18电解池 金属的腐蚀与防护主要考查电解池的工作原理、电解产物的判断及相关电极反应的书写、电解的规律及有关计算、电解原理的应用。1．【2022北京卷】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）。①②③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FeB．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2．【2022新课标2卷】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。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：A3++3e−===AlD．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动3.【2022新课标3卷、节选】KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：（1）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）。10\n4.【2022新课标1卷、节选】焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：（1）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________________________。电解后，_______室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。5．【2022江苏卷、节选】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____________。10\n1.【2022哈尔滨中学一模】如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜精炼的原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。下列有关说法正确的是（）A．反应一段时间后，乙装置中生成的氢氧化钠在铁极区B．乙装置中铁电极为阴极，电极反应式为Fe−2e−===Fe2+C．通入氧气的一极为负极，发生的电极反应为O2+4e−+2H2O===4OH−D．反应一段时间后，丙装置中硫酸铜溶液浓度保持不变2．【2022辽宁实验中学第三次月考】某实验小组设计如图实验装置探究电化学原理，装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO，下列说法正确的是（）A．Cu电极质量增加B．装置Ⅱ将化学能转变为电能C．装置Ⅰ中OH−向多孔电极移动D．多孔电极的电极反应式为O2+4e−+2H2O===4OH−3.【2022衡水金卷高三大联考】某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2，X、Y是特殊催化剂型电极，已知:装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路中通过总电子数之比。下列说法错误的是（）A．该装置中Y电极发生氧化反应B．X电极的电极反应式为6CO2+24H++24e−===C6H12O6+6H2OC．理论上，每生成22.4L(标准状况下)O2，必有4molH+由X极区向Y极区迁移D．当电路中通过3mole−时，生成18gC6H12O6，则该装置的电流效率为80%4.【2022湖北部分重点中学高三起点考试】在通电条件下，用如图所示装置由乙二醛(OHC—CHO)制备乙二酸(HOOC—COOH)。其制备反应为OHC—CHO+2Cl2+2H2OHOOC—COOH+4HCl。下列说法正确的是10\nA．理论上，每消耗0.1mol乙二醛在Pt(1)极放出2.24L气体(标准状况)B．Pt(1)极的电极反应式为4OH−−4e−===2H2O+O2↑C．理论上，每得到1mol乙二酸将有2molH+从右室迁移到左室D．盐酸起提供Cl−和增强导电性的作用5.【2022天津中学高三上学期二次月考】化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解NO的原理如图所示。下列说法不正确的是（）A．A为电源的正极B．溶液中H+从阳极向阴极迁移C．Ag−Pt电极的电极反应式为2NO+12H++10e−===N2↑+6H2OD．电解过程中，每转移2mol电子，则左侧电极就产生32gO26.【2022四川德阳三校联考】某化学课外活动小组拟用铅蓄电池为直流电源，进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述不正确的是（）A．X为金属Pb，Y为PbO2B．电解池阳极上被氧化的还原剂有Al和H2OC．电解池的总反应为2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑D．每消耗103.5gPb，理论上电解池阴极上有0.5molH2生成7.