第19讲--电解池--金属的电化学腐蚀与防护(练)(全国通用)(解析版).docx

第19讲 电解池　金属的电化学腐蚀与防护
第一部分：高考真题感悟
1．（2022·广东·高考真题）科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是

A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
【答案】C
【解析】A．由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；C．放电时负极反应为，正极反应为，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；D．充电时阳极反应为，阴极反应为，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；答案选C。
2．（2022·北京·高考真题）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示意图
序号
电解质溶液
实验现象

①

阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有
②

阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无元素
下列说法不正确的是
A．①中气体减少，推测是由于溶液中减少，且覆盖铁电极，阻碍与铁接触
B．①中检测到，推测可能发生反应：
C．随阴极析出，推测②中溶液减少，平衡逆移
D．②中生成，使得比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密
【答案】C
【解析】由实验现象可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，一段时间后，铜离子在阴极失去电子发生还原反应生成铜；实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层。A．由分析可知，实验①时，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，反应和放电生成的铜覆盖铁电极，阻碍氢离子与铁接触，导致产生的气体减少，故A正确；B．由分析可知，实验①时，铁做电镀池的阴极，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应生成亚铁离子、氢气和铜，可能发生的反应为，故B正确；C．由分析可知，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，平衡向正反应方向移动，故C错误；D．由分析可知，实验②中铜离子与过量氨水反应生成四氨合铜离子，四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，在铁表面得到比实验①更致密的镀层，故D正确；故选C。
3．（2022·辽宁·高考真题）某储能电池原理如图。下列说法正确的是

A．放电时负极反应：
B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移
C．放电时每转移电子，理论上吸收
D．充电过程中，溶液浓度增大
【答案】A
【解析】放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2。A． 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确；B． 放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；C． 放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误；D． 充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误；故选A。
4．（2022·海南·高考真题）一种采用和为原料制备的装置示意图如下。

下列有关说法正确的是
A．在b电极上，被还原
B．金属Ag可作为a电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
D．电解过程中，固体氧化物电解质中不断减少
【答案】A
【解析】由装置可知，b电极的N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b为阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，a为阳极，电极反应式为2O2-+4e-=O2；A．由分析可得，b电极上N2转化为NH3，N元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A正确；B．a为阳极，若金属Ag作a的电极材料，则金属Ag优先失去电子，B错误；C．改变工作电源的电压，电流强度发生改变，反应速率也会改变，C错误；D．电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，阳极电极反应式为2O2-+4e-=O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D错误；答案选A。
5．（2022·湖北·高考真题）含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备，过程如图所示(为甲基)。下列说法正确的是

A．生成，理论上外电路需要转移电子
B．阴极上的电极反应为：
C．在电解过程中向铂电极移动
D．电解产生的中的氢元素来自于
【答案】D
【解析】A．石墨电极发生反应的物质：P4→化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：，则生成，理论上外电路需要转移电子，A错误；B．阴极上发生还原反应，应该得电子，为阳极发生的反应， B错误；C．石墨电极：P4→发生氧化反应，为阳极，铂电极为阴极，应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；D．由所给图示可知HCN在阴极放电，产生和，而HCN中的H来自，则电解产生的中的氢元素来自于，D正确；故选D。
第二部分：最新模拟精练
完卷时间：50分钟
一、选择题（每小题只有一个正确选项，共12*5分）
1．（2022·新疆·二模）电解合成1 ，2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是

