第32讲 电解池 金属的腐蚀与防护(基础课)
1．理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应式。 2．了解电解原理在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金、电解法合成有机物、废水处理、海水淡化等方面的应用。 3．理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
电解原理及其规律
1．电解
使________通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起________________的过程。
2．电解池及其工作原理
(1)电解池：将________转化为__________的装置。
(2)电解池的组成和工作原理(惰性电极电解CuCl2溶液)。
总反应的离子方程式：________________________________________________
___________________________________________________________________。
(3)放电顺序(一般情况下)
①阴极：Ag＋>Fe3+>Cu2+>H＋(酸)>Fe2+>Zn2+>H＋(水)>Al3+>Mg2+>Na＋>Ca2+>K＋。
②阳极：______________>S2->I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
①活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属电极；惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。
②阴极材料若为金属电极，一般是为了增强导电性，但不参与反应。
3．以惰性电极电解水溶液的有关规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为_____________________________________________________，
阳极反应式为_______________________________________________________，
总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑。
②电解质溶液浓度变______，pH可能变大、变小或不变，可加__________复原。
(2)电解电解质型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(如CuCl2)，电解质浓度变______，加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为_____________________________________________________，
阳极反应式为_______________________________________________________，
总反应式为________________________________________________________。
②溶液pH变______，加__________复原。
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为____________________________________________________，
阳极反应式为____________________________________________________，
总反应式为____________________________________________________。
②溶液pH变______，加______________________________________复原。
水电离出的H＋或OH－放电，一般电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
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)电解池中的电子流向：电源负极→阴极→电解质溶液→阳极→电源正极。 ( )
(3)Cu＋2H＋===Cu2+＋H2↑在任何条件下都无法实现。 ( )
(4)用Pt作电极，电解FeCl3溶液，阴极反应为Fe3+＋3e－===Fe。 ( )
(5)惰性电极电解CuSO4溶液，可以用、CuO对原溶液复原。 ( )
(6)用Pt作电极电解NaCl溶液，pH增大，可以加盐酸复原。 ( )
电解池的工作原理及规律
1．(2024·岳阳一模)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )
A．b端电势高于a端电势
B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2
C．电解过程中主要发生②和③
D．电解的总反应主要为2H2O2H2↑＋O2↑
2．以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L-1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况)气体时，所得溶液的pH为________(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入________g的________(填化学式)。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为________，若加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为________mol。
(3)通电足够长时间，加入可使溶液复原，则电路中转移电子的物质的量为________mol。
3．按要求书写电极反应式和总反应。
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液。
阳极反应式：_____________________________________________________；
阴极反应式：_____________________________________________________；
总反应的离子方程式：_______________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式：_________________________________________________________；
阴极反应式：_________________________________________________________；
总反应的化学方程式：_________________________________________________。
(3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为_________________
___________________________________________________________________。
(4)某水溶液中含有等物质的量浓度的和NaCl，以惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的离子方程式：___________________________
___________________________________________________________________、
___________________________________________________________________、
___________________________________________________________________。
多池串联的电化学装置分析
两种模型
(1)外接电源的多电解池
(2)原电池为电源的电解池
甲为原电池，乙为电解池
4．(2024·岳阳模拟)科学家研发了一种绿色环保“全氢电池”，工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．负极的电极反应式：H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．当吸附层a通入2.24 L(标准状况)氢气时，溶液中有0.2 mol离子透过交换膜
C．离子交换膜既可以是阳离子交换膜也可以是阴离子交换膜
D．电池工作时，m极质量逐渐增加
5．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的________极。
(2)pH变化：A________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。
(3)A中的阴极反应式为_______________________________________________
___________________________________________________________________。
(4)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(5)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是 200 mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
电化学中两种计算模型
电解原理的应用
1．电解饱和食盐水——氯碱工业
(1)电极反应
阳极：______________________________________________(________反应)。
阴极：______________________________________________(________反应)。
检验阳极产物的方法：用湿润的淀粉-KI试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。
电解时向食盐水中加酚酞溶液，______极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为__________。
(2)电解饱和食盐水的化学方程式和离子方程式
①2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②________________________________________________________________。
(3)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发生反应：________________________，
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_______________________、________。
2．电镀和电解精炼铜
电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜
阳极 电极材料 镀层金属铜 ________(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应 ________________ ___________________、 Fe－2e－===Fe2+、 Ni－2e－===Ni2+、 Cu－2e－===Cu2+(主要)
阴极 电极材料 __________ ________________
电极反应 ___________________
电解质溶液 含__________的盐溶液
注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成__________
3．电冶金——活泼金属的冶炼方法
(1)电解熔融氯化钠得到钠
(2)电解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：__________________________________________________________；
阴极：__________________________________________________________。
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。
