2026《金版教程》高考复习方案化学创新版-第4讲 电解池　金属的腐蚀与防护

第4讲电解池金属的腐蚀与防护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.掌握电解原理在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用；认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3.知道金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及其防护措施。考点一电解原理1．电解(1)定义：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阴、阳两极引起eq\x(\s\up1(01))氧化还原反应的过程。在此过程中，eq\x(\s\up1(02))电能转化为eq\x(\s\up1(03))化学能。(2)特点：①电解是不可逆的；②电解质导电一定发生eq\x(\s\up1(04))化学变化。2．电解池的构成及工作原理(1)概念：电解池是eq\x(\s\up1(01))把电能直接转化为化学能的装置。(2)电解池的构成条件①有eq\x(\s\up1(02))外接电源；有与eq\x(\s\up1(03))电源相连的两个电极。②eq\x(\s\up1(04))电解质溶液(或eq\x(\s\up1(05))熔融电解质)。③形成eq\x(\s\up1(06))闭合回路。(3)电解池工作原理以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：总反应方程式：eq\x(\s\up1(13))CuCl2eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑。(4)电解池中电子和离子的移动方向①电子：从电源eq\x(\s\up1(14))负极流出后，流向电解池的eq\x(\s\up1(15))阴极；从电解池的eq\x(\s\up1(16))阳极流出后，流向电源的eq\x(\s\up1(17))正极。②离子：阳离子移向电解池的eq\x(\s\up1(18))阴极，阴离子移向电解池的eq\x(\s\up1(19))阳极。(阴阳相吸)3．电解规律(1)阳极放电规律①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－。S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是eq\x(\s\up1(01))S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到eq\x(\s\up1(02))H2O和eq\x(\s\up1(03))O2。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子放电顺序进行判断。阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。重点强调(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)中的离子放电。(2)常用的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。4．惰性电极电解电解质溶液的四种类型(1)放H2生碱型：(以NaCl为例)阴极反应式：eq\x(\s\up1(01))2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(2)电解电解质型：(以CuCl2为例)阳极反应式：eq\x(\s\up1(02))2Cl－－2e－=Cl2↑。(3)电解水型：(以H2SO4为例)阳极反应式：eq\x(\s\up1(03))2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。(4)放O2生酸型：(以CuSO4为例)总离子方程式：eq\x(\s\up1(04))2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋4H＋。判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(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。(×)错因：阴极上Cu2＋得电子生成铜单质。(2)电解盐酸、硫酸溶液，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阴极，发生还原反应。(√)(4)电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阳极。(×)错因：电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阴极。(5)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。(×)错因：Cu作阳极时，阳极反应式为Cu－2e－=Cu2＋。(6)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：应通入HCl气体。题组一理解与探析电解原理1．某工业碱性废水中含S2－，利用如图装置可将其转化为FeS。下列说法正确的是()A．Fe棒连接电源的负极B．b电极一定是惰性材料C．阳极反应式为Fe－2e－＋S2－=FeS↓D．气体X可能是O2答案：C2．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)2B．NaOH、H2SO4、CuSO4C．KOH、HNO3、Na2SO4D．NaCl、Cu(NO3)2、MgSO4答案：C规律方法电解后电解质溶液的复原使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl气体(不能加盐酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固体；③CuCl2溶液：加CuCl2固体；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。题组二分析与归纳电解池电极反应式的书写3．