A．a为电源正极
B．该装置总反应为CH2 =CH2 +2NaCl+2H2OClCH2CH2Cl+2NaOH+H2
C．X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜
D．液相反应为CH2 =CH2+2CuCl2 = ClCH2CH2Cl+ 2CuCl(s)
【答案】C
【解析】图中电源b端所连电极发生反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，说明这一极为电解池的阴极，b为电源负极，NaCl溶液中的Na+通过阳离子交换膜Y进入右侧阴极区生成NaOH，NaCl溶液中的Cl-通过阴离子交换膜X进入左侧阳极区发生反应CH2 =CH2+2Cl--2e- = ClCH2CH2Cl。A．据分析可知Cl-在此失电子被氧化，因此a所连电极为电解质的阳极，a为电源正极，A选项正确；B．该装置中阳极反应式CH2 =CH2+2Cl--2e- = ClCH2CH2Cl，阴极反应式2H2O+2e-=H2↑+2OH-，总反应式为CH2 =CH2 +2NaCl+2H2OClCH2CH2Cl+2NaOH+H2，B选项正确；C．据题目分析可知X、Y依次为阴离子交换膜、阳离子交换膜，C选项错误；D．由物质进出方向可知液相反应为CH2 =CH2+2CuCl2 = ClCH2CH2Cl+ 2CuCl(s)，D选项正确；故选 C。
2．（2022·江西·三模）“碳中和”大背景下，一种利用Ag－Cu纳米阴极将CO2电化学转化为C2H4或C2H5OH的装置如图所示。下列说法正确的是

A．M极应与外接电源的正极相连
B．装置中离子透过膜为阴离子透过膜
C．装置工作时，N极区SO的浓度不变(N极为石墨电极)
D．M极生成乙醇的电极反应式为2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O
【答案】D
【解析】该装置为电解池装置，M极二氧化碳转变为乙烯、乙醇等，发生还原反应，故M极为阴极，N极为阳极。阴极反应：2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O、2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O；阳极为水失电子生成氧气和氢离子，故氢离子通过交换膜向左移动，为阳离子交换膜。A．M极为阴极，与外接电源的负极相连，A错误；B．由分析可知，为阳离子交换膜B错误；C．阳极水失电子，氢离子向左迁移，水减少了，硫酸根离子浓度增大，C错误；D．由分析可知生成乙醇的电极反应为2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O，D正确；故选D。
3．（2022·甘肃平凉·二模）某科研小组研制了一种通过电解将草酸(HOOC-COOH)转化为羟基乙酸(HOCH2COOH)的装置。固体聚合物为两面分别是以Y2O3为基质的阳极和TiO2涂覆的阴极，H+可通过固体聚合物电解质。其装置如图所示，下列说法错误的是

A．电源的a极为负极
B．电解池工作时，H+通过固体聚合物电解质向右移动
C．为增强阳极电解液的导电性，可在水中添加适量Na2SO4
D．阴极上的电极反应式为HOOC-COOH+4H++4e-=HOCH2COOH+H2O
【答案】B
【解析】由外接电源，本题主要考查电解池相关知识。A．根据图示，电解池中右侧电极水失电子生成氧气，右侧点击为电解池阳极，则电源的b极是正极、a极为负极，故A正确；B．电解池左侧为阴极、右侧为阳极，电解池工作时，H+通过固体聚合物电解质向左(阴极)移动，故B错误；C．右侧电极水失电子生成氧气，阳极电解液中添加适量Na2SO4，电极反应不变，故C正确；D．阴极草酸得电子生成羟基乙酸，电极反应式为HOOC-COOH+4H++4e-=HOCH2COOH+H2O，故D正确；选B。
4．（2022·四川凉山·三模）如图是利用KCl、NaNO3为原料制取KNO3和NaCl的电化学装置，A、C代表不同类别的选择性离子通过膜，M、N为电极，下列有关说法中正确的是

A．A为阳离子交换膜，C为阴离子交换膜
B．该装置中电子由电极b流向电极N，电极M流向电极a
C．电解总反应：KCl+NaNO3KNO3+NaCl
D．可以用纯铜作为M电极的材料
【答案】B
【解析】M极通入KCl溶液，N极通入NaNO3溶液，整个过程电解制取KNO3和NaCl，则M极上Cl-放电，故M为阳极，N为阴极，阴极反应生成为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，左1室与右3室均通入KCl溶液，右1室与左3室均通入NaNO3溶液，由于阳离子向阴极移动、阴离子向阳极移动，故左3室中NO3-通过膜A移向左2室、Na+通过膜C移向中间室(左4室)，右3室中Cl-通过膜A移中间室(左4室)、K+通过膜C移向右2室，在中间室获得NaCl，则左2室、右2室获得KNO3，A膜为阴离子交换膜、C膜为阳离子交换膜。A． 由分析C为阳离子交换膜，A为阴离子交换膜，故A错误；B． M为阳极，N为阴极，该装置中电子由电极b流向电极N，电极M流向电极a，故B正确；C． 电解总反应：2Cl-+2H2OCl2↑+H2↑+2OH-，故C错误；D． 铜的还原性强于氯离子，M为阳极，不可以用纯铜作为M电极的材料，故D错误；故选B。
5．（2022·四川雅安·三模）硬水除垢可以让循环冷却水系统稳定运行。某科研团队改进了主动式电化学硬水处理技术，原理如图 (R表示有机物)所示。下列说法错误是

