2019届一轮复习人教版 电解池金属的电化学腐蚀与防护 学案

基础课3电解池金属的电化学腐蚀与防护
考点一电解原理
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(也叫电解槽)
(1)概念：
电解池是把__电__能转化为__化学__能的装置。

(2)构成条件：
①有与__电源__相连的两个电极。

②电解质溶液(或熔融盐)。

③形成闭合回路。

(3)电极名称及电极反应式(如图)
(4)电子和离子的移动方向
3．阴阳两极上离子放电顺序
阴离子失去电子或阳离子得到电子的过程叫放电。

离子的放电顺序取决于离子本身的性质即离子得失电子的能力，另外也与离子的浓度及电极材料有关。

(1)阴极：阴极上放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。

氧化性强的先放电，放电顺序：
―――――――――――――――――――――――――――――――――――→K ＋
、Ca 2＋
、Na ＋
、Mg 2＋
、Al 3＋
、Zn 2＋
、Fe 2＋
、Sn 2＋
、Pb 2＋
、H ＋
、Cu 2＋
、Fe 3＋
、Ag
＋
放电由难到易
(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，则仅是溶液中的阴离子放电，常见离子的放电顺序是
――――――――――――――――――――――――――――→S 2－
、I －
、Br －
、Cl －
、OH －
、含氧酸根离子(NO －
3、SO 2－
4、CO 2－
3)、F
－
放电由易到难
特别提醒 一般情况下，离子按上述顺序放电，但如果离子浓度相差十分悬殊，离子浓度大的也可以先放电。

如理论上H ＋
的放电能力大于Fe 2＋
、Zn 2＋
，但在电解浓度大的硫酸亚
铁或硫酸锌溶液中，由于溶液中c (Fe 2＋
)或c (Zn 2＋
)≫c (H ＋
)，则先在阴极上放电的是Fe 2＋
或
Zn 2＋
，因此阴极上的主要产物为Fe 或Zn ；但在水溶液中，Al 3＋
、Mg 2＋
、Na ＋
等是不会在阴
极上放电的。

4．分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解) (1)电解水型
电解水型电解一段时间后，其电解质的浓度一定增大吗？举例说明。

提示：不一定，如用惰性电极电解饱和Na 2SO 4溶液，一段时间后会析出Na 2SO 4·10H 2O 晶体，剩余溶液仍为该温度下的饱和溶液，此时浓度保持不变。

(2)电解电解质型
(3)放H 2生碱型
要使电解后的NaCl 溶液复原，滴加盐酸可以吗？
提示：不可以，电解NaCl 溶液时析出的是等物质的量的Cl 2和H 2，所以应通入氯化氢
气体，加入盐酸会引入过多的水。

(4)放O 2生酸型
(1)要使电解后的CuSO 4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？为什么？加入CuCO 3为什么也可复原？
提示：不可以，因为电解CuSO 4溶液时，尽管Cu 2＋
和OH －
分别放电，按照电极反应式
Cu 2＋
＋2e －
===Cu 、4OH －
－4e －
===2H 2O ＋O 2↑，氢元素变成H 2O 仍然留在溶液中，只有Cu
析出和O 2逸出，且物质的量之比为2∶1，所以要让溶液复原，需要加CuO ，而不能加Cu(OH)2。

加入CuCO 3时，CO 2变为气体逸出，相当于加的是CuO 。

(2)通过以上分析，电解质溶液复原应遵循什么原则？
提示：电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。

(3)根据金属活动顺序表，Cu 和稀H 2SO 4不反应，怎样根据电化学的原理实现Cu 和稀H 2SO 4反应产生H 2?
提示：Cu 作阳极，C 作阴极，稀H 2SO 4作电解质溶液，通入直流电就可以实现该反应。

电解反应式为阳极：Cu －2e －
===Cu 2＋
，阴极：2H ＋
＋2e －
===H 2↑。

总反应式：Cu ＋2H ＋
=====
电解
Cu 2＋
＋H 2↑。

题组一 突破电极反应式、电解方程式的书写 1．按要求书写电极反应式和总方程式： (1)用惰性电极电解AgNO 3溶液
阳极反应式_______________________________________________________________； 阴极反应式_______________________________________________________________； 总反应离子方程式__________________________________________________________。

(2)用惰性电极电解MgCl 2溶液
阳极反应式________________________________________________________________； 阴极反应式________________________________________________________________； 总反应离子方程式__________________________________________________________。

