文档文本内容
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专题11 电化学基础
01 专题网络·思维脑图
02 考情分析·解密高考
03 高频考点·以考定法
04 核心素养·微专题
微专题 电化学离子交换膜的分析与应用
考点一 原电池原理及其应用
【高考解密】
命题点01 原电池的工作原理及其
应用
命题点02 化学电源
【技巧解密】
【考向预测】
考点二 电解池原理及其应用
【高考解密】
命题点01 电解池原理
命题点02 电解池原理的应用
【技巧解密】
【考向预测】
考点三 金属腐蚀与防护
【高考解密】
命题点01 金属腐蚀的原理
命题点02 金属的防护原理
【技巧解密】
【考向预测】
1
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考点
考查内容
考情预测
原电池原理及
其应用
1、原电池的工作原理
及其应用
2、化学电源
电化学内容是高考试卷中的常客，是氧化还原反应知识的应用
和延伸，命题在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题
题材的生活化、实用化、情境化，同时也加强了不同知识间的相互
渗透与融合，试题的背景较为新颖，侧重考查分析判断、获取信息
解答问题及计算能力。题型有以新型电池为背景的选择题和以电极
反应式书写为主的填空题，通常考查的知识点是从闭合回路的形成
角度分析原电池、电解池的工作原理，电极的判断，电极反应式的
书写，电子的转移或电流的方向和溶液中离子的移动方向的判断，
溶液pH 的变化，离子交换膜作用，有关计算，理解原电池和电解
池原理的实际应用等，难度一般偏大。解题时要求掌握“结合反应
原理，根据元素化合价变化，正确判断电极发生的反应和书写电极
反应方程式”的方法。
预计2024 年高考选择题中，仍然以某一个新型电池为背景考
查电化学知识，结合物质的制备、废弃物的处理等内容进行考查，
电极反应方程式的书写或正误判断、离子移动的方向、电极产物种
类的判断及相关计算等仍是考查的重点。
电解池原理及
其应用
1、电解池原理
2、电解池原理的应用
金属腐蚀与防
护
1、金属腐蚀的原理
2、金属的防护原理
2
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考点一 原电池原理及其应用
命题点01 原电池的工作原理及其应用
典例01（2023·广东卷）负载有
和
的活性炭，可选择性去除
实现废酸的纯化，其工作原理如图。
下列说法正确的是( )
A．Ag 作原电池正极
B．电子由Ag 经活性炭流向Pt
C．Pt 表面发生的电极反应：O2+2H2O+4e-= 4OH-
D．每消耗标准状况下11.2L 的O2，最多去除1mol Cl-
【答案】B
【解析】O2在Pt 得电子发生还原反应，Pt 为正极，Cl-在Ag 极失去电子发生氧化反应，Ag 为负极。A 项，
Cl-在Ag 极失去电子发生氧化反应，Ag 为负极，A 错误；B 项，电子由负极Ag 经活性炭流向正极Pt，B
正确；C 项，溶液为酸性，故Pt 表面发生的电极反应为O2+4H++4e-= 2H2O，C 错误；D 项，每消耗标准状
况下11.2L 的O2，转移电子2mol，而2 mol Cl-失去2mol 电子，故最多去除2mol Cl-，D 错误。 故选B。
典例02（2022·山东卷）(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH 稳定，借助其降解乙酸
盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液
转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )
3
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A．装置工作时，甲室溶液pH 逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-+4H+=Li++Co2++4OH-
D．若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】A 项，依据题意右侧装置为原电池，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化
为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co 单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳膜进
入阴极室，溶液变为NaCl 溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH 减小，A 错误；B 项，对于乙室，正极上
LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O 与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时
间后应该补充盐酸，B 正确；C 项，电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：
LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C 错误；D 项，若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)=
，乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)=
，说
明此时已进行过溶液转移，D 正确；故选BD。
典例03（2021·广东卷）火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星
探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时( )
A．负极上发生还原反应
B．CO2在正极上得电子
C．阳离子由正极移向负极
D．将电能转化为化学能
【答案】B
【解析】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。A 项，放电时负极上Na 发生氧化
反应失去电子生成Na+，故A 错误；B 项，放电时正极为CO2得到电子生成C，故B 正确；C 项，放电时
阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C 错误；D 项，放电时装置为原电池，能量转化关系
为化学能转化为电能和化学能等，故D 正确；故选B。
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命题点02 化学电源
典例01（2023·全国新课标卷）一种以V2O5和Zn 为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意
图如下所示。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是( )
A．放电时V2O5为正极
B．放电时Zn2+由负极向正极迁移
C．充电总反应：xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5·nH2O
D．充电阳极反应：ZnxV2O5·nH2O-2xe- =xZn2++V2O5+nH2O
【答案】C
【解析】由题中信息可知，该电池中Zn 为负极、V2O5为正极，电池的总反应为
xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5·nH2O。A 项，由题信息可知，放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O，
V2O5发生了还原反应，则放电时V2O5为正极，A 正确；B 项，Zn 为负极，放电时Zn 失去电子变为Zn2+，
阳离子向正极迁移，则放电时Zn2+由负极向正极迁移，B 正确；C 项，电池在放电时的总反应为
xZn+V2O5+nH2O=ZnxV2O5·nH2O，则其在充电时的总反应为ZnxV2O5·nH2O=xZn+V2O5+nH2O，C 不正确；D 项，
充电阳极上ZnxV2O5·nH2O 被氧化为V2O5，则阳极的电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe- =xZn2++V2O5+nH2O，D 正
确；故选C。
典例02（2022·广东卷）科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，
可作储能设备(如图)。充电时电极a 的反应为：NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3。下列说法正确的是(
)
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A．充电时电极b 是阴极
B．放电时NaCl 溶液的pH 减小
C．放电时NaCl 溶液的浓度增大
D．每生成1molCl2，电极a 质量理论上增加23g
【答案】C
【解析】A 项，由充电时电极a 的反应可知，充电时电极a 发生还原反应，所以电极a 是阴极，则电极b 是
阳极，故A 错误；B 项，放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a 的反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-=
NaTi2(PO4)3+2Na+可知，NaCl 溶液的pH 不变，故B 错误；C 项，放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3-2e-=
NaTi2(PO4)3+2Na+，正极反应为Cl2+2e-=2Cl-，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl 溶液的浓度增大，
故C 正确；D 项，充电时阳极反应为2Cl- -2e-= Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-= Na3Ti2(PO4)3，由
得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a 质量理论上增加23g/mol 2mol=46g，故D 错误；故选C。
典例03（2021·辽宁卷）如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(
)
A．放电时，M 电极反应为
B．放电时，Li+由M 电极向N 电极移动
C．充电时，M 电极的质量减小
D．充电时，N 电极反应为Li3Bi+3e-=3Li++Bi
【答案】B
【解析】由题干信息可知，放电时，M 极由于Li 比Ni 更活泼，也比N 极上的Sb、Bi、Sn 更活泼，故M
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极作负极，电极反应为：Li-e-=Li+，N 极为正极，电极反应为：3Li++3e-+Bi=Li3Bi。A 项，放电时，M 电极
反应为Li-e-=Li+，A 错误；B 项，放电时，M 极为负极，N 极为正极，故Li+由M 电极向N 电极移动，B 正
确；C 项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M 电极的电极反
应为：Li++e-= Li，故电极质量增大，C 错误；D 项，由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上
发生的反应互为逆过程，充电时，N 电极反应为Li3Bi-3e-=3Li++Bi，D 错误；故选B。
1．“五类”依据判断原电池电极：
(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属
为正极。
(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。
(3)依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。
(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
2．“三步”突破原电池电极反应式的书写：
第一步：分析氧化还原反应
根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目
第二步：注意电解质溶液环境
分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式
第三步：合并正、负电极反应
调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式
3．解答新型化学电源的步骤
(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。
(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。
(3)充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。
(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。
4．化学电源
(1)一次电池
碱性锌锰
干电池
负极材料：Zn
电极反应：Zn
＋
2OH
－ －
2e
－ ==
=Zn(OH)
2
正极材料：碳棒
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
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锌银电池
负极材料：Zn
电极反应：Zn
＋
2OH
－ －
2e
－ ==
=Zn(OH)
2
正极材料：Ag2O
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(2)二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)＋2H2O(l)
【特别提醒】分析可充电电池问题“三注意”
(1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
(2)充电电池需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。
(3)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电
