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猜押 电化学装置分析
猜押考点
考情分析
押题依据
原电池、化学
电源
高考对于电化学板块内容的
考查变化变化不大,主要考查陌
生的原电池装置和电解池装置的
分析,对于电解池的考查概率有
所提高,特别是利用电解池生产
化工品和处理环境污染物成为命
题特点。问题的落脚点主要是在
电极的极性判断、两极发生的反
应情况和电解液成分的参与情况
这些问题上。
命题趋势:1.原电池和电解池的工
作原理及区别;2.电极反应式的书
写;3.电子转移和离子迁移方向;
4.电化学装置中的能量转换;5.电
化学腐蚀与防护;
押题方向:1.新型电池技术(如锂
离子电池、燃料电池);2.电化学
在环境保护中的应用(如电化学
降解污染物);3.实验设计与数据
分析
电解池的工作
原理及应用
押题一 原电池、化学电源
1.各类材料的应用推动了科技发展,下列说法正确的是
A.废电池必须进行集中处理,因为电池外壳为贵重金属材料,需要回收利用
B.天舟六号货运飞船主体材料铝合金的硬度高于金属铝
C.纸电池是近年来电池研发领域的新成果,原电池的电极必须使用金属材料
D.“长征一号”运载火箭使用的是液氧煤油发动机,煤油主要由煤的干馏获得
【答案】B
【解析】A.废电池必须进行集中处理,因为电池外壳为重金属材料,重金属离子污染土壤和水源,故A
错误;
B.合金的硬度大于成分金属,所以铝合金的硬度高于金属铝,故B 正确;
C.原电池的电极可以是导电性良好的非金属材料,故C 错误;
D.煤油主要由石油分馏获得,故D 错误;
选B。
2.用如图所示装置进行实验,电流计指针偏转。下列说法不正确的是
1
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A.该装置将化学能转化为电能
B.
从
极经阳离子交换膜移向极
C.工作一段时间后,
极附近的
减小D.该装置的总反应为
【答案】D
【分析】对于H2、Cl2、KOH 燃料电池,通H2的a 电极失电子,作负极;通入Cl2的b 电极得电子,作正极。
【解析】A.该装置是燃料电池为原电池,将化学能转化为电能,A 正确;
B.在原电池中,阳离子向正极移动,则K+从a 极经阳离子交换膜移向b 极,B 正确;
C.原电池工作时,a 极发生反应H2+2OH--2e-=2H2O,则工作一段时间后,a 极附近的pH 减小,C 正确;
D.负极反应为H2+2OH--2e-=2H2O,正极反应为Cl2+2e-=2Cl-,则该装置的总反应为H2+Cl2+2OH-=2Cl-+2H2O,D
不正确;
答案选D。
3.下图为两种原电池。Ⅱ中各组物质中,能构成原电池且反应原理与Ⅰ相同的是
选
项
a 电
极
X 溶
液
Y 溶
液
A
Fe
硫酸
铜
氯化
铁
B
Zn
氯化
硫酸
2
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铁
铜
C
Pt
硫酸
铜
氯化
铁
D
C
氯化
铁
硫酸
铜
A.A
B.B
C.C
D.D
【答案】C
【分析】Ⅰ中铁离子得到电子发生还原反应、铜失去电子发生氧化反应从而构成原电池,总反应为
;对于双液原电池(
)
Ⅱ,负极(Cu)对应电解质溶液为负极金属对应阳离子的盐(硫酸
铜)溶液;正极可选用比负极活泼性弱的金属(Pt)或导电非金属(C),正极对应的电解质溶液为与负极发生
氧化还原反应的电解质(氯化铁)溶液。
【解析】A.根据分析,a 极选用Fe,其活泼性强于Cu,不符合题意,故A 项错误;
B.根据分析,a 极选用Zn,其活泼性强于Cu,且X 溶液应为含Cu2+的盐溶液,故B 项错误;
C.根据分析,a 极选用Pt,其活泼性弱于Cu,且电解质溶液均符合要求,故C 项正确;
D.a 极选用碳棒符合题意,X、Y 电解质溶液应分别为CuSO4、FeCl3溶液,故D 项错误。
