学案7 电化学基础最新考纲展示 1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。基础回扣1．按如图所示装置进行实验，并回答下列问题。(1)判断装置的名称：A池为________，B池为________。(2)锌极为____极，Cu2＋在溶液中向________(填“Zn”或“Cu”)极运动。(3)电极反应式正极________________________________________________________________________，负极________________________________________________________________________。(4)若溶液X为滴有酚酞的KCl溶液①石墨棒C1的电极反应式为______________________，石墨棒C2附近发生的实验现象为__________________________，溶液中的K＋向__________(填“C1”或“C2”)电极移动；②当C2极析出224mL气体(标准状况时)，锌的质量变化________(填“增加”或“减少”)________g，此时B中的溶液的体积为200mL，则pH为________。(5)若溶液X为CuSO4溶液(足量)①B池中总反应的离子方程式为______________________________________________；②反应一段时间后，A池中Cu电极增重3.2g，要使B池溶液恢复到起始状态，向溶液中加入适量的________，其质量为________g。答案 (1)原电池 电解池 (2)负 Cu(3)Cu2＋＋2e－===Cu Zn－2e－===Zn2＋(4)①2Cl－－2e－===Cl2↑ 产生无色气泡，溶液变红 C2 ②减少 0.65 13(5)①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋②CuO 4(或CuCO3 6.2)19\n2．如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于____(填“化学”或“电化学”)腐蚀。(2)若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生__________腐蚀，正极反应式为________________________________________________________________________。(3)若试管内液面下降，则原溶液呈____性，发生__________腐蚀，正极反应式为________________________。答案 (1)电化学(2)弱酸或中 吸氧 O2＋2H2O＋4e－===4OH－(3)较强的酸 析氢 2H＋＋2e－===H2↑3．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”(1)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化( )(2)电解法精炼铜时，用纯铜作阳极( )(3)在镀件上镀铜时，电镀液中c(Cu2＋)几乎不变( )(4)电解法精炼铜时，电解质溶液中各离子浓度基本不变( )(5)金属作原电池的负极时被保护( )(6)生活、生产中钢铁被腐蚀的原理主要是负极发生反应：Fe－3e－===Fe3＋( )(7)电解饱和食盐水时，电子的流向由负极→外电路→阴极→食盐水溶液→阳极→正极( )(8)在浓硝酸中插入用导线连接的铝板和铜板，铝板为负极( )(9)电镀时只能用镀层金属作阳极( )(10)工业上可用电解MgCl2、AlCl3溶液的方法制取Mg和Al( )答案 (1)√ (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)× (7)× (8)× (9)× (10)×题型1 电化学原理的核心——电极判断与方程式的书写1．(2022·广东理综，11)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则( )A．电流方向：电极Ⅳ→A→电极ⅠB．电极Ⅰ发生还原反应C．电极Ⅱ逐渐溶解D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu19\n答案 A解析 当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的作原电池，其他池作电解池，由此可知图示中左边两池组成原电池，右边组成电解池。A项，电子移动方向：电极Ⅰ→A→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，正确；B项，原电池负极在工作中失电子，被氧化，发生氧化反应，错误；C项，原电池正极为得电子一极，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，错误；D项，电解池中阳极为非惰性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，因为电极Ⅱ为正极，因此电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，错误。2．(2022·浙江理综，11)镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO下列说法正确的是( )A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液答案 A解析 A项，放电过程中，NiOOH得电子，化合价降低，发生还原反应，该项正确；B项，充电过程中发生电解池反应，OH－从阴极向阳极迁移，该项错误；C项，充电过程中，阴极M得到电子，M被还原，H2O中的H化合价没有发生变化，该项错误；D项，NiMH在KOH溶液、氨水中会发生氧化还原反应，该项错误。3．[2022·四川理综，11(4)]MnO2可作超级电容器材料。用惰性电极电解MnSO4溶液可制得MnO2，其阳极的电极反应式是______________________________________________。答案 Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋解析 用惰性电极电解MnSO4溶液制取MnO2时，在阳极上Mn2＋失电子后生成MnO2，根据电荷守恒和原子守恒可得电极反应式Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋。4．[2022·江苏，20(1)]将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：19\nS2－－2e－===S (n－1)S＋S2－===S①写出电解时阴极的电极反应式：________________________________________________________________________；②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成________________________________________________________________________。