A．a端为电源正极，处理后的水垢沉积在阴极底部
B．处理过程中C1-可以循环利用
C．铂电极M发生的电极反应式：2Cl- +2e- =Cl2↑； 2H2O+4e- =O2↑+4H+
D．铂电极M处产生的H+移向铂电极N
【答案】C
【解析】由M极上Cl-失电子生成Cl2可知M为阳极，发生的电极反应式：2Cl- -2e- =Cl2↑； 2H2O-4e- =O2↑+4H+，N为阴极，电极反应式为2H2O+2e- =H2↑+2OH-；A．由M极上Cl-失电子生成Cl2可知M为阳极，则a为电源正极，硬水中存在Mg2+、Ca2+和，阴极放电产生OH-，OH-与Mg2+结合生成Mg(OH)2，OH-与反应生成，Ca2+与结合生成CaCO3，Mg(OH)2和CaCO3主要沉降在阴极附近，故A正确；B．阳极产生氯气，氯气与水反应生成次氯酸和HCl，HClO能将有机物氧化为二氧化碳和水，HClO自身被还原为氯离子，Cl-可以循环利用，故B正确；C．铂电极M为阳极，失电子发生氧化反应，发生的电极反应式：2Cl- -2e- =Cl2↑； 2H2O-4e- =O2↑+4H+，故C错误；D．铂电极M为阳极，N为阴极，阳离子移向阴极，则H+移向铂电极N，故D正确；故选：C。
6．（2022·安徽师范大学附属中学模拟预测）近日，我国学者在Science报道了一种氯离子介导的电化学合成方法，能将乙烯高效清洁、选择性地转化为环氧乙烷，电化学反应的过程如图所示。在电解结束后，将阴、阳极电解液输出混合，便可反应生成环氧乙烷。下列叙述错误的是

A．电解过程中Cl-透过交换膜向左侧移动
B．电解结束溶液混合后KCl的浓度与电解前的相等
C．每生成1mol环氧乙烷，理论上电路中转移电子数为2NA
D．工作过程中Ni电极附近的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑
【答案】B
【解析】由图示可知，在Pt电极附近通入乙烯，所以Pt电极氯离子失电子生成氯气，Pt电极为阳极，Ni电极为阴极，阴极反应式为。A．Pt电极为阳极，Ni电极为阴极，电解过程中Cl-透过交换膜向左侧移动，故A正确；B．总反应为，电解结束溶液混合后，溶剂水的质量减小，所以KCl的浓度比电解前增大，故B错误；C．根据，每生成1mol环氧乙烷同时生成1mol氢气，理论上电路中转移电子数为2NA，故C正确；D．Ni电极为阴极，工作过程中Ni电极附近的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，生成KOH生成，故D正确；选B。
7．（2022·河南·模拟预测）氯化氢回收氯气技术近年来为科学研究的热点，一种新的氯化氢电解回收氯气的过程如图。下列说法正确的是

A．石墨电极连接电源正极
B．H+透过交换膜从石墨电极向铂电极移动
C．石墨电极区域的电极反应为Fe3++e- =Fe2+
D．随着反应的进行，阴阳两极电解质溶液pH均升高。
【答案】D
【解析】石墨电极中Fe3+转化为Fe2+，得电子则在电解池中作为阴极，连接电源的负极，氧气将生成的Fe2+氧化为Fe3+；铂电极为阳极，氯化氢失电子产生氯气。A．根据离子转化关系，石墨电极为阴极，连接电源负极，选项A错误；B．H+透过交换膜从阳极(铂电极)向阴极(石墨电极)移动，选项B错误；C．该过程Fe3+循环再生，石墨电极实际上是氧气得电子，电极反应为4H++O2+4e-=2H2O，选项C错误；D．随着反应的进行，阳极氢离子向阴极移动，移动过来的H+在阴极又参与反应生成了水，所以阴阳两极电解质溶液pH均升高，选项D正确；答案选D。
8．（2022·四川省泸县第二中学一模）对氨基苯甲酸()是一种用途广泛的化工产品和医药中间体，以对硝基苯甲酸( )为原料，采用电解法合成它的装置如图。下列说法中正确的是

