新教材(广西专版)高考化学一轮复习第6章化学反应与能量第3讲电解池金属的腐蚀与防护课件

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1.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。2.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害。了解防止金属腐蚀的措施。
一、电解原理及规律1.电解和电解池 非自发进行的氧化还原反应能够通过电解原理实现(1)电解:使　电流　通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起　氧化还原反应　的过程。 (2)电解池:使　电能　转化为　化学能　的装置。 2.电解池的构成条件(1)有与　电源　相连的两个电极。 (2)两个电极插入　电解质溶液　(或　熔融电解质　)中。 (3)形成　闭合回路　。 
3.电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
“阳极”连正极,“阴极”连负极
注意: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。
4.电解时两极粒子的放电顺序
5.惰性电极电解电解质溶液的情况分析
(1)电解电解质型:电解溶质
(2)放H2生碱型:电解溶质和溶剂水,生成H2和碱
(3)电解水型:电解溶剂水
(4)放O2生酸型:电解溶质和溶剂水,生成O2和酸
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)电解质溶液的导电过程一定发生了化学变化。(　√　)(2)用Cu作为电极电解盐酸可发生反应Cu+2H+ Cu2++H2↑。(　√　)(3)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极。(　×　)(4)电解时,电解质溶液中阳离子移向阳极,发生还原反应。(　×　)
应用提升 电解是强有力的氧化还原反应手段,可以使非自发的氧化还原反应发生,如根据金属活泼性顺序表,Cu和稀硫酸不反应,但是若Cu作阳极,C作阴极,稀硫酸作电解质溶液,通入直流电就可以实现该反应。该电解的阳极反应:
二、电解原理在工业生产中的应用1.电解饱和食盐水——氯碱工业 产物氯气和NaOH是重要的化工原料
阳极反应:　2Cl--2e- === Cl2↑　(　氧化　反应) 阴极反应:　2H2O+2e- === H2↑+2OH-　( 还原 反应) 总反应:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
2.电镀与电解精炼铜
3.电冶金 电解法冶炼的金属都是活泼性很强的金属
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)在镀件上镀铜时,也可以用惰性材料作为阳极,用硫酸铜溶液作为电解质溶液。(　√　) (2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。(　×　)(3)电解精炼时,得到的阳极泥可以是提炼贵重金属的原料。(　√　)(4)用Zn为阳极,Fe为阴极,ZnCl2溶液为电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌。(　×　)应用提升 由于AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电,所以电解冶炼铝时,电解的为熔点很高的氧化铝,为降低熔化温度,加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6);而且电解过程中,阳极生成的氧气会与石墨电极反应,所以石墨电极需不断补充。
三、金属的腐蚀与防护1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较金属原子均失电子,区别在于是否产生电流
2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
易错辨析 判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。(　×　)(2)铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀。(　×　)(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+。(　×　)(4)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(　×　)(5)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈。(　√　)(6)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。(　×　)(7)在船体外嵌入锌块,可以减缓船体的腐蚀,属于牺牲阴极法。(　×　)(8)在潮湿的空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀。(　×　)
应用提升 (1)银器变黑原因是银属于相对不稳定元素,在空气氧化性氛围中产生硫化银膜,久而久之会扩散成片,变成黑色。(2)铁锈的形成过程:4Fe(OH)2+O2+2H2O === 4Fe(OH)3;2Fe(OH)3 === Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。
