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第六单元 化学反应与能量变化
第3节 电解池 金属的腐蚀和防护
【核心素养】
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。（宏观辨识与微观探析）
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。（科学态度与社会责任）
【考点解读】
一、电解池及电解原理（★★★★）
1.电解：使电流通过电解池溶液（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
①概念：电解池是将电能转化为化学能的装置。
②电解池构成的条件
有外接电源；
有与电解质溶液或熔融电解质相接触的两个电极；
形成闭合回路。
3.工作原理
(1)电极及电极反应
阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。
阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应。
(2)电子和离子的移动方向
电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
(3)电极反应和对电极产物的判断
(4)用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型 实例 阴、阳极电极反应 总反应方程式 pH 电解质溶液复原
电解 水型 NaOH 2H＋＋2e－===H2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 加水
H2SO4 减小 加水
Na2SO4 不变 加水
电解 电解 质型 HCl 2H＋＋2e－===H2↑、2Cl－－2e－===Cl2↑ 2HClH2↑＋Cl2↑ 增大 加氯化氢
CuCl2 Cu2＋＋2e－===Cu、2Cl－－2e－===Cl2↑ CuCl2Cu＋Cl2↑ － 加氯化铜
放H2 生碱型 NaCl 2H＋＋2e－===H2↑、2Cl－－2e－===Cl2↑ 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 增大 加氯化氢
放O2 生酸型 CuSO4 Cu2＋＋2e－===Cu、4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑ 减小 加氧化铜
【基础测评】
1.易错易混辨析(正确的画“√”，错误的画“ ”)。
(1)电解池的阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应 (　 　)
(2)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 ( 　)
(3)电解池工作时,电流方向与阳离子移动方向相同 (　 　)
(4)Fe3+在电解池阴极放电时的电极反应式为Fe3++3e-Fe(　 　)
(5)电解CuCl2溶液,阳极逸出的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝 (　 　)
(6)用惰性电极电解饱和食盐水,溶液的pH不变 (　 　)
(7)用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+ (　 　)
(8)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 (　 　)
答案： √ √
2.写出下列相关的电极反应式和总反应方程式。
阳极反应式 阴极反应式 总反应方程式
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液
(3)用铜作电极电解NaCl溶液
(4)用惰性电极电解Na2SO4溶液
答案：(1)4OH--4e-2H2O+O2↑；4Ag++4e-4Ag；4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+
(2)2Cl--2e-Cl2↑；2H++2e-H2↑；Mg2++2Cl-+2H2OMg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑
(3)Cu-2e-Cu2+；2H++2e-H2↑；Cu+2H2OCu(OH)2+H2↑
(4)4OH--4e-2H2O+O2↑；4H++4e-2H2↑；2H2O2H2↑+O2↑
3.以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉)。下列说法错误的是 (　 　)
A.阴极附近溶液呈红色　　B.阴极逸出气体
C.阳极附近溶液呈蓝色　　D.溶液的pH变小
答案：D
4.以甲醇燃料电池(KOH为电解质)为电源,在实验中模拟铝制品表面“钝化”处理的过程。实验中,通电一段时间后可观察到铝电极逐渐失去光泽,并出现细小气泡,装置如图所示,下列说法正确的是 (　 　)
A.燃料电池b电极上发生的反应为CH3OH-6e-+H2O 6H++CO2↑
B.电解池中石墨电极作阴极,发生的反应为2H++2e- H2↑
C.电解池中Al电极上发生的反应为Al-3e-+3HC Al(OH)3+3CO2↑
D.理论上每生成19.5 g沉淀,标准状况下a电极上消耗2.1 L O2
答案：C
5.将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子的物质的量浓度约为 (　 　)
A.4×10-3 mol·L-1　 B.2×10-3 mol·L-1 C.1×10-3 mol·L-1　 D.1×10-7 mol·L-1
答案：A
二、电解原理的应用（★★★★）
1.电解饱和食盐水
①电极反应式
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ (反应类型：氧化反应)
阴极： (反应类型： 还原 反应)
②总反应
化学方程式：
离子方程式：
2.电镀和电解精练铜
3.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。
①冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：；
阴极：。
②冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：；
阴极：。
③冶炼Mg、Ca与钠相似都是电解氯化物，因AlCl3是共价化合物，故电解Al2O3制Al。
【基础测评】
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“ ”)。
(1)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料 (　 　)
(2)电解精炼铜时,同一时间内阳极溶解铜的质量比阴极析出铜的质量小 (　 　)
(3)在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极 (　 　)
(4)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可电解MgO和AlCl3( 　)
(5)阳离子交换膜能阻止阴离子和气体分子通过 (　 　)
(6)电解饱和食盐水时,用淀粉-KI试纸检验阴极产物 (　 　)
答案： √ √
2.(1)电解过程中A中CuSO4溶液浓度逐渐　　 ,而B中CuSO4溶液浓度
　　　 。
(2)图C电解过程中,阳离子交换膜的作用为　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　 。
