2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第6讲电解池工作原理的常规应用及金属的腐蚀与防护

这是一份2025年高考化学精品教案第六章化学反应与能量变化第6讲电解池工作原理的常规应用及金属的腐蚀与防护，共20页。


考点1 氯碱工业、电镀及精炼铜
1.氯碱工业
2.精炼铜
注意 （1）阳极泥的主要成分有Ag、Au。（2）利用该原理也可设计精炼银。
3.电镀
4.工业电解制活泼金属
1.易错辨析。
（1）电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。（ ✕ ）
（2）电解精炼铜和电镀铜时，电解质溶液中的Cu2＋浓度均保持不变。（ ✕ ）
（3）[2021湖南]工业上常用电解熔融MgCl2制备金属镁。（ √ ）
2.电解食盐水时：
（1）将湿润的淀粉碘化钾试纸沾到玻璃棒上，靠近阳极产生的气体，若试纸 变蓝 ，则证明阳极产生 氯气 。
（2）向阴极室滴入酚酞溶液的现象是 溶液变红 。
3.电解精炼铜时，阴极析出 Cu ，阳极 Zn、Fe、Cu等放电时，Au、Ag形成阳极泥 ，阴极增加的质量与阳极减少的质量 不相等 （填“相等”或“不相等”）。
4.（1）MgO的熔点 高 （填“高”或“低”，下同），能耗 高 ，所以不采用电解MgO的方法制金属镁。
（2）AlCl3是分子晶体，熔融状态 不导电 （填“导电”或“不导电”），所以不采用电解熔融AlCl3的方法制金属铝。
（3）电解制备金属铝时，阳极产生的 O2 与石墨在高温下反应，消耗石墨，所以要定期更换石墨。
命题点1 氯碱工业
1.[交换膜种类判断][2023浙江]氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是（ B ）
A.电极A接电源正极，发生氧化反应
B.电极B的电极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
C.应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的NaOH溶液
D.改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
解析 由题图可知，电极A上发生氧化反应2Cl－－2e－ Cl2↑，为阳极，接电源正极，A项正确；电极B为阴极，电极反应式为O2＋2H2O ＋4e－ 4OH－，B项错误；应选用阳离子交换膜，使Na＋从左侧阳极室进入右侧阴极室与右室生成的OH－结合，从而获得浓度较高的NaOH溶液，C项正确；氧化剂氧化性越强，越容易得到电子，电解需要的电压越低，改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性（O2的氧化性强于H2O）来降低电解电压，减少能耗，D项正确。
命题拓展
（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式 2H2O＋2Cl－ 电解 H2↑＋Cl2↑＋2OH－ 。
（2）氯碱工业中产生的副产物氯酸盐需要处理。已知pH升高时，ClO－易歧化为ClO3－和Cl－。下列有关ClO3－的说法正确的是 bc （填标号）。
a.ClO3－主要在阴极室产生
b.Cl－在电极上放电，可能产生ClO3－
c.阳离子交换膜破损导致OH－向阳极室迁移，可能产生ClO3－
解析 （2）Cl2在阳极室产生，所以ClO3－应该主要在阳极室生成，a项错误；Cl－在阳极室被氧化，Cl的化合价升高，有可能生成ClO3－，b项正确；阳离子交换膜破损，导致OH－向阳极室迁移，阳极室OH－浓度增大，阳极生成的氯气与OH－反应生成ClO－，当pH升高时，ClO－歧化为ClO3－和Cl－，c项正确。
命题点2 电解精炼金属
2.[2022广东]以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中（ C ）
A.阴极发生的反应为Mg－2e－ Mg2＋
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
解析 阴极得电子，发生还原反应，Al3＋被还原，A、B项错误；由金属活动性顺序可知，Mg、Al在阳极失电子，离子进入电解液，Cu金属活动性弱，则阳极泥主要含Si、Cu，C项正确；阴极上Al3＋得电子生成Al单质，阳极上Mg、Al均失电子变成离子进入电解液中，故阳极和阴极的质量变化不相等，D项错误。
考点2 金属的腐蚀与防护
