专题十五 电解池 金属的腐
蚀与防护
考情解读
课标要求
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。
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。
3.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。
4.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。
必做实验:简单的电镀实验
考情解读
核心考点 核心命题角度 考题取样 命题情境 素养能力
电解原理及其应用
“活泼阳极”电解池电
解产物的判断(新角度
)
2017全国
卷Ⅱ,11
生活实践 理解与辨析
惰性电极电解实验探
究(新角度)
2016北京
,12
学习探索 分析与推测
新情境条件下电极反
应式的书写(新角度)
2020全国
卷Ⅱ,28(3)
学术探索 分析与推测
多室电解池(热点角度
)
2016全国
卷Ⅰ,11
生活实践 归纳与论证
金属的腐蚀与防护
实验验证牺牲阳极的
阴极保护法
2018北京
,12
学习探索 归纳与论证
考情解读
高考怎么考
电解池和金属的腐蚀与防护常结合实际化工生产、科研过程中的新
应用进行命题,符合高考命题“应用性”的显性要求。主要以新型电解池(“
活泼阳极”电解池或多室膜电解池)为载体,考查考生在新情境中对电解原
理及其应用的理解迁移能力。
预计2022年高考仍将结合新型电解池进行命题,复习备考过程中尤其
要重视惰性电解槽中离子的放电顺序,“活泼阳极”电解槽中阳极氧化产物
的后续反应,多室膜电解槽中阴离子交换膜、阳离子交换膜的判断及电
解质溶液中离子的某著名企业方向
目 录
考点1 电解原理及其应用
考点帮·必备知识通关
考法帮·解题能力提升
考法1 电解原理及其应用
考法2 电解池中电极反应式的书写
考法3 多室膜电解装置
考法4 与电化学有关的定量计算
目 录
考点2 金属的腐蚀与防护
考点帮·必备知识通关
考法帮·解题能力提升
考法5 金属的腐蚀与防护
高分帮 “双一流”名校冲刺
释疑难·专题突破
疑难4 电化学中的“膜”
疑难5 “多池相联”的两大模型
考点 1 电解原理及其应用
考点帮▪必备知识通关
1.电解原理
(1)能量转化形式:电能转化为化学能。
(2)电解池的构成条件
①两个电极——与电源相连的阳极和阴极;②电解质溶液
(或熔融电解质);③形成闭合回路。
(3)电解池的工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
考点帮▪必备知识通关
2.惰性电极电解电解质溶液的规律
考点帮▪必备知识通关
深度学习·分析解释 电解后电解质溶液的恢复
解决电解质溶液恢复原状的问题,应遵循“缺什么加什么,缺多少加多少”的
原则。一般加入由阴极产物所含元素与阳极产物所含元素组成的化合物。
如用惰性电极电解CuSO4溶液(不考虑电解水),要恢复电解质溶液,可向电
解后的溶液中加入CuO。但不能加入Cu(OH)2,因Cu(OH)2能与生成的
H2SO4反应使溶液中水的量增加。加入物质的物质的量需根据电路中的
得失电子守恒进行计算。
考点帮▪必备知识通关
3.电解原理的应用
(1)电解饱和食盐水(滴有酚酞)制取烧碱、氯气和氢气
①电极反应
阳极(石墨):2Cl--2e- Cl2↑(氧化反应)
阴极(铁或石墨):2H2O+2e- H2↑+2OH-(还原反应)(溶液变红)
②总反应
总反应方程式:2NaCl+ 2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑
离子方程式:2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑
考点帮▪必备知识通关
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[海南高考改编]以石墨为电极,电解KI溶液(其中含有少量酚酞和淀粉),阴
极附近溶液呈红色,逸出气体,阳极附近溶液呈蓝色,溶液的pH变大( )
答案 √(点拨:阴极由水电离出来的氢离子放电,生成氢气和氢氧根离子;
阳极碘离子放电,生成单质碘。)
③应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
思考 离子交换膜的作用是什么?
