高考化学二轮复习专题2电化学及其应用热门考点+精选题目+高考真题word学生版.docx

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高考化学二轮复习专题2电化学及其应用热门考点+精选题目+高考真题word学生版

2019高考化学二轮复习

电化学及其应用

1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。

2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。

3.理解金属发生电化学腐蚀的原因。

了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。

4..知道电解在氯碱工业、精炼铜、电镀、电冶金等方面的应用；认识电能转化为化学能的实际意义。

一、原电池工作原理

1.原电池中根据电性关系

电流方向与电解质溶液中阳离子移动方向相同；电子移动方向与电解质溶液中阴离子移动方向相同。

电子：

由负极通过导线移向正极；

电流：

由正极到负极；

电解质溶液（熔融电解质）：

阴离子移向负极，阳离子移向正极。

以铜锌原电池为例

2.原电池反应原理

电极名称

负极

正极

电极材料

锌片

铜片

电极反应

Zn－2e－===Zn2＋

Cu2＋＋2e－===Cu

反应类型

氧化反应

还原反应

电子流向

由Zn沿导线流向Cu

盐桥中离子移向

盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极

盐桥的作用

（1）平衡电荷；

（2）避免断路时发生化学腐蚀（隔离作用）

3.两个装置的比较

装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，易造成能量损耗；装置Ⅱ盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。

二、原电池正、负极的判断方法：

（1）由组成原电池的两极材料判断。

一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。

（2）根据电流方向或电子流动方向判断。

电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。

（3）根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。

在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。

（4）根据原电池两极发生的变化来判断。

原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。

（5）电极增重或减轻。

工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极（正极）放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。

（6）有气泡冒出。

电极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。

三、原电池电极反应式和总反应式的书写

一般电极反应式的书写

—按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，

判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。

—电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。

电极反应式应根据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。

—

复杂电极反应式的书写

＝

－

如CH4酸性燃料电池中

CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式

2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式

CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式

在书写电极反应式时要注意哪些方面？

1．两极得失电子数目相等；

2．电极反应式常用“＝”不用“→”表示；

3．电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示；

4．写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋或OH－或H2O；

5．两电极反应、电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。

四、特殊原电池

1.燃料电池电极反应式的书写

（1）找位置、写式子

负极反应式应符合“还原剂－ne－―→氧化产物”的形式；正极反应式符合“氧化剂＋ne－―→还原产物”的形式。

燃料中的碳、氢元素及助燃剂氧气在不同介质中放电后的具体存在形式不同。

①酸性介质：

碳、氢元素分别转化为CO2、H＋；O2转化为H2O。

②碱性介质：

碳、氢元素分别转化为CO

、H2O；O2转化为OH－。

（2）查电荷，添离子

检查

（1）中电极反应式的电荷是否守恒，若是在溶液中进行的反应，则可通过添加OH－或H＋的方法使电荷守恒，但要注意，在酸性溶液中不添加OH－，在碱性溶液中不添加H＋。

若是在熔融态电解质中进行的反应，则可添加熔融态电解质中的相应离子。

（3）查原子，添物质

检查是否符合原子守恒，若是在溶液中进行的反应，可添加H2O使原子守恒。

（4）对于较复杂的电极反应，可用总反应式减去较简单一极的电极反应式得到。

2．可充电电池原理分析

（1）充电时电极的连接

充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为负接负后作阴极，正接正后作阳极。

（2）工作时的电极反应式

同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。

五、不同“介质”下燃料电池电极反应式的书写

例

电极反应式为

①酸性介质，如H2SO4：

CH3OH在负极上失去电子生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成H2O。

负极：

CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋

正极：

O2＋6e－＋6H＋===3H2O

②碱性介质，如KOH溶液：

CH3OH在负极上失去电子，在碱性条件下生成CO

，1molCH3OH失去6mole－，O2在正极上得到电子生成OH－

负极：

CH3OH－6e－＋8OH－===CO

＋6H2O

正极：

O2＋6e－＋3H2O===6OH－

③熔融盐介质，如K2CO3：

在电池工作时，CO

移向负极。

CH3OH在负极上失去电子，在CO

的作用下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在CO2的作用下生成CO

负极：

CH3OH－6e－＋3CO

===4CO2↑＋2H2O

正极：

O2＋6e－＋3CO2===3CO

④掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导正极生成的O2－

根据O2－移向负极，在负极上CH3OH失电子生成CO2气体，而O2在正极上得电子生成O2－

负极：

CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O

正极：

O2＋6e－===3O2－

六、可充电电池规律总结

（1）对可充电电池充电和放电两过程认识

放电是原电池反应，充电是电解池反应

（2）对可充电电池电极极性和材料的判断

判断电池放电时电极极性和材料，可先标出放电（原电池）总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。