(3)用Al 作电极电解NaOH 溶液
阳极反应式________________________________________________________________； 阴极反应式________________________________________________________________； 总反应离子方程式__________________________________________________________。

(4)用Al 作阳极，电解H 2SO 4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式________________________________________________________________； 阴极反应式________________________________________________________________； 总反应离子方程式__________________________________________________________。

答案：(1)4OH －
－4e －
===O 2↑＋2H 2O(或2H 2O －4e －
===O 2↑＋4H ＋
) 4Ag ＋
＋4e －
===4Ag
4Ag ＋＋2H 2O=====电解
4Ag ＋O 2↑＋4H ＋
(2)2Cl －
－2e －
===Cl 2↑
2H ＋
＋2e －
===H 2↑(或2H 2O ＋2e －
===H 2↑＋2OH －
) Mg 2＋
＋2Cl －
＋2H 2O=====电解
Mg(OH)2↓＋Cl 2↑＋H 2↑
(3)2Al －6e －＋8OH －===2AlO －
2＋4H 2O
6H 2O ＋6e －
===3H 2↑＋6OH －
(或6H ＋
＋6e －
===3H 2↑) 2Al ＋2H 2O ＋2OH －
=====电解
2AlO －
2＋3H 2↑ (4)2Al －6e －
＋3H 2O===Al 2O 3＋6H ＋
6H ＋
＋6e －
===3H 2↑
2Al ＋3H 2O=====电解
Al 2O 3＋3H 2↑
电极反应式的书写——“二判二析一写”
题组二 电解原理和规律的分析判断
2．用惰性电极电解下列各组中的三种电解质溶液，在电解的过程中，溶液的pH 依次为升高、不变、降低的是( )
A ．AgNO 3 CuCl 2 Cu(NO 3)2
B ．KCl Na 2SO 4 CuSO 4
C ．CaCl 2 KOH NaNO 3
D ．HCl HNO 3 K 2SO 4 答案：B
3．(2018·惠州调研)某同学设计如图装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是( )
A ．石墨电极与直流电源的负极相连
B ．铜电极的电极反应式为2H ＋
＋2e －
===H 2↑
C ．氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na ＋
向石墨电极迁移 D ．用湿润的淀粉-KI 试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色
解析：选B 氯碱工业的反应原理为2NaCl ＋2H 2O=====通电
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑，而Cu 为活性电极，故应将Cu 电极与电源的负极相连，石墨电极与电源的正极相连，A 错误；Cu 电极为阴极，电极反应式为2H ＋
＋2e －
===H 2↑(或2H 2O ＋2e －
===H 2↑＋2OH －
)，B 正确；电解池中，电解质溶液中的阳离子向阴极移动，则Na ＋
向Cu 电极迁移，在Cu 电极附近与反应生成的OH －
结合生成NaOH ，C 错误；由B 项分析可知，Cu 电极上产生H 2，石墨电极的反应为2Cl －
－2e －===Cl 2↑，故用湿润的淀粉-KI 试纸在铜电极附近检验气体，试纸不变色，D 错误。

题组三 有关电化学的计算
4．两个惰性电极插入500 mL AgNO 3溶液中，通电电解。

当电解液的pH 从6.0变为3.0时(设电解过程中阴极没有H 2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)，电极上析出银的质量最大为( )
A ．27 mg
B ．54 mg
C ．106 mg
D ．216 mg
解析：选B 首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极：4OH －
－4e －
===O 2↑＋2H 2O ；阴极：4Ag ＋
＋4e －
===4Ag ，电解的总反应式为4AgNO 3＋2H 2O=====电解
4Ag ＋O 2↑＋4HNO 3。

由电解的总反应式可知，电解过程中生成的n (Ag)＝n (HNO 3)＝n (H ＋
)＝(10－
3 mol·L
－1
－10－
6 mol·L －
1)×0.5 L ≈5×10－
4 mol ，m (Ag)＝5×10－
4 mol ×108 g·mol －
1＝0.054 g ＝54
mg 。

5．(2018·阜阳测试)500 mL KNO 3和Cu(NO 3)2的混合溶液中c (NO －
3)＝0.6 mol·L －
1，用
石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L 气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL ，下列说法正确的是( )
A ．原混合溶液中c (K ＋
)为0.2 mol·L －
1
B ．上述电解过程中共转移0.2 mol 电子
C ．电解得到的Cu 的物质的量为0.05 mol
D ．电解后溶液中c (H ＋
)为0.2 mol·L －
1
解析：选A 石墨作电极电解KNO 3和Cu(NO 3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH －
－4e
－
===2H 2O ＋O 2↑，阴极先后发生两个反应：Cu 2＋
＋2e －
===Cu,2H ＋
＋2e －
===H 2↑。

