第2講電解原理金屬的腐蝕與防護

復習目標

1.理解電解池的構成、工作原理及應用，能書寫電極反應式和總反應方程式。

2?了解電解原理在氯堿工業、精煉銅、電鍍、電冶金等方面的應用；認識電解在

實現物質轉化和儲存能量中的具體應用。3.了解金屬發生電化學腐蝕的原因、金

屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。

考點一電解原理

基礎

1.電解

(1)定義：使電流通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起畫氧

化還原反應的過程。在此過程中，回曳能轉化為國化學能。

(2)特點：①電解是不可逆的；②電解質導電一定發生同化學變化。

2.電解池的構成及工作原理

(1)概念：電解池是回1把電能直接轉化為化學能的裝置。

(2)電解池的構成條件

①有國外接電源;有與畫電源相連的兩個電極。

②兩電解質溶液(或畫熔融電解質)。

③形成函閉合回路。

(3)電極名稱及電極反應式

以用惰性電極電解CuCl2溶液為例：

總反應方程式：Γ?uC12^?Cu+C12t。

（4）電解池中電子和離子的移動方向

①電子：從電源回魚極流出后，流向電解池的向陰極;從電解池的叵］陽

極流向電源的值正極。

②離子：陽離子移向電解池的叵陰極，陰離子移向電解池的「回陽極。

3.惰性電極電解電解質溶液的四種類型

放H2生堿型（以陽極反應式：Γθll2CΓ-2e^=C12↑

NaCl為例）陰極反應式：Γ5?2θ+2e-=H2t+20H-

電解電解質型（以陽極反應式：[θ3]2CΓ-2e-=Cl2↑

+

HCl為例）陰極反應式：[04]2H+2e-=H2↑

電解水型（以陽極反應式：畫2H2θ-4e--θ2↑+4H+

+

H2SO4為例）陰極反應式：[θβ]2H+2e-=H2↑

陽極反應式：麗2七0-4--02t+4H+

放。2生酸型（以

陰極反應式：Γθ8^lCu2++2e-=Cu

CuSO4為例）

總離子方程式：畫2Cι>2++2H2O=??Cu+O2t+4H+

誤點查正請指出下列各說法的錯因

（1）電解CUCI2溶液，陰極逸出的氣體能夠使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍。

錯因：陰極上C/+得電子生成銅單質。

⑵電解鹽酸、硫酸溶液，H+放電，溶液的PH逐漸增大。

錯因：電解H2SO4溶液時，實際是電解H2。的過程，故溶液中C(H+)增大,

PH減小。

(3)電解時，電解液中陽離子移向陽極，發生還原反應。

錯因：電解時，陽離子移向陰極。

(4)電解池中，電子從電源的負極流向電解池的陽極。

錯因：電解池中，電子從電源的負極流向電解池的陰極。

(5)電解稀硫酸制H2、02時，可用不活潑的銅作陽極。

錯因：CU作陽極時，陽極反應式為Cu-2e-==C>+°

(6)用惰性電極電解MgCl2溶液的離子方程式為2CΓ+2H2O?≡C12↑+

20H^+H2↑0

錯因：應為Mg2++2Cl-+2H2θ??Mg(OHM]+Cht+H2t。

課堂精講答疑

1.電解池工作原理

與電源正極相連與電源負極相連

氧化還原

反應反應

2.電解產物的判斷及有關反應式的書寫

(1)首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活性電極。

(2)再分析電解質水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組(勿忘水溶液中的H

+和OH^)o

(3)排出陰、陽兩極的放電順序

Fe；Fe—2e-==Fe2^r

活性電極：電極

Cu≈Cu-2e-==Cu2+

材料失電子，如“

Ag：Ag-e------Ag+

惰性電極（Pt、Au、石墨等）：溶液中的

陰離子失電子。陰離子放電順序：S2-

>Γ>Br->CΓ>OH

陰極不管是什么材料,電極本身都

?根據離子不反應，一定是溶液（或熔融電解

極］活動性,質）中的陽離子放電，陽離子放電

順序：Ag+>Fe3+>Cu2+>H+

（4）寫出電極反應式，要注意遵循原子守恒、電荷守恒和電子轉移守恒。

（5）寫出電解總反應式

在兩極轉移電子數目相同的前提下，兩極反應式相加即可得總反應的化學方

程式或離子方程式，注意弱電解質要寫化學式。

3.電解后電解質溶液的復原

使電解后的溶液恢復原狀的方法：先讓析出的產物（氣體或沉淀）恰好完全反

