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第31讲　电解池　金属的腐蚀与防护
1.（2025·广东广州六中月考）保护金属管道的常用方法是外加电流法加覆盖涂层的联合保护法。下列说法错误的是（　　）
A.涂层只能是金属或合金 B.金属管道连接直流电源的负极
C.辅助阳极可以选石墨 D.联合保护法能延长管道的使用寿命
2.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.在铁片上镀铜时，Y是纯铜
B.电解精炼铜时，Z溶液中的
Cu2＋浓度不变
C.制取金属镁时，Z是氯化镁溶液
D.氯碱工业中，若在X电极附近滴入少量淀粉-KI溶液，溶液呈蓝色
3.（2023·浙江教育联盟联考）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。下列说法不正确的是（　　）
A.通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B.通电时，阴极上的电极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－
C.把锌环换成锡环后，断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
D.断电时，正极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－4OH－
4.（2024·重庆高考9题）我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将CO2电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是（　　）
A.电解时电极N上产生OH－
B.电解时电极M上发生氧化反应
C.阴、阳离子交换膜均有两种离子通过
D.总反应为2CO2＋2H2O2HCOOH＋O2
5.下列叙述错误的是（　　）
A.工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氢气
B.电解精炼铜时外电路每通过2 mol e－，阳极质量减少64 g
C.碱性或中性条件下钢铁发生吸氧腐蚀时，正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－
D.工业上用石墨电极电解熔融Al2O3冶炼铝时，阳极因被氧气氧化需定期更换
6.利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。
序号 电解质溶液 实验现象
① 0.1 mol·L－1 CuSO4＋少量H2SO4 阴极表面有无色气体产生，一段时间后阴极表面有红色固体产生，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋
② 0.1 mol·L－1 CuSO4＋过量氨水 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Fe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c（H＋）减小，且Cu覆盖铁电极，阻碍H＋与铁接触
B.①中检测到Fe2＋，推测可能发生反应：Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu
C.随阴极析出Cu，推测②中溶液c（Cu2＋）减小，Cu2＋＋4NH3[Cu（NH3）4]2＋平衡逆移
D.②中Cu2＋生成[Cu（NH3）4]2＋，使得c（Cu2＋）比①中溶液的小，Cu缓慢析出，镀层更致密
7.（2025·黑吉辽蒙高三联考）通过Cu2O超低电位下电催化硝酸盐与甲醛的耦合反应，实现了处理污染物的同时产生增值化学品，其原理如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.电极的电势：Cu2O电极a ＞Cu2O电极b
B.当电源的电压过大时，阳极可能会产生氧气
C.阳极区发生的总反应为HCHO＋3OH－－2e－HCOO－＋2H2O
D.由N生成34 g NH3时至少转移12 mol电子
8.兴趣小组通过数字化实验装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定具支锥形瓶中压强随时间变化关系以及溶氧量随时间变化关系，实验装置及数据记录如图。
实验装置
实验数据
（1）整个过程中，负极电极反应式为　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　。
（2）酸溶液pH＝2.0时，锥形瓶内压强增大的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）请解释酸溶液pH＝4.0时锥形瓶内压强几乎不变的原因：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
9.电解原理在化学工业中有广泛应用。
（1）用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图1所示（电极材料为石墨）。
b极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图2所示（图中电极均为石墨电极，用NO2气体进行模拟电解法吸收实验）。
