1、第20讲 电解池 金属的腐蚀与防护,【考纲要求】 1.理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极反应和总反应方程式。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1 电解原理,知识梳理,1.电解,还原,氧化,电,化学,2.电解池 (1)构成条件 有与 相连的两个电极。 (或熔融盐等)。 形成 。,电源,电解质溶液,闭合回路,(2)电极名称及电极反应式(如图),阳极,氧化,阴极,还原,(3)电子和离子的移动方向,3.电极反应式的书写步骤与方法,阴、,阳,惰性,活性,活性,特别提示:一般情况下,离子按上述顺序放电,但如果离子浓度相差十分悬殊,离子浓度大的也可以先放
2、电。如理论上H+的放电能力大于Fe2+、Zn2+,但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液时,由于溶液中c(Fe2+)或c(Zn2+)c(H+),则先在阴极上放电的是Fe2+或Zn2+,因此阴极上的主要产物为Fe或Zn。,【多维思考】,提示:(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7),1.判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。 (1)电解质溶液的导电过程一定发生了化学变化。( ) (2)根据金属活动性顺序,Cu和稀H2SO4不反应,因此不能根据电化学的原理实现Cu和稀H2SO4反应产生H2。( ) (3)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色。(
3、 ) (4)电解时,电解液中阳离子移向阳极,阴离子移向阴极。( ) (5)电解时,电子的移动方向为:电源负极阴极阳极电源正极。( ) (6)电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大。( ) (7)用铁作电极电解饱和食盐水时,阳极上Cl-失电子变为Cl2。( ),2.请思考回答: (1)要使电解后的CuSO4溶液复原,加入Cu(OH)2固体可以吗?为什么?加入CuCO3为什么也可复原? (2)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后,需加入98 g Cu(OH)2固体,才能使电解质溶液复原,则这段时间,整个电路中转移的电子数为多少?请写出解答过程。,(2)4NA,方法一:98 g Cu
4、(OH)2的物质的量为1 mol,相当于电解了1 mol的CuSO4后,又电解了1 mol的水,所以转移的电子数为2NA+2NA=4NA。 方法二:可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2的O2-失电子数相等,共4NA。,(3)用惰性电极电解2 molL-1 NaCl和1 molL-1 CuSO4的混合溶液,试判断阴、阳两极得到的产物是什么?并写出相应的电极反应式。,考点演练,D,考向一 电解规律的应用 1.(2017黑龙江哈尔滨模拟)如图是一个石墨作电极,电解稀的Na2SO4溶液的装置,通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是( ),A.逸出气体的体积,A电
5、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味气体 C.A电极附近呈红色,B电极附近呈蓝色 D.电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性,2.用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液,在电解的过程中,溶液的pH依次为升高、不变、降低的是( ) A.AgNO3 CuCl2 Cu(NO3)2 B.KCl Na2SO4 CuSO4 C.CaCl2 KOH NaNO3 D.HCl HNO3 K2SO4,B,解析:由电解电解质溶液的四种类型可知:,归纳总结 以惰性电极电解电解质溶液的规律 1.电解水型,2.电解电解质型,3.放H2生碱型,4.放O2生酸型,考向
6、二 电极反应式、电解总方程式的书写 3.Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂,其电解制法如图所示,请根据图示分析:Fe电极的电极反应为 ,与铁电极相连的为电源的 极。,4.导学号 96656125 (1)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向 电极迁移(填“A”或“B”)。,解析:(1)产生H2的极为阴极,同时产生OH-,Li+通过阳离子交换膜进入阴极,阴极区电解液为
7、LiOH溶液。阳极区电解液为LiCl溶液,Cl-发生失电子的氧化反应生成Cl2。,(2)将烧碱吸收H2S后的溶液加入到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:,写出电解时阴极的电极反应式: 。 电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成 .。,方法规律 阴、阳极的判断和电解产物的分析方法,1.阴、阳极的判断方法 (1)根据外接电源:正极连阳极,负极连阴极。 (2)根据电流方向:从阴极流出,从阳极流入。 (3)根据电子流向:从阳极流出,从阴极流入。 (4)根据离子流向:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。 2.做到“两看”,正确书写电极反应式 (1)一看电极
