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第六章
化学反应与能量
第19讲 电解池 金属的腐蚀与防护
1.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。
2．认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。
3．了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防止金属腐蚀的措施。
必备知识·梳理夯实
1.电解
使直流电通过电解质溶液或______________，在两个电极上分别发生____________和____________的过程。
熔融电解质
氧化反应
还原反应
还原
氧化
2.电解池(也叫电解槽)
(1)定义：电解池是将________转变为__________的装置。
(2)电解池的构成条件：
①有外接________电源。
③形成____________。
④电解质溶液或________电解质。
电能
化学能
直流
电源
正
负
闭合回路
熔融
(3)电解池工作原理(以电解CuCl2溶液为例)。
①电极名称与电极反应
总反应的化学方程式：___________________________
总反应的离子方程式：________________________________
②电解过程的三个流向
A．电子流向：电源______极→电解池的______极；电解池的______极→电源的______极。
B．离子流向：阳离子→电解池的______极，阴离子→电解池的______极。
③电流方向：电源______极→电解池的______极→电解质溶液→电解池的______极→电源______极。
负
阴
阳
正
阴
阳
正
阳
阴
负
[微点拨] ①金属活动性顺序中银以前的金属(含银)作电极时，由于金属本身可以参与阳极反应，称为金属电极或活性电极(如Zn、Fe、Cu、Ag等)；金属活动性顺序中银以后的金属或非金属作电极时，称为惰性电极，主要有铂(Pt)、石墨等。
②电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是依靠离子定向移动形成电流，即电子本身不会通过电解质溶液。
③一幅图理解电子、离子、电流的移动方向
注意：电子不能通过电解质溶液。
3.电解时两极粒子的放电顺序
Fe－2e－===Fe2＋
Cu－2e－===Cu2＋
Ag－e－===Ag＋
a．若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。
b．放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。
[微点拨] ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序是阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。
③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。
4.电解池电极反应式的书写步骤与方法
阴、阳
阴
阳
惰性
活性
失电子
阳离子
失电子
高价化合物
得电子
低价化合物
(3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋，而不是得到单质Fe。
(4)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。
(5)书写电解化学方程式时，应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。
5.判断电解池阴、阳极的常用方法
判断方法 阳极 阴极
与电源连接 与正极相连 与负极相连
闭合回路 导线中 电子流出 电子流入
电解质溶液中 阳离子移离 阳离子移向
阴离子移向 阴离子移离
电极反应 得失电子 失电子 得电子
化合价 升高 降低
反应类型 氧化反应 还原反应
电极质量 减小或不变 增大或不变
6.惰性电极电解电解质溶液的产物判断
7.用惰性电极电解电解质溶液的类型
类型 电解质 特点 实例 电解产物 电极反应特点 电解 对象 电解质溶液的 变化 电解质溶
液的复原
阴极 阳极
电解 水型 含氧酸 H2SO4 H2 O2 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 水 浓度 增大 加H2O
可溶性 强碱 NaOH
活泼金 属含氧 酸盐 KNO3
类型 电解质 特点 实例 电解产物 电极反应特点 电解 对象 电解 质溶 液的 变化 电解
质溶
液的
复原
阴极 阳极
电解 电解 质型 无氧酸 HCl H2 Cl2 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 电 解 质 浓度 减小 通HCl
不活泼 金属无 氧酸盐 CuCl2 Cu Cl2 加
CuCl2
类型 电解质 特点 实例 电解产物 电极反应特点 电解 对象 电解 质溶 液的 变化 电解
质溶
液的
复原
阴极 阳极
放H2 生碱型 活泼金 属无氧 酸盐 NaCl H2 Cl2 阴极：2H＋＋ 2e－===H2↑ 阳极：电解质阴离子放电 电解 质和 水 生成 新电 解质 通HCl
类型 电解质 特点 实例 电解产物 电极反应特点 电解 对象 电解 质溶 液的 变化 电解
质溶
液的
复原
阴极 阳极
放O2 生酸 型 不活泼 金属含 氧酸盐 CuSO4 Cu O2 阴极：电解质阳离子放电 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 电解 质和 水 生成 新电 解质 加CuO
[微点拨] (1)电解时溶液pH的变化规律。
①若电解时阴极上产生H2，阳极上无O2产生，电解后溶液pH增大；
②若阴极上无H2产生，阳极上产生O2，则电解后溶液pH减小；
③若阴极上有H2产生，阳极上有O2产生，且VH2＝2VO2，则有“酸更酸，碱更碱，中性就不变”，即：
a．如果原溶液是酸溶液，则pH变小；
b．如果原溶液为碱溶液，则pH变大；
c．如果原溶液为中性溶液，则电解后pH不变。
(2)电解质溶液的复原措施。
电解后的溶液恢复到原状态，出什么加什么(即一般加入阴极产物与阳极产物的化合物)。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
8.电解后电解质溶液的复原
需加适量的某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水增加。使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如
①NaCl溶液：通__________气体(不能加盐酸)。
②AgNO3溶液：加____________固体(不能加____________)。
③CuCl2溶液：加______________固体。
④KNO3溶液：加__________。
⑤CuSO4溶液：加__________或______________[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
HCl
Ag2O
AgOH
CuCl2
H2O
CuO
CuCO3
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程，属于化学变化。( )
(2)Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑能设计成电解池。( )
[提示] 电解池是把电能转化为化学能，所以不论自发、不自发进行的氧化还原反应理论上均可设计成电解池；如用Zn作阳极、惰性电极作阴极，电解硫酸溶液，电池反应即为上述反应。
√
√
(3)阴极不管是什么材料，电极本身都不反应。( )
[提示] 阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液中的阳离子放电。
