2023新教材高考化学一轮第六章化学反应与能量第20讲电解池金属的腐蚀与防护课件

第20讲　电解池　金属的腐蚀与防护\n考点一考点二考点三高考真题演练随堂过关训练\n考点一\n考点一　电解原理必备知识梳理·夯实学科基础1.电解与电解池(1)电解：在________作用下，电解质在两个电极上分别发生________和________的过程。(2)电解池：将________转化为________的装置。(3)电解池的构成①有与________相连的两个电极；②________溶液(或________)；③形成________。电流氧化反应还原反应电能化学能直流电源电解质熔融盐闭合回路\n2．电解池的工作原理(1)工作原理还原氧化\n(2)以惰性电极电解CuCl2溶液为例分析\n(3)电子和离子的移动方向(惰性电极)\n3．阴、阳两极上的放电顺序(1)阴极(与电极材料无关)氧化性强的先放电，放电顺序如下：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。(2)阳极(与电极材料有关)①活性电极作阳极(除Au、Pt以外的金属)，则活性电极本身失去电子，发生氧化反应。Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋。②惰性电极作阳极(Pt、Au、石墨碳棒)离子的放电顺序如下：\n微点拨分析电解的思维流程\n4．惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)示例：用惰性电极电解CuSO4溶液(放O2生酸型)阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑)阴极反应式：2Cu2＋＋4e－===2Cu电池反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4\n特别提醒(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)中的阳离子放电。(2)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。(3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。(4)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，H2O要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，总反应式为2Cl－＋2H2O电解2OH－＋H2↑＋Cl2↑。(5)电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，如电解NaCl溶液少的H和Cl，通入HCl复原，电解CuSO4溶液少的是Cu和O，补CuO复原等。\n[易错易混辨析](错误的说明错因)(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色()错因：__________________________________________________。(2)电解时，电子的移动方向为电源负极→阴极→阳极→电源正极()错因：___________________________________________________。(3)用惰性电极电解NaCl溶液放出22.4LH2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子()错因：___________________________________________________。(4)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，使电解质溶液复原只能加CuO()错因：___________________________________________________。×电解CuCl2溶液，阳极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色×电解时，电子的移动方向为电源负极→阴极，阳极→电源正极×标况下22.4LH2的物质的量为1mol，理论上需要转移2NA个电子×若电解时间较长，CuSO4被电解完后，继续电解，被电解的物质为水，所以可加入CuO或Cu(OH)2使电解液复原\n[深度思考]根据金属活动性顺序表，Ag和稀HCl不反应，怎样根据电化学的原理实现Ag和稀HCl反应产生H2答案：Ag作阳极，C作阴极，稀HCl作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。电解反应式为阳极：Ag－e－===Ag＋，阴极：2H＋＋2e－===H2↑。总反应式：2Ag＋2H＋2Ag＋＋H2↑。\n题组强化训练·形成关键能力题组一电解规律及电极产物的判断1．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．AgNO3CuCl2Cu(NO3)2B．KClNa2SO4CuSO4C．CaCl2KOHNaNO3D．HClHNO3K2SO4答案：B\n解析：AgNO3、Cu(NO3)2、CuSO4溶液随电解的进行，有酸产生，溶液pH降低；KCl、CaCl2溶液随电解的进行，有碱产生，溶液pH升高；CuCl2、HCl电解电解质本身，溶液中CuCl2、HCl减少，对应的H＋减少，溶液的pH升高；KOH、HNO3相当于电解H2O，电解质浓度增大，对应的碱溶液碱性更强，酸溶液酸性更强。\n2．用石墨作电极电解溶有物质的量之比为3∶1的NaCl和H2SO4的水溶液。根据反应产物，电解可明显分为三个阶段，下列叙述不正确的是()A．电解的最后阶段为电解水B．阳极先逸出氯气后逸出氧气C．阴极逸出氢气D．电解过程中溶液的pH不断增大，最后pH为7答案：D解析：根据离子放电顺序可知，电解此混合溶液时，在阳极，阴离子放电的先后顺序为Cl－、OH－、，在阴极，H＋放电，所以整个电解过程分三个阶段：电解HCl溶液、电解NaCl溶液、电解H2O，最后溶液呈碱性，D错误。\n题组二　电极反应式的书写与判断3．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MgCl2溶液阳极反应式：_____________________________________________；阴极反应式：_____________________________________________；总反应离子方程式：_______________________________________。2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑\n(2)用Al作电极电解NaOH溶液阳极反应式：__________________________________________；阴极反应式：___________________________________________；总反应离子方程式：_____________________________________。