2026年高考总复习优化设计一轮复习化学（广西版）-第3讲　电解池　金属的腐蚀与防护

高考总复习优化设计GAOKAOZONGFUXIYOUHUASHEJI第3讲电解池金属的腐蚀与防护第六章2026内容索引0102强基础增分策略增素能精准突破研专项前沿命题03明考向真题演练04【课程标准】1.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。2.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害。了解防止金属腐蚀的措施。强基础增分策略一、电解原理及规律1.电解和电解池

非自发进行的氧化还原反应能够通过电解原理实现(1)电解:使

电流

通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起

氧化还原反应

的过程。

(2)电解池:使

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)两个电极插入

电解质溶液

(或

熔融电解质

)中。

(3)形成

闭合回路

。

3.电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)“阳极”连正极,“阴极”连负极

注意:电解时,在外电路中有电子通过,而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流,即电子本身不会通过电解质溶液。4.电解时两极粒子的放电顺序

5.惰性电极电解电解质溶液的情况分析

(1)电解电解质型:电解溶质

(2)放H2生碱型:电解溶质和溶剂水,生成H2和碱

(3)电解水型:电解溶剂水

电解质类型(水溶液)电极反应及总反应电解质溶液浓度溶液pH电解质溶液复原含氧酸,如H2SO4阴极:4H2O+4e-===2H2↑+4OH-阳极:2H2O-4e-===O2↑+4H+2H2O2H2↑+O2↑

增大

减小

加水

可溶性强碱,如NaOH增大活泼金属含氧酸盐,如KNO3不变(4)放O2生酸型:电解溶质和溶剂水,生成O2和酸

易错辨析

判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)电解质溶液的导电过程一定发生了化学变化。(

√

)(2)用Cu作为电极电解盐酸可发生反应Cu+2H+Cu2++H2↑。(

√

)(3)电解池工作时电子从电源的负极流出,流入阴极通过溶液到阳极,然后从阳极流出,流回电源正极。(

×

)(4)电解时,电解质溶液中阳离子移向阳极,发生还原反应。(

×

)二、电解原理在工业生产中的应用1.电解饱和食盐水——氯碱工业

产物氯气和NaOH是重要的化工原料阳极反应:

2Cl--2e-===Cl2↑

(

氧化

反应)

阴极反应:

2H2O+2e-===H2↑+2OH-

(还原

反应)

总反应:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑装置离子交换膜电解槽阳极钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极碳钢网阳离子交换膜

得到高纯度的NaOH,防止Cl2和H2混合反应发生危险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.电镀与电解精炼铜(1)电镀。①概念:利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺。②目的:增强金属的抗腐蚀能力,增加表面硬度和美观。镀层金属

镀件含有镀层金属离子Cu-2e-══Cu2+

Cu2++2e-══Cu(2)电解精炼。

银、金等金属不放电形成

,在阴极只有Cu2+放电,锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在

中,故能够将杂质除去。电解过程中,Cu2+的浓度

。

粗铜

纯铜硫酸铜溶液Cu-2e-===Cu2+、Zn-2e-===Zn2+、Ni-2e-===Ni2+Cu2++2e-===Cu

阳极泥

电解质溶液

有所下降

3.电冶金

电解法冶炼的金属都是活泼性很强的金属易错辨析

判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)在镀件上镀铜时,也可以用惰性材料作为阳极,用硫酸铜溶液作为电解质溶液。(

√

)(2)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。(

×

)(3)电解精炼时,得到的阳极泥可以是提炼贵重金属的原料。(

√

)(4)用Zn为阳极,Fe为阴极,ZnCl2溶液为电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌。(

×

)应用提升

由于AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电,所以电解冶炼铝时,电解的为熔点很高的氧化铝,为降低熔化温度,加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6);而且电解过程中,阳极生成的氧气会与石墨电极反应,所以石墨电极需不断补充。三、金属的腐蚀与防护1.化学腐蚀和电化学腐蚀的比较金属原子均失电子,区别在于是否产生电流金属腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀定义金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生

原电池

反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀

区别

无

电流产生

有

微弱电流产生

实质与联系(1)实质都是

金属原子

失去电子被氧化而损耗;