时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。故二次电池充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，
可充电电池的负极连接外接电源的负极。简单记为“正接正、负接负”。
(4)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
①首先应分清电池是放电还是充电。
②再判断出正、负极或阴、阳极。
放电：阳离子→正极，阴离子→负极；
充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；
总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。
(5)书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。
(3)燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池：总反应式：2H2＋O2===2H2O
①酸性介质
负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
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②碱性介质
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③熔融的金属氧化物作介质
负极：2H2－4e－＋2O2－===2H2O 正极：O2＋4e－===2O2－
④碳酸盐作介质
负极：2H2－4e－＋2CO===2H2O＋2CO2 正极：O2＋4e－＋2CO2===2CO
(4)浓差电池
1）在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
①常见的离子交换膜
阳离子交换膜
只允许阳离子(包括H＋)通过
阴离子交换膜
只允许阴离子通过
质子交换膜
只允许H＋通过
②离子交换膜的作用
a. 能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
b. 能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
③离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。
2）“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高
浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题
的关键。
5.电解池中电极反应式的书写方法
(1)书写步骤
①首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。
②分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。
③根据放电顺序分析放电产物。
④根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H＋、OH－或H2O 参与；最后配平电极反应式。
(2)介质对电极反应式的影响
①在电解池电极方程式中，如果是H＋或OH－放电，则电解质溶液的酸碱性对电极反应式没有影响。
②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH－。
③碱性溶液反应物或生成物中均没有H＋。
(3)电极产物的溶解性对电极反应式的影响。
电解MgCl2溶液时的阴极反应式应为：Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－===H2↑。
总反应离子方程式为：Mg2＋＋2Cl－＋2H2O=====Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。
不能把电解MgCl2 溶液的离子方程式写成：2Cl－＋2H2O=====2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽视了生成难溶的
Mg(OH)2。
6.原电池电极上区pH 变化规律
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（1）若电极反应消耗OH－(H＋)，则电极周围溶液的pH 减小(增大)；
（2）若电极反应生成H＋(OH－)，则电极周围溶液的pH 减小(增大)。
（3）若总反应的结果是消耗OH－(H＋)，则溶液的pH 减小(增大)；
（4）若总反应的结果是生成H＋(OH－)，则溶液的pH 减小(增大)。
（5）若两极消耗或生成的OH－(H＋)的物质的量相等，则溶液的pH 变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生
成而定，应具体问题具体分析（如酸性燃料电池，由于生成水，pH 增大）。
考向01 原电池的工作原理及其应用
1．（2023·甘肃·统考二模）碳排放是影响气候变化的重要因素之一。最近科学家研发出一种有利于“碳中
和”的新型电池系统，通过二氧化碳溶于水触发电化学反应产生电能和氢气，其工作原理如下图所示(钠超
离子导体只允许Na+通过)。下列说法正确的是
A．电池系统工作时电能转变成化学能
B．用硫酸溶液替代有机电解液可增大电池工作效率
C．b 极区的电极反应式为2CO2+2H2O+2e-=2
+H2
D．电池工作时每消耗2.24LCO2，a 电极的质量会减少2.3g
【答案】C
【分析】钠为活泼金属，发生氧化反应为负极，则b 极为正极；
【解析】A．新型电池系统，通过二氧化碳溶于水触发电化学反应产生电能和氢气，故存在化学能转化为
电能的过程，A 错误；B．钠为活泼金属，会和稀硫酸反应，故不能用硫酸溶液替代有机电解液，B 错误；
C．b 极为正极，二氧化碳、水得到电子生成氢气和碳酸氢根离子，电极反应式为2CO2+2H2O+2e-=2
+H2，C 正确；D．没有标况，不能计算消耗二氧化碳的物质的量，不能计算电子转移的量，D 错误；故选
C。
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2．（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考模拟预测）用零价铁去除酸性水体中的
是地下水修复研究的热
点之一，下列有关叙述中错误的是
铁粉还原水体中
的反应原理
(已知：形成了原电池)示意图
足量铁粉还原水体中
后，铁表面最终形
态的示意图
初始
的水体中，分别加入
、
(足量)、
(足量)和
对
的去除率(％)的对比图像
A．甲图中
作原电池的负极
B．甲图中正极上发生的电极反应：
C．零价铁去除
的反应速率会随时间推移而减慢
D．零价铁去除
时加入的适量
能直接还原
，从而提高
的去除率
【答案】D
【解析】A．甲图中
失电子发生氧化反应，铁作原电池的负极，故A 正确；B．甲图中硝酸根离子得电
子发生还原反应生成铵根离子，正极上发生的电极反应：
，故B 正确；C．
根据图乙，铁表面形成不能导电的FeO(OH)，所以零价铁去除
的反应速率会随时间推移而减慢，故C
正确；D．根据图丙，
不能直接还原
，故D 错误；选D。
3．（2023·广东广州·统考二模）科学家研发了一种以Al 和Pd@石墨烯为电极的Al-
电池，电池以
离子液体作电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，示意图如下。下列说法不正
确的是
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A．充电时Al 电极是阴极
B．放电时
离子浓度增大，
离子浓度减少
C．放电时正极反应为
D．放电时电路中每通过6mol
，电池总质量理论上增加28g
【答案】B
【解析】A．充电时，Al 电极发生反应是，8
+6e-=2Al+14
，发生还原反应，故作为阴极，A 正
确；B．放电时，Al 作为负极，发生氧化反应，电极反应是2Al+14
-6e－=8
。正极发生反应是
，总反应是2Al+N2=2AlN，
，
浓度均不变，B 错误；C．放
电时，正极发生反应是
，C 正确；D．由以上电极反应可知，放电时电
池总质量增加相当于是增加了N2，每通过6mol 电子，参加反应N2是1mol，增加质量是28g/
mol×1mol=28g，D 正确；故选B。
4．（2023·辽宁大连·统考二模）某科研小组用电化学方法将
转化为
实现再利用，转化的基本原理
如图所示，下列叙述正确的是
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A．光能全部转化成电能
B．M 上的电极反应方程式为
C．该电池工作时溶液中
移向N 极
D．若消耗标况下
，溶液中转移的电子数目为
【答案】B
【分析】由图可知，该装置为原电池，M 电极为负极，紫外光作用下，水在负极失去发生氧化反应生成氧
气和氢离子，N 电极为正极，酸性条件下二氧化碳做正极得到电子生成一氧化碳和氢离子。
【解析】A．由图可知，该装置为光能转化为化学能，化学能转化为电能的装置，原电池工作时，光能不
可能完全转化为电能，故A 错误；B．由分析可知，M 电极为负极，紫外光作用下，水在负极失去发生氧
化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为
，故B 正确；C．由分析可知，M 电极为
负极，N 电极为正极，则原电池工作时，阴离子硫酸根离子移向负极M 电极，故C 错误；D．原电池工作
时，溶液只能实现离子的定向运动，不能转移电子，故D 错误；故选B。
5．（2023·河北唐山·统考三模）某研究所为硫酸工厂的尾气处理专门设计了SO2—空气质子交换膜燃料电
池，以实现制硫酸、发电、环保的结合，电池示意图如下。下列说法正确的是(空气中氧气体积分数按20%
计)
A．该电池放电时质子从电极B 移向电极A
B．负极的电极反应为
C．a 端的电势高于b 端
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和空气的体积比为2：5
【答案】D
【分析】由题干SO2—空气质子交换膜燃料电池装置示意图可知，惰性多孔电极A 通入SO2，反应中SO2
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发生氧化反应，故电极A 为负极，电极反应为：
，惰性多孔电极B 为正极，
发生还原反应，电极反应为：O2+4H++4e-=2H2O，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，电极A 为负极，B 为正极，故该电池放电时质子从电极A 移向电极B，A 错误；
B．由分析可知，负极的电极反应为
，B 错误；C．由分析可知，电极A 为负
极，B 为正极，故a 端的电势低于于b 端，C 错误；D．由题干信息空气中氧气体积分数按20%计，相同条
件下，根据电子守恒可知，n(SO2)=2n(O2)，则n(SO2)=2n(空气)×20%，同温同压下气体的体积之比等于物
质的量之比，故放电过程中消耗的SO2和空气的体积比为2：5，D 正确；故答案为：D。
考向02 化学电源
1．（2023·四川·校联考模拟预测）某企业研发的钠离子电池“超钠F1”于2023 年3 月正式上市、量产。钠
离子电池因原料和性能的优势而逐渐取代锂离子电池，电池结构如图所示。该电池的负极材料为NaxCy(嵌
钠硬碳)，正极材料为Na2 Mn[ Fe(CN)6]
(普鲁士白)。在充、放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。
下列说法不正确的是
A．由于未使用稀缺的锂元素，量产后的钠离子电池的生产成本比锂离子电池的低
B．放电时，负极的电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+
C．放电时，Na+移向电势较高的电极后得到电子发生还原反应
D．充电时，每转移1mol 电子，阳极的质量减少23g
【答案】C
【分析】由题意知此电池为二次电池，嵌钠硬碳在放电时做负极，充电时做阴极。
【解析】A．锂比钠稀缺，钠离电池生产成本低，A 正确；B．负极材料为嵌钠硬碳，相当于Na 原子嵌在
碳中，则NaxCy中的Na 为0 价，放电时为负极，Na 失去电子，电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+，B 正确；
C．正极电势比负极高，Na+移向正极但不是Na+得电子，C 错误；D．充电时阳极失去电子释放出Na+，每
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转移1mol 电子，释放1molNa+，Na+在阴极得电子变成NaxCy，所以阳极减少的质量就是1molNa+的质量即
23g，D 正确；故选C。
2．（2023·江苏扬州·扬州中学校考模拟预测）一种新型AC/LiMn2O4电池体系，在快速启动、电动车等领
域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1：2 反应
合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极。充电、放电的过程如图所示：
下列说法正确的是
A．合成LiMn2O4的过程中可能有H2产生
B．放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4+xe-=Li(1-x)Mn2O4+xLi+
C．充电时AC 极应与电源负极相连
D．可以用Li2SO4水溶液做电解液
【答案】C
【解析】A．
和
按物质的量比
反应合成
，Mn 元素化合价降低，根据得失电子守
恒，氧元素化合价升高，可能有
产生，故A 错误；B．放电时，锂离子向正极移动，正极的
得到电子发生还原反应，电极反应式为
，故B 错误；C．放电时AC 作负
极，则充电时AC 极应与电源负极相连，故C 正确；D．锂会和水反应，该电池体系应该采用有机溶剂，
故D 错误；故选C。
3．（2024·安徽·校联考模拟预测）复旦大学科研人员采用金属碳酸盐和独特的固-固转换反应，设计出
@石墨烯(ZZG)电极的概念电池，表现出91.3%的高锌利用率，且寿命长达2000 次，其
充电时的工作原理如图所示：
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下列说法正确的是
A．放电时的电极电势：ZZG 电极>镍基电极
B．充电时阴极附近电解液中
增大
C．放电时
移向镍基电极
D．放电时当外电路中有2mol 电子转移时，ZZG 电极就会析出1mol 固体
【答案】B
