苏教版高考化学一轮复习专题6化学反应与能量变化第19讲电解池金属的电化学腐蚀与防护学案

这是一份苏教版高考化学一轮复习专题6化学反应与能量变化第19讲电解池金属的电化学腐蚀与防护学案，共34页。学案主要包含了课标要求等内容，欢迎下载使用。
第19讲　电解池　金属的电化学腐蚀与防护
【课标要求】　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、防止金属腐蚀的措施。

考点1　电解的原理

授课提示：对应学生用书第128页


1．电解

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：
Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。

3．放电顺序(一般情况下)
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：

(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。
若是惰性电极作阳极，放电顺序为


　(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。(　　)
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。(　　)
(3)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。(　　)
(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。(　　)
(5)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。(　　)
(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×

　分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。

类型
实例
电极反应
电解液浓度
pH
电解质溶液复原
电解
水型
NaOH
阴：____________
阳：____________
增大
____
____
H2SO4
增大
____
____
Na2SO4
增大
____
____
电解
电解
质型
HCl
阴：____________
阳：____________
减小
____
____
CuCl2
阴：____________
阳：____________
减小
____
____
放H2生碱
型
NaCl
阴：____________
生成新
电解质
____
____
阳：____________
放O2生酸型
CuSO4
阴：____________
阳：____________
生成新
电解质
____
____
答案：4H＋＋4e－===2H2↑
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
增大　加水　减小　加水　不变　加水
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
增大　通HCl
Cu2＋＋2e－===Cu
2Cl－－2e－===Cl2↑　增大　加CuCl2
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑　增大　通HCl
2Cu2＋＋4e－===2Cu
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　减小　
加CuO、CuCO3

题组一　电解原理
1．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。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
解析：以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
答案：D


2．(双选)用石墨电极完成下列电解实验。

实验一
实验二
装
置


现
象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe3＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析：根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项不正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。
答案：BC
题组二　电极反应式、电解方程式的书写
3．(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)用铁做电极电解NaCl溶液
阳极反应式：___________________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________________；
总反应化学方程式：___________________________________________________________________。
(3)用Al做电极电解NaOH溶液
阳极反应式：___________________________________________________________________；
阴极反应式：__________________________________________________________________；
总反应离子方程式：__________________________________________________________________。
(4)用Al做阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：__________________________________________________________________；
阴极反应式：__________________________________________________________________；
总反应离子方程式：___________________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑
(3)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
4．由硫化氢获得硫单质有多种方法。
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↓　(n－1)S＋S2－===S

(1)写出电解时阴极的电极反应式：_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案：(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
5．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2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化学方程式。
____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________ _。
解析：第一阶段　阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
第二阶段　阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
第三阶段　阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。
答案：第一阶段的反应：CuCl2Cu＋Cl2↑
第二阶段的反应：
2Cu(NO3)2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HNO3
第三阶段的反应：2H2O2H2↑＋O2↑
题组三　有关电解的计算
6．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL。下列说法正确的是(　　)
A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
解析：石墨做电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。
答案：A

　从原理和事实出发，对阴、阳极上的放电纠偏



纠偏1
阴离子能在阴极上放电吗
阴极发生得电子的还原反应，体现出放电离子的氧化性，一些阴离子的氧化性比较强，当条件合适时肯定可以在阴极放电。
[典例1]　离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl和AlCl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，阴极电极反应式为______________________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
[解析]　电镀时钢制品应作阴极，故应接电源的负极；目的是在钢制品上镀铝，故阴极有Al产生，根据电荷守恒写出阴极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；若使用AlCl3水溶液则是H＋在阴极放电，产生H2。
[答案]　负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2
[即时训练1]　铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。
铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为_______________
___________________________________________________________________。
解析：Cr2O―→Cr3＋，Cr化合价降低得电子，结合题目为酸性环境，故电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
答案：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O




