(新高考)高考化學一輪復習講測練第17講電解池金屬的腐蝕與防護（講）解析版

第17講電解池金屬的腐蝕與防護【學科核心素養(yǎng)】變化觀念與平衡思想：認識化學變化的本質(zhì)是有新物質(zhì)生成，并伴有能量的轉(zhuǎn)化；能多角度、動態(tài)地分析電解池中發(fā)生的反應，并運用電解原理解決實際問題。證據(jù)推理與模型認知：利用電解池裝置，分析電解原理，建立解答電解池問題的思維模型，并利用模型揭示其本質(zhì)及規(guī)律?？茖W態(tài)度與社會責任：肯定電解原理對社會發(fā)展的重大貧獻，具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學觀念，能對與電解有關(guān)的社會熱點問題做出正確的價值判斷?！竞诵乃仞B(yǎng)發(fā)展目標】1.理解電解池的構(gòu)成、工作原理及應用，能書寫電極反應和總反應方程式。2.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施?！局R點解讀】知識點一電解的原理1.電解和電解池(1)電解：在電流作用下，電解質(zhì)在兩個電極上分別發(fā)生氧化反應和還原反應的過程。(2)電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學能的裝置。(3)電解池的構(gòu)成①有與電源相連的兩個電極。②電解質(zhì)溶液(或熔融電解質(zhì))。③形成閉合回路。2.電解池的工作原理(1)電極名稱及電極反應式(電解CuCl2溶液為例)總反應式：CuCl2eq\o(=====,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑(2)電子和離子的移動方向①電子：從電源負極流出后，流向電解池陰極；從電解池的陽極流出后流向電源的正極。②離子：陽離子移向電解池的陰極，陰離子移向電解池的陽極。3.陰陽兩極上放電順序(1)陰極：(與電極材料無關(guān))。氧化性強的先放電，放電順序：(2)陽極：若是活性電極作陽極，則活性電極首先失電子，發(fā)生氧化反應。若是惰性電極作陽極，放電順序為注意①陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液(或熔融電解質(zhì))中的陽離子放電。②最常用、最重要的放電順序為陽極：Cl－>OH－；陰極：Ag＋>Cu2＋>H＋。③電解水溶液時，K＋～Al3＋不可能在陰極放電，即不可能用電解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。4.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律4.用惰性電極電解電解質(zhì)溶液的規(guī)律類型實例電極反應特點或反應式電解產(chǎn)物溶液pH變化溶液復原電解水型含氧酸H2SO4溶液中的H＋和OH－分別在陰陽兩極放電：陰極：4H＋＋4e－===2H2↑陽極：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑H2O2減小水強堿NaOH增大活潑金屬的含氧酸鹽KNO3不變電解電解質(zhì)型無氧酸(氫氟酸除外)HCl電解質(zhì)電離的陰陽離子分別在兩極放電：陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑H2Cl2增大HCl不活潑金屬的無氧酸鹽CuCl2CuCl2CuCl2放氫生堿型活潑金屬的無氧酸鹽NaCl陰極水電離的H＋放電，陽極電解質(zhì)電離的陰離子放電陰極：H2陽極：Cl2增大HCl放氧生酸性不活潑金屬的含氧酸鹽AgNO3陽極水電離的OH－放電，陰極電解質(zhì)的陽離子放電陰極：Ag＋＋e－===AgAg陽極：O2減小Ag2O知識點二電解原理的應用1.氯堿工業(yè)陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應)陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應)總反應方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑2.電鍍與電解精煉電鍍電解精煉銅示意圖電極反應陽極Cu－2e－===Cu2＋Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋陰極Cu2＋＋2e－===CuCu2＋＋2e－===Cu電解質(zhì)溶液的濃度變化CuSO4溶液的濃度不變CuSO4溶液的濃度變小3.電冶金電解冶煉冶煉鈉冶煉鋁電極反應陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：2Na＋＋2e－===2Na陽極：6O2－－12e－===3O2↑陰極：4Al3＋＋12e－===4Al總反應2NaCl(熔融)eq\o(=====,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑2Al2O3(熔融)eq\o(=====,\s\up7(電解))4Al＋3O2↑知識點三金屬的腐蝕與防護1.金屬腐蝕的本質(zhì)金屬原子失去電子變?yōu)榻饘訇栯x子，金屬發(fā)生氧化反應。