(4)阳极不管是什么材料，电极本身都不反应。( )
[提示] 阳极如果是活性电极，电极本身参加反应。
(5)电解过程中阴离子向阴极定向移动。( )
[提示] 电解过程中阴离子向阳极定向移动，阳离子向阴极定向移动。
√
×
×
(6)用惰性电极电解饱和食盐水，溶液的pH不变。( )
(7)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。( )
(8)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。( )
[提示] 电解时电子从电源负极流向电解池阴极。
(9)电解CuCl2溶液，阳极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。( )
[提示] 电解CuCl2溶液时，在阳极Cl－失电子变为Cl2。
×
√
×
√
(10)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。( )
[提示] 电解H2SO4溶液时，实际是电解H2O的过程，故溶液中
c(H＋)增大，pH减小。
(11)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。( )
[提示] 电解饱和食盐水，两极产生H2和Cl2，因此通入HCl气体即可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
×
×
(12)用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，加入Cu(OH)2可使电解质溶液恢复到电解前的情况。( )
(13)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为
(14)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。( )
(15)电解NaCl溶液得到22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移NA个电子。( )
×
×
√
×
(16)电解池工作时电子从电源的负极流出，流入阴极通过溶液到阳极，然后从阳极流出，流回电源正极。( )
×
√
2.如图所示为一电解池装置，A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞试剂，试判断：
①a电极是______极(填“正”或“负”)，B电极是______极(填“阴”或“阳”)______极(填“A”或“B”)附近酚酞试液显红色。
②A电极上的电极反应式为______________________________，B电极上的电极反应式为_______________________________________；
③检验A电极上产物的方法是______________________________
_________________________________________________。
正
阴
B
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝，则证明A电极上的产物为氯气
3．(1)电解质溶液通电时，一定会发生化学反应吗？为什么？
[提示] 一定发生化学反应。因为在电解池的阴极、阳极分别发生还原反应和氧化反应，发生了电子的转移，生成了新物质，所以电解质溶液通电时一定有化学反应发生。
(2)若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98 g Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为多少？
[提示] 4NA
方法一：98 g Cu(OH)2固体的物质的量为1 mol，相当于电解了1 mol的CuSO4后，又电解了1 mol的水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。
方法二：可认为整个电解过程中转移的电子数与Cu(OH)2中的O2－失电子数相等，则转移电子数为4NA。
考点突破·训练提升
典例 1
微考点1 电解池工作原理、电极反应式的书写
(1) (2020·全国Ⅱ卷，12)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入到无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色。对于该变化过程，下列叙述错误的是( )
C
A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3
[解析] 由题意知，银电极为阳极，Ag失电子生成Ag＋，Ag＋移向阴极与WO3反应生成AgxWO3，则总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，反应过程中W元素的化合价降低，A、B、D正确，C错误。
D
归纳拓展
阴、阳极的判断
〔对点集训1〕 (1) (2023·江苏南通考前练习卷)利用石墨电极电解HNO3和HNO2的混合溶液可获得较浓的硝酸。其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
D
(2)某研究小组在探究电化学原理时，如图将盐桥换成n形弯铁丝，当接通直流电源后，石墨①附近溶液变红。下列判断或预测错误的是( )
A．A为电源的负极
B．铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀
C．电子移动方向为A→石墨①→铁丝→石墨②→B
D．石墨②电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
C
[解析] 盐桥换成n形弯铁丝，当接通直流电源后，石墨①附近溶液变红，说明石墨①是阴极，A为负极，B为正极，石墨②为阳极，故A正确；铁丝左端③为阳极，Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与阴极产生的OH－结合生成Fe(OH)2，很快被氧化，呈灰绿色，铁丝左端③附近出现灰绿色沉淀，故B正确；电子不能在溶液中移动，故C错误；石墨②为阳极，氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故D正确。
根据“三看”正确书写电极反应
1 一看电极材料，若是金属单质(Au、Pt除外)为阳极，则金属单质一定被电解(需要注意Fe生成Fe2＋而不是生成Fe3＋)。
2 二看介质，介质是否参与电极反应。
3 三看电解质状态，若是熔融状态，则一般为金属的电冶炼。
归纳拓展：
1
2
3
归纳拓展：
分析电解过程的思维程序
微考点2 电解的有关计算
(1) (2023·江西师范大学附属中学高三月考)在500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中，c(NO)＝6 mol·L－1，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
B．向电解后的溶液中加入98 g的Cu(OH)2可恢复为原溶液
C．原混合溶液中c(K＋)＝4 mol·L－1
D．电解后溶液中c(H＋)＝2 mol·L－1
典例 2
B
(2)某研究院经过多次实验发现，采用如图所示装置，阳极(Ti基)上产生羟基(·OH)，阴极上产生H2O2，分别深度氧化苯酚为CO2，高效处理废水。下列有关说法错误的是( )
D
A．电流从a极―→Ti基―→废水―→不锈钢―→b极
B．阳极的电极反应为H2O－e－===·OH＋H＋
C．阴极深度氧化苯酚的化学方程式为C6H5OH＋14H2O2===6CO2↑＋17H2O
D．当消耗7 mol O2时，理论上共氧化处理47 g苯酚
