第6讲　电解原理的应用　金属的腐蚀与防护

第6讲电解原理的应用金属的腐蚀与防护课时要求1.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理;2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。考点一电解原理的经典应用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)反应原理阳极:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应)。阴极:2H2O+2e-===H2↑+2OH-(还原反应)。总反应化学方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。总反应离子方程式:2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑。注意电解所用的食盐要精制。(2)离子交换膜法的生产过程加入或流出的物质a、b、c、d分别是精制饱和NaCl溶液、H2O(含少量NaOH)、淡盐水、NaOH溶液;X、Y分别是Cl2、H2。(3)阳离子交换膜的作用阻止OH-进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O,阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(4)氯碱工业产品小题对点过(1)下列说法错误的是。

①电解饱和食盐水时,阴极发生氧化反应:2Cl--2e-===Cl2↑②氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液,变红色的区域为阳极区③电解饱和食盐水时,阳极和阴极都可以选择金属材料(如铁)④电解饱和NaCl溶液可以制取金属钠(2)“84”消毒液是环境消毒液之一。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,设计了如图所示的装置。c、d都为石墨电极。完成下列填空:①a为电源的(填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极,c为电解池的极。

②d电极的电极反应式:

,

电解产生消毒液的总化学方程式为

。

答案(1)①②③④(2)①负阳②2H2O+2e-===H2↑+2OH-NaCl+H2ONaClO+H2↑解析(2)电解饱和氯化钠溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,该学生的目的是使Cl2被完全吸收制得NaClO溶液,即要让Cl2与NaOH溶液充分混合反应。所以应在下端产生Cl2,上端产生NaOH,则a为负极,b为正极,c为阳极,d为阴极,Cl2和NaOH溶液反应:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,故电解产生消毒液的总化学方程式为NaCl+H2ONaClO+H2↑。2.电镀、电解精炼铜与电冶金(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。(2)电解精炼铜银、金等金属不放电形成阳极泥,在阴极只有Cu2+放电,锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在电解质溶液中,故能够将杂质除去。电解过程中,Cu2+的浓度有所下降。(3)电冶金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。总反应化学方程式电极反应式2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑阳极:2Cl--2e-===Cl2↑阴极:Na++e-===NaMgCl2(熔融)Mg+Cl2↑阳极:2Cl--2e-===Cl2↑阴极:Mg2++2e-===Mg2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑阳极:2O2--4e-===O2↑阴极:Al3++3e-===Al小题对点过(1)下列说法错误的是。

①在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极②根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等③电镀铜和电解精炼铜时,电解质溶液中c(Cu2+)均保持不变④电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3(2)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制备高纯度的镍,思考回答下列问题:①阳极发生反应,其电极反应式:

。

②电解过程中,阳极质量的减少与阴极质量的增加(填“相等”或“不相等”)。

③电解后,溶液中存在的金属阳离子有、Ni2+等。

④电解后,电解槽底部含有等金属。

答案(1)①②③④(2)①氧化Ni-2e-===Ni2+,Fe-2e-===Fe2+;Zn-2e-===Zn2+②不相等③Fe2+、Zn2+④Cu、Pt解析(2)②电解过程中阳极失电子的有Fe、Zn、Ni,阴极析出的是镍,依据得失电子守恒,阳极质量的减少与阴极质量的增加不相等。④粗镍作阳极,Fe、Zn在电极上失去电子形成阳离子进入溶液中,但Cu和Pt沉降到电解槽底部。1.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-。下列有关说法错误的是()A.N表示阴离子交换膜B.甲室流出的为氢氧化钠溶液C.电解总反应:NaCl+H2ONaOH+HClD.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠,该方法更环保答案C解析由图可知,左边石墨电极为阴极,右边石墨电极为阳极,Na+由乙室向甲室迁移,OH-由双极膜向甲室迁移,甲室流出的为氢氧化钠溶液,M为阳离子交换膜,氯离子由乙室向丙室迁移,氢离子由双极膜向丙室迁移,丙室流出的是盐酸,N为阴离子交换膜,A、B项正确;电解总反应为2H2O2H2↑+O2↑,C项错误;相比现有氯碱工业制取氢氧化钠,该方法无氯气产生,更环保,D项正确。2.研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO作电解质,利用图示装置获得金属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是()A.将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的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.阴极的电极反应式为Ca-2e-===Ca2+答案B解析由图可知,石墨为阳极,其电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑,钛网是阴极,其电极反应式为Ca2++2e-===Ca。将熔融CaF2-CaO换成Ca(NO3)2溶液,阴极上H+放电,无法得到金属Ca;钙还原二氧化钛的化学方程式为2Ca+TiO2===Ti+2CaO,制备金属钛前后,CaO的总量不变。3.电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分,解答下列问题:(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。请回答: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若电镀前A、B两金属片质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量差为5.12g,则电镀时电路中通过的电子为mol。

