學(xué)習(xí)任務(wù)1　電解原理

1．電解
使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起氧化還原反應(yīng)的過程。
2．電解池(也叫電解槽)
電解池是把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。
3．電解池的組成和工作原理(以電解CuCl2溶液為例)

總反應(yīng)式：CuCl2Cu＋Cl2↑。
4．電子和離子移動(dòng)方向
(1)電子：從電源的負(fù)極流向電解池的陰極；從電解池的陽極流向電源的正極。
(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。
5．分析電解過程的思維程序
(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。
(2)其次分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。排出陰、陽兩極的放電順序。
陰極：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
陽極：活潑電極>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根離子。
(3)然后分析電極反應(yīng)，判斷電極產(chǎn)物，寫出電極反應(yīng)式，要注意遵循原子守恒和電荷守恒。
(4)最后寫出電解反應(yīng)的總化學(xué)方程式或離子方程式。
6．電解規(guī)律(用惰性電極電解)
電解質(zhì)
(水溶液)
電極反應(yīng)式
被電解
的物質(zhì)
總化學(xué)方程式
或離子方程式
電解質(zhì)
濃度
溶液
pH
電解質(zhì)溶
液復(fù)原方法
含氧酸
(如H2SO4)
陽極：2H2O－4e－===
4H＋＋O2↑
陰極：4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
減小
加H2O
強(qiáng)堿
(如NaOH)
陽極：4OH－－4e－===
O2↑＋2H2O
陰極：4H2O＋4e－===
2H2↑＋4OH－
水
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
增大
加H2O
續(xù)　表
電解質(zhì)
(水溶液)
電極反應(yīng)式
被電解
的物質(zhì)
總化學(xué)方程式
或離子方程式
電解質(zhì)
濃度
溶液
pH
電解質(zhì)溶
液復(fù)原方法
活潑金屬
的含氧酸鹽
(如KNO3、
Na2SO4)
陽極：4OH－－4e－===
O2↑＋2H2O
陰極：4H＋＋4e－===2H2↑
水
2H2OO2↑＋2H2↑
增大
不變
加H2O
無氧酸
(如HCl，
除HF外)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：2H＋＋2e－===H2↑
酸
2HClCl2↑＋H2↑
減小
增大
通入HCl氣體
不活潑金屬
的無氧酸鹽
(如CuCl2，
除氟化物外)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：Cu2＋＋2e－===Cu
鹽
CuCl2Cu＋Cl2↑
減小
—
加CuCl2固體
活潑金屬的
無氧酸鹽
(如NaCl)
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極：2H＋＋2e－===H2↑
水和鹽
2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
電解質(zhì)
增大
通入HCl氣體
不活潑金屬
的含氧酸鹽
(如CuSO4)
陽極：2H2O－4e－===4H＋
＋O2↑
陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu
水和鹽
2Cu2＋＋2H2O
2Cu＋O2↑＋4H＋
生成
新電
解質(zhì)
減小
加CuO或
CuCO3

1．按要求書寫有關(guān)的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。
(1)用惰性電極電解AgNO3溶液
陽極反應(yīng)式：______________________________________________；
陰極反應(yīng)式：______________________________________________；
總反應(yīng)離子方程式：_______________________________________。
(2)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)離子方程式：_____________________________________。
(3)用銅做電極電解NaCl溶液
陽極反應(yīng)式：___________________________________________；
陰極反應(yīng)式：___________________________________________；
總反應(yīng)化學(xué)方程式：____________________________________。
(4)用銅做電極電解鹽酸
陽極反應(yīng)式：___________________________________________；
陰極反應(yīng)式：____________________________________________；
總反應(yīng)離子方程式：______________________________________。
答案：(1)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(3)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑
(4)Cu－2e－===Cu2＋　2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
2．(教材改編題)下列關(guān)于銅電極的敘述正確的是(　　)
A．銅鋅原電池中銅一般做負(fù)極
B．電解熔融氯化鈉制鈉時(shí)用銅做陽極
C．在鍍件上電鍍銅時(shí)用金屬銅做陽極
D．電解稀硫酸制H2、O2時(shí)銅做陽極
解析：選C。A項(xiàng)，鋅比銅活潑，故銅一般做正極，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，電解熔融氯化鈉時(shí)用銅做陽極，陽極上Cl－不能失電子生成Cl2，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，電鍍時(shí)，待鍍金屬做陰極，鍍層金屬為陽極，正確；D項(xiàng)，電解H2SO4制H2、O2時(shí)，陽極必為惰性電極，錯(cuò)誤。
3．(2020·淮安高三檢測)用石墨電極電解CuCl2溶液(見下圖)。下列分析正確的是(　　)