考向1.电解池的工作原理典例突破电致变色器件可智能调控太阳光透过率,从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时,Ag+注入无色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈现蓝色。对于该变化过程,下列叙述错误的是(　　)A.Ag为阳极B.Ag+由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为WO3+xAg === AgxWO3
答案 C解析 由题意知,银电极为阳极,Ag失电子生成Ag+,Ag+移向阴极与WO3反应生成AgxWO3,则总反应为WO3+xAg === AgxWO3,反应过程中W元素的化合价降低,A、B、D正确,C错误。
针对训练1.(2022广东卷)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(　　)A.阴极发生的反应为Mg-2e- === Mg2+B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等
答案 C解析 阴极应该发生得电子的还原反应,Mg在阳极失电子生成Mg2+,A错误;Al在阳极上被氧化生成Al3+,B错误;阳极材料中的Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,C正确;因为阳极除了铝参与电子转移,镁也参与电子转移,且还会形成阳极泥,而阴极只有铝离子得电子生成铝单质,根据电荷守恒及元素守恒可知,阳极与阴极的质量变化不相等,D错误。
2.利用石墨电极电解HNO3和HNO2的混合溶液可获得较浓的硝酸。其工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)A.a为电源的正极B.电解池中的离子交换膜应为阴离子交换膜C.阳极的电极反应为HNO2+2e-+H2O === 3H++D.每2 ml离子通过离子交换膜,左室产生的气体X的体积为22.4 L(标准状况)
3.乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用C.制得2 ml乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 ml电子D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
考向2.电极反应的书写典例突破(1)电催化氮气还原合成氨是一种常温常压条件下利用水作为氢源的低碳环保路线,如图是电催化合成氨装置示意图。
①a电极应该连接电源　 　极。 ②电催化合成氨的化学方程式为　 。 
(2) 内酯也可以通过电化学合成。以石墨电极为阳极,铂电极为阴极, CH3CN作为溶剂,LiClO4作为电解质,经电解合成内酯的总反应如下:
①产生H2的电极为　　(填“石墨电极”或“铂电极”);通电一段时间后,溶液中向铂电极迁移的离子为　 。 ②写出石墨电极上的电极反应: 。 
针对训练1.按要求书写电极反应式和总反应方程式:(1)用惰性电极电解CuSO4溶液阳极反应式: 　　　　　　　 　　　　　　　　; 阴极反应式: 　　　　　　　 　　　　　　　　; 总反应离子方程式: 　　　　　　　 　　　　　　　　。 (2)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜阳极反应式:　 　　　　　　　 　　　　　　　; 阴极反应式: 　　　　　　　 　　　　　　　　; 总反应方程式: 　　　　　　　 　　　　　　　　。 
(3)(2023湖南株洲一模,节选)一种以甲醇和二氧化碳为原料,利用活性催化电极,电化学法制备甲酸(甲酸盐)的电化学装置的工作原理如图所示。
写出电解过程中阴极表面发生的电极反应式:  　。 
(4)(2023北京东城模拟,节选)利用电化学装置可实现CO2和CH4两种分子的耦合转化,其原理如图所示。
装置工作时,电极A应连接电源的　　(填“正”或“负”)极,电极A的电极反应式为　 。 
答案 (1)2H2O-4e- === 4H++O2↑　Cu2++2e- === Cu　2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+(2)2Al-6e-+3H2O === Al2O3+6H+　2H++2e- === H2↑　2Al+3H2O Al2O3+3H2↑(3)CO2+2e-+ === HCOO-+(4)负　CO2+2e-+2H+ === CO+H2O
2.整合有效信息书写电极反应。(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收H2S后所得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:S2--2e- === S、(n-1)S+S2- === 。
①写出电解时阴极的电极反应:　　　　　　　　　　　　　　　。 ②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,该反应的离子方程式为  　。 
(2)电解NO可制备NH4NO3,其工作原理如图所示。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 (1)①2H2O+2e- === H2↑+2OH-　② +2H+ ===(n-1)S↓+H2S↑(2)NH3　根据总反应8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3可知,为使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3解析 (1)①电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水电离出的H+放电生成H2。②由题干给的反应可知,阳极区生成了 , 可以理解为(n-1)S+S2-,则加入稀硫酸可生成S单质和H2S气体。(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图可知,阴极反应为3NO+15e-+18H+ === 3 +3H2O,阳极反应为5NO-15e-+10H2O === 5 +20H+,则总反应为8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。