很多具有氧化性的阴离子可以在电解池的阴极得电子发生还原反应，在高考题中需要特别关注NO、MnO、Cr2O等在特定环境下具有氧化性的阴离子。
纠偏2
阳离子能在阳极放电吗
阳极发生失电子的氧化反应，本质是放电离子还原性的体现，某些处于较低价态阳离子具有较强的还原性，可以在阳极放电发生氧化反应。
[典例2]　铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X­射线防护材料。回答下列问题：
PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为________________________________________，
阴极上观察到的现象是____________________________________________；
若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为
____________________________________________________________________，
这样做的主要缺点是_____________________________________________。
[解析]　从实验目的来看应由Pb2＋价态升高变为PbO2，阳极电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故阴极石墨上有红色物质析出。只有Pb(NO3)2溶液时，阴极反应为Pb2＋＋2e－===Pb，导致Pb2＋的利用率降低(没有全部转化为产物PbO2)。
[答案]　Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋　石墨上有红色物质析出　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋
[即时训练2]　用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 mol/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值)：
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅰ
x≥a
电极附近变黄色，有气泡产生
有Fe3＋、有Cl2
Ⅱ
a＞x≥b
电极附近变黄色，无气泡产生
有Fe3＋、无Cl2
Ⅲ
b＞x＞0
无明显变化
无Fe3＋、无Cl2
(1)甲同学由Ⅰ推测：Fe2＋在阳极放电产生Fe3＋。这种推测是否正确，并说明原因：____________________________________________________________________。
(2)乙同学由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电，其电极反应式为____________________________________________________________________。
(3)Ⅱ中虽未检测出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅳ
a＞x≥c
无明显变化
有Cl2
Ⅴ
c＞x≥b
无明显变化
无Cl2
与Ⅱ对比，通过控制电压验证了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同时”)Cl－放电。
解析：(1)这种推测是错误的，Fe3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋产生的。(2)实验Ⅱ没有Cl2产生，所以Fe3＋不可能是Fe2＋被Cl2氧化而来，只可能是Fe2＋在阳极放电被氧化反应而来，故电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。(3)对比实验Ⅱ和Ⅳ，发现Fe2＋在阳极放电变为Fe3＋所需的电压比Cl－在阳极放电产生Cl2所需电压更低，故电解时Fe2＋先于Cl－在阳极放电。
答案：(1)不正确，Cl2氧化Fe2＋也会产生Fe3＋
(2)Fe2＋－e－===Fe3＋　(3)先于




阳离子可以在阳极放电，有些还原性较强的离子(如Fe2＋)甚至可能先于阴离子反应。而这恰好是符合氧化还原反应规律的(还原性：Fe2＋>Cl－)。

纠偏3
含氧酸根离子会参与电极反应吗
[典例3]　制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
(1)阳极的电极反应式为________________________________________。
(2)电解后，________室的NaHSO3浓度增加。
(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)浓度增加，原因是_____________________________________________________________________
(用电极反应式说明)。

[解析]　(1)阳极区为H2SO4溶液，故阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)电解后阳极区域产生的H＋透过阳离子交换膜进入a室，发生反应SO＋H＋===HSO(SO结合H＋能力比HSO强)使a室的NaHSO3浓度增加。(3)b室为阴极区，电极反应式为2HSO＋2e－===H2↑＋2SO(H＋主要来自HSO的电离)，故b室的Na2SO3浓度增加。
[答案]　(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)a
(3)Na2SO3　2HSO＋2e－===H2↑＋2SO





(3)中的阴极反应式非常特别，HSO参与电极反应，但却是其中的H元素价态发生了变化。发生电极反应时可能并不是中心元素的价态发生改变！
纠偏4
分子有可能参与电极反应吗
[典例4]　电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：_________________________
____________________________________________________________________。

[解析]　观察图示转化，结合电极反应的对应关系得出，阴极：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O；阳极：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋。总反应式为8NO＋7H2O===3NH4NO3＋2HNO3，故A中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3。
[答案]　NH3　观察图示转化中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3
[即时训练3]　利用电解产生的H2O2处理含氨废水(电解前用酸调pH＝5)的装置如图，下列判断错误的是(　　)

A．可用硫酸调节废水的pH
B．阴极的电解产物之一是N2
C．阴极O2的消耗与阳极O2的产生量相同
D．电路中通过3 mol电子时除去废水中17 g NH3
解析：根据题目叙述和图示得出：阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2。N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物，即2NH3＋3H2O2===N2＋6H2O，故B错误。从电极反应式看出阴极O2消耗量与阳极O2产生量为2∶1，故C错误。
答案：C





