錯誤；若圖Ⅰ裝置中底物為CH3CHO，則其在細(xì)菌作用下被氧化為CO2，C項錯誤；Cl2將CN－氧化為無害氣體N2和CO2，CN－中C為＋2價，N為－3價，1 mol CN－參加反應(yīng)失5 mol電子，而1 mol Cl2得2 mol電子，根據(jù)得失電子守恒、電荷守恒和原子守恒配平離子方程式為5Cl2＋2CN－＋8OH－===2CO2＋N2＋10Cl－＋4H2O，D項正確。]
金屬的腐蝕與防護(hù)

1．金屬的腐蝕
(1)本質(zhì)
金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生氧化反應(yīng)?？杀硎緸镸－ne－===Mn＋。
(2)類型
類型
化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕
條件
金屬跟具有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)接觸
不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸
現(xiàn)象
無電流產(chǎn)生
有電流產(chǎn)生
本質(zhì)
金屬被氧化
較活潑金屬被氧化
聯(lián)系
兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍
2.電化學(xué)腐蝕的分類
以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析
類型
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
條件
水膜酸性較強(qiáng)(pH≤4.3)，如NH4Cl溶液
水膜酸性很弱或呈中性，如NaCl溶液
電極材料及反應(yīng)
負(fù)極
Fe：Fe－2e－===Fe2＋
正極
C：2H＋＋2e－===H2↑
C：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
總反應(yīng)式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
聯(lián)系
吸氧腐蝕更普遍
[補(bǔ)短板]
(1)鐵銹的成分為Fe2O3·xH2O，其形成過程還涉及如下反應(yīng)：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O。
(2)電解質(zhì)所處環(huán)境決定金屬的腐蝕方式：若電解質(zhì)酸性較強(qiáng)，如NH4Cl、H2SO4等，則發(fā)生析氫腐蝕，相當(dāng)于金屬與酸構(gòu)成原電池；若電解質(zhì)為弱酸、中性、弱堿，則發(fā)生吸氧腐蝕，相當(dāng)于金屬、氧氣構(gòu)成燃料電池。但對于不活潑金屬如Cu只能發(fā)生吸氧腐蝕。
(3)兩種腐蝕正極的現(xiàn)象不同：析氫腐蝕正極產(chǎn)生H2，氣體壓強(qiáng)變大，pH增大；吸氧腐蝕正極吸收O2，氣體壓強(qiáng)變小，pH增大。
3．金屬的防護(hù)
(1)電化學(xué)防護(hù)
①犧牲陽極的陰極保護(hù)法—原電池原理
a．負(fù)極：比被保護(hù)金屬活潑的金屬；
b．正極：被保護(hù)的金屬設(shè)備。
②外加電流的陰極保護(hù)法—電解原理
a．陰極：被保護(hù)的金屬設(shè)備；
b．陽極：惰性金屬。
(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。
(3)加防護(hù)層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍或表面鈍化等方法。
注意：犧牲陽極的陰極保護(hù)法中所說的陽極是指原電池的負(fù)極，即發(fā)生氧化反應(yīng)的電極在原電池中也常稱為陽極。

1．實驗探究(如圖所示)

(1)若棉團(tuán)浸有NH4Cl溶液，鐵釘發(fā)生________腐蝕，正極反應(yīng)式為_____________________________________________________，右試管中現(xiàn)象是________。
(2)若棉團(tuán)浸有NaCl溶液，鐵釘發(fā)生________腐蝕，正極反應(yīng)式為_____________________________________________________，右試管中現(xiàn)象是_______________________。
[答案]　(1)析氫　2H＋＋2e－===H2↑　有氣泡冒出
(2)吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　導(dǎo)管內(nèi)液面上升
2．為驗證犧牲陽極的陰極保護(hù)法，如圖所示：

(1)Fe作________極，電極反應(yīng)式為______________________。
(2)Zn電極反應(yīng)式為______________________。
(3)Fe電極附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，溶液是否有藍(lán)色沉淀生成？________。
(4)若將Zn改為Cu，則Fe電極附近加K3[Fe(CN)6]溶液，現(xiàn)象為________，此現(xiàn)象的離子方程式為________________________。
[答案]　(1)正或陰　2H＋＋2e－===H2↑
(2)Zn－2e－===Zn2＋
(3)否　
(4)溶液中生成藍(lán)色沉淀　
3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓

