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2021高三全国统考化学（经典版）一轮学案：第9章第2节电解池 金属的电化学腐蚀与防护
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第2节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
[考试说明] 1.理解电解池的构成、工作原理及应用，并能写出电极反应及总反应的方程式，认识电解在实现物质转化中的具体应用。2.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害及金属腐蚀原理在生产、生活中的利用，了解防止金属腐蚀的措施。
[命题规律] 本节是高考的常考内容，其考查的内容有：一是电解过程的分析，多借助于图像考查电极上离子的放电顺序与产物的判断，电极反应式的书写；二是注重原电池与电解池相结合考查新型充电电池；三是考查新情境下电解原理的实际应用，如电解除污、结合离子交换膜进行电解等；四是金属腐蚀的原因与防护措施。考查题型有选择题和填空题两种。
考点1 电解原理
知识梳理
1.电解
(1)定义：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。在此过程中，电能转化为化学能。
(2)特点：①电解是不可逆的；②电解质导电一定发生化学变化。
2．电解池的构成及工作原理
(1)概念：电解池是把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电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
(3)电极名称及电极反应式
以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：
总反应方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑。
(4)电解池中电子和离子的移动方向
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；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。
3．电解产物的判断及有关反应式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。
(3)排出阴、阳两极的放电顺序
(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、电荷守恒和电子转移守恒。
(5)写出电解总反应式
在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。
4．惰性电极电解电解质溶液的四种类型
(1)电解水型
电解质
(水溶液)
电极方程式
被电解
的物质
总化学
方程式
电解质
浓度
溶液pH
复原
含氧酸
(如H2SO4)
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
H2O
2H2O
2H2↑＋O2↑
增大
减小
加H2O
强碱(如NaOH)
增大
活泼金属的
含氧酸盐(如
KNO3，Na2SO4)
不变
(2)电解电解质型
电解质
电极方程式
被电解
的物质
总反应式
电解质
浓度
溶液
pH
复原
无氧酸(如HCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
HCl
2HClH2↑
＋Cl2↑
减小
增大
通入
HCl气体
不活泼金属的无
氧酸盐(如CuCl2)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
CuCl2
CuCl2Cu＋Cl2↑
减小
加
CuCl2
(3)放H2生碱型
电解质
电极方程式
被电解
的物质
总反应式
溶液
pH
复原
活泼金属的无
氧酸盐(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
NaCl
和H2O
2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
增大
通入
HCl气体
(4)放O2生酸型
电解质
(水溶液)
电极方程式
被电解
的物质
总反应式
溶液pH
复原
不活泼
金属的
含氧
酸盐
CuSO4
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
CuSO4
和H2O
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
减小
加CuO或
加CuCO3
(1)书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
(2)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(3)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)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。(×)
错因：电解CuCl2溶液时，在阳极Cl－失电子变为Cl2。
(2)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。(×)
错因：电解H2SO4溶液时，实际是电解H2O的过程，故溶液中c(H＋)增大，pH减小。
(3)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。(×)
错因：电解时，阳离子移向阴极。
(4)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。(×)
错因：电解饱和食盐水，两极产生H2和Cl2，因此通入HCl气体即可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
2．如图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为滴有酚酞的某浓度NaCl溶液，电解一段时间后，X极附近溶液先变红。下列有关说法中正确的是( )
A．X极连接电源正极
B．X极上产生的气体有刺激性气味
C．Y极上发生氧化反应
D．电子从X极经过溶液流向Y极
答案 C
解析 Y极为电解池的阳极，氯离子在阳极失电子生成氯气，发生氧化反应，C正确。
题组训练
题组一 电极反应式、电解总反应式的书写
1. 用如图所示装置(熔融CaF2CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是( )
A．电解过程中，Ca2＋向阳极移动
B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极
答案 B
解析 由题图可知，石墨与外加电源的正极相连，则石墨为阳极，钛网电极作阴极，电解过程中，电解液中Ca2＋向阴极移动，A错误；据题图可知，阳极上发生氧化反应生成CO2，则阳极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确；阴极反应式为2Ca2＋＋4e－===2Ca，Ca还原TiO2的反应方程式为2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti，故制备Ti前后，整套装置中CaO的质量不变，C错误；“＋”表示铅蓄电池的正极，该接线柱为铅蓄电池的PbO2极，D错误。
2．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。
阳极反应式：_____________________________________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________________________________；
总化学方程式：____________________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应式。
①阳极
产物：________；
电极反应：____________________________________________________________________。
②阴极
产物：________；
电极反应：____________________________________________________________________。
答案 (1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(2)①Cl2、O2 2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②Cu、H2 Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑
解析 (2)阴离子在阳极发生氧化反应，由于还原性：Cl－>OH－>SO，故先生成Cl2，后生成O2；阳离子在阴极发生还原反应，由于氧化性：Cu2＋>H＋>Na＋，故先生成Cu，后生成H2。
题组二 电解原理和电解规律的考查
3．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是( )