A．a(chǎn)端是直流電源的負(fù)極
B．通電使CuCl2發(fā)生電離
C．陽極上發(fā)生的反應(yīng)：Cu2＋＋2e－===Cu
D．通電一段時(shí)間后，在陰極附近觀察到黃綠色氣體
解析：選A。A項(xiàng)銅離子移向陰極，則a為負(fù)極。B項(xiàng)，CuCl2發(fā)生電離是在水分子的作用下完成的，并非通電才能發(fā)生。C項(xiàng)，反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu應(yīng)在陰極上發(fā)生，陽極上發(fā)生的反應(yīng)應(yīng)為2Cl－－2e－===Cl2↑。D項(xiàng)，通電一段時(shí)間后，應(yīng)在陽極附近觀察到黃綠色氣體。

(1)陰極不管是什么材料，電極本身都不反應(yīng)，一定是電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。
(2)最常用、最重要的放電順序是陽極：Cl－>OH－；陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋。
(3)電解水溶液時(shí)，K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。

提升一　電解原理和電解規(guī)律的考查
1．以石墨為電極，電解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A．陰極附近溶液呈紅色
B．陰極逸出氣體
C．陽極附近溶液呈藍(lán)色
D．溶液的pH變小
解析：選D。以石墨為電極，電解KI溶液，陰離子在陽極的放電能力：I－>OH－。陽離子在陰極的放電能力：H＋>K＋。所以該電解反應(yīng)的方程式是2KI＋2H2OI2＋H2↑＋2KOH。由于在溶液中含有少量酚酞和淀粉，所以在陽極附近淀粉遇碘單質(zhì)變?yōu)樗{(lán)色；在陰極逸出H2，由于產(chǎn)生OH－，溶液顯堿性，使酚酞溶液變?yōu)榧t色。因?yàn)楫a(chǎn)生了堿，溶液堿性增強(qiáng)，所以溶液的pH變大。
2．(雙選)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離子向正極遷移，正極區(qū)溶液pH增大
B．該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)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(shí)，會有0.25 mol的O2生成
解析：選BD。該裝置為電解池。H2O在正(陽)極區(qū)放電，生成O2和H＋，正(陽)極區(qū)溶液pH減小，中間隔室中的陰離子SO通過cd離子交換膜移向正(陽)極，故正(陽)極區(qū)可得到H2SO4；當(dāng)電路中通過1 mol電子時(shí)生成 0.25 mol O2；H2O在負(fù)(陰)極區(qū)放電，生成OH－和H2，負(fù)(陰)極區(qū)溶液pH增大，中間隔室中的陽離子Na＋通過ab離子交換膜移向負(fù)(陰)極，故負(fù)(陰)極區(qū)可得到NaOH，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，B、D項(xiàng)正確。
提升二　電極反應(yīng)式的書寫
3．用如圖所示裝置除去含CN－、Cl－廢水中的CN－時(shí)，控制溶液pH為9～10，陽極產(chǎn)生的ClO－將CN－氧化為兩種無污染的氣體，下列說法不正確的是(　　)

