第23讲电解池金属的腐蚀与防护2024年高考化学卓越讲义

第23讲电解池金属的腐蚀与防护

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考点一电解的原理

重难点辨析

1.电解定义

在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。

2.能量转化形式

电能转化为化学能。

3.电解池

(1)构成条件

①有与电源相连的两个电极。

②电解质溶液(或熔融盐)。

③形成闭合回路。

(2)也极名称及电极反应式(如图)

(3)电子和离子的移动方向

4.阴阳两极上放电顺序

阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子

的能力，另外也与离了•的浓度及电极材料有关。

(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：

(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。

若是惰性电极作阳极，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是

一般情况卜，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。如理论

上H卡的放电能力大于Fe2+、ZM+,但在电解浓度大的硫酸亚铁或硫酸锌溶液中，由丁溶液中c(Fe2+)或c(Zn2

一)2c(H-),则先在阴极上放电的是Fe2+或Zn2+,因此阴极上的主要产物为Fe或Zn；但在水溶液中，Al3\

Mg2\Na.等是不会在阴极上放电的。

规律•方法•技巧•点拔

1.做到“三看”，正确书写电极反应式

⑴一看电极材料，若是金属(Au、Pt除外)作阳极，金属一定被电解(注：Fe生成Fe2+).

(2)二看介质，介质是否参与电极反应。

(3)三看电解质状态,若是熔融状态厕一般为金属的电冶炼。

2.电化学综合计算的三种常用方法

⑴根据总反应式计算

先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。

(2)根据电子守恒计算

①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数

相等。

②用于混合溶液中电解的分阶段计算。

(3)根据关系式计算

根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

如以通过4mole一为桥梁可构建如下关系式，

(式中M为金属,〃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。

【提醒】在电化学计算中，还常利用。=入和Q=〃(<OXNAXX1(T9c来计算电路中通过的电量。

3.用惰性电极电解电解质溶液的规律

电解质电解质溶

类型实例电极反应特点溶液pH

浓度液复原

NaOH溶液增大增大加水

阴极:4H++4e—2H2T

电解水型H2sOJ溶液增大减小加水

阳极:4()H4e-2H20+04

Na2sCh溶液增大不变加水

HCI溶液电解质电离出的阴、阳离子分减小增大通氯化氢

电解电解质型

C11C12溶缶别在两极放电减小——加氯化铜

阴极:FLO放电生碱生成新

放H?生碱型NaCI溶液增大通氯化氢

阳极:电解质阴离子放电电解质

阴极:电解质阳离子放电生成新

放。2生酸型CuSOi溶液减小加氧化铜

阳极:用。放02生酸电解质

典型例题剖析

考向1电解池工作原理

【典例1】（2022•全国•高三专题练习）下列有关电化学的说法正确的是

A.原电池的金属负极质量一定减小B.待充电电池的奂极应与电源正极相连

C.电解池的电解质溶液质量一定减小1）.原电池工作时在溶液中电流由负极到正极

【答案】D

【解析】A.原电池放电时，负极质量可能增大、可能不变也可能减小，如铅蓄电池中负极电极反应式为

Pb2e+SO；-=PbSO41,负极质量增加，燃料电池中负极材料质量不变，故A借误；

B.蓄电池充电时，其负极应与电源的负极相连，正极与电源的正极相连，故B错误：

C.电解池的电解质溶液质量可能不变，如精炼铜，电解质溶液CuSCU的质量不变，故C错误；

D.原电池工作时，外电路中电流是从正极经过导线到负极，电池内部电流从负极经溶液到正极，故D正

确；

故选：Do

【变式练1］（2023秋・河南•高三校联考开学考试）我国科学家采用双极膜实现连续合成氨，电解装置工作