【分析】该装置有外接电源，属于电解装置，根据电解原理进行分析，镍基电极为阳极，另外一极为阴极，
据此分析；
【解析】A．由充电时电极连接方式可知ZZG 电极在放电时是负极，负极的电势低于正极，故A 错误；
B．放电时负极电极反应式为5Zn+2CO
+6OH--10e-=2ZnCO3·3Zn(OH)2，充电时阴极反应式为
2ZnCO3·3Zn(OH)2+10e-=5Zn+2CO
+6OH-，n(OH-)增大，故B 正确；C．放电时，阴离子移向负极，故C
错误；D．放电时，ZZG 电极的电极反应式为5Zn+2CO
+6OH--10e-=2ZnCO3·3Zn(OH)2，当电路中有2mol
电子转移时，ZZG 电极会产生0.2mol[2ZnCO3·3Zn(OH)2]，故D 错误；答案为B。
4．（2023·河北唐山·统考模拟预测）浙江大学高超教授团队研究的水系双离子电池原理如下图所示，下列
说法错误的是
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A．放电时a 极附近溶液pH 增大
B．放电时b 极的电极反应式为：
C．充电时b 极作阴极，发生还原反应
D．充电时1 mol Cu 完全转化为Cu3(PO4)2，电池内部有6 mol Na+发生迁移
【答案】D
【分析】由图可知，放电时为原电池，a 极上Cu3(PO4)2→Cu2O→Cu，发生得电子的还原反应，b 极上
→
，发生失电子的氧化反应，则a 极为正极、b 极为负极，负极反应式为
；充电时为电解池，原电池的正负极分别与电源的正负极相接，即a 极
为阳极、b 极为阴极，阴阳极反应与负正极反应相反；
【解析】A．由图可知，放电时a 极水也会放电生成氢氧根离子，碱性增强，溶液pH 增大，故A 正确；
B．放电时b 极为负极，负极反应式为
，故B 正确；C．充电时为电解
池，a 极为阳极、b 极为阴极，阴极发生还原反应，故C 正确；D．充电时Cu→Cu2O→Cu3(PO4)2，1 mol Cu
完全转化为Cu3(PO4)2转移电子2mol，有2molNa+发生迁移，故D 错误；故选D。
5．（2023·河南新乡·统考一模）锌电池具有成本低、安全性强、可循环使用等优点。一种新型锌电池的工
作原理如图所示(凝胶中允许离子生成或迁移)。下列说法错误的是
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A．基态锰原子价电子排布式为
B．放电过程中，a 极的电极反应式为
C．放电过程中，转移
时，b 极消耗
D．配离子
中Zn 采用的是
杂化，该配离子为空间四面体结构
【答案】B
【分析】该新型锌电池放电时b 极为负极，Zn 发生失电子的氧化反应生成[Zn(OH)4]2-，a 极为正极，MnO2
发生得电子的还原反应转化成Mn2+；充电时，b 极为阴极，a 极为阳极。
【解析】A．Mn 原子核外有25 个电子，基态Mn 原子的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s2，价电子排
布式为3d54s2，A 项正确；B．放电过程中a 极为正极，a 极上MnO2发生得电子的还原反应转化成Mn2+，
电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，B 项错误；C．放电过程中，b 极为负极，b 极电极反应式为
Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，转移2mol 电子b 极消耗0.4molOH-，则转移0.4mole-时b 极消耗0.8molOH-，C
项正确；D．[Zn(OH)4]2-中中心离子Zn2+的价电子排布式为3d10、处于全充满，不参与成键，1 个Zn2+与4
个OH-形成4 个配位键，则Zn2+的4s、4p 轨道采取sp3杂化，[Zn(OH)4]2-为空间四面体结构，D 项正确；答
案选B。
考点二 电解池原理及其应用
命题点01 电解池原理
典例01（2023·广东卷）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后(
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)
A．U 型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2
B．a 处布条褪色，说明Cl2具有漂白性
C．b 处出现蓝色，说明还原性：Cl-＞I-
D．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转
【答案】D
【解析】闭合K1，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应
为2Cl-—2e-=Cl2↑，右侧为阴极，阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，总反应为2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。A 项，根据分析，U 型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和H2，A 错误；B 项，左侧生
成氯气，氯气遇到水生成HClO，具有漂白性，则a 处布条褪色，说明HClO 具有漂白性，B 错误；C 项，
b 处出现蓝色，发生Cl2+2KI=I2+2KCl，说明还原性：I-＞Cl-，C 错误；D 项，断开K1，立刻闭合K2，此时
构成氢氯燃料电池，形成电流，电流表发生偏转，D 正确；故选D。
典例01（2022·海南卷）一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。
下列有关说法正确的是( )
A．在b 电极上，N2被还原
B．金属Ag 可作为a 电极的材料
C．改变工作电源电压，反应速率不变
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D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2-不断减少
【答案】A
【解析】由装置可知，b 电极的N2转化为NH3，N 元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，因此b 为
阴极，电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，a 为阳极，电极反应式为2O2-+4e-=O2。A 项，由分析可得，
b 电极上N2转化为NH3，N 元素的化合价降低，得到电子发生还原反应，即N2被还原，A 正确；B 项，a
为阳极，若金属Ag 作a 的电极材料，则金属Ag 优先失去电子，B 错误；C 项，改变工作电源的电压，反
应速率会加快，C 错误；D 项，电解过程中，阴极电极反应式为N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，阳极电极反应
式为2O2-+4e-=O2，因此固体氧化物电解质中O2-不会改变，D 错误；故选A。
典例03（2021·海南卷）液氨中存在平衡：2NH3
NH4
++NH2
-。如图所示为电解池装置，以KNH2的
液氨溶液为电解液，电解过程中a、b 两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是( )
A．b 电极连接的是电源的负极
B．a 电极的反应为2NH3+2e-=H2+2NH2
-
C．电解过程中，阴极附近K+浓度减小
D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1:1
【答案】B
【解析】A 项，根据图示可知：在b 电极上产生N2，N 元素化合价升高，失去电子，发生氧化反应，所以
b 电极为阳极，连接电源的正极，A 错误；B 项，电极a 上产生H2，H 元素化合价降低得到电子，发生还
原反应，所以a 电极为阴极，电极反应式为：2NH3+2e-=H2+2NH2
-，B 正确；C 项，电解过程中，阴极附近
产生NH2
-，使附近溶液中阴离子浓度增大，为维持溶液电中性，阳离子K+会向阴极区定向移动，最终导致
阴极附近K+浓度增大，C 错误；D 项，每反应产生1 mol H2，转移2 mol 电子，每反应产生1 mol N2，转移
6 mol 电子，故阴极产生H2与阳极产生的N2的物质的量的比是3:1，D 错误；故选B。
命题点02 电解池原理的应用
典例01（2023·浙江卷）在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下
列说法正确的是( )
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A．石墨电极为阴极，发生氧化反应
B．电极A 的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4H2O
C．该体系中，石墨优先于Cl-参与反应
D．电解时，阳离子向石墨电极移动
【答案】C
【解析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C 转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极
相连，则电极A 作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料(TiSi)，电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-。
A 项，在外加电源下石墨电极上C 转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A 错误；B 项，电极A 的
电极反应为TiO2+SiO2+8e-=TiSi+4O2-，B 错误；C 项，根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl-参与
反应，C 正确；D 项，电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A 移动，D 错误；故选C。
典例02（2022·广东卷）以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg 和Si 等的铝合金废料为阳极进行电解，实现
Al 的再生。该过程中( )
A．阴极发生的反应为M-2e-=Mg2+
B．阴极上Al 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子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，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Al 发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和Al3+，Cu 和Si 不参与反应，阴极区Al3+得电子生
成Al 单质，从而实现Al 的再生。A 项，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 项，Al 在阳极上被氧化生成Al3+，B 错误；C 项，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 项，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
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的质量变化不相等，D 错误；故选C。
典例03（2021·辽宁卷）利用
(Q)与
电解转化法从烟气中分离
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
A．a 为电源负极
B．溶液中Q 的物质的量保持不变
C．
在M 极被还原
D．分离出的
从出口2 排出
【答案】C
【分析】由题干信息可知，M 极发生的是由Q
转化为
的过程，该过程是一
个还原反应，故M 极为阴极，电极反应为：
+2H2O+2e-=
+2OH-，故与M 极
相连的a 电极为负极，N 极为阳极，电极反应为：
-2e-=
+2H+，b 极为电源正
极，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，a 为电源负极，A 正确；B．由分析可知，根据电子守恒可知，溶液中Q 的物质
的量保持不变，B 正确；C．由分析可知，整个过程CO2未被还原，
在M 极发生反应为CO2+OH-=
，C 错误；D．由题干信息可知，M 极上CO2发生反应为：CO2+OH-=
被吸收，
向阳极
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移动，N 极上发生的反应为：
+H+=H2O+CO2↑，故分离出的
从出口2 排出，D 正确；故答案为：
C。
1．“五类”依据判断电解池电极
判断依据
电极
电极材料
电极反应
电子流向
离子移向
电极现象
阳极
与电源正极相连
氧化反应
流出
阴离子移向
电极溶解或
pH 减小
阴极
与电源负极相连
还原反应
流入
阳离子移向
电极增重或
pH 增大
2．电解池电极反应式的书写
（1）电极产物判断
（2）电解池电极反应式的书写模式：
注：①阳极阴离子放电次序：非惰性电极>S2->I->Br->Cl->OH->高价含氧酸根离子>F-
②阴极阳离子放电次序一般为：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
当然，微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放电次序 Zn2+>H+。
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（3）电极反应方程式的书写技巧：
分：分析电极材料是惰性电极如碳棒、Pt，还是活性电极（电极参与反应）。
析：分析溶液组成即溶液中有哪些离子。
判：判断离子流向（阳离子移向阴极，阴离子移向阳极）。
断：根据离子放电顺序判断反应的离子。
书：书写电极反应方程式。
写：书写总反应方程式，放电离子来源物质=电极产物+剩余部分组合。
3．惰性电极电解电解质溶液的规律
4．电解原理的应用
(1)电解饱和食盐水。
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应方程式：2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：2Cl－＋2H2O
2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
