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专题八 原电池
核心考点1、原电池的基本原理
1．构建原电池模型，掌握原电池工作原理
2．原电池正、负极判断的“五个角度”
3. 两种原电池装置的比较
名称 单液原电池 双液原电池
装 置 图
两类 装置 的不 同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长
备注 盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻，有导电和平衡电荷作用。
4. 原电池的设计和制作方法
(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。
(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。
还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)；
氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)。
(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
如：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
设计的原电池为：
1．【2022年1月浙江卷】pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1mol·L-1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
2．（2021·广东真题）火星大气中含有大量，一种有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．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
3．(2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
1．（2022秋·广东广州·高三统考阶段练习）电池比能量高，可用于汽车、航天等领域。电池反应式为：，放电时，下列说法不正确的是
A．Li在负极失去电子 B．在正极发生还原反应
C．阳离子由正极移向负极 D．化学能转化成电能
2．（2022秋·辽宁盘锦·高三辽河油田第二高级中学校考期末）习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和"。某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理如图所示。下列说法不正确的是
A．该装置能将化学能转化为电能
B．M上的电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑+4H+
C．工作一段时间后，N电极室中的溶液pH减小
D．当转化2molCO2时，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室
3．（2021秋·福建厦门·高三校考期中）控制适当的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断正确的是
A．反应开始时，乙中电极反应式为2I－＋2e－=I2
B．反应开始时，甲中石墨电极上发生氧化反应
C．电流表指针为零时，两池溶液颜色相同
D．平衡时甲中溶入FeCl2固体后，乙中的石墨电极为负极
4．（2022秋·河南驻马店·高三统考期中）锂—海水电池在海洋能源领域备受关注。下列说法错误的是
A．海水起电解质溶液的作用
B．锂为负极，发生的电极反应：
C．锂电极应与海水直接接触
D．正极反应式：
5．（2021·全国·高三专题练习）锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质溶液为的乙二醇二甲醚()溶液，总反应为，放电产物沉积在正极，工作原理如图所示：
下列说法正确的是
A．外电路电子由b流向a
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解质溶液可用的乙醇溶液代替
D．正极的电极反应式为
核心考点2、化学电源
1．锌锰干电池
（1）酸性锌锰干电池[4]
负极材料：Zn 正极材料：碳棒
电解质溶液：ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质
电极反应为：负极 Zn－2 e－＝Zn2＋
正极 2NH4＋＋2e－ ＝2NH3＋H2
正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝[Zn(NH3)4]2+
（2）碱性锌锰干电池
碱性锌锰干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍。
负极材料：Zn 正极材料：碳棒
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO+H2O
电极反应：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－
总反应：Zn＋MnO2＋2H2O===ZnO+Mn(OH)2
2.铅蓄电池
铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，用含锑5%～8%的铅锑合金铸成格板，在正极格板上附着一层PbO2，负极格板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电时电极反应为：
负极：Pb＋－2e ＝PbSO4↓
正极：PbO2＋4H+＋＋2e ＝PbSO4↓＋2H2O
充电时电极反应为：
阳极：PbSO4＋2H2O－2e ＝PbO2＋4H+＋
阴极：PbSO4＋2e ＝Pb＋
蓄电池放电和充电的总反应式：
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，性能良好，价格低廉，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中，缺点是比较笨重。
3．氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种：
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池反应式 2H2＋O2===2H2O
【拓展1】化学电源中电极反应式书写的思维模板
1．书写电极反应式的原则
电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。
2．书写电极反应式的基本类型
(1)类型一　题目给定原电池的装置图，未给总反应式
①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。
②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。
③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4)
④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。
(2)类型二　题目中给出原电池的总反应式
①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。
②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。
③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。
注意　①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得较难写出的另一极的电极反应式。
【拓展2】燃料电池中氧气得电子的思维模型
