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电解原理及应用
学习目标
1．理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
知识清单
知识点 1 电解原理
1．电解与电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与直流电源相连的两个电极；
②电解质溶液(或熔融盐)；
③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)工作原理
[示例] 用惰性电极电解 CuCl2溶液
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu；
电解
总反应式：CuCl2===== Cu＋Cl2↑。
(2)电子和离子的移动方向(惰性电极)
3．阴、阳两极上的放电顺序
(1)阴极(与电极材料无关)
氧化性强的先放电，放电顺序：
K＋ ＋ ＋ ＋、Ca2 、Na 、Mg2 、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋、Sn2＋、
―――P―b2―＋ ―H―＋―――――＋―――＋―――＋ ――＋――――――→、 （酸）、C放u2电、由Fe难3 到、易Hg2 、Ag
(2)阳极(与电极材料有关)
①活性电极作阳极(除 Au、Pt以外的金属)，则活性电极本身失去电子，发生氧化反应。
如 Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋。
②惰性电极作阳极(Pt、Au、石墨碳棒)
离子的放电顺序为
S2－ I－、 、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根离子（NO－ 、CO2－ 等 F－）、
――――――――――――――――――――放―电―由――易―到―难――――――
3―――――3 ――――――――→
4．分析电解的思维流程
5．惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)
[示例] 用惰性电极电解 CuSO4溶液(放 O2生酸型)
阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑)
阴极反应式：2Cu2＋＋4e－===2Cu
电解
电池反应式：2CuSO4＋2H2O===== 2Cu＋O2↑＋2H2SO4
[名师点拨] (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)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。
(3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离
子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。
(4)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应
时，H2O要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑(或
电解
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)，总反应式为 2Cl－＋2H －2O===== 2OH ＋H2↑＋Cl2↑。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解 CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( )
(2)电解时，电子的移动方向为电源负极→阴极→阳极→电源正极( )
(3)用惰性电极电解 NaCl溶液放出 22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移 NA个电子( )
电解
(4)用铜作电极电解 CuSO4溶液的离子方程式为 2Cu2＋＋2H2O===== 2Cu＋O2↑＋4H＋( )
(5)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( )
例 2．按要求书写电极反应式和总反应方程式：
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：____________________________________________________________；
阴极反应式：______________________________________________________________；
总反应离子方程式：____________________________________________________。
(2)用 Al作电极电解 NaOH溶液
阳极反应式：____________________________________________________________；
阴极反应式：______________________________________________________________；
总反应离子方程式：___________________________________________________。
(3)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：_________________________________________________________；
总反应方程式：__________________________________________________________。
(4) － －离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl 7 和 AlCl 4 组成的离
子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中
不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为________________________
_________________________________________________________。
若改用 AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
知识点 2 电解原理的应用
1．氯碱工业
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或 2H＋＋2e－===H2↑)(还原反应)
电解
总反应方程式：2NaCl＋2H2O===== 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
装置 离子交换膜电解槽
阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极 碳钢网
①只允许阳 离子通过，能阻止阴 离子和气体通过
阳离子交换膜
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2．电镀与电解精炼
电镀 电解精炼铜
示意图
Zn－2e－===Zn2＋，
－ ＋
电极 阳极 Cu－2e ===Cu2
Cu－2e－===Cu2＋
反应
阴极 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液