原理如图所示。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH,并在电流作用下分别向两极迁移。

卜列说法错误的是

A.催化电极a上的电势低于催化电极b

B.工作一段时间后，右室中c（OH）不变

C.生成氨气和氧气的质量比为17:64

D.若使用铅酸蓄电池作电源，获得ImolNFh时，铅酸蓄电池中有8molH?O生成

【答案】B

【解析】由示意图可知，催化电极a上的电极反应为：6H2O+NO；+8e=NH3T+9OH-,电极a为阴极；

催化电极b上的电极反应为：8OH-8e=2O2T+4H.O.电极b为阳极。

A.催化电极a（阴极）上的电势低于催化电极b（阳极），故A正确：

B.当电路中转移8moie-时，右室消耗8moiOT,同时生成4m3也0,且双极膜会向右室迁移8moiOH-，

因此右室中dOH）减小，故B错误；

D.电解池阴极的电极反应式为2NO"12H*+10e-=N?T+6H2。

【答案】D

【解析】图示的电化学装置除去NO；属于电解装置，硝酸根转亿为氮气的转化应该是在阴极上发生的，所

以是电源的负极，阴极上的电极反应为：离子交换膜允许氢离子通过，据

b2NO；+12H-+10e=N2t+6H2O,

此回答。

A.硝酸根转化为氮气的转化应该是在阴极上发生的，所以b是电源的负极，a是正极，故A错误；

B.图示的电化学装置除去NO；属于电解装置，把电能转化为化学能，故B错误；

C.铅蓄电池中，Pb作负极、正极为PbO?,根据分析可知b是电源的负极，则铅蓄电池b端电吸材料为Pb,

故C错误；

D.硝酸根转化为氮气的转化应该是在阴极上发生的，电极反应为：21^03+12可+1。6=冲7+6比0,故口正

确。

故选：Do

【变式练3］（2023秋・湖南•高三校联考阶段练习）含有硝酸盐和亚硝酸盐的酸性废水可导致水体富营养化,

引发环境污染。如图是利用电化学原理处理NO；的原理，下列有关叙述错误的是

A.直流电源为铅蓄电池时，PbO2极连接X电极

B.Y电极上发生还原反应

阳极电极反应方程式为+

C.2H?O-4e=O2T+4H

D.当产生28gNz时，一定有6moi日穿过质子交换膜

【答案】D

【解析】A.NO；在Y电极得到电子转化为氮气，即Y为阴极，X为阳极，铅蓄电池PbO?极为正极，故A

正确；

B.Y为阴极，发生还原反应，故B正确；

C.阳极区电解质为硫酸溶液，故电极反应式为2HQ-4e-=O2T+4H，，故C正确；

D.由「不能确定参与电极反应的NO；中氮元素的具体化合价，所以转移电子数无法确定，H迁移数量无

法确定，故D错误；

故选Do

【变式练4]（2023秋・广东佛山•高三统考开学考试）2022年我国十大科技突破——海水直接电解制H?,

其工作原理如图，防水透气膜只能水分子通过。下列说法正确的是

A.a为电解池的阴极

B.b的电极反应方程式：2H2O+2C-=H2?+2OH-

C.去除透气膜，a极发生的电极反应不变

D.电解池工作时，海水侧的离子浓度理论上逐渐减小

【答案】B

【解析】由图示可知，该装置为电解池，阴离子氢氧根向a极移动，故a为电解池的阳极发生氧化反应生成

氧气，b作电解池阴极发生还原反应生成氢气。

A.阴离子氢氧根向a极移动，故a为电解池的阳极发生氧化反应生成氧气，A错误；

B.b的电极反应方程式：2H2O+2e-=H2T+2OH-,B正确：

C.去除透气膜，海水中氯离子在阳极发生氧化反应，故a极发生的电极反应发生变化，C错误；

D.电解池工作时,溶剂水不断通过透气膜进入a、b两极发生反应，海水侧的离子浓度理论上逐渐增大，D

错误；

故选

三年真题•两年模拟

1.（2023・重庆・统考高考真题）电化学合成是•种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱

氨酸和烟酸的示意图。卜列叙述特谈的是

A.电极a为阴极

B.FT从电极b移向电极a

C%^/COOH

+

+2H2O-6e-=[J+6H

D.生成3moi半胱氨酸的同a时生成Imol烟酸

【答案】D

【解析】该装置是电解池，电极b上3甲基毗咤转化为烟酸过程中，加氧少氢、发生氧化反应，则b为阳极,

NH2

S—HC—CH—COOH

2NH2

a为阴极，阴极电极反应式为1「八八+2e+2H'=2I_

S—H^C—CH—COOHHS—H2C—CH—COOH

一I

NH2

A.a极上硫元素化合价升高，a为阴极，A正确；

B.电解池中阳离子移向阴极，则H，移向a电极，B正确；

C.电极b上3甲基I此咤转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为:

鼾弋2H2。…Cf8OH+6H+=正确；

NH2

D.根据电子守恒可得关系式：（|丫〜6e~6|,因

“HS—H2C—CH—COOH

此生成6mol半胱氨酸的同时生成Imol烟酸，D错误；

故选：Do

2.（2023•广东•统考高考真题）用一种具有“卯桦”结构的双极膜组装电解池（下图），可实现大电流催化电解

KNO3溶液制氨。工作时，也0在双极膜界面处被催化解离成H+和OH,有利于电解反应顺利进行。下列

说法不正确的是

A.电解总反应：KNO5+3H2O=NH3H,O+2O2T+KOH

B.每生成1molNH/H?。，双极膜处有9moi的HQ解而

C.电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变

D.相比于平面结构双极膜，“卯棉”结构可提高氨生成速率

【答案】B

【解析】由信息大电流催化电解KNC）3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3,发生还原反应，故

电极a为阴极，电极方程式为NO；+8e-7HQ=NH/Hg+9OH-,电极b为阳极，电极方程式为

4OH-4e=O2T+2H2O,“卯樟”结构的双极膜中的H卡移向电极a,OFT移向电极b。

A.由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为KNOS+BHZOMNHJ-HZO+ZOZT+KOH,故A正确;

B.每生成ImolNH3H2。，阴极得8moic，同时双极膜处有8moi进入阴极室,即有8moi的H?。解离,

故B错误；

C.电解过程中，阳极室每消耗4moiOH,同时有4moiOIT通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不

因反应而改变，故C正确；

D.相比于平面结构双极膜，“卯禅”结构具有更大的膜面积，有利于H?O被催化解离成H+和01「，可提高

氨生成速率，故D正确；

故选B.

3.（2023・浙江•统考再考真题）氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法木至项

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：2HQ+2e-=H2T+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

【答案】B

【解析】A.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，故A正确：

B.电极B为阴极，通入氮气，氯气得到电子，其电极反应式为：2H2O+4e+O2=4OH-,故B错误；

C.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，

故C正确；

D.改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能

耗，故D正确。

综上所述，答案为B。

4.12023•湖北•统考高考真题）我国科学家设计如图所示的电解泡，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。

该装置工作时阳极无C1?生成且K0II溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为xmol」。o下列说法错误的

是

A.b电极反应式为2H?0+2e-=H2T+2OH-

B.离子交换膜为阴离子交换膜

C.电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜

D.海水为电解池补水的速率为2xmol•h"

【答案】D

【解析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与

电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e=H2T+20H,阳极反应为40H4e=ChT+2H2O,电池总

通电

反应为2H20-2H2T+O2T，据此解答。

A.b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e=H2T+20H,故A正确；

B.该装置工作时阳极无Cb生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为40H4e=ChT+2H20,为保持OH

离子浓度不变，则阴极产生的0H离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，

故B正确；

C.电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；

D.由电解总反应可知,每生成Imollb要消耗ImolILO,生成出的速率为加。1・仁,则补水的速率也应是

xinolh-'，故D错误;

答案选D。

5.12023•辽宁・统考高考真题）某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示，其中高选择性催化剂PRT

可抑制0?产生。下列说法正确的是

A.b端电势高于a端电势B.理论上转移2moid生成4gH2

+

C.电解后海水pH下降D.阳极发生：Cr+H20-2e-=HC10+H

【答案】D

【解析】由图可知，左侧电极产生氧气，则左侧电极为阳极，电极a为正极，右侧电极为阴极，b电极为负

极，该装置的总反应产生氧气和氢气，相当于电解水，以此解题。

A.由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；

B.右侧电极上产生氢气的电极方程式为：2H=2e=H23则理论上转移2moie-生成2gH2,B错误；

C.由图可知，该装置的总反应为电解海水的装置，随着电解的进行，海水的浓度增大，但是其pH基本不

变，C错误；

D.由图可知，阳极上的电极反应为：Cl+H^0-2c=HCIO+W,D1E确：

故选Do

6.：2023•全国•统考高考真题）用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K，抑制酸性电解液中的析氢反应

来提高多碳产物（乙烯、乙醇等）的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是

A.析氢反应发生在kO'-Ti电极上

B.C「从Cu电极迁移到kO「Ti电极

C.阴极发生的反应有：2CO,+12H+I2e-=C2H4+4H2O

D.每转移Imol电子，阳极生成1L2L气体(标准状况)

