第三單元電解池金屬的腐蝕與防護

【課標要求】1.認識電能與化學能相互轉化的實際意義及其重要應用。

2.了解電解池的工作原理，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本質，知道金屬腐蝕的危害，了解防止金屬腐蝕的

措施。

4.能分析、解釋電解池的工作原理，能設計簡單的電解池。

夯?必備知識

一、電解池的工作原理

I.電解與電解池

（I）電解：在電流作用下，電解質在兩個電極上分別發生氧化反應和還原反應的

過程。

（2）電解池：將也能轉化為化軍能的裝置。

（3）電解池的構成條件

①有與直流電源相連的兩個電極;

②電解質溶液（或熔融鹽）;

③形成閉合回路。

2.電解原理

（1）工作原理

還原反應

（2）電子和離子的移動方向（惰性電極）

電子：從電源離子：陽離子

負極流出,流移向電解池的

向電解池的陰陰極；陰離子

極；從電解池移向電解池的

陽極流出,流陽極

向電源的正極

3.電極上離子放電順序

指的是在電極上的得、失電子

（1）陰極：與電極材料無關。氧化性強的先放電，放電順序：

指水電離出的H+,書寫電極反應式時可用H2O表示

Ag+Fe3+Cu2+H+Fe2+Zn2+H1.OK）Al3+Mg2+Na+Ca2+K+

得到電子由易到難

（2）陽極（與電極材料有關）

①活性電極作陽極（除Au、Pt以外的金屬），則活性電極本身失去電子，發生氧

化反應c如Cii—2e~=C.\r~,Fe—2e-=Fe2+n

②惰性電極作陽極（Pt、Au、石墨碳棒）

離子的放電順序為

S2一、「、Bd、cr>0H\含氧酸根離子（NO,、CO一等）、.

放電由易到難

4.惰性電極電解電解質溶液的四種類型

陰四子

S2

放H?生堿型「電解電解質型

（如NaCl、MgBQ等Br（如CuC%、HC1等）

ci-

.陽離子

Na*Mg2'Zn"OWCu2rR?，Ag，

■NO-

電解水型5放O2生酸型

(j||H2SOnNaOH、S。?(如CuSQ、AgNOs等)

Na2sot等)

（1）放H2生堿型:（以NaCl為例）

陰極反應式：2H2O+2e=出t+2OH；

（2）電解電解質型：（以CuCb為例）

陽極反應式：2c「一2屋—02t；

（3）電解水型：（以H2sO4為例）

陽極反應式：2H，O—4e==Cht+4H+：

（4）放02生酸型：（以CuS04為例）

總離子方程式：2CU2++2H2O^^2CU+O2t+4H+。

【診斷1】判斷下列敘述的正誤（正確的劃“，錯誤的劃“X”）。

（1）電解鹽酸、硫酸等溶液，H+放電，溶液的pH逐漸增大（X）

（2）電解時，電子的移動方向為電源負極一陰極一陽極一電源正極（X）

（3）用惰性電極電解NaCl溶液放出22.4LH2（標準狀況）,理論JL需要轉移NA

個電子（X）

（4）用惰性電極電解CuS04溶液一段時間后，加入Cu（0H）2可使電解質溶液

恢復到電解前的情況（X）

二、電解原理的應用

1.氯堿工業

稀食

鹽水

鹽水乂快快

陽極反應式：2C「一2e-=CCt（氧化反應）;

陰極反應式：2H2O+2e——%t+2OH一（或2H++2?一一%t）（還原反應）;

