第三节 电解池金属的腐蚀与防护（考点考法剖析）-【高考引领教学】高考化学一轮针对性复习方案（全国通用）

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第三节　电解池　金属的腐蚀与防护
【必备知识要求】
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、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
【关键能力及高考要求】
关键能力要求：实验和探究能力、理解辨析能力、微观想象能力、分析推理能力。
高考要求：电解原理及其应用的内容是历年高考的常考知识点之一，通常以实际生产中的新型电解池为素材，以选择题的形式考查电解池的工作原理，如电极反应式判断、电解质溶液中的现象及相关计算；以选择题的形式考查金属腐蚀的危害及一些防腐措施；以填空题的形式结合生产和生活考查新情境下电解原理的实际应用，如电解除污、结合离子交换膜进行电解等电极反应式和电池反应式的书写，解释一些化工原理。在近几年高考中，涉及离子交换膜的应用及电解液介质对电极反应影响的试题比较多，且出题频率高、试题新颖，离子交换膜的功能在于选择性地通过或阻止某些离子来达到隔离某些物质的作用。
【学科核心素养解析】
1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解原理解决实际问题。
2.证据推理与模型认知：利用电解池装置，分析电解原理，建立解答电解池问题的思维模型，并利用模型揭示其本质及规律。
3.科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贫献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
必备知识点1电解原理
一.电解和电解池
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，电解就是电解质溶液导电。
2.电解池：电能转化为化学能的装置。
3.电解池的构成
（1）整个电解体系有四个电极：
电源的电极：正极：电势高的电极，电流流出；负极：电势低的电极，电流流入。
电解池的电极：阳极：与正极相连的电极，电势高，失去电子，化合价升高，发生氧化反应。
阴极：与负极相连的电极，电势低，得到电子，化合价降低，发生还原反应。
（2）电解质溶液(或熔融电解质)，电流可以通过，电子不能通过。
（3) 形成闭合回路。
二.电解池的工作原理
1.电极名称及电极反应式(电解CuCl2溶液为例)

总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑
2.电解过程的三个流向
①电子流向：电源负极→电解池阴极；电解池的阳极→电源的正极；
②离子流向：阳离子→电解池的阴极，阴离子→电解池的阳极。
③电流方向：电源正极→电解池阳极→电解质溶液→阴极→负极。
三.电极反应式、电解方程式的书写
1.首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
2.再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组，不要忘记水溶液中的H＋和OH－，要区分是水中的H+或OH-放电，还是酸或碱中H+或OH-放电。
3.然后排出阴、阳两极的放电顺序：
阴极：阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。
阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。
4.判断电极产物，看放电的产物与电解质溶液中的其它离子是否能共存，若不能共存，则要将电解质溶液中的其它离子与看放电的产物再次反应的产物一并写出。
5.分析电极反应，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
6.最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。
四.阴、阳极的判断方法
(1)根据外接电源:正极接阳极,负极接阴极。
(2)根据电流方向:从阴极流出,从阳极流入。
(3)根据电子流向:从阳极流出,从阴极流入。
(4)根据离子移向:阴离子移向阳极,阳离子移向阴极。
(5)根据电极产物:阳极——电极溶解、逸出O2(或阳极区酸性增强)或Cl2;阴极——析出金属、逸出H2(或阴极区碱性增强)。
(6)根据反应类型:阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。
五.用惰性电极电解电解质溶液的规律
(1)电解溶剂水型
电解质类型
电极反应式及总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑
电解质溶液浓度
溶液pH
电解质溶液复原
含氧酸，如H2SO4
阴极：4H+＋4e－===2H2↑
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
增大
减小
加水
可溶性强碱，如NaOH
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
阳极：4OH-－4e－===O2↑＋2H2O
增大
活泼金属含氧酸盐，如KNO3
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
不变
(2)电解溶质型
电解质
类型
电极反应式
及总反应式
电解质
溶液
浓度
溶液
pH
电解质
溶液
复原
无氧酸，如HCl
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑
减小
增大
通入
HCl
气体
不活泼金属无氧酸盐，如CuCl2
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑

加入
CuCl2
固体
(3)电解溶质和溶剂水型，生成H2和碱（析氢生碱型）：
电解质
(水溶液)
电极反应式及总反应式
电解质
浓度
溶液
pH
溶液
复原
活泼金属的无氧酸盐
(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
电解质
增大
通入
HCl
气体
(4)电解溶质和溶剂水型，生成O2和酸（放氧生酸型）
电解质
(水溶液)
电极反应式
及总反应式
电解质
浓度
溶液
pH
溶液
复原
不活泼金属的含氧酸盐[如CuSO4]
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加CuO
或CuCO3
六、电化学计算
1.计算原理——三个相等
(1)同一原电池的正、负极的电极反应得、失电子数相等。
(2)同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。
(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。
上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算。
2.计算方法——三种常用方法
(1)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
②用于混合溶液中分阶段电解的计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4mole-为桥梁可构建如下关系式:
4e-~2Cl2(Br2、I2)~O2阳极产物~2H2~2Cu~4Ag~4nM阴极产物
(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
提示：在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
【知识理解提点】
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。
阳离子得电子被还原。
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.书写电解池中的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
4.有些过程包括电化学过程和化学过程，要将两个过程分开书写。电化学过程就是电极反应，化学过程就是电极放电产生的产物，与电解溶液中的离子或另加入的物质发生化学反应。
5.用惰性电极电解电解质溶液时，电解质溶液要复原，应当加入：
电解质溶液
电解析出的产物
电解质溶液复原
CuSO4溶液
短时电解
O2、Cu
CuO
长时电解
O2、Cu、H2
Cu（OH）2
CuCl2溶液
短时电解
Cu、Cl2
CuCl2
长时电解
Cu、Cl2、H2、O2
CuCl2溶液
NaCl溶液
短时电解
Cl2、H2
HCl
长时电解
Cl2、O2、H2
盐酸
盐酸HCl
短时电解
Cl2、H2
HCl
长时电解
Cl2、O2、H2
盐酸
KNO3溶液
短时电解
O2、H2
水
长时电解
O2、H2
水
【惑点辨析】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
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.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.电解盐酸、硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大。(　　)
4.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。(　　)
5.用铜作电极电解CuSO4溶液的方程式为2Cu2++2H2O2Cu+O2↑+4H+。(　　)
6.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.×　6.×
【夯基例析·跟踪演练】
【基础例析】 电解规律及电极产物的判断
例1.（2022·浙江金华市·高三一模）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
【答案】D
【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)，
A项：阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A正确。
B项：阴极产物是H2和KOH，B正确。
C项：阳极产物是I2，淀粉遇碘变蓝，C正确；
D项：由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
【跟踪演练】
1.(2022·天津市实验中学高三模拟)以一氯代乙酸钠(CH2ClCOONa)水溶液为原料，通过电解法可以制备1，2-二氯乙烷(CH2ClCH2Cl)，且有CO2生成，装置如图所示。

下列有关说法不正确的是
A．阳极发生氧化反应，有CO2生成
B．阴极的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-
C．电解过程中应选用阴离子交换膜
D．该装置的总反应式：2CH2ClCOO-+2H2OCH2ClCH2Cl+2CO2↑+H2↑+2OH-
【答案】C
【解析】A项：电解池的阳极发生氧化反应，CH2ClCOO-在阳极发生反应生成CH2ClCH2Cl和CO2，A正确；
B项：阴极发生还原反应，H2O在阴极放电生成OH-，2H2O+2e-=H2↑+2OH-，B正确；
C项：若选用阴离子交换膜，阴极区生成的OH-会通过阴离子交换膜进入阳极区，卤代烃在碱性条件下容易发生水解反应，故应选择阳离子交换膜，Na+由阳极区通过交换膜进入阴极区，C错误；
D项：由A、B选项分析可知，电解的总反应为2CH2ClCOO-+2H2OCH2ClCH2Cl+2CO2↑+H2↑+2OH-，D正确；故选C。
【基础例析】 电极反应式的书写与正误判断
例2．（2022·安徽高三一模）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。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2＋－e-=EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋H2S=2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋

该装置工作时，下列叙述正确的是（ ）
A．电子从ZnO@石墨烯极移到石墨烯极，电解质中的阳离子向石墨烯极移动
B．光伏电池中使用二氧化硅把光能转为化学能
C．协同转化总反应：CO2＋H2S=CO＋H2O＋S
D．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
【答案】C
【解析】从示意图可知，ZnO@石墨烯极上由CO2→CO，故发生的电极反应为：CO2+2H++2e-=CO + H2O，是还原反应，故为阴极，石墨烯发生的电极反应为：EDTA-Fe2＋- e-=EDTA-Fe3＋，是氧化反应，故为阳极。
A项：电子从电源的负极经导线流向阴极，再从阳极经导线流向电源的正极，电解质中的阳离子由阳极流向阴极，故流向ZnO@石墨烯极，故A错误；
B项：光伏电池中使用晶体硅把光能转为化学能，故B错误；
C项：从示意图中可以看出，天然气中的杂质CO2再左侧转化为了CO，而H2S则在右侧转化为了S，故可以得出协同转化总反应：CO2＋H2S=CO＋H2O＋S，故C正确；
D项：石墨烯是阳极，ZnO@石墨烯是阴极，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，故D错误；故答案为：C
【跟踪演练】
2.（2022·湖北黄石二中高三）最近我国科学家设计了一种C2H5OH+CO2协同电解转化装置，通过回收工业尾气中的CO2实现了联合生产合成气(CO+H2)和CH3CHO的新工艺，其工作原理如图所示，下列说法正确的是

A．电极a上的电势比电极b上的高
B．电解池工作时，电极a附近的CO浓度升高
C．电极b上的电极反应式为C2H5OH+2e-+2CO=CH3CHO+2HCO
D．电解池工作时，CO透过交换膜向电极a移动
【解析】由图可知C2H5OH在电极b转化为CH3CHO，发生氧化反应，则电极b为阳极，电极反应式为C2H5OH+2CO-2e-=CH3CHO+2HCO；电极a为阴极，电极反应式为3CO2+H2O+4e-=CO+H2+2CO。
A项： 电极b为阳极，电极a为阴极，则电极b与电源正极连接，电极a与电源负极连接，电极a上的电势比电极b上的低，A错误；
B项：电极a为阴极，电极反应式为3CO2+H2O+4e-=CO+H2+2CO，因此电解池工作时，电极a附近的CO浓度升高，B正确；
C项：电极b为阳极，电极反应式为C2H5OH+2CO-2e-=CH3CHO+2HCO，C错误；
D项：对比阴阳极反应可知电极a产生的CO向电极b迁移补充左室的CO，D错误；答案选B。
【答案】B
【基础例析】电子守恒在电化学计算中的应用
例3.（2022·湖北黄冈中学高三）500mLKNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO3-)＝6.0mol·L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500mL，下列说法正确的是（ ）
A．原混合溶液中c(K＋)为2mol·L-1
B．上述电解过程中共转移4 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5mol
D．电解后溶液中c(H＋)为2mol·L-1
【答案】AB
【解析】电解硝酸钾和硝酸铜混合溶液时，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上先铜离子放电生成铜单质，当铜离子完全析出时，氢离子放电生成氢气，两阶段的化学方程式分别为2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋，2H2O2H2↑＋O2↑；气体的物质的量==1mol；每生成1mol氧气转移4mol电子，每生成1mol氢气转移2mol电子，每生成1mol铜转移2mol电子，所以根据转移电子守恒得铜的物质的量= =1mol，则铜离子的物质的量浓度==2mol/L，根据电荷守恒得钾离子浓度=6mol•L-1-2mol/L×2=2mol/L，
A项：根据分析知，原混合溶液中c(K+)为2 mol•L-1，故A正确；
B项：转移电子的物质的量=1mol×4=4mol，故B正确；
C项：根据以上分析知，铜的物质的量为1mol，故C错误；
D项：第一阶段才有H+产生，第一阶段转移了2mol电子，产生的H+的物质的量为2mol，电解后溶液中c(H+)为：=4mol/L，故D错误；故选：AB。
【跟踪演练】
3.（2020·山东卷试题）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是