归纳总结根据“三看”正确书写电极反应
考向1.电解原理的应用
典例突破(2023浙江6月选考)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是(　　)
A.电极A接电源正极,发生氧化反应B.电极B的电极反应式为2H2O+2e- === H2↑+2OH-C.应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗
答案 B解析 电极A上氯离子转变为氯气,化合价升高,失去电子,是电解池阳极,因此电极A接电源正极,发生氧化反应,A正确;电极B为阴极,通入氧气,氧气得到电子,其电极反应式为O2+2H2O+4e- === 4OH-,B错误;右室生成OH-,应选用阳离子交换膜,左室的钠离子进入右室,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,C正确;改进设计中增大了氧气的量,提高了电极B处的氧化性,通过反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗,D正确。
针对训练1.脱氯可以减少水体污染,保护人的饮水健康。用电解法产生具有强氧化性的自由基(·OH),可以去除水体中的CH2Cl2,原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)A.阳极附近的pH增大B.交换膜为阴离子交换膜C.阴极反应为CH2Cl2+4·OH===CO2+2H2O+2HClD.脱氯的实质是碳氯键和碳氢键断裂形成碳氧键
答案 D解析 阳极区发生氧化反应,由装置图可知,左侧区为阳极区,电极反应为H2O-e- === ·OH+H+,故阳极附近的pH减小,A错误;右侧区为阴极区,电极反应为2H++2e- === H2↑,左侧产生的阳离子向右侧移动,故交换膜为阳离子交换膜,B错误、C错误;由图可知,脱氯是将CH2Cl2转化为HCHO、CH3OH、CO2和Cl-,故脱氯的实质是碳氯键和碳氢键断裂形成碳氧键,D正确。
2. 沿海电厂采用海水为冷却水,但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题,通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示),通入一定的电流。下列叙述错误的是(　　)A.阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2的反应B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D.阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
答案 D解析 根据装置示意图以及阴、阳极都是惰性电极可知,阳极反应为2Cl--2e- === Cl2↑,即Cl-被氧化生成Cl2,A项正确;阴极生成氢气,溶液碱性增强,海水中存在大量的Na+,故Cl2参与反应生成NaClO,NaClO具有强氧化性,可以杀灭附着生物,B项正确;阴极生成的氢气易燃,与空气的混合气体遇明火易发生爆炸,所以应将生成的氢气及时通风稀释安全地排出,C项正确;阴极上H+得电子生成氢气,溶液中c(OH-)增大,海水中的Mg2+向阴极移动,在阴极表面形成Mg(OH)2沉淀,故在阴极表面形成积垢,需要定期处理,D项错误。
答案 D解析 NHPI在阳极区参与反应,又在阴极区生成,因此理论上NHPI的总量在反应前后不变,A正确;Ni2+在海绵Ni电极失去电子得到Ni3+,发生氧化反应,则海绵Ni为阳极,B正确;由题干可知,反应实现了醇向醛的转化,并有H2产生,所以总反应为 ,C正确;未指明气体所处的状况,不能用Vm=22.4 L·ml-1进行计算,D错误。
归纳总结阴、阳极的判断方法
考向2.电化学计算典例突破某研究院经过多次实验发现,采用如图所示装置,阳极(Ti基)上产生羟基(·OH),阴极上产生H2O2,分别深度氧化苯酚为CO2,高效处理废水。下列有关说法错误的是(　　)
A.电流从a极→Ti基→废水→不锈钢→b极B.阳极的电极反应为H2O-e-===·OH+H+C.阴极深度氧化苯酚的化学方程式为C6H5OH+14H2O2===6CO2↑+17H2OD.当消耗7 ml O2时,理论上共氧化处理47 g苯酚
针对训练1. 利用间接成对电化学合成间氨基苯甲酸的工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
2.我国科学家报道了机理如图所示的电化学过程。下列相关说法错误的是(　　)
归纳总结电化学综合计算的三种常用方法(1)根据总反应计算先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴、阳两极产物,正、负两极产物及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 ml 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,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
考向1.金属腐蚀的类型典例突破某同学进行下列实验:
生铁片发生　 　腐蚀,中心区的电极反应为　 ,边缘处的电极反应为　 　,交界处发生的反应为　 。 
