高考化学二轮复习 专题15 电解池 金属的腐蚀与防护（加试）（含解析）

专题15 电解池 金属的腐蚀与防护（加试） 考点一　电解池的工作原理 [考试] 知识条目 必考要求 加试要求 1.电解池的概念 b 2.电解CuCl2溶液的原理及电极反应式 b 3.电解池的构成条件 b 4.原电池、电解池的判断 c 5.电解池的构造与工作原理 b 6.电解池的电极反应式与电解反应方程式 b 1．电解池 (1)概念：把电能转化为化学能的装置。 (2)构成条件 ①有与电源相连的两个电极。 ②电解质溶液(或熔融盐)。 ③形成闭合回路。 (3)电极名称及电极反应式(如图) (4)电子和离子的移动方向 特别提醒　电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。 2．分析电解过程的思维程序 (1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 (2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。 (3)然后排出阴、阳两极的放电顺序 阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋> K＋。 阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。 注意　①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序：阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。 (4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 (5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。 正误辨析 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×” (1)任何化学反应都可以设计成电解池反应 (×) (2)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程 (√) (3)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现 (√) (4)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应 (×) 题组一　分类突破电解的规律 1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。填写中空白： (1)电解水型 电解质 (水溶液) 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液 复原 含氧酸 (如 H2SO4) 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 阴极：4H＋＋ 4e－===2H2↑ H2O 2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))O2↑＋2H2↑ 增大 减小 加H2O 强碱 (如 NaOH) 增大 加H2O 活泼金属的 含氧酸盐 (如KNO3、 Na2SO4) 不变 加H2O (2)电解电解质型 电解质 (水溶液) 电极方程式 电解物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 无氧酸(如HCl)，HF除外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 酸 2HCleq \o(=====,\s\up7(通电))H2↑＋Cl2↑ 减小 增大 通入HCl气体 不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，氟化物除外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 盐 CuCl2eq \o(=====,\s\up7(通电))Cu＋Cl2↑ 加CuCl2固体 (3)放H2生碱型 电解质 (水溶液) 电极方程式 电解物质 总化学 方程式 电解质 浓度 溶液pH 溶液 复原 活泼金属的 无氧酸盐 (如NaCl) 阳极：2Cl－－2e－ ===Cl2↑ 阴极：2H＋＋2e－ ===H2↑ 水 和 盐 2Cl－＋2H2O eq \o(=====,\s\up7(通电))Cl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新电解质 增大 通入HCl 气体 (4)放O2生酸型 电解质 (水溶液) 电极方程式 电解 物质 总化学方程式 电解质浓度 溶液pH 溶液复原 不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4) 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 水和盐 2Cu2＋＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3 　复原措施探究 (1)要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？ 提示　不可以，电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。 (2)要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？ 提示　应具体情况具体分析，若通电一段时间，CuSO4未电解完(即Cu2＋未全部放电)，使溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2会使溶液的浓度减小；若Cu2＋全部放电，又继续通电一段时间(此时电解水)，要使溶液复原应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3，若只加入CuO，此时浓度偏大。 (3)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？ 提示　4NA (4)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？ 提示　电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。 题组二　突破电极反应式、电解方程式的书写 2．按要求书写电极反应式和总方程式： (1)用惰性电极电解AgNO3溶液 阳极反应式______________________________________________________________； 阴极反应式______________________________________________________________； 总反应离子方程式________________________________________________________。 (2)用惰性电极电解MgCl2溶液 阳极反应式______________________________________________________________； 阴极反应式_____________________________________________________________； 总反应离子方程式________________________________________________________。 (3)用铁作电极电解NaCl溶液 阳极反应式______________________________________________________________； 阴极反应式______________________________________________________________； 总反应化学方程式________________________________________________________。 (4)用铁作电极电解NaOH溶液 阳极反应式______________________________________________________________； 阴极反应式______________________________________________________________； 总反应离子方程式_______________________________________________________。 (5)用Al作阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜 阳极反应式______________________________________________________________； 阴极反应式_____________________________________________________________； 总反应离子方程式________________________________________________________。 (6)用惰性电极电解熔融MgCl2 阳极反应式______________________________________________________________； 阴极反应式_____________________________________________________________； 总反应离子方程式________________________________________________________。 　(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋) 4Ag＋＋4e－===4Ag 4Ag＋＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))4Ag＋O2↑＋4H＋ (2)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－) Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑ (3)Fe－2e－===Fe2＋ 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－) Fe＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))Fe(OH)2＋H2↑ (4)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－) Fe＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))Fe(OH)2＋H2↑ (5)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))Al2O3＋3H2↑ (6)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg Mg2＋＋2Cl－eq \o(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑ 1．做到“三看”，正确书写电极反应式 (1)一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。 (2)二看介质，介质是否参与电极反应。 (3)三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。 2．规避“三个”失分点 (1)书写电解池中电极反应式时，一般以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。 (2)要确保两极电子转移数目相同，且应注明条件“通电”。 (3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。 题组三　电解原理和电解规律的考查 3.下图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是(　　) A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的 B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体 C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色 D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色 答案　D 解析　SOeq \o\al(2－,4)、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c(H＋)>c(OH－)，石蕊溶液变红。Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c(OH－)>c(H＋)，石蕊溶液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B、C均错。 4．(2016·宁波效实中学高一下学期期中)如图所示，将纯Fe棒和石墨棒插入1 L饱和NaCl溶液中。下列说法正确的是(　　) A．M连接电源负极，N连接电源正极，当两极产生气体总量为22.4 mL(标准状况)时，则生成0.002 mol NaOH B．去掉电源，将M、N用导线直接相连，在溶液中滴入酚酞溶液，C电极周围溶液变红 C．M连接电源负极，N连接电源正极，如果把烧杯中的溶液换成1 L CuSO4溶液，反应一段时间后，烧杯中产生蓝色沉淀 D．M连接电源正极，N连接电源负极，将C电极换成Cu电极，电解质溶液换成硫酸铜溶液，则可实现在铁上镀铜 答案　B 解析　A项，M连接电源负极，N连接电源正极，Fe为阴极，C为阳极，发生反应2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))H2↑＋Cl2↑＋2NaOH，气体的总物质的量为eq \f(0.022 4 L,22.4 L·mol－1)＝0.001 mol，由方程式可知，气体的总物质的量与生成氢氧化钠的物质的量之比为1∶1，故生成0.001 mol NaOH，故A错误；B项，去掉电源，M、N直接连接，该装置是原电池，铁作负极，碳棒作正极，发生吸氧腐蚀，氧气得电子生成氢氧根，碱性增强，故B正确；C项，M连接电源负极，N连接电源正极，所以铁作阴极，碳棒作阳极，铜离子得电子生成铜单质，故C错误；D项，M连接电源正极，N连接电源负极，所以铁作阳极，碳棒作阴极，Fe是活性电极，阳极上Fe首先失电子生成二价铁离子进入溶液而被腐蚀，不能实现铁上镀铜，故D错误。 