A．NaBr、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、H2SO4、CuSO4
C．KOH、HNO3、Na2SO4 D．NaCl、Cu(NO3)2、MgSO4
答案 C
解析 加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，只有C项符合题意。
4．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5% NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10% K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
(1)接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。则
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为____________________；
③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________L；
④电解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行：________(填“能”或“不能”)，原因是______________________________________________。
答案 (1)①正 ②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
③2.8 ④不变
(2)能 CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，相当于电解水
解析 (1)①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。
③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x g，据电解前后溶质的质量不变可得：100 g×10%＝(100－x) g×10.47%，解得x＝4.5，则电解过程中消耗水的物质的量为＝0.25 mol，转移电子的物质的量为0.5 mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V(O2)＝0.5 mol××22.4 L·mol－1＝2.8 L。
④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c(K2SO4)增大，但溶液的pH不变。
“多池组合”电池类型的判断方法
(1)有外接电源电池类型的判断方法
有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：
则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。
(2)无外接电源电池类型的判断方法
①直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。
②根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。
③根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
考点2 电解原理的应用
知识梳理
1.氯碱工业——电解饱和食盐水
(1)概念：用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。
(2)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)，
总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，
离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜的作用：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应而影响烧碱的质量。
2．电镀(以在铁器表面镀铜为例)
下图为金属表面镀铜的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作阴极，镀层金属铜作阳极。
(2)电解质溶液是含镀层金属阳离子的盐溶液(如CuSO4)。
(3)电极反应：
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜(粗铜中含Zn、Fe、Ag、Au等杂质)
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋。
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)工业制钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)工业制铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
(1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。
(2)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。精炼铜时由于阳极发生多个反应，阴极增重质量不等于阳极减少的质量，故溶液中c(Cu2＋)减小。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变。(×)
错因：电解精炼铜时，当开始电解时杂质Zn、Fe、Ni等活泼金属失电子，电解质溶液中Cu2＋得电子，造成溶液中c(Cu2＋)减小。
(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。(×)
错因：不采用电解MgO制金属镁，因为MgO熔点高、耗能大、不经济，不能用电解AlCl3制金属铝，因为熔融AlCl3不导电。
(3)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阴极。(×)
错因：Cu被氧化为Cu2＋，应作阳极。
(4)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)
错因：电解饱和食盐水时，阴极可以用金属材料作电极。
(5)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。(×)
错因：电镀铜时，铜应连接电源的正极作阳极，镀件连接电源的负极作阴极。
2．粗铜的电解精炼如图所示。
(1)在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为____________________。
(2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，则阳极的电极反应式为______________________，粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为______________________________，溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案 (1)c Cu2＋＋2e－===Cu
(2)Fe－2e－===Fe2＋，Cu－2e－===Cu2＋ Au、Ag以单质的形式沉积在c电极的下方形成阳极泥 变小
解析 粗铜电解精炼时，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在阳极(c)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。
题组训练
题组一 电解原理的应用
1．下图为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( )
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
答案 B
解析 电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2。A、C、D错误，只有B正确。
2．如图所示的阴、阳离子交换膜电解槽中，用惰性电极电解Na2SO4溶液可制得硫酸和氢氧化钠溶液。下列说法不正确的是( )
A．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．N为阴离子交换膜
C．进口b补充的是稀NaOH溶液
D．电解过程中阳极附近的pH不断降低
答案 A
解析 由H2出口知电极A为阴极，电极B为阳极，产生H＋，故要不断补充阴离子，故N为阴离子交换膜，B正确；电极A为阴极，水中的H＋放电，大量的氢氧化钠在阴极附近生成，故在b口加入稀氢氧化钠以增强导电性，C正确；阳极反应不断地产生H＋，故pH不断降低，D正确。
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。
题组二 与电解有关的计算
3. 以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量n(e－)与产生气体总体积V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 mol·L－1
