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第27 讲 电化学的综合应用
1. 认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原因，能选用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
2. 提升应用电解原理解决工业生产、生活中实际问题的能力。
3.掌握多池连接的分析应用，了解离子交换膜的分类及特点，理解离子交换膜在装置中的作用。
考点一 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀的体质
金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
定义
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2
等)或非电解质溶液等直接发生化学反
应引起的腐蚀
不纯金属与电解质溶液接触，会形成原
电池，较活泼的金属失去电子被氧化腐
蚀
特点
无电流产生
有微弱电流产生
普遍性
金属的电化学腐蚀比较普遍，而且危害性大，腐蚀速率大
3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜酸性
酸性较强
酸性较弱或中性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
其他反应
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3Fe(OH)3→Fe2O3·xH2O(铁锈)
普遍性
吸氧腐蚀更普遍
4.金属的保护
特别提醒：
(1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。
(2)金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。
(3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是
Cu2(OH)2CO3。
任务目标
必备知识
1
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1．青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀原理如图所示：多孔催化层中的Cl-扩散到孔口，与电极产物作用
生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，下列说法正确的是（ ）
A．此过程为电化学腐蚀中的析氢腐蚀
B．电极b 发生的反应：O2+4e-+2H2O=4OH-
C．生成Cu2(OH)3Cl 的反应：2Cu2++3H2O+Cl-=Cu2(OH)3Cl↓+3H+
D．若采用牺牲阳极的阴极保护法保护青铜器是利用了电解的原理
【答案】B
【解析】A．根据图知，氧气得电子生成氢氧根离子、Cu 失电子生成铜离子，发生吸氧腐蚀，A 不正确；
B．氧气在正极得电子生成氢氧根离子电极反应式为：O2＋4e-＋2H2O=4OH-，B 正确；
C．Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，负极上生成铜离
子、正极上生成氢氧根离子，所以该离子反应为氯离子、铜离子和氢氧根离子反应生成Cu2(OH)3Cl 沉淀，
离子方程式为2Cu2++3OH-+Cl-=Cu2(OH)3Cl↓，C 不正确；
D．牺牲阳极的阴极保护法是利用了原电池的原理，D 不正确；
2．支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅
助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
要点突破
2
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【答案】C
【解析】 钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流
向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B 正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C 错误。
3．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
【答案】C
【解析】阴极得电子，A 错误；金属M 失电子，其活动性应比铁强，B 错误；M 失去的电子流入钢铁设施
表面，因积累大量电子而被保护，C 正确；海水中所含电解质的浓度远大于河水中的，因此钢铁设施在海
水中腐蚀的速率快，D 错误。
考点二 电解原理创新应用
1．电解原理常见的考查点
电解原理及应用是高考高频考点，该类试题往往与生产、生活及新科技等相联系，以装置图或流程图为载
体呈现，题材广、信息新，题目具有一定难度。主要考查阴、阳极的判断、电极反应式、电解反应方程式
的书写、溶液离子浓度变化及有关计算等。
2．“5 点”突破电解综合应用题
(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极反应为“阳氧阴还”。
(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。
(3)注意放电顺序，正确判断放电的微粒或物质。
(4)注意介质，正确判断反应产物，酸性介质不出现OH－，碱性介质不出现H＋；不能想当然地认为金属作
阳极，电极产物为金属阳离子。
(5)注意得失电子守恒和电荷守恒，正确书写电极反应式。
必备知识
3
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1．电化学修复技术是近年迅速发展的一种污染土壤绿色原位修复技术。处理土壤重金属污染时，在污染
土壤区域插入电极(下图)，土壤中污染物定向迁移，富集在电极区域，再通过其他方法(电镀、沉淀/共沉淀、
抽出、离子交换树脂等)去除。下列说法正确的是( )
A．H+在阳极区反应
B．土壤中胶体粒子不带电
C．阴极区抽提物发生的是阴离子交换
D．金属离子在碱性区域去除
【答案】D
【解析】A 项，H+在阴极区得电子产生氢气，A 错误；B 项，土壤中污染物定向迁移，说明土壤中胶体粒
子带电，B 错误；C 项，阳离子定向移动到了有极区，故阴极区抽提物发生的是阳离子交换，C 错误；D
项，金属离子在碱性区域产生氢氧化物而去除，D 正确；故选D。
2．(2022·浙江重点中学联考)电解精炼法提纯镓(Ga)是工业上常用的方法，具体原理如图所示。已知：金属
活动性顺序：Zn＞Ga＞Fe；镓的化学性质与铝相似。下列说法错误的是( )
A．该装置中电流方向为N 极→粗Ga→NaOH 溶液→高纯Ga→M 极
B．电解精炼镓时产生阳极泥的主要成分为Fe、Cu