1.金属的腐蚀与防护（以Fe为例）
注意 铁发生吸氧腐蚀时的变化过程：Fe→Fe2＋→Fe（OH）2→Fe（OH）3→Fe2O3·xH2O。
2.牺牲阳极法
注：阳极、阴极是根据发生的是氧化反应还是还原反应界定的，“牺牲阳极法”利用的是原电池原理，负极发生的是氧化反应，也称“阳极”。
3.外加电流法
注：惰性铸铁相当于惰性电极。
1.易错辨析。
（1）Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。 （ ✕ ）
（2）铜在酸性较强的溶液中可发生析氢腐蚀。（ ✕ ）
（3）钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。（ ✕ ）
（4）镀铜铁制品和镀锌铁制品镀层受损后，铁制品比镀铜、锌前更容易生锈。（ ✕ ）
（5）外加电流法是将被保护金属接在直流电源的正极。（ ✕ ）
2.在具支试管中加入铁粉和活性炭混合物，然后注入少量溶液A，立即塞上橡胶塞组成如图所示装置。回答下列问题：
（1）当溶液A为氯化钠溶液时，右侧试管内的现象是 导管内的液面高于试管内的液面 ，正极反应式为 O2＋4e－＋2H2O 4OH－ 。
（2）当溶液A为酸雨时，右侧试管内的现象是 导管口有气泡产生（或导管内的液面低于试管内的液面） ，正极反应式为 2H＋＋2e－ H2↑ 。
命题点1 金属腐蚀的快慢
1.[上海高考]如图所示，下列叙述错误的是（ B ）
A.开关未闭合时，Fe棒上B点腐蚀最快
B.若X为NaCl，K与M连接，Fe棒处pH最大
C.若X为H2SO4，K与N连接，Fe电极上发生反应：2H＋＋2e－ H2↑
D.若X为H2SO4，K分别与N、M连接，Fe腐蚀情况前者更慢
解析 开关未闭合时，Fe棒上B点同时与空气、H2O接触，腐蚀最快，A项正确；若X为NaCl，K与M连接，形成原电池，Fe棒作负极，电极反应为Fe－2e－ Fe2＋，C棒作正极，电极反应为O2＋4e－＋2H2O 4OH－，故C棒处pH最大，B项错误；若X为H2SO4，K与N连接，形成原电池，Fe棒为正极，电极反应为2H＋＋2e－ H2↑，C项正确；若X为H2SO4，K与N连接时，Fe棒为正极，被保护，K与M连接时，Fe棒为负极，被腐蚀，故Fe腐蚀情况前者更慢，D项正确。
命题拓展
[选项拓展]判断下列说法正误。
（1）若X为NaCl，K未闭合，Fe棒上C点铁锈最多。（ ✕ ）
（2）若X为NaCl，K与M连接，C棒处pH最大。（ √ ）
（3）若X为HCl，K分别与N、M连接，Fe腐蚀情况前者更慢。（ √ ）
（4）若X为HCl，K与M连接，C棒上电极反应为2H＋＋2e－ H2↑。（ √ ）
命题点2 金属的防护
2.[牺牲阳极法][江苏高考]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。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是（ C ）
A.阴极的电极反应式为Fe－2e－ Fe2＋
B.金属M的活动性比Fe的活动性弱
C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
解析 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，说明阴极的钢铁设施被保护不失电子，A项错误；阳极金属M实际为原电池装置的负极，原电池中负极金属比正极金属活泼，因此金属M的活动性比Fe的活动性强，B项错误；金属M失电子，电子经导线流向钢铁设施，从而使钢铁设施表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中的快，D项错误。
命题拓展
[变式拓展]中国生产的航母“福建号”已经成功下水，为保护航母，延长服役寿命，可模拟采用将金属M连接在钢铁设施表面（如第2题图所示），以减缓水体中钢铁设施的腐蚀。下列说法正确的是（ D ）
A.电子流向：金属M→水体→钢铁设施表面
B.该保护法为外加电流法，金属M不需要定期更换
C.当水体环境呈中性时，发生的反应有O2－4e－＋2H2O 4OH－
D.此装置利用了原电池原理
解析 金属M失电子，电子经导线流入钢铁设施，A项错误；该保护法没有外接电源，因此为牺牲阳极法，金属M会被腐蚀，因此需要定期更换，B项错误；当水体环境呈中性时，发生吸氧腐蚀，O2得到电子，反应为O2＋4e－＋2H2O 4OH－，C项错误；钢铁设施和金属M浸泡在海水中，构成了原电池，其中金属M作负极，失去电子被氧化，钢铁设施作正极被保护，该装置利用了原电池原理，D项正确。