故选C。
4.瑞士科学家开发了一种由水激活的一次性印刷纸电池,研究人员先从一张浸入盐水后晾干的纸开始。
首先在纸张的一侧涂上含有石墨粉的墨水,背面涂有含有锌粉的墨水,而纸张本身充当隔膜,因此这种特
殊的纸张就成为了电池。其结构示意图如图所示。下列有关说法不正确的是
A.当纸变湿时,纸中的盐会溶解并释放带电离子,从而使电解质具有导电性,起到电解质溶液的作用
B.Zn 电极作负极,发生的电极反应为
3
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C.该印刷纸电池的总反应为
D.若外电路转移
电子,Zn 电极上因Zn 损耗减轻的质量为0.065g
【答案】D
【解析】A.纸中的盐遇水溶解,形成电解质溶液,可导电,A 正确;
B.由图可知,Zn 作负极发生氧化反应,电极反应为
,B 正确;
C.正极反应为
,负极生成的
最终转化为ZnO、H2O、OH-,故电池
的总反应为
,C 正确;
D.负极上,Zn 最终转化成ZnO,Zn 电极质量增加,D 错误;
故答案选D。
5.某化学兴趣小组为了探究电极材料在原电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录
如下:
实验编
号
电极材料
电解质溶
液
电流表指针
偏转方向
1
Mg、Al
稀盐酸
偏向Al
2
Al、Cu
稀盐酸
偏向Cu
3
Al、石墨
NaOH 溶液
下列说法不正确的是
A.实验1 中Al 电极作正极
B.实验3 中“电流表指针偏转方向”为偏向Al
C.实验2 中电解质溶液中H+移向Cu 电极
D.实验3 中Al 电极的电极方程式:Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]-
【答案】B
【解析】A.金属与酸构成的原电池中,活泼金属作负极,则实验1 中Mg 的活泼性大于Al,Mg 电极作负
极Mg-2e-=Mg2+,Al 电极作正极2H++2e-=H2↑,故A 正确;
B.实验3 中发生2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4] +3H2↑,所以铝是负极,根据实验1 和2 可知,电流表偏
向正极,所以实验3 中“电流表指针偏转方向”为偏向石墨 ,故B 错误;
C.金属与酸构成的原电池中,活泼金属作负极,则实验2 中Al 的活泼性大于Cu,Cu 电极作正极,实验2
4
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中电解质溶液中H+移向Cu 电极,故C 正确;
D.根据选项B 的分析,可知实验3 中Al 为负极,电极的电极方程式:Al-3e-+4OH-=[Al(OH)4]-,故D 正确;
答案选B。
6.
浓度为
的盐酸与过量的锌粉反应,若加入适量的下列溶液,能减慢反应速率但又不影响
氢气生成量的是
①
②
③
④
A.①②
B.①③
C.③④
D.②④
【答案】A
【解析】①向反应液中加入硫酸钾溶液相当于稀释盐酸,溶液中的氢离子浓度减小,反应速率减慢,溶液
中氢离子的物质的量不变,所以不影响氢气的生成量,故正确;
②向反应液中加入醋酸钠溶液,醋酸钠溶液与盐酸反应生成弱酸醋酸,溶液中的氢离子浓度减小,反应速
率减慢,但溶液提供氢离子的物质的量不变,所以不影响氢气的生成量,故正确;
③向反应液中加入硫酸铜溶液,锌与硫酸铜溶液反应生成的铜在溶液中构成原电池,原电池反应加快锌与
盐酸的反应,故错误;
④向反应液中加入碳酸钠溶液,碳酸钠溶液与盐酸反应生成氯化钠、二氧化碳和水,溶液中氢离子的物质
的量减小,氢气的生成量减小,故错误;
综上所述,①②正确,故选A。
7.随着人们生活质量的不断提高,废电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是
A.利用电池外壳的金属材料