A．用石墨做陽極，鐵做陰極
B．陽極的電極反應(yīng)式：Cl－＋2OH－ －2e－===ClO－＋H2O
C．陰極的電極反應(yīng)式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反應(yīng)：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
解析：選D。A.由題干信息可知，Cl－在陽極放電生成ClO－，則陽極應(yīng)為惰性電極，A項(xiàng)正確；B.Cl－在陽極放電生成ClO－，Cl的化合價(jià)升高，故在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，又已知該溶液呈堿性，B項(xiàng)正確；C.陽離子在電解池的陰極得電子發(fā)生還原反應(yīng)，在堿性條件下，H2O提供陽離子(H＋)，C項(xiàng)正確；D.由于溶液是堿性條件，故除去CN－發(fā)生的反應(yīng)為2CN－＋5ClO－ ＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
4．(1)PbO2可以通過石墨為電極，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液為電解液電解制取。陽極發(fā)生的電極反應(yīng)式為____________________________，陰極上觀察到的現(xiàn)象是________________________________________________________________________；
若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極發(fā)生的電極反應(yīng)式為___________________________，
這樣做的主要缺點(diǎn)是_________________________________________________。
(2)(2017·高考江蘇卷)電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。

陽極的電極反應(yīng)式為_______________________________，
陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學(xué)式為________。
解析：(1)陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，即Pb2＋失去電子被氧化生成PbO2，同時(shí)考慮鹽溶液水解得到的強(qiáng)酸性環(huán)境；陰極發(fā)生還原反應(yīng)，即氧化性強(qiáng)的Cu2＋得到電子生成銅；若電解液中不加入Cu(NO3)2，陰極Pb2＋得電子變?yōu)镻b，這樣就不能有效利用Pb2＋。(2)陽極上H2O失去電子生成O2和H＋，H＋可以與CO反應(yīng)生成HCO。陰極上H2O得到電子生成H2和OH－。
答案：(1)Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋　石墨上包上銅鍍層　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋
(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2

電解池電極反應(yīng)式的書寫——“二判二析一寫”

提升三　有關(guān)電解的計(jì)算
5．(2020·開封高三模擬)用兩支惰性電極插入CuSO4溶液中，通電電解，當(dāng)有1×10－3 mol的OH－放電時(shí)，溶液顯淺藍(lán)色，則下列敘述正確的是(　　)
A．陽極上析出3.6 mL O2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
B．陰極上析出32 mg Cu
C．陰極上析出11.2 mL H2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)
D．陽極和陰極質(zhì)量都無變化
解析：選B。用惰性電極電解CuSO4溶液時(shí)，電極反應(yīng)為陰極：2Cu2＋＋4e－===2Cu，陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。當(dāng)有1×10－3 mol的OH－放電時(shí)，生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的O2為5.6 mL，在陰極上析出32 mg Cu，陰極質(zhì)量增加。
6．在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時(shí)，銅電極質(zhì)量增加2.16 g。試回答下列問題：

(1)電源中X為直流電源的________極。
(2)pH變化：A________，B________，C________。(填“增大”“減小”或“不變”)
(3)通電5 min時(shí)，B中共收集224 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
(4)若A中的KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。
解析：(1)三個(gè)裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時(shí)，Ag＋在陰極發(fā)生還原反應(yīng)生成Ag，所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極，則銀電極是陽極，Y是正極，X是負(fù)極。
(2)電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH減?。浑娊釧gNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋濃度基本不變，pH不變。
(3)通電5 min時(shí)，C中析出0.02 mol Ag，電路中通過0.02 mol電子。B中共收集0.01 mol氣體，若該氣體全為氧氣，則電路中需通過0.04 mol電子，電子轉(zhuǎn)移不守恒。因此，B中電解分為兩個(gè)階段，首先電解CuSO4溶液，生成O2和Cu，然后電解水，生成O2和H2，B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為x，電解H2O時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為y，生成H2的物質(zhì)的量為2y，則4x＋4y＝0.02 mol(電子轉(zhuǎn)移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(氣體物質(zhì)的量之和)，解得x＝y(tǒng)＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。
(4)通電5 min時(shí)，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)負(fù)　(2)增大　減小　不變
(3)0.025 mol·L－1　(4)13

解電解計(jì)算題的常用方法

學(xué)習(xí)任務(wù)2　電解原理的應(yīng)用

1．電解飽和食鹽水
(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))。
(2)總反應(yīng)化學(xué)方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑；
總反應(yīng)離子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)應(yīng)用：氯堿工業(yè)制燒堿、氯氣和氫氣。
2．電鍍和電解精煉銅