CuSO4溶液的浓度不变 CuSO4溶液的浓度变小
的浓度变化
3．电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al等。
总方程式 阳极、阴极反应式
2Cl－ －－2e ===Cl ＋2↑、2Na ＋2e
冶炼钠 电解2NaCl(熔融)===== 2Na＋Cl2↑
－===2Na
2Cl－－2e－===Cl ＋2↑、Mg2 ＋2e
冶炼镁 电解MgCl2(熔融)===== Mg＋Cl2↑
－===Mg
6O2－－12e－===3O2↑、4Al3＋＋
冶炼铝 电解2Al2O3(熔融)===== 4Al＋3O2↑
12e－===4Al
[名师点拨] (1)电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液
的浓度减小。
(2)粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电
子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成
为阳极泥。
(3)由于 AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很
高的氧化铝，为降低熔化温度，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极生
成的氧气会与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) ＋电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中 c(Cu2 )均保持不变( )
(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和 Al2O3，也可以电解MgO和 AlCl3( )
(3)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(4)用 Zn ＋ ＋作阳极，Fe作阴极，ZnCl2溶液作电解质溶液，由于放电顺序 H >Zn2 ，不可能在
铁上镀锌( )
(5)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极，稀H2SO4作电解液( )
例 2.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( )
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
知识点 3 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀和电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
金属与接触到的物质直接发 不纯的金属接触到电解质溶
条件
生反应 液发生原电池反应
①实质都是金属原子失去电
子被氧化而损耗；
实质与联系 ②化学腐蚀与电化学腐蚀往
往同时发生，但电化学腐蚀更
普遍
(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
水膜性质 酸性 酸性很弱或者呈中性
负极反应 ①Fe－2e－===Fe2＋
＋ － － －
正极反应 ②2H ＋2e ===H2↑ ③2H2O＋O2＋4e ===4OH
＋ ＋
总反应 ④Fe＋2H ===Fe2 ＋H2↑ ⑤2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
3．金属腐蚀的快慢规律
(1)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>有防腐措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>
非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀速率越快。
[名师点拨] (1)铁锈的形成过程：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
(2)金属越活泼就越易失去电子而被腐蚀，金属活动性顺序中位于氢前面和氢后面的金
属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序中排在氢前面的金属才可发生析氢腐蚀。
4．金属的防护
经典例题
例 1．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)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成 Fe3＋( )
(4)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( )
(5)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈( )
例 2．港珠澳大桥设计寿命为 120年，对桥体钢制构件采用了多种防腐措施，下列防腐措施
错误的是( )
A．用导线与石墨相连
B．用导线与电源负极相连
C．钢制构件上焊接锌块
D．表面喷涂分子涂层
例 3．某同学进行下列实验：
操作 现象
放置一段时间后，生铁片上出现
如图所示“斑痕”，其边缘为红
取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和 色，中心区域为蓝色，在两色环
K3[Fe(CN)6]的食盐水 交界处出现铁锈
生铁片发生________腐蚀，中心区的电极反应式为___________________________________，
边缘处的电极反应式为_________________________________________，
交界处发生的反应为______________________________________________________。
课堂闯关
1．(2020·全国卷Ⅱ)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( )
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
2．(2020·山东等级考)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装
置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的 pH未变
C．电解过程中，H＋由 a极区向 b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的 O2与 b极反应的 O2等量
3．(2020·江苏高考)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图
所示的情境中，下列有关说法正确的是( )
A．阴极的电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比 Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
4.下列关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是( )
A．Fe 电极作阳极，发生氧化反应
B．Cl－向石墨极作定向移动
C．石墨电极反应：Fe3＋＋3e－===Fe
电解
D．电解池发生总反应：2Cl－＋2Fe3＋===== Cl2↑＋2Fe2＋