①写出电解时NO2发生反应的电极反应式　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
②若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜（只允许阳离子通过）的H＋为　　　　 mol。
第31讲　电解池　金属的腐蚀与防护
1.A　保护金属管道涂层不一定是金属或者合金，也可以是油漆等，A错误；外加电流法中被保护的金属应该作阴极，与外加电源的负极相连，B正确；辅助阳极应该是惰性电极或者废旧金属，C正确；联合保护法保护金属效果更好，更能延长管道的使用寿命，D正确。
2.D　在铁片上镀铜时，纯铜应作阳极，X极为阳极，则Y是铁片，A不正确；电解精炼铜时，粗铜中铜、锌、铁等金属都失电子，生成相应的金属离子进入溶液，而阴极只有溶液中的Cu2＋得电子，所以Z溶液中的Cu2＋浓度将减小，B不正确；制取金属镁时，电解氯化镁溶液得不到镁，则Z应是熔融的氯化镁，C不正确；氯碱工业中，X电极为阳极，Cl－在该电极上失电子生成Cl2，滴入少量淀粉-KI溶液，Cl2将I－氧化为I2，使淀粉溶液变蓝色，D正确。
3.C　通电时锌环与电源的正极相连，作阳极发生氧化反应，A正确；通电时铁作阴极，水中H＋放电，电极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，B正确；因铁比锡活泼，断电时构成原电池，锡作正极，而铁作负极被消耗，所以铁帽被腐蚀，C错误；断电时构成原电池，铁作正极发生还原反应，即正极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－4OH－，D正确。
4.D　电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应和水生成甲酸根离子及氢氧根离子：CO2＋2e－＋H2OHCOO－＋OH－，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子交换膜进入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸，则M是阴极，N是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，氢离子通过阳离子交换膜进入中间室。酸性条件下，电解时电极N上水失去电子发生氧化反应生成氧气：2H2O－4e－4H＋＋O2↑，A错误；电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应生成甲酸，B错误；阳离子交换膜只有1种离子通过，C错误；总反应为二氧化碳和水生成甲酸和氧气，D正确。
5.B　工业电解饱和食盐水，阴极上H2O得电子生成氢气和OH－，因此阴极区获得烧碱溶液和氢气，A正确；电解精炼铜时外电路每通过2 mol电子，则阴极上生成1 mol铜，阳极为粗铜，除了铜还有其他金属失电子，转移2 mol电子时阳极上并不是单纯地消耗1 mol铜，阳极质量减少量不是64 g，B错误；碱性或中性条件下钢铁发生吸氧腐蚀，正极上氧气得电子结合水生成氢氧根离子，正极上发生的反应为O2＋4e－＋2H2O4OH－，C正确；工业上用石墨电极电解熔融Al2O3冶炼铝时，阳极上生成氧气，石墨电极在高温下容易被氧气氧化，因此需定期更换，D正确。
6.C　实验①中，铁会先与溶液中的氢离子、铜离子反应，当溶液中氢离子浓度减小，放电生成的铜覆盖在铁电极上，阻碍氢离子与铁接触时，导致产生的气体减少，可能发生的反应为Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑、Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu，A、B正确；四氨合铜离子在阴极得到电子缓慢发生还原反应生成铜，随阴极析出铜，四氨合铜离子浓度减小，Cu2＋＋4NH3[Cu（NH3）4]2＋平衡向正反应方向移动，C错误。
7.D　该装置为电解池，电极a发生氧化反应，为阳极，电极b上N转化为NH3，发生还原反应，为阴极。电极的电势：Cu2O电极a＞Cu2O电极b，A正确；当电源的电压过大时，阳极会发生4OH－－4e－O2↑＋2H2O，可能会产生氧气，B正确；阳极上Cu2O可以看作催化剂，HCHO为反应物，被氧化为HCOO－，总反应为HCHO＋3OH－－2e－HCOO－＋2H2O，C正确；由N生成NH3转移电子数目为8，生成34 g即2 mol NH3，至少转移2×8 mol＝16 mol电子，D错误。
8.（1） Fe－2e－Fe2＋
（2）发生了析氢腐蚀，产生了氢气
（3）除了发生吸氧腐蚀，Fe粉还发生了析氢腐蚀，消耗氧气的同时也产生了氢气且消耗的氧气量与生成的氢气量大致相等
解析：（1）该装置中Fe-Cu-酸溶液构成原电池，负极Fe失电子生成Fe2＋；电极反应为Fe－2e－Fe2＋。
（2）在酸性条件下，Fe发生析氢腐蚀，正极发生电极反应：2H＋＋2e－H2↑；使锥形瓶内压强增大。
（3）pH＝4.0时，Fe除了发生吸氧腐蚀，Fe粉还发生了析氢腐蚀，消耗氧气的同时也产生了氢气且消耗的氧气量与生成的氢气量大致相等，因此锥形瓶内压强几乎不变。
9.（1）S－2e－＋H2OS＋2H＋　（2）①NO2－e－＋H2ON＋2H＋　②0.1