4．电解在有机合成中的应用
以丙烯腈合成己二腈为例，电极反应式如下：
阳极：H2O－2e－===O2↑＋2H＋；
阴极：__________________________________________________________
_______________________________________________________________；
总反应：2CH2===CHCN＋H2ONC(CH2)4CN＋O2↑。
电解原理的常规应用
1．氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )
A．电极A接电源正极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
2．(2024·石家庄模拟)金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Zn2+A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2+＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
电解原理的创新应用
3．(2024·重庆三模)为尽快实现碳中和，科研小组设计了电化学方法吸收转化空气中的CO2，将其转化为可利用的有机物质。下列有关说法正确的是( )
A．该装置能将化学能转化为电能
B．a极为阴极，双极膜中的阳离子向a极移动
C．阴极的电极反应式：3CO2＋12H2O＋18e－===C3H6＋18OH－
D．理论上消耗22 g CO2，生成标准状况下16.8 L 的X
4．(2024·葫芦岛二模)以CO2和辛胺为原料实现了甲酸和辛腈的高选择性合成，装置工作原理如图(隔膜a只允许OH－通过)。下列说法错误的是( )
A．Ni2P电极与电源正极相连
B．In/In2O3－x电极上发生氧化反应
C．电解过程中，OH－由In/In2O3－x电极区向Ni2P电极区迁移
D．Ni2P电极上发生的电极反应：＋4OH－－4e－===CH3(CH2)6CN＋4H2O
电解原理创新应用
(1)制备有机化合物。
(2)吸收SO2、CO2等气体进行回收利用。
(3)废水中有机物、重金属的处理。
(4)特定物质的制备等。
金属的腐蚀与防护
1．金属的腐蚀及分类
(1)金属腐蚀：金属或合金与周围的气体或液体发生____________反应而引起损耗的现象。其本质是M－ne－===Mn＋。
(2)分类
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。如钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生__________反应，____________的金属发生氧化反应而被腐蚀。电化学腐蚀更普遍、速率更快。
2．电化学腐蚀的分类
以钢铁腐蚀为例进行分析
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜______性较______(pH≤4.3)，如NH4Cl溶液 水膜酸性很______或呈______性，如NaCl溶液
电极材料及反应 负极 Fe：____________________________
正极 C：________________ C：________________
总反应式 ________________ ________________
联系 ____________更普遍
铁锈的形成：，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
金属活动性顺序中氢后的金属(如Cu)可以发生吸氧腐蚀，不可以发生析氢腐蚀。
3．电化学腐蚀的实验探究(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_________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________，
右侧试管中现象是___________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生________腐蚀，正极反应式为___________________________________________________________________
___________________________________________________________________，
右侧试管中现象是___________________________________________________
___________________________________________________________________。
4．金属的防护
(1)改变金属材料的组成
如制成合金、不锈钢等。
(2)在金属表面覆盖保护层
如在金属表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等；电镀；发蓝处理；表面钝化等方法。
(3)电化学保护法
①牺牲阳极法——__________原理
a．________：比被保护金属活泼的金属；
b．________：被保护的金属设备。
②外加电流法——________原理
a．________：被保护的金属设备；
b．________：惰性电极。
(4)实验探究
验证牺牲阳极法，如图所示：
①Fe作__________极，电极反应式为_________________________________。
②Zn作负极，电极反应式为__________________________________________
___________________________________________________________________。
③Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，溶液中是否有蓝色沉淀生成？______，说明________被保护。
④若将Zn改为Cu，则Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，现象为___________________________________________________________________
___________________________________________________________________，说明________被保护。
此现象的离子方程式为===KFe[Fe(CN)6]↓。
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。 ( )
(2)Fe、Cu在酸性环境下均可以发生析氢腐蚀，最终腐蚀产物均为氧化物。 ( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时负极均发生氧化反应生成Fe3+。 ( )
(4)镀锡铁若镀层破损将加快铁的腐蚀。 ( )
(5)为了保护船体，在船体表面嵌入锌块，利用了牺牲阳极法。 ( )
1．(人教版选择性必修1内容改编)青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该腐蚀过程属于吸氧腐蚀
B．腐蚀过程可用原电池原理解释
C．若为潮湿酸性环境，Cu可能同时发生析氢腐蚀
D．正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2．(2024·佛山模拟)如图，将一根纯铁棒垂直没入水中，一段时间后发现AB段产生较多铁锈，BC段腐蚀严重。下列关于此现象的说法不正确的是( )
A．铁棒AB段的溶解氧浓度高于BC段
B．铁棒AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．铁棒AB段的Fe2+浓度高于BC段
D．铁棒BC段的Fe溶解而被腐蚀
3．(人教版选择性必修1内容改编)甲、乙同学分别用如图所示装置验证铁的电化学防腐原理，相同时间后继续进行实验。
实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。
实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。下列说法正确的是( )
A．Ⅰ是牺牲阳极法，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．Ⅱ为外加电流法，Fe电极与外接电源的正极相连
C．由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性强于Ⅱ
D．由实验可知，两种保护法均能保护Fe，且Ⅱ保护得更好
4．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________________(填序号)。
对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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。
1．(2024·甘肃卷，T7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2-
C．工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D．理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O
(1)多孔电极1为________________极，电极反应为_____________________。
(2)固体电解质中的O2-向________(填“多孔电极1”或“多孔电极2”)迁移。
2．(2024·湖南卷，T10)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．电解时，OH－向Ni电极移动
B．生成的电极反应：＋8H2O
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
3．(2024·山东卷，T13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充NaBr
C．电解总反应为Br-＋3H2OBr＋3H2↑
D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2
电极a、b的电极反应分别为__________________________________________
___________________________________________________________________、
___________________________________________________________________。
4．(2024·黑吉辽卷，T12) “绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为＋H2。下列说法错误的是( )
A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑
(1)电解的总反应式为_________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)设NA为阿伏加德罗常数的值，标准状况下，生成2.24 L H2时，转移的电子数为______，通过阴离子交换膜的离子数目为________。
第32讲 电解池 金属的腐蚀与防护(基础课)
考点一
[必备知识梳理]
1．电流 氧化还原反应
2．(1)电能 化学能 (2)2Cl-＋Cu2+Cl2↑＋Cu (3)活性电极
3．(1)2H2O＋2e-===H2↑＋2OH- 2H2O－4e-===O2↑＋4H+ 大 H2O (2)小 (3)2H2O＋2e-===H2↑＋2OH- 2Cl-－2e-===Cl2↑ 2Cl-＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH- 大 HCl (4)Cu2+＋2e-===Cu 2H2O－4e-===O2↑＋4H+ 2Cu2+＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H+ 小 CuO(金属氧化物)或CuCO3
易错辨析 (1)√ (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