[解析] 电流从正极通过电子或离子的定向移动流向负极，即从a极―→Ti基―→废水―→不锈钢―→b极，A正确；阳极上水失电子生成羟基和氢离子，其电极反应为H2O－e－===·OH＋H＋，B正确；阴极上产生H2O2，可深度氧化苯酚为CO2，则阴极深度氧化苯酚的化学方程式为C6H5OH＋14H2O2===6CO2↑＋17H2O，C正确；阴极的电极反应为O2＋2e－＋2H＋===H2O2，当消耗7 mol O2时，生成7 mol H2O2，转移14 mol e－；由C6H5OH～14H2O2，可知，阴极处理0.5 mol×94 g·mol－1＝47 g苯酚，同时阳极生成14 mol ·OH，阳极苯酚被氧化的方程式为C6H5OH＋28·OH===6CO2↑＋17H2O，阳极处理0.5 mol×94 g·mol－1＝47 g苯酚，则理论上共处理94 g苯酚，D错误。
〔对点集训2〕 (1) (2023·山东滨州高三检测)用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好使溶液恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为( )
A．0.4 mol B．0.5 mol
C．0.6 mol D．0.8 mol
C
[解析] 电解硫酸铜溶液时，开始反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复到原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水，而0.1 mol水应是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，则一共转移了0.6 mol电子，C项正确。
(2)用铂作电极电解100 mL 2 mol/L MSO4盐溶液，当阳极收集到0.56 L气体时(标准状况)，阴极增重3.2 g，若电解前后溶液的体积变化忽略不计，下列说法不正确的是( )
A．电路中通过电子数目为0.1NA
B．M的摩尔质量为64 g/mol
C．电解后溶液的pH＝1
D．阳极收集到的气体是O2
C
电化学的计算技巧
原电池和电解池的相关计算，主要包括两极产物的定量计算、相对原子质量的计算、阿伏加德罗常数测定的计算、溶液pH的计算，根据产物的量求转移电子的物质的量及根据转移电子的物质的量求产物的量等。在进行有关计算时，可运用以下基本方法：
归纳拓展：
(1)根据总反应式计算。
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算。
①用于串联电路中阴、阳两极产物或正、负两极产物在相同电量时的计算，其依据是各电极上转移的电子数相等。
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60
×10－19C来计算电路中通过的电量。
必备知识·梳理夯实
1.电解饱和食盐水——氯碱工业
(1)电极反应
阴极：电极反应式：________________反应类型：_____反应。
阳极：电极反应式：__________________反应类型：_____反应。
检验阳极产物的方法是______________________________________
_________________________。电解时向食盐水中滴加酚酞，______极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为____________。
2H＋＋2e－===H2↑
还原
2Cl－－2e－===Cl2↑
氧化
用湿润的淀粉KI试纸靠近，若试纸变蓝，
证明生成了Cl2
阴
NaOH
(2)电解方程式
化学方程式：___________________________________________；
离子方程式：____________________________________。
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图
①阳离子交换膜的作用：
阻止__________进入阳极室与Cl2发生副反应2OH－＋Cl2===Cl－＋ClO－＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
②a、b、c、d加入或取出的物质分别是__________________、____________________________、__________、________________；X、Y分别是__________、________。
OH－
精制饱和食盐水
H2O(含少量NaOH)
淡盐水
NaOH溶液
Cl2
H2
2.电解精炼铜
注意：电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。
粗铜
精铜
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
3.电镀铜
精铜
待镀金属
Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
减小
增加
不变
4.电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
2Cl－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2e－===Mg
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
(4)电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)电解饱和食盐水制碱时，用Fe作阴极可增强导电性。( )
(2)电解熔融NaCl与电解饱和食盐水的反应原理相同。( )
(3)工业上电解饱和食盐水中，Na＋通过交换膜移向阳极。( )
(4)电解饱和食盐水制碱时，食盐水中不能含有Ca2＋、Mg2＋等离子。( )
(5)电解精炼铜时，杂质Zn、Au、Ag均不溶解，形成阳极泥而沉淀。( )
√
×
×
√
×
(6)电解精炼银时，粗银作阴极。( )
(7)用电解法冶炼活泼金属时，不能电解相应化合物的水溶液。( )
(8)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极。( )
(9)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。( )
(10)氯碱工业中阳离子交换膜的作用是防止H2和Cl2混合爆炸，同时避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。( )
×
√
√
×
√
[提示] 电解精炼铜时，当开始电解时杂质Zn、Fe、Ni等活泼金属失电子，电解质溶液中Cu2＋得电子，造成溶液中c(Cu2＋)减小。
×
×
×
(14)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。( )
[提示] 不采用电解MgO制金属镁，因为MgO熔点高、耗能大、不经济，不能用电解AlCl3制金属铝，因为熔融AlCl3不导电。
(15)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。( )
[提示] 阴极可用金属材料作电极。
×
×
(16)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。( )
[提示] 活泼金属作阳极时，金属首先失电子被氧化，故阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋。
(17)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。( )
[提示] 电解精炼铜时，阴极析出的只有Cu，而阳极减少的有活泼的Zn、Fe、Ni等形成阳离子存在于溶液中，不活泼的Ag、Au等形成阳极泥沉在底部，故两极的质量变化不相等。
×
×
(18)电镀过程中，溶液中离子浓度不变。( )
[提示] 电镀过程中阳极质量减轻等于阴极质量增加，电镀液中离子浓度保持不变。
(19)电解精炼铜时，溶液中的阳离子浓度会发生变化。( )