3.[外加电流法实际应用] [全国Ⅰ高考]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（ C ）
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 一般情况下，铁连电源的正极时，铁失去电子被氧化而损耗，而本题明确告知实际应用过程中高硅铸铁为惰性辅助阳极，就是其中的铁不失去电子不被损耗，只是传递电流，C项错误。“腐蚀电流”是指断开外加直流电源后，钢管桩发生电化学腐蚀过程中形成的电流，通入保护电流，此时腐蚀电流接近于零，A项正确。若断开外加直流电源，钢管桩发生电化学腐蚀时电子流出，通电后电子则被“强制”从高硅铸铁流向直流电源正极，再由直流电源负极流向钢管桩，B项正确。通入的保护电流要根据海水中电解质的浓度、pH、温度等环境条件变化而进行调整，从而有效地保护钢管桩，D项正确。
素养10 模型建构——电化学中的离子交换膜
命题特点：阳离子膜、阴离子膜、质子交换膜、双极膜等，跨模块（物质结构、反应机理等）、跨学科（物理或数学）融合。（1）离子交换膜→电极反应需要、制备物质；（2）双极膜→电极决定哪侧交换H＋或OH－。
1.交换膜类型及特点
2.离子迁移方向的判断
1.利用电解原理制备物质可分为两个类型：
解析 ①根据离子从“浓→稀”移向“稀→浓”可知，中间室中的An＋移向左侧，Bm－移向右侧，则膜1是阳离子交换膜，膜2是阴离子交换膜。②根据离子从“原料区”移向“产品区”可知，左侧的An＋移向中间室，右侧的Ya－移向中间室，An＋和Ya－结合成产物AaYn，则膜3为阳离子交换膜，膜4为阴离子交换膜。
2.[2024济南模拟]双极膜（BPM）是一种由阴、阳离子交换膜和中间亲水层组成的离子交换复合膜，在直流电场作用下，中间界面层的水发生解离，在膜两侧分别得到H＋和OH－。利用如图装置可去除葡萄酒中部分酒石酸钾（2，3－二羟基丁二酸钾），以稳定产品。下列说法正确的是（ B ）
A.膜M为阳离子交换膜
B.装置工作时b池产物中含不对称碳原子
C.用此方法处理过的葡萄酒pH增大
D.通过各层离子交换膜的微粒数目完全相同
解析 左侧电极为阳极，右侧电极为阴极，去除葡萄酒中部分酒石酸钾，酒石酸根离子通过膜M向b池移动，K＋通过膜N向d池移动，则膜M为阴离子交换膜，膜N为阳离子交换膜；左侧双极膜中解离出的OH－向a池移动，H＋向b池移动，则b池得到酒石酸；右侧双极膜解离出的H＋向e池移动，OH－向d池移动，则d池得到KOH。膜M为阴离子交换膜，A项错误；装置工作时b池产物为HOOCCOOH，连有羟基的碳原子为手性碳原子，B项正确；酒石酸钾水解使溶液呈碱性，用此方法处理过的葡萄酒中酒石酸钾浓度降低，溶液pH减小，C项错误；通过各层离子交换膜的电量相等，但酒石酸根离子带2个单位电荷，而K＋、H＋、OH－带1个单位电荷，所以通过各层离子交换膜的微粒数不完全相同，D项错误。
3.[2023四川攀枝花模拟]在直流电场作用下双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并分别向两极迁移。如图所示装置，可将捕捉的二氧化碳转化为CaCO3而矿化封存，减少碳排放，同时得到氧气、氢气、高浓度盐酸等产品。下列说法正确的是（ D ）
A.CaCO3在碱室形成
B.两个双极膜中间层中的H2O解离出的H＋均向右移动
C.向碱室中加入NaHCO3固体，有利于CO2的矿化封存
D.b极为阳极，电极反应式为4OH－－4e－ O2↑＋2H2O
解析 由各室产物可知，Cl－、H＋移向酸室得到高浓度盐酸，CO32－移向中间室生成CaCO3，A项错误。右侧双极膜中间层的H2O解离出的H＋进入酸室形成盐酸，左侧双极膜中间层中的H2O解离出的H＋左移，在电极a上发生还原反应生成H2，两个双极膜中间层中的H2O解离出的H＋均向左移动，B项错误。碱室中二氧化碳和碱反应生成CO32－，CO32－通过阴离子交换膜进入中间室，与Ca2＋结合形成碳酸钙，向碱室中加入NaHCO3固体会消耗OH－而不利于CO2的吸收，C项错误。右侧双极膜中间层中的H2O解离出的OH－右移，电极b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－ O2↑＋2H2O，D项正确。
1.[双极膜组][2023广东]用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池（如图），可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是（ B ）