解析：（1）根据图1可知Na＋向a电极区移动，S向b电极区移动，可知a电极为阴极，b电极为阳极。阳极上S失去电子生成S，b极的电极反应式为S－2e－＋H2OS＋2H＋。（2）①据图2知，电解时，左室生成氢气，则左室为阴极室，阴极反应式为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－；右室为阳极室，NO2失去电子生成N，故阳极反应式为NO2－e－＋H2ON＋2H＋；②根据阴、阳两极反应式知，若有标准状况下2.24 L即0.1 mol NO2被吸收，则转移0.1 mol电子，阴极区生成的OH－为0.1 mol，为维持电荷守恒，则通过阳离子交换膜的H＋为0.1 mol。
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第31讲　电解池　金属的腐蚀与防护
1.了解电解池的工作原理，认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用，能设计简单的电解池。 2.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。能利用电化学原理解释金属腐蚀现象，选择并设计防腐措施。
考点一　电解池的工作原理
必备知识
1.电解与电解池
2.电解原理
　根据电解CuCl2溶液示意图完成填空：
（1）总反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
（2）电子移动方向：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
离子迁移的方向：阳离子移向电解池的　　　　极，阴离子移向电解池的　　　　极。
3.阴、阳离子的放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋（酸）＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋（水）＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。
（2）阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
如：Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－Fe2＋；
若是惰性电极作阳极，放电顺序如下：
4.用惰性电极电解不同类型电解质溶液
（1）电解水型
实例 电极反应式 及总反应式 电解质 溶液浓度 复原 方法
H2SO4 阴极：2H＋＋2e－H2↑ 阳极：2H2O－4e－4H＋＋O2↑ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑
（2）电解电解质型
实例 电极反应式 及总反应式 电解质 溶液浓度 复原 方法
HCl 阴极：2H＋＋2e－H2↑ 阳极：2Cl－－2e－Cl2↑ 总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑
CuCl2 阴极：Cu2＋＋2e－Cu 阳极：2Cl－－2e－Cl2↑ 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑
（3）电解质和水均参与电解型
实例 电极反应式 及总反应式 电解质 溶液浓度 复原 方法
NaCl、KCl（放H2生碱） 阳极：2Cl－－2e－Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－ 总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 减小并生成新电解质
CuSO4、Cu（NO3）2 （放O2生酸） 阳极：2H2O－4e－4H＋＋O2↑ 阴极：Cu2＋＋2e－Cu 总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
易错辨析
（1）电解池中的电解质可能是熔融状态或固体电解质。（　　）
（2）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。（　　）
（3）电解盐酸和稀硫酸，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。（　　）
（4）用Cu作电极电解CuSO4溶液的阳极反应式为2H2O－4e－O2↑＋4H＋。（　　）
关键能力
考向1　电解原理
1.用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是（　　）
A.逸出气体的体积：A电极＜B电极
B.一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体
C.A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色
D.电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
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（标准状况下）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　　　　物质。
（2）继续通电电解，此时被电解的物质为　　　　，若加入0.005 mol Cu（OH）2可使溶液复原，则电路中转移的电子为　　　　mol。
（3）通电一段时间，加入0.002 5 mol Cu2（OH）2CO3可使溶液复原，则电路中转移的电子为　　　mol。