[提示] 由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上只有Cu2＋被还原，所以电解过程中，溶液中的阳离子浓度会发生变化。
√
√
2．(1)电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐________，而B中CuSO4溶液浓度____________。
减小
基本不变
(2)图C电解饱和食盐水过程中，阳离子交换膜的作用为_________________________________________________________。
只允许阳离子通过，阻止Cl2与H2混合，防止Cl2与NaOH反应
(3)粗铜的电解精炼示意图如图所示。
①在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极______(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应为______________________________。
c
Cu2＋＋2e－===Cu
②若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，则阳极的电极反应为__________________________________________________________，粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为______________________________
_____________________________，溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋
Ag、Au以单质形式沉积在c电极的下方，形成阳极泥
变小
考点突破·训练提升
典例 1
微考点1 电解原理的常规应用
(2022·广东，10,2分)以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中( )
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2＋
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
C
[解析] 电解精炼Al，阴极发生的反应为Al3＋＋3e－===Al，A项错误；在阴极Al被还原，B项错误；Cu活泼性比Al弱，在电解过程中沉积在电解槽的底部，C项正确；在阳极Al、Mg放电，在阴极Al3＋得电子生成Al，质量变化不相等，D项错误。
归纳拓展
电解精炼：通过电解质溶液的电解，由粗金属作阳极，纯金属作阴极，含有该金属离子的溶液(或熔融盐)作电解液，阳极溶解金属，阴极析出金属；粗金属中不活泼的杂质不溶解，成为阳极泥沉积于电解槽底部，活泼的杂质虽然在阳极溶解，但不能在阴极析出，从而达到精炼的目的。
C
[解析] A．阴极发生还原反应，氢离子获得电子生成H2，阴极电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑，故A错误；B.阳极发生氧化反应，硫元素最高正价为＋6价，只能是O元素价态升高，S2O中含有过氧键，反应中硫元素价态不变，故B错误；C.S2O中含硫氧极性键和氧氧非极性键，故C正确；D.若用铜作阳极，则阳极反应为：Cu－2e－===Cu2＋，故D错误。
典例 2
微考点2 电解原理的拓展应用
(2023·河北石家庄模拟)电解尿素[CO(NH2)2]是一种能耗很低的制氢方法，其工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
B
〔对点集训2〕 (2023·湖南长沙一中一模)最近，我国科学家设计了一种高效电解水制氢的系统，实现了在催化剂作用下析氢和析氧反应的分离。该系统的工作原理如图所示，其中电极均为惰性电极，电解液中含NaOH。下列关于该装置工作时的说法错误的是( )
C
A．阳极的电极反应为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
B．OH－通过离子交换膜由B极室向A极室移动
C．催化析氢室的反应为DHPS－2H＋2H＋＋2e－===DHPS＋2H2↑
D．理论上，该过程中[Fe(CN)6]4－和DHPS可自补充循环
[解析] 据图可知A极室中[Fe(CN)6]4－转化为[Fe(CN)6]3－，Fe元素化合价升高被氧化，所以A极室为阳极室，B极室为阴极室。阳极的电极反应为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－，A正确；电解池中阴离子流向阳极，A极室为阳极室，所以OH－通过离子交换膜由B极室向A极室移动，B正确；电解液中含NaOH，为碱性溶液，所以催化析氢室中并没有氢离子参与反应，C错误；据图可知[Fe(CN)6]4－在A极室中转化为[Fe(CN)6]3－后又在催化析氧室中转化为[Fe(CN)6]4－，DHPS在B极室中转化为DHPS－2H后又在催化析氢室中转化为DHPS，理论上两种物质没有损耗，可自补充循环，D正确。
必备知识·梳理夯实
1.金属腐蚀的本质
金属原子________电子变为金属阳离子，金属发生________反应。
失去
氧化
2.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
定义 金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2等)或非电解质溶液等直接发生化学反应引起的腐蚀 不纯金属或合金与电解质溶液接触，会形成__________，__________的金属失去电子被氧化腐蚀
本质 M－ne－===Mn＋ M－ne－===Mn＋
原电池
较活泼
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀
区别 无电流产生 有微弱电流产生
联系 两者往往同时发生，金属的__________腐蚀更普遍，而且危害性大，腐蚀速率大。实质都是金属原子失去电子被氧化而损耗。
电化学
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例进行分析)
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
水膜性质 ____________ __________________
负极反应 ___________________ ______________________________________
正极反应 ___________________
酸性较强
酸性较弱或中性
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－
===4OH－
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
总反应 ______________________ ____________________________________________
其他反应 ___________________________________________ Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O
===2Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
腐蚀速率 较快 较慢
普遍性 ________腐蚀更普遍
联系 往往两种腐蚀交替发生，但________腐蚀更普遍，两种过程都有微弱电流产生。
吸氧
吸氧
[微点拨] 钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
3.金属电化学腐蚀规律
(1)对同一种金属来说，在不同溶液中腐蚀的快慢：强电解质溶液______弱电解质溶液______非电解质溶液。