總反應方程式：2NaCl+2H20型鯉2NaOH+H2t+Cbf。

裝置離子交換膜電解槽

陽極鈦網（涂有鈦、釘等氧化物涂層）

陰極碳鋼網

陽離子①只允許恒離子通過，能阻止陰離子和氣體通過

交換膜②將電解槽隔成陽極室和陰極室

2.電鍍與電解精煉

電鍍銅的電解精煉

待

銅片、鍍

示意圖純粗

鐵

CuSO銅桐

件溶液

溶液

金屬原子失去電子變成金屬陽離子,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

a.化學腐蝕：金屬與接觸到的物質直接反應而造成的腐蝕。

b.電化學腐蝕：不純的金屬接觸到電解質溶液發生原電池反應而造成的腐蝕。

②析氫腐蝕與吸氧腐蝕（以鋼鐵的腐蝕為例）

類型析氫腐蝕吸氧腐蝕

條件水膜酸性較強（pH（4.3）水膜酸性很弱或呈中性

電極負極Fe-2e=Fe2

反應正極2H++2鼠=afCh+2H2。+4e—=4OH-

總反應式Fe+2H+=Fe2++H2t2Fe+€)2+2H2O=2Fe(OH)2

聯系吸氧腐蝕更普遍

鐵銹的形成：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,2Fe(OH)3=Fe2O3xH2O

（鐵銹）+（3-x）H2O0

2.金屬的防護

（1）電化學防護

（2）改變金屬的內部結構，如制成合金、不銹鋼等。

（3）加防護層，如在金屬表面噴油漆、涂油脂、電鍍、噴鍍或表面鈍化等方法。

【診斷3】判斷下列敘述的正誤（正確的劃“，錯誤的劃“X”）。

（1）鋼鐵發生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3+（X）

（2）Al、Fc、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物（X）

（3）在金屬表面覆蓋俁護層，若保護層破損后，就完全失去了對金屬的保護作用

（X）

（4）鋼閘門吊一塊鋁塊，是利用了犧牲陽極法保護金屬（J）

力提?關鍵能力

考點一電解原理及應用

【典例1】（2020.山東卷）采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解

法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽略溫度變化的影響，下列說法錯誤的是（）

A.陽極反應為2H20—4屋=41+。2t

B.電解一段時間后，陽極室的pH未變

C.電解過程中，H，由a極區向b極區遷移

D.電解一段時間后，a極生成的02與b極反應的02等量

［圖解分析］

a極析出氧b極通入包

氣.制元素氣,生成過

的化合價升鋌化氫,X

高,為電解元素化合價

池的陽極降低,被還

原，作電解

池的陰極

H-由陽極區向陰極區遷移

答案D

解析結合題圖，可知a極上產生02,發生的反應為水被氧化生成02的反應,

即a極為陽極，b極為陰極，電極反應式如表：

電極名稱電極反應式

a極（陽極）2H2O-4e-=4H*+O2t

b極（陰極）+

2H+O2+2e-=H2O2

結合上述分析可知，A項正確；電解一段時間后，陽極室溶液中H+濃度未變，即

陽極室的pH未變，B項正確；電解過程中H+通過質子交換膜，從a極區向b極

區遷移，C項正確；由陰、陽極的電極反應式，可知電解一段時間后，b極消耗

。2的量是a極生成02的量的2倍，即a極生成的Ch與b極反應的Ch的量不相

等，D項錯誤。

【題組訓練】

1.用電解法處理酸性含珞廢水（主要含有CnO丁）時，以鐵板作陰、陽極，處理

-2+3+3+3

過程中發生反應：Cr2O7+6Fe+14H*=2Cr-F6Fe+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1molCnO廠被還原

答案B

解析鐵作陽極，反應為Fe—2e=F/+,Fe?+還原CnOU,反應過程中陰極為

酎放電同時Fe?*還原Cr20M也消耗。（才）變小，pH變大，B項錯誤。

2.（2021?濰坊模擬）一種新型的電解廢水處理技術是以活性炭為電極板和粒子凝

膠顆粒填充的電解裝置（如圖所示）。該裝置電解過程中產生的羥基自由基（6H）

氧化能力極況，能氧化苯酚生成CO2、H2OO下列說法錯誤的是（）

直流電源

ai--------O-b

J----------禽斯"L

3-…子艮二!H、。

?OH+H'石墨煬/金屈

粒子凝膠顆粒

Na2soi溶液含苯酚廢水

A.陽極電極反應為2H20—46-=02t+4H+

B.H'通過離子交換膜向陰極移動

C.苯酚被氧化的化學方程式為C6H5OH+28?OH=6CO2t+17H2O

D.每轉移0.7mole一兩極室共產生氣體體積為11.2L（標準狀況）

答案A

解析根據題給信息可知，陽極上產生羥基自由基，故陽極反應為H2O-e-

=OH+H*,A項錯誤：H+通過離子交換膜向陰極移動，B項正確：茉酚被輕

基自由基氧化為CO2、H20,配平化學方程式為C6H5OH+28OH=6CO21+

17H2O,C項正確；陰極反應式為2H++2亡=af,轉移0.7mol電子，陰極產

生0.35molHz,陽極反應式為H2O—e-=?OH+H+,轉移0.7mol電子,生成0.7

mol.OH,由C6H5OH+28OH=6CO2t+17H?O可知，（）.7mol-OH參加反應,

生成().15molCO2,故兩極空共產生().5mol氣體，在標準狀況下體積為11.2L,

D項正確。

()=(>()H()—f^OH

3.(2021?遼寧卷)利用(Q)與\(QH2)電解轉化法

從煙氣中分離CO2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(）

b

電源

煙氣」|20Hn.