(3)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：_________________________________________。(4)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、和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，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为________________________。若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。＋4H2O6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)2Al＋2H2O＋2OH－＋3H2↑2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋6H＋＋6e－===3H2↑2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑负3e－H2\n4．整合有效信息书写电极反应式，按要求填空：(1)利用电化学原理，用惰性电极电解饱和NaHSO4溶液可以制备过硫酸钠Na2S2O8。已知在阳极放电的离子主要为，则阳极反应式为__________________________。(2)电化学干法氧化法脱除H2S的原理如图所示。阳极发生的电极反应为__________________；阴极上COS发生的电极反应为___________________。2e－＋2H＋2S2－－4e－===S2COS＋2e－===S2－＋CO\n特别提醒(1)做到“三看”，正确书写电极反应式①一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2＋)。②二看电解质，电解质是否参与电极反应。③三看电解质状态，是熔融状态，还是水溶液。(2)规避“两个”失分点①书写电解池中电极反应式时，可以以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式，且注明“电解”条件。②电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。\n考点二\n考点二　电解原理的应用必备知识梳理·夯实学科基础1.氯碱工业阳极反应式：__________________(______反应)阴极反应式：________________________(或____________________)(________反应)总反应方程式：2NaCl＋2H2O电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2Cl－－2e－===Cl2↑氧化2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－2H＋＋2e－===H2↑还原\n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\n2.电镀与电解精炼电镀电解精炼铜示意图电极反应阳极____________Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋阴极____________Cu2＋＋2e－===Cu电解质溶液的浓度变化CuSO4溶液的浓度____CuSO4溶液的浓度____Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu不变变小\n3.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。总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑________________、________________冶炼镁MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑________________、________________冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑________________、________________2Cl－－2e－===Cl2↑2Na＋＋2e－===2Na2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2e－===Mg6O2－－12e－===3O2↑4Al3＋＋12e－===4Al\n特别提醒(1)电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液的浓度减小。(2)粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。(3)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。\n[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料()错因：____________________________________________________。(2)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极()错因：__________________________________________________。(3)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()错因：__________________________________________________。(4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变()错因：__________________________________________________。×金属材料Pt和Au都是惰性电极，两极都可用，阴极也可用活泼金属电极×镀件应连接电源的负极，作电解池的阴极×阳极溶解的金属还有Zn、Ni、Fe等×电镀铜时c(Cu2＋)保持不变，电解精炼铜时c(Cu2＋)减小\n(5)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()错因：__________________________________________________。(6)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料()错因：__________________________________________________。(7)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2溶液作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌()错因：_____________________________________________________。