放H2 生碱型( 以
NaCl 为例)
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
电解后电解质溶液的复原
电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什
么”原则，先让析出的产物(气体或沉淀)
恰好完全反应，再将其化合物投入电解后
的溶液中即可。如：
①NaCl 溶液：通HCl 气体(不能加盐酸)；
②AgNO3溶液：加Ag2O 固体；
③CuCl2溶液：加CuCl2固体；
④KNO3溶液：加H2O；
⑤CuSO4 溶液：加CuO 或CuCO3[不能加
Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH
－
电解电解质型( 以
HCl 为例)
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
电解水型(以H2SO4
为例)
阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式：4H＋＋4e－===2H2↑
放O2 生酸型( 以
CuSO4为例)
阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总离子方程式：2Cu2＋＋2H2O=====2Cu
＋4H＋＋O2↑
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阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。
阴极：碳钢网。
阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
(2)电解精炼铜
(3)电镀铜
(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
总方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑，2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑，Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)=====4Al＋3O2↑
6O2－－12e－===3O2↑，4Al3＋＋12e－===4Al
5．有关电化学计算的三大方法
(1)根据电子守恒计算
用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，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出比例式计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系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4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M 为金属，n 为其离子的化合价数值)
6．原电池、电解池、电镀池判定
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（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的
金属离子相同则为电镀池；
（3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。
考向01 电解池原理
1．（2023·广西南宁·南宁三中校联考模拟预测）如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图，下列
说法正确的是
A．甲池将化学能转化为电能，总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
B．乙池中的Ag 不断溶解
C．反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO 固体
D．当甲池中有22.4LO2参与反应时，乙池中理论上可析出12.8g 固体
【答案】C
【分析】由图可知，甲池为甲醇燃料原电池，是化学能转化为电能的装置，电解液为 KOH，甲醇发生氧
化反应生成碳酸根离子
，为负极；氧气发生还原反应生成氢氧根离子
，为正极，总反应为
；则石墨电极为阳极、银电极为阴
极；
【解析】A．由分析可知，甲池将化学能转化为电能，总反应为
，A 错误；
B．银电极为阴极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜单质，B 错误；C．乙池阳极水放电发生氧化反应
生成氧气，则乙池减少的为铜和氧元素，故反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO 固体，
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C 正确；D．没有标况，不能计算反应的氧气的物质的量，不能计算乙池析出物质质量，D 错误；故选C。
2．（2023·湖北·校联考模拟预测）科研团队开创了海水原位直接电解制氢的全新技术(如图所示)。该研究
的关键点是利用海水侧和电解质
侧的水蒸气压力差使海水自发蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散
到电解质侧重新液化，即“液-气-液”水迁移机制，为电解提供淡水。下列叙述错误的是
A．直接电解海水存在阳极易腐蚀问题
B．液态水、阴离子分别不能通过膜a、膜b
C．铅酸蓄电池做电源时，
电极与N 电极相连
D．电解过程中，阴极区溶液
可能不变
【答案】B
【分析】由图可知，在电解过程中M 极OH-放电失去电子生成O2，N 极H2O 得到电子生成H2，则M 为阳
极，电极方程式为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，N 为阴极，电极方程式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极区OH-浓
度减小，为保证KOH 浓度较高形成水蒸气压力差，阴极产生的OH-需要经过离子交换膜b 进入阳极，膜b
为阴离子交换膜，以此解答。
【解析】A．海洋环境中的盐度、温度、溶解氧等因素会影响金属材料的化学反应，导致其受到腐蚀，直
接电解海水存在阳极易腐蚀问题，故A 正确；B．由题意可知，海水自发蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜
扩散到电解质侧重新液化，液态水不能通过膜a，膜b 为阴离子交换膜，阴离子能通过膜b，故B 错误；
C．铅酸蓄电池做电源时，Pb 为负极，应该与阴极N 电极相连，故C 正确；D．电解过程中，阴极区电极
方程式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，生成的OH-进入阳极区，阴极区溶液
可能不变，故D 正确；故选B。
3．（2023·贵州贵阳·统考三模）如图2 所示是一种低电压下获得氢气和氧气的电化学装置。下列有关说法
错误的是
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A．a 电极为阳极，发生氧化反应
B．M、N 电极产生的气体物质的量之比为2∶1
C．标况下生成2.24L 的气体N，则有0.2NA的OH-经隔膜从b 移向a
D．反应器I 中反应为4[Fe(CN)6]3-+4OH- =4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O
【答案】B
【分析】由图可知，a 电极上[Fe(CN)6]4-发生失电子的氧化反应转化成[Fe(CN)6]3-，电极反应为[Fe(CN)6]4-
-e-=[Fe(CN)6]3-，a 电极为阳极；b 电极为阴极，b 电极上DHPS 发生得电子的还原反应转化成DHPS—2H；
反应器I 中[Fe(CN)6]3-发生还原反应转化成[Fe(CN)6]4-，根据氧化还原反应的规律，反应器I 中放出的气体
M 为O2；反应器Ⅱ中DHPS—2H 发生氧化反应转化成DHPS，放出的气体N 为H2；据此分析作答。
【解析】A．根据分析，a 电极上[Fe(CN)6]4-发生失电子的氧化反应，a 电极为阳极，A 项正确；B．根据分
析，气体M 为O2，气体N 为H2，结合得失电子守恒，M、N 产生气体物质的量之比为1∶2，B 项错误；
C．气体N 为H2，每生成1molH2电路中通过2mol 电子，标况下生成2.24LH2（即0.1molH2）电路中通过
0.2mol 电子，根据a 电极的电极反应[Fe(CN)6]4- -e-=[Fe(CN)6]3-，a 电极消耗0.2mol[Fe(CN)6]4-生成
0.2mol[Fe(CN)6]3-，结合电荷守恒，有0.2molOH-经隔膜从b 移向a，即有0.2NA的OH-经隔膜从b 移向a，C
项正确；D．反应器I 中[Fe(CN)6]3-发生还原反应转化成[Fe(CN)6]4-，根据氧化还原反应的规律，反应器I 中
放出的气体M 为O2，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒，反应器I 中的反应为4[Fe(CN)6]3-+4OH-
=4[Fe(CN)6]4-+O2↑+2H2O，D 项正确；答案选B。
4．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考模拟预测）将
、
和熔融
制成燃料电池，模拟工业
电解法来处理含
废水，如图所示：电解过程中溶液发生反应：
，Y 是可循环使用的氧化物。下列说法不正确的是
28
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A．Y 是
B．Fe(Ⅰ)的电极反应式为
C．若Fe(Ⅱ)电极改为Cu 电极，电解结束时乙池中的产物会发生改变
D．若石墨Ⅰ消耗46g
，则乙池中可处理0.083mol
【答案】C
【解析】A．由题给示意图可知甲电池工作时，通
的一极为燃料电池的负极，电极反应式为
， 则Y 是
，故A 正确；B．Fe(Ⅰ)电极为电解池阳极，故电极反应式为
，故B 正确；C．Fe(Ⅱ)为阴极，阴极电极材料不参加反应，则改为Cu 不会影响电解产物，
故C 错误；D．若石墨Ⅰ消耗46g
，则外电路中转移1mol
，Fe(Ⅰ)发生反应
，生成
0.5mol
，根据反应
，0.5mol
被氧化需消耗
的
物质的量为
，故D 正确；故答案选C。
5．（2023·天津南开·南开中学校考模拟预测）下列说法正确的是
29
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A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中
向右侧
电极移动
B．甲池通入
的电极反应为
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量
固体能使
溶液恢复到原浓度
D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体
【答案】D
【分析】由图可知，甲为原电池，甲醇通入极为负极，氧气通入极为正极，乙为电解池，石墨为阳极，Ag
为阴极，丙为电解池，左侧Pt 电极为阳极，右侧Pt 电极为阴极，据此作答。
【解析】A．乙池中石墨电极为阳极，溶液中氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH--4e-
=O2↑+2H2O，丙为电解池，阴离子向阳极(左侧Pt 电极)移动，故A 错误；B．在燃料电池甲池中，负极是
甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性电解质下的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-=
+6H2O，故B 错误；
C．电解池乙池中，电解后生成硫酸、铜和氧气，要想复原，要加入氧化铜，故C 错误；D．丙池是电解
池，左侧电极是阳极，开始生成氯气，电极反应式为2Cl--2e=Cl2↑，当氯离子消耗完以后，电极继续生成氧
气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，故左侧电极可能得到混合气体，故D 正确；故选：D。
考向02 电解池原理的应用
1．（2023·江苏·统考二模）用电解法对酸性含氯氨氮废水进行无害化处理的过程如图所示。下列说法正确
的是
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A．DSA 电极与外接电源的负极连接
B．
发生的电极反应为：
C．降解过程中应该控制条件避免发生反应②
D．1mol HO·和足量
反应，转移的电子数为
【答案】C
【解析】A．NH3在DSA 电极转化为N2，氮元素从-3 价升高为0 价，被氧化，该电极是电解池的阳极，与
外接电源的正极相连，故A 错误；B．由图示知，Cl-在DSA 电极表面转化为Cl2电极反应式为：2 Cl--2e-
=Cl2↑，故B 错误；C．反应②中NH3转化为
，没有达到氨氮废水无害化处理的目的，所以，降解过程
中应该控制条件避免发生反应②，故C 正确；D．羟基自由基中氧元素为-1 价，其还原产物中氧元素为-2
价，一个HO·可得到一个电子，1mol HO·完全反应时转移的电子数为6.02×1023，故D 错误；故选C。
2．（2023·陕西榆林·统考模拟预测）电解HF 和熔融KHF2的混合物(熔融混合物中常加入少量LiF 或AlF3)
制备单质氟，以电解槽内壁(镍铜合金)和石墨为电极，总反应为2KHF2＝2KF+F2↑+H2↑。下列有关电解制备
单质氟的说法正确的是
A．电解过程中，电解槽内壁与电源的正极相连
B．石墨电极发生的电极反应为2F－ +2e－ ＝F2↑
C．电解过程中加入少量LiF 或AlF3可以降低混合物的熔点，增强导电性
D．电解一段时间后，加入一定量的固体KHF2可还原混合物的组成
【答案】C
【解析】A．电解槽内壁由Ni、Cu 合金构成，若与电源正极相连，则为阳极，Ni、Cu 失去电子与总反应
不符，A 错误；B．石墨电极应为阳极，失去电子
，B 错误；C．LiF、AlF3的加入可降低混
合物熔点，增强导电性，C 正确；D．从固体熔融物中析出后，H2气体则需要加HF 还原混合物组成，D 错
误；故答案为：C。
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3．（2023·山东威海·威海市第一中学统考二模）将CO2转化为系列化工原料，越来越引起科研工作者的重