5．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关
分析完全正确的是( )
选项 A B C D
a电极 阳极 阴极 阳极 阴极
d电极 正极 正极 负极 负极
Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
6．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁
帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B － －．通电时，阴极上的电极反应为 2H2O＋2e ===H2↑＋2OH
C ＋ －．断电时，锌环上的电极反应为 Zn2 ＋2e ===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
7．如图是某课题组设计的一种利用电解原理制取 H2O2并用来处理工业废氨水的装置。为了
不影响 H2O2的产量，需向废氨水中加入适量硝酸调节溶液的 pH约为 5。下列说法正确的是
( )
A．阴极的电极反应式为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．阳极的电极反应式为 O2＋2H＋＋2e－===H2O2
C．处理废氨水的过程中所发生的反应为
3H2O2＋2NH3·H2O===8H2O＋N2↑
D．工作过程中阳极附近溶液的 pH逐渐增大
8．科学家采用碳基电极材料设计了一种制取氯气的新工艺方案，装置如图所示。下列说法
错误的是( )
A.反应过程中需要不断补充 Fe2＋
B．阳极反应式是 2HCl－2e－===Cl2↑＋2H＋
C．电路中转移 1 mol电子，消耗标况下氧气 5.6 L
电解
D．电解总反应可看作是 4HCl(g)＋O2(g)===== 2Cl2(g)＋2H2O(g)
9．我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制 H2(装置如图)。
总反应为 CO(NH2)2＋H2O===3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法中错误的是( )
A．a为阳极，CO(NH2)2发生氧化反应
B．b电极反应为 2H2O＋2e－===H －2↑＋2OH
C．每转移 6 mol电子，a电极产生 1 mol N2
D．电解一段时间，a极区溶液 pH升高
10．用电解法制取 KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解 KI溶液，电解反应方程式为 KI＋
电解
3H2O===== KIO3＋3H2↑。下列说法中正确的是( )
A．电解时石墨作阴极
B．电解时阳极上产生 H2
C．电解过程中阴极溶液 pH升高
D － － － ＋．阴极电极反应式：I －6e ＋3H2O===IO3 ＋6H
11．(2020·全国卷Ⅱ节选)(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装
置来制取。装置中的离子膜只允许________离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。
(2)(2020·全国卷Ⅱ节选)CH4和 CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现
两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
①阴极上的反应式为_____________________________________________________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为 2∶1，则消耗的 CH4和 CO2体积比为________。
自我挑战
1.现用 Pt 电极电解 1 L 浓度均为 0.1 mol·L－1的 HCl、CuSO4的混合溶
液，装置如图。下列说法正确的是( )
A．电解开始时阴极有 H2放出
B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu
C．当电路中通过电子的量超过 0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
D －．整个电解过程中，SO 24 不参与电极反应
2．(2021·广州模拟)我国科学家设计了一种太阳能驱动从海水中提取金属锂的装置，示意图
如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是( )
A．铜箔上的电势比催化电极上的高
B．海水的 pH变大
C．若转移 1 mol电子，理论上铜箔增重 7 g
D．固体陶瓷膜可用质子交换膜代替
3．(2021·三明模拟)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图所示。通过控制开关连接 K1和 K2，
可交替得到 H2和 O2。下列有关说法错误的是( )
A．制 H － －2时，开关应连接 K1，产生 H2的电极反应式是 2H2O＋2e ===H2↑＋2OH
B．当开关连接 K2时，电极 3的反应式为 Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O
C．当开关连接 K2时，电极 2作阳极，得到 O2
D．电极 3的作用是分别作阳极材料和阴极材料，利用 NiO(OH)和 Ni(OH)2的相互转化
提供电子转移
4．(1)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含
＋ － －
有大量的污染物 NO，可以被含 Ce4 的溶液吸收，生成 NO2 、NO3 (二者物质的量之比为
1∶1) － ＋。可采用电解法将上述吸收液中的 NO 2 转化为无毒物质，同时再生 Ce4 ，其原理如
图所示：
①Ce4＋从电解槽的________(填字母代号)口流出。
②写出阴极的电极反应式：_________________________________________________。
(2)如图所示的电解装置，可将雾霾中的 NO、SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收
再利用。通入 NO 的电极反应式为________________；若通入的 NO体积为 4.48 L(标准状
况下)，则另外一个电极通入的 SO2的质量至少为________ g。
(3)一种利用 H2S电催化制氢并最终制得硫酸的装置如图所示：
①b接电源的________(填“正”或“负”)极，阳极的电极反应式为_______________。
②写出一个 SO2经一步反应转化为 H2SO4的化学方程式：________________________。
6．(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，
在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的 H2O解离成 H＋和 OH－；A、B为离子交换膜。
①B膜最佳应选择________。
②阳极的电极反应式是____________________________________________________。
③少量的 I－因浓度差通过 BPM膜，若撤去 A膜，其缺点是_______________________
_____________________________________________________。
(2)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，使处理含苯酚(C6H5OH)废