若判断电池充电时电极极性和材料，方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。

（3）对溶液中离子的移动方向判断：

放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；

充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。

（4）可充电电池充电时与电源的连接：

可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。

（5）对可充电电池某电极是发生氧化还是还原反应及某元素被氧化还是被还原的判断：

可根据电极反应式进行分析，放电（原电池）的负极及充电（电解池）的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化；

放电（原电池）的正极及充电（电解池）的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。

（6）可充电电池电极反应式的书写方法：

书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。

书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：

第一，先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；

第二，写出一个比较容易书写的电极反应式（书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存）；

第三，在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。

充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。

七、“六点”突破电解池

（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，两极的反应为“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。

（4）书写电极反应式，注意得失电子守恒。

（5）正确判断产物。

①阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解（注意：

铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋）；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－（水）。

②阴极产物的判断直接根据

阳离子的放电顺序进行判断：

Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋（水）

（6）恢复原态措施。

电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。

一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu（OH）2或Cu2（OH）2CO3复原。

八、电解规律

用惰性电极电解电解质溶液的规律

（1）电解水型

电解质（水溶液）

电极方程式

电解物质

总化学

方程式

电解质

浓度

溶液pH

溶液

复原

含氧酸（如H2SO4）

阳极：

4OH－－4e－===O2↑＋2H2O

阴极：

4H＋＋4e－===2H2↑

H2O

2H2O=O2↑＋2H2↑

增大

减小

加H2O

强碱（如NaOH）

增大

加H2O

活泼金属的含氧酸盐（如KNO3、Na2SO4）

不变

加H2O

（2）电解电解质型

无氧酸（如HCl），除HF外

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

酸

2HClH2↑＋Cl2↑

减小

增大

通入HCl气体

不活泼金属的无氧酸盐（如CuCl2），除氟化物外

阳极：

2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－===Cu

盐

CuCl2Cu＋Cl2↑

加CuCl2

固体

（3）放H2生碱型

活泼金属的无氧酸盐

（如NaCl）

阳极：

2Cl－－2e===Cl2↑－

阴极：

2H＋＋2e－===H2↑

水和盐

2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－

生成新电解质

增大

通入HCl气体

（4）放O2生酸型

不活泼金属的含氧酸盐（如CuSO4）

阳极：

4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu

水和盐

2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋

生成新电解质

减小

加CuO或CuCO3

九、电解电极反应方程式的书写

（1）电解方程式的书写步骤

以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。

第一步：

明确溶液中存在哪些离子。

阳离子：

Cu2＋、H＋；

阴离子：

OH－、SO42‾。

第二步：

判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。

阴极：

Cu2＋>H＋；

阳

极：

OH－>SO42‾。

第三步：

写电极反应式和总的电解方程式。

阴极：

2Cu2＋＋4e－===2Cu；

阳极：

2H2O－4e－=O2↑＋4H＋。

根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：

2CuSO4＋2H2O

2Cu＋O2↑＋2H2SO4。

（2）做到“三看”，正确书写电极反应式

①一看电极材料，若是金属（Au、Pt除外）作阳极，金属一定被电解（注Fe生成Fe2＋）。

②二看介质，介质是否参与电极反应。

③三看电解质状态，若是熔融状态，就是金属的电冶炼。

十、原电池、电解池和电镀池的比较

原电池

电解池

电镀池

定义

将化学能转化成电能的装置

将电能转变成化学能的装置

应用电解原理，在某些金属表面镀上一层其他金属的装置

装置举例

形成条件

①活动性不同的两个电极（连接）；②电解质溶液（电极插入其中并与电极自发反应）；③形成闭合回路直流电源；