(含8廠艇片QH：

INaHCO：,溶液

NQ

出口1—J62H,O2H*,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M極為陰極，則a極為電源負極，A項正確；結合陰極和陽極反應可知,

整個電解過程中溶液中Q的物質的量保持不變，B項正確；M極通入的煙氣中的

CCh能與OH一反應生成HC01,HCO,移向陽極N極，與H+反應生成CO2,從而

實現CO2的分離，分離出的CO2從出口2排出，整個過程中CCh中各元素化合價

保持不變，C項錯誤，D項正確。

考點二電極反應式的書寫和計算

題組一電極反應式的書寫

1.用惰性電極電解物質的量濃度相同、體積比為1：3的CuS04和NaCI的混合溶

液，可能發生的反應有()

①2Cu2++2H2O=^^2Cu+4Ht'+02t

@Cu-1+2C「里鰭Cu+Cbt

③2c「+2H2O=^^H2f+Cht+20FF

④2H2O=^^2H2t+O2t

A.①②③B.①?④

C.②③④D.②④

答案C

解析用惰性電極電解物質的量濃度相同、體積之比為1：3的CuSCh和NaCl

的混合溶液，假設〃(CuS04)=1mol,則〃(NaCl)=3mol,n(CuSCh)=n

(Cu2+)=1mol,n(NaCl)=n(CD=3moh第一階段：陽極上C「放電、

陰極上C/i放電，當銅離子完全反應時消耗2moic1,所以還剩余ImolCl,

此時發生的電解反應式為②；第二階段：陽極上。一放電，陰極上FhO放電，當

CT完全反應前，發生的電解反應式為③；第三階段：電解Na2sCM和NaOH的混

合溶液，發生的電解反應式為④；故合理選項是C。

2.鈦被譽為第三金屬，廣泛用于航天航空等領域。硼化帆(VB2)一空氣電池的放

電反應為4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5,以該電池為電源電解制備鈦的裝置如圖

所示。

Cu

空氣-*一■VB2卜Pl

Ti(\石墨

^KOH：KOI

(叫)j(aq)CaCI^/CaO共熔體

陰離子交換膜

下列說法不正確的是()

A.電解過程中，0H一由左側經陰離子交換膜向右側遷移

B.Pt極反應式為2VB2+22OH——22e—=V2O5+2B2O3+llH2O

C.石墨電極可能發生反應：2Cr-2e-=Cht.2O2--4e-=O2t

D.若石墨極只收集到4.48LC12,則理論上可制備4.8gTi

答案D

解析由硼化銀一空氣電池放電總反應結合題圖推知，Cu電極是正極，Pt電極

是負極，故OH由左側經陰離子交換膜向右側遷移，A正確；Pt電極上VB2發生

氧化反應，電極反應式為2VB2+22OH--22e-=V2O5+2B2O3+HH2O,B正確；

石墨電極是電解池的陽極，電解質中陰離子（。一、。2-）發生氧化反應，C正確;

題目未指明4.48L02是否處于標準狀況，不能據比計算制備Ti的質量，D錯誤。

|名師點拔，

電解池電極反應式的書寫

?步驟

一：判斷電解池的陰陽極，與直流電源負極相連

判1的為陰極，與宜流電源正極相連的為陽極

片===二二=

二」看清電解池的陽極材料是惰性電極還是活性

看W電極（除Au、Pl外的金屈為活性電極）

活性電極：電極材料失電子，生成相應

的金屬陽離子

陽

極惰性電極：陰因子失電子，生成相應的

單質或高價化合物（陰離子放電順序：s2-

>「>Br->Cr>OH>含氧酸根離T>F-）

陽離子得電子，生成相應的單質或低價

陰化合物[陽離子放電順序：Ag4>Fc{+>Cu2*

極>H*（^）>Fc2+>Zn2+>H+（zK）>AI3+>Mg2+>

Na*>Ca2*>K+]

?注意事項

①書寫電解池的電極反應式時，可以用實際放電的離子表示，但書寫電解池的總

反應時，比0要寫成分子式。如用惰性電極電解食鹽水時，陰極反應式為2H++

2e=H2t（或2H20+2片=氏t+2OFF）,總反應式為2cr+2比0里曼20H

+H2t+C12to

②陰極不管是什么材料，電極本身都不反應，一定是溶液（或熔融電解質）中的

陽離子放電。

③電解水溶液時，K+?A13+不可能在陰極放電，印不可能用電解水溶液的方法得

到K、Ca、Na、Mg、Al等金屬。

題組二電化學的相關計算

3.在500mLKN03和Cu（NO.02的混合溶液中，c（NO?）=6molL-1,用石墨

電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到22.4L氣體（標準狀況），

假定電解后溶液體積仍為500mL,下列說法正確的是()

