大单元四 第一单元 化学反应与能量
第6 讲 电解原理的应用 金属的腐蚀与防护
【高考考向预测】
电解原理的应用主要涵盖电解饱和食盐水、电解精炼铜、电镀、电冶金等核心内容，侧
重电极判断、电极反应式书写、产物分析与相关计算，金属腐蚀与防护重点区分化学腐蚀、
电化学腐蚀（吸氧、析氢腐蚀），掌握牺牲阳极法、外加电流法等防护措施，两类知识点常
结合图像、化工流程、实验综合命题；近三年在选择题、反应原理大题中持续考查，考频很
高；预测2027 年将侧重结合工业生产、金属防腐实景，强化陌生电解池分析、腐蚀类型判断、
防护方案评价以及电解相关定量计算。
【双基自测●明考向】
1．（25-26 高三·全国·一轮复习）工业电解饱和食盐水制烧碱和氯气：
2Cl
−+2H2O
电解
¿2OH
−+ H2↑+Cl2↑
¿
。(_____)
2．（19-20 高一·福建泉州·阶段检测）工业上电解精炼铜时电解池中每转移1mol 电子阳极上
溶解的铜原子数为0.5NA。(
)
3．（24-25 高三·全国·一轮复习）阳离子交换膜(以电解NaCl 溶液为例)只允许阳离子(Na+、
H+)通过，而阻止阴离子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过。(
)
4．（25-26 高三·全国·一轮复习）电解饱和食盐水：2Cl
−+2H
+
通电
¿ H2↑+Cl2↑
¿
。(____)
5．（25-26 高三·全国·一轮复习）电解饱和食盐水时，若阴、阳两极产生气体的总质量为73g
，则转移的电子数为NA。(_____)
6．（24-25 高三上·全国·课前预习）在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁
不易被腐蚀。(___)
7．（25-26 高三·全国·一轮复习）清洗铁锅后及时擦干，能减缓铁锅因发生吸氧腐蚀而生
锈。(_____)
8．（25-26 高三·全国·一轮复习）铜在酸性较强的溶液中均可发生析氢腐蚀。(_____)
9．（25-26 高三·全国·一轮复习）如图装置能保护铁件。(_____)
10．（25-26 高三·全国·一轮复习）电解精炼铜时，若转移NA个电子，则阳极溶解32g铜。
(_______)
【核心梳理●明考点】
考点一 电解原理的经典应用
1.氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
(1)反应原理
阳极:2Cl
- -2e
- ===Cl
2↑(氧化反应)。
阴极:2H2O+2e
- ===H
2↑+2OH
- (还原反应)。
总反应化学方程式:2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
总反应离子方程式:2Cl
- +2H
2O
2OH
- +H
2↑+Cl2↑。
注意 电解所用的食盐要精制。
(2)离子交换膜法的生产过程
加入或流出的物质a、b、c、d 分别是精制饱和
NaCl
溶液
、H2O(
含少量
NaOH)
、淡盐水、
NaOH
溶液
;X、Y 分别是Cl2、H2。
(3)阳离子交换膜的作用
阻止OH
- 进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O,阻止阳极产生的Cl2
和阴极产生的H2混合发生爆炸。
(4)氯碱工业产品
2.电镀、电解精炼铜与电冶金
(1)电镀
①概念:利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加工工艺。
②目的:增强金属的抗腐蚀能力,增加表面硬度和美观。
(2)电解精炼铜
银、金等金属不放电形成阳极泥,在阴极只有Cu2+放电,锌、铁、镍较活泼的金属阳离子残留在
电解质溶液中,故能够将杂质除去。电解过程中,Cu2+的浓度有所下降。
(3)电冶金
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al 等。
总反应化学方程式
电极反应式
2NaCl(
熔融
)
2Na+Cl2↑
阳极:2Cl
- -2e
- ===Cl
2↑
阴极:Na
+ +e
- ===Na
MgCl2( 熔融
)
Mg+Cl2↑
阳极:2Cl
- -2e
- ===Cl
2↑
阴极:Mg
2+ +2e
- ===Mg
2Al2O3( 熔融
)
4Al+3O2↑
阳极:2O
2- -4e
- ===O
2↑
阴极:Al
3+ +3e
- ===Al
【考点突破●明方向】