当条件合适的情况下，电中性的分子也有可能参与电极反应。

考点2　电解原理在工业生产中的应用



1．氯碱工业
(1)电极反应
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)
(2)总反应方程式
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(3)氯碱工业生产流程图




2.电镀
如图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件做阴极，镀层金属银做阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液。
(3)电极反应：
阳极：Ag－e－===Ag＋；
阴极：Ag＋＋e－===Ag。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属如Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。

　(1)在镀件上电镀铜时，镀件与电源的正极连接。(　　)
(2)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。(　　)
(3)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(　　)
(4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。(　　)
(5)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。(　　)
(6)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。 (　　)
(7)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。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×


1．右图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜。
阳极反应式：_____________________________________
______________________________________________________；
阴极反应式：________________________________________
______________________________________________________。
答案：2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
2．今有下列两种装置：

(1)请分析两装置中各电极的质量变化？
(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案：(1)甲图中铜片质量减小，铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。
(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度减小


题组一　应用电解原理制备新物质
1．如图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是(　　)

A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
解析：电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D项错误，只有B项正确。
答案：B
2．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。

完成下列填空：
(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：_________________________________
____________________________________________________________________。
(2)离子交换膜的作用为_____________________________________________、
___________________________________________________________________。
(3)精制饱和食盐水从图中________(填“a”“b”“c”或“d”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
答案：(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液　阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应
(3)a　d
题组二　应用电解原理治理污染
3．用如图所示装置处理含CN－废水时，控制溶液pH为9～10，并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO－将CN－氧化为无害物质而除去。铁电极为________(填“阴极”或“阳极”)，阳极产生ClO－的电极反应式为____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。

答案：阴极　2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O
4．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)。

(1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。
(2)SO放电的电极反应式为_________________________________________。
(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：____________________________________________________________________。
解析：根据Na＋、SO的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为阳极：SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋；阴极：2H＋＋2e－===H2↑。所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋)减小，c(OH－)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。
答案：(1)负　硫酸
(2)SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋
(3)H2O⇌H＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强
　离子交换膜在电化学中的运用


1．离子交换膜的功能
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜的类型
根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。
3．离子交换膜在电化学中的运用
(1)构成双液原电池，闭合电路，提高放电寿命与效率
单液原电池由于活性电极材料与电解质溶液直接接触，无法避免放电的同时不发生化学腐蚀，导致能量转化效率低、放电不稳定、使用寿命短等问题。将单液原电池转换为双液原电池可减弱上述问题。解决此问题可使用盐桥或离子交换膜形成负极室和正极室。相对于盐桥，离子交换膜表面积较大，有利于增大离子的定向移动速率，减小电阻，放电效率提高，使用寿命增长。
(2)制备提纯物质：隔离微粒，提高物质的产率与纯度
膜电解法是制备物质的重要方法，它将电解和膜分离相结合，将制备、分离和浓缩相结合。即“在通电条件下发生电解化学反应时，生成的产物能及时地从反应体系中通过离子交换膜分离出来，使反应向生成物的方向进行，从而提高反应效率。”其中最重要的膜电解运用于氯碱工业以及废水处理等。
(3)多室电渗析：交替运用阴膜阳膜，完成物质淡化与浓缩
电渗析是将阴膜与阳膜交替排列在电极之间，在直流电场作用下，以电位差为动力，离子透过选择性离子交换膜而迁移，从而使电解质离子自溶液中部分分离出来，实现溶液的浓缩与淡化，复分解反应及电解氧化还原等效能，达到提纯精制的目的。
[考能突破练]
1．(双选)已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)

A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同
B．能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
解析：Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应式和正极反应式相同，A项正确；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩。Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。
答案：AC
2．室温时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋，组成的原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)

A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋
B．电池工作一段时间后，甲池的c(Cl－)增大
C．一段时间后，乙池中溶液的红色逐渐褪去
D．石墨电极上发生氧化反应
解析：该电池的总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(Cl－)不变，B错误；由于乙池中的Fe3＋被还原为Fe2＋，所以乙池中溶液的红色逐渐褪去，C正确；石墨电极为正极，得电子，发生还原反应，D错误。
答案：C
3．现有离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽，电解KI的淀粉溶液制取KOH，一段时间后Ⅲ区附近变蓝色，下列叙述中错误的是(　　)