電鍍(以Fe上鍍Cu為例)
電解精煉銅
陽極
電極
材料
鍍層金屬銅
粗銅(含Zn、Fe、
Ni、Ag、Au等雜質(zhì))
電極
反應(yīng)
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、
Ni－2e－===Ni2＋、
Cu－2e－===Cu2＋
陰極
電極
材料
待鍍金屬鐵
純銅
電極
反應(yīng)
Cu2＋＋2e－===Cu
電解質(zhì)溶液
含Cu2＋的鹽溶液
注：(1)電鍍時(shí)，溶液中離子濃度保持不變；
(2)電解精煉銅時(shí)，粗銅中的Ag、Au等不反應(yīng)，沉積在電解池底部形成陽極泥
3.電冶金
利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Ca、Na、Mg、Al等。
(1)冶煉鈉：2NaCl2Na＋Cl2↑
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑；
陰極：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶煉鎂：MgCl2Mg＋Cl2↑
陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑；
陰極：Mg2＋＋2e－===Mg。
(3)冶煉鋁：2Al2O34Al＋3O2↑
陽極：6O2－－12e－===3O2↑；
陰極：4Al3＋＋12e－===4Al。

1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。
(1)反應(yīng)Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以設(shè)計(jì)成電解池，但不能設(shè)計(jì)成原電池。(　　)
(2)電解飽和食鹽水時(shí)，兩個(gè)電極均不能用金屬材料。(　　)
(3)根據(jù)得失電子守恒可知，電解精煉銅時(shí)，陽極減少的質(zhì)量和陰極增加的質(zhì)量相等。(　　)
(4)電解是把電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。(　　)
(5)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電是化學(xué)變化，金屬導(dǎo)電是物理變化。(　　)
(6)任何水溶液電解時(shí)，必發(fā)生氧化還原反應(yīng)。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
2．下列描述中，符合生產(chǎn)實(shí)際的是________(填序號)。
①電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵做陽極
②電解法精煉粗銅，用純銅做陰極
③電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)做陰極
④在鍍件上電鍍鋅，用鋅做陽極
解析：①中電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，應(yīng)用石墨做陽極，若用鐵做陽極，鐵會被氧化。
答案：②③④
3．(教材改編題)完成下列各小題：
(1)電解飽和食鹽水過程中，陽離子交換膜的作用為_____________________。

(2)電解過程中A中CuSO4溶液濃度__________，而B中CuSO4溶液濃度____________。

(3)如圖電解的目的是在鋁表面形成一層致密的氧化膜。

陽極反應(yīng)式：_____________________________________；
陰極反應(yīng)式：____________________________________。
答案：(1)只允許陽離子通過，阻礙Cl2分子、陰離子通過，防止Cl2和NaOH反應(yīng)
(2)逐漸減小　基本不變
(3)2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