①两个电极接②两个电极插入电解质溶液；③形成闭合回路电源正极；

①镀层金属接

②电镀液必须含有镀层金属的离子

电极名称

负极：

较活泼金属；

正极：

较不活泼金属（或能导电的非金属）

阳极：

与电源正极相连的极；

阴极：

与电源负极相连的极（由外加电源决定）

阳极：

镀层金属；阴极：

镀件（同电解池）

电极反应

负极：

氧化反应，金属失电子；

正极：

还原反应，溶液中的阳离子得电子

阳极：

氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子；

阴极：

还原反应，溶液中的阳离子得电子

阳极：

金属电极失电子；

阴极：

电镀液中阳离子得电子

电子流向

负极

正极

电源负极

阴极

电源正极

阳极

电源负极

阴极电源正极

阳极

反应原理举例

负极：

Zn－2e－＝Zn2＋

正极：

2H＋＋2e－＝H2↑

总反应：

Zn＋2H＋

Zn2＋＋H2↑

阳极：

2Cl－－2e－＝Cl2↑

阴极：

Cu2＋＋2e－＝Cu

总反应：

Cu2＋＋2Cl－

Cu＋Cl2↑

阳极：

Zn－2e－＝Zn2＋

阴极：

Zn2＋＋2e－＝Zn

溶液中

Zn2＋浓度不变

主要应用

金属的电化学腐蚀分析；

牺牲阳极的阴极保护法；

制造多种新的化学电源

电解食盐水（氯碱工业）；电冶金（冶炼Na、Mg、Al）；精炼铜

镀层金属为铬、锌、镍、银等，使被保护的金属抗腐蚀能力增强，增加美观和表面硬度

实质

使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移，形成电流

使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程

联系

（1）同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。

（2）同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。

（3）串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。

上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算

十一、金属的腐蚀

1．金属腐蚀的实质：

金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。

2．金属腐蚀分为化学

腐蚀和电化学腐蚀。

3．化学腐蚀实质：

金属和非电解质或其它物质相接触直接发生氧化还

原反应而引起的腐蚀。

其腐蚀过程没有电流产生。

4．电化学腐蚀实质：

不纯金属或合金在电解质溶液中发生原电池反应。

电化学腐蚀过程有电流产生。

5．腐蚀的常见类型

（1）析氢腐蚀

在酸性条件下，正极发生2

H++2e-=H2↑反应。

（2）吸氧腐蚀

在极弱酸或中性条件下，正极发2H2O+O2+4e-=4OH-反应。

若负极金属不与电解质溶液发生直接的反应，则形成吸氧腐蚀的原电池反应。

如生铁浸入食盐水中，会形成许多微小的原电池。

6．在同一电解质溶液中，金属腐蚀的快慢可用下列原则判断：

电解原理引起的腐蚀>原电池引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。

十二、电解原理解题流程

十三、电解的应用

1、电解饱和食盐水制取氯气和烧碱（氯碱工业）

（1）氯碱工业的主要原料是食盐，由于粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，对生产设备造成损坏，影响产品的质量，故必须进行精制。

①化学方法

a．依次加入沉淀剂BaCl2、Na2CO3、NaOH溶液，每次所加试剂都必须稍稍过量以便使相应离子完全沉淀。

b．过滤。

c．滤液中加盐酸：

调节溶液pH值为4～6，CO32－＋2H＋=CO2↑＋H2O

②离子交换法：

对于上述处理后的溶液，需送入离子交换塔，进一步通过阳离子（Na＋）交换树脂除去残存的Ca2＋、Mg2＋，以达到技术要求。

（2）精制的饱和食盐水中存在着Na+、Cl-、H+、OH-四种离子，用石墨作电极，通电时H+和Cl-优先放电，

电极反应式为

阳极：

2Cl－－2e－=Cl2↑，

阴极：

2H＋＋2e－=H2↑

总反应：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

2、电镀

（1）概念：

电镀是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过程。

（2）形成条件：

①电解时，镀层金属作阳极；

②镀件作阴极；

③含镀层金属离子的电解质溶液作电镀液；

④用直流电源。

（3）特征：

①阳极本身放电被氧化；

②宏观上看无新物质生成；

③电解液的总量、浓度、pH均不变。

3、电冶炼

电解熔融电解质，可炼得活泼金属。

如：

电解熔融NaCl时，

电极反应式为：

阳极：

2Cl－－2e－=Cl2↑，

阴极：

2Na＋＋2e－=2Na，

总反应式为：

2NaCl

2Na＋Cl2↑。

4、电解精炼

电解精炼粗铜时，阳极材料是——粗铜，阴极材料是——精铜，电解质溶液是CuSO4溶液（或Cu（NO3）2溶液）。

长时间电解后，电解质溶液必须补充。

一、原电池正、负极的判断方法：

二、电池充放电时电极的判断方法：

电池充电的实质就是放电时发生变化再复原的过程。

如铅蓄电池：

Pb＋PbO2＋2H2SO4

2PbSO4＋2H2O

三、盐桥电池的两大特点

1.盐桥的作用：

连接内电路，形成闭合回路，平衡电荷，使原电池不断产生电流，避免断路时发生化学腐蚀（隔离作用）。

2.盐桥中有关电极的判断：

同原电池电极的判断一致，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。

对于活泼金属和不活泼金属，则活泼金属作负极，不活泼金属作正极；对于金属与非金属，则是金属作负极，非金属作正极；对于还原性不同的物质，则是还原性强的作负极，还原性弱的作正极。

四、电解原理的应用

1.阳离子交换膜（以电解NaCl溶液为例），只允许阳离子（Na＋）通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和分子（Cl2）通过，这样既能防止H2和Cl2混合爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO，影响烧碱质量。

