2024年高考化学第一轮单元练习题：第三单元 电解池 金属的腐蚀与防护

第三单元电解池金属的腐蚀与防护

【课标要求】1.认识电能与化学能相互转化的实际意义及其重要应用。

2.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。

3.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。

4.能分析、解释电解池的工作原理，能设计简单的电解池。

夯•必备知识

一、电解池的工作原理

I.电解与电解池

（I）电解：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）电解池：将也能转化为化军能的装置。

（3）电解池的构成条件

①有与直流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.电解原理

（1）工作原理

还原反应

（2）电子和离子的移动方向（惰性电极）

电子：从电源离子：阳离子

负极流出,流移向电解池的

向电解池的阴阴极；阴离子

极；从电解池移向电解池的

阳极流出,流阳极

向电源的正极

3.电极上离子放电顺序

指的是在电极上的得、失电子

（1）阴极：与电极材料无关。氧化性强的先放电，放电顺序：

指水电离出的H+,书写电极反应式时可用H2O表示

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

得到电子由易到难

（2）阳极（与电极材料有关）

①活性电极作阳极（除Au、Pt以外的金属），则活性电极本身失去电子，发生氧

化反应c如Cii—2e~=C.\r~,Fe—2e-=Fe2+n

②惰性电极作阳极（Pt、Au、石墨碳棒）

离子的放电顺序为

S2一、「、Bd、cr>0H\含氧酸根离子（NO,、CO一等）、.

放电由易到难

4.惰性电极电解电解质溶液的四种类型

阴四子

S2

放H?生碱型「电解电解质型

（如NaCl、MgBQ等Br（如CuC%、HC1等）

ci-

.阳离子

Na*Mg2'Zn"OWCu2rR?，Ag，

■NO-

电解水型5放O2生酸型

(j||H2SOnNaOH、S。♦(如CuSQ、AgNOs等)

Na2sot等)

（1）放H2生碱型:（以NaCl为例）

阴极反应式：2H2O+2e=出t+2OH；

（2）电解电解质型：（以CuCb为例）

阳极反应式：2c「一2屋—02t；

（3）电解水型：（以H2sO4为例）

阳极反应式：2H，O—4e==Cht+4H+：

（4）放02生酸型：（以CuS04为例）

总离子方程式：2CU2++2H2O^^2CU+O2t+4H+。

【诊断1】判断下列叙述的正误（正确的划“，错误的划“X”）。

（1）电解盐酸、硫酸等溶液，H+放电，溶液的pH逐渐增大（X）

（2）电解时，电子的移动方向为电源负极一阴极一阳极一电源正极（X）

（3）用惰性电极电解NaCl溶液放出22.4LH2（标准状况）,理论JL需要转移NA

个电子（X）

（4）用惰性电极电解CuS04溶液一段时间后，加入Cu（0H）2可使电解质溶液

恢复到电解前的情况（X）

二、电解原理的应用

1.氯碱工业

稀食

盐水

盐水乂快快

阳极反应式：2C「一2e-=CCt（氧化反应）;

阴极反应式：2H2O+2e——%t+2OH一（或2H++2«一一%t）（还原反应）;