A. 负极反应为
B. 隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜
C. 当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g
D. 电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1
【答案】B
【解析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。
A项：a极为负极，CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正确；
B项：为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；
C项：当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ移向负极，同时有1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，故C正确；
D项：b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，所以当转移8mol电子时，正极产生4mol气体，根据负极反应式可知负极产生2mol气体，物质的量之比为4:2=2:1，故D正确；故答案为B。
必备知识点2 电解原理的应用　
一、惰性电极电解的应用--电解制备
1.氯碱工业


阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应方程式：
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
2.电冶金
电解冶炼
冶炼钠
冶炼镁
冶炼铝
电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：2Na＋＋2e－===2Na
阳极：2Cl－2e－===Cl2↑
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
阳极：6O2－－12e－===3O2↑
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
总反应
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
3.电渗制备
电渗法：阴、阳离子在电场的作用下，向产品室移动，在产品室中发生反应，生成产物。
如：（2014·全国高考试题）次磷酸(H3PO2)是一种精细化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：
（4）(H3PO2)也可以通过电解的方法制备．工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):

①写出阳极的电极反应式___________；
②分析产品室可得到H3PO2的原因___________；
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是___________杂质。该杂质产生的原因是___________。
【答案】
（4）①4OH--4e-=O2↑+2H2O；②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2；③PO43-；H2PO2-或H3PO2被氧化
【解析】
（4）①由于阳极中阴离子为硫酸根离子、氢氧根离子和H2PO2-，其中放电能力最强的是氢氧根离子，则阳极发生的电极反应为：4OH--4e-=O2↑+2H2O；故答案为4OH--4e-=O2↑+2H2O；
②产品室可得到H3PO2的原因是因为：阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2，故答案为阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是阳极产生的氧气会把H2PO2-或H3PO2氧化成PO43-，产品中混有PO43-，故答案为PO43-；H2PO2-或H3PO2被氧化。
4.隔膜电解
（1）离子交换膜将电解池分成两个或几个区域，然后根据电解的目的，在某个区域制备产物，根据制备产物的须要，确定是用阴离子交换膜还是阳离子交换膜或阴、阳离子交换膜位置。
如：（2020·全国高考试题）化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑。氯的许多化合物既是重要化工原料，又是高效、广谱的灭菌消毒剂。回答下列问 题：
（1）氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图(a)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)。

【答案】（1）Na+ a
【解析】
（1）电解饱和食盐水，反应的化学方程式为2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑，阳极氯离子失电子发生氧化反应生成氯气，氯气从a口逸出，阴极氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，产生OH-与通过离子膜的Na+在阴极室形成NaOH，故答案为：Na+；a
（2）判断隔膜是阴离子交换膜还是阳离子交换膜的方法
明确电解的目的，是要得到什么物质
比较离子交换膜的两边的电解质中，离子的差别
看看阴、阳两极的电极反应，消耗什么离子，产生什么离子；
根据阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，每个区域都要电荷平衡，以确定是阴离子交换膜还是阳离子交换膜
如：（2020·浙江高考试题）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是（ ）

离子交换膜
A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出
D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量
【答案】D
【解析】氯碱工业中的总反应为2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业中Cl2为氧化产物，所以电极A为阳极，电极B为阴极，据此作答。
A项：根据分析可知电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气，正确；
B项：阳极发生的方程式为：2Cl--2e-═Cl2↑，阴极：H2O+2e-═H2↑+2OH-；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从d口流出，所以要防止OH-流向阳极即电极A，该离子交换膜为阳离子交换膜，正确；
C项：根据B选项的分析可知饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出，正确；
D项：因为有离子交换膜的存在，OH-不发生迁移，错误；故答案为D。
二、非惰性电极电解的应用--电解提纯
电解精练铜：
1.精练池的构成：
阳极：粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
阴极：纯铜
电解质溶液：CuSO4溶液

电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋，Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
CuSO4溶液的浓度变小
2.电解精炼铜时，阳极质量减小，阴极质量增加，溶液中的Cu2＋浓度减小。
3.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。
三、非惰性电极电解的应用--电解防腐
电镀：
1.电镀池的构成
阳极：镀成金属
阴极：镀件
电解质溶液：含镀成金属离子
如：铁器上镀铜