2.金屬腐蝕的類型(1)化學腐蝕與電化學腐蝕類型化學腐蝕電化學腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學腐蝕更普遍(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕以鋼鐵的腐蝕為例進行分析：類型析氫腐蝕吸氧腐蝕條件水膜酸性較強(pH≤4.3)水膜酸性很弱或呈中性電極反應負極Fe－2e－===Fe2＋正極2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－總反應式Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2聯(lián)系吸氧腐蝕更普遍3.金屬的防護(1)電化學防護①犧牲陽極的陰極保護法——原電池原理a.負極：比被保護金屬活潑的金屬；b.正極：被保護的金屬設(shè)備。②外加電流的陰極保護法——電解原理a.陰極：被保護的金屬設(shè)備；b.陽極：惰性金屬或石墨。(2)改變金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如制成合金、不銹鋼等。(3)加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法?！镜淅饰觥扛哳l考點一電解規(guī)律及電極產(chǎn)物的判斷【例1】（2021·全國乙卷）沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率，為解決這一問題，通常在管道口設(shè)置一對惰性電極(如圖所示)，通入一定的電流。下列敘述錯誤的是A．陽極發(fā)生將海水中的SKIPIF1<0氧化生成SKIPIF1<0的反應B．管道中可以生成氧化滅殺附著生物的SKIPIF1<0C．陰極生成的SKIPIF1<0應及時通風稀釋安全地排入大氣D．陽極表面形成的SKIPIF1<0等積垢需要定期清理【答案】D【解析】海水中除了水，還含有大量的Na+、Cl-、Mg2+等，根據(jù)題干信息可知，裝置的原理是利用惰性電極電解海水，陽極區(qū)溶液中的Cl-會優(yōu)先失電子生成Cl2，陰極區(qū)H2O優(yōu)先得電子生成H2和OH-，結(jié)合海水成分及電解產(chǎn)物分析解答。根據(jù)分析可知，陽極區(qū)海水中的Cl-會優(yōu)先失去電子生成Cl2，發(fā)生氧化反應，A正確；設(shè)置的裝置為電解池原理，根據(jù)分析知，陽極區(qū)生成的Cl2與陰極區(qū)生成的OH-在管道中會發(fā)生反應生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有強氧化性，可氧化滅殺附著的生物，B正確；因為H2是易燃性氣體，所以陽極區(qū)生成的H2需及時通風稀釋，安全地排入大氣，以排除安全隱患，C正確；陰極的電極反應式為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，會使海水中的Mg2+沉淀積垢，所以陰極表面會形成Mg(OH)2等積垢需定期清理，D錯誤。故選D?！咀兪教骄俊浚?020·山東卷）采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如下圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說法錯誤的是A.陽極反應SKIPIF1<0B.電解一段時間后，陽極室的pH未變C.電解過程中，H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D.電解一段時間后，a極生成的O2與b極反應的O2等量【答案】D【解析】a極析出氧氣，氧元素的化合價升高，做電解池的陽極，b極通入氧氣，生成過氧化氫，氧元素的化合價降低，被還原，做電解池的陰極。依據(jù)分析a極是陽極，屬于放氧生酸性型的電解，所以陽極的反應式是2H2O-4e-=4H++O2↑，故A正確；電解時陽極產(chǎn)生氫離子，氫離子是陽離子，通過質(zhì)子交換膜移向陰極，所以電解一段時間后，陽極室的pH值不變，故BC正確；電解時，陽極的反應為：2H2O-4e-=4H++O2↑，陰極的反應為：O2+2e-+2H+=H2O2，總反應為：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧氣，即是a極生成的氧氣小于b極消耗的氧氣，故D錯誤?！咀兪教骄俊?雙選)如圖所示，在一定電壓下用惰性電極電解由等物質(zhì)的量濃度的FeCl2、HCl組成的混合溶液。已知在此電壓下，陰、陽離子根據(jù)放電順序都可能在陽極放電，下列分析正確的是()A．C1電極上的電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑B．C1電極處溶液首先變棕黃色C．C2電極上可依次發(fā)生的電極反應為Fe2＋－e－=Fe3＋、2Cl－－2e－=Cl2↑D．