[关键能力提升]
1．C [根据题图，钛网上海水中Cl-、H2O发生失电子的氧化反应生成HClO、O2，钛网为阳极，电极反应式为Cl-＋H2O－2e-===HClO＋H+，钛箔上生成H2，电极反应式为2H+＋2e-===H2↑，钛箔为阴极，b为负极，a为正极。高选择性催化剂PRT可抑制O2产生，电解的总反应主要为Cl-＋2H2OHClO＋H2↑＋OH-。]
2．解析：(1)阳极生成56 mL(标准状况)O2即0.002 5 mol O2，依据总反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01 mol H+，c(H+)＝0.1 mol·L-1，pH＝1；电解生成0.002 5 mol O2和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加 0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。(2)继续通电电解，电解质为H2SO4，故实际被电解的物质为H2O；加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，故转移电子的物质的量为(0.1×2＋0.1×2) mol＝0.4 mol。(3)Cu2(OH)2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.1 mol×2＝0.6 mol。
答案：(1)1 0.4 CuO(或0.62 CuCO3) (2)水(或H2O) 0.4 (3)0.6
3．(1)2Cl-－2e-===Cl2↑ 2H2O＋2e-＋Mg2+===H2↑＋Mg(OH)2 2Cl-＋2H2O＋Mg2+Cl2↑＋H2↑＋Mg(OH)2 (2)2Al＋3H2O－6e-===Al2O3＋6H+ 2H+＋2e-===H2↑ 2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑ (3)Mn2+＋2H2O－2e-===MnO2＋4H+ (4)Cu2+＋2Cl-Cu＋Cl2↑ 2Cu2+＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H+ 2H2O2H2↑＋O2↑
4．D [由题图可知吸附层a为负极，电极反应式为H2＋2OH-－2e-===2H2O，吸附层b为正极，电极反应式为2H+＋2e-===H2↑。由此可知m极为阳极，p极为阴极。电池工作时阴极上析出Ag，质量逐渐增加，D错误。]
5．解析：根据题意可确定Cu极为阴极，Ag极为阳极，X为负极，Y为正极，进而确定A、B中左极为阴极，右极为阳极。(4)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子；B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，得失电子不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2(体积比为1∶2)，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x mol，电解H2O时生成O2的物质的量为y mol，则4x＋4y＝0.02，x＋3y＝0.01，解得x＝y＝0.002 5，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L-1。(5)常温下，通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，c(OH-)＝＝0.1 mol·L-1，pH＝13。
答案：(1)负 (2)增大 减小 不变 (3)2H2O＋2e-===2OH-＋H2↑ (4)0.025 mol·L-1 (5)13
考点二
[必备知识梳理]
1．(1)2Cl-－2e-===Cl2↑ 氧化 2H2O＋2e-===H2↑＋2OH- 还原 阴 NaOH (2)2Cl-＋2H2O2OH-＋H2↑＋Cl2↑ (3)OH- 2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O 精制饱和食盐水 稀NaOH溶液 稀的食盐水 浓NaOH溶液 Cl2 H2
2．粗铜 Cu－2e-===Cu2+ Zn－2e-===Zn2+ 待镀金属铁 纯铜 Cu2+＋2e-===Cu Cu2+ 阳极泥
3．(1)2Cl-－2e-===Cl2↑ Na+＋e-===Na 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ (2)2O2-－4e-===O2↑ Al3+＋3e-===Al
4.2CH2→CHCN＋2H+＋2e-===NC(CH2)4CN
[关键能力提升]
1．B [由题图可知，电极A上发生氧化反应2Cl-－2e-===Cl2↑，为阳极，接电源正极，A正确；电极B为阴极，O2的氧化性比H2O的氧化性强，电极反应式为O2＋2H2O＋4e-===4OH-，B错误；应选用阳离子交换膜，使Na+从左侧阳极室进入右侧阴极室与右室生成的OH-结合，从而获得浓度较高的NaOH溶液，C正确；改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性(O2的氧化性强于H2O)来降低电解电压，减少能耗，D正确。 ]
2．D [电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性：Ni2+>Fe2+>Zn2+，故阴极反应式为Ni2+＋2e-===Ni，可知阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外，还有Ni2+和H+，C项错误。]
3．D [该装置有外接电源，是电解池，将电能转化为化学能，A错误；由题图知，b极CO2转化为C3H6，碳元素化合价降低，得电子，故b极为阴极，a极为阳极，B错误；b极为阴极，CO2得电子转化为C3H6，电解质溶液中有碳酸氢根离子参与反应，电极反应式为3CO2＋18HC＋18e-===C3H6＋18C＋6H2O，C错误；消耗22 g (即0.5 mol)CO2转移3 mol电子，生成0.75 mol X(O2)，标准状况下的体积为16.8 L，D正确。]
4．B [由题图中In/In2O3-x电极上CO2→HCOO-可知，CO2发生得电子的还原反应，In/In2O3-x电极为阴极，阴极反应为CO2＋H2O＋2e-===HCOO-＋OH-，则Ni2P电极为阳极，辛胺在阳极上发生失电子的氧化反应生成辛腈，电极反应为CH3(CH2)7NH2＋4OH-－4e-===CH3(CH2)6CN＋4H2O，B错误。]
考点三
[必备知识梳理]
1．(1)氧化还原 (2)原电池 比较活泼
2．酸 强 弱 中 Fe－2e-===Fe2+ 2H+＋2e-===H2↑ O2＋2H2O＋4e-===4OH- Fe＋2H+===Fe2+＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 吸氧腐蚀
3．(1)析氢 2H+＋2e-===H2↑ 有气泡冒出 (2)吸氧 O2＋4e-＋2H2O===4OH- 导管内液面上升
4．(3)原电池 负极 正极 电解 阴极 阳极 (4)正 2H+＋2e-===H2↑ Zn－2e-===Zn2+ 否 Fe 溶液中生成蓝色沉淀 Cu
易错辨析 (1)× (2)× (3)× (4)√ (5)√
[关键能力提升]
1．C [青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀为吸氧腐蚀，A正确；青铜器的腐蚀过程可用原电池原理解释，其中铜作原电池的负极，比铜活泼性弱的杂质作正极，B正确；铜是不活泼金属，即使在潮湿酸性环境中，铜也不能发生析氢腐蚀，C错误；结合原理分析可知，正极反应为O2＋2H2O＋4e-===4OH-，D正确。]
2．C [AB段作原电池正极，BC段为原电池负极。BC段电极反应为Fe－2e-===Fe2+，AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e-===4OH-，BC段Fe溶解而被腐蚀，AB段形成铁锈，铁棒AB段的Fe2+浓度低于BC段，C项不正确。]
3．D [Ⅰ是牺牲阳极法，正极反应为2H+＋2e-===H2↑，A项错误；Ⅱ为外加电流法，Fe作阴极，接电源负极，B项错误；Ⅰ中Fe电极可与电解质溶液发生反应Fe＋2H+===Fe2+＋H2↑，生成的Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成特征蓝色沉淀KFe[Fe(CN)6]，与K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性无关，C项错误；由实验②可知，两种保护法均能保护Fe，由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异可知，Ⅱ保护得更好，D项正确。]
4．解析：②③④是原电池，⑤⑥是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
答案：⑤④②①③⑥
[高考真题 衍生变式]
1．B [多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O(g)＋4e-===2H2＋2O2-；多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2-－4e-===O2↑。电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；根据分析，电极2为阳极，发生氧化反应：2O2-－4e-===O2↑，B项错误；工作时，阴离子O2-向阳极迁移，即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2，C项正确；根据分析，电解总反应为2H2O(g)2H2＋O2，分解2 mol H2O转移4 mol电子，则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。]
真题变式 (1)阴 H2O(g)＋2e-===H2＋O2- (2)多孔电极2
2．B [由题中电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH溶液，则电极反应为2H2O＋2e-===H2↑＋2OH-；Pt电极C3N8H4失去电子生成C6，作阳极，电极反应为2C3N8H4＋8OH-－4e-===C6＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH-－4e-===O2↑＋2H2O。由分析可知，阴离子向阳极移动，即OH-向Pt电极移动，A错误；由分析可知，电解过程中发生的总反应主要为2C3N8H4＋4OH-===C6＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH-，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；根据电解总反应：2C3N8H4＋4OH-===C6＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH-－4e-===O2↑＋2H2O，则生成K4C6N16的物质的量小于0.5 mol，D错误。]
3．B [电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成Br，电极b为阳极，电极反应为Br-－6e-＋3H2O===Br＋6H+；电解总反应为Br-＋3H2OBr＋3H2↑；催化阶段Br被还原成Br-，循环使用，同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；根据分析，电解过程中消耗H2O和Br-，而催化阶段Br被还原成Br-循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；根据分析，电解总反应为Br-＋3H2OBr＋3H2↑，C项正确；催化阶段，Br元素的化合价由＋5价降至－1价，生成1 mol Br-得到6 mol电子，O元素的化合价由－2价升至0价，生成1 mol O2失去4 mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2)∶n(Br-)＝6∶4＝3∶2，D项正确。]
真题变式 2H2O＋2e-===H2↑＋2OH- Br-－6e-＋3H2O===Br＋6H+