题组四　原电池、电解池的判断 5．如图所示装置中，装置A中盛放0.1 mol·L－1的H2SO4溶液，装置B中盛放0.1 mol·L－1的CuCl2溶液(两种溶液均足量，且不考虑电极产物在溶液中的溶解)。下列说法中不正确的是(　　) A．装置A为原电池，装置B为电解池 B．装置A为电解池，装置B为原电池 C．两烧杯中产生的气体的物质的量相等 D．一段时间后，装置B中溶液的pH升高 答案　B 解析　装置A为原电池，装置B应为电解池，且装置A为装置B提供电能，故A正确，B错误；装置A中碳棒作正极：2H＋＋2e－===H2↑，铁棒作负极，反应式：Fe－2e－===Fe2＋，总反应为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑。装置B中与A装置中铁棒相连的碳棒作阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，与A装置中碳棒相连的碳棒作阳极，反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，总反应为CuCl2eq \o(=====,\s\up7(通电))Cu＋Cl2↑，由于不考虑Cl2的溶解，由两池中的总反应可推知在相同时间内两烧杯中生成气体的物质的量相同，C正确；B装置在电解过程中CuCl2溶液的浓度变小，溶液的酸性减弱，一段时间后，溶液的pH升高，D正确。 6．(2016·瑞安第一次联考)某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是(　　) A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出 B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色 D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动 答案　D 解析　若a和b不连接，则不能构成原电池，单质铁直接与Cu2＋发生氧化还原反应而置换出铜，反应方程式为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，A正确；若a和b用导线连接，则构成原电池，此时铁作负极，铜作正极，电极反应式分别为Fe－2e－===Fe2＋、Cu2＋＋2e－===Cu，B正确；由A、B分析可知，选项C是正确的；若a和b分别连接直流电源正、负极，则构成电解池，此时铜作阳极失去电子被氧化，铁作阴极，在电解池中阳离子向阴极移动，因此选项D错误。 考点二　电解原理的应用 [考试标准]　加试要求b级。 1．电解饱和食盐水 (1)电极反应 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应) (2)总反应方程式 2NaCl＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 离子反应方程式：2Cl－＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))2OH－＋H2↑＋Cl2↑ (3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。 2．电镀 下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题： (1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。 (2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。 (4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。 3．电解精炼铜 (1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。 (2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。 (3)电极反应： 阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。 4．电冶金 利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、K、Ca、Mg、Al等。 (1)冶炼钠 2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑ 电极反应： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na。 (2)冶炼铝 2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up7(通电))4Al＋3O2↑ 电极反应： 阳极：6O2－－12e－===3O2↑； 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。 正误辨析 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×” (1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变 (×) (2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3 (×) (3)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极 (√) (4)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料 (×) (5)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极 (×) (6)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料 (√) 题组一　电解原理的“常规”应用 1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是(　　) A．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变 C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜 D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁 答案　D 解析　氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。 2．(2016·浙江嘉善一中高二上期末)下列实验装置中，按要求设计正确的是(　　) 答案　B 3．(2016·杭州西湖高级中学高二5月月考)下列装置可达到铁片上镀锌目的的是(　　) 答案　C 题组二　电解原理的不寻常应用 4．