B．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H＋)＝2 mol·L－1
C．当n(e－)＝0.6 mol时，V(H2)∶V(O2)＝3∶2
D．向电解后的溶液中加入16 g CuO，则溶液可恢复到电解前的浓度
答案 B
解析 电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。当转移0.4 mol电子时，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝＝0.2 mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1，A错误；当转移0.4 mol电子时，生成n(H2SO4)＝0.2 mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H＋)＝＝2 mol·L－1，B正确；当n(e－)＝0.6 mol时，发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2O2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1 mol，n(O2)＝0.1 mol＋0.05 mol＝0.15 mol，所以V(H2)∶V(O2)＝0.1 mol∶0.15 mol＝2∶3，C错误；因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度，D错误。
4．如下图Ⅰ是甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是________(填“CH4”或“O2”)，a处电极上发生的电极反应式是____________________________；铁为电解池的________极，当铜电极的质量减轻3.2 g，则消耗的CH4在标准状况下的体积为________L。
答案 O2 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 阴 0.28
解析 当铜电极的质量减轻3.2 g，则n(Cu)＝＝0.05 mol，已知Cu电极的反应为Cu－2e－===Cu2＋，所以转移电子为0.1 mol，燃料电池中CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，则n(CH4)＝n(e－)＝0.0125 mol，所以消耗的CH4在标准状况下的体积为0.0125 mol×22.4 L/mol＝0.28 L。
与电化学有关的计算方法
考点3 金属的腐蚀与防护
知识梳理
1.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接接触发生化学反应
不纯金属或合金跟电解质溶液接触发生原电池反应
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反
应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
铁锈的形成：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
a.负极：比被保护金属活泼的金属；
b.正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
a.阴极：被保护的金属设备；
b.阳极：惰性金属。
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(1)金属防护效果比较：外接电源的阴极保护法防腐＞牺牲阳极的阴极保护法防腐＞有一般防护条件的防腐。
(2)纯度越高的金属，腐蚀得越慢。
(3)不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)纯银器在空气中因电化学腐蚀表面渐渐变暗。(×)
错因：Ag与O2直接接触发生化学反应而使表面渐渐变暗。
(2)金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍。(×)
错因：金属的电化学腐蚀更普遍。
(3)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。(×)
错因：食盐水为中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀。
(4)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。(×)
错因：由于铁比锡活泼，锡层破损后，形成原电池，铁作负极，腐蚀加快。
(5)牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀。(×)
错因：牺牲阳极的阴极保护法是利用原电池原理防腐。
(6)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的正极相连，可防止水闸被腐蚀。(×)
错因：外加电流的阴极保护法是把被保护的器件作阴极，与外加电源负极相连。
2．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和盐酸，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
答案 B
解析 左边试管中是中性溶液，发生吸氧腐蚀，右边试管中是酸性溶液，发生析氢腐蚀，所以左边试管内气体的压强减小，右边试管内气体的压强增大，导致U形管内红墨水左高右低，B错误。
题组训练
题组一 金属的电化学腐蚀
1．利用如图装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法正确的是( )
A．左管中O2得到电子，右管中H＋得到电子
B．一段时间后，左管液面低于右管液面
C．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－3e－===Fe3＋
D．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
答案 A
解析 左管中铁丝发生吸氧腐蚀，O2得电子，右管中铁丝发生析氢腐蚀，H＋得电子，A正确。
2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案 B
解析 因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重，A错误；接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2，C错误；干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H＋的氧化作用引起的，D错误。
判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀＞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，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中(浓度相同)。
(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
题组二 金属的防护
3．下列说法中，不正确的是( )
A
B
C
D
钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀
钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀
将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好
钢闸门作为阴极而受到保护
答案 C
解析 金属活泼性：Zn>Fe>Cu，所以若将锌板换成铜板，则先腐蚀活泼金属Fe，C错误；钢闸门与电源的负极相连而被保护，D正确。
4．钢铁很容易因生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。
(1)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图所示。
①A电极对应的金属是________(写元素名称)。
B电极的电极反应式是__________________________。
②镀层破损后，镀铜铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是________(填“镀铜铁”或“镀锌铁”)。
(2)下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀________(填序号)。
(3)利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总反应的离子方程式：______________________________。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为__________________。写出铁电极的电极反应式：____________________________________________。
