【鲁科版】高考化学一轮复习第21讲电能转化为化学能__电解教案

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第21讲　电能转化为化学能——电解
[考纲要求]　1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应和电解反应方程式。2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。
考点一　电解原理

1．电解原理
(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池(也叫电解槽)
电解池是把电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的组成和工作原理(电解CuCl2溶液)

总反应方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑
(4)电子和离子移动方向
①电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
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，并分成阴、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。
(3)然后排出阴极、阳极离子的放电顺序。
①阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。
②阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
(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。

1．探究电解规律(用惰性电极电解)
(1)电解水型
①试写出电解下列溶液的电解方程式
稀硫酸：
________________________________________________________________________；
NaOH：
________________________________________________________________________；
KNO3：
________________________________________________________________________。
②分析“电解水型”的电解质包括哪些类型：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)电解电解质型
电解质溶液
HBr
CuCl2
阴极反应
①____
②____
阳极反应
③____
④____
电解反应
⑤____
⑥____
溶液复原
加⑦____
加⑧____
分析“电解电解质型”的电解质包括哪些类型⑨________________。
(3)放H2生碱型
①电解NaCl溶液：
阴极反应：
________________________________________________________________________；
阳极反应：
________________________________________________________________________；
电解反应离子方程式
________________________________________________________________________。
电解一段时间后，NaCl溶液恢复原状的方法：
________________________________________________________________________。
②分析“放H2生碱型”的电解质包括哪些类型：
________________________________________________________________________。
(4)放O2生酸型
①电解CuSO4溶液
阴极反应：
________________________________________________________________________；
阳极反应：
________________________________________________________________________；
电解反应离子方程式：
________________________________________________________________________；
电解一段时间后，CuSO4溶液恢复原状的方法
________________________________________________________________________。
②分析“放O2生酸型”电解质包括哪些类型：
________________________________________________________________________。
答案：　(1)①2H2O2H2↑＋O2↑
2H2O2H2↑＋O2↑
2H2O2H2↑＋O2↑
②含氧酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐
(2)①2H＋＋2e－===H2↑
②Cu2＋＋2e－===Cu
③2Br－－2e－===Br2
④2Cl－－2e－===Cl2↑
⑤2HBrH2↑＋Br2
⑥CuCl2Cu＋Cl2↑
⑦适量HBr
⑧适量CuCl2
⑨无氧酸(除HF)和不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)
(3)①2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－　通HCl
②活泼金属的无氧酸盐(除氟化物)
(4)①2Cu2＋＋4e－===2Cu
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋　加CuO(或CuCO3)
②不活泼金属的含氧酸盐
2．根据金属活动顺序表，Cu和稀H2SO4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2?
答案：　Cu作阳极，C作阴极，稀H2SO4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑。

题组一　电解规律及电极产物的判断
1．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH依次为升高、不变、降低的是(　　)
A．AgNO3　CuCl2　Cu(NO3)2
B．KCl　Na2SO4　CuSO4
C．CaCl2　KOH　NaNO3
D．HCl　HNO3　K2SO4
B
2．(2019·天津北辰区统考)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
D　[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。]
题组二　电极反应式、电解方程式的书写
3．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MgCl2溶液
阳极反应式：
________________________________________________________________________；
阴极反应式：
________________________________________________________________________；
总反应离子方程式：
________________________________________________________________________。
(2)用Al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：
________________________________________________________________________。
答案：　(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Al－6e－＋8OH－===2[Al(OH)4]－　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋6H2O＋2OH－2[Al(OH)4]－＋3H2↑
4．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，以惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。
解析：　第一阶段　阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
第二阶段　阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
第三阶段　阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。
答案：　第一阶段的反应：CuCl2Cu＋Cl2↑
第二阶段的反应：
2Cu(NO3)2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HNO3
第三阶段的反应：2H2O2H2↑＋O2↑
5．用石墨电极完成下列电解实验。

实验一
实验二
装置


现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
B　[根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2O===HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。]
6．锰、硫、氮的化合物在人类生产、生活中有重要作用。
(1)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
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
MnO2是碱性锌锰电池的正极材料，已知碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2，碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)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－===S