1.研究发现,可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF2-CaO 作电解质,利用图示装置获得金
属钙,并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法正确的是( )
A.将熔融CaF2-CaO 换成Ca(NO3)2溶液也可以达到相同目的
B.阳极的电极反应式为C+2O2--4e-===CO2↑
C.在制备金属钛前后,整套装置中CaO 的总量减少
D.阴极的电极反应式为Ca-2e-===Ca2+
2.工业上利用电解食盐溶液制取盐酸和氢氧化钠的装置如图所示。图中的双极膜中间层中的
H2O 解离为H+和OH-。
下列有关说法错误的是( )
A.N 表示阴离子交换膜
B.甲室流出的为氢氧化钠溶液
C.电解总反应:NaCl+H2O
NaOH+HCl
D.相比现有氯碱工业制取氢氧化钠,该方法更环保
3.电镀是材料表面处理中不可或缺的一部分,解答下列问题:
(1)在实际生产中,可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如图。请回答:
①A 电极对应的金属是 ( 写元素名称),B 电极的电极反应式是
。
②若电镀前A、B 两金属片质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量差为
5.12 g,则电镀时电路中通过的电子为 mol。
③镀层破损后,铁件不易被腐蚀的是 。
A.镀铜铁 B.镀锌铁 C.镀锡铁
(2)用有机阳离子、Al2Cl7
−
AlC
和
l4
−组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。钢制品
应接电源的 极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应,阴极反
应式为 。
若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴极产物为 。
考点二 金属腐蚀与防护
1.金属的腐蚀
(1)金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子,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
金属与接触到的干燥气体或非电解
质液体直接发生化学反应
不纯的金属接触到电解质溶液发生原电
池反应
本质
M-ne-===Mn+
M-ne-===Mn+
现象
金属被腐蚀
较活泼的金属被腐蚀
区别
无电流产生
有微弱电流产生
联系
电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀速率更快,危害也更严重
②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例)
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强
水膜酸性很弱或呈中性
电极
反应
负极
Fe-2e-===Fe2+
正极
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
总反应式
Fe+2H+===Fe2++H2↑
2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
2.金属的防护
(1)改变金属材料的组成
如制成合金、不锈钢等。
(2)在金属表面覆盖保护层
如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(3)电化学保护法
①牺牲阳极法——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外加电流法——电解原理
a.阴极:被保护的金属设备;
b.阳极:惰性金属。
3.金属腐蚀快慢的判断
(1)对同一电解质溶液来说,腐蚀的快慢:电解池原理引起的腐蚀>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,腐蚀的快慢:强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中(浓度相同)。
(3)活动性不同的两种金属,活动性差异越大,腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说,电解质浓度越大,金属腐蚀速率越快。