电镀
示意图

电极反应
阳极
Cu－2e－===Cu2＋
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
【知识理解提点】
1.氯碱工业所用的饱和食盐水需要精制，除去NaCl中混有的Ca2＋、Mg2＋、SO。
2.电解熔融MgCl2冶炼镁，而不能电解MgO冶炼镁，是因为MgO的熔点很高；电解熔融Al2O3冶炼铝，而不能电解AlCl3冶炼铝，是因为AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电。
3.电解原理的变化
在阳极上放电的还有：NO2-、SO32-等还原性离子。
如：（2019浙江选考节选）水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。
（4）以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反应得到H2O2，其中生成的NH4HSO4可以循环使用。
①阳极的电极反应式是________。
②制备H2O2的总反应方程式是________。
【答案】（4）①2HSO4−− 2e− S2O82−＋2H+或2SO42−− 2e− S2O82−
②2H2OH2O2＋H2↑
【解析】（4）①电解池使用惰性电极，阳极本身不参与反应，阳极吸引HSO4−（或SO42−）离子，并放电生成S2O82−，因而电极反应式为2HSO4−− 2e− =S2O82−＋2H+或2SO42−− 2e− =S2O82− 。
②通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8和H2。由题中信息可知，生成的NH4HSO4可以循环使用，说明(NH4)2S2O8与水反应除了生成H2O2，还有NH4HSO4生成，S2O82−＋2H2O=2HSO4−＋H2O2因而总反应中只有水作反应物，产物为H2O2和H2,故总反应方程式为2H2OH2O2＋H2↑。
4.阳离子交换膜(以电解NaCl溶液为例)，只允许阳离子(Na＋)通过，而阻止阴离子(Cl－、OH－)和气体分子(Cl2)通过，这样既能防止H2和Cl2混合发生爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
【惑点辨析】
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
1.电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料。(　　)
2.在镀件上电镀铜时,镀件应连接电源的正极。(　　)
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.电解精炼时,阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　)
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。(　　)
6.电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3,也可以电解MgO和AlCl3。(　　)
【答案】:1.×　2.×　3.×　4.√　5.×　6.×
【夯基例析·跟踪演练】
【基础例析】 电解原理的应用
例4．（2021·广东高三一模）一种生物电化学方法脱除水体中NH4+的原理如下图所示:

下列说法正确的是
A．装置工作时，化学能转变为电能
B．装置工作时，a极周围溶液pH降低
C．装置内工作温度越高。NH4+脱除率一定越大
D．电极b上发生的反应之一是:2NO3--2e-=N2↑+3O2↑
【答案】B
【解析】A项：该装置是把电能转化为化学能，故A错误；
B项：a极为阳极，电极反应为NH4＋＋2H2O－6e－NO2－＋8H＋，所以a极周围溶液的pH减小，故B正确；
C项：该装置是在细菌生物作用下进行的，所以温度过高，导致细菌死亡，NH4+脱除率会减小，故C错误；
D项：b极上反应式为2NO3－＋12H＋＋10e－N2＋6H2O，故D错误。本题正确答案为B。
【跟踪演练】
4.（2022·通许县第一高级中学高三月考）利用电解法制取 Na2FeO4 的装置图如图所示，下列说法正确的是（电解过程中温度保 持不变，溶液体积变化忽略不计）

