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第2课时电解池金属的腐蚀与防护命题调研(2016～2019四年大数据)2016～2019四年考向分布核心素养与考情预测核心素养：模型认知、变化推理、科学创新考情解码：本部分主要考查电解池的电极方程式和电解方程式的书写两个知识点，难点是从氧化还原反应出发，结合电解质中离子种类的实际情况，利用电荷守恒和元素守恒书写电极方程式。题目以科学研究中或者工业上的某个电解操作为背景，起点高，落点低，题型为填空题，难度中等。预测2020年选考仍为电极方程式和电解方程式书写的考查。真题重现1.(2019·浙江4月选考节选)以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反应得到H2O2，其中生成的NH4HSO4可以循环使用。解析根据题意可知，阳极SO2－4失电子被氧化为S2O2－8，电极反应式为2SO2－4－2e－===S2O2－8，生成的S2O2－8又与H2O反应生成H2O2和SO2－4，故总反应方程式为2H2O=====通电H2O2＋H2↑。(1)阳极的电极反应式是___________________________________________。(2)制备H2O2的总反应方程式是____________________________________。答案(1)2HSO－4－2e－===S2O2－8＋2H＋或2SO2－4－2e－===S2O2－8(2)2H2O=====通电H2O2＋H2↑2.(2018·浙江11月选考节选)高铁酸钾(K2FeO4)可用作水处理剂。某同学通过“化学—电解法”探究K2FeO4的合成，其原理如图所示。接通电源，调节电压，将一定量Cl2通入KOH溶液，然后滴入含Fe3＋的溶液，控制温度，可制得K2FeO4。(1)请写出“化学法”得到FeO2－4的离子方程式______________________________。(2)请写出阳极的电极反应式(含FeO2－4)_____________________________________。解析(1)将一定量Cl2通入KOH溶液，生成KCl和KClO，KClO具有强氧化性，将Fe3＋氧化为FeO2－4，然后根据碱性环境，配平即可，得到2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO2－4＋3Cl－＋5H2O或2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO2－4＋3Cl－＋5H2O；(2)阳极失电子，反应物为Fe3＋产物为FeO2－4，然后根据碱性环境及守恒规则，易写出Fe3＋＋8OH－－3e－===FeO2－4＋4H2O或Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeO2－4＋4H2O。答案(1)2Fe3＋＋3ClO－＋10OH－===2FeO2－4＋3Cl－＋5H2O或2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO2－4＋3Cl－＋5H2O(2)Fe3＋＋8OH－－3e－===FeO2－4＋4H2O或Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeO2－4＋4H2O3.(2018·浙江4月选考节选)以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]水溶液为原料，通过电解法可以制备四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]，装置如图所示。(1)收集到(CH3)4NOH的区域是________(填a、b、c或d)。(2)写出电池总反应_______________________________________________________________________________________________________________。解析(1)根据所给信息，阴极发生：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；阳极发生：2Cl－－2e－===Cl2↑，根据阳离子交换膜只允许阳离子通过，所以收集到产物(CH3)4NOH的区域是d。(2)根据参与电极反应的物质实际上是H2O和(CH3)4NCl，产物是(CH3)4NOH和H2与Cl2，写出电池总反应为：2(CH3)4NCl＋2H2O=====通电2(CH3)4NOH＋Cl2↑＋H2↑。答案(1)d(2)2(CH3)4NCl＋2H2O=====通电2(CH3)4NOH＋Cl2↑＋H2↑4.(2017·浙江11月选考节选)科学家发现，以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生的变化可视为按两步进行，请补充完整。电极反应式：_____________________________________________________和2Fe＋3H2O＋N2===2NH3＋Fe2O3。解析以H2O和N2为原料，熔融NaOH－KOH为电解质，纳米Fe2O3作催化剂，在250℃和常压下可实现电化学合成氨。阴极区发生还原反应，根据其中一个反应2Fe＋3H2O＋N2===Fe2O3＋2NH3，可知，Fe2O3作催化剂，首先转化为铁，因此电极反应式为Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－。答案Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－考向一电解池的工作原理1.某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3均为石墨)。下列叙述正确的是()A.甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能B.C1、C2分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应C.C1上和C3上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同D.甲中溶液的pH逐渐增大，丙中溶液的pH逐渐减小解析A项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误。B项，C1、C2分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误。