A．左边电极电势比右边高
B．每转移1mole-时，阳极电解质溶液的质量减少8g
C．阴极的主要电极反应式为 +6e-+6H+→+2H2O
D．反应结束后阳极区pH增大
【答案】C
【解析】金属阳极DSA发生2H2O-4e-=O2+4H+，阴极的主要电极反应式为 +6e-+6H+→+2H2O。A．金属阳极DSA发生2H2O-4e-=O2+4H+，右侧为阳极，左侧为阴极，右边电极电势比左边高，故A错误；B．阳极发生反应2H2O-4e-=O2+4H+，氧气逸出，氢离子跨过阳离子交换膜移向阴极，当转移4mole-时，阳极电解质溶液减少2mol水，则转移1mole-时，阳极电解质溶液减少0.5mol水，质量为9g，故B错误；C．阴极上对硝基苯甲酸得电子发生还原反应，生成对氨基苯甲酸，则阴极的主要电极反应式为 +6e-+6H+→+2H2O，故C正确；D．由B项分析知，阳极反应消耗阳极区的水，则反应结束后阳极区硫酸的浓度增大，pH减小，故D错误；故选：C。
9．（2022·河南河南·模拟预测）一种采用SOEC共电解H2O/CO2技术合成CH4的工作原理如图所示。图中三相界面即电子导体相、离子导体相和气相共存的界面。

下列说法正确的是
A．电解时，M电极与电源的负极相接
B．电解时，阴极电极反应式之一为CO2+2e-=CO+O2-
C．若电解过程中生成22. 4 L CH4，则转移电子的数目一定为6NA
D．若该装置能为外界提供电力，则M电极为负极
【答案】B
【解析】A． M电极处生成O2，应为O2-失去电子生成O2，为阳极，与电源的正极相连，故A错误；B． 阴极电极处，CO2→CO，H2O→H2，CO2→CH4，故阴极电极反应式之一为CO2+2e-=CO+O2-，故B正确；C． 没有指明为标准状况，故无法计算甲烷的物质的量，且阴极除了生成甲烷外，还生成氢气和CO，故不能计算转移电子数，故C错误；D． 若该装置能为外界提供电力，为电解池，O2→O2-，M电极为正极，故D错误；故选B。
10．（2022·广东广州·三模）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，设计下表实验。将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞。从胶头滴管中一次性滴入醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。下列说法不正确的是

编号
实验目的
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/
醋酸/
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
2.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
a
36.0
2.0
③
M
0.2
2.0
90.0
2.0
A．
B．M为“碳粉质量的影响”
C．该实验一共探究了4种影响因素
D．铁发生电化学腐蚀负极反应为
【答案】C
【解析】A．由表格数据可知，①②的实验目的为探究醋酸浓度对铁发生电化学腐蚀类型的影响，由变量唯一化原则可知，实验中①和②的醋酸浓度不同，所以铁粉的质量应该相同，所以a为2.0，故A正确；B．由表格数据可知，①和③的碳粉质量不同，其他条件完全相同，所以实验目的是探究碳粉质量对铁发生电化学腐蚀类型的影响，故B正确；C．由表格数据可知，该实验只探究了醋酸浓度、碳粉质量对铁发生电化学腐蚀类型的影响，故C错误；D．铁发生电化学腐蚀时，铁做负极失去电子被损耗，电极反应式为，故D正确；故选C。
11．（2022·湖北·天门市教育科学研究院模拟预测）我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。某高校研究团队提出，利用TiO2基催化剂光催化还原CO2转化为甲醇，并利用产生的电能进一步电解制备新型高效净水剂Na2FeO4其原理如图所示。下 列说法正确的是