4．A [据题图可知，b极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b极为阳极，a极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理＋H2可知，阳极区发生反应：①HCHO＋OH-－e-===HCOOH＋H2↑，②HCOOH＋OH-===HCOO-＋H2O，则阳极反应：2HCHO－2e-＋4OH-===2HCOO-＋2H2O＋H2↑，阴极反应：2H2O＋2e-===H2↑＋2OH-，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成1 mol H2，共2 mol H2，而传统电解水：2H2O2H2↑＋O2↑，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误；阴极水得电子生成氢气，阴极反应：2H2O＋2e-===H2↑＋2OH-，故B正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，OH-通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；由以上分析可知，阳极反应：2HCHO－2e-＋4OH-===2HCOO-＋2H2O＋H2↑，故D正确。]
真题变式 (1)HCHO＋OH-HCOO-＋H2↑ (2)0.1NA 0.1NA
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第32讲 电解池 金属的腐蚀与防护(基础课)
第一篇 考点突破
第四部分 化学反应原理
第六章 化学反应与能量
1．理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应式。
2．了解电解原理在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金、电解法合成有机物、废水处理、海水淡化等方面的应用。
3．理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点一 电解原理及其规律
1．电解
使______通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起____________的过程。
2．电解池及其工作原理
(1)电解池：将____转化为______的装置。
电流
氧化还原反应
电能
化学能
(2)电解池的组成和工作原理(惰性电极电解CuCl2溶液)。
总反应的离子方程式：________________________________。
2Cl-＋Cu2+Cl2↑＋Cu
(3)放电顺序(一般情况下)
①阴极：Ag＋>Fe3+>Cu2+>H＋(酸)>Fe2+>Zn2+>H＋(水)>Al3+>Mg2+
>Na＋>Ca2+>K＋。
②阳极：________>S2->I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子>F－。
活性电极
①活性电极指的是除去Au、Pt以外的金属电极；惰性电极指的是Pt、Au、C电极，不参与电极反应。
②阴极材料若为金属电极，一般是为了增强导电性，但不参与反应。
3．以惰性电极电解水溶液的有关规律
(1)电解水型——含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐
①阴极反应式为______________________________________，阳极反应式为____________________________________，总反应式为2H2O＋O2↑。
②电解质溶液浓度变__，pH可能变大、变小或不变，可加______复原。
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
大
H2O
(2)电解电解质型——无氧酸(如HCl)，不活泼金属无氧酸盐(如CuCl2)，电解质浓度变__，加电解质本身复原。
(3)放H2生碱型——活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
①阴极反应式为______________________________________，阳极反应式为______________________________，总反应式为。
②溶液pH变__，加______复原。
小
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2Cl－－2e－===Cl2↑
大
HCl
(4)放O2生酸型——不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)
①阴极反应式为__________________________，阳极反应式为____________________________________，总反应式为。
②溶液pH变__，加________________________________复原。
Cu2+＋2e－===Cu
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
小
CuO(金属氧化物)或CuCO3
水电离出的H＋或OH－放电，一般电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
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)电解池中的电子流向：电源负极→阴极→电解质溶液→阳极→电源正极。
( )
(3)Cu＋2H＋===Cu2+＋H2↑在任何条件下都无法实现。 ( )
(4)用Pt作电极，电解FeCl3溶液，阴极反应为Fe3+＋3e－===Fe。
( )
(5)惰性电极电解CuSO4溶液，可以用、CuO对原溶液复原。 ( )
(6)用Pt作电极电解NaCl溶液，pH增大，可以加盐酸复原。 ( )
√
×
×
×
×
×
考向1 电解池的工作原理及规律
1．(2024·岳阳一模)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示，其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是( )
A．b端电势高于a端电势
B．理论上转移2 mol e－生成4 g H2
C．电解过程中主要发生②和③
D．电解的总反应主要为2H2O2H2↑＋O2↑
√
C [根据题图，钛网上海水中Cl－、H2O发生失电子的氧化反应生成HClO、O2，钛网为阳极，电极反应式为Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋，钛箔上生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，钛箔为阴极，b为负极，a为正极。高选择性催化剂PRT可抑制O2产生，电解的总反应主要为Cl－＋2H2OHClO＋H2↑＋OH－。]
2．以惰性电极电解100 mL 0.05 mol·L-1 CuSO4溶液。
(1)阳极产生56 mL(标准状况)气体时，所得溶液的pH为________(不考虑溶液体积变化)，要使溶液恢复到电解前的状态，可加入________g的________________________(填化学式)。
(2)继续通电电解，此时被电解的物质为________________，若加入
0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，则电路中转移的电子为_____mol。
(3)通电足够长时间，加入可使溶液复原，则电路中转移电子的物质的量为________mol。
1
0.4
CuO(或0.62 CuCO3)
水(或H2O)
0.4
0.6
[解析] (1)阳极生成56 mL(标准状况)O2即0.002 5 mol O2，依据总反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01 mol
H＋，c(H＋)＝0.1 mol·L-1，pH＝1；电解生成0.002 5 mol O2和0.005 mol Cu，故要使溶液复原可加 0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。(2)继续通电电解，电解质为H2SO4，故实际被电解的物质为H2O；加入0.1 mol Cu(OH)2可使溶液复原，相当于加入
0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，故转移电子的物质的量为(0.1×2＋0.1×2) mol＝0.4 mol。相当于2CuO·H2O·CO2，故转移电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.1 mol×2＝0.6 mol。
3．按要求书写电极反应式和总反应。
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液。
阳极反应式：____________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________；
总反应的离子方程式：_____________________________________
________________________________________________________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－＋Mg2+===H2↑＋Mg(OH)2
2Cl－＋2H2O＋Mg2+Cl2↑＋H2↑
＋Mg(OH)2
(2)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜。
阳极反应式：_____________________________________________；
阴极反应式：_____________________________________________；
总反应的化学方程式：____________________________________。
(3)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为
________________________________________________________。
2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋
2H＋＋2e－===H2↑
2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
Mn2+＋2H2O－2e－===MnO2＋4H＋
(4)某水溶液中含有等物质的量浓度的和NaCl，以惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的离子方程式：
________________________________________________________、
________________________________________________________、
________________________________________________________。
Cu2+＋2Cl－Cu＋Cl2↑
2Cu2+＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
2H2O2H2↑＋O2↑
考向2 多池串联的电化学装置分析
两种模型
(1)外接电源的多电解池
(2)原电池为电源的电解池
甲为原电池，乙为电解池
4．(2024·岳阳模拟)科学家研发了一种绿色环保“全氢电池”，工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．负极的电极反应式：H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．当吸附层a通入2.24 L(标准状况)氢气时，溶液中有0.2 mol离子透过交换膜
C．离子交换膜既可以是阳离子交换膜也可以是阴离子交换膜
D．电池工作时，m极质量逐渐增加
√
D [由题图可知吸附层a为负极，电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，吸附层b为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。由此可知m极为阳极，p极为阴极。电池工作时阴极上析出Ag，质量逐渐增加，D错误。]
