最新高考化学一轮复习【讲通练透】 第23讲 电解池 金属的腐蚀与防护（讲通）

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第23讲 电解池 金属的腐蚀与防护
目录
考情分析
网络构建
考点一 电解原理
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 电解和电解池
知识点2 电解池的工作原理
知识点3 惰性电极电解规律
知识点4 电化学有关计算
【提升·必考题型归纳】
考向1 考查电解的原理
考向2 考查电解的相关计算
考点二 电解原理的应用
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 氯碱工业
知识点2 电镀铜与电解精炼铜
知识点3 电冶金
【提升·必考题型归纳】
考向1 考查电解原理应用
考向2 考查电解法制备物质
考点三 金属的腐蚀与防护
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 金属腐蚀
知识点2 金属的防护
【提升·必考题型归纳】
考向1 考查金属腐蚀的原理与探究
考向2 考查金属的防护
考点四 离子交换膜在电化学中的应用
【夯基·必备基础知识梳理】
知识点1 电化学中的隔膜
知识点2 隔膜在多室电解池中的应用
【提升·必考题型归纳】
考向1考查离子交换膜在原电池中的应用
考向2考查离子交换膜在电解池中的应用
真题感悟
考点一 电解原理
知识点1 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。
2.电解池：电能转化为化学能的装置。
3.电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
知识点2 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：CuCl2eq \(=====,\s\up7(电解))Cu＋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。
3.电极产物判断
(1)阳极产物的判断
①活性电极(除Au、Pt以外的金属材料作电极)，电极材料失电子，生成金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、石墨)，要依据阴离子的放电顺序加以判断。
阴离子的放电顺序：
活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞F-。
S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序进行判断。
阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。
①若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。
②放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。
4.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－)。
(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)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)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。
【特别提醒】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，注意离子导体(电解质)是水溶液还是非水状态。②阳极材料不同，电极产物、电极反应式可能不同，最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③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。④书写电解池中的电极反应式时，要以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。⑤电解质溶液中未参与放电的离子是否与放电后生成的离子发生反应(离子共存)。⑥要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
5.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。
知识点3 惰性电极电解规律
1.电解溶剂水型
2.电解溶质型
3.电解溶质和溶剂水型，生成H2和碱（析氢生碱型）：
4.电解溶质和溶剂水型，生成O2和酸（放氧生酸型）
知识点4 电化学有关计算
1.计算依据——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4mle-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。
考向1 考查电解的原理
例1．（2023·天津南开·南开中学校考模拟预测）下列说法正确的是

A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中向右侧电极移动
B．甲池通入的电极反应为
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量固体能使溶液恢复到原浓度
D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体
【变式训练】（2023·重庆沙坪坝·重庆南开中学校考模拟预测）资源化利用是实现碳中和的一种有效途径，如图是在电催化下产生合成气(CO和)的一种方法(不考虑的溶解)。下列说法正确的是电源

A．电极a与电源的正极相连
B．每消耗22.4L(标况下)，个透过离子交换膜进入b极区
C．a极区中逐渐增大，b极区逐渐增大
D．外电路转移1ml电子，阳极区溶液质量增加48g
考向2 考查电解的相关计算
例2．（2023·云南曲靖·统考二模）实验室模拟工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸(HOOC-CHO)，原理如下图1所示，该装置中M、N均为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸。直流电源可用普通锌锰干电池，简图如下图2所示，该电池工作时的总反应为Zn+2+2MnO2=[Zn(NH3)2]2++Mn2O3+H2O。下列说法正确的是
A．干电池提供电流很弱时，可接入电源充电后再使用
B．以干电池为电源进行粗铜电解精炼时，金属锌质量减少6.5g时，理论上精炼池阳极质量减少6.4g
C．N电极上的电极反应式：HOOC-COOH+2e-+2H+=HOOC-CHO+H2O
D．若有2mlH+通过质子交换膜并完全参与反应，则电解生成的乙醛酸为1ml
【变式训练1】（2023·重庆沙坪坝·重庆一中校考模拟预测）一种将电氧化法和电还原法联合处理含HCHO的酸性废水的装置如图所示。
下列说法错误的是
A．电极为阳极
B．反应前后数量不变
C．消耗氧气，可得到
D．外电路转移电子，能处理
【变式训练2】（2023·江西鹰潭·统考二模）为探究电解过程中溶液pH的变化。装置、所得数据结果如图所示。电解过程中，充分搅拌使溶液均匀，忽略溶液体积的变化。下列说法错误的是

