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第32講　電解池　金屬的腐蝕與防護
【備考目標】　1.理解電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應式和總反應方程式。 2.了解金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。
考點1　電解池及工作原理
1．電解和電解池
(1)電解：在電流作用下，電解質在兩個電極上分別發生氧化反應和還原反應的過程。
(2)電解池：把電能轉化為化學能的裝置。
(3)電解池的構成
①有與外接電源相連的兩個電極；②電解質溶液或熔融電解質；③形成閉合回路。
2．電解池的工作原理
(1)電解原理圖示
(2)電解過程的三個流向
①電子流向：電源負極→電解池陰極；電解池的陽極→電源的正極。
②離子流向：陽離子→電解池的陰極，陰離子→電解池的陽極。
③電流方向：電源正極→電解池陽極→電解質溶液→陰極→負極。
3．電極放電順序
(1)陰極：得電子能力強先放電，放電順序為：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋> H＋(H2O)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋
(2)陽極：失電子能力強先放電，若陽極是活性電極，溶液中的離子不放電，電極材料失電子 ；若陽極是惰性電極，則放電順序如下：
S2－＞I－＞Br－＞Cl－ ＞OH－＞含氧酸根離子＞F－
4．惰性電極電解電解質溶液的分析
(1)電解產物
(2)電解質溶液的復原
使電解后的溶液恢復原狀的方法：先讓析出的產物(氣體或沉淀)恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。
①NaCl溶液：通HCl氣體；
②AgNO3溶液：加Ag2O固體；
③CuCl2溶液：加CuCl2固體；
④KNO3溶液：加H2O；
⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)電解質溶液的導電過程就是電解質溶液被電解的過程(√ )
(2)某些不能自發進行的氧化還原反應，通過電解可以實現(√ )
(3)直流電源跟電解池連接后，電子從電源負極流向電解池陽極(× )
(4)電解稀硫酸制H2、O2時，可用不活潑的銅做陽極(× )
(5)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色(× )
(6)電解鹽酸、硫酸等溶液，H＋放電，溶液的pH均增大(× )
(7)電解時，電子的移動方向為：電源負極→陰極→陽極→電源正極(× )
(8)用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后，加入Cu(OH)2可使電解質溶液恢復到電解前的情況(× )
題組練習
一、電解池的工作原理
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．陽極附近溶液呈藍色 D．溶液的pH變小
解析：選D。以石墨為電極，電解KI溶液，發生的反應為2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(類似于電解飽和食鹽水)，陰極產物是H2和KOH，陽極產物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以陽極附近的溶液會變藍(淀粉遇碘變藍)，陰極附近的溶液會變紅(溶液呈堿性)，A、B、C正確；由于電解產物有KOH生成，所以溶液的pH逐漸增大，D錯誤。
2．如圖X是直流電源。Y池中c、d為石墨棒，Z池中e、f是質量相同的銅棒。接通電路后，發現d附近顯紅色。
(1)①b為電源的________極(填“正”“負”“陰”或“陽”，下同)。
②Z池中e為________極。
③連接Y、Z池線路，電子流動的方向是d______e(用“→”或“←”填空)。
(2)①寫出c極上反應的電極反應式：__________________________________________。
②寫出Y池中總反應的化學方程式：__________________________________________。
③寫出Z池中e極上反應的電極反應式：________________________________________。
解析：d極附近顯紅色，說明d為陰極，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c為陽極，電極反應式為2Cl－－2e－===Cl2↑，Y池電解NaCl溶液的總反應方程式為2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；直流電源中a為正極，b為負極，Z池中f為陰極，e為陽極，電極反應式分別為Cu2＋＋2e－===Cu、Cu－2e－===Cu2＋，電子流動方向由e→d。
答案：(1)①負　②陽　③←　(2)①2Cl－－2e－===Cl2↑　②2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　③Cu－2e－===Cu2＋
二、電極反應式的書寫
3．按要求書寫電極反應式和總反應方程式：
(1)用惰性電極電解CuSO4溶液
陽極反應式：_________________________；陰極反應式：__________________________；
總反應離子方程式：________________________________________________。
(2)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜
陽極反應式：_____________________________；陰極反應式：_____________________________；
總反應方程式：________________________________________________________。
(3)(2023·湖南株洲一模節選)以甲醇和二氧化碳為原料，利用活性催化電極，電化學法制備甲酸(甲酸鹽)的工作原理如圖所示。
寫出電解過程中陰極表面發生的電極反應式：____________________________________。
(4)(2023·北京東城模擬節選)利用電化學裝置可實現CO2和CH4兩種分子的耦合轉化，其原理如圖所示。
裝置工作時，電極A應連接電源的______(填“正”或“負”)極，電極A的電極反應式為
________________________________________________________________________。
(5)鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種，常見有＋3、＋4兩種價態。霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO(二者物質的量之比為1∶1)。可采用電解法將上述吸收液中的NO轉化為無毒物質，同時再生成Ce4＋，其原理如圖所示。
①Ce4＋從電解槽的________(填字母)口流出，電極反應式：_____________________________。
②寫出陰極的電極反應式：______________________________________________________。
(6)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機陽離子、Al2Cl和AlCl組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應接電源的________極，已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極反應式為_______________________________。
若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產物為____________。
答案：(1) 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　Cu2＋＋2e－===Cu　　2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
(2)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　2H＋＋2e－===H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(3)CO2＋2e－＋HCO===HCOO－＋CO
(4) 負　CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O
(5)①a　Ce3＋－e－===Ce4＋　②2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
(6)負　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2
考點2　電解原理的應用
1．氯堿工業(電解飽和食鹽水)
(1)陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑。
(2)陰極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
(3)總反應離子方程式：__2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
[深化理解]
①使用的離子交換膜是陽離子交換膜，它只允許陽離子(如Na＋)通過，能阻止陰離子(如Cl－)及分子(如Cl2)通過，這樣既避免了Cl2與H2混合后在光照下發生爆炸，又防止了Cl2與NaOH溶液的反應。
②食鹽水必須精制的原因是防止食鹽中的雜質離子(如Ca2＋、Mg2＋等)與OH－反應生成沉淀而堵塞交換膜，導致無法制得燒堿。
2．電鍍和電解精煉銅
電鍍(如Fe表面鍍Cu) 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)
電極反應 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 Cu2＋＋2e－===Cu
電解質溶液 含Cu2＋的鹽溶液
[深化理解]
①電鍍時陽極固體減少的質量和陰極析出固體的質量相等，電解質溶液的濃度不變。②電解精煉銅時，陽極減少的質量與陰極增加的質量不相等，電解質溶液的濃度減小。③粗銅中不活潑的雜質(金屬活動性順序中位于銅之后的銀、金等)在陽極難以失去電子，當陽極上的銅失去電子變成離子之后，它們以金屬單質的形式沉積于電解槽的底部，成為陽極泥。
【示例】 如圖所示，甲、乙為相互串聯的兩個電解池。
(1)甲池若為用電解原理精煉銅的裝置，則A極為________極，電極材料是____________________，電極反應式為________________，電解質溶液可以是___________________________________________。
(2)乙池中鐵極的電極反應為__________________________________________________。
(3)若將乙池中的石墨電極改為銀電極，則乙池為________________裝置，電解一段時間后，電解質溶液的濃度__________________。
答案：(1)陰　純銅　Cu2＋＋2e－===Cu　CuSO4溶液(答案合理即可)　(2)Ag＋＋e－===Ag　(3)電鍍　不變
3．電冶金
電解冶煉 冶煉鈉 冶煉鋁
電極反應 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極：2Na＋＋2e－===2Na 陽極：6O2－－12e－===3O2↑，陰極：4Al3＋＋12e－===4Al
總反應 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
【提醒】　由于AlCl3為共價化合物，熔融狀態下不導電，所以電解冶煉鋁時，電解熔點很高的氧化鋁，為降低熔點，加入了助熔劑冰晶石(Na3AlF6)；而且電解過程中，陽極生成的氧氣與石墨電極反應，所以石墨電極需不斷補充。
4．電有機合成【教材鏈接：人教選擇性必修1·P109資料卡片】
(1)概念：許多有機化學反應包含電子的轉移，使這些反應在電解池中進行時稱為電有機合成。
(2)優點：反應條件溫和、反應試劑純凈、生產效率高。
(3)電合成己二腈
①先以丙烯為原料制備丙烯腈(CH2===CHCN)；
②電解丙烯腈合成己二腈
陽極：H2O－2e－===O2↑＋2H＋
陰極：2CH2===CHCN＋2H＋＋2e－===NC(CH2)4CN
總反應：2CH2===CHCN＋H2ONC(CH2)4CN＋O2↑
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料(× )
(2)電解精煉銅時，同一時間內陽極溶解銅的質量比陰極析出銅的質量小(√ )
(3)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應連接電源的正極(× )
(4)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可電解MgO和AlCl3(× )
(5)電鍍過程中，溶液中離子濃度不變(√ )
(6)電解精煉銅時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料(√ )
題組練習
一、氯堿工業
1．(2023·浙江6月選考)氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是(　　 )
A．電極A接電源正極，發生氧化反應
B．電極B的電極反應式為：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
解析：選B。電極A上Cl－失去電子生成Cl2，為陽極，接電源正極，發生氧化反應，故A正確；陰極上O2得電子和H2O反應生成OH－，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故B錯誤；陰極區域生成OH－，Na＋從陽極區域通過交換膜進入陰極區，所以應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液，故C正確；改進設計中通過向陰極區通入O2，避免水電離的H＋直接得電子生成H2，降低了電解電壓，電耗明顯減少，故D正確。
2．工業電解飽和食鹽水制燒堿時需阻止OH－移向陽極，目前采用陽離子交換膜將兩極溶液分開(如圖)(F處加少量NaOH以增加溶液導電性)。
(1)C、D分別是直流電源的兩電極，C是電源____________極，D是電源____________極。
(2)電解一段時間后，________由A口導出，__________由B口導出。陰極附近堿性增強的原因是(用電極反應式表示)________________ _________________________。
(3)若不采用陽離子交換膜，OH－向陽極移動，發生的反應可用離子方程式表示為
________________________________________________________________________。
解析：(1)陽離子向陰極方向移動，由Na＋移動方向知右側電極為陰極，C、D分別是直流電源的兩電極，故C是電源負極，D是電源正極。(2)電解一段時間后，左側電極產生Cl2，右側電極產生H2和NaOH，因此由電解池圖可知Cl2從A口導出，H2從B口導出，由于陰極附近發生的是電解水的反應，產生的H＋不斷形成氫氣析出，導致溶液中OH－濃度增大，堿性增強，用電極反應式表示為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。(3)若不采用陽離子交換膜，OH－向陽極移動，與Cl2發生反應，離子方程式表示為Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O。
答案：(1)負　正 (2)Cl2　H2　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(3)Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
二、電鍍、電解精煉與電冶金
3．金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述正確的是(已知氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　 )
A．陽極發生還原反應，其電極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni
B．電解過程中，陽極質量的減少量與陰極質量的增加量相等
C．電解后，溶液中存在的陽離子只有Fe2＋和Zn2＋
D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt
解析：選D。電解時，陽極Zn、Fe、Ni失去電子，發生氧化反應，A項錯誤；因氧化性：Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故陰極的電極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni，陽極質量減少是因為Zn、Fe、Ni溶解，而陰極質量增加是因為Ni析出，二者不相等，B項錯誤；電解后溶液中的陽離子除Fe2＋和Zn2＋外，還有Ni2＋和H＋，C項錯誤。