5．在如图所示的装置中，若通直流电5 min时，铜电极的质量增加2.16 g。试回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的________极。
(2)pH变化：A________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，B________，C________。
(3)A中的阴极反应式为__________________________。
负
增大
减小
不变
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
(4)通电5 min时，B中共收集224 mL(标准状况)气体，溶液体积为200 mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________________
(设电解前后溶液体积无变化)。
(5)常温下，若A中KCl足量且溶液的体积也是 200 mL，电解后，溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
0.025 mol·L-1
13
[解析] 根据题意可确定Cu极为阴极，Ag极为阳极，X为负极，Y为正极，进而确定A、B中左极为阴极，右极为阳极。(4)通电5 min时，C中析出0.02 mol Ag，电路中通过0.02 mol电子；B中共收集0.01 mol气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过0.04 mol电子，得失电子不守恒，因此，B中电解分为两个阶段，先电解CuSO4溶液，生成O2，后电解水，生成O2和H2(体积比为1∶2)，B中收集到的气体是O2和H2的混合物。设电解CuSO4溶液时生成O2的物质的量为x mol，电解H2O时生成O2的物质的量为y mol，则4x＋4y＝0.02，x＋3y＝0.01，解得x＝y＝0.002 5，所以n(CuSO4)＝2×0.002 5 mol＝0.005 mol，c(CuSO4)＝＝0.025 mol·L-1。(5)常温下，通电5 min时，A中放出0.01 mol H2，溶液中生成0.02 mol KOH，
c(OH－)＝＝0.1 mol·L-1，pH＝13。
电化学中两种计算模型
考点二 电解原理的应用
1．电解饱和食盐水——氯碱工业
(1)电极反应
阳极：______________________________(______反应)。
阴极：______________________________________(______反应)。
检验阳极产物的方法：用湿润的淀粉-KI试纸靠近阳极附近，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。
电解时向食盐水中加酚酞溶液，___极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
氧化
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
还原
阴
NaOH
(2)电解饱和食盐水的化学方程式和离子方程式
①2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②_____________________________________ 。
2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)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发生反应：____________________________________________________，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－
2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O
精制饱和食盐水
稀NaOH溶液
稀的食盐水
浓NaOH溶液
Cl2
H2
2．电镀和电解精炼铜
电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜
阳极 电极材料 镀层金属铜 ____(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
电极反应 __________________ ___________________、
Fe－2e－===Fe2+、
Ni－2e－===Ni2+、
Cu－2e－===Cu2+(主要)
粗铜
Cu－2e－===Cu2+
Zn－2e－===Zn2+
电镀(Fe表面镀Cu) 电解精炼铜
阴极 电极材料 __________ ____
电极反应 _________________ 电解质溶液 含________的盐溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成______ 待镀金属铁
纯铜
Cu2+＋2e－===Cu
Cu2+
阳极泥
3．电冶金——活泼金属的冶炼方法
(1)电解熔融氯化钠得到钠
2Cl－－2e－===Cl2↑
Na+＋e－===Na
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
(2)电解熔融Al2O3制Al
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：____________________________；
阴极：__________________________。
冰晶石的作用是作Al2O3的助熔剂。
2O2－－4e－===O2↑
Al3+＋3e－===Al
4．电解在有机合成中的应用
以丙烯腈合成己二腈为例，电极反应式如下：
阳极：H2O－2e－===O2↑＋2H＋；
阴极：_________________________________________；
总反应：2CH2==CHCN＋H2O。
2CH2 == CHCN＋2H+＋2e－===NC(CH2)4CN
考向1 电解原理的常规应用
1．氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是( )
A．电极A接电源正极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
√
B [由题图可知，电极A上发生氧化反应2Cl－－2e－===Cl2↑，为阳极，接电源正极，A正确；电极B为阴极，O2的氧化性比H2O的氧化性强，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；应选用阳离子交换膜，使Na＋从左侧阳极室进入右侧阴极室与右室生成的OH－结合，从而获得浓度较高的NaOH溶液，C正确；改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性(O2的氧化性强于H2O)来降低电解电压，减少能耗，D正确。]
2．(2024·石家庄模拟)金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Zn2+A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2+＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
√
D [电解时，阳极Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性：Ni2+>Fe2+>Zn2+，故阴极反应式为Ni2+＋2e－===Ni，可知阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2+和Zn2+外，还有Ni2+和H＋，C项错误。]
考向2 电解原理的创新应用
3．(2024·重庆三模)为尽快实现碳中和，科研小组设计了电化学方法吸收转化空气中的CO2，将其转化为可利用的有机物质。下列有关说法正确的是( )
A．该装置能将化学能转化为电能
B．a极为阴极，双极膜中的阳离子向a极移动
C．阴极的电极反应式：3CO2＋12H2O＋18e－
===C3H6＋18OH－
D．理论上消耗22 g CO2，生成标准状况下16.8 L 的X
√
D [该装置有外接电源，是电解池，将电能转化为化学能，A错误；由题图知，b极CO2转化为C3H6，碳元素化合价降低，得电子，故b极为阴极，a极为阳极，B错误；b极为阴极，CO2得电子转化为C3H6，电解质溶液中有碳酸氢根离子参与反应，电极反应式为3CO2＋＋18e－===C3H6＋＋6H2O，C错误；消耗
22 g (即0.5 mol)CO2转移3 mol电子，生成0.75 mol X(O2)，标准状况下的体积为16.8 L，D正确。]
4．(2024·葫芦岛二模)以CO2和辛胺为原料实现了甲酸和辛腈的高选择性合成，装置工作原理如图(隔膜a只允许OH－通过)。下列说法错误的是( )
A．Ni2P电极与电源正极相连
B．In/In2O3－x电极上发生氧化反应
C．电解过程中，OH－由In/In2O3－x电极区向Ni2P电极区迁移
D．
＋4H2O
√
B [由题图中In/In2O3－x电极上CO2→HCOO－可知，CO2发生得电子的还原反应，In/In2O3－x电极为阴极，阴极反应为CO2＋H2O＋2e－
===HCOO－＋OH－，则Ni2P电极为阳极，辛胺在阳极上发生失电子的氧化反应生成辛腈，电极反应为＋4OH－－4e－===CH3(CH2)6CN＋4H2O，B错误。]
电解原理创新应用
(1)制备有机化合物。
(2)吸收SO2、CO2等气体进行回收利用。
(3)废水中有机物、重金属的处理。
(4)特定物质的制备等。
考点三 金属的腐蚀与防护
1．金属的腐蚀及分类
(1)金属腐蚀：金属或合金与周围的气体或液体发生________反应而引起损耗的现象。其本质是M－ne－===Mn＋。
(2)分类
①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。如钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。
氧化还原
②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生______反应，________的金属发生氧化反应而被腐蚀。电化学腐蚀更普遍、速率更快。
原电池
比较活泼
2．电化学腐蚀的分类
以钢铁腐蚀为例进行分析
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜__性较__(pH≤4.3)，如NH4Cl溶液 水膜酸性很__或呈__性，如NaCl溶液
电极材料及反 负极 Fe：__________________________ 正极 C：____________________ C：________________________
总反应式 _______________________ ___________________________
联系 ________更普遍 酸
强
弱
中
Fe－2e－===Fe2+
2H+＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
Fe＋2H+===Fe2+＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
吸氧腐蚀
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===
Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
金属活动性顺序中氢后的金属(如Cu)可以发生吸氧腐蚀，不可以发生析氢腐蚀。
3．电化学腐蚀的实验探究(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__________________________，右侧试管中现象是__________。
(2)若棉团浸有NaCl溶液，铁钉发生____腐蚀，正极反应式为____________________________________，右侧试管中现象是______________。
析氢
2H+＋2e－===H2↑
有气泡冒出
吸氧
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
导管内液面上升
4．金属的防护
(1)改变金属材料的组成
如制成合金、不锈钢等。
(2)在金属表面覆盖保护层
如在金属表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等；电镀；发蓝处理；表面钝化等方法。
