【新人教版高中化学】必修一 第30讲　电解池　金属的腐蚀与防护

02考点203考点301考点1ContentNavigation内容导航04真题体验·素养提升第30讲电解池金属的腐蚀与防护

［课标要求］

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。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。电解池的构成及工作原理考点1电解与电解池(1)电解

(2)电解池：电能转变为__________的装置。还原氧化化学能(3)电解池构成的“4个要素”①电极材料与电极反应电源正极→电解池____极→发生________反应；电源负极→电解池____极→发生________反应。②离子导体：电解质溶液(或熔融电解质或固体电解质)。③电子导体：形成闭合回路。电源电子导体电极离子导体阳氧化阴还原电解池模型构建和工作原理阴极

还原反应Cu2＋＋2e－===Cu阳极氧化反应2Cl－－2e－===Cl2↑(1)从电子、离子、电流的移动方向角度理解电解池的工作原理

①电子移动方向电源负极→电解池________；电解池的________→电源的正极。②离子移动方向阳离子：移向电解池__________；阴离子：移向电解池________。③电流移动方向电源的____极→电解池____极；电解池____极→电源负极。

电子不下水，离子不上线。阴极阳极阴极阳极正阳阴(2)离子放电顺序(3)用惰性电极电解下列电解质溶液,按要求填写表格,并总结电解规律电解质电极反应式或总反应式溶液pH变化H2SO4阳极：_________________________________________NaOH阴极：_________________________________________KNO3总反应式：______________________________________AgNO3阴极：_________________________________阳极：_________________________________总反应式：______________________________________HCl阳极：__________________________________阴极：__________________________________总反应式：______________________________________2H2O－4e－===O2↑＋4H＋减小4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－增大不变Ag＋＋e－===Ag2H2O－4e－===O2↑＋4H＋减小2Cl－－2e－===Cl2↑2H＋＋2e－===H2↑增大

通过以上分析，可得如下规律(1)电解实质为电解水的有含氧酸、可溶性强碱、活泼金属含氧酸盐。(2)电解实质为电解溶质本身的有无氧酸、不活泼金属无氧酸盐。(3)电解溶质和溶剂水生成H2和碱的有活泼金属无氧酸盐。(4)电解溶质和溶剂水生成O2和酸的有不活泼金属含氧酸盐。易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)电解池中的氧化反应和还原反应不一定同时发生。(

)提示电解池中的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，二者同时进行。(2)阳极失去的电子经过直流电源，流向阴极。(

)提示阳极失去的电子流向直流电源的正极，电子不能通过直流电源内部的离子导体，直流电源的负极失去电子流向阴极。××提示电解质溶液、熔融状态的电解质、固体电解质均是离子导体。提示阳离子移向电解池的阴极。(5)电解池中的阳极和直流电源中的负极均发生氧化反应。(

)提示电解池中的阳极和直流电源中的负极均失去电子发生氧化反应。√(3)电解池中的电解质可能是熔融状态或固体电解质。(

)(4)电解池中阳离子移向阳极。(

)×√(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。(

)提示使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“出什么加什么”(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物)的原则。如用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，若要使溶液复原，应加入CuO而不能加入Cu(OH)2。×电解池装置及工作原理1．(2024·甘肃)某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是(

)A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积B．电极2是阴极，发生还原反应：O2＋4e－===2O2－C．工作时O2－从多孔电极1迁移到多孔电极2D．理论上电源提供2mole－能分解1molH2O√2.用Pt电极电解饱和Na2CO3溶液的装置如图所示，两极均有气体生成，c电极附近产生可燃性气体，澄清石灰水无浑浊现象。下列说法正确的是(

)A．a为电源正极B．c电极附近生成了CH4C．电子的流动方向：c→溶液→dD．反应后恢复到原温度，溶液pH不变√解析用Pt电极电解饱和Na2CO3溶液，阳极是水电离出的OH－放电，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极是水电离出的H＋放电，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，c电极附近产生可燃性气体，则c电极为阴极，d电极为阳极，a为电源负极，b为电源正极。判断电解池的阴、阳极的方法电解规律及应用3．下列各组中，每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的是(

)A．HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B．NaOH、CuSO4、H2SO4C．NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D．NaBr、H2SO4、Ba(OH)2√解析电解质溶液用惰性电极电解时，只生成氧气和氢气，相当于是电解水，根据电解时离子的放电顺序，当电解强含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐的溶液时均相当于电解水。4．下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法，正确的是(