A．Y 是外接电源的正极，Fe 电极上发生还原反应
B．Ni 电极上发生的电极反应为：2H2O － 4e－== O2↑＋4H＋
C．若隔膜为阴离子交换膜，则电解过程中 OH－由 B 室进入 A 室
D．电解后，撤去隔膜，充分混合，电解液的 pH 比原来小
【答案】D
【解析】A项： 铁电极为阳极，Y接电源的正极，铁电极上发生失电子的氧化反应：Fe+8OH--6e-=FeO42−+4H2O↑，故A错误；
B项： 镍电极为阴极，X接电源的负极，镍电极上发生的反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故B错误；
C项： 在电解池装置中，阴离子向阳极移动，OH-由A室进入B室，故C错误；
D项： 总反应为2Fe+2OH-+2H2O=FeO42−+3H2↑，由于反应消耗OH-，电解的OH-浓度降低，pH比原来小，故D正确；故选D。
必备知识点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为金属阳离子，金属发生氧化反应。
2.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟非金属单质直接接触
不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例）：
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
3.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
a.负极：比被保护金属活泼的金属；
b.正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
a.阴极：被保护的金属设备；
b.阳极：惰性金属或石墨。
(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。
【知识理解提点】
1.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.钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。
3.金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。
4.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。
5.金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀，金属活动顺序表中位于氢前面和氢后面的金属都能发生吸氧腐蚀，但只有在金属活动顺序表中氢前面的金属才可能发生析氢腐蚀。
【惑点辨析】判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
1.Al、Fe、Cu在潮湿空气中腐蚀均生成氧化物。(　　)
2.生铁比纯铁容易生锈。(　　)
3.纯银器在空气中因化学腐蚀表面渐渐变暗。(　　)
4.黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿。(　　)
5.钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式为Fe-3e-Fe3+。(　　)
6.镀铜铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈。(　　)
7.钢铁水闸可用牺牲阳极的阴极保护法或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。(　　)
8.牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀。(　　)
【答案】:1.×　2.√　3.√　4.√　5.×　6.√　7.√　8.×
【夯基例析·跟踪演练】
【基础例析】考查金属腐蚀快慢比较
例5.（2021·辽宁高三二模）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。在图中所示的情境中，下列有关说法正确的是

A．阴极的电极反应式为Fe-2e-＝Fe2+
B．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
C．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
D．该保护法为外加电流的阴极保护法，金属M不需要定期更换
【答案】B
【解析】A项：阴极其实是原电池的正极，该电极反应式为2H2O+2e-═H2↑+2OH-，A错误；
B项：当铁管做原电池的正极时被保护，将导线与金属M相连，M做负极，失去电子沿着导线进入铁设施表面，因积铁设施累积大量电子而被保护，B正确；
C项：海水中有大量的盐溶解，更易形成电化学腐蚀，故在海水中更容易腐蚀，C错误；
D项：该保护法并未外接电源，故为牺牲阳极的阴极保护法，金属M会被腐蚀，故需要定期更换，D错误；故答案为：B。
【跟踪演练】
5.（2022·安徽六安一中高三）验证钢铁腐蚀的类型与溶液pH的关系。
①
②
③



腐蚀较快，主要产物Fe2+
腐蚀较慢，主要产物Fe2O3
腐蚀较快，主要产物FeO
下列说法不正确的是
A．在pH=3溶液中，主要发生析氢腐蚀，现象是铁棒逐渐溶解，碳棒表面有气泡产生
B．在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．在pH=7溶液中，主要发生吸氧腐蚀，负极反应式为Fe-2e-=Fe2+
D．在pH=14溶液中，主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为Fe-3e-+4OH-=FeO+2H2O
【答案】D
【解析】根据实验，在酸性较强的溶液中，钢铁主要发生析氢腐蚀生成Fe2+，在弱酸性、中性、弱碱性溶液中，钢铁主要发生吸氧腐蚀生成Fe2+，Fe2+进一步被氧化生成Fe2O3，在强碱性溶液中，钢铁主要发生吸氧腐蚀生成Fe2+，Fe2+进一步被氧化生成FeO。
A项：pH=3溶液显酸性，酸性溶液中，钢铁主要发生析氢腐蚀，负极：Fe-2e-=Fe2+，铁棒逐渐溶解，正极：2H++2e-=H2↑，碳棒表面有气泡产生，故A正确；
B项：pH=7溶液显中性，中性溶液中，钢铁主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，负极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故B正确；
C项：pH=7溶液显中性，中性溶液中，钢铁主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，负极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故C正确；
D项：pH=14溶液显碱性，在碱性溶液中，钢铁主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故D错误；故选D。
【基础例析】　金属腐蚀与防护措施
例6.（2022·北京高三期末）下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是(　　)
A．牺牲阳极的阴极保护法利用电解原理
B．金属的化学腐蚀的实质是：M－ne－===Mn＋，电子直接转移给还原剂
C．外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零
D．铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为：2H＋＋2e－===H2↑
【答案】C
【解析】A项：牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理，用较活泼的金属作负极先被氧化，故A错误；
B项：金属的化学腐蚀的实质是：金属作还原剂M－ne－===Mn＋，电子直接转移给氧化剂，故B错误；
C项：外加直流电源的阴极保护法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零，故C正确；
D项：铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，铜作负极，碳正极的电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故D错误。
【跟踪演练】
6.(2022·湖北四地七校期末)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