提升一　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)上的應(yīng)用。下列說法正確的是(　　)
A．氯堿工業(yè)中，X電極上反應(yīng)式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．電解精煉銅時(shí)，Z溶液中的Cu2＋濃度不變
C．在鐵片上鍍銅時(shí)，Y是純銅
D．制取金屬鎂時(shí)，Z是熔融的氯化鎂
解析：選D。氯堿工業(yè)中陽極是Cl－放電生成Cl2；電解精煉銅時(shí)陽極粗銅溶解，陰極Cu2＋放電析出Cu，由于粗銅中含有鋅、鐵、鎳等雜質(zhì)，溶液中Cu2＋濃度變??；鐵片上鍍銅時(shí)，陰極應(yīng)該是鐵片，陽極是純銅。
2．(雙選)金屬鎳有廣泛的用途。粗鎳中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等雜質(zhì)，可用電解法制備高純度的鎳，下列敘述正確的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　)
A．陽極發(fā)生還原反應(yīng)，其電極反應(yīng)式為Ni2＋＋2e－===Ni
B．電解過程中，陽極質(zhì)量的減少與陰極質(zhì)量的增加不等
C．電解后，溶液中存在的金屬陽離子只有Fe2＋和Zn2＋
D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt
解析：選BD。陽極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng)：Ni－2e－===Ni2＋，A錯(cuò)；由于Fe、Zn的還原性大于Ni，所以陽極同時(shí)還發(fā)生：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋，比較兩電極反應(yīng)，因Fe、Zn、Ni的相對原子質(zhì)量不等，當(dāng)兩極通過的電量相等時(shí)，陽極減少的質(zhì)量與陰極增加的質(zhì)量不相等，B正確；純鎳做陰極，電解質(zhì)溶液中需含有Ni2＋，因Ni2＋的氧化性大于Fe2＋和Zn2＋，所以溶液中陽離子有Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋，C錯(cuò)；Cu、Pt還原性小于Ni，所以不反應(yīng)，D正確。
提升二　電解原理的“不尋?！睉?yīng)用
3．(2017·高考海南卷)一種電化學(xué)制備NH3的裝置如圖所示，圖中陶瓷在高溫時(shí)可以傳輸H＋。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)

A．Pd電極b為陰極
B．陰極的反應(yīng)式為N2＋6H＋＋6e－===2NH3
C．H＋由陽極向陰極遷移
D．陶瓷可以隔離N2和H2
解析：選A。此裝置為電解池，總反應(yīng)是N2＋3H22NH3，Pd電極b上是氫氣失去電子化合價(jià)升高，Pd電極b為陽極，故A說法錯(cuò)誤；根據(jù)A選項(xiàng)分析，Pd電極a為陰極，反應(yīng)式為N2＋6H＋＋6e－===2NH3，故B說法正確；H＋在陰極上與N2反應(yīng)，則H＋由陽極移向陰極，故C說法正確；根據(jù)裝置圖，陶瓷可以隔離N2和H2，故D說法正確。
4．工業(yè)上電解NaHSO4溶液制備Na2S2O8。電解時(shí)，陰極材料為Pb；陽極(鉑電極)電極反應(yīng)式為2HSO－2e－===S2O＋2H＋。下列說法正確的是(　　)
A．陰極電極反應(yīng)式為Pb＋HSO－2e－===PbSO4＋H＋
B．陽極反應(yīng)中S的化合價(jià)升高
C．S2O中既存在非極性鍵又存在極性鍵
D．可以用銅電極做陽極
解析：選C。Na2S2O8的結(jié)構(gòu)為，由此結(jié)構(gòu)可以判斷出以下信息：S2O中含硫氧極性鍵和氧氧非極性鍵；S的化合價(jià)為＋6價(jià)，中間的兩個(gè)O均為－1價(jià)，其他的O均為－2價(jià)；電解時(shí)陽極的HSO中O失去電子，S未變價(jià)；陰極電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑；若用銅電極做陽極，則陽極反應(yīng)為Cu－2e－===Cu2＋。綜上所述，C項(xiàng)正確。
5．(1)根據(jù)2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O設(shè)計(jì)圖示裝置(均為惰性電極)電解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，圖中右側(cè)電極連接電源的______極，其電極反應(yīng)式為________________________________________________。

(2)電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下：

電解池中隔膜僅阻止氣體通過，陰、陽兩極均為惰性電極。
①A極為________，電極反應(yīng)式為___________________________________。
②B極為________，電極反應(yīng)式為___________________________________。
解析：(1)根據(jù)NaOH溶液濃度的變化及Na＋交換膜，左側(cè)為陰極區(qū)域，右側(cè)為陽極區(qū)域，電極反應(yīng)式為
陰極：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－；
陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
(2)H2產(chǎn)生是因?yàn)镠2O在陰極上得電子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以B極為陰極，A極為陽極，電極反應(yīng)式為CO(NH2)2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO＋6H2O，陽極反應(yīng)式容易錯(cuò)寫成4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。
答案：(1)正　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
(2)①陽極　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O　②陰極　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