)A．电解过程中阳极的质量不断增加B．电解过程中溶液的pH不断升高C．此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况D．电解后两极产生的气体体积比为2∶1√电解的有关计算5．电解法能同时处理含多种有害物质的废水，以提高处理效率。如图双极膜电解池装置通过电解产生具有极强氧化能力的羟基自由基(·OH)，处理含苯酚废水和含甲醛废水。下列说法正确的是(

)A．M极连接电源正极，电极反应式：O2＋2H＋＋2e－===2·OHB．双极膜中H2O解离出的H＋透过膜a向N极移动C．每处理1.5g甲醛，理论上消耗双极膜中0.2molH2OD．通电一段时间后，理论上苯酚和甲醛转化生成的CO2物质的量之比为6∶1√解析M电极通入O2，发生反应生成自由基·OH，电极反应式为O2＋2e－＋2H＋===2·OH，M作阴极连接电源负极，N为阳极连接电源正极，A项错误；N为阳极，电解时阴离子向阳极移动，所以OH－透过膜a向N极移动，B项错误；1.5g甲醛为0.05mol，生成CO2转移0.2mol电子，消耗双极膜中0.2molH2O，C项正确；1mol甲醛生成1molCO2转移4mol电子，1mol苯酚生成6molCO2转移28mol电子，理论上苯酚和甲醛转化生成的CO2物质的量之比为6∶7，D项错误。电化学计算的三种方法

如以电路中通过4mole－为桥梁可构建以下关系式：

(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，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。电解原理的应用考点2电解饱和食盐水(1)电极反应阳极：___________________(反应类型为氧化反应)，阴极：_________________________________(反应类型为还原反应)。(2)总反应方程式：_________________________________________。总反应的离子方程式：_____________________________________。2Cl－－2e－===Cl2↑2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。装置离子交换膜电解槽阳极钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极碳钢网阳离子交换膜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电解精炼铜粗铜精铜Zn－2e－===Zn2＋Ni－2e－===Ni2＋Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu电镀铜铜待镀金属制品镀层金属阳离子Cu2＋Cu－2e－===Cu2＋Cu2＋＋2e－===Cu电冶金利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。2Cl－－2e－===Cl2↑Mg2＋＋2e－===Mg6O2－－12e－===3O2↑4Al3＋＋12e－===4Al(1)“三池”的判断技巧原电池、电解池、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。阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其他情况为电解池。(2)串联电路中“原电池”与“电解池”的判断若无外接电源，必有一个是原电池，根据原电池的构成条件进行判断，其余是电解池。若有外接电源，则全是电解池。易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。(

)提示镀层金属连接正极作阳极，镀件连接负极作阴极。(2)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。(

)提示电解精炼铜时溶液中c(Cu2＋)减小。××(3)电解冶炼铝通常电解熔融的Al2O3，也可以电解熔融的AlCl3。(

)提示AlCl3为共价化合物，熔融状态不电离，不能冶炼金属铝。提示阳极产生Cl2，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。(5)电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。(

)×(4)电解饱和食盐水中阳极产生的气体能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。(

)√×提示阳极可能有比铜活泼的其他金属溶解，但阴极只是铜析出，根据电子守恒原理转移电子数相同但质量不同。电解饱和食盐水[教材溯源](选择性必修1·P107)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。

离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图[高考链接](1)(2023·浙江6月选考)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(

)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√解析电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应,A项正确；电极B为阴极，通入氧气,氧气得到电子,其电极反应式为：2H2O＋4e－＋O2===4OH－，B项错误；右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的NaOH溶液，C项正确；改进设计中增大了氧气的量，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，D项正确。(2)(2023·广东)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K1，一段时间后(

)A．U形管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性C．b处出现蓝色，说明还原性：Cl－>I－D．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转√电解原理的“常规”应用1．金属镍有广泛的用途，粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性：Fe2＋<Ni2＋<Cu2＋)(

)A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===NiB．电解过程中，阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等C．电解后，溶液中存在的阳离子只有Fe2＋和Zn2＋D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt√解析电解时，阳极上Zn、Fe、Ni失去电子，发生氧化反应，A项错误；因氧化性Ni2＋>Fe2＋>Zn2＋，故阴极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni，可见，阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解和Cu、Pt等形成阳极泥，而阴极质量增加是因为Ni析出，B项错误；电解后溶液中的阳离子除Fe2＋和Zn2＋外，还有Ni2＋和H＋，C项错误；铜和铂不失电子，沉降在电解池底部形成阳极泥，电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt，D项正确。√√解析该装置为电解池，利用光能提供能量转化为电能，在电解池中将电能转化为化学能，A项正确；该电解池中，阴极上氧气得电子生成过氧化氢，电极反应式为O2＋2H＋＋2e－===H2O2，B项正确；光阳极上水失电子生成过氧化氢和氢离子，电极反应式为2H2O－2e－===H2O2＋2H＋，总反应为2H2O＋O2===2H2O2，则每消耗1molH2O，体系中生成1molH2O2，C项错误；由Mn(Ⅳ)和过氧化氢转化为Mn(Ⅱ)的过程中，锰元素化合价降低，H2O2作还原剂，表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，H2O2中O元素化合价降低，作氧化剂，表现氧化性，D项正确。电解原理在“物质制备”中的应用4．(2026·天津一模)科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理示意图如图所示。下列说法错误的是(