應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：

①NaCl溶液：通HCl氣體（不能加鹽酸）；

②AgNO3溶液：力口Ag2θ固體；

③CUCI2溶液：加CUCl2固體；

④KNo3溶液：力口H2O；

⑤CUSO4溶液:加CUO或CUCo3［不能加CU20、CU（OH）2、Cu2（OH）2CO3］o

題組I凡固提升

角度一電解池的構成及工作原理

L如圖裝置中X和Y均為石墨電極，電解液為滴有酚猷的某濃度NaCl溶液,

電解一段時間后，X極附近溶液先變紅。下列有關說法中正確的是（）

電源

A.X極連接電源正極

B.X極上產生的氣體有刺激性氣味

C.Y極上發生氧化反應

D.電子從X極經過溶液流向Y極

答案C

2.用如圖所示裝置（熔融CaF2-CaO作電解質）獲得金屬鈣，并用鈣還原TiO2

制備金屬鈦。下列說法正確的是（）

A.電解過程中，Ca?+向陽極移動

B.陽極的電極反應式為C+202--4e-=CO2t

C.在制備金屬鈦前后，整套裝置中Cao的總量減少

D.若用鉛酸蓄電池作該裝置的供電電源，“+”接線柱是Pb電極

答案B

解析由題圖可知，石墨與外加電源的正極相連，則石墨為陽極，鈦網電極

作陰極，電解過程中，電解液中Ca?+向陰極移動，A錯誤；陰極反應式為2Ca2+

+4e-==2Ca,Ca還原TiO2的反應方程式為2Ca+TiC>2=2CaO+Ti,故制備Ti

前后，整套裝置中CaO的質量不變，C錯誤；“+”表示鉛酸蓄電池的正極，該接

線柱為鉛酸蓄電池的Pbo2極，D錯誤。

角度二電解規律及電解質溶液的復原

3.用粕電極電解一定濃度的下列物質的水溶液，在電解后的電解液中加適量

水，能使溶液濃度恢復到電解前濃度的是（）

A.NaBr、CUCl2、Ba（OH）2B.NaOHsH2SO4sCuSO4

C.KOHsHNO3、Na2SO4D.NaCkCU（NO3）2、MgSO4

答案C

4.下列說法錯誤的是（）

A.用惰性電極電解NazSCU溶液，當有2mol電子轉移時，可加入18g水恢

復

B.用惰性電極電解1L1mol?L-'CUSo4溶液，加入1molCUO恢復，電路

中轉移了2mol電子

C.用惰性電極電解含ImOlNaoH的水溶液，溶液的PH不變

D.要想實現Cu+H2SO4（?。?CuSO4+H2t這一反應，需在電解池中進行,

且CU為陽極

答案C

角度三電極反應式的書寫

5.以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面可形成氧化膜。按要求

書寫有關的電極反應式及總反應式。

陽極反應式：；

陰極反應式：；

總反應式：?

++

答案2A1-6e-+3H2O=A12O3+6H6H+6e^=3H2↑2A1+

3H2O=??A12O3+3H2↑

6.(I)WPbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的電解液,

電解NazPbCb溶液生成Pb的裝置如圖甲所示。

寫出電解時陰極的電極反應式：o

酸性廢液

(2)通過電解含Ml?+、SO「、Cr等的酸性廢液可重新獲得MnO2,裝置示意

圖如圖乙。

在(填“a”或"b”)極獲得MnO2,電極反應式為

答案(I)PbCE-+2e^^=PbI+4C「

(2)aMn2+-2e^+2H2O=MnO2I+4H+

考點二電解原理的應用

自主夯實

1.氯堿工業——電解飽和食鹽水

(1)習慣上把電解飽和食鹽水的工業生產叫做氯堿工業，其裝置如下:

(2)電極反應

陽極：［θil2Cl--2e-=Cl2t

(反應類型：甌氧化反應)；

陰極：畫2比0+2-=氏T+20H-

(反應類型：畫還原反應)；

總反應方程式：廚2NaCl+2H2O=??NaOH+H2t+Cbt；

離子方程式：畫2C「+2H2θ=^?OH-+H2(+Cbt。

(3)陽離子交換膜的作用：陽離子交換膜只允許陽離子通過，阻止CI2、H2、

OH-通過，這樣既能防止陰極產生的H2和陽極產生的Cb相混合而引起爆炸，又

能避免Cb和NaOH溶液反應而影響燒堿的質量。

2.電鍍(以在鐵器表面鍍銅為例)

⑴鍍件作畫陰極，鍍層金屬銅作畫陽極。

(2)電解質溶液是畫含有鍍層金屬離子的溶液。

(3)電極反應

陽極：［04］Cu-2e-=Cu2+;

陰極：1051CU2++2e^^=Cu。

(4)特點：強膽極溶解，在圓陽極沉積，電鍍液的濃度闞不變。

3.電解精煉銅(粗銅中含Zn、FesAg、AU等雜質)