電解原理應(yīng)用中的注意要點(diǎn)
(1)陽離子交換膜(以電解NaCl溶液為例)只允許陽離子(Na＋、H＋)通過，而阻止陰離子(Cl－、OH－)和分子(Cl2)通過，這樣既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影響燒堿質(zhì)量。
(2)電解或電鍍時(shí)，電極質(zhì)量減少的電極必為金屬電極——陽極；電極質(zhì)量增加的電極必為陰極，即溶液中的金屬陽離子得電子生成金屬附著在陰極上。
(3)電解精煉銅，粗銅中含有的Zn、Fe、Ni等活潑金屬失去電子，變成金屬陽離子進(jìn)入溶液，其活潑性小于銅的雜質(zhì)以陽極泥的形式沉積。電解過程中電解質(zhì)溶液中的Cu2＋濃度會逐漸減小。
學(xué)習(xí)任務(wù)3　金屬的腐蝕與防護(hù)

1．化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的比較
類型
化學(xué)腐蝕
電化學(xué)腐蝕
條件
金屬與接觸到的物質(zhì)直接反應(yīng)
不純金屬接觸到電解質(zhì)溶液發(fā)生原電池反應(yīng)
本質(zhì)
M－ne－===Mn＋
現(xiàn)象
金屬被腐蝕
較活潑金屬被腐蝕
區(qū)別
無電流產(chǎn)生
有電流產(chǎn)生
聯(lián)系
兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍
2.鋼鐵的析氫腐蝕和吸氧腐蝕
類型
析氫腐蝕
吸氧腐蝕
水膜性質(zhì)
酸性
弱酸性或中性
負(fù)極反應(yīng)
Fe－2e－===Fe2＋
正極反應(yīng)
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
總反應(yīng)
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
其他反應(yīng)
鐵銹的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O
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——利用原電池原理
負(fù)極(陽極)是做保護(hù)材料的金屬，正極(陰極)是被保護(hù)的金屬設(shè)備。
②外加電流的陰極保護(hù)法——利用電解原理
陰極是被保護(hù)的金屬設(shè)備；陽極是惰性電極。
(2)其他方法
①改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金；
②使金屬與空氣、水等物質(zhì)隔離，如電鍍、噴油漆等。

1．判斷正誤，正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”。
(1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹腐蝕原理一樣。(　　)
(2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物。(　　)
(3)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)，負(fù)極鐵失去電子生成Fe3＋。(　　)
(4)(2018·高考天津卷)鐵管鍍鋅層局部破損后，鐵管仍不易生銹。(　　)
(5)外加電流的陰極保護(hù)法構(gòu)成了電解池；犧牲陽極的陰極保護(hù)法構(gòu)成了原電池。二者均能有效地保護(hù)金屬不容易被腐蝕。(　　)
解析：(1)銀器表面變黑，主要是生成Ag2S，鋼鐵表面生銹是生成Fe2O3·nH2O，原理不同，錯(cuò)誤；(2)銅是生成“銅綠”[Cu2(OH)2CO3]，錯(cuò)誤；(3)鋼鐵腐蝕時(shí)，負(fù)極鐵失電子生成Fe2＋，錯(cuò)誤。
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√
2．如圖所示，各燒杯中盛有海水，鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序?yàn)開_______________。

解析：①是Fe為負(fù)極、雜質(zhì)碳為正極的原電池腐蝕，是鐵的吸氧腐蝕，腐蝕較慢。②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護(hù)；②④中Fe為負(fù)極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活潑性差別大于Fe和Sn的活潑性差別，故Fe-Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤是Fe接電源正極做陽極，Cu接電源負(fù)極做陰極的電解腐蝕，加快了Fe的腐蝕。⑥是Fe接電源負(fù)極做陰極，Cu接電源正極做陽極的電解腐蝕，防止了Fe的腐蝕。故鐵在海水中被腐蝕的速率由快到慢的順序?yàn)棰茛堍冖佗邰蕖?br /> 答案：⑤④②①③⑥