A．0-t1时：4AgNO3+2H2O4Ag+O2↑+4HNO3，t1-t2时：2H2O2H2↑+O2↑
B．若进行到t2时刻共有0.224L气体(标况下)产生，则外电路有0.04ml电子通过
C．若使用氢氧燃料电池为电源，t1时，理论上负极消耗的气体物质的量为0.005ml
D．电解到t1时刻，加入1.16gAg2O可使溶液复原
考点二 电解原理的应用
知识点1 氯碱工业
1.离子交换膜电解槽
2.氯碱工业制烧碱、氢气和氯气图解
【易错提醒】粗食盐水中的Ca2＋、Mg2＋、SO42-在电解时会生成沉淀堵塞离子交换膜而达不到电解的目的。精制时可通过依次加入BaCl2、NaOH、Na2CO3溶液过滤，最后再加适量盐酸的方法除去粗盐中的杂质离子。
知识点2 电镀铜与电解精炼铜
【易错提醒】(1)电镀过程中，溶液中离子浓度不变；
(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。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。
知识点3 电冶金
【特别提醒】(1)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；
(2)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；为降低熔点，加入了助熔剂冰晶石(Na3AlF6)；电解过程中，阳极生成的氧气与石墨电极反应，所以石墨电极需不断补充。
考向1 考查电解原理应用
例1．（2023·上海·统考模拟预测）电解食盐水间接氧化法去除工业废水中氨氮的原理如图所示，通过电解氨氮溶液(含有少量的NaCl)，将转化为(无逸出)，下列说法正确的是
A．M为负极B．N极附近pH值不变化
C．D．电解后上升
【变式训练】（2023·辽宁·校联考模拟预测）工业上，常用电渗析法淡化海水。某小组模拟淡化海水原理，设计如图所示装置。锂电池反应为。下列叙述错误的是
A．M极为阳极，膜2为阳离子交换膜
B．锂电池放电时，负极的电极反应式为
C．基态锰原子中有15种不同运动状态的电子
D．N极收集到11.2L气体(标准状况)时理论上转移1ml电子
考向2 考查电解法制备物质
例2.（2023·北京东城·北京五十五中校考模拟预测）我国科学家采用单原子Ni和纳米Cu作串联催化剂，通过电解法将CO2转化为乙烯。装置示意图如下。

已知：电解效率
下列说法不正确的是
A．纳米Cu催化剂上发生反应：2CO + 6H2O + 8e− = C2H4 + 8OH−
B．若乙烯的电解效率小于100%，可能是部分CO未能转化成乙烯
C．电极b上有O2产生，阳极室溶液n(OH-)不变
D．若阴极室只生成CO和C2H4，则2 n(CO) + 8 n(C2H4) = 4 n(O2)
【变式训练】（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考模拟预测）一种氯离子介导的电化学合成方法，能将乙烯高效清洁、选择性地转化为环氧乙烷，电化学反应的具体过程如图所示。在电解结束后，将阴、阳极电解液输出混合，便可反应生成环氧乙烷。下列说法错误的是