(3)电化学保护法
①牺牲阳极法——______原理
a．____：比被保护金属活泼的金属；
b．____：被保护的金属设备。
②外加电流法——____原理
a．____：被保护的金属设备；
b．____：惰性电极。
原电池
负极
正极
电解
阴极
阳极
(4)实验探究
验证牺牲阳极法，如图所示：
①Fe作__极，电极反应式为__________________________。
②Zn作负极，电极反应式为__________________________。
③Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，溶液中是否有蓝色沉淀生成？__，说明____被保护。
正
2H+＋2e－===H2↑
Zn－2e－===Zn2+
否
Fe
④若将Zn改为Cu，则Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，现象为__________________，说明____被保护。
此现象的离子方程式为。
溶液中生成蓝色沉淀
Cu
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。 ( )
(2)Fe、Cu在酸性环境下均可以发生析氢腐蚀，最终腐蚀产物均为氧化物。 ( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时负极均发生氧化反应生成Fe3+。 ( )
(4)镀锡铁若镀层破损将加快铁的腐蚀。 ( )
(5)为了保护船体，在船体表面嵌入锌块，利用了牺牲阳极法。 ( )
×
×
×
√
√
1．(人教版选择性必修1内容改编)青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．该腐蚀过程属于吸氧腐蚀
B．腐蚀过程可用原电池原理解释
C．若为潮湿酸性环境，Cu可能同时发生析氢腐蚀
D．正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
√
C [青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀为吸氧腐蚀，A正确；青铜器的腐蚀过程可用原电池原理解释，其中铜作原电池的负极，比铜活泼性弱的杂质作正极，B正确；铜是不活泼金属，即使在潮湿酸性环境中，铜也不能发生析氢腐蚀，C错误；结合原理分析可知，正极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。]
2．(2024·佛山模拟)如图，将一根纯铁棒垂直没入水中，一段时间后发现AB段产生较多铁锈，BC段腐蚀严重。下列关于此现象的说法不正确的是( )
A．铁棒AB段的溶解氧浓度高于BC段
B．铁棒AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．铁棒AB段的Fe2+浓度高于BC段
D．铁棒BC段的Fe溶解而被腐蚀
√
C [AB段作原电池正极，BC段为原电池负极。BC段电极反应为Fe－2e－===Fe2+，AB段电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，BC段Fe溶解而被腐蚀，AB段形成铁锈，铁棒AB段的Fe2+浓度低于BC段，C项不正确。]
3．(人教版选择性必修1内容改编)甲、乙同学分别用如图所示装置验证铁的电化学防腐原理，相同时间后继续进行实验。
实验①：甲同学分别向Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ中产生蓝色沉淀，Ⅱ中无沉淀。
实验②：乙同学分别取Ⅰ、Ⅱ中Fe电极附近溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液，Ⅰ、Ⅱ中均无沉淀。下列说法正确的是( )
A．Ⅰ是牺牲阳极法，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．Ⅱ为外加电流法，Fe电极与外接电源的正极相连
C．由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异，推测K3[Fe(CN)6]在Ⅰ中氧化性强于Ⅱ
D．由实验可知，两种保护法均能保护Fe，且Ⅱ保护得更好
√
D [Ⅰ是牺牲阳极法，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A项错误；Ⅱ为外加电流法，Fe作阴极，接电源负极，B项错误；Ⅰ中Fe电极可与电解质溶液发生反应Fe＋2H＋===Fe2+＋H2↑，生成的Fe2+与K3[Fe(CN)6]反应生成特征蓝色沉淀KFe[Fe(CN)6]，与K3[Fe(CN)6]在Ⅰ、Ⅱ中的氧化性无关，C项错误；由实验②可知，两种保护法均能保护Fe，由实验①中Ⅰ、Ⅱ现象的差异可知，Ⅱ保护得更好，D项正确。]
4．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________________(填序号)。
⑤④②①③⑥
[解析] ②③④是原电池，⑤⑥是电解池，金属被腐蚀由快到慢的顺序：电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：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。
高考真题 衍生变式
1．(2024·甘肃卷，T7)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2-
C．工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2
D．理论上电源提供2 mol e－能分解1 mol H2O
√
B [多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O(g)＋4e－===2H2＋2O2-；多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2-－4e－
===O2↑。电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；根据分析，电极2为阳极，发生氧化反应：2O2-－4e－===O2↑，B项错误；工作时，阴离子O2-向阳极迁移，即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2，C项正确；根据分析，电解总反应为2H2O(g)2H2＋O2，分解2 mol H2O转移4 mol电子，则理论上电源提供2 mol电子能分解1 mol H2O，D项正确。]
(1)多孔电极1为______极，电极反应为______________________。
(2)固体电解质中的O2-向_____________(填“多孔电极1”或“多孔电极2”)迁移。
阴
H2O(g)＋2e－===H2＋O2-
多孔电极2
2．(2024·湖南卷，T10)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是( )
A．电解时，OH－向Ni电极移动
B．生成的电极反应：2C3N8H4＋8OH－
－＋8H2O
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
√
B [由题中电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH溶液，则电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；Pt电极C3N8H4失去电子生成，作阳极，电极反应为2C3N8H4＋8OH－－＋8H2O，同时，Pt电极还伴随少量O2生成，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。由分析可知，阴离子向阳极移动，即OH－向Pt电极移动，A错误；由分析可知，电解过程中发生的总反应主要为2C3N8H4＋＋4H2O＋2H2↑，反应消耗OH－，生成H2O，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；根据电解总反应：2C3N8H4＋＋4H2O＋2H2↑可知，每生成1 mol H2，生成0.5 mol K4C6N16，但Pt电极伴随少量O2生成，发生电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则生成K4C6N16的物质的量小于0.5 mol，D错误。]
3．(2024·山东卷，T13)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示，下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充NaBr
C．电解总反应为Br－＋3H2O＋3H2↑
D．催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2
√
B [电极b上Br－发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为Br－－6e－＋＋6H＋；电解总反应为Br－＋3H2O＋3H2↑；催化阶段被还原成Br－，循环使用，同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；根据分析，电解过程中消耗H2O和Br－，而催化阶段被还原成Br－循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；根据分析，电解总反应为Br－＋3H2O＋3H2↑，C项正确；催化阶段，Br元素的化合价由＋5价降至－1价，生成1 mol Br－得到6 mol电子，O元素的化合价由－2价升至0价，生成1 mol O2失去4 mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2)∶n(Br－)＝6∶4＝3∶2，D项正确。]
电极a、b的电极反应分别为________________________________、
________________________________________________________。
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
Br－－6e－＋＋6H＋
4．(2024·黑吉辽卷，T12) “绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理为
。下列说法错误的是( )
A．相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑
√
A [据题图可知，b极上HCHO 转化为HCOO－，而HCHO 转化为HCOO－为氧化反应，所以b极为阳极，a极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理
H2可知，阳极区发生反应：①HCHO＋OH－－e－===HCOOH＋H2↑，②HCOOH＋OH－===HCOO－＋H2O，则阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑，阴极反应：
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，即转移2 mol电子时，阴、阳两极各生成
1 mol H2，共2 mol H2，而传统电解水：2H2O，转移2 mol电子，只有阴极生成1 mol H2，所以相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，故A错误；阴极水得电子生成氢气，阴极反应：2H2O＋2e－
===H2↑＋2OH－，故B正确；由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH－，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，OH－通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；由以上分析可知，阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑，故D正确。]
(1)电解的总反应式为____________________________________。
(2)设NA为阿伏加德罗常数的值，标准状况下，生成2.24 L H2时，转移的电子数为_______，通过阴离子交换膜的离子数目为_______。
HCHO＋OH－
0.1NA
0.1NA
