高考化學(xué)總復(fù)習(xí)第八單元化學(xué)反應(yīng)與電能 第2講 電解原理 金屬的腐蝕與防護(hù)

第2講電解原理金屬的腐蝕與防護(hù)

復(fù)習(xí)目標(biāo)

1.理解電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式。

2?了解電解原理在氯堿工業(yè)、精煉銅、電鍍、電冶金等方面的應(yīng)用；認(rèn)識電解在

實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和儲存能量中的具體應(yīng)用。3.了解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金

屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。

考點一電解原理

基礎(chǔ)

1.電解

(1)定義：使電流通過電解質(zhì)溶液(或熔融的電解質(zhì))而在陰、陽兩極引起畫氧

化還原反應(yīng)的過程。在此過程中，回曳能轉(zhuǎn)化為國化學(xué)能。

(2)特點：①電解是不可逆的；②電解質(zhì)導(dǎo)電一定發(fā)生同化學(xué)變化。

2.電解池的構(gòu)成及工作原理

(1)概念：電解池是回1把電能直接轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。

(2)電解池的構(gòu)成條件

①有國外接電源;有與畫電源相連的兩個電極。

②兩電解質(zhì)溶液(或畫熔融電解質(zhì))。

③形成函閉合回路。

(3)電極名稱及電極反應(yīng)式

以用惰性電極電解CuCl2溶液為例：

總反應(yīng)方程式：Γ?uC12^?Cu+C12t。

（4）電解池中電子和離子的移動方向

①電子：從電源回魚極流出后，流向電解池的向陰極;從電解池的叵］陽

極流向電源的值正極。

②離子：陽離子移向電解池的叵陰極，陰離子移向電解池的「回陽極。

3.惰性電極電解電解質(zhì)溶液的四種類型

放H2生堿型（以陽極反應(yīng)式：Γθll2CΓ-2e^=C12↑

NaCl為例）陰極反應(yīng)式：Γ5?2θ+2e-=H2t+20H-

電解電解質(zhì)型（以陽極反應(yīng)式：[θ3]2CΓ-2e-=Cl2↑

+

HCl為例）陰極反應(yīng)式：[04]2H+2e-=H2↑

電解水型（以陽極反應(yīng)式：畫2H2θ-4e--θ2↑+4H+

+

H2SO4為例）陰極反應(yīng)式：[θβ]2H+2e-=H2↑

陽極反應(yīng)式：麗2七0-4--02t+4H+

放。2生酸型（以

陰極反應(yīng)式：Γθ8^lCu2++2e-=Cu

CuSO4為例）

總離子方程式：畫2Cι>2++2H2O=??Cu+O2t+4H+

誤點查正請指出下列各說法的錯因

（1）電解CUCI2溶液，陰極逸出的氣體能夠使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{(lán)。

錯因：陰極上C/+得電子生成銅單質(zhì)。

⑵電解鹽酸、硫酸溶液，H+放電，溶液的PH逐漸增大。

錯因：電解H2SO4溶液時，實際是電解H2。的過程，故溶液中C(H+)增大,

PH減小。

(3)電解時，電解液中陽離子移向陽極，發(fā)生還原反應(yīng)。

錯因：電解時，陽離子移向陰極。

(4)電解池中，電子從電源的負(fù)極流向電解池的陽極。

錯因：電解池中，電子從電源的負(fù)極流向電解池的陰極。

(5)電解稀硫酸制H2、02時，可用不活潑的銅作陽極。

錯因：CU作陽極時，陽極反應(yīng)式為Cu-2e-==C>+°

(6)用惰性電極電解MgCl2溶液的離子方程式為2CΓ+2H2O?≡C12↑+

20H^+H2↑0

錯因：應(yīng)為Mg2++2Cl-+2H2θ??Mg(OHM]+Cht+H2t。

課堂精講答疑

1.電解池工作原理

與電源正極相連與電源負(fù)極相連

氧化還原

反應(yīng)反應(yīng)

2.電解產(chǎn)物的判斷及有關(guān)反應(yīng)式的書寫

(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活性電極。

(2)再分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(勿忘水溶液中的H

+和OH^)o

(3)排出陰、陽兩極的放電順序

Fe；Fe—2e-==Fe2^r

活性電極：電極

Cu≈Cu-2e-==Cu2+

材料失電子，如“

Ag：Ag-e------Ag+

惰性電極（Pt、Au、石墨等）：溶液中的

陰離子失電子。陰離子放電順序：S2-

>Γ>Br->CΓ>OH

陰極不管是什么材料,電極本身都

?根據(jù)離子不反應(yīng)，一定是溶液（或熔融電解

極］活動性,質(zhì)）中的陽離子放電，陽離子放電

順序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+

（4）寫出電極反應(yīng)式，要注意遵循原子守恒、電荷守恒和電子轉(zhuǎn)移守恒。

（5）寫出電解總反應(yīng)式

在兩極轉(zhuǎn)移電子數(shù)目相同的前提下，兩極反應(yīng)式相加即可得總反應(yīng)的化學(xué)方

程式或離子方程式，注意弱電解質(zhì)要寫化學(xué)式。

3.電解后電解質(zhì)溶液的復(fù)原

使電解后的溶液恢復(fù)原狀的方法：先讓析出的產(chǎn)物（氣體或沉淀）恰好完全反

應(yīng)，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：

①NaCl溶液：通HCl氣體（不能加鹽酸）；

②AgNO3溶液：力口Ag2θ固體；

③CUCI2溶液：加CUCl2固體；

④KNo3溶液：力口H2O；

⑤CUSO4溶液:加CUO或CUCo3［不能加CU20、CU（OH）2、Cu2（OH）2CO3］o

題組I凡固提升

角度一電解池的構(gòu)成及工作原理

L如圖裝置中X和Y均為石墨電極，電解液為滴有酚猷的某濃度NaCl溶液,

電解一段時間后，X極附近溶液先變紅。下列有關(guān)說法中正確的是（）

電源

A.X極連接電源正極

B.X極上產(chǎn)生的氣體有刺激性氣味

C.Y極上發(fā)生氧化反應(yīng)