用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，可能发生的反应有()①2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋4H＋＋O2↑②Cu2＋＋2Cl－eq\o(=,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑③2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))H2↑＋Cl2↑＋2OH－④2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑A．①②③B．①④C．②③④D．②④答案：C解析：用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积之比为1∶3的CuSO4和NaCl的混合溶液，假设n(CuSO4)＝1mol，则n(NaCl)＝3mol，n(CuSO4)＝n(Cu2＋)＝1mol，n(NaCl)＝n(Cl－)＝3mol。第一阶段：阳极上Cl－放电，阴极上Cu2＋放电，当铜离子完全反应时消耗2molCl－，所以还剩余1molCl－，此阶段发生的电解反应式为②；第二阶段：阳极上Cl－放电，阴极上H2O放电，当Cl－完全反应前，发生的电解反应式为③；第三阶段：电解Na2SO4和NaOH的混合溶液，发生的电解反应式为④。4．(1)将PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图甲所示。写出电解时阴极的电极反应式：__________________________________________。(2)通过电解含Mn2＋、SOeq\o\al(2－,4)、Cl－等酸性废液可重新获得MnO2，装置示意图如图乙。在________(填“a”或“b”)极获得MnO2，电极反应式为______________________________________________________________。答案：(1)PbCleq\o\al(2－,4)＋2e－=Pb↓＋4Cl－(2)aMn2＋－2e－＋2H2O=MnO2↓＋4H＋思维建模电解池电极反应式的书写(1)用惰性电极电解，分析溶液中的阴、阳离子：阳离子向阴极移动，分析阳离子在阴极上得电子的顺序；阴离子向阳极移动，分析阴离子在阳极上失电子的顺序。(2)金属被腐蚀溶解的作阳极，被保护不被腐蚀的作阴极。(3)在写电极反应式时，要考虑电解质溶液的酸碱性、离子交换膜、甚至反应的区域等对电极产物的影响。考点二电解原理的应用1．氯碱工业习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。(1)离子交换膜法的生产过程加入或流出的物质a、b、c、d分别是eq\x(\s\up1(01))精制饱和NaCl溶液、eq\x(\s\up1(02))H2O(含少量NaOH)、eq\x(\s\up1(03))淡盐水、eq\x(\s\up1(04))NaOH溶液；X、Y分别是eq\x(\s\up1(05))Cl2、eq\x(\s\up1(06))H2。(2)反应原理阳极：eq\x(\s\up1(07))2Cl－－2e－=Cl2↑(eq\x(\s\up1(08))氧化反应)。阴极：eq\x(\s\up1(09))2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－(eq\x(\s\up1(10))还原反应)。总反应方程式：eq\x(\s\up1(11))2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，总离子方程式：eq\x(\s\up1(12))2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。注：电解所用的食盐要精制。(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)(1)镀件作eq\x(\s\up1(01))阴极，镀层金属铜作eq\x(\s\up1(02))阳极。(2)电解质溶液是eq\x(\s\up1(03))含有镀层金属离子的溶液(如CuSO4溶液)。(3)电极反应阳极：eq\x(\s\up1(04))Cu－2e－=Cu2＋；阴极：eq\x(\s\up1(05))Cu2＋＋2e－=Cu。(4)特点：eq\x(\s\up1(06))阳极溶解，在eq\x(\s\up1(07))阴极沉积，电镀液的浓度eq\x(\s\up1(08))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eq\x(\s\up1(01))粗铜；阴极为eq\x(\s\up1(02))纯铜。(2)电解质溶液：含Cu2＋的可溶性盐溶液。(3)电极反应阳极：eq\x(\s\up1(03))Zn－2e－=Zn2＋、Fe－2e－=Fe2＋、Cu－2e－=Cu2＋。阴极：eq\x(\s\up1(04))Cu2＋＋2e－=Cu。(4)特点：粗铜中的Ag、Au等以阳极泥的形式沉淀下来，电解液中Cu2＋的浓度eq\x(\s\up1(05))减小。4．电冶金本质为Mn＋＋ne－=M，利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。(1)冶炼钠2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑；阳极反应式：eq\x(\s\up1(01))2Cl－－2e－=Cl2↑；阴极反应式：eq\x(\s\up1(02))Na＋＋e－=Na。(2)冶炼镁MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))eq\x(\s\up1(03))Mg＋Cl2↑。强调不用电解熔融MgO制镁，因为MgO熔点高、耗能大。(3)冶炼铝2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5(Na3AlF6))eq\x(\s\up1(04))4Al＋3O2↑。强调不用电解熔融AlCl3制铝，原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(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，电解质溶液中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)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。