(每小题只有一个选项正确，每小题3分，共18分)
1．(2024·武汉模拟)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁片表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。下列说法正确的是( )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．液滴边缘是负极区，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2+
C．铁片腐蚀最严重的区域应该是生锈最多的区域
D．导致现象发生的主要原因是液滴之下的氧气含量比边缘处少
课时数智作业(三十二) 电解池 金属的腐蚀与防护
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
√
(建议用时：40分钟 总分：40分)
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
D [将氯化钠溶液滴到一块光亮清洁的铁片表面上，铁和碳在氯化钠溶液中构成原电池发生吸氧腐蚀，铁作负极发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e－===Fe2+，液滴边缘的碳是正极，氧气在正极得到电子，发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，亚铁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁极易被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁脱水形成了棕色铁锈环(b)，铁片腐蚀过程发生的总反应的化学方程式为4Fe＋nH2O＋3O2===2Fe2O3·nH2O。由分析可知，铁作负极发生氧化反
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
应而被腐蚀，A错误；液滴边缘发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；铁片腐蚀最严重的区域不是生锈最多的区域，而是液滴覆盖的圆圈中心区，C错误；该现象与氧气含量多少有关，由于液滴之下氧气含量较少，液滴边缘氧气含量较高，边缘处的氧气得到电子形成氢氧根离子，与亚铁离子结合后发生一系列反应最终产生棕色铁锈环，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
2．镓(Ga)的化学性质与铝相似，电解精炼法提纯镓的原理如图。已知三种金属活动性顺序为Zn>Ga>Fe。下列说法错误的是( )
A．阳极泥的主要成分是铁和铜
B．阴极反应式为[Ga(OH)4]－＋3e－
===Ga＋4OH－
C．电子流向为N极→粗Ga→NaOH
(aq)→高纯Ga→M极
D．若电压过高，阴极可能会产生H2导致电解效率下降
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C [电子不能进入溶液，正确的电子流向为粗Ga→N极，M极→高纯Ga，C错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
3．(2025·厦门模拟)LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。某大学首创三室膜电解法制备LiOH，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．X极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应
C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜
D．每转移2 mol电子，理论上生成52 g LiOH
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A [根据题意和题图可知，X极为阳极(a极为正极)，Y极为阴极(b极为负极)，电极反应式分别为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋、2H2O＋2e－===H2↑＋透过膜1进入左室，Li＋透过膜2进入右室，A正确，B、C、D错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
4．下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中，不正确的是( )
操 作
现 象 一段时间后：①中，铁钉裸露在外的附近区域变红；
②中……
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B．①中变红是因为发生反应2H＋＋2e－===H2↑，促进了水的电离
C．②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域变蓝，铜丝附近区域变红
D．①和②中发生的氧化反应均可表示为M－2e－===M2+(M代表锌或铁)
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B [热的NaCl的琼脂水溶液能够让离子自由运动，所以其为离子迁移的通路，A正确；①中变红是因为发生反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，OH－使酚酞溶液变红，B不正确；反应生成的Fe2+遇 K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，使②中铁钉裸露在外的附近区域变蓝，因生成OH－使酚酞溶液变红，而使铜丝附近区域变红，C正确；①中发生的氧化反应为Zn－2e－===Zn2+，②中发生的氧化反应为Fe－2e－===Fe2+，均可表示为M－2e－===M2+(M代表锌或铁)，D正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
5．电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．a极反应式为N2＋12OH－－
＋6H2O
B．电解一段时间，a、b两电极区的
pH均减小
C．电解过程中H＋从a极通过质子交换膜转移至b极
D．相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5∶3
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
C [a极区溶液为酸性，故a极反应式为N2＋6H2O－＋12H＋，A项错误；b极的电极反应式为N2＋8H＋＋，b极区的pH增大，B项错误；b极为阴极，a极为阳极，故H＋从a极通过质子交换膜转移至b极，C项正确；由电极反应式知，当转移 60 mol e－时，a极消耗6 mol N2，b极消耗 10 mol N2，a、b两极消耗N2的物质的量之比为3∶5，D项错误。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
6．(2024·湖北卷，T14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－ [OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是( )
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
A．电解一段时间后阳极区c(OH－)减小
B．理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===CHOCOOH＋H2O
√
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
B [在KOH溶液中，HCHO转化为HOCH2O－：HCHO＋OH－―→HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－ [OCH2O]2-＋H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e－===HCOO－＋H·，H·结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHC—COOH＋H2O，OHC—COOH与HO—N＋H3反应生成HOOC—CH==N—OH：OHC—COOH＋HO—N＋H3―→HOOC—CH==N—OH＋H2O＋H＋，HOOC—CH==N—OH发生得电子的还原反
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
应转化成H3N＋CH2COOH：HOOC—CH==N—OH＋4e－＋5H＋===H3N＋CH2COOH＋H2O。根据分析可知，电解过程中，阳极区消耗OH－，同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH－)减小，A项正确；根据分析可知，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N＋H3＋6H＋＋6e－===H3N＋CH2COOH＋3H2O，1 mol H2O解离成1 mol H＋和1 mol OH－，故理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离，B项错误；根据分析可知，结合装置图，阳极总反应为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，C项正确；根据分析可知，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4＋2H＋＋2e－===OHCCOOH＋H2O，D项正确。]
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
7．(9分)(2024·邯郸一模，节选)近日，某科研团队在“热电耦合催化——电化学”促进低温高效甲醇蒸汽重整制氢(MSR)方面取得进展，其原理如图所示(图中带“*”的微粒代表吸附在电极上)。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
(1)电极M为________极，电极反应式为_______________________
_______________________________________________。(3分)
(2)电催化(HOR)反应的总电解反应式为______________________
________________________________________________________，
该过程产生的中间体有______________；电解过程中会有部分CO2扩散到电极N区，则纯化H2的方法为______________________。(6分)
阳
CH3OH－6e－＋H2O===
CO2↑＋6H＋
CH3OH＋H2O
CO2↑＋3H2↑
CO*、
将混合气体通过碱石灰
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
[解析] 根据题意可知，电极M为阳极，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋。反应物为CH3OH、H2O，生成物为CO2、H2，总反应式为CH3OH＋H2O；由题图可知，该过程产生的中间体有CO*、；电解过程中会有部分CO2扩散到电极N区，则纯化H2的方法为将混合气体通过碱石灰，使CO2被吸收。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
8．(13分)Ⅰ．工业上可利用电解法制备二氧化氯。某化学课题小组以电解法制备ClO2的流程和装置如下。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
(1)a极为________极，电极反应式为_________________________
_________________________________________________。(3分)
(2)二氧化氯发生器中发生的化学方程式为______________________
_______________________________________________。(2分)
(3)若生成6.75 g ClO2时，电解池中电路通过的电子为________ mol。(3分)