D.電子從X極經(jīng)過溶液流向Y極

答案C

2.用如圖所示裝置（熔融CaF2-CaO作電解質(zhì)）獲得金屬鈣，并用鈣還原TiO2

制備金屬鈦。下列說法正確的是（）

A.電解過程中，Ca?+向陽極移動

B.陽極的電極反應(yīng)式為C+202--4e-=CO2t

C.在制備金屬鈦前后，整套裝置中Cao的總量減少

D.若用鉛酸蓄電池作該裝置的供電電源，“+”接線柱是Pb電極

答案B

解析由題圖可知，石墨與外加電源的正極相連，則石墨為陽極，鈦網(wǎng)電極

作陰極，電解過程中，電解液中Ca?+向陰極移動，A錯誤；陰極反應(yīng)式為2Ca2+

+4e-==2Ca,Ca還原TiO2的反應(yīng)方程式為2Ca+TiC>2=2CaO+Ti,故制備Ti

前后，整套裝置中CaO的質(zhì)量不變，C錯誤；“+”表示鉛酸蓄電池的正極，該接

線柱為鉛酸蓄電池的Pbo2極，D錯誤。

角度二電解規(guī)律及電解質(zhì)溶液的復(fù)原

3.用粕電極電解一定濃度的下列物質(zhì)的水溶液，在電解后的電解液中加適量

水，能使溶液濃度恢復(fù)到電解前濃度的是（）

A.NaBr、CUCl2、Ba（OH）2B.NaOHsH2SO4sCuSO4

C.KOHsHNO3、Na2SO4D.NaCkCU（NO3）2、MgSO4

答案C

4.下列說法錯誤的是（）

A.用惰性電極電解NazSCU溶液，當(dāng)有2mol電子轉(zhuǎn)移時，可加入18g水恢

復(fù)

B.用惰性電極電解1L1mol?L-'CUSo4溶液，加入1molCUO恢復(fù)，電路

中轉(zhuǎn)移了2mol電子

C.用惰性電極電解含ImOlNaoH的水溶液，溶液的PH不變

D.要想實現(xiàn)Cu+H2SO4（?。?CuSO4+H2t這一反應(yīng)，需在電解池中進(jìn)行,

且CU為陽極

答案C

角度三電極反應(yīng)式的書寫

5.以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面可形成氧化膜。按要求

書寫有關(guān)的電極反應(yīng)式及總反應(yīng)式。

陽極反應(yīng)式：；

陰極反應(yīng)式：；

總反應(yīng)式：?

++

答案2A1-6e-+3H2O=A12O3+6H6H+6e^=3H2↑2A1+

3H2O=??A12O3+3H2↑

6.(I)WPbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的電解液,

電解NazPbCb溶液生成Pb的裝置如圖甲所示。

寫出電解時陰極的電極反應(yīng)式：o

酸性廢液

(2)通過電解含Ml?+、SO「、Cr等的酸性廢液可重新獲得MnO2,裝置示意

圖如圖乙。

在(填“a”或"b”)極獲得MnO2,電極反應(yīng)式為

答案(I)PbCE-+2e^^=PbI+4C「

(2)aMn2+-2e^+2H2O=MnO2I+4H+

考點二電解原理的應(yīng)用

自主夯實

1.氯堿工業(yè)——電解飽和食鹽水

(1)習(xí)慣上把電解飽和食鹽水的工業(yè)生產(chǎn)叫做氯堿工業(yè)，其裝置如下:

(2)電極反應(yīng)

陽極：［θil2Cl--2e-=Cl2t

(反應(yīng)類型：甌氧化反應(yīng))；

陰極：畫2比0+2-=氏T+20H-

(反應(yīng)類型：畫還原反應(yīng))；

總反應(yīng)方程式：廚2NaCl+2H2O=??NaOH+H2t+Cbt；

離子方程式：畫2C「+2H2θ=^?OH-+H2(+Cbt。

(3)陽離子交換膜的作用：陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻止CI2、H2、

OH-通過，這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cb相混合而引起爆炸，又

能避免Cb和NaOH溶液反應(yīng)而影響燒堿的質(zhì)量。

2.電鍍(以在鐵器表面鍍銅為例)

⑴鍍件作畫陰極，鍍層金屬銅作畫陽極。

(2)電解質(zhì)溶液是畫含有鍍層金屬離子的溶液。

(3)電極反應(yīng)

陽極：［04］Cu-2e-=Cu2+;

陰極：1051CU2++2e^^=Cu。

(4)特點：強膽極溶解，在圓陽極沉積，電鍍液的濃度闞不變。

3.電解精煉銅(粗銅中含Zn、FesAg、AU等雜質(zhì))