A．KOH、H2均在Ⅰ区产生
B．图中A为阴离子交换膜
C．Ⅲ区的电极连接电源的正极
D．阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
解析：电解KI­淀粉溶液类似电解饱和食盐水，Ⅲ区变蓝色，生成I2为阳极，连接电源的正极，KOH、H2均在阴极区产生，A、C正确；Ⅰ区H＋放电，KOH在此生成，图中A能让K＋通过，为阳离子交换膜，B错误；阴极是H＋放电，发生2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D正确。
答案：B
4．利用反应：6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。
下列说法不正确的是(　　)

A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜
C．电极A反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48 L NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8 mol
答案：C
5．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)
A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变
答案：B

考点3　金属的腐蚀与防护



1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
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
注：通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重
2.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性
弱酸性或中性或碱性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋=== Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
其他反应
吸氧腐蚀还伴随以下反应：
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
3.金属的防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。
(2)外加电流的阴极保护法利用电解池原理。
(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。
(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。

　(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)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。(　　)
(6)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√

1．(1)A、B两装置长时间露置于空气中，A发生________腐蚀，B发生________腐蚀。

(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。

为减缓铁的腐蚀
①若开关K置于N处，则X应为________________________________________，
该电化学防护法为_________________________________________________。
②若开关K置于M处，则X应为________________________________________，
该电化学防护法称为_________________________________________________。
答案：(1)析氢　吸氧　(2)①碳棒或Pt等惰性电极　外加电流的阴极保护法　②比铁活泼的金属Zn等　牺牲阳极的阴极保护法
2．写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。
____________________________________________________________________

___________________________________________________________________。
答案：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O


题组一　金属腐蚀原理
1．(双选)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是(　　)

pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
A.在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．在pH6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
解析：A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。
答案：AB
2.铁及其化合物与生产、生活关系密切。如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
(1)该电化学腐蚀称为________。
(2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是______(填字母)。
答案：(1)吸氧腐蚀　(2)B
题组二　腐蚀快慢与防护方法的比较
3．(1)以下装置中(杯中均盛有海水)

Zn片腐蚀由快到慢的顺序为__________________________________________。
(2)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁)，________铁板更耐腐蚀，原因为____________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案：(1)④③⑥①②⑤　(2)镀锌　镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
4．(2021·福建省莆田月考)城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是(　　)

A．该装置能够将电能转化为化学能
B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀
D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜
解析：该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，A正确；左端为阳极，其腐蚀速率较右端快，B错误；如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，所以发生的是吸氧腐蚀，C正确；根据题意，此种腐蚀较慢，所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，D正确。
答案：B
5．验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
①
②
③



在Fe表面生
成蓝色沉淀
试管内无明
显变化
试管内生成
蓝色沉淀
下列说法不正确的是(　　)
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
解析：②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。
答案：D







1．判断金属腐蚀快慢的规律
(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，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。
2．两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。



1．(2020·高考全国卷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：根据题给信息，通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag为阳极，失去电子发生氧化反应，Ag－e－===Ag＋，Ag＋通过固体电解质向变色层迁移，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，A、B、D正确；WO3得xe－生成WO，W元素的化合价降低，C错误。
答案：C
2．(2020·新高考山东卷)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
解析：A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
答案：D
3．(2017·高考全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)

A.通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误；D正确。
答案：C
4．(2018·高考全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生的反应为：
①EDTA­Fe2＋－e－===EDTA­Fe3＋
②2EDTA­Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA­Fe2＋

该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA­Fe3＋/EDTA­Fe2＋，溶液需为酸性
解析：由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C错误。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确。将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确。Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D正确。
答案：C
5．(2019·高考全国卷Ⅱ)环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。

该电解池的阳极为________，总反应为______________________________。电解制备需要在无水条件下进行，原因为____________________________________
____________________________________________________________________。
解析：由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁做电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
答案：Fe电极　Fe＋2===＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间物的生成；电解时生成的OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
6．(2018·高考全国卷Ⅲ)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。

(1)写出电解时阴极的电极反应式________________________________________
___________________________________________________________________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为______，其迁移方向是___________________________________________________________________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(写出一点)。
解析：(1)电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。(3)“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。
答案：(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
(2)K＋　由a到b　(3)产生Cl2，易污染环境等