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2022高考化学一轮专题复习 第20讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
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这是一份2022高考化学一轮专题复习 第20讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护，共40页。
第20讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
目标要求
核心素养
1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。
2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。
2.科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
考点1 电解原理
授课提示：对应学生用书第133页
1．电解
2．电解池的组成和工作原理(用惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式：
Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
3．放电顺序(一般情况下)
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
若是惰性电极作阳极，放电顺序为
1．由惰性电极电解电解质溶液的四种类型(填空)
(1)电解水型
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解质溶液复原
H2SO4
阴极：________
阳极：________
总反应式：________
NaOH
KNO3
提示：(从上到下，从左到右)4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 减小 增大 不变 加水
(2)电解电解质型
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解质溶液复原
HCl
阴极：________
阳极：________
总反应式：_______
减小
CuCl2
阴极：________
阳极：________
总反应式：_______
提示：(从上到下，从左到右)2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2HClH2↑＋Cl2↑ Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ 增大 通入HCl 加CuCl2固体
(3)放H2生碱型
电解质(水溶液)
电极反应式及总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl、KCl)
阴极：________
阳极：________
总反应式：________
生成新电解质
通入________
提示：2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 增大 HCl气体
(4)放O2生酸型
电解质(水溶液)
电极反应式及总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4、Cu(NO3)2]
阴极：________
阳极：________
总反应式：________
生成新电解质
加________
或________
提示：2Cu2＋＋4e－===2Cu 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 减小 CuO CuCO3
2．根据金属活动性顺序表，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?
提示：以Cu为阳极、C为阴极、稀H2SO4为电解质溶液，设计成电解池，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↑。
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。(√)
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。(√)
(3)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。(×)
(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。(×)
(5)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(×)
(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大。(×)
1．模型构建：分析电解过程的思维流程
2．学科思维：用惰性电极电解电解质溶液的产物判断图示
3．归纳整合：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。
题组一 电解原理
1．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
解析：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，发生的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋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a、c形成电解池，d、b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。
答案：B
2．下列是四套不同介质的电解装置，通电后在A装置石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
(1)在A装置中，Na＋、SO如何移动？石墨a周围溶液颜色如何改变？石墨b周围溶液颜色如何改变？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据四套装置的电极反应，分析电解一段时间后，四套装置溶液的pH如何变化？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)Na＋移向阴极(石墨a)，SO移向阳极(石墨b)；石墨a附近由于H＋放电(2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)溶液呈碱性，溶液(石蕊)显蓝色；石墨b附近由于OH－放电(2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)溶液呈酸性，溶液(石蕊)显红色
(2)A装置pH不变；B装置总反应为Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑，消耗水使OH－浓度增大，溶液的pH增大；C装置，电解食盐水，生成NaOH使溶液的pH增大；D装置，电解硫酸铜实质是电解水和硫酸铜，水中的OH－放电使溶液中的H＋浓度增大，溶液的pH减小
题组二 电极反应式、电解方程式的书写
3．(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)用铁做电极电解NaCl溶液
阳极反应式：___________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________；
总反应化学方程式：_____________________________________________________。
(3)用Al做电极电解NaOH溶液
阳极反应式：___________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________；
总反应离子方程式：_____________________________________________________。
(4)用Al做阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：_________________________________________________________；
阴极反应式：_________________________________________________________；
总反应化学方程式：___________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑
(3)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋3H2OAl2O3＋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↑
题组三 有关电解的计算
5．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，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
解析：石墨做电极电解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。综上所述，A项正确。
答案：A
从原理和事实出发，对阴、阳极上的放电纠偏
授课提示：对应学生用书第135页
纠偏
1
阴离子能在阴极上放电吗
阴极发生得电子的还原反应，体现出放电离子的氧化性，一些阴离子的氧化性比较强，当条件合适时肯定可以在阴极放电。
[典例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－7和AlCl－4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________。
[解析] 电镀时钢制品应作阴极，故应接电源的负极；目的是在钢制品上镀铝，故阴极有Al产生，根据电荷守恒写出阴极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；若使用AlCl3水溶液则是H＋在阴极放电，产生H2。
[答案] 负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
[即时训练1] 铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。
铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：Cr2O―→Cr3＋，Cr化合价降低得电子，结合题目为酸性环境，故电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
答案：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O
很多具有氧化性的阴离子可以在电解池的阴极得电子发生还原反应，在高考题中需要特别关注NO、MnO、Cr2O等在特定环境下具有氧化性的阴离子。
纠偏
2
阳离子能在阳极放电吗
阳极发生失电子的氧化反应，本质是放电离子还原性的体现，某些处于较低价态的阳离子具有较强的还原性，可以在阳极放电发生氧化反应。
[典例2] 铅及其化合物可用于铅蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料。回答下列问题：
PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为_____________________________________________________，
阴极上观察到的现象是_____________________________________________________；
若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为________________________，
这样做的主要缺点是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] 从实验目的来看应由Pb2＋价态升高变为PbO2，阳极电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故阴极石墨上有红色物质析出。只有Pb(NO3)2溶液时，阴极反应为Pb2＋＋2e－===Pb，导致Pb2＋的利用率降低(没有全部转化为产物PbO2)。
[答案] Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋ 石墨上有红色物质析出 Pb2＋＋2e－===Pb 不能有效利用Pb2＋
[即时训练2] 用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 mol/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值)：
实验
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅰ
x≥a
电极附近变黄色，有气泡产生
有Fe3＋、有Cl2
Ⅱ
a＞x≥b
电极附近变黄色，无气泡产生
有Fe3＋、无Cl2
Ⅲ
b＞x＞0
无明显变化
无Fe3＋、无Cl2
(1)甲同学由Ⅰ推测：Fe2＋在阳极放电产生Fe3＋。这种推测是否正确，并说明原因：
________________________________________________________________________。
(2)乙同学由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电，其电极反应式为
________________________________________________________________________。
(3)Ⅱ中虽未检测出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：
实验
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅳ
a＞x≥c
无明显变化
有Cl2
Ⅴ
c＞x≥b
无明显变化
无Cl2
与Ⅱ对比，通过控制电压验证了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同时”)Cl－放电。
解析：(1)这种推测是错误的，Fe3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋产生的。(2)实验Ⅱ没有Cl2产生，所以Fe3＋不可能是Fe2＋被Cl2氧化而来，只可能是Fe2＋在阳极放电被氧化反应而来，故电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。(3)对比实验Ⅱ和Ⅳ，发现Fe2＋在阳极放电变为Fe3＋所需的电压比Cl－在阳极放电产生Cl2所需电压更低，故电解时Fe2＋先于Cl－在阳极放电。
答案：(1)不正确，Cl2氧化Fe2＋也会产生Fe3＋
(2)Fe2＋－e－===Fe3＋ (3)先于
[练后归纳] 阳离子可以在阳极放电，有些还原性较强的离子(如Fe2＋)甚至可能先于阴离子反应。而这恰好是符合氧化还原反应规律的(还原性：Fe2＋>Cl－)。
纠偏
3
含氧酸根离子会参与电极反应吗
[典例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。
(1)阳极的电极反应式为________________。
(2)电解后，________室的NaHSO3浓度增加。
(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)浓度增加，原因是___________(用电极反应式说明)。
[解析] (1)阳极区为H2SO4溶液，故阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)电解后阳极区域产生的H＋透过阳离子交换膜进入a室，发生反应SO＋H＋===HSO(SO结合H＋能力比HSO强)使a室的NaHSO3浓度增加。(3)b室为阴极区，电极反应式为2HSO＋2e－===H2↑＋2SO(H＋主要来自HSO的电离)，故b室的Na2SO3浓度增加。
[答案] (1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)a
(3)Na2SO3 2HSO＋2e－===H2↑＋2SO
例3(3)中的阴极反应式非常特别，HSO参与电极反应，但却是其中的H元素价态发生了变化。发生电极反应时可能并不是中心元素的价态发生改变！
纠偏
4
分子有可能参与电极反应吗
[典例4] 电解NO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：_____________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] 观察图示转化，结合电极反应的对应关系得出，阴极：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O；阳极：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋。总反应式为8NO＋7H2O===3NH4NO3＋2HNO3，故A中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3。
[答案] NH3 观察图示转化中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3
[即时训练3] (双选)利用电解产生的H2O2处理含氨废水(电解前用酸调pH＝5)的装置如图，下列判断错误的是( )
A．可用硫酸调节废水的pH
B．阴极的电解产物之一是N2
C．阴极O2的消耗量与阳极O2的产生量相同
D．电路中通过3 mol电子时除去废水中17 g NH3
解析：根据题目叙述和图示得出：阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2。N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物，即2NH3＋3H2O2===N2＋6H2O，故B错误。从电极反应式看出阴极的O2的消耗量与阳极的O2的产生量为2∶1，故C错误。