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。 (1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。 (2)SOeq \o\al(2－,3)放电的电极反应式为_______________________________________________。 (3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因： _________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)负　硫酸 (2)SOeq \o\al(2－,3)－2e－＋H2O===SOeq \o\al(2－,4)＋2H＋ (3)H2OH＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强 解析　根据Na＋、SOeq \o\al(2－,3)的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为 阳极：SOeq \o\al(2－,3)－2e－＋H2O===SOeq \o\al(2－,4)＋2H＋ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 所以从C口流出的是硫酸；在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋)减小， c(OH－)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。 5．电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如下： 电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极均为惰性电极。 (1)A极为________，电极反应式为__________________________________________。 (2)B极为________，电极反应式为_________________________________________。 答案　(1)阳极　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋COeq \o\al(2－,3)＋6H2O　(2)阴极　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－或6H＋＋6e－===3H2↑ 解析　H2产生是因为H2O电离的H＋在阴极上得电子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－或 6H＋＋6e－===3H2↑，所以B极为阴极，A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2－6e－＋8OH－===N2↑＋COeq \o\al(2－,3)＋6H2O。 6．2016·浙江选考试题汇编 (1)(2015·浙江普通高校10月招生选考模拟)单质Mg还可以通过电解熔融MgCl2得到，不能用电解MgCl2溶液的方法制备Mg的理由是__________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　电解MgCl2溶液时，阴极上H＋比Mg2＋容易得电子，电极反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，所以不能得到Mg单质 (2)(2016·嘉兴第一中学高二下学期期末)某人设想以下图所示装置用电化学原理生产硫酸，写出通入SO2的电极的电极反应式：____________________________________________。 答案　SO2＋2H2O－2e－===SOeq \o\al(2－,4)＋4H＋ (3)(2016·宁波北仑区普通高中选考)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如下图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：___________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　NH3　根据电子守恒，阳极得到的NOeq \o\al(－,3)的量大于阴极得到的NHeq \o\al(＋,4)的量，所以需充入NH3(或从阴、阳极电极反应式说明也可) 考点三　金属的腐蚀与防护 [考试标准] 知识条目 必考要求 加试要求 1.金属腐蚀的危害 a 2.金属发生电化学腐蚀的基本原理 c 3.金属的防护 b 1．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 2．金属腐蚀的类型 (1)化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属跟其他物质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触 现象 无电流产生 有微弱电流产生 本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化 联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍 (2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀 以钢铁的腐蚀为例进行分析： 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 电极反 应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 吸氧腐蚀更普遍 3.金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属； b．正极：被保护的金属设备。 ②外加电流的阴极保护法—电解原理 a．阴极：被保护的金属设备； b．阳极：惰性金属或石墨。 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 正误辨析 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×” (1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀 (×) (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样 (×) (3)干燥环境下金属不被腐蚀 (×) (4)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物 (×) (5)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋ (×) (6)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用 (×) 题组一　正确判断概念 1．