當C1電極上有2g物質(zhì)生成時，就會有2NA個電子通過溶液發(fā)生轉(zhuǎn)移【答案】AC【解析】C1電極與電源的負極相連，做陰極，溶液中的H＋在陰極放電，電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，A正確；C1電極上H＋放電生成H2，C2電極與電源的正極相連，做陽極，F(xiàn)e2＋的還原性強于Cl－，則依次發(fā)生的電極反應為Fe2＋－e－=Fe3＋、2Cl－－2e－=Cl2↑，故C2電極處溶液首先變棕黃色，B錯誤，C正確；電子只能通過導線傳遞，不能通過溶液傳遞，D錯誤。高頻考點二電極反應式的書寫與判斷【例2】[2019新課標Ⅲ節(jié)選]近年來，隨著聚酯工業(yè)的快速發(fā)展，氯氣的需求量和氯化氫的產(chǎn)出量也隨之迅速增長。因此，將氯化氫轉(zhuǎn)化為氯氣的技術(shù)成為科學研究的熱點?；卮鹣铝袉栴}：（4）在傳統(tǒng)的電解氯化氫回收氯氣技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學家最近采用碳基電極材料設(shè)計了一種新的工藝方案，主要包括電化學過程和化學過程，如下圖所示：負極區(qū)發(fā)生的反應有____________________（寫反應方程式）。電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，需消耗氧氣__________L（標準狀況）?！敬鸢浮浚?）Fe3++e?=Fe2+，4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O5.6【解析】（4）電解過程中，負極區(qū)即陰極上發(fā)生的是得電子反應，元素化合價降低，屬于還原反應，則圖中左側(cè)為負極反應，根據(jù)圖示信息知電極反應為：Fe3++e?＝Fe2+和4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O；電路中轉(zhuǎn)移1mol電子，根據(jù)電子得失守恒可知需消耗氧氣的物質(zhì)的量是1mol÷4＝0.25mol，在標準狀況下的體積為0.25mol×22.4L/mol＝5.6L?！痉椒记伞竣贂鴮戨娊獬氐碾姌O反應式時，可以用實際放電的離子表示，但書寫電解池的總反應時，弱電解質(zhì)要寫成分子式。如用惰性電極電解食鹽水時，陰極反應式為2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)；總反應離子方程式為2Cl－＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解))2OH－＋H2↑＋Cl2↑。②電解水溶液時，應注意放電順序，位于H＋、OH－之后的離子一般不參與放電。③Fe3＋在陰極上放電時生成Fe2＋而不是得到單質(zhì)Fe?！咀兪教骄俊?2018·全國卷Ⅰ，13)最近我國科學家設(shè)計了一種CO2＋H2S協(xié)同轉(zhuǎn)化裝置，實現(xiàn)對天然氣中CO2和H2S的高效去除。示意圖如下所示，其中電極分別為ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯電極區(qū)發(fā)生反應為：①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋②2EDTA-Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋該裝置工作時，下列敘述錯誤的是()A.陰極的電極反應：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2OB.協(xié)同轉(zhuǎn)化總反應：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC.石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需為酸性【答案】C【解析】由題中信息可知，石墨烯電極發(fā)生氧化反應，為電解池的陽極，則ZnO@石墨烯電極為陰極。陽極接電源正極，電勢高，陰極接電源負極，電勢低，故石墨烯上的電勢比ZnO@石墨烯上的高，C項錯誤；由題圖可知，電解時陰極反應式為CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A項正確；將陰、陽兩極反應式合并可得總反應式為CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B項正確；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D項正確。高頻考點三電子守恒在電化學計算中的應用【例3】以石墨電極電解200mLCuSO4溶液，電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量n(e－)與產(chǎn)生氣體總體積V(標準狀況)的關(guān)系如圖所示，下列說法中正確的是()A．電解前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為2mol·L－1B．忽略溶液體積變化，電解后所得溶液中c(H＋)＝2mol·L－1C．當n(e－)＝0.6mol時，V(H2)∶V(O2)＝3∶2D．