A.电解总反应：KNO3＋3H2O NH3·H2O＋2O2↑＋KOH
B.每生成1 ml NH3·H2O，双极膜处有9 ml的H2O解离
C.电解过程中，阳极室中KOH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
解析 由题目信息可知，电极a上NO3－中＋5价N转化为NH3中－3价N，N元素化合价降低，发生还原反应NO3－＋8e－＋7H2O NH3·H2O＋9OH－，则电极a为阴极，电极b为阳极，阳极上OH－失电子生成O2：4OH－－4e－ O2↑＋2H2O，所以电解总反应为KNO3＋3H2O NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，A项正确。由电极反应可知，每生成1 ml NH3·H2O，阴极得到8 ml e－，同时双极膜处有8 ml H＋进入阴极室，即有8 ml的H2O解离，B项错误。电解过程中，阳极室每消耗 4 ml OH－，同时有4 ml OH－通过双极膜进入阳极室，所以KOH的物质的量不因反应而改变，C项正确。相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，单位时间内电子转移的量增大，可提高氨生成速率，D项正确。
2.[CuSO4电镀废液的浓缩再生][2023山东改编]利用热再生氨电池可实现CuSO4电镀废液的浓缩再生。电池装置如图所示，甲、乙两室均预加相同的CuSO4电镀废液，向甲室加入足量氨水后电池开始工作。下列说法错误的是（ B ）
A.甲室Cu电极为负极
B.隔膜为阳离子膜
C.电池总反应为Cu2＋＋4NH3 [Cu（NH3）4]2＋
D.NH3扩散到乙室将对电池电动势产生影响
解析 据题意可知，向甲室加入足量氨水后电池开始工作，则甲室中Cu电极溶解成Cu2＋，与NH3反应生成了[Cu（NH3）4]2＋，发生的反应为Cu－2e－＋4NH3 [Cu（NH3）4]2＋，甲室Cu电极为负极，A正确。乙室Cu电极为正极，发生反应Cu2＋＋2e－ Cu，消耗Cu2＋，为维持电解质溶液呈电中性，SO42－透过隔膜进入甲室，则隔膜为阴离子膜，B错误。根据正、负极反应，可知电池总反应为Cu2＋＋4NH3 [Cu（NH3）4]2＋，C正确。NH3能与Cu2＋反应生成[Cu（NH3）4]2＋，因此若NH3扩散到乙室，则乙室Cu2＋浓度减小，对电池电动势有影响，D正确。
3.[三室膜][全国Ⅰ高考]三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO42－可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是（ B ）
A.通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C.负极反应为2H2O－4e－ O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D.当电路中通过1 ml电子的电荷量时，会有0.5 ml的O2生成
解析 电解池中，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移，因此，SO42－向阳极（正极区）迁移；根据离子放电顺序，溶液中水电离出的OH－在阳极（正极区）失去电子发生氧化反应生成氧气，由于两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室，因此水电离出的H＋保留在阳极（正极区），最终导致该极区H＋浓度增大，pH减小，A项错误。由于两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室，因此在阳极（正极区）H＋浓度增大，同时，中间隔室的SO42－将迁移到阳极（正极区），最终会生成H2SO4；在阴极（负极区），溶液中水电离出的H＋得到电子发生还原反应生成氢气，水电离出的OH－保留在该极区，最终导致该极区OH－浓度增大，同时，中间隔室的Na＋将迁移到阴极（负极区），最终会生成NaOH，B项正确。在阴极（负极区），电极反应式为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，C项错误。每生成1 ml O2要转移4 ml电子，因此，当电路中通过1 ml电子的电荷量时，生成的O2的物质的量应为0.25 ml，D项错误。
