第31讲　电解池　金属的腐蚀与防护

第31讲电解池金属的腐蚀与防护复习目标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。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。

CONTENTS考点一电解池的工作原理考点二电解原理的应用考点三金属的腐蚀与防护真题演练课时跟踪检测考点一电解池的工作原理

必备知识

1.

电解与电解池2.

电解原理

根据电解CuCl2溶液示意图完成填空：（1）总反应式为

⁠；CuCl2

Cu＋Cl2↑（2）电子移动方向：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的

阳极流出后流向电源的正极。离子迁移的方向：阳离子移向电解池的

极，阴离子移向电解池

的

⁠极。阴

阳

4.

用惰性电极电解不同类型电解质溶液（1）电解水型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法H2SO4

⁠

⁠

增大加

水（2）电解电解质型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法HCl

⁠

⁠

⁠CuCl2

⁠

⁠减小通入

HCl加CuCl2

固体（3）电解质和水均参与电解型实例电极反应式及总反应式电解质溶液浓度复原方法NaCl、

KCl（放H2

生碱）减小并生成新

电解质

⁠

⁠CuSO4、

Cu

（NO3）2

（放O2生酸）

⁠

⁠

⁠通入

HCl

减小并生成

新电解质

加

CuO

易错辨析（1）电解池中的电解质可能是熔融状态或固体电解质。

（

√

）（2）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。

（

×

）（3）电解盐酸和稀硫酸，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。

（

×

）

√×××

关键能力

考向1电解原理1.

用石墨作电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极

A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是（

）A.

逸出气体的体积：A电极＜B电极B.

一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气

味气体C.A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色D.

电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性√

2.

以惰性电极电解100

mL

0.05

mol·L－1

CuSO4溶液。（1）阳极产生56

mL（标准状况下）气体时，所得溶液的pH为

（不

考虑溶液体积变化），要使溶液恢复到电解前的状态，可加入

⁠g

的

物质。解析：

阳极生成56

mL（标准状况下）即0.002

5

mol

O2，根据电解

总反应式：2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中生成0.01

mol

H

＋，c（H＋）＝0.1

mol·L－1，pH＝1；电解生成0.002

5

mol

O2和0.005

mol

Cu，故要使溶液复原可加入0.005

mol

CuO，质量为0.4

g，或加入

0.005

mol

CuCO3，质量为0.62

g。1

0.4

CuO（或0.62

CuCO3）

（2）继续通电电解，此时被电解的物质为

，若加入

0.005

mol

Cu（OH）2可使溶液复原，则电路中转移的电子

为

mol。解析：

继续通电电解，电解质溶液为H2SO4溶液，故实际被电解的物

质为H2O；加入0.005

mol

Cu（OH）2可使溶液复原，相当于加入0.005

mol

CuO和0.005

mol

H2O，故转移的电子为（0.005×2＋0.005×2）mol

＝0.02

mol。水（或H2O）

0.02

（3）通电一段时间，加入0.002

5

mol

Cu2（OH）2CO3可使溶液复原，则

电路中转移的电子为

mol。解析：

Cu2（OH）2CO3相当于2CuO·H2O·CO2，故转移的电子为

0.005

mol×2＋0.002

5

mol×2＝0.015

mol。0.015

分析电解过程的思维流程考向2电极反应式的书写3.

（2025·东北三省三校二次联考改编）工业上用NaOH溶液吸收烟气中

的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到

H2SO4，其原理如图所示（电极材料为石墨）。下列说法不正确的是

（

）B.

图中a极连接电源的负极D.

标准状况下，若阴极产生1.12

L气体，则通过阴离子交换膜的离子所带

电荷数为0.2NA√

4.

按要求书写电极反应式和总反应方程式。（1）用惰性电极电解MgCl2溶液

总反应方程式：

⁠。

Mg2＋＋2Cl－＋2H2O

Mg（OH）2↓＋Cl2↑＋

H2↑（2）以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜

总反应方程式：

⁠。

2Al＋3H2O

Al2O3＋3H2↑（3）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。①电解时的阴极电极反应式为

⁠；②电解时的阳极电极反应式为

⁠。

考点二电解原理的应用

必备知识

1.