提升一　金屬的腐蝕
1．一定條件下，碳鋼腐蝕與溶液pH的關(guān)系如下表。
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
下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A．當(dāng)pH＜4時(shí)，碳鋼主要發(fā)生析氫腐蝕
B．當(dāng)pH＞6時(shí)，碳鋼主要發(fā)生吸氧腐蝕
C．當(dāng)pH＞14時(shí)，正極反應(yīng)為O2 ＋ 4H＋ ＋ 4e－===2H2O
D．在煮沸除氧氣后的堿性溶液中，碳鋼腐蝕速率會減緩
解析：選C。當(dāng)pH>14時(shí)，正極反應(yīng)為O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
2．(2019·高考江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進(jìn)行鐵的電化學(xué)腐蝕實(shí)驗(yàn)。下列有關(guān)該實(shí)驗(yàn)的說法正確的是(　　)
A．鐵被氧化的電極反應(yīng)式為Fe－3e－===Fe3＋
B．鐵腐蝕過程中化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為電能
C．活性炭的存在會加速鐵的腐蝕
D．以水代替NaCl溶液，鐵不能發(fā)生吸氧腐蝕
解析：選C。A項(xiàng)，鐵和炭的混合物用NaCl溶液濕潤后構(gòu)成原電池，鐵做負(fù)極，鐵失去電子生成Fe2＋，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，鐵腐蝕過程中化學(xué)能除了轉(zhuǎn)化為電能外，還有少部分轉(zhuǎn)化為熱能等，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，構(gòu)成原電池后，鐵腐蝕的速率變快，正確；D項(xiàng)，用水代替NaCl溶液，F(xiàn)e和炭也可以構(gòu)成原電池，F(xiàn)e失去電子，空氣中的O2得到電子，鐵發(fā)生吸氧腐蝕，錯(cuò)誤。
提升二　金屬的防護(hù)
3．(2017·高考全國卷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
解析：選C。依題意，鋼管樁為陰極，電子流向陰極，陰極被保護(hù)，鋼管樁表面腐蝕電流是指鐵失去電子形成的電流，接近于0，鐵不容易失去電子，A項(xiàng)正確；陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，失去電子，電子經(jīng)外電路流向陰極，B項(xiàng)正確；高硅鑄鐵做陽極，陽極上發(fā)生氧化反應(yīng)，陽極上主要是海水中的水被氧化生成氧氣，惰性輔助陽極不被損耗，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)海水對鋼管樁的腐蝕情況，增大或減小電流強(qiáng)度，D項(xiàng)正確。
4．對金屬制品進(jìn)行抗腐蝕處理，可延長其使用壽命。
(1)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極的電極反應(yīng)式為________________________________________________________________________。
(2)鍍銅可防止鐵制品腐蝕，電鍍時(shí)用銅而不用石墨做陽極的原因是________________________________________________________________________。
在此過程中，兩個(gè)電極上質(zhì)量的變化值：陰極________陽極(填“>”“NO，根據(jù)題給信息，陽極一定是OH－放電，生成0.05 mol氧氣，轉(zhuǎn)移0.2 mol電子；陰極離子放電能力：Cu2＋>H＋>Na＋，所以Cu2＋先放電，然后是H＋放電，陰極生成0.05 mol氫氣時(shí)，轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，根據(jù)得失電子守恒知，Cu2＋轉(zhuǎn)移0.1 mol電子，n(Cu2＋)＝0.05 mol。所以原溶液中n[Cu(NO3)2]＝0.05 mol，又n(NO)＝0.3 mol·L－1×0.5 L＝0.15 mol，則n(NaNO3)＝0.05 mol。原混合溶液中c(Na＋)＝0.1 mol·L－1，A項(xiàng)錯(cuò)誤；結(jié)合以上分析及電解總方程式Cu2＋＋2H2OCu＋H2↑＋O2↑＋2H＋可知，生成0.05 mol Cu、0.05 mol O2、0.05 mol H2和0.1 mol H＋，電解后溶液中c(H＋)＝＝0.2 mol·L－1，B項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤；上述電解過程中共轉(zhuǎn)移0.2 mol電子，C項(xiàng)錯(cuò)誤。
6．用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)一
實(shí)驗(yàn)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(gè)石墨電極附近有氣泡產(chǎn)生；n處有氣泡產(chǎn)生；……
下列對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋或推測不合理的是(　　)
A．a(chǎn)、d處：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b處： 2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c處發(fā)生了反應(yīng)：Fe－2e－===Fe2＋
D．根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理，實(shí)驗(yàn)二中m處能析出銅
解析：選B。由于有外接電源，所以實(shí)驗(yàn)一和實(shí)驗(yàn)二均為電解池裝置。實(shí)驗(yàn)一中，a為陰極，c為陽極，d為陰極，b為陽極。a、d處發(fā)生反應(yīng)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A項(xiàng)正確；若b處發(fā)生反應(yīng)2Cl－－2e－===Cl2↑，不足以解釋b處“變紅”和“褪色”現(xiàn)象，B項(xiàng)錯(cuò)誤；c處鐵做陽極，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，故顏色上無明顯變化，C項(xiàng)正確；實(shí)驗(yàn)二中，兩個(gè)銅珠的左端均為陽極，右端均為陰極，初始時(shí)兩個(gè)銅珠的左端(陽極)均發(fā)生反應(yīng)Cu－2e－===Cu2＋，右端(陰極)均發(fā)生反應(yīng)2H＋＋2e－===H2↑，一段時(shí)間后，Cu2＋移動(dòng)到m處，m處附近Cu2＋濃度增大，發(fā)生反應(yīng)Cu2＋＋2e－===Cu，m處能生成銅，D項(xiàng)正確。
二、不定項(xiàng)選擇題
7．SO2和NOx是主要大氣污染物，利用下圖裝置可同時(shí)吸收SO2和NO。下列有關(guān)說法錯(cuò)誤的是(　　)