B.防止电池中汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水源的污染
C.不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D.回收其中石墨电极
【答案】B
【解析】略
8.以甲烷燃料电池为电源,采用电化学方法制备有机物,模拟装置如图所示。a 极、b 极为惰性电极,双
极膜中水会解离出H+和OH-并向两极迁移。下列叙述错误的是
5
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A.b 极为阳极,双极膜中的H+向a 极迁移
B.a 极反应式为2CH2=CHCN+2H++2e-=NC(CH2)4CN
C.消耗0.1molCH4时,理论上可以制备0.2molNC(CH2)4CN
D.电有机合成具有反应条件温和、反应试剂纯净、生产效率高等优点
【答案】C
【分析】电解池中,阳极上还原剂失去电子发生氧化反应,b 极上水失去电子被氧化得到氧气,则b 极是
阳极,a 极为阴极,阳离子移向阴极,双极膜中水会解离出H+向a 极迁移;阴离子移向阳极、双极膜中水
会解离出的OH-向b 极迁移;
【解析】A.据分析,b 极为阳极,双极膜中的H+向a 极迁移,A 不符合题意;
B.据分析,a 极为阴极,a 极上发生还原反应,电极反应式为2CH2=CHCN+2H++2e-=NC(CH2)4CN,B 不符合题
意;
C.甲烷燃料电池中,甲烷失去电子被氧化,碳元素从-4 价升高到+4 价,消耗0.1molCH4时转移0.8mol 电
子,结合选项B、根据电极上得失电子守恒,理论上可以制备0.4molNC(CH2)4CN,C 符合题意;
D.与传统的有机合成相比,电有机合成具有反应条件温和、反应试剂纯净、生产效率高等优点,D 不符合
题意;
故选C。
9.一种新型短路膜电池分离
装置如下图所示。下列说法中正确的是
6
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A.负极反应为:
B.正极反应消耗
,理论上需要转移4mol 电子
C.该装置用于空气中
的捕获,
最终由出口A 流出
D.短路膜和常见的离子交换膜不同,它既能传递离子,还可以传递电子
【答案】D
【分析】由图可知,通入氢气的一极为负极,电极反应式为
,
与
反应生成
,通
入氧气的一极为正极,电极反应式为
,
与
反应生成
。
【解析】A.负极的电极反应式为
,A 项错误;
B.正极反应消耗标准状况下
,理论上需要转移电子
=4mol,题目中未指明在标准状
况下,则转移电子不一定为4mol,B 项错误;
C.由图可知,该装置用于空气中
的捕获,
与正极生成的
反应生成
,出口A 流出的气体
不含
,C 项错误;
D.由图可知,短路膜中存在电子运动,与常见的离子交换膜不同,它既能传递离子,还可以传递电子,D
项正确;
答案选D。
10.研究表明,以
为电极可以同时去除海水中的
和
。如图为
电极首次放电、
充放电循环示意图(其中物质X 为
),为了建构完整的电池,选用
作为另一侧电
极下面说法不正确的是(e 为电子电荷量,
为阿伏加德罗常数的值)
7
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A.海水淡化过程中,
电极作为阴极
B.海水淡化过程中,
电极用来除去氯离子
C.充电时,
电极上发生了反应:
D.已知电极理论容量
,则
电极(摩尔质量M)的电极理论容量为
【答案】B
【分析】本题以
电极的放电、充放电循环为背景,由图可知,放电过程,脱出
和
,充
电过程吸附
和
,由图可知,放电过程中
→Bi,则
电极为正极,据此解答
【解析】A.由分析可知,放电时,
电极为正极,则海水淡化过程中,即充电过程中,
电极为阳极,那么
电极作为阴极,A 正确;