答案 (1)①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②镀铜铁
(2)BD
(3)①N 2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑
②牺牲阳极的阴极保护法 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析 (1)②镀层破损后，镀铜铁发生腐蚀时，Fe作负极被腐蚀；镀锌铁发生腐蚀时，Zn作负极被腐蚀，而Fe作正极受到保护，故镀铜铁更容易被腐蚀。
(3)②若X为锌，开关K置于M处，该装置为原电池，Zn作负极，失电子被氧化，而Fe作正极受到保护，该电化学防护法属于牺牲阳极的阴极保护法。Fe作正极，在海水中发生吸氧腐蚀，铁电极(正极)的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
高考真题实战
1.(2019·江苏高考) 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
答案 C
解析 铁在中性环境中发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A、D错误；铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能，B错误。
2．(2018·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
答案 C
解析 CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①×2＋②即得到H2S－2e－===2H＋＋S，然后与阴极电极反应式相加得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确；石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性，D正确。
3．(2018·北京高考)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
在Fe表面生成蓝色沉淀
②
试管内无明显变化
③
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
答案 D
解析 对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，说明②Fe附近的溶液中不含Fe2＋，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，说明③Fe附近的溶液中含Fe2＋，②中Fe被保护，A正确；①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2＋，对比①②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2＋，B正确；对比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①也能检验出Fe2＋，不能用①的方法验证Zn保护Fe，C正确；由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，D错误。
4．(2017·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
答案 C
解析 外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，A正确。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，B正确。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材料，C错误。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，D正确。
5．(2017·全国卷Ⅱ)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H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案 C
解析 该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工铝质工件应为阳极，A正确。阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极，B正确，C错误。电解质溶液中的阴离子向阳极移动，D正确。
6．(2016·全国卷Ⅰ)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
答案 B
解析 负极区(阴极)电极反应为：4H＋＋4e－===2H2↑，正极区(阳极)电极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。通电后SO向正极区移动，正极区OH－放电，溶液酸性增强，pH减小，A错误；负极区反应为4H＋＋4e－===2H2↑，溶液pH增大，C错误；当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol O2生成，D错误。
7．(高考题组)(1)(2019·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下图所示，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________________________________________。
(2)(2019·全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
(3)(2019·北京高考)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接________。
产生H2的电极反应式是________________________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)(2019·江苏高考)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：____________________________。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是____________________________________________________________________。
答案 (1)Fe电极 [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
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
(3)①K1 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
(4)①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
②阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
解析 (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，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↑，由此可得总方程式为
。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。
(2)由题图中H＋的移动方向知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L/mol＝5.6 L。
(3)①电解时，阴极产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
③连接K1时，电极3反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O；当连接K2制O2时，电极3反应为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环使用。
(4)①已知参加反应的微粒有CO2，生成物的微粒有HCOO－，因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素，所以阴极的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－，而OH－可与溶液中的HCO反应生成CO，两者加合即为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或CO2直接与水电离出的H＋作用生成HCOO－，即阴极反应式为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－。
②阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的H＋与HCO反应而使HCO的浓度降低，同时部分K＋通过阳离子交换膜进入阴极区，因此电解一段时间后，KHCO3溶液浓度降低。