8、材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定被电解(注:Fe生成Fe2+)。 (2)二看介质,介质是否参与电极反应。,考向三 有关电化学的计算 5.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c( )=0.6 molL-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2.24 L气体(标准状况下),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( ) A.原混合溶液中c(K+)为0.2 molL-1 B.上述电解过程中共转移0.2 mol电子 C.电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol D.电解后溶液中c(H+)为0.2 molL-1,A,6.(2017辽宁大连
9、模拟)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液,通电一段时间后,向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为( ) A.0.4 mol B.0.5 mol C.0.6 mol D.0.8 mol,解析:Cu2(OH)2CO3可改写为2CuOH2OCO2,因反应后生成的CO2离开溶液,所以加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3相当于加入0.2 mol CuO、0.1 mol H2O,根据 2Cu O2 4e- 2 mol 4 mol 0.2 mol 0.4 mol 2H2O O2 4e- 2 4
10、 mol 0.1 mol 0.2 mol 转移电子的物质的量=0.4 mol+0.2 mol=0.6 mol。,C,7.将1 L一定浓度的CuSO4溶液,用a、b两个石墨电极电解,当a极上产生22.4 L (标准状况下)气体时,b极上只有固体析出。然后将a、b两极反接,继续通直流电,b极上又产生22.4 L(标准状况下)气体,溶液质量共减少227 g。 (1)a极上产生22.4 L(标准状况下)气体时,b极增加的质量为 。,答案:(1)128 g,(2)原溶液中CuSO4的物质的量浓度为 。,解析:(2)电源反接后,b为阳极,Cu先放电,然后OH-放电,a为阴极,Cu2+先放电,然后H+放电。
11、电解过程可分为三个阶段:电镀铜,此阶段溶液质量变化m1=0。,答案:(2)2.5 molL-1,归纳总结,电化学的反应是氧化还原反应,各电极上转移电子的物质的量相等,无论是单一电池还是串联电解池,均可抓住电子守恒计算。 1.解题关键 (1)电极名称要区分清楚; (2)电极产物要判断准确; (3)各产物间量的关系遵循电子得失守恒。,2.三种计算方法,考点2 电解原理在工业生产中的应用,知识梳理,1.电解饱和食盐水 (1)原理,还原,氧化,总反应方程式: 。,(2)应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气等,阳,阴,2.电镀,锌,待镀金属制品,镀层金属阳离子,如铁上镀Zn,见图:,锌,铁,3.电解精炼铜,
12、粗铜,精铜,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。,【多维思考】,1.判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。 (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。( ) (2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3。( ) (3)若把Cu+H2SO4 CuSO4+H2设计成电解池,应用Cu作阳极。( ) (4)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。( ) (5)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极。( ),提示:(1) (2) (3) (4) (5),提示:(1)甲图中铜片质量减小,铁制品质
13、量增加;乙图中粗铜质量减小,精铜质量增加。 (2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化,因为阳极溶解多少铜,阴极就析出多少铜;乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小,因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质,放电后转化成Zn2+、Fe2+等离子,此时Cu2+会转化为Cu,造成CuSO4溶液浓度减小。,2.比较下列两种装置有哪些不同? (1)请分析两装置中各电极的质量变化? (2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化?,考点演练,C,考向一 电解原理的基本应用 1.电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是( ) A.电解时以硫酸铜溶液作电解液,精铜作阳极 B.粗铜与电源负极相连,发生氧化反应 C