答案：BC
当条件合适的情况下，电中性的分子也有可能参与电极反应。
考点2 电解原理在工业生产中的应用
授课提示：对应学生用书第136页
1．氯碱工业
(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＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
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
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
1．下面是两套电解应用的常规装置
(1)请分析两装置中各电极的质量变化？
(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？
提示：(1)甲图中铜片质量减小，待镀铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。
(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度逐渐减小。
2.如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：_____________________________________________。
提示：2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
(1)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。(√)
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。(×)
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。(×)
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(√)
(6)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。(×)
题组一 通过电解原理，形成致密氧化膜，提高抗腐蚀性
1．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4—H2C2O4混合溶液。
待加工铝质工件应作阳极还是阴极？写出电极反应式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：铝质工件应作阳极 阳极2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 阴极6H＋＋6e－===3H2↑ 总反应2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
题组二 应用电解原理制备新物质
2．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：
(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)离子交换膜的作用为____________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(3)精制饱和食盐水从图中________(选填“a”“b”“c”或“d”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
答案：(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应
(3)a d
3．用惰性电极电解法可制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。
分析制备原理，并写出产品室发生的反应。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，B(OH)、H＋发生反应生成H3BO3。产品室发生的反应为B(OH)＋H＋===H3BO3＋H2O
题组三 应用电解原理治理污染
4．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果晶的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。
说出离子交换膜的类型，以及“酸性水”的成分及作用。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：由装置图可知，左侧产生酸性水，为氯离子放电，产生氯气，溶于水生成盐酸、次氯酸，具有强氧化性，能杀菌消毒。右侧产生碱性水，为氢离子放电，产生氢氧根离子所致，钾离子通过交换膜由左端(阳极区)迁移到右端(阴极区)与氢氧根离子结合生成氢氧化钾，所以交换膜为阳离子交换膜
5．用如图所示装置处理含CN－废水时，控制溶液pH为9～10，并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO－将CN－氧化为无害物质而除去。阳极产生ClO－的电极反应为
________________________________________________________________________。
答案：2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O
考点3 金属的腐蚀与防护
授课提示：对应学生用书第138页
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．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯的金属与接触到的电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有电流产生
注：通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重
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
弱酸性或中性或碱性
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
其他反应
吸氧腐蚀还伴随以下反应：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
4.金属的防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。
(2)外加电流的阴极保护法利用电解池原理。
(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。
(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。
(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。(√)
归纳整合：金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢(由快到慢)：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢(由快到慢)：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
题组一 金属腐蚀类型的判断
1．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是( )
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
A.在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀
C．在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
解析：A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH<4的溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；C项，pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。
答案：A
2.利用如图装置进行实验，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
3.炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑，腐蚀原理如图所示。
根据金属腐蚀原理分析铁锅腐蚀过程，并写出所发生的电极反应式及有关的化学反应方程式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：铁锅中含有的Fe、C和电解质(NaCl)溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe为负极，C为正极。具体电极反应如下：
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
4.铁及其化合物与生产、生活关系密切。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)该电化学腐蚀称为________。
(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 (2)B
题组二 金属腐蚀快慢比较
5．(1)以下装置中(杯中均盛有海水)
Zn片腐蚀由快到慢的顺序为____________。
(2)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁)，________铁板更耐腐蚀，原因为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)④③⑥①②⑤ (2)镀锌 镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
题组三 金属腐蚀防护措施
6．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
解析：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。
答案：D
7．利用下图装置可以模拟铁的电化学防护
(1)若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。
(2)若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。
答案：(1)牺牲阳极的阴极保护法
(2)外加电流的阴极保护法
1.电解池组成“三条件”
(1)外接电源；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)闭合回路。
2.离子放电“两顺序”(惰性电极)
(1)阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。
(2)阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Fe2＋> Zn2＋>H＋(H2O)>Al3＋。
3.电解池阴、阳极“四特点”
(1)阳极：外接直流电源正极——流出电子——发生氧化反应——阴离子移向。
(2)阴极：外接直流电源负极——流入电子——发生还原反应——阳离子移向。
4.电解原理应用的“四方面”
(1)电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(2)电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。
(3)电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。
(4)电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融MgCl2制取镁。
授课提示：对应学生用书第140页
1．(2020·高考全国卷Ⅱ)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
解析：根据题给信息，通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag为阳极，失去电子发生氧化反应，Ag－e－===Ag＋，Ag＋通过固体电解质向变色层迁移，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，A、B、D正确；WO3得xe－生成WO，W元素的化合价降低，C错误。
答案：C
2．(2020·新高考山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析：A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
答案：D
3．(2017·高考全国卷Ⅰ)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
解析：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误；D正确。
答案：C
4．(2018·高考全国卷Ⅰ)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。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生的反应为：
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
解析：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。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，C错误。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确。将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确。
Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D正确。
答案：C
5．(2019·高考全国卷Ⅱ)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____________________________________________。
解析：由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁做电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
答案：Fe电极 Fe＋2===＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物的生成；电解时生成的OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
6．(2018·高考全国卷Ⅲ)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__________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有__________(写出一点)。
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。(3)“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。
答案：(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
(2)K＋ 由a到b
(3)产生Cl2，易污染环境等
课时作业 单独成册 对应学生用书第343页
[A组 基础题组]
1．下列现象与电化学腐蚀无关的是( )
A．生铁比纯铁易生锈
B．纯银饰品久置表面变暗
C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿
D．与铜管连接的铁管易生锈
解析：A项，生铁能够构成原电池，所以比纯铁易生锈；B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关；C项，铜锌合金能构成原电池，锌做负极被氧化，铜被保护起来，不易被腐蚀；D项，铜管与铁管连接构成原电池，铁做负极，易被腐蚀。
答案：B
2．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( )
解析：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，铁是活泼金属做负极，碳做正极，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。
答案：C
3．下列描述不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝时用铁做阳极
B．电解法精炼粗铜时用纯铜做阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱时用涂镍碳钢网做阴极
D．在镀件上电镀锌时用锌做阳极
解析：铁做阳极时，铁发生氧化反应生成Fe2＋而进入电解液中，在阴极析出使铝不纯。
答案：A
4．下列铁制品(铁钉或钢铁管道)易被腐蚀的是( )
解析：Fe接电源负极，做阴极，被保护，A不易被腐蚀；B和C均为牺牲阳极的阴极保护法，铁质管道受到保护，均不易被腐蚀；CuFe和水膜很容易形成原电池，Fe易被氧化，故铁质铆钉易被腐蚀。
答案：D
5．图中是化学能与电能相互转化的两套装置。下列分析正确的是( )
A．两装置中，铁电极均要消耗
B．图乙装置中两极均有气泡产生
C．图甲装置铁电极上发生的电极反应为Fe－3e－===Fe3＋
D．随着反应的进行，图甲装置中溶液的pH增大，图乙装置中溶液的pH不变