氯碱工业（1）反应原理：电极反应式，阳极

；阴

极

，总反应

⁠

⁠。

2NaCl＋2H2O

Cl2↑＋

H2↑＋2NaOH

（2）离子交换膜法的生产过程①加入或流出的物质a、b、c、d分别是精制饱和NaCl溶液、H2O（含少量

NaOH）、淡盐水、

；X、Y分别是

、

⁠。②阳离子交换膜的作用NaOH溶液

Cl2

H2

〔人教选择性必修1〕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。氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗：【思考】（1）电极A接电源

极，发生

反应；离子交换膜为

⁠

⁠。（2）电极B为

极，其电极反应式为

⁠

⁠。（3）你认为改进设计中能减少能耗的原因是

⁠

⁠

⁠。正

氧化

阳离子

交换膜

阴

－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2.

电镀和电解精炼（1）电镀（2）电解精炼银、金等金属不放电而形成阳极泥，在阴极只有Cu2＋放电，锌、铁、镍较

活泼的金属阳离子残留在电解质溶液中，故能够将杂质除去。电解过程

中，Cu2＋的浓度有所下降。

总反应方程式阳极、阴极反应式冶炼

钠2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑阳极：

⁠阴极：

⁠冶炼

镁MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑阳极：

⁠

⁠阴极：

⁠

⁠

Cl2↑

Cl2↑

Mg

总反应方程式阳极、阴极反应式冶炼

铝2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑阳极：

⁠

⁠阴极：

⁠

O2↑

提醒：（1）工业冶炼铝时，冰晶石（Na3AlF6）的作用是降低Al2O3的熔化

温度。（2）冶炼铝时，阳极生成的O2会与石墨电极在高温下反应，因此，石墨

电极需不断补充。

易错辨析（1）在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。

（

×

）（2）根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加

的质量相等。

（

×

）（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）电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以电解熔融的

MgO和AlCl3。

（

×

）（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。

（

×

）×××××

关键能力

考向1电解原理的基本应用1.

工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的

双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－。A.N表示阴离子交换膜B.

甲室流出的为氢氧化钠溶液C.

电解总反应：NaCl＋H2O

NaOH＋HClD.

相比现有氯碱工业制取氢氧化钠，该方法更环保下列有关说法错误的是（

）√

新型交换膜——双极膜（1）示意图（2）双极膜：是一种新型离子交换膜，其膜主体可分为阴离子选择层、

阳离子选择层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物

中，水电离产生H＋和OH－

，可在电场的作用下快速迁移到两侧溶液中，

为膜两侧的半反应提供各自理想的pH条件。2.

电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分，解答下列问题：（1）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

⁠。用铜作阳极可补充溶液中消耗的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋浓度恒定

负

H2

考向2电解原理的其他应用3.

（2025·广东茂名模拟）如图是一种光电催化装置，它可以将空气中捕获的CO2转化为各种化工原料。下列说法正确的是（

）A.

工作时，H＋从N区移向M区B.

制备CO时，理论上生成1

mol

O2，同时可生成1

mol

COD.

制备HCOOH时，理论上每生成1

mol

O2的同时，阳极区溶液质量减少

32

g√

（1）该Fe电极是该装置的

极。

阳

（2）该Fe电极表面发生的电极反应为

⁠。解析：阳极发生氧化反应，即1

mol

Fe失去2

mol电子被氧化为1

mol

Fe2＋。

（3）电解时

（填“能”或“不能”）用Cu代替Fe电极，原因

是

⁠。

不能

（5）金属阳离子在阴极区域最终可沉淀完全，原因是

⁠

⁠

⁠

⁠。

阴极反应是H＋得

从而使阴极区c（OH－）增大，OH－可与Fe3＋、Cr3＋结合生成沉淀，使金

属阳离子在阴极区域最终沉淀完全

考点三金属的腐蚀与防护

必备知识

1.

金属的腐蚀（1）化学腐蚀与电化学腐蚀类型化学腐蚀电化学腐蚀概念金属与其表面接触的一些

物质（如O2、Cl2、SO2

等）直接反应而引起的腐蚀当不纯的金属与

⁠接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀现象

⁠电流产生

⁠电流产生本质金属被

⁠较活泼的金属被

⁠联系二者往往同时发生，但

⁠腐蚀更普遍电解质溶液

无

有微弱

氧化

氧化

电化学

（2）析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁制品腐蚀为例）类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件