(4)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的负极。(√)(5)用电解法冶炼金属时，都可以电解相应化合物的水溶液。(×)错因：电解冶炼金属应电解其熔融化合物，而不是水溶液。题组一探究与运用电解原理1．(2025·河北正定中学高三月考)利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。下列说法不正确的是()装置示意图序号电解质溶液实验现象①0.1mol·L－1CuSO4＋少量H2SO4阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋②0.1mol·L－1CuSO4＋过量氨水阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素A.①中气体减少，推测是由于溶液中c(H＋)减少，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触B．①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋CuC．随阴极析出Cu，推测②中溶液c(Cu2＋)减少，Cu2＋＋4NH3[Cu(NH3)4]2＋平衡逆移D．②中Cu2＋生成[Cu(NH3)4]2＋，使得c(Cu2＋)比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密答案：C2．铝的冶炼在工业上通常采用电解Al2O3的方法，装置如图所示。研究表明，电解AlCl3­NaCl熔融盐也可得到Al，熔融盐中铝元素主要存在形式为AlCleq\o\al(－,4)和Al2Cleq\o\al(－,7)。下列说法不正确的是()A．电解Al2O3装置中B电极为阴极，发生还原反应B．电解Al2O3过程中碳素电极虽为惰性电极，但生产中会有损耗，需定期更换C．电解AlCl3­NaCl时阴极反应式可表示为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)D．电解AlCl3­NaCl时AlCleq\o\al(－,4)从阳极流向阴极答案：D解析：电解时AlCleq\o\al(－,4)从阴极流向阳极，故D错误。题组二微观探析与电解有关的计算3．在500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(NOeq\o\al(－,3))＝6mol·L－1，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是()A．电解得到的Cu的物质的量为0.5molB．向电解后的溶液中加入98g的Cu(OH)2可恢复为原溶液C．原混合溶液中c(K＋)＝4mol·L－1D．电解后溶液中c(H＋)＝2mol·L－1答案：B解析：石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体(标准状况)，n(O2)＝eq\f(22.4L,22.4L·mol－1)＝1mol，阳极发生反应2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，生成1mol氧气转移4mol电子，阴极发生反应Cu2＋＋2e－=Cu、2H＋＋2e－=H2↑，生成1mol氢气，转移2mol电子，因此还要转移2mol电子生成1mol铜，电解得到的Cu的物质的量为1mol，故A错误；c(Cu2＋)＝eq\f(1mol,0.5L)＝2mol·L－1，由电荷守恒可知，原混合溶液中c(K＋)为6mol·L－1－2mol·L－1×2＝2mol·L－1，故C错误；开始电解时发生反应2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋4H＋，n(H＋)＝2n(Cu)＝2mol，当Cu2＋消耗完后，电解HNO3、KNO3溶液，实质上是电解水，n(H＋)＝2mol不变，电解后溶液中c(H＋)为eq\f(2mol,0.5L)＝4mol·L－1，故D错误。4．在下图所示的装置中，通直流电5min时，铜电极的质量增加2.16g。回答下列问题。(1)电源中X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5min时，B中共收集到224mL(标准状况下)气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液中溶质的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。(4)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。答案：(1)负(2)增大减小不变(3)0.025mol·L－1(4)13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生成Ag，所以质量增加的Cu电极是阴极，由此推知X是直流电源的负极。(2)电解KCl溶液生成KOH，溶液pH增大；电解CuSO4、K2SO4溶液生成H2SO4，溶液pH减小；电解AgNO3溶液，Ag为阳极，不断溶解，Ag＋在阴极不断析出，AgNO3溶液浓度基本不变，pH不变。(3)通电5min时，C中析出0.02molAg，电路中通过0.02mol电子；B中共收集到0.01mol气体，若该气体全为O2，则电路中需通过0.04mol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H2O，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xmol，电解H2O时生成O2的物质的量为ymol，则4x＋4y＝0.02(电子转移守恒)，x＋3y＝0.01(气体体积之和)，解得x＝y＝0.0025，所以n(CuSO4)＝0.005mol，c(CuSO4)＝eq\f(0.005mol,0.2L)＝0.025mol·L－1。(4)常温下，通电5min时，A中放出0.01molH2，溶液中生成0.02molKOH，c(OH－)＝eq\f(0.02mol,0.2L)＝0.1mol·L－1，pH＝13。