(1)電極材料：陽極為回1粗銅;陰極為陶純銅。

(2)電解質溶液：含C/+的可溶性鹽溶液。

(3)電極反應

陽極：1031Zn-2e-^=Z∏2+、Fe-2e-=Fe2+、CU-Ze-=CiP*o

陰極：畫CU2++2e--Cu°

(4)特點：粗銅中的Ag、AU等以陽極泥的形式沉淀下來，電解液中Ci?+的濃

度減小。

4.電冶金

本質為Mw÷+∕7e-=M,利用電解熔融鹽(或氧化物)的方法來冶煉活潑金屬

Na、Ca、MgsAl等。如電解熔融的NaCI制取Na,陽極：畫2Cr-2-=。2

JJ陰極：畫2Na++2e--2Na;總反應式：畫2NaCl(熔鬲的=??2Na+Cbt。

誤點查正請指出下列各說法的錯因

(1)電鍍銅和電解精煉銅時，電解質溶液中的C(CU2+)均保持不變。

錯因：電解精煉銅時，電解質溶液中C(CU2+)減小。

⑵電解冶煉鎂、鋁通常電解MgeI2和Al2。3,也可電解MgO和AlCI3。

錯因：不采用電解Mgo制金屬鎂，因為MgO熔點高、耗能大、不經濟，不

能用電解AlCI3制金屬鋁，因為熔融AICl3不導電。

(3)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料。

錯因：電解飽和食鹽水時，陰極可以用金屬材料作電極。

(4)在鍍件上電鍍銅時，鍍件應連接電源的正極。

錯因：電鍍銅時，銅應連接電源的正極作陽極，鍍件連接電源的負極作陰極。

(5)用電解法冶煉金屬時，都可以電解相應化合物的水溶液。

錯因：電解冶煉金屬應電解其熔融化合物，而不是水溶液。

課堂

1.電解精煉或電鍍時，電極質量減少的電極必為金屬電極——陽極；電極質

量增加的電極必為陰極，即溶液中的金屬陽離子得電子變成金屬吸附在陰極上。

2.電鍍時，陽極(鍍層金屬)失去電子的數目跟陰極鍍層金屬離子得到電子的

數目相等，因此電鍍液的濃度保持不變。電解精煉銅時由于陽極發生多個反應，

陰極增重質量不等于陽極減少的質量，故溶液中C(CU2+)減小。

3.電解計算破題“三方法”

有關電解的計算包括兩極產物的定量計算、溶液PH的計算、相對原子質量

和阿伏加德羅常數的計算、產物的量與電量關系的計算等。通常有下列三種方法:

(1)根據得失電子守恒計算

用于串聯電路中陰陽兩極產物、正負電極產物、相同電量等類型的計算，其

依據是電路中轉移的電子數相等。

(2)根據總反應方程式計算

先寫出電極反應式，再寫出總反應方程式，最后根據總反應方程式列出比例

式計算。

(3)根據關系式計算

根據得失電子守恒定律關系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所

需的關系式。

如以通過4mole-為橋梁可構建如下關系式:

2Fe4CΓ(Br?Γ)40H-4H*2Cι產4Λg

Il1III

2Fe"~2CI2(BΓ2,l2)~O2-4e-2H2~2Cu~4Ag

?、一/、Y/

陽極產物陰極產物

題組鞏固提升

角度一電解原理在物質制備中的應用

1.如圖所示的陰、陽離子交換膜電解槽中，用惰性電極電解Na2SO4溶液可

制得硫酸和氫氧化鈉溶液。下列說法不正確的是（）

A.陽極反應式為2H2O+2e--H2t+20H^

B.N為陰離子交換膜

C.進口b補充的是稀NaoH溶液

D.電解過程中陽極附近的PH不斷降低

答案A

解析由Hz出口知電極A為陰極，電極反應式為2H2θ+2e--H2t+20H

",電極B為陽極，電極反應式為2H2θ-4e--θ2↑+4H+,A錯誤。

2.（2022.惠州市高三調研考試）濾渣中的銅提純后可用于制取Cu2θ,工業制

取Cu2O的電解池示意圖如圖，總反應為2Cu+H2。這里Cu2θ+H2↑0貝∣J:

直流電源

石墨廠=ITlCU

“U-口濃的強堿性

二二怦一闿手/電解質溶液

(1)該裝置中銅電極應連接直流電源的極。

(2)石墨電極的電極反應式為o

(3)當有0?lmolCu2O生成時電路中通過_______mol電子。

答案⑴正(2)2H2O+2e-=H2t+20H^(3)0.2

角度二電解原理在環境治理中的應用

3.用電解法處理酸性含銘廢水(主要含有CnOV)時，以鐵板作陰、陽極，處

2++3+3+3+

理過程中發生反應：Cr2θ7^+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H2O,最后Cr

以Cr(OH)3形式除去。下列說法中錯誤的是()

A.陽極反應為Fe-2e-=Fe2+

B.電解過程中廢水的PH不發生變化

C.電解過程中有Fe(OH)3沉淀生成

D.電路中每轉移12mol電子，最多有1molCnOV被還原

答案B

解析鐵作陽極，反應為Fe-2e-=Fe2+,Fe?+還原CnO廣，反應過程中陰

極為H+放電，同時Fe?+還原CnOV也消耗H+,c(H+)變小，pH變大，B錯誤。

4.電絮凝的反應原理是以鋁、鐵等金屬為陽極，在直流電的作用下，陽極被

溶蝕，產生金屬離子，在經一系列水解、聚合及氧化過程，發展成為各種羥基絡

合物、多核羥基絡合物以及氫氧化物，使廢水中的膠態雜質、懸浮雜質凝聚沉淀

而分離。下列說法不正確的是()

污染物

HQ?