(1)電極材料：陽極為回1粗銅;陰極為陶純銅。

(2)電解質(zhì)溶液：含C/+的可溶性鹽溶液。

(3)電極反應(yīng)

陽極：1031Zn-2e-^=Z∏2+、Fe-2e-=Fe2+、CU-Ze-=CiP*o

陰極：畫CU2++2e--Cu°

(4)特點：粗銅中的Ag、AU等以陽極泥的形式沉淀下來，電解液中Ci?+的濃

度減小。

4.電冶金

本質(zhì)為Mw÷+∕7e-=M,利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬

Na、Ca、MgsAl等。如電解熔融的NaCI制取Na,陽極：畫2Cr-2-=。2

JJ陰極：畫2Na++2e--2Na;總反應(yīng)式：畫2NaCl(熔鬲的=??2Na+Cbt。

誤點查正請指出下列各說法的錯因

(1)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液中的C(CU2+)均保持不變。

錯因：電解精煉銅時，電解質(zhì)溶液中C(CU2+)減小。

⑵電解冶煉鎂、鋁通常電解MgeI2和Al2。3,也可電解MgO和AlCI3。

錯因：不采用電解Mgo制金屬鎂，因為MgO熔點高、耗能大、不經(jīng)濟，不

能用電解AlCI3制金屬鋁，因為熔融AICl3不導(dǎo)電。

(3)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料。

錯因：電解飽和食鹽水時，陰極可以用金屬材料作電極。

(4)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應(yīng)連接電源的正極。

錯因：電鍍銅時，銅應(yīng)連接電源的正極作陽極，鍍件連接電源的負(fù)極作陰極。

(5)用電解法冶煉金屬時，都可以電解相應(yīng)化合物的水溶液。

錯因：電解冶煉金屬應(yīng)電解其熔融化合物，而不是水溶液。

課堂

1.電解精煉或電鍍時，電極質(zhì)量減少的電極必為金屬電極——陽極；電極質(zhì)

量增加的電極必為陰極，即溶液中的金屬陽離子得電子變成金屬吸附在陰極上。

2.電鍍時，陽極(鍍層金屬)失去電子的數(shù)目跟陰極鍍層金屬離子得到電子的

數(shù)目相等，因此電鍍液的濃度保持不變。電解精煉銅時由于陽極發(fā)生多個反應(yīng)，

陰極增重質(zhì)量不等于陽極減少的質(zhì)量，故溶液中C(CU2+)減小。

3.電解計算破題“三方法”

有關(guān)電解的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液PH的計算、相對原子質(zhì)量

和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。通常有下列三種方法:

(1)根據(jù)得失電子守恒計算

用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)電極產(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)根據(jù)總反應(yīng)方程式計算

先寫出電極反應(yīng)式，再寫出總反應(yīng)方程式，最后根據(jù)總反應(yīng)方程式列出比例

式計算。

(3)根據(jù)關(guān)系式計算

根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系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。

如以通過4mole-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式:

2Fe4CΓ(Br?Γ)40H-4H*2Cι產(chǎn)4Λg

Il1III

2Fe"~2CI2(BΓ2,l2)~O2-4e-2H2~2Cu~4Ag

?、一/、Y/

陽極產(chǎn)物陰極產(chǎn)物

題組鞏固提升

角度一電解原理在物質(zhì)制備中的應(yīng)用

1.如圖所示的陰、陽離子交換膜電解槽中，用惰性電極電解Na2SO4溶液可

制得硫酸和氫氧化鈉溶液。下列說法不正確的是（）

A.陽極反應(yīng)式為2H2O+2e--H2t+20H^

B.N為陰離子交換膜

C.進(jìn)口b補充的是稀NaoH溶液

D.電解過程中陽極附近的PH不斷降低

答案A

解析由Hz出口知電極A為陰極，電極反應(yīng)式為2H2θ+2e--H2t+20H

",電極B為陽極，電極反應(yīng)式為2H2θ-4e--θ2↑+4H+,A錯誤。

2.（2022.惠州市高三調(diào)研考試）濾渣中的銅提純后可用于制取Cu2θ,工業(yè)制

取Cu2O的電解池示意圖如圖，總反應(yīng)為2Cu+H2。這里Cu2θ+H2↑0貝∣J:

直流電源

石墨廠=ITlCU

“U-口濃的強堿性

二二怦一闿手/電解質(zhì)溶液

(1)該裝置中銅電極應(yīng)連接直流電源的極。

(2)石墨電極的電極反應(yīng)式為o

(3)當(dāng)有0?lmolCu2O生成時電路中通過_______mol電子。

答案⑴正(2)2H2O+2e-=H2t+20H^(3)0.2

角度二電解原理在環(huán)境治理中的應(yīng)用

3.用電解法處理酸性含銘廢水(主要含有CnOV)時，以鐵板作陰、陽極，處

2++3+3+3+

理過程中發(fā)生反應(yīng)：Cr2θ7^+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H2O,最后Cr

以Cr(OH)3形式除去。下列說法中錯誤的是()

A.陽極反應(yīng)為Fe-2e-=Fe2+

B.電解過程中廢水的PH不發(fā)生變化

C.電解過程中有Fe(OH)3沉淀生成

D.電路中每轉(zhuǎn)移12mol電子，最多有1molCnOV被還原

答案B

解析鐵作陽極，反應(yīng)為Fe-2e-=Fe2+,Fe?+還原CnO廣，反應(yīng)過程中陰

極為H+放電，同時Fe?+還原CnOV也消耗H+,c(H+)變小，pH變大，B錯誤。

4.電絮凝的反應(yīng)原理是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被

溶蝕，產(chǎn)生金屬離子，在經(jīng)一系列水解、聚合及氧化過程，發(fā)展成為各種羥基絡(luò)

合物、多核羥基絡(luò)合物以及氫氧化物，使廢水中的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)凝聚沉淀

而分離。下列說法不正確的是()

污染物

HQ?