从收集到
O 2为2.24 L 这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol 电子，而在生成2.24 L H 2的过程中转移0.2 mol 电子，所以Cu 2＋
共得到0.4 mol －0.2 mol ＝0.2 mol 电子，电解前Cu 2＋
的物
质的量和电解得到的Cu 的物质的量都为0.1 mol 。

电解前后分别有以下守恒关系：c (K ＋
)＋2c (Cu 2＋
)＝c (NO －
3)，c (K ＋
)＋c (H ＋
)＝c (NO －
3)，不难算出：电解前c (K ＋
)＝0.2 mol·L －
1，电解后
c (H ＋
)＝0.4 mol·L －
1。

6．如图所示的A 、B 两个电解池中的电极均为铂，在A 池中加入0.05 mol·L －1
的CuCl 2
溶液，B 池中加入0.1 mol·L
－1
的AgNO 3溶液，进行电解。

a 、b 、c 、d 四个电极上所析出的
物质的物质的量之比是( )
A ．2∶2∶4∶1
B ．1∶1∶2∶1
C ．2∶1∶1∶1
D ．2∶1∶2∶1
解析：选A 由电解规律可知：a 、c 为阴极，b 、d 为阳极，a 极上析出Cu ，b 极上析出Cl 2，c 极上析出Ag ，d 极上析出O 2。

由电子守恒可得出：2e －
～Cu ～Cl 2～2Ag ～12O 2，所
以a 、b 、c 、d 四个电极上所析出物质的物质的量之比1∶1∶2∶1
2
＝2∶2∶4∶1。

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。

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)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。

考点二 电解原理在工业生产中的应用
1．电解饱和食盐水 (1)电极反应
阳极反应式：__2Cl －
－2e －
===Cl 2↑__(__氧化__反应) 阴极反应式：__2H ＋
＋2e －
===H 2↑__(__还原__反应) (2)总反应方程式：2NaCl ＋2H 2O=====电解
2NaOH ＋H 2↑＋Cl 2↑ 离子反应方程式：2Cl －＋2H 2O=====电解
2OH －
＋H 2↑＋Cl 2↑ (3)氯碱工业生产流程图
(4)应用：氯碱工业制__烧碱__、__氯气__和__氢气__。

2．电镀
如图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作__阴__极，镀层金属银作__阳__极。

(2)电解质溶液是__AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液__。

(3)电极反应：
阳极：__Ag－e－===Ag＋__；
阴极：__Ag＋＋e－===Ag__。

(4)特点：__阳__极溶解，__阴__极沉积，电镀液的浓度__不变__。

3．电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为__粗铜__，阴极为__纯铜__。

(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。

(3)电极反应：
阳极：__Zn－2e－===Zn2＋__、__Fe－2e－===Fe2＋__、__Ni－2e－===Ni2＋__、__Cu－2e－===Cu2＋__；
阴极：__Cu2＋＋2e－===Cu__。

注意：随着电解的进行，溶液中Cu2＋的浓度将减小。

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。

(1)为什么电解熔融的MgCl2制取单质镁而不电解熔融的MgO?
提示：因为MgO的熔点比MgCl2的高，浪费能源，且电熔融的MgCl2还可得到副产物Cl2。

(2)为什么电解熔融的Al2O3制取单质铝而不电解熔融的AlCl3?
提示：AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。

(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变(×)
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料(×)
(3)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3(×)
(4)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料(√)
(5)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋＞Zn2＋，不可能在铁上镀锌(×)
题组一电解原理的“常规”应用
1.利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．氯碱工业中，X电极上反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
解析：选D氯碱工业中阳极是Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时阳极粗铜溶解，阴极Cu2＋放电析出Cu，溶液中Cu2＋浓度变小；铁片上镀铜时，阴极应该是铁片，阳极是纯铜。

2．电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。

下列叙述正确的是()
A．电解时以硫酸铜溶液作电解液，精铜作阳极
B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应
C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
答案：C
题组二电解原理的“拓展”应用
3．(物质制备)(2017·南阳期中)用如图所示装置(熔融CaF2—CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。