提示:能得到纯度更高的氢氧化钠溶液
和避免氯气与氢气反应。
考点帮▪必备知识通关
(2)电镀
应用电解原理,在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。
电镀铜
阳极(铜片):Cu-2e- Cu2+
阴极(待镀金属制品):Cu2++ 2e- Cu
特点:一增(阴极质量),一减(阳极质量),一不变(电镀液的浓度)。
考点帮▪必备知识通关
(3)电解精炼铜
阳极(粗铜):Cu-2e- Cu2+(杂质金属的溶解,Fe-2e- Fe2+,Zn-2e-
Zn2+,Ni-2e- Ni2+等)
阴极(纯铜):Cu2++ 2e- Cu
电解质溶液:含Cu2+的盐溶液
考点帮▪必备知识通关
深度学习·分析解释
1.粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等),在阳
极难以失去电子,当阳极上的铜及比铜活泼的金属失去电子变成阳离子
溶解之后, 银、金等以金属单质的形式沉积于电解槽的底部,成为阳极泥。
2.活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之前的金属,如铁、镍等),当铜在
阳极不断溶解时,它们会先于铜失去电子形成阳离子,但它们的阳离子比
铜离子难还原,故不能在阴极获得电子而析出,而只能留在电解液里。
考点帮▪必备知识通关
(4)电冶金
①电解熔融NaCl制取金属钠
NaCl在高融,并发生电离:NaCl Na++Cl-
通直流电后,阴极:2Na++2e- 2Na
阳极:2Cl--2e- Cl2↑
总反应:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑。
②电解熔融MgCl2制取金属镁
阴极:Mg2++2e- Mg
阳极:2Cl--2e- Cl2↑
总反应:MgCl2(熔融) Mg+ Cl2↑。
③电解Al2O3和冰晶石(Na3AlF6)的熔融液制取金属铝
阴极:4Al3++12e- 4Al
阳极:6O2--12e- 3O2↑
总反应:2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑。
考点帮▪必备知识通关
深度学习·分析解释
为什么电解熔融的Al2O3需要加入冰晶石?
提示:由于AlCl3为共价化合物,熔融状态下不导电,所以电解冶炼铝时,电
解的是熔点很高的氧化铝,为降低其熔点,加入助熔剂冰晶石(Na3AlF6)。
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[2017江苏,16(3)改编]电解熔融的Al2O3,若在电解过程中用石墨作阳极,
石墨耗,原因是
答案 石墨电极被阳极上产生的O2氧化
考法帮▪解题能力提升
考法1 电解原理及其应用
电解原理及其应用的突破重点是电极及电解产物的判断、电极反应式
的书写和电解后溶液pH的变化等。
1.电解池阴、阳极的判断
(1)根据电源的正、负极,离子某著名企业的方向,反应的类型判断
考法帮▪解题能力提升
(2)依据电极质量变化判断
一般电极质量减轻的是阳极;电极质量增加的是阴极。
(3)依据电极产物判断
如果电极上产生Cl2 或O2,该电极是阳极;如果电极上产生H2,该电极是
阴极。
(4)依据电解后溶液pH的变化判断
如果电解某中性溶液(如NaCl溶液、Na2SO4溶液)时,某电极附近溶液
能使酚酞呈红色,则该电极是阴极(H+放电,OH-浓度增大)。
考法帮▪解题能力提升
2.电解时电极产物的判断
(1)阳极产物的判断:首先看电极,如果电极材料是较活泼的金属,则电解时
电极材料失电子,电极材料不断被消耗;如果是惰性电极(如C、Pt、Au等
惰性材料),则要看溶液中阴离子失电子能力(还原性)的大小,阴离子失去
电子能力的大小顺序为S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-。
(2)阴极产物的判断:直接根据溶液中阳离子放电顺序进行判断,阳离子放
电顺序为Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(H2O)>
①最常用、最重要的放电顺序:阳极,Cl->OH-;阴极,Ag+>Cu2+>H+。
②电解水溶液时,K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Al3+不可能在阴极放电,即
不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
考法帮▪解题能力提升
命题角度1 电解池中电极名称的判断
示例1 [2020山东,13,4分]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。忽略化的影响,下列说法错误的是
考法帮▪解题能力提升
A.阳极反应为2H2O-4e- 4H++O2↑
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O2与b极反应的O2等量
解析 结合题图可知a极上水被氧化生成氧气,氧元素的化合价升高,a极
为阳极,b极通入氧气,生成过氧化氢,氧元素的化合价降低,b极为阴极。
a极是阳极,属于放氧生酸型,反应方程式为2H2O-4e- 4H++O2↑,故A
正确;电解时阳极产生氢离子,氢离子通过质子交换膜移向阴极,所以电
解一段时间后,阳极室的pH不变,故B、C正确;阳极反应为2H2O-4e-
4H++O2↑,阴极反应为O2+2e-+2H+ H2O2,总反应为O2+2H2O
2H2O2,该装置要消耗氧气,即a极生成的氧气的量小于b极消耗的氧气的
量,故D错误。
答案 D
考法帮▪解题能力提升
命题角度2 电解产物的判断
