2027年高考化学一轮复习 第03讲 电解池、金属的腐蚀与防护

2027年高考化学一轮复习·第03讲电解池、金属的腐蚀与防护复习讲义（黑吉辽蒙新高考专用）1.一、考情分析与备考导航1.1（一）新课标要求解读本讲内容属于《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中"化学反应与电能"主题，核心要求包括：1.1.11.认识电解池的工作原理，能书写电极反应式和总反应方程式；1.1.22.了解电解原理在氯碱工业、电镀、电解精炼、电冶金等方面的应用；1.1.33.认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因；1.1.44.掌握金属防护的常用方法，能解释牺牲阳极法和外加电流法的原理。1.2（二）近三年命题统计与趋势电解池与金属腐蚀是高考电化学板块的必考内容，在黑吉辽蒙使用的新高考卷中，近三年命题呈现以下特点：年份题型考查内容分值难度2024选择题+填空电解原理应用、金属腐蚀防护6+4中等2023选择题电解池电极判断、电解计算6中等偏难2022选择题+填空多池串联、氯碱工业6+4较难命题趋势：（1）注重与生产生活实际结合，氯碱工业、电镀、电解精炼铜等仍是高频考点；（2）多池串联装置分析题区分度高，是拉分题型；（3）电解计算常结合电子守恒进行考查；（4）金属腐蚀与防护多以选择题形式出现，侧重原理辨析。1.3（三）备考重点与难点重点：①电解池工作原理及电极反应式书写；②电解规律与放电顺序；③电解原理的工业应用；④金属电化学腐蚀原理与防护方法。难点：①活性电极参与的电解分析；②多池串联装置的电极判断与计算；③电解后溶液pH变化及恢复原浓度的方法；④金属腐蚀速率的比较。2.二、核心知识梳理2.1（一）电解池工作原理2.1.11.电解与电解池电解是使电流通过电解质溶液（或熔融电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。电解池是将电能转化为化学能的装置。电解是最强有力的氧化还原手段，可以使许多不能自发进行的氧化还原反应得以发生。2.1.22.电解池的构成条件（1）直流电源；（2）两个电极（阳极与电源正极相连，阴极与电源负极相连）；（3）电解质溶液或熔融电解质；（4）形成闭合回路。2.1.33.电极名称与判断电极连接方式反应类型电子流向离子移动阳极接电源正极氧化反应（失电子）电子流出阴离子移向阴极接电源负极还原反应（得电子）电子流入阳离子移向2.1.44.电子流向与离子移动方向电子流向：电源负极→导线→阴极→（电解质溶液中离子定向移动）→阳极→导线→电源正极。注意：电子不能通过电解质溶液，溶液中是阴、阳离子的定向移动传导电流。离子移动方向：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。2.1.55.电极反应式书写步骤（1）确定电极：阳极接正极，发生氧化反应；阴极接负极，发生还原反应。（2）分析放电微粒：根据放电顺序确定阳极和阴极分别是什么微粒放电。（3）书写电极反应式：注意原子守恒、电荷守恒，弱电解质写分子式。（4）书写总反应方程式：将两极反应式相加，注意电子守恒。若电极反应式中出现H⁺或OH⁻，总反应式中应写为H₂O。2.2（二）电解规律与放电顺序2.2.11.阳极放电顺序阳极分为活性电极和惰性电极两种情况：（1）活性电极（除Pt、Au外的金属电极，如Cu、Ag、Zn、Fe等）：电极材料本身失电子被氧化，即M−ne⁻=Mⁿ⁺。此时溶液中的阴离子不放电。（2）惰性电极（Pt、Au、石墨等）：溶液中的阴离子按还原性强弱顺序放电：S²⁻>I⁻>Br⁻>Cl⁻>OH⁻>含氧酸根（如SO₄²⁻、NO₃⁻）>F⁻一般情况下，含氧酸根和F⁻在水溶液中不放电，而是OH⁻放电生成O₂。2.2.22.阴极放电顺序阴极上，溶液中的阳离子按氧化性强弱顺序得电子：Ag⁺>Hg²⁺>Fe³⁺>Cu²⁺>H⁺（酸）>Pb²⁺>Sn²⁺>Fe²⁺>Zn²⁺>H⁺（水）>Al³⁺>Mg²⁺>Na⁺>Ca²⁺>K⁺注意：①阴极材料不参与反应，只起导电作用；②Fe³⁺放电生成Fe²⁺，不是Fe；③在水溶液中，K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Al³⁺等活泼金属阳离子不放电，而是H₂O电离出的H⁺放电生成H₂。2.2.33.电解类型分类表1电解质溶液电解类型对照表（惰性电极）类型电解质特点阳极反应阴极反应总反应溶液变化恢复方法电解水型含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑4H⁺+4e⁻=2H₂↑2H₂O=2H₂↑+O₂↑浓度增大加水电解电解质型无氧酸（除HF）、不活泼金属无氧酸盐阴离子放电阳离子放电电解质分解浓度减小加电解质放氢生碱型活泼金属无氧酸盐阴离子放电2H⁺+2e⁻=H₂↑生成碱和非金属单质pH增大加无氧酸放氧生酸型不活泼金属含氧酸盐4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑阳离子放电生成酸和金属pH减小加金属氧化物2.2.44.