第3讲 电解池 金属的电化学腐蚀与防护[考纲要求] 1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。考点一 电解的原理1．电解定义在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。2．能量转化形式电能转化为化学能。3．电解池(1)构成条件①有与电源相连的两个电极。②电解质溶液(或熔融盐)。③形成闭合回路。(2)电极名称及电极反应式(如图)(3)电子和离子移动方向①电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。4．分析电解过程的思维程序(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋>Ca2＋>K＋。33\n阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。注意 ①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。②最常用、最重要的放电顺序是：阳极，Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。深度思考1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)电解质(水溶液)电极方程式被电解的物质总化学方程式或离子方程式电解质浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸(如H2SO4)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2OO2↑＋2H2↑增大减小加H2O强碱(如NaOH)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2OO2↑＋2H2↑增大增大加H2O活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑水2H2OO2↑＋2H2↑增大不变加H2O无氧酸(如HCl)，除HF外阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑酸2HClCl2↑＋H2↑减小增大通入HCl气体不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu盐CuCl2Cu＋Cl2↑减小加CuCl233\n活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑水和盐2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－生成新电解质增大通入HCl气体不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu水和盐2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋生成新电解质减小加CuO或CuCO32.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？答案 放H2生碱型的实质是水电离出的H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，放O2生酸型的实质是水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，使H＋浓度增大。3．(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？(2)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？答案 电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。(1)电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。(2)同理，使CuSO4溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2也会使溶液的浓度降低。4．在框图推断中若出现“A＋H2OB＋C＋D”的模式，则A一般可能为什么物质？答案 CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3，要视其他条件而定。题组一 电解原理和电解规律的考查1．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是( )A．CuSO4B．NaOHC．BaCl2D．H2SO4答案 A解析 符合该题条件的电解质应为不活泼金属的含氧酸盐。2．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．NaClB．Na2CO3C．CuSO4D．K2S答案 B33\n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，故只有B项符合条件。3．右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是( )A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色答案 D解析 SO、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c(H＋)>c(OH－)，石蕊试液变红。Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c(OH－)>c(H＋)，石蕊试液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B均错。题组二 电极反应式、电解总方程式的书写4．按要求书写有关的电极反应式及总方程式。(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：阳极反应式_____________________________________________________；阴极反应式_____________________________________________________；总反应离子方程式________________________________________________。(2)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________________________________________________。(3)用铁作电极电解NaCl溶液阳极反应式______________________________________________________；阴极反应式______________________________________________________；总化学方程式____________________________________________________。(4)用铜作电极电解盐酸溶液阳极反应式_____________________________________________________；阴极反应式_____________________________________________________；总反应离子方程式________________________________________________。答案 (1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O4Ag＋＋4e－===4Ag33\n4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋(2)2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑(3)Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑(4)Cu－2e－===Cu2＋2H＋＋2e－===H2↑Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑5．Ⅰ.以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________________________________________________________________________。