【答案】C

【解析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOxTi电极为电解池的阳极，水在阳极失去

(

电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H?O4e=O2t+4H,铜电极为阴极，酸性条件下二氧

化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2co2+12H++12e』C2H4+4H2。、

+

2CO2+12H+12e-=C2H5OH+3H2O,电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。

A.析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误：

B.离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，C1不能通过，故B错误；

C.由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电

极反应式有2co2+12H++12e』C2H4+4H9,故C正确；

D.水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O4e=O2t+4H(,每转移Imol电

子，生成2,在标况下体积为，故D错误；

答案选Co

考点二电解原理在工业生产中的应用

重难点辨析

1.氯碱工业

(1)电极反应

阳极反应式：2c「一2e--CLt(氧化反应)

阴极反应式：2H‘+2e=H2t(还原反应)

(2)总反应方程式

2NaCl+2H2。型且2NaOH+H2t+C12t

(3)氯碱工业生产流程图

2.电镀

下图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：

(1)镶件作阴极，镀层金属银作阳极。

(2)电解质溶液是AgNO.3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。

(3)电极反应：

阳极：Ag—e-=Ag；

阴极:Ag>4-e-=Ago

(4)特点：阳极溶解，阴极沉枳，电镀液的浓度不变。

3.电解精炼铜

(1)电极材料:阳极为粗铜：阴极为纯铜。

(2)电解质溶液：含CM+的盐溶液，

(3)电极反应：

阳极：Zn—2c-—Zn2*^Fc-2c-=Fc2+>Ni—2c-—Ni2+xCu-2c-=Cu2+；

阴极：Cu2++2e-=Cuo

4.电冶金

利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。

⑴冶炼钠

2NaCl(熔融)暨i2Na+Cbt

电极反应：

阳极:2C1--2e-=Ci2t；阴极：2Na++2e~=2Na©

(2)冶炼铝

2Al2。3(熔融)里空4A1+3O2t

电极反应：

2-

阳极：6O--12e=3O2t；

阴极：4Al口一+12c-=4Al。

规律•方法•技巧・点拔

1.阴、阳极的判断方法

(1)根据外接电源:正极接阳极，负极接阴极。

(2)根据电流方向:从阴极流出，从阳极流入。

(3)根据电子流向:从阳极流出，从阴极流入。

(4)根据离子移向:阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

(5)根据电极产物:阳极——电极溶解、逸出02(或阳极区酸性增强)或。2；阴极一析出金属、逸出或阴

极区碱性增强)。

⑹根据反应类型:阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。

典型例题剖析

考向1电解原理的应用

【典例1】（2023•全国•高三专题练习）工业上先后用下列方法制备金属钠：

①用石墨作电极电解熔融氢氧化钠制钠。

1100℃小小

②铁与熔融氢氧化钠作用制钠：3Fe+4NaOH=----=Fe3O4+2H2T+4NaT。

③电解熔融氯化钠。

卜列有关说法正确的是

A.电解熔融氢氧化钠制钠的反应为4NaOH（熔融）姓里4Na+2O?T+2H2T

B.在电解熔融氯化钠的电解槽（如图）中，石墨为阳极，铁为阴极

C.电解熔融氯化钠时，Na一向阳极移动

D.方法①与②制得等量的钠，两反应中转移的电子总数相等

【答案】B

一通电A

【解析】A.电解熔融氢氧化钠时，生成钠、水和氧气，电池总反应为4NaOH（熔融）-4Na+O2T42Hp,

故A错误；

B.电解熔融氯化钠时，电解槽的阳极如果用活泼金属材料，则会导致电解时阳极放电而不是电解质中的阴

离子放电，可用石墨作阳极，故B正确；

C.电解熔融氯化钠时，钠离子向阴极移动，氯离子向阳极移动，故C错误；

D.方法①中只有钠离子得电子，方法②中不仅有钠离子还有氢离子得电子，所以制得相等量的钠，两反应

中转移的电子总数不相等，故D错误；

故选：Bo

【变式练1］（2023秋・全国•高三校联考开学考试）某小组设计利用盐湖水的工业流程如下图所示：

卜.列叙述正确的是

A.根据物质组成分类，纯碱和烧碱都属于碱

B.利用氯化钠溶解度随温度升高而减小提取粗盐

C.上述制备烧碱的副产品可以用于制备盐酸

D.工业制备钠的尾气可以直接排入空气中

【答案】C

【解析】A.纯碱是碳酸钠的俗称，属于盐类，不属于碱，故A错误：

B.氯化钠的溶解度随温度升高而增大，但溶解度随温度变化小，故B错误；

C.由图可知，制备烧碱的副产品为氢气和氯气，氢气在氯气中燃烧生成氯化氢，氯化氢溶于水得到与水，

所以制备烧碱的副产品可以用于制备盐酸，故C正确；

D.工业制备钠的尾气为有毒的氯气，直接排入空气中会污染环境，所以不能直接排入空气中，故D错误;