A．Ni电极与电源负极相连
B．阴极生成标况下22.4L气体，最终可制得2ml
C．工作过程中阴极附近pH增大
D．在电解液混合过程中会发生反应：HCl+KOH=KCl+H2O
考点三 金属的腐蚀与防护
知识点1 金属腐蚀
1．金属腐蚀的概念：金属腐蚀是金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的
现象。
2.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。
3.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例）：
【特别提醒】钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3,2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
4.金属腐蚀快慢的一般规律
(1)在同一电解质溶液中，金属腐蚀的速率快慢：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。
(2)在原电池中，电解质溶液相同时，两极的活泼性差别越大，负极金属越易被腐蚀，如Zn—Cu(H2SO4)中的Zn比Zn—Fe(H2SO4)中的Zn腐蚀快。
(3)对由相同正、负极构成的原电池(如Fe—Cu原电池)
①电解质的氧化能力越强，负极金属越易被腐蚀。如：Fe在不同电解质溶液中的腐蚀速率是CuSO4溶液＞稀H2SO4＞NaCl溶液。
②电解质中起氧化作用的离子相同时，该离子浓度越大，负极金属腐蚀速率越快。如腐蚀速率：
1 ml·L－1盐酸＞0.1 ml·L－1盐酸＞0.1 ml·L－1醋酸＞海水(起氧化作用的H＋浓度逐渐减小)。
③溶液的导电能力越强，负极金属越易被腐蚀。如腐蚀速率：海水＞淡水＞酒精。
(4)一般情况下不纯的金属或合金在潮湿的空气中腐蚀的速率远快于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
知识点2 金属的防护
1．金属的防护考虑的因素
金属的防护主要是从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑的。
2．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，通常是在被保护的钢铁设备上安装锌块。
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。
原理装置如图所示：，锌比铁活泼，发生腐蚀时作为原电池的负极，不断遭受腐蚀，而作为正极的钢铁设备被保护起来。
②外加电流的阴极保护法——电解原理，把被保护的钢铁设备(如钢闸门)作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接直流电源，通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀速率降至零或接近零，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。
a.阴极：被保护的金属设备；
b.阳极：惰性金属或石墨。
原理装置如图所示。
（2）改变金属的内部结构，在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金，如制成合金、不锈钢等。
（3）在金属表面覆盖保护层，在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
【特别提醒】(1)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＋。
(2)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。
(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。
(4)两种保护方法的比较：外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。
(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。
考向1 考查金属腐蚀的原理与探究
例1．（2023·广东·广州市第二中学校联考三模）利用原电池原理可以避免金属腐蚀，某小组同学设计了如下图所示的实验方案来探究铁片的腐蚀情况。下列说法中正确的是
A．甲中的铁片附近会出现蓝色
B．甲中形成了原电池，锌片作正极
C．乙中铜片附近会出现红色
D．乙中的铜片上发生氧化反应
【变式训练】（2023·辽宁·校联考一模）“北溪”天然气管道至少泄漏8万吨天然气，近20年间甲烷的温室效应率是的84倍。已知管道接口处有钢铁材料等，海水的pH约为8.0。设为阿伏伽德罗常数的值。下列有关叙述不正确的是
A．损坏的钢铁材料在海水中主要发生吸氧腐蚀
B．制造管道时表面涂层能起到抗腐蚀作用
C．铁在海水中完全发生电化学腐蚀时转移电子数一定为
D．修复管道时在钢管表面镶嵌锌块，这种方法叫牺牲阳极法
考向2 考查金属的防护
例2．（2023·湖南衡阳·校联考三模）鎏金兽面纹鼎是湖南省博物馆收藏的珍贵文物。该文物为青铜器，其形制和纹饰与商代铜鼎相同。鎏金又称火法镀金，其工艺是将黄金溶于汞中形成的金汞齐均匀地涂到干净的金属器物表面，加热使汞挥发，黄金与金属表面固结，形成光亮的金黄色镀层。下列说法正确的是
A．青铜比纯铜硬度小
B．常温下的金汞齐是金属晶体
C．鎏金兽面纹鼎应保存在干燥的环境中
D．铜腐蚀后生成的铜绿为CuO
【变式训练】（2023·上海虹口·统考二模）对如图所示的实验装置的判断错误的是
A．开关K置于A处时，可减缓铁的腐蚀
B．开关K置于A处时，铁棒表面有氢气产生
C．开关K置于B处时，铁棒一定为负极
D．开关K置于B处时，可通过牺牲阳极的阴极保护法减缓铁的腐蚀
考点四 离子交换膜在电化学中的应用
知识点1 电化学中的隔膜
1．离子交换膜含义：离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。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．离子交换膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止副反应的发生,避免影响所制取产品的质量;防止引发不安全因素。如在电解饱和食盐水中,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应,导致所制产品不纯;防止氯气与阴极产生的氢气混合发生爆炸。
(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。
(4)用于物质的制备、分离、提纯等。
3．离子交换膜的类型
(1)阳离子交换膜 (只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)
(2)阴离子交换膜 (只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)
(3)质子交换膜 (只允许H＋和水分子通过)
(4)电渗析法
4.离子交换膜选择的依据：离子的定向移动。
5.离子交换膜类型的判断（根据电解质溶液呈中性的原则,判断交换膜的类型）
（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余。
（2）根据溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型。
如电解饱和食盐水时,阴极反应为2H++2e-H2↑,则阴极区域破坏水的电离平衡,OH-有剩余,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-形成NaOH溶液,故电解食盐水时的离子交换膜是阳离子交换膜。
6.“离子交换膜”电解池的解题思路
(1)分清隔膜类型：即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜；
(2)写出电极反应式：判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，据电荷平衡判断离子迁移方向；
(3)分析隔膜作用：在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险；
(4)利用定量关系进行计算：外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。
知识点2 隔膜在多室电解池中的应用
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
(1)两室电解池
①制备原理：如工业上利用如图两室电解装置制备烧碱
阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。
②阳离子交换膜的作用：它只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
(2)三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
阴极的NO被还原为NHeq \\al(＋,4)：NO＋5e－＋6H＋===NHeq \\al(＋,4)＋H2O，NHeq \\al(＋,4)通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NOeq \\al(－,3)：NO－3e－＋2H2O===NOeq \\al(－,3)＋4H＋，NOeq \\al(－,3)通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。
(3)多室电解池
利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。
电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2POeq \\al(－,2)穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。
考向1考查离子交换膜在原电池中的应用
例1．（2023·四川成都·统考三模）协同转化的微生物电池(下图左池)可同时实现净化有机废水、含铬()废水和淡化盐水三重功能，并且驱动电化学合成装置(下图右池)制备1，2-二氯乙烷。