LI(

oI

A.每產(chǎn)生ImOIo2,整個電解池中理論上轉(zhuǎn)移電子數(shù)為4NA

B?陰極電極反應(yīng)式為2H2O+2e--H2t+20H-

2+

C.若鐵為陽極，則陽極電極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe?2H2O-4e-=O2

t+4H+

2++

D.若鐵為陽極，則在處理廢水的過程中陽極附近會發(fā)生：4Fe+O2+4H

3+

=4Fe+2H2O

答案A

解析在產(chǎn)生ImolO2的同時，金屬電極也溶解失去電子，故電池中理論上

轉(zhuǎn)移電子數(shù)應(yīng)大于4NA,A錯誤。

考點三金屬的腐蝕與防護(hù)

基礎(chǔ)自主夯實

?.金屬腐蝕的本質(zhì)

金屬原子叵1失去電子變?yōu)榘⒔饘訇栯x子,金屬發(fā)生氧化反應(yīng)。

2.金屬腐蝕的類型

(1)化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕

類型化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕

金屬與畫其表面接觸的一些物質(zhì)(如不純金屬與質(zhì)電解質(zhì)溶

條件

02、CI2、S02等)直接反應(yīng)而弓I起的腐蝕液接觸發(fā)生原電池反應(yīng)

現(xiàn)象畫無電流產(chǎn)生畫有微弱電流產(chǎn)生

本質(zhì)金屬被畫氧化較活潑金屬被固氧化

聯(lián)系兩者往往同時發(fā)生，電化學(xué)腐蝕更普遍

(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕

以鋼鐵的腐蝕為例進(jìn)行分析:

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕

畫水膜酸性很弱或呈中性,且溶有一定

條件闞水膜酸性較強

量氧氣

電極負(fù)極IIOlFe-2e-=Fe2+

反應(yīng)正極?！?++2e^^=H21回。2+2比0+4e-=40H-

總反應(yīng)式∣75]Fe+2H'=Fe2++H2t回2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

提醒：鋼鐵暴露在潮濕空氣中主要發(fā)生的是吸氧腐蝕，鐵銹的形成過程中主

要發(fā)生的反應(yīng)為4Fe(0H)2+02+2H20=4Fe(0H)3,2Fe(OH)3=Fe2O3?xH2O(鐵

銹)+(3-研0。

3.金屬的防護(hù)

(1)電化學(xué)保護(hù)法

①犧牲陽極法——回1原電池原理

a.畫負(fù)極：比被保護(hù)金屬活潑的金屬；

b.國正極：被保護(hù)的金屬設(shè)備。

②外加電流法一一兩電解原理

a.國畫極：被保護(hù)的金屬設(shè)備；

b?畫陽極：惰性電極。

(2)其他防護(hù)方法

①改變金屬材料的組成，如制成合金、不銹鋼等。

②在金屬表面覆蓋保護(hù)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。

誤點查正請指出下列各說法的錯因

(1)金屬的化學(xué)腐蝕比電化學(xué)腐蝕更普遍。

錯因：金屬的電化學(xué)腐蝕更普遍。

(2)生鐵浸泡在食鹽水中發(fā)生析氫腐蝕。

錯因：食鹽水為中性溶液，生鐵發(fā)生吸氧腐蝕。

(3)當(dāng)鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保護(hù)作用。

錯因：由于鐵比錫活潑，錫層破損后，形成原電池，鐵作負(fù)極，腐蝕加快。

(4)鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，負(fù)極鐵失電子生成Fe3+。

錯因：鐵失電子生成Fe2+。

(5)純銀器表面變黑與鋼鐵生銹原理相同。

錯因：純銀器表面變黑發(fā)生化學(xué)腐蝕，鋼鐵生銹發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