总反应方程式：2NaCl+2H20型鲤2NaOH+H2t+Cbf。

装置离子交换膜电解槽

阳极钛网（涂有钛、钉等氧化物涂层）

阴极碳钢网

阳离子①只允许恒离子通过，能阻止阴离子和气体通过

交换膜②将电解槽隔成阳极室和阴极室

2.电镀与电解精炼

电镀铜的电解精炼

待

铜片、镀

示意图纯粗

铁

CuSO铜桐

件溶液

溶液

金属原子失去电子变成金属阳离子,金属发生氧化反应。

（2）金属腐蚀的类型

①化学腐蚀与电化学腐蚀

a.化学腐蚀：金属与接触到的物质直接反应而造成的腐蚀。

b.电化学腐蚀：不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应而造成的腐蚀。

②析氢腐蚀与吸氧腐蚀（以钢铁的腐蚀为例）

类型析氢腐蚀吸氧腐蚀

条件水膜酸性较强（pH（4.3）水膜酸性很弱或呈中性

电极负极Fe-2e=Fe2

反应正极2H++2鼠=afCh+2H2。+4e—=4OH-

总反应式Fe+2H+=Fe2++H2t2Fe+€)2+2H2O=2Fe(OH)2

联系吸氧腐蚀更普遍

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

（铁锈）+（3-x）H2O0

2.金属的防护

（1）电化学防护

（2）改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。

（3）加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。

【诊断3】判断下列叙述的正误（正确的划“，错误的划“X”）。

（1）钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3+（X）

（2）Al、Fc、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物（X）

（3）在金属表面覆盖俣护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用

（X）

（4）钢闸门吊一块铝块，是利用了牺牲阳极法保护金属（J）

力提•关键能力

考点一电解原理及应用

【典例1】（2020.山东卷）采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解

法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是（）

A.阳极反应为2H20—4屋=41+。2t

B.电解一段时间后，阳极室的pH未变

C.电解过程中，H，由a极区向b极区迁移

D.电解一段时间后，a极生成的02与b极反应的02等量

［图解分析］

a极析出氧b极通入包

气.制元素气,生成过

的化合价升铤化氢,X

高,为电解元素化合价

池的阳极降低,被还

原，作电解

池的阴极

H-由阳极区向阴极区迁移

答案D

解析结合题图，可知a极上产生02,发生的反应为水被氧化生成02的反应,

即a极为阳极，b极为阴极，电极反应式如表：

电极名称电极反应式

a极（阳极）2H2O-4e-=4H*+O2t

b极（阴极）+

2H+O2+2e-=H2O2

结合上述分析可知，A项正确；电解一段时间后，阳极室溶液中H+浓度未变，即

阳极室的pH未变，B项正确；电解过程中H+通过质子交换膜，从a极区向b极

区迁移，C项正确；由阴、阳极的电极反应式，可知电解一段时间后，b极消耗

。2的量是a极生成02的量的2倍，即a极生成的Ch与b极反应的Ch的量不相

等，D项错误。

【题组训练】

1.用电解法处理酸性含珞废水（主要含有CnO丁）时，以铁板作阴、阳极，处理

-2+3+3+3

过程中发生反应：Cr2O7+6Fe+14H*=2Cr-F6Fe+7H2O,最后Cr》以Cr

（OH）3形式除去。下列说法中错误的是（）

A.阳极反应为Fe-2e=Fe2+

B.电解过程中废水的pH不发生变化

C.电解过程中有Fe（OH）3沉淀生成

D.电路中每转移12mol电子，最多有1molCnO厂被还原

答案B

解析铁作阳极，反应为Fe—2e=F/+,Fe?+还原CnOU,反应过程中阴极为

酎放电同时Fe?*还原Cr20M也消耗。（才）变小，pH变大，B项错误。

2.（2021・潍坊模拟）一种新型的电解废水处理技术是以活性炭为电极板和粒子凝

胶颗粒填充的电解装置（如图所示）。该装置电解过程中产生的羟基自由基（6H）

氧化能力极况，能氧化苯酚生成CO2、H2OO下列说法错误的是（）

直流电源

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

J----------禽斯"L

3-…子艮二!H、。

•OH+H'石墨炀/金屈

粒子凝胶颗粒

Na2soi溶液含苯酚废水

A.阳极电极反应为2H20—46-=02t+4H+

B.H'通过离子交换膜向阴极移动

C.苯酚被氧化的化学方程式为C6H5OH+28・OH=6CO2t+17H2O

D.每转移0.7mole一两极室共产生气体体积为11.2L（标准状况）

答案A

解析根据题给信息可知，阳极上产生羟基自由基，故阳极反应为H2O-e-

=OH+H*,A项错误：H+通过离子交换膜向阴极移动，B项正确：茉酚被轻

基自由基氧化为CO2、H20,配平化学方程式为C6H5OH+28OH=6CO21+

17H2O,C项正确；阴极反应式为2H++2亡=af,转移0.7mol电子，阴极产

生0.35molHz,阳极反应式为H2O—e-=・OH+H+,转移0.7mol电子,生成0.7

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

生成().15molCO2,故两极空共产生().5mol气体，在标准状况下体积为11.2L,

D项正确。

()=(>()H()—f^OH

3.(2021・辽宁卷)利用(Q)与\(QH2)电解转化法

从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选择性通过膜电极，溶液不能通过。

下列说法错误的是(）

b

电源

烟气」|20Hn.