(2)化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生,但

电化学腐蚀

更普遍、危害性更大、腐蚀速率更快

2.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀

3.金属的防护

易错辨析

判断正误:正确的画“√”,错误的画“×”。(1)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。(

×

)(2)铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀。(

×

)(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+。(

×

)(4)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(

×

)(5)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈。(

√

)(6)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。(

×

)(7)在船体外嵌入锌块,可以减缓船体的腐蚀,属于牺牲阴极法。(

×

)(8)在潮湿的空气中,钢铁表面形成水膜,金属发生的一定是吸氧腐蚀。(

×

)应用提升

(1)银器变黑原因是银属于相对不稳定元素,在空气氧化性氛围中产生硫化银膜,久而久之会扩散成片,变成黑色。(2)铁锈的形成过程:4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3;2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)+(3-x)H2O。增素能精准突破考点一电解原理考向1.电解池的工作原理典例突破(2024甘肃卷)某固体电解池工作原理如图所示,下列说法错误的是(

)A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积B.电极2是阴极,发生还原反应:O2+4e-

══2O2-C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2D.理论上电源提供2mole-能分解1molH2O答案

B解析

多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)则为阴极,电极反应为2H2O+4e-══2H2↑+2O2-;多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)则为阳极,电极反应为2O2--4e-══O2↑。电极1的多孔结构能增大电极的表面积,增大与水蒸气的接触面积,A项正确;电极2为阳极,发生氧化反应:2O2--4e-══O2↑,B项错误;工作时,阴离子O2-向阳极移动,即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2,C项正确;电解总反应为2H2O(g)

2H2(g)+O2(g),则理论上电源提供2

mol

e-能分解1

mol

H2O,D项正确。针对训练1.(2022广东卷)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中(

)A.阴极发生的反应为Mg-2e-===Mg2+B.阴极上Al被氧化C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等答案

C解析

阴极应该发生得电子的还原反应,Mg在阳极失电子生成Mg2+,A错误;Al在阳极上被氧化生成Al3+,B错误;阳极材料中的Cu和Si不参与氧化反应,在电解槽底部可形成阳极泥,C正确;因为阳极除了铝参与电子转移,镁也参与电子转移,且还会形成阳极泥,而阴极只有铝离子得电子生成铝单质,根据电荷守恒及元素守恒可知,阳极与阴极的质量变化不相等,D错误。2.(2023广西南宁二模)氯气是一种重要的工业原料,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工艺方案,如图所示。下列说法不正确的是(

)A.电极B与外接电源的正极相连B.负极区仅发生反应:Fe3++e-══Fe2+C.电解时,电流经电极B、电解质溶液流向电极AD.电路中转移1mol电子时,理论上需消耗氧气5.6L(标准状况)答案

B解析

由图可知,B极上Cl-发生氧化反应生成Cl2,B为阳极,则A为阴极。电极B为阳极,与外接电源的正极相连,A项正确;电解池中没有负极,应该为阴极区,阴极铁离子得到电子发生还原反应生成亚铁离子,亚铁离子又和氧气生成铁离子和水,B项错误;电解时,A为阴极、B为阳极,则电流经电极B、电解质溶液流向电极A,C项正确;氧气中氧元素化合价由0价变为-2价,由O2~4e-可知,电路中转移1

mol电子时,理论上需消耗氧气0.25

mol,标准状况下体积为5.6

L,D项正确。3.乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(

)A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用C.制得2mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了1mol电子D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移答案

D归纳总结

考向2.电极反应的书写典例突破(1)电催化氮气还原合成氨是一种常温常压条件下利用水作为氢源的低碳环保路线,如图是电催化合成氨装置示意图。①a电极应该连接电源

极。

②电催化合成氨的化学方程式为

。

(2)内酯也可以通过电化学合成。以石墨电极为阳极,铂电极为阴极,CH3CN作为溶剂,LiClO4作为电解质,经电解合成内酯的总反应如下:①产生H2的电极为

(填“石墨电极”或“铂电极”);通电一段时间后,溶液中向铂电极迁移的离子为

。

②写出石墨电极上的电极反应:

。

针对训练1.按要求书写电极反应式和总反应方程式:(1)用惰性电极电解CuSO4溶液阳极反应式:

;

阴极反应式:

;

总反应离子方程式:

。

(2)以铝材为阳极,电解H2SO4溶液,铝材表面形成氧化膜阳极反应式:

;

阴极反应式:

;

总反应方程式:

。

(3)一种以甲醇和二氧化碳为原料,利用活性催化电极,电化学法制备甲酸(甲酸盐)的电化学装置的工作原理如图所示。写出电解过程中阴极表面发生的电极反应式:

。

(4)(2023北京东城模拟,节选)利用电化学装置可实现CO2和CH4两种分子的耦合转化,其原理如图所示。装置工作时,电极A应连接电源的

(填“正”或“负”)极,电极A的电极反应式为

。

答案

(1)2H2O-4e-===4H++O2↑

Cu2++2e-===Cu

2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+(2)2Al-6e-+3H2O===Al2O3+6H+

2H++2e-===H2↑

2Al+3H2OAl2O3+3H2↑(3)CO2+2e-+===HCOO-+(4)负CO2+2e-+2H+===CO+H2O2.整合有效信息书写电极反应。(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应:S2--2e-===S、(n-1)S+S2-===

。①写出电解时阴极的电极反应:

。

②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,该反应的离子方程式为

。

(2)电解NO可制备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:

。

答案

(1)①2H2O+2e-===H2↑+2OH-

②

+2H+===(n-1)S↓+H2S↑(2)NH3根据总反应8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3可知,为使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3解析

(1)①电解时,阴极区溶液中的阳离子放电,即水电离出的H+放电生成H2。②由题干给的反应可知,阳极区生成了,可以理解为(n-1)S+S2-,则加入稀硫酸可生成S单质和H2S气体。(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图可知,阴极反应为3NO+15e-+18H+===3+3H2O,阳极反应为5NO-15e-+10H2O===5+20H+,则总反应为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3,应补充NH3。归纳总结根据“三看”正确书写电极反应考点二电解原理的应用考向1.电解原理的应用典例突破(2024湖南卷)在KOH水溶液中,电化学方法合成高能物质K4C6N16时,伴随少量O2生成,电解原理如图所示,下列说法正确的是(

)

答案

D解析

阳极区发生氧化反应,由装置图可知,左侧区为阳极区,电极反应为H2O-e-══·OH+H+,故阳极附近的pH减小,A错误;右侧区为阴极区,电极反应为2H++2e-══H2↑,左侧产生的阳离子向右侧移动,故交换膜为阳离子交换膜,B错误、C错误;由图可知,脱氯是将CH2Cl2转化为HCHO、CH3OH、CO2和Cl-,故脱氯的实质是碳氯键和碳氢键断裂形成碳氧键,D正确。针对训练1.脱氯可以减少水体污染,保护人的饮水健康。用电解法产生具有强氧化性的自由基(·OH),可以去除水体中的CH2Cl2,原理如图所示。下列说法正确的是(

)A.阳极附近的pH增大B.交换膜为阴离子交换膜C.阴极反应为CH2Cl2+4·OH===CO2+2H2O+2HClD.脱氯的实质是碳氯键和碳氢键断裂形成碳氧键答案

D解析

阳极区发生氧化反应,由装置图可知,左侧区为阳极区,电极反应为H2O-e-===·OH+H+,故阳极附近的pH减小,A错误;右侧区为阴极区,电极反应为2H++2e-===H2↑,左侧产生的阳离子向右侧移动,故交换膜为阳离子交换膜,B错误、C错误;由图可知,脱氯是将CH2Cl2转化为HCHO、CH3OH、CO2和Cl-,故脱氯的实质是碳氯键和碳氢键断裂形成碳氧键,D正确。2.(2024广西河池一模)利用电解原理,可将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。下列说法正确的是(

)A.b为电解池阴极B.电解后左侧电极室KOH溶液pH减小C.电解过程中阴离子通过交换膜从右向左迁移D.阳极反应为2NH3-6e-+6OH-══N2+6H2O答案

D解析

根据图示可知,a电极为电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,A项错误;电解时,在a电极上发生反应2H2O+2e-══H2↑+2OH-,反应消耗水产生OH-,因此电解后左侧电极室KOH溶液浓度增大,则溶液pH会增大,B项错误;电解时,阴极a电极反应为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,阳极b电极反应为2NH3-6e-+6OH-══N2+6H2O,反应消耗OH-,反应产生H2O,电解过程中左侧c(OH-)增大,右侧c(OH-)减小,为维持电池持续工作,则溶液中OH-会通过阴离子交换膜从左向右迁移,C项错误;根据上述分析可知,阳极反应为2NH3-6e-+6OH-══N2+6H2O,D项正确。3.(2025八省联考陕西卷)为了从海水中提取锂,某团队设计了如图所示的电解池。保持电源正负极不变,每运行一段时间后,将电极1与4取下互换,电极2与3取下互换,实现锂的富集。下列说法正确的是(