(2016·温州高二上学期期末)下列关于金属腐蚀的叙述正确的是(　　) A．金属(M表示金属)被腐蚀的本质是Mn＋＋ne－===M B．金属不可能在碱性环境中发生电化学腐蚀 C．镀锌铁的镀层破损后，镀层仍能对铁起保护作用 D．铜管与外加直流电源的正极相连，以保护它不受腐蚀 答案　C 解析　A项，金属被腐蚀，是金属单质被腐蚀，因此本质为M－ne－===Mn＋，A错误；B项，金属可能在碱性环境中发生电化学腐蚀，如金属铝、石墨、氢氧化钠构成的原电池，B错误；C项，锌比铁活泼，锌作负极，铁作正极，对金属铁起到保护作用，C正确；D项，铜管连接正极，根据电解原理，活泼金属作阳极，先失电子，被腐蚀，D错误。 题组二　腐蚀种类与快慢判断 2．利用下图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　) A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a管液面高于b管液面 C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小 D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋ 答案　C 解析　根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为 左边　负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 右边　负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：2H＋＋2e－===H2↑ a、b处的pH均增大，C错误。 3．(2016·浙江江山实验中学高二10月教学质量检测)如图，向还原铁粉中加入少量的炭粉，混合均匀后，撒入内壁用NaCl溶液润湿过的具支试管中，塞紧橡皮塞。几分钟后，打开止水夹，观察到导管中水柱上升。对此过程所作的分析正确的是(　　) A．铁粉在电化学腐蚀过程中作正极 B．炭粉被氧化 C．发生了吸氧腐蚀 D．发生了析氢腐蚀 答案　C 4．(2016·温州平阳第二中学高二上学期第一次质检)下图容器中盛有海水，铁在其中被腐蚀时由快到慢的顺序是(　　) A．④＞②＞①＞③ B．②＞①＞③＞④ C．④＞②＞③＞① D．③＞②＞④＞① 答案　A 解析　根据图知，②、③装置是原电池，在②中，金属铁作负极，③中金属铁作正极被保护，作负极的腐蚀速率快，所以②＞③，④装置是电解池，其中金属铁为阳极，加快腐蚀，腐蚀最快，所以腐蚀速率是④＞②＞①＞③。故选A。 考点四　有关电化学的计算 方法指导 1．计算类型 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。 2．三种方法 (1)根据总反应式计算 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3)根据关系式计算 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。 如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式： (式中M为金属，n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 提示　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19 C来计算电路中通过的电量。 题组一　根据总反应式，建立等量关系进行计算 1．(2016·温州平阳二中高二第一次质检)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，电解过程中的实验数据如图所示。横坐标表示转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。下列判断正确的是(　　) A．电解过程中，溶液的pH不断增大 B．Q点对应的气体中，H2与O2的体积比为2∶1 C．阳极电极反应式为2H2O＋4e－===4H＋＋O2↑ D．当转移0.4 mol e－时，电解生成的铜为6.4 g 答案　D 解析　A项，惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，发生反应2CuSO4＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))2Cu＋O2↑＋2H2SO4，结合图像可知，通过0.2 mol电子时电解硫酸铜，然后电解硫酸溶液，实质是电解水，溶液pH在电解过程中是减小，故A错误；B项，到Q点时收集到的混合气体为氢气和氧气，P点1.12 L为O2，PQ段3.36 L气体中，由电解水反应可知0.2 mol电子通过时生成0.1 mol H2、0.05 mol O2，Q点收集到的气体中H2和O2体积比为1∶1，故B错误；C项，电解过程中阳极上是溶液中的氢氧根离子放电，4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故C错误；D项，电解过程中的阴极上，先发生Cu2＋＋2e－===Cu，后发生2H＋＋2e－===H2↑，a电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生，分析图像可知转移0.2 mol电子阴极析出铜0.1 mol，质量为6.4 g，故D正确。 2．(2016·宁波效实中学高一下学期期中)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则下列说法正确的是(　　) A．电解过程中阴极没有气体产生 B．电解过程中转移的电子的物质的量为0.4 mol C．原CuSO4溶液的浓度为0.1 mol·L－1 D．电解过程中阳极收集到的气体体积为1.12 L(标况下) 答案　B 解析　Cu(OH)2从组成上可看成CuO·H2O，加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH，即电解生成了0.1 mol H2SO4，并电解了0.1 mol H2O，由电解的总反应式： 2H2O ＋ 2CuSO4eq \o(=====,\s\up7(通电))2Cu＋O2↑＋2H2SO4转移电子 2 mol　　2 mol　　　　　 1 mol　　　　 4 mol 0．1 mol　0.1 mol　　　　 0.05 mol　　　 0.2 mol 2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑　　转移电子 2 mol　　 2 mol　1 mol　　4 mol 0．1 mol　0.1 mol 0.05 mol 0.2 mol A项，根据以上分析，阴极有氢气放出，故A错误；B项，根据以上分析计算，电解过程中共转移电子为0.4 mol，故B正确；C项，没有体积无法计算，故C错误；D项，根据以上分析，阳极收集到的气体体积为(0.05＋0.05)mol×22.4 L·mol－1＝2.24 L，故D错误。 题组二　根据电子守恒，突破电解池的“串联”计算 3．甲醇是一种重要的化工原料和新型燃料。 下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相等。 (1)甲中负极的电极反应式为________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (2)乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为______。 (3)丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如下图，则图中②线表示的是______的变化。 答案　(1)CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \o\al(2－,3)＋6H2O　(2)2.24 L　(3)Fe2＋ 解析　(1)甲醇燃料电池是原电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，电极反应为CH3OH－6e－＋8OH－===COeq \o\al(2－,3)＋6H2O。(2)工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相等，分析电极反应，B为阴极，溶液中铜离子析出，氢离子得到电子生成氢气，设生成气体物质的量为x，溶液中铜离子物质的量为0.1 mol，电极反应为 Cu2＋　＋　2e－===Cu， 0.1 mol 0.2 mol 2H＋　＋　2e－===H2↑， 2x　　　　2x x A电极为阳极，溶液中的氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑， 4x　　 4x x 得到0.2＋2x＝4x， x＝0.1 mol 乙中A极析出的气体是氧气，物质的量为0.1 mol，在标准状况下的体积为2.24 L。(3)根据转移电子的物质的量和金属阳离子的物质的量的变化可知，铜离子从无到有逐渐增多，铁离子物质的量逐渐减小，亚铁离子物质的量逐渐增大，①为Fe3＋，②为Fe2＋，③为Cu2＋。 4．(2016·宁波效实中学高一下学期期中)如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入足量0.05 mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入足量0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的量之比是(　　) A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1 C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1 答案　A 解析　根据电解方程式：A池中，阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu；B池中电极方程式为4AgNO3＋2H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))4Ag↓＋4HNO3＋O2↑，阳极发生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极Ag＋＋e－===Ag，根据电子守恒，假设转移4 mol电子，A池中阳极b生成2 mol氯气，阴极a生成2 mol Cu，B池中阳极d生成1 mol氧气，阴极c生成4 mol Ag，所以a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是2∶2∶4∶1，故选A。 　串联装置图比较 图甲中无外接电源，二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置)，为电解装置提供电能，其中两个电极活动性差异大者为原电池装置，即左图为原电池装置，右图为电解装置。图乙中有外接电源，两烧杯均作电解池，且为串联电解，通过的电流相等。 专题强化练 1．(2016·绍兴第一中学高二下学期期末)下图为含有少量Zn杂质的粗银电解精炼银的示意图。 (1)________(填a或b)极为含有杂质的粗银。 (2)电解一段时间后电解液中c(Ag＋)浓度________(填“变大”、“变小”或“不变”)。 (3)若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为_______________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)a (2)变小 (3)NOeq \o\al(－,3)＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O或NOeq \o\al(－,3)＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O 解析　(1)电解精炼银时粗银与电源的正极相连，作阳极，纯银与电源的负极相连，作阴极，即a极为含有杂质的粗银。(2)由于粗银中含有杂质，杂质放电，而阴极始终是银离子放电，所以电解一段时间后电解液中c(Ag＋)浓度变小。(3)若b极有少量红棕色气体生成，气体是二氧化氮，说明硝酸根放电，电极反应式为NOeq \o\al(－,3)＋e－＋2H＋===NO2↑＋H2O或NOeq \o\al(－,3)＋3e－＋4H＋===NO↑＋2H2O。 2．(2016·温州中学高二上学期期末)工业上常用高浓度的K2CO3溶液吸收CO2得溶液X，再利用电解法使K2CO3溶液再生，其装置示意图如下： (1)在阳极区发生的反应包括________________________________________________ 和H＋＋HCOeq \o\al(－,3)===H2O＋CO2↑。 (2)简述COeq \o\al(2－,3)在阴极区再生的原理___________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)HCOeq \o\al(－,3)存在电离平衡：HCOeq \o\al(－,3)H＋＋COeq \o\al(2－,3)，阴极H＋放电，浓度减小平衡右移，COeq \o\al(2－,3)再生(或溶液中H＋放电，增大了OH－浓度，与HCOeq \o\al(－,3)反应，从而使COeq \o\al(2－,3)再生) 解析　(1)分析装置图与电源正极相连的为电解池的阳极，与电源负极相连的为电解池的阴极，阳极上是氢氧根离子失电子生成氧气，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(2)HCOeq \o\al(－,3)存在电离平衡：HCOeq \o\al(－,3)H＋＋COeq \o\al(2－,3)，在阴极区，溶液中H＋放电，使平衡右移(或 H＋放电，OH－浓度增大，OH－与HCOeq \o\al(－,3)反应生成COeq \o\al(2－,3)，所以COeq \o\al(2－,3)在阴极区再生)。 3．(2016·温州市平阳县第二中学高二上学期第一次质检)Ⅰ.钢铁的电化学腐蚀原理，在酸性环境中发生析氢腐蚀，在中性或碱性环境中发生吸氧腐蚀。 (1)写出图1中石墨电极的电极反应式： _______________________________________。 (2)将该装置作简单修改即可成为钢铁电化学防护的装置，请在图1虚线框内所示位置作出修改，并用箭头标出导线中电子流动方向。 