常见电解质溶液电解产物举例（1）电解CuCl₂溶液：阳极生成Cl₂，阴极生成Cu，总反应CuCl₂=Cu+Cl₂↑。（2）电解NaCl溶液：阳极生成Cl₂，阴极生成H₂和NaOH，总反应2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑。（3）电解CuSO₄溶液：阳极生成O₂，阴极生成Cu，总反应2CuSO₄+2H₂O=2Cu+O₂↑+2H₂SO₄。（4）电解AgNO₃溶液：阳极生成O₂，阴极生成Ag，总反应4AgNO₃+2H₂O=4Ag+O₂↑+4HNO₃。2.3（三）电解原理的应用2.3.11.氯碱工业——电解饱和食盐水工业上用电解饱和NaCl溶液的方法制取NaOH、Cl₂和H₂，称为氯碱工业。装置：使用阳离子交换膜（只允许Na⁺通过，阻止Cl⁻、OH⁻和气体通过），将电解槽分为阳极室和阴极室。电极反应：阳极（石墨/钛网）：2Cl⁻−2e⁻=Cl₂↑阴极（碳钢网）：2H₂O+2e⁻=H₂↑+2OH⁻总反应：2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑阳离子交换膜的作用：①防止Cl₂和H₂混合爆炸；②防止Cl₂与NaOH反应，提高产品纯度；③只允许Na⁺通过，维持电荷平衡。2.3.22.电镀电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀池构成：①镀层金属作阳极；②待镀金属制品作阴极；③含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液。特点：①阳极本身溶解（活性电极）；②阴极上镀层金属离子析出；③电镀液中镀层金属离子浓度基本不变。举例：在铁制品上镀锌——阳极Zn，阴极Fe制品，电镀液ZnCl₂溶液。阳极：Zn−2e⁻=Zn²⁺；阴极：Zn²⁺+2e⁻=Zn。2.3.33.电解精炼铜装置：①粗铜作阳极；②纯铜作阴极；③CuSO₄溶液（含少量H₂SO₄）作电解质溶液。电极反应：阳极：Cu−2e⁻=Cu²⁺（主要），比铜活泼的杂质（Zn、Fe、Ni等）也同时失电子溶解。阴极：Cu²⁺+2e⁻=Cu阳极泥：比铜不活泼的杂质（Ag、Au、Pt等）不能失电子，以单质形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，可从中提取贵重金属。溶液变化：电解过程中，CuSO₄溶液浓度略有减小（因为阳极溶解的Cu²⁺与阴极析出的Cu不完全相等，有部分活泼金属离子进入溶液）。2.3.44.电冶金利用电解熔融电解质的方法冶炼活泼金属（如Na、Mg、Al等），因为这些金属的阳离子氧化性很弱，不能用一般还原剂还原。金属冶炼原料电极反应总反应注意事项Na熔融NaCl阳极：2Cl⁻−2e⁻=Cl₂↑<br/>阴极：Na⁺+e⁻=Na2NaCl=2Na+Cl₂↑不能电解NaCl溶液Mg熔融MgCl₂阳极：2Cl⁻−2e⁻=Cl₂↑<br/>阴极：Mg²⁺+2e⁻=MgMgCl₂=Mg+Cl₂↑不用MgO（熔点太高）Al熔融Al₂O₃（加冰晶石）阳极：2O²⁻−4e⁻=O₂↑<br/>阴极：Al³⁺+3e⁻=Al2Al₂O₃=4Al+3O₂↑冰晶石降低熔点；阳极碳块需定期更换2.4（四）金属的腐蚀与防护2.4.11.金属腐蚀的本质与分类金属腐蚀是指金属与周围接触的气体或液体发生氧化还原反应而损耗的过程。本质是金属原子失电子被氧化：M−ne⁻=Mⁿ⁺。类型条件原理现象实例化学腐蚀金属与干燥气体或非电解质液体直接接触金属与氧化剂直接发生氧化还原反应，无电流产生金属被氧化铁与氯气反应、钢管被原油中含硫化合物腐蚀电化学腐蚀不纯金属与电解质溶液接触形成原电池，较活泼金属失电子被氧化，有电流产生活泼金属被腐蚀钢铁在潮湿空气中生锈电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍、危害更大。2.4.22.钢铁的电化学腐蚀钢铁在潮湿空气中表面形成一层水膜，水膜中溶解了O₂、CO₂等，形成电解质溶液，与钢铁中的Fe和C构成无数微小原电池。表2钢铁吸氧腐蚀与析氢腐蚀对比项目吸氧腐蚀析氢腐蚀发生条件水膜呈弱酸性、中性或碱性（溶有O₂）水膜呈较强酸性（溶有CO₂、SO₂等）正极反应O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻2H⁺+2e⁻=H₂↑负极反应Fe−2e⁻=Fe²⁺Fe−2e⁻=Fe²⁺总反应2Fe+O₂+2H₂O=2Fe(OH)₂Fe+2H⁺=Fe²⁺+H₂↑后续反应4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃<br/>2Fe(OH)₃=Fe₂O₃·xH₂O（铁锈）+(3−x)H₂O—普遍性更普遍（主要腐蚀形式）较少（酸雨地区或酸洗过程中）2.4.33.