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第4讲　电解池　金属的腐蚀与防护
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．掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。
3．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。
考点1　电解池及工作原理
1．电解和电解池
2．电解池的构成条件
3．电解池工作原理
[图解教材]人教选择性必修1
用惰性电极电解CuCl2溶液
一般规律：
(1)电极特点
(2)电子和离子的移动方向
[备考提醒]从离子的放电先后顺序角度理解电解池的工作原理
4．电解规律
用惰性电极电解下列电解质溶液，按要求填写表格。
电解质 电极反应式和总反应式 溶液pH变化
H2SO4 阳极：___________ 阴极：___________ 总反应式：___________ ________
NaOH ________
KNO3 ________
AgNO3 阴极：___________ 阳极：___________ 总反应式：______________________ ________
HCl 阳极：___________ 阴极：___________ 总反应式：______________________ ________
NaCl 阳极：___________ 阴极：___________ 总反应式：______________________ ________
通过以上分析可得如下电解规律：
(1)电解实质为电解水的有______________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)电解实质为电解溶质本身的有________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)电解生成H2和碱的有________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(4)电解生成O2和酸的有________________________________________________
_____________________________________________________________________。
　(1)用惰性电极电解活泼金属含氧酸盐溶液，溶液的pH一定不变吗？
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液，总反应与电解NaCl溶液是否相同？
[备考提醒]
(1)利用惰性电极电解，S2-、I－、Br－、Cl－在阳极放电，所得产物一般为S、I2、Br2、Cl2，而OH－放电则得到O2和H2O。
(2)在水溶液中，含氧酸根离子(、、等)、F－一般不放电。
(3)电解水溶液时，K＋、Ca2+、Na＋、Mg2+、Al3+不能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
电解装置及工作原理
1．(人教选择性必修1习题改编)如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。[指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色，Mg(OH)2沉淀的pH＝9]，接通电源一段时间后A管产生白色沉淀，下列叙述不正确的是(　　)
A．电解过程中电极附近溶液颜色变化是A管溶液由红变黄，B管溶液不变色
B．A管中发生的反应：2H2O＋2e－＋Mg2+===H2↑＋Mg(OH)2↓
C．检验b管中气体的方法是用拇指堵住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，看到木条复燃
D．电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是溶液呈黄色，白色沉淀溶解
[思维模型]电解池阴、阳极判断的“五个维度”
电解规律
2．(鲁科选择性必修1习题改编)用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图①。电解过程中的实验数据如图②，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。下列说法正确的是(　　)
A．电解过程中，b电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生
B．a电极上发生电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑和2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．曲线0～P段表示H2和O2混合气体的体积变化，曲线P～Q段表示O2的体积变化
D．从开始到Q点时收集到的混合气体的平均摩尔质量为17 g·mol-1
[思维模型]分析电解过程的思维程序(电解规律)
电极反应式的书写
3．整合有效信息书写电极反应式
(1)将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：
S2-－2e－===S；
写出电解时阴极的电极反应式：________________________________。