A．电极c为负极，发生还原反应。
B．电极d的电极反应式为2H2O+4e -=O2↑+ 4H+
C．Fe电极的电势高于Cu电极的电势
D．离子交换膜n、m分别为阴、阳离子交换膜
【答案】C
【解析】电极c上CO2转化为甲醇其中C元素化合价降低，则c为正极，电极d上水转化为氧气，O元素化合价升高，则d为负极，与电源负极相连的是电解池的阴极，则Cu为阴极，Fe为阳极；A．电极c上CO2转化为甲醇其中C元素化合价降低，c为正极，A错误；B．电极d上水转化为氧气，O元素化合价升高，则d为负极，发生氧化反应，电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+ 4H+，B错误；C．与电源负极相连的是电解池的阴极，则Cu为阴极，Fe为阳极，则Fe电极的电势高于Cu电极的电势，C正确；D．电解池中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，则钠离子移向Cu极，n为阳离子交换膜，D错误；故选：C。
12．（2022·江西抚州·模拟预测）含可钝化金属的工业管道或反应器，由于会被内部溶液腐蚀，通过外接电源而钝化，称之为阳极保护法。下图是某金属外接电势与电流密度的变化关系，有关说法正确的是

A．阳极保护法中受保护的金属外接电源的负极
B．电流密度越大，金属受保护程度越好
C．CFD区，金属受到保护
D．外接电势越高，对金属保护性越有效
【答案】C
【解析】A．金属从活态向钝态的转变叫钝化；而通过外接电源而钝化的阳极保护法，指的是使受保护的金属作为阳极，通过外加电流使阳极极化，电位强烈正移，腐蚀速率大幅度降低，所以，阳极保护法中受保护的金属外接电源的正极，A错误；B．代表的是金属钝化的难易程度，即开始的时候电流密度越大，此时金属溶解，表示金属越难钝化，所以并非电流密度越大，金属受保护程度越好，B错误；C．当外接电势超过后，金属开始钝化，从到都是金属钝化较稳定的范围，所以CFD区，金属受到保护，C正确；D．外接电势超过后，电流密度又持续增加了，腐蚀速度又加快了，所以并非外接电势越高，对金属保护越有效，D错误；故合理选项为C。
二、主观题（共3小题，共40分）
13．（2021·北京·模拟预测）（14分）电化学普遍应用于生活和生产中，前途广泛，是科研的重点方向。
(1)为处理银器表面的黑斑()，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，可转化为Ag。食盐水的作用为___________。
(2)用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯和，其原理如图所示(导电壳内部为纳米铁)。

①正极电极反应式为：___________。
②在标准状况下，当电路中有0.4mol电子转移时，就会有___________L乙烷生成。
(3)一种钾离子电池的工作原理如图所示。

①放电时通过阳离子交换膜向___________电极移动(填“石墨”或“”)。
②充电时，阳极的电极反应式为：___________。
(4)已知双极膜是一种复合膜，在电场作用下双极膜中间界面内水解离为和并实现其定向通过。用下图所示的电化学装置合成重要的化工中间体乙醛酸。

①阴极电极反应式为___________。
②其中的作用是___________。
③制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了___________mol电子。
【答案】（除标注外，每空2分）(1)作电解质溶液（1分）    
(2)①    ②1.12    
(3)①K0.5MnO2（1分）     ②    
(4)① ②Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物 ③2
【解析】(1)为处理银器表面的黑斑(Ag2S)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，该装置构成原电池，食盐水作电解质溶液，形成原电池，故答案为：作电解质溶液；
(2)①原电池正极得电子发生还原反应，据题图可知在酸性条件下，正极上C2HCI3，被还原为乙烷，则电极反应式为；
②根据电极反应式，当电路中有0.4mol电子转移时,就会有0.05mol乙烷生成，其体积是；
(3)①放电时为原电池，K+通过阳离子交换膜由负极石墨电极向正极K0.5MnO2移动；
②充电时为电解池，阴阳极反应与原电池负正极反应相反，即阳极反应式为；
(4)①阴极发生还原反应，其电极反应式为；
②该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物；
③阳极区和阴极区均有乙醛酸生成，且1mol乙二酸转化为1mol乙醛酸、与1mol乙二醛转化为1mol乙醛酸均转移2mol电子，根据电子守恒，理论上外电路中迁移2mol电子，则制得2mol乙醛酸。
14．（2021·北京·模拟预测）（16分）电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
(1)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示：