示例2 常,将物质的量浓度相等的CuSO4溶液和NaCl溶液等体积混合
后,用石墨电极进行电解,电解过程中,溶液的pH随时间t的变化曲线如图
所示。下列说法不正确的是
考法帮▪解题能力提升
点对应溶液的pH小于7,因为Cu2+水解使溶液显酸性
B.整个电解过程中阳极先产生Cl2,后产生O2
段对应的电解过程的阳极产物是Cl2
段对应的电解过程电解的物质是水
思维引导
题给图像分段 对应的电解产物
AB段 阳极产物为Cl2、阴极产物为Cu
BC段 阳极产物为O2、阴极产物为Cu
CD段 阳极产物为O2、阴极产物为H2
考法帮▪解题能力提升
解析 CuSO4水解,溶液显酸性,A点对应溶液的pH小于7,A项说法正确。根
据阴离子在阳极的放电顺序,整个过程中阳极上Cl-先放电,产生Cl2,H2O后
放电,产生O2,B项说法正确。阳极先产生Cl2,后产生O2,BC段对应的电解过
程溶液pH减小,说明阳极电解H2O,阳极产物是O2和H+,阴极产物为Cu,C项
说法错误。CD段对应的电解过程,溶液pH下降速率减小,电解的是H2O,阳
极产物为O2、阴极产物为H2,D项说法正确。
答案 C
考法帮▪解题能力提升
命题角度3 “活泼阳极”电解池电解产物的判断
示例3 [2017全国卷Ⅱ,11,6分]用电解氧化法可以在铝制品表面形成致
密、耐腐蚀的氧化膜,电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。下
列叙述错误的是
A.待加工铝质工件为阳极
B.可选用不锈钢网作为阴极
C.阴极的电极反应式为Al3++3e- Al
D.硫酸根离子在电解过程中向阳极某著名企业
考法帮▪解题能力提升
解析 题给信息“用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧
化膜”的含义是铝制品作活泼阳极被氧化为Al2O3,选项A正确。电解池的阴
极总是被保护,所以可选用不锈钢网作为阴极,选项B正确。电解池的阴极
反应是氧化剂得电子生成还原产物的反应,电解质溶液为H2SO4-H2C2O4混
合溶液,呈酸性,H+在阴极表面得电子被还原为H2,故阴极的电极反应式为
2H++2e- H2↑,选项C错误。电解时,电解池中的阴离子向阳极某著名企
业,选项D正确。
答案 C
考法帮▪解题能力提升
考法归纳·迁移创新 “活泼阳极”产物的判断
用金属活动性顺序表中Ag或Ag以前的金属(如Cu、Fe、Al等)作电解池
阳极时,这些金属本身失电子被氧化,常称为“活泼阳极”,“活泼阳极”失电
子后得到的离子一般都会与电解质溶液中的离子继续发生复杂的反应。
电解精炼铜和电镀是“活泼阳极”电解池在工业上的具体应用。考生做题
时,首先要判断阳极是“活泼阳极”还是“惰性阳极”,如果是“活泼阳极”,则
阳极自身被氧化;如果是“惰性阳极”,根据离子放电顺序判断阳极反应。
最终的氧化产物一般需要根据试题中的信息确定。
考法帮▪解题能力提升
考法帮▪解题能力提升
考法帮▪解题能力提升
命题角度4 惰性电极电解后溶液pH的变化
示例4 在一定条件下,用石墨电极电解 mol·L-1 CuSO4溶液(含H2SO4),监
测到阳极附近溶液pH随着通电时间的延长而变化,数据如表所示,下列说法
错误的是
通电前
pH
通电后pH
瞬间 20 s 40 s 60 s 80 s 100 s120 s …
…
考法帮▪解题能力提升
A.通电瞬间,阳离子向阴极某著名企业
B.电解过程中,阳极发生的电极反应是2H2O-4e- 4H++O2↑
C.通电后pH下降过程中,阴极发生的主要电极反应是 Cu2++2e- Cu
D.通电后pH下降过程中,H+向阴极某著名企业的速率大于其在阳极生成
的速率
解析 电解时,阳离子向阴极某著名企业,阴离子向阳极某著名企业,A项
正确。因为在酸性条件下电解,故阳极电极反应式为2H2O-4e-
4H++O2↑,B项正确。通电后pH下降过程中,阴极上主要是Cu2+放电,其电
极反应为Cu2++2e-
Cu,C项正确。通电后pH下降过程中,阳极附近溶液中H+浓度增大,则
H+向阴极某著名企业的速率小于其在阳极生成的速率,D项错误。
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答案 D
考法点睛·学习理解
电解前后电解质溶液的酸碱性变化可概括为“有氢无氧增碱性,有氧无氢
增酸性;有氢有氧增原性,无氢无氧自牺牲”。即(1)电极区域: ①阴极H+放
电产生H2,阴极区pH变大;②阳极OH-放电产生O2,阳极区pH变小。(2)电
解质溶液:①电解过程中,既产生H2,又产生O2,实质是电解水,溶液浓度增
大,因而原溶液呈酸性的pH变小,原溶液呈碱性的pH变大,原溶液呈中性
的pH不变;②电解过程中,无H2和O2产生,pH几乎不变;③电解过程中,只
产生H2,溶液中OH-浓度增大,pH变大;④电解过程中,只产生O2,溶液中H+
浓度增大,pH变小。
考法帮▪解题能力提升
命题角度5 惰性电极电解实验探究
示例5 [2016北京,12,6分]用石墨电极完成下列电解实验。
考法帮▪解题能力提升
下列对实验现象的解释或推测不合理的是
、d处:2H2O+2e- H2↑+2OH-
处:2Cl--2e- Cl2↑
处:发生了反应:Fe-2e- Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
解析 由于有外接电源,所以实验一和实验二中的装置均为电解池装置。
实验一中,铁丝中的电流方向为从d到c,电子某著名企业方向为从c到d,
所以实验一的装置是比较复杂的电解池,其中a为阴极,c为阳极,d为阴极
,b为阳极。a、d处发生反应2H2O+2e- H2↑+2OH-,A项正确。若b处
只发
考法帮▪解题能力提升
生反应2Cl--2e- Cl2↑,不足以解释b处“变红”和“局部褪色”现象,B项错误。