A.電解得到的Cu的物質的量為0.5mol

B.向電解后的溶液中加入98g的Cu(OH)2可恢復為原溶液

C.原混合溶液中c(K+)=4molL-1

D.電解后溶液中c(H+)=2molL-1

答案B

解析石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到22.4L氣伍(標

224I

準狀況)，〃(02)1mol,陽極發生2H20—4e--O2f+4H+,

22.4Lmol

t

生成1mol氧氣轉移4moi電子，陰極發生Cu2++2e=Cu.2H+2e=H2t,

生成1mol氫氣，轉移2moi電子，因此還要轉移2moi電子生成1mol銅，電解

得到的Cu的物質的量為1mol,故A錯誤；根據電解原理和原子守恒，溶液中減

少的原子有銅、氧、氫，向電解后的溶液中加入ImolCu(OH)2,叮恢復為原

溶液，質量為98g,故B正確；c(C/+)=7^=2mobL-1,由電荷守恒可知，

U?J1—/

原混合溶液中c(K.+)為6moiL、一2moi?[/1X2=2mol-LI故C錯誤；開始

電解時發生2CIF++2H2O寶且2CU+O2t+4才,n(H+)=2n(Cu)=2X1mol

=2mol,當C/+消耗完后，電解HNCh、KNCh溶液，實質上是電解水，〃(H*)

=2mol不變，電解后溶液中c(H+)為猾￥=4molLf,故D錯誤。

U?J1—4

4.如圖所示，通電5min后，電極5的質量增加2.16g,請回答下列問題。

(1)a為電源的況1。A；也陽

極的電極反應為,C池陰極的電極反應為。

(2)如果B池中共收集到224mL氣體(標準狀況)且溶液體積為20()mL(設

電解過程中溶液體積不變)，則通電前溶液中Ciy的物質的量濃度為o

(3)如果A池溶液是200mL足量的食鹽水(電解過程溶液體積不變)，則通電

5min后，溶液的pH為

答案（1）負電解2Cr-2e=ChfAg'+e-=Ag（2）0.025mol-f

1（3）13

解析（1）根據已知條件通電5min后，電極5的質量增加2.16g,說明電極5

作陰極，Ag-放電，電極反應為Ag*+e-=Ag,轉移電子的物質的量為（）.（）2mol,

同時可知電極6作陽極，與電源的正極相連。則a是負極，b是正極，電極1、3、

5作陰極，電極2、4、6作陽極。（2）B池中電解總反應為2CuSO4+2H2O逢星

2CU+O2t+2H2SO4,若轉移（）.02mol電子時只收集到02（只電解溶質），則根

據關系式2CuSO4?02?4e-可得、（02）=0.005mol,體積為112mL（標準狀況）

<224mL,說明溶質C11SO4已耗完，然后電解水。設整個過程消耗CuSCUxmol,

H2Oymol,則有2x+2y=0.02,$+Y=0.01,解得x=y=0.005mol,則c（CuS04）

1

=0.025mol-L0（3）由于A池中電解液足量，A池中只發生反應2NaCl+

2H2O&￡2NaOH+H?t+CI2t,根據關系式NaOH?e,生成的〃（NaOH）=

0.02mol,則c（NaOH）=^2^1?°^=0.1mol-L-1,即溶液的pH=13。

U?NL

I規律方法，

電化學綜合計算的三種常用方法

?根據總反應式計算

先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列出比例關系進行計算。

?根據電子守恒計算

①用于串聯電路中陰陽兩極產物、正負兩極產物、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用于混合溶液中電解的分階段計算。