答案 ①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑解析 ①在阴极电解质溶液是NaOH，同时图示显示产生了H2，因此阴极发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；②加入H2SO4后，H＋与S反应生成S和H2S。1．原电池电极反应式的书写(1)一般电极反应式的书写(2)复杂电极反应式的书写复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O……总反应式2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO……负极反应式2．电解池电极反应式的书写步骤19\n(一)原电池中电极的判断及反应式的书写1．小明同学在查阅资料时发现了一种电池结构如图所示，当光照在表面涂有氯化银的银片上时：AgCl(s)Ag(s)＋Cl(AgCl)[Cl(AgCl)表示生成的氯原子吸附在氯化银表面]，接着Cl(AgCl)＋e－―→Cl－(aq)，若将光源移除，电池会立即恢复至初始状态。下列说法中不正确的是(双选)( )A．Ag电极是电池的负极B．光照时，Pt电极发生的反应为Cu＋－e－===Cu2＋C．光照时，Cl－向Ag电极移动D．光照时，电池总反应为AgCl(s)＋Cu＋(aq)Ag(s)＋Cu2＋(aq)＋Cl－(aq)答案 AC解析 光照时AgCl得电子最终生成Ag和Cl－，所以Ag电极是正极；Pt电极为负极发生失电子的反应，依据还原性强弱可知Cu＋－e－===Cu2＋，两式相加可知D选项正确；由阴离子由负极移动可知C选项错误。2．固体氧化燃料电池(SOFC)的工作原理如图所示，已知电池中电解质为熔融固体氧化物，O2－可以在其中自由移动。下列有关说法合理的是( )A．电极b为电池负极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－B．固体氧化物的作用是让电子在电池内通过C．若H2作为燃料气，接触面上发生的反应为H2＋OH－－2e－===H＋＋H2OD．若C2H4作为燃料气，接触面上发生的反应为C2H4＋6O2－－12e－===2CO2＋2H2O19\n答案 D解析 负极应该发生氧化反应，b极应为电池正极，A错；电子在外电路中通过，O2－通过固体氧化物定向移动，B错；燃料在接触面上与O2－反应，失去电子，C错、D正确。3．(2022·德州模拟)如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。(1)若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为________________，负极上的电极反应式为__________。(2)若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生________(填“氧化”或“还原”)反应，负极上的电极反应式为______________。(3)若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为__________，正极上的电极反应式为______________。(4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑________________。答案 (1)Al Mg－2e－===Mg2＋(2)还原 Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O(3)铝―→铜 2H＋＋NO＋e－===H2O＋NO2↑(4)电解质的性质解析 (1)镁、铝均能与CuCl2溶液反应，但镁比铝活泼，故镁失去电子作负极。(2)铝能与NaOH溶液反应而镁不能，铝作负极失去电子变成AlO，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。(3)常温下铝在浓硝酸中发生钝化，故铜失去电子作负极，正极上是NO得到电子生成NO2。(二)组合装置中电极判断与反应式书写4．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后(电解液足量)，a极附近溶液显红色。下列说法正确的是( )A．a是负极，b是正极B．CuSO4溶液的pH逐渐减小19\nC．铜电极上的反应式为Cu－2e－===Cu2＋D．向NaCl溶液中加入一定量的盐酸，能使溶液与原来溶液完全一样答案 C解析 a、b都是惰性电极，通电一段时间后，a极附近溶液显红色可知a是电解池的阴极，b是电解池的阳极，所以X为电源的负极，Y为电源的正极；电解CuSO4溶液，阳极是Cu棒，不是惰性电极，所以Cu失电子生成Cu2＋进入溶液中，该电解池实质上是电镀池，所以CuSO4溶液的pH几乎不变；恢复溶液时的原则：失去什么加什么，所以向NaCl溶液中应该通入一定量的HCl气体。5．某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是( )A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H＋＋2Cl－Cl2↑＋H2↑B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极答案 D解析 解答本题时应特别注意，金属Cu在电解池和原电池中作何种电极。当断开K2，闭合K1时为电解池，由于两极都有气泡冒出，故相当于惰性电极电解饱和食盐水，故铜作阴极而石墨作阳极，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解池总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，A、B均错；当断开K1，闭合K2时组成原电池，铜作负极而石墨作正极，铜电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故C错而D正确。6．在下列装置中，MSO4和NSO4是两种常见金属的易溶盐。当K闭合时，SO从右到左通过交换膜移向M极，下列分析正确的是( )19\nA．溶液中c(M2＋)减小B．N的电极反应式：N===N2＋＋2e－C．X电极上有H2产生，发生还原反应D．反应过程中Y电极周围生成白色胶状沉淀答案 C解析 当K闭合时，根据SO的移向，可判断M极为负极，N极为正极，Y为阳极，X为阴极，电极反应式分别为负极：M－2e－===M2＋，正极：N2＋＋2e－===N；阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。在X极(阴极)附近发生Al3＋＋3OH－===Al(OH)3↓，只有C项正确。题型2 新型电源的工作原理1．(2022·北京理综，8)下列电池工作时，O2在正极放电的是( ) A．锌锰电池 B．氢燃料电池 C．铅蓄电池 D．镍镉电池答案 B解析 锌锰电池中，正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－，MnO2在正极放电，A错误；氢燃料电池中，正极反应(酸性条件下)：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，O2在正极放电，B正确；铅蓄电池中，正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，PbO2在正极放电，C错误；镍镉电池中，正极反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，NiOOH在正极放电，D错误。