①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：　(1)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋
MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－
(2)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
题组三　有关电解的计算
7．将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化)，此时溶液中氢离子浓度约为(　　)
A．4×10－3 mol·L－1　　　 B．2×10－3 mol·L－1
C．1×10－3 mol·L－1 D．1×10－7 mol·L－1
A　[根据2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，得：n(H＋)＝2n(H2SO4)＝2n(Cu)＝2×＝0.002 mol，c(H＋)＝＝4×10－3 mol·L－1。]
8．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是(　　)
A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
A　[石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。]

电化学综合计算的三种常用方法
(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：
4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2～2H2～2Cu～4Ag～M
阳极产物　　　　　　　阴极产物
(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×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。 考点二　电解原理的应用

1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)。
(2)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
总反应离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气


装置
离子交换膜电解槽
阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极
碳钢网
阳离子交换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2.电解精炼铜

3．电镀铜


电镀与电解精炼记忆口诀
阳为镀层阴镀件，阳杂阴纯是精炼；
活泼入液稳成泥，溶液含有相应盐
4．电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(×)
(2)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(×)
(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(×)
(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√)
(5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌(×)
2．(1)氯碱工业中，阳离子交换膜的作用为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。

(2)电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐________，而B中CuSO4溶液浓度________。

(3)下图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜

阳极反应式：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
阴极反应式：
________________________________________________________________________。
答案：　(1)只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过
(2)减小　基本不变
(3)2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O
6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－

题组一　电解原理的常规应用
1．(2019·河北石家庄期末)

用石墨作电极，电解U形管中的饱和NaCl溶液(滴有酚酞溶液)，装置如图。下列叙述正确的是 (　　)
A．通电后，NaCl发生电离
B．通电一段时间后，阳极附近溶液先变红
C．当阳极生成0.1 mol气体时，整个电路中转移0.1 mol电子
D．电解饱和食盐水的总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
D　[NaCl溶于水时，在水分子作用下发生电离，不需要通电，A错误；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，产生黄绿色气体，阳极附近溶液不变红，B错误；阳极上生成0.1 mol Cl2时，电路中转移0.2 mol电子，C错误；电解饱和食盐水时，阳极上析出Cl2，阳极上析出H2，总反应方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，D正确。]

2．(2019·山东潍坊中学月考)某小组为研究电化学原理，设计如图所示装置，下列叙述正确的是(　　)
A．若a和b为石墨，通电后a极上反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．若a和b为石墨，通电后b极上发生氧化反应
C．若a为铜，b为铁，通电后a极质量增加
D．若a为铁，b为铜，通电后Cu2＋向铁电极移动
A　[石墨是惰性电极，a极与电源的正极相连，作电解池的阳极，通电后a极上发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A正确；b极与电源的负极相连，作电解池的阴极，通电后发生还原反应，B错误；Cu是活性电极，若a为铜，通电后a极的反应式为Cu－2e－===Cu2＋，则a极质量减小，C错误；电解池的电解质溶液中，阳离子向阴极移动，若a为铁，b为铜，则通电后Cu2＋向Cu电极移动，D错误。]
题组二　应用电解原理制备新物质
3．(2019·湖南益阳期末)氧化亚铜可作杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂、红色玻璃染色剂，电解法制备氧化亚铜的原理如图所示，下列说法不正确的是 (　　)

A．理论上，除铜电极外，只需对电解液补充水，电解便可持续进行
B．溶液中生成Cu2O的离子方程式为2CuCl＋H2O===Cu2O↓＋6Cl－＋2H＋
C．N极的电极反应式为Cu－e－＋3Cl－===CuCl
D．M与电源的负极相连，发生还原反应
B　[由图示可知电解池的总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑，因此理论上，除铜电极外，只需对电解液补充水，电解便可连续进行，A正确；溶液中生成Cu2O的离子方程式为2CuCl＋2OH－===Cu2O＋6Cl－＋H2O，B错误；N极的电极反应式为Cu－e－＋3Cl－===CuCl，C正确；M为阴极，与电源负极相连，发生还原反应，D正确。]
4．利用下图所示装置电解制备NCl3(氯的化合价为＋1价)，其原理是
NH4Cl＋2HClNCl3＋3H2↑

(1)b接电源的__________(填“正”或“负”)极。
(2)阳极反应式是
________________________________________________________________________。
答案：　(1)负　(2)3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋
题组三　应用电解原理治理污染
5．(2019·山东聊城期末)用如图所示装置处理含NO的酸性废水，右侧电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，下列说法正确的是(　　)