(含8厂艇片QH：

INaHCO：,溶液

NQ

出口1—J62H,O2H*,出口2

M极N极

A.a为电源负极

B.溶液中Q的物质的量保持不变

C.CO2在M极被还原

D.分离出的CO2从出口2排出

答案C

解析M极为阴极，则a极为电源负极，A项正确；结合阴极和阳极反应可知,

整个电解过程中溶液中Q的物质的量保持不变，B项正确；M极通入的烟气中的

CCh能与OH一反应生成HC01,HCO,移向阳极N极，与H+反应生成CO2,从而

实现CO2的分离，分离出的CO2从出口2排出，整个过程中CCh中各元素化合价

保持不变，C项错误，D项正确。

考点二电极反应式的书写和计算

题组一电极反应式的书写

1.用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为1：3的CuS04和NaCI的混合溶

液，可能发生的反应有()

①2Cu2++2H2O=^^2Cu+4Ht'+02t

@Cu-1+2C「里鳍Cu+Cbt

③2c「+2H2O=^^H2f+Cht+20FF

④2H2O=^^2H2t+O2t

A.①②③B.①©④

C.②③④D.②④

答案C

解析用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积之比为1：3的CuSCh和NaCl

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

(Cu2+)=1mol,n(NaCl)=n(CD=3moh第一阶段：阳极上C「放电、

阴极上C/i放电，当铜离子完全反应时消耗2moic1,所以还剩余ImolCl,

此时发生的电解反应式为②；第二阶段：阳极上。一放电，阴极上FhO放电，当

CT完全反应前，发生的电解反应式为③；第三阶段：电解Na2sCM和NaOH的混

合溶液，发生的电解反应式为④；故合理选项是C。

2.钛被誉为第三金属，广泛用于航天航空等领域。硼化帆(VB2)一空气电池的放

电反应为4VB2+11O2=4B2O3+2V2O5,以该电池为电源电解制备钛的装置如图

所示。

Cu

空气-*一■VB2卜Pl

Ti(\石墨

^KOH：KOI

(叫)j(aq)CaCI^/CaO共熔体

阴离子交换膜

下列说法不正确的是()

A.电解过程中，0H一由左侧经阴离子交换膜向右侧迁移

B.Pt极反应式为2VB2+22OH——22e—=V2O5+2B2O3+llH2O

C.石墨电极可能发生反应：2Cr-2e-=Cht.2O2--4e-=O2t

D.若石墨极只收集到4.48LC12,则理论上可制备4.8gTi

答案D

解析由硼化银一空气电池放电总反应结合题图推知，Cu电极是正极，Pt电极

是负极，故OH由左侧经阴离子交换膜向右侧迁移，A正确；Pt电极上VB2发生

氧化反应，电极反应式为2VB2+22OH--22e-=V2O5+2B2O3+HH2O,B正确；

石墨电极是电解池的阳极，电解质中阴离子（。一、。2-）发生氧化反应，C正确;

题目未指明4.48L02是否处于标准状况，不能据比计算制备Ti的质量，D错误。

|名师点拔，

电解池电极反应式的书写

❶步骤

一：判断电解池的阴阳极，与直流电源负极相连

判1的为阴极，与宜流电源正极相连的为阳极

片===二二=

二」看清电解池的阳极材料是惰性电极还是活性

看W电极（除Au、Pl外的金屈为活性电极）

活性电极：电极材料失电子，生成相应

的金属阳离子

阳

极惰性电极：阴因子失电子，生成相应的

单质或高价化合物（阴离子放电顺序：s2-

>「>Br->Cr>OH>含氧酸根离T>F-）

阳离子得电子，生成相应的单质或低价

阴化合物[阳离子放电顺序：Ag4>Fc{+>Cu2*

极>H*（^）>Fc2+>Zn2+>H+（zK）>AI3+>Mg2+>

Na*>Ca2*>K+]