（3）根據關系式計算

根據得失電子守恒定律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：

4c?2cL（BQ、L）—（%?2H2?2Cu?4Ag?一M

陽極產物陰極產物

（其中M為金屬，〃為其離子的化合價數值）

該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應式，靈活運用關系式

便能快速解答常見的電化學計算問題。

考點三金屬的腐蝕與防護

【典例2】（2020?江蘇卷）將金屬M連接在鋼鐵設施表面，可減緩水體中鋼鐵

設施的腐蝕。在如圖所示的情境中，下列有關說法正確的是（）

A.陰極的電極反應式為Fe—2e-=Fe2+

B.金屬M的活動性比Fe的活動性弱

C.鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護

D.鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快

［圖解分析］

犧牲陽極法示意圖如圖：

犧牲陽極法通常是在被保護的鋼鐵設備上安裝若干鎂合金或鋅塊，鎂、鋅比鐵活

潑，它們就成為原電池的負極，不斷遭受腐蝕，而作為正極的鋼鐵設備就被保護

起來。

答案C

解析根據圖示可知金屬M失電子，為原電池的負極（圖示為陽極），鋼鐵設施

為原電池的正極（圖示為陰極），此方法屬于犧牲陽極的陰極保護法。該裝置中陰

極發生還原反應，A項錯誤；金屬M被氧化，即金屬活動性：M>Fe,B項錯誤；

鋼鐵設施為原電池的正極，表面積累大量電子而被保護，C項正確；海水中含有

大量的NaCI等電解質，而河水中電解質較少，故鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率

比在海水中的慢，D項錯誤。

【題組訓練】

1.下列關于金屬腐蝕和保護的說法正確的是（）

A.犧牲陽極法利用電解原理

B.金屬的化學腐蝕的實質是：M—〃e-=M〃+,電子直接轉移給還原劑

C.外加電流法，在通電時被保護的金屬表面腐蝕電流降至零或接近于零

D.銅碳合金鑄成的銅像在酸雨中發生電化學腐蝕時正極的電極反應為：2H++2e

=H2f

答案c

解析犧牲陽極法利用原電池原理，用較活潑的金屬作負極先被氧化，故A錯誤；

金屬的化學腐蝕的實質是：金屬作還原劑M-=M”+,電子直接轉移給氧化

劑，故B錯誤；外加電流法，在通電時被保護的金屬表面腐蝕電流降至零或接近

于零，故C正確；銅碳合金鑄成的銅像在酸雨中發生電化學腐蝕時，銅作負極,

碳正極的電極反應為：O2+4e'+4H+=2H2O,故D錯誤。

2.我國多條高壓直流電線路的瓷絕緣子出現鐵帽腐蝕現象。在鐵帽上加鋅環能有

效防止鐵帽的腐蝕，防護原理如圖所示。下列說法錯誤的是（）

宜

需

濕澗的絕

方

《緣于表面

向

A.通電時，鋅環是陽極，發生氧化反應

B.通電時，陰極上的電極反應為2H2O+2e—=H2t+2OH-

C.斷電時，鋅環上的電極反應為Zn2++2e-=Zn

D.斷電時，仍能防止鐵帽被腐蝕

答案C

解析通電時，鋅環與電源正極相連，鋅環作陽極，鋅失電子發生氧化反應，故

A正確；鐵帽為陰極，陰極上才得到電子生成氫氣，陰極電極反應為2H2O+2e

-=H2t+20H-,故B正確；斷電時，鋅鐵形成原電池，鋅失電子生成Zi?+,

鋅環上的電極反應為Zn-2e-=Zn2+,Fe作正極被保護，仍能防止鐵帽被腐蝕，

故C錯誤、故D正確,

I規律方法，

判斷金屬腐蝕快慢的方法

?對同一電解質溶液來說，腐蝕的快慢：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。

?對同一金屬來說，腐蝕的快慢：強電解質溶液中,弱電解質溶液中〉非電解質溶

液中。（濃度相同）

?活潑性不同的兩種金屬，活潑性差異越大，腐蝕越快。

?對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，金屬腐蝕速率越快。

微專題18電化學裝置中的“膜技術”

【進階學習】

I.離子交換膜

離子交換膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成，交換膜使離子選擇性定向遷移（目

的是平衡整個溶液的離子濃度或電荷）。

2.隔膜的作用

（1）能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止發生化學反應。

（2）能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。

3.交換膜的分類與應用

陽離子只允許陽離干通過，阻止

交換膜陰離子和氣體通過

離分陰離子只允許陰離子通過，阻止

子類交換膜陽離子和氣體通過

交

換放壬交換膜_一只允許質子（H+）通過

膜「隔虎某些物質,防止能生反應

應?用于物質的制備（電解后溶液陰極區

用或陽極區得到所制備的物質）

」物質分離、提純

4.常考含交換膜的裝置

I.單膜電化學裝置

KIO3可以用電解法制備，裝置如下:

（1）分析裝置a、b是什么極？c、d是什么極？請分析討論。

答案因為12—>103,故a電極發生氧化反應，作陽極，確定b電極為陰極，c

為正極，d為負極。

（2）寫出兩極的電極反應式。

答案a：h-10e-+12OH-=2IOJ+6H2O

b：10H20+I0e-=100H-+5H2t

（3）電解時通過離子交換膜的離子是什么？遷移如何？

答案K+,向b遷移。

（4）將裝置中的陽離子交換膜改為陰離子交換膜有什么不好？

答案得到KIO?可能含有較多的KOHo

n.雙膜或多膜電化學裝置

（I）雙膜電解池

NazFeCM是制造高鐵電池的重要原料，同時也是一種新型的高效凈水劑。在工業

上通常利用如圖裝置生產Na2Fe04o

（1）根據題意，寫出Cu、Fe兩極的電極反應式。

答案Cu：2H2O+2e==H2t+20H一

Fe：Fe—6e+8OH==FeOk+4H2O

（2）請分析離子交換膜a、b分別是哪類離子交換膜？通過什么離子？〃％與力％

的大小關系如何？

答案Fe電極反應消耗OH,b交換膜應為陰離子交換膜，通過OK；Cu電極

反應產生OH，保證電荷守恒，a交換膜為陽離子交換膜，通過Na/。

（3）為了使裝置連續工作，如何操作？

答案將左側流出的NaOH補充到裝置的中部。

（II）多膜電解池

多極膜電滲析一步法制酸堿的技術進入到了工業化階段。某科研小組研究采用

BMED膜堆（如圖所示），模擬以精制濃海水為原料直接制備酸和堿。BMED膜

堆包括陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜（a、d）o已知：在直流電源的作用

下，雙極膜內中間界面層發生水的解離，生成H一和OHo

（1）請分析電極X、Y的名稱，并寫出電極反應式。

答案OH一移向陽極，酎移向陰極，電極X、Y分別為陽極、陰極；陽極：H2O

-2e"=102t+2H\陰極：2H2O+2e—=H2t+2OH，

（2）交換膜b、c分別是哪類交換膜？I、II、口口排出什么物質？

答案b為陰離子交換膜，c為陽離子交換膜。

1口排出酸液，11口排出淡海水，III口排出堿液。

（3）雙極膜a左側膜和右側膜分別是哪類離子交換膜？

答案左側膜為陰離子交換膜，右側膜為陽離子交換膜。

【專題精練】

1.（2020?山東卷）微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處

理有機廢水獲得電能，同時可實現海水淡化。現以NaCI溶液模擬海水，采用惰

性電極，用下圖裝置處理有機廢水（以含CH3co。一的溶液為例）。下列說法錯誤

的是（）

—————,?——?’———?

a極』￡”，；二H

b極

生物膜有機模擬酸性

廢水海水水溶液

A.負極反應為CH3co（T+2H2O-8e=2CO2t-F7H+

B.隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜

C.當電路中轉移1mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5g

D.電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2：1

［圖解分析］

a極上CHQOCT轉化為C（%和C元素被氧化.

所以a極為該原電池的負極.貝砧極為正極，

氯離子移向負極,隔膜1為陰離子交換膜,

訥離子移向正極,隔膜2為陽離子交換膜.

答案B

解析結合圖示可知放電時的電極反應如下：

電極名稱電極反應

負極（a極）CH3co0+2H2O-8e-=2CO2t+7H+

正極（b極）2H++2e=H2t

根據上述分析可知，A項正確：該電池工作時，CT向a極移動.Na'向b極移動.

即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項錯誤；電路中轉移1mol

電子時，向a極和b極分別移動1molC「和1molNa+,則模擬海水理論上可除

鹽58.5g,C項正確；電池工作時負極產生CO2,正極產生H2,結合正、負極的

電極反應知，一段時間后，正極和負極產生氣體的物質的量之比為2：1,D項正

確。

2.（2021.天津卷）如下所示電解裝置中，通電后石墨電極H上有Ch生成，Fe2O3

逐漸溶解，下列判斷錯誤的是（)

石墨4-oab<4石梟

電極1在流電源電極U

CuC)NaSO

t溶加24

溶液

陰離子交換膜放子交換膜

A.a是電源的負極

B.通電一段時間后,向石墨電極II附近滴加石蕊溶液，出現紅色

C.隨著電解的進行,CuCb溶液濃度變大

D.當0.01molFezCh完全溶解時，至少產生氣體336mL（折合成標準狀況下）

答案C

解析根據題圖，結合題意知，石墨電極II上H2O發生氧化反應產生02,故石

墨電極n是陽極，則b是電源的正極、a是電源的負極，A項正確；石墨電極II

上山。放電產生02和Ht2H2。-4。=4H'+02t,通電一段時間后，石墨電

極II附近溶液顯酸性，能使石蕊顯紅色，B項正確；電解時，CM+在石墨電極I

上放電生成Cu,左室口C「通過陰離子交換膜進入中間室，故CuCb溶液的濃度

+3+

減小，C項錯誤；由Fe2O3+6H=2Fe+3H2O和陽極反應式可得FezCh?|（力，

故產生02的體積是,X0.01molX22.4LmoF'Xl03mLL.I=336mL,D項正確。

練?高考真題

I.（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。下列敘述錯誤的是（）

/陽極

I、陰極

A.陽極發生將海水中的C「氧化生成C12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

解析海水中存在大量的Cl，在陽極C「放電生成C12,A敘述正確；陰極H8

放電生成H2和OH，OFT與C12反應生成C1CT,因此管道中存在一定量的NaClO,

B敘述正確；因為H2為可燃性氣體，大量H2存在時容易引起爆炸，所以陰極生

成的H2應及時通風稀釋，安全地排入大氣，C敘述正確；陰極產生OH,因此

會在陰極表面形成Mg（OH）2等積垢，需定期清理以保持良好的導電性，D敘

述錯誤。

2.（2021.廣東卷）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1molCo,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