向電解后的溶液中加入16gCuO，則溶液可恢復到電解前的濃度【答案】B【解析】電解CuSO4溶液時，陽極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，陰極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，若陰極上沒有氫離子放電，則圖中氣體體積與轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量的關(guān)系曲線是直線，而題圖中是折線，說明陰極上還發(fā)生反應：2H＋＋2e－===H2↑。當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝eq\f(0.4mol,2)＝0.2mol，根據(jù)銅原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝eq\f(0.2mol,0.2L)＝1mol·L－1，A項錯誤；當轉(zhuǎn)移0.4mol電子時，生成n(H2SO4)＝0.2mol，隨后相當于電解水，因為忽略溶液體積變化，所以電解后所得溶液中c(H＋)＝eq\f(0.2mol×2,0.2L)＝2mol·L－1，B項正確；當n(e－)＝0.6mol時，發(fā)生反應：2CuSO4＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解),\s\do5())2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解),\s\do5())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項錯誤；因電解后從溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢復到電解前的濃度，D項錯誤?！痉椒记伞侩娀瘜W綜合計算的三種常用方法(1)根據(jù)總反應式計算先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據(jù)總反應式列出比例式計算。(2)根據(jù)電子守恒計算①用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。②用于混合溶液中電解的分階段計算。(3)根據(jù)關(guān)系式計算根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式?！咀兪教骄俊堪慈鐖D1所示裝置進行電解，A、B、C、D均為鉑電極，回答下列問題。(1)甲槽電解的是200mL一定濃度的NaCl與CuSO4的混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如圖2所示(氣體體積已換算成標準狀況下的體積，電解前后溶液的體積變化忽略不計)。①原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為_____mol·L－1，CuSO4的物質(zhì)的量濃度為______mol·L－1。②t2時所得溶液的pH＝________。(2)乙槽為200mLCuSO4溶液，乙槽內(nèi)電解的總離子方程式：_____________________：①當C極析出0.64g物質(zhì)時，乙槽溶液中生成的H2SO4為________mol。電解后，若使乙槽內(nèi)的溶液完全復原，可向乙槽中加入________(填字母)。A．Cu(OH)2B．CuOC．CuCO3D．Cu2(OH)2CO3②若通電一段時間后，向所得的乙槽溶液中加入0.2mol的Cu(OH)2才能恰好恢復到電解前的濃度，則電解過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)為________?！窘馕觥?1)①A、B、C、D均為惰性電極Pt，甲槽電解NaCl和CuSO4的混合液，陽極上離子放電順序為Cl－＞OH－＞SOeq\o\al(2－,4)，陰極上離子放電順序為Cu2＋＞H＋＞Na＋，開始階段陰極上析出Cu，陽極上產(chǎn)生Cl2，則題圖2中曲線Ⅰ代表陰極產(chǎn)生氣體體積的變化，曲線Ⅱ代表陽極產(chǎn)生氣體體積的變化。陽極上發(fā)生的反應依次為2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，由曲線Ⅱ可知，Cl－放電完全時生成224mLCl2，根據(jù)Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝eq\f(0.01mol×2,0.2L)＝0.1mol·L－1；陰極上發(fā)生的反應依次為Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑，由曲線Ⅱ可知Cu2＋放電完全時，陽極上產(chǎn)生224mLCl2和112mLO2，則電路中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.01mol×2＋0.005mol×4＝0.04mol，據(jù)得失電子守恒可知n(Cu2＋)＝0.04mol×eq\f(1,2)＝0.02mol，故混合液中c(CuSO4)＝eq\f(0.02mol,0.2L)＝0.1mol·L－1。