2．(2022·天津理综，6)已知：锂离子电池的总反应为LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2锂硫电池的总反应为2Li＋SLi2S有关上述两种电池说法正确的是( )A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应C．理论上两种电池的比能量相同D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电19\n答案 B解析 锂离子电池放电时，为原电池，阳离子Li＋移向正极，A错误；锂硫电池充电时，为电解池，锂电极发生还原反应生成Li，B正确；电池的比能量是指参与电极反应的单位质量的电极材料放出电能的多少，两种电池材料不同，显然其比能量不同，C错误；由图可知，锂离子电池的电极材料为C和LiCoO2，应为该电池放电完全所得产物，而锂硫电池的电极材料为Li和S，应为该电池充电完全所得产物，故此时应为锂硫电池给锂离子电池充电的过程，D错误。3．(2022·新课标全国卷Ⅱ，12)2022年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )A．a为电池的正极B．电池充电反应为LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLiC．放电时，a极锂的化合价发生变化D．放电时，溶液中Li＋从b向a迁移答案 C解析 图示所给出的是原电池装置。A项，由图示分析，金属锂易失电子，由原电池原理可知，含有锂的一端为原电池的负极，即b为负极，a为正极，故正确；B项，电池充电时为电解池，反应式为原电池反应的逆反应，故正确；C项，放电时，a极为原电池的正极，发生还原反应的是锰元素，锂元素的化合价没有变化，故不正确；D项，放电时为原电池，锂离子应向正极(a极)迁移，故正确。1．(2022·丰台一模)一种太阳能电池的工作原理如下图所示，电解质为铁氰化钾K3[Fe(CN)6]和亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]的混合溶液，下列说法不正确的是( )19\nA．K＋移向催化剂bB．催化剂a表面发生的化学反应：[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－C．Fe(CN)在催化剂b表面被氧化D．该池溶液中的[Fe(CN)6]4－和[Fe(CN)6]3－浓度基本保持不变答案 C解析 根据电子的流向，左电极为负极，右电极为正极，K＋移向正极，A项正确；负极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，正极反应式为[Fe(CN)6]3－＋e－===[Fe(CN)6]4－，B、D项正确；[Fe(CN)6]3－在催化剂b表面被还原，C项错误。2．(2022·新课标全国卷Ⅱ，11)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是( )A．电池反应中有NaCl生成B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C．正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动答案 B解析 结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。A项，负极反应为Na－e－===Na＋，正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有NaCl生成；B项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；C项，正极上NiCl2发生还原反应，电极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D项，钠在负极失电子，被氧化生成Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。3．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池以空气中的氧气为氧化剂，以KOH溶液为电解质溶液。下列关于该电池的叙述正确的是( )19\nA．b极发生氧化反应B．a极的反应式为N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2OC．放电时，电流从a极经过负载流向b极D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜答案 B解析 由图知左侧N2H4生成N2，发生氧化反应，则a为负极，右侧空气中的氧气得电子，发生还原反应，则b为正极。负极消耗OH－，正极产生OH－，因而用OH－维持电荷守恒，起导电作用。题型3 电解规律的不寻常应用1．(2022·海南，3)以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是( )A．阴极附近溶液呈红色B．阴极逸出气体C．阳极附近溶液呈蓝色D．溶液的pH变小答案 D解析 以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。2．[2022·重庆理综，11(4)]一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。①导线中电子移动方向为________。(用A、D表示)②生成目标产物的电极反应式为________________________________________________。19\n③该储氢装置的电流效率η＝________。(η＝生成目标产物消耗的电子数/转移的电子总数×100%，计算结果保留小数点后1位)答案 ①A→D ②C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12③64.3%解析 由图可知，苯转化为环己烷的过程是加氢过程，发生还原反应，故为阴极反应，所以A为电源的负极，B为电源的正极。①电子从负极流向阴极，即A→D。②该装置的目标是从苯到环己烷实现储氢，电极反应式为C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12。③阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成2.8mol氧气，失去11.2mol电子。电解过程中通过阴、阳极的电子数目相等，即阴极得到电子也为11.2mol。阴极除生成环己烷外，还生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，由题意可知，2n(H2)＋6n(C6H12)＝11.2mol，[10mol＋n(H2)]×10%＝10mol×24%－n(C6H12)；解得n(H2)＝2mol，n(C6H12)＝1.2mol，故生成1.2molC6H12时转移电子1.2mol×6＝7.2mol，电流效率η＝×100%≈64.3%。3．[2022·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：①写出阳极的电极反应式______________________________________________________。