故选C。

【变式练2］（2023秋・山西大同•高三统考开学考试）根据下列装置和物质，能达到相应实验目的的是

测量溶

液的pH—1«-

t

浓成的—,J

<

11铁制

镶件

---水1合1

饱和饱和1

Na2CO3NaPJC

溶液溶液(ASO押液

A.验证CO：的水解

B.实验室制备SO?C.铁表面镀铜D.演示喷泉实验

程度比HCO；大

A.AB.BC.CD.D

【答案】D

【解析】A.碳酸钠和碳酸氢钠的溶解度不同，碳酸钠饱和溶液和碳酸氢钠饱和溶液的浓度不相等，由探究

实验的变最唯一原则可知，用测吊饱和溶液浓度pH的方法不能验证碳酸根离子和碳酸氢根离子水解程度的

大小，故A错误；

B.启普发生器是用于不溶于水的块状固体与液体不加热制备不溶于水气体的装置，亚硫酸钠为溶于水的固

体粉末，且二氧化硫易溶于水，所以不能用启普发生器制备二军,化硫，故B错误：

C.铁表面镀铜时，铜应与直流电源正极相连作电镀池的阳极，铁制镀件作阴极，故C错误；

D.氨气极易溶于水，通过挤压胶头滴管使圆底烧瓶中的氨气溶于水使得气体的物质的量减小产生内外压强

差而形成喷泉，故D正确；

故选D。

考向2与电解有关的计算

【典例2】（2U23•全国•高三专题练习）利用如图所示装置，当X、丫选用不同材料时，可将电解原理广泛

应用于工业生产。下列说法中正确的是

A.氯碱工业中，X、丫均为石墨，X附近能得到氢氧化钠

B.铜的电解精炼中，X是纯铜，丫是粗铜，Z是C11SO4

C.电镀工业中，X是待镀金属，丫是镀层金属

D.外加电流法中，Y是待保护金属

【答案】D

【解析】A.氯碱工业上，用惰性电极电解饱和氯化钠溶液，阴极附近得到氢氧化钠，即丫附近能得到氢

氧化钠，故A错误；

B.铜的精炼中，粗铜作阳极X,纯铜作阴极Y,硫酸铜溶液作电解质溶液，故B错误；

C.电镀工业上，阴极丫是待镀金属，阳极X是镀层金属，故C错误；

D.外加电流的阴极保护法中，阴极丫是待保护金属，故D正确；

故选Do

【变式练3］（2023•全国•高三专题练习）金属银有广泛的用途，粗锲中含有Fc、Zn、Cu、Pt等杂质，可用

电解法制得高纯度的银。下列叙述中正确的是（已知：氧化性Fe”VNi2+〈Cu2+）

A.阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2++2e=Ni

B.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Fe?+和Z/+

D.电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pl

【答案】D

【解析】A.电解时，阳极Zn、Fc、Ni失去电子，发生氧化反应，选项A错误；

B.因氧化性Ni2+>Fc2+>ZM+,故阴极反应式为Ni2++2e=Ni,可见，阳极质量减少是因为Zn、Fc、Ni

溶解，而阴极质量增加是因为Ni析出，选项B错误；

C.电解后溶液中的阳离子除Fc2‘和Zi?+外，还有Ni?+和H',选项C错误；

D.Cu和Pt金属性较弱，电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt,选项D正确；

答案选D。

【变式练4］（2023春•全国•高三专题练习）普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用卜.面的双