4．研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF2 CaO作電解質，利用圖示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑還原二氧化鈦制備金屬鈦。下列說法中正確的是(　　 )
A．將熔融CaF2 CaO換成Ca(NO3)2溶液也可以達到相同目的
B．陽極的電極反應式為：C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量減少
D．石墨為陰極
解析：選B。電解Ca(NO3)2溶液，陰極上生成H2，而不是金屬鈣，A錯誤；由圖可知，石墨為陽極，陽極上的電極反應式為C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正確，D錯誤；鈦網電極是陰極，陰極上的電極反應式為：2Ca2＋＋4e－===2Ca，鈣還原二氧化鈦反應方程式為：2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，由得失電子守恒、鈣原子守恒知CaO的總量不變，C錯誤。
三、電有機合成
5．(2023·湖北統考模擬)2，5 呋喃二甲酸(FDCA)是一種重要的化工原料，可用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是(　　 )
A．a為電源正極
B．雙極膜中間層中的OH－在外電場的作用下移向鉛電極
C．制得1 mol FDCA，理論上消耗2 mol
D．負極區的電極反應為：－6e－＋2H2O===＋6H＋
解析：選C。鉛電極附近醛基被還原為羥基，發生還原反應，為陰極，因此a為電源的負極，A項錯誤；雙極膜中間層中的OH－在外電場的作用下移向陽極(催化電極)，B項錯誤；制得1 mol FDCA，陽極消耗 1 mol，轉移6 mol e－，陰極轉移6 mol e－時，消耗1 mol，共消耗 2 mol，C項正確；電解池中負極區即為陰極，陰極發生得電子的還原反應，D項錯誤。
6．(2024·江西師大附中模擬)近日，科學家利用乙腈光催化脫氫偶聯高選擇性制丁二腈，反應流程如圖所示：
光催化劑在光作用下產生電子和“空穴”(h＋)，陰極得電子，空穴驅動陽極反應。
下列敘述正確的是(　　 )
A．“TiO2·A”電極上發生的反應為H2O－h＋===·OH＋H＋
B．乙腈可發生氧化反應生成副產物——乙酰胺
C．提高丁二腈的選擇性關鍵是抑制a反應，降低c反應活化能
D．單位時間內產生“空穴”數越多，c反應越快，而a反應越慢
解析：選C。由圖可知，光催化劑作用下“TiO2·A”電極上產生空穴，水分子在空穴作用下轉化為·OH和氫離子，電極反應式為H2O＋h＋===·OH＋H＋，A錯誤；由圖可知，乙腈轉化為乙酰胺時，沒有元素發生化合價變化，屬于非氧化還原反應，B錯誤；由圖可知，提高丁二腈的選擇性關鍵是抑制副反應a的發生，降低反應c的活化能，加快反應c的反應速率，C正確；由圖可知，單位時間內產生“空穴”數越多，生成·OH和氫離子的數目越多，反應a、c的反應速率都越快，D錯誤。
考點3　金屬的腐蝕與防護
1．金屬腐蝕的本質
金屬原子失去電子變為金屬陽離子，金屬發生氧化反應。
2．金屬腐蝕的類型
(1)化學腐蝕與電化學腐蝕
項目 化學腐蝕 電化學腐蝕
條件 金屬跟表面接觸的一些物質直接反應 不純金屬或合金跟電解質溶液接觸
現象 無電流產生 有微弱電流產生
本質 金屬被氧化 較活潑金屬被氧化
聯系 兩者往往同時發生，電化學腐蝕更普遍
(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕
以鋼鐵腐蝕為例進行分析：
項目 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 水膜酸性較強 水膜酸性很弱或呈中性
電極反應 負極 Fe－2e－===Fe2＋
正極 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===__4OH－
總反應式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
聯系 鋼鐵等金屬的腐蝕主要是吸氧腐蝕
3.金屬腐蝕快慢的規律
(1)對同一電解質溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。
(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中。
(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，活動性強的金屬腐蝕速率越快。
(4)對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，金屬腐蝕越快。
【示例】 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為______________。
解析：②③④均為原電池，③中Fe為正極，被保護；②④中Fe為負極，均被腐蝕，但Fe和Cu的金屬活動性差別大于Fe和Sn的，活動性差別越大，腐蝕越快，故Fe Cu原電池中Fe被腐蝕的較快。⑤中Fe接電源正極作陽極，Cu作陰極，加快了Fe的腐蝕。⑥中Fe接電源負極作陰極，Cu作陽極，防止了Fe的腐蝕。根據以上分析可知鐵在其中被腐蝕的速率由快到慢的順序為⑤④②①③⑥。
答案：⑤④②①③⑥
4．金屬的防護
(1)改變金屬材料的組成
根據不同的用途選用不同的金屬或非金屬制成合金。
(2)覆蓋保護層
通過噴油漆、涂油脂、電鍍或表面鈍化等方法使金屬與介質隔離。
(3)電化學防護
犧牲陽極法——原電池原理 負極 比被保護金屬活潑的金屬
正極 被保護的金屬設備
外加電流法——電解原理 陰極 被保護的金屬設備
陽極 惰性金屬
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)鋼鐵水閘可用犧牲陽極或外加電流法防止其腐蝕(√ )
(2)原電池分為正、負極，電解池分為陰、陽極，所以犧牲陽極的陰極保護法應用的是電解池原理 (× )
(3)在鐵板上鍍鋅是因為鋅比鐵活潑，形成原電池而保護鐵不易被腐蝕 (× )
(4)鍍銅鐵制品鍍層受損后，鐵制品比受損前更容易生銹(√ )
(5)鋼鐵發生吸氧腐蝕時，負極電極反應式為Fe－3e－===Fe3＋ (× )
(6)在金屬表面覆蓋保護層，保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用 (× )
(7)外加電流法構成了電解池；犧牲陽極法構成了原電池。二者均能有效地保護金屬不容易被腐蝕 (√ )
題組練習
一、金屬的腐蝕原理與實驗探究
1．(人教選擇性必修1 P117T5)在下圖所示裝置的燒杯中均盛有0.1 mol/L H2SO4溶液，其中鋅片最易被腐蝕的是(　　)
解析：選C。電化學腐蝕的腐蝕速率較化學腐蝕快，A發生化學腐蝕；B中鋅為正極，被保護；C中鋅為原電池負極，發生氧化反應被腐蝕；D中鋅為電解池陰極，被保護，則最易被腐蝕的是C。
2．一定條件下，某含碳鋼腐蝕情況與溶液pH的關系如下表：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蝕快慢 較快 慢 較快
主要產物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO
下列說法正確的是(　　 )
A．pH＜4時，發生析氫腐蝕
B．隨pH的升高，含碳鋼的腐蝕速率逐漸加快
C．pH為14時，負極反應式為2H2O＋Fe－3e－===FeO＋4H＋
D．pH為7時，負極反應式為Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空氣中的氧氣氧化為Fe2O3
解析：選A。pH＜4時，鋼鐵腐蝕的主要產物為Fe2＋，此時溶液呈酸性，正極上H＋得電子，生成H2，A正確；由表中信息可知，隨pH的升高，含碳鋼的腐蝕速率先減慢后加快，B錯誤；pH為14時，電解質溶液呈堿性，負極反應式為Fe＋4OH－－3e－===FeO＋2H2O，C錯誤；pH為7時，負極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，生成的二價鐵被氧氣氧化，最終生成Fe2O3，D錯誤。
二、金屬的防護
3．(人教選擇性必修1 P117T7)海港、碼頭的鋼制管樁會受到海水的長期侵襲，常用外加電流法對其進行保護(如下圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極)。下列有關敘述中錯誤的是(　　)
A．高硅鑄鐵是作為損耗陽極材料發揮作用的 B．通電后外電路的電子被強制流向鋼制管樁
C．保護電流應該根據環境條件變化進行調整 D．通電后使鋼制管樁表面的腐蝕電流接近零
解析：選A。高硅鑄鐵為惰性輔助陽極，所以高硅鑄鐵不被損耗，故A錯誤；通電后，電子從電源負極流出，經導線流向鋼制管樁，故B正確；在保護過程中，通入的保護電流應該根據環境條件變化進行調整，故C正確；被保護的鋼制管樁作陰極，鋼制管樁表面的腐蝕電流接近零，避免或減弱腐蝕的發生，故D正確。
4．高壓直流電線路的瓷絕緣子會出現鐵帽腐蝕現象，在鐵帽上加鋅環能有效防止鐵帽的腐蝕，防護原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．通電時，鋅環是陽極，發生氧化反應
B．通電時，陰極上的電極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．斷電時，鋅環上的電極反應為Zn2＋＋2e－===Zn
D．斷電時，仍能防止鐵帽被腐蝕
解析：選C。鋅環與電源的正極相連，為陽極，A項正確；斷電時，Zn比鐵活潑，作負極，電極反應為Zn－2e－===Zn2＋，C項錯誤。
高考真題
1．(2024·山東卷，13，4分)以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結合的循環方式，可實現高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A．電極a連接電源負極
B．加入Y的目的是補充NaBr
C．電解總反應式為Br-+3H2O BrO3-+3H2↑
D．催化階段反應產物物質的量之比n(Z) ∶n(Br-)=3∶2
答案：B
解析：電極b上Br-發生失電子的氧化反應轉化成BrO3-，電極b為陽極，電極反應為Br- -6e-+3H2O= BrO3-+6H+；則電極a為陰極，電極a的電極反應為6H++6e-=3H2↑；電解總反應式為Br-+3H2O BrO3-+3H2↑；催化循環階段BrO3-被還原成Br-循環使用、同時生成O2，實現高效制H2和O2，即Z為O2。A項，電極a為陰極，連接電源負極，A項正確；B項，根據分析電解過程中消耗H2O和Br-，而催化階段BrO3-被還原成Br-循環使用，故加入Y的目的是補充H2O，維持NaBr溶液為一定濃度，B項錯誤；C項，根據分析電解總反應式為Br-+3H2O BrO3-+3H2↑，C項正確；D項，催化階段，Br元素的化合價由+5價降至-1價，生成1molBr-得到6mol電子，O元素的化合價由-2價升至0價，生成1molO2失去4mol電子，根據得失電子守恒，反應產物物質的量之比n(O2) ∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D項正確；故選B。
2．(2024·湖北卷，14，3分)我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H 。下列說法錯誤的是( )
A．電解一段時間后陽極區c(OH-)減小
B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離
C．陽極總反應式2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D．陰極區存在反應H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
答案：B
解析：在KOH溶液中HCHO轉化為HOCH2O-：HCHO+OH-→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O，Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H ，H 結合成H2，Cu電極為陽極；PbCu電極為陰極，首先HOOC—COOH在Pb上發生得電子的還原反應轉化為OHC—COOH：H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，OHC—COOH與HO—N+H3反應生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH+HO—N+H3→HOOC—CH=N—OH+H2O+H+，HOOC—CH=N—OH發生得電子的還原反應轉化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH=N—OH+4e-+5H+=H3N+CH2COOH+H2O。A項，電解過程中，陽極區消耗OH-、同時生成H2O，故電解一段時間后陽極區c(OH-)減小，A正確；B項，陰極區的總反應為H2C2O4+HO—N+H3+6e-+6H+= H3N+CH2COOH+3H2O，1molH2O解離成1molH+和1molOH-，故理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有6molH2O解離，B錯誤；C項，結合裝置圖，陽極總反應為2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O，C正確；D項，陰極區的Pb上發生反應H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O，D正確；故選B。
3．(2024·遼吉黑卷，12，3分) “綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為：。下列說法錯誤的是( )
A．相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B．陰極反應：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C．電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動
D．陽極反應：
答案：A
解析：據圖示可知，b電極上HCHO 轉化為HCOO-，而HCHO 轉化為HCOO-為氧化反應，所以b電極為陽極，a電極為陰極，HCHO為陽極反應物，由反應機理可知：反應后生成的轉化為HCOOH。由原子守恒和電荷守恒可知，在生成HCOOH的同時還生成了H-，生成的HCOOH再與氫氧化鉀酸堿中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在陽極失電子發生氧化反應生成氫氣，即2H--2e-=H2↑，陰極水得電子生成氫氣：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。A項，陽極反應：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，陰極反應2H2O-2e-=H2↑+2OH-，即轉移2mol電子時，陰、陽兩極各生成1molH2，共2molH2，而傳統電解水：2H2O2H2↑+O2↑，轉移2mol電子，只有陰極生成1molH2，所以相同電量下H2理論產量是傳統電解水的2倍，A錯誤；B項，陰極水得電子生成氫氣，陰極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，B正確；C項，由電極反應式可知，電解過程中陰極生成OH-，負電荷增多，陽極負電荷減少，要使電解質溶液呈電中性，OH-通過陰離子交換膜向陽極移動，即向b極方向移動，C正確；D項，陽極反應涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得陽極反應為：2HCHO+4OH--2e-=2HCOO-+2H2O+H2↑，故D正確；故選A。
4．(2024·浙江1月卷，13，3分)破損的鍍鋅鐵皮在氨水中發生電化學腐蝕，生成[Zn(NH3)4]2+和H2，下列說法不正確的是( )
A．氨水濃度越大，腐蝕趨勢越大
B．隨著腐蝕的進行，溶液pH變大
C．鐵電極上的電極反應式為： 2NH3+2e-=H2↑＋2NH2-
D．每生成標準狀況下22.4mLH2，消耗0.010 mol Zn
答案：C
解析：A項，氨水濃度越大，越容易生成[Zn(NH3)4]2+，腐蝕趨勢越大，A正確；B項，腐蝕的總反應為Zn+4NH3 H2O=[Zn(NH3)4]2++H2↑+2H2O+2OH-，有OH-離子生成，溶液pH變大，B正確；C項，該電化學腐蝕中Zn作負極，Fe作正極，正極上氫離子得電子生成氫氣，鐵電極上的電極反應式為：2H2O+2e-=H2↑＋2OH-，C錯誤；D項，根據得失電子守恒，每生成標準狀況下22.4mLH2，轉移電子數為，消耗0.010 mol Zn，D正確；故選C。
5．(2023·遼寧高考)某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如圖所示，其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是(　　)
A．b端電勢高于a端電勢 B．理論上轉移2 mol e－生成4 g H2