c处铁作阳极,发生反应Fe-2e- Fe2+,由于生成的Fe2+浓度较小,且pH试
纸本身有颜色,故c处无明显变化,C项正确。实验二中的装置是一个更加复
杂的电解池装置,两个铜珠的左端均为阳极,右端均为阴极,初始时两个铜
珠的左端(阳极)均发生反应Cu-2e- Cu2+,右端(阴极)均发生反应
2H++2e- H2↑,一段时间后,Cu2+某著名企业到m处,m处附近Cu2+浓度增
大,发生反应Cu2++2e- Cu,m处能析出铜,D项正确。
答案 B
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考法2 电解池中电极反应式的书写
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注意 1.书写电解总反应方程式时,要确保两极电子转移数目相同,且注
明条件“电解”。
2.电解水溶液时,应注意放电顺序中H+(水)、OH-之后的离子一般不参与
放电。
3.当电解池的电极材料为活性电极时,则阳极为电极本身失电子,其氧化
产物依题意判断。
考法帮▪解题能力提升
命题角度 新情境条件下电极反应式的书写
示例6 (1)[2019全国卷Ⅱ,27(4),6分]环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2,结构简
式为 ],后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如图1
所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机
溶剂)。该电解池的阳极为 ,总反应为 。电解制备需要在无
水条件下进行,原因为 。
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(2)[2018全国卷Ⅰ,27(3),4分]焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印
染、食品等方面应用广泛。制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装
置如图2所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电
极反应式为 。电解后, 室的NaHSO3浓度增加。
将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na2S2O5。
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考法3 多室膜电解装置
1.两室电解池
以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例,其原理如图所示:
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拓展延伸
1.含离子交换膜的电解池最大的优点就是自动把产品(如该电解池产生
的NaOH和NaHCO3)分离开。
2.“阴阳相吸”是很多化学反应的微观基础,其含义有①阴离子与阳离子
相互吸引并发生迁移;②阴极吸引电解质溶液中的阳离子,阳极吸引电解
质溶液中的阴离子,并使阳离子、阴离子发生定向某著名企业;③原电池
中,正极吸引自由电子,使电子经过金属导线由负极定向某著名企业到正
极。
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2.三室电解池
以三室电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例,其原理如图
所示:
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注意
1.虽然其实质是电解水,但总反应不能写成2H2O 2H2↑+O2↑,而应该
写为4KNO3+6H2O 2H2↑+4KOH+ O2↑+4HNO3。
2.电解池中,与负极相连的电极可称为阴极或负极,与正极相连的电极可
称为阳极或正极。
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3.四室电解池
以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例,其工作原理如图所示:
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命题角度1 两室膜电解装置
示例7 [2015山东,29节选,6分]利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。
LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。
利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解
液为 溶液(填化学式),阳极电极反应式为 ,电解过程中Li+向
电极迁移(填“A”或“B”)。
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解析 产生H2的极为阴极,同时产生OH-,Li+通过阳离子交换膜进入阴极,
阴极区电解液为LiOH溶液。阳极区电解液为LiCl溶液,Cl-发生失电子的
氧化反应生成Cl2。
答案 LiOH 2Cl--2e- Cl2↑ B
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2.废水处理完毕后,如果去掉ab膜和cd膜,将三部分溶液充分混合,再经
过什么处理,可将溶液恢复到原状态?