(2)活动性不同的两金属：活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越____。
(3)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。
(4)对同一电解质溶液来说。电解原理引起的腐蚀_____原电池原理引起的腐蚀______化学腐蚀______有防护措施的腐蚀。
>
>
快
>
>
>
4.金属的防护
(1)电化学防护
正
负
阴
阳
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
[微点拨] (1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。
(2)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。
(3)两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。( )
(2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。( )
(3)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀。( )
(4)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀。( )
×
×
×
×
(5)原电池分为正、负极，电解池分为阴、阳极，所以牺牲阳极的阴极保护法应用的是电解池原理。( )
[提示] 牺牲阳极的阴极保护法是应用原电池原理防腐。
(6)在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。( )
[提示] 在铁板上镀锌是因为在铁板表面形成一层锌保护膜，可以阻止铁与空气的接触，与原电池无关，锌层破损后才与原电池有关。
×
×
(7)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。( )
(8)镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈。( )
(9)在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属发生的一定是吸氧腐蚀。( )
(10)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。( )
[提示] Cu在潮湿的空气中腐蚀生成Cu2(OH)2CO3。
√
√
×
×
(11)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。( )
[提示] 如Fe件上镀Zn，若保护层破损后，在潮湿的空气中，Fe、Zn构成原电池，Zn作负极，仍然对Fe起到保护作用。
(12)外加电流的阴极保护法，构成了电解池；牺牲阳极的阴极保护法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。( )
(13)金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍。( )
[提示] 金属的电化学腐蚀更普遍。
×
√
×
(14)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。( )
[提示] 食盐水为中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀。
(15)铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。( )
(16)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。( )
[提示] 由于铁比锡活泼，锡层破损后，形成原电池，铁作负极，腐蚀加快。
×
×
×
(17)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的负极相连，可防止水闸被腐蚀。( )
[提示] 外加电流的阴极保护法是把被保护的器件作阴极，与外加电源负极相连。
(18)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。( )
√
×
(19)在船体外嵌入锌块，可以减缓船体的腐蚀，这属于牺牲阴极的保护法。( )
(20)钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋。( )
[提示] 钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应为：Fe－2e－===Fe2＋。
×
×
2．(1)如图所示：
①若棉团浸有NH4Cl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为__________________________，右试管中现象是______________。
②若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为________________________________________，右试管中现象是__________________。
析氢
2H＋＋2e－===H2↑
有气泡冒出
吸氧
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
导管内液面上升
(2)下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
①腐蚀最严重的部位是______(用“A”“B”或“C”回答，下同)。原因______________________________________________________________________________________________________。
②形成铁锈最多的部位是______，原因_______________________
_________________________________________________________________________________________________________________________。
C
由于近水面B处溶解氧浓度大于C处，发生吸氧腐蚀时B为正极，C为负极，C处Fe－2e－===Fe2＋
B
由于B处海水O2浓度较大，Fe2＋扩散至B处附近易发生Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
(3)为什么要在轮船船体与水面接触线以下的船壳上嵌入一定数量的锌块？
[提示] Fe、Zn和海水构成原电池，Zn作负极，Fe作正极，锌被腐蚀，而船体受到保护。
考点突破·训练提升
典例 1
微考点1 金属腐蚀的原理、金属腐蚀速率快慢的比较
(1) (2023·北京西城模拟)下列事实与电化学无关的是( )
D
[解析] 暖宝宝中铁粉、碳在氯化钠溶液中构成原电池，铁发生吸氧腐蚀放出热量，与电化学有关，A不符合题意；海沙中电解质的量大于河沙，则钢筋在海沙中构成原电池时，腐蚀速率更快，则海沙比河沙混凝土更易使钢筋生锈与电化学有关，B不符合题意；家用铁锅生锈是因为铁锅与锅中残留溶液构成原电池，发生吸氧腐蚀，则家用铁锅生锈与电化学有关，C不符合题意；铁在冷的浓硫酸中发生钝化，则铁罐运输浓硫酸与铁的钝化有关，与电化学无关，D符合题意。
(2) (2023·湖南长沙同升湖实验学校月考)研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误的是( )
A
A．桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀
B．钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快
C．图1辅助电极的材料可以为石墨