【2022辽宁五校协作体联合模拟】双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，用该装置电解硫酸钠溶液，下列有关电解原理的判断正确的是10\nA．c隔膜为阳离子交换膜，d隔膜为阴离子交换膜B．A溶液为NaOH溶液，B溶液为硫酸C．a气体为氢气，b气体为氧气D．该电解反应的总方程式为2Na2SO4+6H2O2H2SO4+4NaOH+O2↑+2H2↑8.【2022郑州一中入学测试】电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液可以制取氢气，其装置如图所示(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。下列有关说法中不正确的是（）A．电解过程中b极附近溶液碱性明显增强B．溶液中的OH−逐渐向a极区附近移动C．若在b极产生标准状况下224mL氢气，则消耗尿素2gD．a极的电极反应式为CO(NH2)2+8OH−−6e−===CO+N2↑+6H2O9.【2022河南南阳一中5月考试】FeCl3具有净水作用，但腐蚀设备，所以工业上常选用电浮选凝聚法处理污水。其原理是保持污水的pH在5.0~6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3沉淀。某课外兴趣小组用电浮选凝聚法处理污水，设计如图所示装置示意图。（1）氯化铁能用作水处理剂的原因是(用离子方程式及必要的文字说明)。（2）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此时，应向污水中加入适量的(填序号)。A．BaSO4B．CH3CH2OHC．Na2SO4D．NaOH（3）电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是:Ⅰ.，Ⅱ.。（4）电极反应Ⅰ和Ⅱ的生成物反应得到Fe(OH)3沉淀的离子方程式是。10\n（5）该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质，CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参与循环(见图)。A物质的化学式是。10.【2022衡水中学周练】为实现废旧普通干电池中锌与MnO2的同时回收，某研究小组设计了如图1的工艺流程和如图2的实验探究装置:回答下列问题：(1)普通锌锰干电池放电时被还原的物质是，用离子方程式解释其被称为“酸性”电池的原因：。（2）用稀硫酸酸浸时发生的化学反应方程式为；若滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4)，据此判断粉碎的重要作用是。（3）燃料电池的优点是，图2是将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，负极的电极反应为。（4）闭合开关K后，铝电极上的产物是，一段时间后阳极附近溶液的pH(填“增大”“不变”或“减小”)，电解ZnSO4、MnSO4的混合溶液的总反应方程式为。（5）假定燃料电池中每个负极消耗2.24L(标准状况下)CH4产生的能量均完全转化为电能，电解池中回收制得19.5g单质Zn，电解池的能量利用率为。10\n答案与解析一、考点透视1.【答案】D【解析】A项，对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，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，③Fe附近的溶液中含Fe2+，②中Fe被保护，A项正确；B项，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项正确；C项，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项正确；D项，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项错误；答案选D。2.【答案】C【解析】A.根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故A说法正确；B.不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C.阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H+放电，即2H+＋2e−=H2↑，故C说法错误；D.根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故D说法正确。3.【答案】（1）①2H2O+2e−===2OH−+H2↑；②K+；由a到b；③产生Cl2易污染环境等【解析】（3）①由图示，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离的氢离子得电子，反应为2H2O+2e−===2OH−+H2↑。②电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。