视。光、电催化酶耦合反应器固定CO2原理如图所示。已知固碳酶在催化反应时需要辅助因子NAD(P)H
提供还原力。下列说法错误的是
A．装置工作时，由光能、电能转化为化学能
B．
转化生成1mol
得到6mol
C．当有2mol
通过交换膜进入阴极室，一定生成1mol HCOOH
D．在电解液中添加
并给反应器施加电压，有利于
转换为NAD(P)H
【答案】C
【分析】由题干原理图示信息可知，阳极(即与电源正极相连的电极)上发生氧化反应，电极反应式为：
2H2O-4e-=4H++O2↑，H+通过质子交换膜移向阴极室，阴极电极反应为：NAD(P)+H++e-=NAD(P)H，
CO2+2NAD(P)H=2NAD(P)+HCOOH 或者CO2+6NAD(P)H=CH3OH+H2O+6NAD(P)，光能捕获与电子激发器
中吸收太阳能，激发失去电子，从而也发生NAD(P)+H++e-=NAD(P)H，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，装置工作时，由光能、电能转化为HCOOH、CH3OH、NAD(P)、NAD(P)H 中的
化学能，A 正确；B．根据电子守恒可知，CO2转化生成1mol CH3OH 得到6mol e-，B 正确；C．由分析可
知，阴极室发生的反应有：NAD(P)+H++e-=NAD(P)H，CO2+2NAD(P)H=2NAD(P)+HCOOH 或者
CO2+6NAD(P)H=CH3OH+H2O+6NAD(P)，且光能捕获与电子激发器中吸收太阳能，激发失去电子，从而也
发生NAD(P)+H++e-=NAD(P)H，故当有2mol
通过交换膜进入阴极室，不一定生成1mol HCOOH，C 错
误；D．在电解液中添加
可以增强电解质溶液的导电性，并给反应器施加电压，可加快反应速率，
故有利于
转换为NAD(P)H，D 正确；故答案为：C。
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4．（2023·江西景德镇·统考二模）在电还原条件下由PVC{
}产生的氯离子可以直接用于串联电
氧化氯化反应。PVC 可用于常规回收DEHP(在电化学反应中可充当氧化还原介质，提高反应效率)，转化
过程如图。
下列叙述错误的是
A．上述装置为将电能转化成化学能的装置
B．电极d 上发生还原反应
C．上述转化的总反应方程式为
D．该装置工作时，氯离子向d 极移动
【答案】B
【分析】上述装置有外接电源，为电解池装置。电极d 上氯离子失去电子生成氯原子，发生氧化反应，作
阳极，则电极c 作阴极，据此分析解答。
【解析】A．上述装置有外接电源，为电解池，能将电能转化成化学能，A 正确；B．电极d 上氯离子失去
电子生成氯原子，发生氧化反应，B 错误；C．结合反应过程可知，
和
电解生成
和
，转化的总反应方程式为
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，C 正确；D．根据分析，电
极d 作阳极，电极c 作阴极，阴离子移向阳极，即氯离子向d 极移动，D 正确；故选B。
5．（2023·重庆沙坪坝·重庆八中校考二模）我国学者利用双膜三室电解法合成了
，该方法的
优点是能耗低、原料利用率高，同时能得到高利用。价值的副产品，其工作原理如图所示。下列说法错误
的是
A．b 为电源负极，气体X 为
B．膜I、膜Ⅱ依次适合选用阴离子交换膜、阳离子交换膜
C．电解过程中需及时补充NaCl
D．制得
的同时NaOH 溶液质量增加80g
【答案】D
【分析】由图可知，左边电极氯化亚铜转化为氯化铜，失电子发生氧化反应，作阳极，电极反应式为
；右边电极作阴极，电极反应式为
。左边作阳极，右边作
阴极，则a 为电源正极，b 为电源负极，据此分析解答。
【解析】A．由图可知，左边电极氯化亚铜失去电子，发生氧化反应，作阳极，右边电极为阴极，故b 为
电源负极，阴极上的
得电子生成
，A 正确；B．饱和食盐水中的
通过膜Ⅱ移入阴极区，同时制
得副产品NaOH，饱和食盐水中的
通过膜I 移入阳极区，补充消耗的
，则膜I、膜Ⅱ依次适合选用阴
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离子交换膜、阳离子交换膜，B 正确；C．左边电极为阳极，电极反应式为
，阴极
电极反应式为
，生成氢氧根离子，钠离子向右侧迁移，右侧NaOH 浓度变大，氯
离子向左侧迁移，因而NaCl 浓度变小，需及时补充，C 正确；D．总反应为
，由
，结合电极反应式可知，制得
转移2mol 电子，
同时有
迁移并放出
，故氢氧化钠溶液增重
，D 错误；故选D。
考点三 金属腐蚀与防护
命题点01 金属腐蚀的原理
典例01（2022·辽宁卷）镀锌铁钉放入棕色的碘水中，溶液褪色；取出铁钉后加入少量漂白粉，溶液恢
复棕色；加入
，振荡，静置，液体分层。下列说法正确的是
A．褪色原因为
被
还原
B．液体分层后，上层呈紫红色
C．镀锌铁钉比镀锡铁钉更易生锈
D．溶液恢复棕色的原因为
被氧化
【答案】D
【解析】A．
比
活泼，更容易失去电子，还原性更强，先与
发生氧化还原反应，故溶液褪色原因为
被
还原，A 项错误；B．液体分层后，
在
层，
的密度比水大，则下层呈紫红色，B 项错误；
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C．若镀层金属活泼性大于
，则
不易生锈，反之，若
活泼性大于镀层金属，则
更易生锈，由于活
泼性：
，则镀锡铁钉更易生锈，C 项错误；D．漂白粉的有效成分为
，其具有强氧化性，
可将
氧化，D 项正确；答案选D。
典例02（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】A 项，该装置中发生吸氧腐蚀，Fe 作负极，Fe 失电子生成亚铁离子，电极反应式为Fe
2e
﹣
﹣
═Fe2+，故A 错误；B 项，铁腐蚀过程发生电化学反应，部分化学能转化为电能，放热，所以还存在化学能
转化为热能的变化，故B 错误；C 项，Fe、C 和电解质溶液构成原电池，Fe 易失电子被腐蚀，加速Fe 的腐
蚀，故C 正确；D 项，弱酸性或中性条件下铁腐蚀吸氧腐蚀，水代替NaCl 溶液，溶液仍然呈中性，Fe 发
生吸氧腐蚀，故D 错误；故选C。
典例03（2017·浙江卷）在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现，
铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为
Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。
下列说法正确的是
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A．铁片发生还原反应而被腐蚀
B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域
C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀
【答案】D
【解析】A、铁作负极，发生失电子的氧化反应，选项A 错误；B、铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移
动，在正极区域生成铁锈最多，选项B 错误；C、铁作负极，发生失电子的氧化反应，即Fe-2e-=Fe2+，选
项C 错误；D、在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生
了电化学腐蚀，铁作负极，碳作正极，选项D 正确。答案选D。
命题点02 金属的防护原理
典例01（2022·广东卷）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放
入酸化的3%NaCl 溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是( )
A．加入AgNO3溶液产生沉淀
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN 溶液无红色出现
D．加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
【答案】D
【解析】镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀，则将其放入到酸化的3%NaCl 溶液中，会构成原电池，由于锌比
铁活泼，作原电池的负极，而铁片作正极，溶液中破损的位置会变大，铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反
应产生氢气，溶液中会有亚铁离子生成。A 项，氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，
不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A 不符合题意；B 项，淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，
但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质可碘化钾发生反应，故B 不符合题意；C 项，KSCN 溶液可检测
铁离子的存在，上述现象中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN 溶液后，均无红色出
现，故C 不符合题意；D 项，K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2+的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成
亚铁离子，则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀，故D 符合题意。故选D。
典例02（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。
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下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl-氧化生成Cl2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Cl2，阴极区H2O 优先得电子生成H2和OH-，结合海水
成分及电解产物分析。A 项，根据分析可知，阳极区海水中的Cl-会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，
A 正确；B 项，设置的装置为电解池原理，根据分析知，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH-在管道中会
发生反应生成NaCl、NaClO 和H2O，其中NaClO 具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B 正确；C 项，
因为H2是易燃性气体，所以阳极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C 正
确；D 项，阴极的电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，会使海水中的Mg2+沉淀积垢，所以阴极表面会形
成Mg(OH)2等积垢需定期清理，D 错误。故选D。
典例03（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
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【解析】A 项，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；B 项，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；C 项，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；D 项，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。
1．影响金属腐蚀的因素
(1)对于金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。
(2)电解质溶液对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都
容易被腐蚀。
2．金属腐蚀快慢的规律
(1)金属腐蚀类型的差异：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)电解质溶液的影响：对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质
溶液；对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快；活泼性不同的两金属与电解质溶
液构成原电池时，一般活泼性差别越大，负极腐蚀越快。
3．金属电化腐蚀的类型
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜呈酸性
水膜呈弱酸性或中性
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
其他反应
吸氧腐蚀更普遍，危害更大
4.金属保护的方法
(1)加防护层，如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面
钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属。
(2)电化学防护：
1）牺牲阳极法：原电池原理，外接活泼金属作负极(阳极)使被保护金属作正极(阴极)。形成原电池时，被
保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予
以更换。
2）外加电流法：电解原理，被保护金属作阴极，用惰性电极作辅助阳极。通电后强制电子流向被保护的
金属设备，使金属表面腐蚀电流降至零或接近零。从而使金属受到保护。
方法
牺牲阳极法
外加电流法
依据
原电池原理
电解池原理
原理
形成原电池时，被保护的金属作正极，不发
将被保护的金属与另一附加电极作为电解池
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生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发
生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换