②分析产品室可得到H3PO2的原因_______________________________________________________________________________________________________________________。③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有____________杂质。该杂质产生的原因是________________________________________________________________________。答案 ①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2③PO H2PO或H3PO2被氧化解析 ①阳极发生氧化反应，在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。19\n②H2O放电产生H＋，H＋进入产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应：H＋＋H2POH3PO2。③如果撤去阳膜，H2PO或H3PO2可能被氧化。4．[2022·山东理综，30(1)]离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为________________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。答案 负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2解析 在钢制品上电镀铝，故钢制品应作阴极，与电源的负极相连；因为电镀过程中“不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应”，Al元素在熔融盐中以Al2Cl和AlCl形式存在，则电镀过程中负极上得到电子的反应是4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；在水溶液中，得电子能力：H＋>Al3＋，故阴极上发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑。“六点”突破电解池(1)分清阴、阳极，与电池正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。(3)注意放电顺序。(4)书写电极反应式，注意得失电子守恒。(5)正确判断产物①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)>含氧酸根>F－。②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋(6)恢复原态措施电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。(一)应用电解原理制备物质19\n1．下图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( )A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动D．石墨电极的质量不发生变化答案 B解析 电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D错误，只有B正确。2．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)实验电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率。总反应式为N2＋3H22NH3。则在电解法合成氨的过程中，应将H2不断地通入______(填“阴”或“阳”)极；向另一电极通入N2，该电极的反应式为________________。答案 阳 N2＋6H＋＋6e－===2NH3解析 合成氨反应中H2被氧化，作阳极；N2被还原，作阴极，注意SCY能传递H＋，应用H＋调平电荷。3．该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法，可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。(1)该电解槽的阳极反应为______________。此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。(2)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因____________________。(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应为________________。答案 (1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 小于19\n(2)H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大(3)O2＋2H2O＋4e－===4OH－解析 依据电荷守恒，通过阳离子交换膜的K＋应是通过阴离子交换膜的SO的2倍。(二)材料处理4．以NiSO4溶液为电解质溶液进行粗镍(含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是________(填代号)。(已知氧化性：Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)a．电解过程中，化学能转化为电能b．粗镍作阳极，发生还原反应c．利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属d．粗镍精炼时通过的电量与阴极析出镍的质量成正比答案 cd5．将铝件与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使Al(OH)3分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。某校课外兴趣小组根据上述原理，以铝件和铁棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。(1)铝件表面形成Al(OH)3的电极反应式是________________________________。(2)电解过程中，必须使电解液pH保持相对稳定(不能太大，也不能太小)的原因是______________________________________________。(3)用NaHCO3溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式为____________________________________。答案 (1)Al－3e－＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑(2)Al(OH)3、Al2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的Al2O3薄膜溶解 (3)HCO＋OH－===CO＋H2O解析 因为铝要生成Al(OH)3，铝件应作阳极，铁棒作阴极，NaHCO3溶液为电解液。