金属腐蚀速率比较规律（1）同一金属在不同电解质中：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。（2）同一电解质溶液中：浓度越大，腐蚀速率越快（但钝化情况除外）。（3）不同金属在同一电解质中：金属活动性越强，腐蚀速率越快（但钝化情况除外）。（4）对同一金属：电解池阳极腐蚀>原电池负极腐蚀>化学腐蚀>原电池正极保护>电解池阴极保护。（5）纯度越高的金属，腐蚀速率越慢（不易形成微电池）。2.4.44.金属防护方法（1）改变金属的内部组织结构将金属制成合金，改变其内部结构，增强抗腐蚀能力。例如，将铬、镍等加入钢中制成不锈钢。（2）覆盖保护层在金属表面覆盖致密的保护层，将金属与周围介质隔离。常见方法：①涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等；②电镀耐腐蚀的金属（如镀锌铁皮——白铁皮、镀锡铁皮——马口铁）；③用化学方法使金属表面生成一层致密稳定的氧化膜（如铝的阳极氧化、钢铁的发蓝处理）。注意：当镀层破损时，镀锌铁（白铁）中Zn比Fe活泼，Zn作负极被腐蚀，Fe仍受保护；而镀锡铁（马口铁）中Fe比Sn活泼，Fe作负极被腐蚀，反而加速铁的腐蚀。（3）电化学保护法①牺牲阳极法（牺牲负极保护法）：原理：在被保护的金属设备上连接一种更活泼的金属（如Zn、Mg），形成原电池。更活泼的金属作负极（阳极）被腐蚀，被保护的金属作正极（阴极）受到保护。应用：轮船外壳镶嵌锌块、地下钢铁管道连接镁块、锅炉内壁镶嵌锌块等。②外加电流法（外加电流阴极保护法）：原理：将被保护的金属设备与直流电源的负极相连，作阴极；另用惰性电极（如废钢、石墨）作辅助阳极，接电源正极。通电后，电子流向被保护金属，使其受到保护。应用：保护土壤、海水及水中的金属设备，如地下管道、水闸、码头钢桩等。保护方法被保护金属的角色原理适用场景牺牲阳极法原电池正极连接更活泼金属作负极被氧化小型设备、短期保护、无电源场合外加电流法电解池阴极接电源负极，强制电子流入大型设备、长期保护、有电源场合3.三、重难点深度突破3.1（一）电解池与原电池的对比辨析比较项目原电池电解池能量转化化学能→电能电能→化学能反应特征自发进行的氧化还原反应一般为非自发的氧化还原反应电极名称正极、负极阳极、阴极电极判断负极：较活泼金属（氧化反应）<br/>正极：较不活泼金属/导体（还原反应）阳极：接电源正极（氧化反应）<br/>阴极：接电源负极（还原反应）电子流向负极→导线→正极电源负极→阴极；阳极→电源正极离子移动阳离子→正极，阴离子→负极阳离子→阴极，阴离子→阳极典型应用化学电源、金属腐蚀氯碱工业、电镀、电解精炼、电冶金3.2（二）多池串联装置的分析方法多池串联是高考高频难点题型，分析步骤如下：第一步：判断装置类型。有外接电源的全部是电解池；无外接电源时，能自发发生氧化还原反应的是原电池，其余为电解池。第二步：确定电极。原电池中先判断正负极，再根据连接关系确定各电解池的阴阳极（与原电池负极相连的是阴极，与正极相连的是阳极）。第三步：分析电极反应。根据放电顺序和电极材料，逐一写出各电极反应式。第四步：进行相关计算。利用电子守恒，串联电路中各电极转移电子数相等。关键技巧：①多个电解池串联时，电子依次通过各电极，各电极转移电子的物质的量相等；②若有原电池作为电源，先根据原电池反应确定转移电子量，再推算各电解池产物量。3.3（三）电解计算的常用方法3.3.11.电子守恒法电解过程中，阴极得到的电子总数等于阳极失去的电子总数，也等于电路中通过的电子总数。据此可建立不同电极产物之间的关系式。例如：电解串联装置中，各电极产物满足：O₂～2Cu～4Ag～2H₂～2Cl₂～4e⁻。3.3.22.总反应方程式法根据电解总反应方程式列比例式计算。适用于单一电解池且总反应明确的情况。例如：电解CuSO₄溶液，总反应2CuSO₄+2H₂O=2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，根据生成Cu的量可计算生成O₂和H₂SO₄的量。3.3.33.电荷守恒法电解前后溶液呈电中性，可利用电荷守恒计算溶液中离子浓度变化或pH变化。3.4（四）活性电极参与反应的电解分析当阳极为活性电极（除Pt、Au外的金属）时，阳极本身失电子溶解，溶液中的阴离子不放电。这是与惰性电极电解的根本区别。分析要点：（1）阳极反应：M−ne⁻=Mⁿ⁺（电极材料溶解）；（2）阴极反应：仍按阳离子放电顺序判断；（3）溶液变化：阳极溶解产生的金属离子进入溶液，可能改变溶液组成；（4）典型实例：电镀、电解精炼铜均为活性阳极。