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
【答案】D
【解析】海水中除了水，还含有大量的Na+、Cl-、Mg2+等，根据题干信息可知，装置的原理是利用惰
性电极电解海水，阳极区溶液中的Cl-会优先失电子生成Cl，阴极区HO优先得电子生成H 和OH-，结合
2 2 2
海水成分及电解产物分析解答。根据分析可知，阳极区海水中的Cl-会优先失去电子生成Cl，发生氧化反
2
应，A正确；设置的装置为电解池原理，根据分析知，阳极区生成的Cl 与阴极区生成的OH-在管道中会发
2
生反应生成NaCl、NaClO和HO，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；因为H
2 2
是易燃性气体，所以阳极区生成的H 需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；阴极
2
的电极反应式为：2HO+2e-=H ↑+2OH-，会使海水中的Mg2+沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH) 等积
2 2 2
垢需定期清理，D错误。故选D。
【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
【答案】D
【解析】a极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b极通入氧气，生成过氧化氢，氧元
素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。依据分析a极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极
的反应式是2HO-4e-=4H++O ↑，故A正确；电解时阳极产生氢离子，氢离子是阳离子，通过质子交换膜移
2 2
向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的pH值不变，故BC正确；电解时，阳极的反应为：2HO-4e-=4H+
2
+O ↑，阴极的反应为：O+2e-+2H+=H O，总反应为：O+2H O=2HO，要消耗氧气，即是a极生成的氧气
2 2 2 2 2 2 2 2
小于b极消耗的氧气，故D错误。
【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
【答案】AC
【解析】C 电极与电源的负极相连，做阴极，溶液中的 H＋在阴极放电，电极反应式为 2H＋＋2e－
1
===H ↑，A正确；C 电极上H＋放电生成H ，C 电极与电源的正极相连，做阳极，Fe2＋的还原性强于Cl
2 1 2 2
－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl↑，故C 电极处溶液首先变棕黄色，B错
2 2
误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。
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）。
【答案】（4）Fe3++e−=Fe2+，4Fe2++O +4H+=4Fe3++2H O 5.6
2 2
【解析】（4）电解过程中，负极区即阴极上发生的是得电子反应，元素化合价降低，属于还原反应，
则图中左侧为负极反应，根据图示信息知电极反应为：Fe3++e− ＝Fe2+和4Fe2++O +4H+＝4Fe3++2H O；电路
2 2
中转移1 mol电子，根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是1mol÷4＝0.25mol，在标准状况下的体
积为0.25mol×22.4L/mol＝5.6L。
【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
【答案】C
【解析】由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。
阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C项错
误；由题图可知，电解时阴极反应式为CO＋2H＋＋2e－===CO＋HO，A项正确；将阴、阳两极反应式合
2 2
并可得总反应式为CO＋HS===CO＋HO＋S，B项正确；Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D项正确。
2 2 2
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－1C．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
【答案】B
【解析】电解CuSO 溶液时，阳极反应式为2HO－4e－===O↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－
4 2 2
===Cu，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子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－===H↑。当转移0.4 mol电子时，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝
2
＝0.2 mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO )＝c(Cu2＋)＝＝1 mol·L－1，A项错误；当转移0.4 mol电子时，生
4
成n(H SO )＝0.2 mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H＋)＝＝2
2 4
mol·L－1，B项正确；当n(e－)＝0.6 mol时，发生反应：2CuSO ＋2HO=====2Cu＋O↑＋2HSO 、
4 2 2 2 4
2HO=====2H↑＋O↑，n(H )＝0.1 mol，n(O )＝0.1 mol＋0.05 mol＝0.15 mol，所以V(H )∶V(O )＝0.1