14、.阴极上发生的反应是Cu2+2e- Cu D.电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥,解析:根据电解池原理,粗铜作阳极,比铜活泼的Zn、Fe等杂质发生氧化反应,比Cu不活泼的金属单质,如Ag、Au等在阳极底部沉积;精铜作阴极,只发生Cu2+2e- Cu,因此只有C正确。,2.以KCl和ZnCl2混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( ) A.若将上述镀锌装置的两极直接用导线相连可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程 B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率 D.镀锌层破损后即对铁制品失去
15、保护作用,C,考向二 应用电解原理的物质制备 3.(2018山东菏泽一模)以铬酸钾(K2CrO4)为原料用电化学法制备K2Cr2O7的装置如图,下列说法正确的是( ),A,4.制备二氧化锰的装置如图,阳极以硫酸锰和硫酸混合液为电解液,阴极以稀硫酸为电解液,电解装置中大箭头表示溶液中阳离子移动的方向。下列说法正确的是( ) A.N是电源的负极 B.右侧气孔逸出的气体可能为副产物H2 C.石墨电极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O MnO2+4H+ D.电解过程中阳离子交换膜左侧硫酸浓度基本不变,右侧减小,C,解析:阳离子向阴极移动,说明左侧为阴极,则M为电源负极,N为电源正极,A错误;右侧
16、为阳极,逸出的气体可能是溶液中的氢氧根离子放电生成的氧气,B错误;石墨电极为阳极,锰离子失去电子生成二氧化锰,C正确;电解过程中阳离子向左侧移动,左侧溶液中H+放电生成H2,硫酸的浓度不变,右侧MnSO4电解生成MnO2和H2SO4,硫酸浓度增加,D错误。,考向三 应用电解原理治理污染 5.(2017广东深圳模拟)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2,将所得的Na2SO3溶液进行电解,可循环再生NaOH,同时得到H2SO4,其原理如图所示(电极材料为石墨)。下列有关叙述不正确的是( ),B,6.导学号 96656126 用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 ,模拟装置如图所示。下列说法正确
17、的是( ) A.阳极室溶液由无色变成棕黄色 B.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4 C.电解一段时间后,阴极室溶液的pH升高 D.当电路中通过1 mol电子的电量时,阴极有0.25 mol的O2生成,C,考点3 金属的电化学腐蚀与防护,知识梳理,1.金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变成 ,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,金属阳离子,电解质溶液,无,有微弱,电化学,化学,(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例),较强,吸氧,3.金属的保护,原电池,电解池,1.判断下列说法是否正确,正确的打“”,错误的打“”。 (1)Al、Fe、Cu
18、在潮湿空气中腐蚀均生成氧化物。( ) (2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e- Fe3+。( ) (3)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈。( ) (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。( ) (5)干燥环境下金属不会被腐蚀。( ) (6)所有金属纯度越大,越不易被腐蚀。( ) (7)纯银器在空气中因化学腐蚀表面渐渐变暗。( ) (8)牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀。( ) (9)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。( ),【多维思考】,提示:(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9),2.如图所示,甲、乙两试管中
19、各放一枚铁钉,甲试管中为NH4Cl溶液,乙试管中为NaCl溶液,数天后导管中观察到的现象是 ,甲中正极反应为 ,乙中正极反应为 。试管中残留气体平均相对分子质量的变化为甲 (填“增大”“减小”或“不变”,下同);乙 。,考向一 金属腐蚀快慢的判断与金属的防护 1.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁棒在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )A. B. C. D.,考点演练,C,解析:是Fe为负极,杂质为正极的原电池腐蚀,是钢铁的吸氧腐蚀,腐蚀较慢;实质均为原电池装置,中Fe为正极,被保护,、中Fe为负极,被腐蚀,但Fe和Cu的金属活泼性差别比Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe被腐蚀较快;是Fe接电源