解析：图甲是原电池，较活泼的金属铁做负极，负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液，铁电极逐渐溶解，图乙是电解池，铁做阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，铁不溶解，故A错误；图乙是电解池，石墨做阳极，阳极上生成O2，铁做阴极，H＋放电生成H2，故B正确；图甲中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故C错误；图甲电池的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，随反应的进行c(H＋)减小，溶液pH增大，图乙相当于电解水，H2SO4浓度增大，溶液的pH减小，故D错误。
答案：B
6.工业上通过电化学原理，在铝表面形成氧化膜，来提高其抗腐蚀能力，工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．碳棒可用铜棒代替，其作用是传递电流
B．通电一段时间后，溶液的pH减小
C．通电后电子被强制从碳棒通过电解质溶液流向铝片使铝表面形成氧化膜
D．可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速度
解析：根据电解原理，碳棒为阴极，铜棒能够代替碳棒，作用是传递电流，A项正确；阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，总电解反应式为2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，硫酸浓度增大，c(H＋)增大，即溶液pH减小，B项正确；电解质溶液中没有电子通过，C项错误；滑动变阻器可调节电路中电流，即可以控制氧化膜的形成速度，D项正确。
答案：C
7．如图为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)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是( )
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
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项错误，只有B项正确。
答案：B
8．生产硝酸钙的工业废水中常含有NH4NO3，可用电解法净化，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A．a极为电源负极，b极为电源正极
B．装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极
C．Ⅰ室能得到副产品浓硝酸，Ⅲ室能得到副产品浓氨水
D．阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
解析：a为正极，b为负极，故A错误；电解槽中没有电子通过，故B错误；Ⅰ室为阳极室，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，得到较浓的硝酸，Ⅲ室为阴极室，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，NH与OH－反应生成NH3·H2O，得到较浓的氨水，故C正确，D错误。
答案：C
9.采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示：
该离子交换膜为________离子交换膜(填“阴”或“阳”)，该电池的阳极反应式为____________，钛极附近的pH值________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：该电解池的阳极发生氧化反应，所以Cu失去电子，与氢氧根离子结合生成氧化亚铜和水，电极反应式是2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O；钛极为阴极，氢离子放电生成氢气，则氢氧根离子浓度增大，所以钛极附近的pH值增大。
答案：阴 2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O 增大
10．利用如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____________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析：(1)b电极，H＋得电子生成H2，发生还原反应，所以b电极为阴极，连接电源的负极。
(2)阳极：反应物为NH4Cl，生成物为NCl3，题目中给出NCl3中氯的化合价为＋1价，所以氯失电子，化合价升高，氮、氢不变价，然后根据电荷守恒配平方程式，则阳极反应式是3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋。
答案：(1)负
(2)3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋
11．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溶液，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)H2OH＋＋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
12．如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
(1)腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”“b”或“c”)；
(2)环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__________________________________________________
________________________________________________________________________；
(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________ L(标准状况)。
解析：(1)“青铜器的腐蚀”，题图中铜为负极被腐蚀生成Cu2＋，正极氧气放电生成OH－。
(2)正极反应产物为OH－，负极反应产物为Cu2＋，与Cl－作用生成Cu2(OH)3Cl。
(3)n[Cu2(OH)3Cl]＝＝0.02 mol，所以有0.04 mol Cu被氧化，根据得失电子守恒n(O2)＝＝0.02 mol，标准状况下V(O2)＝0.02 mol×22.4 L·mol－1＝0.448 L。
答案：(1)c
(2)2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓
(3)0.448
[B组 提升题组]
13．铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为
________________________________________________________________________，
阴极产生的物质A的化学式为________。
解析：(1)电解熔融Al2O3时，阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，O2会与石墨发生化学反应，从而消耗石墨。
(2)阳极应是H2O电离出的OH－放电，生成O2和H＋，在Na2CO3溶液充足的条件下，H＋与CO反应生成HCO，故阳极的电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑；阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，所以物质A为H2。
答案：(1)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
14．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。
试回答下列问题。
(1)电源中X电极为直流电源的________极。
(2)pH变化：A：________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B：________，C：________。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为____________(设电解前后溶液体积无变化)。
解析：(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应变为Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。
(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。
(3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，则4x＋4y＝0.02 mol(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。
(4)通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，KCl溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)负 (2)增大 减小 不变
(3)0.025 mol·L－1 (4)13
核心素养 专项提能
核心素养提升(六) 电化学转化效率问题的解答策略
授课提示：对应学生用书第141页
装置、过程和效率是电化学研究的三驾马车，作为电化学重要组成的效率问题，教材中出现了比能量和比功率的定义，但很少引起关注，思则有备，有备无患，及时修复知识体系的漏洞，避免失分是非常重要的。
一 理清法拉第常数与阿伏加德罗常数的关系
电化学中传递电子的数量是计算的核心，宏观测量的电流强度和时间，通过法拉第常数或阿伏加德罗常数都能获得电子的物质的量。
1个电子电量是1.6×10－19 C,1 mol电子数约为6.02×1023,1 mol电子所带电量的绝对值即F＝6.02×1023 mol－1×1.6×10－19 C＝96 320 C/mol，试题中经常提供的数值为F＝96 500 C/mol。
电源或电池提供电量Q＝I·t(注意单位：电流强度为A，时间为s)，n(e－)＝。
若试题中没有提供法拉第常数，可以将电量除以1个电子所带的电量得到电子个数，再除以阿伏加德罗常数得到电子物质的量，
即n(e－)＝。
[典例1] 以石墨为电极，用电流强度为I(安培)的直流电电解足量RCly的水溶液，t min后，精确测得电极上析出n g金属R，设金属R的摩尔质量为M g/mol，则阿伏加德罗常数的计算式可表示为(每个电子电量：1.6×10－19 C)( )
A．NA＝
B．NA＝
C．NA＝
D．NA＝
[解析] 阴极析出金属，电极反应式为
Ry＋＋ye－===R
M g y mol
n g n(e－)
将n(e－)＝
代入＝，整理得NA＝。
[答案] C
二 利用题中新定义信息逆向求解
1．比能量：电池单位质量或单位体积所输出电能的多少[单位：(W·h)/kg或(W·h)/L]。
单位质量或单位体积指表达式中质量或体积处在分母位置，从单位看是kg或L。电池理论产生的电能处在表达式的分子位置，计算公式W＝U·I·t＝U·Q＝P·t，其中W是电功，单位为焦耳(J)；U是电压，单位为伏特(V)；I是电流，单位为安培(A)；t是时间，单位为秒(s)；Q是电量，单位为库仑(C)；P是功率，单位为瓦(W)，1 kW·h＝3.6×106 J。
2．比功率：电池单位质量或单位体积所输出功率的大小(单位：W/kg或W/L)，P＝UI。
3．电流利用效率＝×100%，负载利用电量是通过电解计算出转移电子的物质的量，电池输出电量是电流表和钟表测定值Q＝I·t，再通过法拉第常数将Q转化为电子物质的量。
[典例2] 二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg－1)。电解质为酸性，该电池的理论输出电压为1.20 V，则能量密度E＝？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(列式计算。能量密度＝，已知F＝96 500 C/mol 1 kW·h＝3.6×106 J)。
[答案] 由能量密度定义表达式和单位可知，求解的关键问题是求出电池输出电能即电功。假设消耗1 kg的CH3OCH3，依据W＝U·Q,1 mol CH3OCH3中2NA个－2价碳被氧化为＋4价CO2，转移12 mol电子，1 kg CH3OCH3反应产生的电量Q＝×12×96 500 C/mol，W＝U·Q＝1.2 V××12×96 500 C/mol所得电功单位是J，需要换算成kW·h，W＝1.2 V××12×96 500 C/mol÷(3.6×106) J/(kW·h)，能量密度＝＝
≈
8．39 (kW·h)/kg。
三 物质与能量两大角度题型归纳训练
化学变化过程同时存在着物质和能量变化，同时遵守质量守恒和能量守恒。原电池和电解池电极反应式直接计算属于理想状态，不考虑效率问题，若用实际析出物质数据计算，因存在其他副反应，要考虑电流效率问题。
1．理论物质消耗和析出的相关计算
[典例3] 酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的糊状填充物。该电池在放电过程中产生MnO(OH)，维持电流强度为0.5 A，电池工作5 min，理论消耗Zn________________g。(已知F＝96 500 C/mol)
[解析] 锌是活泼金属，为负极，电极反应式为：
Zn － 2e－===Zn2＋
65 g 2 mol
m n(e－)
＝
将n(e－)＝＝＝
代入解得m≈0.05 g。
[答案] 0.05
2．能量转化效率的相关计算
[典例4] 若用放电电流强度I＝2.0 A的电池工作10 min，电解精炼铜得到铜0.32 g，则电流利用效率为__________(保留小数点后一位)。(已知：F＝96 500 C/mol，电流利用效率＝×100%)
[解析] 通过电流利用效率表达式可知，负载利用电量用来电解精炼，电池输出电量是电流表和钟表测定值。电解精炼铜得到铜0.32 g时，n(Cu)＝＝0.005 mol，电解消耗的电量Q＝2×0.005 mol×96 500 C/mol＝965 C。据放电的电流强度I＝2.0 A，电池工作10 min，计算得电池的输出电量Q＝I·t＝2.0 A×10×60 s＝1 200 C，电流利用效率＝×100%≈80.4%。
[答案] 80.4%
[素养专项练]
1．利用甲烷的燃烧反应设计一个燃料电池，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，多孔石墨作电极，在电极上分别通入甲烷和氧气，通入甲烷气体的电极上发生的电极反应是_______，
当电路中转移12 mol电子时，实际提供的电能是890.0 kJ，则该电池的能量转化效率是____________。
解析：甲烷失电子发生氧化反应，所以通入甲烷气体的电极应为负极，甲烷在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，当电路中转移12 mol电子时，实际提供的电能是890.0 kJ，则该电池的能量转化效率为＝≈66.7%。
答案：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 66.7%
2．甲醇直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度高等优点。(已知二甲醚直接燃料电池能量密度E＝8.39 kW·h· kg－1)。
(1)若电解质为酸性，甲醇直接燃料电池的负极反应为____________________________；
(2)该电池的理论输出电压为1.20 V，列式计算能量密度E＝？____________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
(能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1 kW·h＝3.6×106 J，一个电子的电量＝1.6×10－19 C)。
答案：(1)CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
(2)1 kg甲醇输出的电能：W＝UIt＝UQ＝1.20××6×6.02×1023×1.60×10－19 J
＝2.167 2×107 J
＝2.167 2×107/(3.6×106) kW·h
≈6.02 kW·h
故甲醇直接燃料电池能量密度E＝6.02 kW·h·kg－1
3．储氢可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢： (g) (g)＋3H2(g)，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)。该储氢装置的电流效率η＝__________________________________(η＝×100%，计算结果保留小数点后一位)。
解析：逆向求解，首先求算阴极生成目标产物环己烷转移的电子数，阴极除生成环己烷外，还生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，设阴极生成的环己烷为n(C6H12)，生成氢气为n(H2)，生成的环己烷与消耗苯的物质的量相等，剩余苯的物质的量为2.4 mol－n(C6H12)，根据剩余的苯所占的物质的量分数列出等式：[n(H2)＋n(C6H12)＋2.4 mol－n(C6H12)]×25%＝2.4 mol－n(C6H12)。阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成2.8 mol氧气，失去11.2 mol电子。电解过程中通过阴、阳极转移的电子数目相等，列出等式2n(H2)＋6n(C6H12)＝11.2 mol，解得n(H2)＝0.8 mol、n(C6H12)＝1.6 mol。生成1 mol环己烷需要3 mol H2，消耗6 mol电子，1.6 mol环己烷转移9.6 mol电子。η＝×100%＝×100%≈85.7%。
答案：85.7%
4．有一个铅蓄电池最初有100 g Pb和100 g PbO2，加入过量的硫酸，发生如下反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。理论上，一个电池可以放电到其中一个电极完全耗尽为止。假如不再充电，电池工作到反应完全，若该电池放电电流为1.00 A。通过计算求：
(1)正、负极的电极材料中，哪个电极先消耗完。