下列说法正确的是()
A．电解过程中，Ca2＋向阳极移动
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．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极
解析：选B由题图可知，石墨与外加电源的正极相连，则石墨为阳极，钛网电极作阴极，电解过程中，电解液中Ca2＋向阴极移动，A错误；据题图可知，阳极上发生氧化反应生成CO2，则阳极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确；阴极反应式为2Ca2＋＋4e－===2Ca，Ca还原TiO2的反应方程式为2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti，故制备Ti前后，整套装臵中CaO的质量不变，C错误；“＋”表示铅蓄电池的正极，该接线柱为铅蓄电池的PbO2极，D错误。

4．(环境治理)(2018·武汉调研)厨房垃圾发酵液可通过电渗析法处理，同时得到乳酸，工作原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。

下列说法正确的是()
A．通电后，阳极附近pH增大
B．电子从负极经电解质溶液回到正极
C．通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室
D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol的O2生成
解析：选C阳极上水电离产生的OH－放电，c(H＋)增大，pH减小，A错误；电子通过导线传递，不经过电解液，B错误；H＋从阳极通过阳离子交换膜进入浓缩室，A－从阴极通过阴离子交换膜进入浓缩室，H＋＋A－??HA，乳酸浓度增大，C正确；OH－在阳极上失去电子发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成，D错误。

隔膜在电化学中的应用
1．常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。

离子交换膜分三类：
(1)阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。

(2)阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。

(3)质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。

2．隔膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。

(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。

题组一提高产品纯度
1．(2018·湖北八校联考)H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图，下列叙述错误的是()
A．M室发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
B．N室中：a%＜b%
C．b膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸
D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体
解析：选D M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，故A正确；N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%<b%，故B正确；阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的B(OH)－4穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，则b膜为阴膜，故C正确；每生成1 mol产品，转移电子的物质的量为1 mol，阴极室生成0.5 mol氢气，其标准状况下的体积为11.2 L，故D错误。

2．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如下图所示(电极材料为石墨)。

(1)图中a极要连接电源的____________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是____________。

(2)SO2－3放电的电极反应式为________________________________________________。

(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因____________________
________________________________________________________________________。

解析：根据Na＋、SO2－3的移向判断阴、阳极。

Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为
阳极：SO2－3－2e－＋H2O===SO2－4＋2H＋
阴极：2H＋＋2e－===H2↑
所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋)减小，c(OH－)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。

答案：(1)负硫酸
(2)SO2－3－2e－＋H2O===SO2－4＋2H＋
(3)H2O??H＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强
解这类问题可以分三步：第一步，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。

第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。

第三步，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。

题组二限制离子迁移
3．(2017·北京石景山期末)科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO2和H2O为原料合成CH4。

下列说法不正确的是()
A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B．GaN表面发生氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
C．Cu表面发生的反应是CO2＋8e－＋6H2O===CH4＋8OH－
D．H＋通过质子交换膜从左向右迁移
解析：选C CO2与H2O一般不能自发反应，但吸收太阳能后，在GaN材料辅助下，通过电化学反应转化为甲烷，所以从能量转化角度方面分析，该过程是将太阳能转化为化学能的过程，故A正确；H2O在GaN表面发生氧化反应生成O2，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B正确；据电子流向可知，Cu是正极，CO2在正极上得电子被还原，与H＋结合生成CH4，电极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，C错误；放电时，阳离子向正极移动，故H＋通过质子交换膜从左向右迁移，D正确。

4．某原电池装置如下图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。

(1)当电路中转移a mol e－时，交换膜左侧溶液中约减少____________mol离子。

交换膜右侧溶液中c(HCl)____________(填“＞”、“＜”或“＝”)1 mol·L－1(忽略溶液体积变化)。

(2)若质子交换膜换成阴离子交换膜，其他不变。

若有11.2 L氯气(标准状况)参与反应，则必有____________mol__________离子(填离子符号)由交换膜____________侧通过交换膜向____________迁移。

交换膜右侧溶液中c(HCl)____________(填“>”、“<”或“＝”)1 mol·L －1(忽略溶液体积变化)。

解析：(1)正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，负极的电极反应式为Ag－e－＋Cl－===AgCl，隔膜只允许氢离子通过，转移a mol电子，必有a mol Cl－沉淀。