Ⅱ.用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。写出阳极生成R的电极反应式：__________________。答案 Ⅰ.2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋Ⅱ.Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑解析 Ⅰ.依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3，Al失电子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，所以有H＋生成；Ⅱ.Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO水解显碱性，两者水解互相促进，生成Al(OH)3和CO2。6．CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2得到。现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。回答下列问题：(1)阳极区的现象____________________________________________________。(2)阳极电极反应式__________________________________________________。答案 (1)铜电极逐渐溶解，有白色沉淀产生，溶液变为蓝色(2)2Cu＋4I－－4e－===2CuI↓＋I233\n 1.电解方程式的书写步骤以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2＋、H＋；阴离子：OH－、SO。第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋；阳极：OH－>SO。第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。2．规避电解池中方程式书写的3个易失分点(1)书写电解池中电极反应式时，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)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。题组三 与酸、碱、盐的电解有关的实验设计7．[2022·大纲全国卷Ⅱ，29(1)(2)(3)(4)(5)]如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)；①A管溶液由红变黄；②B管溶液由红变黄；③A管溶液不变色；④B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式：_____________________________________；(3)写出B管中发生反应的反应式：_____________________________________；(4)检验a管中气体的方法是________________________________________________________________________________________________________________；(5)检验b管中气体的方法是_______________________________________________________________________________________________________________。答案 (1)①④(2)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)33\n(4)用拇指按住管口，取出试管，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰(5)用拇指按住管口，取出试管正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃解析 (1)由于MgSO4是强酸弱碱盐，在水溶液中存在Mg2＋＋2H2OMg(OH)2＋2H＋水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前A、B管均显红色。铂丝是惰性电极，电解池中阴离子在阳极发生氧化反应，阳离子在阴极发生还原反应，在A管溶液中，铂丝作阴极，由于H＋的氧化性大于Mg2＋的氧化性，H＋先得电子被还原为H2，Mg2＋与OH－生成Mg(OH)2沉淀，酸性减弱，随着水的电解，OH－浓度增大，颜色由红变黄。而在B管溶液中铂丝作阳极，OH－的还原性大于SO，OH－失电子，随着电解的进行，酸性增大，溶液不变色(始终为红色)。(2)(3)由(1)可知，在A管中发生：2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓在B管中：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)(4)(5)H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住管口，取出试管a，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰；O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住管口，取出试管b正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。8．如图所示，用石墨电极电解氯化铜溶液。查阅资料可知，CuCl显黄色，氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色；向体积相同浓度分别为0.01mol·L－1,0.05mol·L－1,0.1mol·L－1,0.5mol·L－1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和，对比发现。溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。请回答下列问题：(1)阳极上的气体呈________色，检验该气体可用___________________________。(2)写出电解的离子方程式：____________________________________________。(3)实验时，装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色，原因是________________________________________________________________________。(4)取出阴极的石墨棒，发现表面有浅蓝色固体，试设计实验探究此浅蓝色固体的成分：_________________________________________________________________。(5)为什么要设计连接后面的装置？______________________________________。答案 (1)黄绿 湿润的淀粉KI试纸33\n(2)Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑(3)阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小(4)取此浅蓝色固体于试管中，加入硫酸，若溶解且溶液变蓝色，则为Cu(OH)2(5)因为阳极产生的氯气为有毒气体，故后面连接装置可以用于检验与吸收解析 (1)阳极是阴离子放电，即Cl－放电产生Cl2，故颜色为黄绿色；检验Cl2可用湿润的淀粉KI试纸，若试纸变蓝，则确定为氯气。(2)电解氯化铜的离子方程式为Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。(3)由题目所给信息，Cu2＋与Cl－浓度比值逐渐增大，溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变，故阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小而呈现黄绿色。(4)随着反应的进行，Cu2＋浓度降低，此时有一部分H＋放电而使此区域OH－浓度增大，故此浅蓝色固体为Cu(OH)2。(5)电解氯化铜时产生的氯气有毒，故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体，又可用于吸收该有毒气体。