水更加高效，装置如下图所示。已知 a极主要发生的反应是 O2生成 H2O2，然后在电解液中
产生·OH并迅速与苯酚反应。
①b极连接电源的________极(填“正”或“负”)。
②a极的电极反应式为______________________________________________________。
③除电极反应外，电解液中主要发生的反应方程式有___________________________。
7．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________________。电解原理及应用
学习目标
1．理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
知识清单
知识点 1 电解原理
1．电解与电解池
(1)电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
(2)电解池：将电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与直流电源相连的两个电极；
②电解质溶液(或熔融盐)；
③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
(1)工作原理
[示例] 用惰性电极电解 CuCl2溶液
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu；
电解
总反应式：CuCl2===== Cu＋Cl2↑。
(2)电子和离子的移动方向(惰性电极)
3．阴、阳两极上的放电顺序
(1)阴极(与电极材料无关)
氧化性强的先放电，放电顺序：
K＋ ＋ ＋ ＋、Ca2 、Na 、Mg2 、Al3＋、Zn2＋、Fe2＋、Sn2＋、
―――P―b2―＋ ―H―＋―――――＋―――＋―――＋ ――＋――――――→、 （酸）、C放u2电、由Fe难3 到、易Hg2 、Ag
(2)阳极(与电极材料有关)
①活性电极作阳极(除 Au、Pt以外的金属)，则活性电极本身失去电子，发生氧化反应。
如 Cu－2e－===Cu2＋，Fe－2e－===Fe2＋。
②惰性电极作阳极(Pt、Au、石墨碳棒)
离子的放电顺序为
S2－ I－、 、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根离子（NO－ 、CO2－ 等 F－）、
――――――――――――――――――――放―电―由――易―到―难――――――
3―――――3 ――――――――→
4．分析电解的思维流程
5．惰性电极电解电解质溶液的产物判断(图示)
[示例] 用惰性电极电解 CuSO4溶液(放 O2生酸型)
阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑)
阴极反应式：2Cu2＋＋4e－===2Cu
电解
电池反应式：2CuSO4＋2H2O===== 2Cu＋O2↑＋2H2SO4
[名师点拨] (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)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。
(3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离
子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。
(4)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应
时，H O要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为 2H＋＋2e－2 ===H2↑(或
电解
2H O＋2e－2 ===H ↑＋2OH－2 )，总反应式为 2Cl－＋2H2O===== 2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)电解 CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色( )
(2)电解时，电子的移动方向为电源负极→阴极→阳极→电源正极( )
(3)用惰性电极电解 NaCl溶液放出 22.4 L H2(标准状况)，理论上需要转移 NA个电子( )
电解
(4)用铜作电极电解 CuSO4溶液的离子方程式为 2Cu2＋＋2H2O===== 2Cu＋O2↑＋4H＋( )
(5)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( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
例 2．按要求书写电极反应式和总反应方程式：
(1)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式：____________________________________________________________；
阴极反应式：______________________________________________________________；
总反应离子方程式：____________________________________________________。
(2)用 Al作电极电解 NaOH溶液
阳极反应式：____________________________________________________________；
阴极反应式：______________________________________________________________；
总反应离子方程式：___________________________________________________。
(3)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：_________________________________________________________；
总反应方程式：__________________________________________________________。
(4) － －离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl 7 和 AlCl 4 组成的离
子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中
不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极反应式为________________________
_________________________________________________________。
若改用 AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑
Mg2＋
电解
＋2Cl－＋2H2O===== Mg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑
(2)2Al 6e－ 8OH－===2AlO－－ ＋ 2 ＋4H2O
6H －2O＋6e ===3H2↑＋6OH－(或 6H＋＋6e－===3H2↑)
－ 电解2Al＋2H2O＋2OH ===== 2AlO
－
2 ＋3H2↑