20、正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,加快了Fe的腐蚀;Fe接电源负极作阴极,Cu接电源正极作阳极,防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知,铁被腐蚀由快到慢的顺序为。,2.导学号 96656127 埋在地下的钢管常用如图所示的方法加以保护,使其免受腐蚀。关于此方法,下列说法正确的是( ),A.金属棒X的材料可能为铜 B.金属棒X的材料可能为钠 C.钢管附近土壤的pH可能会升高 D.这种方法属于外加电流的阴极保护法,C,解析:金属棒X的材料若为铜,则钢管更易被腐蚀,A错误;钠为活泼金属,易与潮湿土壤中的H2O发生反应,B错误;钢管吸氧发生还原反应,产生OH-,附近土壤的pH可能会升高,C正确;该装置没有
21、外接电源,不属于外加电流的阴极保护法,D错误。,3.下列与金属腐蚀有关的说法,正确的是( ),A.图1中,铁钉易被腐蚀 B.图2中,滴加少量K3Fe(CN)6溶液,没有蓝色沉淀出现 C.燃气灶的中心部位容易生锈,主要是由于高温下铁发生化学腐蚀 D.图3中,用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀,镁块相当于原电池的正极,C,解析:图1中,铁钉处于干燥环境,不易被腐蚀,A错误;负极反应为Fe-2e-Fe2+,Fe2+与K3Fe(CN)6反应生成KFeFe(CN)6蓝色沉淀,B错误;D为牺牲阳极的阴极保护法,镁块相当于原电池的负极,D错误。,1.判断金属腐蚀快慢的规律 (1)对同一电解质溶液来说,
22、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,腐蚀速率越快。 (4)对同一种电解质溶液来说,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快。 2.两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。,归纳总结,考向二 析氢腐蚀和吸氧腐蚀 4.(2017河北邯郸月考)将经过酸洗除锈的铁钉,用饱和食盐水浸泡后放入如图所示装置中,下列叙述正确的是( ) A.过一段时间,试管中的导管内水柱上升 B.试管中铁钉由于发生电解
23、反应而被腐蚀 C.铁钉在该装置中被腐蚀的情况随时间的延长而加快 D.试管中铁钉发生腐蚀的一个电极反应式为2Cl-2e- Cl2,A,5.利用如图所示装置进行实验,开始时,a、b两处液面相平,密封好,放置一段时间。下列说法不正确的是( ) A.a管发生吸氧腐蚀,b管发生析氢腐蚀 B.一段时间后,a管液面高于b管液面 C.a处溶液的pH增大,b处溶液的pH减小 D.a、b两处具有相同的电极反应式:Fe-2e- Fe2+,解析:a管发生吸氧腐蚀,a处溶液的pH增大,b管发生析氢腐蚀,b处溶液的c(H+)减小,pH增大,C不正确。,C,微点突破19 隔膜技术在电化学装置中的应用,1.常见的隔膜 隔膜又
24、叫离子交换膜,由特殊高分子材料制成。离子交换膜分三类: (1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,即允许H+和其他阳离子通过,不允许阴离子通过。 (2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子通过。 (3)质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。,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)能提高产品的纯度。,【题组巩固】 题组一 隔膜在原电池中的应用 1.(2017山东泰安一模)一种以NaBH4和H2O2为原料的新型电池的工作原理如图所示。下列说法
25、错误的是( ) A.电池的正极反应为H2O2+2e- 2OH- B.电池放电时Na+从a极区移向b极区 C.电子从电极b经外电路流向电极a D.b极室的输出液经处理后可输入a极室循环利用,C,2.(2017湖南长沙长郡中学一模)某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( ),A,题组二 膜在生活、工业生产中的应用 3.(2017安徽安庆六校联考)工业上常用惰性电极电解硫酸钠溶液联合生产硫酸和烧碱,生产装置如图所示。测得同温同压下,气体甲、乙的体积比约为12,下列说法中正确的是( ) A.a极与电源的负极相连 B.b电极反应式:2H2O-4e- O2+4H+ C.离子交换膜c、d均为阴离
26、子交换膜 D.产物丙为硫酸溶液,D,4.(2017河北衡水中学月考)为解决淀粉厂废水中BOD严重超标的问题,有人设计了电化学降解法。如图是利用一种微生物将废水中有机物主要成分是(C6H10O5)n的化学能转化为电能的装置,下列说法中正确的是( ) A.N极是负极 B.该装置工作时,H+从右侧经阳离子交换膜移向左侧 C.负极的电极反应为:(C6H10O5)n+7nH2O-24ne- 6nCO2+24nH+ D.物质X是OH-,C,解析:该装置可看作燃料电池,由N极通O2,M极为有机物,则N极为正极,A错误;M极为负极,发生氧化反应,电极反应为(C6H10O5)n+7nH2O-24ne- 6nCO