(6)將水庫中的水閘(鋼板)與外加直流電源的正極相連，可防止水閘被腐蝕。

錯因：外加電流法是把被保護(hù)的器件作陰極，與外加電源負(fù)極相連。

課堂

L金屬防護(hù)效果比較：外加電流法防腐＞犧牲陽極法防腐＞有一般防護(hù)條件

的防腐。

2.純度越高的金屬，腐蝕得越慢。

3.不純的金屬或合金，在潮濕空氣中的腐蝕速率遠(yuǎn)大于在干燥、隔絕空氣條

件下的腐蝕速率。

題組鞏固提升

角度一金屬腐蝕的類型

1.利用如圖裝置進(jìn)行實驗，開始時，左右兩管液面相平，密封好，放置一段

時間。下列說法正確的是（）

A.左管中02得到電子，右管中H+得到電子

B.一段時間后，左管液面低于右管液面

C.a、b兩處具有相同的電極反應(yīng)式：Fe-3e-=Fe3+

D.a處溶液的PH增大，b處溶液的PH減小

答案A

2.在潮濕的深層中性土壤中，鋼管主要發(fā)生厭氧腐蝕，有關(guān)厭氧腐蝕的機理

有多種，其中一種理論為厭氧細(xì)菌可促使SO「與H2反應(yīng)生成S?'加速鋼管的

腐蝕，其反應(yīng)原理如圖I所示，因此埋在地下的鋼管常需要加以保護(hù)，使其免受

腐蝕，所用裝置如圖∏所示。下列說法正確的是（）

A.圖∏中鋼管附近土壤的PH可能會上升

B.圖I中鋼管腐蝕的含鐵產(chǎn)物只有FeS

C.圖II中金屬棒X可能為銅，可使鋼管表面腐蝕電流接近于零

D.圖∏中金屬棒X的作用是作為損耗正極材料和傳遞電流

答案A

解析題圖∏中沒有外加電源，采用的是犧牲陽極法，根據(jù)原電池原理，金

屬棒X應(yīng)作負(fù)極，金屬棒X的活潑性應(yīng)大于鐵，才能保護(hù)鋼管，使其免受腐蝕，

若金屬棒X是銅，則形成Fe-CU原電池，會加速鐵的腐蝕；題圖∏中鋼管作正極,

正極上H2O發(fā)生還原反應(yīng)生成H2,電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=2OH-+H2↑,

故鋼管附近土壤中的C(OH-)會增大，pH可能會上升，A正確，C錯誤；題圖［

鋼管腐蝕的過程中，負(fù)極上Fe失去電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成的Fe?+與正極周圍的

S?-和OH-反應(yīng)分別生成FeS和Fe(OH)2,B錯誤；由上述分析可知，金屬棒X

應(yīng)作負(fù)極，D錯誤。

角度二金屬的防護(hù)

3.港珠澳大橋設(shè)計壽命120年，對橋體鋼構(gòu)件采用了多種防腐方法。下列分

析錯誤的是()

A.防腐原理主要是避免發(fā)生反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

B.構(gòu)件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層，是為了隔絕空氣、水等，防止形成原電池

C.采用外加電流法時需外接鎂、鋅等作輔助陽極

D.鋼構(gòu)件可采用不銹鋼材料以減緩電化學(xué)腐蝕

答案C

4.鋼鐵在潮濕的空氣中會形成原電池而被腐蝕，下列說法正確的是()

A.原電池的正極反應(yīng)為：02+2H20+4e--40H-

B.原電池的負(fù)極反應(yīng)為：Fe-3e^=Fe3+

C.鋼鐵設(shè)備上連接銅塊可以防止腐蝕

D.鋼鐵與外加直流電源的正極相連可以防止腐蝕

答案A

角度三金屬腐蝕快慢比較

5.某小組同學(xué)用如圖裝置研究鋼鐵在海水中的腐蝕與防腐（①中鐵片為生

鐵）。下列說法正確的是（）

鐵片En石墨鐵片一?石瞿鐵片廠丁石墨

海水海水海水

①②③

A.①中只發(fā)生化學(xué)腐蝕

B.②中只發(fā)生析氫腐蝕

C.③為犧牲陽極法

D.鋼鐵被腐蝕的速率：②>①>③

答案D

6.一定條件下，某含碳鋼腐蝕情況與溶液PH的關(guān)系如下表:

PH2466.5813.514

腐蝕快慢較快慢較快

主要產(chǎn)物Fe2+Fe3O4Fe2O3FeOf

下列說法正確的是（）

A.pH<4時，發(fā)生析氫腐蝕

B.隨PH的升高，含碳鋼的腐蝕速率逐漸加快

C.PH為14時，負(fù)極反應(yīng)式為2H2O+Fe-3e-=FeO5+4H+

D?pH為7時，負(fù)極反應(yīng)式為Fe-3e-=Fe3+,生成的Fe?+被空氣中的氧

氣氧化為Fe2O3

答案A

E思維建模判斷金屬腐蝕快慢的規(guī)律

(1)對同一電解質(zhì)溶液來說，腐蝕由快到慢：電解池原理引起的腐蝕＞原電池

原理引起的腐蝕＞化學(xué)腐蝕＞有防護(hù)措施的腐蝕。

(2)活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，較活潑的金屬腐蝕越快。

(3)對同一種電解質(zhì)溶液來說，一般電解質(zhì)溶液濃度越大，金屬腐蝕越快。

核心素養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識——離子交換膜在電化

學(xué)中的應(yīng)用

［素養(yǎng)要求］離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透

過能力的高分子膜。因它對離子具有選擇透過性，且電化學(xué)性能優(yōu)良，在涉及電

化學(xué)的工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。由于離子交換膜能將工業(yè)生產(chǎn)與化學(xué)知識有機的融

合，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，考查學(xué)生學(xué)以致用的能力，故近幾年的電化學(xué)高考試

題中年年涉及。

□素養(yǎng)提升

1.電化學(xué)中的離子交換膜

(1)離子交換膜的種類及作用

陽離子

只允許陽離子透過，不允許陰離子或某些分子透過

交換膜

陰離子

只允許陰離子透過，不允許陽離子或某些分子透過

交換膜

質(zhì)子交

只允許H+透過，不允許其他陽離子和陰離子透過

換膜

由一張陽膜和一張陰膜復(fù)合制成。該膜特點是在直流電的作用下，陰、

雙極膜陽膜復(fù)合層間的H2O解離成H+和OH-并通過陽膜和陰膜分別向兩極區(qū)