)A.电路中电子的流向随着电极互换而改变B.电极2上发生的反应为Ag-e-══Ag+C.理论上,电极1与电极4的质量之和保持不变D.理论上,电路通过1mol电子时,有0.5molLi+富集在右侧电解液中答案

C解析

为从海水中提取锂,电极1的电极反应为FePO4+e-+Li+══LiFePO4,则电极1为阴极,电极2为阳极,电极3为阴极,电极4为阳极,在电极4上发生氧化反应:LiFePO4-e-══Li++FePO4,实现了锂的提取,保持电源正负极不变,则电子流向不变,A项错误;电极2为阳极,海水中有Cl-,则电极2的电极反应为Ag-e-+Cl-══AgCl,B项错误;通过相同电量,电极1上附着的Li+的量和电极4上失去的Li+的量相等,所以理论上,电极1与电极4的质量之和保持不变,C项正确;根据电子守恒,电路中各处的电量相等,所以理论上,电路通过1

mol电子时,有1

mol

Li+富集在右侧电解液中,D项错误。归纳总结阴、阳极的判断方法考向2.电化学计算典例突破某研究院经过多次实验发现,采用如图所示装置,阳极(Ti基)上产生羟基(·OH),阴极上产生H2O2,分别深度氧化苯酚为CO2,高效处理废水。下列有关说法错误的是(

)A.电流从a极→Ti基→废水→不锈钢→b极B.阳极的电极反应为H2O-e-===·OH+H+C.阴极深度氧化苯酚的化学方程式为C6H5OH+14H2O2===6CO2↑+17H2OD.当消耗7molO2时,理论上共氧化处理47g苯酚答案

D针对训练1.

利用间接成对电化学合成间氨基苯甲酸的工作原理如图所示。下列说法错误的是(

)答案

D解析

阳极区发生氧化反应,由装置图可知,左侧区为阳极区,电极反应为H2O-e-===·OH+H+,故阳极附近的pH减小,A错误;右侧区为阴极区,电极反应为2H++2e-===H2↑,左侧产生的阳离子向右侧移动,故交换膜为阳离子交换膜,B错误、C错误;由图可知,脱氯是将CH2Cl2转化为HCHO、CH3OH、CO2和Cl-,故脱氯的实质是碳氯键和碳氢键断裂形成碳氧键,D正确。2.(2024广西柳州模拟)锌基电极与涂覆氢氧化镍的镍基电极组成可充电电池,其示意图如下。放电时,Zn转化为2ZnCO3·3Zn(OH)2。下列说法错误的是(

)

答案

D解析

根据图示可知,a电极为电解池的阴极,b电极为电解池的阳极,A项错误;电解时,在a电极上发生反应2H2O+2e-══H2↑+2OH-,反应消耗水产生OH-,因此电解后左侧电极室KOH溶液浓度增大,则溶液pH会增大,B项错误;电解时,阴极a电极反应为2H2O+2e-══H2↑+2OH-,阳极b电极反应为2NH3-6e-+6OH-══N2+6H2O,反应消耗OH-,反应产生H2O,电解过程中左侧c(OH-)增大,右侧c(OH-)减小,为维持电池持续工作,则溶液中OH-会通过阴离子交换膜从左向右迁移,C项错误;根据上述分析可知,阳极反应为2NH3-6e-+6OH-══N2+6H2O,D项正确。归纳总结电化学综合计算的三种常用方法(1)根据总反应计算先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算①用于串联电路中阴、阳两极产物,正、负两极产物及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,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。考点三金属的腐蚀与防护考向1.金属腐蚀的类型典例突破某同学进行下列实验:操作现象取一块打磨过的生铁片,在其表面滴一滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水

放置一段时间后,生铁片上出现如图所示“斑痕”,其边缘为红色,中心区域为蓝色,在两色环交界处出现铁锈生铁片发生

腐蚀,中心区的电极反应为

,边缘处的电极反应为

,交界处发生的反应为

。

答案

吸氧Fe-2e-===Fe2+

2H2O+O2+4e-===4OH-

4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3、2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O+(3-x)H2O解析