(2)理论上该电池放电最长时间是多少小时？(已知F＝96 500 C/mol)
答案：(1)Pb被氧化作负极，n(Pb)＝≈0.483 mol，PbO2被还原作正极，n(PbO2)＝≈0.418 mol，n(Pb)>n(PbO2)，即正极先消耗完。
(2)Q＝n(e－)·F＝0.418 mol×2×96 500 C/mol，
Q＝I·t，t＝＝≈22.41 h。即所求时间为22.41小时。
5．在宇宙飞船和其他航天器上经常使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸入，并在电极表面发生反应而放电。
(1)a电极是电源的________极；
(2)若该电池为航天员提供了360 kg的水，则电路中通过了________mol电子。
(3)已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，则该燃料电池工作产生36 g H2O时，实际上产生了468.8 kJ的电能，则该燃料电池的能量转化率是________。 (准确到0.01) (能量转化率是实际上释放的电能和理论上反应放出的热能的比率)
解析：(1)a电极通入氢气，a是负极；(2)a、b两个电极均由多孔的碳块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸入，并在电极表面发生反应而放电，是氢氧燃料电池，燃料氢气在负极失电子发生氧化反应，依据发生反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O，计算电子转移数；依据化学方程式可知生成360 000 g水转移电子40 000 mol；(3)已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，则该燃料电池工作产生36 g H2O即2 mol水时，理论上放出571.6 kJ，实际上产生了468.8 kJ的电能，则该燃料电池的能量转化率是468.8 kJ÷571.6 kJ≈0.82。
答案：(1)负 (2)40 000 (3)0.82
电极反应式或总反应式书写与新素材命题(六)
授课提示：对应学生用书第142页
01
原电池电极反应式或总反应式的书写
1.铁镍电池(负极为Fe，正极为NiO2，电解液为KOH溶液)
已知：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2则：
负极：_______________________________________________________；
正极：_______________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________。
答案：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－ Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－ Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2O
2．LiFePO4电池(正极为LiFePO4，负极为Li，含Li＋导电固体为电解质)
已知：FePO4＋LiLiFePO4则
负极：_________________________________________________________；
正极：_________________________________________________________；
阴极：_________________________________________________________；
阳极：_________________________________________________________。
答案：Li－e－===Li＋ FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 Li＋＋e－===Li LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋
3．高铁电池(负极为Zn，正极为石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)
已知：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，则：
负极：__________________________________________________________；
正极：__________________________________________________________；
阴极：__________________________________________________________；
阳极：__________________________________________________________。
答案：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3↓＋10OH－ 3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－ 2Fe(OH)3－6e－＋10OH－===2FeO＋8H2O
4．氢氧燃料电池
(1)电解质是KOH溶液(碱性电解质)
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
(2)电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
(3)电解质是NaCl溶液(中性电解质)
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
答案：(1)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2＋O2===2H2O (2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 2H2＋O2===2H2O (3)2H2－4e－===4H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
5．甲烷燃料电池(铂为两极，正极通入O2和CO2，负极通入甲烷，电解液有三种)
(1)电解质是熔融碳酸盐(K2CO3或Na2CO3)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
(2)酸性电解质(电解液为H2SO4溶液)
正极：______________________________________________________________；
负极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
(3)碱性电解质(电解液为KOH溶液)
正极：______________________________________________________________；
负极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
答案：(1)2O2＋8e－＋4CO2===4CO CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O (2)2O2＋8e－＋8H＋===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ CH4＋2O2===CO2＋2H2O (3)2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
6．甲醇燃料电池
(1)碱性电解质(铂为两极，电解液为KOH溶液)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
(2)酸性电解质(铂为两极，电解液为H2SO4溶液)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
答案：(1)3O2＋12e－＋6H2O===12OH－ 2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O 2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O
(2)3O2＋12e－＋12H＋===6H2O 2CH3OH－12e－＋2H2O===12H＋＋2CO2↑ 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
7．CO燃料电池(总反应方程式均为2CO＋O2===2CO2)
(1)熔融盐(铂为两极，Li2CO3和Na2CO3的熔融盐做电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________。
(2)酸性电解质(铂为两极，电解液为H2SO4溶液)
正极：____________________________________________________________；
负极：____________________________________________________________。
答案：(1)O2＋4e－＋2CO2===2CO 2CO＋2CO－4e－===4CO2 (2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋
02
电解池电极反应式和总反应式的书写
1.用惰性电极电解下列溶液
(1)NaCl溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(2)CuSO4溶液
阴极：_____________________________________________________________；
阳极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (2)2Cu2＋＋4e－===2Cu 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
2．用惰性电极电解下列熔融态物质
(1)MgCl2
阳极：_____________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
(2)Al2O3
阳极：_____________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ (2)6O2－－12e－===3O2↑ 4Al3＋＋12e－===4Al 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
3．用铜做电极电解下列溶液
(1)H2SO4溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(2)NaOH溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑ Cu－2e－===Cu2＋ Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ (2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Cu－2e－＋2OH－===Cu(OH)2 Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑
4．用Al做电极电解下列溶液
(1)H2SO4溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(2)NaOH溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
答案：(1)6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al－6e－===2Al3＋ 2Al＋3H2SO4Al2(SO4)3＋3H2↑
(2)6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 2Al＋2H2O＋2NaOH2NaAlO2＋3H2↑
03
新素材命题
[命题新素材]
材料一 氢脆是金属腐蚀的一种类型。金属材料特别是钛材一旦吸氢，就会析出脆性氢化物，使机械强度劣化。在腐蚀介质中，金属因腐蚀反应析出的氢及制造过程中吸收的氢，是金属中氢的主要来源。金属的表面状态对吸氢有明显的影响，研究表明，钛材的研磨表面吸氢量最多，其次为原始表面，而真空退火和酸洗表面最难吸氢。钛材在大气中氧化处理能有效防止吸氢。
[设题新角度]
问题1.阅读材料分析，金属钛在酸性介质还是碱性介质中更易发生氢脆？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
问题2.怎样防止金属钛发生氢脆腐蚀？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
问题1 提示：酸性介质。
问题2 提示：钛材在大气中氧化处理能有效防止吸氢。
[命题新素材]
材料二 目前电解除磷装置多采用铁板或铝板作为电极，电极板浸没在水中，阳极在直流电源作用下电解产生Fe2＋或Al3＋，Fe2＋可进一步被氧化生成Fe3＋，这些离子能与污水中的PO反应生成不溶性化合物，可通过固液分离被去除。此外，在不同pH条件下，部分金属离子会与污水中的OH－生成铁或铝的羟基化合物及沉淀物，污水中的PO会吸附在这些沉淀物的表面并随其一起被去除。同时，阴极生成的H2在污水中会产生气浮现象，使污水中的颗粒物漂浮到表面而得以去除。目前国内已有不少关于电解除磷装置的研究，但由于其短时间内处理的污水量有限及存在的其他一些技术问题限制了其在生活污水处理装置末端上的连续应用。
[设题新角度]
问题1.根据材料分析电解除磷时为什么将铝板或铁板作阳极？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
问题2.用铁作电极，利用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，CN－与阳极产生的ClO－反应生成无污染的气体。思考在该装置中铁应该做什么电极？(素养角度——证据推理与模型认知)
问题3.根据所学知识分析，电解法除去废水中的磷元素，可能会面临哪些技术难题？(素养角度——科学探究与创新意识)
问题1 提示：阳极在直流电源作用下电解产生Fe2＋或Al3＋，提供能与磷酸根结合生成沉淀的阳离子。
问题2 提示：阳极产生ClO－，发生的反应为Cl－＋2OH－－2e－=== ClO－＋H2O，所以阳极一定是石墨电极，铁电极作阴极。
问题3 提示：金属阳极易发生钝化现象，导致通过稳压电解系统的电流逐渐减小，进而影响电解除磷的效率；电解反应后的出水无法达到色度指标：一方面，电解过程中溶出较多Fe3＋，会使水体呈现黄棕色甚至棕红色；另一方面，Fe2＋与水中成色物质形成难以絮凝沉降的有机铁化合物，使原水变色。
第20讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
目标要求
核心素养
1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。
2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。
2.科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贡献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
考点1 电解原理
授课提示：对应学生用书第133页
1．电解
2．电解池的组成和工作原理(用惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式：
Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
3．放电顺序(一般情况下)
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
若是惰性电极作阳极，放电顺序为
1．由惰性电极电解电解质溶液的四种类型(填空)
(1)电解水型
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解质溶液复原
H2SO4
阴极：________
阳极：________
总反应式：________
NaOH
KNO3
提示：(从上到下，从左到右)4H＋＋4e－===2H2↑ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 减小 增大 不变 加水
(2)电解电解质型
电解质类型
电极反应式及总反应式
电解质溶液浓度
溶液pH
电解质溶液复原
HCl
阴极：________
阳极：________
总反应式：_______
减小
CuCl2
阴极：________
阳极：________
总反应式：_______
提示：(从上到下，从左到右)2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2HClH2↑＋Cl2↑ Cu2＋＋2e－===Cu 2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ 增大 通入HCl 加CuCl2固体
(3)放H2生碱型
电解质(水溶液)
电极反应式及总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl、KCl)
阴极：________
阳极：________
总反应式：________
生成新电解质
通入________
提示：2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 增大 HCl气体
(4)放O2生酸型
电解质(水溶液)
电极反应式及总反应式
电解质浓度
溶液pH
溶液复原
不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4、Cu(NO3)2]
阴极：________
阳极：________
总反应式：________
生成新电解质
加________
或________
提示：2Cu2＋＋4e－===2Cu 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 减小 CuO CuCO3
2．根据金属活动性顺序表，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?