注意：若阳极为Cu、Ag等，且溶液中含有Cl⁻等，阳极仍为金属本身溶解，而非Cl⁻放电。3.5（五）电解后溶液pH变化与恢复原浓度的方法3.5.11.pH变化规律（1）电解水型：酸性溶液pH减小，碱性溶液pH增大，中性溶液pH不变。（2）电解电解质型：视具体电解质而定，如电解CuCl₂溶液，CuCl₂浓度减小，酸性减弱，pH增大。（3）放氢生碱型：生成碱，pH增大。如电解NaCl溶液生成NaOH。（4）放氧生酸型：生成酸，pH减小。如电解CuSO₄溶液生成H₂SO₄。3.5.22.恢复原浓度的方法原则："出什么加什么"——从溶液中析出什么物质，就加入对应元素组成的化合物，使溶液恢复原状。电解质溶液析出物质恢复试剂说明CuSO₄溶液Cu和O₂CuO或CuCO₃不能加Cu(OH)₂（会多引入水）AgNO₃溶液Ag和O₂Ag₂O—NaCl溶液H₂和Cl₂HCl（通入氯化氢气体）不能加盐酸（会多引入水）CuCl₂溶液Cu和Cl₂CuCl₂—Na₂SO₄溶液H₂和O₂H₂O电解水型注意：加入的试剂必须恰好与析出物质的元素组成对应，不能多引入水或其他物质。例如，电解CuSO₄溶液后，若加入Cu(OH)₂，相当于CuO·H₂O，会使溶液浓度偏低。3.6（六）金属腐蚀快慢的比较金属腐蚀速率的比较是高考常考题型，核心规律如下：（1）电解池阳极>原电池负极>化学腐蚀>原电池正极>电解池阴极。（2）对同一种金属，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快（钝化除外）。（3）对同一种金属，在强电解质溶液中腐蚀快于弱电解质溶液，快于非电解质溶液。（4）两种金属活动性相差越大，形成原电池时较活泼金属腐蚀越快。（5）纯度越高的金属，越难形成微电池，腐蚀越慢。（6）有氧气存在时，吸氧腐蚀速率加快。4.四、典型例题精讲题型一：电解池工作原理判断【例1】用惰性电极电解下列各组物质的水溶液，能同时得到两种气体的是（）A.CuCl₂溶液B.CuSO₄溶液C.NaCl溶液D.NaOH溶液【思路点拨】根据电解类型和放电顺序分析各选项的电极产物。A项电解CuCl₂，阳极得Cl₂，阴极得Cu，只有一种气体；B项电解CuSO₄，阳极得O₂，阴极得Cu，只有一种气体；C项电解NaCl，阳极得Cl₂，阴极得H₂，两种气体；D项电解NaOH（电解水型），阳极得O₂，阴极得H₂，两种气体。【答案】CD【方法归纳】判断电解产物时，先看阳极是否为惰性电极，再按放电顺序分析阴阳极产物。电解水型（含氧酸、强碱、活泼金属含氧酸盐）两极均产生气体。【例2】下列关于电解池的叙述中，正确的是（）A.电解池中的阳离子向阳极移动B.电解池的阳极发生还原反应C.电子从电源的负极沿导线流向电解池的阴极D.与电源正极相连的是电解池的阴极【思路点拨】A项错误，阳离子向阴极移动；B项错误，阳极发生氧化反应；C项正确，电子从电源负极流出，经导线到达阴极；D项错误，与电源正极相连的是阳极。【答案】C【方法归纳】电解池电极判断口诀："阳氧阴还"——阳极氧化反应，阴极还原反应；电子从负极到阴极，从阳极回正极；离子"阳阴阴阳"——阳离子向阴极，阴离子向阳极。题型二：电极反应式书写与产物判断【例3】以石墨为电极，电解KI溶液（含有少量酚酞和淀粉）。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【思路点拨】电解KI溶液，阳极I⁻放电：2I⁻−2e⁻=I₂（淀粉遇I₂变蓝）；阴极H₂O放电：2H₂O+2e⁻=H₂↑+2OH⁻（酚酞遇碱变红）。总反应：2KI+2H₂O=2KOH+H₂↑+I₂。生成KOH，溶液pH变大，故D错误。【答案】D【方法归纳】放氢生碱型电解（活泼金属无氧酸盐），阴极生成H₂和OH⁻，溶液碱性增强，pH增大。若溶液中含指示剂，可通过颜色变化判断电极产物。【例4】用惰性电极电解一定浓度的CuSO₄溶液，通电一段时间后，向所得溶液中加入0.1molCu(OH)₂后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子数为（）A.0.1molB.0.2molC.0.3molD.0.4mol【思路点拨】加入Cu(OH)₂可恢复原状，说明电解过程中不仅电解了CuSO₄，还电解了水。Cu(OH)₂可改写为CuO·H₂O，即相当于加入了0.1molCuO和0.1molH₂O。第一阶段电解CuSO₄：2CuSO₄+2H₂O=2Cu+O₂↑+2H₂SO₄，析出0.1molCu和0.05molO₂，转移电子0.2mol。第二阶段电解水：2H₂O=2H₂↑+O₂↑，电解0.1molH₂O，转移电子0.2mol。共转移电子0.4mol。【答案】D【方法归纳】电解后恢复原浓度时，若加入的是Cu(OH)₂或Cu₂(OH)₂CO₃等含结晶水的化合物，说明电解分为两个阶段：先电解电解质，后电解水。需分别计算两阶段转移的电子数。