图中离子交换膜仅允许Na+或Cl-通过。下列说法错误的是
A．A室中充入有机废水，C室中充入含铬废水
B．a、c膜为Cl-离子交换膜，b、d膜为Na+离子交换膜
C．理论上1ml还原为Cr(III)，两装置共可脱除6mlNaCl
D．D室电极上发生的反应为CH2=CH2-2e-+2Cl-=ClCH2CH2Cl
【变式训练】（2023·青海玉树·统考三模）电解质浓度不同形成的浓差电池，称为离子浓差电池。以浓差电池为电源，以石墨为电极将NH3转化为高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是

A．Cu(1)的电势低于Cu(2)的电势
B．C(1)极电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2 +6H2O
C．工作时，左池 从左侧经膜Ⅰ移向右侧，右池OH-从左侧经膜Ⅱ移向右侧
D．当浓差电池停止放电时，理论上可得到22.4L标准状况下的H2(忽略溶液体积变化)
考向2考查离子交换膜在电解池中的应用
例2．（2023·湖南长沙·长沙一中校考模拟预测）四甲基氢氧化铵常用作电子工业清洗剂，下图为以四甲基氯化铵为原料，利用光伏并网发电装置采用电渗析法合成，下列叙述正确的是

A．a极电极反应式：
B．制备0.4ml时，两极共产生6.72L气体(标准状况)
C．c为阳离子交换膜，d，e均为阴离子交换膜
D．保持电流恒定，升高温度可以加快合成的反应速率
【变式训练】（2023·江苏南京·统考模拟预测）磷及其化合物有着广泛的运用。白磷的结构为 ，溶于CS2，易自燃。其氧化物有P4O6、P4O10。两种氧化物中均只有一种化学环境的P原子。P4与KOH溶液共热可制备PH3。白磷与Cl2反应可生成PCl3和PCl5。固态PCl5中含有PCl、PCl两种离子。Ca(H2PO4)2是磷肥的有效成分。利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2，并得到副产物H2、Cl2等，装置如图所示。下列说法不正确的是
A．a极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O
B．L膜为阳离子交换膜，电解时阴极室中NaOH溶液的浓度变大
C．可用铁电极替换阴极的石墨电极
D．a极上通入标况下2.24LCH4，阳极室Ca2+减少0.4ml
1．（2023·广东·统考高考真题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是