试管内生成蓝色沉淀
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
下列说法不正确的是
A．实验①说明Fe腐蚀生成Fe2+
B．对比实验①③，可以判定Zn保护了Fe
C．对比实验②③，预测 K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
D．将②中溶液换成H2O(已除O2)，若无明显现象，说明K3[Fe(CN)6]不能氧化Fe
【答案】D
【解析】A项：Fe在食盐水中浸泡一段时间后，向Fe附近的溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，产生蓝色沉淀，说明Fe被氧化产生Fe2+，A正确；
B项：①中Fe被腐蚀，③中Fe未被腐蚀，说明将Zn、Fe连接与NaCl溶液构成原电池，由于金属活动性Zn＞Fe，Zn作负极，Fe为正极，Zn保护了Fe，Fe未被氧化，因此Fe附近的溶液中滴加K3[Fe(CN)6]溶液，无明显变化，B正确；
C项：对比实验②③，说明棒表面被氧化，但溶液中没有Fe2+，可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化，C正确；
D项：NaCl在装置的作用是增强溶液的导电性，与反应原理无关，因此将②中溶液换成H2O(已除O2)，若无明显现象，不能说明K3[Fe(CN)6]是否能氧化Fe，D错误；故合理选项是D。
【高考应用】
高频考点1 电解池原理在选择题中的应用
1.判断电极附近PH值的变化
2.电极反应的正误判断
3.电解质溶液中离子的移动方向
4.电极判断，电极反应类型的判断
5.简单计算
【高考实例】
例1.（2021·全国甲卷试题）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可果用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别问两极迁移。下列说法正确的是

A．在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为：+2H++2e-=+H2O
C．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子
D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移
【答案】D
【解析】该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H+在直流电场作用下移向阴极，OH-移向阳极。
A项：KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；
B项：阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；
C项：电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol，因此制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；
D项：由上述分析可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确；综上所述，说法正确的是D项，故答案为D。
【考点演练】
1．（2020·山东高考试题）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下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是

A．阳极反应为
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
【答案】D
【解析】a极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。
A项：依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是2H2O-4e-=4H++O2↑，正确；
B项：电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH值不变，正确；
C项：有B的分析可知，C正确；
D项：电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极的反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧气，即是a极生成的氧气小于b极消耗的氧气，错误；故选：D。
高频考点2 非选择题中的电解池
1.电极反应的书写
2.简单计算
3.电解质溶液中离子的移动方向
【高考实例】
例2.（2021·湖南高考试题）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。
方法Ⅱ：氨电解法制氢气
利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。

（4）电解过程中的移动方向为_______(填“从左往右”或“从右往左”)；
（5）阳极的电极反应式为_______。
【答案】
（4）从右往左
（5）2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O
【解析】
（4）由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH-移向阳极，则从右往左移动，故答案为：从右往左；
（5）阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O，故答案为：2NH3-6e-+6OH-= N2+6H2O。
【考点演练】
2．（2022·湖北省示范高中联考）以铅蓄电池为电源可将CO2转化为乙烯，其原理如图所示，电解所用电极材料均为惰性电极。阴极上的电极反应式为_______________；每生成0.5mol乙烯，理论上需消耗铅蓄电池中_____mol硫酸。

【答案】2CO2+12H++12e－＝C2H4+4H2O；6
【解析】电解时，阴极得电子，发生还原反应，电极反应式是2CO2+12H++12e－＝C2H4+4H2O。每生成0.5mol乙烯，消耗12molH+，故消耗6mol硫酸。