③KClO3氧化法的最大不足之处在于，生产中会产生污染环境的氯气。4.【答案】（1）2H2O－4e－===4H++O2↑；a【解析】（1）根据阳极氢氧根放电，阴极氢离子放电，结合阳离子交换膜的作用解答；阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－===4H++O2↑。阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸钠。阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。5.【答案】（1）石墨电极被阳极上产生的氧气氧化（2）4CO+2H2O−4e−===4HCO+O2↑；H2【解析】10\n结合流程及题中信息可知，铝土矿在碱溶时，其中的氧化铝和二氧化硅可溶于强碱溶液，过滤后，滤液中偏铝酸钠与碳酸氢钠反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸钠，氢氧化铝经灼烧后分解为氧化铝，最后电解熔融的氧化铝得到铝。碳酸钠溶液经电解后可以再生成碳酸氢钠和氢氧化钠进行循环利用。（3）电解I过程中，石墨阳极上氧离子被氧化为氧气，在高温下，氧气与石墨发生反应生成气体，所以，石墨电极易消耗的原因是被阳极上产生的氧气氧化。（4）由图中信息可知，生成氧气的为阳极室，溶液中水电离的OH−放电生成氧气，破坏了水的电离平衡，碳酸根结合H+转化为HCO，所以电极反应式为4CO+2H2O−4e−===4HCO+O2↑，阴极室氢氧化钠溶液浓度变大，说明水电离的H+放电生成氢气而破坏水的电离平衡生成大，所以阴极产生的物质A为H2。二、考点突破1.【答案】A【解析】甲装置为甲醚燃料电池，通入氧气的一极发生还原反应，为电池的正极，通入甲醚的一极为电池的负极；乙装置为电解饱和氯化钠溶液的装置，根据串联电路中，电子的流动方向，可知Fe电极为阴极，C极为阳极；丙装置为电解精炼铜的装置，粗铜为阳极，纯铜为阴极。乙装置中Fe极发生反应：2H2O+2e−===H2↑+2OH−，所以反应一段时间后，装置中生成的氢氧化钠在铁极区，A项正确，B项错误；通入氧气的一极发生还原反应，为原电池的正极，发生的电极反应为O2+2H2O+4e−===4OH−，C项错误；丙装置中，粗铜极除了铜发生氧化反应外，活动性在铜前面的金属也要发生氧化反应，但是在纯铜极，除铜离子被还原外，没有其他离子能被还原，根据得失电子数相等，可知硫酸铜溶液浓度减小，D项错误。2.【答案】D【解析】根据题图及装置Ⅰ中Zn电极产生ZnO，知装置Ⅰ中Zn电极上发生氧化反应：Zn−2e−+2OH−===ZnO+H2O，装置Ⅰ为原电池，装置Ⅰ中的Zn电极为负极，多孔电极为正极，装置Ⅱ为电解池，Cu电极与装置Ⅰ中的多孔电极相连，则Cu电极为阳极，Cu电极上发生反应:Cu−2e−===Cu2+，故Cu电极质量减小，A项错误；装置Ⅱ为电解池，将电能转变为化学能，B项错误；装置Ⅰ中OH−向负极(Zn电极)移动，C项错误；多孔电极为正极，正极上O2得电子，发生还原反应，电极反应式为O2+4e−+2H2O===4OH−，D项正确。3.【答案】C【解析】根据装置图可知，X与电源的负极相连，为阴极，Y与电源的正极相连，为阳极，阳极上失去电子，发生氧化反应，A正确；根据装置图可知二氧化碳在X电极上转化为C6H12O6，因此X电极的电极反应式为6CO2+24H++24e−===C6H12O6+6H2O，B正确；H+由Y极区向X极区迁移，C错误；生成C6H12O6的物质的量是18g÷180g·mol-1=0.1mol，转移电子的物质的量是2.4mol，因此当电路中通过3mole−时该装置的电流效率为2.4mol÷3mol×100%=80%，D正确。4.【答案】D【解析】Pt(1)极与电源负极相连，为阴极，电极反应式为2H++2e−===H2↑，理论上每消耗0.1mol乙二醛，电路中转移0.4mol电子，Pt(1)极放出4.48L10\nH2(标准状况)，A、B项错误；理论上每得到1mol乙二酸，外电路中转移4mol电子，则在内电路中有4molH+从右室迁移到左室，C项错误；由题图装置可知，制备乙二酸的反应为4HCl2H2↑+2Cl2↑、OHC—CHO+2Cl2+2H2OHOOC—COOH+4HCl，故盐酸起提供Cl−和增强导电性的作用，D项正确。5.【答案】D【解析】根据题给电解装置图可知，Ag−Pt电极上NO转化为N2，发生还原反应：2NO+12H++10e−===N2↑+6H2O，则Ag−Pt电极作阴极，B为电源的负极，故A为电源的正极，A、C项正确；在电解池中阳离子向阴极移动，所以溶液中H+从阳极向阴极迁移，B项正确；左侧电极为阳极，电极反应式为2H2O−4e−===O2↑+4H+，则每转移2mol电子，左侧电极产生16gO2，D项错误。6.【答案】C【解析】铁电极上放氢生碱(2H2O+2e−===H2↑+2OH−)，即铁电极上发生得电子的还原反应，铁为电解池的阴极，与阴极相连的X极是铅蓄电池的负极Pb，Y为铅蓄电池的正极PbO2，A项正确。与铅蓄电池正极相连的铝电极为电解池阳极，通过题图可知铝电极上既有铝离子生成，又有氧气放出，说明铝电极上发生的氧化反应有两个:Al−3e−===Al3+、2H2O−4e−===O2↑+4H+，故阳极上铝和水失去电子被氧化，B项正确。