答案 吸氧　Fe-2e- === Fe2+　2H2O+O2+4e- === 4OH-　4Fe(OH)2+O2+2H2O === 4Fe(OH)3、2Fe(OH)3 === Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O解析 生铁片发生吸氧腐蚀,其中Fe作负极,电极反应为Fe-2e- === Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色的铁氰化亚铁沉淀,故中心区域为蓝色;边缘处发生电极反应:2H2O+O2+4e- === 4OH-,碱能使酚酞变红,交界处Fe(OH)2被空气中的O2氧化成Fe(OH)3,最终变为铁锈(Fe2O3·xH2O)。
针对训练1.关于研究生铁的锈蚀实验,下列分析不正确的是(　　)
A.①中,NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀B.②中,生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2OC.③中正极反应式为O2+4e-+2H2O === 4OH-D.对比①②③,说明苯能隔绝O2
答案 D解析 ①是密闭体系,NaCl溶液中溶解的O2较少,不足以使生铁片明显锈蚀,A正确;苯属于非电解质,②中无电解质溶液,不满足电化学腐蚀的条件,B正确;根据③中现象,铁在中性环境下发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+4e-+2H2O === 4OH-,C正确;根据现象可知,③中发生吸氧腐蚀,①③溶液中均溶解有O2,③中观察到明显锈蚀,说明苯不能隔绝O2,D错误。
2.一定条件下,某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表:
下列说法正确的是(　　)A.pH非电解质溶液。(2)活泼性不同的两金属:活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越快。(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快,且氧化剂的浓度越高,氧化性越强,腐蚀越快(钝化除外)。(4)电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
考向2.金属的防腐典例突破将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是(　　)
A.阴极的电极反应为Fe-2e-===Fe2+B.金属M的活泼性比Fe的活泼性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
答案 C解析 题中所示装置通过牺牲阳极法保护钢铁设施,阳极材料M比Fe活泼,失电子,发生氧化反应,电子通过导线流向钢铁设施被保护的一极,阴极的电极反应(一般)为O2+2H2O+4e- === 4OH-,A、B两项错误,C项正确;海水比河水中电解质的浓度大,钢铁更易腐蚀,D项错误。
针对训练1.如图所示,各烧杯中盛海水,纯铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为(　　)A.②①③④⑤⑥B.⑤④③①②⑥C.⑤④②①③⑥D.⑤③②④①⑥
答案 C解析 ①是Fe的化学腐蚀,腐蚀较慢。②③④均为原电池原理引起的腐蚀,③中Fe为正极,被保护;②④中Fe为负极,均加快了Fe的腐蚀,但Fe和Cu的金属活泼性差别大于Fe和Sn的,故Fe-Cu原电池中Fe腐蚀得较快。⑤⑥为电解原理引起的腐蚀,⑤是Fe接电源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,加快了Fe的腐蚀;⑥是Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
2.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流的阴极保护法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)
A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B.通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D.通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
答案 C解析 题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗,C项错误。
归纳总结金属防护效果比较:外接电流法>牺牲阳极法>有一般防护条件的防腐。
电化学装置中的“离子交换膜”
考向1离子交换膜的类型
例1.(2023湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池,实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变,电解生成氢气的速率为x ml·h-1。下列说法错误的是(　　)
A.b电极反应式为2H2O+2e- === H2↑+2OH-B.离子交换膜为阴离子交换膜C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D.海水为电解池补水的速率为2x ml·h-1
思路指导由题图可知,该装置为电解水制取氢气的装置,a电极与电源正极相连,为电解池的阳极,b电极与电源负极相连,为电解池的阴极,阴极反应式为2H2O+2e- === H2↑+2OH-,阳极反应式为4OH--4e- === O2↑+2H2O,电池总反应式为2H2O 2H2↑+O2↑。b电极为阴极,发生还原反应,电极反应式为2H2O+2e- === H2↑+2OH-,A正确;该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变,阳极发生的电极反应为4OH--4e- === O2↑+2H2O,为保持OH-浓度不变,则阴极产生的OH-要通过离子交换膜进入阳极室,即离子交换膜应为阴离子交换膜,B正确;电解时电解槽中不断有水被消耗,海水中动能高的水可穿过PTFE膜,为电解池补水,C正确;由电池总反应可知,每生成1 ml H2要消耗1 ml H2O,生成H2的速率为x ml·h-1,则补水的速率也应是x ml·h-1,D错误。答案 D