膜（阴离子交换膜和过滤膜）电解装置可制备高纯度的Cuo卜.列有关叙述中正确的是

A.电极a为精铜，电极b为粗铜

B.甲膜为过漉膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区

C.乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区

D.当电路中通过1mol电子时，可生成16g精铜

【答案】A

【解析】由图可知，电极a与电源负极相连，为阴极，电极b与电源正极相连，为阳极，电解精炼铜过程

中，阴极为精铜，电极方程式为：Cu2++2e=Cu,阳极为粗铜，电极方程式为：Cu2e=Cu2+,甲膜为阴离子交

换膜，可阻止杂质离子阳面子进入阴极区，乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，以此

解答。

A.由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜；电极b阳极，为粗铜，故A正确；

B.甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质离子阳离子进入阴极区，故B错误；

C.乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，故C错误；

D.电解精炼Cu的装置中，阴极电极方程式为：Cu2++2e=Cu,当电路中通过Imol电子时，可生成精铜，

其质量为32g,故D错误；

故选Ao

三年真题・两年模拟

I.（2022♦广东•高考真题）以熔融就为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现A1

的再生。该过程中

A.阴极发生的反应为Mg-2e=Mg2+B.阴极上A1被氧化

C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥D.阳极和阴极的质量变化相等

【答案】C

【解析】根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电了•的氧化反应，阴极发生得电了•的还原反应，该题中

以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳

极区Mg和A1发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和AN,Cu和Si不参与反应，阴极区AP+得电子土

成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。

A.阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+,A错误：

B.Al在阳极上被氟化生成AP-,B错误；

C.阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；

D.因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生

成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误；

故选C。

2.（2024・湖南长沙•长郡中学校联考模拟预测）含有硝酸盐和亚硝酸盐的酸性废水可导致水体富营养化，引

发环境污染。如图是利用电化学原理处理NO；的原理，下列有关叙述错误的是

A.直流电源为铅蓄电池时，PbO1极连接X电极

B.Y电极上发生还原反应

C.阳极电极反应方程式为2Hq-4C-=O?T+4H+

D.当产生28gN2时，一定有6moiM穿过质子交换膜

【答案】D

【解析】A.NO：在丫电极得到电子转化为氮气，即丫为阴极，X为阳极，铅蓄电池PbO?极为正极，故A

正确;

B.丫为阴极，发生还原反应，故B正确；

C.阳极区电解质为硫酸溶液，故电极反应式为2Hq-4e=O2T+4H"故C正确；

D.由于不能确定参与电极反应的NO”中氮元素的具体化合价，所以转移电子数无法确定，田迁移数最无

法确定，故D错误；

故选D。

3.（2023•山西晋城・晋城巾第一中学校校考模拟预测）室温钠硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源

存储系统。一种室温钠硫电池的结构如图所示。将钠箔置「聚苯并咪唾膜上作为一个电极，表面喷涂有硫

黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：

/\

2Na++-Sj-+21--e-Na2sx

4I4,

下列叙述错误的是

A.炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能

V

B.放电时负极反应为：2Na++-S+2e-->NaS.

o82r

C.充电时Na+从硫电极向钠电极迁移

D.放电时外电路电子流动的方向是a-»b

【答案】B

【解析】钠硫电池中钠作负极，电极反应式为：Nae=Na\表面喷涂有硫磺粉末的炭化纤维素纸作正极，电

极反应式为：*Sx+e一;S:，｝s；+e-S：,2Na++：S；+2（l；）c-Na2Sx，充电时，钠电极作阴极，电极

22244

反应式为：Na*+e=Na,据此分析c

A.炭化纤维素纸具有导电性，其作用是增强硫电极导电性能，故A正确：

B.钠硫电池中钠作负极，电极反应式为：Nac=Na+,故B错误：

C.由分析知，充电时Na电极作为阴极，阳离子移向阴极，因此充电时Na+从硫电极向钠电极迁移，故C

正确;

D.放电时，电子由负极流向正极，由分析知，a为负极，b为正极，因此放电时外电路电子流动的方向是

a—>b»故D正确；

故选B。

4.（2023•辽宁鞍山•统考一模）海水中有丰富的锂资源，我国科学家研发出利用太阳能从海水中提取金属锂

的技术，提取原理如图所示，下列说法错误的是

A.该装置将光能间接转变为化学能

B.a极为阴极，电极上发生还原反应

C.电解过程中可监测到b极附近溶液pH减小

D.固体陶瓷膜允许Li+、H2O等较小微粒通过

【答案】D

【解析】本装置利用太阳能从海水中提取金属锂，由于锂能与水发生反应，所以Li应在电极a生成，从而

得出电极a为阴极，电极b为阳极。

A.该装置是将太阳能转化为电能，然后电解海水制取锂，则将光能间接转变为化学能，A正确；

B.由分析可知，a极为阴极，电吸上Li+得电子生成Li,发生还原反应，B正确；

C.电解过程中，b极C1失电子生成CLCL溶于水后有一部分与水反应生成HC1和HC1O,所以电极附近

溶液pH减小，C正确;