第2节 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
[考试说明] 1.理解电解池的构成、工作原理及应用，并能写出电极反应及总反应的方程式，认识电解在实现物质转化中的具体应用。2.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害及金属腐蚀原理在生产、生活中的利用，了解防止金属腐蚀的措施。
[命题规律] 本节是高考的常考内容，其考查的内容有：一是电解过程的分析，多借助于图像考查电极上离子的放电顺序与产物的判断，电极反应式的书写；二是注重原电池与电解池相结合考查新型充电电池；三是考查新情境下电解原理的实际应用，如电解除污、结合离子交换膜进行电解等；四是金属腐蚀的原因与防护措施。考查题型有选择题和填空题两种。
考点1 电解原理
知识梳理
1.电解
(1)定义：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。在此过程中，电能转化为化学能。
(2)特点：①电解是不可逆的；②电解质导电一定发生化学变化。
2．电解池的构成及工作原理
(1)概念：电解池是把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电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
(3)电极名称及电极反应式
以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：
总反应方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑。
(4)电解池中电子和离子的移动方向
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；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。
3．电解产物的判断及有关反应式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。
(3)排出阴、阳两极的放电顺序
(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、电荷守恒和电子转移守恒。
(5)写出电解总反应式
在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。
4．惰性电极电解电解质溶液的四种类型
(1)电解水型
电解质
(水溶液)
电极方程式
被电解
的物质
总化学
方程式
电解质
浓度
溶液pH
复原
含氧酸
(如H2SO4)
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
H2O
2H2O
2H2↑＋O2↑
增大
减小
加H2O
强碱(如NaOH)
增大
活泼金属的
含氧酸盐(如
KNO3，Na2SO4)
不变
(2)电解电解质型
电解质
电极方程式
被电解
的物质
总反应式
电解质
浓度
溶液
pH
复原
无氧酸(如HCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
HCl
2HClH2↑
＋Cl2↑
减小
增大
通入
HCl气体
不活泼金属的无
氧酸盐(如CuCl2)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
CuCl2
CuCl2Cu＋Cl2↑
减小
加
CuCl2
(3)放H2生碱型
电解质
电极方程式
被电解
的物质
总反应式
溶液
pH
复原
活泼金属的无
氧酸盐(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
NaCl
和H2O
2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
增大
通入
HCl气体
(4)放O2生酸型
电解质
(水溶液)
电极方程式
被电解
的物质
总反应式
溶液pH
复原
不活泼
金属的
含氧
酸盐
CuSO4
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
CuSO4
和H2O
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
减小
加CuO或
加CuCO3
(1)书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
(2)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
(3)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)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。(×)
错因：电解CuCl2溶液时，在阳极Cl－失电子变为Cl2。
(2)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。(×)
错因：电解H2SO4溶液时，实际是电解H2O的过程，故溶液中c(H＋)增大，pH减小。
(3)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。(×)
错因：电解时，阳离子移向阴极。
(4)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。(×)
错因：电解饱和食盐水，两极产生H2和Cl2，因此通入HCl气体即可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
2．如图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为滴有酚酞的某浓度NaCl溶液，电解一段时间后，X极附近溶液先变红。下列有关说法中正确的是( )
A．X极连接电源正极
B．X极上产生的气体有刺激性气味
C．Y极上发生氧化反应
D．电子从X极经过溶液流向Y极
答案 C
解析 Y极为电解池的阳极，氯离子在阳极失电子生成氯气，发生氧化反应，C正确。
题组训练
题组一 电极反应式、电解总反应式的书写
1. 用如图所示装置(熔融CaF2CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是( )
A．电解过程中，Ca2＋向阳极移动
B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极
答案 B
解析 由题图可知，石墨与外加电源的正极相连，则石墨为阳极，钛网电极作阴极，电解过程中，电解液中Ca2＋向阴极移动，A错误；据题图可知，阳极上发生氧化反应生成CO2，则阳极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确；阴极反应式为2Ca2＋＋4e－===2Ca，Ca还原TiO2的反应方程式为2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti，故制备Ti前后，整套装置中CaO的质量不变，C错误；“＋”表示铅蓄电池的正极，该接线柱为铅蓄电池的PbO2极，D错误。
2．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。
阳极反应式：_____________________________________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________________________________；
总化学方程式：____________________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应式。
①阳极
产物：________；
电极反应：____________________________________________________________________。
②阴极
产物：________；
电极反应：____________________________________________________________________。
答案 (1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(2)①Cl2、O2 2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②Cu、H2 Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑
解析 (2)阴离子在阳极发生氧化反应，由于还原性：Cl－>OH－>SO，故先生成Cl2，后生成O2；阳离子在阴极发生还原反应，由于氧化性：Cu2＋>H＋>Na＋，故先生成Cu，后生成H2。
题组二 电解原理和电解规律的考查
3．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是( )
A．NaBr、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、H2SO4、CuSO4
C．KOH、HNO3、Na2SO4 D．NaCl、Cu(NO3)2、MgSO4
答案 C
解析 加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，只有C项符合题意。