提示：以Cu为阳极、C为阴极、稀H2SO4为电解质溶液，设计成电解池，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↑。
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。(√)
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。(√)
(3)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。(×)
(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。(×)
(5)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(×)
(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大。(×)
1．模型构建：分析电解过程的思维流程
2．学科思维：用惰性电极电解电解质溶液的产物判断图示
3．归纳整合：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。
题组一 电解原理
1．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
解析：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，发生的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2OHCl＋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a、c形成电解池，d、b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。
答案：B
2．下列是四套不同介质的电解装置，通电后在A装置石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊溶液。
(1)在A装置中，Na＋、SO如何移动？石墨a周围溶液颜色如何改变？石墨b周围溶液颜色如何改变？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)根据四套装置的电极反应，分析电解一段时间后，四套装置溶液的pH如何变化？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)Na＋移向阴极(石墨a)，SO移向阳极(石墨b)；石墨a附近由于H＋放电(2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)溶液呈碱性，溶液(石蕊)显蓝色；石墨b附近由于OH－放电(2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)溶液呈酸性，溶液(石蕊)显红色
(2)A装置pH不变；B装置总反应为Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑，消耗水使OH－浓度增大，溶液的pH增大；C装置，电解食盐水，生成NaOH使溶液的pH增大；D装置，电解硫酸铜实质是电解水和硫酸铜，水中的OH－放电使溶液中的H＋浓度增大，溶液的pH减小
题组二 电极反应式、电解方程式的书写
3．(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)用铁做电极电解NaCl溶液
阳极反应式：___________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________；
总反应化学方程式：_____________________________________________________。
(3)用Al做电极电解NaOH溶液
阳极反应式：___________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________；
总反应离子方程式：_____________________________________________________。
(4)用Al做阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：_________________________________________________________；
阴极反应式：_________________________________________________________；
总反应化学方程式：___________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑
(3)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋3H2OAl2O3＋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↑
题组三 有关电解的计算
5．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，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
解析：石墨做电极电解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。综上所述，A项正确。
答案：A
从原理和事实出发，对阴、阳极上的放电纠偏
授课提示：对应学生用书第135页
纠偏
1
阴离子能在阴极上放电吗
阴极发生得电子的还原反应，体现出放电离子的氧化性，一些阴离子的氧化性比较强，当条件合适时肯定可以在阴极放电。
[典例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－7和AlCl－4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________。
[解析] 电镀时钢制品应作阴极，故应接电源的负极；目的是在钢制品上镀铝，故阴极有Al产生，根据电荷守恒写出阴极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；若使用AlCl3水溶液则是H＋在阴极放电，产生H2。
[答案] 负 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl H2
[即时训练1] 铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。
铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：Cr2O―→Cr3＋，Cr化合价降低得电子，结合题目为酸性环境，故电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
答案：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O
很多具有氧化性的阴离子可以在电解池的阴极得电子发生还原反应，在高考题中需要特别关注NO、MnO、Cr2O等在特定环境下具有氧化性的阴离子。
纠偏
2
阳离子能在阳极放电吗
阳极发生失电子的氧化反应，本质是放电离子还原性的体现，某些处于较低价态的阳离子具有较强的还原性，可以在阳极放电发生氧化反应。
[典例2] 铅及其化合物可用于铅蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料。回答下列问题：
PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为_____________________________________________________，
阴极上观察到的现象是_____________________________________________________；
若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为________________________，
这样做的主要缺点是______________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] 从实验目的来看应由Pb2＋价态升高变为PbO2，阳极电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故阴极石墨上有红色物质析出。只有Pb(NO3)2溶液时，阴极反应为Pb2＋＋2e－===Pb，导致Pb2＋的利用率降低(没有全部转化为产物PbO2)。
[答案] Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋ 石墨上有红色物质析出 Pb2＋＋2e－===Pb 不能有效利用Pb2＋
[即时训练2] 用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 mol/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值)：
实验
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅰ
x≥a
电极附近变黄色，有气泡产生
有Fe3＋、有Cl2
Ⅱ
a＞x≥b
电极附近变黄色，无气泡产生
有Fe3＋、无Cl2
Ⅲ
b＞x＞0
无明显变化
无Fe3＋、无Cl2
(1)甲同学由Ⅰ推测：Fe2＋在阳极放电产生Fe3＋。这种推测是否正确，并说明原因：
________________________________________________________________________。
(2)乙同学由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电，其电极反应式为
________________________________________________________________________。
(3)Ⅱ中虽未检测出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：
实验
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅳ
a＞x≥c
无明显变化
有Cl2
Ⅴ
c＞x≥b
无明显变化
无Cl2
与Ⅱ对比，通过控制电压验证了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同时”)Cl－放电。
解析：(1)这种推测是错误的，Fe3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋产生的。(2)实验Ⅱ没有Cl2产生，所以Fe3＋不可能是Fe2＋被Cl2氧化而来，只可能是Fe2＋在阳极放电被氧化反应而来，故电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。(3)对比实验Ⅱ和Ⅳ，发现Fe2＋在阳极放电变为Fe3＋所需的电压比Cl－在阳极放电产生Cl2所需电压更低，故电解时Fe2＋先于Cl－在阳极放电。
答案：(1)不正确，Cl2氧化Fe2＋也会产生Fe3＋
(2)Fe2＋－e－===Fe3＋ (3)先于
[练后归纳] 阳离子可以在阳极放电，有些还原性较强的离子(如Fe2＋)甚至可能先于阴离子反应。而这恰好是符合氧化还原反应规律的(还原性：Fe2＋>Cl－)。
纠偏
3
含氧酸根离子会参与电极反应吗
[典例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。
(1)阳极的电极反应式为________________。
(2)电解后，________室的NaHSO3浓度增加。
(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)浓度增加，原因是___________(用电极反应式说明)。
[解析] (1)阳极区为H2SO4溶液，故阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)电解后阳极区域产生的H＋透过阳离子交换膜进入a室，发生反应SO＋H＋===HSO(SO结合H＋能力比HSO强)使a室的NaHSO3浓度增加。(3)b室为阴极区，电极反应式为2HSO＋2e－===H2↑＋2SO(H＋主要来自HSO的电离)，故b室的Na2SO3浓度增加。
[答案] (1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)a
(3)Na2SO3 2HSO＋2e－===H2↑＋2SO
例3(3)中的阴极反应式非常特别，HSO参与电极反应，但却是其中的H元素价态发生了变化。发生电极反应时可能并不是中心元素的价态发生改变！
纠偏
4
分子有可能参与电极反应吗
[典例4] 电解NO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：_____________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
[解析] 观察图示转化，结合电极反应的对应关系得出，阴极：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O；阳极：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋。总反应式为8NO＋7H2O===3NH4NO3＋2HNO3，故A中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3。
[答案] NH3 观察图示转化中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3
[即时训练3] (双选)利用电解产生的H2O2处理含氨废水(电解前用酸调pH＝5)的装置如图，下列判断错误的是( )
A．可用硫酸调节废水的pH
B．阴极的电解产物之一是N2
C．阴极O2的消耗量与阳极O2的产生量相同
D．电路中通过3 mol电子时除去废水中17 g NH3
解析：根据题目叙述和图示得出：阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2。N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物，即2NH3＋3H2O2===N2＋6H2O，故B错误。从电极反应式看出阴极的O2的消耗量与阳极的O2的产生量为2∶1，故C错误。
答案：BC
当条件合适的情况下，电中性的分子也有可能参与电极反应。
考点2 电解原理在工业生产中的应用
授课提示：对应学生用书第136页
1．氯碱工业
(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＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
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
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
1．下面是两套电解应用的常规装置
(1)请分析两装置中各电极的质量变化？
(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？
提示：(1)甲图中铜片质量减小，待镀铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。
(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度逐渐减小。
2.如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：_____________________________________________。
提示：2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
(1)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。(√)
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)
(3)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。(×)
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。(×)
(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(√)
(6)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。(×)
题组一 通过电解原理，形成致密氧化膜，提高抗腐蚀性
1．用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4—H2C2O4混合溶液。