(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
电解时，阴极反应式：_________________________________________________
_____________________________________________________________________；
阳极反应式：_________________________________________________________；
总反应的化学方程式：________________________________________________。
[答题模板]电解池电极反应式的书写
(1)用惰性电极电解，分析溶液中的阴、阳离子：阳离子向阴极移动，分析阳离子在阴极上得电子的顺序；阴离子向阳极移动，分析阴离子在阳极上失电子的顺序。
(2)金属被腐蚀溶解的作阳极，被保护不被腐蚀的作阴极。
(3)在写电极反应式时，要考虑电解质溶液的酸碱性、离子交换膜、甚至反应的区域等对电极产物的影响。
考点2　电解原理的应用
1．电解饱和食盐水—氯碱工业
[图解教材]
(1)加入或流出的物质a、b、c、d分别是____________________、__________________、________、________；X、Y分别是________、________。
(2)电极反应
A极为阳极，电极反应式：_____________________________________________
___________________________________________________________(氧化反应)；
B极为阴极，电极反应式：______________________________________________
___________________________________________________________(还原反应)。
总反应的离子方程式：__________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(3)阳离子交换膜的作用：阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(写出反应的离子方程式)；
阻止_________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
　用如图所示装置电解饱和食盐水。
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________。
[备考提醒]氯碱工业所用饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2+、Mg2+、等。
2．电镀与电解精炼铜
项目 电镀 电解精炼铜
概念 电镀是一种利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的加工工艺 运用电解的方法将粗铜提炼为纯铜
主要目的 使金属增强抗腐蚀能力、增加表面硬度和美观 将粗铜提炼为纯铜
示意图
构成 条件 阳极 ________金属 ________
阴极 ________金属 ________
电解液 含______金属阳离子 CuSO4溶液
电极反应 阳极 _______ Zn－2e－===Zn2+，Cu－2e－===Cu2+(比铜活泼的金属杂质以____形式残留在溶液中，比铜不活泼的金属杂质形成____)
阴极 _______ _______
电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度________ CuSO4溶液的浓度_________________
[备考提醒]
(1)电解精炼铜时，阳极质量减少，阴极质量增加，两极质量变化并不相等，溶液中c(Cu2+)减小；电镀铜时，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等，溶液中c(Cu2+) 不变。
(2)电镀和电解精炼过程，其实质是用活性电极电解的过程，阳极金属放电。
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。
氯碱工业
1．(人教选择性必修1习题改编)氯碱工业是高能耗产业，将电解池与燃料电池串联组合的新工艺的装置如图所示。已知：空气(除去CO2)中氧气的体积分数约为21%。下列叙述错误的是(　　)
A．X为Cl2，Y为H2
B．c>a>b
C．燃料电池中阳离子从右侧移向左侧
D．标准状况下，若生成22.4 L X，则理论上消耗53.3 L空气
电解精炼和电镀
2．(人教选择性必修1习题改编)通过火法冶金炼出的铜是粗铜，含有Fe、Zn、Ag、Au、Pt等杂质，可利用电解法将粗铜提纯。下列说法错误的是(　　)
A．提纯时粗铜作阴极
B．用硫酸铜溶液作电解质溶液
C．阳极反应之一是Cu－2e－===Cu2+
D．电解槽底部的阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料
3．(人教选择性必修1习题改编)若要在铁制品表面镀镍，下列有关说法正确的是(　　)
A．电镀液可用FeSO4溶液
B．铁制品应与电源的负极相连
C．阴极的电极反应为Ni－2e－===Ni2+
D．电镀过程中电镀液中溶质的浓度会增大
[误区警示]