　分析电解过程的思维流程
　
考向2　电极反应式的书写
3.（2025·东北三省三校二次联考改编）工业上用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示（电极材料为石墨）。下列说法不正确的是（　　）
A.a极发生的电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－
B.图中a极连接电源的负极
C.阳极发生的电极反应为S－2e－＋H2OS＋2H＋、2H2O－4e－O2↑＋4H＋
D.标准状况下，若阴极产生1.12 L气体，则通过阴离子交换膜的离子所带电荷数为0.2NA
4.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：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
总反应方程式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①电解时的阴极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
②电解时的阳极电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
考点二　电解原理的应用
必备知识
1.氯碱工业
（1）反应原理：电极反应式，阳极　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
阴极　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，
总反应　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）离子交换膜法的生产过程
①加入或流出的物质a、b、c、d分别是精制饱和NaCl溶液、H2O（含少量NaOH）、淡盐水、　　　　　　；X、Y分别是　　　　、　　　　。
②阳离子交换膜的作用
阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合而发生爆炸。
〔人教选择性必修1〕
工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。离子交换膜电解槽是由多个单元槽组成的。如图是一个单元槽的电解原理示意图。
氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗：
【思考】
（1）电极A接电源　　　　极，发生　　　　反应；离子交换膜为　　　　　　。
（2）电极B为　　　　 极，其电极反应式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）你认为改进设计中能减少能耗的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.电镀和电解精炼
（1）电镀
（2）电解精炼
银、金等金属不放电而形成阳极泥，在阴极只有Cu2＋放电，锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在电解质溶液中，故能够将杂质除去。电解过程中，Cu2＋的浓度有所下降。
3.电冶金
（1）本质为Mn＋＋ne－M，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。
总反应方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑ 阳极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 阴极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
冶炼镁 MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑ 阳极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 阴极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
冶炼铝 2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑ 阳极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 阴极：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
提醒：（1）工业冶炼铝时，冰晶石（Na3AlF6）的作用是降低Al2O3的熔化温度。
（2）冶炼铝时，阳极生成的O2会与石墨电极在高温下反应，因此，石墨电极需不断补充。
易错辨析
　（1）在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。（　　）
（2）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。（　　）
（3）电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c（Cu2＋）均保持不变。（　　）
（4）电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的MgO和AlCl3。（　　）