方法总结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关系进行计算。(2)根据得失电子守恒计算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：(其中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。考点三金属的腐蚀与防护1．金属腐蚀的本质金属原子eq\x(\s\up1(01))失去电子变为eq\x(\s\up1(02))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与eq\x(\s\up1(01))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不纯的金属与eq\x(\s\up1(02))电解质溶液接触时发生原电池反应现象eq\x(\s\up1(03))无电流产生eq\x(\s\up1(04))有微弱电流产生本质金属被eq\x(\s\up1(05))氧化较活泼金属被eq\x(\s\up1(06))氧化联系两者往往同时发生，eq\x(\s\up1(07))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eq\x(\s\up1(08))水膜酸性较强eq\x(\s\up1(09))水膜酸性很弱或呈中性，且溶有一定量氧气电极反应负极eq\x(\s\up1(10))Fe－2e－=Fe2＋正极eq\x(\s\up1(11))2H＋＋2e－=H2↑eq\x(\s\up1(12))O2＋2H2O＋4e－=4OH－总反应式eq\x(\s\up1(13))Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑eq\x(\s\up1(14))2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2提醒钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为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)电化学保护法①牺牲阳极法——eq\x(\s\up1(01))原电池原理a.eq\x(\s\up1(02))负极：比被保护金属活泼的金属；b.eq\x(\s\up1(03))正极：被保护的金属设备。②外加电流法——eq\x(\s\up1(04))电解原理a.eq\x(\s\up1(05))阴极：被保护的金属设备；b.eq\x(\s\up1(06))阳极：惰性电极。(2)改变金属材料的组成，如制成合金、不锈钢等。(3)在金属表面覆盖保护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等。判断正误。正确的打“√”，错误的打“×”并指明错因。(1)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。(2)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。(3)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。(4)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀。(×)错因：水膜酸性较强时，会发生析氢腐蚀。(5)牺牲阳极法是利用原电池原理防腐蚀。(√)(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：外加电流法是把被保护的器件作阴极，与外加电源负极相连。题组一辨识与探析金属的腐蚀1．(2025·惠州市高三调研考试)下列现象与电化学腐蚀无关的是()A．铜锌合金(黄铜)不易被腐蚀B．银质物品久置表面变黑C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈D．铁锅炒菜后未洗净擦干容易生锈答案：B2．(2025·江西省萍乡市芦溪中学高三质量检测)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆周中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿出现棕色铁锈环(b)，如图所示。下列说法不正确的是()A．铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe＋6H2O＋3O2=4Fe(OH)3B．液滴之下氧气含量少，铁片作负极，发生的还原反应为Fe－2e－=Fe2＋C．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－D．铁片腐蚀最严重区域不是生锈最多的区域答案：B解析：NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后液滴覆盖的圆周中心区(a)被腐蚀变暗，实际上是发生了吸氧腐蚀，铁片作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－=Fe2＋，液滴边缘是正极区，电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－(发生还原反应)，在液滴外沿，由于Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3形成了棕色铁锈环(b)，铁片腐蚀过程发生的总化学方程式为4Fe＋6H2O＋3O2=4Fe(OH)3。根据以上分析可知A、C正确，B错误；铁片腐蚀最严重区域不是生锈最多的区域，而是液滴中心区，故D正确。思维建模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)活动性不同的两种金属，活动性差异越大，较活泼的金属腐蚀越快。(3)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。题组二探究与归纳金属腐蚀的防护方法3.(2025·广州市高三调研测试)如图装置能保护埋在潮湿土壤中的钢铁输水管，减缓钢铁输水管的锈蚀。下列说法不正确的是()A．钢铁被腐蚀时电极反应为Fe－2e－=Fe2＋B．