考点二 电解原理的应用1．电解饱和食盐水(1)电极反应阳极反应式：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↑离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。2．电镀右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。(3)电极反应：阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag。(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。33\n3．电解精炼铜(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＋、Ni－2e－===Ni2＋、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)冶炼钠2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑电极反应：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－===2Na。(2)冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑电极反应：阳极：6O2－－12e－===3O2↑；阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。深度思考1．(1)电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？答案 阳极产物Cl2可以用淀粉KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？答案 防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？答案 粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。题组训练 电解原理的应用1．工业废水中常含有一定量的Cr2O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe作电极电解含Cr2O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)3沉淀，达到净化目的。下列有关说法不正确的是( )33\nA．电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极B．阴极附近的沉淀只有Cr(OH)3C．阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2OD．消耗1molCr2O，将有336gFe消耗，因此要定期更换铁电极答案 B解析 Fe作阳极，反应产生Fe2＋，Fe2＋与Cr2O发生氧化还原反应，Fe2＋被氧化为Fe3＋，Cr2O被还原为Cr3＋；阴极是H＋得到电子，导致阴极附近溶液的碱性增强，Fe3＋、Cr3＋都会变为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀，B错误；消耗1molCr2O，必消耗6molFe2＋，根据Fe守恒，将有6molFe消耗，质量336g。2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。(1)实验室用惰性电极电解100mL0.1mol·L－1NaCl溶液，若阴阳两极均得到112mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是______________(忽略反应前后溶液体积的变化)。(2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。A．a为正极，b为负极；NaClO和NaClB．a为负极，b为正极；NaClO和NaClC．a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是__________(用元素符号表示)，总的反应式是______________________________________________________________________。答案 (1)0.1mol·L－1 (2)B(3)Fe Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑解析 (1)n(H2)＝n(Cl2)＝0.005mol，参加反应的n(NaCl)＝0.01mol，说明NaCl恰好电解完毕，溶液变为NaOH溶液，n(NaOH)＝n(NaCl)＝0.01mol，c(NaOH)＝0.1mol·L－1。(2)电解饱和氯化钠溶液的总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl233\n↑，题目要求使Cl2被完全吸收，则氯气必须在下部的电极上产生，下部的电极是阳极，推出b为电源的正极，另一极为负极a。生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。(3)题目要求通过电解法制取Fe(OH)2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2＋和OH－。根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化反应产生Fe2＋；溶液中的阳离子Na＋、H＋向阴极移动，根据放电顺序，阴极H＋放电产生氢气，H＋来源水的电离，反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。在电场作用下，阳极产生的Fe2＋与阴极产生的OH－在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe(OH)2沉淀。将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑。3．某小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。(1)该电解槽的阳极反应式为___________________________________________。此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。(2)制得的氢氧化钾溶液从出口______(填“A”、“B”、“C”或“D”)导出。(3)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因____________________________________________________________________________________________。(4)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的反应式为_________________________________________________________________。答案 (1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 小于 (2)D(3)H＋在阴极附近放电，引起水的电离平衡向右移动，使c(OH－)>c(H＋)(4)O2＋2H2O＋4e－===4OH－解析 溶液中的OH－在阳极失电子产生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，从A口导出H2SO4。溶液中的H＋在阴极得到电子产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，则从C口放出H2，从D口导出KOH溶液。因SO所带电荷数大于K＋所带电荷数，SO通过阴离子交换膜，K＋通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时，O233\n在电池正极放电：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。考点三 应对电化学定量计算的三种方法1．计算类型原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。2．