⁠环境钢铁表面吸附的水膜酸性很

⁠或呈

，但溶有一定量的氧气电极反应负极

⁠正极

⁠

⁠

⁠总反应联系

⁠更普遍酸性

弱

中性

H2↑

吸氧腐蚀

〔人教选择性必修1〕下列两组实验中，烧杯内均为经过酸化的3％

NaCl溶液，向图1烧杯中滴加

K3[Fe（CN）6]溶液后有蓝色沉淀{KFe[Fe（CN）6]}生成。取出少量图2

铁电极附近的溶液并滴加K3[Fe（CN）6]溶液后无现象。【思考】（1）图1中生成蓝色沉淀的离子方程式为

⁠

⁠；图1中Fe是原电池的

极，不参与反应，但是实验说明铁电极附近生

成了Fe2＋，原因可能是

⁠。（2）取出少量图2铁电极附近的溶液并滴加K3[Fe（CN）6]溶液后无现

象，说明Zn保护了Fe，若把Zn换作Sn，再重复图2中的实验发现有蓝色沉

淀生成，原因是Fe比Sn活泼，Fe是负极，被氧化生成Fe2＋与K3[Fe（CN）

6]反应生成KFe[Fe（CN）6]蓝色沉淀。（3）若在图2装置中Zn、Fe间接入电源时，将Fe连在电源的正极上，重复

图2中小试管中实验，可以观察到

，原因是

⁠

⁠。Fe2＋＋K＋＋[Fe（CN）6]3－

正

K3[Fe（CN）6]将Fe氧化生成Fe2＋生成蓝色沉淀

Fe连在电

源的正极上，

Fe作阳极被氧化生成Fe2＋2.

金属的防护（1）分类（2）电化学保护法①牺牲阳极法——

⁠原理[示例]原电池

②外加电流法——

⁠原理[示例]电解

易错辨析（1）干燥环境下，所有金属都不能被腐蚀。

（

×

）（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。

（

×

）（3）纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。

（

×

）（4）铜在酸性环境下，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。

（

√

）（6）镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更易生锈。

（

√

）×××√√√

关键能力

考向

金属的腐蚀与防护1.

为了更好模拟在pH＝2的混合溶液中钢铁电化学腐蚀的过程，利用压强传感器、氧气传感器进行数字化实验，得出相应的图像数据如图所示。下列说法错误的是（

）A.20～40

s内平均反应速率v（O2）＝0.03

kPa·s－1B.

反应初期氧气减少，总压增大，说明初期以析氢腐蚀为主，不受其他因

素影响C.

以析氢腐蚀为主时，pH越小，腐蚀越快√解析：

由图可知20

s时氧气的压力为20.6

kPa，40

s时氧气的压力为20

kPa，20

s～40

s时间段内压力变化了0.6

kPa，20

s～40

s内平均反应速率v

（O2）＝0.03

kPa·s－1，A正确；反应初期总压增大还可能受温度影响，

铁的腐蚀是放热反应，B错误；pH越小，氢离子的浓度越大，腐蚀速率越

快，C正确；40

s后总压和氧气的压力均减小，此时主要发生了吸氧腐蚀，

D正确。2.

下列关于金属腐蚀与防护的说法正确的是（

）A.

图甲、乙中钢闸门均为电子输入的一端C.

图甲是外加电流法，图乙是牺牲阳极法D.

图丙中铜板打上铁铆钉后，铜板易被腐蚀√

真题演练1.

（2024·广东高考5题）我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海

葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化

学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是（

）A.

钢铁外壳为负极B.

镶嵌的锌块可永久使用C.

该法为外加电流法√

2.

（2024·浙江6月选考13题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快

慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示

意图：A.

图1、图2中，阳极材料本身均失去电子C.

图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果D.

图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发

生化学反应下列说法正确的是（

）√

3.

（2025·湖南高考9题）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所

示。下列说法错误的是（

）A.

电解过程中，K＋向左室迁移C.

将湿润的蓝色石蕊试纸置于b处，试纸先变红后

褪色√

B.

外加电场可促进双极膜中水的电离C.Ⅲ室中，X膜、Y膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜D.Ⅳ室每生成1

mol

NaOH，同时Ⅱ室最多生成1

mol

B（OH）3√

5.

（2025·河南高考12题）一种液流电解池在工作时可以实现海水淡化，

并以LiCl形式回收含锂废弃物中的锂元素，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（

）A.Ⅱ为阳离子交换膜B.

电极a附近溶液的pH减小D.