移動，作為H+和OH-的離子源

⑵離子交換膜的功能

選擇性透過離子，平衡電荷，形成閉合回路。

(3)離子交換膜的應(yīng)用

①隔離某些物質(zhì)，防止發(fā)生反應(yīng)。

②用于物質(zhì)的制備(電解后溶液陰極區(qū)或陽極區(qū)得到所制備的物質(zhì))。

③物質(zhì)分離、提純。

2.含膜電解池裝置分析

⑴兩室電解池

工業(yè)上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿

陽極室中電極反應(yīng)：2CΓ-2e-=Cht,陰極室中的電極反應(yīng)：2H2θ+2e-

=H2t+2OH-,陰極區(qū)H+放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，陽

極區(qū)CI-放電，使溶液中的C(CI-)減小，為保持電荷守恒，陽極室中的Na+通過

陽離子交換膜與陰極室中生成的OH-結(jié)合，得到濃的NaOH溶液。利用這種方法

制備物質(zhì)，純度較高，基本沒有雜質(zhì)。

（2）多室電解池

如“四室電滲析法''制備H3PO2（次磷酸）,其工作原理如圖所示

陽離子?≠陽離子

石墨I(xiàn)］交換膜交換膜交換膜II石墨

NaH,PO,NaOH

HJ>O2

稀硫酸稀溶液濃林液稀溶液

陽極室產(chǎn)品室原料室陰極室

+

電解稀硫酸的陽極反應(yīng)：2H2O-4e=θ2↑+4H,產(chǎn)生的H，通過陽離子交換

膜進(jìn)入產(chǎn)品室，原料室中的HzPOf穿過陰離子交換膜進(jìn)入產(chǎn)品室，與H+結(jié)合生成

弱電解質(zhì)H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應(yīng)：4H2O+4e=2H2↑+4OH,

原料室中的Na+通過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室，可得副產(chǎn)品NaOH

3?離子交換膜類型的判斷方法

（1）首先寫出陰、陽兩極上的電極反應(yīng)。

（2）依據(jù)電極反應(yīng)確定該電極附近哪種離子剩余。

⑶根據(jù)電極附近溶液呈電中性，從而判斷出離子移動的方向。

⑷根據(jù)離子移動的方向，確定離子交換膜的類型。

4.有“膜”條件下離子定向移動方向的判斷方法

電T陽離f移向電解池陰極（或原電池的正極）；

池陽離子交換膜會阻斷陰離子的定向移動

一

裝

置

「陰離子移向電解池陽極（或原電池的負(fù)極）；

陰離子?交換膜會阻斷陽離子?的定向移動

□素養(yǎng)專練

1.納米級CuzO由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關(guān)注。采用離子交換膜控制電

解液中OH-的濃度制備納米級Cu2O的裝置如圖所示，發(fā)生的反應(yīng)為2Cu+

H2OCu2O+H2↑o下列說法正確的是（）

離子交換膜

A.鈦電極發(fā)生氧化反應(yīng)

B.陽極區(qū)溶液的PH逐漸增大

C.離子交換膜應(yīng)采用陽離子交換膜

D.陽極反應(yīng)式是2Cu+2OEΓ-2e一=CU2。+a0

答案D

2.（2021.廣東高考）鉆（CO）的合金材料廣泛應(yīng)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鉆的裝置示意圖。下列說法正確的是（）

A.工作時,I室和II室溶液的PH均增大

B.生成ImOleO,I室溶液質(zhì)量理論上減少16g

C.移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應(yīng)不變

2++

D.電解總反應(yīng)：2CO+2H2。速型2Co+O2↑+4H

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(yīng)生成氧氣和氫離子，電極反應(yīng)式為2H2θ-4e-==θ2t+4H+,放電生

成的氫離子通過陽離子交換膜由I室向II室移動，鉆電極為陰極，鉆離子在陰極

2+

得到電子發(fā)生還原反應(yīng)生成鉆，電極反應(yīng)式為Co+2e-=Co1氯離子通過陰

離子交換膜由HI室向II室移動，電解總反應(yīng)的離子方程式為2Co2++2氏0通里

+

2Co+O2t+4H0

3.（2022?岳陽市高三教學(xué)質(zhì)量監(jiān)測）雙極膜是由一張陽膜和一張陰膜制成的復(fù)

合膜，在直流電場作用下能將中間層中的H2。解離成H+和OH=利用雙極膜和

維生素C的鈉鹽（C6H7θ6Na）制備維生素C（C6H8O6）1裝置如下圖所示。

已知維生素C具有弱酸性和還原性，下列說法正確的是（）

陽離子

交換膜

雙極膜

溶液溶液

A.X離子是H+,∏區(qū)出口處的NaoH濃度減小

B.M極的電勢高于N極，電解剛開始時陽極區(qū)附近溶液的PH變大

C.將I區(qū)的NazSCU溶液替換成C6H7θ6Na,可以提高維生素C的產(chǎn)率

D.當(dāng)M極生成2.24L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）02時，IV區(qū)溶液的質(zhì)量增加8.8g