A．a(chǎn)極為直流電源的正極，與其相連的電極發(fā)生氧化反應(yīng)
B．陰極得到2 mol電子時(shí)，通過陽離子交換膜的H＋為2 mol
C．吸收池中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．陽極的電極反應(yīng)式為SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋
解析：選AD。A項(xiàng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，HSO得電子生成S2O，a極為直流電源的負(fù)極，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，陰極得到2 mol電子時(shí)，通過陽離子交換膜的H＋為2 mol，正確；C項(xiàng)，吸收池中S2O與NO發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成N2和HSO，離子方程式為2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正確；D項(xiàng)，陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，錯(cuò)誤。
8．(2020·連云港高三一診)一定條件下，利用如圖所示裝置可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的儲氫，下列有關(guān)說法正確的是(　　)

A．外電路電子的移動(dòng)方向：A→電源→B
B．氣體X在反應(yīng)中通常體現(xiàn)還原性
C．電極D為惰性電極，E為活潑電極
D．電極D的電極反應(yīng)式為C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12
解析：選D。苯→環(huán)己烷，相當(dāng)于加氫，為還原反應(yīng)，所以電極D為陰極，電極E為陽極，A為負(fù)極，B為正極。A項(xiàng)，電子由A極→電極D，電極E→B極，錯(cuò)誤；B項(xiàng)，陽極OH－放電生成氧氣，氣體X為氧氣，通常表現(xiàn)氧化性，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，E為陽極，若活潑電極為陽極，優(yōu)先失電子，無氣體X生成，錯(cuò)誤。
9．(2020·揚(yáng)州模擬)H3BO3可以通過電解NaB(OH)4溶液的方法制備，其工作原理如圖。下列敘述錯(cuò)誤的是(　　)

A．M室發(fā)生的電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%>b%
C．Ⅱ膜為陰膜，產(chǎn)品室發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)原理為強(qiáng)酸制弱酸
D．理論上每生成1 mol產(chǎn)品，陰極室可生成標(biāo)準(zhǔn)狀況下5.6 L氣體
解析：選BD。A項(xiàng)，M室為陽極室，發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正確；B項(xiàng)，N室為陰極室，H2O得電子發(fā)生還原反應(yīng)，生成H2和OH－，溶液中OH－濃度增大，即a%

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