题型三：电解计算【例5】用惰性电极电解M(NO₃)ₓ的水溶液，当阴极上增重ag时，在阳极上同时产生bL氧气（标准状况），从而可知M的相对原子质量为（）【思路点拨】阴极反应：Mˣ⁺+xe⁻=M，生成agM，转移电子物质的量为(a/M)·xmol。阳极反应：4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑，生成bLO₂（标况），物质的量为b/22.4mol，转移电子为4×(b/22.4)=b/5.6mol。根据电子守恒：(a/M)·x=b/5.6，解得M=5.6ax/b。【答案】5.6ax/b【方法归纳】电解计算的核心是电子守恒。阴极得到的电子数=阳极失去的电子数=电路中通过的电子数。建立两极产物与电子的关系式即可求解。【例6】将两个铂电极插入500mLCuSO₄溶液中进行电解，通电一定时间后，某一电极增重0.064g（设电解时该电极无氢气析出，且不考虑水解和溶液体积变化）。此时溶液中氢离子浓度约为（）A.4×10⁻³mol/LB.2×10⁻³mol/LC.1×10⁻³mol/LD.1×10⁻⁷mol/L【思路点拨】阴极析出Cu：Cu²⁺+2e⁻=Cu，n(Cu)=0.064/64=0.001mol，转移电子0.002mol。阳极反应：4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑，消耗OH⁻0.002mol，即生成H⁺0.002mol。c(H⁺)=0.002mol/0.5L=4×10⁻³mol/L。【答案】A【方法归纳】放氧生酸型电解中，每转移4mol电子，阳极消耗4molOH⁻，即生成4molH⁺。可直接建立关系式：O₂～4H⁺～4e⁻～2Cu。题型四：电解原理应用【例7】下列关于铜电极的叙述中，正确的是（）A.铜锌原电池中铜是负极B.用电解法精炼粗铜时粗铜作阴极C.在镀件上电镀铜时可用金属铜作阳极D.电解稀硫酸制H₂、O₂时铜作阳极【思路点拨】A项错误，铜锌原电池中Zn比Cu活泼，Zn作负极，Cu作正极；B项错误，电解精炼铜时粗铜作阳极，纯铜作阴极；C项正确，电镀铜时铜作阳极（活性电极溶解），镀件作阴极；D项错误，电解稀硫酸时若铜作阳极，Cu为活性电极，阳极本身溶解而非OH⁻放电，无法得到O₂。【答案】C【方法归纳】电解池中，若阳极为活性电极（除Pt、Au外），则阳极本身失电子溶解，溶液中阴离子不放电。电镀和电解精炼均利用活性阳极的这一特性。【例8】氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下（阳离子交换膜只允许阳离子通过）。下列说法正确的是（）A.溶液A的溶质是NaClB.从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性C.标准状况下每生成22.4LCl₂，同时产生2molNaOHD.电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性【思路点拨】A项错误，阳极室Cl⁻放电生成Cl₂，Na⁺通过阳离子交换膜进入阴极室，溶液A应为稀NaCl溶液（或含少量NaOH）；B项正确，阴极室加入含少量NaOH的水可增强导电性；C项正确，总反应2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，生成1molCl₂同时生成2molNaOH；D项错误，电解后生成NaOH，溶液呈碱性。【答案】BC【方法归纳】氯碱工业的核心是阳离子交换膜的作用：只允许Na⁺通过，阻止Cl⁻、OH⁻和气体通过。阳极室得到Cl₂和稀盐水，阴极室得到H₂和NaOH溶液。题型五：金属腐蚀与防护【例9】下列有关金属腐蚀与防护的说法中，不正确的是（）A.钢铁在潮湿的空气中主要发生吸氧腐蚀B.钢铁发生析氢腐蚀时，正极反应为2H⁺+2e⁻=H₂↑C.在轮船外壳上镶嵌锌块可防止船体腐蚀，属于牺牲阳极法D.镀锡铁（马口铁）比镀锌铁（白铁）更耐腐蚀【思路点拨】A项正确，潮湿空气水膜呈弱酸性或中性，主要发生吸氧腐蚀；B项正确，析氢腐蚀正极H⁺得电子生成H₂；C项正确，Zn比Fe活泼，Zn作负极被腐蚀，Fe作正极受保护，属于牺牲阳极法；D项错误，镀锡铁破损后Fe比Sn活泼，Fe作负极加速腐蚀；镀锌铁破损后Zn比Fe活泼，Zn作负极被腐蚀，Fe仍受保护。因此镀锌铁比镀锡铁更耐腐蚀。【答案】D【方法归纳】判断镀层破损后金属是否受保护，关键看镀层金属与被保护金属的活动性：若镀层金属更活泼，则破损后镀层金属被腐蚀，基体仍受保护；若基体金属更活泼，则破损后基体加速腐蚀。【例10】下列金属防护的方法中，属于电化学保护法的是（）A.在铁制品表面涂上油漆B.在铁制品表面镀上一层耐腐蚀的铬C.将铁制品制成不锈钢D.