【考点突破●明方向】
1.研究小组将混合均匀的铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入一
定浓度醋酸溶液,进行铁的电化学腐蚀实验,容器中的压强随时间的变化曲线如图2。下列说法
正确的是( )
A.0~t1时压强增大的原因可能是铁腐蚀放出热量
B.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-===Fe3+
C.碳粉上发生了氧化反应
D.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
2.如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
(1)该化学腐蚀属于 腐蚀。
(2)图中A、B、C、D 四个区域,生成铁锈最多的是 区域。
3.电化学理论在钢铁防腐、废水处理中有着重要应用价值。请按要求回答下列问题。
(1)右图为探究金属Fe 是否腐蚀的示意图
在培养皿中加入一定量的琼脂和饱和NaCl 溶液混合,滴入5~6 滴酚酞溶液,混合均匀,将缠有铜
丝的铁钉放入培养皿中。溶液变红的部位为 (填“左”或“右”)端,结合化学用语解
释变红的原因:
。
(2)碳钢在空气中容易被腐蚀,加入钼酸盐有利于缓蚀,其缓蚀原理是在钢铁表面形成FeMoO4—
Fe2O3 保护膜。要对密闭式循环冷却水系统中的碳钢管道缓蚀,除需加入钼酸盐外还需加入
NaNO2,则NaNO2的作用是
。
(3)支撑海港码头基础的钢管桩,常采用如图所示的方法进行防腐,其中高硅铸铁为惰性辅助阳
极。
①该保护方法叫作 (填“牺牲阳极法”或“外加电流法”)。
②下列有关表述正确的是 (填字母)。
a.钢管桩被迫成为阴极而受到保护,其表面的腐蚀电流接近于零
b.高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
c.通电后,调整外加电压,外电路中的电子被强制从钢管桩流向高硅铸铁
d.石墨能导电且化学性质不活泼,可用石墨代替高硅铸铁作辅助阳极
【真题再现●明考向】
1．（2025·福建·高考真题）一种无膜电合成碳酸乙烯酯(C3H4O3)的工作原理如图。下列说法正
确的是
A．电源a 极为负极
B．反应中Br
-的物质的量不断减少
C．总反应为C2H4+CO2+H2O=C3H4O3+H2
D．“反应Ⅱ”为CO2+BrCH2CH2OH=C3H4O3+H
++Br
-
2．（2025·全国卷·高考真题）某研究小组设计如下电解池，既可将中性废水中的硝酸盐转化
为氨，又可将废塑料(PET)碱性水解液中的乙二醇转化为羟基乙酸盐，实现变废为宝。
电解时，下列说法错误的是
A．阳极区pH下降
B．OH
-从阴极区向阳极区迁移
C．阴极发生反应NO3
-+7H2O+8e
-=NH3⋅H2O+9OH
-
D．阴极转化1mol NO3
−，阳极将生成4mol HOCH2COO
-
3．（2025·湖南·高考真题）一种电化学处理硝酸盐产氨的工作原理如图所示。下列说法错误
的是
A．电解过程中，K
+向左室迁移
B．电解过程中，左室中NO2
−的浓度持续下降
C．用湿润的蓝色石蕊试纸置于b 处，试纸先变红后褪色
D．NO3
−完全转化为NH3的电解总反应：NO3
−+8Cl
−+6 H2O
电解
¿ NH3↑+9OH
−+ 4 Cl2↑
¿
4．（2025·云南·高考真题）一种用双极膜电渗析法卤水除硼的装置如图所示，双极膜中H2O
解离的H
+和OH
−在电场作用下向两极迁移。除硼原理：[B (OH)4)
−+ H
+= B (OH)3+ H2O。下列说法错
误的是
A．Pt 电极反应：4 OH
−−4e
−=O2↑+2H2O
B．外加电场可促进双极膜中水的电离
C．Ⅲ室中，X 膜、Y 膜分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜
D．Ⅳ室每生成1molNaOH，同时Ⅱ室最多生成1molB (OH)3
5．（2026·云南·高考真题）化学护坝体，劳动保安全，某水电站坝体维护示意图如下，下列
说法错误的是
A．黏土是生产水泥的主要原料之一
B．MgSiF6与Ca (OH)2的反应属于氧化还原反应
C．聚四氟乙烯的合成：
nCF2=CF2→
D．利用Zn板保护钢闸门时，需定期检查、更换
6．（2025·广西·高考真题）大型发电机的定子线圈由空芯铜导线缠绕制成。发电机运行时，
需向铜导线的空芯通冷水降温，铜导线内壁因发生电化学反应生成Cu2O层。一段时间后，