27、2+24nH+, C正确;原电池中阳离子移向正极,该装置工作时,H+从左侧经阳离子交换膜转向右侧,B错误;O2在正极得电子结合H+生成水,物质X为水,D错误。,5.导学号 96656128 工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是( ) 已知:Ni2+在弱酸性溶液中发生水解 氧化性:Ni2+(高浓度)H+Ni2+(低浓度) A.碳棒上发生的电极反应:4OH-4e- O2+2H2O B.电解过程中,B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小 C.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pH D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式发生
28、改变,B,微点突破20 电化学装置图的识别,1.单装置的判断 无外加电源的为原电池,如图所示(图1、图2),有外加电源的为电解池(如图3)。,2.多池串联类型的判断方法 (1)直接判断:非常直观明显的装置,如燃料电池、铅蓄电池等在电路中,则其他装置为电解池。如图所示:A为原电池,B为电解池。甲池为原电池,其余为电解池。,(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断: 原电池一般是两种不同的金属电极或一个金属电极一个碳棒电极;而电解池则一般两个都是惰性电极,如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应,电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示:B
29、为原电池,A为电解池。,(3)根据电极反应现象判断: 在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极,并由此判断电池类型。如图所示:若C极溶解,D极上析出Cu,B极附近溶液变红,A极上放出黄绿色气体,则可知乙是原电池,D是正极,C是负极;甲是电解池,A是阳极,B是阴极。B、D极发生还原反应,A、C极发生氧化反应。,【题组巩固】 题组一 外接电源与电解池的串联 1.(2017四川成都测试)如图所示,X、Y、Q、W都是惰性电极,将电源接通后,W极附近颜色逐渐加深。下列说法中不正确的是( ) A.电池的M极为正极 B.甲装置中溶液的pH减小 C.甲装置的两个电极上都有单质生成且物质的量之比为11 D.
30、欲用乙装置给铜镀银,U极应该是Ag,电镀液选择AgNO3溶液,C,解析:W极附近颜色逐渐加深,说明通电时氢氧化铁胶粒移向该电极,即W连接电源的负极,则N为负极,M为正极,A正确;通电时,甲装置中总反应为2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2,甲装置中溶液的pH减小,n(O2)n(Cu)=12,B正确,C不正确;电镀时镀层金属作阳极,即U极应该是Ag,电镀液为AgNO3溶液,D正确。,2.在如图所示的装置中,若通直流电5 min时,铜电极质量增加2.16 g。试回答下列问题。,(1)电源中X电极为直流电源的 极。,解析:(1)三个装置是串联的电解池。电解AgNO3溶液时,Ag+在阴极
31、发生还原反应变为Ag,所以质量增加的铜电极是阴极,则银电极是阳极,Y是正极,X是负极。,答案:(1)负,(2)pH变化:A: (填“增大”“减小”或“不变”,下同),B: ,C: 。 (3)通电5 min时,B中共收集到224 mL(标准状况下)气体,溶液体积为200 mL,则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为 (设电解前后溶液体积无变化)。,解析:(2)电解KCl溶液生成KOH,溶液pH增大;电解CuSO4溶液生成H2SO4,溶液pH减小;电解AgNO3溶液,银为阳极,不断溶解,Ag+浓度基本不变,pH不变。 (3)通电5 min时,C中析出0.02 mol Ag,电路中通过0.02 mo
32、l电子。B中共收集到 0.01mol气体,若该气体全为氧气,则电路中需通过0.04 mol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,后电解水,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x,电解H2O时生成O2的物质的量为y,则4x+4y=0.02 mol(电子转移守恒),x+3y=0.01 mol(气体体积之和),解得x=y= 0.002 5 mol,所以n(CuSO4)=20.002 5 mol=0.005 mol,c(CuSO4)=0.005 mol0.2 L= 0.025 molL-1。,答案
33、:(2)增大 减小 不变 (3)0.025 molL-1,(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL,电解后,溶液的pH为 (设电解前后溶液体积无变化)。,解析:(4)通电 5 min时,A中放出0.01 mol H2,溶液中生成0.02 mol KOH, c(OH-)=0.02 mol0.2 L=0.1 molL-1,pH=13。,答案:(4)13,题组二 原电池与电解池的串联 3.(2017山西重点中学协作体模拟)如图所示,甲池的总反应式为N2H4+O2 N2+2H2O。下列关于该电池工作时说法正确的是( ) A.甲池中负极反应为N2H4-4e- N2+4H+ B.甲池溶液pH不变