A．电解总反应：
B．每生成，双极膜处有的解离
C．电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
2．（2023·广东·统考高考真题）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合，一段时间后

A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是和
B．a处布条褪色，说明具有漂白性
C．b处出现蓝色，说明还原性：
D．断开，立刻闭合，电流表发生偏转
3．（2023·北京·统考高考真题）回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。

下列说法不正确的是
A．废气中排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的和
D．装置中的总反应为
4．（2022·广东·高考真题）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是
A．加入溶液产生沉淀B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入溶液无红色出现D．加入溶液无蓝色沉淀生成
考点要求
考题统计
考情分析
电解原理
2023广东卷13题，4分
2022天津卷11题，3分
2021全国乙卷12题，6分
分析近三年的高考试题，高考命题在本讲有以下规律：
1．从考查题型和内容上看，高考命题以选择题和非选择题的形式呈现，考查内容主要有以下三个方面：
(1)应用电解原理制备新物质、应用电解原理治理污染或通过电解原理形成致密氧化膜，提高抗腐蚀性等；
(2)粗金属的精炼、电镀或者制备某些金属等；
(3)金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措施。
2．从命题思路上看，电化学原理的应用试题设计突出“理论联系实际，强调学以致用”，注重以实际化工生产过程为问题情境，以电化学基础知识为载体，将化学研究的基本思想与方法、基本概念与原理、重要物质的性质与应用巧妙融合于试题之中，考查考生对知识的应用能力，分值为4～8分。
(1)以新型电解池(“活泼阳极”电解池或多室膜电解池)为载体，考查考生在新情境中对电解原理及其应用的理解迁移能力；
(2)以生产生活中的真实情境为载体，考查金属发生电化学腐蚀的原因和防止金属腐蚀的措施。
3.对电解原理应用的复习备考应该针对以下几点：
(1)理解电化学基本原理，并能熟练书写陌生电池电极反应式，这是电化学原理的“根”；
(2)掌握“三池”的判断：原电池、电解池和电镀池判定规律：若无外接电源，可能是原电池，然后依据原电池的形成条件分析判定，若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池。
(3)掌握金属腐蚀快慢的规律，理解两种电化学保护法的原理。
电解原理的应用
2023全国甲卷12题，6分
2022重庆卷12题，3分
2021海南卷9题，4分
金属的腐蚀与防护
2023全国乙卷7题，6分
2022湖北卷6题，3分
2021全国乙卷12题，6分
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
含氧酸，如H2SO4
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
总反应式：2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2H2↑＋O2↑
增大
减小
加水
可溶性强碱，如NaOH
增大
活泼金属含氧酸盐，如KNO3
不变
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：2HCleq \(=====,\s\up7(电解))H2↑＋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：CuCl2eq \(=====,\s\up7(电解))Cu＋Cl2↑
加入
CuCl2
固体
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－＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))Cl2↑＋H2↑＋2OH－
生成新
电解质
增大
通入
HCl
气体
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＋＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2Cu＋O2↑＋4H＋
生成新
电解质
减小
加CuO
或CuCO3
装置
离子交换膜电解槽
阳极
钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)
2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极
碳钢网
2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
阳离子
交换膜
①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过
②将电解槽隔成阳极室和阴极室
总反应方程式
2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
电镀
电解精炼铜
示意图
电极反应
阳极
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
CuSO4溶液的浓度变小
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)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑
MgCl2熔融eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))4Al＋3O2↑
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
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
以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开
①负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
②正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu
③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开
①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②阳极反应式：2I－－2e－===I2
③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IOeq \\al(－,3)＋5I－＋3H2O
④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子