D.海水中的Li+通过固体陶瓷膜进入电极a,得电子生成Li,若H2O也进入电极a附近，则生成的Li与

HK)发生反应，所以固体陶瓷膜允许Li+通过，但不允许H9等较小微粒通过，D错误；

故选D。

5.(2023•福建福州・统考模拟预测)我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质，其工作原理

如图所示。该装置运行期间电极I［上产生O］和气体X。下列说法错误的是

A.该装置实现了“太阳能—电能一＞化学能”的转化

B.电极I连接太阳能电池的负极

C.工作时，电极II附近溶液的pH增大

D.实验室检验气体X可用湿润的淀粉KI试纸

【答案】C

【解析】由图可知，锂离子向电极I迁移，则电极I为阴极，电极反应式：Li++c-=Li：电极H为阳极，

该装置运行期间电极上产生。和气体则电极反应式：+

H2X,2Cr-2e-=Cl2T,2H2O-4C=O2T+4H；

A.根据该装置示意图可知，实现了太阳能T电能T化学能的转化，故A正确；

B.根据分析可知，电极I为阴极，连接太阳能电池负极，故B正确；

根据分析可知，电极为阳极，电极反应式：则工作时，

C.02Cr-2e-=Cl22H2O-4e=O2?+4H-,

电极II附近溶液的pH减小，故C错误；

D.根据分析可知X气体为。2,可用湿润的淀粉KI试纸检验，故D正确；

答案选C。

6.(2024•福建泉州•统考一模)一种水系的锌可充电超级电池放电时原理如图所示，下列说法错误的是

A.放电时，电解质中的c(OH)保持不变

B.放电时，电极a为正极

C.充电时，消耗ImolZn(OH)：电路中转移电子数为2乂、

D.充电时，阳极反应式：MX+Oir-e-=MX(OH)

【答案】A

【解析】由图可知，放电时•，Zn化合价升高失电子，故电极b作负极，电极反应式为Zn2e+4OH=Zn(OH)j,

电极a为正极，电极反应式为MX(OH)+e=MX+OH,充电时，电极b作阴极，电极反应式为Zn(OH)：

+2e=Zn+4OH,电极a作阳极，电极反应式为MX+OHe=MX(OH),据此作答。

A.放电时，由两极反应可知，电池总反应为Zn+2Mx(OH)+2OH=Zn(OH)j+2MX,故电解质中的c(OH)

减小，故A错误：

B.放电时，Zn化合价升高失电子，故电极b作负极，电极a为正极，故B正确；

C.充电时，电极b作阴极，电极反应式为Zn(OH)：+2e=Zn+4OH,消耗ImolZn(OH)：电路中转移电子数

为2NA，故C正确；

D.充电时，电极a作阳极，电极反应式为MX+OHe=MX(OH),故D正确；

故选:Ao

考点三隔膜在电化学中的作用

重难点辨析

1.常见的隔膜

隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：

(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离了•通过，即允许H+和其他阳离了通过，不允许阴离子通过。

(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。

(3)质子交换膜，只允许H+通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。

(4)双极膜，双极膜亦称双极性膜，是特种离子交换膜，它是由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合

膜。该膜的特点是在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的解离成和并分别通过阴膜和阳膜,

H20H+OH

作为H+和OH离子源。

2.隔膜的作用

(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。

4.规律•方法•技巧•点拔

解这类问题可以分三步：

第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。

第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。

第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免

产物因发生反应而造成危险。

反应物相同，不同的交换膜，迁移的离子种类不同；同种交换膜，转移相同的电子数，如果离子所带电荷

数不同，迁移离子数不同。离子迁移依据电荷平衡，而离子数目变化量可能不相等。

交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这

种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥（盐桥需要定时替换或再生）。通过限制离子迁移，使指定离子