34、,乙池溶液pH减小 C.反应一段时间后,向乙池中加一定量CuO固体,能使CuSO4溶液恢复到原浓度 D.甲池中消耗2.24 L O2,此时乙池中理论上最多产生 12.8 g固体,C,4.(2017辽宁鞍山一中模拟)浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图所示,下列说法不正确的是( ),C,5.导学号 96656129 某同学设计一个燃料电池(如图所示),目的是探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理,其中乙装置中X为阳离子交换膜。,根据要求回答相关问题: (1)通入氢气的电极为 (填“正极”或“负极”),负极的电极反应式为 。,解析:(1)甲属于原电池,投放燃料的电极是负极,投放氧化剂的电极是正极,所以通
35、入氢气的电极是负极,负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水,电极反应式为H2-2e-+2OH- 2H2O。,答案:(1)负极 H2-2e-+2OH- 2H2O,(2)石墨电极为 (填“阳极”或“阴极”),反应一段时间后,在乙装置中滴入酚酞溶液 (填“铁极”或“石墨极”)区的溶液先变红。,解析:(2)乙池有外接电源,属于电解池,铁电极连接原电池的负极,所以是阴极,则石墨电极是阳极;阳极上氯离子放电生成氯气,阴极上氢离子放电,导致阴极附近氢氧根离子浓度大于氢离子浓度,溶液呈碱性,所以在乙装置中滴入酚酞溶液,铁极区的溶液先变红。,答案:(2)阳极 铁极,(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质,丙装置中反应
36、一段时间,硫酸铜溶液浓度将(填“增大”“减小”或“不变”)。精铜电极上的电极反应式为。,解析:(3)如果粗铜中含有锌、银等杂质,阳极上不仅铜还有锌失电子进入溶液,阴极上析出铜,根据转移电子数相等知,阳极上溶解的铜小于阴极上析出的铜,所以丙装置中反应一段时间,硫酸铜溶液浓度将减小;精铜作阴极,溶液中的铜离子得电子生成铜,则精铜电极上的电极反应式为Cu2+2e- Cu。,答案:(3)减小 Cu2+2e- Cu,(4)假设乙装置中氯化钠溶液足够多,若在标准状况下,有224 mL氧气参加反应,则乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将 (填“增大”“减小”或“不变”),且变化了 克。,解析:(4)乙池中的电
37、解总方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,转移2e-,因为X是阳离子交换膜,所以阴极生成NaOH和氢气,224 mL氧气的物质的量为 0.01 mol,氧气得到电子0.04 mol,根据串联电池中转移电子数相等,阴极生成0.04 mol NaOH、0.02 mol氢气,所以乙装置中阳离子交换膜左侧溶液质量将增加,增加的质量为(0.0423-0.022) g=0.88 g。,答案:(4)增加 0.88,“串联”类电池的解题流程,方法技巧,真题体验 感悟考法明确考向,考向一 金属的腐蚀与防护 1.(2017全国卷,11)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,
38、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,C,解析:支撑海港码头基础的钢管桩应用电解原理防腐,钢管桩作为电解池的阴极被保护,高硅铸铁作为惰性辅助阳极起传递电流的作用。通电后,外电路电子从阳极高硅铸铁流出,流入直流电源的正极,从直流电源的负极流出,流入阴极钢管桩,通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,通入的保护电流根据环境条件变化进行调整。表述不正确的是C选项。,D,2.
39、(2015上海卷,14)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是( ),考向二 电解原理的应用 3.(2017全国卷,11)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:Al3+3e- Al D.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动,C,4.(2016全国卷,11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示,采用惰性电极,ab、cd均为离子交换膜,在直流电场的作用下,两膜中间的Na+和 可通过离子交换膜,而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。,B,5.(2015福建卷,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( ) A.该装置将化学能转化为光能和电能 B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移 C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原 D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O,B,