D．图2钢铁桥墩上发生的反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
[解析] 海水呈弱碱性，桥墩在海水中主要发生吸氧腐蚀，A错误；海水中电解质含量高于河水，因此钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快，B正确；图1是外加电流法，钢铁桥墩与电源的负极相连，辅助电极可以是石墨或金属，C正确；图2是牺牲阳极法，辅助电极是比铁更活泼的金属，钢铁桥墩作正极，发生吸氧腐蚀，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。
〔对点集训1〕 (1) (2023·经典习题选萃)如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为( )
A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
C
[解析] 由图可知，②③④装置是原电池，在②④中，金属铁作负极，③中金属铁作正极，作负极的腐蚀速率快，并且两个电极金属活泼性相差越大，负极金属腐蚀速率越快，正极被保护，并且原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀，所以腐蚀速率④>②>①，⑤⑥装置是电解池，⑤中金属铁为阳极，⑥中金属铁为阴极，阳极金属被腐蚀速率快，阴极被保护，即腐蚀速率⑤>⑥，根据电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，即⑤④②①③⑥，故C项正确。
[易错警示] 金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。
(2) (2023·山东潍坊高三检测)如图两套实验装置，都涉及金属的腐蚀反应，假设其中的金属块和金属丝都是足量的。下列叙述正确的是( )
A．装置Ⅰ在反应过程中只生成NO2气体
B．装置Ⅱ开始阶段铁丝只发生析氢腐蚀
C．装置Ⅱ在反应过程中能产生氢气
D．装置Ⅰ在反应结束时溶液中的金属阳离子只有Cu2＋
C
[解析] 装置Ⅰ中，铁被浓硝酸钝化，铜与浓硝酸反应，在这种条件下，铜作原电池的负极，铁作正极，反应生成红棕色的NO2，随着反应的进行，浓硝酸变为稀硝酸，随后铁作负极Cu作正极，稀硝酸发生还原反应生成无色的NO，金属过量，故反应结束时溶液中既有Fe2＋又有Cu2＋，A、D错误；因为装置Ⅱ中左边充满氧气，一开始发生吸氧腐蚀，消耗氧气导致左边液面上升，铁与稀硫酸反应产生氢气，发生析氢腐蚀，B错误，C正确。
金属腐蚀的一般规律
1 在同一电解质溶液中，金属腐蚀的速率快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
2 在原电池中，电解质溶液相同时，两极的活泼性差别越大，负极金属越易被腐蚀，如Zn－Cu(H2SO4)中的Zn比Zn－Fe(H2SO4)中的Zn腐蚀快。
归纳拓展
1
2
3 由相同正、负极构成的原电池(如Fe－Cu原电池)
(1)电解质的氧化能力越强，负极金属越易被腐蚀。如Fe在不同电解质溶液中的腐蚀速率是CuSO4溶液>稀H2SO4>NaCl溶液。
(2)电解质中起氧化作用的离子相同时，该离子浓度越大，负极金属腐蚀速率越快。如腐蚀速率：1 mol·L－1盐酸>0.1 mol·L－1盐酸>0.1 mol·L－1醋酸>海水(起氧化作用的H＋浓度逐渐减小)。
3
微考点2 金属腐蚀的防护
(1) (2023·福建福州模拟)全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图所示方法保护埋在弱碱性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是( )
典例 2
C
A．钢质管道易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池
B．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法
C．钢管上的电极反应式：2H＋＋2e－===2H2↑
D．也可以外接直流电源保护钢管，直流电源正极连接金属棒X
[解析] 根据图知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，即把金属棒X和钢管、电解质溶液构成原电池，金属棒X作负极，钢管作正极，从而使钢管得到保护，据此分析解答。土壤中钢管易被腐蚀是因为在潮湿的碱性土壤中形成了原电池，发生的是吸氧腐蚀，故A正确；根据图片知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；潮湿的碱性土壤发生吸氧腐蚀，故正极上氧气放电，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C错误；也可以外接直流电源保护钢管，直流电源正极连接金属棒X，这种方法为外接电源的阴极保护法，故D正确。
(2)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
C
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
[解析] 通过外加电流的阴极保护法可以有效防止钢管桩的腐蚀，从而使钢管桩表面腐蚀电流接近于零，A项正确；通电后高硅铸铁为阳极，发生氧化反应，电子流出通过外电路流向钢管桩，B项正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，阳极反应的实质是水的电解，高硅铸铁并不是损耗阳极材料，只起传递电流的作用，C项错误；可以根据发生腐蚀的趋势不同调整通入的保护电流，D项正确。
〔对点集训2〕 (2023·北京检测)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
① ②
在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化
③
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
D
[解析] A项，对比②③可知，没有连接锌的Fe附近溶液在加入K3[Fe(CN)6]溶液后产生了蓝色沉淀，说明Zn保护了Fe，正确；B项，对比①②可知，铁氰化钾可能把Fe氧化为Fe2＋，并进一步与Fe2＋反应生成蓝色沉淀，正确；C项，①生成蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成，因而不能用于验证Zn保护Fe，正确；D项，实验①中无论Fe作正极还是负极，Fe附近均产生蓝色沉淀，故将Zn换成Cu，无法证明Fe比Cu活泼，错误。
本讲要点速记：
1.两个概念
(1)电解：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。
(2)电解池：把电能转化为化学能的装置。
2.电解池实质的两个方面：
(1)反应本质：氧化还原反应。
(2)能量转化：电能转化为化学能。
3.电化学腐蚀两种类型的正极反应
(1)析氢腐蚀：2H＋＋2e－===H2↑
(2)吸氧腐蚀：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
4.电解池电极判断的方法：
(1)阳极：与电源正极相连的一极，流出电子、发生氧化反应的一极，阴离子定向移动的一极，往往有氧气、氯气、单质溴、碘生成或电极质量减轻，生成氢离子的一极；
(2)阴极：与电源负极相连的一极，流入电子、发生还原反应的一极，阳离子定向移动的一极、一般有氢气生成或金属单质析出而质量增加，或生成氢氧根离子的一极。
6.电解原理应用的“四方面”
(1)电解饱和食盐水的化学方程式为：
(2)电镀时，待镀的金属制品作阴极，镀层金属作阳极，用含镀层金属离子的溶液作电镀液。
(3)电解精炼铜时，用纯铜作阴极，粗铜作阳极，用CuSO4溶液作电解液。
(4)电解熔融Al2O3制取铝，电解熔融氯化钠制取钠，电解熔融MgCl2制取镁。