C项，C1和C3都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确。D项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气，随着反应的进行，溶液的pH均增大，错误。答案C电解池工作原理(阳极为惰性电极)示意图备考策略考向二电极方程式的书写和电解产物的判断2.次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性。H3PO2也可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)写出阳极的电极反应式___________________________________________。(2)分析产品室可得到H3PO2的原因__________________________________________________________________________________________________。(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是___________________________________________________________________。解析(1)由题给装置可知阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。(2)阳极生成的H＋穿过阳膜扩散至产品室，与从原料室穿过阴膜扩散至产品室的H2PO－2反应生成H3PO2。(3)若取消阳极室与产品室之间的阳膜，合并阳极室和产品室，阳极生成的O2可将H3PO2或从原料室扩散来的H2PO－2氧化，造成产品中混入H3PO4杂质。答案(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO－2穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2(3)H3PO4H2PO－2或H3PO2被氧化电解池中电极反应式的书写(1)根据装置书写①根据电源确定阴、阳两极→确定阳极是否是活性金属电极→据电极类型及电解质溶液中阴、阳离子的放电顺序写出电极反应式。备考策略②在确保阴、阳两极转移电子数目相同的条件下，将两极电极反应式合并即得总反应式。(2)由氧化还原反应方程式书写电极反应式①找出发生氧化反应和还原反应的物质→两极名称和反应物→利用得失电子守恒分别写出两极反应式。②若写出一极反应式，而另一极反应式不好写，可用总反应式减去已写出的电极反应式即得另一电极反应式。(3)电极反应式的书写——“二判二析一写”二判：①判断阴阳极；②判断是电极材料放电还是溶液中的离子放电。二析：①分析溶液中离子的种类；②根据离子放电顺序，分析电极反应。一写：根据电极产物，写出电极反应式。考向三可充电电池3.(2018·温州高三适应性测试)随着各地“限牌”政策的推出，电动汽车成为汽车界的“新宠”。特斯拉全电动汽车使用的是钴酸锂(LiCoO2)电池，其工作原理如下图，A极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料，隔膜只允许Li＋通过，电池反应式LixC6＋Li1－xCoO2放电充电C6＋LiCoO2。下列说法不正确的是()A.充电时Li＋从右边流向左边B.放电时，正极锂的化合价未发生改变C.充电时B作阳极，该电极放电时的电极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2D.废旧钴酸锂(LiCoO2)电池进行“放电处理”让Li＋进入石墨中而有利于回收解析放电时：A(负极)：LixC6－xe－===xLi＋＋C6；B(正极)：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2。充电时：A(阴极)：xLi＋＋C6＋xe－===LixC6；B(阳极)：LiCoO2－xe－===xLi＋＋Li1－xCoO2。A项，充电时Li＋移向阴极，即从右边流向左边，正确；B项，放电时，正极锂的化合价仍为＋1价，化合价并没有发生变化，正确；C项正确；D项，根据电极反应式，应进行“充电处理”，才能使Li＋进入石墨中。答案D(1)对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。(2)可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的“＋”极与外接直流电源的正极相连，电池的“－”极与外接直流电源的负极相连。备考策略考向四电解的有关计算4.用下图装置模拟人工肾脏的工作原理，电解生成的Cl2将尿素[CO(NH2)2]氧化成N2排出，则下列说法错误的是()A.电源的正极为bB.尿素被氧化的化学方程式为CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HClC.电解结束后，阴极室溶液与电解前相比pH增大D.阳极收集到Cl24.48L(标准状况)时，被氧化的尿素为4.0g答案C解析电极反应式为a(阴极)：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，b(阳极)：2Cl－－2e－===Cl2↑，A项正确；3Cl2＋CO(NH2)2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl，B项正确；C项，阴极区电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每转移2mol的电子，就会产生1molH2和2molOH－，这时就有2molH＋通过离子交换膜从阳极区到阴极区，因此溶液的pH不会发生变化；D项，0.2molCl2氧化CO(NH2)2的质量为0.2mol3×60g·mol－1＝4.0g，正确。电化学以氧化还原反应为前提，涉及的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数测定的计算、根据电子的量求产物的量和根据产物的量求电子的量等的计算。不论哪类计算，均可概括为下列三种方法：(1)根据总反应式的计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计算。(2)守恒法计算。用于串联电路，阴阳两极产物、正负两极产物等类型的计算其依据是电路中转移的电子数守恒。(3)根据关系式计算：借得失电子守恒关系建立已知量与未知量直接的桥梁，建立计算所需的关系式。备考策略考向五金属的腐蚀与防护