方法技巧(1)根据电子守恒计算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)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。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒定律关系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4mole－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示 在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。题组一 电化学的有关基本计算1．两个惰性电极插入500mLAgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时，(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为( )A．27mgB．54mgC．106mgD．216mg答案 B解析 首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极4OH－－4e－===O233\n↑＋2H2O；阴极Ag＋＋e－===Ag，电解的总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的n(H＋)＝n(HNO3)＝n(Ag)＝(10－3mol·L－1－10－6mol·L－1)×0.5L≈5×10－4mol，m(Ag)＝5×10－4mol×108g·mol－1＝0.054g＝54mg。2．在如图中，甲烧杯中盛有100mL0.50mol·L－1AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100mL0.25mol·L－1CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9g，则(1)电源E为________极，F为________极。(2)A极的电极反应式为_____________________________________________，析出物质______mol。(3)B极的电极反应式为________________________________________________，析出气体________mL(标准状况)。(4)C极的电极反应式为_____________________________________________，析出的物质________mol。(5)D极的电极反应式为_____________________________________________，析出气体________mL(标准状况)。(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到______溶液。答案 (1)负 正(2)4Ag＋＋4e－===4Ag 0.025(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 140(4)Cu2＋＋2e－===Cu 0.0125(5)2Cl－－2e－===Cl2↑ 280(6)B HNO3解析 由电解一段时间后A极比C极重，可知A极上有Ag析出，C极上有Cu析出，若A极上析出银的物质的量为n(Ag)，则C极上析出Cu的物质的量为n(Ag)，有关系式108g·mol－1·n(Ag)－64g·mol－1·n(Ag)×＝1.9g，n(Ag)＝0.025mol。33\n由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两池电极反应式分别为：A极：Ag＋＋e－===Ag；B极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C极：Cu2＋＋2e－===Cu；D极：2Cl－－2e－===Cl2↑。A、C两极析出物质的物质的量分别为0.025mol和0.0125mol；B极析出O2的体积为0.00625mol×22.4L·mol－1＝0.14L＝140mL；D极析出Cl2的物质的量为0.0125mol×22.4L·mol－1＝0.28L＝280mL。题组二 分阶段电解的相关计算3．500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是( )A．原混合溶液中c(K＋)为0.2mol·L－1B．上述电解过程中共转移0.2mol电子C．电解得到的Cu的物质的量为0.05molD．电解后溶液中c(H＋)为0.2mol·L－1答案 A解析 石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4mol电子，而在生成2.24LH2的过程中转移0.2mol电子，所以Cu2＋共得到0.4mol－0.2mol＝0.2mol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0.1mol。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＋)＝0.2mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4mol·L－1。4．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后，用石墨电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线如右图所示，则下列说法错误的是( )A．阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出H2B．AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生CuC．BC段表示在阴极上是H＋放电产生了H2D．CD段相当于电解水答案 C解析 由于两种溶液的体积相等，物质的量浓度也相等，即溶质的物质的量相等，设CuSO4和NaCl的物质的量各1mol，电解分3个阶段：[第一阶段]阳极：1mol氯离子失1mol电子，阴极：0.5mol铜离子得1mol电33\n子，因为铜离子水解使溶液显酸性，随着电解的进行，铜离子的浓度降低，酸性减弱，pH将增大。[第二阶段]阳极：1mol氢氧根离子失1mol电子(来源于水的电离)，阴极：0.5mol铜离子再得1mol电子，因为氢氧根离子消耗，使水溶液中氯离子浓度增大，pH迅速减小。[第三阶段]阳极：氢氧根离子失电子，阴极：氢离子得电子，它们都来源于水的电离，实质是电解水，导致溶液的体积减小，使溶液中氢离子浓度增大，pH继续减小。5．(1)用惰性电极电解400mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1molCuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。(2)如果向所得的溶液中加入0.1molCu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________mol。(3)如果向所得的溶液中加入0.1molCu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为________mol。答案 (1)0.2 (2)0.4 (3)0.6解析 (1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，从方程式可以看出，电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气，加入0.1molCuO可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有0.1mol，转移的电子为0.2mol。(2)加入0.1molCu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。0.1molCu(OH)2可以看作是0.1molCuO和0.1molH2O，则转移的电子为0.4mol。(3)加入0.1molCu2(OH)2CO3可以看作0.2molCuO、0.1molH2O和0.1molCO2，相当于有0.2mol的硫酸铜和0.1mol的水被电解，因此转移的电子为0.6mol。考点四 金属的腐蚀和防护1．金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。2．