4.[金属的电化学腐蚀][江苏高考]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是（ C ）
A.铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－ Fe3＋
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
解析 A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－ Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还可转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。
5.[牺牲阳极法的实验探究][北京高考]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）。
下列说法不正确的是（ D ）
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。
6.[2021重庆]硫酸铜参比电极具有电位稳定的优点，可用于土壤环境中钢质管道的电位监测。测量的电化学原理如图所示。回答下列问题：
（1）负极的电极反应式为 Fe－2e－ Fe2＋ 。
（2）测量后参比电极中CuSO4溶液的浓度 不变 （填“变大”“变小”或“不变”）。
解析 （1）土壤环境中钢质管道发生电化学腐蚀，钢质管道作负极，电极反应式为Fe－2e－ Fe2＋。（2）硫酸铜参比电极具有电位稳定的优点，则测量后CuSO4溶液的浓度不变。

1.[2024福建三明一中考试]金属腐蚀造成的损失约占国民生产总值的2％～4％。下列有关说法错误的是（ B ）
A.改变金属的结构可将金属制成防腐的合金
B.喷油漆、涂油脂、电镀或表面钝化是金属防护的物理方法
C.黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿与金属的电化学防护有关
D.将钢闸门连接直流电源的负极可以起到防护作用
解析 A项，在金属中添加其他金属或非金属，改变金属的结构，可以制成优异的抗腐蚀性合金，正确；B项，喷油漆、涂油脂是金属防护的物理方法，而电镀或表面钝化是金属防护的化学保护方法，错误；C项，铜锌合金中，铜锌可构成原电池，锌作负极，铜作正极，延缓铜的腐蚀，与金属的电化学防护有关，正确；D项，将钢闸门连接直流电源的负极，这是用外加电流法把钢铁设备作为阴极而被保护，正确。
2.[2023山东枣庄考试]“外加电流法”和“牺牲阳极法”均可有效防止铁发生电化学腐蚀。下列说法错误的是（ C ）
A.铁发生电化学腐蚀的原因是在其表面形成了原电池
B.利用“外加电流法”时，铁连接电源负极
C.“牺牲阳极法”利用了电解池原理
D.两种保护法中都要采用辅助阳极
解析 “牺牲阳极法”利用了原电池原理，和铁相连接的金属活泼性比铁强，形成原电池时，铁作正极被保护，C项错误。
3.[上海高考]关于下列装置，叙述错误的是（ A ）
A.石墨电极反应O2＋4H＋＋4e－ 2H2O
B.鼓入少量空气，会加快Fe的腐蚀
C.加入少量NaCl，会加快Fe的腐蚀
D.加入HCl，石墨电极反应式：2H＋＋2e－ H2↑
解析 由装置图可知，铁作负极，石墨作正极，石墨电极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O 4OH－，A项错误；鼓入少量空气，增加氧气的量会加快Fe的腐蚀，B项正确；加入少量NaCl，电解质溶液导电能力增强，会加快Fe的腐蚀，C项正确；加入HCl，正极H＋得电子生成H2，电极反应式为2H＋＋2e－ H2↑，D项正确。
4.利用电镀原理，在铁制品上镀上一层镍，下列说法正确的是（ C ）
A.X为铁制品，发生还原反应：Ni2＋＋2e－ Ni
B.Y为电解质溶液，可以是FeSO4溶液
C.电镀前后，电解质溶液的浓度不变
D.电镀时，溶液中的金属阳离子向X极移动
解析 电镀时，X作阳极，为镍，Z作阴极，为铁制品，Y可以为NiSO4溶液。X为镍，发生氧化反应：Ni－2e－ Ni2＋，A项错误；Y为电解质溶液，不能是FeSO4溶液，可以是NiSO4溶液，B项错误；由电镀原理知，电镀前后，电解质溶液的浓度不变，C项正确；电镀时，溶液中的金属阳离子向阴极移动，Z为阴极，向Z极移动，D项错误。
5.[浙江高考]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（ D ）