待加工铝质工件应作阳极还是阴极？写出电极反应式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：铝质工件应作阳极 阳极2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋ 阴极6H＋＋6e－===3H2↑ 总反应2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
题组二 应用电解原理制备新物质
2．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：
(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)离子交换膜的作用为____________________________________________________、
________________________________________________________________________。
(3)精制饱和食盐水从图中________(选填“a”“b”“c”或“d”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
答案：(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液 阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应
(3)a d
3．用惰性电极电解法可制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]，其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。
分析制备原理，并写出产品室发生的反应。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：由图可知，b电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，a电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室，B(OH)通过阴膜进入产品室，b极室中氢离子通过阳膜进入产品室，B(OH)、H＋发生反应生成H3BO3。产品室发生的反应为B(OH)＋H＋===H3BO3＋H2O
题组三 应用电解原理治理污染
4．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果晶的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。
说出离子交换膜的类型，以及“酸性水”的成分及作用。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：由装置图可知，左侧产生酸性水，为氯离子放电，产生氯气，溶于水生成盐酸、次氯酸，具有强氧化性，能杀菌消毒。右侧产生碱性水，为氢离子放电，产生氢氧根离子所致，钾离子通过交换膜由左端(阳极区)迁移到右端(阴极区)与氢氧根离子结合生成氢氧化钾，所以交换膜为阳离子交换膜
5．用如图所示装置处理含CN－废水时，控制溶液pH为9～10，并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO－将CN－氧化为无害物质而除去。阳极产生ClO－的电极反应为
________________________________________________________________________。
答案：2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O
考点3 金属的腐蚀与防护
授课提示：对应学生用书第138页
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．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯的金属与接触到的电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
有电流产生
注：通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重
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
弱酸性或中性或碱性
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
其他反应
吸氧腐蚀还伴随以下反应：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
4.金属的防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。
(2)外加电流的阴极保护法利用电解池原理。
(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。
(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。
(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。(√)
归纳整合：金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢(由快到慢)：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢(由快到慢)：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
题组一 金属腐蚀类型的判断
1．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是( )
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
A.在pH>14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．在pH<4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀
C．在pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
解析：A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH<4的溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B不符合题意；C项，pH>6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。
答案：A
2.利用如图装置进行实验，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
3.炒过菜的铁锅未及时洗净(残液中含NaCl)，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑，腐蚀原理如图所示。
根据金属腐蚀原理分析铁锅腐蚀过程，并写出所发生的电极反应式及有关的化学反应方程式。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：铁锅中含有的Fe、C和电解质(NaCl)溶液构成原电池，活泼金属作负极，Fe为负极，C为正极。具体电极反应如下：
负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
4.铁及其化合物与生产、生活关系密切。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)该电化学腐蚀称为________。
(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 (2)B
题组二 金属腐蚀快慢比较
5．(1)以下装置中(杯中均盛有海水)
Zn片腐蚀由快到慢的顺序为____________。
(2)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁)，________铁板更耐腐蚀，原因为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)④③⑥①②⑤ (2)镀锌 镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
题组三 金属腐蚀防护措施
6．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
解析：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。
答案：D
7．利用下图装置可以模拟铁的电化学防护
(1)若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。
(2)若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀，我们把这种防腐称为____________。
答案：(1)牺牲阳极的阴极保护法
(2)外加电流的阴极保护法
1.电解池组成“三条件”
(1)外接电源；(2)电解质溶液或熔融电解质；(3)闭合回路。
2.离子放电“两顺序”(惰性电极)
(1)阳极：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－。
(2)阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Sn2＋>Fe2＋> Zn2＋>H＋(H2O)>Al3＋。
3.电解池阴、阳极“四特点”
(1)阳极：外接直流电源正极——流出电子——发生氧化反应——阴离子移向。
(2)阴极：外接直流电源负极——流入电子——发生还原反应——阳离子移向。
4.电解原理应用的“四方面”
(1)电解饱和食盐水的化学方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(2)电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。
(3)电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。
(4)电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融MgCl2制取镁。
授课提示：对应学生用书第140页
1．(2020·高考全国卷Ⅱ)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
解析：根据题给信息，通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag为阳极，失去电子发生氧化反应，Ag－e－===Ag＋，Ag＋通过固体电解质向变色层迁移，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，A、B、D正确；WO3得xe－生成WO，W元素的化合价降低，C错误。
答案：C
2．(2020·新高考山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析：A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
答案：D
3．(2017·高考全国卷Ⅰ)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
解析：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误；D正确。
答案：C
4．(2018·高考全国卷Ⅰ)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。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生的反应为：
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
解析：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。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，C错误。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确。将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确。
Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D正确。
答案：C
5．(2019·高考全国卷Ⅱ)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____________________________________________。
解析：由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁做电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
答案：Fe电极 Fe＋2===＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物的生成；电解时生成的OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
6．(2018·高考全国卷Ⅲ)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__________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有__________(写出一点)。
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。(3)“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。
答案：(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
(2)K＋ 由a到b
(3)产生Cl2，易污染环境等
课时作业 单独成册 对应学生用书第343页
[A组 基础题组]
1．下列现象与电化学腐蚀无关的是( )
A．生铁比纯铁易生锈
B．纯银饰品久置表面变暗
C．黄铜(铜锌合金)制品不易产生铜绿
D．与铜管连接的铁管易生锈
解析：A项，生铁能够构成原电池，所以比纯铁易生锈；B项，纯银不符合构成原电池的条件，故它表面变暗与电化学腐蚀无关；C项，铜锌合金能构成原电池，锌做负极被氧化，铜被保护起来，不易被腐蚀；D项，铜管与铁管连接构成原电池，铁做负极，易被腐蚀。
答案：B
2．相同材质的铁在下列情形下最不易被腐蚀的是( )
解析：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，铁是活泼金属做负极，碳做正极，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。
答案：C
3．下列描述不符合生产实际的是( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝时用铁做阳极
B．电解法精炼粗铜时用纯铜做阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱时用涂镍碳钢网做阴极
D．在镀件上电镀锌时用锌做阳极
解析：铁做阳极时，铁发生氧化反应生成Fe2＋而进入电解液中，在阴极析出使铝不纯。
答案：A
4．下列铁制品(铁钉或钢铁管道)易被腐蚀的是( )
解析：Fe接电源负极，做阴极，被保护，A不易被腐蚀；B和C均为牺牲阳极的阴极保护法，铁质管道受到保护，均不易被腐蚀；CuFe和水膜很容易形成原电池，Fe易被氧化，故铁质铆钉易被腐蚀。
答案：D
5．图中是化学能与电能相互转化的两套装置。下列分析正确的是( )
A．两装置中，铁电极均要消耗
B．图乙装置中两极均有气泡产生
C．图甲装置铁电极上发生的电极反应为Fe－3e－===Fe3＋
D．随着反应的进行，图甲装置中溶液的pH增大，图乙装置中溶液的pH不变
解析：图甲是原电池，较活泼的金属铁做负极，负极上铁失电子生成亚铁离子进入溶液，铁电极逐渐溶解，图乙是电解池，铁做阴极，阴极上氢离子得电子生成氢气，铁不溶解，故A错误；图乙是电解池，石墨做阳极，阳极上生成O2，铁做阴极，H＋放电生成H2，故B正确；图甲中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，故C错误；图甲电池的总反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，随反应的进行c(H＋)减小，溶液pH增大，图乙相当于电解水，H2SO4浓度增大，溶液的pH减小，故D错误。
答案：B
6.工业上通过电化学原理，在铝表面形成氧化膜，来提高其抗腐蚀能力，工作原理如图所示。下列说法不正确的是( )
A．碳棒可用铜棒代替，其作用是传递电流
B．通电一段时间后，溶液的pH减小
C．通电后电子被强制从碳棒通过电解质溶液流向铝片使铝表面形成氧化膜
D．可通过调节滑动变阻器来控制氧化膜的形成速度