的两个电极，使被保护的金属作阴极，在外
加直流电的作用下使阴极得到保护
应用
保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳
等装上镁合金或锌块
保护土壤、海水及水中的金属设备
实例示
意图
考向01 金属腐蚀的原理
1．（2023·河南·校联考一模）科学研究发现金属生锈时，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，其腐蚀
原理如图所示。下列说法错误的是
A．钢铁的腐蚀中正极电极反应式为
B．酸雨地区的钢铁更易被腐蚀
C．
生成
反应的化学方程式为
D．硫酸盐加速电子传递，有一定的催化剂作用
【答案】C
【分析】由图可知钢铁发生吸氧腐蚀。
【解析】A．钢铁发生吸氧腐蚀时C 作正极，氧气在正极得电子，电极反应式为
，
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A 正确；B．酸性溶液可以加速铁的锈蚀，B 正确；C．
不稳定，易被氧气氧化生成
，
反应为
，C 错误；D．已知，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，
硫酸盐能增加导电性，加速电子传递，有一定的催化剂作用，D 正确；故选C。
2．（2023·河北保定·统考一模）某实验小组要定量探究铁锈蚀的因素，设计如图所示实验装置，检查气密
性，将5 g 铁粉和2 g 碳粉加入三颈烧瓶，
时刻，加入2 mL 饱和氯化钠溶液后，再将一只装有5 mL 稀盐
酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。下列说法错误的是
A．铁发生锈蚀的反应是放热反应
B．
温度降低是因为反应速率减慢了
C．BC 段压强减小是因为铁和氧气直接反应生成了氧化铁
D．
压强变大是因为发生了铁的析氢腐蚀
【答案】C
【解析】A．由温度曲线可知，铁发生锈蚀的反应是放热反应，温度升高，A 正确；B．
温度降低是
因为装置中氧气被消耗，导致铁被锈蚀反应速率减慢了，B 正确；C．BC 段压强减小是因为铁在氧气、水
共同作用下反应生成了铁锈，铁锈主要成分为氧化铁，C 错误；D．
压强变大是因为注射器中盐酸被
压入三颈烧瓶中，盐酸和铁生成氢气，发生了铁的析氢腐蚀，D 正确；故选C。
3．（2023·广东惠州·统考模拟预测）下列现象与电化学腐蚀无关的是
A．铜锌合金(黄铜)不易被腐蚀
B．银质物品久置表面变黑
C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈
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D．铁锅炒菜后未洗净擦干容易生锈
【答案】B
【解析】A．铜锌合金中，金属锌为负极，金属铜为正极，Cu 被保护，不易被腐蚀，与电化学腐蚀有关，
A 不符合题意；B．银质物品长期放置表面变黑是因为金属银和空气中二氧化硫、硫化氢发生反应生成硫
化银的结果，属于化学腐蚀，与电化学腐蚀无关，B 符合题意；C．铁制品附有银制配件时，在接触处形
成原电池，其中铁为负极，易生锈，和电化学腐蚀有关，C 不符合题意；D．铁、碳和电解质溶液构成原
电池，Fe 作负极失电子加速腐蚀，纯铁和电解质溶液发生化学腐蚀，所以生铁比纯铁更容易生锈，与电化
学腐蚀有关，D 不符合题意；故选：B。
4．（2023·上海闵行·统考二模）国产航母山东舰采用模块制造，然后焊接组装而成。实验室模拟海水和淡
水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是
A．舰艇被腐蚀是因为形成了电解池
B．甲是海水环境下的腐蚀情况
C．被腐蚀时正极反应式为：Fe-2e→Fe2＋
D．焊点附近用锌块打“补丁”延缓腐蚀
【答案】D
【分析】铁比锡活泼，在海水和淡水环境下，均是
为负极，
为正极，以此解题。
【解析】A．由图可知，舰艇腐蚀是形成原电池，加快反应速率，A 错误；B．海水环境下电解质浓度较大，
腐蚀更严重，乙是在海水环境下的腐蚀情况，B 错误；C．两种环境下，正极反应式为
，C 错误；D．锌可以和铁形成原电池，但是此时锌为负极，保护了舰体不被腐蚀，
D 正确；故选D。
5．（2023·广东·广州市第二中学校联考三模）利用原电池原理可以避免金属腐蚀，某小组同学设计了如下
图所示的实验方案来探究铁片的腐蚀情况。下列说法中正确的是
42
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A．甲中的铁片附近会出现蓝色
B．甲中形成了原电池，锌片作正极
C．乙中铜片附近会出现红色
D．乙中的铜片上发生氧化反应
【答案】C
【解析】A．甲中锌为负极，其失去电子变为锌离子，而铁片是正极，其被保护而不会被腐蚀，没有亚铁
离子生成，而铁氰化钾与亚铁离子反应会生成蓝色物质，实验室常用此法来检验亚铁离子，因此铁片附近
不会出现蓝色，故A 错误；B．甲中形成了原电池，锌为负极，锌失去电子变为锌离子，铁为正极，铁不
反应，故B 错误；C．乙中铁作负极，铜作正极，铜附近氧气得到电子变为氢氧根而使溶液呈碱性，因此，
酚酞变为红色，故铜片附近出现红色，故C 正确；D．乙中铁作为负极，其失去电子变为亚铁离子发生氧
化反应；铜片作为正极，其表面上有氧气发生还原反应，故D 错误；故答案选C。
考向02 金属的防护原理
1．（2023 下·广东河源·高三统考开学考试）埋在土壤中的输油钢制管道容易被腐蚀。已知对管道1 和管道
2 进行如图所示的电化学防护设计。下列说法错误的是
A．对管道1 进行防腐时，需要定期更换镁块
B．管道1 的电势低于Mg 块
C．区域②采用外加电流法
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D．区域②通入保护电流使管道2 表面腐蚀电流接近于0
【答案】B
【分析】由图可知，区域①采用的是牺牲阳极法进行防腐，即将还原性较强的Mg 金属作为保护极，与被
保护金属即管道1 相连构成原电池，Mg 作为负极发生氧化反应而消耗，管道1 作为正极就可以避免腐蚀。
区域②采用的是外加电流保护法，通过外加直流电源以及辅助阳极，迫使电子从土壤流向管道2，使管道2
表面腐蚀电流接近于0，从而保护管道。
【解析】A．区域①采用的是牺牲阳极法进行防腐，在防腐过程中Mg 块不断损失，需要定期更换，故A
正确；B．管道1 是正极，Mg 块是负极，正极电势高于负极，故B 错误；C．由图可知，区域②采用的是
外加电流法，故C 项正确；D．区域②通入保护电流使管道2 表面腐蚀电流接近于0，故D 正确；故选B。
2．（2023·上海普陀·统考二模）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁
片放入硫酸酸化的3%NaCl 溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是
A．加入酸性KMnO4溶液紫红色不褪去
B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入KSCN 溶液无红色出现
D．加入AgNO3溶液产生沉淀
【答案】A
【分析】镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀，则将其放入到酸化的3%NaCl 溶液中，会构成原电池，由于锌比
铁活泼，作原电池的负极，而铁片作正极，溶液中破损的位置会变大，铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反
应产生氢气，溶液中会有亚铁离子生成；
【解析】A．若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，加入酸性KMnO4溶液紫红色不褪去，说明
没有生成亚铁离子，故A 符合题意；B．淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均
无氧化性物质与碘化钾发生反应，故B 不符合题意；C．KSCN 溶液可检测铁离子的存在，上述现象中不
会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN 溶液后，均无红色出现，故C 不符合题意；D．氯
化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故D 不
符合题意。故选A。
3．（2023·上海崇明·统考一模）用如图示的方法可以保护钢质闸门。下列说法正确的是
A．当a、b 间用导线连接时，X 可以是锌棒，X 上发生氧化反应
B．当a、b 间用导线连接时，X 可以是锌棒，电子经导线流入X
C．当a、b 与外接电源相连时，a 应连接电源的正极
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D．当a、b 与外接电源相连时，阴极的电极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑
【答案】A
【解析】A．当a、b 间用导体连接时构成原电池，X 为Zn 时，Zn 发生氧化反应，属于牺牲阳极法，可以
保护钢闸门，A 正确；B．当a、b 间用导体连接时构成原电池，X 为Zn 时，Zn 为负极，电子从负极X 流
出，B 错误；C．当a、b 与外接电源相连时，属于外加电流法，a 应连接电源的负极，C 错误；D．当a、b
与外接电源相连时，阴极发生得电子的还原反应，D 错误；故选A。
4．（2023·湖南衡阳·校联考三模）鎏金兽面纹鼎是湖南省博物馆收藏的珍贵文物。该文物为青铜器，其形
制和纹饰与商代铜鼎相同。鎏金又称火法镀金，其工艺是将黄金溶于汞中形成的金汞齐均匀地涂到干净的
金属器物表面，加热使汞挥发，黄金与金属表面固结，形成光亮的金黄色镀层。下列说法正确的是
A．青铜比纯铜硬度小
B．常温下的金汞齐是金属晶体
C．鎏金兽面纹鼎应保存在干燥的环境中
D．铜腐蚀后生成的铜绿为CuO
【答案】C
【解析】A．合金的硬度比成分金属的大，即青铜比纯铜硬度大，A 错误；B．晶体是指具有规则几何外形
的固体，常温下的金汞齐是液态物质，不是金属晶体，B 错误；C．铜制鎏金兽面纹鼎可能会发生电化学
腐蚀，将鎏金兽面纹鼎保存在干燥的环境中，有利于减缓腐蚀，C 正确；D．铜绿为碱式碳酸铜，其化学
组成一般可表示为Cu2(OH)2CO3，D 错误；故答案为：C。
5．（2023 上·云南昆明·高三昆明市官渡区第二中学校考开学考试）港珠澳大桥的设计使用寿命高达120 年，
主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；
④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是
A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-3e-=Fe3+
B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子
C．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率
D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除
【答案】A
【解析】A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，故A 错误；B．铝和锌的活泼性大于铁，
钢铁防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子，为牺牲阳极的阴极保护法，故B 正确；C．防腐涂料可以
防水、隔离O2，减少铁与氧气接触，降低吸氧腐蚀速率，故C 正确；D．钢铁防腐只能减缓钢铁腐蚀，未
能完全消除钢铁腐蚀，故D 正确；选A。
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微专题 电化学离子交换膜的分析与应用
命题点01 原电池中的离子交换膜的分析与应用
典例01（2023·辽宁卷）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是( )
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧
通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：Pb+SO4
2-+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+
【答案】B
【解析】该储能电池放电时，Pb 为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极
上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4
得电子生成Pb 和硫酸。A 项，放电时负极上Pb 失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质
量增大，A 错误；B 项，储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B 正确；C 项，放电时，
右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C 错误；D 项，充
电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb+SO4
2-+2Fe3+，D 错误；故选B。
典例02（2022·山东卷）(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH 稳定，借助其降解乙酸
盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液
转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是( )
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A．装置工作时，甲室溶液pH 逐渐增大
B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸
C．乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-+4H+=Li++Co2++4OH-
D．若甲室Co2+减少200 mg，乙室Co2+增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】A 项，依据题意右侧装置为原电池，电池工作时，甲室中细菌上乙酸盐的阴离子失去电子被氧化