生铁片发生吸氧腐蚀,其中Fe作负极,电极反应为Fe-2e-===Fe2+,Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色的铁氰化亚铁沉淀,故中心区域为蓝色;边缘处发生电极反应:2H2O+O2+4e-===4OH-,碱能使酚酞变红,交界处Fe(OH)2被空气中的O2氧化成Fe(OH)3,最终变为铁锈(Fe2O3·xH2O)。针对训练1.关于研究生铁的锈蚀实验,下列分析不正确的是(

)A.①中,NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀B.②中,生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2OC.③中正极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-D.对比①②③,说明苯能隔绝O2答案

D解析

①是密闭体系,NaCl溶液中溶解的O2较少,不足以使生铁片明显锈蚀,A正确;苯属于非电解质,②中无电解质溶液,不满足电化学腐蚀的条件,B正确;根据③中现象,铁在中性环境下发生吸氧腐蚀,正极反应式为O2+4e-+2H2O===4OH-,C正确;根据现象可知,③中发生吸氧腐蚀,①③溶液中均溶解有O2,③中观察到明显锈蚀,说明苯不能隔绝O2,D错误。2.一定条件下,某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表:pH2466.5813.514腐蚀快慢较快慢较快主要产物Fe2+Fe3O4Fe2O3下列说法正确的是(

)A.pH<4时,发生析氢腐蚀B.随pH的增大,含碳钢的腐蚀速率逐渐加快C.pH为14时,负极反应式为2H2O+Fe-3e-

===+4H+D.pH为7时,负极反应式为Fe-3e-===Fe3+,生成的Fe3+被空气中的氧气氧化为Fe2O3答案

A解析

pH<4时,钢铁腐蚀的主要产物为Fe2+,此时溶液呈酸性,正极上H+得电子,生成H2,A正确;由表中信息可知,随pH的增大,含碳钢的腐蚀速率先减慢后加快,B错误;pH为14时,电解质溶液呈碱性,负极反应式为Fe+4OH--3e-===

+2H2O,C错误;pH为7时,负极反应式为Fe-2e-===Fe2+,生成的Fe2+被氧气氧化,最终生成Fe2O3,D错误。归纳总结电化学腐蚀的规律(1)对同一种金属来说,其他条件相同时腐蚀的快慢:强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。(2)活泼性不同的两金属:活泼性差别越大,活泼性强的金属腐蚀越快。(3)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快,且氧化剂的浓度越高,氧化性越强,腐蚀越快(钝化除外)。(4)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。考向2.金属的防腐典例突破将金属M连接在钢铁设施表面,可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中,下列有关说法正确的是(

)A.阴极的电极反应为Fe-2e-===Fe2+B.金属M的活泼性比Fe的活泼性弱C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快答案

C解析

题中所示装置通过牺牲阳极法保护钢铁设施,阳极材料M比Fe活泼,失电子,发生氧化反应,电子通过导线流向钢铁设施被保护的一极,阴极的电极反应(一般)为O2+2H2O+4e-===4OH-,A、B两项错误,C项正确;海水比河水中电解质的浓度大,钢铁更易腐蚀,D项错误。针对训练1.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)。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活泼答案

D解析

②中Zn作负极,发生氧化反应生成Zn2+,Fe作正极被保护,所以向取出的少量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+,所以向取出的少量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。2.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

题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗,C项错误。归纳总结金属防护效果比较:外接电流法>牺牲阳极法>有一般防护条件的防腐。研专项前沿命题电化学装置中的“离子交换膜”题型考查内容选择题非选择题考查知识电极反应类型、电极反应的正误判断与书写、电子(或离子)移动方向、电极区溶液性质变化、电化学计算核心素养宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知考向1离子交换膜的类型例1.(2024湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂,用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸,原理如图,双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中,甲醛转化为HOCH2O-,存在平衡HOCH2O-+OH-[OCH2O]2-+H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2--e-══HCOO-+H·。下列说法错误的是(

)A.电解一段时间后阳极区c(OH-)减小B.理论上生成1molH3N+CH2COOH,双极膜中有4molH2O解离C.阳极总反应式为2HCHO+4OH--2e-══2HCOO-+H2↑+2H2OD.阴极区存在反应H2C2O4+2H++2e-══OHC—COOH+H2O思路指导阅读题干,结合装置特点,明确电池类型为电解池进行电池装置分析,然后分析选项,得出正确结论。答案

B突破方法(1)离子交换膜离子交换膜又叫隔膜,由高分子特殊材料制成,交换膜使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。(2)隔膜的作用①能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。②能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。(3)交换膜的分类与应用