C．電解后海水pH下降 D．陽極發生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
解析：選D。鈦網上發生氧化反應，為陽極，則電源a端為正極，電源b端為負極，a端電勢高于b端電勢，A項錯誤；根據陰極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，理論上每轉移2 mol e－，生成1 mol H2，質量為2 g，B項錯誤；電解總反應為Cl－＋H2OClO－＋H2↑，電解后ClO－水解使溶液呈堿性，海水pH上升，C項錯誤；陽極上Cl－放電轉化為HClO，電極反應為Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，D項正確。
6．(2023·廣東高考)利用活性石墨電極電解飽和食鹽水，進行如圖所示實驗。閉合K1，一段時間后(　　 )
A．U型管兩側均有氣泡冒出，分別是Cl2和O2 B．a處布條褪色，說明Cl2具有漂白性
C．b處出現藍色，說明還原性：Cl－＞I－ D．斷開K1，立刻閉合K2，電流表發生偏轉
解析：選D。閉合K1，形成電解池，電解飽和食鹽水，左側為陽極，U型管兩側均有氣泡冒出，分別是Cl2和H2，A錯誤；左側生成氯氣，氯氣遇到水生成HClO，a處布條褪色，說明HClO具有漂白性，B錯誤； b處出現藍色，發生反應Cl2＋2KI===I2＋2KCl，說明還原性：I－＞Cl－，C錯誤；斷開K1，立刻閉合K2，此時構成氫氯燃料電池，產生電流，電流表發生偏轉，D正確。
7．(2023·湖北高考)我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為x mol·h－1。下列說法錯誤的是(　　)
A．b電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．離子交換膜為陰離子交換膜
C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜 D．海水為電解池補水的速率為2x mol·h－1
解析：選D。根據題圖，b電極與電源負極相連，為陰極，結合題干信息可知，陰極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，A正確；該裝置工作時陽極無氯氣產生，溶液環境為堿性，則陽極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，又因為陽極KOH溶液的濃度不變，則需要OH－由陰極移向陽極，故離子交換膜為陰離子交換膜，B正確；動能高的水分子為水蒸氣，根據圖中信息可知水蒸氣可以穿過PTFE膜，C正確；由陰、陽極反應式可知，電解總反應式為2H2O2H2↑＋O2↑，已知電解生成氫氣的速率為x mol·h－1，則海水為電解池補水的速率也為x mol·h－1，D錯誤。
8．(1)(2023·北京高考節選)近年研究發現，電催化CO2和含氮物質(NO等)在常溫常壓下合成尿素，有助于實現碳中和及解決含氮廢水污染問題。向一定濃度的KNO3溶液通CO2至飽和，在電極上反應生成CO(NH2)2，電解原理如圖所示。
①電極b是電解池的________極。
②電解過程中生成尿素的電極反應式是______________________________。
(2)(2023·江蘇高考節選)催化電解吸收CO2的KOH溶液可將CO2轉化為有機物。在相同條件下，恒定通過電解池的電量，電解得到的部分還原產物的法拉第效率(FE%)隨電解電壓的變化如圖所示。
FE%＝×100%
其中，QX＝nF，n表示電解生成還原產物X所轉移電子的物質的量，F表示法拉第常數。
①當電解電壓為U1V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，陰極主要還原產物為________________(填化學式)。
②當電解電壓為U2V時，陰極由HCO生成CH4的電極反應式為_________________________________。
③當電解電壓為U3V時，電解生成的C2H4和HCOO－的物質的量之比為________________。
解析：(1)①電極b上發生H2O失電子生成O2的氧化反應，是電解池的陽極。②a極硝酸根離子得電子轉化為尿素，再結合酸性環境可分析出電極反應式為2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O。(2)①當電解電壓為U1V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，說明二氧化碳未得電子，氫離子得電子變成氫氣。②當電解電壓為U2V時，根據得失電子守恒、元素守恒和電荷守恒可知堿性條件下陰極由HCO生成CH4的電極反應式為HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。③當電解電壓為U3V時，電解過程中還原產物C2H4的FE%為24%，還原產物HCOO－的FE%為8%，每生成1 mol C2H4轉移12 mol e－，每生成1 mol HCOO－轉移2 mol e－，故電解生成的C2H4和HCOO－的物質的量之比為∶＝1∶2。
答案：(1)①陽　②2NO＋16e－＋CO2＋18H＋===CO(NH2)2＋7H2O
(2)①H2　②HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－　③1∶2
鞏固練習一
一、選擇題(每題5分，共11題，共55分)
1．用石墨作電極，電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示，通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列敘述正確的是(　　 )
A．逸出氣體的體積：A電極＜B電極
B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出有刺激性氣味氣體
C．A電極附近呈紅色，B電極附近呈藍色
D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到同一燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性
解析：選D。用惰性電極電解Na2SO4溶液，電極A為陰極，B為陽極。SO、OH－移向B電極，在B電極OH－放電，產生O2，B電極附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液變紅，Na＋、H＋移向A電極，在A電極H＋放電產生H2，A電極附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液變藍，產生H2和O2的體積之比為2∶1，A、B、C項錯誤，D項正確。
2．(2024·湖北武漢模擬)用石墨作電極電解溶有物質的量之比為3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根據反應產物，電解可明顯分為三個階段，下列敘述不正確的是(　　 )
A．電解的最后階段為電解水 B．陽極先逸出氯氣后逸出氧氣
C．陰極逸出氫氣 D．電解過程中溶液的pH不斷增大，最后pH為7
解析：選D。根據離子放電順序可知，電解此混合溶液時，在陽極陰離子放電的先后順序為Cl－、OH－、SO，先生成Cl2后生成O2，在陰極始終為H＋放電，逸出H2，整個電解過程可看成三個階段：電解HCl溶液、電解NaCl溶液、電解H2O，最后溶液呈堿性，D錯誤。
3．(2022·廣東高考)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現Al的再生。該過程中(　　 )
A．陰極發生的反應為Mg－2e－===Mg2＋ B．陰極上Al被氧化
C．在電解槽底部產生含Cu的陽極泥 D．陽極和陰極的質量變化相等
解析：選C。陰極得電子，發生還原反應，被還原，A、B錯誤；由金屬活動性順序知，陽極Al、Mg失電子變成離子進入電解質溶液，同時產生含Cu、Si的陽極泥，陰極鋁離子得電子生成Al，兩極質量變化不相等，C正確，D錯誤。
4．關于研究生鐵的銹蝕實驗，下列分析不正確的是(　　 )
序號 ① ② ③
實驗
現象 8小時未觀察到明顯銹蝕 8小時未觀察到明顯銹蝕 1小時觀察到明顯銹蝕
A.①中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生鐵片明顯銹蝕
B．②中，生鐵片未明顯銹蝕的原因之一是缺少H2O
C．③中正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．對比①②③，說明苯能隔絕O2
解析：選D。①是密閉體系，NaCl溶液中溶解的O2較少，不足以使生鐵片明顯銹蝕，A項正確；苯屬于非電解質，②中無電解質溶液，不滿足電化學腐蝕的條件，B項正確；根據③中現象，鐵在中性環境下發生吸氧腐蝕，正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C項正確；根據現象可知，③中發生吸氧腐蝕，③中觀察到明顯銹蝕，說明苯不能隔絕O2，D項錯誤。
5．(人教選擇性必修1 P119T6)如圖所示的電解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均為Pt電極。在電解過程中，電極b和d上沒有氣體逸出，但質量均增大，且增重情況為b選項 X Y
A MgSO4 CuSO4
B AgNO3 Pb(NO3)2
C FeSO4 Al2(SO4)3
D CuSO4 AgNO3
解析：選D。電極b、d均為陰極，電解過程中，電極b、d上均沒有氣體逸出，但質量均增大，且質量增加：bd，故B錯誤；電解亞鐵鹽、鋁鹽溶液時陰極上都不能得到金屬單質，故C錯誤；電解CuSO4溶液、AgNO3溶液時，陰極分別生成Cu、Ag，設轉移2 mol電子，則b電極質量增加64 g，d電極質量增加216 g，所以質量增加情況：b6．如圖所示，下列說法錯誤的是(　　 )
A．若X為NaCl溶液，K與M連接，Fe棒附近溶液pH最大
B．開關K未閉合，Fe棒上B點生成鐵銹最多
C．若X為H2SO4溶液，K與N連接，Fe棒上的電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
D．若X為H2SO4溶液，K分別與N、M連接，Fe棒腐蝕情況前者慢
解析：選A。若X為NaCl溶液，K與M連接，構成原電池，鐵作負極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，碳棒作正極，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，碳棒附近溶液pH最大，A錯誤；開關K未閉合，Fe棒上B點發生吸氧腐蝕，生成鐵銹最多，B正確；若X為H2SO4溶液，K與N連接，構成原電池，鋅作負極，鐵作正極，正極電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑，C正確；若X為H2SO4溶液，K與N連接，鐵作正極被保護，K與M連接，鐵作負極，加快腐蝕，因此Fe棒腐蝕情況前者慢，D正確。
7．(2022·河北模擬)為實現碳回收，我國科學家設計的用電化學法還原CO2制備草酸的裝置如圖所示。下列有關該裝置的說法錯誤的是(　　 )
A．a、b分別為電源的負極、正極
B．電解裝置左池發生的電極反應為2CO2＋2e－===C2O
C．為增強溶液導電性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液
D．右池電解質溶液為稀硫酸，發生的電極反應為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
解析：選B。由圖可知，左池發生的反應為CO2得電子被還原為H2C2O4，電極反應式為2CO2＋2e－＋2H＋===H2C2O4，M極作陰極，電解池陰極與電源負極相連，則a為電源的負極，b為電源的正極，A正確、B錯誤；為增強溶液導電性，同時減少雜質，左池可加入少量Na2C2O4溶液，C正確；右池為電解池的陽極區，H2O失電子發生氧化反應生成O2和H＋，D正確。
8．(2023·湖北華中師大一附中模擬)我國研發的“海水原位直接電解制氫技術”的裝置如圖所示。陰、陽極電極均為附著有Cr2O3的CoOx催化電極網，表面的Cr3＋可選擇性地緊密結合水電離出的OH－。下列說法錯誤的是(　　 )
A．氣體a為O2 B．隔膜為質子交換膜
C．陰極會產生Mg(OH)2等電極垢 D．陽極表面穩定的負電層減少了副產物Cl2的生成
解析：選B。由圖可知，電解池中與正極相連的電極為陽極，發生氧化反應，電極方程式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A正確；電解池中與負極相連的電極為陰極，發生還原反應，電極方程式為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，陰極溶液中的氫氧根離子將增多，另外陽極H＋也將增多，會打破原來的電中性狀態，但不管是陰極還是陽極的電極，其表面的Cr3＋會選擇性地緊密結合水電離出的OH－，更有利于OH－的傳輸，因此隔膜應為陰離子交換膜，B錯誤；海水中含有Mg2＋等雜質，陰極表面的Cr3＋可選擇性地緊密結合水電離出的OH－，因此，陰極會產生Mg(OH)2等電極垢，C正確；由題可知，電極表面的Cr3＋可選擇性地緊密結合水電離出的OH－，形成穩定的負電層，故Cl－不能在陽極表面放電，因此會減少副產物Cl2的生成，D正確。
9．(2023·陜西師大附中模擬)利用光伏電池與膜電解法制備Ce(SO4)2溶液的裝置如下圖所示，下列說法不正確的是(　　 )
A．電解池中陰極的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu
B．該離子交換膜為陰離子交換膜，SO由左池向右池遷移
C．該光伏電池的N電極為負極
D．電路中有0.1 mol電子通過時，陽極室生成33.2 g Ce(SO4)2
解析：選B。光伏電池內負電荷向N極移動，則N電極為負極，P電極為正極，電解池中純銅為陰極，石墨為陽極，陰極發生還原反應，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，A正確；Ce3＋在石墨極發生反應后變為Ce4＋，發生了氧化反應，Ce4＋與SO結合變為Ce(SO4)2而流出，消耗了硫酸根離子，因此右池中的SO向左池遷移，不斷進行補充，B錯誤；光伏電池內負電荷向N極移動，則N極為負極，C正確；由電路中有0.1 mol電子通過時，根據電極反應：Ce3＋－e－===Ce4＋可知，陽極室生成0.1 mol即33.2 g Ce(SO4)2，D正確。
10．使用交替排列的單價選擇性陽離子交換膜和陰離子交換膜的電滲析過程如圖所示。電滲析分離離子的原理是單價陽離子(例如：Li＋、Na＋、K＋)通過單價選擇性陽離子交換膜遷移到濃縮室，而二價陽離子(例如：Ca2＋、Mg2＋)被阻擋，留在脫鹽室，達到富集鋰的目的。下列說法錯誤的是(　　)
A．電極W連接電源正極，電極N連接電源負極
B．X口流出的是富Li＋鹽水，Y口流出的是貧Li＋鹽水
C．選擇性離子交換膜是電滲析技術應用于鹽湖鹵水提鋰的關鍵
D．該電滲析過程總的電解方程式為2H2O2H2↑＋O2↑
解析：選B。由圖可知，Cl－向W電極方向移動，Li＋向N電極方向移動，則W極是和電源正極相連的陽極，N極是和電源負極相連的陰極，A正確； X口流出鹽水所對應的兩個交換膜之間，所含的Li＋通過單價選擇性陽離子交換膜移向右邊隔壁的兩個膜之間，則X口流出的是貧Li＋鹽水，而Y口流出鹽水所對應的兩個交換膜之間，則多了左邊兩個膜之間滲透移動過來的Li＋，則Y口流出的是富Li＋鹽水，B錯誤；通過對圖分析，從鹽湖鹵水中提鋰，可利用圖中的單價選擇性陽離子交換膜和陰離子交換膜通過電滲析法使鹽湖鹵水中所含的鋰離子富集起來，然后再提取鋰，C正確；從W電極和N電極的產物結合電解池電極離子的放電順序可知，W電極是OH－放電，N電極是H＋放電，而OH－和H＋均來自水分子的電離，則整個電滲析過程中，被電解的是水，D正確。
11．(2023·北京師大實驗中學三模)光電化學裝置可以將CO2還原為有機物，實現碳資源的再生利用。圖1是光電化學法實現CO2轉化的BiVO4|NaCl(aq)|Cu電解裝置示意圖。在不同電壓條件下進行光照電解實驗，不同有機產物的法拉第效率(FE)如圖2所示。
資料：ⅰ.還原性：HCOOH>CH2O>CH3OH>C2H5OH
ⅱ.法拉第效率(FE)的定義：FE(X)＝×100%
ⅲ.選擇性(S)的定義：S(X)＝×100%
以下說法不正確的是(　　 )
A．陽極電極反應式為：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．使用BiVO4光電極可以節約電能，為陰極CO2的轉化提供H＋
C．由圖2通過計算可知：電解電壓為0.9 V時，S(CH2O)≈85%
D．以上實驗表明：通過改變電壓可以選擇性地獲得不同還原產物
解析：選C。由圖可知，BiVO4電極為陽極，陽極電極式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，陰極CO2轉化為CH2O和HCOOH，CO2＋4H＋＋4e－===CH2O＋H2O，CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH，A正確；使用BiVO4光電極進行光照電解實驗，可以將光能轉化為化學能，可以節約電能，為陰極CO2的轉化提供H＋，B正確；生成等物質的量的CH2O或HCOOH等產物時轉移的電子不同，由圖2可知，電解電壓為0.9 V 時，FE(CH2O)≈85%，則S(CH2O)≠85%，C錯誤；由圖2可知，通過改變電壓可以選擇性地獲得不同還原產物，D正確。
二、非選擇題(共1題，共20分)