2.电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。

3.电解精炼铜，粗铜中含有的Zn、Fe、Ni等活泼金属失去电子，变成金属阳离子进入溶液，其活泼性小于铜的杂质以阳极泥的形式沉积。

电解过程中电解质溶液中的Cu2＋浓度会逐渐减小。

五、电化学腐蚀规律

1.对同一种金属来说，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。

2.活动性不同的两金属：

活动性差别越大，活动性强的金属腐蚀越快。

3.对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快，且氧化剂的浓度越高，氧化性越强，腐蚀越快。

4.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。

5.从防腐措施方面分析，腐蚀的快慢为：

外加电流的阴极保护法防腐<牺牲阳极的阴极保护法防腐<有一般防护条件的防腐<无防护条件的防腐。

考点一原电池与电解池原理及化学电源

典例1：

.十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，意味着对大气污染防治比过去要求更高。

二氧化硫—空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。

下列说法正确的是（   ）

A. 该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路流到Pt1电极          

B.Pt1电极附近发生的反应为：

SO2＋2H2O－2e－＝H2SO4＋2H＋

C. Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O＝4OH－          

D. 相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1

对点模拟1．一种光化学的结构如图所示，电池总反应为AgCl（s）+Cu+（aq）═Ag（s）+Cu2+（aq）+Cl﹣（aq），下列关于该电池在工作时的说法中正确的是（  ）

A. 生成108g银，转移电子个数为1mol                   

B. Cu+在负极发生氧化反应

C. Ag电极活泼，Ag失电子发生氧化反应               D. Cl﹣由负极迁移到正极

考点二　电解原理及其应用

典例2：

利用生活中常见的材料可以进行很多科学实验，甚至制作出一些有实际应用价值的装置来，如图就是一个用废旧材料制作的可用于驱动玩具的电池的示意图．上述电池工作时，有关说法正确的是（  ）

A. 铝罐将逐渐被腐蚀                                              B. 碳粒和炭棒上发生的反应为：

O2+4e﹣=2O2﹣

C. 炭棒应与玩具电机的负极相连                          

D. 该电池工作一段时间后炭棒和炭粒的质量会减轻

对点模拟2．

（1）近几年，具有超常性能的铝离子电池成为研究热点，其可在一分钟内完成充放电。

铝与石墨为电极，内部用AlCl4－和有机阳离子构成电解质溶液，其放电工作原理如图所示。

下列说法错误的是（  ）

A.放电时，有机阳离子向石墨电极方向移动

B.放电时，正极的电极反应式为：

Cn[AlCl4]+e－=Cn+AlCl4－

C.充电时，每生成1mol铝，同时消耗4molAl2Cl7－

D.充电时铝电极接电源负极，该极有Cn[AlCl4]生成

（2）TiO2在光照射下可使水分解：

2H2O

2H2↑+O2↑，该过程类似植物的光合作用．如图是光照射下TiO2分解水的装置示意图．下列叙述正确的是（  ）

A. 该装置可以将光能转化为电能，同时也能将其转化为化学能

B. TiO2电极上发生的反应为：

2H++2e﹣═H2↑

C. 该装置工作时，电流由TiO2电极经R流向铂电极

D. 该装置工作时，TiO2电极附近溶液的pH变大

考点三电解的计算

典例3：

锂电池是新一代的高能电池，它以质轻、能高而受到普遍重视．目前已经研制成功了多种锂电池．某种锂电池的总反应可表示为：

Li+MnO2═LiMnO2，若该电池提供5C电荷量（其他损耗忽略不计），则消耗的正极材料的质量约为（式量Li：

7，MnO2：

87，电子电荷量取1.60×10﹣19C）（  ）

A. 3.5×10﹣3g                    

B. 7×10﹣4g                    

C. 4.52×10﹣3g                    

D. 4.52×10﹣2g

对点模拟3．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图．下列有关该电池的说法不正确的是（  ）

A. 电极A上H2参与的电极反应为：

CO+H2+2CO32﹣﹣4e﹣=3CO2+H2O

B. 理论上，A极每消耗1molH2，则消耗

molCH4

C. 电池工作时，CO32﹣向电极A移动

D. 电极B上发生的电极反应为：

O2+2CO2+4e﹣=2CO32﹣

考点四金属的腐蚀与防护

典例4：

研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题．下列有关判断中正确的是（  ）

A. 用装置①模拟研究时未见a上有气泡，说明铁没有被腐蚀

B. ②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀

C. ③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩

D. ①②③中海水均是实现化学能与电能相互转化的电解质

对点模拟4．1根据问题填空:

（1）钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一

①钢