LI(

oI

A.每產生ImOIo2,整個電解池中理論上轉移電子數為4NA

B?陰極電極反應式為2H2O+2e--H2t+20H-

2+

C.若鐵為陽極，則陽極電極反應式為Fe-2e-=Fe?2H2O-4e-=O2

t+4H+

2++

D.若鐵為陽極，則在處理廢水的過程中陽極附近會發生：4Fe+O2+4H

3+

=4Fe+2H2O

答案A

解析在產生ImolO2的同時，金屬電極也溶解失去電子，故電池中理論上

轉移電子數應大于4NA,A錯誤。

考點三金屬的腐蝕與防護

基礎自主夯實

?.金屬腐蝕的本質

金屬原子叵1失去電子變為阿金屬陽離子,金屬發生氧化反應。

2.金屬腐蝕的類型

(1)化學腐蝕與電化學腐蝕

類型化學腐蝕電化學腐蝕

金屬與畫其表面接觸的一些物質(如不純金屬與質電解質溶

條件

02、CI2、S02等)直接反應而弓I起的腐蝕液接觸發生原電池反應

現象畫無電流產生畫有微弱電流產生

本質金屬被畫氧化較活潑金屬被固氧化

聯系兩者往往同時發生，電化學腐蝕更普遍

(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕

以鋼鐵的腐蝕為例進行分析:

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕

畫水膜酸性很弱或呈中性,且溶有一定

條件闞水膜酸性較強

量氧氣

電極負極IIOlFe-2e-=Fe2+

反應正極?！?++2e^^=H21回。2+2比0+4e-=40H-

總反應式∣75]Fe+2H'=Fe2++H2t回2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

提醒：鋼鐵暴露在潮濕空氣中主要發生的是吸氧腐蝕，鐵銹的形成過程中主

要發生的反應為4Fe(0H)2+02+2H20=4Fe(0H)3,2Fe(OH)3=Fe2O3?xH2O(鐵

銹)+(3-研0。

3.金屬的防護

(1)電化學保護法

①犧牲陽極法——回1原電池原理

a.畫負極：比被保護金屬活潑的金屬；

b.國正極：被保護的金屬設備。

②外加電流法一一兩電解原理

a.國畫極：被保護的金屬設備；

b?畫陽極：惰性電極。

(2)其他防護方法

①改變金屬材料的組成，如制成合金、不銹鋼等。

②在金屬表面覆蓋保護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表

面鈍化等方法。

誤點查正請指出下列各說法的錯因

(1)金屬的化學腐蝕比電化學腐蝕更普遍。

錯因：金屬的電化學腐蝕更普遍。

(2)生鐵浸泡在食鹽水中發生析氫腐蝕。

錯因：食鹽水為中性溶液，生鐵發生吸氧腐蝕。

(3)當鍍錫鐵制品的鍍層破損時，鍍層仍能對鐵制品起保護作用。

錯因：由于鐵比錫活潑，錫層破損后，形成原電池，鐵作負極，腐蝕加快。

(4)鋼鐵發生電化學腐蝕時，負極鐵失電子生成Fe3+。

錯因：鐵失電子生成Fe2+。

(5)純銀器表面變黑與鋼鐵生銹原理相同。

錯因：純銀器表面變黑發生化學腐蝕，鋼鐵生銹發生電化學腐蝕。

(6)將水庫中的水閘(鋼板)與外加直流電源的正極相連，可防止水閘被腐蝕。

錯因：外加電流法是把被保護的器件作陰極，與外加電源負極相連。

課堂

L金屬防護效果比較：外加電流法防腐＞犧牲陽極法防腐＞有一般防護條件

的防腐。

2.純度越高的金屬，腐蝕得越慢。

3.不純的金屬或合金，在潮濕空氣中的腐蝕速率遠大于在干燥、隔絕空氣條

件下的腐蝕速率。

題組鞏固提升

角度一金屬腐蝕的類型

1.利用如圖裝置進行實驗，開始時，左右兩管液面相平，密封好，放置一段

時間。下列說法正確的是（）

A.左管中02得到電子，右管中H+得到電子

B.一段時間后，左管液面低于右管液面

C.a、b兩處具有相同的電極反應式：Fe-3e-=Fe3+

D.a處溶液的PH增大，b處溶液的PH減小

答案A

2.在潮濕的深層中性土壤中，鋼管主要發生厭氧腐蝕，有關厭氧腐蝕的機理

有多種，其中一種理論為厭氧細菌可促使SO「與H2反應生成S?'加速鋼管的

腐蝕，其反應原理如圖I所示，因此埋在地下的鋼管常需要加以保護，使其免受

腐蝕，所用裝置如圖∏所示。下列說法正確的是（）

A.圖∏中鋼管附近土壤的PH可能會上升

B.圖I中鋼管腐蝕的含鐵產物只有FeS

C.圖II中金屬棒X可能為銅，可使鋼管表面腐蝕電流接近于零

D.圖∏中金屬棒X的作用是作為損耗正極材料和傳遞電流

答案A

解析題圖∏中沒有外加電源，采用的是犧牲陽極法，根據原電池原理，金

屬棒X應作負極，金屬棒X的活潑性應大于鐵，才能保護鋼管，使其免受腐蝕，

若金屬棒X是銅，則形成Fe-CU原電池，會加速鐵的腐蝕；題圖∏中鋼管作正極,

正極上H2O發生還原反應生成H2,電極反應式為2H2O+2e-=2OH-+H2↑,

故鋼管附近土壤中的C(OH-)會增大，pH可能會上升，A正確，C錯誤；題圖［

鋼管腐蝕的過程中，負極上Fe失去電子發生氧化反應生成的Fe?+與正極周圍的

S?-和OH-反應分別生成FeS和Fe(OH)2,B錯誤；由上述分析可知，金屬棒X

應作負極，D錯誤。

角度二金屬的防護

3.港珠澳大橋設計壽命120年，對橋體鋼構件采用了多種防腐方法。下列分

析錯誤的是()

A.防腐原理主要是避免發生反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

B.構件表面噴涂環氧樹脂涂層，是為了隔絕空氣、水等，防止形成原電池

C.采用外加電流法時需外接鎂、鋅等作輔助陽極

D.鋼構件可采用不銹鋼材料以減緩電化學腐蝕

答案C

4.鋼鐵在潮濕的空氣中會形成原電池而被腐蝕，下列說法正確的是()

A.原電池的正極反應為：02+2H20+4e--40H-

B.原電池的負極反應為：Fe-3e^=Fe3+

C.鋼鐵設備上連接銅塊可以防止腐蝕

D.鋼鐵與外加直流電源的正極相連可以防止腐蝕

答案A

角度三金屬腐蝕快慢比較

5.某小組同學用如圖裝置研究鋼鐵在海水中的腐蝕與防腐（①中鐵片為生

鐵）。下列說法正確的是（）

鐵片En石墨鐵片一?石瞿鐵片廠丁石墨

海水海水海水

①②③

A.①中只發生化學腐蝕

B.②中只發生析氫腐蝕

C.③為犧牲陽極法

D.鋼鐵被腐蝕的速率：②>①>③

答案D

6.一定條件下，某含碳鋼腐蝕情況與溶液PH的關系如下表:

PH2466.5813.514

腐蝕快慢較快慢較快

主要產物Fe2+Fe3O4Fe2O3FeOf

下列說法正確的是（）

A.pH<4時，發生析氫腐蝕

B.隨PH的升高，含碳鋼的腐蝕速率逐漸加快

C.PH為14時，負極反應式為2H2O+Fe-3e-=FeO5+4H+

D?pH為7時，負極反應式為Fe-3e-=Fe3+,生成的Fe?+被空氣中的氧

氣氧化為Fe2O3

答案A

E思維建模判斷金屬腐蝕快慢的規律

(1)對同一電解質溶液來說，腐蝕由快到慢：電解池原理引起的腐蝕＞原電池

原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕。

(2)活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，較活潑的金屬腐蝕越快。

(3)對同一種電解質溶液來說，一般電解質溶液濃度越大，金屬腐蝕越快。

核心素養科學探究與創新意識——離子交換膜在電化

學中的應用

［素養要求］離子交換膜是一種含離子基團的、對溶液里的離子具有選擇透

過能力的高分子膜。因它對離子具有選擇透過性，且電化學性能優良，在涉及電

化學的工業生產中廣泛應用。由于離子交換膜能將工業生產與化學知識有機的融

合，實現資源的最優配置，考查學生學以致用的能力，故近幾年的電化學高考試

題中年年涉及。

□素養提升

1.電化學中的離子交換膜

(1)離子交換膜的種類及作用

陽離子

只允許陽離子透過，不允許陰離子或某些分子透過

交換膜

陰離子

只允許陰離子透過，不允許陽離子或某些分子透過

交換膜

質子交

只允許H+透過，不允許其他陽離子和陰離子透過

換膜

由一張陽膜和一張陰膜復合制成。該膜特點是在直流電的作用下，陰、

雙極膜陽膜復合層間的H2O解離成H+和OH-并通過陽膜和陰膜分別向兩極區

移動，作為H+和OH-的離子源

⑵離子交換膜的功能

選擇性透過離子，平衡電荷，形成閉合回路。

(3)離子交換膜的應用

①隔離某些物質，防止發生反應。

②用于物質的制備(電解后溶液陰極區或陽極區得到所制備的物質)。

③物質分離、提純。

2.含膜電解池裝置分析

⑴兩室電解池

工業上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿

陽極室中電極反應：2CΓ-2e-=Cht,陰極室中的電極反應：2H2θ+2e-

=H2t+2OH-,陰極區H+放電，破壞了水的電離平衡，使OH-濃度增大，陽

極區CI-放電，使溶液中的C(CI-)減小，為保持電荷守恒，陽極室中的Na+通過

陽離子交換膜與陰極室中生成的OH-結合，得到濃的NaOH溶液。利用這種方法

制備物質，純度較高，基本沒有雜質。

（2）多室電解池

如“四室電滲析法''制備H3PO2（次磷酸）,其工作原理如圖所示

陽離子?≠陽離子

石墨I］交換膜交換膜交換膜II石墨

NaH,PO,NaOH

HJ>O2

稀硫酸稀溶液濃林液稀溶液

陽極室產品室原料室陰極室

+

電解稀硫酸的陽極反應：2H2O-4e=θ2↑+4H,產生的H，通過陽離子交換

膜進入產品室，原料室中的HzPOf穿過陰離子交換膜進入產品室，與H+結合生成

弱電解質H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應：4H2O+4e=2H2↑+4OH,

原料室中的Na+通過陽離子交換膜進入陰極室，可得副產品NaOH

3?離子交換膜類型的判斷方法

（1）首先寫出陰、陽兩極上的電極反應。

（2）依據電極反應確定該電極附近哪種離子剩余。

⑶根據電極附近溶液呈電中性，從而判斷出離子移動的方向。

⑷根據離子移動的方向，確定離子交換膜的類型。

4.有“膜”條件下離子定向移動方向的判斷方法

電T陽離f移向電解池陰極（或原電池的正極）；

池陽離子交換膜會阻斷陰離子的定向移動

一

裝

置

「陰離子移向電解池陽極（或原電池的負極）；

陰離子?交換膜會阻斷陽離子?的定向移動

□素養專練

1.納米級CuzO由于具有優良的催化性能而受到關注。采用離子交換膜控制電

解液中OH-的濃度制備納米級Cu2O的裝置如圖所示，發生的反應為2Cu+

H2OCu2O+H2↑o下列說法正確的是（）

離子交換膜

A.鈦電極發生氧化反應

B.陽極區溶液的PH逐漸增大

C.離子交換膜應采用陽離子交換膜

D.陽極反應式是2Cu+2OEΓ-2e一=CU2。+a0

答案D

2.（2021.廣東高考）鉆（CO）的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。

如圖為水溶液中電解制備金屬鉆的裝置示意圖。下列說法正確的是（）

A.工作時,I室和II室溶液的PH均增大

B.生成ImOleO,I室溶液質量理論上減少16g

C.移除兩交換膜后，石墨電極上發生的反應不變

2++

D.電解總反應：2CO+2H2。速型2Co+O2↑+4H

答案D

解析由圖可知，該裝置為電解池，石墨電極為陽極，水在陽極失去電子發

生氧化反應生成氧氣和氫離子，電極反應式為2H2θ-4e-==θ2t+4H+,放電生

成的氫離子通過陽離子交換膜由I室向II室移動，鉆電極為陰極，鉆離子在陰極

2+

得到電子發生還原反應生成鉆，電極反應式為Co+2e-=Co1氯離子通過陰

離子交換膜由HI室向II室移動，電解總反應的離子方程式為2Co2++2氏0通里

+

2Co+O2t+4H0

3.（2022?岳陽市高三教學質量監測）雙極膜是由一張陽膜和一張陰膜制成的復

合膜，在直流電場作用下能將中間層中的H2。解離成H+和OH=利用雙極膜和

維生素C的鈉鹽（C6H7θ6Na）制備維生素C（C6H8O6）1裝置如下圖所示。

已知維生素C具有弱酸性和還原性，下列說法正確的是（）

陽離子

交換膜

雙極膜

溶液溶液

A.X離子是H+,∏區出口處的NaoH濃度減小

B.M極的電勢高于N極，電解剛開始時陽極區附近溶液的PH變大

C.將I區的NazSCU溶液替換成C6H7θ6Na,可以提高維生素C的產率

D.當M極生成2.24L（標準狀況下）02時，IV區溶液的質量增加8.8g

答案D

4.（2021?山東高考節選）利用膜電解技術（裝置如圖所示），以NazCrCU為主要原

料制備Na2Cr2O7的總反應方程式為：4Na2CrO4+4H2O=?=2Na2Cr2O7+4NaOH

+2H2t+02↑0則Na2Cr2O7在_______（填“陰”或“陽”）極室制得，電解時通過膜

的離子主要為o

答案陽Na+

解析由4Na2CrO4+4H2O^?≡2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2t可知，電

解過程中實質是電解水，陽極上水失去電子生成H+和02,陰極上水得到電子生

成H2和OH,由2CrθV+2H+Cr2θV+H2O可知，CrzOy在氫離子濃度較

大的電極室中制得，即Na2Cr2O7在陽極室產生；電解過程中，陰極產生氫氧根離

子，氫氧化鈉在陰極生成，所以為提高制備Na2Cr2O7的效率，Na+通過離子交換

膜移向陰極。

高考真題演練

1.(2022?湖北高考)含磷有機物應用廣泛。電解法可實現由白磷直接制備

LirP(CN)2],過程如圖所示(Me為甲基)。下列說法正確的是()