(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
电解
2Al＋3H2O===== Al2O3＋3H2↑
(4)负 4Al2Cl
－ －
7 ＋3e ===Al＋7AlCl
－
4 H2
知识点 2 电解原理的应用
1．氯碱工业
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H O＋2e－===H ↑＋2OH－(或 2H＋＋2e－2 2 ===H2↑)(还原反应)
电解
总反应方程式：2NaCl＋2H2O===== 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
装置 离子交换膜电解槽
阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
阴极 碳钢网
①只允许阳 离子通过，能阻止阴 离子和气体通过
阳离子交换膜
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
2．电镀与电解精炼
电镀 电解精炼铜
示意图
Zn －－2e ===Zn2＋，
阳极 Cu－2e－===Cu2＋电极
Cu－2e－===Cu2＋
反应
阴极 Cu2＋ －＋2e ===Cu Cu2＋ －＋2e ===Cu
电解质溶液
CuSO4溶液的浓度不变 CuSO4溶液的浓度变小
的浓度变化
3．电冶金
利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al等。
总方程式 阳极、阴极反应式
2Cl－ 2e－===Cl 2Na＋－ 2↑、 ＋2e
冶炼钠 电解2NaCl(熔融)===== 2Na＋Cl2↑
－===2Na
2Cl－－2e－===Cl2↑、Mg2＋＋2e
冶炼镁 电解MgCl2(熔融)===== Mg＋Cl2↑
－===Mg
6O2－－12e－===3O ＋2↑、4Al3 ＋
冶炼铝 电解2Al2O3(熔融)===== 4Al＋3O2↑
12e－===4Al
[名师点拨] (1)电解精炼铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，电解质溶液
的浓度减小。
(2)粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)，在阳极难以失去电
子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成
为阳极泥。
(3)由于 AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，所以电解冶炼铝时，电解的为熔点很
高的氧化铝，为降低熔化温度，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；而且电解过程中，阳极生
成的氧气会与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
经典例题
例 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1) ＋电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中 c(Cu2 )均保持不变( )
(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和 Al2O3，也可以电解MgO和 AlCl3( )
(3)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(4)用 Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2溶液作电解质溶液，由于放电顺序 H＋>Zn2＋，不可能在
铁上镀锌( )
(5)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阳极，稀H2SO4作电解液( )
答案：(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)√
例 2.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( )
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：选 D 氯碱工业中，阳极上 Cl－放电生成 Cl2；电解精炼铜时，阳极上粗铜中的
Zn、Fe、Ni、Cu放电而溶解，阴极上只有 Cu2＋放电析出 Cu，电解质溶液中的 Cu2＋浓度变
小；在铁片上镀铜时，阴极(Y)应该是铁片，阳极(X)是纯铜。
知识点 3 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变成金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀和电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
金属与接触到的物质直接发 不纯的金属接触到电解质溶
条件
生反应 液发生原电池反应
①实质都是金属原子失去电
子被氧化而损耗；
实质与联系 ②化学腐蚀与电化学腐蚀往
往同时发生，但电化学腐蚀更
普遍
(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
水膜性质 酸性 酸性很弱或者呈中性
－
负极反应 ①Fe－2e ===Fe2＋
2H＋正极反应 ② ＋2e－===H －2↑ ③2H2O＋O2＋4e ===4OH－
总反应 ④Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ ⑤2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2
3．金属腐蚀的快慢规律
(1)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>有防腐措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>
非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀速率越快。
[名师点拨] (1)铁锈的形成过程：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
(2)金属越活泼就越易失去电子而被腐蚀，金属活动性顺序中位于氢前面和氢后面的金
属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动性顺序中排在氢前面的金属才可发生析氢腐蚀。
4．金属的防护
经典例题
例 1．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)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成 Fe3＋( )
(4)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( )
(5)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈( )
答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
例 2．港珠澳大桥设计寿命为 120年，对桥体钢制构件采用了多种防腐措施，下列防腐措施
错误的是( )
A．用导线与石墨相连
B．用导线与电源负极相连
C．钢制构件上焊接锌块