(1)电解精炼铜过程中，电路中每通过2 mol电子，阳极减少的质量不是64 g，阴极增加的质量是64 g。
(2)电镀铜过程中，电路中每通过2 mol电子，阳极减少的质量是64 g，阴极增加的质量是64 g。
(3)电解精炼金属M时，粗M中比M活泼的金属和M可在阳极放电溶解，比M不活泼的金属以沉淀形式形成阳极泥，溶液中含有M的阳离子和比M活泼的金属阳离子，阴极上只有M的阳离子放电生成M单质。
电冶金
4．(人教选择性必修1习题改编)电解熔融氯化钠和氯化钙(助熔剂)混合物制备金属钠的装置如图所示。阳极A为石墨，阴极为铁环K，两极用隔膜D隔开。氯气从阳极上方的抽气罩H抽出，液态金属钠经铁管F流入收集器G。下列叙述正确的是(　　)
A．为了增强导电性从而提高生产效率，可以将石墨更换为铜棒作阳极
B．金属钠的密度大于熔融混合盐的密度，电解得到的钠在下层
C．电解时阴极的电极反应为Na＋＋e－===Na，发生还原反应，阴极上可能有少量的钙单质生成
D．隔膜D为阳离子交换膜，防止生成的氯气和钠重新生成氯化钠
5．(鲁科选择性必修1习题改编)工业上采用电解的方法来制备活泼金属铝。纯净的氧化铝熔点很高(约为2 045 ℃)，在实际生产中，通过加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)的办法，使Al2O3在1 000 ℃左右就可与冰晶石形成熔融体。下列说法错误的是(　　)
A．电解过程中需不断补充石墨电极
B．阳极电极反应式为2O2-－4e－===O2↑
C．电路中每通过NA个电子，阴极增重9 g
D．电子由石墨电极经熔融混合物流向石墨衬里坩埚
考点3　金属腐蚀的防护与应用
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。
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 金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2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＋
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
(2)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀
观察下面钢铁腐蚀的示意图，填写钢铁腐蚀类型，并完成下表。
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性________ 水膜酸性____或呈________
负极反应式 ________________________
正极反应式 ____________ ____________ ____________ ____________
总反应 ____________ ____________ ____________ ____________
其他反应 ________________________
Fe(OH)3―→Fe2O3·xH2O(铁锈)
腐蚀速率 较快 较慢
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
　1 mol Fe发生吸氧腐蚀完全反应生成铁锈，共消耗多少摩尔O2
[备考提醒]
(1)钢铁无论发生吸氧腐蚀，还是析氢腐蚀，负极都是Fe失去电子生成Fe2+，而不是Fe3+。
(2)钢铁发生电化学腐蚀时，其中的碳作正极，不发生反应。
(3)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．金属电化学腐蚀规律
(1)对同一种金属来说，在同浓度不同溶液中腐蚀的快慢：强电解质溶液________(填“>”或“<”)弱电解质溶液。
(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________(填“>”或“<”，下同)原电池原理引起的腐蚀______化学腐蚀______有防护措施的腐蚀。
4．金属的防护
(1)金属防护的原理
金属的防护主要是从________、与金属接触的物质及两者________的条件等方面来考虑的。
(2)金属防护的方法
[备考提醒]
(1)同种金属在同一电解质溶液中腐蚀由慢到快的顺序，一般规律为
(2)电化学保护法有两种：①牺牲阳极法，利用原电池原理，被保护金属作正极，活泼性更强的金属作负极；②外加电流法，利用电解原理，被保护的金属作阴极，与电源负极相连。
5．电化学腐蚀原理的应用
(1)保暖贴：利用原电池原理增大氧化反应速率，将化学能转化为热能。
(2)双吸剂：以铁粉为主要成分制成双吸剂(吸收O2和H2O)放入食品包装袋，延长食物保质期。
(3)微电解技术处理工业废水
利用铁屑中的铁和碳组分分别作为微小电池的负极材料和正极材料，铁屑中的铁和废水中的H＋或O2分别作为负极反应物和正极反应物，废水作为离子导体发生原电池反应。新生成的电极反应产物具有很高的反应活性，能与废水中的某些污染物发生氧化还原反应，从而达到去除污染物的目的。
金属的腐蚀
1．(人教选择性必修1习题改编)下列现象与电化学腐蚀无关的是(　　)
A．铜锌合金(黄铜)不易被腐蚀
B．银质物品久置表面变黑
C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈
D．生铁比纯铁更容易生锈