阳
＋3Cl－－6e－===NCl3
＋4H＋
NCl3＋6NaClO2＋3H2O
===3NaCl＋3NaOH＋6ClO2↑＋NH3↑
0.1
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
Ⅱ．我国科研工作者提出通过电解原理联合制备环氧乙烷同时处理酸性含铬废水，其工作原理示意图如图所示。其中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成，工作时内层H2O解离为H＋和OH－，并分别向两极迁移。
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
(4)膜p为________交换膜。(1分)
(5)电极M、N的电极反应式分别为__________________________
_____________、___________________________________。(4分)
阳离子
C2H4－2e－＋2OH－===
＋H2O
＋6e－＋14H＋===2Cr3+＋7H2O
题号
1
3
5
2
4
6
8
7
[解析] (1)根据b极产生H2可知b极为阴极，a极为阳极，电极反应式为＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋。(3)根据NCl3＋6NaClO2＋3H2O===3NaCl＋3NaOH＋6ClO2↑＋NH3↑，可得关系式：6ClO2～6e－，则生成6.75 g(即0.1 mol) ClO2时，电路中通过的电子为0.1 mol。(4)根据电极上的转化，可知电极N为阴极，电极M为阳极，H＋通过膜p进入左室，OH－通过膜q进入右室，故膜p为阳离子交换膜。
谢 谢 ！课时数智作业(三十二) 电解池 金属的腐蚀与防护
(建议用时：40分钟 总分：40分)
(每小题只有一个选项正确，每小题3分，共18分)
1．(2024·武汉模拟)将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁片表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。下列说法正确的是( )
A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．液滴边缘是负极区，发生的电极反应为Fe－2e-===Fe2+
C．铁片腐蚀最严重的区域应该是生锈最多的区域
D．导致现象发生的主要原因是液滴之下的氧气含量比边缘处少
2．镓(Ga)的化学性质与铝相似，电解精炼法提纯镓的原理如图。已知三种金属活动性顺序为Zn>Ga>Fe。下列说法错误的是( )
A．阳极泥的主要成分是铁和铜
B．阴极反应式为[Ga(OH)4]-＋3e-===Ga＋4OH-
C．电子流向为N极→粗Ga→NaOH(aq)→高纯Ga→M极
D．若电压过高，阴极可能会产生H2导致电解效率下降
3．(2025·厦门模拟)LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。某大学首创三室膜电解法制备LiOH，其模拟装置如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．X极的电极反应式为2H2O－4e-===4H+＋O2↑
B．a极为电源的负极，Y极上发生氧化反应
C．膜1为阳离子交换膜，膜2为阴离子交换膜
D．每转移2 mol电子，理论上生成52 g LiOH
4．下列根据实验操作及现象进行的分析和推断中，不正确的是( )
操 作
现 象 一段时间后：①中，铁钉裸露在外的附近区域变红； ②中……
A．NaCl的琼脂水溶液为离子迁移的通路
B．①中变红是因为发生反应2H+＋2e-===H2↑，促进了水的电离
C．②中可观察到铁钉裸露在外的附近区域变蓝，铜丝附近区域变红
D．①和②中发生的氧化反应均可表示为M－2e-===M2+(M代表锌或铁)
5．电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．a极反应式为N2＋12OH-－10e-===2N＋6H2O
B．电解一段时间，a、b两电极区的pH均减小
C．电解过程中H+从a极通过质子交换膜转移至b极
D．相同时间内，a、b两极消耗N2的物质的量之比为5∶3
6．(2024·湖北卷，T14)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H+和OH-在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-＋OH- [OCH2O]2-＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e-===HCOO-＋H·。下列说法错误的是( )
A．电解一段时间后阳极区c(OH-)减小
B．理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有4 mol H2O解离
C．阳极总反应式为2HCHO＋4OH-－2e-===2HCOO-＋H2↑＋2H2O
D．阴极区存在反应H2C2O4＋2H+＋2e-===CHOCOOH＋H2O
7．(9分)(2024·邯郸一模，节选)近日，某科研团队在“热电耦合催化——电化学”促进低温高效甲醇蒸汽重整制氢(MSR)方面取得进展，其原理如图所示(图中带“”的微粒代表吸附在电极上)。
(1)电极M为________极，电极反应式为___________________________。(3分)
(2)电催化(HOR)反应的总电解反应式为________________________________，
该过程产生的中间体有______________；电解过程中会有部分CO2扩散到电极N区，则纯化H2的方法为____________________________。(6分)
8．(13分)Ⅰ.工业上可利用电解法制备二氧化氯。某化学课题小组以电解法制备ClO2的流程和装置如下。
(1)a极为________极，电极反应式为___________________________。(3分)
(2)二氧化氯发生器中发生的化学方程式为______________________。(2分)
(3)若生成6.75 g ClO2时，电解池中电路通过的电子为________ mol。(3分)
Ⅱ.我国科研工作者提出通过电解原理联合制备环氧乙烷同时处理酸性含铬废水，其工作原理示意图如图所示。其中双极膜由阳离子交换膜和阴离子交换膜组成，工作时内层H2O解离为H+和OH-，并分别向两极迁移。
(4)膜p为________交换膜。(1分)
(5)电极M、N的电极反应式分别为____________________________________、
___________________________________。(4分)
课时数智作业(三十二)
1．D [将氯化钠溶液滴到一块光亮清洁的铁片表面上，铁和碳在氯化钠溶液中构成原电池发生吸氧腐蚀，铁作负极发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe－2e-===Fe2+，液滴边缘的碳是正极，氧气在正极得到电子，发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e-===4OH-，亚铁离子与氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁极易被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁脱水形成了棕色铁锈环(b)，铁片腐蚀过程发生的总反应的化学方程式为4Fe＋nH2O＋3O2===2Fe2O3·nH2O。由分析可知，铁作负极发生氧化反应而被腐蚀，A错误；液滴边缘发生反应：O2＋2H2O＋4e-===4OH-，B错误；铁片腐蚀最严重的区域不是生锈最多的区域，而是液滴覆盖的圆圈中心区，C错误；该现象与氧气含量多少有关，由于液滴之下氧气含量较少，液滴边缘氧气含量较高，边缘处的氧气得到电子形成氢氧根离子，与亚铁离子结合后发生一系列反应最终产生棕色铁锈环，D正确。]
2．C [电子不能进入溶液，正确的电子流向为粗Ga→N极，M极→高纯Ga，C错误。]
3．A [根据题意和题图可知，X极为阳极(a极为正极)，Y极为阴极(b极为负极)，电极反应式分别为2H2O－4e-===O2↑＋4H+、2H2O＋2e-===H2↑＋2OH-，S透过膜1进入左室，Li+透过膜2进入右室，A正确，B、C、D错误。]
4．B [热的NaCl的琼脂水溶液能够让离子自由运动，所以其为离子迁移的通路，A正确；①中变红是因为发生反应O2＋4e-＋2H2O===4OH-，OH-使酚酞溶液变红，B不正确；反应生成的Fe2+遇 K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，使②中铁钉裸露在外的附近区域变蓝，因生成OH-使酚酞溶液变红，而使铜丝附近区域变红，C正确；①中发生的氧化反应为Zn－2e-===Zn2+，②中发生的氧化反应为Fe－2e-===Fe2+，均可表示为M－2e-===M2+(M代表锌或铁)，D正确。]
5．C [a极区溶液为酸性，故a极反应式为N2＋6H2O－10e-===2N＋12H+，A项错误；b极的电极反应式为N2＋8H+＋6e-===2N，b极区的pH增大，B项错误；b极为阴极，a极为阳极，故H+从a极通过质子交换膜转移至b极，C项正确；由电极反应式知，当转移 60 mol e-时，a极消耗6 mol N2，b极消耗 10 mol N2，a、b两极消耗N2的物质的量之比为3∶5，D项错误。]
6．B [在KOH溶液中，HCHO转化为HOCH2O-：HCHO＋OH-―→HOCH2O-，存在平衡HOCH2O-＋OH- [OCH2O]2-＋H2O，Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2-－e-===HCOO-＋H·，H·结合成H2，Cu电极为阳极；PbCu电极为阴极，首先HOOC—COOH在Pb上发生得电子的还原反应转化为OHC—COOH：H2C2O4＋2e-＋2H+===OHC—COOH＋H2O，OHC—COOH与HO—N+H3反应生成HOOC—CH→N—OH：OHC—COOH＋HO—N+H3―→HOOC—CH→N—OH＋H2O＋H+，HOOC—CH→N—OH发生得电子的还原反应转化成H3N+CH2COOH：HOOC—CH→N—OH＋4e-＋5H+===H3N+CH2COOH＋H2O。根据分析可知，电解过程中，阳极区消耗OH-，同时生成H2O，故电解一段时间后阳极区c(OH-)减小，A项正确；根据分析可知，阴极区的总反应为H2C2O4＋HO—N+H3＋6H+＋6e-===H3N+CH2COOH＋3H2O，1 mol H2O解离成1 mol H+和1 mol OH-，故理论上生成1 mol H3N+CH2COOH双极膜中有6 mol H2O解离，B项错误；根据分析可知，结合装置图，阳极总反应为2HCHO＋4OH-－2e-===2HCOO-＋H2↑＋2H2O，C项正确；根据分析可知，阴极区的Pb上发生反应H2C2O4＋2H+＋2e-===OHCCOOH＋H2O，D项正确。]
7．解析：根据题意可知，电极M为阳极，电极反应式为CH3OH－6e-＋H2O===CO2↑＋6H+。反应物为CH3OH、H2O，生成物为CO2、H2，总反应式为CH3OH＋H2OCO2↑＋3H2↑；由题图可知，该过程产生的中间体有CO、；电解过程中会有部分CO2扩散到电极N区，则纯化H2的方法为将混合气体通过碱石灰，使CO2被吸收。
答案：(1)阳 CH3OH－6e-＋H2O===CO2↑＋6H+
(2)CH3OH＋H2OCO2↑＋3H2↑ CO、 将混合气体通过碱石灰
8．解析：(1)根据b极产生H2可知b极为阴极，a极为阳极，电极反应式为N＋3Cl-－6e-===NCl3＋4H+。(3)根据NCl3＋6NaClO2＋3H2O===3NaCl＋3NaOH＋6ClO2↑＋NH3↑，可得关系式：6ClO2~6e-，则生成6.75 g(即0.1 mol) ClO2时，电路中通过的电子为0.1 mol。(4)根据电极上的转化，可知电极N为阴极，电极M为阳极，H+通过膜p进入左室，OH-通过膜q进入右室，故膜p为阳离子交换膜。
答案：(1)阳 N＋3Cl-－6e-===NCl3＋4H+ (2)NCl3＋6NaClO2＋3H2O===3NaCl＋3NaOH＋6ClO2↑＋NH3↑ (3)0.1 (4)阳离子 (5)C2H4－2e-＋2OH-===＋H2O Cr2＋6e-＋14H+===2Cr3+＋7H2O
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