❷注意事项

①书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总

反应时，比0要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H++

2e=H2t（或2H20+2片=氏t+2OFF）,总反应式为2cr+2比0里曼20H

+H2t+C12to

②阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的

阳离子放电。

③电解水溶液时，K+〜A13+不可能在阴极放电，印不可能用电解水溶液的方法得

到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。

题组二电化学的相关计算

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

电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气体（标准状况），

假定电解后溶液体积仍为500mL,下列说法正确的是()

A.电解得到的Cu的物质的量为0.5mol

B.向电解后的溶液中加入98g的Cu(OH)2可恢复为原溶液

C.原混合溶液中c(K+)=4molL-1

D.电解后溶液中c(H+)=2molL-1

答案B

解析石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L气伍(标

224I

准状况)，〃(02)1mol,阳极发生2H20—4e--O2f+4H+,

22.4Lmol

t

生成1mol氧气转移4moi电子，阴极发生Cu2++2e=Cu.2H+2e=H2t,

生成1mol氢气，转移2moi电子，因此还要转移2moi电子生成1mol铜，电解

得到的Cu的物质的量为1mol,故A错误；根据电解原理和原子守恒，溶液中减

少的原子有铜、氧、氢，向电解后的溶液中加入ImolCu(OH)2,叮恢复为原

溶液，质量为98g,故B正确；c(C/+)=7^=2mobL-1,由电荷守恒可知，

U・J1—/

原混合溶液中c(K.+)为6moiL、一2moi•[/1X2=2mol-LI故C错误；开始

电解时发生2CIF++2H2O宝且2CU+O2t+4才,n(H+)=2n(Cu)=2X1mol

=2mol,当C/+消耗完后，电解HNCh、KNCh溶液，实质上是电解水，〃(H*)