③镀层破损后,铁件不易被腐蚀的是。

A.镀铜铁B.镀锌铁C.镀锡铁(2)用有机阳离子、Al2Cl7-和AlCl4-组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的极若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为。

答案(1)①铜Cu2++2e-===Cu②0.08③B(2)负4Al2Cl7-+3e考点二金属腐蚀与防护1.金属的腐蚀(1)金属腐蚀的本质金属原子失去电子变为金属阳离子,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接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应本质M-ne-===Mn+M-ne-===Mn+现象金属被腐蚀较活泼的金属被腐蚀区别无电流产生有微弱电流产生联系电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更快,危害也更严重②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性较强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小题对点过(1)下列说法正确的是。

①无论化学腐蚀还是电化学腐蚀,金属的腐蚀都是失去电子被氧化的过程②钢铁的腐蚀以吸氧腐蚀为主③铜在酸性条件下也可以发生析氢腐蚀④钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-===Fe3+⑤镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更易生锈⑥Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(2)实验探究(如图所示)①若棉团浸有NH4Cl溶液,铁钉发生腐蚀,正极反应式为,

右试管中现象是。

②若棉团浸有NaCl溶液,铁钉发生腐蚀,正极反应式为,

右试管中现象是。

答案(1)①②⑤(2)①析氢2H++2e-===H2↑有气泡冒出②吸氧O2+4e-+2H2O===4OH-导管内液面上升2.金属的防护(1)改变金属材料的组成如制成合金、不锈钢等。(2)在金属表面覆盖保护层如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。(3)电化学保护法①牺牲阳极法——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外加电流法——电解原理a.阴极:被保护的金属设备;b.阳极:惰性金属。3.金属腐蚀快慢的判断(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀的快慢: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,腐蚀的快慢: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)活动性不同的两种金属,活动性差异越大,腐蚀越快。(4)对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀速率越快。小题对点过(1)下列说法错误的是。

①牺牲阳极法利用的是电解池原理②在铁制品表面镀锌,是为了防止铁制品的腐蚀,而且镀层有损坏仍可对铁制品起到保护作用③铁制品涂油脂、喷油漆是为了隔绝铁与氧气的接触,起到保护铁制品的作用④铁闸门可与外加电源的正极相连,起到保护作用(2)如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为。

答案(1)①④(2)⑤④②①③⑥解析(2)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的金属活动性差别大于Fe和Sn的,活动性差别越大,腐蚀越快,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤中Fe接电源正极作阳极,Cu作阴极,加快了Fe的腐蚀。⑥中Fe接电源负极作阴极,Cu作阳极,防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤④②①③⑥。1.如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。(1)该化学腐蚀属于腐蚀。

(2)图中A、B、C、D四个区域,生成铁锈最多的是区域。

答案(1)吸氧(2)B2.电化学理论在钢铁防腐、废水处理中有着重要应用价值。请按要求回答下列问题。(1)右图为探究金属Fe是否腐蚀的示意图在培养皿中加入一定量的琼脂和饱和NaCl溶液混合,滴入5~6滴酚酞溶液,混合均匀,将缠有铜丝的铁钉放入培养皿中。溶液变红的部位为(填“左”或“右”)端,结合化学用语解释变红的原因:

。

(2)碳钢在空气中容易被腐蚀,加入钼酸盐有利于缓蚀,其缓蚀原理是在钢铁表面形成FeMoO4—Fe2O3保护膜。要对密闭式循环冷却水系统中的碳钢管道缓蚀,除需加入钼酸盐外还需加入NaNO2,则NaNO2的作用是

。

(3)支撑海港码头基础的钢管桩,常采用如图所示的方法进行防腐,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。①该保护方法叫作(填“牺牲阳极法”或“外加电流法”)。