Cu2O表面产生的沉积物会造成堵塞，空芯铜导线截面如图。下列说法错误的是
A．Cu2O层对铜导线起保护作用
B．正极生成Cu2O的电极反应式为4 Cu
++O2+ 4e
−=2Cu2O
C．沉积物的成分可能有CuO、Cu2(OH)2CO3
D．腐蚀最严重的区域是沉积物最多之处
7．（2025·全国卷·高考真题）下列关于铁腐蚀与防护的反应式正确的是
A．酸性环境中铁发生析氢腐蚀的负极反应：Fe-2e
-=Fe
2+
B．铁发生腐蚀生锈的反应：3Fe+2O2+xH2O=Fe3O4⋅xH2O
C．铁经过发蓝处理形成致密氧化膜：Fe+2HNO3(浓)=FeO+2NO2↑+H2O
D．安装锌块保护船舶外壳，铁电极上发生的反应：Fe
3++3e
-=Fe
8．（2024·湖北·高考真题）2024 年5 月8 日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海
试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是
A．发蓝处理
B．阳极氧化
C．表面渗镀
D．喷涂油漆
9．（2024·浙江·高考真题）破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成[Zn(NH3)4)
2+和H2
，下列说法不正确的是
A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大
B．随着腐蚀的进行，溶液pH变大
C．铁电极上的电极反应式为：2NH3+2e
-=2NH2
-+H2↑
D．每生成标准状况下224 mL H2，消耗0.010 mol Zn
10．（2024·天津·高考真题）锗(Ge)、锡(Sn)和铅(Pb)是第ⅣA 族元素，原子序数依次增大。
(1)三种元素中，第一电离能最大的是___________。
(2)基态Ge原子的价层电子排布式为___________。晶体Ge与金刚石具有类似的晶体结构，其
晶胞如图。在该晶胞中，Ge原子的数目为___________。
(3)粗锡常由SnO2还原制得。将炭与SnO2混合，隔绝空气加热到1000℃，无明显反应：但通入
空气，使炭不完全燃烧，840℃时SnO2即可迅速转化为Sn，推断还原SnO2的物质是
___________。
(4)含铁、铅杂质的粗锡进行电解精炼时，纯锡接电源的___________极，粗锡上发生反应的
电极反应式为___________。
(5)PbI2和PbCl2均为不易溶于水的强电解质。已知一定温度下，PbI2的饱和溶液中
c(Pb
2+)=1.0×10
-3mol/L，PbCl2的Ksp=1.6×10
-5。反应PbI2+2Cl
-⇌PbCl2+2I
-在该温度下的平
衡常数为K=___________。
【限时训练】
（60 分钟）
1.下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是( )
A.铁锅中残留的水滴内部比边缘更容易生锈
B.航海船只的船底镶嵌锌块,利用了牺牲阳极法保护金属船体
C.纯银器长时间暴露在空气中变黑,是因为发生了吸氧腐蚀
D.保暖贴在发热过程中主要发生了化学腐蚀
2.粗银中含有Cu、Pt 等杂质,用电解法以硝酸银为电解质提纯银。下列说法正确的是( )
A.粗银与电源负极相连
B.阴极反应式为Ag++e-===Ag
C.Cu、Pt 在阳极区中沉积
D.电解液中c(Ag+)浓度先增大后减小
3.如图是氯碱工业离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图,图中阳离子交换膜只允许Na+等通
过,不允许OH-、Cl-等阴离子及气体分子通过,下列有关说法错误的是( )
A.阴极发生的反应:2H2O+2e-===H2↑+2OH-
B.使用的阳离子交换膜阻止阴离子OH-和气体通过,使生成的NaOH 更纯
C.e 处出来的气体主要是O2
D.b 处通入的原料是NaOH 的稀溶液
4.下列关于电解精炼铜与电镀的说法正确的是( )
A.电解精炼铜时,将电能转化为化学能,电路中每通过2 mol e-,阳极就会溶解64 g 铜
B.电解精炼铜时,阳极为粗铜,阴极为精铜,电解过程中电解质溶液不需要更换
C.在铁制器皿上镀铝,熔融氧化铝作电解质,铁制器皿作阴极,铝棒作阳极
D.电镀过程中电镀液需要不断更换
5.用如图所示装置模拟电解原理在工业生产上的应用。下列说法正确的是( )
A.在铁片上镀铜时,Y 是纯铜
B.电解精炼铜时,Z 溶液中的Cu2+浓度不变