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非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触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33\n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：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。深度思考1．下列有关金属腐蚀的叙述正确的是( )A．金属越纯越不易被腐蚀B．干燥环境下金属不被腐蚀C．铜一定比铁难腐蚀D．金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀答案 D解析 A项，金属能不能被腐蚀主要取决于它的活泼性，而不是它的纯度，如纯钾易被腐蚀，不正确；B项，干燥环境下，如果遇到氯气，金属也可以发生化学腐蚀，故不正确；C项，如果遇到浓硝酸，铜比铁易腐蚀，不正确。2．下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是( )选项方法对相应方法的描述A改变金属内部的组成结构33\n此法实际上是将金属制成合金，增强抗腐蚀能力B在金属表面覆盖保护层保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用C外加电流的阴极保护法接外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极D牺牲阳极的阴极保护法构成原电池，被保护的金属作正极答案 B解析 如果镀层金属比被保护的金属活泼，破损后可构成原电池，仍然能在一定程度上保护金属，B错误。题组一 对金属腐蚀快慢的考查1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为( )A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥答案 C解析 ①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。其电极反应式：负极Fe－2e－===Fe2＋，正极2H2O＋O2＋4e－===4OH－。②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活泼性差别大于Fe和Sn的，故FeCu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。2．相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是( )33\n答案 C解析 A中，食醋作电解质溶液，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；B中，食盐水作电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；D中，酸雨作电解质溶液，铁铆钉和铜板分别作负极、正极，形成原电池。 判断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：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：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。题组二 对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的考查3．按如图所示装置，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察(设水不蒸发)。(1)若试管中液面上升，发生的是__________腐蚀，则正极反应式为____________________________________________________________，负极反应式为_______________________________________________。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是________。(2)若试管中液面下降，发生的是__________腐蚀，正极反应式为_______________，负极反应式为____________________________________________________。要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是______________________________。答案 (1)吸氧 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ Fe－2e－===Fe2＋ 氯化钠溶液(或其他合理答案)(2)析氢 2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋ 稀硫酸(或其他合理答案)33\n解析 (1)试管中的液面上升，表明内部压强减小，即发生吸氧腐蚀，故正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；吸氧腐蚀的电解质溶液是中性或碱性溶液，如氯化钠溶液。(2)试管中的液面下降，表明发生了析氢腐蚀，则正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；此时需要酸性电解质溶液，如稀硫酸等。4．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是( )A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀C．墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－D．具支试管中溶液pH逐渐减小答案 C解析 生铁片中的碳是原电池的正极，A错；雨水酸性较强，开始时铁片发生化学腐蚀和析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C对；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错。1．(2022·山东理综，13)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，CuZn合金的腐蚀速率减小33\nC．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 A项，插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；B项，开关由M改置于N时，Zn作负极，CuZn合金作正极，合金受到保护；C项，接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成；D项，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。2．(2022·海南，10)下列叙述错误的是( )A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀答案 C解析 选项A，生铁中的碳和铁可以在铁的表面构成无数微小的原电池，能加速铁的锈蚀；选项B，焊接处铁、锡形成无数微小原电池，加速铁的腐蚀；选项C，电镀时，镀层金属铜作阳极，铁制品作阴极，用铜盐溶液作电镀液；选项D，由于Zn比Fe活泼，故镶嵌锌块的铁管不易被腐蚀。3．(2022·上海，14)右图装置中发生反应的离子方程式为Zn＋2H＋―→Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是( )A．a、b不可能是同种材料的电极B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸答案 A解析 若该装置为电解池，则a、b两电极的材料可以都为Zn，选项A错误；在保证阳极为Zn时，该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸，选项B正确；在保证其中一电极的材料为Zn，另一电极的材料的活动性比Zn弱的情况下，该原电池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以，选项C、D正确。4．(2022·浙江理综，10)以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下：33\n下列说法不正确的是( )A．