7.金属的两种腐蚀与三种保护：练案[19] 第19讲 电解池 金属的腐蚀与防护
一、选择题：本题共10小题，每小题只有一个选项符合题目要求。
1．(2023·山东滨州模拟)在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现。铁片腐蚀过程中发生反应的总化学方程式为2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图所示。
下列说法正确的是( D )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀生成的铁锈可以保护内层的铁不被腐蚀
C．铁片腐蚀过程中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成了无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
[解析] 结合题图知Fe失电子，化合价升高，被氧化发生氧化反应，A项错误；铁锈结构疏松，不能保护内层金属，B项错误；铁片腐蚀时，Fe作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C项错误；铁片上的NaCl溶液为铁与碳形成原电池提供了电解质溶液，D项正确。
2．(2023·河南模拟)研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是( C )
A．用装置①模拟研究时未见a上有气泡，说明铁没有被腐蚀
B．②中桥墩与外加电源正极连接，能确保桥墩不被腐蚀
C．③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩
D．①②③中海水均是实现化学能与电能相互转化的电解质
[解析] 装置①发生吸氧腐蚀，a极是氧气得电子生成氢氧根离子，而铁是负极，发生氧化反应，生成亚铁离子，铁被腐蚀，A项错误；金属作电解池的阴极时被保护，而桥墩与电源正极相连，是阳极，发生氧化反应，B项错误；锌比铁活泼，锌失电子，所以③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩，C项正确；海水是混合物，既不是电解质，也不是非电解质，D项错误。
3．我国科学家发明的制取H2O2的绿色方法，原理如图所示(已知：H2O2??H＋＋HO，Ka＝2.4×10－12)。下列说法错误的是( D )
A．催化剂可促进反应中电子的转移
B．每生成1 mol H2O2，X膜上转移的离子为2 mol
C．b极上的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HO＋OH－
D．加大去离子水的流速和工作电流均可以增大H2O2的浓度
[解析] 催化剂能加快化学反应速率，则催化剂可促进反应中电子的转移，故A正确；X为质子交换膜，每生成1 mol H2O2，外电路有2 mol电子转移，所以X膜上转移的H＋为2 mol，故B正确；b极上的电极反应为O2＋H2O＋2e－===HO＋OH－，故C正确；加大去离子水的流速可将产生的H2O2稀释，所以浓度减小，增大工作电流，单位时间内生成的双氧水增多，导致双氧水浓度增大，故D错误。
4.(2023·山东日照模拟)铝阳极氧化处理后形成的氧化膜比铝的天然氧化膜耐磨性、耐腐蚀性及装饰性有明显的提高，工业中以铝为阳极，置于硫酸溶液中电解，装置如图所示，下列说法正确的是( C )
A．阳极电极反应式为2Al－6e－＋6OH－===Al2O3＋3H2O
B．随着电解的进行，溶液的pH逐渐增大
C．当阴极生成气体3.36 L(标准状况)时，阳极增重2.4 g
D．电解过程中H＋移向铝电极
[解析] A项，硫酸溶液显酸性，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋；B项，阴极反应式为6H＋＋6e－===3H2↑，电解过程中H2O减少，pH减小；C项，阴极生成H2的物质的量为0.15 mol，阳极由Al→Al2O3，增加O元素的质量，当n(H2)＝0.15 mol时n(Al2O3)＝0.05 mol，m(O)＝0.05 mol×3×16 g·mol－1＝2.4 g；D项，电解过程中H＋移向阴极(石墨电极)。
5．(2023·福建三明质检)下列有关铝土矿中提炼铝的说法不正确的是( C )
A．铝土矿中的铝元素是以化合态存在的，需用化学方法把铝元素变成游离态
B．提炼过程中，先将铝土矿净化提取氧化铝，再进行冶炼
C．可用常见的还原剂把氧化铝中的铝还原出来
D．冶炼铝的方法同工业冶炼钠、镁相似，可用电解法
[解析] 铝是活泼金属，常见的还原剂不能还原Al2O3，只能用电解熔融氧化铝实现。
6．中学阶段介绍的电解原理的应用主要有三种：一是氯碱工业、二是电解精炼铜、三是电解冶金。下列关于这三个工业生产的描述中正确的是( D )
A．电解精炼铜时，负极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu
B．氯碱工业和电解精炼铜中，阳极都是氯离子放电放出氯气
C．在氯碱工业中，电解池中的阴极产生的是H2，NaOH在阳极附近产生
D．电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐作电解质溶液
[解析] 电解精炼铜时，两极分别是阴、阳极，阴极电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，A项错误；在氯碱工业中，阳极是Cl－放电生成氯气，电解精炼铜时，阳极是粗铜失电子，生成Cu2＋，B项错误；水中存在H2O??H＋＋OH－，在氯碱工业中，电解池的阴极氢离子放电生成氢气，水的电离平衡向右移动，Na＋与OH－结合生成NaOH，C项错误；电解精炼铜时，应用粗铜作阳极、精铜作阴极，可溶性铜盐作电解质溶液，D项正确。
7.(2023·山东济南模拟)利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是( D )
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
[解析] 氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极上粗铜溶解，阴极上Cu2＋放电析出Cu，由于粗铜中含有锌、铁、镍等杂质，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极Y应该是铁片，阳极X是纯铜。
8．(2023·山东济南模拟)下列与金属腐蚀有关的说法，正确的是( C )
A．图甲中，铁钉易被腐蚀
B．图乙中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现
C．图丙中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D．图丁中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极
[解析] A项，图甲中，铁钉处于干燥环境，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀；D项，为牺牲阳极法，镁块相当于原电池的负极。C项正确。
9．(2023·湖北武汉模拟)用如图所示装置(X、Y是直流电源的两极)分别进行下列各组实验，则下表中各项所列对应关系均正确的一项是( C )
选项 X极 实验前U形管中液体 通电后现象及结论
A 正极 Na2SO4溶液 U形管两端滴入酚酞后，a管中呈红色
B 正极 AgNO3溶液 b管中电极反应式是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C 负极 CuCl2溶液 b管中有气体逸出
D 负极 NaOH溶液 溶液pH降低