C.制取金属镁时,Z 是氯化镁溶液
D.氯碱工业中,若在X 电极附近滴入少量淀粉-KI 溶液,溶液呈蓝色
6.在日常生活中,很多物品都离不开电镀,现将一块铜牌镀上一层银,工作示意图如下,下列说法
正确的是( )
A.银片与电源的正极相连
B.电镀一段时间后,AgNO3溶液的浓度会变小
C.阴极发生的电极反应式为Cu-2e-===Cu2+
D.反应一段时间后,将电源反接,铜牌可以恢复到原来的状态
7.我国科学家经过研究发明了以下装置从海水中提取锂单质,其工作原理如图所示。该装置运
行期间电极Ⅱ上产生O2和气体X。下列说法错误的是( )
A.该装置实现了“太阳能→电能→化学能”的转化
B.电极Ⅰ连接太阳能电池的负极
C.工作时,电极Ⅱ附近溶液的pH 增大
D.实验室检验气体X 可用湿润的淀粉-KI 试纸
8.下列关于金属腐蚀与防护的说法不正确的是( )
A.图①,放置于干燥空气中的铁钉不易生锈
B.图②,若断开电源,钢闸门将发生吸氧腐蚀
C.图②,若将钢闸门与电源的正极相连,可防止钢闸门腐蚀
D.图③,若金属M 比Fe 活泼,可防止钢铁输水管腐蚀
9.氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺,节能超过30%,在此工艺中,
物料传输和转化关系如图,其中电极未标出,所用离子交换膜只允许阳离子通过。
(1)分析比较图示中a%与b%的大小:a% (填“>”“<”或“=”)b%。
(2)写出燃料电池B 中的正极的电极反应:
。
(3)图中Y 是 (填化学式),若电解产生11.2 L(标准状况)该物质,则至少转移电子
mol;X 元素的基态原子的电子排布式为 。
能力提升
10.(2024·湖南卷)在KOH 水溶液中,电化学方法合成高能物质K4C6N16时,伴随少量O2生成,电解
原理如图所示,下列说法正确的是( )
A.电解时,OH-向Ni 电极移动
B.生成C6N 16
4−的电极反应:2C3N8H4+8OH--4e-===C6N 16
4−+8H2O
C.电解一段时间后,溶液pH 升高
D.每生成1 mol H2的同时,生成0.5 mol K4C6N16
11.氯碱工业的原理改进方法分如图两个阶段进行,下列说法错误的是( )
A.阶段Ⅰ中,电源a 为负极、b 为正极
B.阶段Ⅱ中阴极的电极反应为Na0.44-xMnO2-xe-+xNa+===Na0.44MnO2
C.比传统氯碱工业减少了阳离子交换膜,避免氢气和氯气混合,且便于提纯NaOH
D.阶段Ⅰ和Ⅱ的反应不能都在饱和食盐水中进行
12.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
和碳粉置于锥形瓶底部,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
碳粉/g
铁粉/g
醋酸/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
36.0
③
0.2
2.0
90.0
(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化曲线如图2 所示。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,
碳粉表面发生了 ( 填“ 氧化” 或“ 还原” ) 反应, 其电极反应式是
。
(3)该小组对图2 中O~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: 。
13.回答下列问题。
(1)目前已开发出电解法制取ClO2的新工艺。
①用石墨作电极,在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2(如图1 所示),写出阳极产生ClO2的电
极反应式:
。
②电解一段时间,当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时,停止电解,则通过阳离子交换膜
的阳离子的物质的量为 mol;用平衡移动原理解释阴极区pH 增大的原因:
。
(2)粗银精炼装置如图2 所示,电解液为稀H2SO4,下列说法正确的是 (填字母)。
A.体系中存在沉淀溶解平衡:Ag2SO4(s)
2Ag+(aq)+SO4
2−(aq)
B.阳极的电极反应式为Ag-e-===Ag+
C.钛电极电势高
D.阴极区可获得超细银粉的原理:Ti3++Ag+===Ag+Ti4+
E.电解液中添加Ti3+/Ti4+,可实现Ti3+/Ti4+循环利用