在阴极室，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O向右移动C．该制备过程中总反应的化学方程式为4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d，则此时铬酸钾的转化率为1－答案 D解析 本题应结合电解的原理来具体分析、解决问题。根据阴、阳离子的放电顺序可知，该电解池中的反应如下：阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极区K2CrO4溶液中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，H＋浓度增大，使该平衡右移生成Cr2O。故电解池中的总反应式可写成4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑。故A、B、C项均正确。D项，设K2CrO4转化为K2Cr2O7的转化率为α，则： 2K2CrO4～K2Cr2O7初始量20转化量2αα最终量2－2αα则有＝＝d解得α＝2－d，D项错误。5．(2022·安徽理综，11)某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。33\n下列有关描述正确的是( )A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H＋＋2Cl－Cl2↑＋H2↑B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极答案 D解析 解答本题时应特别注意，金属Cu在电解池和原电池中作何种电极。当断开K2，闭合K1时为电解池，由于两极都有气泡冒出，故相当于惰性电极电解饱和食盐水，故铜作阴极而石墨作阳极，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电池总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，A、B都错；当断开K1，闭合K2时组成原电池，铜作负极而石墨作正极，铜电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故C错而D正确。6．[2022·重庆理综，29(3)]人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。①电源的负极为________(填“A”或“B”)。②阳极室中发生的反应依次为____________、__________。③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将________；若两极共收集到气体13.44L(标准状况)，则除去的尿素为________g(忽略气体的溶解)。答案 ①B ②2Cl－－2e－===Cl2↑ CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl③不变 7.233\n解析 ①由图中产生Cl2极为阳极知A为正极，B为负极。②阳极室发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑。由产物CO2、N2知CO(NH2)2在此室反应被氧化，CO(NH2)2―→CO2＋N2，发生还原反应的为Cl2。故方程式为CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl。③阴极室2H＋＋2e－===H2↑。阳极室产生的H＋通过质子交换膜进入阴极室，从而使阴极室H＋浓度保持不变。pH与电解前相比不变。两极共收集到的气体n(气体)＝＝0.6molm[CO(NH2)2]＝＝7.2g7．[2022·新课标全国卷，36(3)]粗铜的电解精炼如右图所示。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__________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________________________________________________________________。答案 c Cu2＋＋2e－===Cu Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解液解析 电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液，比铜活泼的金属失电子生成离子进入溶液，不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。8．[2022·四川理综，26(5)]按右图电解NaCl的饱和溶液，写出该电解池中发生反应的总反应方程式：________。将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到的现象是________。答案 NaCl＋H2ONaClO＋H2↑ 酚酞试液先变红后褪色解析 由于阳极是惰性电极，则电解饱和氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H2O33\n2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成的Cl2与NaOH溶液发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故总反应方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑，酚酞试液遇NaOH显红色后被HClO氧化褪色。9．(2022·海南，16)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为___________________________、____________________________________________________________________。(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_____________________________________________________________________；(3)若每个电池甲烷通入量为1L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×104C·mol－1列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。答案 (1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O(2)H2 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑(3)×8×9.65×104C·mol－1＝3.45×104C 4解析 (1)甲烷燃料电池中正极为O2被还原，负极为CH4被氧化，在碱性条件下生成CO，其电极反应分别为O2＋2H2O＋4e－===4OH－、CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。(2)闭合K后构成闭合回路，此时a、b分别为电解池的阳极和阴极，阴极为H＋得电子被还原，同时得到H2和NaOH，阳极为Cl－被氧化得到Cl2，该电解池中的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。(3)每个电池通入1LCH4，电路中通过的电量为×8×9.65×33\n104C·mol－1＝3.45×104C。1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿B．镀锡铁制品和镀锌铁制品的镀层破损时，镀锡铁中铁的腐蚀速率更快C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫阳极电化学保护法D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬答案 B解析 铜锌合金在空气中可组成原电池，铜为正极得到保护，不易被腐蚀，A错误；镀锡铁与镀锌铁都可以组成原电池，由于铁的活泼性强于锡，铁为负极加快其腐蚀，而镀锌铁中铁为正极得到保护，B正确；C中的方法叫牺牲阳极的阴极保护法，C错误。2．