文档内容
第 17 讲 电解池 金属的腐蚀与防护
【学科核心素养】
变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地
分析电解池中发生的反应，并运用电解原理解决实际问题。
证据推理与模型认知：利用电解池装置，分析电解原理，建立解答电解池问题的思维模型，并利用模
型揭示其本质及规律。
科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贫献，具有可持续发展意识和绿色化学观念，
能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。
【核心素养发展目标】
1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。
2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。
【知识点解读】
知识点一 电解的原理
1.电解和电解池
(1)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：电能转化为化学能的装置。
(3)电解池的构成
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融电解质)。
③形成闭合回路。
2.电解池的工作原理
(1)电极名称及电极反应式(电解CuCl 溶液为例)
2
总反应式：CuCl =====Cu＋Cl↑
2 2
(2)电子和离子的移动方向
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。3.阴阳两极上放电顺序
(1)阴极：(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，放电顺序为
注意 ①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。②
最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－>OH－；阴极：Ag＋>Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～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。
4.用惰性电极电解电解质溶液的规律
4.用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型 实例 电极反应特点或反应式 电解产物 溶液pH变化 溶液复原
含氧酸 HSO 溶液中的H＋和OH 减小
2 4
－分别在阴阳两极放
强碱 NaOH 增大
电：
H
电解 2
阴极：4H＋＋4e－ 水
水型
活泼金属的 KNO ===2H 2 ↑ O 2 不变
含氧酸盐 3
阳极： 4OH－－4e－
===2HO＋O↑
2 2
无氧酸(氢 电解质电离的阴阳
HCl H Cl 增大 HCl
电解 氟酸除外) 离子分别在两极放电： 2 2
电解
质型 不活泼金属 阳极：2Cl－－2e－
CuCl Cu Cl CuCl
的无氧酸盐 2 ===Cl ↑ 2 2
2
放氢 阴极水电离的H＋ 阴极：H
活泼金属的 2
生碱 NaCl 放电，阳极电解质电离 增大 HCl
无氧酸盐
型 的阴离子放电 阳极：Cl 2
阳极水电离的OH－放
放氧 不活泼金属 电，阴极电解质的阳离 Ag阳
生酸 的含氧酸盐 AgNO 3 子放电 极：O 减小 Ag 2 O
性 2
阴极：Ag＋＋e－===Ag
知识点二 电解原理的应用
1.氯碱工业阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl ↑(氧化反应)
2
阴极反应式：2H＋＋2e－===H↑(还原反应)
2
总反应方程式：
2NaCl＋2HO=====2NaOH＋H↑＋Cl↑
2 2 2
2.电镀与电解精炼
电镀 电解精炼铜
示意图
阳极 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋，Cu－2e－===Cu2＋
电极反应
阴极 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液的浓度变化 CuSO 溶液的浓度不变 CuSO 溶液的浓度变小
4 4
3.电冶金
电解冶炼 冶炼钠 冶炼铝
阳极：2Cl－－2e－===Cl ↑ 阳极：6O2－－12e－===3O↑
2 2
电极反应
阴极：2Na＋＋2e－===2Na 阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
总反应 2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl↑ 2Al O(熔融)=====4Al＋3O↑
2 2 3 2
知识点三 金属的腐蚀与防护
1.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，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
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象 无电流产生 有微弱电流产生
本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化
联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀以钢铁的腐蚀为例进行分析：
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
负极 Fe－2e－===Fe2＋
电极反应
正极 2H＋＋2e－===H↑ O＋2HO＋4e－===4OH－
2 2 2
总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H↑ 2Fe＋O＋2HO===2Fe(OH)
2 2 2 2
联系 吸氧腐蚀更普遍
3.金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
a.负极：比被保护金属活泼的金属；
b.正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
a.阴极：被保护的金属设备；
b.阳极：惰性金属或石墨。
(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。
【典例剖析】
高频考点一 电解规律及电极产物的判断
【例1】（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
A．阳极发生将海水中的 氧化生成 的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的
C．阴极生成的 应及时通风稀释安全地排入大气D．阳极表面形成的 等积垢需要定期清理
【变式探究】（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
如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是
为
A. 阳极反应
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O 与b极反应的O 等量
2 2
【变式探究】(双选)如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl 、HCl组成的
2
混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电顺序都可能在阳极放电，下列分析正确的是( )
A．C 电极上的电极反应式为2H＋＋2e－===H ↑
1 2
B．C 电极处溶液首先变棕黄色
1
C．C 电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl↑
2 2
D．当C 电极上有2 g物质生成时，就会有2N 个电子通过溶液发生转移
1 A
高频考点二 电极反应式的书写与判断
【例2】[2019新课标Ⅲ节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也
随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：
（4）在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工
艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：负极区发生的反应有____________________（写反应方程式）。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气
__________L（标准状况）。
【方法技巧】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，