=2mol不变，电解后溶液中c(H+)为猾¥=4molLf,故D错误。

U・J1—4

4.如图所示，通电5min后，电极5的质量增加2.16g,请回答下列问题。

(1)a为电源的况1。A；也阳

极的电极反应为,C池阴极的电极反应为。

(2)如果B池中共收集到224mL气体(标准状况)且溶液体积为20()mL(设

电解过程中溶液体积不变)，则通电前溶液中Ciy的物质的量浓度为o

(3)如果A池溶液是200mL足量的食盐水(电解过程溶液体积不变)，则通电

5min后，溶液的pH为

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

1（3）13

解析（1）根据已知条件通电5min后，电极5的质量增加2.16g,说明电极5

作阴极，Ag-放电，电极反应为Ag*+e-=Ag,转移电子的物质的量为（）.（）2mol,

同时可知电极6作阳极，与电源的正极相连。则a是负极，b是正极，电极1、3、

5作阴极，电极2、4、6作阳极。（2）B池中电解总反应为2CuSO4+2H2O逢星

2CU+O2t+2H2SO4,若转移（）.02mol电子时只收集到02（只电解溶质），则根

据关系式2CuSO4〜02〜4e-可得、（02）=0.005mol,体积为112mL（标准状况）

<224mL,说明溶质C11SO4已耗完，然后电解水。设整个过程消耗CuSCUxmol,

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

1

=0.025mol-L0（3）由于A池中电解液足量，A池中只发生反应2NaCl+

2H2O&£2NaOH+H?t+CI2t,根据关系式NaOH〜e,生成的〃（NaOH）=

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

U・NL

I规律方法，

电化学综合计算的三种常用方法

❶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关系进行计算。

❷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-为桥梁可构建如下关系式：

4c〜2cL（BQ、L）—（%〜2H2〜2Cu〜4Ag〜一M

阳极产物阴极产物

（其中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。

考点三金属的腐蚀与防护

【典例2】（2020•江苏卷）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁

设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是（）

A.阴极的电极反应式为Fe—2e-=Fe2+

B.金属M的活动性比Fe的活动性弱

C.钢铁设施表面因积累大量电子而被保护

D.钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快

［图解分析］

牺牲阳极法示意图如图：

牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上安装若干镁合金或锌块，镁、锌比铁活

泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀，而作为正极的钢铁设备就被保护

起来。

答案C

解析根据图示可知金属M失电子，为原电池的负极（图示为阳极），钢铁设施

为原电池的正极（图示为阴极），此方法属于牺牲阳极的阴极保护法。该装置中阴

极发生还原反应，A项错误；金属M被氧化，即金属活动性：M>Fe,B项错误；

钢铁设施为原电池的正极，表面积累大量电子而被保护，C项正确；海水中含有

大量的NaCI等电解质，而河水中电解质较少，故钢铁设施在河水中的腐蚀速率

比在海水中的慢，D项错误。

【题组训练】

1.下列关于金属腐蚀和保护的说法正确的是（）

A.牺牲阳极法利用电解原理

B.金属的化学腐蚀的实质是：M—〃e-=M〃+,电子直接转移给还原剂

C.外加电流法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近于零

D.铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时正极的电极反应为：2H++2e

=H2f

答案c

解析牺牲阳极法利用原电池原理，用较活泼的金属作负极先被氧化，故A错误；

金属的化学腐蚀的实质是：金属作还原剂M-=M”+,电子直接转移给氧化

剂，故B错误；外加电流法，在通电时被保护的金属表面腐蚀电流降至零或接近

于零，故C正确；铜碳合金铸成的铜像在酸雨中发生电化学腐蚀时，铜作负极,

碳正极的电极反应为：O2+4e'+4H+=2H2O,故D错误。

2.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。下列说法错误的是（）

宜

需

湿涧的绝

方

《缘于表面

向

A.通电时，锌环是阳极，发生氧化反应

B.通电时，阴极上的电极反应为2H2O+2e—=H2t+2OH-

C.断电时，锌环上的电极反应为Zn2++2e-=Zn

D.断电时，仍能防止铁帽被腐蚀

答案C

解析通电时，锌环与电源正极相连，锌环作阳极，锌失电子发生氧化反应，故

A正确；铁帽为阴极，阴极上才得到电子生成氢气，阴极电极反应为2H2O+2e

-=H2t+20H-,故B正确；断电时，锌铁形成原电池，锌失电子生成Zi?+,

锌环上的电极反应为Zn-2e-=Zn2+,Fe作正极被保护，仍能防止铁帽被腐蚀，

故C错误、故D正确,

I规律方法，

判断金属腐蚀快慢的方法

❶对同一电解质溶液来说，腐蚀的快慢：电解池原理引起的腐蚀〉原电池原理引

起的腐蚀〉化学腐蚀〉有防护措施的腐蚀。

❷对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中,弱电解质溶液中〉非电解质溶

液中。（浓度相同）

❸活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。

❹对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀速率越快。

微专题18电化学装置中的“膜技术”

【进阶学习】

I.离子交换膜

离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成，交换膜使离子选择性定向迁移（目

的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷）。

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。

3.交换膜的分类与应用

阳离子只允许阳离干通过，阻止

交换膜阴离子和气体通过

离分阴离子只允许阴离子通过，阻止

子类交换膜阳离子和气体通过

交

换放壬交换膜_一只允许质子（H+）通过

膜「隔虎某些物质,防止能生反应

应•用于物质的制备（电解后溶液阴极区

用或阳极区得到所制备的物质）

」物质分离、提纯

4.常考含交换膜的装置

I.单膜电化学装置

KIO3可以用电解法制备，装置如下:

（1）分析装置a、b是什么极？c、d是什么极？请分析讨论。

答案因为12—>103,故a电极发生氧化反应，作阳极，确定b电极为阴极，c

为正极，d为负极。

（2）写出两极的电极反应式。

答案a：h-10e-+12OH-=2IOJ+6H2O

b：10H20+I0e-=100H-+5H2t

（3）电解时通过离子交换膜的离子是什么？迁移如何？

答案K+,向b迁移。

（4）将装置中的阳离子交换膜改为阴离子交换膜有什么不好？

答案得到KIO?可能含有较多的KOHo

n.双膜或多膜电化学装置

（I）双膜电解池

NazFeCM是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业

上通常利用如图装置生产Na2Fe04o

（1）根据题意，写出Cu、Fe两极的电极反应式。

答案Cu：2H2O+2e==H2t+20H一

Fe：Fe—6e+8OH==FeOk+4H2O

（2）请分析离子交换膜a、b分别是哪类离子交换膜？通过什么离子？〃％与力％

的大小关系如何？

答案Fe电极反应消耗OH,b交换膜应为阴离子交换膜，通过OK；Cu电极

反应产生OH，保证电荷守恒，a交换膜为阳离子交换膜，通过Na/。

（3）为了使装置连续工作，如何操作？

答案将左侧流出的NaOH补充到装置的中部。

（II）多膜电解池

多极膜电渗析一步法制酸碱的技术进入到了工业化阶段。某科研小组研究采用

BMED膜堆（如图所示），模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜

堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜（a、d）o已知：在直流电源的作用

下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H一和OHo

（1）请分析电极X、Y的名称，并写出电极反应式。

答案OH一移向阳极，酎移向阴极，电极X、Y分别为阳极、阴极；阳极：H2O

-2e"=102t+2H\阴极：2H2O+2e—=H2t+2OH，

（2）交换膜b、c分别是哪类交换膜？I、II、口口排出什么物质？

答案b为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜。

1口排出酸液，11口排出淡海水，III口排出碱液。

（3）双极膜a左侧膜和右侧膜分别是哪类离子交换膜？

答案左侧膜为阴离子交换膜，右侧膜为阳离子交换膜。

【专题精练】

1.（2020•山东卷）微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处

理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以NaCI溶液模拟海水，采用惰

性电极，用下图装置处理有机废水（以含CH3co。一的溶液为例）。下列说法错误

的是（）

—————,»——・’———・

a极』£”，；二H

b极

生物膜有机模拟酸性

废水海水水溶液

A.负极反应为CH3co（T+2H2O-8e=2CO2t-F7H+

B.隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜

C.当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g

D.电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2：1

［图解分析］

a极上CHQOCT转化为C（%和C元素被氧化.

所以a极为该原电池的负极.贝砧极为正极，

氯离子移向负极,隔膜1为阴离子交换膜,

讷离子移向正极,隔膜2为阳离子交换膜.

答案B

解析结合图示可知放电时的电极反应如下：

电极名称电极反应

负极（a极）CH3co0+2H2O-8e-=2CO2t+7H+

正极（b极）2H++2e=H2t

根据上述分析可知，A项正确：该电池工作时，CT向a极移动.Na'向b极移动.

即隔膜1为阴离子交换膜，隔膜2为阳离子交换膜，B项错误；电路中转移1mol

电子时，向a极和b极分别移动1molC「和1molNa+,则模拟海水理论上可除

盐58.5g,C项正确；电池工作时负极产生CO2,正极产生H2,结合正、负极的

电极反应知，一段时间后，正极和负极产生气体的物质的量之比为2：1,D项正

确。

2.（2021.天津卷）如下所示电解装置中，通电后石墨电极H上有Ch生成，Fe2O3

逐渐溶解，下列判断错误的是（)