提示:从两个电极反应不难看出,整个电解过程的实质是电解水,因此去
掉ab膜和cd膜后,正极区和负极区的溶液会发生中和反应,最终仍得到
Na2SO4溶液。只需要补充电解过程中消耗掉的水,即可将溶液恢复至
原状态。
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命题角度3 多室电解池在化工生产中的应用
示例9 [新课标全国卷Ⅰ高考节选]次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产
品,具有较强还原性。回答下列问题:
(1)H3PO2的工业制法是:将白磷(P4)与Ba(OH)2溶液反应生成PH3气体和Ba
(H2PO2)2,后者再与H2SO4反应。写出白磷与Ba(OH)2溶液反应的化学
方程式: 。
(2)H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳
膜和阴膜分别只允子、阴离子通过):
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①写出阳极的电极反应式: 。
②分析产品室可得到H3PO2的原因: 。
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2:将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用
H3PO2稀溶液代替,并撤去阳极室与产品室之间的阳膜,从而合并了阳极室与产品室。
其缺点是产品中混有 杂质,该杂质产生的原因是 。
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考法4 与电化学有关的定量计算
原电池和电解池的相关计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、
根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量等的计算。
1.根据得失电子守恒计算:用于串联电路中阴、阳两极产物和正、负两极产
物的计算等,其依据是电路中转移的电子数相等。
2.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
式列比例式计算。
3.根据关系式计算:根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的桥梁,列
出计算所需的关系式。
考法帮▪解题能力提升
例如,以通过4 mol e-为基准可构建电极产物之间的关系式,如下:
(M为金属,n为其化合价的绝对值)
注意
在电化学计算中,还常利用Q=I·t和Q=n(e-)×NA××10-19 C来计算电
路中通过的电荷量。
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命题角度1 根据电路中得失电子守恒计算
示例10 以石墨为电极电解200 mL CuSO4溶液,电解过程中转移电子的
物质的量[n(e-)]与产生气体总体积[V(标准状况)]的关系如图所示。下列
说法正确的是
考法帮▪解题能力提升
A.电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2 mol·L-1
B.忽略溶液体积变化,电解后所得溶液中c(H+)=2 mol·L-1
C.当n(e-)= mol时,V(H2)∶V(O2)=3∶2
D.向电解后的溶液中加入16 g CuO,则溶液可恢复到电解前的浓度
解析 电解CuSO4溶液时,阳极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+,阴极反
应式为Cu2++2e- Cu,若阴极上由水电离的H+不放电,则图中气体体积
与转移电子的物质的量的关系曲线是直线,而题图中是折线,说明阴极上
还发生反应:2H++2e- H2↑。当转移 mol电子时,Cu2+恰好完全
考法帮▪解题能力提升
考法帮▪解题能力提升
时溶液中消耗Cu2+、H2O,所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的
浓度,D项错误。
答案 B
命题角度2 结合实际工作效率、能量密度和功率密度等进行计算
为衡量电池的性能好坏,工业上有电池的理论工作效率、实际工作效率、
能量密度和功率密度等概念。 命题人常通过提供表征电池性能的新概
念,要求考生列式计算,其中,电池的电流效率、能量密度等已在高考中
考查过,但功率密度等未考查过。
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示例11 (1)[新课标全国卷Ⅰ高考]二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点,
其能量密度高于甲醇直接燃料电池( kW·h·kg-1)。若电解质为酸性,二甲醚直接
燃料电池的负极反应为 ,一个二甲醚分子经过电化学氧化,可以
产生 个电子的电荷量;该电池的理论输出电压为 V,能量密度E=
(列式计算。能量密度=电池输出电能/燃料质量,1 kW·h=×106 J)。
(2)[重庆高考]一定条件下,如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机
物)。
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命题角度3 膜两侧溶液质量变化的计算
示例12 某甲醇燃料电池的工作原理如图所示,质子交换膜(只有质子能
够通过)左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L-1 H2SO4溶液。当电池中有1
mol e-发生转移时,左右两侧溶液的质量之差为 g(假设反应物
耗尽,忽略气体的溶解)。
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考法点睛·学习理解 膜两侧溶液质量变化的计算