在地下钢铁管道上连接镁块【思路点拨】A项属于覆盖保护层（涂漆）；B项属于覆盖保护层（电镀）；C项属于改变金属内部结构（制成合金）；D项中Mg比Fe活泼，形成原电池时Mg作负极被腐蚀，Fe作正极受保护，属于牺牲阳极法，是电化学保护法。【答案】D【方法归纳】金属防护方法分为三类：①改变内部结构（合金）；②覆盖保护层（涂漆、电镀、氧化膜）；③电化学保护法（牺牲阳极法、外加电流法）。电化学保护法的本质是利用原电池或电解池原理，使被保护金属作正极或阴极。题型六：多池串联综合题【例11】如图所示，甲、乙两池用导线连接，丙池为电解池。甲池中盛有100mLCuSO₄溶液，乙池中盛有100mLAgNO₃溶液，丙池中盛有足量NaCl溶液，电极均为惰性电极。通电一段时间后，甲池阴极增重1.28g。请回答：（1）甲池是______（填"原电池"或"电解池"），乙池是______。（2）甲池中阳极的电极反应式为______。（3）乙池中阴极析出Ag的质量为______g。（4）丙池中阳极产生的气体在标准状况下的体积为______L。（5）丙池中生成NaOH的物质的量为______mol。【思路点拨】甲、乙两池均为电解池（串联），丙池也为电解池。串联电路中各电极转移电子数相等。甲池阴极：Cu²⁺+2e⁻=Cu，n(Cu)=1.28/64=0.02mol，转移电子n(e⁻)=0.04mol。（1）甲、乙均为电解池。（2）甲池阳极（惰性电极）：4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑。（3）乙池阴极：Ag⁺+e⁻=Ag，转移0.04mol电子，析出Ag0.04mol，质量=0.04×108=4.32g。（4）丙池阳极：2Cl⁻−2e⁻=Cl₂↑，转移0.04mol电子，生成Cl₂0.02mol，标况体积=0.02×22.4=0.448L。（5）丙池总反应：2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，转移0.04mol电子，生成NaOH0.04mol。【答案】（1）电解池；电解池（2）4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑（3）4.32（4）0.448（5）0.04【方法归纳】多池串联计算的核心是电子守恒：串联电路中各电极转移电子的物质的量相等。先根据已知条件求出转移电子总量，再根据各电极反应式计算对应产物的量。常用关系式：O₂～2Cu～4Ag～2H₂～2Cl₂～4e⁻。5.五、易错点警示清单序号易错点正确理解典型错误1混淆原电池与电解池的电极名称原电池用正、负极；电解池用阴、阳极。负极=阳极（氧化），正极=阴极（还原）把电解池的阳极称为正极，阴极称为负极2忽视阳极材料是否为活性电极活性阳极（除Pt、Au）本身溶解，阴离子不放电；惰性阳极才是阴离子放电用Cu作阳极电解CuSO₄时，误认为OH⁻放电生成O₂3电解反应式书写未考虑水的电离水溶液中，若电极反应式出现H⁺或OH⁻，总反应式中应写为H₂O电解NaCl总反应写成2NaCl=2Na+Cl₂↑（忽略水）4电镀池中镀层金属与待镀金属位置搞反镀层金属作阳极，待镀制品作阴极，电镀液含镀层金属离子把待镀金属作阳极，镀层金属作阴极5电解精炼铜时阳极泥成分判断错误阳极泥是比Cu不活泼的金属（Ag、Au、Pt等），不是活泼金属认为阳极泥中含有Zn、Fe等活泼金属6金属防护中牺牲阳极法的阳极判断错误牺牲阳极法中，被腐蚀的更活泼金属是阳极（负极），被保护金属是阴极（正极）认为被保护的金属是阳极7电解后溶液恢复试剂选择错误遵循"出什么加什么"原则，加入的试剂元素组成须与析出物质对应，不能多引入水电解CuSO₄后加Cu(OH)₂恢复（应加CuO）8Fe³⁺在阴极的还原产物判断错误Fe³⁺得电子生成Fe²⁺，不是Fe（Fe³⁺氧化性强于Cu²⁺）认为Fe³⁺在阴极直接生成Fe9吸氧腐蚀与析氢腐蚀的条件混淆吸氧腐蚀：弱酸性/中性/碱性，正极O₂得电子；析氢腐蚀：较强酸性，正极H⁺得电子中性条件下认为发生析氢腐蚀10电解计算中忽略电子守恒串联电路各电极转移电子数相等，这是电解计算的核心依据分别计算各电极产物，不考虑电子守恒关系6.六、巩固提升练习6.1（一）基础过关题（选择题）6.1.11.下列关于电解池的说法中，正确的是（）A.电解池是将化学能转化为电能的装置B.电解池中阴离子向阴极移动C.电解池的阳极发生氧化反应D.电解池中电子从阳极经溶液流向阴极6.1.22.用惰性电极电解下列溶液，一段时间后，溶液浓度增大，pH减小的是（）A.NaCl溶液B.CuSO₄溶液C.NaOH溶液D.H₂SO₄溶液6.1.33.下列过程中，需要通电后才能进行的是（）①电离②电解③电镀④电泳⑤电化学腐蚀A.①②③B.②③④C.②④⑤D.全部6.1.44.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为2Fe+2H₂O+O₂=2Fe(OH)₂。