（5）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。（　　）
关键能力
考向1　电解原理的基本应用
1.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。
下列有关说法错误的是（　　）
A.N表示阴离子交换膜
B.甲室流出的为氢氧化钠溶液
C.电解总反应：NaCl＋H2ONaOH＋HCl
D.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保
新型交换膜——双极膜 （1）示意图 （2）双极膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中，水电离产生H＋ 和OH－ ，可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反应提供各自理想的pH 条件。
2.电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：
（1）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）用有机阳离子、Al2C和AlC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　　　。
考向2　电解原理的其他应用
3.（2025·广东茂名模拟）如图是一种光电催化装置，它可以将空气中捕获的CO2转化为各种化工原料。下列说法正确的是（　　）
A.工作时，H＋从N区移向M区
B.制备CO时，理论上生成1 mol O2，同时可生成1 mol CO
C.制备CH3OH时，阴极区发生反应：CO2＋6H＋＋6e－CH3OH＋H2O
D.制备HCOOH时，理论上每生成1 mol O2的同时，阳极区溶液质量减少32 g
4.〔教材习题改编〕利用电解法能将酸性废水中Cr2转化为Cr3＋，装置局部如图所示。工作时，溶液中的Cr2向着该Fe电极定向移动。
（1）该Fe电极是该装置的　　　　　极。
（2）该Fe电极表面发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）电解时　　　　　（填“能”或“不能”）用Cu代替Fe电极，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（4）阳极附近Cr2转化为Cr3＋的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（5）金属阳离子在阴极区域最终可沉淀完全，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（6）当Fe电极质量减小3.36 g时，理论上可处理　　　　 　　　（填含a的表达式）L含a g·L－1 Cr2的酸性废水。
考点三　金属的腐蚀与防护
必备知识
1.金属的腐蚀
（1）化学腐蚀与电化学腐蚀
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
概念 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 当不纯的金属与　　　　　　　　接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀
现象 　　　电流产生 　　　　　电流产生
本质 金属被　　　 较活泼的金属被　　
联系 二者往往同时发生，但　　　　腐蚀更普遍
（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁制品腐蚀为例）
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 　　　　环境 钢铁表面吸附的水膜酸性很　　　　或呈　　　　，但溶有一定量的氧气
电极 反应 负极
正极
总反应 Fe＋2H＋Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O2Fe（OH）2
联系 　　　　　　更普遍
〔人教选择性必修1〕
下列两组实验中，烧杯内均为经过酸化的3％ NaCl溶液，向图1烧杯中滴加K3[Fe（CN）6]溶液后有蓝色沉淀{KFe[Fe（CN）6]}生成。取出少量图2铁电极附近的溶液并滴加K3[Fe（CN）6]溶液后无现象。
【思考】
（1）图1中生成蓝色沉淀的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；
图1中Fe是原电池的 　　　　极，不参与反应，但是实验说明铁电极附近生成了Fe2＋，原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）取出少量图2铁电极附近的溶液并滴加K3[Fe（CN）6]溶液后无现象，说明Zn保护了Fe，若把Zn换作Sn，再重复图2中的实验发现有蓝色沉淀生成，原因是Fe比Sn活泼，Fe是负极，被氧化生成Fe2＋与K3[Fe（CN）6]反应生成KFe[Fe（CN）6]蓝色沉淀。
（3）若在图2装置中Zn、Fe间接入电源时，将Fe连在电源的正极上，重复图2中小试管中实验，可以观察到　　　　　　　　，原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
2.金属的防护
（1）分类
（2）电化学保护法
①牺牲阳极法——　　　　　　原理
[示例]
②外加电流法——　　　　原理