该装置利用了牺牲阳极法进行防腐C．该装置中钢铁输水管是电池的正极D．该装置中电子从钢铁输水管经导线流向镁答案：D解析：钢铁被腐蚀时，铁作负极被氧化为Fe2＋，A正确；该装置将钢铁与活泼金属相连，利用了牺牲阳极法，B正确；钢铁输水管与金属镁相连，金属镁为负极，钢铁输水管为正极，C正确；该装置中镁作负极，失电子，即电子自金属镁流出经导线流向钢铁输水管，D错误。4．港珠澳大桥设计寿命120年，对桥体钢构件采用了多种防腐方法。下列分析错误的是()A．防腐原理主要是避免发生反应：2Fe＋O2＋2H2O=2Fe(OH)2B．构件表面喷涂环氧树脂涂层，是为了隔绝空气、水等，防止形成原电池C．采用外加电流法时需外接镁、锌等作辅助阳极D．钢构件可采用不锈钢材料以减缓电化学腐蚀答案：C解析：外加电流法中，钢铁作阴极被保护，惰性电极作阳极，C错误。科学探究与创新意识——离子交换膜在电化学中的应用离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜。因它对离子具有选择透过性，且电化学性能优良，在涉及电化学的工业生产中广泛应用。由于离子交换膜能将工业生产与化学知识有机的融合，考查学生学以致用的能力，故近几年的电化学高考试题中年年涉及。1．常见的离子交换膜离子交换膜是一种含离子基团的，对溶液中的离子有选择透过功能的膜，通常由高分子材料制成。离子交换膜的分类见下表：阳离子交换膜只允许阳离子透过，不允许阴离子或某些分子透过阴离子交换膜只允许阴离子透过，不允许阳离子或某些分子透过质子交换膜只允许H＋透过，不允许其他阳离子和阴离子透过双极膜由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动，作为H＋和OH－的离子源2．离子交换膜的功能选择性透过离子，平衡电荷，形成闭合回路。3．离子交换膜的应用(1)隔离某些物质，防止发生反应。(2)用于物质的制备(电解后溶液阴极区或阳极区得到所制备的物质)。(3)物质分离、提纯。4．分析方法(1)根据膜的性质和离子在溶液中的迁移方向，画出离子透过膜的方向。(2)寻找迁出室溶液中浓度较大的迁移离子。(3)分析离子在迁入室的浓度增大和在迁出室的浓度减小，以及带来的实质变化。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－＋Heq\a\vs4\al\co1(·)。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－=CHOCOOH＋H2O答案：B解析：在KOH溶液中HCHO转化为HOCH2O－：HCHO＋OH－→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·，H·结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4＋2e－＋2H＋=OHC—COOH＋H2O，OHC—COOH与HO—N＋H3反应生成HOOC—CH=N—OH：OHC—COOH＋HO—N＋H3→HOOC—CH=N—OH＋H2O＋H＋，HOOC—CH=N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N＋CH2COOH：HOOC—CH=N—OH＋4e－＋5H＋=H3N＋CH2COOH＋H2O。根据分析，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N＋H3＋6e－＋6H＋=H3N＋CH2COOH＋3H2O，每转移1mole－就有1molH2O解离成1molH＋和1molOH－，故理论上生成1molH3N＋CH2COOH双极膜中有6molH2O解离，B错误。2．(2023·湖北卷)我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为xmol·h－1。下列说法错误的是()A．b电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D．海水为电解池补水的速率为2xmol·h－1答案：D解析：由题图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阳极反应为4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，电池总反应为2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2H2↑＋O2↑。由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为xmol·h－1，则补水的速率也应是xmol·h－1，D错误。3．(2025·济南市高三年级摸底考试)在直流电源作用下，双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。某技术人员利用双极膜(膜c、膜d)和离子交换膜高效制备H2SO4和NaOH，工作原理如图所示。下列说法正确的是()A．电势：N电极<M电极B．双极膜膜c输出H＋，膜a、膜e为阴离子交换膜C．N极电极反应式为2H2O＋2e－=H2＋2OH－D．当电路中通过1mole－时，整套装置将制得1molH2SO4答案：D解析：该电解池可以高效制备H2SO4和NaOH，则M极区得到NaOH，N极区得到H2SO4。故M极的电极反应为2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，膜a是阳离子交换膜，Na＋通过膜a进入M极区，膜b是阴离子交换膜，SOeq\o\al(2－,4)通过膜b进入膜b和膜c之间的区域生成H2SO4；N极的电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，膜f是阴离子交换膜，SOeq\o\al(2－,4)通过膜f进入N极区，膜e是阳离子交换膜，Na＋通过膜e进入膜e和膜d之间的区域生成NaOH。装置中电极反应和离子迁移情况如图所示：根据上述分析知，M极为阴极，N极为阳极，则电势：N电极>M电极，A错误；双极膜膜c输出H＋，膜a、膜e为阳离子交换膜，B错误；N极的电极反应为2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，C错误；根据上述分析知，当电路中通过1mole－时，N极生成0.5molH2SO4，同时在膜b和膜c之间的区域生成0.5molH2SO4，故整套装置将制得1molH2SO4，D正确。