B.海水淡化过程中,
电极为阳极,阳极发生反应
除去氯离子,则
电极除去钠离子,B 错误;
C.充电时,
电极作为阳极,发生氧化反应,电极反应式为
,C 正
确;
D.1mol
反应时,Bi 元素由+3 价转化为0 价,参与反应转移电子数为9mol,根据电极理论容量
8
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公式,其电极理论容量为
, D 正确;
故本题答案为:B。
押题二 电解池的工作原理及应用
11.利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是
A.a 为阴极,b 为阳极
B.电解时OH-由b 极区→a 极区
C.电解时b 极区溶液中n(KOH)减小
D.电解时,太阳能直接转化成化学能
【答案】B
【分析】从图中可以看出,a 极:NH3→N2,则a 极NH3失电子发生氧化反应,a 极为阳极,b 极H2O 得电子
生成H2等,b 极为阴极。a 极:2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O,b 极:6H2O+6e-=6OH-+3H2↑。
【解析】A.由分析可知,a 为阳极,b 为阴极,A 不正确;
B.电解时,a 为阳极,b 为阴极,OH-由b 极区→a 极区,B 正确;
C.电解时,b 极区溶液中发生反应6H2O+6e-=6OH-+3H2↑,OH-通过阴离子交换膜移向阳极,所以n(KOH)不
变,C 不正确;
D.电解时,通过太阳能电极板,将太阳能直接转化成电能,D 不正确;
故选B。
12.我国科学家用下图所示装置将
转化为甲酸
,Bi 电极表面的纳米片层结构形成了空腔,
可有效抑制
的扩散。已知:电解效率
。下列说法正确的是
9
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A.电子从电源的a 极流出
B.
电极反应为
C.一段时间后,Bi 电极表面纳米片层结构内的溶液
比其他区域低
D.若
电极产生22.4L(标准状况)气体时,生成
,则
的电解效率为
91.5%
【答案】D
【分析】右侧Bi 电极上,CO2得电子转化为HCOOH,故右侧为阴极,b 为电源负极,则a 为电源正极,左
侧Pt-Ti 电极为阳极,溶液是硫酸溶液,阳极H2O 失电子生成O2;
【解析】A.由分析可知,b 为电源负极,电子从电源负极b 流出,A 错误;
B.由分析,左侧Pt-Ti 电极为阳极,溶液是硫酸溶液,阳极H2O 失电子生成O2,电极反应为
2H2O-4e−=O2↑+4H+,B 错误;
C.Bi 电极上,CO2得电子转化为HCOOH,电极反应式为CO2+2H++2e−=HCOOH,消耗氢离子,纳米片层结构
内溶液pH 会偏高,C 错误;
D.
电极产生22.4L(标准状况)O2时,转移电子4mol,理论上生成HCOOH 为2mol,实际生成1.83mol
HCOOH,故电解效率为
=91.5%,D 正确;
故本题选D。
13.电化学的应用领域非常广泛。下列说法错误的是
A.电解饱和食盐水的过程中,阳极区碱性不断增强
B.铅酸蓄电池放电的过程中,电子由Pb 通过导线流向
C.在铁制品上镀铜的过程中,铜作阳极与直流电源的正极相连
D.铜板上的铁铆钉在中性水膜中发生电化学腐蚀的过程中,正极发生的电极反应:
10
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【答案】A
【解析】A.电解饱和食盐水的过程中,阴极发生反应:
,阴极区氢氧根离子浓
度增大,碱性不断增强,A 错误;
B.铅蓄电池放电时,
作负极,
作正极,电子通过导线由负极
流向正极
,B 正确;
C.铁制品上镀铜,铁是待镀金属,铜作为镀层金属,铜作阳极,失去电子:
,铁作阴极,
铜离子被还原:
,C 正确;