2．(人教选择性必修1习题改编)城镇地面下常埋有纵横交错的金属管道，地面上还铺有铁轨。当金属管道或铁轨在潮湿的土壤中形成电流回路时，就会引起这些金属制品的腐蚀。一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如表所示：
pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14
腐蚀快慢 较快 慢 较快
主要产物
下列说法正确的是(　　)
A．含碳钢在中性环境腐蚀较慢
B．当pH>6时，主要发生析氢腐蚀
C．pH>8时，负极的电极反应式为＋4H＋
D．采用外加电流的阴极保护时需外接镁、锌等作辅助阳极
[误区警示]常见金属的腐蚀以电化学腐蚀为主，但银器在空气中变黑，燃气灶炉头生锈，铜在潮湿空气中产生铜锈都属于化学腐蚀。
金属的防护
3．(人教选择性必修1习题改编)下列装置中(杯中均盛有海水)能使铁受到保护不被腐蚀的是(　　)
A． B．
C． D．
4．(人教教材习题改编)海港、码头的钢制管桩会受到海水的长期侵蚀，常用外加电流法对其进行保护(如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助电极)。下列有关叙述中不正确的是(　　)
A．a为负极，b为正极
B．高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的
C．通电时，海水中的阳离子向钢制管桩电极移动
D．通电后使钢制管桩表面的腐蚀电流接近零
[误区警示]
(1)电镀的方法是在金属表面形成保护层保护金属，但镀层破损后，内部金属和镀层金属在潮湿空气中可形成原电池，可能使内部金属腐蚀加快，如镀锡铁，也可能使内部金属仍受到保护，如镀锌铁。
(2)外加电流法保护金属时，阳极可用惰性电极作为辅助阳极，也可用废铁作为损耗阳极。
1．判断正误：正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)碳棒作电极电解CuCl2溶液，阴极上有能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝的刺激性气体产生。 (　　)
(2)氯碱工业电解槽中滴入酚酞溶液，变红色的区域为阴极区。 (　　)
(3)利用电解饱和食盐水可制得“84”消毒液。 (　　)
(4)电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极。 (　　)
(5)在Fe上电镀Cu，应用Cu作阳极，用CuSO4溶液作电镀液。 (　　)
(6)电解精炼铜时，粗铜作阳极，活泼性比Cu弱的杂质金属成为阳极泥沉在阳极区。 (　　)
(7)无论化学腐蚀还是电化学腐蚀，金属的腐蚀都是金属失电子被氧化的过程。
(　　)
(8)(2025·重庆卷)在盛有稀盐酸的试管中加入锌片，产生气泡；再将铜丝插入试管且接触锌片，产生气泡的速率增大，可知反应速率：电化学腐蚀>化学腐蚀。
(　　)
(9)铁的电化学腐蚀的负极反应为Fe－3e－===Fe3+。 (　　)
(10)(2025·广东卷)用铁粉、活性炭、食盐等制暖贴，使用时铁粉被氧化，反应放热。 (　　)
2．(2025·河南卷)一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是(　　)
A．Ⅱ为阳离子交换膜
B．电极a附近溶液的pH减小
C．电极b上发生的电极反应式为
[Fe(CN)6]4-＋e－===[Fe(CN)6]3-
D．若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5 g NaCl，理论上可回收1 mol LiCl
3．(2025·云南卷)一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。除硼原理：＋H＋===B(OH)3＋H2O。下列说法错误的是(　　)
A．Pt电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．外加电场可促进双极膜中水的电离
C．Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D．Ⅳ室每生成1 mol NaOH，同时Ⅱ室最多生成1 mol B(OH)3
4．(2025·河北卷)科研工作者设计了一种用于废弃电极材料LixCoO2(x<1)再锂化的电化学装置，其示意图如下：
已知：参比电极的作用是确定LixCoO2再锂化为LiCoO2的最优条件，不干扰电极反应。下列说法正确的是(　　)
A．LixCoO2电极上发生的反应：LixCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
B．产生标准状况下5.6 L O2时，理论上可转化 mol的LixCoO2
C．再锂化过程中向LixCoO2电极迁移
D．电解过程中，阳极附近溶液pH升高
某电池的正极材料为LiFePO4，负极材料为嵌锂石墨。利用人工智能筛选出的补锂试剂LiSO2CF3，能使失活的电池再生并延长寿命，且保持电池原结构。将LiSO2CF3注入电池后充电补锂，过程中[SO2CF3]－转化为气体离去。下列有关充电补锂的说法错误的是(　　)
A．[SO2CF3]－在阳极失去电子
B．生成气体中含有氟代烃
C．过程中铁元素的价态降低
D．[SO2CF3]－反应并离去是该电池保持原结构的原因
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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