C．阴极发生的电极反应为Ga3＋＋3e－===Ga
D．电解过程中需控制合适的条件，否则阴极可能会产生H2导致电解效率下降
【答案】C
【解析】 题图中粗Ga 作阳极，纯Ga 作阴极，N 极为正极，M 极为负极。电解池中电流由电源正极流向
要点突破
4
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电解池阳极，经过电解质溶液到达电解池阴极，再由阴极流向电源负极，A 项正确；根据题中给出的金属
活动性顺序，镓比铁、铜活泼，故铁、铜在电解精炼过程中形成阳极泥，B 项正确；“镓的化学性质与铝
相似”表明镓具有两性，结合电解质溶液显碱性，可知“粗Ga”阳极反应为Ga－3e－＋4OH－===GaO＋
2H2O、Zn－2e－＋4OH－===ZnO＋2H2O，“高纯Ga”阴极反应为GaO＋3e－＋2H2O===Ga＋4OH－，C 项错
误；电解池中，若电解质溶液为水溶液，阴极上会存在H＋(或水电离出的H＋)得电子被还原为H2的竞争反
应，若没控制合适的条件，该竞争反应可能会更明显，导致电解效率下降，D 项正确。
3．通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用
是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A 为阴极，发生还原反应
B．电极B 的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH 除去Mn2＋，再加入Na2CO3溶液以获得Li2CO3
【答案】C
【解析】 由电解示意图可知，电极B 上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B 为阳
极，电极A 为阴极，得电子，发生还原反应，A 正确；由电解示意图可知，电极B 上Mn2＋失电子转化为
MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B 正确；电极A 为阴极，LiMn2O4得电子，电极
反应式为LiMn2O4＋3e－＋8H＋===Li＋＋2Mn2＋＋4H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋
4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C 错误；电解池总反应为
2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH 将锰离子转化为沉淀除
去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D 正确。
考点三 多池串联的两大模型及原理分析
1.常见串联装置图
模型一 外接电源与电解池的串联(如图)
必备知识
5
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A、B 为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
模型二 原电池与电解池的串联(如图)
显然两图中，A 均为原电池，B 均为电解池。
2.离子交换膜的作用及意义
(1)隔离某些物质，防止发生反应，常用于物质制备。
(2)限制某些离子的移动，常用于物质制备及纯化。
(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。
1．中科院长春应化所张新波团队提出了一种独特的锂—氮电池(Li—N2)，该电池在放电过程中消耗氮气，
充电过程中释放氮气，实现氮气的循环，并对外提供电能。该电池在充电时发生反应：2Li3N===N2↑＋
6Li。现以该电池为电源进行如图所示实验，下列说法正确的是( )
A．乙电极上的反应为2Li3N－6e－===N2↑＋6Li＋
B．充电过程Li＋由甲电极迁移向乙电极，并在多孔碳布表面生成Li3N
要点突破
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C．石墨a 电极和m、n 处均可能有铜析出
D．锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能
【答案】D
【解析】 放电时，该原电池中锂失电子作负极，氮气得电子作正极，故乙电极是正极，发生反应：N2＋
6Li＋＋6e－===2Li3N，A 项错误；充电过程是电解池原理，Li＋由乙电极移向甲电极，多孔碳布表面Li3N 分
解生成N2和Li＋，B 项错误；石墨a 是阳极，阳极电极反应式：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，产生氧气，C 项
错误；反应N2＋6Li===2Li3N 属于氮的固定，锂—氮电池为绿色固氮提供了一种可能，D 项正确。
2．现有阳离子交换膜、阴离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽。利用氯碱工业中的离子交换膜技
术原理，可电解Na2SO4溶液生产NaOH 溶液和H2SO4溶液。下列说法正确的是( )
A．阴极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．从A 口出来的是NaOH 溶液
C．b 是阳离子交换膜，允许Na＋通过
D．Na2SO4溶液从G 口进入
【答案】C
【解析】 阴极是水电离的氢离子放电，阴极发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A 项错误；A 为阳
极是水电离的氢氧根离子放电，产生的气体是氧气，同时生成氢离子，则阳极附近生成硫酸，则从A 口出
来的是H2SO4溶液，B 项错误。
3．双极膜在电渗析中应用广泛，它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层，工
作时水层中的H2O 解离成H＋和OH－，并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。下图为NaBr 溶液的电渗析
装置示意图。
下列说法正确的是( )
A．出口2 的产物为HBr 溶液
B．出口5 的产物为硫酸溶液
C．Br－可从盐室最终进入阳极液中
D．阴极电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
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【答案】D
【解析】 阴极，水中H＋放电，双极膜中水解离生成的H＋移向阴极区，OH－移向交换室1，与NaBr 溶液
中通过阳离子交换膜进入交换室1 的Na＋组成NaOH 溶液，出口1 为Na2SO4溶液，出口2 为NaOH 溶液，
同理，阳极，水中OH－放电，双极膜中的OH－移向阳极，H＋移向交换室2，与通过阴离子交换膜进入交换
室2 的Br－组成HBr，出口4 产物为HBr 溶液，出口5 为Na2SO4溶液。
8