D.铜板上铁铆钉在中性水膜中发生吸氧腐蚀,正极氧气得电子,电极反应为:
,
D 正确;
故选A。
14.某课外小组同学为探究氨氮废水的处理方法,以0.005mol/L(NH4)2SO4溶液模拟氨氮废水,设计了以下
实验
实验步骤
实验现象
1.如图装置进行电解
一段时间后,检测阳极附近溶
液中氨氮浓度并未显著变化
2.在氨氮废水中加入NaCl 溶
液,进行电解
阳极产生使湿润有色布条褪色
的气体,一段时间后,氨氮检
测浓度明显降低
有关叙述正确的是
A.实验1 由于氨氮浓度未显著变化,装置未发生电解反应
B.实验2 中的氨氮浓度降低是由于生成的氯气氧化了NH
C.氨氮浓度降低时溶液酸性减弱
D.湿润有色布条褪色是由于Cl2的漂白性
【答案】B
【解析】A.实验1 虽然氨氮浓度未显著变化,但有电解质溶液,所以电解了水,A 错误;
B.实验2 阳极产生使有色布条褪色的气体,为氯气,同时测得氨氮浓度降低,说明氯气和NH 发生了反
11
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应,B 正确;
C.电解生成氯气的同时阴极H+放电,而氯气与NH 反应生成H+,2NH +3Cl2=N2+6Cl-+8H+,消耗3mol 氯气,
生成8mol 氢离子,而生成3mol 氯气的同时有3mol 氢气生成,即同时消耗了6molH+,最终还能剩余2mol
氢离子,溶液酸性增强,C 错误;
D.湿润有色布条褪色是由于Cl2与水生成HClO 的漂白性,氯气并没有漂白性,D 错误;
综上所述答案为B。
15.为了探究电极活性对离子放电的影响,化学小组做了如下实验,实验装置如下(烧杯内的溶液均为饱和
食盐水),实验①②都用1.5V 电压,同时接通电源。
①
②
③
两极均产生气泡
两极均产生大量气泡
两极始终没有气泡产生
下列说法中不正确的是
A.检验实验①阳极产生的气体可以用润湿的淀粉碘化钾试纸
B.实验①铜电极上的电极反应为:
C.通过实验①②证明,相同条件下阴极上
放电难易程度可能与金属活动性有关
D.实验③是实验②的对比实验,为了排除铁电极与饱和食盐水反应的可能
【答案】B
【解析】A. 实验①阳极产生的气体为氯气,检验氯气可以用润湿的淀粉碘化钾试纸,A 正确;
B. 实验①铜电极为阴极,则氢离子放电产生氢气,电极反应为:
,B 错误;
C. 实验①②中唯一的不同是阴极材料不同,而反应现象不同,则通过实验①②证明,相同条件下阴极上
放电难易程度可能与金属活动性有关,C 正确;
D. 实验②③中唯一的不同时有没有外接直流电源,则通过②③的对比实验,排除铁电极与饱和食盐水反
应的可能,从而便于探究电极材料对离子放电的影响,D 正确;
答案选B。
12
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16.铬是最硬的金属,一种三室电解法制高纯铬的装置如图所示[缓冲室为
,
、
的混合溶液]。下列说法正确的是
A.M 与电源的正极相连
B.膜C 为阳离子交换膜,膜D 为阴离子交换膜
C.电池工作一段时间后,需向阳极补充一定量的
D.每生成1mol 气体B,缓冲室就生成
【答案】C
【分析】根据该装置为三室电解法制高纯铬,则M 电极发生
,M 为阴极,N 为阳极,发生
,缓冲室中生成硫酸,阳极产生的氢离子应移向缓冲室,膜D 为阳离子交换膜,阴
极
发生还原反应,硫酸根离子移向缓冲室,膜C 为阴离子交换膜。
【解析】A.高纯铬在铬电极上生成,故M 极为阴极,应连接电池的负极,A 项错误;
B.根据上述分析,膜C 为阴离子交换膜,膜D 为阳离子交换膜,B 项错误;
C.阳极发生
及氢离子应移向缓冲室,故电池工作一段时间后,需向阳极补充一定
量的
,C 项正确;
D.由电极反应式及电路中通过的电量守恒可知,生成
,同时生成
,有
移向缓冲
13
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室,缓冲室应有