由于该电解池阳极存在两个竞争反应，故电解过程中电解池中实际上发生了两个反应:2Al+6H2O2Al(OH)3+3H2↑、2H2OO2↑+2H2↑，C项错误。Pb的相对原子质量为207，103.5gPb的物质的量为0.5mol，由铅蓄电池负极反应Pb−2e−+SO===PbSO4知，0.5molPb给电路提供1mol电子的电量，再由电解池的阴极(铁)反应2H2O+2e−===H2↑+2OH−，得出有0.5molH2生成，D项正确。7.【答案】D【解析】该电解池左边的电极为阳极，右边的电极为阴极，溶液中的阴离子通过c隔膜向阳极移动，阳离子通过d隔膜向阴极移动，A项错误；阳极由水电离产生的OH−发生氧化反应生成O2，a气体为氧气，生成的A溶液为硫酸，阴极由水电离产生的H+被还原为H2，b气体为氢气，生成的B溶液为氢氧化钠溶液，B、C项均错误。8.【答案】C【解析】由题图知，b极为阴极，发生反应:6H2O+6e−===3H2↑+6OH−，故电解过程中b极附近溶液碱性增强，A项正确；a极为阳极，电解池中阴离子向阳极移动，故溶液中的OH−逐渐向a极区附近移动，B项正确；若在b极产生标准状况下224mL(0.01mol)氢气，则转移电子0.02mol，a极为阳极，发生反应：CO(NH2)2−6e−+8OH−===N2↑+CO32−+6H2O，转移0.02mol电子时消耗尿素0.02mol×1/6×60g·mol−1=0.2g，C项错误，D项正确。9.【答案】（1）Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+，Fe(OH)3胶体能吸附并沉降水中悬浮的物质 （2）C （3）Fe−2e−===Fe2+ 4OH−−4e−===2H2O+O2↑ 10\n（4）4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+ （5）CO2【解析】（1）氯化铁中的Fe3+水解形成氢氧化铁胶体：Fe3++3H2OFe(OH)3(胶体)+3H+，氢氧化铁胶体具有吸附性，能使水中的悬浮物沉降下来。（2）硫酸钡难溶于水；乙醇虽然溶于水，但乙醇为非电解质；硫酸钠为强电解质，其水溶液导电能力强；NaOH能与Fe3+反应生成沉淀，故选C。（3）铁作阳极，阳极发生氧化反应，其中一个反应为Fe−2e−===Fe2+，另一个反应生成一种无色气体，则为4OH−−4e−===2H2O+O2↑。（4）反应物为Fe2+、O2、H2O，生成物之一为Fe(OH)3，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知反应的离子方程式为4Fe2++10H2O+O2===4Fe(OH)3↓+8H+。（5）燃料电池的正极上氧气得电子，先发生反应O2+2H2O+4e−===4OH−，要使电池长时间运行，需使电池的电解质组成保持稳定，该燃料电池以熔融碳酸盐为电解质，欲使OH−转变为CO，需通入CO2，所以A物质为CO2。10.【答案】（1）MnO2；NH+H2ONH3·H2O+H+ （2）Zn+MnO2+2H2SO4===ZnSO4+MnSO4+2H2O、Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ 增大锌粉与二氧化锰粉末的接触面积 （3）能量转换效率高、环境友好(答案合理即可) CH4−8e−+10OH−===CO+7H2O （4）锌(或Zn) 减小；Zn2++Mn2++2H2OZn+MnO2+4H+ （5）75%【解析】（1）普通锌锰干电池的构造:外壳为锌筒，中间为石墨棒，其周围是由MnO2和NH4Cl等组成的糊状填充物，还原剂锌在负极失去电子被氧化、氧化剂MnO2在正极得到电子被还原，电解质氯化铵水解(NH+H2ONH3·H2O+H+)使电解质溶液呈酸性。（2）用稀硫酸酸浸时活泼金属锌与稀硫酸反应:Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，由滤液中的溶质有ZnSO4和MnSO4可推知，在酸性溶液中强还原剂锌把强氧化剂MnO2还原为Mn2+：Zn+MnO2+2H2SO4===ZnSO4+MnSO4+2H2O；由“滤液中c(ZnSO4)略大于c(MnSO4)”推断，粉碎的重要作用是增大锌粉与MnO2粉末的接触面积，使上述两个反应中的第二个反应成为主要反应。（3）燃料电池的优点是能量转换效率高和环境友好等。碱性燃料电池中，甲烷的氧化产物为CO；CH4−8e−+10OH−===CO+7H2O。（4）铝电极与通甲烷的负极相连，铝电极为电解池的阴极，电解时溶液中的锌离子在阴极上得到电子被还原为单质锌：Zn2++2e−===Zn。阳极上Mn2+失去电子被氧化为MnO2:Mn2+−2e−+2H2O===MnO2+4H+，生成氢离子，阳极附近溶液的pH减小。两个电极反应相加即为电解池总反应：Zn2++Mn2++2H2OZn+MnO2+4H+。（5）燃料电池中:n(CH4)=2.24L22.4L·mol-1=0.1mol，由负极反应知消耗0.1mol甲烷失去0.8mole−；电解池中：n(Zn)=19.5g65g·mol-1=0.3mol，由阴极反应知生成0.3molZn得到0.6mole−；能量利用率为0.6mol0.8mol×100%=75%。10