◎命題點1　金屬的腐蝕原理及快慢分析
1．(2019·貴陽模擬)在一塊表面無銹的鐵片上滴食鹽水，放置一段時間后看到鐵片上有鐵銹出現(xiàn)。鐵片腐蝕過程中發(fā)生反應(yīng)的總化學(xué)方程式：
2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，F(xiàn)e(OH)2進(jìn)一步被氧氣氧化為Fe(OH)3，再在一定條件下脫水生成鐵銹，其原理如圖所示。

下列說法正確的是(　　)
A．鐵片發(fā)生還原反應(yīng)而被腐蝕
B．鐵片腐蝕生成的鐵銹可以保護(hù)內(nèi)層的鐵不被腐蝕
C．鐵片腐蝕過程中負(fù)極發(fā)生的電極反應(yīng)：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．鐵片里的鐵和碳與食鹽水形成了無數(shù)微小原電池，發(fā)生了電化學(xué)腐蝕
D　[結(jié)合題圖知Fe失電子，化合價升高，被氧化，A項錯誤；鐵銹結(jié)構(gòu)疏松，不能保護(hù)內(nèi)層金屬，B項錯誤；鐵片腐蝕時，F(xiàn)e作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，C項錯誤；鐵片上的NaCl溶液為鐵與碳形成原電池提供了電解質(zhì)溶液，D項正確。]
2．一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關(guān)系如下，下列說法不正確的是(　　)
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蝕快慢
較快
慢
較快
主要產(chǎn)物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
A．在pH>14溶液中，碳鋼腐蝕的正極反應(yīng)為O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．在pH6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕
D．在煮沸除氧氣的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩
A　[A項，pH>14的溶液為堿性，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合題意；B項，pH6溶液中，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕，正極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合題意；D項，在堿性溶液中碳鋼發(fā)生吸氧腐蝕，煮沸除氧氣后，腐蝕速率會減慢，故D不符合題意。]
3．(2019·河北九校聯(lián)考)某實驗小組利用下列裝置探究電解質(zhì)溶液的濃度對金屬腐蝕的影響：
裝置

現(xiàn)象
電流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)
電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)
下列有關(guān)說法正確的是(　　)
A．裝置Ⅰ中的鐵片均不會發(fā)生任何腐蝕
B．鐵片d上可能發(fā)生的電極反應(yīng)為Fe－3e－===Fe3＋
C．利用K3[Fe(CN)6]溶液可確定裝置Ⅱ中的正、負(fù)極
D．鐵片a、c所處的NaCl溶液的濃度相等，二者腐蝕速率相等
C　[裝置Ⅰ中因為兩燒杯中NaCl溶液的濃度相等，兩邊電勢相等，所以電流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但鐵片a、b仍可發(fā)生普通的化學(xué)腐蝕，A項錯誤；鐵片d上Fe發(fā)生反應(yīng)生成Fe2＋，B項錯誤；裝置Ⅱ中負(fù)極發(fā)生反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋，F(xiàn)e2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液生成藍(lán)色沉淀，故可利用K3[Fe(CN)6]溶液確定裝置Ⅱ中的正、負(fù)極，C項正確；裝置Ⅱ中明顯產(chǎn)生了電流，電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕要快得多，故鐵片a、c的腐蝕速率不同，D項錯誤。]
4．如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵(含雜質(zhì)C)在其中被腐蝕由快到慢的順序為________(填序號)。

[解析]?、冖邰苁窃姵兀茛奘请娊獬?，金屬被腐蝕由快到慢的順序是：電解池的陽極>原電池的負(fù)極>化學(xué)腐蝕>原電池的正極>電解池的陰極。
[答案]?、茛堍冖佗邰?br />
判斷金屬腐蝕快慢的方法
(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕的快慢：電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。
(2)對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強(qiáng)電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中。(濃度相同)
(3)活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。
(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕速率越快。
◎命題點2　金屬的電化學(xué)防護(hù)及實驗探究
5．(2019·遼寧名校聯(lián)考)高壓直流電線路的瓷絕緣子經(jīng)日曬雨淋容易出現(xiàn)鐵帽腐蝕現(xiàn)象，在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽腐蝕，防護(hù)原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　)