D.電解總反應：2co2++2比0叁里2Co+Cht+4H「

答案D

解析I室中水放電使硫酸濃度增大，II室中生成鹽酸，故I室和II室溶液的pH

均減小,A錯誤；生成1molCo時，轉移2mol電子，［室有（）.5molCh（即16g）

逸出，有2moi（即2g）H+通過陽離子交換膜進入I【室，貝心室溶液質量理論上

減少18g,B錯誤；移除兩交換膜后，由放電順序知，石墨電極上的電極反應為

2CE-2e=Cht,C錯誤;電解時生成了02、Co、H,,則電解總反應為2c（?

++2H2O且直2co+O2t+4H\D正確。

3.（2019?江蘇卷）將鐵粉和活性炭的混合物用NaCI溶液濕潤后，W

置于如圖所示裝置中，進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實L

鸚水蝴

A.鐵被氧化的電極反應式為Fe—3c-=Fc3^

B.鐵腐蝕過程中化學能全部轉化為電能

C.活性炭的存在會加速鐵的腐蝕

D.以水代替NaCl溶液，鐵不能發生吸氧腐蝕

答案C

解析A項，鐵和炭的混合物用NaCl溶液濕潤后構成原電池，鐵作負極，鐵失

去電子生成Fe?+,電極反應式為Fe—2e-=Fe2+,錯誤；B項，鐵腐蝕過程中化

學能除了轉化為電能外，還可轉化為熱能等，錯誤；C項，構成原電池后，鐵腐

蝕的速率變快，正確；D項，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以構成原電池，

Fe失去電子，空氣中的02得到電子，鐵發生吸氧腐蝕，錯誤。

成?學科素養

A級基礎鞏固

1.（2021?錦州模擬）某電化學裝置如圖所示，a、b分別接直流電源兩極。下列說

法正確的是（）

a%fb

jrtCuSO4

史與野■溶液

A.溶液中電子從B極移向A極

B.若B為粗銅，A為精銅，則溶液中c（Cu2+）保持不變

C.若A、B均為石墨電極，則通電一段時間后，溶液pH增大

D.若B為粗銅，A為精銅，則A、B兩極轉移的電子數相等

答案D

解析A.電解質溶液通過離子移動導電，電解質溶液中沒有電子移動，故A錯誤；

B.若B為粗銅，A為精銅，電解質溶液是硫酸銅，該裝置為電解精煉銅，溶液中

c（Cu2+）略減小，故B錯誤；C.若A、B均為石墨電極，電解方程式是2Q1SCM

+2H2O魚些2Cu+Cht+2H2s04,則通電一段時間后，溶液pH減小，故C錯

誤；D.根據電子守恒，陰極、陽極轉移電子數一定相等，若B為粗銅，A為精銅，

則A、B兩極轉移的電子數相等，故D正確。

2.（2021.常德模擬）用惰性電極電解物質的量濃度相同、體積比為3：1的CuSO4

溶液和NaCl溶液的混合溶液，不可能發生的反應是（)