以下说法正确的是（）A.负极发生的反应为Fe−2e⁻=Fe²⁺B.正极发生的反应为2H₂O+O₂+2e⁻=4OH⁻C.原电池是将电能转变为化学能的装置D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀6.1.55.下列金属防腐的措施中，使用外加电流法的是（）A.水中的钢闸门连接电源的负极B.金属护栏表面涂漆C.汽车底盘喷涂高分子膜D.地下钢管连接镁块6.1.66.用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，电解结束后，向剩余电解液中加适量水，能使溶液和电解前相同的是（）A.AgNO₃B.H₂SO₄C.CuCl₂D.NaCl6.1.77.关于镀铜和电解精炼铜，下列说法中正确的是（）A.都用粗铜作阳极、纯铜作阴极B.电解液的成分都保持不变C.阳极反应都只有Cu−2e⁻=Cu²⁺D.阴极反应都只有Cu²⁺+2e⁻=Cu6.1.88.下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是（）A.钢管与电源正极连接，钢管可被保护B.铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C.钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀D.钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是Fe−3e⁻=Fe³⁺6.1.99.用惰性电极电解下列溶液一小段时间后，加入一定量的另一种物质（括号内），溶液能与原来溶液完全一样的是（）A.CuCl₂（CuSO₄）B.NaOH（NaOH）C.NaCl（HCl）D.CuSO₄（Cu(OH)₂）6.1.1010.某同学为了使反应2HCl+2Ag=2AgCl+H₂↑能进行，设计了下列四个实验，你认为可行的方案是（）A.银片和铜片用导线连接后插入稀盐酸中B.银片和锌片用导线连接后插入稀盐酸中C.银片作阳极，碳棒作阴极，电解稀盐酸D.银片作阴极，碳棒作阳极，电解稀盐酸6.2（二）能力提升题6.2.111.用惰性电极电解一定量的CuSO₄溶液，下列说法中正确的是（）A.阳极发生的电极反应为Cu²⁺+2e⁻=CuB.阴极发生的电极反应为4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑C.若有6.4g金属Cu析出，放出的O₂一定为0.05molD.电解完成后，加入一定量的Cu(OH)₂，溶液可能恢复到原来的浓度6.2.212.用阳极X和阴极Y电解Z的水溶液，电解一段时间后，再加入W，能使溶液恢复到电解前的状态。下列符合题意的一组是（）XYZWACFeNaClH₂OBPtCuCuSO₄CuSO₄溶液CCCH₂SO₄H₂ODAgFeAgNO₃AgNO₃晶体6.2.313.（填空题）如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100g5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO₄溶液和100g10.00%的K₂SO₄溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得丙中K₂SO₄浓度为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：（1）电源的N端为______极。（2）电极b上发生的电极反应为______。（3）电极b上生成的气体在标准状况下的体积为______L。（4）电极c的质量变化是______g。（5）电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化：甲溶液______；乙溶液______；丙溶液______。6.2.414.（填空题）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。（1）以下为铝材表面处理的一种方法：铝材→脱脂→碱洗→水洗→除灰→阳极氧化→封闭→铝制品①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是______（用离子方程式表示）。②以铝材为阳极，在H₂SO₄溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为______。（2）镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是______。