A．通電時，鋅環(huán)是陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)
B．通電時，陰極上的電極反應(yīng)為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．?dāng)嚯姇r，鋅環(huán)上的電極反應(yīng)為Zn2＋＋2e－===Zn
D．?dāng)嚯姇r，仍能防止鐵帽被腐蝕
C　[通電時，鋅環(huán)與電源正極相連，作陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，A項正確；通電時，鐵帽為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B項正確；斷電時，形成原電池，鋅環(huán)為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)：Zn－2e－===Zn2＋，C項錯誤；斷電時，形成原電池，鐵帽為正極，此為犧牲陽極的陰極保護(hù)法，仍能防止鐵帽被腐蝕，D項正確。]
6．(2018·北京高考)驗證犧牲陽極的陰極保護(hù)法，實驗如下(燒杯內(nèi)均為經(jīng)過酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③

在Fe表面生成藍(lán)色沉淀
試管內(nèi)無明顯變化
試管內(nèi)生成藍(lán)色沉淀
下列說法不正確的是 (　　)
A．對比②③，可以判定Zn保護(hù)了Fe
B．對比①②，K3[Fe(CN)6]可能將Fe氧化
C．驗證Zn保護(hù)Fe時不能用①的方法
D．將Zn換成Cu，用①的方法可判斷Fe比Cu活潑
D　[②中Zn作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)生成Zn2＋，F(xiàn)e作正極被保護(hù)，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，試管內(nèi)無明顯變化。但③中沒有Zn保護(hù)Fe，F(xiàn)e在酸性環(huán)境中發(fā)生析氫腐蝕，F(xiàn)e作負(fù)極被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入鐵氰化鉀溶液，生成藍(lán)色沉淀，對比②③可知Zn保護(hù)了Fe，A項正確；①與②的區(qū)別在于：前者是將鐵氰化鉀溶液直接滴入燒杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加鐵氰化鉀溶液，①中出現(xiàn)了藍(lán)色沉淀，說明有Fe2＋生成。對比分析可知，可能是鐵氰化鉀氧化Fe生成了Fe2＋，B項正確；通過上述分析可知，驗證Zn保護(hù)Fe時不能用①的方法，C項正確；若將Zn換成Cu，鐵氰化鉀仍會將Fe氧化為Fe2＋，在鐵的表面同樣會生成藍(lán)色沉淀，所以無法判斷Fe2＋是不是負(fù)極產(chǎn)物，即無法判斷Fe與Cu的活潑性，D項錯誤。]

隔膜在電化學(xué)裝置中的應(yīng)用
——科學(xué)探究與創(chuàng)新意識

分析近幾年高考試題，涉及隔膜電化學(xué)裝置的試題比較多，且常出常新，每年都有變化。隔膜的功能在于選擇性地通過某些離子或阻止某些離子來隔離某些物質(zhì)，進(jìn)而制備一些特定物質(zhì)。體現(xiàn)了科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)核心素養(yǎng)。

1．隔膜的分類
隔膜又叫離子交換膜，由高分子特殊材料制成。離子交換膜分三類：
(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H＋和其他陽離子通過，不允許陰離子通過。
(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。
(3)質(zhì)子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。
2．隔膜的作用
(1)能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)接觸，防止發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
(2)能選擇性地通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
注意：①反應(yīng)物相同，不同的交換膜，遷移的離子種類不同。②同種交換膜，如果轉(zhuǎn)移相同的電子數(shù)，離子所帶電荷數(shù)不同，則遷移離子數(shù)不同。③離子遷移依據(jù)電荷平衡，而離子數(shù)目變化量可能不相等。
[典例導(dǎo)航]
(2016·全國卷Ⅰ，T11)三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場的作用下，兩膜中間的Na＋和SO可通過離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室。