答案：减小 基本不变 只允许阳离子通过,阻止Cl2分子、阴离子通过
3.下列关于铜电极的叙述不正确的是 (　 　)
A.锌、铜和稀硫酸构成的原电池中铜作正极
B.在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极
C.用电解法精炼铜时粗铜发生氧化反应
D.用电解法精炼铜时纯铜作阳极
答案：D
4.利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正
确的是 (　 　)

A.氯碱工业中,X电极反应式是4OH--4e-2H2O+O2↑
B.电解精炼铜时,Z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
答案：D
用如图所示装置处理含N的酸性工业废水,某电极反应式为2N+12H++10e-N2↑+6H2O,则下列说法错误的是 (　 　)
A.A为电源正极,电解过程中有气体放出
B.电解时,H+从质子交换膜左侧向右侧移动
C.电解时,右侧电解溶液的pH保持不变
D.电解池一侧生成5.6 gN2,另一侧溶液的质量减少18 g
答案：C
6.某同学组装了如图所示的电化学装置,则下列说法正确的是 (　 　)
A.图中甲池为原电池装置,Cu电极发生还原反应
B.实验过程中,甲池左侧烧杯中N的浓度不变
C.若甲池中Ag电极质量增加5.4 g时,乙池某电极析出1.6 g金属,则乙中的某盐溶液可能是足量AgNO3溶液
D.若用铜制U形物代替“盐桥”,工作一段时间后取出U型物称量,质量不变
答案：D
【题后感悟】
多池串联装置常见类型
类型1:图甲,无外接电源,二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置),为电解装置提供电能,其中两个电极活动性差异大者为原电池,即左侧为原电池,右侧为电解池。
类型2:图乙,有外接电源,两装置均为电解池,且串联电解,通过电路的电子的物质的量相等。
三、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阳离子而损耗。
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
条件 金属与接触到的干燥气体 或非电解质液体直接反应 不纯金属接触到电解质 溶液发生原电池反应
本质 M－ne－===Mn＋
现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀
区别 _无_电流产生 有电流产生
联系 两者往往同时发生，_电化学_腐蚀更普遍
②析氢腐蚀和吸氧腐蚀
3.金属的防护
①电化学防护
a.牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
负极：比被保护金属活泼的金属。
正极：被保护的金属设备。
b.外加电流的阴极保护法——电解原理
阴极：被保护的金属设备。
阳极：惰性金属。
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。
【基础测评】
1.易错易混辨析(正确的画“√”,错误的画“ ”)。
(1)金属的电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍 (　 　)
(2)钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-Fe3+ (　 　)
(3)镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比镀铜前更容易生锈 (　 　)
(4)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 ( 　)
(5)外加电流的阴极保护法是将被保护金属接在直流电源的正极 ( )
(6)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(　 　)
答案：√ √
2.下图用来研究钢铁制品的腐蚀,装置的气密性良好,且开始时U形管两端的红墨水液面相平。一段时间后能观察到铁钉生锈。下列说法不正确的是 (　 　)
A.铁钉表面发生的反应为Fe-3e- Fe3+
B.若液体a为稀醋酸,则U形管液面右高左低
C.若液体a为食盐水,则U形管液面左高右低
D.若液体a为食用油,则铁钉生锈速率较慢
答案：A
3.深埋在潮湿土壤中的铁管道,在硫酸盐还原菌作用下,能被硫酸根腐蚀,其电化学腐蚀原理如图所示,下列与此原理有关的说法错误的是 (　 　)
A.正极反应为S+5H2O+8e- HS-+9OH-
B.输送暖气的管道不易发生此类腐蚀
C.这种情况下,Fe腐蚀的最终产物为Fe2O3·xH2O
D.管道上刷富锌油漆可以延缓管道的腐蚀
答案：C
4.利用如图装置探究铁在海水中的电化学防护,下列说法不正确的是 (　 　)
A.若X为锌棒,开关K置于M处,可减缓铁的腐蚀
B.若X为锌棒,开关K置于M处,铁电极发生的反应为:Fe-2e-Fe2+
C.若X为碳棒,开关K置于N处,可减缓铁的腐蚀
D.若X为碳棒,开关K置于N处,铁电极的反应:2H++2e-H2↑
答案：B
【真题演练】
1．（2022·北京·高考真题）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
装置示意图 序号 电解质溶液 实验现象
① 阴极表面有无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验电解液中有
② 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无元素
下列说法不正确的是（ ）
A.①中气体减少，推测是由于溶液中减少，且覆盖铁电极，阻碍与铁接触
B.①中检测到，推测可能发生反应：
C.随阴极析出，推测②中溶液减少，平衡逆移
D.②中生成，使得比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密
答案：C
2.（2022·广东·高考真题）科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是
A.充电时电极b是阴极
B.放电时溶液的减小
C.放电时溶液的浓度增大
D.每生成，电极a质量理论上增加
答案：C
3.（2022·浙江·高考真题）通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是（ ）
A.电极A为阴极，发生还原反应
B.电极B的电极发应：
C.电解一段时间后溶液中浓度保持不变
D.电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得
答案：C
4.（2020·江苏·高考真题）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。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是（ ）
A.阴极的电极反应式为
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
答案：C
5.（2022·山东·高考真题）设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是
A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为
D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
答案:BD

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