②下列有关表述正确的是(填字母)。

a.钢管桩被迫成为阴极而受到保护,其表面的腐蚀电流接近于零b.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流c.通电后,调整外加电压,外电路中的电子被强制从钢管桩流向高硅铸铁d.石墨能导电且化学性质不活泼,可用石墨代替高硅铸铁作辅助阳极答案(1)左铜、铁和溶液构成原电池,铜为正极,发生吸氧腐蚀,反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,使左端附近溶液c(OH-)>c(H+),溶液呈碱性(2)替代空气中氧气起氧化剂的作用(3)①外加电流法②ad解析(1)铜、铁和溶液构成原电池,铜为正极,整个体系中发生Fe的吸氧腐蚀,正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,使左端附近溶液c(OH-)>c(H+),溶液呈碱性,所以左端变红;(2)空气中氧气氧化钼酸盐在钢铁表面形成FeMoO4—Fe2O3保护膜,在密闭式环境中,需加入NaNO2,替代空气中氧气起氧化剂的作用;(3)①依图示,该防腐利用了外接直流电源,属于外加电流法防腐,高硅铸铁为惰性辅助阳极起到传递电流作用;②a.外接直流电源的负极与钢管桩连接,钢管桩被迫成为阴极而受到保护,其表面的腐蚀电流接近于零,a正确;b.高硅铸铁为惰性辅助阳极起到传递电流作用,也可用石墨代替,b错误;c.外电路中的电子被强制从外接直流电源的负极流向钢管桩,高硅铸铁上海水中阴离子失去电子流向外接直流电源的正极,与海水中离子的移动构成整个防腐电流回路,c错误;d.根据b分析可知,可用石墨代替高硅铸铁作辅助阳极,d正确;故选ad。3.(2024·南充零诊)研究小组将混合均匀的铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入一定浓度醋酸溶液,进行铁的电化学腐蚀实验,容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法正确的是()A.0~t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量B.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-===Fe3+C.碳粉上发生了氧化反应D.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能答案A解析A.铁粉和碳粉在醋酸溶液中形成原电池,反应放热,0~t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量使压强增大或发生了析氢腐蚀,故A正确;B.铁被氧化的电极反应式为Fe-2e-===Fe2+,故B错误;C.铁发生氧化反应,碳粉上发生还原反应,故C错误;D.铁腐蚀过程中化学能部分转化为电能,还有转化成热能的部分,故D错误。本讲感悟疑点:

盲点:

1.(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是()A.阳极反应:2Cl--2e-===Cl2↑B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高C.理论上每消耗1molFe2O3,阳极室溶液减少213gD.理论上每消耗1molFe2O3,阴极室物质最多增加138g答案C解析右侧溶液为饱和食盐水,右侧电极产生气体,则右侧电极为阳极,Cl-放电产生氯气,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑;左侧电极为阴极,发生还原反应,Fe2O3在碱性条件下转化为Fe,电极反应为Fe2O3+6e-+3H2O===2Fe+6OH-;中间为阳离子交换膜,Na+由阳极向阴极移动。A.由分析可知,阳极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,A正确;B.由分析可知,阴极反应为Fe2O3+6e-+3H2O===2Fe+6OH-,消耗水产生OH-,阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高,B正确;C.由分析可知,理论上每消耗1molFe2O3,转移6mol电子,产生3molCl2,同时有6molNa+由阳极转移至阴极,则阳极室溶液减少3×71g+6×23g=351g,C错误;D.由分析可知,理论上每消耗1molFe2O3,转移6mol电子,有6molNa+由阳极转移至阴极,阴极室物质最多增加6×23g=138g,D正确。2.(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储御油装置“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A.由于金属活动性Zn>Fe,钢铁外壳为正极,锌块为负极,故A错误;B.Zn失去电子,发生氧化反应,Zn-2e-===Zn2+,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,故B错误;C.由分析得,该方法为牺牲阳极法,故C错误;D.Zn失去电子,发生氧化反应:Zn-2e-===Zn2+,故D正确。3.(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A.图1为牺牲阳极法,阳极一般为较活泼金属,作为原电池的负极,失去电子被氧化;图2为外加电流法,阳极材料为辅助阳极,通常是惰性电极,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;B.图2中,外加电压偏高时,钢闸门表面积累的电子很多,除了海水中的H+放电外,海水中溶解的O2也会竞争放电,故可发生O2+4e-+2H2O===4OH-,B正确;C.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;D.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Fe-2e-===Fe2+的发生,钢闸门不发生化学反应,但是牺牲阳极发生了氧化反应,辅助阳极上也发生了氧化反应,D不正确。4.(2023·浙江6月选考)氯碱工业能耗大,通过如图改进的设计可大幅度降低能耗,下列说法不正确的是()A.电极A接电源正极,发生氧化反应B.电极B的电极反应式为:2H2O+2e-===H2↑+2OH-C.应选用阳离子交换膜,在右室获得浓度较高的NaOH溶液D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗答案B解析A.电极A是氯离子变为氯气,化合价升高,失去电子,是电解池阳极,因此电极A接电源正极,发生氧化反应,故A正确;B.电极B为阴极,通入氧气,氧气得到电子,其电极反应式为:2H2O+4e-+O2===4OH-,故B错误;C.右室生成氢氧根,应选用阳离子交换膜,左边的钠离子进入到右边,在右室获得浓度较高的NaOH溶液,故C正确;D.改进设计中通入氧气,提高了电极B处的氧化性,通过反应物的氧化性来降低电解电压,减少能耗,故D正确。5.(2023·广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如图所示实验。闭合K1,一段时间后()A.U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2B.a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性C.b处出现蓝色,说明还原性:Cl->I-D.断开K1,立刻闭合K2,电流表发生偏转答案D解析闭合K1,形成电解池,电解饱和食盐水,左侧为阳极,阳极氯离子失去电子生成氯气,电极反应为2Cl--2e-===Cl2↑,右侧为阴极,阴极电极反应为2H++2e-===H2↑,总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,据此解答。A.根据分析,U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和H2,A错误;B.左侧生成氯气,氯气遇到水生成的HClO具有漂白性,则a处布条褪色,说明HClO具有漂白性,B错误;C.b处出现蓝色,发生Cl2+2KI===I2+2KCl,说明还原性:I->Cl-,C错误;D.断开K1,立刻闭合K2,此时构成氢氯燃料电池,形成电流,电流表发生偏转,D正确。高考热点总结