下列敘述正確的是(　　)
A．通電后中間隔室的SO向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大
B．該法在處理含Na2SO4廢水時可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品
C．負(fù)極反應(yīng)為2H2O－4e－===O2＋4H＋，負(fù)極區(qū)溶液pH降低
D．當(dāng)電路中通過1 mol電子的電量時，會有0.5 mol的O2生成
[思路點撥]　直流電場作用→圖中的“－”極和“＋”極就是陰極和陽極SO移向“＋”極，Na＋移向“－”極―→ab為陽離子交換膜，cd為陰離子交換膜―→“－”極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑，pH增大；“＋”極反應(yīng)為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，pH減小。
[答案]　B

(1)正極區(qū)的電極反應(yīng)式為_________________，正極區(qū)的pH變______(填“大”或“小”)，從平衡角度解釋原因_________________________。
(2)當(dāng)正極產(chǎn)生0.5 mol氣體時，通過cd膜的離子數(shù)目為________，通過ab膜的離子數(shù)目為________。
[答案]　(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　小　正極區(qū)溶液中存在H2OH＋＋OH－，OH－放電，c(OH－)減小，上述平衡右移，使c(H＋)>c(OH－)，且c(H＋)逐漸增大，pH減小
(2)6.02×1023(或NA)　2×6.02×1023或2NA

1．(2019·合肥模擬)圖甲為一種新型污水處理裝置，該裝置可利用一種微生物將有機(jī)廢水的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，圖乙是一種用惰性電極電解飽和食鹽水的消毒液發(fā)生器。下列說法不正確的是(　　)

甲　　　　　　　　乙
A．圖甲的X點要與圖乙中的a極連接
B．圖乙中b極的電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑
C．當(dāng)N極消耗1 mol氣體時，有2 mol H＋通過離子交換膜
D．若有機(jī)廢水中主要含有淀粉，則圖甲中M極反應(yīng)為(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋
C　[圖甲中N極上O2轉(zhuǎn)化為H2O，發(fā)生還原反應(yīng)，則N極為正極，M極為負(fù)極，圖乙通過電解飽和食鹽水獲得消毒液，則a極析出H2，b極析出Cl2，a極為陰極，b極為陽極，電解池的陽極與電源正極相連，電解池的陰極與電源負(fù)極相連，故X點與a極相連，A項正確；圖乙中b極析出氯氣，電極反應(yīng)式為2Cl－－2e－===Cl2↑，B項正確；根據(jù)O2＋4e－＋4H＋===2H2O，當(dāng)N極消耗1 mol氣體時，轉(zhuǎn)移4 mol電子，故有4 mol H＋通過離子交換膜，C項錯誤；若有機(jī)廢水中主要含有淀粉，則圖甲中M極上淀粉轉(zhuǎn)化為CO2，電極反應(yīng)為(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，D項正確。]
2．(2019·保定模擬)用Na2SO3溶液吸收硫酸工業(yè)尾氣中的二氧化硫，將所得的混合液進(jìn)行電解循環(huán)再生，這種新工藝叫再生循環(huán)脫硫法。其中陰、陽離子交換膜組合循環(huán)再生機(jī)理如圖所示，下列有關(guān)說法中不正確的是(　　)

A．X為直流電源的負(fù)極，Y為直流電源的正極
B．陽極反應(yīng)為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．圖中的b>a
D．該過程中的產(chǎn)品主要為H2SO4和H2
B　[根據(jù)Na＋和SO的移向可知Pt(Ⅰ)為陰極，反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2，Pt(Ⅱ)為陽極，反應(yīng)為SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋。]
3．(2019·長春質(zhì)檢)某科研小組研究采用BMED膜堆(示意圖如下)，模擬以精制濃海水為原料直接制備酸堿。BMED膜堆包括陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜(A、D)。已知：在直流電源的作用下，雙極膜內(nèi)中間界面層發(fā)生水的解離，生成H＋和OH－。下列說法錯誤的是(　　)