解析：根据电解原理，碳棒为阴极，铜棒能够代替碳棒，作用是传递电流，A项正确；阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，总电解反应式为2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑，硫酸浓度增大，c(H＋)增大，即溶液pH减小，B项正确；电解质溶液中没有电子通过，C项错误；滑动变阻器可调节电路中电流，即可以控制氧化膜的形成速度，D项正确。
答案：C
7．如图为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)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是( )
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
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项错误，只有B项正确。
答案：B
8．生产硝酸钙的工业废水中常含有NH4NO3，可用电解法净化，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是 ( )
A．a极为电源负极，b极为电源正极
B．装置工作时电子由b极流出，经导线、电解槽流入a极
C．Ⅰ室能得到副产品浓硝酸，Ⅲ室能得到副产品浓氨水
D．阴极的电极反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O
解析：a为正极，b为负极，故A错误；电解槽中没有电子通过，故B错误；Ⅰ室为阳极室，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，得到较浓的硝酸，Ⅲ室为阴极室，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，NH与OH－反应生成NH3·H2O，得到较浓的氨水，故C正确，D错误。
答案：C
9.采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度而制备纳米Cu2O，装置如图所示：
该离子交换膜为________离子交换膜(填“阴”或“阳”)，该电池的阳极反应式为____________，钛极附近的pH值________(填“增大”“减小”或“不变”)。
解析：该电解池的阳极发生氧化反应，所以Cu失去电子，与氢氧根离子结合生成氧化亚铜和水，电极反应式是2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O；钛极为阴极，氢离子放电生成氢气，则氢氧根离子浓度增大，所以钛极附近的pH值增大。
答案：阴 2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O 增大
10．利用如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____________________________________________________
_________________________________________________________________。
解析：(1)b电极，H＋得电子生成H2，发生还原反应，所以b电极为阴极，连接电源的负极。
(2)阳极：反应物为NH4Cl，生成物为NCl3，题目中给出NCl3中氯的化合价为＋1价，所以氯失电子，化合价升高，氮、氢不变价，然后根据电荷守恒配平方程式，则阳极反应式是3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋。
答案：(1)负
(2)3Cl－－6e－＋NH===NCl3＋4H＋
11．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溶液，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)H2OH＋＋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
12．如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
(1)腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”“b”或“c”)；
(2)环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__________________________________________________
________________________________________________________________________；
(3)若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________ L(标准状况)。
解析：(1)“青铜器的腐蚀”，题图中铜为负极被腐蚀生成Cu2＋，正极氧气放电生成OH－。
(2)正极反应产物为OH－，负极反应产物为Cu2＋，与Cl－作用生成Cu2(OH)3Cl。
(3)n[Cu2(OH)3Cl]＝＝0.02 mol，所以有0.04 mol Cu被氧化，根据得失电子守恒n(O2)＝＝0.02 mol，标准状况下V(O2)＝0.02 mol×22.4 L·mol－1＝0.448 L。
答案：(1)c
(2)2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓
(3)0.448
[B组 提升题组]
13．铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为
________________________________________________________________________，
阴极产生的物质A的化学式为________。
解析：(1)电解熔融Al2O3时，阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，O2会与石墨发生化学反应，从而消耗石墨。
(2)阳极应是H2O电离出的OH－放电，生成O2和H＋，在Na2CO3溶液充足的条件下，H＋与CO反应生成HCO，故阳极的电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑；阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，所以物质A为H2。
答案：(1)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
14．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g。
试回答下列问题。
(1)电源中X电极为直流电源的________极。
(2)pH变化：A：________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B：________，C：________。
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL，电解后，溶液的pH为____________(设电解前后溶液体积无变化)。
解析：(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时，Ag＋在阴极发生还原反应变为Ag，所以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y是正极，X是负极。
(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解，Ag＋浓度基本不变，pH不变。
(3)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子。B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，电子转移不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x，电解H2O时生成O2的物质的量为y，则4x＋4y＝0.02 mol(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01 mol(气体体积之和)，解得x＝y＝0.002 5 mol，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝0.005 mol÷0.2 L＝0.025 mol·L－1。
(4)通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，KCl溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH－)＝0.02 mol÷0.2 L＝0.1 mol·L－1，pH＝13。
答案：(1)负 (2)增大 减小 不变
(3)0.025 mol·L－1 (4)13
核心素养 专项提能
核心素养提升(六) 电化学转化效率问题的解答策略
授课提示：对应学生用书第141页
装置、过程和效率是电化学研究的三驾马车，作为电化学重要组成的效率问题，教材中出现了比能量和比功率的定义，但很少引起关注，思则有备，有备无患，及时修复知识体系的漏洞，避免失分是非常重要的。
一 理清法拉第常数与阿伏加德罗常数的关系
电化学中传递电子的数量是计算的核心，宏观测量的电流强度和时间，通过法拉第常数或阿伏加德罗常数都能获得电子的物质的量。
1个电子电量是1.6×10－19 C,1 mol电子数约为6.02×1023,1 mol电子所带电量的绝对值即F＝6.02×1023 mol－1×1.6×10－19 C＝96 320 C/mol，试题中经常提供的数值为F＝96 500 C/mol。
电源或电池提供电量Q＝I·t(注意单位：电流强度为A，时间为s)，n(e－)＝。
若试题中没有提供法拉第常数，可以将电量除以1个电子所带的电量得到电子个数，再除以阿伏加德罗常数得到电子物质的量，
即n(e－)＝。
[典例1] 以石墨为电极，用电流强度为I(安培)的直流电电解足量RCly的水溶液，t min后，精确测得电极上析出n g金属R，设金属R的摩尔质量为M g/mol，则阿伏加德罗常数的计算式可表示为(每个电子电量：1.6×10－19 C)( )
A．NA＝
B．NA＝
C．NA＝
D．NA＝
[解析] 阴极析出金属，电极反应式为
Ry＋＋ye－===R
M g y mol
n g n(e－)
将n(e－)＝
代入＝，整理得NA＝。
[答案] C
二 利用题中新定义信息逆向求解
1．比能量：电池单位质量或单位体积所输出电能的多少[单位：(W·h)/kg或(W·h)/L]。
单位质量或单位体积指表达式中质量或体积处在分母位置，从单位看是kg或L。电池理论产生的电能处在表达式的分子位置，计算公式W＝U·I·t＝U·Q＝P·t，其中W是电功，单位为焦耳(J)；U是电压，单位为伏特(V)；I是电流，单位为安培(A)；t是时间，单位为秒(s)；Q是电量，单位为库仑(C)；P是功率，单位为瓦(W)，1 kW·h＝3.6×106 J。
2．比功率：电池单位质量或单位体积所输出功率的大小(单位：W/kg或W/L)，P＝UI。
3．电流利用效率＝×100%，负载利用电量是通过电解计算出转移电子的物质的量，电池输出电量是电流表和钟表测定值Q＝I·t，再通过法拉第常数将Q转化为电子物质的量。
[典例2] 二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg－1)。电解质为酸性，该电池的理论输出电压为1.20 V，则能量密度E＝？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(列式计算。能量密度＝，已知F＝96 500 C/mol 1 kW·h＝3.6×106 J)。
[答案] 由能量密度定义表达式和单位可知，求解的关键问题是求出电池输出电能即电功。假设消耗1 kg的CH3OCH3，依据W＝U·Q,1 mol CH3OCH3中2NA个－2价碳被氧化为＋4价CO2，转移12 mol电子，1 kg CH3OCH3反应产生的电量Q＝×12×96 500 C/mol，W＝U·Q＝1.2 V××12×96 500 C/mol所得电功单位是J，需要换算成kW·h，W＝1.2 V××12×96 500 C/mol÷(3.6×106) J/(kW·h)，能量密度＝＝
≈
8．39 (kW·h)/kg。
三 物质与能量两大角度题型归纳训练
化学变化过程同时存在着物质和能量变化，同时遵守质量守恒和能量守恒。原电池和电解池电极反应式直接计算属于理想状态，不考虑效率问题，若用实际析出物质数据计算，因存在其他副反应，要考虑电流效率问题。
1．理论物质消耗和析出的相关计算
[典例3] 酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、二氧化锰、氯化锌和氯化铵等组成的糊状填充物。该电池在放电过程中产生MnO(OH)，维持电流强度为0.5 A，电池工作5 min，理论消耗Zn________________g。(已知F＝96 500 C/mol)
[解析] 锌是活泼金属，为负极，电极反应式为：
Zn － 2e－===Zn2＋
65 g 2 mol
m n(e－)
＝
将n(e－)＝＝＝
代入解得m≈0.05 g。
[答案] 0.05
2．能量转化效率的相关计算
[典例4] 若用放电电流强度I＝2.0 A的电池工作10 min，电解精炼铜得到铜0.32 g，则电流利用效率为__________(保留小数点后一位)。(已知：F＝96 500 C/mol，电流利用效率＝×100%)
[解析] 通过电流利用效率表达式可知，负载利用电量用来电解精炼，电池输出电量是电流表和钟表测定值。电解精炼铜得到铜0.32 g时，n(Cu)＝＝0.005 mol，电解消耗的电量Q＝2×0.005 mol×96 500 C/mol＝965 C。据放电的电流强度I＝2.0 A，电池工作10 min，计算得电池的输出电量Q＝I·t＝2.0 A×10×60 s＝1 200 C，电流利用效率＝×100%≈80.4%。
[答案] 80.4%
[素养专项练]
1．利用甲烷的燃烧反应设计一个燃料电池，用氢氧化钾溶液作电解质溶液，多孔石墨作电极，在电极上分别通入甲烷和氧气，通入甲烷气体的电极上发生的电极反应是_______，
当电路中转移12 mol电子时，实际提供的电能是890.0 kJ，则该电池的能量转化效率是____________。
解析：甲烷失电子发生氧化反应，所以通入甲烷气体的电极应为负极，甲烷在负极失去电子，碱性条件下生成碳酸根与水，电极反应式为CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，当电路中转移12 mol电子时，实际提供的电能是890.0 kJ，则该电池的能量转化效率为＝≈66.7%。
答案：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 66.7%
2．甲醇直接燃料电池具有启动快、效率高、能量密度高等优点。(已知二甲醚直接燃料电池能量密度E＝8.39 kW·h· kg－1)。
(1)若电解质为酸性，甲醇直接燃料电池的负极反应为____________________________；
(2)该电池的理论输出电压为1.20 V，列式计算能量密度E＝？____________________
__________________________________________________________________________
__________________________________________________________________________
(能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1 kW·h＝3.6×106 J，一个电子的电量＝1.6×10－19 C)。
答案：(1)CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋
(2)1 kg甲醇输出的电能：W＝UIt＝UQ＝1.20××6×6.02×1023×1.60×10－19 J
＝2.167 2×107 J
＝2.167 2×107/(3.6×106) kW·h
≈6.02 kW·h
故甲醇直接燃料电池能量密度E＝6.02 kW·h·kg－1
3．储氢可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢： (g) (g)＋3H2(g)，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)。该储氢装置的电流效率η＝__________________________________(η＝×100%，计算结果保留小数点后一位)。