D．表面喷涂分子涂层
解析：选 A 石墨、Fe 和电解质溶液(海水)会构成原电池，Fe 作负极会加速被腐蚀，
故 A错误。
例 3．某同学进行下列实验：
操作 现象
放置一段时间后，生铁片上出现
如图所示“斑痕”，其边缘为红
取一块打磨过的生铁片，在其表面滴一滴含酚酞和 色，中心区域为蓝色，在两色环
K3[Fe(CN)6]的食盐水 交界处出现铁锈
生铁片发生________腐蚀，中心区的电极反应式为___________________________________，
边缘处的电极反应式为_________________________________________，
交界处发生的反应为______________________________________________________。
解析：生铁片发生吸氧腐蚀，其中 Fe 作负极，电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与
K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色的铁氰化亚铁沉淀，故中心区域为蓝色；边缘处发生电极反应：
2H2O＋O －2＋4e ===4OH－，碱能使酚酞变红，交界处 Fe(OH)2被空气中的 O2氧化成 Fe(OH)3，
最终变为铁锈(Fe2O3·xH2O)。
答案：吸氧 Fe－ 2e － ===Fe2 ＋ 2H2O＋ O ＋ 4e －2 ===4OH － 4Fe(OH)2＋O2＋
2H2O===4Fe(OH)3、
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
课堂闯关
1．(2020·全国卷Ⅱ)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( )
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：选 C 该装置是电解池，通电时银失去电子被氧化为 Ag＋，因此，银电极为阳极，
A项正确；电解池工作时，Ag＋向阴极移动，即 Ag＋由银电极向变色层迁移，B项正确；WO3
在阴极发生还原反应，即 W 元素的化合价降低，C 项错误；电池总反应为 WO3＋
xAg===AgxWO3，D项正确。
2．(2020·山东等级考)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装
置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是( )
A．阳极反应为 2H － ＋2O－4e ===4H ＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的 pH未变
C．电解过程中，H＋由 a极区向 b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的 O2与 b极反应的 O2等量
解析：选 D 根据图像可知，b极由 O2反应生成了 H2O2，在这个过程中，氧元素化合
价降低，发生了得电子的还原反应，因此 b极是电解池的阴极，可推出阴极的电极反应式为
O2＋2e－＋2H＋===H2O2；则 a极为电解池的阳极，发生失电子的氧化反应，根据图像可知阳
极生成了氧气，则阳极反应为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，故 A正确；根据阳极的电极反应
可知，阳极生成了氢离子，但同时生成的氢离子全部从阳极室移向阴极室，故电解一段时间
后，阳极室的 pH未变，故 B正确；电解池的电解质溶液中，阳离子会移向阴极，故氢离子
由 a极区向 b极区迁移，故 C正确；阳极的电极反应式为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，保持
阴极和阳极电极反应的得失电子数一致，可得阴极的电极反应为 2O2＋4e－＋4H＋===2H2O2，
同一个电路中阳极的失电子总数和阴极的得电子总数在相同情况下是一样的，故电解一段时
间后，a极生成的氧气与 b极反应的氧气的物质的量之比为 1∶2，不相等，故 D错误。
3．(2020·江苏高考)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图
所示的情境中，下列有关说法正确的是( )
A．阴极的电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋
B．金属M的活动性比 Fe的活动性弱
C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
解析：选 C 该装置中阴极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：
M>Fe，B项错误；钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海
水中含有大量的 NaCl等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率比
在海水中的慢，D项错误。
4.下列关于如图电解池工作时的相关叙述正确的是( )
A．Fe 电极作阳极，发生氧化反应
B．Cl－向石墨极作定向移动
C．石墨电极反应：Fe3＋＋3e－===Fe
D．电解池发生总反应：2Cl－ 3＋
电解
＋2Fe ===== Cl2↑＋2Fe2＋
解析：选 A A项，电子流出的一极是电源的负极，故 Fe 连接电源的正极，为阳极，
发生氧化反应，正确；B 项，电解质溶液中，阴离子向阳极移动，Fe 为阳极，Cl－向 Fe 极
作定向移动，错误；C项，石墨电极是电解池的阴极，发生还原反应，电极反应为 Fe3＋＋e
－===Fe2＋，错误；D项，Fe 为阳极，是活性电极，Fe 被氧化生成 Fe2＋，石墨是电解池的阴
电解
极，Fe3＋发生还原反应生成 Fe2＋，故电解池发生的总反应：Fe＋2Fe3＋===== 3Fe2＋，错误。
5．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关
分析完全正确的是( )
选项 A B C D
a电极 阳极 阴极 阳极 阴极
d电极 正极 正极 负极 负极
Q离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子
解析：选 B 电子从电源的负极流出，故 a是阴极，d是正极，溶液中的阳离子 Q移向
阴极 a。
6．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁
帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B －．通电时，阴极上的电极反应为 2H2O＋2e ===H2↑＋2OH－
C ＋ －．断电时，锌环上的电极反应为 Zn2 ＋2e ===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
解析：选 C 锌环与电源的正极相连，为阳极，发生氧化反应，A项正确；断电时，Zn
比铁活泼，作负极，电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。
7．如图是某课题组设计的一种利用电解原理制取 H2O2并用来处理工业废氨水的装置。为了
不影响 H2O2的产量，需向废氨水中加入适量硝酸调节溶液的 pH约为 5。下列说法正确的是
( )
A － ＋．阴极的电极反应式为 2H2O－4e ===4H ＋O2↑
B．阳极的电极反应式为 O2＋2H＋＋2e－===H2O2
C．处理废氨水的过程中所发生的反应为