A．電極a連接電源的正極
B．B為陽離子交換膜
C．電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液可避免有害氣體的產(chǎn)生
D．Ⅱ口排出的是淡水
B　[根據(jù)題干信息確定該裝置為電解池，陰離子向陽極移動，陽離子向陰極移動，所以電極a為陽極，連接電源的正極，A正確；水在雙極膜A解離后，氫離子吸引陰離子透過B膜到左側(cè)形成酸，B為陰離子交換膜，B錯誤；電解質(zhì)溶液采用Na2SO4溶液，電解時生成氫氣和氧氣，可避免有害氣體的產(chǎn)生，C正確；海水中的陰、陽離子透過兩側(cè)交換膜向兩側(cè)移動，淡水從Ⅱ口排出，D正確。]
4．(2019·湖北名校聯(lián)考)硼酸(H3BO3)為一元弱酸，已知H3BO3與足量NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式為H3BO3＋OH－===B(OH)，H3BO3可以通過電解的方法制備。其工作原理如圖所示(陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過)。下列說法正確的是(　　)

A．當(dāng)電路中通過1 mol電子時，可得到1 mol H3BO3
B．將電源的正負(fù)極反接，工作原理不變
C．陰極室的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
D．B(OH)穿過陰膜進(jìn)入陰極室，Na＋穿過陽膜進(jìn)入產(chǎn)品室
A　[電解時，左側(cè)石墨電極為陽極，右側(cè)石墨電極為陰極，陽極上H2O失電子生成O2和H＋，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，陰極上H2O得電子生成H2和OH－，即2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，當(dāng)電路中通過1 mol電子時，陽極生成1 mol H＋，H＋通過陽膜進(jìn)入產(chǎn)品室，與通過陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室的B(OH)反應(yīng)生成1 mol H3BO3，A項正確；電源正負(fù)極反接后，左側(cè)石墨電極為陰極，陰極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑，H＋被消耗，無法移向產(chǎn)品室，不能生成H3BO3，B項錯誤；結(jié)合上述分析可知，陰極反應(yīng)式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C項錯誤；電解時原料室中Na＋穿過陽膜進(jìn)入陰極室，B(OH)穿過陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室，D項錯誤。]
5．以稀硫酸為電解質(zhì)溶液，利用太陽能電池將CO2轉(zhuǎn)化為乙烯的工作原理如圖所示。則M極為________極(填“陰”或“陽”)。電極反應(yīng)式為_______________________；N極電極反應(yīng)式為_________________，總反應(yīng)式為_________________。

[解析]　根據(jù)化合價可知，M極碳化合價由＋4降為－2，發(fā)生還原反應(yīng)，為陰極，N為陽極。
[答案]　陰　2CO2＋12e－＋12H＋===C2H4＋4H2O　6H2O－12e－===3O2↑＋12H＋　2CO2＋2H2OC2H4＋3O2
6．(2020·成都模擬)以連二亞硫酸鹽(S2O)為還原劑脫除煙氣中的NO，并通過電解再生，裝置如圖所示。陰極的電極反應(yīng)式為_______，電解槽中的隔膜為________(填“陽”或“陰”)離子交換膜。

[解析]　由圖可知，陰極區(qū)通入的液體主要含SO，流出液中主要含S2O，所以陰極的電極反應(yīng)式為2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O。由陰極的電極反應(yīng)式可知，隔膜應(yīng)允許H＋通過，因此隔膜為陽離子交換膜。
[答案]　2SO＋4H＋＋2e－===S2O＋2H2O　陽

1．(2018·全國卷Ⅰ)最近我國科學(xué)家設(shè)計了一種CO2＋H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如圖所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應(yīng)為：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋

該裝置工作時，下列敘述錯誤的是(　　)
A．陰極的電極反應(yīng)：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需為酸性
C　[根據(jù)裝置圖中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系分析電極反應(yīng)類型，如EDTA-Fe2＋生成EDTA-Fe3＋，發(fā)生了氧化反應(yīng)，EDTA-Fe3＋將H2S氧化成S，本身被還原成EDTA-Fe2＋，EDTA-Fe3＋和EDTA-Fe2＋可循環(huán)使用，故石墨烯電極為陽極，陽極與光伏電池的正極連接。CO2發(fā)生還原反應(yīng)生成CO，故ZnO@石墨烯電極為陰極。
陰極發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子由交換膜右側(cè)向左側(cè)遷移，陰極的電極反應(yīng)式為CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A項正確；結(jié)合陽極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)，可知協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應(yīng)為CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B項正確；石墨烯作陽極，其電勢高于ZnO@石墨烯的，C項錯誤；Fe3＋、Fe2＋在堿性或中性介質(zhì)中會生成沉淀，它們只穩(wěn)定存在于酸性較強(qiáng)的介質(zhì)中，D項正確。]
2.(2017·全國卷Ⅰ)支撐海港碼頭基礎(chǔ)的鋼管樁，常用外加電流的陰極保護(hù)法進(jìn)行防腐，工作原理如圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極。下列有關(guān)表述不正確的是(　　)

A．通入保護(hù)電流使鋼管樁表面腐蝕電流接近于零
B．通電后外電路電子被強(qiáng)制從高硅鑄鐵流向鋼管樁
C．高硅鑄鐵的作用是作為損耗陽極材料和傳遞電流
D．通入的保護(hù)電流應(yīng)該根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整
C　[A項，外加強(qiáng)大的電流可以抑制金屬電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流，正確；B項，被保護(hù)的鋼管樁作陰極，高硅鑄鐵作陽極，電解池中外電路電子由陽極流向陰極，即從高硅鑄鐵流向鋼管樁，正確；C項，高硅鑄鐵為惰性輔助陽極，其主要作用是傳遞電流，而不是作為損耗陽極，錯誤；D項，保護(hù)電流要抑制金屬電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件變化進(jìn)行調(diào)整，正確。]
3．(1)(2019·全國卷Ⅱ，節(jié)選)環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵[Fe(C5H5)2，結(jié)構(gòu)簡式為]，后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學(xué)制備原理如下圖所示，其中電解液為溶解有溴化鈉(電解質(zhì))和環(huán)戊二烯的DMF溶液(DMF為惰性有機(jī)溶劑)。

Na＋―→Na
該電解池的陽極為________，總反應(yīng)為__________。電解制備需要在無水條件下進(jìn)行，原因為_____________________________。
(2)(2019·全國卷Ⅲ，節(jié)選)在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)家最近采用碳基電極材料設(shè)計了一種新的工藝方案，主要包括電化學(xué)過程和化學(xué)過程，如下圖所示：

負(fù)極區(qū)發(fā)生的反應(yīng)有____________________________(寫反應(yīng)方程式)。電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子，需消耗氧氣________L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
[解析]　(1)由電解原理示意圖可知，電解后鐵變?yōu)椋?價，由此可判斷鐵作電解池的陽極，陽極的電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋，陰極的電極反應(yīng)式為2＋2e－===2＋H2↑，由此可得總方程式為Fe＋2===＋H2↑。電解時如果有水，水會與鈉反應(yīng)，阻礙的生成，而且電解時會產(chǎn)生OH－，OH－會與Fe2＋反應(yīng)生成Fe(OH)2沉淀。
(2)由題圖知，左端的電極反應(yīng)為Fe3＋＋e－===Fe2＋，應(yīng)為陰極，接電源負(fù)極，右端的電極反應(yīng)為2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，應(yīng)為陽極，接電源正極，負(fù)極產(chǎn)生的Fe2＋進(jìn)一步被O2氧化生成Fe3＋，則4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需轉(zhuǎn)移4 mol電子，則轉(zhuǎn)移1 mol電子時，應(yīng)消耗 mol O2，標(biāo)準(zhǔn)狀況下， mol O2的體積為 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
[答案]　(1)Fe電極　Fe＋2===＋H2↑
[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水會阻礙中間物的生成；水會電解生成OH－，進(jìn)一步與Fe2＋反應(yīng)生成Fe(OH)2
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6
4．(2018·全國卷Ⅰ，節(jié)選)制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應(yīng)式為_______________________________________。
電解后，________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。

[解析]　陽極發(fā)生氧化反應(yīng)：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陽極室H＋向a室遷移，a室中的Na2SO3轉(zhuǎn)化成NaHSO3。
[答案]　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a