)A．Na2SO4和LiCF3SO3的主要作用均为增强溶液导电性B．金催化电极接直流电源的负极C．理论上合成1molNH3，左室Na2SO4溶液质量减少24gD．理论上反应消耗的N2与惰性电极生成的气体的物质的量之比为2∶3√解析根据如图所示，金催化电极上发生还原反应N2＋6e－＋6CH3OH===2NH3＋6CH3O－，为电解池的阴极，惰性电极为阳极，发生反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。Na2SO4和LiCF3SO3为电解质溶液，没有发生反应，主要作用均为增强溶液导电性,A项正确；根据如图所示，金催化电极为电解池的阴极，与电源的负极相连，B项正确；金催化电极上，N2＋6e－＋6CH3OH===2NH3＋6CH3O－，合成1molNH3转移电子3mol，惰性电极为阳极,发生反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成氧气0.75mol，左室氧气0.75mol从溶液中逸出同时3molH＋从左室通过质子交换膜移向右室,左室溶液减少0.75mol×32g/mol＋3mol×1g/mol＝27g,C项错误；根据得失电子守恒,当电路中转移12mol电子时,消耗2molN2,生成3molO2,消耗的N2与惰性电极生成的气体的物质的量之比为2∶3,D项正确。√金属的腐蚀与防护考点3(3)对比类型化学腐蚀电化学腐蚀条件金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)_____反应不纯金属或合金跟__________________________接触现象____电流产生________电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者________发生，____________更普遍直接电解质溶液无有微弱往往同时电化学腐蚀(以钢铁腐蚀为例)类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜酸性______水膜酸性_______________电极反应负极__________________________正极_____________________________________________总反应式____________________________________________________联系_______________更普遍较强很弱或呈中性Fe－2e－===Fe2＋2H＋＋2e－===H2↑O2＋2H2O＋4e－===4OH－Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2吸氧腐蚀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。金属的防护(1)分类(2)电化学保护法①牺牲阳极法示例：②外加电流法示例：易错辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀。(

)提示可能发生化学腐蚀。(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。(

)提示当水膜酸性较强时发生析氢腐蚀。××(3)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(

)提示前者是化学腐蚀，后者是电化学腐蚀。(4)铜在酸性环境下，不易发生析氢腐蚀。(

)提示铜活泼性较弱，即使酸性强也不易发生析氢腐蚀。(5)在船体嵌入锌块，减缓船体腐蚀，属于牺牲阳极法。(

)提示实为原电池牺牲负极，保护了正极。×√√金属腐蚀的原理及分析1．铜板上铁铆钉若较长时间浸没在海水中会生锈，其腐蚀原理如图所示。下列有关该过程的说法错误的是(

)A．正极上的主要电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－B．该过程中铜被腐蚀C．该过程中会有微弱的电流从Cu流向FeD．该过程还涉及反应4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3√解析正极上O2得到电子生成OH－，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；由于活泼性：Fe>Cu，因此该过程中Fe被腐蚀，B项错误；Fe为负极失去电子，Cu为正极得到电子，电子从Fe流向Cu，电流从Cu流向Fe，C项正确；该过程中生成的Fe2＋被OH－沉淀生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被空气中O2氧化生成Fe(OH)3，D项正确。2.下列说法正确的是(