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否稳定存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2－的存在形式：
电解质环境 从电极反应式判断氧元素的存在形式
酸性电解质溶液 O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质溶液 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－) O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3) O2＋2CO2＋4e－===2CO
【练习】按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式
(1)酸性介质，如H2SO4溶液：
负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。
正极：O2＋6e－＋6H＋===3H2O。
(2)碱性介质，如KOH溶液：
负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。
正极：O2＋6e－＋3H2O===6OH－。
(3)熔融盐介质，如K2CO3：
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O2－：
负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。
正极：O2＋6e－===3O2－。
【归纳提升】
1．镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。
负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2。
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O。
2．如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
负极：2H2O－4e－===O2＋4H＋。
正极：2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH。
3．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。
负极：N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
4．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。则：
负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
1．【2022年全国乙卷】电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应
2．【2022年山东卷】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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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
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
D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：
VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O
该电池工作时，下列说法错误的是(　　)
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
4.[2020·全国卷Ⅰ，12]科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是（　　）
A.放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn
B.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C.充电时，电池总反应为2Zn===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D.充电时，正极溶液中OH－浓度升高
5．【2022年湖南卷】海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
1．（2022·河北邯郸·邯郸一中校考模拟预测）熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为(，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是
A．的电子式为
B．放电时正极反应为
C．和分别为电池的负极和正极
D．该电池是以为隔膜的二次电池
2．（2023秋·山东潍坊·高三统考期末）我国科研人员设计将脱除SO2的反应与制备H2O2相结合的协同转化装置如图。在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+，并向两极迁移。已知：
①单独制备H2O2：，不能自发进行；
②单独脱除SO2：，能自发进行。
下列说法正确的是
A．正极的电极反应式：
B．单独脱除SO2的反应为吸热反应
C．反应过程中需补加稀H2SO4
D．协同转化总反应：
3．（2023秋·山东德州·高三统考期末）我国科学家最近发明了一种电池，电解质为、和，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三种电解质溶液区域，结构示意图如下，下列说法正确的是
A．负极的电极反应式为：
B．b膜是阳离子交换膜
C．放电结束后B区的电解质溶液浓度减小
D．每转移电子C区溶液质量减少80克
4．（2022秋·广东汕尾·高三统考期末）中国新能源汽车处于世界领先地位，某品牌电动汽车使用三元锂电池，总反应式为： 。下图是工作原理，隔膜只允许 X 离子通过，汽车加速时，电动机提供推动力，减速时，发电机将多余能量转化为电能储存。下列说法错误的是
A．减速时，电池充电；加速时，电池放电
B．加速时，电子的方向为：甲电极→电动机→乙电极
C．减速时，乙电极的反应为：
D．加速时，X 离子由甲经过隔膜向乙移动
5．（2022秋·江西赣州·高三统考期末）2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，如图是某科研团队设计的光电催化反应器，可由制得异丙醇。其中A、B均是惰性电极，下列说法正确的是
A．A为负极
B．若A极产生4g，则B极产生16g
C．电子从B极通过合成蛋白质纤维膜到A极
D．A极上参与的反应为：
6．（2023·湖南岳阳·统考一模）科学家最近发明了一种电池，通过x和y两种离子交换膜隔成M、R、N三个区域，三个区域的电解质分别为、、中的一种，结构如图所示。下列说法错误的是
A．放电时，R区域的电解质浓度逐渐增大
B．放电时，电极反应为：
C．M区电解质为，且放电时通过x膜移向R区
D．消耗时，N区域电解质溶液减少
核心考点3、金属的腐蚀与防护
1.金属电化学的腐蚀原理
（1）金属腐蚀：是金属与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
（2）化学腐蚀的类型
（3）电化学腐蚀的比较[7]
腐蚀类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性强
负极反应 Fe －2e-==Fe2+
正极反应 O2 + 4e- + 2H2O == 4OH- 2H+ + 2e-==H2↑
总反应 2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2 Fe+2H+ ==Fe2++H2↑