①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的___________(填正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_____________________。
②a极区pH___________(填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用___________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
(2)电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为___________。用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：

则D的化学式为___________；阳极的电极反应式为___________；阳离子迁移方向是___________。
(3)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图所示：

①阴极的电极反应式为___________。
②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为___________。
【答案】（除标注外，每空2分）
(1)①正极（1分）②Cl-－5e-＋2H2O=ClO2↑＋4H＋ 增大 （1分）③阳（1分）
(2)2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O KOH（1分）－e-= K＋由阳离子交换膜左侧向右侧迁移
(3)①NO＋5e－＋6H＋=＋H2O ②1∶4
【解析】(1)①根据题意可知，Cl－放电生成ClO2的电极为阳极，接电源的正极。根据元素守恒，有水参加反应，同时生成H＋，电极反应式为Cl－－5e－＋2H2O=ClO2↑＋4H＋；②a极区为阴极区，电极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阴极区OH－浓度增大，溶液的pH增大；③根据溶液中电荷守恒的规律，图中应使用阳离子交换膜。
(2)软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH小火加热至熔融，得到K2MnO4，Mn元素化合价由＋4价升为＋6价，则空气中的O2作氧化剂，化学方程式为2MnO2＋4KOH＋O2 2K2MnO4＋2H2O；电解锰酸钾溶液时，阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，K＋通过阳离子交换膜由左侧向右侧迁移，所以D是氢氧化钾溶液，阳极上失电子生成，电极反应式为－e－===。
(3)①由图示可知，NO在阴极上得电子生成，电极反应式为NO＋5e－＋6H＋=＋H2O；②NO在阳极上失电子生成，电极反应式为NO－3e－＋2H2O =＋4H＋，电解总反应式为8NO＋7H2O 3NH4NO3＋2HNO3，故当实际参加反应的NO为8 mol时，要将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，还应通入2 mol NH3，则n(NH3)∶n(NO)＝2 mol∶8 mol＝1∶4。
15．（2022·重庆·三模）（10分）回答下列问题：
(1)我国某科研团队设计了一种电解装置，将CO2和NaCl高效转化为CO和NaClO，原理如图1所示：

通入CO2气体的一极为_______(填“阴极”、“阳极”、“正极”或“负极”)，写出该极的电极反应式：_______。
(2)全钒液流电池是利用不同价态的含钒离子在酸性条件下发生反应，其电池结构如图2所示。已知酸性溶液中钒以VO(黄色)、V2+(紫色)、VO2+(蓝色)、V3+(绿色)的形式存在。放电过程中，电池的正极反应式为________，右侧储液罐中溶液颜色变化为_______。

(3)如果用全钒液流电池作为图1电解装置的电源则催化电极b应与该电池的_______极(填“X’或“Y’)相连；若电解时电路中转移0.4mol电子，则理论上生成NaClO的质量为_______g；
【答案】（除标注外，每空2分）(1) 阴极（1分）2H++CO2+2e-=CO+H2O
(2)2H++VO+e-=VO2++H2O  溶液由紫色变为绿色
(3)X（1分） 14.9 
【解析】(1)该装置为电解池，CO2→CO，碳元素化合价降低，发生还原反应，则通入CO2气体的一极为阴极，电极反应式：2H++CO2+2e-=CO+H2O；
(2)由电子流入的一极为正极，则X为正极，放电时正极上反应式：2H++VO+e-=VO2++H2O；放电过程中，右罐为负极，反应式：V2+-e-═V3+，则溶液颜色逐渐由紫色变为绿色；
(3)图2是原电池，Y极电子流出，则Y为负极，X为正极，图1是电解池，催化电极b是阳极，由电解池的阳极接原电池的正极，则催化电极b应与该电池的X极，催化电极b的电极反应式为：H2O+Cl--2e-=HClO+H+，电路中转移0.4mol电子，则理论上生成0.2mol NaClO，质量为m=nM=0.2mol×74.5g/mol=14.9g。