12．(20分)(1)目前已開發出電解法制取ClO2的新工藝。
①用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2(如圖所示)，寫出陽極產生ClO2的電極反應式：
________________________________________________________________________。(3分)
②電解一段時間，當陰極產生的氣體體積為112 mL(標準狀況)時，停止電解，則通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為________mol；用平衡移動原理解釋陰極區pH增大的原因：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)粗銀精煉裝置如圖所示，電解液為稀H2SO4，下列說法正確的是____(填字母)。(3分)
A．體系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s) 2Ag＋(aq)＋SO(aq)
B．陽極的電極反應式為Ag－e－===Ag＋
C．鈦電極電勢高
D．陰極區可獲得超細銀粉的原理：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋
E．電解液中添加Ti3＋/Ti4＋，可實現Ti3＋/Ti4＋循環利用
(3)工業上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作電解液，用電解法實現粗鉛(主要雜質為Cu、Ag、Fe、Zn，雜質總質量分數約為4%)提純，裝置示意圖如圖所示。
①電解產生的陽極泥的主要成分為__________，工作一段時間后，溶液中c(Pb2＋)______(填“增大”“減小”或“不變”)。(4分)
②鉛的電解精煉需要調控好電解液中的c(H2SiF6)。其他條件相同時，測得槽電壓(槽電壓越小，對應鉛產率越高)隨起始時溶液中c(H2SiF6)的變化趨勢如圖所示。由圖可推知，隨c(H2SiF6)增大，鉛產率先增大后減小，減小的原因可能是____________________________________________。(4分)
解析：(1)①由題意可知，陽極上Cl－放電生成ClO2，由元素守恒可知，有水參加反應，同時生成H＋，陽極的電極反應式為Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋。②在陰極發生反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，生成氫氣的物質的量為＝0.005 mol，所以通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為0.005 mol×2＝0.01 mol。
(2)陽極的電極反應式為2Ag－2e－＋SO===Ag2SO4，故B錯誤；鈦電極是陰極，電勢低，故C錯誤；電解液中添加Ti3＋/Ti4＋，陰極上：Ti4＋＋e－===Ti3＋，溶液中的銀離子又將Ti3＋氧化：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋，可獲得超細銀粉，也可實現Ti3＋/Ti4＋循環利用，故D、E正確。(3)①粗鉛雜質中的Cu、Ag活動性比Pb差，故電解產生的陽極泥的主要成分為Cu和Ag；陽極上溶解的金屬有Pb、Fe、Zn，陰極上析出的金屬只有Pb，兩極上得失電子守恒，故工作一段時間后，溶液中Pb2＋濃度有所下降。②pH越小，c越大，則陰極上氫離子得電子的可能性越大，故鉛產率減小的原因可能是c增大，電解液中c增大，陰極發生副反應：2H＋＋2e－===H2↑，影響Pb2＋放電。
答案：(1)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
②0.01　在陰極發生反應：2H＋＋2e－===H2↑，H＋濃度減小，使得平衡H2O OH－＋H＋向右移動，OH－濃度增大，pH增大　(2)ADE
(3)①Cu、Ag　減小　②c增大，電解液中c增大，陰極發生副反應：2H＋＋2e－===H2↑，影響Pb2＋放電，使鉛產率減小
熱點題型(八)　陌生情境中電解原理的創新應用
電解原理及其應用是高考高頻考點，該類試題往往與生產、生活及新科技等相聯系，以裝置圖或流程圖為載體呈現，題材廣、信息新，題目具有一定難度。主要考查陰極和陽極的判斷、電極反應式、電解反應方程式的書寫、溶液離子濃度變化及有關計算等。
解答此類題目需要注意以下問題：
(1)分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極反應為“陽氧陰還”。
(2)剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。
(3)注意放電順序，正確判斷放電的微粒或物質。
(4)注意介質，正確判斷反應產物，酸性介質不出現OH－，堿性介質不出現H＋；不能想當然地認為金屬作陽極，電極產物就為金屬陽離子。
(5)注意得失電子守恒和電荷守恒，正確書寫電極反應式。
類型1　電解原理在無機物制備中的應用
例1.(2023·廣東高考)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是(　　 )
A．電解總反應：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B．每生成1 mol NH3·H2O，雙極膜處有9 mol 的H2O解離
C．電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
解析：選B。在電極a處KNO3放電生成NH3，發生還原反應，故電極a為陰極，電極方程式為NO＋8e－＋7H2O===NH3·H2O＋9OH－，電極b為陽極，電極方程式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，“卯榫”結構的雙極膜中的H＋移向電極a，OH－移向電極b。由分析中陰、陽極電極方程式可知，電解總反應為KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，A正確；每生成1 mol NH3·H2O，陰極得8 mol e－，同時雙極膜處有8 mol H＋進入陰極室，即有8 mol的H2O解離，B錯誤；電解過程中，陽極室每消耗4 mol OH－，同時有4 mol OH－通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，C正確；相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H＋和OH－，可提高氨生成速率，D正確。
【對點練】 1.電化學原理在工業生產中發揮著巨大的作用。Na2FeO4是制造高鐵電池的重要原料，同時也是一種新型的高效凈水劑。在工業上通常利用如圖裝置生產Na2FeO4，下列說法正確的是(　　 )
A．陽極的電極反應式為Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O B．右側的離子交換膜為陽離子交換膜
C．陰極區a%>b% D．陰極產生的氣體是氧氣
解析：選A。由圖所示，Fe為陽極，故發生氧化反應生成FeO，電極反應式為Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O，A正確；陽極反應消耗陰離子氫氧根離子，OH－向右側陽極移動，故右側交換膜為能使陰離子通過的陰離子交換膜，B錯誤；陰極區水被電解產生H2和OH－，故產出的NaOH濃度變大，a%類型2　電解原理在有機合成方面的應用
例2.(2023·山東濟南統考期末)環氧乙烷是一種高效消毒劑，一種新型電化學合成方法如圖所示，下列說法錯誤的是(　　 )
A．電流方向：電極X―→離子交換膜―→電極Y
B．可用核磁共振氫譜跟蹤反應中有機物種類的改變
C．電解后兩極輸出液混合反應，可用丙酮萃取混合液獲得環氧乙烷
D．若用丙烯代替乙烯，在制備過程中會有手性分子生成
解析：選C。裝置分析：電極X上Cl－發生氧化反應生成 Cl2，為陽極；電極Y為陰極，H2O發生還原反應生成H2。陰、陽兩級物質發生反應：＋OH－―→＋Cl－＋H2O、H＋＋OH－===H2O。電極X上Cl－發生氧化反應生成 Cl2，為陽極，連接電源的正極，電極Y為陰極，連接電源的負極，故電流由電極X經離子交換膜流向電極Y，A正確；反應過程涉及3種有機物：CH2===CH2、、，可用核磁共振氫譜跟蹤，B正確；丙酮易溶于水，不能用作萃取液，C錯誤；用丙烯時會有或生成，含有手性碳原子，屬于手性分子，D正確。
【對點練】 2.(2020·浙江7月選考)電解高濃度RCOONa(羧酸鈉)的NaOH溶液，在陽極RCOO－放電可得到R—R(烷烴)。下列說法不正確的是(　　 )
A．電解總反應方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在陽極放電，發生氧化反應
C．陰極的電極反應：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
解析：選A。由于電解液呈強堿性，電解反應不能釋放出CO2氣體，A錯誤；電解高濃度RCOONa的NaOH溶液，陽極上RCOO－發生氧化反應，得到R—R(烷烴)，B正確；陰極上H2O得電子放出H2，電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C正確；根據題中電解原理，電解RCOONa和NaOH混合液可得到R—R(烷烴)，類比推理，電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液，可得到CH3CH3(乙烷)、CH3CH2CH3(丙烷)和CH3CH2CH2CH3(丁烷)，D正確。
類型3　電解原理在污水處理方面的應用
例3.(2024·山東省實驗中學模擬)鐵碳微電解技術是處理酸性廢水的一種工藝，裝置如圖所示。若上端口打開，并鼓入空氣，可得到強氧化性中間體羥基自由基(·OH)；若上端口關閉，可得到強還原性中間體氫原子(·H)。下列說法錯誤的是(　　 )
A．自由基均為陰極產物
B．1 mol O2完全轉化為羥基自由基(·OH)時轉移了2 mol電子
C．若處理含酚類的酸性廢水，則上端口應關閉
D．處理含Cr2O的酸性廢水后，體系pH升高
解析：選C。由題意可知，若上端口打開，并鼓入空氣，可得到強氧化性中間體羥基自由基(·OH)，反應為O2＋2H＋＋2e－===2·OH；若上端口關閉，可得到強還原性中間體氫原子(·H)，反應為H＋＋e－===·H，故自由基均為陰極產物，A正確。1 mol O2完全轉化為羥基自由基(·OH)時轉移了2 mol電子，B正確。除去含酚類的酸性廢水，需要氧化性的物質，所以上端口需要打開，生成羥基自由基氧化酚類，C錯誤。Cr2O在酸性條件下具有強氧化性，需要還原劑，所以上端口需要關閉，得到強還原性中間體氫原子(·H)和Cr2O反應，需要消耗氫離子，則體系的pH升高，D正確。
【對點練】 3.(人教選擇性必修1 P110T6)用電解法處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O)時，以鐵板為陰、陽極，處理過程中發生反應：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列說法中錯誤的是(　　)
A．陽極反應為Fe－2e－===Fe2＋
B．電解過程中廢水的pH不發生變化
C．電解過程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．電路中每轉移12 mol 電子，最多有1 mol Cr2O被還原
解析：選B。鐵板作陰、陽極，陽極Fe失電子，發生氧化反應生成亞鐵離子，陽極反應為Fe－2e－===Fe2＋，故A正確；由總反應可知，處理過程中消耗氫離子，溶液的酸性減弱，pH增大，故B錯誤；反應過程中溶液pH變大，有Fe(OH)3沉淀生成，故C正確；轉移12 mol 電子時消耗6 mol Fe，再根據處理過程中發生的反應，得關系式為6Fe～12 e－～6Fe2＋～Cr2O，故電路中每轉移12 mol電子，最多有1 mol Cr2O被還原，故D正確。
類型4　應用電解原理回收CO2及治理空氣污染
例4.(2023·全國卷甲)用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K＋抑制酸性電解液中的析氫反應可提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．析氫反應發生在IrOx Ti電極上
B．Cl－從Cu電極遷移到IrOx Ti電極
C．陰極發生的反應有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D．每轉移1 mol電子，陽極生成11.2 L氣體(標準狀況)
解析：選C。結合題圖可知，該裝置為電解池，IrOx Ti電極接電源正極，為陽極，發生失電子的氧化反應，硫酸溶液為電解質溶液，故電極反應為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，A錯誤；質子交換膜只允許H＋通過，故左室H＋從IrOx Ti電極向Cu電極遷移，B錯誤；Cu電極接電源負極，為陰極，發生得電子的還原反應，根據題圖中物質轉化關系知酸性條件下CO2在陰極得電子發生還原反應生成乙烯、乙醇等，電極反應式有2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O，C正確；由A項分析可知每轉移1 mol電子，陽極生成0.25 mol即5.6 L(標準狀況)O2，D錯誤。
【對點練】 4.(2023·北京高考)回收利用工業廢氣中的CO2和SO2，實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是(　　)
A．廢氣中SO2排放到大氣中會形成酸雨
B．裝置a中溶液顯堿性的原因是HCO的水解程度大于HCO的電離程度
C．裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2
D．裝置b中的總反應為SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO
解析：選C。SO2是酸性氧化物，廢氣中SO2排放到空氣中會形成硫酸型酸雨，A正確；裝置a中溶液的溶質為NaHCO3，溶液顯堿性，說明HCO的水解程度大于電離程度，B正確；裝置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2氣體，CO2與NaHCO3溶液不反應，不能吸收CO2，C錯誤；由電解池陰極和陽極反應可知，裝置b中總反應為SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO，D正確。
鞏固練習二
一、選擇題(每題5分，共4題，共20分)
1．某二氧化氯復合消毒劑發生器的工作原理如圖所示。通電后，產生成分為ClO2、Cl2、O3、H2O2的混合氣體甲，被水吸收后可制得具有更強的廣譜殺菌滅毒能力的二氧化氯復合消毒劑。下列說法正確的是(　　 )
A．m端為電源正極，隔膜為陰離子交換膜
B．產生ClO2的電極反應式為Cl－＋5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
C．通電后d口所在極室pH升高，e口排出NaOH溶液
D．標準狀況下，b口每收集到2.24 L氣體乙，電路中轉移電子0.4NA
解析：選C。左室中氯元素化合價升高，發生氧化反應，為陽極室，故m為電源的正極，n為電源的負極，右室發生還原反應，水放電生成氫氣與氫氧根離子，離子交換膜為陽離子交換膜，左室中的鈉離子通過離子交換膜進入右室，溶液丙為NaOH溶液，A錯誤； Cl－轉化為ClO2發生氧化反應，應是失去電子，B錯誤；右室是水放電生成氫氣與氫氧根離子，右室pH升高，左室中的鈉離子通過離子交換膜進入右室，e口排出NaOH溶液，C正確；標準狀況下，b口每收集到2.24 L(0.1 mol)氣體乙，電路中轉移電子0.2NA。
2．科學家采用電滲析法提純乳清(富含NaCl的蛋白質)，有價值的蛋白質的回收率達到98%，工作原理如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A．溶液R中溶質的主要成分為HCl
B．膜1為陽離子交換膜，膜2為陰離子交換膜
C．a極的電極反應式為2H2O－2e－===2OH－＋H2↑
D．每轉移1 mol電子，理論上乳清質量減少58.5 g
解析：選C。光伏電池電滲析法提純乳清(富含NaCl的蛋白質)，左側a極附近稀NaOH溶液最終變成濃NaOH溶液，說明溶液中水得電子生成H2和OH－，Na＋通過膜1遷移到a極區，所以a為陰極，膜1為陽離子交換膜，同理，乳清中的氯離子通過膜2遷移到b極區，發生失電子的氧化反應，b極區最終輸出的溶液R仍為稀鹽酸，溶質的主要成分為HCl，A、B正確；a極為陰極，發生得電子的還原反應，其電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，C錯誤；每轉移1 mol電子，理論上遷移1 mol Na＋和1 mol Cl－，因此乳清質量減少23 g＋35.5 g＝58.5 g，D正確。
3．(2022·湖北高考)含磷有機物應用廣泛。電解法可實現由白磷直接制備Li，過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是(　　)
A．生成1 mol Li，理論上外電路需要轉移2 mol電子
B．陰極上的電極反應為P4＋8CN－－4e－===4
C．在電解過程中CN－向鉑電極移動
D．電解產生的H2中的氫元素來自于LiOH