(8)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极，稀H2SO4作电解液()错因：__________________________________________________。×MgO熔点高，熔融需要能量高；AlCl3是共价化合物，熔融时不导电√×通过调节溶液中的浓度，可以使Zn2＋先于H＋放电，从而实现在铁上镀锌√\n[深度思考]工业电解氧化铝制取金属铝时，常加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是____________。电解过程中还需不断补充阳极(石墨)，其原因是_______________________________。降低熔化温度阳极生成的氧气与石墨电极发生了反应\n题组强化训练·形成关键能力题组一氯碱工业1．如图为电解饱和食盐水装置，下列有关说法不正确的是()A．左侧电极上发生氧化反应B．右侧生成的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝C．电解一段时间后，B口排出NaOH溶液D．电解饱和食盐水的离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑答案：B\n2．高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是()A.上述装置中，f极为光伏电池的正极B．阴极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4D．若转移2mol电子，理论上生成100.5gHClO4答案：C解析：电解时，Na＋移向阴极区，则f为电源负极，A项错误；电解时，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，Na＋移向阴极区，阳极区溶液逐渐由NaClO4转化为HClO4；阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区产生NaOH，B项错误、C项正确；根据得失电子守恒，若转移2mol电子，理论上生成201gHClO4，D项错误。\n题组二　电镀3．下列图示中关于铜电极的连接错误的是()答案：C\n解析：A项，锌比铜活泼，锌作负极，铜作正极，连接正确；B项，电解精炼铜，粗铜作阳极，纯铜作阴极，连接正确；C项，电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，连接错误；D项，电解氯化铜溶液，铜作阴极，石墨作阳极，连接正确。\n4．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H2SO4H2C2O4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－===AlD．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动答案：C解析：A项，根据电解原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，正确；B项，阴极仅作导体，可选用不锈钢网，且不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，正确；C项，阴极应为氢离子得电子生成氢气，错误；D项，电解时，阴离子移向阳极，正确。\n题组三金属冶炼5.如图是利用阳离子交换膜和过滤膜制备高纯度的Cu的装置示意图，下列有关叙述不正确的是()A．电极A是粗铜，电极B是纯铜B．电路中通过1mol电子，生成32g铜C．溶液中向电极A迁移D．膜B是过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区答案：D\n解析：精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，根据电解原理，电极A为粗铜，电极B为纯铜，A项正确；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，当电路中通过1mol电子时，生成0.5molCu，即生成32gCu，B项正确；根据电解原理向阳极移动，C项正确；膜A为过滤膜，阻止阳极泥及杂质进入阴极区，膜B为阳离子交换膜，D项错误。\n6．1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠：4NaOH(熔融)O2↑＋4Na↑＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠：3Fe＋4NaOH===Fe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是()A．戴维法制钠，阳极的电极反应式为Na＋＋e－===Na↑B．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的金属性比钠的强C．若用戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，两方法转移电子总数相等D．还可以用电解熔融氯化钠法制钠答案：D\n解析：A项，阳极应发生氧化反应；B项，盖·吕萨克法制钠原理是根据钠的沸点较低、易从反应混合物中分离出来，从而使化学平衡正向移动；C项，根据反应方程式可知，用戴维法制取金属钠，每产生4mol钠转移电子的物质的量是4mol，而用盖·吕萨克法制得4mol钠转移电子的物质的量是8mol，因此制取等量的金属钠，转移电子总数不相等；D项，由于NaCl是离子化合物，可用电解熔融氯化钠的方法制金属钠。\n考点三\n考点三　金属的腐蚀与防护必备知识梳理·夯实学科基础1.金属腐蚀的本质金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生_______反应，可表示为M－ne－===Mn＋。2．金属腐蚀的类型(1)化学腐蚀和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物质直接发生反应不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应实质与联系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________腐蚀更普遍，危害性更大。氧化电化学\n(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀类型析氢腐蚀吸氧腐蚀水膜性质酸性酸性很弱或者呈中性负极反应①__________________正极反应②______________③__________________总反应④______________⑤____________________Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑2H2O＋O2＋4e－===4OH－Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2\n3.