,D 项错误;
答案选B。
17.一种耦合光催化和电催化分解水的装置如图。工作时,电极产生电子
和空穴
。下列说法正确
的是
A.a 极电势高于b 极电势
B.离子交换膜为阴离子交换膜
C.生成气体Y 的电极反应式是
D.理论上每分解0.01mol H2O,光催化装置生成
【答案】C
【分析】由图可知,光催化装置发生氢离子得到电子发生还原反应:
、碘离子发生氧化反应:
;电催化装置为电解装置,阴极发生还原反应,电极式
,阳极发生氧化反应,反应式
为
;
【解析】A.由分析可知,与a 相连的为阴极,发生还原反应,与b 相连的为阳极,发生氧化反应,a 极为
负极,电势低于正极b 极,A 错误;
B.电催化装置为电解装置,据分析可知,阴极上阴离子物质的量增大,阳极上消耗阴离子,根据装置图
可知,阳离子迁移到左侧,离子交换膜为阳离子交换膜,B 错误;
C.由分析可知,生成气体Y 的电极反应式是
,C 正确;
D.光催化过程中,每分解0.01mol H2O 则转移0.02mol 电子时,生成0.01mol
,质量
14
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为0.01mol×381g/mol=3.81g,D 错误;
故选C。
18.为了更好模拟在
的混合溶液中钢铁电化学腐蚀的过程,利用压强传感器、氧气传感器进行数字
化实验,得出相应的图像数据如图所示。下列说法错误的是
A.
内平均反应速率
B.反应初期氧气减少,总压增大,说明初期以析氢腐蚀为主,不受其他因素影响
C.以析氢腐蚀为主时,
越小,腐蚀越快
D.
后,碳粉表面发生的主要电极反应是
【答案】B
【解析】A.由图可知
时氧气的压力为
,
时氧气的压力为
,
内压力变化了
,
内平均反应速率
,A 正确;
B.反应初期总压增大还可能受温度影响,铁的腐蚀是放热反应,B 错误;
C.
越小,氢离子的浓度越大,腐蚀速率越快,C 正确;
D.40s 后总压和氧气的压力均减小,此时主要发生了吸氧腐蚀,D 正确;
故选B。
19.暖贴的内部(结构如图)是含有铁粉、活性炭、食盐、蛭石、木粉的混合物,可以生热取暖。木粉能
够吸水并保持水分,蛭石能够保温。以下说法错误的是
15
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A.暖贴必须密封包装保存
B.空气中的氧气参与了负极反应
C.生热时发生了铁的电化学腐蚀
D.此过程中,化学能转变为热能
【答案】B
【解析】A.总反应为铁与氧气反应放出热量,保存时要密封保存,防止与氧气接触失效,A 正确;
B.铁粉、碳粉、食盐形成原电池,铁失电子发生氧化反应是负极,碳是正极,氧气在正极上发生还原反
应,B 错误;
C.铁粉、碳粉、食盐形成原电池,生热过程中有铁的吸氧腐蚀,C 正确;
D.反应中,铁与氧气反应生成铁的氧化物,放出热量,化学能转变为热能,D 正确;
答案选B。
20.我国某跨海大桥的钢制桥墩采用镁合金块进行防腐保护。下列相关说法正确的是
A.钢制桥墩为负极,发生氧化反应
B.镁的电极反应为:
C.镶嵌的镁合金块无需更换,可永久保护桥墩
D.该防护方法需外接直流电源辅助
【答案】B
【分析】牺牲阳极法是一种电化学保护技术,其核心原理基于原电池反应,将被保护的金属结构与一种更
易失去电子的金属(即牺牲阳极)连接在一起,并置于电解质溶液中,形成一个原电池。
【解析】A.钢制桥墩需要被保护,避免被氧化腐蚀,作正极;镁合金块作为负极,被氧化腐蚀,从而达
到保护桥墩的目的,A 错误;
B.镁作为负极,电极反应为:
(镁失去电子被氧化),B 正确;
16
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C.镁合金会逐渐消耗,需定期更换,C 错误;
D.该方法无需外接电源,属于牺牲阳极法,D 错误;
故选B。
17