)A．电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变B．工业可以电解熔融的MgO和AlCl3制备镁、铝C．Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物D．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，图中生成铁锈最多的是B区域√解析电解精炼铜时，粗铜中的锌、铁、铜在阳极失去电子发生氧化反应生成金属阳离子，铜离子在阴极得到电子发生还原反应生成铜，所以电解质溶液中的铜离子浓度减小，A项错误；氧化镁的熔点高于氯化镁,熔融时消耗能量大于氯化镁,而氯化铝是共价化合物，熔融状态下不导电，所以工业可以电解熔融的氯化镁和氧化铝制备镁、铝，B项错误；铜在潮湿的空气中会被空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气腐蚀生成碱式碳酸铜,C项错误；铁在海水中发生吸氧腐蚀,海水越深氧气含量越少,海水中氧气浓度越大,生成铁锈越多，由图可知,A区域铁闸门未与海水接触,B、C、D区域中B区域的海水中氧气浓度最大，所以生成铁锈最多的是B区域，D项正确。分析金属发生腐蚀的环境，确定金属发生腐蚀的类型及变化√解析实验②中加入K3[Fe(CN)6]溶液，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，Fe2＋再与K3[Fe(CN)6]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做对比实验，不能用①的方法，C项正确；K3[Fe(CN)6]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]生成蓝色沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。4．用图示的方法可以保护钢闸门，下列说法不正确的是(

)A．当a、b间用导线连接时，则X应发生氧化反应B．当a、b间用导线连接时，则X可以是锌C．当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的负极D．当a、b与外接电源相连时，其方法为牺牲阳极法√解析当a、b间用导线连接时形成了原电池，铁需要被保护，则铁作正极，X作负极，发生氧化反应，A项正确；当a、b间用导线连接时形成了原电池，铁需要被保护，则铁作正极，X作负极，X需要的是一种活泼性比铁强的金属，可以是锌，B项正确；当a、b与外接电源相连时，铁需要被保护，则铁作阴极，a应连接电源的负极，C项正确；当a、b与外接电源相连时，利用电解原理保护钢闸门，其方法是外加电流法，D项错误。结合金属发生腐蚀的原理，选择合适的电化学防腐方法真题体验·素养提升√2．(2025·湖北)某电化学制冷系统的装置如图所示。[Fe(H2O)6]3＋和[Fe(H2O)6]2＋在电极上发生相互转化，伴随着热量的吸收或释放，经由泵推动电解质溶液的循环流动(①→②→③→④→①)实现制冷。装置只通过热交换区域Ⅰ和Ⅱ与环境进行传热，其他区域绝热。下列描述错误的是(

)A．阴极反应为[Fe(H2O)6]3＋＋e－===[Fe(H2O)6]2＋B．已知②处的电解液温度比①处的低，可推断[Fe(H2O)6]2＋比[Fe(H2O)6]3＋稳定C．多孔隔膜可以阻止阴极区和阳极区间的热交换D．已知电子转移过程非常快，物质结构来不及改变。热效应主要来自于电子转移后[Fe(H2O)6]2＋和[Fe(H2O)6]3＋离子结构的改变√解析由图可知，左侧电极发生反应[Fe(H2O)6]2＋－e－===[Fe(H2O)6]3＋，则左侧电极为阳极，右侧电极反应为[Fe(H2O)6]3＋＋e－===[Fe(H2O)6]2＋,则右侧电极为阴极，A项正确；已知②处的电解液温度比①处的低，则可推断[Fe(H2O)6]3＋＋e－===[Fe(H2O)6]2＋是吸热反应，即[Fe(H2O)6]3＋转化为[Fe(H2O)6]2＋吸热，物质所具有的能量越低越稳定，故[Fe(H2O)6]3＋比[Fe(H2O)6]2＋稳定，B项错误；多孔隔膜可以阻止两电极区的溶液对流，可阻止热交换，C项正确；题干明确指出电子转移过程非常快，物质结构来不及改变，这意味着电子转移(即氧化还原反应)本身不会直接导致结构变化，热效应实际上来源于电子转移完成后，新生成的离子：[Fe(H2O)6]2＋和[Fe(H2O)6]3＋因配位环境或电荷分布变化引起的结构重组导致热量变化，D项正确。3．(2025·北京)用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按ⅰ→ⅳ顺序依次完成实验。实验电极Ⅰ电极Ⅱ电压/Ⅴ关系ⅰ石墨1石墨2aa>d>c>b>0ⅱ石墨1新石墨bⅲ新石墨石墨2cⅳ石墨1石墨2d下列分析不正确的是(

)A．a>0，说明实验ⅰ中形成原电池，反应为2H2＋O2===2H2OB．b<d，是因为ⅱ中电极Ⅱ上缺少H2作为还原剂C．c>0，说明ⅲ中电极Ⅰ上有O2发生反应D．d>c，是因为电极Ⅰ上吸附H2的量：ⅳ>ⅲ√解析按照图1电解Na2SO4溶液，石墨1为阳极，发生反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，石墨1中会吸附少量氧气；石墨2为阴极,发生反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，石墨2中会吸附少量氢气。由分析可知，石墨