弱电解质要写成分子式。
如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－===H↑(或2HO＋2e－===H↑＋2OH－)；总反应
2 2 2
离子方程式为2Cl－＋2HO=====2OH－＋H↑＋Cl↑。
2 2 2
②电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
③Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。
【变式探究】(2018·全国卷Ⅰ，13)最近我国科学家设计了一种CO＋HS协同转化装置，实现对天然
2 2
气中CO 和HS的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨
2 2
烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2EDTA-Fe3＋＋HS===2H＋＋S＋2EDTA-Fe2＋
2
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A.阴极的电极反应：CO＋2H＋＋2e－===CO＋HO
2 2
B.协同转化总反应：CO＋HS===CO＋HO＋S
2 2 2
C.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D.若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需为酸性
高频考点三 电子守恒在电化学计算中的应用【例3】以石墨电极电解200 mL CuSO 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
4
V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是( )
A．电解前CuSO 溶液的物质的量浓度为2 mol·L－1
4
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－)＝0.6 mol时，V(H )∶V(O )＝3∶2
2 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
【方法技巧】电化学综合计算的三种常用方法
(1)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。
【变式探究】按如图1所示装置进行电解，A、B、C、D均为铂电极，回答下列问题。
(1)甲槽电解的是200 mL一定浓度的NaCl与CuSO 的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变
4
化的关系如图2所示(气体体积已换算成标准状况下的体积，电解前后溶液的体积变化忽略不计)。
①原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为_____mol·L－1，CuSO 的物质的量浓度为______mol·L－1。
4
②t 时所得溶液的pH＝________。
2
(2)乙槽为200 mL CuSO 溶液，乙槽内电解的总离子方程式：_____________________：
4
①当C极析出0.64 g物质时，乙槽溶液中生成的HSO 为________mol。电解后，若使乙槽内的溶液完
2 4
全复原，可向乙槽中加入________(填字母)。
A．Cu(OH) B．CuO
2
C．CuCO D．Cu (OH) CO
3 2 2 3
②若通电一段时间后，向所得的乙槽溶液中加入0.2 mol的Cu(OH) 才能恰好恢复到电解前的浓度，则
2
电解过程中转移的电子数为________。高频考点四 电解原理的应用
【例4】（2021·广东高考）钴(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
中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是
A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的 均增大
B．生成 ，Ⅰ室溶液质量理论上减少
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：
【变式探究】(2020·全国卷Ⅱ节选)(1)氯气是制备系列含氯化合物的主要原料，可采用如图所示的装置
来制取。装置中的离子膜只允许________离子通过，氯气的逸出口是________(填标号)。
(2)(2020·全国卷Ⅱ节选)CH 和CO 都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合
4 2
转化，其原理如图所示：
①阴极上的反应式为_____________________________________________________。
②若生成的乙烯和乙烷的体积比为2∶1，则消耗的CH 和CO 体积比为________。
4 2【变式探究】[2019·北京节选]氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
（2）可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K 或K，可交替
1 2
得到H 和O。
2 2
①制H 时，连接_______________。产生H 的电极反应式是_______________________。
2 2
②改变开关连接方式，可得O。
2
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：________________________。
【举一反三】[2019·江苏卷]CO 的资源化利用能有效减少CO 排放，充分利用碳资源。
2 2
（2）电解法转化CO 可实现CO 资源化利用。电解CO 制HCOOH的原理示意图如下。
2 2 2
①写出阴极CO 还原为HCOO−的电极反应式： 。
2
②电解一段时间后，阳极区的KHCO 溶液浓度降低，其原因是 。
3
高频考点五 金属腐蚀与防护
【例5】（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。在题图所示
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
【方法技巧】判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀
>有防护措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液
中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
【变式探究】(2019·上海卷)关于右图装置，叙述错误的是( )
A．石墨电极反应O＋4H＋＋4e－===2H O
2 2
B．鼓入少量空气，会加快Fe的腐蚀
C．加入少量的NaCl，会加快Fe的腐蚀
D．加入HCl，石墨电极反应式：2H＋＋2e－===H ↑
2
【变式探究】[2019·江苏卷]将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进
行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是
A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−===Fe3+
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
【变式探究】 (2018·北京卷)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)。① ② ③
在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀
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，K[Fe(CN) ]可能将Fe氧化
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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
【变式探究】(双选)为了减少钢管因锈蚀造成的损失，某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢
管。下列有关说法中错误的是( )
A．在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀
B．在潮湿的酸性土壤中，电子由钢管通过导线流向金属棒M
C．在潮湿的酸性土壤中，H＋向金属棒M移动，抑制H＋与铁的反应
D．金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近于零