2 2 2 2 2 2 2
mol∶0.15 mol＝2∶3，C项错误；因电解后从溶液中析出Cu、O、H，所以只加入CuO不能使溶液恢复到电
2 2
解前的浓度，D项错误。
【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：_____________________：
4①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________。
【解析】(1)①A、B、C、D均为惰性电极Pt，甲槽电解NaCl和CuSO 的混合液，阳极上离子放电顺
4
序为Cl－＞OH－＞SO，阴极上离子放电顺序为Cu2＋＞H＋＞Na＋，开始阶段阴极上析出Cu，阳极上产生
Cl，则题图2中曲线Ⅰ代表阴极产生气体体积的变化，曲线Ⅱ代表阳极产生气体体积的变化。阳极上发生
2
的反应依次为2Cl－－2e－===Cl ↑、4OH－－4e－===2HO＋O↑，由曲线Ⅱ可知，Cl－放电完全时生成224 mL
2 2 2
Cl，根据Cl原子守恒可知，溶液中c(NaCl)＝＝0.1 mol·L－1；阴极上发生的反应依次为Cu2＋＋2e－
2
===Cu、2H＋＋2e－===H↑，由曲线Ⅱ可知Cu2＋放电完全时，阳极上产生224 mL Cl 和112 mL O，则电路
2 2 2
中转移电子的物质的量为0.01 mol×2＋0.005 mol×4＝0.04 mol，据得失电子守恒可知n(Cu2＋)＝0.04 mol×＝
0.02 mol，故混合液中c(CuSO )＝＝0.1 mol·L－1。②0～t 时间内相当于电解CuCl ，电解反应式为
4 1 2
CuCl =====Cu＋Cl↑，t～t 时间内相当于电解CuSO ，而电解CuSO 溶液的离子反应为2Cu2＋＋
2 2 1 2 4 4
2HO=====2Cu＋O↑＋4H＋，则生成H＋的物质的量为0.005 mol×4＝0.02 mol，则有c(H＋)＝＝0.1 mol·L－
2 2
1，故溶液的pH＝1。(2)电解CuSO 溶液时，Cu2＋在阴极放电，水电离的OH－在阳极放电，电解的总离子
4
方程式为2Cu2＋＋2HO=====2Cu＋O↑＋4H＋。①C极为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，析出0.64
2 2
g Cu(即0.01 mol)时，生成HSO 的物质的量也为0.01 mol。电解CuSO 溶液时，阴极析出Cu，阳极上产生
2 4 4
O，故可向电解质溶液中加入CuO、CuCO 等使电解质溶液完全复原。②加入0.2 mol Cu(OH) 相当于加入
2 3 2
0.2 mol CuO和0.2 mol HO，则电解过程中转移电子的物质的量为0.2 mol×2＋0.2 mol×2＝0.8 mol，即
2
0.8N 个电子。
A
【答案】(1)①0.1 0.1 ②1
(2)2Cu2＋＋2HO=====2Cu＋O↑＋4H＋ ①0.01 BC ②0.8N
2 2 A
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：
【答案】D
【解析】由图可知，该装置为电解池，石墨电极为阳极，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2HO-4e-=O ↑+4H+，Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数，放电生成的氢离子通
2 2
过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，钴电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反
应式为Co2++2e-=Co，Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数，氯离子过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动，
电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H O 2 Co +O ↑+4H+。由分析可知，放电生成的氢离子通过阳离
2 2
子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；由分析可知，阴极生
成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放
电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反
应会发生变化，故C错误；由分析可知，电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H O 2 Co +O ↑+4H+，
2 2
故D正确；故选D。
【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
【解析】(1)结合题图电解装置，可知阴极上水电离出的H＋得电子生成H ，Na＋从左侧通过离子膜向
2
阴极移动，即该装置中的离子膜只允许Na＋通过；电解时阳极上Cl－失去电子，Cl 在a出口逸出。(2)①结
2
合图示可知CO 在阴极发生还原反应生成 CO，即阴极上的反应式为 CO ＋2e－===CO＋O2－。②设生成
2 2
C H 和C H 的物质的量分别为2 mol和1 mol，则反应中转移电子的物质的量为4 mol×2＋2 mol×1＝10
2 4 2 6
mol，根据碳原子守恒，可知反应的CH 为6 mol；则由CO→CO转移10 mol电子，需消耗5 mol CO ，则
4 2 2
反应中消耗CH 和CO 的体积比为6∶5。
4 2
【答案】(1)Na＋ a (2)①CO＋2e－===CO＋O2－
2
②6∶5
【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 2①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：________________________。