A．a端是直流电源的负极
B．该装置将化学能转化为电能
C．电解时，H＋通过离子交换膜从右侧移向左侧
D．每转移1 mol电子，左侧电极上产生8 g O2
D　[NO在右侧Pt电极被还原生成N2，则该Pt电极是阴极，b端是直流电源的负极，A错误；该装置是电解池，将电能转化为化学能，B错误；电解时，阳离子向阴极移动，则H＋从左侧向右侧移动，C错误；左侧电极是阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，转移1 mol电子时生成0.25 mol O2，其质量为0.25 mol×32 g·mol－1＝8 g，D正确。]
6．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)SO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
________________________________________________________________________。
解析：　根据Na＋、SO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：SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
所以从C口流出的是H2SO4，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。
答案：　(1)负　硫酸
(2)SO－2e－＋H2O===SO＋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
　电化学中“离子交换膜”的应用
　离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有选择透过能力的高分子膜，也称为离子选择透过性膜。
1．离子交换膜的功能
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．离子交换膜在电化学中的作用
(1)隔离某些物质防止发生反应。
(2)用于物质的制备。
(3)物质分离、提纯等。
3．离子交换膜的类型
根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。
一、提高电流效率
交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。
[集训1]　已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是(　　)
A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同
B．能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
C　[Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩。Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。]
二、限制离子迁移
反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同；同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷数不同，迁移离子数不同。 离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。
[集训2]　某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。

(1)当电路中转移a mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少________mol离子。交换膜右侧溶液中c(HCl)________(填“>”“<”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。
(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。若有11.2 L氯气(标准状况)参与反应，则必有________mol________离子(填离子符号)由交换膜________侧通过交换膜向______迁移。交换膜右侧溶液中c(HCl)________(填“>”“<”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。
解析：　(1)正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，隔膜只允许氢离子通过，转移a mol电子，必有a mol Cl－沉淀。为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有a mol H＋向交换膜右侧迁移，故交换膜左侧共减少2a mol离子(a mol Cl－＋a mol H＋)。交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。
(2)n(Cl2)＝0.5 mol，n(Cl－)＝1 mol。正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，n(e－)＝1 mol，Ag－e－＋Cl－===AgCl，交换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷(或增加了1 mol Cl－)，左侧减少了1 mol负电荷(或减少了1 mol Cl－)。如果质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子(Cl－)通过交换膜，不允许H＋通过。为了维持电荷平衡，必有1 mol Cl－从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移，氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。
答案：　(1)2a　>
(2)1　Cl－　右　左　＝
三、提高产品纯度
解这类问题可以分三步：第一步，分清隔膜类型。 即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。

[集训3]　工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)
A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变
B
[集训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
________________________________________________________________________。
解析：　(2)中应该从闭合回路的角度，阴、阳离子的流向分析；(3)注意阳极反应生成O2，O2具有氧化性，H3PO2和H2PO均具有还原性，二者会被O2氧化生成PO。
答案：　(1)2H2O－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H3PO2
(3)PO　H2PO或H3PO2被氧化
考点三　金属的腐蚀和防护

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．化学腐蚀与电化学腐蚀

类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
反应物
金属、干燥的气体或非电解质
不纯金属、电解质溶液
反应类型
直接发生化学反应
原电池反应
有无电流产生
无
有
实质
金属原子失电子被氧化
3.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性
弱酸性、中性或碱性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋

正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
4.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。
(2)改变金属内部结构→如制成不锈钢。
(3)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样(×)
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(×)
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋(×)
(4)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(×)
(5)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀(×)
(6)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√)
2.

(最新原创)如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)腐蚀最严重的部位是________(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)形成铁锈最多的部位是________，原因
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：　(1)C　由于近水面B处溶解氧浓度大于C处，发生吸氧腐蚀时B为正极，C为负极，C处Fe－2e－===Fe2＋
(2)B　由于B处海水O2浓度较大，Fe2＋扩散至B处附近易发生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2,4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O

题组一　正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀

1．实验探究(如图所示)
(1)若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为
________________________________________________________________________，
右试管中现象是________。
(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为
________________________________________________________________________，
右试管中现象是
________________________________________________________________________。
答案：　(1)析氢　2H＋＋2e－===H2↑　有气泡冒出
(2)吸氧　O2＋4e－＋2H2O===4OH－　导管内液面上升
2．(2019·山西临晋中学月考)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)