[示例]
易错辨析
（1）干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀。（　　）
（2）在潮湿空气中，钢铁表面形成水膜，金属一定发生吸氧腐蚀。（　　）
（3）纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。（　　）
（4）铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀。（　　）
（5）在船体嵌入锌块，减缓船体腐蚀，属于牺牲阳极法。（　　）
（6）镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈。（　　）
关键能力
考向　金属的腐蚀与防护
1.为了更好模拟在pH＝2的混合溶液中钢铁电化学腐蚀的过程，利用压强传感器、氧气传感器进行数字化实验，得出相应的图像数据如图所示。下列说法错误的是（　　）
　
A.20～40 s内平均反应速率v（O2）＝0.03 kPa·s－1
B.反应初期氧气减少，总压增大，说明初期以析氢腐蚀为主，不受其他因素影响
C.以析氢腐蚀为主时，pH越小，腐蚀越快
D.40 s后，炭粉表面发生的主要电极反应是O2＋2H2O＋4e－4OH－
2.下列关于金属腐蚀与防护的说法正确的是（　　）
　
A.图甲、乙中钢闸门均为电子输入的一端
B.图甲、乙中钢闸门上均主要发生反应：2H＋＋2e－H2↑
C.图甲是外加电流法，图乙是牺牲阳极法
D.图丙中铜板打上铁铆钉后，铜板易被腐蚀
1.（2024·广东高考5题）我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是（　　）
A.钢铁外壳为负极 B.镶嵌的锌块可永久使用
C.该法为外加电流法 D.锌发生反应：Zn－2e－Zn2＋
2.（2024·浙江6月选考13题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
下列说法正确的是（　　）
A.图1、图2中，阳极材料本身均失去电子
B.图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2＋4e－＋2H2O4OH－
C.图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D.图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
3.（2025·湖南高考9题）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误的是（　　）
A.电解过程中，K＋向左室迁移
B.电解过程中，左室中N的浓度持续下降
C.将湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后褪色
D.N完全转化为NH3的电解总反应：N＋8Cl－＋6H2ONH3↑＋9OH－＋4Cl2↑
4.（2025·云南高考11题）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
5.（2025·河南高考12题）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
第31讲　电解池　金属的腐蚀与防护
考点一
必备知识
1.还原　氧化
2.应用示例：（1）CuCl2Cu＋Cl2↑ 　（2）阴　阳
4.（1）增大　加水　（2）减小　通入HCl　加CuCl2固体　（3）通入HCl　减小并生成新电解质　加CuO
易错辨析
　（1）√　（2）×　（3）×　（4）×
关键能力
1.D　用惰性电极电解稀Na2SO4溶液，A电极为阴极，B电极为阳极。S、OH－移向B电极，在B电极上OH－放电，产生O2，B电极附近c（H＋）＞c（OH－），石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极上H＋放电产生H2，A电极附近c（OH－）＞c（H＋），石蕊溶液变蓝，产生H2和O2的体积之比为2∶1，A、B、C项错误，D项正确。
2.（1）1　0.4　CuO（或0.62　CuCO3）　（2）水（或H2O）　0.02　（3）0.015
解析：（1）阳极生成56 mL（标准状况下）即0.002 5 mol O2，根据电解总反应式：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入0.005 mol CuO，质量为0.4 g，或加入0.005 mol CuCO3，质量为0.62 g。（2）继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物质为H2O；加入 0.005 mol Cu（OH）2可使溶液复原，相当于加入0.005 mol CuO和0.005 mol H2O，故转移的电子为（0.005×2＋0.005×2）mol＝0.02 mol。（3）Cu2（OH）2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为0.005 mol×2＋0.002 5 mol×2＝0.015 mol。