基础落实选择题只有1个选项符合题意1.下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是()A.铁锅中残留的水滴内部比边缘更容易生锈B.航海船只的船底镶嵌锌块,利用了牺牲阳极法保护金属船体C.纯银器长时间暴露在空气中变黑,是因为发生了吸氧腐蚀D.保暖贴在发热过程中主要发生了化学腐蚀答案B解析A.水滴内部比边缘溶氧量少,不易发生吸氧腐蚀,不容易生锈,A错误;B.锌比铁活泼,船底镶嵌锌块,与海水、船构成原电池,锌作负极被消耗,铁作正极被保护,利用的是牺牲阳极法,B正确;C.纯银器长时间暴露在空气中,会与空气中的H2S、O2反应生成黑色的Ag2S,发生的是化学腐蚀,C错误;D.保暖贴在发热过程中主要发生了电化学腐蚀——吸氧腐蚀,D错误。2.如图是氯碱工业离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图,图中阳离子交换膜只允许Na+等通过,不允许OH-、Cl-等阴离子及气体分子通过,下列有关说法错误的是()A.阴极发生的反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-B.使用的阳离子交换膜阻止阴离子OH-和气体通过,使生成的NaOH更纯C.e处出来的气体主要是O2D.b处通入的原料是NaOH的稀溶液答案C解析电解饱和食盐水,阳极发生失电子的氧化反应,电极反应式:2Cl--2e-===Cl2↑;阴极发生得电子的还原反应,电极反应式:2H2O+2e-===H2↑+2OH-。A.根据分析可知,阴极发生的反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-,故A正确;B.根据题干信息,阳离子交换膜不允许OH-、Cl-等阴离子及气体分子通过,可使生成的NaOH更纯,故B正确;C.根据分析,阳极产生的气体为Cl2,故C错误;D.b处通入的原料是NaOH的稀溶液,可增强导电性,故D正确。3.粗银中含有Cu、Pt等杂质,用电解法以硝酸银为电解质提纯银。下列说法正确的是()A.粗银与电源负极相连B.阴极反应式为Ag++e-===AgC.Cu、Pt在阳极区中沉积D.电解液中c(Ag+)浓度先增大后减小答案B解析用电解法精炼粗银,银单质失电子生成银离子,发生氧化反应,粗银与电源正极相连,故A错误;由得电子能力:Ag+>Cu2+,阴极为Ag+得电子生成Ag,电极反应为Ag++e-===Ag,故B正确;粗银作阳极,Cu生成Cu2+,Pt成为阳极泥,故C错误;电解精炼银时,粗银中比银活泼的铜会失电子形成离子进入溶液,则电解液中c(Ag+)浓度不可能增大,故D错误。4.下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是()A.电解精炼铜时,将电能转化为化学能,电路中每通过2mole-,阳极就会溶解64g铜B.电解精炼铜时,阳极为粗铜,阴极为精铜,电解过程中电解质溶液不需要更换C.在铁制器皿上镀铝,熔融氧化铝作电解质,铁制器皿作阴极,铝棒作阳极D.电镀过程中电镀液需要不断更换答案C解析电解是将电能转化为化学能,电解精炼铜时,粗铜作阳极,粗铜中的铁、锌等杂质金属也会失电子溶解,故通过2mole-时,溶解的Cu的物质的量小于1mol,故阳极溶解铜的质量小于64g,A错误;电解精炼铜时,粗铜作阳极,粗铜中的铁、锌等杂质金属也会失电子溶解,随电解进行,电解质溶液中铜离子浓度会降低,故电解过程中电解质溶液需要更换,B错误;阳极为铝棒,铁制器皿作阴极,电解质为熔融氧化铝,阳极的电极反应式为Al-3e-===Al3+,阴极的电极反应式为Al3++3e-===Al,可在铁制器皿上镀铝,C正确;电镀过程中电镀液浓度几乎不变,不需要经常更换,D错误。