答案D

4.（2021?山東高考節(jié)選）利用膜電解技術(shù)（裝置如圖所示），以NazCrCU為主要原

料制備Na2Cr2O7的總反應(yīng)方程式為：4Na2CrO4+4H2O=?=2Na2Cr2O7+4NaOH

+2H2t+02↑0則Na2Cr2O7在_______（填“陰”或“陽”）極室制得，電解時通過膜

的離子主要為o

答案陽Na+

解析由4Na2CrO4+4H2O^?≡2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2t可知，電

解過程中實質(zhì)是電解水，陽極上水失去電子生成H+和02,陰極上水得到電子生

成H2和OH,由2CrθV+2H+Cr2θV+H2O可知，CrzOy在氫離子濃度較

大的電極室中制得，即Na2Cr2O7在陽極室產(chǎn)生；電解過程中，陰極產(chǎn)生氫氧根離

子，氫氧化鈉在陰極生成，所以為提高制備Na2Cr2O7的效率，Na+通過離子交換

膜移向陰極。

高考真題演練

1.(2022?湖北高考)含磷有機物應(yīng)用廣泛。電解法可實現(xiàn)由白磷直接制備

LirP(CN)2],過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是()

--------[?3--------

2M<?SiCN+SCH

-O(SiMe1)J

ZlLiCN+HCN

電ICNJHY

'Li[P(CNR

A.生成1molLi[P(CN)2],理論上外電路需要轉(zhuǎn)移2mol電子

B.陰極上的電極反應(yīng)為：P4+8CN--4e-=4[P(CN)2]^

C.在電解過程中CN-向粕電極移動

D.電解產(chǎn)生的H2中的氫元素來自于LiOH

答案D

解析石墨電極發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)P4轉(zhuǎn)化為Li[P(CN)2],化合價升高發(fā)生氧化

反應(yīng)，所以石墨電極為陽極，電極反應(yīng)式為P4+8CN--4e--4[P(CN)2「，則生

成1molLirP(CN)2],理論上外電路需要轉(zhuǎn)移1mol電子，A、B錯誤；CN-應(yīng)該

向陽極移動，即移向石墨電極，C錯誤；由所給圖示可知HCN在陰極放電，產(chǎn)

生CN-和H2,而HCN中的H來自LiOH,則電解產(chǎn)生的Hz中的氫元素來自于

LiOH,D正確。

2.(2022?山東高考改編)設(shè)計如圖裝置回收金屬鉆。保持細(xì)菌所在環(huán)境PH穩(wěn)

定，借助其降解乙酸鹽生成C02,將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉(zhuǎn)化為

Co2+,工作時保持厭氧環(huán)境，并定時將乙室溶液轉(zhuǎn)移至甲室。已知電極材料均為

石墨材質(zhì)，右側(cè)裝置為原電池。下列說法不正確的是()

A.裝置工作時，甲室溶液PH逐漸減小

B.裝置工作一段時間后，乙室應(yīng)補充鹽酸

+2+

C.乙室電極反應(yīng)式為LiCoO2+2H2O+e-=Li+Co+40H^

D.若甲室Co2+減少20()mg,乙室Ct?+增加300mg,則此時已進(jìn)行過溶液

轉(zhuǎn)移

答案C

解析裝置工作時，左側(cè)裝置細(xì)菌上CHsCOO-失去電子生成CCh和H+,

Ct?+在另一個電極上得到電子被還原為Co單質(zhì)，H+和乙酸鹽中的陽離子通過陽

膜進(jìn)入甲室，甲室溶液PH減小，A正確；乙室中LiCOO2得到電子，被還原為

2+++2+

Co,電極反應(yīng)式為LiCoO2+e-+4H=Li+Co+2H2O,反應(yīng)過程中消耗

H+,因此電池工作一段時間后乙室應(yīng)該補充鹽酸，B正確，C錯誤；若甲室Co?

+減少200mg,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為"（e-）=59g∕to]X2≈0?0068mol,乙室Co2

03s

+增加300mg,轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為〃⑹）=瓦贏pl≈0.0051mol,說明此時

已進(jìn)行過溶液轉(zhuǎn)移，D正確。

3.（2022.浙江6月選考）通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2。4可獲得難溶性的

Li2CO3^MnO2,電解示意圖如下（其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自

由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計）。下列說法不正確的是（）

濾布

A.電極A為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)

2++

B.電極B的電極反應(yīng)：2H2O+Mn-2e^=MnO2+4H

C.電解一段時間后溶液中Mi?+濃度保持不變

2+

D.電解結(jié)束，可通過調(diào)節(jié)PH除去Mn,再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3

答案C

解析由電解示意圖可知，電極B上Mr?+轉(zhuǎn)化為了MnO2,鎰元素化合價升

高，失電子，電極B為陽極，則電極A為陰極，得電子，發(fā)生還原反應(yīng)，A正確；

由電解示意圖可知，電極B上M/+失電子轉(zhuǎn)化為了Mno2,電極反應(yīng)式為2比0

2++

+Mn-2e-=MnO2+4H,B正確；電極A為陰極，LiMn2。4得電子，電極

++2+

反應(yīng)式為2LiMn2O4+6e^+16H=2Li+4Mn+8H2O,依據(jù)得失電子守恒，

++2+

電解池總反應(yīng)為2LiMn2O4+4H=2Li+Mn+3MnO2+2H2O,反應(yīng)生成了

Mn2+,Mn2+濃度增大，C錯誤；由分析可知，電解結(jié)束后，可通過調(diào)節(jié)溶液PH

將鎰離子轉(zhuǎn)化為沉淀除去，然后再加入碳酸鈉溶液，從而獲得碳酸鋰，D正確。

4.（2022.廣東高考）為檢驗犧牲陽極的陰極保護(hù)法對鋼鐵防腐的效果，將鍍層

有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后，取溶液分別實驗，

能說明鐵片沒有被腐蝕的是（）

A.加入AgNO3溶液產(chǎn)生沉淀

B.加入淀粉碘化鉀溶液無藍(lán)色出現(xiàn)