4．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5% NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10% K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
(1)接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。则
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为____________________；
③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________L；
④电解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行：________(填“能”或“不能”)，原因是______________________________________________。
答案 (1)①正 ②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
③2.8 ④不变
(2)能 CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，相当于电解水
解析 (1)①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。
③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x g，据电解前后溶质的质量不变可得：100 g×10%＝(100－x) g×10.47%，解得x＝4.5，则电解过程中消耗水的物质的量为＝0.25 mol，转移电子的物质的量为0.5 mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V(O2)＝0.5 mol××22.4 L·mol－1＝2.8 L。
④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c(K2SO4)增大，但溶液的pH不变。
“多池组合”电池类型的判断方法
(1)有外接电源电池类型的判断方法
有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：
则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。
(2)无外接电源电池类型的判断方法
①直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。
②根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。
③根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
考点2 电解原理的应用
知识梳理
1.氯碱工业——电解饱和食盐水
(1)概念：用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。
(2)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)，
总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，
离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜的作用：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应而影响烧碱的质量。
2．电镀(以在铁器表面镀铜为例)
下图为金属表面镀铜的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作阴极，镀层金属铜作阳极。
(2)电解质溶液是含镀层金属阳离子的盐溶液(如CuSO4)。
(3)电极反应：
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜(粗铜中含Zn、Fe、Ag、Au等杂质)
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋。
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)工业制钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)工业制铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
(1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。
(2)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。精炼铜时由于阳极发生多个反应，阴极增重质量不等于阳极减少的质量，故溶液中c(Cu2＋)减小。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变。(×)
错因：电解精炼铜时，当开始电解时杂质Zn、Fe、Ni等活泼金属失电子，电解质溶液中Cu2＋得电子，造成溶液中c(Cu2＋)减小。
(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。(×)
错因：不采用电解MgO制金属镁，因为MgO熔点高、耗能大、不经济，不能用电解AlCl3制金属铝，因为熔融AlCl3不导电。
(3)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阴极。(×)
错因：Cu被氧化为Cu2＋，应作阳极。
(4)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)
错因：电解饱和食盐水时，阴极可以用金属材料作电极。
(5)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。(×)
错因：电镀铜时，铜应连接电源的正极作阳极，镀件连接电源的负极作阴极。
2．粗铜的电解精炼如图所示。
(1)在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为____________________。
(2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，则阳极的电极反应式为______________________，粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为______________________________，溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案 (1)c Cu2＋＋2e－===Cu
(2)Fe－2e－===Fe2＋，Cu－2e－===Cu2＋ Au、Ag以单质的形式沉积在c电极的下方形成阳极泥 变小
解析 粗铜电解精炼时，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在阳极(c)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。
题组训练
题组一 电解原理的应用
1．下图为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是( )
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
答案 B
解析 电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2。A、C、D错误，只有B正确。
2．如图所示的阴、阳离子交换膜电解槽中，用惰性电极电解Na2SO4溶液可制得硫酸和氢氧化钠溶液。下列说法不正确的是( )
A．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．N为阴离子交换膜
C．进口b补充的是稀NaOH溶液
D．电解过程中阳极附近的pH不断降低
答案 A
解析 由H2出口知电极A为阴极，电极B为阳极，产生H＋，故要不断补充阴离子，故N为阴离子交换膜，B正确；电极A为阴极，水中的H＋放电，大量的氢氧化钠在阴极附近生成，故在b口加入稀氢氧化钠以增强导电性，C正确；阳极反应不断地产生H＋，故pH不断降低，D正确。
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。
题组二 与电解有关的计算
3. 以石墨电极电解200 mL CuSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量n(e－)与产生气体总体积V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 mol·L－1
B．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H＋)＝2 mol·L－1
C．当n(e－)＝0.6 mol时，V(H2)∶V(O2)＝3∶2
D．向电解后的溶液中加入16 g CuO，则溶液可恢复到电解前的浓度