由于Al(OH)3、Al2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的Al(OH)3或Al2O3薄膜溶解。碳酸氢钠能与碱反应：HCO＋OH－===CO＋H2O，所以会减缓阴极区溶液pH的增大。(三)废水处理19\n6．某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如右，下列说法不正确的是( )A．A为电源正极B．阳极区溶液中发生的氧化还原反应为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2OC．阴极区附近溶液pH降低D．若不考虑气体的溶解，当收集到H213.44L(标准状况)时，有0.1molCr2O被还原答案 C解析 根据图示，A作阳极，B作阴极，电极反应式为阳极：Fe－2e－===Fe2＋阴极：2H＋＋2e－===H2↑然后，Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O由于在阴极区c(H＋)减小，pH增大。根据6H2～6Fe2＋～Cr2O得，当有13.44L(标准状况)H2放出时，应有0.1molCr2O被还原。7．Ⅰ.某同学用FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。(1)FeCl3与H2S反应的离子方程式为____________________________________。(2)电解池中H＋在阴极放电产生H2，阳极的电极反应为__________________。Ⅱ.电化学降解NO的原理如图所示。(1)电源正极为________(填“A”或“B”)，阴极反应为____________________。(2)若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为________g。答案 Ⅰ.(1)2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋ (2)Fe2＋－e－===Fe3＋Ⅱ.(1)A 2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ (2)14.4解析 Ⅰ.(1)由题意可写出FeCl3与H2S反应的离子方程式2Fe3＋＋H2S===2Fe2＋＋S↓＋2H＋。(2)电解FeCl2溶液时，阳极电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋。Ⅱ.(1)图中NO在AgPt电极附近转化成N2，说明NO在该极得电子，则AgPt电极作阴极，B为负极，A为正极。阴极反应为2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－。(2)阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当转移2mol电子时，左侧生成16gO2，同时有2molH＋向右侧移动，所以左侧溶液质量减少了16g＋2g＝18g；右侧生成5.6gN219\n，同时质量又增加了2molH＋，所以右侧溶液质量减少了3.6g，两侧质量变化差为18g－3.6g＝14.4g。题型4 金属的腐蚀与防护1．[2022·福建理综，24(1)]右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。①该电化腐蚀称为____________。②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是__________(填字母)。答案 ①吸氧腐蚀 ②B解析 ①金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，腐蚀得越严重。2．[2022·广东理综，32(5)]石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成下图防腐示意图，并作相应标注。答案 抓住金属腐蚀的本质，依据金属活动性顺序进行判断。(1)常见的电化学腐蚀有两类：①形成原电池时，金属作负极，大多数是吸氧腐蚀；②形成电解池时，金属作阳极。19\n(2)金属防腐的电化学方法：①原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。注意：此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。②电解池原理——外加电流的阴极保护法：被保护的金属与原电池负极相连，形成电解池，作阴极。1．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(双选)( )A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B．一段时间后，b管液面高于a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 BC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处、b处的pH均增大，C错误。2．下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是( )19\nA．图1中，铁钉易被腐蚀B．图2中，滴加少量KSCN溶液，生成红色沉淀C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极答案 C解析 图1为干燥环境，不易腐蚀；图2中，Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与SCN－不能生成红色物质，即使是Fe3＋与SCN－生成的也不是红色沉淀；D项为牺牲阳极的阴极保护法，镁为负极。3．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为__________________。(2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是__________________。在此过程中，两个电极上质量的变化值：阴极__________阳极(填“>”、“<”或“＝”)。(3)利用右图所示的装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________(填“M”或“N”)处。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为________________。答案 (1)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ (2)能向电镀液中不断补充Cu2＋，使电镀液中的Cu2＋浓度保持恒定 ＝ (3)N 牺牲阳极的阴极保护法解析 (1)阳极铝被氧化成Al2O3，反应过程中有水参加，故电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋。(2)电镀时，为保证阴极上只有铜析出，就要确保电镀过程中溶液中有足够多的Cu2＋，因此阳极就需要不断地溶解铜，以补充电镀液中的Cu2＋。(3)铁被保护，可以作原电池的正极或电解池的阴极。故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁作正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。19