解析：選D。石墨電極上：P4→Li化合價升高發生氧化反應，所以石墨電極為陽極，對應的電極反應式為：P4＋8CN－－4e－===4，則生成1 mol Li，理論上外電路需要轉移1 mol電子，A錯誤；陰極上發生還原反應，應該得電子，P4＋8CN－－4e－===4為陽極發生反應，B錯誤；石墨電極為陽極，鉑電極為陰極，CN－應該向陽極移動，即移向石墨電極，C錯誤；由所給圖示可知HCN在陰極放電，產生CN－和H2，而HCN中的H來自LiOH，則電解產生的H2中的氫元素來自于LiOH，D正確。
4．(2023·河南名校聯考)我國科研人員設計了一種通過內部物質循環處理含有機物Cm(H2O)n的廢水的實驗裝置，其工作原理如圖所示，其中雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。圖中·OH 表示電中性的自由基。下列說法錯誤的是(　　 )
A．循環利用的氣體X為O2
B．工作時兩極區H2SO4溶液和NaOH溶液的濃度均逐漸減小
C．相同時間內，理論上生成CO2的物質的量小于生成O2的物質的量
D．工作時需向催化電極M區補充適量氣體X
解析：選C。從圖看，催化電極M為O2結合H＋發生還原反應，該極為電解池的陰極。電極N為電解池的陽極，該極OH－優先放電得到O2。M極消耗O2，而N極產生的O2可循環利用，所以X為O2，A項正確； M極H＋與O2結合消耗導致酸的濃度下降，同時在N極OH－被電解消耗，所以H2SO4溶液和NaOH溶液的濃度均逐漸減小，B項正確；由電子得失守恒mCO2～Cm(H2O)n～mO2，即生成CO2的物質的量等于生成O2的物質的量，C項錯誤； M極其他還原物質可能消耗O2，所以需要適量補充O2，D項正確。
二、非選擇題(共1題，共10分)
5．(10分)(1)工業上用電解法治理亞硝酸鹽對水體的污染，模擬工藝如圖所示，寫出電解時鐵電極發生的電極反應：_______________________________________________________________。
隨后，鐵電極附近有無色氣體產生，寫出有關反應的離子方程式：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)(2024·陜西西安模擬)電催化制取乙醇的原理如圖所示。
電催化時，向陰極遷移的主要離子是________，陰極反應式為____________________________________。(4分)
解析：(1)根據電解原理，陽離子向陰極移動，由裝置圖可知，A為電源的正極，B為電源的負極，鐵作陽極，電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋；NO在酸性條件下具有強氧化性，能將Fe2＋氧化，本身被還原成N2，其反應的離子方程式為2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O。
(2)陰極是二氧化碳在堿性條件下得電子轉化為乙醇，陽極上OH－失去電子生成O2，溶液中Na＋向陰極移動，陰極電極反應式為2CO2＋9H2O＋12e－―→C2H5OH＋12OH－
答案：(1)Fe－2e－===Fe2＋　2NO＋8H＋＋6Fe2＋===N2↑＋6Fe3＋＋4H2O
(2)Na＋　2CO2＋9H2O＋12e－―→C2H5OH＋12OH－
強化專題(二)　多池(多室)電化學裝置
類型1　多室帶膜電化學裝置
交換膜隔離兩種電解質溶液，避免電極材料與能發生反應的電解質溶液直接接觸，能提高電流效率。在這種裝置中，交換膜起到鹽橋作用，且優于鹽橋(鹽橋需要定時替換或再生)。通過限制離子遷移，使指定離子在溶液中定向移動形成閉合回路，氧化劑和還原劑在不接觸條件下發生氧化還原反應。這類試題均以“文字敘述＋離子交換膜＋電化學裝置圖”的方式呈現，考查的并不是離子交換膜的具體結構，而是以離子交換膜在化學電源、電解制備物質或電滲析等方面的實際應用為載體，考查電化學基礎知識及基本的化學思想與方法。
例1.(2023·河北保定質量調研)目前，應用電滲析法進行海水淡化是解決淡水資源匱乏的有效途徑之一，該方法是利用電解原理通過多組電滲析膜實現，工作原理如圖所示(以NaCl溶液代替海水)，同時獲得產品Cl2、H2、NaOH。下列說法正確的是(　　)
A．a是直流電源的負極 B．陽極區溶液濃度幾乎不變
C．膜pq、st分別為陽離子交換膜、陰離子交換膜 D．出口Ⅰ、Ⅱ分別接收NaCl濃溶液、淡水
【思路分析】
解析：選B。陽極區反應為2Cl－－2e－===Cl2↑，Ⅰ中氯離子通過陰離子交換膜pq進入陽極區，溶液濃度幾乎不變，B正確。
【方法指導】　隔膜電池的解題思路
第一步：分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。
第二步：寫出電極反應式。判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，根據電荷平衡判斷離子遷移方向。
第三步：分析隔膜作用。在產品制備中，隔膜的作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險。
【對點練】 1.(2022·全國卷甲)一種水性電解液Zn MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2＋以[Zn(OH)4]2－存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是(　　)
A．Ⅱ區的K＋通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO通過隔膜向Ⅱ區遷移
C．MnO2電極反應：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
D．電池總反應：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O
解析：選A。Zn電極為負極，MnO2電極為正極，故Ⅱ區的K＋向Ⅰ區移動，Ⅰ區的SO向Ⅱ區移動，A錯誤，B正確；MnO2電極的電極反應式為MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O，C正確；電池的總反應為Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O，D正確。
2．我國科研人員以二硫化鉬(MoS2)作為電極催化劑，研發出一種Zn NO電池系統，該電池同時具備合成氨和對外供電的功能，其工作原理如圖所示(雙極膜可將水解離成H＋和OH－，并實現其定向通過)。下列說法正確的是(　　 )
A．外電路中電子從MoS2電極流向Zn/ZnO電極
B．雙極膜右側為陰離子交換膜
C．當電路中轉移0.2 mol電子時負極質量減小6.5 g
D．使用MoS2電極能加快合成氨的速率
解析：選D。Zn/ZnO電極為負極，失電子發生氧化反應，電極反應式為Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，MoS2電極為正極，電極反應式為NO＋4H2O＋5e－===NH3＋5OH－。電子流向：負極→負載→正極，Zn/ZnO電極為負極，MoS2電極為正極，外電路中電子從Zn/ZnO電極流向MoS2電極，A錯誤；OH－移向Zn/ZnO電極，雙極膜左側為陰離子交換膜，B錯誤；負極電極反應式為Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，負極由Zn→ZnO，質量增加為O元素質量，轉移0.2 mol電子時增加0.1 mol氧原子的質量，負極質量增加m＝nM＝0.1 mol×16 g/mol＝1.6 g，C錯誤；結合提示，科研人員以MoS2作為電極催化劑，催化劑可以降低反應活化能，加快合成氨的反應速率，D正確。
類型2　多池串聯電化學裝置
1．有外接電源電池類型的判斷方法
有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽極材料與電解質溶液中的陽離子相同，則該電池為電鍍池。如：
甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。
2．無外接電源電池類型的判斷方法
(1)直接判斷
非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如圖所示：A為原電池，B為電解池。
(2)根據電池中的電極材料和電解質溶液判斷
原電池一般是兩種活潑性不同的金屬電極或一種金屬電極和一個碳棒作電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。原電池中的電極材料和電解質溶液之間能發生自發的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質溶液自發反應。如圖所示：B為原電池，A為電解池。
(3)根據電極反應現象判斷
在某些裝置中根據電極反應或反應現象可判斷電極，并由此判斷電池類型。如圖所示：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極；甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發生還原反應，A、C極發生氧化反應。
3．電化學的計算方法
(1)計算的原則
①陽極失去的電子數＝陰極得到的電子數。
②串聯電路中通過各電解池的電子總數相等。
③電源輸出的電子總數和電解池中轉移的電子總數相等。
(2)計算的步驟
如以電路中通過4 mol e－為橋梁可構建以下關系式：
(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)
該關系式具有總覽電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。
【提醒】　在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C來計算電路中通過的電量。
例2.(2023·山東棗莊三中質檢)相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池，放電時兩個電極區的濃度差會逐漸減小，當兩個電極區硫酸銅溶液的濃度完全相等時放電停止。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是(　　 )
A．a電極的電極反應為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
B．電池從開始工作到停止放電，電解池理論上可制得80 g NaOH
C．電池放電過程中，Cu(1)電極上的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu
D．c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜
【思路分析】
解析：選B。電解槽中a電極為陰極，水發生得電子的還原反應生成氫氣，電極反應為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，A正確；電池停止放電時，兩側溶液中Cu2＋濃度相等，設兩電極發生改變的Cu2＋的物質的量為a，由兩側濃度相等可得2.5 mol/L×2 L－a＝0.5 mol/L×2 L＋a，解得a＝2 mol，根據得失電子守恒有Cu～2e－～2NaOH，電解池理論上生成NaOH的物質的量n(NaOH)＝4 mol，則m(NaOH)＝4 mol×40 g/mol＝160 g，B錯誤；濃差電池中，Cu(1)電極為正極，正極上Cu2＋得電子生成Cu，電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu，C正確； a電極為陰極，陰極反應為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，b電極為陽極，陽極反應為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，則a極附近生成NaOH，b極附近生成H2SO4，所以鈉離子通過離子交換膜c移向a極生成NaOH，則c為陽離子交換膜，硫酸根通過離子交換膜d移向b極生成H2SO4，則d為陰離子交換膜，D正確。
【思維建模】　串聯類電池的解題流程
【對點練】 3.如圖所示，其中甲池的總反應式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列說法正確的是(　　 )
A．甲池是電能轉化為化學能的裝置，乙、丙池是化學能轉化為電能的裝置
B．甲池通入CH3OH的電極反應式為CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋
C．反應一段時間后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復到原濃度
D．甲池中消耗280 mL(標準狀況下)O2，此時丙池中理論上最多產生1.45 g固體
解析：選D。甲池是燃料電池，是化學能轉化為電能的裝置，乙、丙池是電解池，是將電能轉化為化學能的裝置，A項錯誤；在燃料電池中，在負極甲醇發生失電子的氧化反應，在堿性電解質下的電極反應式為CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，B項錯誤；電解池乙池中，電解后生成H2SO4、Cu和O2，要想復原，應加入CuO，C項錯誤；甲池中根據電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，消耗280 mL O2(標準狀況下0.012 5 mol)，則轉移電子0.05 mol，丙裝置中，電池總反應式為MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑，理論上最多產生Mg(OH)2的質量為0.025 mol×58 g·mol－1＝1.45 g，D項正確。
4．在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min，銅電極的質量增加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________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，B________，C________。
(3)通電5 min時，B中共收集224 mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質的量濃度為________(設電解前后溶液體積無變化)。
(4)常溫下，若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為______(設電解前后溶液體積無變化)。
解析：(1)三個裝置是串聯的電解池。電解AgNO3溶液時，Ag＋在陰極發生還原反應生成Ag，所以質量增加的銅電極是陰極，由此推知X是電源負極。(2)電解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；電解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH減小；電解AgNO3溶液，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋在陰極不斷析出，AgNO3溶液濃度基本不變，pH不變。(3)通電5 min時，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，電子轉移不守恒，因此，B中電解分為兩個階段，先電解CuSO4溶液，生成O2，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。設電解CuSO4溶液時生成O2的物質的量為x mol，電解H2O時生成O2的物質的量為y mol，則4x＋4y＝0.02(電子轉移守恒)，x＋3y＝0.01(氣體體積之和)，解得x＝y＝0.002 5，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L－1。(4)常溫下，通電5 min時，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)負　(2)增大　減小　不變　 (3)0.025 mol·L－1　(4)13
鞏固練習三
選擇題(每題5分，共5題，共25分)
1．如圖所示，甲池的總反應式為N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列關于該裝置工作時的說法正確的是(　　 )
A．該裝置工作時，Ag電極上有氣體生成
B．甲池中負極反應式為N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均減小
D．當甲池中消耗3.2 g N2H4時，乙池中理論上最多產生6.4 g固體
解析：選C。該裝置圖中，甲池為燃料電池，其中左邊電極為負極，右邊電極為正極，乙池為電解池，石墨電極為陽極，Ag電極為陰極，陰極上Cu2＋得電子生成銅，無氣體生成，A錯誤；甲池溶液呈堿性，電極反應式不出現H＋，B錯誤；根據甲池的總反應式可知有水生成，電解液被稀釋，故甲池中溶液堿性減弱，pH減小，乙池的總反應式為2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，電解液酸性增強，pH減小，C正確；3.2 g N2H4的物質的量為0.1 mol，轉移電子的物質的量為0.4 mol，產生0.2 mol Cu，質量為12.8 g，D錯誤。