3H2O2＋2NH3·H2O===8H2O＋N2↑
D．工作过程中阳极附近溶液的 pH逐渐增大
解析：选 C 根据题给装置图可知，阳极的电极反应式为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，
阴极的电极反应式为 O2＋2H＋＋2e－===H2O2，故 A、B项错误。根据题图可知，H2O2可将
NH3·H2O氧化为 N2，C项正确。根据电极反应式可知，工作过程中阳极上生成氢离子，所
以阳极附近溶液的 pH逐渐减小，D项错误。
8．科学家采用碳基电极材料设计了一种制取氯气的新工艺方案，装置如图所示。下列说法
错误的是( )
A.反应过程中需要不断补充 Fe2＋
B．阳极反应式是 2HCl－2e－===Cl ↑＋2H＋2
C．电路中转移 1 mol电子，消耗标况下氧气 5.6 L
电解
D．电解总反应可看作是 4HCl(g)＋O2(g)===== 2Cl2(g)＋2H2O(g)
解析：选 A HCl在阳极失电子，发生氧化反应，生成 Cl 和 H＋，Fe3＋2 在阴极得电子，
还原成 Fe2＋，Fe2＋、H＋、O2反应生成 Fe3＋和 H2O，Fe2＋、Fe3＋在阴极循环，A 错误；HCl
在阳极失电子生成 Cl2和 H＋，电极反应式为 2HCl－2e－===Cl2↑＋2H＋，B正确；根据电子
得失守恒有 O2～4e－，电路中转移 1 mol电子，消耗 0.25 mol氧气，标准状况下体积为 5.6 L，
C正确；由图可知，反应物为 HCl(g)和 O2(g)，生成物为 H2O(g)和 Cl2(g)，故电解总反应可
电解
看作是 4HCl(g)＋O2(g)===== 2Cl2(g)＋2H2O(g)，D正确。
9．我国研制出非贵金属镍钼基高效电催化剂，实现电解富尿素废水低能耗制 H2(装置如图)。
总反应为 CO(NH2)2＋H2O===3H2↑＋N2↑＋CO2↑。下列说法中错误的是( )
A．a为阳极，CO(NH2)2发生氧化反应
B．b电极反应为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．每转移 6 mol电子，a电极产生 1 mol N2
D．电解一段时间，a极区溶液 pH升高
解析：选 D 电解池工作时，CO(NH2)2失去电子，a为阳极，发生氧化反应，A正确；
阴极水得电子生成 H － －2，则阴极反应式为 2H2O＋2e ===2OH ＋H2↑，B正确；阳极的电极
反应式为 CO(NH2)2－6e－＋H2O===CO2↑＋N2↑＋6H＋，若电路中通过 6 mol电子，阳极产
1
生 N 的物质的量为 n(N )＝6 mol× ＝1 mol，C 正确；a 极反应式为 CO(NH ) －6e－2 2 2 2 ＋
6
H2O===CO2↑＋N ＋2↑＋6H ，则 a极区溶液中氢离子浓度增大，溶液的 pH降低，D错误。
10．用电解法制取 KIO3的方法是以石墨和铁为电极电解 KI溶液，电解反应方程式为 KI＋
电解
3H2O===== KIO3＋3H2↑。下列说法中正确的是( )
A．电解时石墨作阴极
B．电解时阳极上产生 H2
C．电解过程中阴极溶液 pH升高
D － － －．阴极电极反应式：I －6e ＋3H2O===IO3 ＋6H
＋
解析：选 C 电解时，铁作阴极，石墨作阳极，若铁作阳极，则铁放电，A错误；阳极
－
发生氧化反应，I－失电子被氧化，电极反应式为 I－－6e－＋3H2O===IO3 ＋6H
＋，B、D两项
错误；阴极上水放电，2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，溶液的 pH升高，C项正确。
11．(2020·全国卷Ⅱ节选)(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装
置来制取。装置中的离子膜只允许________离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。
(2)(2020·全国卷Ⅱ节选)CH4和 CO2都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现
两种分子的耦合转化，其原理如图所示：
①阴极上的反应式为_____________________________________________________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为 2∶1，则消耗的 CH4和 CO2体积比为________。
解析：(1)结合题图电解装置，可知阴极上水电离出的 H＋得电子生成 H2，Na＋从左侧通
过离子膜向阴极移动，即该装置中的离子膜只允许 Na＋通过；电解时阳极上 Cl－失去电子，
Cl2在 a出口逸出。(2)①结合图示可知 CO2在阴极发生还原反应生成 CO，即阴极上的反应
式为 CO2＋2e－===CO＋O2－。②设生成 C2H4和 C2H6的物质的量分别为 2 mol 和 1 mol，则
反应中转移电子的物质的量为 4 mol×2＋2 mol×1＝10 mol，根据碳原子守恒，可知反应的
CH4为 6 mol；则由 CO2→CO 转移 10 mol 电子，需消耗 5 mol CO2，则反应中消耗 CH4和
CO2的体积比为 6∶5。
答案：(1)Na＋ a (2)①CO2＋2e－===CO＋O2－
②6∶5
自我挑战
1.现用 Pt 电极电解 1 L 浓度均为 0.1 mol·L－1的 HCl、CuSO4的混合溶
液，装置如图。下列说法正确的是( )
A．电解开始时阴极有 H2放出
B．电解开始时阳极上发生：Cu2＋＋2e－===Cu
C．当电路中通过电子的量超过 0.1 mol时，此时阴极放电的离子发生了变化
D －．整个电解过程中，SO 24 不参与电极反应
解析：选 D 依据放电顺序，阴极先放电的是 Cu2＋，故阴极开始析出的是 Cu，阳极先
放电的是 Cl－，故阳极开始产生的是 Cl ＋ －2，故 A、B错误；由阴极反应 Cu2 ＋2e ===Cu，n(Cu2
＋)＝0.1 mol，当电路中通过电子的量达到 0.2 mol时，此时 Cu2＋消耗完毕，阴极放电离子变
为 H＋，故 C错误；阳极先是 Cl－放电，当 Cl－消耗完毕，此时 H2O电离产生的 OH－开始在
－
阳极放电，SO 24 不参与电极反应，故 D正确。
2．(2021·广州模拟)我国科学家设计了一种太阳能驱动从海水中提取金属锂的装置，示意图
如图所示。该装置工作时，下列说法正确的是( )
A．铜箔上的电势比催化电极上的高
B．海水的 pH变大
C．若转移 1 mol电子，理论上铜箔增重 7 g
D．固体陶瓷膜可用质子交换膜代替
解析：选 C 根据海水提取金属锂的装置图知，催化电极上放出气体，为氯离子放电生
成氯气，因此催化电极为阳极，则铜箔为阴极，铜箔上的电势比催化电极上的低，故 A错
误；海水中的锂离子和氯离子放电，海水的 pH基本不变，故 B错误；根据转移电子数相等，
若导线中转移 1 mol电子，则铜箔上产生 1 mol Li，质量为 7 g，故 C正确；因为催化电极
为阳极，放出氯气，铜箔为阴极，形成金属锂，所以固体陶瓷膜为阳离子交换膜，不能用质
子交换膜代替，故 D错误。
3．(2021·三明模拟)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图所示。通过控制开关连接 K1和 K2，
可交替得到 H2和 O2。下列有关说法错误的是( )
A．制 H2时，开关应连接 K1，产生 H2的电极反应式是 2H O＋2e－2 ===H －2↑＋2OH
B．当开关连接 K2时，电极 3的反应式为 Ni(OH) － －2－e ＋OH ===NiO(OH)＋H2O
C．当开关连接 K2时，电极 2作阳极，得到 O2