【答案】（2）K 2H O+2e−=H ↑+2OH− 连接K 或K 时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，
1 2 2 1 2
并且NiOOH和Ni(OH) 相互转化提供电子转移
2
【解析】（2）①电极生成H 时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气，因而电极须连接负极，
2
因而制H 时，连接K，该电池在碱性溶液中，由HO提供H+，电极反应式为2HO+2e−=H ↑+2OH−；
2 1 2 2 2
③电极3上NiOOH和Ni(OH)
2
相互转化，其反应式为NiOOH+e−+H
2
O⇌Ni(OH)
2
+OH−，当连接K
1
时，
Ni(OH) 失去电子变为NiOOH，当连接K 时，NiOOH得到电子变为Ni(OH) ，因而作用是连接K 或K 时，
2 2 2 1 2
电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH) 相互转化提供电子转移。
2
【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
【答案】（2）①CO+H++2e−====HCOO−或CO+ HCO −+2e−====HCOO−+ CO2− ②阳极产生O，
2 2 3 3 2
pH减小，HCO −浓度降低；K+部分迁移至阴极区
3
【解析】（2）①根据电解原理，阴极上得到电子，化合价降低，CO＋HCO −＋2e− =HCOO−＋
2 3
CO2−，或CO＋H＋＋2e− =HCOO−；②阳极反应式为2HO−4e− =O ↑＋4H＋，阳极附近pH减小，H＋与
3 2 2 2
HCO − 反应，同时部分K＋迁移至阴极区，所以电解一段时间后，阳极区的KHCO 溶液浓度降低。
3 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
【答案】C
【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备
作正极，据此分析解答。阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故A错误；阳
极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活
动性强，故B错误；金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身
金属不再失电子从而被保护，故C正确；海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液
的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故D错误；故选C。
【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
【答案】A
【解析】A．钢铁在接近中性的潮湿的空气中腐蚀属于吸氧腐蚀，石墨作正极，电极反应为 2HO＋O
2 2
＋4e－===4OH－，错误；B.铁发生的是吸氧腐蚀，鼓入少量的空气，增加了氧气的量，加快腐蚀，正确；
C.加入氯化钠，增加了溶液的导电性，加快了钢铁的腐蚀，正确；D.加入HCl后，溶液呈强酸性，铁发生
析氢腐蚀，石墨为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H ↑，正确。
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
【答案】C
【解析】在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe−2e−=Fe2+，故
A错误；铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；活性炭与铁混合，
在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；以水代替氯化钠溶液，水也呈中
性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误。
【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FeB．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
【答案】D
【解析】实验②中加入K[Fe(CN) ]，溶液无变化，说明溶液中没有Fe2＋；实验③中加入K[Fe(CN) ]
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生成蓝色沉淀，说明溶液中有Fe2＋，A项正确；对比①②可知，①中K[Fe(CN) ]可能将Fe氧化成Fe2＋，
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Fe2＋再与K[Fe(CN) ]反应生成蓝色沉淀，B项正确；由以上分析可知，验证Zn保护Fe时，可以用②③做
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对比实验，不能用①的方法，C项正确；K[Fe(CN) ]可将单质铁氧化为Fe2＋，Fe2＋与K[Fe(CN) ]生成蓝色
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沉淀，附着在Fe表面，无法判断铁比铜活泼，D项错误。
【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
【答案】BC
【解析】在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀，A项正确；在潮湿的酸性土壤中，金属棒M
做负极，可以保护钢管不被腐蚀，电子由负极金属棒M通过导线流向正极钢管，B项错误；在潮湿的酸性
土壤中，H＋向正极钢管移动，H＋在正极得电子产生氢气，C项错误；金属棒M与钢管用导线连接后保护
埋在酸性土壤中的钢管，可使钢管表面的腐蚀电流接近于零，D项正确。