金属腐蚀的快慢规律(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的速率快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。(2)在原电池中，电解质溶液相同时，两极的活泼性差别越大，负极金属越易被腐蚀，如ZnCu(H2SO4)中的Zn比ZnFe(H2SO4)中的Zn腐蚀快。\n(3)对由相同正、负极构成的原电池(如FeCu原电池)①电解质的氧化能力越强，负极金属越易被腐蚀。如：Fe在不同电解质溶液中的腐蚀速率是CuSO4溶液＞稀H2SO4＞NaCl溶液。②电解质中起氧化作用的离子相同时，该离子浓度越大，负极金属腐蚀速率越快。如腐蚀速率：盐酸＞0.1mol·L－1盐酸＞0.1mol·L－1醋酸＞海水(起氧化作用的H＋浓度逐渐减小)。③溶液的导电能力越强，负极金属越易被腐蚀。如腐蚀速率：海水＞淡水＞酒精。(4)一般情况下不纯的金属或合金在潮湿的空气中腐蚀的速率远快于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。\n微点拨(1)铁锈的形成过程：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O(2)金属越活泼就越易失去电子而被腐蚀，金属活动性顺序中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序中排在氢前面的金属才可发生析氢腐蚀。\n4．金属的防护原电池电解池\n[易错易混辨析](错误的说明错因)(1)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀()错因：______________________________________________。(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样()错因：____________________________________________________________________________________________。(3)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：______________________________________________。(4)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀()错因：______________________________________________。(5)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物()错因：______________________________________________。×干燥环境下，金属可发生化学腐蚀×银器变黑是银器皿与空气中的H2S生成Ag2S，钢铁腐蚀主要是电化学腐蚀×水膜酸性较强时，钢铁发生析氢腐蚀√×Cu在潮湿的空气中被腐蚀生成Cu2(OH)2CO3\n(6)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋()错因：______________________________________________。(7)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用()错因：______________________________________________。(8)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈()错因：______________________________________________。(9)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，属于牺牲阴极的保护法()错因：______________________________________________。(10)外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极()错因：______________________________________________。×铁被腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe2＋×镀锌铁(白铁)保护层破损后，镀层对金属仍有保护作用√×应该是牺牲阳极法——原电池原理×外加电流法中，被保护金属应接电源的负极\n题组强化训练·形成关键能力题组一金属腐蚀的类型1．下列说法正确的是()A．铁片发生还原反应而被腐蚀B．铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀C．铁片腐蚀过程中负极发生电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－D．铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀答案：D\n2．将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是()A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀答案：C解析：D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。\n题组二　金属腐蚀的防护方法3．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\n解析：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误。\n4．利用下图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是()A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀D.若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应答案：B解析：若X为锌棒，开关K置于M处时，锌作负极，铁作正极被保护，A项正确、B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极作阴极被保护，C项正确；X连接电源正极作阳极发生氧化反应，D项正确。\n情境创新设计氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气和烧碱等化工产品。如图是离子交换膜法电解食盐水的示意图：\n[问题探究](1)从a口放出的气体是什么？如何检验？写出阳极反应式。提示：Cl2；用湿润的淀粉KI试纸检验，若试纸变蓝，证明该气体为Cl2；电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑\n[问题探究](2)从b口放出的气体是什么？写出阴极反应式和总的电解反应方程式。