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溶液从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
解析 电极A上产生氯气，说明电极A上氯离子失去电子生成氯气，该反应是氧化反应，故电极A为阳极，A正确；电极B上的电极反应为2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，为了避免氯气和生成的OH－发生反应，需要选择阳离子交换膜，B正确；阳极消耗氯离子，所以饱和氯化钠溶液从a处进，电极B为阴极，阴极区产生氢氧化钠，所以NaOH溶液从d处出，C正确；电解过程中发生迁移的离子是Na＋，不是OH－，D错误。
6.镓（Ga）的化学性质与铝相似，电解精炼法提纯镓的原理如图。已知三种金属活动性顺序为Zn＞Ga＞Fe。下列说法错误的是（ B ）
A.阳极泥的主要成分是铁和铜
B.阴极反应式为Ga3＋＋3e－ Ga
C.电子流向为粗Ga→N极、M极→高纯Ga
D.若电压过高，阴极可能会产生H2，导致电解效率下降
解析
7.[2023北京东城区模拟]用如图所示的实验装置，按下列实验设计不能完成的是（ B ）
解析 开关K置于A处，该装置为电解池，铁棒作阴极，被保护（外加电流的阴极保护法），能减缓铁的腐蚀，A项实验设计能完成；开关K置于B处，该装置为原电池，X为锌棒，锌比铁活泼，故锌为负极，铁作正极被保护（牺牲阳极的阴极保护法），B项实验设计不能完成；开关K置于A处，该装置为电解池，X为铜棒，铁棒为阴极，铜棒为阳极，铜失电子形成铜离子进入溶液，溶液中的铜离子在铁棒上得电子生成铜单质，能实现在铁棒上镀铜，C项实验设计能完成；开关K置于B处，该装置为原电池，X为铜棒，溶液含H＋、SO42－，铁比铜活泼，铁为负极，铜为正极，正极上氢离子得电子生成氢气，有气泡产生，可以比较铁和铜的金属活动性强弱，D项实验设计能完成。
8.[山东高考]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（ D ）
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 结合题图，可知a极上产生O2，发生水被氧化生成O2的反应，即a极为阳极，b极为阴极，则阳极的电极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，阴极的电极反应式为2H＋＋O2＋2e－ H2O2。结合上述分析可知，A项正确；电解一段时间后，溶液中H＋浓度未变，即阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H＋通过质子交换膜，从a极区向b极区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗O2的量是a极生成O2的量的2倍，即a极生成的O2与b极反应的O2的量不相等，D项错误。
9.[2024山东泰安质检改编] 二氧化氯（ClO2，黄绿色易溶于水的气体）是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过用惰性电极电解氯化铵溶液和盐酸的方法制备ClO2的原理如图所示。下列说法正确的是（ D ）
A.a极与电源的负极连接，在b极区流出的Y溶液是浓盐酸
B.电解池a极上发生的电极反应为NH4＋＋ 6e－＋3Cl－ NCl3＋4H＋
C.当有0.3 ml阴离子通过阴离子交换膜时，二氧化氯发生器中产生1.12 L NH3
D.二氧化氯发生器内发生的氧化还原反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶6
解析 由装置图可知，a极NH4Cl转化为NCl3，N元素化合价升高，发生氧化反应，a极为阳极，电极反应式为NH4＋－6e－＋3Cl－ NCl3＋4H＋，b极为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－ H2↑，B项错误。a极为阳极，与电源的正极连接，在b极区氢离子得电子生成氢气，氯离子通过阴离子交换膜移向a极，所以在b极区流出的Y溶液是稀盐酸，A项错误。未说明氨气是否在标准状况下，不能确定气体体积，C项错误。二氧化氯发生器内发生的氧化还原反应为6ClO2－＋NCl3＋3H＋ 6ClO2↑＋NH3↑＋3Cl－，其中氧化剂为NCl3，还原剂为ClO2－，二者物质的量之比为 1∶6，D项正确。