突破方法(1)离子交换膜离子交换膜又叫隔膜,由高分子特殊材料制成,交换膜使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。(2)隔膜的作用①能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。②能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)交换膜的分类与应用
针对训练1.(2023黑龙江哈尔滨模拟)下图装置可将CO2转化为CaCO3而矿化封存,进而减少碳排放,下列说法错误的是(　　)
A.两个双极膜中的OH-均向右侧迁移B.b极的电极反应式:2H++2e- === H2↑C.中间室中发生反应: +Ca2+ === CaCO3↓D.向碱室中加入NaHCO3固体,不利于CO2的矿化封存
答案 B解析 由题图可知,与直流电源负极相连的电极a为电解池的阴极,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,双极膜中氢离子进入阴极室中与放电生成的氢氧根离子反应生成水,氢氧根离子进入碱室,与通入的二氧化碳反应生成碳酸根离子;电极b为阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,双极膜中氢氧根离子进入阳极室中中和放电生成的氢离子,氢离子进入酸室,导致阳离子的电荷数大于阴离子,使得中间室中的氯离子进入酸室,碱室中的碳酸根离子进入中间室与溶液中钙离子反应生成碳酸钙沉淀。由分析可知,两个双极膜中的氢氧根离子均向右侧迁移,A正确;
电极b为阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e- === O2↑+4H+,B错误;中间室中发生反应为碱室中的碳酸根离子进入中间室与溶液中钙离子反应生成碳酸钙沉淀,离子方程式为 +Ca2+ === CaCO3↓,C正确;向碱室中加入碳酸氢钠固体,碳酸氢钠与迁移至碱室的氢氧根离子反应,不利于二氧化碳与碱的反应,导致二氧化碳难以矿化封存,D正确。
2.钴(C)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(　　)A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1 ml C,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
3.我国科学家最近发明了一种Zn-PbO2电池,电解质为K2SO4、H2SO4和KOH,由a和b两种离子交换膜隔开,形成A、B、C三个电解质溶液区域,结构示意图如下:
回答下列问题:(1)电池中,Zn为　 　极,B区域的电解质为　 　(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。 (2)电池反应的离子方程式为　 。 (3)阳离子交换膜为图中的　 　(填“a”或“b”)膜。 
考向2离子交换膜装置的工作原理分析例2.(1) 利用电解原理,将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。
①电解过程中OH-的移动方向为　　　　　　　　　(填“从左往右”或“从右往左”); ②阳极的电极反应为　　　　　　　　　　　。 
(2)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为:4Na2CrO4+4H2O 2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。则Na2Cr2O7在　　　　(填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为　　　　　　　　。 
答案 (1)①从右往左　②2NH3-6e-+6OH- === N2+6H2O(2)阳　Na+
突破方法有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法
针对训练4.(2022全国乙卷)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e- ══ Li)和阳极反应(Li2O2+2h+
══ 2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　)A.充电时,电池的总反应Li2O2 ══ 2Li+O2B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e- ══ Li2O2
答案 C解析 根据电子守恒,将阴极反应和阳极反应加和可得充电时总反应方程式:Li2O2 ══ 2Li+O2,A项叙述正确;根据题给信息,充电过程通过光照产生的电子和空穴实现光能转化为电能,B项叙述正确;放电时,带正电的Li+应向电池的正极移动,C项叙述错误;根据图示,放电时正极上O2转化为Li2O2,电极反应为2Li++2e-+O2 ══ Li2O2,D项叙述正确。
5.(2023广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(如图),可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-,有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(　　)