2．工業上采用如圖所示裝置模擬在A池中實現鐵上鍍銅，在C裝置中實現工業由KCl溶液制取KOH溶液。
下列有關說法錯誤的是(　　 )
A．a為精銅，b為鐵制品，可實現鍍銅要求
B．c為負極，電極反應式為CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．從e口出來的氣體為氧氣，從f口出來的氣體為氫氣
D.鉀離子從電解槽左室向右室遷移，h口出來的為高濃度的KOH溶液
解析：選C。根據圖示可知，B為原電池，氧氣得電子與水反應生成OH－，d作正極，c作負極；A、C為電解池，m、a為電解池的陽極，b、n為電解池的陰極。a為精銅，失電子，作陽極，b為鐵制品，作陰極，銅離子得電子，可實現鍍銅要求，A項正確；c為負極，甲醇失電子與溶液中的OH－反應生成CO和水，B項正確；電解KCl溶液，m為陽極，氯離子失電子生成氯氣，從e口出來，從f口出來的氣體為氫氣，C項錯誤；電解槽左側為陽極室，鉀離子從電解槽左室向右室遷移，h口出來的為高濃度的KOH溶液，D項正確。
3．鈉離子電池具有資源豐富、成本低、安全性好、轉換效率高等特點，有望成為鋰離子電池之后的新型首選電池，如圖是一種鈉離子電池工作示意圖：
下列說法不正確的是(　　 )
A．放電時，Na＋通過交換膜向N極移動
B．充電時，光照可促進電子的轉移
C．充電時，TiO2光電極上發生的電極反應為3I－－2e－===I
D．放電時，若負極室有2 mol陰離子發生反應，則電路中轉移2 mol電子
解析：選D。由圖中信息知，放電時，電極N為正極，電極M為負極，Na＋由M極移向N極，A正確；根據題圖，TiO2光電極能使電池在太陽光照下充電，所以充電時，光可以促進I－在TiO2光電極上轉移電子，B正確；充電時，陽極上發生失電子的氧化反應，根據圖示，陽極電極反應式為3I－－2e－===I，C正確；充電時Na2S4被還原為Na2S，電極反應式為S＋6e－===4S2－，則放電時負極反應式為4S2－－6e－===S，由此可知若負極室有2 mol陰離子發生反應，則電路中轉移3 mol電子，D錯誤。
4．(2023·黑龍江哈爾濱師大附中模擬)下圖裝置可將CO2轉化為CaCO3而礦化封存，進而減少碳排放，下列說法錯誤的是(　　)
A．兩個雙極膜中的OH—均向右側遷移
B．b極的電極反應式：2H＋＋2e－===H2↑
C．中間室中發生反應：CO＋Ca2＋===CaCO3↓
D．向堿室中加入NaHCO3固體，不利于CO2的礦化封存
解析：選B。由圖可知，電極a為電解池的陰極，水在陰極得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，雙極膜中氫離子進入陰極室中與放電生成的氫氧根離子反應生成水，氫氧根離子進入堿室，與通入的二氧化碳反應生成碳酸根離子；電極b為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，雙極膜中氫氧根離子進入陽極室中中和放電生成的氫離子，氫離子進入酸室，導致陽離子的電荷數大于陰離子，使得中間室中的氯離子進入酸室，堿室中的碳酸根離子進入中間室與溶液中鈣離子反應生成碳酸鈣沉淀。由分析可知，兩個雙極膜中的氫氧根離子均向右側遷移，A正確；電極b為陽極，水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B錯誤；中間室中發生的反應為堿室中的碳酸根離子進入中間室與溶液中的鈣離子反應生成碳酸鈣沉淀，離子方程式為CO＋Ca2＋===CaCO3↓，C正確；向堿室中加入碳酸氫鈉固體，碳酸氫鈉與遷移至堿室的氫氧根離子反應，不利于二氧化碳與堿的反應，導致二氧化碳難以礦化封存，D正確。
5．(2023·河北保定期末)雙極膜能夠在直流電場作用下將H2O解離為H＋和OH－。以維生素C的鈉鹽(C6H7O6Na)為原料制備維生素C(C6H8O6，具有弱酸性和還原性)的裝置如圖。下列說法正確的是(　　 )
A．a離子是H＋，b離子是OH－
B．X此裝置最終既可以得到維生素C，又可以得到NaOH
C．將X極區的Na2SO4替換為C6H7O6Na，可以提高維生素C的產率
D．X極的電極反應式為4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O
解析：選B。由裝置圖知，X極區產生氧氣，為陽極，在X電極，水失去電子生成氧氣，同時生成氫離子，鈉離子通過陽離子交換膜進入右側區域與a離子即氫氧根離子構成NaOH，則b離子為氫離子，與C6H7O結合為C6H8O6；Y極區產生氫氣，為陰極，水得到電子生成氫氣，同時生成氫氧根離子。a離子是OH－，b離子是H＋，A錯誤；由分析知，此裝置最終既可以得到維生素C，又可以得到NaOH，B正確；若將X極區的Na2SO4替換為C6H7O6Na，一方面生成的C6H8O6導電能力弱，另一方面維生素C易被生成的氧氣氧化，不能提高維生素C的產率，C錯誤； X極為陽極，發生氧化反應，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D錯誤。
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第32講　電解池　金屬的腐蝕與防護
【備考目標】　1.理解電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應式和總反應方程式。 2.了解金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。
考點1　電解池及工作原理
1．電解和電解池
(1)電解：在 作用下，電解質在兩個電極上分別發生氧化反應和還原反應的過程。
(2)電解池：把 轉化為 的裝置。
(3)電解池的構成
①有與 相連的兩個電極；②電解質溶液或熔融電解質；③形成 。
2．電解池的工作原理
(1)電解原理圖示
(2)電解過程的三個流向
①電子流向：電源負極→電解池陰極；電解池的陽極→電源的正極。
②離子流向：陽離子→電解池的陰極，陰離子→電解池的陽極。
③電流方向：電源正極→電解池陽極→電解質溶液→陰極→負極。
3．電極放電順序
(1)陰極：得電子能力強先放電，放電順序為：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Fe2＋＞Zn2＋> H＋(H2O)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋
(2)陽極：失電子能力強先放電，若陽極是活性電極，溶液中的離子不放電，電極材料失電子 ；若陽極是惰性電極，則放電順序如下：
S2－＞I－＞Br－＞Cl－ ＞OH－＞含氧酸根離子＞F－
4．惰性電極電解電解質溶液的分析
(1)電解產物
(2)電解質溶液的復原
使電解后的溶液恢復原狀的方法：先讓析出的產物(氣體或沉淀)恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。
①NaCl溶液： ；
②AgNO3溶液：加 ；
③CuCl2溶液：加 ；
④KNO3溶液：加 ；
⑤CuSO4溶液：加 或 [不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)電解質溶液的導電過程就是電解質溶液被電解的過程( )
(2)某些不能自發進行的氧化還原反應，通過電解可以實現( )
(3)直流電源跟電解池連接后，電子從電源負極流向電解池陽極( )
(4)電解稀硫酸制H2、O2時，可用不活潑的銅做陽極( )
(5)電解CuCl2溶液，陰極逸出的氣體能夠使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍色( )
(6)電解鹽酸、硫酸等溶液，H＋放電，溶液的pH均增大( )
(7)電解時，電子的移動方向為：電源負極→陰極→陽極→電源正極( )
(8)用惰性電極電解CuSO4溶液一段時間后，加入Cu(OH)2可使電解質溶液恢復到電解前的情況( )
題組練習
一、電解池的工作原理
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．陽極附近溶液呈藍色 D．溶液的pH變小
2．如圖X是直流電源。Y池中c、d為石墨棒，Z池中e、f是質量相同的銅棒。接通電路后，發現d附近顯紅色。
(1)①b為電源的________極(填“正”“負”“陰”或“陽”，下同)。
②Z池中e為________極。
③連接Y、Z池線路，電子流動的方向是d______e(用“→”或“←”填空)。
(2)①寫出c極上反應的電極反應式：__________________________________________。
②寫出Y池中總反應的化學方程式：__________________________________________。
③寫出Z池中e極上反應的電極反應式：________________________________________。
二、電極反應式的書寫
3．按要求書寫電極反應式和總反應方程式：
(1)用惰性電極電解CuSO4溶液
陽極反應式：_________________________；陰極反應式：__________________________；
總反應離子方程式：________________________________________________。
(2)以鋁材為陽極，電解H2SO4溶液，鋁材表面形成氧化膜
陽極反應式：_____________________________；陰極反應式：_____________________________；
總反應方程式：________________________________________________________。
(3)(2023·湖南株洲一模節選)以甲醇和二氧化碳為原料，利用活性催化電極，電化學法制備甲酸(甲酸鹽)的工作原理如圖所示。
寫出電解過程中陰極表面發生的電極反應式：____________________________________。
(4)(2023·北京東城模擬節選)利用電化學裝置可實現CO2和CH4兩種分子的耦合轉化，其原理如圖所示。
裝置工作時，電極A應連接電源的______(填“正”或“負”)極，電極A的電極反應式為
________________________________________________________________________。
(5)鈰元素(Ce)是鑭系金屬中自然豐度最高的一種，常見有＋3、＋4兩種價態。霧霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO(二者物質的量之比為1∶1)。可采用電解法將上述吸收液中的NO轉化為無毒物質，同時再生成Ce4＋，其原理如圖所示。
①Ce4＋從電解槽的________(填字母)口流出，電極反應式：_____________________________。
②寫出陰極的電極反應式：______________________________________________________。
(6)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機陽離子、Al2Cl和AlCl組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。鋼制品應接電源的________極，已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，陰極反應式為_______________________________。
若改用AlCl3水溶液作電解液，則陰極產物為____________。
考點2　電解原理的應用
1．氯堿工業(電解飽和食鹽水)
(1)陽極反應式： 。
(2)陰極反應式： 。
(3)總反應離子方程式：_ 。
[深化理解]
①使用的離子交換膜是陽離子交換膜，它只允許陽離子(如Na＋)通過，能阻止陰離子(如Cl－)及分子(如Cl2)通過，這樣既避免了Cl2與H2混合后在光照下發生爆炸，又防止了Cl2與NaOH溶液的反應。
②食鹽水必須精制的原因是防止食鹽中的雜質離子(如Ca2＋、Mg2＋等)與OH－反應生成沉淀而堵塞交換膜，導致無法制得燒堿。
2．電鍍和電解精煉銅
電鍍(如Fe表面鍍Cu) 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)
電極反應 Cu－2e－===Cu2＋ 、 、 、Cu－2e－===Cu2＋
陰極 電極材料 待鍍金屬鐵 純銅
電極反應
電解質溶液 含Cu2＋的鹽溶液
[深化理解]
①電鍍時陽極固體減少的質量和陰極析出固體的質量相等，電解質溶液的濃度不變。②電解精煉銅時，陽極減少的質量與陰極增加的質量不相等，電解質溶液的濃度減小。③粗銅中不活潑的雜質(金屬活動性順序中位于銅之后的銀、金等)在陽極難以失去電子，當陽極上的銅失去電子變成離子之后，它們以金屬單質的形式沉積于電解槽的底部，成為陽極泥。
【示例】 如圖所示，甲、乙為相互串聯的兩個電解池。
(1)甲池若為用電解原理精煉銅的裝置，則A極為________極，電極材料是____________________，電極反應式為________________，電解質溶液可以是___________________________________________。
(2)乙池中鐵極的電極反應為__________________________________________________。
(3)若將乙池中的石墨電極改為銀電極，則乙池為________________裝置，電解一段時間后，電解質溶液的濃度__________________。
3．電冶金
電解冶煉 冶煉鈉 冶煉鋁
電極反應 陽極： ，陰極： ； 陽極： ，陰極： ；
總反應 ； ；
【提醒】　由于AlCl3為共價化合物，熔融狀態下不導電，所以電解冶煉鋁時，電解熔點很高的氧化鋁，為降低熔點，加入了助熔劑冰晶石(Na3AlF6)；而且電解過程中，陽極生成的氧氣與石墨電極反應，所以石墨電極需不斷補充。
4．電有機合成【教材鏈接：人教選擇性必修1·P109資料卡片】
(1)概念：許多有機化學反應包含電子的轉移，使這些反應在電解池中進行時稱為電有機合成。
(2)優點：反應條件溫和、反應試劑純凈、生產效率高。
(3)電合成己二腈
①先以丙烯為原料制備丙烯腈(CH2===CHCN)；
②電解丙烯腈合成己二腈
陽極： ；
陰極： ；
總反應：2CH2===CHCN＋H2ONC(CH2)4CN＋O2↑
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料( )
(2)電解精煉銅時，同一時間內陽極溶解銅的質量比陰極析出銅的質量小( )
(3)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應連接電源的正極( )
(4)電解冶煉鎂、鋁通常電解MgCl2和Al2O3，也可電解MgO和AlCl3( )
(5)電鍍過程中，溶液中離子濃度不變( )
(6)電解精煉銅時，陽極泥可以作為提煉貴重金屬的原料( )
題組練習
一、氯堿工業
1．(2023·浙江6月選考)氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是(　　 )
A．電極A接電源正極，發生氧化反應
B．電極B的電極反應式為：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的NaOH溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
2．工業電解飽和食鹽水制燒堿時需阻止OH－移向陽極，目前采用陽離子交換膜將兩極溶液分開(如圖)(F處加少量NaOH以增加溶液導電性)。
(1)C、D分別是直流電源的兩電極，C是電源____________極，D是電源____________極。
(2)電解一段時間后，________由A口導出，__________由B口導出。陰極附近堿性增強的原因是(用電極反應式表示)_________________________________________。
(3)若不采用陽離子交換膜，OH－向陽極移動，發生的反應可用離子方程式表示為
________________________________________________________________________。
二、電鍍、電解精煉與電冶金
3．金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述正確的是(已知氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　 )
A．陽極發生還原反應，其電極反應式為Ni2＋＋2e－===Ni
B．電解過程中，陽極質量的減少量與陰極質量的增加量相等
C．電解后，溶液中存在的陽離子只有Fe2＋和Zn2＋
D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt
4．研究發現，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF2 CaO作電解質，利用圖示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑還原二氧化鈦制備金屬鈦。下列說法中正確的是(　　 )
A．將熔融CaF2 CaO換成Ca(NO3)2溶液也可以達到相同目的
B．陽極的電極反應式為：C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制備金屬鈦前后，整套裝置中CaO的總量減少
D．石墨為陰極
三、電有機合成
5．(2023·湖北統考模擬)2，5 呋喃二甲酸(FDCA)是一種重要的化工原料，可用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是(　　 )
A．a為電源正極