计算原电池或电解池膜两侧溶液质量变化时,要注意气体的排出或吸收、
沉淀的析出或溶解,尤其不能忽略离子的转移对溶液质量的影响。
考点 2 金属的腐蚀与防护
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1.金属的腐蚀
(1)金属的腐蚀是指金属或合金跟触的化学物质发生化学反应而腐蚀损耗
的过程。
(2)金属腐蚀的实质
金属失去电子而被损耗,M-ne- Mn+ (M表示金属)。
(3)金属腐蚀的类型
①化学腐蚀与电化学腐蚀
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类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件
金属或合金直接与具
有腐蚀性的化学物质
接触发生氧化还原反
应而被消耗的过程
不纯金属或合金与电解质溶液接
触发生原电池反应而被消耗的过
程
腐蚀对象 金属 较活泼金属
区别 无电流产生 有微弱电流产生
联系 两者往往同时发生,电化学腐蚀更普遍
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[2016天津,3B]金属发生吸氧腐蚀时,被腐蚀的速率与氧气浓度无关( )
答案 ✕(点拨:金属发生吸氧腐蚀时,被腐蚀的速率与氧气浓度有关,O2浓度
越大,腐蚀速率越快。)
2.金属腐蚀的防护
(1)改变金属的结构:可根据不同的用途选用不同的金属或非金属制成合金。
(2)覆盖保护层:可以采用喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法
使金属与介质隔离。
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(3)电化学防护
牺牲阳极的阴极
保护法——原电
池原理
负极 比被保护金属活泼的金属
正极 被保护的金属设备
外加电流的阴极
保护法——电解
原理
阴极 被保护的金属设备
阳极 “惰性”金属
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考法5 金属的腐蚀与防护
1.在同一电解质溶液中,金属腐蚀由快到慢的顺序:电解原理引起的
阳极腐蚀>原电池原理引起的负极腐蚀>化学腐蚀>应用原电池原理
有保护措施的腐蚀>应用电解原理有保护措施的腐蚀。也可以认为
电解池阳极>原电池负极>化学腐蚀>原电池正极>电解池阴极。
2.同一种金属在不同介质中电化学腐蚀由快到慢的顺序:强电解质溶
液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
3.对于活动性不同的两种金属的合金,活动性差别越大,氧化还原反
应速率越大,活泼金属腐蚀越快。
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4.对于同一电解质溶液,电解质溶液浓度越大,金属腐蚀越快(除钝化外)。
5.纯度越高的金属,腐蚀得越慢。
6.不纯的金属或合金,在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气
条件下的腐蚀速率。
命题角度1 金属腐蚀的快慢
示例13 如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中的腐蚀由快到慢的顺序为
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A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥
C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥
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思维引导 先判断装置形成的是原电池还是电解池,再分析金属活动性的
差别。
解析 ①中属于化学腐蚀,腐蚀较慢。②③④形成的均为原电池装置。③中
Fe为正极,被保护,②④中Fe为负极,均被腐蚀。但相对来说Fe和Cu的金属
活动性差别较Fe和Sn的大,故Fe-Cu原电池中Fe的腐蚀较快。⑤中Fe接电
源正极作阳极,Cu接电源负极作阴极,加快了Fe的腐蚀。⑥中Fe接电源负
极作阴极,Cu接电源正极作阳极,防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知:铁
在其中的腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
答案 C
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考法点睛·学习理解
外加电流的阴极保护法的保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法的保护效果
,如本题中,⑥中的保护效果强于③中的保护效果。
命题角度2 实验验证牺牲阳极的阴极保护法
示例14 [2018北京,12,6分]验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内
均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
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下列说法不正确的是
A.对比②③,可以判定Zn保护了Fe
B.对比①②,K3[Fe)6]可能将Fe氧化
C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
解析 ②中Zn作负极,发生氧化反应生成Zn2+,Fe作正极被保护,所以向取出
的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液,试管内无明显变化;但③中没有