解析：逆向求解，首先求算阴极生成目标产物环己烷转移的电子数，阴极除生成环己烷外，还生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，设阴极生成的环己烷为n(C6H12)，生成氢气为n(H2)，生成的环己烷与消耗苯的物质的量相等，剩余苯的物质的量为2.4 mol－n(C6H12)，根据剩余的苯所占的物质的量分数列出等式：[n(H2)＋n(C6H12)＋2.4 mol－n(C6H12)]×25%＝2.4 mol－n(C6H12)。阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成2.8 mol氧气，失去11.2 mol电子。电解过程中通过阴、阳极转移的电子数目相等，列出等式2n(H2)＋6n(C6H12)＝11.2 mol，解得n(H2)＝0.8 mol、n(C6H12)＝1.6 mol。生成1 mol环己烷需要3 mol H2，消耗6 mol电子，1.6 mol环己烷转移9.6 mol电子。η＝×100%＝×100%≈85.7%。
答案：85.7%
4．有一个铅蓄电池最初有100 g Pb和100 g PbO2，加入过量的硫酸，发生如下反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。理论上，一个电池可以放电到其中一个电极完全耗尽为止。假如不再充电，电池工作到反应完全，若该电池放电电流为1.00 A。通过计算求：
(1)正、负极的电极材料中，哪个电极先消耗完。
(2)理论上该电池放电最长时间是多少小时？(已知F＝96 500 C/mol)
答案：(1)Pb被氧化作负极，n(Pb)＝≈0.483 mol，PbO2被还原作正极，n(PbO2)＝≈0.418 mol，n(Pb)>n(PbO2)，即正极先消耗完。
(2)Q＝n(e－)·F＝0.418 mol×2×96 500 C/mol，
Q＝I·t，t＝＝≈22.41 h。即所求时间为22.41小时。
5．在宇宙飞船和其他航天器上经常使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸入，并在电极表面发生反应而放电。
(1)a电极是电源的________极；
(2)若该电池为航天员提供了360 kg的水，则电路中通过了________mol电子。
(3)已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，则该燃料电池工作产生36 g H2O时，实际上产生了468.8 kJ的电能，则该燃料电池的能量转化率是________。 (准确到0.01) (能量转化率是实际上释放的电能和理论上反应放出的热能的比率)
解析：(1)a电极通入氢气，a是负极；(2)a、b两个电极均由多孔的碳块组成，通入的氢气和氧气由孔隙中逸入，并在电极表面发生反应而放电，是氢氧燃料电池，燃料氢气在负极失电子发生氧化反应，依据发生反应的化学方程式为2H2＋O2===2H2O，计算电子转移数；依据化学方程式可知生成360 000 g水转移电子40 000 mol；(3)已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，则该燃料电池工作产生36 g H2O即2 mol水时，理论上放出571.6 kJ，实际上产生了468.8 kJ的电能，则该燃料电池的能量转化率是468.8 kJ÷571.6 kJ≈0.82。
答案：(1)负 (2)40 000 (3)0.82
电极反应式或总反应式书写与新素材命题(六)
授课提示：对应学生用书第142页
01
原电池电极反应式或总反应式的书写
1.铁镍电池(负极为Fe，正极为NiO2，电解液为KOH溶液)
已知：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2则：
负极：_______________________________________________________；
正极：_______________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________。
答案：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－ Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－ Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2O
2．LiFePO4电池(正极为LiFePO4，负极为Li，含Li＋导电固体为电解质)
已知：FePO4＋LiLiFePO4则
负极：_________________________________________________________；
正极：_________________________________________________________；
阴极：_________________________________________________________；
阳极：_________________________________________________________。
答案：Li－e－===Li＋ FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4 Li＋＋e－===Li LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋
3．高铁电池(负极为Zn，正极为石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)
已知：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，则：
负极：__________________________________________________________；
正极：__________________________________________________________；
阴极：__________________________________________________________；
阳极：__________________________________________________________。
答案：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3↓＋10OH－ 3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－ 2Fe(OH)3－6e－＋10OH－===2FeO＋8H2O
4．氢氧燃料电池
(1)电解质是KOH溶液(碱性电解质)
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
(2)电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
(3)电解质是NaCl溶液(中性电解质)
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
答案：(1)2H2－4e－＋4OH－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2＋O2===2H2O (2)2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 2H2＋O2===2H2O (3)2H2－4e－===4H＋ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2＋O2===2H2O
5．甲烷燃料电池(铂为两极，正极通入O2和CO2，负极通入甲烷，电解液有三种)
(1)电解质是熔融碳酸盐(K2CO3或Na2CO3)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
(2)酸性电解质(电解液为H2SO4溶液)
正极：______________________________________________________________；
负极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
(3)碱性电解质(电解液为KOH溶液)
正极：______________________________________________________________；
负极：______________________________________________________________；
总反应式：__________________________________________________________。
答案：(1)2O2＋8e－＋4CO2===4CO CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O CH4＋2O2===CO2＋2H2O (2)2O2＋8e－＋8H＋===4H2O CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ CH4＋2O2===CO2＋2H2O (3)2O2＋8e－＋4H2O===8OH－ CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
6．甲醇燃料电池
(1)碱性电解质(铂为两极，电解液为KOH溶液)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
(2)酸性电解质(铂为两极，电解液为H2SO4溶液)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
答案：(1)3O2＋12e－＋6H2O===12OH－ 2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O 2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O
(2)3O2＋12e－＋12H＋===6H2O 2CH3OH－12e－＋2H2O===12H＋＋2CO2↑ 2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
7．CO燃料电池(总反应方程式均为2CO＋O2===2CO2)
(1)熔融盐(铂为两极，Li2CO3和Na2CO3的熔融盐做电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气)
正极：_____________________________________________________________；
负极：_____________________________________________________________。
(2)酸性电解质(铂为两极，电解液为H2SO4溶液)
正极：____________________________________________________________；
负极：____________________________________________________________。
答案：(1)O2＋4e－＋2CO2===2CO 2CO＋2CO－4e－===4CO2 (2)O2＋4e－＋4H＋===2H2O 2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋
02
电解池电极反应式和总反应式的书写
1.用惰性电极电解下列溶液
(1)NaCl溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(2)CuSO4溶液
阴极：_____________________________________________________________；
阳极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (2)2Cu2＋＋4e－===2Cu 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑
2．用惰性电极电解下列熔融态物质
(1)MgCl2
阳极：_____________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
(2)Al2O3
阳极：_____________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ (2)6O2－－12e－===3O2↑ 4Al3＋＋12e－===4Al 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
3．用铜做电极电解下列溶液
(1)H2SO4溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(2)NaOH溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
答案：(1)2H＋＋2e－===H2↑ Cu－2e－===Cu2＋ Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑ (2)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Cu－2e－＋2OH－===Cu(OH)2 Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑
4．用Al做电极电解下列溶液
(1)H2SO4溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
(2)NaOH溶液
阴极：_______________________________________________________________；
阳极：_______________________________________________________________；
总反应式：___________________________________________________________。
答案：(1)6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al－6e－===2Al3＋ 2Al＋3H2SO4Al2(SO4)3＋3H2↑
(2)6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O 2Al＋2H2O＋2NaOH2NaAlO2＋3H2↑
03
新素材命题
[命题新素材]
材料一 氢脆是金属腐蚀的一种类型。金属材料特别是钛材一旦吸氢，就会析出脆性氢化物，使机械强度劣化。在腐蚀介质中，金属因腐蚀反应析出的氢及制造过程中吸收的氢，是金属中氢的主要来源。金属的表面状态对吸氢有明显的影响，研究表明，钛材的研磨表面吸氢量最多，其次为原始表面，而真空退火和酸洗表面最难吸氢。钛材在大气中氧化处理能有效防止吸氢。
[设题新角度]
问题1.阅读材料分析，金属钛在酸性介质还是碱性介质中更易发生氢脆？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
问题2.怎样防止金属钛发生氢脆腐蚀？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
问题1 提示：酸性介质。
问题2 提示：钛材在大气中氧化处理能有效防止吸氢。
[命题新素材]
材料二 目前电解除磷装置多采用铁板或铝板作为电极，电极板浸没在水中，阳极在直流电源作用下电解产生Fe2＋或Al3＋，Fe2＋可进一步被氧化生成Fe3＋，这些离子能与污水中的PO反应生成不溶性化合物，可通过固液分离被去除。此外，在不同pH条件下，部分金属离子会与污水中的OH－生成铁或铝的羟基化合物及沉淀物，污水中的PO会吸附在这些沉淀物的表面并随其一起被去除。同时，阴极生成的H2在污水中会产生气浮现象，使污水中的颗粒物漂浮到表面而得以去除。目前国内已有不少关于电解除磷装置的研究，但由于其短时间内处理的污水量有限及存在的其他一些技术问题限制了其在生活污水处理装置末端上的连续应用。
[设题新角度]
问题1.根据材料分析电解除磷时为什么将铝板或铁板作阳极？(素养角度——宏观辨识与微观探析)
问题2.用铁作电极，利用如图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，CN－与阳极产生的ClO－反应生成无污染的气体。思考在该装置中铁应该做什么电极？(素养角度——证据推理与模型认知)
问题3.根据所学知识分析，电解法除去废水中的磷元素，可能会面临哪些技术难题？(素养角度——科学探究与创新意识)
问题1 提示：阳极在直流电源作用下电解产生Fe2＋或Al3＋，提供能与磷酸根结合生成沉淀的阳离子。
问题2 提示：阳极产生ClO－，发生的反应为Cl－＋2OH－－2e－=== ClO－＋H2O，所以阳极一定是石墨电极，铁电极作阴极。
问题3 提示：金属阳极易发生钝化现象，导致通过稳压电解系统的电流逐渐减小，进而影响电解除磷的效率；电解反应后的出水无法达到色度指标：一方面，电解过程中溶出较多Fe3＋，会使水体呈现黄棕色甚至棕红色；另一方面，Fe2＋与水中成色物质形成难以絮凝沉降的有机铁化合物，使原水变色。
相关学案
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专题20 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 常考点归纳与变式演练 学案 高中化学 二轮复习 人教版（2022年）： 这是一份专题20 电解池 金属的电化学腐蚀与防护 常考点归纳与变式演练 学案 高中化学 二轮复习 人教版（2022年），共24页。学案主要包含了方法提炼，知识清单等内容，欢迎下载使用。