在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。

典型例题剖析

考向1提高产品纯度

【典例1】（2023秋例川成都•高三校联考开学考试）钮电池具有特殊的电池结构，具有充电迅速、比能量

高、价格低廉等优点，工作原理如图所示。酸性溶液中钿通常以V"、V"、VO2+、VO：等形式存在，离

子颜色依次为紫色、绿色、蓝色、黄色。放电过程中，a极电解质溶液由紫色变为绿色。下列说法错误的是

A.该电池工作原理为：VO；+VJ2H.*VO2-+V，H?C

B.放电时，H+由质子交换膜左侧移向右侧

C.充电时，a极发生还原反应，应接电源正极

D.充电时，b极附近溶液黄色加深

【答案】C

【解析】放电过程中，a极电解质溶液由紫色变为绿色，可知V“失电子发生氧化反应生成丫3\则a是负

极、b是正极。

A.放电时，负极反应为V2+p-=v3+、正极发生还原反应VO；+e-+2H--VO^+Hq,该电池工作原理

为：VO；+V"+2H+*VO"+V3++HQ故A正确；

B.放电时，a是负极、b是正极，阳离子向正极移动，田由质子交换膜左侧移向右侧，故B正确：

C.放电时，a是负极、b是正极，充电时，a极发生还原反应，应接电源负极，故C错误；

D.充电时，b极为阳极，发生氧化反应，VO?♦失电子生成VO；,附近溶液蓝色变为黄色，故D正确；

选C。

【变式练1］（2023春・安徽•高三安徽省宿松中学校联考开学考试）一种可实现氢气循环利用的新型电池的

放电工作原理如图所示，下列说法正确的是

A.放电时，电子由M极经外电路到N极

B.放电时，N极电极反应式为H2+2OH--2e-=2HQ

C.放电过程中Na+由左池通过交换膜向右池移动

D.充电时，电极M接电源的负极

【答案】B

【解析】A.根据图示，放电时，氢气流入N极，N极氢气失电子发生氧化反应，N是负极、M是正极，

电子由N极经外电路到M极，故A错误；

B.放电时，氢气流入N极，N极氢气失电子发生氧化反应，N极电极反应式为H?+20H--2e-=2Hq,

故B正确；

C.N是负极、M是止极，放电过程中Na，由右池通过交换膜向左池移动，故C错误；

D.放电时，N是负极、M是正极，充电时，电极M接电源的正极，故D错误；

选Bo

【变式练2］（2023秋・湖南•高三校联考阶段练习）含有硝酸盐和亚硝酸盐的酸性废水可导致水体富营养化,

引发环境污染。如图是利用电化学原理处理NO.的原理，下列有关叙述错误的是

A.直流电源为铅蓄电池时，PbO?极连接X电极

B.Y电极上发生还原反应

C.阳极电极反应方程式为2HQ-de』。？T+4H+

D.当产生28g9时，一定有6moiFf穿过质子交换膜

【答案】D

【解析】A.NO；在Y电极得到电子转化为氮气，即Y为阴极，X为阳极，铅蓄电池PbO?极为正极，故A

正确;

B.丫为阴极，发生还原反应，故B正确；

C.阳极区电解质为硫酸溶液，故电极反应式为2H9-4"=O2f+4H+,故C正确；

D.由于不能确定参与电极反应的NO：中氮元素的具体化合价，所以转移电子数无法确定，H4迁移数量无

法确定，故D错误；

故选Do

考向2限制离子迁移

【典例2】（2023秋•重庆沙坪坝•高三重庆南开中学校考开学考试）钠离了•电池以其快速充放电的特性受到

科研工作者的重视，具有广泛的应用前景。某基于有机电解质的钠离子可充电电池的放电工作原理如图所

示;

卜.列说法正确的是

A.x>y

B.放电时，外电路通过电子，A电极质量减少

2

C.充电时，B电极发生的反应为CaFeOx+(y-x)O-2(y-x)e=CaFeOy

D.与锂离子电池相比，钠离子电池具有受损后不易燃烧的优点

【答案】A

【解析】放电时，钠电极为负极，A电极反应式为：Nae=Na*,B电极为正极，电极反应式为

2(x-y)Na+CaFeOx+2(x-y)e=CaFeO>,+(x-y)Na2O；

A.由放电时B电极的物质转化关系2Na++CaFeC\fCaFeOy+NaQ可知，x>y,故A正确；

B.放电时，外电