D．电极 3的作用是分别作阳极材料和阴极材料，利用 NiO(OH)和 Ni(OH)2的相互转化
提供电子转移
解析：选 B 开关连接 K1，电极 1为阴极，水得电子生成氢气，产生 H2的电极反应式
是 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故 A正确；当开关连接 K2时，电极 3为阴极，发生还原反
应，反应式为 NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，故 B错误；当开关连接 K2时，电极
2连接电源正极，电极 2作阳极，发生氧化反应得到 O2，故 C正确；当开关连接 K1时，电
极 3为阳极；开关连接 K2时，电极 3为阴极；电极 3的作用是分别作阳极材料和阴极材料，
利用 NiO(OH)和 Ni(OH)2的相互转化提供电子转移，故 D正确。
4．(1)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含
有大量的污染物 NO，可以被含 Ce4＋ － －的溶液吸收，生成 NO2 、NO3 (二者物质的量之比为
1∶1) － ＋。可采用电解法将上述吸收液中的 NO 2 转化为无毒物质，同时再生 Ce4 ，其原理如
图所示：
①Ce4＋从电解槽的________(填字母代号)口流出。
②写出阴极的电极反应式：_________________________________________________。
(2)如图所示的电解装置，可将雾霾中的 NO、SO2转化为硫酸铵，从而实现废气的回收
再利用。通入 NO 的电极反应式为________________；若通入的 NO体积为 4.48 L(标准状
况下)，则另外一个电极通入的 SO2的质量至少为________ g。
(3)一种利用 H2S电催化制氢并最终制得硫酸的装置如图所示：
①b接电源的________(填“正”或“负”)极，阳极的电极反应式为_______________。
②写出一个 SO2经一步反应转化为 H2SO4的化学方程式：________________________。
解析：(1)①生成 Ce4＋ －，则 Ce3＋－e－===Ce4＋，Ce4＋在阳极生成，从 a口流出；②NO 2 转
－
化为无毒物质，则 NO 2 在阴极得电子，转化为 N2，结合电子得失守恒、电荷守恒可得阴
极电极反应为 2NO－ ＋8H＋2 ＋6e
－===N2↑＋4H2O。(2)根据电解装置，NO 和 SO2转化为硫
NO NH＋ ＋酸铵，说明 转化成 4 ，即 NO在阴极上发生：NO＋6H
＋＋5e－===NH4 ＋H2O；阳极
反应式为 SO2＋2H2O－2e－===4H＋
－
＋SO24 ，根据得失电子守恒，有关系式 2NO～10e
－～5SO2，
SO 4.48×5×64求出 2的质量为 ＝32 g。(3)a电极硫化氢转化为二氧化硫，硫元素化合价升
2×22.4
高，发生氧化反应，为阳极，①b接电源的负极，阳极的电极反应式为 H S＋2H O－6e－2 2 ===SO2
＋6H＋。②SO2经一步反应转化为 H2SO4的化学方程式：SO2＋H2O2===H2SO4。
答案：(1)①a ②2NO－ ＋2 ＋8H ＋6e
－===N2↑＋4H2O
(2)NO 6H＋ － ＋＋ ＋5e ===NH4 ＋H2O 32
(3)①负 H2S＋2H2O－6e－===SO2＋6H＋
②SO2＋H2O2===H2SO4
6．(1)氢碘酸也可以用“电解法”制备，装置如图所示。其中双极膜(BPM)是阴、阳复合膜，
在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的 H2O解离成 H＋和 OH－；A、B为离子交换膜。
①B膜最佳应选择________。
②阳极的电极反应式是____________________________________________________。
③少量的 I－因浓度差通过 BPM膜，若撤去 A膜，其缺点是_______________________
_____________________________________________________。
(2)利用电化学高级氧化技术可以在电解槽中持续产生·OH，使处理含苯酚(C6H5OH)废
水更加高效，装置如下图所示。已知 a极主要发生的反应是 O2生成 H2O2，然后在电解液中
产生·OH并迅速与苯酚反应。
①b极连接电源的________极(填“正”或“负”)。
②a极的电极反应式为______________________________________________________。
③除电极反应外，电解液中主要发生的反应方程式有___________________________。
解析：(1)①从图上看，右端的 BPM 膜和 B 膜之间产生 NaOH，BPM 膜提供 OH－，B
膜最好是 Na＋交换膜；②阳极附近溶液为硫酸溶液，水电离出的氢氧根离子失电子，故阳极
的电极反应式为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；③A膜应为阳离子交换膜，阳极产生的 H＋透过
A膜和少量的 I－反应得到少量的 HI，若撤去 A膜，I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在
阳极表面，损伤阳极板。(2)①a极主要发生的反应是 O2生成 H2O2，O元素化合价降低、得
到电子、发生还原反应，则 a电极为阴极、与电源负极相接，所以 b电极为阳极、与电源正
极相接；②a电极为阴极，O2得到电子生成 H2O2，电解质溶液显酸性，电极反应式为 O2＋
2e－＋2H＋===H2O2；③H2O2分解产生·OH，化学方程式为 H2O2===2·OH，·OH除去苯酚生
成无毒的氧化物，该氧化物为CO2，反应的化学方程式为C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O。
答案：(1)①Na＋交换膜 ②2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
③I－会在阳极失电子得到碘单质，沉积在阳极表面，损伤阳极板
(2)①正 ②O2＋2e－＋2H＋===H2O2 ③C6H6O＋28·OH===6CO2↑＋17H2O
7．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________________。
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MnO 24 失电
－ － －
子生成MnO4 ，电极反应式为MnO2
－
4 －e ===MnO4 。(3)①由图示可知，NO在阴
＋ ＋
极上得电子生成 NH4 ，电极反应式为 NO＋5e
－＋6H＋===NH4 ＋H2O；②NO在阳极上
－
失电子生成 NO3 ，电极反应式为 NO－3e
－＋2H2O===NO
－
3 ＋4H
＋，电解总反应式为 8NO
电解
＋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。
答案：(1)①正极 Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋ ②增大 ③阳
△
(2)2MnO －2＋4KOH＋O2===== 2K 2 －2MnO4＋2H2O KOH MnO4 －e ===MnO
－ ＋
4 K 由
阳离子交换膜左侧向右侧迁移 (3)①NO＋5e－＋6H＋===NH＋4 ＋H2O ②1∶4

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