为CO2气体，Co2+在另一个电极上得到电子，被还原产生Co 单质，CH3COO-失去电子后，Na+通过阳膜进
入阴极室，溶液变为NaCl 溶液，溶液由碱性变为中性，溶液pH 减小，A 错误；B 项，对于乙室，正极上
LiCoO2得到电子，被还原为Co2+，同时得到Li+，其中的O 与溶液中的H+结合H2O，因此电池工作一段时
间后应该补充盐酸，B 正确；C 项，电解质溶液为酸性，不可能大量存在OH-，乙室电极反应式为：
LiCoO2+e-+4H+=Li++Co2++2H2O，C 错误；D 项，若甲室Co2+减少200 mg，电子转移物质的量为n(e-)=
，乙室Co2+增加300 mg，转移电子的物质的量为n(e-)=
，说
明此时已进行过溶液转移，D 正确；故选BD。
典例03（2021·湖南卷）锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智
能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：
下列说法错误的是( )
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A．放电时，N 极为正极
B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小
C．充电时，M 极的电极反应式为Zn2++2e-═Zn
D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过
【答案】B
【解析】锌溴液流电池总反应为：Zn+Br2═ZnBr2，其中N 为正极，发生还原反应，电极反应方程式为
Br2+2e-＝2Br-，M 为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为Zn
2e
﹣
-＝Zn2+，放电过程中，左侧Zn2+流向
右侧，左侧ZnBr2的浓度不断减少，充电过程中，发生反应ZnBr2
Zn+Br2。A 项，依据分析可知，N 为
正极，故A 正确；B 项，放电时，左侧为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为Zn
2e
﹣
-＝Zn2+，左侧生
成的Zn2+流向右侧，故左侧ZnBr2的浓度不变，右侧ZnBr2的浓度变大，故B 错误；C 项，放电时，M 为负
极，充电时，M 及为阴极，发生还原反应，电极反应式为Zn2++2e-═Zn，故C 正确；D 项，中间沉积锌位
置的作用为提供电解液，故其隔膜既可以允许阳离子通过，也允许阴离子通过，故D 正确；故选B。
命题点02 电解池中的离子交换膜的分析与应用
典例01（2023·湖北卷）我国科学家设计如图所示的电解池，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
生成且KOH 溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为
。下列说法错误的
是
A．b 电极反应式为
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
【答案】D
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【分析】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-=H2↑+2OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电
池总反应为2H2O
2H2↑+O2↑。
【解析】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-=H2↑+2OH-，故A 正确；
B．该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH 浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持
OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-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1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为
，则
补水的速率也应是
，故D 错误；答案选D。
典例02（2022·河北卷）科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示
意图如图。
下列说法正确的是
A．电极b 为阳极
B．隔膜为阴离子交换膜
C．生成气体M 与N 的物质的量之比为2：1
D．反应器I 中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3—+4OH—
4[Fe(CN)6]4—+O2↑+2H2O
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【答案】BD
【分析】由图可知，a 电极为阳极，碱性条件下[Fe(CN)6]4—离子在阳极失去电子发生氧化反应生成
[Fe(CN)6]3—离子，催化剂作用下，[Fe(CN)6]3—离子与氢氧根离子反应生成[Fe(CN)6]4—离子、氧气和水，b 电
极为阴极，水分子作用下DHPS 在阴极得到电子发生还原反应生成DHPS—2H 和氢氧根离子，催化剂作用
下，DHPS—2H 与水反应生成DHPS 和氢气，氢氧根离子通过阴离子交换膜由阴极室向阳极室移动，则M
为氧气、N 为氢气。
【解析】A．由分析可知，b 电极为电解池的阴极，故A 错误；B．由分析可知，氢氧根离子通过阴离子交
换膜由阴极室向阳极室移动，则隔膜为阴离子交换膜，故B 正确；C．由分析可知，M 为氧气、N 为氢气，
由得失电子数目守恒可知，氧气和氢气的的物质的量之比为1：2，故C 错误；D．由分析可知，反应器I
中发生的反应为催化剂作用下，[Fe(CN)6]3—离子与氢氧根离子反应生成[Fe(CN)6]4—离子、氧气和水，反应
的离子方程式为4[Fe(CN)6]3—+4OH—
4[Fe(CN)6]4—+O2↑+2H2O，故D 正确；故选BD。
典例03（2021·天津卷）（2021·天津·统考高考真题）如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2
生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是
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，CuCl2溶液浓度变大
D．当
完全溶解时，至少产生气体336mL (折合成标准状况下)
【答案】C
【分析】通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，说明石墨电极Ⅱ为阳极，则电源b 为正极，a 为
负极，石墨电极Ⅰ为阴极。
【解析】A．由分析可知，a 是电源的负极，故A 正确；B．石墨电极Ⅱ为阳极，通电一段时间后，产生氧
气和氢离子，所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色，故B 正确；C．随着电解的进行，铜离子
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在阴极得电子生成铜单质，所以CuCl2溶液浓度变小，故C 错误；D．当
完全溶解时，消耗
氢离子为0.06mol，根据阳极电极反应式
，产生氧气为0.015mol，体积为336mL (折合
成标准状况下)，故D 正确；故选C。
一、电化学中的隔膜
1．离子交换膜的概念
离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。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．离子交换膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止副反应的发生,避免影响所制取产品的质量;防止引
发不安全因素。如在电解饱和食盐水中,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反
应,导致所制产品不纯;防止氯气与阴极产生的氢气混合发生爆炸。
(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)双极膜：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的作用下，阴、阳膜
复合层间的H2O 解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。
(4)用于物质的制备、分离、提纯等。
3．离子交换膜的类型
(1)阳离子交换膜 (只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)
以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开
①负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
②正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu
③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区
④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(2)阴离子交换膜 (只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)
以Pt 为电极电解淀粉KI 溶液，中间用阴离子交换膜隔开
①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②阳极反应式：2I－－2e－===I2
③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O
④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)
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(3)质子交换膜 (只允许H＋和水分子通过)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2
①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋
③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极
④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(4)双极膜
双极膜
由一张阳膜和一张阴膜复合制成。
该膜特点是在直流电的作用下，
阴、阳膜复合层间的H2O 解离成H＋
和OH－并通过阳膜和阴膜分别向两
极区移动，作为H＋和OH－的离子源
4.离子交换膜选择的依据：离子的定向移动。
5.离子交换膜类型的判断（根据电解质溶液呈中性的原则,判断交换膜的类型）
（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余,
（2）根据溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型。
如电解饱和食盐水时,阴极反应为2H++2e-
H2↑,则阴极区域破坏水的电离平衡,OH-有剩余,阳极区域的
Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-形成NaOH 溶液,故电解食盐水时的离子交换膜是阳离子交换膜。
6.“离子交换膜”电解池的解题思路
(1)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；
(2)写出电极反应式：判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，据电荷平衡判断离子迁移方向；
(3)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；
(4)利用定量关系进行计算：外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。
二、隔膜在多室电解池中的应用
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子
通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
(1)两室电解池
①制备原理：如工业上利用如图两室电解装置制备烧碱
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阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放
电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，
阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH 溶液。利用这种方法制备
物质，纯度较高，基本没有杂质。
②阳离子交换膜的作用：它只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生
的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH 反应生成NaClO 而影响烧碱的质量。
(2)三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
阴极的NO 被还原为NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH 通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO
被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO 通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数
相等可得电解总反应：8NO＋7H2O=====3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适
量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。