10.[2023清华大学附属中学测试改编]通过电化学手段将废物资源化利用、变废为宝是值得关注的研究方向。回答下列问题：
（1）利用铜基配合物催化剂电催化还原CO2制备碳基燃料（包括CO、烷烃和酸等），是减少CO2在大气中累积和实现可再生能源有效利用的关键手段之一，其装置原理如图1所示。
图1
①电解池工作过程中，Pt电极附近溶液的pH 减小 （填“增大”或“减小”）。
②电路中每转移2 ml电子，阴极室溶液质量增加 46 g。
（2）利用电解装置可以将汽车尾气中的NO转化为尿素 CO（NH2）2，其工作原理如图2所示。
图2
①阴极的电极反应式为 CO2＋2NO＋10H＋＋10e－ CO（NH2）2＋3H2O 。
②反应一段时间后，阳极区溶液的pH基本不变，结合化学用语解释原因： 阳极发生反应：H2－2e－ 2H＋，产生的H＋通过质子交换膜移向阴极，因此阳极区溶液的pH基本不变 。
解析 （1）①电解池工作过程中，Pt电极发生氧化反应，作阳极，电极反应式为2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑，生成的H＋会通过质子交换膜迁移至阴极，故Pt电极附近溶液中H＋的物质的量不变，但反应消耗了H2O，使H＋的浓度增大，故Pt电极附近溶液的pH减小。②石墨烯电极为阴极，阴极反应式是CO2＋2e－＋2H＋ HCOOH，电路中每转移2 ml电子，阴极室溶液吸收1 ml CO2，从阳极室移入2 ml H＋，所以阴极室溶液质量增加46 g。（2）①由题图2知，阴极是CO2和NO反应生成CO（NH2）2，则电极反应式为CO2＋2NO＋10H＋＋10e－ CO（NH2）2＋3H2O。②阳极是H2失电子放电，电极反应式为H2－2e－ 2H＋，每转移 2 ml电子，就有2 ml H＋通过质子交换膜移向阴极，因此反应一段时间后，阳极区溶液的pH基本不变。
11.[双极制氢][2024河北沧州联考]一种以KOH溶液为电解质溶液，利用甲醛部分电氧化反应来实现阴阳两极同时制氢的有效策略，总反应为HCHO＋OH－ HCOO－＋H2 ，单位时间内两电极产生等量氢气。下列说法错误的是（ C ）
A.电极B电势高于电极A，电极A有电子流入
B.阳极的电极反应式为2HCHO－2e－＋4OH－ 2HCOO－＋H2＋2H2O
C.标准状况下，该装置产生11.2 L H2时，电路中转移1 ml电子
D.阳极室溶液pH减小，阴极室溶液pH增大
解析 电极A表面发生还原反应2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－，则电极A是阴极，电极B是阳极，电极B电势较高，电极A有电子流入，A项正确。两电极产生H2的速率相等，结合总反应HCHO＋OH－ HCOO－ ＋H2可知，阳极的电极反应式为2HCHO－2e－＋4OH－ 2HCOO－＋ H2＋2H2O，B项正确。生成0.5 ml H2时，在两电极上各生成 0.25 ml，电路中转移 0.5 ml电子，C项错误。电路中转移2 ml电子时，阴极室生成2 ml OH－，同时有2 ml OH－通过离子交换膜迁移至阳极，水的消耗使碱性溶液的pH增大；电路中转移2 ml电子时，阳极室消耗4 ml OH－，同时有2 ml OH－通过离子交换膜进入阳极室，OH－数目减少使碱性溶液的pH减小，D项正确。课标要求
核心考点
五年考情
核心素养对接
1.认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。
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。
3.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。
4.学生必做实验：简单的电镀实验
氯碱工业、电镀及精炼铜
2023年6月浙江，T13；2023上海，T18；2023广东，T13；2020年1月浙江，T18
证据推理与模型认知：能判断装置是否可以实现电解；能解释电解过程的工作原理
金属的腐蚀与防护
2023重庆，T5；2021重庆，T17；2020上海，T18；2020江苏，T11；2019上海，T17；2019江苏，T10
命题分析预测
1.高考中关于氯碱工业、铜的精炼、电镀等传统应用的考查相对较少，常引入新情境考查离子交换膜和双极膜的应用。
2.预计2025年高考会以新型电化学装置为载体，结合环保、物质的分离与提纯以及物质的制备考查离子交换膜的应用和金属的防护在实际工业中的应用
阴极反应：[1] 2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑ ；