5.用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是()A.在铁片上镀铜时,Y是纯铜B.电解精炼铜时,Z溶液中的Cu2+浓度不变C.制取金属镁时,Z是氯化镁溶液D.氯碱工业中,若在X电极附近滴入少量淀粉-KI溶液,溶液呈蓝色答案D解析在铁片上镀铜时,纯铜应作阳极,X极为阳极,则Y是铁片,A不正确;电解精炼铜时,粗铜中铜、锌、铁等金属都失电子,生成相应的金属离子进入溶液,而阴极只有溶液中的Cu2+得电子,所以Z溶液中的Cu2+浓度将减小,B不正确;制取金属镁时,电解氯化镁溶液得不到镁,则Z是熔融的氯化镁,C不正确;氯碱工业中,X电极为阳极,Cl-在该电极上失电子生成Cl2,滴入少量淀粉-KI溶液,Cl2将I-氧化为I2,使淀粉溶液呈蓝色,D正确。6.在日常生活中,很多物品都离不开电镀,现将一块铜牌镀上一层银,工作示意图如下,下列说法正确的是()A.银片与电源的正极相连B.电镀一段时间后,AgNO3溶液的浓度会变小C.阴极发生的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+D.反应一段时间后,将电源反接,铜牌可以恢复到原来的状态答案A解析题图为在铜牌表面镀银,银片作阳极,与电源正极相连,铜牌作阴极,与电源负极相连,电镀过程中电镀液浓度不变,A正确,B错误;铜牌作阴极,阴极发生的电极反应式为Ag++e-===Ag,C错误;Cu的活泼性比Ag强,将电源反接,铜牌作阳极,发生的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+,即Cu会溶于溶液中,铜牌不能恢复到原来的状态,D错误。7.(2024·福州质检)我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质,其工作原理如图所示。该装置运行期间电极Ⅱ上产生O2和气体X。下列说法错误的是()A.该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化B.电极Ⅰ连接太阳能电池的负极C.工作时,电极Ⅱ附近溶液的pH增大D.实验室检验气体X可用湿润的淀粉-KI试纸答案C解析由图可知,锂离子向电极Ⅰ迁移,则电极Ⅰ为阴极,电极反应式:Li++e-===Li;电极Ⅱ为阳极,该装置运行期间电极Ⅱ上产生O2和气体X,则电极反应式:2Cl--2e-===Cl2↑、2H2O-4e-===O2↑+4H+。A.根据该装置示意图可知,实现了太阳能→电能→化学能的转化,故A正确;B.根据分析可知,电极Ⅰ为阴极,连接太阳能电池负极,故B正确;C.根据分析可知,电极Ⅱ为阳极,电极反应式:2Cl--2e-===Cl2↑、2H2O-4e-===O2↑+4H+,则工作时,电极Ⅱ附近溶液的pH减小,故C错误;D.根据分析可知X气体为Cl2,可用湿润的淀粉-KI试纸检验,故D正确。8.下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是()A.图①,放置于干燥空气中的铁钉不易生锈B.图②,若断开电源,钢闸门将发生吸氧腐蚀C.图②,若将钢闸门与电源的正极相连,可防止钢闸门腐蚀D.图③,若金属M比Fe活泼,可防止钢铁输水管腐蚀答案C解析与电源正极相连作阳极,活泼金属作阳极时,金属失电子易被腐蚀,所以若将钢闸门与电源的正极相连,则会加快钢闸门的腐蚀,故C错误。9.氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺,节能超过30%,在此工艺中,物料传输和转化关系如图,其中电极未标出,所用离子交换膜只允许阳离子通过。(1)分析比较图示中a%与b%的大小:a%(填“>”“<”或“=”)b%。