利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确的是( )A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应答案 B解析 当金属作原电池正极、电解池阴极时，金属受到保护。A项，若X为锌棒，开关K置于M处，组成原电池，铁是原电池的正极，受到保护；B项，若X为锌棒，开关K置于M处，铁极是原电池正极，发生还原反应，错；若X为碳棒，开关K置于N处，组成电解池，铁作阴极，可减缓铁的腐蚀，X电极上则发生氧化反应，C、D项正确。3．某课外活动小组用如图所示装置进行实验(电解液足量)。下列说法正确的是( )A．图一中若开始实验时开关K与a连接，B极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋33\nB．图一中若开始实验时开关K与b连接，一段时间后向电解液中加适量稀盐酸可使电解液恢复到电解前的浓度C．图二中若开始实验时开关K与a连接，电解液的浓度保持不变D．图二中若开始实验时开关K与b连接，A极减少的质量等于B极增加的质量答案 D解析 图一中若开始实验时开关K与a连接，则形成原电池，B极的电极反应式应为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；图一中若开始实验时开关K与b连接，则形成电解池，铁棒作阴极，电解的总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据质量守恒可知一段时间后向电解液中通入适量的HCl可使电解液恢复到电解前的浓度，B错误；图二中若开始实验时开关K与a连接，则形成原电池，电池的总反应式为Fe＋2AgNO3===Fe(NO3)2＋2Ag，电解液的浓度减小，C错误；图二中若开始实验时开关K与b连接，相当于电镀装置，根据电镀原理可知D正确。4．下列有关电化学装置完全正确的是( )ABCD铜的精炼铁上镀银防止Fe被腐蚀构成铜锌原电池答案 C解析 电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，纯铜作阴极，故A错误；铁上镀银时，应该用银作阳极，铁作阴极，故B错误；C是外加电流的阴极保护法，正确；铜锌原电池中，锌应插入硫酸锌溶液中，铜应插入硫酸铜溶液中，故D错误。33\n5．加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法正确的是( )A．a电极发生还原反应B．阳极反应式：I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2OC．阴极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D．电解过程中b电极附近溶液的pH减小答案 B解析 跟电源正极相连的为阳极，a电极是阳极，发生氧化反应，A项错误；阳极反应式为I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O，阴极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确，C错误；电解过程中b电极附近H＋被消耗，故其附近溶液的pH增大。6．用a、b两个质量相等的Pt电极电解AlCl3和CuSO4的混合溶液[n(AlCl3)∶n(CuSO4)＝1∶9]。t1时刻a电极得到混合气体，其中Cl2在标准状况下为224mL(忽略气体的溶解)；t2时刻Cu全部在电极上析出。下列判断正确的是( )A．a电极与电源的负极相连B．t2时刻，两电极的质量相差3.84gC．电解过程中，溶液的pH不断增大D．t2时刻后，b电极的电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑答案 B解析 根据a电极得到Cl2，即2Cl－－2e－===Cl2↑，则电极a为阳极，与电源的正极相连；根据生成Cl2的体积可求得原混合溶液中含Cl－0.02mol，故CuSO4为0.06mol，t2时刻阴极b上Cu2＋完全析出，其电极质量增加0.06mol×64g·mol－1＝3.84g，B项正确；Cl－和Cu2＋放电时，溶液pH不变，当OH－和Cu2＋放电时，溶液酸性增强；t2时刻后，a、b两极分别是OH－和H＋放电，溶液pH又保持不变，b电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。7．两串联的电解池，甲池盛有CuSO4溶液，乙池盛有一定量某硝酸盐的稀溶液，用惰性电极电解，当甲池的阴极上析出1.6gCu时，乙池的阴极上析出0.45g固体，则乙池的溶质可能是( )A．Cu(NO3)2B．Al(NO3)3C．NH4NO3D．Mg(NO3)2答案 A33\n解析 从离子的放电顺序分析，分别电解Al(NO3)2、NH4NO3、Mg(NO3)2的溶液时，阴极都不会析出固体，只有电解Cu(NO3)2溶液时才会在阴极析出铜。8．在25℃时，将两根铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有amol电子转移时，溶液中析出mgNa2SO4·10H2O晶体。若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为( )A.×100%B.×100%C.×100%D.×100%答案 D解析 原溶液为饱和溶液，剩余溶液也为饱和溶液，因此电解析出的晶体和消耗的水构成的溶液仍为饱和溶液，三者的质量分数相等。根据2H2O2H2↑＋O2↑，转移amol电子时，消耗的水为0.5amol，溶质的质量分数为m×÷(m＋0.5a×18)×100%，D对。9．已知在pH为4～5的溶液中，Cu2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。某同学拟用电解硫酸铜溶液的方法测定铜的相对原子质量。该同学向pH＝3.8的含有硫酸铁杂质的硫酸铜溶液中加入过量的黑色粉末X，充分搅拌后将滤液用如图所示装置电解，其中某电极增重ag，另一电极上产生标准状况下的气体VmL。下列说法正确的是( )A．黑色粉末X是铁粉B．铜电极连接电源的正极C．石墨电极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑D．铜的相对原子质量为答案 C解析 利用铁离子水解提纯硫酸铜，应向溶液中加入氧化铜，A项错误；B项，铜为阴极，铜在铜极析出，故铜极与电源的负极相连，B项错误；C项，石墨为阳极，OH－发生氧化反应，C项正确；D项，根据电子守恒，生成1mol氧气，必有2mol铜析出。n(Cu)＝×2mol＝mol，M(Cu)＝＝g·mol－1，D项错误。10．用惰性电极电解100mL4mol·L－1Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12L。停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的Fe2＋浓度为(设溶液的体积不变)33\n( )A．0.75mol·L－1B．3mol·L－1C．4mol·L－1D．3.75mol·L－1答案 D解析 本题涉及的反应过程可分为两个阶段，第一个阶段是电解Cu(NO3)2溶液，第二个阶段是混合溶液与足量的铁粉反应，注意硝酸与足量铁粉反应是生成硝酸亚铁。电解后溶液中硝酸和硝酸铜分别为0.2mol、0.3mol，前者与足量的铁粉反应生成硝酸亚铁0.075mol，后者与足量的铁粉反应生成0.3mol硝酸亚铁。11．按下图所示装置进行实验，并回答下列问题：(1)判断装置的名称：A池为________，B池为______。(2)锌极为______极，电极反应式为____________________________________；铜极为______极，电极反应式为______________________________________；石墨棒C1为____极，电极反应式为___________________________________；石墨棒C2附近发生的实验现象为_____________________________________。(3)当C2极析出224mL气体(标准状况)时，锌的质量________(填“增加”或“减少”)______g，CuSO4溶液的质量________(填“增加”或“减少”)________g。答案 (1)原电池 电解池(2)负 Zn－2e－===Zn2＋ 正 Cu2＋＋2e－===Cu 阳 2Cl－－2e－===Cl2↑ 有无色气体产生，附近溶液出现红色 (3)减少 0.65 增加 0.01解析 A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池。