4．Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如图装置生产Na2FeO4。(1)根据题意，写出Cu、Fe两极的电极反应式______________________________________________________________________________。(2)请分析离子交换膜a、b分别是哪类离子交换膜？通过什么离子？a%与b%的大小关系如何？_________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)为了使装置连续工作，如何操作？____________________________________________________________________。答案：(1)Cu：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－Fe：Fe－6e－＋8OH－=FeOeq\o\al(2－,4)＋4H2O(2)Fe电极反应消耗OH－，b交换膜应为阴离子交换膜，通过OH－；Cu电极反应产生OH－，保证电荷守恒，a交换膜为阳离子交换膜，通过Na＋；b%>a%(3)将左侧流出的NaOH溶液补充到装置的中部5．多极膜电渗析一步法制酸碱的技术进入工业化阶段。某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示)模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)。(1)请分析电极X、Y的名称，并写出电极反应式__________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)交换膜b、c分别是哪类交换膜？Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ口排出什么物质？______________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)双极膜a左侧膜和右侧膜分别是哪类离子交换膜？____________________________________________________________________________________。答案：(1)OH－移向阳极，H＋移向阴极，电极X、Y分别为阳极、阴极；阳极：2OH－－2e－=eq\f(1,2)O2↑＋H2O，阴极：2H＋＋2e－=H2↑(2)b为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜。Ⅰ口排出酸液，Ⅱ口排出淡海水，Ⅲ口排出碱液(3)左侧膜为阴离子交换膜，右侧膜为阳离子交换膜1．(2024·湖北卷)2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是()A．发蓝处理 B．阳极氧化C．表面渗镀 D．喷涂油漆答案：D解析：喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属表面，并没有在表面形成钝化膜。2．(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，多孔电极1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，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2－－4e－=O2↑，B错误。3．(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是()A．钢铁外壳为负极B．镶嵌的锌块可永久使用C．该法为外加电流法D．锌发生反应：Zn－2e－=Zn2＋答案：D解析：钢铁外壳为正极，锌块为负极，A错误；镶嵌的锌块会被逐渐消耗，需根据腐蚀情况进行维护和更换，不能永久使用，B错误；该方法为牺牲阳极法，C错误。4．(2024·海南卷改编)电解NH4HSO4溶液得到S2Oeq\o\al(2－,8)，是早期制备H2O2的重要步骤。某实验装置如图所示。电解过程流出液b中混有少量气泡。下列说法错误的是()A．电解过程中阴极区的SOeq\o\al(2－,4)不断迁移到阳极区B．图中a代表H2C．回路中通过1mol电子产生的(NH4)2S2O8小于0.5molD．SOeq\o\al(2－,4)氧化成S2Oeq\o\al(2－,8)的电极反应为2SOeq\o\al(2－,4)－2e－=S2Oeq\o\al(2－,8)答案：A解析：由实验装置图可知，与电源正极相连的电极为阳极，电极反应式为2SOeq\o\al(2－,4)－2e－=S2Oeq\o\al(2－,8)，电解过程流出液b中混有少量气泡，发生副反应2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑。硫酸根离子不能通过质子交换膜，不能从阴极区迁移到阳极区，A错误。5．(2024·重庆卷)我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO2电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是()A．电解时电极N上产生OH－B．电解时电极M上发生氧化反应C．阴、阳离子交换膜均有两种离子通过D．总反应为2CO2＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2HCOOH＋O2答案：D解析：催化电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应生成甲酸根离子和氢氧根离子：CO2＋2e－＋H2O=HCOO－＋OH－，则M是阴极。N是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸。由上述分析可知A、B、C错误。6．(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是()A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－=TiSi＋4H2OC．