（3）利用下图装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于______处；若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为______。6.2.515.（填空题）某课外活动小组准备用如下图所示的装置进行实验。请回答下列问题：（1）若开始时开关K与a连接，则A极的电极反应式为______，B极的电极反应式为______。（2）若开始时开关K与b连接，则A极的电极反应式为______，B极的电极反应式为______，总反应的离子方程式为______。（3）若开关K与b连接，电解一段时间后，将溶液倒出并加热蒸干灼烧，最终得到的固体是______。6.3（三）综合探究题6.3.116.（综合大题）某研究小组为探究电解原理及其应用，设计了如下系列实验。请回答下列问题：Ⅰ.用如图所示装置进行电解实验（电极均为惰性电极）。（1）若槽中为CuSO₄溶液，电解过程中阳极的电极反应式为______，电解的总反应方程式为______。（2）若槽中为饱和NaCl溶液，电解过程中阴极附近溶液的pH______（填"增大""减小"或"不变"），检验阳极产物的方法是______。Ⅱ.该小组利用电解原理设计了如下装置进行铁上镀锌的实验。（3）电镀时，铁制品应与电源的______极相连，阳极材料为______，电镀液可以选用______（填化学式）溶液。（4）若电镀前铁制品和锌片质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为______mol。Ⅲ.该小组还探究了金属的腐蚀与防护。（5）下列装置中，能防止铁棒被腐蚀的是______（填字母）。A.铁棒与铜棒用导线连接后插入稀硫酸中B.铁棒与锌棒用导线连接后插入稀硫酸中C.铁棒接电源负极，碳棒接电源正极，插入稀硫酸中D.铁棒接电源正极，碳棒接电源负极，插入稀硫酸中（6）在铁的吸氧腐蚀中，正极反应式为______，铁锈的主要成分是______（填化学式）。参考答案与解析6.4（一）基础过关题6.4.11.C解析：电解池是将电能转化为化学能的装置，A错误；阴离子向阳极移动，B错误；阳极发生氧化反应，C正确；电子不能通过溶液，D错误。6.4.22.D解析：电解H₂SO₄溶液属于电解水型，浓度增大，酸性增强，pH减小。NaOH溶液电解水型pH增大；NaCl溶液放氢生碱型pH增大；CuSO₄溶液放氧生酸型但浓度减小。6.4.33.B解析：电离不需要通电，电化学腐蚀是自发的原电池反应，不需要通电。电解、电镀、电泳均需通电。6.4.44.A解析：负极Fe失电子生成Fe²⁺，A正确；正极反应应为O₂+2H₂O+4e⁻=4OH⁻，B错误（电子数不对）；原电池是化学能转电能，C错误；空气与水交界处O₂充足，更易腐蚀，D错误。6.4.55.A解析：钢闸门连接电源负极，作电解池阴极被保护，属于外加电流法。B、C为覆盖保护层，D为牺牲阳极法。6.4.66.B解析：电解H₂SO₄溶液为电解水型，加水可恢复。AgNO₄需加Ag₂O，CuCl₂需加CuCl₂，NaCl需通HCl。6.4.77.D解析：电镀时纯铜作阳极，A错误；电解精炼铜时电解液浓度略有减小，B错误；电解精炼铜阳极还有Zn、Fe等杂质放电，C错误；两者阴极均为Cu²⁺+2e⁻=Cu，D正确。6.4.88.B解析：钢管应接电源负极才能被保护，A错误；钝化形成致密氧化膜可保护内部，B正确；铁铜接触形成原电池，铁作负极加速腐蚀，C错误；析氢腐蚀负极Fe−2e⁻=Fe²⁺，D错误。6.4.99.C解析：电解NaCl溶液析出H₂和Cl₂，通入HCl气体可恢复。A应加CuCl₂，B应加水，D应加CuO。6.4.1010.C解析：该反应非自发，需用电解法。Ag作阳极（活性电极）失电子生成Ag⁺，与Cl⁻结合生成AgCl；阴极H⁺得电子生成H₂。6.5（二）能力提升题6.5.111.D解析：阳极OH⁻放电，A错误；阴极Cu²⁺放电，B错误；若Cu²⁺完全放电后继续电解水，则析出6.4gCu时O₂量大于0.05mol，C错误；若电解分为两阶段（先电解CuSO₄后电解水），加入Cu(OH)₂可恢复，D正确。6.5.212.C解析：A项电解NaCl应通HCl恢复；B项阳极为Pt（惰性），电解CuSO₄应加CuO恢复；C项电解H₂SO₄为电解水型，加水恢复，正确；D项Ag为活性阳极，阳极Ag溶解，阴极Ag析出，溶液浓度不变，不需加AgNO₃。6.5.313.（1）正（2）4OH⁻−4e⁻=2H₂O+O₂↑（3）2.8（4）16（5）碱性增大；酸性增大；酸碱性不变解析：丙中K₂SO₄浓度从10.00%变为10.47%，说明电解了水。设电解水质量为x，则100×10%/(100−x)=10.47%，解得x≈4.5g，即0.25molH₂O，转移电子0.5mol。乙中c电极质量增加，说明c为阴极（Cu²⁺析出），则M为负极，N为正极。b为阳极，OH⁻放电生成O₂，转移0.5mol电子生成O₂0.125m