石墨4-oab<4石枭

电极1在流电源电极U

CuC)NaSO

t溶加24

溶液

阴离子交换膜放子交换膜

A.a是电源的负极

B.通电一段时间后,向石墨电极II附近滴加石蕊溶液，出现红色

C.随着电解的进行,CuCb溶液浓度变大

D.当0.01molFezCh完全溶解时，至少产生气体336mL（折合成标准状况下）

答案C

解析根据题图，结合题意知，石墨电极II上H2O发生氧化反应产生02,故石

墨电极n是阳极，则b是电源的正极、a是电源的负极，A项正确；石墨电极II

上山。放电产生02和Ht2H2。-4。=4H'+02t,通电一段时间后，石墨电

极II附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B项正确；电解时，CM+在石墨电极I

上放电生成Cu,左室口C「通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCb溶液的浓度

+3+

减小，C项错误；由Fe2O3+6H=2Fe+3H2O和阳极反应式可得FezCh〜|（力，

故产生02的体积是,X0.01molX22.4LmoF'Xl03mLL.I=336mL,D项正确。

练・高考真题

I.（2021•全国乙卷）沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋

生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对

惰性电极（如图所示），通入一定的电流。下列叙述错误的是（）

/阳极

I、阴极

A.阳极发生将海水中的C「氧化生成C12的反应

B.管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO

C.阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气

D.阳极表面形成的Mg（OH）2等积垢需要定期清理

答案D

解析海水中存在大量的Cl，在阳极C「放电生成C12,A叙述正确；阴极H8

放电生成H2和OH，OFT与C12反应生成C1CT,因此管道中存在一定量的NaClO,

B叙述正确；因为H2为可燃性气体，大量H2存在时容易引起爆炸，所以阴极生

成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气，C叙述正确；阴极产生OH,因此

会在阴极表面形成Mg（OH）2等积垢，需定期清理以保持良好的导电性，D叙

述错误。

2.（2021.广东卷）钻（Co）的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。

如图为水溶液中电解制备金属钻的装置示意图。下列说法正确的是（）

A.工作时，I室和II室溶液的pH均增大

B.生成1molCo,I室溶液质量理论上减少16g

C.移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变

D.电解总反应：2co2++2比0叁里2Co+Cht+4H「

答案D

解析I室中水放电使硫酸浓度增大，II室中生成盐酸，故I室和II室溶液的pH

均减小,A错误；生成1molCo时，转移2mol电子，［室有（）.5molCh（即16g）

逸出，有2moi（即2g）H+通过阳离子交换膜进入I【室，贝心室溶液质量理论上

减少18g,B错误；移除两交换膜后，由放电顺序知，石墨电极上的电极反应为

2CE-2e=Cht,C错误;电解时生成了02、Co、H,,则电解总反应为2c（?

++2H2O且直2co+O2t+4H\D正确。

3.（2019・江苏卷）将铁粉和活性炭的混合物用NaCI溶液湿润后，W

置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实L

鹦水蝴

A.铁被氧化的电极反应式为Fe—3c-=Fc3^

B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能

C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀

D.以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀

答案C

解析A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁作负极，铁失

去电子生成Fe?+,电极反应式为Fe—2e-=Fe2+,错误；B项，铁腐蚀过程中化

学能除了转化为电能外，还可转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐

蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，

Fe失去电子，空气中的02得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。

成•学科素养

A级基础巩固

1.（2021•锦州模拟）某电化学装置如图所示，a、b分别接直流电源两极。下列说

法正确的是（）

a%fb

jrtCuSO4

史与野■溶液

A.溶液中电子从B极移向A极

B.若B为粗铜，A为精铜，则溶液中c（Cu2+）保持不变

C.若A、B均为石墨电极，则通电一段时间后，溶液pH增大

D.若B为粗铜，A为精铜，则A、B两极转移的电子数相等

答案D

解析A.电解质溶液通过离子移动导电，电解质溶液中没有电子移动，故A错误；

B.若B为粗铜，A为精铜，电解质溶液是硫酸铜，该装置为电解精炼铜，溶液中

c（Cu2+）略减小，故B错误；C.若A、B均为石墨电极，电解方程式是2Q1SCM

+2H2O鱼些2Cu+Cht+2H2s04,则通电一段时间后，溶液pH减小，故C错

误；D.根据电子守恒，阴极、阳极转移电子数一定相等，若B为粗铜，A为精铜，

则A、B两极转移的电子数相等，故D正确。

2.（2021.常德模拟）用惰性电极电解物质的量浓度相同、体积比为3：1的CuSO4

溶液和NaCl溶液的混合溶液，不可能发生的反应是（)