--------[?3--------

2M<?SiCN+SCH

-O(SiMe1)J

ZlLiCN+HCN

電ICNJHY

'Li[P(CNR

A.生成1molLi[P(CN)2],理論上外電路需要轉移2mol電子

B.陰極上的電極反應為：P4+8CN--4e-=4[P(CN)2]^

C.在電解過程中CN-向粕電極移動

D.電解產生的H2中的氫元素來自于LiOH

答案D

解析石墨電極發生反應的物質P4轉化為Li[P(CN)2],化合價升高發生氧化

反應，所以石墨電極為陽極，電極反應式為P4+8CN--4e--4[P(CN)2「，則生

成1molLirP(CN)2],理論上外電路需要轉移1mol電子，A、B錯誤；CN-應該

向陽極移動，即移向石墨電極，C錯誤；由所給圖示可知HCN在陰極放電，產

生CN-和H2,而HCN中的H來自LiOH,則電解產生的Hz中的氫元素來自于

LiOH,D正確。

2.(2022?山東高考改編)設計如圖裝置回收金屬鉆。保持細菌所在環境PH穩

定，借助其降解乙酸鹽生成C02,將廢舊鋰離子電池的正極材料LiCoO2(s)轉化為

Co2+,工作時保持厭氧環境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為

石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法不正確的是()

A.裝置工作時，甲室溶液PH逐漸減小

B.裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸

+2+

C.乙室電極反應式為LiCoO2+2H2O+e-=Li+Co+40H^

D.若甲室Co2+減少20()mg,乙室Ct?+增加300mg,則此時已進行過溶液

轉移

答案C

解析裝置工作時，左側裝置細菌上CHsCOO-失去電子生成CCh和H+,

Ct?+在另一個電極上得到電子被還原為Co單質，H+和乙酸鹽中的陽離子通過陽

膜進入甲室，甲室溶液PH減小，A正確；乙室中LiCOO2得到電子，被還原為

2+++2+

Co,電極反應式為LiCoO2+e-+4H=Li+Co+2H2O,反應過程中消耗

H+,因此電池工作一段時間后乙室應該補充鹽酸，B正確，C錯誤；若甲室Co?