B．雙極膜中間層中的OH－在外電場的作用下移向鉛電極
C．制得1 mol FDCA，理論上消耗2 mol
D．負極區的電極反應為：－6e－＋2H2O===＋6H＋
6．(2024·江西師大附中模擬)近日，科學家利用乙腈光催化脫氫偶聯高選擇性制丁二腈，反應流程如圖所示：
光催化劑在光作用下產生電子和“空穴”(h＋)，陰極得電子，空穴驅動陽極反應。
下列敘述正確的是(　　 )
A．“TiO2·A”電極上發生的反應為H2O－h＋===·OH＋H＋
B．乙腈可發生氧化反應生成副產物——乙酰胺
C．提高丁二腈的選擇性關鍵是抑制a反應，降低c反應活化能
D．單位時間內產生“空穴”數越多，c反應越快，而a反應越慢
考點3　金屬的腐蝕與防護
1．金屬腐蝕的本質
金屬原子失去電子變為金屬陽離子，金屬發生氧化反應。
2．金屬腐蝕的類型
(1)化學腐蝕與電化學腐蝕
項目 化學腐蝕 電化學腐蝕
條件 金屬跟表面接觸的一些物質直接反應 不純金屬或合金跟電解質溶液接觸
現象 電流產生 電流產生
本質 金屬被 較活潑金屬被
聯系 兩者往往同時發生， 腐蝕更普遍
(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕
以鋼鐵腐蝕為例進行分析：
項目 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 水膜酸性較強 水膜酸性很弱或呈中性
電極反應 負極 ；
正極 ； ；
總反應式 ； ；
聯系 鋼鐵等金屬的腐蝕主要是吸氧腐蝕
3.金屬腐蝕快慢的規律
(1)對同一電解質溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。
(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質溶液中>弱電解質溶液中>非電解質溶液中。
(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，活動性強的金屬腐蝕速率越快。
(4)對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，金屬腐蝕越快。
【示例】 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為______________。
4．金屬的防護
(1)改變金屬材料的組成
根據不同的用途選用不同的金屬或非金屬制成合金。
(2)覆蓋保護層
通過噴油漆、涂油脂、電鍍或表面鈍化等方法使金屬與介質隔離。
(3)電化學防護
犧牲陽極法——原電池原理 負極 比被保護金屬活潑的金屬
正極 被保護的金屬設備
外加電流法——電解原理 陰極 被保護的金屬設備
陽極 惰性金屬
【基點判斷】(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
(1)鋼鐵水閘可用犧牲陽極或外加電流法防止其腐蝕( )
(2)原電池分為正、負極，電解池分為陰、陽極，所以犧牲陽極的陰極保護法應用的是電解池原理 ( )
(3)在鐵板上鍍鋅是因為鋅比鐵活潑，形成原電池而保護鐵不易被腐蝕 ( )
(4)鍍銅鐵制品鍍層受損后，鐵制品比受損前更容易生銹( )
(5)鋼鐵發生吸氧腐蝕時，負極電極反應式為Fe－3e－===Fe3＋ ( )
(6)在金屬表面覆蓋保護層，保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用 ( )
(7)外加電流法構成了電解池；犧牲陽極法構成了原電池。二者均能有效地保護金屬不容易被腐蝕 ( )
題組練習
一、金屬的腐蝕原理與實驗探究
1．(人教選擇性必修1 P117T5)在下圖所示裝置的燒杯中均盛有0.1 mol/L H2SO4溶液，其中鋅片最易被腐蝕的是(　　)
解析：選C。電化學腐蝕的腐蝕速率較化學腐蝕快，A發生化學腐蝕；B中鋅為正極，被保護；C中鋅為原電池負極，發生氧化反應被腐蝕；D中鋅為電解池陰極，被保護，則最易被腐蝕的是C。
2．一定條件下，某含碳鋼腐蝕情況與溶液pH的關系如下表：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蝕快慢 較快 慢 較快
主要產物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO
下列說法正確的是(　　 )
A．pH＜4時，發生析氫腐蝕
B．隨pH的升高，含碳鋼的腐蝕速率逐漸加快
C．pH為14時，負極反應式為2H2O＋Fe－3e－===FeO＋4H＋
D．pH為7時，負極反應式為Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空氣中的氧氣氧化為Fe2O3
二、金屬的防護
3．(人教選擇性必修1 P117T7)海港、碼頭的鋼制管樁會受到海水的長期侵襲，常用外加電流法對其進行保護(如下圖所示，其中高硅鑄鐵為惰性輔助陽極)。下列有關敘述中錯誤的是(　　)
A．高硅鑄鐵是作為損耗陽極材料發揮作用的 B．通電后外電路的電子被強制流向鋼制管樁
C．保護電流應該根據環境條件變化進行調整 D．通電后使鋼制管樁表面的腐蝕電流接近零
4．高壓直流電線路的瓷絕緣子會出現鐵帽腐蝕現象，在鐵帽上加鋅環能有效防止鐵帽的腐蝕，防護原理如圖所示。下列說法錯誤的是(　　 )
A．通電時，鋅環是陽極，發生氧化反應
B．通電時，陰極上的電極反應為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．斷電時，鋅環上的電極反應為Zn2＋＋2e－===Zn
D．斷電時，仍能防止鐵帽被腐蝕
高考真題
1．(2024·山東卷，13，4分)以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結合的循環方式，可實現高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是( )
A．電極a連接電源負極
B．加入Y的目的是補充NaBr
C．電解總反應式為Br-+3H2O BrO3-+3H2↑
D．催化階段反應產物物質的量之比n(Z) ∶n(Br-)=3∶2
2．(2024·湖北卷，14，3分)我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H+和OH-在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2--e-=HCOO-+H 。下列說法錯誤的是( )
A．電解一段時間后陽極區c(OH-)減小
B．理論上生成1molH3N+CH2COOH雙極膜中有4molH2O解離
C．陽極總反應式2HCHO-2e-+4OH-=2HCOO-+H2↑+2H2O
D．陰極區存在反應H2C2O4+2e-+2H+=OHC—COOH+H2O
3．(2024·遼吉黑卷，12，3分) “綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理為：。下列說法錯誤的是( )
A．相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B．陰極反應：2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C．電解時OH-通過陰離子交換膜向b極方向移動
D．陽極反應：
H24．(2024·浙江1月卷，13，3分)破損的鍍鋅鐵皮在氨水中發生電化學腐蝕，生成[Zn(NH3)4]2+和H2，下列說法不正確的是( )
A．氨水濃度越大，腐蝕趨勢越大
B．隨著腐蝕的進行，溶液pH變大
C．鐵電極上的電極反應式為： 2NH3+2e-=H2↑＋2NH2-
D．每生成標準狀況下22.4mLH2，消耗0.010 mol Zn
5．(2023·遼寧高考)某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如圖所示，其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是(　　)
A．b端電勢高于a端電勢 B．理論上轉移2 mol e－生成4 g H2
C．電解后海水pH下降 D．陽極發生：Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
6．(2023·廣東高考)利用活性石墨電極電解飽和食鹽水，進行如圖所示實驗。閉合K1，一段時間后(　　 )
A．U型管兩側均有氣泡冒出，分別是Cl2和O2 B．a處布條褪色，說明Cl2具有漂白性
C．b處出現藍色，說明還原性：Cl－＞I－ D．斷開K1，立刻閉合K2，電流表發生偏轉
7．(2023·湖北高考)我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為x mol·h－1。下列說法錯誤的是(　　)
A．b電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ B．離子交換膜為陰離子交換膜
C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜 D．海水為電解池補水的速率為2x mol·h－1
8．(1)(2023·北京高考節選)近年研究發現，電催化CO2和含氮物質(NO等)在常溫常壓下合成尿素，有助于實現碳中和及解決含氮廢水污染問題。向一定濃度的KNO3溶液通CO2至飽和，在電極上反應生成CO(NH2)2，電解原理如圖所示。
①電極b是電解池的________極。
②電解過程中生成尿素的電極反應式是______________________________。
(2)(2023·江蘇高考節選)催化電解吸收CO2的KOH溶液可將CO2轉化為有機物。在相同條件下，恒定通過電解池的電量，電解得到的部分還原產物的法拉第效率(FE%)隨電解電壓的變化如圖所示。
FE%＝×100%
其中，QX＝nF，n表示電解生成還原產物X所轉移電子的物質的量，F表示法拉第常數。
①當電解電壓為U1V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，陰極主要還原產物為________________(填化學式)。
②當電解電壓為U2V時，陰極由HCO生成CH4的電極反應式為_________________________________。
③當電解電壓為U3V時，電解生成的C2H4和HCOO－的物質的量之比為________________。
鞏固練習一
一、選擇題(每題5分，共11題，共55分)
1．用石墨作電極，電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示，通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列敘述正確的是(　　 )
A．逸出氣體的體積：A電極＜B電極
B．一電極逸出無味氣體，另一電極逸出有刺激性氣味氣體
C．A電極附近呈紅色，B電極附近呈藍色
D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到同一燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性
2．(2024·湖北武漢模擬)用石墨作電極電解溶有物質的量之比為3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根據反應產物，電解可明顯分為三個階段，下列敘述不正確的是(　　 )
A．電解的最后階段為電解水 B．陽極先逸出氯氣后逸出氧氣
C．陰極逸出氫氣 D．電解過程中溶液的pH不斷增大，最后pH為7
3．(2022·廣東高考)以熔融鹽為電解液，以含Cu、Mg和Si等的鋁合金廢料為陽極進行電解，實現Al的再生。該過程中(　　 )
A．陰極發生的反應為Mg－2e－===Mg2＋ B．陰極上Al被氧化
C．在電解槽底部產生含Cu的陽極泥 D．陽極和陰極的質量變化相等
4．關于研究生鐵的銹蝕實驗，下列分析不正確的是(　　 )
序號 ① ② ③
實驗
現象 8小時未觀察到明顯銹蝕 8小時未觀察到明顯銹蝕 1小時觀察到明顯銹蝕
A.①中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生鐵片明顯銹蝕
B．②中，生鐵片未明顯銹蝕的原因之一是缺少H2O
C．③中正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．對比①②③，說明苯能隔絕O2
5．(人教選擇性必修1 P119T6)如圖所示的電解池Ⅰ和Ⅱ中，a、b、c和d均為Pt電極。在電解過程中，電極b和d上沒有氣體逸出，但質量均增大，且增重情況為b選項 X Y
A MgSO4 CuSO4
B AgNO3 Pb(NO3)2
C FeSO4 Al2(SO4)3
D CuSO4 AgNO3
6．如圖所示，下列說法錯誤的是(　　 )
A．若X為NaCl溶液，K與M連接，Fe棒附近溶液pH最大
B．開關K未閉合，Fe棒上B點生成鐵銹最多
C．若X為H2SO4溶液，K與N連接，Fe棒上的電極反應式為2H＋＋2e－===H2↑
D．若X為H2SO4溶液，K分別與N、M連接，Fe棒腐蝕情況前者慢
7．(2022·河北模擬)為實現碳回收，我國科學家設計的用電化學法還原CO2制備草酸的裝置如圖所示。下列有關該裝置的說法錯誤的是(　　 )
A．a、b分別為電源的負極、正極
B．電解裝置左池發生的電極反應為2CO2＋2e－===C2O
C．為增強溶液導電性，左池中可加入少量Na2C2O4溶液
D．右池電解質溶液為稀硫酸，發生的電極反應為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
8．(2023·湖北華中師大一附中模擬)我國研發的“海水原位直接電解制氫技術”的裝置如圖所示。陰、陽極電極均為附著有Cr2O3的CoOx催化電極網，表面的Cr3＋可選擇性地緊密結合水電離出的OH－。下列說法錯誤的是(　　 )
A．氣體a為O2 B．隔膜為質子交換膜
C．陰極會產生Mg(OH)2等電極垢 D．陽極表面穩定的負電層減少了副產物Cl2的生成
9．(2023·陜西師大附中模擬)利用光伏電池與膜電解法制備Ce(SO4)2溶液的裝置如下圖所示，下列說法不正確的是(　　 )
A．電解池中陰極的電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu
B．該離子交換膜為陰離子交換膜，SO由左池向右池遷移
C．該光伏電池的N電極為負極
D．電路中有0.1 mol電子通過時，陽極室生成33.2 g Ce(SO4)2
10．使用交替排列的單價選擇性陽離子交換膜和陰離子交換膜的電滲析過程如圖所示。電滲析分離離子的原理是單價陽離子(例如：Li＋、Na＋、K＋)通過單價選擇性陽離子交換膜遷移到濃縮室，而二價陽離子(例如：Ca2＋、Mg2＋)被阻擋，留在脫鹽室，達到富集鋰的目的。下列說法錯誤的是(　　)
A．電極W連接電源正極，電極N連接電源負極
B．X口流出的是富Li＋鹽水，Y口流出的是貧Li＋鹽水
C．選擇性離子交換膜是電滲析技術應用于鹽湖鹵水提鋰的關鍵
D．該電滲析過程總的電解方程式為2H2O2H2↑＋O2↑
11．(2023·北京師大實驗中學三模)光電化學裝置可以將CO2還原為有機物，實現碳資源的再生利用。圖1是光電化學法實現CO2轉化的BiVO4|NaCl(aq)|Cu電解裝置示意圖。在不同電壓條件下進行光照電解實驗，不同有機產物的法拉第效率(FE)如圖2所示。
資料：ⅰ.還原性：HCOOH>CH2O>CH3OH>C2H5OH
ⅱ.法拉第效率(FE)的定義：FE(X)＝×100%
ⅲ.選擇性(S)的定義：S(X)＝×100%
以下說法不正確的是(　　 )
A．陽極電極反應式為：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．使用BiVO4光電極可以節約電能，為陰極CO2的轉化提供H＋
C．由圖2通過計算可知：電解電壓為0.9 V時，S(CH2O)≈85%
D．以上實驗表明：通過改變電壓可以選擇性地獲得不同還原產物
二、非選擇題(共1題，共20分)
12．(20分)(1)目前已開發出電解法制取ClO2的新工藝。
①用石墨作電極，在一定條件下電解飽和食鹽水制取ClO2(如圖所示)，寫出陽極產生ClO2的電極反應式：_________________________________________________________________。(3分)
②電解一段時間，當陰極產生的氣體體積為112 mL(標準狀況)時，停止電解，則通過陽離子交換膜的陽離子的物質的量為________mol；用平衡移動原理解釋陰極區pH增大的原因：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)粗銀精煉裝置如圖所示，電解液為稀H2SO4，下列說法正確的是____(填字母)。(3分)
A．體系中存在沉淀溶解平衡：Ag2SO4(s) 2Ag＋(aq)＋SO(aq)
B．陽極的電極反應式為Ag－e－===Ag＋
C．鈦電極電勢高
D．陰極區可獲得超細銀粉的原理：Ti3＋＋Ag＋===Ag＋Ti4＋
E．電解液中添加Ti3＋/Ti4＋，可實現Ti3＋/Ti4＋循環利用
(3)工業上用PbSiF6、H2SiF6混合溶液作電解液，用電解法實現粗鉛(主要雜質為Cu、Ag、Fe、Zn，雜質總質量分數約為4%)提純，裝置示意圖如圖所示。
①電解產生的陽極泥的主要成分為__________，工作一段時間后，溶液中c(Pb2＋)______(填“增大”“減小”或“不變”)。(4分)
②鉛的電解精煉需要調控好電解液中的c(H2SiF6)。其他條件相同時，測得槽電壓(槽電壓越小，對應鉛產率越高)隨起始時溶液中c(H2SiF6)的變化趨勢如圖所示。由圖可推知，隨c(H2SiF6)增大，鉛產率先增大后減小，減小的原因可能是______________________________________________。(4分)