3.D　根据图示，电解池左侧得到NaOH溶液，右侧得到硫酸溶液，根据电解质溶液中阴、阳离子的移动方向判断，Na＋通过阳离子交换膜移向阴极，S通过阴离子交换膜移向阳极，同时在阳极上发生氧化反应生成硫酸根离子，则a为阴极，b为阳极，阴极上电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，A正确；a为阴极，连接电源的负极，B正确；b极（阳极）的电极反应为S－2e－＋H2OS＋2H＋、2H2O－4e－O2↑＋4H＋，b极区得到的产物有氧气和硫酸，C正确；阴极上电极反应为2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，产生的气体为H2，标准状况下，产生1.12 L气体即0.05 mol，转移电子的物质的量为0.05×2 mol＝0.1 mol，则通过阴离子交换膜的离子所带电荷数为0.1NA，D错误。
4.（1）2Cl－－2e－Cl2↑　Mg2＋＋2H2O＋2e－H2↑＋Mg（OH）2↓　Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg（OH）2↓＋Cl2↑＋H2↑
（2）2Al－6e－＋3H2OAl2O3＋6H＋　2H＋＋2e－H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
（3）①2H2O＋2e－2OH－＋H2↑　
②I2＋12OH－－10e－2I＋6H2O
解析：（3）①由题图知，阴极电解质溶液为氢氧化钾溶液，实质为电解水，电极反应式为2H2O＋2e－2OH－＋H2↑。②依据电解目的，在阳极上发生氧化反应，单质碘失去电子生成I。
考点二
必备知识
1.（1）2Cl－－2e－Cl2↑　2H2O＋2e－H2↑＋2OH－　2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH　
（2）①NaOH溶液　Cl2　H2
教材挖掘：
（1）正　氧化　阳离子交换膜　（2）阴　2H2O＋4e－＋O24OH－　（3）增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过提高反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
2.（2）粗铜　纯铜　Cu－2e－Cu2＋
3.（1）2Cl－－2e－Cl2↑　Na＋＋e－Na　2Cl－－2e－Cl2↑　Mg2＋＋2e－Mg　2O2－－4e－O2↑　Al3＋＋3e－Al
易错辨析
　（1）×　（2）×　（3）×　（4）×　（5）×
关键能力
1.C　由题图可知，左边石墨电极为阴极，右边石墨电极为阳极，Na＋由乙室向甲室迁移，OH－由双极膜向甲室迁移，甲室流出的为氢氧化钠溶液，M为阳离子交换膜，氯离子由乙室向丙室迁移，氢离子由双极膜向丙室迁移，丙室流出的是盐酸，N为阴离子交换膜，A、B项正确；电解总反应为2H2O2H2↑＋O2↑，C项错误；相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法无氯气产生，更环保，D项正确。
2.（1）用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定
（2）负　4Al2C＋3e－Al＋7AlC　H2
解析：（2）在钢制品上电镀铝，则铝作阳极，钢制品作阴极，接电源的负极，阳极反应式为Al－3e－＋7AlC4Al2C，阴极反应式为4Al2C＋3e－Al＋7AlC。
3.C　根据图示，M区水失电子放出氧气，M区是阳极区，左侧电极为阳极；N极区是阴极区，右侧电极为阴极。工作时，M区是阳极区、N区是阴极区，H＋从M区移向N区，A错误； 理论上生成1 mol O2，同时电路中转移4 mol电子，制备CO时，C元素化合价由＋4降低为＋2，根据得失电子守恒，可生成2 mol CO，B错误；制备CH3OH时，阴极电极反应式为CO2＋6H＋＋6e－CH3OH＋H2O，C正确；制备HCOOH时，理论上每生成1 mol O2的同时，电路中转移4 mol电子，有4 mol氢离子从M区移向N区，阳极区溶液质量减少36 g，D错误。
4.（1）阳　（2）Fe－2e－Fe2＋　（3）不能　因阳极产生的Cu2＋不能将Cr2还原到低价态
（4）Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O　（5）阴极反应是H＋得到电子，c（H＋）降低，促使水的电离平衡H2OH＋＋OH－向右移动，从而使阴极区c（OH－）增大，OH－可与Fe3＋、Cr3＋结合生成沉淀，使金属阳离子在阴极区域最终沉淀完全　（6）
解析：（1）电解池中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极；Cr2为阴离子，向Fe电极移动，则Fe电极为阳极。（2）阳极发生氧化反应，即1 mol Fe失去2 mol电子被氧化为1 mol Fe2＋。（3）电解池中Fe作阳极，Fe失电子变为的Fe2＋具有还原性，能将Cr2还原为Cr3＋，若用Cu代替Fe电极，则生成的Cu2＋无还原性，因此不能用Cu代替Fe电极。（4）阳极生成了Fe2＋，Fe2＋作还原剂，被氧化为Fe3＋，离子方程式为Cr2＋6Fe2＋＋14H＋2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。（5）阴极反应是H＋得到电子，c（H＋）降低，促使水的电离平衡H2OH＋＋OH－向右移动，从而使阴极区c（OH－）增大，OH－可与Fe3＋、Cr3＋结合生成沉淀，使金属阳离子在阴极区域最终沉淀完全。（6）当Fe电极质量减小3.36 g时，生成＝0.06 mol Fe2＋，由离子方程式6Fe2＋＋Cr2＋14H＋2Cr3＋＋7H2O＋6Fe3＋可知，理论上可处理0.01 mol Cr2，质量为0.01 mol×216 g·mol－1＝2.16 g，即可处理L含a g·的酸性废水。