(2)写出燃料电池B中的正极的电极反应:

。

(3)图中Y是(填化学式),若电解产生11.2L(标准状况)该物质,则至少转移电子mol;X元素的基态原子的电子排布式为。

答案(1)<(2)O2+4e-+2H2O===4OH-(3)H211s22s22p63s23p5解析(1)燃料电池中,通入Y气体的电极为负极,电解饱和食盐水生成的Y为氢气,X为Cl2,由于燃料电池正极发生反应:O2+4e-+2H2O===4OH-,燃料电池中的离子膜只允许阳离子通过,而燃料电池中正极氧气得到电子产生OH-,所以反应后氢氧化钠的浓度升高,即a%<b%。(3)根据以上分析可知图中Y是H2,若电解产生11.2L(标准状况)该物质,氢气的物质的量是0.5mol,则至少转移电子1.0mol。能力提升10.(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()A.电解时,OH-向Ni电极移动B.生成C6N164-的电极反应:2C3N8H4+8OH--4e-===C6N16C.电解一段时间后,溶液pH升高D.每生成1molH2的同时,生成0.5molK4C6N16答案B解析由电解原理图可知,Ni电极产生氢气,作阴极,发生还原反应,电解质溶液为KOH水溶液,则电极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-;Pt电极C3N8H4失去电子生成C6N164-,作阳极,电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-===C6N164-+8H2O,同时,Pt电极还伴随少量O2生成,电极反应为4OH--4e-===O2↑+2H2O。A.由分析可知,Ni电极为阴极,Pt电极为阳极,电解过程中,阴离子向阳极移动,即OH-向Pt电极移动,A错误;B.由分析可知,Pt电极C3N8H4失去电子生成C6N164-,电解质溶液为KOH水溶液,电极反应为2C3N8H4+8OH--4e-===C6N164-+8H2O,B正确;C.由分析可知,阳极主要反应为2C3N8H4-4e-+8OH-===C6N164-+8H2O,阴极反应为2H2O+2e-===H2↑+2OH-,则电解过程中发生的总反应主要为2C3N8H4+4OH-===C6N164-+4H2O+2H2↑,反应消耗OH-,生成H2O,电解一段时间后,溶液pH降低,C错误;D.根据电解总反应:2C3N8H4+4OH-===C6N164-+4H2O+2H2↑可知,每生成1molH2,生成0.5molK4C6N16,但Pt电极伴随少量O2生成,发生电极反应:4OH--4e-===O2↑+2H2O,则生成1molH2时得到的部分电子由OH-放电产生O2提供,11.氯碱工业的原理改进方法分如图两个阶段进行,下列说法错误的是()A.阶段Ⅰ中,电源a为负极、b为正极B.阶段Ⅱ中阴极的电极反应为Na0.44-xMnO2-xe-+xNa+===Na0.44MnO2C.比传统氯碱工业减少了阳离子交换膜,避免氢气和氯气混合,且便于提纯NaOHD.阶段Ⅰ和Ⅱ的反应不能都在饱和食盐水中进行答案B解析阶段Ⅰ中阴极上H2O→H2,阳极上Na0.44MnO2→Na0.44-xMnO2,则电源a为负极、b为正极,A项正确;阶段Ⅱ中阴极的电极反应式为Na0.44-xMnO2+xe-+xNa+===Na0.44MnO2,B错误;阶段Ⅰ中阴极生成H2,阶段Ⅱ中阳极生成Cl2,避免氢气和氯气混合,且有利于提纯NaOH,C项正确;若阶段Ⅰ在饱和食盐水中进行,则阴极和阳极分别产生H2和Cl2,达不到改进目的,D项正确。12.某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%①为以下实验作参照0.52.090.0②醋酸浓度的影响0.536.0③0.22.090.0(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化曲线如图2所示。t2时,容器中压强明显小于起始压强,