为了维持电荷平衡，交换膜左侧溶液中必有a mol H＋向交换膜右侧迁移，故交换膜左侧共减少2a mol离子
(a mol Cl－＋a mol H＋)。

交换膜右侧溶液中氯化氢浓度增大。

(2)n(Cl2)＝0.5 mol，n(Cl－)＝1 mol。

正极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－，n(e－)＝1 mol，Ag－e－＋Cl－===AgCl，交换膜右侧溶液中增加了1 mol负电荷(或增加了1 mol Cl－)，左侧减少了1 mol负电荷(或减少了1 mol Cl－)。

如果质子交换膜换成阴离子交换膜，只允许阴离子(Cl－)通过交换膜，不允许H＋通过。

为了维持电荷平衡，必有1 mol Cl－从交换膜右侧溶液中通过交换膜向左侧迁移，氯离子迁移之后，两侧溶液中盐酸浓度保持不变。

答案：(1)2a＞(2)1Cl－右左＝
题组三提高电流效率
5．已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。

现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。

下列说法正确的是()
A．Ⅰ和Ⅱ的电池反应不相同
B．能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D．5 min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
解析：选CⅠ、Ⅱ装臵中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应和正极反应式相同，A项错误；Ⅰ和Ⅱ装臵的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装臵中铜与氯化铁直接接触，会在铜板表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。

而Ⅱ装臵采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩。

Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装臵，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装臵中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装臵中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。

交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。

在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。

通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。

考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
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
3．金属的防护方法
(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。

题组一 金属的腐蚀与防护方法
1．下列说法不正确的是( )
答案：C
2．下列事实不能用电化学原理解释的是()
A．可将地下输油钢管与外加直流电源的负极相连以保护钢管不受腐蚀
B．常温条件下，铝在空气中不易被腐蚀
C．镀层破坏后，白铁(镀锌的铁)比马口铁(镀锡的铁)更耐腐蚀
D．钢铁的腐蚀生成疏松氧化膜，不能保护内层金属
答案：B
题组二金属腐蚀的快慢规律
3．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为()
A．②①③④⑤⑥B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥D．⑤③②④①⑥
答案：C
金属腐蚀快慢“4”规律与防护“2”方法
1．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>有防腐措施的腐蚀。

(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。

2．两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。

题组三正确判断吸氧腐蚀和析氢腐蚀
4．(2018·嘉兴一中模拟)如图所示装置中，有如下实验现象：开始时插在小试管中的导管内的液面下降，一段时间后导管内的液面回升，略高于试管中的液面。

以下有关解释不合理的是()
A．生铁片中所含的碳能增强铁的抗腐蚀性
B．雨水酸性较强，生铁片开始发生析氢腐蚀
C．导管内液面回升时，正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．随着反应的讲行，U形管中雨水的酸性逐渐减弱
解析：选A铁的纯度越高，其抗腐蚀性能越强，纯铁比生铁耐腐蚀，是因为生铁片中的碳降低了铁的抗腐蚀性，A错误；雨水的pH＝4，呈较强的酸性，生铁片在该雨水中先发生析氢腐蚀，正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，由于生成H2，气体压强增大，开始时插在小试管中的导管内的液面下降，B正确；随着反应的进行，雨水的酸性逐渐减弱，最后发生了吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，导管内液面回升，C正确；开始阶段正极上不断消耗H＋，则U形管中雨水的酸性逐渐减弱，D正确。

5．(2018·郑州模拟)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下表
下列说法错误的是()
A．在pH＜4时，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．在pH＞6时，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．在pH＞14时，正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
答案：C
根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。

潮湿的空气、酸性
很弱或中性溶液发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液发生析氢腐蚀。

1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)(2016·天津卷，3B)金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀速率与氧气浓度无关(×)
(2)(2016·天津卷，1A)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性(√)
(3)(2015·江苏卷，11C)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀(√)
(4)(2015·江苏卷，11A)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可减缓海轮外壳的腐蚀(×)
2．(2017·全国卷Ⅱ，11)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4-H2C2O4混合溶液。

下列叙述错误的是()
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：选C A对：该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工铝质工件应为阳极。

B对，C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。

D对：电解质溶液中的阴离子向阳极移动。

3．(2017·全国卷Ⅰ，11)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，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
解析：选C A对：外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。

B对：被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩。

C错：高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。

D对：保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整。

4．(2016·全国卷Ⅰ，11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO2－4可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是()
A．通电后中间隔室的SO2－4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
解析：选B电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO2－4离子向正极区移动，Na＋向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol 的O2生成，错误。

5．(2016·北京卷，12)用石墨电极完成下列电解实验。

下列对实验现象的解释或推测不合理的是()
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析：选B A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；。