考点三
必备知识
1.（1）电解质溶液　无　有微弱　氧化　氧化　电化学　
（2）酸性　弱　中性　Fe－2e－Fe2＋　2H＋＋2e－H2↑　O2＋2H2O＋4e－4OH－　吸氧腐蚀
教材挖掘：
（1） Fe2＋＋K＋＋[Fe（CN）6]3－KFe[Fe（CN）6]↓　正
K3[Fe（CN）6]将Fe氧化生成Fe2＋　（3）生成蓝色沉淀　Fe连在电源的正极上， Fe作阳极被氧化生成Fe2＋
2.（2）①原电池　②电解
易错辨析
　（1）×　（2）×　（3）×　（4）√　（5）√　（6）√
关键能力
1.B　由图可知20 s时氧气的压力为20.6 kPa，40 s时氧气的压力为20 kPa，20 s～40 s时间段内压力变化了0.6 kPa，20 s～40 s内平均反应速率v（O2）＝0.03 kPa·s－1，A正确；反应初期总压增大还可能受温度影响，铁的腐蚀是放热反应，B错误；pH越小，氢离子的浓度越大，腐蚀速率越快，C正确；40 s后总压和氧气的压力均减小，此时主要发生了吸氧腐蚀，D正确。
2.A　题图甲、乙中钢闸门被保护，为电子输入的一端，A正确；图甲是原电池，海水呈弱碱性，发生吸氧腐蚀，O2在钢闸门上得电子：O2＋2H2O＋4e－4OH－，图乙是电解池，H2O在钢闸门上得电子：2H2O＋2e－H2↑＋2OH－，B错误；图甲有活泼金属，是牺牲阳极法，图乙有外接电源，是外加电流法，C错误；铁比铜活泼，铁作原电池的负极，故铜板打上铁铆钉后，铜板不易被腐蚀，D错误。
【真题演练】
1.D　钢铁外壳、锌块、海水形成原电池，锌比铁活泼，锌块为负极，钢铁外壳为正极，A项错误；镶嵌的锌块为负极，发生氧化反应转化为Zn2＋，需要定期更换，B项错误；该法利用原电池原理，为牺牲阳极法，C项错误；锌为负极，发生反应：Zn－2e－Zn2＋，D项正确。
2.B　图1为牺牲阳极法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，失去电子被氧化；图2为外加电流法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl－，A不正确。图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的H＋放电外，海水中溶解的O2也会竞争放电，故可发生反应：O2＋4e－＋2H2O4OH－，B正确。图2为外加电流法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确。图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe－2e－Fe2＋的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极上发生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D不正确。
3.B　电池分析：左侧电极上N转化为N、NH3，N的化合价降低，发生还原反应，故左侧电极为阴极；右侧电极上Cl－转化为Cl2，Cl的化合价升高，发生氧化反应，故右侧电极为阳极。左侧电极为阴极，电解时阳离子向阴极迁移，则K＋向左室迁移，A项正确；电解过程中左室中N转化为N，N转化为NH3，N是中间产物，其浓度变化取决于生成速率和消耗速率的相对快慢，若前者比后者快，则N浓度增大，B项错误；b处产生Cl2，Cl2能使湿润的蓝色石蕊试纸先变红后褪色，C项正确；左室阴极反应为N＋8e－＋6H2ONH3↑＋9OH－，右室阳极反应为2Cl－－2e－Cl2↑，则电解总反应为N＋8Cl－＋6H2ONH3↑＋9OH－＋4Cl2↑，D项正确。
4.C　由题图中H＋和OH－的流向，可推出左侧Pt电极为阳极，右侧石墨电极为阴极，阳极发生的反应为4OH－－4e－O2↑＋2H2O，阴极发生的反应为2H＋＋2e－H2↑，Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明钠离子往阴极方向移动，氯离子往阳极方向移动，A正确；在外加电场作用下，使H＋和OH－往两侧移动，降低了浓度，可促进双极膜中水的电离，B正确；Ⅲ室中氯化钠浓度降低了，说明Na＋往阴极方向移动，Cl－往阳极方向移动，即Na＋往右侧移动，通过Y膜，则Y膜为阳离子交换膜，Cl－往左侧移动，通过X膜，则X膜为阴离子交换膜，C错误；Ⅳ室每生成1 mol NaOH，则转移1 mol电子，有1 mol氢离子移到Ⅱ室中，生成1 mol B（OH）3，D正确。
5.D　根据电解池装置中电极上物质变化及实现海水淡化，并以LiCl形式回收锂元素，对电解池进行如下具体分析：
为实现海水的淡化，海水中Na＋应通过离子交换膜Ⅰ进入最左侧，为实现以LiCl形式回收锂元素的目的，海水中Cl－应通过离子交换膜Ⅱ向右侧迁移，Li＋应通过离子交换膜Ⅲ向左侧迁移，故离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，A错误；由阴极反应知，电极a附近溶液的pH增大，B错误；由上述分析知，C错误；每脱除58.5 g（1 mol）NaCl，溶液中有1 mol Na＋、1 mol Cl－和1 mol Li＋迁移，所以可回收1 mol LiCl，D正确。
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