+減少200mg,轉移電子的物質的量為"（e-）=59g∕to]X2≈0?0068mol,乙室Co2

03s

+增加300mg,轉移電子的物質的量為〃⑹）=瓦贏pl≈0.0051mol,說明此時

已進行過溶液轉移，D正確。

3.（2022.浙江6月選考）通過電解廢舊鋰電池中的LiMn2。4可獲得難溶性的

Li2CO3^MnO2,電解示意圖如下（其中濾布的作用是阻擋固體顆粒，但離子可自

由通過。電解過程中溶液的體積變化忽略不計）。下列說法不正確的是（）

濾布

A.電極A為陰極，發生還原反應

2++

B.電極B的電極反應：2H2O+Mn-2e^=MnO2+4H

C.電解一段時間后溶液中Mi?+濃度保持不變

2+

D.電解結束，可通過調節PH除去Mn,再加入Na2CO3溶液以獲得Li2CO3

答案C

解析由電解示意圖可知，電極B上Mr?+轉化為了MnO2,鎰元素化合價升

高，失電子，電極B為陽極，則電極A為陰極，得電子，發生還原反應，A正確；

由電解示意圖可知，電極B上M/+失電子轉化為了Mno2,電極反應式為2比0

2++

+Mn-2e-=MnO2+4H,B正確；電極A為陰極，LiMn2。4得電子，電極

++2+

反應式為2LiMn2O4+6e^+16H=2Li+4Mn+8H2O,依據得失電子守恒，

++2+

電解池總反應為2LiMn2O4+4H=2Li+Mn+3MnO2+2H2O,反應生成了

Mn2+,Mn2+濃度增大，C錯誤；由分析可知，電解結束后，可通過調節溶液PH

將鎰離子轉化為沉淀除去，然后再加入碳酸鈉溶液，從而獲得碳酸鋰，D正確。

4.（2022.廣東高考）為檢驗犧牲陽極的陰極保護法對鋼鐵防腐的效果，將鍍層

有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后，取溶液分別實驗，

能說明鐵片沒有被腐蝕的是（）

A.加入AgNO3溶液產生沉淀

B.加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現

C.加入KSCN溶液無紅色出現

D.加入K3[Fe（CN）6]溶液無藍色沉淀生成

答案D

解析氯化鈉溶液中有氯離子，所以加入硝酸銀溶液后，不管鐵片是否被腐

蝕，均會出現白色沉淀，故A不能說明鐵片沒有被腐蝕；淀粉碘化鉀溶液可檢測

氧化性物質，但不論鐵片是否被腐蝕，均無氧化性物質可與碘化鉀發生反應，故

B不能說明鐵片沒有被腐蝕；KSCN溶液可檢測鐵離子的存在，所以無論鐵片是

否被腐蝕，加入KSCN溶液后，均無紅色出現，故C不能說明鐵片沒有被腐蝕；

LLFe（CN）M是用于檢測Fe?+的試劑，加入K3[Fe（CN）6]溶液無藍色沉淀出現，說

明溶液中沒有亞鐵離子，故D能說明鐵片沒有被腐蝕。

5.（2021.全國乙卷）沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和

滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題，通常在管道口設置一

對惰性電極（如圖所示），通入一定的電流。

陽極

二：口海水

、陰極

下列敘述錯誤的是()

A.陽極發生將海水中的Cl-氧化生成CL的反應

B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClO

C.陰極生成的H2應及時通風稀釋安全地排入大氣

D.陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理

答案D

解析海水中除了水，還含有大量的Na+sCI-、Mg?+等，根據題干信息可

知，裝置的原理是利用惰性電極電解海水，陰極的電極反應式為2H2O+2e-=H2

t+20H"會使海水中的Mg?+沉淀積垢，所以陰極表面會形成Mg(OH)2等積垢,

需定期清理，D錯誤。

)=0OH(QH2)

6.(2021?遼寧高考)利用I(Q)與'(QH2)電解

轉化法從煙氣中分離C02的原理如圖。已知氣體可選擇性通過膜電極，溶液不能

通過。下列說法錯誤的是()

煙氣

(含C(V

膜

膜

電

電

極

極

出口1出口2

M極N極

A?a為電源負極

B.溶液中Q的物質的量保持不變

C.CO2在M極被還原

D.分離出的CO2從出口2排出

答案C

解析由題干信息可知，M極發生的是由Q轉化為QH2的過程，該過程是

一個還原反應，故M極為陰極，電極反應為Q+2H2θ+2e--QH2+2OH?故

與M極相連的a電極為負極，N極為陽極，電極反應為QH2-2e--Q+2H+,b

極為電源正極；整個過程CO2未被還原，CO2在M極發生反應為CO2+0H-

+

=HCOf,HCOW向陽極移動，N極上發生的反應為HCOf+H=H2O+CO2

t,故分離出的CO2從出口2排出，C錯誤。

7.（2022?江蘇高考節選）"CuCLH2θ熱電循環制氫”經過溶解、電解、熱水解

和熱分解4個步驟，其過程如圖所示。

H2(g)O2(g)

電解在質子交換膜電解池中進行。陽極區為酸性CUC5溶液，陰極區為鹽酸,

電解過程中CUCl5轉化為CuCU-o電解時陽極發生的主要電極反應為

________________________________（用電極反應式表示）。

答案CuClf+2CΓ-e^=CuCli^

8.（2020?全國卷∏節選）（1）氯氣是制備系列含氯化合物的主要原料，可采用

如圖所示的裝置來制取。裝置中的離子膜只允許離子通過，氯氣的逸出

口是_______（填標號）0

aI)

淡鹽水,r∣~fJ~?,

l??.

~Y離字膜早~

精制鹽水稀NaOH溶液

(2)CH4和Co2都是比較穩定的分子，科學家利用電化學裝置實現兩種分子的

耦合轉化，其原理如下圖所示:

+電極B

固體電解質(傳導O")

碳

U極A

O氧

?氮

①陰極上的反應式為O

②若生成的乙烯和乙烷的體積比為2：1,則消耗的CH4和CO2體積比為

答案⑴鈉a

2

(2)φCO2+2e-=CO+0^②6：5

解析⑵②令生成的乙烯和乙烷分別為2體積和1體積，根據阿伏加德羅定

律：同溫同壓下，氣體體積比等于物質的量之比，再根據得失電子守恒，得到發

生的總反應為：6CH4+5CO2=2C2H4+C2H6+5H2O+5C0,即消耗CH4和CO2

的體積比為6:5o

課時作業

建議用時：40分鐘

選擇題(每小題只有1個選項符合題意)

L化學用語是學習化學的重要工具，下列用來表示物質變化的化學用語正確

的是（）

A.用銅作陰極，石墨作陽極，電解飽和食鹽水時，陽極的電極反應式為2C1

--2e^^=C12t

B.鉛酸蓄電池放電時的正極反應式為Pb-2e^+SOF=PbSO4

C.粗銅精煉時，與電源正極相連的應是粗銅，該極發生的電極反應只有CU

-2e^=Cu2+

D.鋼鐵發生電化學腐蝕的正極反應式為Fe-2e-=Fe2+

答案A

2.下列關于電化學的敘述正確的是（