答案 B
解析 电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。当转移0.4 mol电子时，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝＝0.2 mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1，A错误；当转移0.4 mol电子时，生成n(H2SO4)＝0.2 mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H＋)＝＝2 mol·L－1，B正确；当n(e－)＝0.6 mol时，发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2O2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1 mol，n(O2)＝0.1 mol＋0.05 mol＝0.15 mol，所以V(H2)∶V(O2)＝0.1 mol∶0.15 mol＝2∶3，C错误；因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度，D错误。
4．如下图Ⅰ是甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是________(填“CH4”或“O2”)，a处电极上发生的电极反应式是____________________________；铁为电解池的________极，当铜电极的质量减轻3.2 g，则消耗的CH4在标准状况下的体积为________L。
答案 O2 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O 阴 0.28
解析 当铜电极的质量减轻3.2 g，则n(Cu)＝＝0.05 mol，已知Cu电极的反应为Cu－2e－===Cu2＋，所以转移电子为0.1 mol，燃料电池中CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，则n(CH4)＝n(e－)＝0.0125 mol，所以消耗的CH4在标准状况下的体积为0.0125 mol×22.4 L/mol＝0.28 L。
与电化学有关的计算方法
考点3 金属的腐蚀与防护
知识梳理
1.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接接触发生化学反应
不纯金属或合金跟电解质溶液接触发生原电池反应
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反
应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
铁锈的形成：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
a.负极：比被保护金属活泼的金属；
b.正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
a.阴极：被保护的金属设备；
b.阳极：惰性金属。
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(1)金属防护效果比较：外接电源的阴极保护法防腐＞牺牲阳极的阴极保护法防腐＞有一般防护条件的防腐。
(2)纯度越高的金属，腐蚀得越慢。
(3)不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)纯银器在空气中因电化学腐蚀表面渐渐变暗。(×)
错因：Ag与O2直接接触发生化学反应而使表面渐渐变暗。
(2)金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍。(×)
错因：金属的电化学腐蚀更普遍。
(3)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。(×)
错因：食盐水为中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀。
(4)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。(×)
错因：由于铁比锡活泼，锡层破损后，形成原电池，铁作负极，腐蚀加快。
(5)牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀。(×)
错因：牺牲阳极的阴极保护法是利用原电池原理防腐。
(6)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的正极相连，可防止水闸被腐蚀。(×)
错因：外加电流的阴极保护法是把被保护的器件作阴极，与外加电源负极相连。
2．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和盐酸，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是( )
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
答案 B
解析 左边试管中是中性溶液，发生吸氧腐蚀，右边试管中是酸性溶液，发生析氢腐蚀，所以左边试管内气体的压强减小，右边试管内气体的压强增大，导致U形管内红墨水左高右低，B错误。
题组训练
题组一 金属的电化学腐蚀
1．利用如图装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法正确的是( )
A．左管中O2得到电子，右管中H＋得到电子
B．一段时间后，左管液面低于右管液面
C．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－3e－===Fe3＋
D．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
答案 A
解析 左管中铁丝发生吸氧腐蚀，O2得电子，右管中铁丝发生析氢腐蚀，H＋得电子，A正确。
2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( )
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案 B
解析 因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重，A错误；接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2，C错误；干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H＋的氧化作用引起的，D错误。
判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：电解池原理引起的腐蚀＞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，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中(浓度相同)。
(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
题组二 金属的防护
3．下列说法中，不正确的是( )
A
B
C
D
钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀
钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀
将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好
钢闸门作为阴极而受到保护
答案 C
解析 金属活泼性：Zn>Fe>Cu，所以若将锌板换成铜板，则先腐蚀活泼金属Fe，C错误；钢闸门与电源的负极相连而被保护，D正确。
4．钢铁很容易因生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。
(1)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图所示。
①A电极对应的金属是________(写元素名称)。
B电极的电极反应式是__________________________。
②镀层破损后，镀铜铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是________(填“镀铜铁”或“镀锌铁”)。
(2)下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀________(填序号)。
(3)利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总反应的离子方程式：______________________________。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为__________________。写出铁电极的电极反应式：____________________________________________。
答案 (1)①铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②镀铜铁