Zn保护Fe,Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀,Fe被氧化生成Fe2+,所以向取出
的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液,生成蓝色沉淀,对比②③可知Zn
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保护了Fe,A项正确。①与②的区别在于前者是将铁氰化钾溶液直接滴入
烧杯中,而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液,①中出
现了蓝色沉淀,说明有Fe2+生成。对比分析可知,可能是铁氰化钾氧化Fe生
成了Fe2+,B项正确。通过上述分析可知,验证Zn保护Fe时不能用①的方法
,C项正确。若将Zn换成Cu,铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2+,同样会生成蓝
色沉淀,所以无法判断Fe2+是不是负极产物,即无法判断Fe与Cu的活泼性,D
项错误。
答案 D
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1.本题是对教材实验的创新设计,源于人教版《化学》(选修4)第87页“科学
探究”(用实验验证牺牲阳极的阴极保护法),启示考生2022年高考化学备考
中要关注对教材实验的挖掘与创新设计,关注对教材中科学探究内容的整
合与创新。
2.高考着力考查创新思维、批判思维能力。教材中实验涉及“往Fe电极区
滴入2滴黄色K3[Fe)6](铁氰化钾)溶液,观察烧杯内溶液颜色有无变化”,本题
以此为切入点设计一组对照实验,更加严谨,正确的操作如本题中的②,将Fe
与K3[Fe)6]溶液隔离开,方能确定Fe真的受到了保护。启示考生在复习中“
不唯书”,大胆创新。
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命题角度3 将电化学腐蚀的影响因素与实验探究结合创设新情境
示例15 某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因
素,将混合均匀的新制铁粉和炭粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶
头滴管中滴入几滴醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。
(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)
编号 实验目的 炭粉/g 铁粉/g 醋酸/%
① 为以下实验作参照
② 醋酸浓度的影响
③
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(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时,容器中压强明显小
于起始压强,其原因是铁发生了 腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐
蚀时电子流动方向;此时,炭粉表面发生了 (填“氧化”或“还原”)反应,其
电极反应式是 。
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(3)该小组对图2中0~t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二。
假设一:发生析氢腐蚀产生了气体;
假设二: 。
(4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请
你再设计一个实验方案验证假设一,写出实验步骤和结论。
实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):
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解析 (1)对比实验①,实验②中炭粉的质量与实验①相同,醋酸的浓度与
实验①不同,所以铁粉的质量应与实验①相同,即 g;实验③中炭粉质
量与实验①不同,铁粉质量和醋酸浓度均与实验①相同,显然实验③目的
是探究炭粉含量的影响。(2)t2时,容器中压强明显小于起始压强,说明容
器中气体减少,所以铁发生的是吸氧腐蚀。在铁吸氧腐蚀过程中,铁粉为
负极,发生氧化反应,形成Fe2+,炭粉为正极,发生还原反应:4H++O2+4e-
2H2O。(3)0~t1时压强增大,应从两方面考虑,一是生成气体,二是高,
则由假设一内容可得假设二应是:此反应是放热反应,高。
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答案 （1）
（2）吸氧 还原 4H++O2+4e- 2H2O (3)反应放热,高
编号 实验目的 炭粉/g 铁粉/g 醋酸/%
②
③ 炭粉含量的影响
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（4 ）实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):
①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管);
②通入氩气排净瓶内空气;
③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测化、检验Fe2+等)。
如果瓶内压强增大,假设一成立。否则假设一不成立。
(本题属于开放性试题,合理答案均给分)
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疑难4 电化学中的“膜”
1.“膜”的分类及特点
离子交换膜是一种含有离子基团的、对溶液中的离子具有选择性透过能力
的高分子膜。