熱點題型(八)　陌生情境中電解原理的創新應用
電解原理及其應用是高考高頻考點，該類試題往往與生產、生活及新科技等相聯系，以裝置圖或流程圖為載體呈現，題材廣、信息新，題目具有一定難度。主要考查陰極和陽極的判斷、電極反應式、電解反應方程式的書寫、溶液離子濃度變化及有關計算等。
解答此類題目需要注意以下問題：
(1)分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負極相連的為陰極，兩極反應為“陽氧陰還”。
(2)剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。
(3)注意放電順序，正確判斷放電的微粒或物質。
(4)注意介質，正確判斷反應產物，酸性介質不出現OH－，堿性介質不出現H＋；不能想當然地認為金屬作陽極，電極產物就為金屬陽離子。
(5)注意得失電子守恒和電荷守恒，正確書寫電極反應式。
類型1　電解原理在無機物制備中的應用
例1.(2023·廣東高考)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是(　　 )
A．電解總反應：KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B．每生成1 mol NH3·H2O，雙極膜處有9 mol 的H2O解離
C．電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
【對點練】 1.電化學原理在工業生產中發揮著巨大的作用。Na2FeO4是制造高鐵電池的重要原料，同時也是一種新型的高效凈水劑。在工業上通常利用如圖裝置生產Na2FeO4，下列說法正確的是(　　 )
A．陽極的電極反應式為Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O B．右側的離子交換膜為陽離子交換膜
C．陰極區a%>b% D．陰極產生的氣體是氧氣
類型2　電解原理在有機合成方面的應用
例2.(2023·山東濟南統考期末)環氧乙烷是一種高效消毒劑，一種新型電化學合成方法如圖所示，下列說法錯誤的是(　　 )
A．電流方向：電極X―→離子交換膜―→電極Y
B．可用核磁共振氫譜跟蹤反應中有機物種類的改變
C．電解后兩極輸出液混合反應，可用丙酮萃取混合液獲得環氧乙烷
D．若用丙烯代替乙烯，在制備過程中會有手性分子生成
【對點練】 2.(2020·浙江7月選考)電解高濃度RCOONa(羧酸鈉)的NaOH溶液，在陽極RCOO－放電可得到R—R(烷烴)。下列說法不正確的是(　　 )
A．電解總反應方程式：2RCOONa＋2H2OR—R＋2CO2↑＋H2↑＋2NaOH
B．RCOO－在陽極放電，發生氧化反應
C．陰極的電極反應：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
D．電解CH3COONa、CH3CH2COONa和NaOH混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷
類型3　電解原理在污水處理方面的應用
例3.(2024·山東省實驗中學模擬)鐵碳微電解技術是處理酸性廢水的一種工藝，裝置如圖所示。若上端口打開，并鼓入空氣，可得到強氧化性中間體羥基自由基(·OH)；若上端口關閉，可得到強還原性中間體氫原子(·H)。下列說法錯誤的是(　　 )
A．自由基均為陰極產物
B．1 mol O2完全轉化為羥基自由基(·OH)時轉移了2 mol電子
C．若處理含酚類的酸性廢水，則上端口應關閉
D．處理含Cr2O的酸性廢水后，體系pH升高
【對點練】 3.(人教選擇性必修1 P110T6)用電解法處理酸性含鉻廢水(主要含有Cr2O)時，以鐵板為陰、陽極，處理過程中發生反應：Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，最后Cr3＋以Cr(OH)3形式除去。下列說法中錯誤的是(　　)
A．陽極反應為Fe－2e－===Fe2＋
B．電解過程中廢水的pH不發生變化
C．電解過程中有Fe(OH)3沉淀生成
D．電路中每轉移12 mol 電子，最多有1 mol Cr2O被還原
類型4　應用電解原理回收CO2及治理空氣污染
例4.(2023·全國卷甲)用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K＋抑制酸性電解液中的析氫反應可提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．析氫反應發生在IrOx Ti電極上
B．Cl－從Cu電極遷移到IrOx Ti電極
C．陰極發生的反應有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D．每轉移1 mol電子，陽極生成11.2 L氣體(標準狀況)
【對點練】 4.(2023·北京高考)回收利用工業廢氣中的CO2和SO2，實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是(　　)
A．廢氣中SO2排放到大氣中會形成酸雨
B．裝置a中溶液顯堿性的原因是HCO的水解程度大于HCO的電離程度
C．裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的CO2和SO2
D．裝置b中的總反應為SO＋CO2＋H2OHCOOH＋SO
鞏固練習二
一、選擇題(每題5分，共4題，共20分)
1．某二氧化氯復合消毒劑發生器的工作原理如圖所示。通電后，產生成分為ClO2、Cl2、O3、H2O2的混合氣體甲，被水吸收后可制得具有更強的廣譜殺菌滅毒能力的二氧化氯復合消毒劑。下列說法正確的是(　　 )
A．m端為電源正極，隔膜為陰離子交換膜
B．產生ClO2的電極反應式為Cl－＋5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
C．通電后d口所在極室pH升高，e口排出NaOH溶液
D．標準狀況下，b口每收集到2.24 L氣體乙，電路中轉移電子0.4NA
2．科學家采用電滲析法提純乳清(富含NaCl的蛋白質)，有價值的蛋白質的回收率達到98%，工作原理如圖所示。
下列說法錯誤的是(　　)
A．溶液R中溶質的主要成分為HCl
B．膜1為陽離子交換膜，膜2為陰離子交換膜
C．a極的電極反應式為2H2O－2e－===2OH－＋H2↑
D．每轉移1 mol電子，理論上乳清質量減少58.5 g
3．(2022·湖北高考)含磷有機物應用廣泛。電解法可實現由白磷直接制備Li，過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是(　　)
A．生成1 mol Li，理論上外電路需要轉移2 mol電子
B．陰極上的電極反應為P4＋8CN－－4e－===4
C．在電解過程中CN－向鉑電極移動
D．電解產生的H2中的氫元素來自于LiOH
4．(2023·河南名校聯考)我國科研人員設計了一種通過內部物質循環處理含有機物Cm(H2O)n的廢水的實驗裝置，其工作原理如圖所示，其中雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。圖中·OH 表示電中性的自由基。下列說法錯誤的是(　　 )
A．循環利用的氣體X為O2
B．工作時兩極區H2SO4溶液和NaOH溶液的濃度均逐漸減小
C．相同時間內，理論上生成CO2的物質的量小于生成O2的物質的量
D．工作時需向催化電極M區補充適量氣體X
二、非選擇題(共1題，共10分)
5．(10分)(1)工業上用電解法治理亞硝酸鹽對水體的污染，模擬工藝如圖所示，寫出電解時鐵電極發生的電極反應：__________________________________________________________。
隨后，鐵電極附近有無色氣體產生，寫出有關反應的離子方程式：
________________________________________________________________________。(6分)
(2)(2024·陜西西安模擬)電催化制取乙醇的原理如圖所示。
電催化時，向陰極遷移的主要離子是________，陰極反應式為____________________________________。(4分)
強化專題(二)　多池(多室)電化學裝置
類型1　多室帶膜電化學裝置
交換膜隔離兩種電解質溶液，避免電極材料與能發生反應的電解質溶液直接接觸，能提高電流效率。在這種裝置中，交換膜起到鹽橋作用，且優于鹽橋(鹽橋需要定時替換或再生)。通過限制離子遷移，使指定離子在溶液中定向移動形成閉合回路，氧化劑和還原劑在不接觸條件下發生氧化還原反應。這類試題均以“文字敘述＋離子交換膜＋電化學裝置圖”的方式呈現，考查的并不是離子交換膜的具體結構，而是以離子交換膜在化學電源、電解制備物質或電滲析等方面的實際應用為載體，考查電化學基礎知識及基本的化學思想與方法。
例1.(2023·河北保定質量調研)目前，應用電滲析法進行海水淡化是解決淡水資源匱乏的有效途徑之一，該方法是利用電解原理通過多組電滲析膜實現，工作原理如圖所示(以NaCl溶液代替海水)，同時獲得產品Cl2、H2、NaOH。下列說法正確的是(　　)
A．a是直流電源的負極 B．陽極區溶液濃度幾乎不變
C．膜pq、st分別為陽離子交換膜、陰離子交換膜 D．出口Ⅰ、Ⅱ分別接收NaCl濃溶液、淡水
【思路分析】
【方法指導】　隔膜電池的解題思路
第一步：分清隔膜類型。即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜。
第二步：寫出電極反應式。判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，根據電荷平衡判斷離子遷移方向。
第三步：分析隔膜作用。在產品制備中，隔膜的作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險。
【對點練】 1.(2022·全國卷甲)一種水性電解液Zn MnO2離子選擇雙隔膜電池如圖所示(KOH溶液中，Zn2＋以[Zn(OH)4]2－存在)。電池放電時，下列敘述錯誤的是(　　)
A．Ⅱ區的K＋通過隔膜向Ⅲ區遷移
B．Ⅰ區的SO通過隔膜向Ⅱ區遷移
C．MnO2電極反應：MnO2＋2e－＋4H＋===Mn2＋＋2H2O
D．電池總反應：Zn＋4OH－＋MnO2＋4H＋===[Zn(OH)4]2－＋Mn2＋＋2H2O
2．我國科研人員以二硫化鉬(MoS2)作為電極催化劑，研發出一種Zn NO電池系統，該電池同時具備合成氨和對外供電的功能，其工作原理如圖所示(雙極膜可將水解離成H＋和OH－，并實現其定向通過)。下列說法正確的是(　　 )
A．外電路中電子從MoS2電極流向Zn/ZnO電極
B．雙極膜右側為陰離子交換膜
C．當電路中轉移0.2 mol電子時負極質量減小6.5 g
D．使用MoS2電極能加快合成氨的速率
類型2　多池串聯電化學裝置
1．有外接電源電池類型的判斷方法
有外接電源的各電池均為電解池，若電池陽極材料與電解質溶液中的陽離子相同，則該電池為電鍍池。如：
甲為電鍍池，乙、丙均為電解池。
2．無外接電源電池類型的判斷方法
(1)直接判斷
非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等在電路中，則其他裝置為電解池。如圖所示：A為原電池，B為電解池。
(2)根據電池中的電極材料和電解質溶液判斷
原電池一般是兩種活潑性不同的金屬電極或一種金屬電極和一個碳棒作電極；而電解池則一般都是兩個惰性電極，如兩個鉑電極或兩個碳棒。原電池中的電極材料和電解質溶液之間能發生自發的氧化還原反應，電解池的電極材料一般不能和電解質溶液自發反應。如圖所示：B為原電池，A為電解池。
(3)根據電極反應現象判斷
在某些裝置中根據電極反應或反應現象可判斷電極，并由此判斷電池類型。如圖所示：若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負極；甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發生還原反應，A、C極發生氧化反應。
3．電化學的計算方法
(1)計算的原則
①陽極失去的電子數＝陰極得到的電子數。
②串聯電路中通過各電解池的電子總數相等。
③電源輸出的電子總數和電解池中轉移的電子總數相等。
(2)計算的步驟
如以電路中通過4 mol e－為橋梁可構建以下關系式：
(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)
該關系式具有總覽電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。
【提醒】　在電化學計算中，還常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C來計算電路中通過的電量。
例2.(2023·山東棗莊三中質檢)相同金屬在其不同濃度鹽溶液中可形成濃差電池，放電時兩個電極區的濃度差會逐漸減小，當兩個電極區硫酸銅溶液的濃度完全相等時放電停止。如圖所示裝置是利用濃差電池電解Na2SO4溶液(a、b電極均為石墨電極)，可以制得O2、H2、H2SO4和NaOH。下列說法不正確的是(　　 )
A．a電極的電極反應為4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
B．電池從開始工作到停止放電，電解池理論上可制得80 g NaOH
C．電池放電過程中，Cu(1)電極上的電極反應為Cu2＋＋2e－===Cu
D．c、d離子交換膜依次為陽離子交換膜和陰離子交換膜
【思路分析】
【思維建模】　串聯類電池的解題流程
【對點練】 3.如圖所示，其中甲池的總反應式為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。下列說法正確的是(　　 )
A．甲池是電能轉化為化學能的裝置，乙、丙池是化學能轉化為電能的裝置
B．甲池通入CH3OH的電極反應式為CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋
C．反應一段時間后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復到原濃度
D．甲池中消耗280 mL(標準狀況下)O2，此時丙池中理論上最多產生1.45 g固體
4．在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min，銅電極的質量增加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________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，B________，C________。
(3)通電5 min時，B中共收集224 mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液的物質的量濃度為________(設電解前后溶液體積無變化)。
(4)常溫下，若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為______(設電解前后溶液體積無變化)。
鞏固練習三
選擇題(每題5分，共5題，共25分)
1．如圖所示，甲池的總反應式為N2H4＋O2===N2＋2H2O，下列關于該裝置工作時的說法正確的是(　　 )
A．該裝置工作時，Ag電極上有氣體生成
B．甲池中負極反應式為N2H4－4e－===N2＋4H＋
C．甲池和乙池中溶液的pH均減小
D．當甲池中消耗3.2 g N2H4時，乙池中理論上最多產生6.4 g固體
2．工業上采用如圖所示裝置模擬在A池中實現鐵上鍍銅，在C裝置中實現工業由KCl溶液制取KOH溶液。
下列有關說法錯誤的是(　　 )
A．a為精銅，b為鐵制品，可實現鍍銅要求
B．c為負極，電極反應式為CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O
C．從e口出來的氣體為氧氣，從f口出來的氣體為氫氣
D.鉀離子從電解槽左室向右室遷移，h口出來的為高濃度的KOH溶液
3．鈉離子電池具有資源豐富、成本低、安全性好、轉換效率高等特點，有望成為鋰離子電池之后的新型首選電池，如圖是一種鈉離子電池工作示意圖：
下列說法不正確的是(　　 )
A．放電時，Na＋通過交換膜向N極移動
B．充電時，光照可促進電子的轉移
C．充電時，TiO2光電極上發生的電極反應為3I－－2e－===I
D．放電時，若負極室有2 mol陰離子發生反應，則電路中轉移2 mol電子
4．(2023·黑龍江哈爾濱師大附中模擬)下圖裝置可將CO2轉化為CaCO3而礦化封存，進而減少碳排放，下列說法錯誤的是(　　)
A．兩個雙極膜中的OH—均向右側遷移
B．b極的電極反應式：2H＋＋2e－===H2↑
C．中間室中發生反應：CO＋Ca2＋===CaCO3↓
D．向堿室中加入NaHCO3固體，不利于CO2的礦化封存
5．(2023·河北保定期末)雙極膜能夠在直流電場作用下將H2O解離為H＋和OH－。以維生素C的鈉鹽(C6H7O6Na)為原料制備維生素C(C6H8O6，具有弱酸性和還原性)的裝置如圖。下列說法正確的是(　　 )
A．a離子是H＋，b離子是OH－
B．X此裝置最終既可以得到維生素C，又可以得到NaOH
C．將X極區的Na2SO4替換為C6H7O6Na，可以提高維生素C的產率
D．X極的電極反應式為4OH－＋4e－===O2↑＋2H2O
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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