(2)BD
(3)①N 2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑
②牺牲阳极的阴极保护法 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析 (1)②镀层破损后，镀铜铁发生腐蚀时，Fe作负极被腐蚀；镀锌铁发生腐蚀时，Zn作负极被腐蚀，而Fe作正极受到保护，故镀铜铁更容易被腐蚀。
(3)②若X为锌，开关K置于M处，该装置为原电池，Zn作负极，失电子被氧化，而Fe作正极受到保护，该电化学防护法属于牺牲阳极的阴极保护法。Fe作正极，在海水中发生吸氧腐蚀，铁电极(正极)的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
高考真题实战
1.(2019·江苏高考) 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
答案 C
解析 铁在中性环境中发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A、D错误；铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能，B错误。
2．(2018·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
答案 C
解析 CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①×2＋②即得到H2S－2e－===2H＋＋S，然后与阴极电极反应式相加得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确；石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性，D正确。
3．(2018·北京高考)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
在Fe表面生成蓝色沉淀
②
试管内无明显变化
③
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
答案 D
解析 对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，说明②Fe附近的溶液中不含Fe2＋，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，说明③Fe附近的溶液中含Fe2＋，②中Fe被保护，A正确；①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2＋，对比①②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2＋，B正确；对比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①也能检验出Fe2＋，不能用①的方法验证Zn保护Fe，C正确；由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，D错误。
4．(2017·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
答案 C
解析 外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，A正确。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，B正确。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材料，C错误。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，D正确。
5．(2017·全国卷Ⅱ)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H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案 C
解析 该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工铝质工件应为阳极，A正确。阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极，B正确，C错误。电解质溶液中的阴离子向阳极移动，D正确。
6．(2016·全国卷Ⅰ)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
答案 B
解析 负极区(阴极)电极反应为：4H＋＋4e－===2H2↑，正极区(阳极)电极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。通电后SO向正极区移动，正极区OH－放电，溶液酸性增强，pH减小，A错误；负极区反应为4H＋＋4e－===2H2↑，溶液pH增大，C错误；当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol O2生成，D错误。
7．(高考题组)(1)(2019·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下图所示，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________________________________________。
(2)(2019·全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
(3)(2019·北京高考)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接________。
产生H2的电极反应式是________________________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)(2019·江苏高考)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：____________________________。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是____________________________________________________________________。
答案 (1)Fe电极 [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
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
(3)①K1 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
(4)①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
②阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
解析 (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，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↑，由此可得总方程式为
。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。
(2)由题图中H＋的移动方向知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L/mol＝5.6 L。
(3)①电解时，阴极产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
③连接K1时，电极3反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O；当连接K2制O2时，电极3反应为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环使用。
(4)①已知参加反应的微粒有CO2，生成物的微粒有HCOO－，因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素，所以阴极的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－，而OH－可与溶液中的HCO反应生成CO，两者加合即为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或CO2直接与水电离出的H＋作用生成HCOO－，即阴极反应式为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－。
②阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的H＋与HCO反应而使HCO的浓度降低，同时部分K＋通过阳离子交换膜进入阴极区，因此电解一段时间后，KHCO3溶液浓度降低。
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