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

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

c.2cr+2H2O遵电20H-+H2t+C12t

D.2H2O^^2HZt+O2t

答案c

解析由题给信息可知：〃(CuSO4):〃(NaCl)=3：1,可得出〃(Cu2+)：n

(CD=3：1,由于阴离子放电的先后顺序为。一、0H\S04,阳离子放电的

先后顺序为Cu2+、H+、Na+,故该电解过程分为三个阶段：第一阶段，电解CuCb

溶液：Cu2++2C「叁皇Cu+C12t。第二阶段，电解CuS04溶液：2C/++

2H20雪昼2Cu+4H++Cht。第三阶段，电解H2s0,和Na2s04溶液：2H2。堂皇

2H,f+O，tc故不可能发4的反应是：2c厂+2H?O通皇2OH一+H〉t+Cbf,

C项正确。

3.(2021.汕头模拟)钢铁的防护有多种方法，下列对■于图中的方法描述错误的是

钢

铁

闸海永一■■一

门

--辅鲂电极-

A.a、b以导线连接，辅助电极发生氧化反应

B.a、b以导线连接或以电源连接，辅助电极的材料可能都含有Zn

C.a、b分别连接直流电源，通电后外电路电子被强制从辅助电极流向钢铁匣门

D.a、b分别连接直流电源的负极、正极，该方法是牺牲阳极的阴极保护法

答案D

解析A.a、b以导线连接，装置即为牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极活动性

应该比铁强，作负极，发生氧化反应，A正确；B.a、b以导线连接或以电源连接，

辅助电极都是发生氧化反应，Zn比较活泼，会失去电子，B正确；C.通电后，被

保护的钢铁闸门作阴极，辅助电极作阳极，因此通电后外电路电子被强制从辅助

电极流向钢铁闸门，使钢铁闸门得到保护，C正确；D.由于有外加电源，故此方

法为外加电流的阴极保护法，D错误。

4.（2021・扬州高三调研）资源化利用CO2的一种原理如图所示。下列说法正确的

是（）

c2H(.

CO

C2H,

H2O

CH,co2

电极P固体］解质电极Q

（可传输

A.M为电源的负极

BQ2-从电极P移向电极Q

C.电极Q上反应为CO2+2e==CO4-O2-

D.理论上参与反应的〃（CH4）：n（CO2）=4：3

答案C

解析A项，电极Q上CO?生成CO,碳元素化合价降低，发生还原反应，该装

置Q电极连接电源的负极，即N为电源的负极，错误；B项，电极P为电解池的

阳极，Q为阴极，阴离子-应移向阳极P,错误；c项，电极Q上CCh得电子

生成CO,已知固体电解质可传输。2一，故Q电极反应式为CO2+2e—==CO+O2

■,正确；D项，当电极P上生成的C2H4、C2H6物质的量之比为1：1时，参与

反应的n（CH4）：n（CO2）=4：3,但题中未提到C2H4、C2H6物质的量之比,

故无法计算甲烷与二氧化碳物质的量之比，错误。

5.（2021•惠州模拟）纳米FezCh在常压电解法合成氨过程中起催化作用，该电解

装置如图所示。已知熔融NaOH—KOH为电解液，FezCh在发生反应时生成中间

体Fe。下列说法正确的是（）

A.惰性电极II是电解池的阴极，发生还原反应

B.产生2.24LCh时，转移的电子数为0.4M\

C.惰性电极I的电极反应为Fe2O3+3H8—6e=2Fe+6OH

D.生成氨气的反应为2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH3

答案D

解析A.根据图示可知，惰性电极n产生氧气，氢元素化合价升高，发生氧化反

应，故惰性电极I【为电解池的阳极，A错误；B.产生2.24LO2,未标注状态，故

不能计算转移的电子数，B错误；C.根据图示可知，惰性电极I为阴极，反应得

电子，电极反应式为Fe2O34-3H2O+6e=2Fe+6OH,C错误；D.结合图示及

阴极电极反应式可知，生成氨气的反应为2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH3,D正

确。

6.(2021•枣庄模拟)生活污水中的氮和磷元素主要以镂盐和磷酸盐形式存在，可

用铁、石墨作电极，用电解法去除。电解时：如图甲原理所示可进行除氮；翻转

电源正负极.可进行除磷，原理是利用Fe2+将转化为Fee(PO。2沉淀.下

列说法不正确的是()

翻转正负极

♦

翻转I负极，转正负极

01020304050607080

电解时间/min

乙

A.图乙中0〜20min脱除的元素是氮元素，此时石墨作阳极

B.溶液pH越小，有效氯浓度越大，氮的去除率越高

C.图乙中20〜40min脱除的元素是磷元素，此时阴极电极反应式为2H一+2广

=H2t

D.电解法除氮中有效氯QCT氧化NH3的离子方程式为3ClO+2NH3=3Cr+

N2+3H2O

答案B

解析A.因0〜20min脱除的元素是氮元素，所以需要将铉根离子、氨气氧化成

氮气，若铁作阳极，则被氧化的是铁，所以此时石墨作阳极，A正确；B.随溶液

pH减小，c(H+)增大，反应CI2+H2OH+H-Cr+HC10的化学平衡逆向移

动，导致溶液中c(HQO)减小，使NH；的氧化率降低，则氮的去除率随p