若海水用NaCl溶液模拟，则每脱除58.5

g

NaCl，理论上可回收1

mol

LiCl√解析：

根据电解池装置中电极上物质变化及实现海水淡化，并以LiCl形式回收锂元素，对电解池进行如下具体分析：为实现海水的淡化，海水中Na＋应通过离子交换膜Ⅰ进入最左侧，为实现以LiCl形式回收锂元素的目的，海水中Cl－应通过离子交换膜Ⅱ向右侧迁移，Li＋应通过离子交换膜Ⅲ向左侧迁移，故离子交换膜Ⅱ为阴离子交换膜，A错误；由阴极反应知，电极a附近溶液的pH增大，B错误；由上述分析知，C错误；每脱除58.5

g（1

mol）NaCl，溶液中有1

mol

Na＋、1

mol

Cl－和1

mol

Li＋迁移，所以可回收1

mol

LiCl，D正确。课时跟踪检测

1.

（2025·广东广州六中月考）保护金属管道的常用方法是外加电流法加

覆盖涂层的联合保护法。下列说法错误的是（

）A.

涂层只能是金属或合金B.

金属管道连接直流电源的负极C.

辅助阳极可以选石墨D.

联合保护法能延长管道的使用寿命123456789√解析：

保护金属管道涂层不一定是金属或者合金，也可以是油漆等，A

错误；外加电流法中被保护的金属应该作阴极，与外加电源的负极相连，

B正确；辅助阳极应该是惰性电极或者废旧金属，C正确；联合保护法保护

金属效果更好，更能延长管道的使用寿命，D正确。1234567892.

用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是

（

）A.

在铁片上镀铜时，Y是纯铜B.

电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变C.

制取金属镁时，Z是氯化镁溶液D.

氯碱工业中，若在X电极附近滴入少量淀粉-KI溶液，溶液呈蓝色√123456789解析：

在铁片上镀铜时，纯铜应作阳极，X极为阳极，则Y是铁片，A

不正确；电解精炼铜时，粗铜中铜、锌、铁等金属都失电子，生成相应的

金属离子进入溶液，而阴极只有溶液中的Cu2＋得电子，所以Z溶液中的Cu2

＋浓度将减小，B不正确；制取金属镁时，电解氯化镁溶液得不到镁，则Z

应是熔融的氯化镁，C不正确；氯碱工业中，X电极为阳极，Cl－在该电极

上失电子生成Cl2，滴入少量淀粉-KI溶液，Cl2将I－氧化为I2，使淀粉溶液

变蓝色，D正确。1234567893.

（2026·浙江教育联盟联考）我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现

铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所

示。下列说法不正确的是（

）A.

通电时，锌环是阳极，发生氧化反应C.

把锌环换成锡环后，断电时，仍能防止铁帽被腐蚀√123456789

1234567894.

（2024·重庆高考9题）我国科研工作者研发了一种新型复合电极材

料，可将CO2电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确

的是（

）A.

电解时电极N上产生OH－B.

电解时电极M上发生氧化反应C.

阴、阳离子交换膜均有两种离子通过D.

总反应为2CO2＋2H2O

2HCOOH＋O2√123456789

1234567895.

下列叙述错误的是（

）A.

工业电解饱和食盐水时，阴极区获得烧碱溶液和氢气B.

电解精炼铜时外电路每通过2

mol

e－，阳极质量减少64

gD.

工业上用石墨电极电解熔融Al2O3冶炼铝时，阳极因被氧气氧化需定期

更换√123456789

1234567896.

利用如图装置进行铁上电镀铜的实验探究。序号电解质溶液实验现象①0.1

mol·L－1

CuSO4＋少量H2SO4阴极表面有无色气体产生，一段时间后阴极表面有红色固体产生，气体减少。经检验电解液中有Fe2＋②0.1

mol·L－1

CuSO4＋过量氨水阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验电解液中无Fe元素123456789下列说法不正确的是（

）A.

①中气体减少，推测是由于溶液中c（H＋）减小，且Cu覆盖铁电极，

阻碍H＋与铁接触D.

②中Cu2＋生成[Cu（NH3）4]2＋，使得c（Cu2＋）比①中溶液的小，Cu

缓慢析出，镀层更致密√123456789

123456789

7.

（2025·黑吉辽蒙高三联考）通过Cu2O超低电位下电催化硝酸盐与甲醛的耦合反应，实现了处理污染物的同时产生增值化学品，其原理如图所示。下列说法错误的是（

）A.

电极的电势：Cu2O电极a＞Cu2O电极bB.

当电源的电压过大时，阳极可能会产生氧气√12345678