A.电解总反应:KNO3+3H2O === NH3·H2O+2O2↑+KOHB.每生成1 ml NH3·H2O,双极膜处有9 ml H2O解离C.电解过程中,阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变D.相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构可提高氨的生成速率
答案 B解析 由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知,在电极a处KNO3放电生成NH3,发生还原反应,故电极a为阴极,电极反应式为 +8e-+7H2O === NH3·H2O+9OH-;电极b为阳极,电极反应式为4OH--4e- === O2↑+2H2O,“卯榫”结构的双极膜中的H+移向电极a,OH-移向电极b。由上述阴、阳极电极反应式可知,电解过程的总反应为KNO3+3H2O === NH3·H2O+2O2↑+KOH,A正确;每生成1 ml NH3·H2O,转移8 ml e-,同时双极膜处有8 ml H+进入阴极室,即有8 ml H2O解离,B错误;电解过程中,阳极室每消耗4 ml OH-,同时有4 ml OH-通过双极膜进入阳极室,KOH的物质的量不因反应而改变,C正确;相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构具有更大的膜面积,有利于H2O被催化解离成H+和OH-,可提高氨的生成速率,D正确。
1.(2023广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如图所示实验。闭合K1,一段时间后(　　)
A.U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2B.a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性C.b处出现蓝色,说明还原性:Cl->I-D.断开K1,立刻闭合K2,电流表发生偏转
答案 D解析 闭合K1,形成电解池,电解饱和食盐水,左侧为阳极,阳极上氯离子失去电子生成氯气,电极反应为2Cl--2e- === Cl2↑,右侧为阴极,阴极电极反应为2H++2e- === H2↑,总反应为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑。U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和H2,A错误;左侧生成氯气,氯气遇到水生成HClO,具有漂白性,则a处布条褪色,说明HClO具有漂白性,B错误;b处出现蓝色,说明有I2生成,发生反应Cl2+2KI === I2+2KCl,说明还原性:I->Cl-,C错误;断开K1,立刻闭合K2,此时构成氢氯燃料电池,形成电流,电流表发生偏转,D正确。
2.(2023北京卷)回收利用工业废气中的CO2和SO2,实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是(　　)A.废气中SO2排放到大气中会形成酸雨B.装置a中溶液显碱性的原因是 的水解程度大于 的电离程度C.装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2D.装置b中的总反应为 +CO2+H2O HCOOH+
答案 C解析 SO2是酸性氧化物,废气中SO2排放到空气中会形成硫酸型酸雨,A正确;装置a中溶液的溶质为NaHCO3,溶液显碱性,说明 的水解程度大于其电离程度,B正确;装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体,CO2与NaHCO3溶液不反应,不能吸收CO2,C错误;由电解池阴极和阳极反应式可知,装置b中总反应为 +CO2+H2O HCOOH+ ,D正确。
3.(2022北京卷)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
下列说法不正确的是(　　)A.①中气体减少,推测是由于溶液中c(H+)减小,且Cu覆盖铁电极,阻碍H+与铁接触B.①中检测到Fe2+,推测可能发生反应:Fe+2H+ === Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ === Fe2++CuC.随阴极析出Cu,推测②中溶液c(Cu2+)减小,Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+平衡逆移D.②中Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)比①中溶液的小,Cu缓慢析出,镀层更致密
答案 C解析 实验①中,铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应,当溶液中氢离子浓度减小,放电生成的铜覆盖在铁电极上,阻碍氢离子与铁接触,导致产生的气体减少,可能发生的反应为Fe+2H+ === Fe2++H2↑、Fe+Cu2+ === Fe2++Cu,A、B正确;四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜,随阴极析出铜,四氨合铜离子浓度减小,Cu2++4NH3 [Cu(NH3)4]2+平衡向正反应方向移动,C错误;②中在过量氨水作用下,Cu2+生成[Cu(NH3)4]2+,使得c(Cu2+)较①中小,所以Cu慢慢析出,镀层更致密,D正确。
4.(1)(2023湖南卷,节选)工业上以粗镓为原料,制备超纯Ga(CH3)3的工艺流程如下。
已知:金属Ga的化学性质和Al相似,Ga的熔点为29.8 ℃。“电解精炼”装置如图所示,电解池温度控制在40~45 ℃的原因是　　　　　　　　　　　,阴极的电极反应式为　 。 
①电极b是电解池的　　　　极。 ②电解过程中生成尿素的电极反应式是　　　　　。