提示：H2；2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑\n[问题探究](3)工业上用电解饱和食盐水制取NaOH时，食盐水为什么要精制？如何精制？提示：因为粗食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、在电解时会生成沉淀堵塞离子交换膜而达不成电解的目的。精制时可通过依次加入BaCl2、NaOH、Na2CO3溶液过滤，最后再加适量盐酸的方法除去粗盐中的杂质离子。\n[问题探究](4)判断电解装置中的交换膜是阳离子交换膜还是阴离子交换膜？并指出离子交换膜的作用。提示：因为阳极室中Cl－放电：2Cl－－2e－===Cl2↑，故阳极室中正电荷(Na＋)富余，阴极室中H＋放电：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故阴极室中负电荷(OH－)富余，要维持溶液的电中性，且得到较纯的NaOH溶液，阳极室中的Na＋会穿过离子交换膜进入阴极室与OH－结合生成NaOH，所以该离子交换膜为阳离子交换膜。阳离子交换膜的作用：一是避免了H2与Cl2混合光照下发生爆炸；二是阻止阴离子(OH－)透过交换膜，防止Cl2与OH－反应，从而提高了产品(NaOH)的纯度。\n高考真题演练\n1．[2020·全国卷Ⅱ]电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是()A.Ag为阳极B.Ag＋由银电极向变色层迁移C.W元素的化合价升高D.总反应为：WO3＋xAg===AgxWO3答案：C\n解析：本题重点考查电解原理及其应用。根据题给装置图可知，该装置有外接电源，为电解池，且Ag电极作阳极，故A项正确；通电时，阳极反应式为Ag－e－===Ag＋，生成的Ag＋通过固体电解质进入电致变色层，与WO3结合得到AgxWO3，W的化合价降低，阴极反应式为，总反应为xAg＋WO3===AgxWO3，故B、D项正确，C项错误。\n2．[2020·山东卷]采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是()A.阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑B.电解一段时间后，阳极室的pH未变C.电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移D.电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量答案：D\n解析：结合题图，可知a极上产生O2，发生的反应为水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，电极反应式如表：结合上述分析可知，A项正确；电解一段时间后，溶液中H＋浓度未变，即阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H＋通过质子交换膜，从a极区向b极区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。电极名称电极反应式a极(阳极)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑b极(阴极)2H＋＋O2＋2e－===H2O2\n3．[2019·全国卷Ⅲ，(节选)]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。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的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有______________________________________(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O5.6\n解析：负极区发生的是得电子的还原反应，故负极区的反应有Fe3＋＋e－===Fe2＋、4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；根据得失电子守恒得出关系式：Fe3＋～e－～Fe2＋～O21mol0.25moln(O2)＝0.25mol，标准状况下体积为5.6L。\n随堂过关训练\n1．如图所示，各烧杯中盛海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为()A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥答案：C\n解析：①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢；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，故Fe－Cu原电池中Fe被腐蚀的较快；⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀；⑥是Fe接电源负极作阴极、Cu接电源正极作阳极的电解池，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。\n2．如图所示，a、b、c、d均为石墨电极，通电进行电解，下列说法正确的是()A.电路中电子流向：负极→d→c→b→a→正极B.a、c两极产生气体的物质的量相等向b电极移动，Cl－向c电极移动D.电解一段时间，向甲中加CuO可以恢复甲溶液答案：D\n解析：电子只能在外电路中移动，故A错误；a极产生O2，c极产生Cl2，根据电子守恒O2～2Cl2～4e－，O2和Cl2的物质的量之比为1∶2，故B错误；阴离子向阳极移动，a和c是阳极，所以向a电极移动，Cl－向c电极移动，C错误。\n3．考古发掘出的古代青铜器(含铜、锡等金属)表面经常出现小孔腐蚀，这是一种电化学腐蚀现象。小孔腐蚀的过程及铜腐蚀产物(铜锈)的成分如图所示。已知：2CuCl＋H2O⇌Cu2O＋2HCl。下列分析不正确的是()A.氧气是正极反应物B.铜锈的成分与氧气浓度、pH有关C.图乙中，Cl－从小孔内向小孔外移动D.青铜中的锡也会发生电化学腐蚀答案：C\n解析：青铜器中含铜、锡等金属，也含有其他金属及非金属杂质，由于物质金属性不同，周围存在电解质溶液，形成了原电池，由于电解质溶液显中性，发生吸氧腐蚀，正极上氧气发生得电子的还原反应生成OH－，因此氧气是正极反应物，A正确；根据图乙可知，在锈蚀小孔外铜锈成分为、Cu2(OH)3Cl，Cu元素化合价为＋2价，在小孔附近铜锈是Cu2O，小孔内壁铜锈成分是CuCl，Cu元素化合价为＋1价，小孔外氧气浓度大，Cu元素价态高，小孔内氧气浓度小，Cu元素价态低，铜锈成分与氧气浓度有关，在溶液酸性较强时可逆反应2CuCl＋H2O⇌Cu2O＋2HCl的平衡逆向移动，铜锈成分主要是CuCl，若溶液酸性弱，平衡正向移动，铜锈成分主要是Cu2O，可见铜锈成分也与溶液的pH有关，B正确；由CuCl是在小孔内壁生成，可知Cl－会从小孔外向小孔内移动，C错误；由于Sn的金属性比Cu强，与Cu构成原电池时，Sn作负极，被氧化而发生电化学腐蚀，D正确。