②0～t1時間內(nèi)相當于電解CuCl2，電解反應式為CuCl2eq\o(=====,\s\up7(電解))Cu＋Cl2↑，t1～t2時間內(nèi)相當于電解CuSO4，而電解CuSO4溶液的離子反應為2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋，則生成H＋的物質(zhì)的量為0.005mol×4＝0.02mol，則有c(H＋)＝eq\f(0.02mol,0.2L)＝0.1mol·L－1，故溶液的pH＝1。(2)電解CuSO4溶液時，Cu2＋在陰極放電，水電離的OH－在陽極放電，電解的總離子方程式為2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋。①C極為陰極，電極反應式為Cu2＋＋2e－===Cu，析出0.64gCu(即0.01mol)時，生成H2SO4的物質(zhì)的量也為0.01mol。電解CuSO4溶液時，陰極析出Cu，陽極上產(chǎn)生O2，故可向電解質(zhì)溶液中加入CuO、CuCO3等使電解質(zhì)溶液完全復原。②加入0.2molCu(OH)2相當于加入0.2molCuO和0.2molH2O，則電解過程中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為0.2mol×2＋0.2mol×2＝0.8mol，即0.8NA個電子。【答案】(1)①0.10.1②1(2)2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(電解))2Cu＋O2↑＋4H＋①0.01BC②0.8NA高頻考點四電解原理的應用【例4】（2021·廣東高考）鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領(lǐng)域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的SKIPIF1<0均增大B．生成SKIPIF1<0，Ⅰ室溶液質(zhì)量理論上減少SKIPIF1<0C．移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應不變D．電解總反應：SKIPIF1<0SKIPIF1<0SKIPIF1<0【答案】D【解析】由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽極，水在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2O-4e-=O2↑+4H+，Ⅰ室中陽離子電荷數(shù)大于陰離子電荷數(shù)，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，鈷電極為陰極，鈷離子在陰極得到電子發(fā)生還原反應生成鈷，電極反應式為Co2++2e-=Co，Ⅲ室中陰離子電荷數(shù)大于陽離子電荷數(shù)，氯離子過陰離子交換膜由Ⅲ室向Ⅱ室移動，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2OSKIPIF1<02Co+O2↑+4H+。由分析可知，放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯誤；由分析可知，陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質(zhì)量減少18g，故B錯誤；若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發(fā)生氧化反應生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應會發(fā)生變化，故C錯誤；由分析可知，電解的總反應的離子方程式為2Co2++2H2OSKIPIF1<02Co+O2↑+4H+，故D正確；故選D。【變式探究】(2020·全國卷Ⅱ節(jié)選)(1)氯氣是制備系列含氯化合物的主要原料，可采用如圖所示的裝置來制取。裝置中的離子膜只允許________離子通過，氯氣的逸出口是________(填標號)。(2)(2020·全國卷Ⅱ節(jié)選)CH4和CO2都是比較穩(wěn)定的分子，科學家利用電化學裝置實現(xiàn)兩種分子的耦合轉(zhuǎn)化，其原理如圖所示：①陰極上的反應式為_____________________________________________________。②若生成的乙烯和乙烷的體積比為2∶1，則消耗的CH4和CO2體積比為________。【解析】(1)結(jié)合題圖電解裝置，可知陰極上水電離出的H＋得電子生成H2，Na＋從左側(cè)通過離子膜向陰極移動，即該裝置中的離子膜只允許Na＋通過；電解時陽極上Cl－失去電子，Cl2在a出口逸出。(2)①結(jié)合圖示可知CO2在陰極發(fā)生還原反應生成CO，即陰極上的反應式為CO2＋2e－=CO＋O2－。②設(shè)生成C2H4和C2H6的物質(zhì)的量分別為2mol和1mol，則反應中轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為4mol×2＋2mol×1＝10mol，根據(jù)碳原子守恒，可知反應的CH4為6mol；則由CO2→CO轉(zhuǎn)移10mol電子，需消耗5molCO2，則反應中消耗CH4和CO2的體積比為6∶5?！