[解析] 电解Na2SO4溶液时，阳极上是OH－发生失电子的氧化反应，即a管中OH－放电，酸性增强，酚酞遇酸不变色，即a管中为无色，A错误；电解AgNO3溶液时，阴极上是Ag＋得电子发生还原反应，即b管中电极反应是析出金属Ag的反应，B错误；电解CuCl2溶液时，阳极上是Cl－失电子发生氧化反应，即b管中Cl－放电，产生Cl2，C正确；电解NaOH溶液时，阴极上是H＋放电，阳极上是OH－放电，实际上电解的是水，导致NaOH溶液的浓度增大，碱性增强，pH升高，D错误。
10．(2023·广东模拟)某小组同学用如图装置研究钢铁在海水中的腐蚀与防护。下列说法正确的是( C )
A．图1中铁片为负极，石墨为正极
B．图2中发生的是析氢腐蚀
C．图3为外加电流法
D．钢铁被腐蚀的速率：图3>图2>图1
[解析] 图1中铁片和石墨未用导线连接，不能形成原电池，A项错误；图2铁片和石墨用导线连接，插入海水中，海水呈弱碱性，铁片发生吸氧腐蚀，B项错误；图3中有外加直流电源，铁片与电源的负极相连，该保护方法是外加电流法，C项正确；图2中铁片作原电池的负极，腐蚀速率最快，图3中铁片作阴极，受保护，腐蚀最慢，故钢铁被腐蚀的速率：图2>图1>图3，D项错误。
二、非选择题：本题共4小题。
11．如图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。
请回答：
(1)甲池是 原电池 (填“原电池”或“电解池”)，通入O2的电极作 正 极，电极反应式为 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 。
(2)乙池是 电解池 (填“原电池”或“电解池”)，石墨电极为 阳 极，电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 。乙池中总反应的离子方程式为 4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ ，一段时间后溶液pH 减小 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)当乙池中Ag极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O2 280 mL(标准状况)。
[解析] (1)甲池能自发地进行氧化还原反应，所以甲池为原电池，通入氧气的一极为原电池的正极，发生还原反应，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。(2)乙池为电解池，石墨与原电池正极相连，为电解池的阳极，根据离子放电顺序，水电离出的OH－放电，则电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。电解硝酸银溶液，阳极生成氧气，阴极生成银，电解总反应式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋，生成H＋，则一段时间后溶液pH减小。(3)乙池中Ag极发生还原反应，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，n(Ag)＝＝0.05 mol，则转移电子0.05 mol，由电极反应式O2＋2H2O＋4e－===4OH－可知消耗O2的物质的量为＝0.012 5 mol，则V(O2)＝0.012 5 mol×22.4 L/mol＝0.28 L＝280 mL。
12．(2023·天津模拟)HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图所示，两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。
(1)电池负极电极反应式为 HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O ；放电过程中需补充的物质A为 H2SO4 (填化学式)。
(2)如图所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为 2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O 。
[解析] (1)负极发生氧化反应，碱性条件下，HCOO－(其中的碳元素为＋2价)被氧化生成HCO(其中的碳元素为＋4价)，则负极的电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O。正极反应中，Fe3＋被还原为Fe2＋，Fe2＋再被O2在酸性条件下氧化为Fe3＋，Fe3＋相当于催化剂，因为最终有K2SO4生成，O2氧化Fe2＋的过程中要消耗H＋，故需要补充的物质A为H2SO4。(2)结合上述分析可知，HCOOH与O2反应的离子方程式为2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O。
13．碘化氢(HI)可用“四室式电渗析法”制备，该法可获得副产品硫酸和氢氧化钠的溶液。其工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。
(1)通电后，阴极室溶液pH 增大 (填“增大”“减小”或“不变”，下同)。
(2)阳极反应式为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ ，如果拆掉阳极室和产品室之间的阳膜，阳极反应式为 2I－－2e－===I2 。
(3)得到1 mol产品HI，阳极室溶液质量减少 9 g。
(4)通电过程中，产品室中HI的浓度逐渐 增大 。
(5)25 ℃，用惰性电极直接电解200 mL 0.01 mol·L－1的NaI溶液(阳离子交换膜)，当外电路转移电子3.01×1022，此时溶液的pH＝ 12 (忽略电解过程溶液体积的变化)。
[解析] (1)阴极室中H＋被消耗，因此溶液pH增大。(2)阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑；因I－的失电子能力强于OH－，如果拆掉阳极室和产品室之间的阳膜，溶液中I－失去电子生成I2，电极反应式为2I－－2e－===I2。(3)每得到1 mol产品HI，阳极上会消耗0.5 mol H2O，因此阳极室溶液质量减少0.5 mol×18 g·mol－1＝9 g。(4)通电过程中，产品室中HI的浓度逐渐增大。(5)200 mL 0.01 mol·L－1的NaI溶液中n(NaI)＝0.2 L×0.01 mol·L－1＝0.002 mol，电解NaI溶液时，阳极上I－放电生成I2，阴极上H2O电离出的H＋得到电子生成H2，当外电路转移电子3.01×1022，即0.05 mol时，0.002 mol I－会被完全消耗，电解I－的过程中一共生成0.002 mol OH－，后续总反应为电解水，因此转移0.05 mol电子时，溶液中c(OH－)＝＝0.01 mol·L－1，溶液中c(H＋)＝＝ mol·L－1＝10－12 mol·L－1，溶液pH＝12。
14．(1)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为 Fe电极 ，总反应为 Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===
Fe(C5H5)2＋H2↑] 。电解制备需要在无水条件下进行，原因为 水会与Na反应，阻碍中间物的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2 。
(2)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：
负极区发生的反应有 Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O (写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气 5.6 L(标准状况)。
[解析] (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。(2)由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L·mol－1＝5.6 L。