(1)阳离子交换膜:对阳离子有选择性透过作用的膜,简称阳膜。例如,①质子
交换膜:一般指对H+有选择性透过作用的膜。②单价选择性阳离子交换膜:
对+1价阳离子有选择性透过作用的膜,简称单价阳膜。
(2)阴离子交换膜:对阴离子有选择性透过作用的膜,简称阴膜。例如,单价选
择性阴离子交换膜:对-1价阴离子有选择性透过作用的膜,简称单价阴膜。
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(3)“两性离子”交换膜:同时含有阳离子交换基团和阴离子交换基团的离子
交换膜,对某些离子有较高的选择性,主要用于离子分离和回收溶液中的
微量金属。
(4)双极性膜:一面是阴离子交换膜,另一面是阳离子交换膜,中间有一层很
薄的相界面,在直流电作用下,相界面中的H2O解离成H+和OH-并分别透过
阳膜和阴膜,作为H+和OH-的供应源,简称双极膜。
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2.离子交换膜类型的判断方法
方法一:根据电解质溶液呈电中性,判断离子交换膜的类型。写出阴、阳
两极上的电极反应式→确定电极附近哪种离子剩余→根据该电极附近溶
液呈电中性,判断出离子某著名企业的方向→确定离子交换膜的类型。如
电解饱和食盐水时,阴极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,则阴极区破坏
水的电离平衡,OH-有剩余,阳极区的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与
OH-结合生成NaOH,故电解饱和食盐水中的离子交换膜是阳离子交换膜。
方法二:根据实验目的判断离子某著名企业方向,进而判断离子交换膜类
型。如利用电渗析法淡化海水,海水中的Na+等阳离子需要通过阳离子交
换膜向阴极某著名企业,Cl-等阴离子需要通过阴离子交换膜向阳极某著
名企业,进而判断离子交换膜的类型。
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疑难5 “多池相联”的两大模型
1.多池相联的解题流程
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2.电池类型判断方法
(1)有外加电源型
有外接电源的各电池均为电解池,若电解池阳极材料的组成元素与电解质
溶液中的阳离子对应的元素相同,则该电解池为电镀池。如:
则甲为电镀池,乙、丙均为电解池;电解时通过三个装置的电荷量相等。
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(2)无外接电源型
①根据电极活动性判断:多个电池“串联”在一起,但没有外接电源,则其中
两个电极活动性差异最大的一个装置为原电池,其余均为电解池。
该装置中无外接电源,二者必有一个装置是原电池,为电解装置提供电能,
其中两个电极活动性差异较大者为原电池,则左装置为原电池,右装置为
电解池。
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②根据电极反应现象判断:根据反应现象反推电极反应,然后判断装置
类型。
若C电极溶解,D电极上析出Cu,B电极附近溶液变红,A电极上产生黄绿
色气体,则乙装置为原电池,甲装置为电解池。
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③根据装置特征判断:如果涉及燃料电池,则燃料电池装置为原电池,其
余装置为电解池。
甲装置为原电池,乙装置为电解池。
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3.电极名称的判断
无外加电源时,原电池中活动性大的电极为负极,另一极为正极,与负极
相连的电极为阴极,与正极相连的电极为阳极。如果多于两个装置,其
余电极名称与所确定的电极名称互为阴、阳极。有外加电源时,与外
加电源正极相连的电极为阳极,与外加电源负极相连的为阴极,其余电
极名称与所确定的电极名称互为阴、阳极。
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甲为原电池,C为正极,Fe为负极。进一步推出,③为阴极、④为阳
极、⑤为阴极、⑥为阳极、⑦为阴极、⑧为阳极。
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示例18 某同学按如图所示的装置进行实验。A、B为两种常见金
属,它们的硫酸盐可溶于水,当K闭合时,Y极上产生黄绿色气体。下
列分析正确的是
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A.溶液中c(A2+)减小
极的电极反应:B-2e- B2+
极上有Cl2产生,发生还原反应
D.反应初期,X极现白色胶状沉淀
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解析 根据Y极有黄绿色气体生成可知,Y极电极反应为2Cl--2e- Cl2↑,即
Y极为电解池的阳极,B极为原电池的正极,A极为原电池的负极。A极的电
极反应式为A-2e- A2+,溶液中c(A2+)增大,A错误。B极为正极,发生还原
反应,B错误。Y极上有Cl2产生,发生的是氧化反应,C错误。右边U形管中
最初的反应为电解AlCl3溶液,由水电离出的H+在X极上放电,c(H+)减小
,c(OH-)增大,且Al3+移向X极,反应初期,Al3+过量,因此会产生Al(OH)3白色
胶状沉淀,D正确。
答案 D
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核心素养对接
核心素养之“模型认知”——原电池与电解池综合串联装置结构模型
以利用膜技术原理和电化学原理制备少量硫酸和绿色硝化剂N2O5为
例,装置如图所示。
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