A．图1中，铁钉易被腐蚀
B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现
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输水管的腐蚀，镁块相当于原电池的正极
C　[浓硫酸从环境中吸收水分，使铁钉周围的空气比较干燥，因此铁钉不易腐蚀，A项错误；Fe、Cu与酸化的3%NaCl溶液构成原电池，Fe作负极，发生失去电子的氧化反应，有Fe2＋生成，因此滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，有蓝色沉淀出现，B项错误；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，C项正确；用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁输水管的腐蚀，镁块相当于原电池的负极，D项错误。]
题组二　金属腐蚀快慢比较
3．(2019·山东济南莱芜区质检)如图所示，在水槽中装入蒸馏水后，铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是(　　)

A．Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ B．Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ
C．Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ D．Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ
B　[Fe­C与水形成原电池，Fe发生吸氧腐蚀，Fe为负极，Fe腐蚀速率较快；Fe­Al与水形成原电池，Al为负极，Fe被保护；Fe在水中发生化学腐蚀，腐蚀速率较低，故腐蚀速率Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ，B项正确。]
4．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是(　　)

C　[A、D均可由Fe、Cu构成原电池而加速铁的腐蚀；在B中，食盐水提供电解质溶液环境，炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极，Fe易被腐蚀；C中铜镀层把铁完全覆盖，构不成原电池而不被腐蚀。]
题组三　金属腐蚀防护措施的设计与选择
5．(2019·四川成都检测)港珠澳大桥设计使用寿命为120年，对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是(　　)
A．防腐原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
B．钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等防止形成原电池
C．采用外加电流的阴极保护法时需外接镁、锌等作辅助阳极
D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀
C　[该桥体钢构件主要发生吸氧腐蚀，吸氧腐蚀的总反应为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，防腐原理主要是避免发生该反应，A项正确；钢构件表面喷涂环氧树脂涂层，目的是将钢构件与空气、水隔绝，防止形成原电池，发生吸氧腐蚀，B项正确；采用牺牲阳极的阴极保护法时需外接镁、锌等作辅助阳极，C项错误；钢构件采用不锈钢，可以减缓电化学腐蚀，D项正确。]
6．利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。

为减缓铁的腐蚀
(1)若开关K置于N处，则X应为
________________________________________________________________________，
该电化学防护法为
________________________________________________________________________。
(2)若开关K置于M处，则X应为
________________________________________________________________________，
该电化学防护法称为
________________________________________________________________________。
答案：　(1)碳棒或Pt等惰性电极　外加电流的阴极保护法　(2)比铁活泼的金属Zn等　牺牲阳极的阴极保护法

(1)判断析氢腐蚀与吸氧腐蚀的依据
正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。
(2)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
(3)外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。


1．(2019·江苏，10)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
C　[铁作负极，Fe－2e－===Fe2＋，A不正确；电化学腐蚀过程中化学能不可能全部转化为电能，还有部分转化为热能，B不正确；活性炭的存在构成了原电池，加快了负极铁的腐蚀，C正确；以水代替NaCl溶液，铁仍然能发生吸氧腐蚀，只是吸氧腐蚀的速率会减慢，D不正确。]
2．(2018·北京，12)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③



在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是(　　)
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
D　[②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。]
3．[(2017·全国卷Ⅰ，11)]

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
C　[A对：外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。B对：被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩。C错：高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。D对：保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整。]
4．(2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋
②2EDTA­Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)

A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性
C　[由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。
C错：阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高。
A对：由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O。
B对：将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S。
D对：Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中。]
5．(2016·全国卷Ⅰ，11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是(　　)
A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
B　[A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。]
6．[2019·全国卷Ⅱ，27(4)]环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的阳极为________，总反应为________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为________________________。
答案：　Fe电极　Fe＋2===＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 　水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
7．[2018·全国卷Ⅰ，27(3)]制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

解析：　阳极上阴离子OH－放电，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电解过程中H＋透过阳离子交换膜进入a室，故a室中NaHSO3浓度增加。
答案：　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a
8．[2018·全国卷Ⅲ，27(3)]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

(1)写出电解时阴极的电极反应式____________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。
解析：　(1)电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。
答案：　(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　(2)K＋　由a到b