A池中Zn为负极，Cu为正极，B池中C1为阳极，C2为阴极，阴极区析出H2，周围OH－富集，酚酞变红，且n(H2)＝＝0.01mol，故电路中转移电子的物质的量为0.01mol×2＝0.02mol，根据得失电子守恒，锌极有0.01molZn溶解，即Zn极质量减少0.01mol×65g·mol－1＝0.65g，铜极上有0.01molCu析出，即CuSO4溶液增加了0.01mol×(65g·mol－1－64g·mol－1)＝0.01g。12．某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。33\n(1)X极与电源的________(填“正”或“负”)极相连，氢气从________(填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为________交换膜。(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则电池负极的反应式为____________________________________________________。(4)若在标准状况下，制得11.2L氢气，则生成硫酸的质量是____________，转移的电子数为____________。答案 (1)正 C (2)阴离子 阳离子 (3)H2－2e－＋2OH－===2H2O (4)49g 6.02×1023解析 题图中左边加入含硫酸的水，暗示左边制硫酸，即OH－在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H＋增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜，由此推知X为阳极，与电源正极相连，B出口产生氧气，A出口流出硫酸；同理，右侧加入含KOH的水，说明右边制备KOH溶液，H＋在Y极发生还原反应，说明Y极为阴极，与电源负极相连，右边溶液中OH－增多，硫酸钾溶液中K＋向右迁移，N为阳离子交换膜，所以C出口产生氢气，D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为2H2－4e－＋4OH－===4H2O。(4)n(H2)＝0.5mol,2H＋＋2e－===H2↑，得电子1mol，X极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据得失电子守恒知，生成H＋的物质的量为1mol，故生成0.5molH2SO4，m(H2SO4)＝49g。13．已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现设计如图所示装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4mol电子时铁电极的质量减小11.2g。33\n请回答下列问题：(1)A是铅蓄电池的________(填“正”或“负”)极，铅蓄电池的正极反应式为____________________________________________________________________。(2)Ag电极上的反应式为______________________________________________，析出的物质共________g。(3)Cu电极上的反应式为________________________________________________，CuSO4溶液的浓度__________(填“减小”、“增大”或“不变”)。(4)如图表示电解时某个量(纵坐标x)随时间变化的曲线，这个量x最有可能表示的是________(填序号)。a．两个U形管中析出的气体体积b．两个U形管中阳极质量的减少量c．两个U形管中阴极质量的增加量答案 (1)负 PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(2)2H＋＋2e－===H2↑ 0.4(3)Cu－2e－===Cu2＋ 不变 (4)b解析 根据在电解过程中铁电极质量减小可判断A是铅蓄电池的负极，B是铅蓄电池的正极。电解时Ag电极作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Fe电极作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，左侧U形管中的总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。右侧U形管相当于电镀装置，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变，根据上述分析可得答案。14．硒是制光电池的一种原料，人体缺少硒就会得“克山病”，从电解精炼铜的阳极泥中提取硒的流程如下：请回答下列问题：33\n(1)实验室中电解精炼铜的简易装置如图所示，请在图中标出电极材料和电解液的名称。(2)阳极泥中硒以Se、Ag2Se、Cu2Se等形式存在，Se和浓硫酸反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。(3)SeO2溶于水得H2SeO3(Ka1＝3.5×10－3，Ka2＝5.0×10－8)，亚硒酸溶液与SO2反应制硒的离子方程式为________________________________________________。电解亚硒酸溶液可制得强酸H2SeO4，则电解时的阳极反应式为________________。(4)上述硒的提取过程中存在的主要问题是_______________________________、_____________________________________________________________________。答案 (1)左侧：粗铜 右侧：纯铜 电解液：硫酸铜溶液(2)Se＋2H2SO4(浓)SeO2↑＋2SO2↑＋2H2O(3)H2SeO3＋2SO2＋H2O===Se＋2SO＋4H＋H2SeO3－2e－＋H2O===SeO＋4H＋(4)浓硫酸的腐蚀性强 焙烧过程中产生大量有毒气体SO2，污染环境(其他合理答案亦可)解析 (1)电解精炼铜时粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液。(2)根据流程图可知硒的氧化产物为SeO2，浓硫酸的还原产物为SO2，由此可得出化学方程式。(3)根据题中提示H2SeO3是弱酸，在离子方程式中应写化学式。电解亚硒酸溶液时，阳极发生氧化反应生成硒酸。15．25℃时，用两个质量相同的铜棒作电极，电解500mL0.1mol·L－1H2SO4溶液，电解过程中，电解液的pH变化如表所示(假定溶液温度保持不变)。电解2h后，取出电极，对电极进行干燥，并称量，测得两电极的质量差为9.6g。已知，25℃时0.1mol·L－1CuSO4溶液的pH为4.17。时间/h0.511.52pH1.32.43.03.0(1)实验刚开始阶段电解池阴极所发生反应的电极反应式为___________________。(2)电解进行到1.5h后，电解质溶液的pH不再发生变化的原因是______________；用离子反应方程式表示0.1mol·L－1CuSO4溶液的pH为4.17的原因____________。(3)电解进行的2h中，转移电子的总物质的量________0.15mol(填“<”、“＝”或“>”)。33\n(4)若欲使所得电解质溶液复原到500mL0.1mol·L－1H2SO4溶液，应对溶液进行怎样处理？________________________________________________________。答案 (1)2H＋＋2e－===H2↑ (2)电解持续进行，H＋电解完后，电解过程发生转变，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，电解质溶液的组成、浓度不再发生变化，溶液的pH也不再发生变化 Cu2＋＋2H2OCu(OH)2＋2H＋ (3)> (4)向溶液中通入约0.05molH2S解析 根据题意及表中数据可知，电解刚开始阶段，阳极反应式是Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；随着电解的继续，溶液中Cu2＋的浓度增大，此时阳极反应不变，而H＋已被电解完，阴极反应则变成Cu2＋＋2e－===Cu；若电解过程中只有电镀铜的过程，阳极溶解的铜与阴极生成的铜质量相同，溶液的组成保持不变，则阳极铜的减少为9.6g/2＝4.8g，转移电子的物质的量为0.15mol，而实际上先有H2产生，后有电镀铜的过程，故实际转移电子的物质的量大于0.15mol；要使溶液复原则需要通入H2S，H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4。33