阳极反应：[2] 2Cl－－2e－ Cl2↑
电解反应：2NaCl＋2H2O 电解 H2↑＋Cl2↑＋2NaOH
该电解池中，离子交换膜为[3] 阳离子交换膜 ，其作用为[4] 允许阳离子（Na＋）通过，不允许OH－和气体通过，防止OH－与Cl2反应，防止H2与Cl2反应
阳极反应：[5] Cu－2e－ Cu2＋
（或Zn－2e－ Zn2＋；Fe－2e－ Fe2＋；Ni－2e－ Ni2＋）。
阴极反应：Cu2＋＋2e－ Cu
电镀铜，阳极反应：[6] Cu－2e－ Cu2＋ 。
阴极反应：[7] Cu2＋＋2e－ Cu
电镀银，阳极反应：[8] Ag－e－ Ag＋ 。
阴极反应：[9] Ag＋＋e－ Ag
制钠，阴极反应：[10] Na＋＋e－ Na 。
阳极反应：[11] 2Cl－－2e－ Cl2↑ 。
总反应：2NaCl（熔融） 电解 2Na＋Cl2↑
制镁，阴极反应：[12] Mg2＋＋2e－ Mg 。
阳极反应：[13] 2Cl－－2e－ Cl2↑ 。
总反应：MgCl2（熔融） 电解 Mg＋Cl2↑
制铝，阴极反应：[14] Al3＋＋3e－ Al 。
阳极反应：[15] 2O2－－4e－ O2↑ 。
总反应：2Al2O3（熔融） 电解 冰晶石4Al＋3O2↑
装置图
工作原理
负极反应式：[4] Zn－2e－ Zn2＋ 。
正极反应式：O2＋4e－＋2H2O 4OH－
装置图
工作原理
阳极反应式：[5] Fe－2e－ Fe2＋（废铁）、2H2O－4e－ O2↑＋4H＋（河水）、2Cl－－2e－ Cl2↑（海水） （分别写出废铁作阳极或惰性铸铁作阳极时河水和海水中的阳极反应式）。
阴极反应式：[6] 2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－
交换膜类型
阳膜
阴膜
双极膜
特定的交换膜
允许通过的离子及移动方向
阳离子移向原电池的正极（电解池的阴极）
阴离子移向原电池的负极（电解池的阳极）
中间层中的H2O解离出H＋和OH－，H＋移向原电池的正极（电解池的阴极），OH－移向原电池的负极（电解池的阳极）
只允许特定的离子或分子通过，如质子交换膜只允许H＋通过，氯离子交换膜只允许Cl－通过
通性
无论是原电池还是电解池中，阳离子均移向得电子的一极，阴离子均移向失电子的一极
离子从“生成区”移向“消耗区”
电解CO2制HCOOH的原理如图所示
右侧：通入CO2，生成HCOO－，发生还原反应，多孔锡作阴极，电极反应为[1] CO2＋H＋＋2e－ HCOO－ ，消耗H＋。
左侧：Pt片作阳极，水电离产生的OH－放电，电极反应为[2] 2H2O－4e－ O2↑＋4H＋ ，生成H＋。
离子移动方向：H＋通过质子交换膜从左侧移向右侧
离子从“浓→稀”的溶液区移出，移向“稀→浓”的溶液区
电化学制备K2Cr2O7 的原理如图所示，其中a、b均为石墨电极
左侧：“稀→浓”的溶液区，则右侧的K＋通过K＋交换膜移向左侧，a极为阴极，电极反应为[3] 2H2O＋2e－ 2OH－＋H2↑ ，产生的OH－结合移入的K＋生成KOH。
右侧：b极为阳极，电极反应为[4] 2H2O－4e－ 4H＋＋O2↑ ，促使溶液中的反应2CrO42－＋2H＋⇌Cr2O72－＋H2O正向进行，生成K2Cr2O7
离子从“原料区”移向“产物区”
电解Na[B（OH）4]溶液制备H3BO3的原理如图所示
M室为阳极室，电极反应为[5] 2H2O－4e－ O2↑＋4H＋ ，N室为阴极室，电极反应为[6] 2H2O＋2e－ H2↑＋2OH－ ，原料室中的阴离子[B（OH）4]－通过b膜进入产品室，发生的反应为[7] [B（OH）4]－＋H＋ H3BO3＋H2O ，Na＋通过c膜进入N室，M室中氢离子通过a膜进入产品室，a膜、c膜为[8] 阳 离子交换膜，b膜为[9] 阴 离子交换膜
“解离”型
电解池
构造
膜类型
①膜1： 阳离子交换膜 ；膜2： 阴离子交换膜
“组合”型
电解池
构造
膜类型
②膜3： 阳离子交换膜 ；膜4： 阴离子交换膜
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
选项
实验目的
实验设计
A
减缓铁的腐蚀
X为石墨棒，溶液含Na＋、Cl－，开关K置于A处
B
模拟铁的吸氧腐蚀
X为锌棒，溶液含Na＋、Cl－，开关K置于B处
C
在铁棒上镀铜
X为铜棒，溶液含[Cu（NH3）4]2＋、SO42－，开关K置于A处
D
比较铁和铜的金属活动性强弱
X为铜棒，溶液含H＋、SO42－，开关K置于B处