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动答案：C解析：石墨电极为阳极，A错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；石墨电极为阳极，阴离子O2－向石墨电极移动，D错误。7．(2023·北京卷)回收利用工业废气中的CO2和SO2，实验原理示意图如下。下列说法不正确的是()A．废气中SO2排放到大气中会形成酸雨B．装置a中溶液显碱性的原因是HCOeq\o\al(－,3)的水解程度大于HCOeq\o\al(－,3)的电离程度C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的CO2和SO2D．装置b中的总反应为SOeq\o\al(2－,3)＋CO2＋H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))HCOOH＋SOeq\o\al(2－,4)答案：C解析：装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体，CO2与NaHCO3溶液不反应，不能吸收CO2，C错误。8．(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9mol的H2O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”结构可提高氨生成速率答案：B解析：由信息可知，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NOeq\o\al(－,3)＋8e－＋8H＋=NH3·H2O＋H2O＋OH－，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。每生成1molNH3·H2O，阴极得8mole－，同时双极膜处有8molH＋进入阴极室，即有8mol的H2O解离，B错误。9．(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是()A．b端电势高于a端电势B．理论上转移2mole－生成4gH2C．电解后海水pH下降D．阳极发生：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋答案：D解析：由题图可知，钛箔电极上有H2生成，H2O得电子发生还原反应，则b为电源负极，a为电源正极，a端电势高于b端电势，A错误；钛箔电极上每转移2mol电子，则生成1molH2即2g，B错误；阳极O2的产生被抑制，海水中Cl－发生反应：Cl－＋H2O－2e－=HClO＋H＋，阴极发生反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，结合两极反应可知电解后海水中pH升高，C错误，D正确。课时作业[建议用时：40分钟]一、选择题(每小题只有1个选项符合题意)1．化学用语是学习化学的重要工具，下列用来表示物质变化的化学用语正确的是()A．用铜作阴极，石墨作阳极，电解饱和食盐水时，阳极的电极反应式为2Cl－－2e－=Cl2↑B．铅酸蓄电池放电时的正极反应式为Pb－2e－＋SOeq\o\al(2－,4)=PbSO4C．粗铜精炼时，与电源正极相连的应是粗铜，该极发生的电极反应只有Cu－2e－=Cu2＋D．钢铁发生电化学腐蚀的正极反应式为Fe－2e－=Fe2＋答案：A2．(2025·贵阳市高三年级摸底考试)电解催化CO2还原为乙烯能缓解碳排放引发的温室效应，还将成为获得重要化工原料的补充形式，原理如图所示(a、b均为惰性电极)。下列说法正确的是()A．B为电源负极B．H＋从左边透过阳离子交换膜到右边C．电解一段时间后，阳极区溶液的c(OH－)增大D．阴极反应为2CO2＋12e－＋12H＋=C2H4＋4H2O答案：D解析：二氧化碳得电子生成乙烯，发生还原反应，所以a为阴极，b为阳极，则B为电源正极，A错误；电解池中阳离子从阳极向阴极移动，故H＋从右边向左边移动，B错误；由题图知，阳极发生反应：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，故阳极区溶液中c(OH－)减小，C错误。3．某医用超声清洗器带有臭氧消毒功能，其臭氧电解发生器的原理如图所示。下列叙述不正确的是()A．阳极可能的副产物有O2B．阴极电极反应为O2＋4e－＋4HR=2H2O＋4R－C．装置所用的离子交换膜是阳离子交换膜D．容器内壁可用不锈钢、陶瓷、橡胶等材质答案：D解析：A项，由题图知，阳极上H2O转化为O3，氧元素化合价升高，发生氧化反应，也可能生成O2，正确；B项，阴极上O2得电子转化为H2O，由电荷守恒知，需用H＋平衡电荷，由于是固体酸，HR不可拆开，正确；C项，阳极反应式为3H2O－6e－=O3↑＋6H＋，生成的H＋要移向阴极，故所用的离子交换膜是阳离子交换膜，正确；D项，橡胶会被O3氧化，错误。4．科学研究发现金属生锈时，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列说法错误的是()A．钢铁的腐蚀中正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－B．酸雨地区的钢铁更易被腐蚀C．Fe(OH)2生成FeO(OH)反应的化学方程式为2Fe(OH)2＋O2=2FeO(OH)＋H2OD．硫酸盐加速电子传递，有一定的催化剂作用答案：C解析：Fe(OH)2不稳定，易被氧气氧化生成FeO(OH)，反应式为4Fe(OH)2＋O2=4FeO(OH)＋2H2O，C错误。5．(2025·内蒙古呼和浩特市高三质检)己二腈[NC(CH2)4CN]是制尼龙­66的原料，利用丙烯腈(CH2=CHCN，不溶于水)为原料、四甲基溴化铵[(CH3)4NBr]为盐溶液制备己二腈的电化学合成装置如图所示，其总反应为4CH2=CHCN＋2H2O=2NC(CH2)4CN＋O2↑。下列说法正确的是()A．电解过程中，H＋向电极b移动B．电极a的电极反应为2CH2=CHCN＋2H＋－2e－=NC(CH2)4CNC．当电路中转移1mole－时，阳极室溶液质量增加9gD．