针对训练1.下图装置可将CO2转化为CaCO3而矿化封存,进而减少碳排放,下列说法错误的是(

)A.两个双极膜中的OH-均向右侧迁移B.b极的电极反应式:2H++2e-===H2↑C.中间室中发生反应:+Ca2+===CaCO3↓D.向碱室中加入NaHCO3固体,不利于CO2的矿化封存答案

B解析

由题图可知,与直流电源负极相连的电极a为电解池的阴极,水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,双极膜中氢离子进入阴极室中与放电生成的氢氧根离子反应生成水,氢氧根离子进入碱室,与通入的二氧化碳反应生成碳酸根离子;电极b为阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,双极膜中氢氧根离子进入阳极室中中和放电生成的氢离子,氢离子进入酸室,导致阳离子的电荷数大于阴离子,使得中间室中的氯离子进入酸室,碱室中的碳酸根离子进入中间室与溶液中钙离子反应生成碳酸钙沉淀。由分析可知,两个双极膜中的氢氧根离子均向右侧迁移,A正确;电极b为阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e-===O2↑+4H+,B错误;中间室中发生反应为碱室中的碳酸根离子进入中间室与溶液中钙离子反应生成碳酸钙沉淀,离子方程式为

+Ca2+===CaCO3↓,C正确;向碱室中加入碳酸氢钠固体,碳酸氢钠与迁移至碱室的氢氧根离子反应,不利于二氧化碳与碱的反应,导致二氧化碳难以矿化封存,D正确。2.钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是(

)A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B.生成1molCo,Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变

答案

D3.我国科学家最近发明了一种Zn-PbO2电池,电解质为K2SO4、H2SO4和KOH,由a和b两种离子交换膜隔开,形成A、B、C三个电解质溶液区域,结构示意图如下:回答下列问题:(1)电池中,Zn为

极,B区域的电解质为

(填“K2SO4”“H2SO4”或“KOH”)。

(2)电池反应的离子方程式为

。

(3)阳离子交换膜为图中的

(填“a”或“b”)膜。

考向2离子交换膜装置的工作原理分析例2.(1)利用电解原理,将氨转化为高纯氢气,其装置如图所示。①电解过程中OH-的移动方向为

(填“从左往右”或“从右往左”);

②阳极的电极反应为

。

(2)利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为:4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。则Na2Cr2O7在

(填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为

。

思路指导(1)答案

(1)①从右往左②2NH3-6e-+6OH-===N2+6H2O(2)阳Na+突破方法有“膜”条件下离子定向移动方向的判断方法针对训练4.(2024广西玉林模拟)我国科研人员研制出“Na-CO2”电池。以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料,放电时总反应的化学方程式为4Na+3CO2══2Na2CO3+C。其工作原理如图所示,下列说法正确的是(

)(NaClO4-四甘醇二甲醚)A.放电时,正极反应为3CO2+4Na++4e-══2Na2CO3+CB.放电时,电流流向为钠箔→导线→MWCNTC.放电时,每转移0.4mole-,就可以吸收6.72LCO2D.NaClO4-四甘醇二甲醚电解液可用NaCl溶液替换答案

A解析

放电时,正极发生还原反应,CO2被还原成C,电极反应为3CO2+4Na++4e-══2Na2CO3+C,A项正确;放电时,钠箔作负极,多壁碳纳米管(MWCNT)为正极,电流从正极经导线流向负极,即MWCNT→导线→钠箔,B项错误;未说明CO2所处的温度和压强,无法计算其物质的量,C项错误;金属钠会和NaCl溶液中的水直接反应,NaClO4-四甘醇二甲醚电解液不可用NaCl溶液替换,D项错误。5.(2023广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(如图),可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时,H2O在双极膜界面处被催化解离成H+和OH-,有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是(

)A.电解总反应:KNO3+3H2O===NH3·H2O+2O2↑+KOHB.每生成1molNH3·H2O,双极膜处有9molH2O解离C.电解过程中,阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变D.相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构可提高氨的生成速率答案

B解析

由信息大电流催化电解KNO3溶液制氨可知,在电极a处KNO3放电生成NH3,发生还原反应,故电极a为阴极,电极反应式为

+8e-+7H2O===NH3·H2O+9OH-;电极b为阳极,电极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,“卯榫”结构的双极膜中的H+移向电极a,OH-移向电极b。由上述阴、阳极电极反应式可知,电解过程的总反应为KNO3+3H2