A.2CU2++2H2O^^=2CU+4Hb+02t

B.CU2++2C1^^Cu+Cbt

c.2cr+2H2O遵電20H-+H2t+C12t

D.2H2O^^2HZt+O2t

答案c

解析由題給信息可知：〃(CuSO4):〃(NaCl)=3：1,可得出〃(Cu2+)：n

(CD=3：1,由于陰離子放電的先后順序為。一、0H\S04,陽離子放電的

先后順序為Cu2+、H+、Na+,故該電解過程分為三個階段：第一階段，電解CuCb

溶液：Cu2++2C「叁皇Cu+C12t。第二階段，電解CuS04溶液：2C/++

2H20雪晝2Cu+4H++Cht。第三階段，電解H2s0,和Na2s04溶液：2H2。堂皇

2H,f+O，tc故不可能發4的反應是：2c廠+2H?O通皇2OH一+H〉t+Cbf,

C項正確。

3.(2021.汕頭模擬)鋼鐵的防護有多種方法，下列對■于圖中的方法描述錯誤的是

鋼

鐵

閘海永一■■一

門

--輔魴電極-

A.a、b以導線連接，輔助電極發生氧化反應

B.a、b以導線連接或以電源連接，輔助電極的材料可能都含有Zn

C.a、b分別連接直流電源，通電后外電路電子被強制從輔助電極流向鋼鐵匣門

D.a、b分別連接直流電源的負極、正極，該方法是犧牲陽極的陰極保護法

答案D

解析A.a、b以導線連接，裝置即為犧牲陽極的陰極保護法，則輔助電極活動性

應該比鐵強，作負極，發生氧化反應，A正確；B.a、b以導線連接或以電源連接，

輔助電極都是發生氧化反應，Zn比較活潑，會失去電子，B正確；C.通電后，被

保護的鋼鐵閘門作陰極，輔助電極作陽極，因此通電后外電路電子被強制從輔助

電極流向鋼鐵閘門，使鋼鐵閘門得到保護，C正確；D.由于有外加電源，故此方

法為外加電流的陰極保護法，D錯誤。

4.（2021?揚州高三調研）資源化利用CO2的一種原理如圖所示。下列說法正確的

是（）

c2H(.

CO

C2H,

H2O

CH,co2

電極P固體］解質電極Q

（可傳輸

A.M為電源的負極

BQ2-從電極P移向電極Q

C.電極Q上反應為CO2+2e==CO4-O2-

D.理論上參與反應的〃（CH4）：n（CO2）=4：3

答案C

解析A項，電極Q上CO?生成CO,碳元素化合價降低，發生還原反應，該裝

置Q電極連接電源的負極，即N為電源的負極，錯誤；B項，電極P為電解池的

陽極，Q為陰極，陰離子-應移向陽極P,錯誤；c項，電極Q上CCh得電子

生成CO,已知固體電解質可傳輸。2一，故Q電極反應式為CO2+2e—==CO+O2

■,正確；D項，當電極P上生成的C2H4、C2H6物質的量之比為1：1時，參與

反應的n（CH4）：n（CO2）=4：3,但題中未提到C2H4、C2H6物質的量之比,

故無法計算甲烷與二氧化碳物質的量之比，錯誤。

5.（2021?惠州模擬）納米FezCh在常壓電解法合成氨過程中起催化作用，該電解

裝置如圖所示。已知熔融NaOH—KOH為電解液，FezCh在發生反應時生成中間

體Fe。下列說法正確的是（）

A.惰性電極II是電解池的陰極，發生還原反應

B.產生2.24LCh時，轉移的電子數為0.4M\

C.惰性電極I的電極反應為Fe2O3+3H8—6e=2Fe+6OH

D.生成氨氣的反應為2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH3

答案D

解析A.根據圖示可知，惰性電極n產生氧氣，氫元素化合價升高，發生氧化反

應，故惰性電極I【為電解池的陽極，A錯誤；B.產生2.24LO2,未標注狀態，故

不能計算轉移的電子數，B錯誤；C.根據圖示可知，惰性電極I為陰極，反應得

電子，電極反應式為Fe2O34-3H2O+6e=2Fe+6OH,C錯誤；D.結合圖示及

陰極電極反應式可知，生成氨氣的反應為2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH3,D正

確。

6.(2021?棗莊模擬)生活污水中的氮和磷元素主要以鏤鹽和磷酸鹽形式存在，可

用鐵、石墨作電極，用電解法去除。電解時：如圖甲原理所示可進行除氮；翻轉

電源正負極.可進行除磷，原理是利用Fe2+將轉化為Fee(PO。2沉淀.下

列說法不正確的是()

翻轉正負極

?

翻轉I負極，轉正負極

01020304050607080

電解時間/min

乙

A.圖乙中0?20min脫除的元素是氮元素，此時石墨作陽極

B.溶液pH越小，有效氯濃度越大，氮的去除率越高

C.圖乙中20?40min脫除的元素是磷元素，此時陰極電極反應式為2H一+2廣

=H2t

D.電解法除氮中有效氯QCT氧化NH3的離子方程式為3ClO+2NH3=3Cr+

N2+3H2O

答案B

解析A.因0?20min脫除的元素是氮元素，所以需要將鉉根離子、氨氣氧化成

氮氣，若鐵作陽極，則被氧化的是鐵，所以此時石墨作陽極，A正確；B.隨溶液

pH減小，c(H+)增大，反應CI2+H2OH+H-Cr+HC10的化學平衡逆向移

動，導致溶液中c(HQO)減小，使NH；的氧化率降低，則氮的去除率隨p