(3)多室电解池
利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。
电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的
H2PO 穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH 稀溶液的阴极反应：
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。
(4)电渗析法
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将含AnBm的废水再生为HnB 和A(OH)m的
原理：已知A 为金属活动顺序表H 之前的
金属，Bn－为含氧酸根离子
考向01 原电池中的离子交换膜的分析与应用
1．（2023·广东·深圳市光明区高级中学校联考模拟预测）实验室可利用如图所示微生物电池将污水中的
转化为无毒无害的物质并产生电能(M、N 均为石墨电极)。有关该电池工作时的说法，不正确的是
A．该电池在微生物作用下将化学能转化为电能
B．负极的电极反应式为
C．当外电路转移
时，有
个质子通过质子交换膜由乙室流向甲室
D．电势N>M
【答案】C
【分析】该电池在微生物作用下将污水中的
转化为无毒无害的物质并产生电能，则M 为负极，
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失去电子被氧化，生成氮气和二氧化碳，N 为正极，O2得到电子被还原，据此分析解答。
【解析】A．该电池是原电池，电池在微生物作用下将化学能转化为电能，A 正确；B．负极上
失
去电子，发生氧化反应，产生
、
，电极反应式为：
，B 正
确；C．放电过程中
由甲室流向乙室，C 错误；D．正极电势高于负极电势，D 正确；故选C。
2．（2023·北京朝阳·统考一模）将铜棒插入浓、稀
溶液中(装置如图)、观察到电流计指针发生
偏转，一段时间后，浸入浓
溶液的铜棒变粗。下列说法不正确的是
A．铜棒变粗的反应：
B．导线中电子移动的方向：b→a
C．随着反应的进行，浓、稀
溶液的浓度逐渐接近
D．
的氧化性随
增大而增强，Cu 的还原性随
增大而减弱
【答案】B
【分析】浸入浓
溶液的铜棒变粗，说明该电极有铜析出，则b 侧电极做正极，电极反应为：
，a 侧电极做负极，电极反应：
。
【解析】A．据分析铜棒变粗的反应：
，故A 正确；B．导线中电子移动的方向由负极移向
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正极，即：a→b，故B 错误；C．随着反应的进行，右侧不断消耗
，左侧不断生成
，浓、稀
溶液的浓度逐渐接近，故C 正确；D．据分析对比可知，
的氧化性随
增大而增强，
Cu 的还原性随
增大而减弱，故D 正确；故选B。
3．（2023·全国·模拟预测）一种新型微生物电池工作原理如图所示(a、b 极均为情性电极，隔膜1 为阴离
子交换膜，隔膜2 为阳离子交换膜)。下列说法正确的是
A．a 极的电势高于b 极
B．图示装置能实现海水淡化
C．升高温度可提高电池工作效率
D．1molCH3COO-被还原时有4molNa+进入b 极区
【答案】B
【分析】a 极为原电池的负极，醋酸跟变为二氧化碳和氢离子，电极反应式为：CH3COO--8e-
+2H2O=CO2↑+7H+，同时可实现海水淡化，所以隔膜一为阴离子交换膜，海水中氯离子透过离子交换膜，
实现海水淡化。
【解析】A．图中a 极
变为
，表明发生氧化反应，a 极为负极，则b 极为正极，故a 极的电
势低于b 极，A 项错误；B．隔膜1 为阴离子交换膜，隔膜2 为阳离子交换膜，结合原电池原理和电极判断，
NaCl 溶液中
向右移动，
向左移动，将NaCl 溶液替换为海水可实现海水淡化，B 项正确；C．升高
温度，可能会使微生物的蛋白质变性，造成电池工作效率降低，C 项错误；D．a 极的电极反应式为
，故
被氧化时有
进入b 极区，D 项错误。
故选B。
4．（2023·山东·济南一中校联考三模）镍钴锰三元材料中
为主要活泼元素，镍钴锰电极材料可表示为
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，
，通常简写为
，
三种元素分别显
价。下列说
法正确的是
A．放电时
元素最先失去电子
B．在
材料中，若
，则
C．可从充分放电的石墨电极中回收金属锂
D．充电时，当转移
电子，两极材料质量差为
【答案】B
【分析】图为原电池时，A 极LinC，B 极Li1-nMO2，隔膜中X 通过，应该为Li+，原电池中阳离子定向移动
到正极，故B 为正极，电极反应为
；A 为负极，电极反应为
，
电极总反应为
；
【解析】A．
中金属性最强的为Mn，放电时Mn 元素最先失去电子，选项A 错误；B．在
中，
，
三种元素分别显
价，若x:y:z=2：3：5，根据化合
价中元素正负化合价的代数和为0 可得：+1 (1-a)+(+2 0.2)+(+3 0.3)+(+4 0.5)+(-2) 2=0，解得a=0.3，选
项B 正确；C．B 电极反应为
，不能通过充分放电的石墨电极中回收金属锂，
选项C 错误；D．充电时阴极发生反应nLi++C6+ne-=LinC6，当转移nmol 电子时，有nmolLi+进入负极的C6
材料中，故理论上负极材料增加nmolLi，质量增加7ng，阳极
，质量减少
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7ng，故两极材料质量变化量相差为
，而无法确定两极质量差，选项D 错误；答案选B。
5．（2023·福建泉州·统考模拟预测）水相锌离子电池工作原理如图。研究发现，往ZnSO4溶液中添加戊二
酸(GA)，在电极表面生成戊二酸锌保护层，可避免生成碱式硫酸锌，显著提高该电池的循环使用次数。下
列说法错误的是
A．放电时，Zn2+定向移向碳纤维电极
B．添加GA，充电时附着的戊二酸锌保护层被还原生成锌
C．充电时，碳纤维做阴极，电极反应式为I +2e-=3I-
D．放电时产生碱式硫酸锌的可能原因是Zn 与水反应使溶液pH 升高
【答案】C
【分析】原电池的中Zn 为负极而碳纤维为正极，该电池的总反应为Zn+
=Zn2+ +3I-。
【解析】A．放电时，Zn2+移向正极碳纤维，A 项正确；B．充电时，Zn 为电解池的阴极，Zn2+发生还原反
应为Zn，B 项正确；C．充电时，总反应为Zn2+ +3I- =Zn+
。碳纤维为电解池的阳极，该极的反应为
3I--2e-=
，C 项错误；D．Zn 为活泼金属将水中的H+置换为H2从而产生OH-使溶液pH 升高，D 项正确；
故选C。
考向02 电解池中的离子交换膜的分析与应用
1．（2023·山东济南·山东省实验中学校考模拟预测）工业上电解MnSO4溶液制备Mn 和MnO2的工作原理
如图所示，下列说法错误的是
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A．电流由钛电极经MnSO4溶液流向不锈钢电极
B．阳极反应式为Mn2+—2e—+2H2O=MnO2+4H+
C．离子交换膜为阳离子交换膜
D．当电路中有2mole-转移时，生成55gMn
【答案】C
【分析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源负极相连的不锈钢电极为阴极，锰离子在阴极得到电子
发生还原反应生成锰，电极反应式为Mn2++2e—=Mn，钛电极为阳极，锰离子在阳极失去电子发生氧化反应
生成二氧化锰，电极反应式为Mn2+—2e—+2H2O=MnO2+4H+，溶液中硫酸根离子由阴极区经阴离子交换膜
进入阳极区。
【解析】A．由分析可知，不锈钢电极为阴极，钛电极为阳极，则内电路中电流由钛电极经硫酸锰溶液流
向不锈钢电极，故A 正确；B．由分析可知，钛电极为阳极，锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二
氧化锰，电极反应式为Mn2+—2e—+2H2O=MnO2+4H+，故B 正确；C．由分析可知，不锈钢电极为阴极，钛
电极为阳极，电解时溶液中硫酸根离子由阴极区经阴离子交换膜进入阳极区，故C 错误；D．由分析可知，
不锈钢电极为阴极，锰离子在阴极得到电子发生还原反应生成锰，电极反应式为Mn2++2e—=Mn，则当电路
中有2mole-转移时，阴极生成锰质量为1mol×55g/mol=55g，故D 正确；故选C。
2．（2023·辽宁抚顺·校联考二模）双极膜可用于电渗析生产酸碱、争水、电池等。下列有关描述不合理的
是
A．外加电场作用于双极膜，使水的电离度增大
B．电渗析装置实现了由
溶液制取
和
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C．双极膜电池中
极上发生的电极反应为
D．双极膜电池中的双极膜的左侧为阳膜，右侧为阴膜
【答案】D
【解析】A．外加电场作用于双极膜时，水分别在电极两端产生氢离子及氢氧根离子，故而水的电离度增
大，A 正确；B．双极膜的作用是选择性的让阴阳离子通过，如图，电渗析装置中氢离子及氢氧根离子分
别向阴极及阳极移动，其他离子不能通过，故可抽取
和MOH，B 正确；C．依题意，双极膜电池中
极可由CO2转化为HCOOH：
，C 正确；D．由C 知，右侧电极发生还原反应，
Y 极是正极，根据阳离子流向正极可知双极膜中右侧为阳膜，D 错误。故答案为：D。
3．（2023·湖南长沙·长沙一中校考一模）某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备
，
其工作原理如图所示。已知电池反应为
，下列说法错误的是
A．电池中C 电极的电极反应式为
B．电池的e 极连接电解池的h 极
C．膜a、c 是阳离子交换膜，膜b 是阴离子交换膜
D．生成
时，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加46 克
【答案】D
【分析】根据电池反应为2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑可知，放电时Li 元素化合价由0 价变为+1 价，失去电子，
所以Li 电极是负极，则碳棒是正极，正极是SO2Cl2中+6 价的硫得电子、发生还原反应，结合方程式书写
电极反应；电解池中，Ni 电极失去电子生成Ni2+，通过膜a 进入产品室Ⅱ室，所以g 电极为阳极、与锂-磺
酰氯（Li-SO2Cl2）电池的正极C 棒相接，H2PO 由原料室III 室通过膜b 进入产品室II 室，与Ni2+生成Ni
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（H2PO2）2，h 电极为阴极，与原电池的e 电极相接，H2O 或H+发生得电子的还原反应，电极反应式为
2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑，Na+通过膜c 进入IV 室，形成闭合回路，所以膜a、c 是阳离子交换膜，
膜b 是阴离子交换膜。
【解析】A．由图示可知，Li 电极为负极，发生氧化反应，则C 电极为正极，发生得电子的还原反应，电
极反应式为SO2Cl2+2e−=2Cl−+SO2↑，A 正确；B．原电池中Li 电极为负极，C 电极为正极，电解池中，Ni
电极失去电子生成Ni2+，即g 电极为阳极，则h 电极为阴极，接原电池的e 极，B 正确；C．电解池中，Ni
电极失去电子生成Ni2+，通过膜a 进入产品室II 室，H2PO 由原料室III 室通过膜b 进入产品室II 室，在产
品室II 室中与Ni2+生成Ni（H2PO2）2，Na+通过膜c 进入IV 室，形成闭合回路，所以膜a、c 都是阳离子交
换膜，b 是阴离子交换膜，C 正确；D．电解池中不锈钢电极即h 电极为阴极，电极上H2O 或H+发生得电
子的还原反应，电极反应式为：
，生成
时，电路中转移2mol 电子，
同时2molNa+通过膜c 进入IV 室，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加(23×2- 2)g=44g，D 错误；
故选D。
4．（2023·河北张家口·统考三模）我国学者设计如图所示装置，将氯碱工业和硬水软化协同处理，同时制
备工业硫酸和氢氧化钠。图中双极膜中间层的水解离为
和
，并在直流电场作用下分别向两极迁移。
下列说法错误的是
A．膜p 适合选择阴离子交换膜
B．溶液Y 适合选择稀硫酸
C．硬水中生成
、
沉淀
D．相同时间内，理论上两极上生成气体的物质的量相等
【答案】B
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【分析】由装置功能和信息知，左端电极为阴极，水电离出的
在该电极上得电子生成
和
，
与
生成
沉淀、与
反应生成
后生成
沉淀，同时硬水中
通过膜进入溶
液
，双极膜中水解离出的
进入溶液
，达到制备工业硫酸的目的；右端电极为阳极，饱和食盐水中
在该电极上失电子生成
，同时
通过膜进入溶液
，双极膜中水解离出的
也进入溶液
而
达到制备
的目的。
【解析】A．膜适合选择阴离子交换膜，
正确；B．溶液
适合选择
稀溶液，B 错误；C．硬水
中生成
、
沉淀，C 正确；D．由电子守恒，相同时间内，理论上两极生成
和
的物质
的量相等，D 正确；故选B。
5．（2023·广西南宁·南宁二中校考模拟预测）2，5～呋喃二甲酸(FDCA)是一种重要的化工原料，可用如
图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O 解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两
极迁移。下列说法正确的是
A．a 为电源正极
B．双极膜中间层中的OH-在外电场的作用下向铅电极迁移
C．制得1mol FDCA，理论上共消耗1 mol
D．阳极区的电极反应：
【答案】D
【分析】铅电极附近醛基转化为羟基、五元环内2 个碳碳双键转化为单键，发生还原反应，铅电极为阴极，
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催化电极为阳极；
【解析】A．铅电极附近醛基转化为羟基、五元环内2 个碳碳双键转化为单键，发生还原反应，铅电极为
阴极，因此a 为电源的负极，A 项错误；B．双极膜中间层中的OH-在外电场的作用下移向阳极(催化电极)，
B 项错误；C．制得1mol FDCA，阳极消耗 ，转移6mol e-，阴极转移6mol e-时，消耗 1
mol，共消耗 2 mol，选项C 错误；D．电解池中负极区即为阴极，阴极发生还原反应， 中醛基和
醇羟基转化为羧基为氧化反应，是阳极区的电极反应 -6e-+2H2O= +6H+，选项D 正确；答案选D。
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