C.加入KSCN溶液無紅色出現(xiàn)

D.加入K3[Fe（CN）6]溶液無藍(lán)色沉淀生成

答案D

解析氯化鈉溶液中有氯離子，所以加入硝酸銀溶液后，不管鐵片是否被腐

蝕，均會出現(xiàn)白色沉淀，故A不能說明鐵片沒有被腐蝕；淀粉碘化鉀溶液可檢測

氧化性物質(zhì)，但不論鐵片是否被腐蝕，均無氧化性物質(zhì)可與碘化鉀發(fā)生反應(yīng)，故

B不能說明鐵片沒有被腐蝕；KSCN溶液可檢測鐵離子的存在，所以無論鐵片是

否被腐蝕，加入KSCN溶液后，均無紅色出現(xiàn)，故C不能說明鐵片沒有被腐蝕；

LLFe（CN）M是用于檢測Fe?+的試劑，加入K3[Fe（CN）6]溶液無藍(lán)色沉淀出現(xiàn)，說

明溶液中沒有亞鐵離子，故D能說明鐵片沒有被腐蝕。

5.（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。

陽極

二：口海水

、陰極

下列敘述錯誤的是()

A.陽極發(fā)生將海水中的Cl-氧化生成CL的反應(yīng)

B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClO

C.陰極生成的H2應(yīng)及時通風(fēng)稀釋安全地排入大氣

D.陽極表面形成的Mg(OH)2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+sCI-、Mg?+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，陰極的電極反應(yīng)式為2H2O+2e-=H2

t+20H"會使海水中的Mg?+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。

)=0OH(QH2)

6.(2021?遼寧高考)利用I(Q)與'(QH2)電解

轉(zhuǎn)化法從煙氣中分離C02的原理如圖。已知氣體可選擇性通過膜電極，溶液不能

通過。下列說法錯誤的是()

煙氣

(含C(V

膜

膜

電

電

極

極

出口1出口2

M極N極

A?a為電源負(fù)極

B.溶液中Q的物質(zhì)的量保持不變

C.CO2在M極被還原

D.分離出的CO2從出口2排出

答案C

解析由題干信息可知，M極發(fā)生的是由Q轉(zhuǎn)化為QH2的過程，該過程是

一個還原反應(yīng)，故M極為陰極，電極反應(yīng)為Q+2H2θ+2e--QH2+2OH?故

與M極相連的a電極為負(fù)極，N極為陽極，電極反應(yīng)為QH2-2e--Q+2H+,b

極為電源正極；整個過程CO2未被還原，CO2在M極發(fā)生反應(yīng)為CO2+0H-

+

=HCOf,HCOW向陽極移動，N極上發(fā)生的反應(yīng)為HCOf+H=H2O+CO2

t,故分離出的CO2從出口2排出，C錯誤。

7.（2022?江蘇高考節(jié)選）"CuCLH2θ熱電循環(huán)制氫”經(jīng)過溶解、電解、熱水解

和熱分解4個步驟，其過程如圖所示。

H2(g)O2(g)

電解在質(zhì)子交換膜電解池中進(jìn)行。陽極區(qū)為酸性CUC5溶液，陰極區(qū)為鹽酸,

電解過程中CUCl5轉(zhuǎn)化為CuCU-o電解時陽極發(fā)生的主要電極反應(yīng)為

________________________________（用電極反應(yīng)式表示）。

答案CuClf+2CΓ-e^=CuCli^

8.（2020?全國卷∏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(biāo)號）0

aI)

淡鹽水,r∣~fJ~?,

l??.

~Y離字膜早~

精制鹽水稀NaOH溶液

(2)CH4和Co2都是比較穩(wěn)定的分子，科學(xué)家利用電化學(xué)裝置實現(xiàn)兩種分子的

耦合轉(zhuǎn)化，其原理如下圖所示:

+電極B

固體電解質(zhì)(傳導(dǎo)O")

碳

U極A

O氧

?氮

①陰極上的反應(yīng)式為O

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

答案⑴鈉a

2

(2)φCO2+2e-=CO+0^②6：5

解析⑵②令生成的乙烯和乙烷分別為2體積和1體積，根據(jù)阿伏加德羅定

律：同溫同壓下，氣體體積比等于物質(zhì)的量之比，再根據(jù)得失電子守恒，得到發(fā)

生的總反應(yīng)為：6CH4+5CO2=2C2H4+C2H6+5H2O+5C0,即消耗CH4和CO2

的體積比為6:5o

課時作業(yè)

建議用時：40分鐘

選擇題(每小題只有1個選項符合題意)

L化學(xué)用語是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具，下列用來表示物質(zhì)變化的化學(xué)用語正確

的是（）

A.用銅作陰極，石墨作陽極，電解飽和食鹽水時，陽極的電極反應(yīng)式為2C1

--2e^^=C12t

B.鉛酸蓄電池放電時的正極反應(yīng)式為Pb-2e^+SOF=PbSO4

C.粗銅精煉時，與電源正極相連的應(yīng)是粗銅，該極發(fā)生的電極反應(yīng)只有CU

-2e^=Cu2+

D.鋼鐵發(fā)生電化學(xué)腐蝕的正極反應(yīng)式為Fe-2e-=Fe2+

答案A

2.下列關(guān)于電化學(xué)的敘述正確的是（