敬鸢浮?1)Na＋a(2)①CO2＋2e－=CO＋O2－②6∶5【變式探究】[2019·北京節(jié)選]氫能源是最具應用前景的能源之一，高純氫的制備是目前的研究熱點。（2）可利用太陽能光伏電池電解水制高純氫，工作示意圖如下。通過控制開關(guān)連接K1或K2，可交替得到H2和O2。①制H2時，連接_______________。產(chǎn)生H2的電極反應式是_______________________。②改變開關(guān)連接方式，可得O2。③結(jié)合①和②中電極3的電極反應式，說明電極3的作用：________________________?！敬鸢浮浚?）K12H2O+2e?=H2↑+2OH?連接K1或K2時，電極3分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移【解析】（2）①電極生成H2時，根據(jù)電極放電規(guī)律可知H+得到電子變?yōu)闅錃猓蚨姌O須連接負極，因而制H2時，連接K1，該電池在堿性溶液中，由H2O提供H+，電極反應式為2H2O+2e?=H2↑+2OH?；③電極3上NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化，其反應式為NiOOH+e?+H2O?Ni(OH)2+OH?，當連接K1時，Ni(OH)2失去電子變?yōu)镹iOOH，當連接K2時，NiOOH得到電子變?yōu)镹i(OH)2，因而作用是連接K1或K2時，電極3分別作為陽極材料和陰極材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互轉(zhuǎn)化提供電子轉(zhuǎn)移?！九e一反三】[2019·江蘇卷]CO2的資源化利用能有效減少CO2排放，充分利用碳資源。（2）電解法轉(zhuǎn)化CO2可實現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖如下。①寫出陰極CO2還原為HCOO?的電極反應式：。②電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是?！敬鸢浮浚?）①CO2+H++2e?=HCOO?或CO2+HCO3?+2e?HCOO?+CO32?②陽極產(chǎn)生O2，pH減小，HCO3?濃度降低；K+部分遷移至陰極區(qū)【解析】（2）①根據(jù)電解原理，陰極上得到電子，化合價降低，CO2＋HCO3?＋2e?=HCOO?＋CO32?，或CO2＋H＋＋2e?=HCOO?；②陽極反應式為2H2O?4e?=O2↑＋4H＋，陽極附近pH減小，H＋與HCO3?反應，同時部分K＋遷移至陰極區(qū)，所以電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低。高頻考點五金屬腐蝕與防護【例5】（2020·江蘇卷）將金屬M連接在鋼鐵設(shè)施表面，可減緩水體中鋼鐵設(shè)施的腐蝕。在題圖所示的情境中，下列有關(guān)說法正確的是A.陰極的電極反應式為SKIPIF1<0B.金屬M的活動性比Fe的活動性弱C.鋼鐵設(shè)施表面因積累大量電子而被保護D.鋼鐵設(shè)施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快【答案】C【解析】該裝置為原電池原理的金屬防護措施，為犧牲陽極的陰極保護法，金屬M作負極，鋼鐵設(shè)備作正極，據(jù)此分析解答。陰極的鋼鐵設(shè)施實際作原電池的正極，正極金屬被保護不失電子，故A錯誤；陽極金屬M實際為原電池裝置的負極，電子流出，原電池中負極金屬比正極活潑，因此M活動性比Fe的活動性強，故B錯誤；金屬M失電子，電子經(jīng)導線流入鋼鐵設(shè)備，從而使鋼鐵設(shè)施表面積累大量電子，自身金屬不再失電子從而被保護，故C正確；海水中的離子濃度大于河水中的離子濃度，離子濃度越大，溶液的導電性越強，因此鋼鐵設(shè)施在海水中的腐蝕速率比在河水中快，故D錯誤；故選C。【方法技巧】判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕速率的快慢：電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護措施的腐蝕。(2)對同一金屬來說，在不同溶液中腐蝕速率的快慢：強電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中。(3)活動性不同的兩種金屬，活動性差別越大，腐蝕速率越快。(4)對同一種電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)濃度越大，金屬腐蝕越快。【變式探究】(2019·上海卷)關(guān)于右圖裝置，敘述錯誤的是()A．石墨電極反應O2＋4H＋＋4e－=2H2OB．鼓入少量空氣，會加快Fe的腐蝕C．加入少量的NaCl，會加快Fe的腐蝕D．加入HCl，石墨電極反應式：2H＋＋2e－=H2↑【答案】A【解析】A．鋼鐵在接近中性的潮濕的空氣中腐蝕屬于吸氧腐蝕，石墨作正極，電極反應為2H2O＋O2＋4e－=4OH－，錯誤；B.鐵發(fā)生的是吸氧腐蝕，鼓入少量的空氣，增加了氧氣的量，加快腐蝕，正確；C