(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解答案：D解析：由图结合总反应可知，a极丙烯腈得到电子发生还原反应生成己二腈：2CH2=CHCN＋2H＋＋2e－=NC(CH2)4CN，则a为阴极，b为阳极，b极中水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，电解过程中阳离子向阴极移动，故H＋向电极a移动，A、B错误；当电路中转移1mole－时，阳极室生成氧气0.25mol，质量为8g，同时有1mol氢离子(质量为1g)进入阴极区，故溶液质量减少9g，C错误；丙烯腈为有机物，(CH3)4NBr在电化学合成中作电解质，并有利于丙烯腈的溶解，D正确。6．(2025·湖北省级示范高中高三联考)氯碱工业能耗大，通过如图1改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法正确的是()A．用图2装置给图1供电，电极B接多孔炭电极B．电极B的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－C．图1应选用阳离子交换膜，图2放电时左侧H＋通过质子交换膜移向右侧D．图2充电总反应：Pb＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Fe3＋=PbSO4＋2Fe2＋答案：C解析：7．(2024·浙江6月选考)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：下列说法正确的是()A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2＋4e－＋2H2O=4OH－C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应答案：B解析：图2为外加电流法，阳极通常是惰性电极，其本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl－，A不正确；图2为外加电流法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了反应Fe－2e－=Fe2＋的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极和辅助阳极上发生了氧化反应，D不正确。8．对氨基苯酚(，俗称PAP)是一种重要的精细化工中间体，工业上常采用电解硝基苯的方法制取，其装置原理如图所示。下列说法错误的是()A．电源a为负极B．电极c上发生的电极反应式为C．离子交换膜最好用质子交换膜D．当生成1mol时，右侧生成的CO2在标准状况下体积为44.8L答案：D解析：CH3COO－转化为CO2，碳元素化合价升高，发生氧化反应，则电极c为阴极，电源a为负极，A正确；NH4Cl溶液显酸性，c电极上发生反应的电极反应式为，B正确；电解池中左侧消耗H＋，右侧产生H＋，故离子交换膜选用质子交换膜，C正确；电极d上的反应式为CH3COO－－8e－＋2H2O=7H＋＋2CO2↑，当生成1mol时转移4mole－，右侧生成的CO2在标准状况下体积为22.4L，D错误。9．以石墨电极电解200mLCuSO4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2mol·L－1B．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H＋)＝2mol·L－1C．当n(e－)＝0.6mol时，V(H2)∶V(O2)＝3∶2D．向电解后的溶液中加入16gCuO，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0.4mol电子时，Cu2＋恰好完全反应，n(Cu2＋)＝eq\f(0.4mol,2)＝0.2mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝eq\f(0.2mol,0.2L)＝1mol·L－1，A错误；当转移0.4mol电子时，生成n(H2SO4)＝0.2mol，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＋)＝eq\f(0.2mol×2,0.2L)＝2mol·L－1，B正确；当n(e－)＝0.6mol时，发生反应：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1mol，n(O2)＝0.1mol＋0.05mol＝0.15mol，所以V(H2)∶V(O2)＝0.1mol∶0.15mol＝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。10．(2025·四川省成都市第七中学高三质量检测)ClO2是国家卫健委专家推荐的高效、安全的消毒用品。某电解法制备ClO2的装置如图，下列有关说法错误的是()A．离子交换膜为阳离子交换膜B．生成NCl3和H2的物质的量之比为1∶3C．发生器中生成的X溶液的主要溶质为NaCl和NaOHD．a电极为电源的正极答案：A解析：装置图右侧b极产生氢气，说明发生还原反应，b连接的电极为阴极，b为电源负极，则a连接的电极为阳极。NH4Cl在阳极失电子制备NCl3，NCl3和NaClO2溶液在二氧化氯发生器中发生反应制出ClO2。由以上分析知b连接的电极为阴极，则a连接的电极为阳极，溶液中的Cl－通过离子交换膜移向左侧，则离子交换膜为阴离子交换膜，A错误，D正确；电解池总反应为NHeq\o\al(＋,4)＋2H＋＋3Cl－eq\o(=,\s\up7(通电))NCl3＋3H2↑，则生成NCl3与H2的物质的量之比为1∶3，B正确；NCl3与NaClO2溶液反应的化学方程式为NCl3＋6NaClO2＋3H2O=6ClO2↑＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH，则发生器中生成的X溶液的主要溶质为NaCl、NaOH，C正确。11．(2025·石家庄市普通高中高三教学质量检测)高纯镓(Ga)是制备第三代半导体的一种中间体，其化学性质与铝相似。工业精炼镓的装置如图所示。下列说法错误的是()A．铂电极Ⅰ接直流电源正极B．电解过程中OH－由右室移向左室C．铂电极Ⅱ上发生反应：GaOeq\o\al(－,2)＋2H2O＋3e－=Ga＋4OH－D．导线中通过3mole－时，理论上生成高纯镓的质量等于70g答案：B解析：铂电极Ⅰ上Ga失电子生成Ga3＋，发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，A正确；电解过程中OH－向阳极移动，由左室移向右室，B错误；铂电极Ⅱ上GaOeq\o\al(－,2)得电子生成G