Ⅱ.电化学原理在化学工业中有广泛的应用，请根据如图回答问题。 (1)装置A中的Y电极为________极，X电极的电极反应式为___________________ ________________________________________________________________________， 工作一段时间后，电解质溶液的pH将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)若装置B中a为石墨电极、b为铁电极，W为饱和食盐水(滴有几滴酚酞)，则铁电极的电极反应式为______________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 电解一段时间后若要恢复原溶液的成分和浓度，应该采用______________________的办法。 (3)若利用装置B进行铜的精炼，则a电极的材料为________，工作一段时间后装置B电解液中c(Cu2＋)将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)若装置B中a为Ag棒，b为铜棒，W为AgNO3溶液，工作一段时间后发现铜棒增重2.16 g，则流经电路的电子的物质的量为________。 答案　Ⅰ.(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2) Ⅱ.(1)正极　H2－2e－＋2OH－===2H2O　减小 (2)2H＋＋2e－===H2↑　通入适量HCl (3)粗铜　减小 (4)0.02 mol 解析　Ⅰ.(1)电解质为NaCl溶液，呈中性，发生吸氧腐蚀。负极上铁失电子发生氧化反应，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 (2)Fe作电解池的阴极被保护，所以给该装置加外接电源，而且负极与铁相连，电子从电源的负极流向铁，其图为。 Ⅱ.(1)装置A为氢气燃料电池，燃料在负极发生氧化反应，H2－2e－＋2OH－===2H2O；因反应生成水，导致电解质溶液pH减小。(2)根据图知，Y是正极，b是阴极，电解饱和食盐水时，阴极上氢离子放电生成氢气。2H＋＋2e－===H2↑，因为电解过程中放出氢气和氯气，所以要恢复原溶液的成分和浓度，应通入适量的HCl。 (3)电解法精炼铜时，粗铜为阳极，精铜为阴极，所以阳极材料是粗铜；阳极上失电子变成离子进入溶液，因作阳极的粗铜中的铜和比铜活泼的金属都失去电子进入溶液，阴极溶液中Cu2＋得到电子沉积在阴极上，所以，为阳极连接粗铜，电解一段时间后，溶液中铜离子浓度在减小。(4)装置为电镀装置，铜棒增重2.16 g，为Ag的质量，生成n(Ag)＝eq \f(2.16 g,108 g·mol－1)＝ 0.02 mol，转移电子0.02 mol。 4．(2016·宁波效实中学高一下学期期中)工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。 (1)若采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2会与NaOH充分接触，导致产物仅是NaClO和H2。无隔膜法电解冷的食盐水相应的离子方程式为___________________________。 (2)氯碱工业耗能高，一种将电解池与燃料电池组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，甲、乙所用的离子膜为同一类型。 ①甲中的离子交换膜为________________(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。 ②经精制的饱和NaCl溶液应从图中电解池的________(填写“左”或“右”)池注入。 ③图中X是________(填化学式)；乙中右室的电极反应式为____________________， ④图示中氢氧化钠溶液质量分数a%与b%的关系是____________________________ (填字母)。 A．a%＝b% B．a%＞b% C．a%＜b% 答案　(1)Cl－＋H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))ClO－＋H2↑ (2)①阳离子交换膜　②左　③Cl2　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　④C 解析　(1)电解饱和食盐水产物是氢氧化钠、氢气和氯气，氯气还可以和氢氧化钠反应得到氯化钠、次氯酸钠和水，整个过程发生的反应是Cl－＋H2Oeq \o(=====,\s\up7(通电))ClO－＋H2↑。 (2)①根据题意：装置中所用的离子膜都只允许阳离子通过，所以均是阳离子交换膜。②根据物质的转化情况，电解池的左池是电解食盐水得到稀的氯化钠溶液，所以经精制的饱和NaCl溶液应从图中电解池的左池进入。③在燃料电池中，氧气作正极，所以通入空气的电极是正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，通入燃料的电极是负极，即产生Y的电极是阴极，产生的是氢气，在X处产生的是氯气。④氢氧燃料电池正极区消耗水，生成氢氧根离子，所以a%＜b%。 5．(2016·宁波效实中学高一下学期期中)用甲烷燃料电池电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，其装置如下图： 理论上ⅱ中两极所得气体的体积随时间变化的关系如坐标图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，写出在t1后，石墨电极上的电极反应式_________________________； 原NaCl溶液物质的量浓度为________；原CuSO4溶液物质的量浓度为________。 答案　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)　0.1 mol·L－1　0.1 mol·L－1 解析　电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，阳极发生2Cl－－2e－===Cl2↑、 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，阴极发生Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，结合图可知，Ⅰ为阴极气体体积与时间的关系，Ⅱ为阳极气体体积与时间的关系，产生氯气为224 mL，则由2Cl－－2e－===Cl2↑可知， n(NaCl)＝eq \f(0.224 L,22.4 L·mol－1)×2＝0.02 mol，所以c(NaCl)＝eq \f(0.02 mol,0.2 L)＝0.1 mol·L－1，由t2时生成氧气为112 mL，n(O2)＝eq \f(0.112 L,22.4 L·mol－1)＝0.005 mol，则共转移电子为0.02 mol＋0.005 mol×4＝ 0.04 mol，根据电子守恒及Cu2＋＋2e－===Cu可知，n(CuSO4)＝eq \f(0.04 mol,2)＝0.02 mol，所以c(CuSO4)＝eq \f(0.02 mol,0.2 L)＝0.1 mol·L－1。 PAGE 16