联系
腐蚀作用 主要腐蚀类型，有广泛性 在某些局部区域
2.金属的防护
（1）本质
阻止金属发生化学反应，基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属做原电池的负极。
（2）金属防护的几种重要方法
①改变金属的内部组织结构合金钢中含有合金元素，使组织结构发生变化，耐腐蚀。如:不锈钢。在钢铁中加入一定比例的铬和镍（14%~8%Cr，7%～9%Ni），改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”(合金)。
②在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;用化学方法使金属表面钝化，形成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。
③电化学保护法:
a．外加电流的阴极保护法（阴极电保护法）:接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极，利用电解池的原理，如钢闸门接低压直流电源负极，石墨接电源正极做阳极，浸入水中。
b．牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作正极，利用原电池原理，如船壳上镶嵌锌块。
1．【2022年广东卷】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．加入溶液产生沉淀 B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入溶液无红色出现 D．加入溶液无蓝色沉淀生成
2．（2021·全国乙卷真题）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。
下列叙述错误的是
A．阳极发生将海水中的氧化生成的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的
C．阴极生成的应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的等积垢需要定期清理
3．（2020·江苏高考真题）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
4．（2019·江苏高考真题）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
1．（2023秋·河北邢台·高三邢台市第二中学校考期末）间接电氧化苯甲醇(C6H5CH2OH)合成苯甲醛(C6H5CHO)是一种绿色生产工艺。我国学者利用Ce4+/Ce3+为媒介在酸性水溶液中合成苯甲醛，工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电极b与电源正极相连
B．一段时间后，体系中Ce4+浓度逐渐减小
C．阳极的电极反应式为C6H5CH2OH-2e-=C6H5CHO+2H+
D．消耗0.5molC6H5CH2OH时，电极b上生成H211.2L(标准状况)
2．（2023秋·吉林长春·高三长春市第二中学校考期末）气体大量存在于石油、天然气田、石化冶炼副产品中，为实现其有效的吸收、回收利用，实现变废为宝，南京大学张会刚教授课题组研发出了一种能够在常温常压下工作且能同时电解析氢和回收硫资源的电化学装置，该装置如图所示，下列说法正确的是
A．石墨电极上发生反应，其电势低于氮掺杂磷化钻电极的电势
B．为保证装置工作的持续性，隔膜适宜选用阴离子交换膜
C．装置工作时，当生成22.4L时，理论上得到S的质量为32g
D．若适当增大外接电源的电压，则单位时间内的H2S处理效率提高
3．（2022秋·广东东莞·高三统考期末）将两根铁钉分别缠绕铜丝和锌皮，放入装有琼脂的培养皿中(见图)，琼脂中含有食盐水和酚酞溶液，下列说法正确的是
A．甲中铁钉未被保护 B．②处发生氧化反应
C．①③处现象相同 D．④处主要发生反应：
4．（2022·上海闵行·统考一模）食品包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同，对其脱氧过程的分析中，正确的是
A．炭粉做原电池负极
B．铁粉发生还原反应
C．负极的电极反应为：
D．铁元素的变化为：
5．（2022秋·黑龙江哈尔滨·高三哈师大附中校考期中）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
A．在酸性环境下，钢铁只能发生析氢腐蚀
B．金属腐蚀的实质是金属失去电子被还原
C．轮船的船壳吃水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极法
D．铜铁交接处，在潮湿的空气中直接发生反应：，继而形成铁锈
6．（2022秋·广东深圳·高三统考期中）某航天发生器的点火接头金属由合金钢加工成型。该金属接头端面发生锈蚀的原理如图所示。下列说法错误的是
A．合金钢中Fe作负极，长条状硫化物作正极
B．合金钢腐蚀速度与空气相对湿度无关
C．正极的电极反应有
D．可使用酒精棉球擦拭清洗并均匀涂抹润滑脂防锈
7．（2022秋·江苏·高三校联考期中）“山东舰”是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。下列说法正确的是
A．航母使用的燃料重油属于纯净物
B．制造舰体所用的耐腐蚀低磁钢，其熔点高于纯铁
C．航母下水前要进行刷漆工作，目的为防止金属腐蚀
D．相控阵雷达使用的碳化硅属于新型的有机材料专题八 原电池
核心考点1、原电池的基本原理
1．构建原电池模型，掌握原电池工作原理
2．原电池正、负极判断的“五个角度”
3. 两种原电池装置的比较
名称 单液原电池 双液原电池
装 置 图
两类 装置 的不 同点 还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，避免了能量损耗，故电流稳定，持续时间长
备注 盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻，有导电和平衡电荷作用。
4. 原电池的设计和制作方法
(1)定：确定一个能够自发进行的氧化还原反应。
(2)拆：将氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，分别作为负极和正极的电极反应。
还原剂－ne－===氧化产物(负极电极反应)；
氧化剂＋ne－===还原产物(正极电极反应)。
(3)找：根据氧化还原反应中的还原剂和氧化剂确定原电池的负极和电解质溶液，正极一般选择比负极稳定的金属或能导电的非金属。
(4)画：连接电路形成闭合回路，画出原电池示意图。
如：根据反应2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
设计的原电池为：
1．【2022年1月浙江卷】pH计是一种采用原电池原理测量溶液pH的仪器。如图所示，以玻璃电极(在特制玻璃薄膜球内放置已知浓度的HCl溶液，并插入Ag—AgCl电极)和另一Ag—AgCl电极插入待测溶液中组成电池，pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059。下列说法正确的是
A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极反应式为：AgCl(s)+e-=Ag(s)+Cl(0.1mol·L-1)
B．玻璃膜内外氢离子浓度的差异不会引起电动势的变化
C．分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH
D．pH计工作时，电能转化为化学能
【答案】C
【解析】A．如果玻璃薄膜球内电极的电势低，则该电极为负极、负极发生氧化反应而不是还原反应，A错误；B．已知：pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则玻璃膜内外氢离子浓度的差异会引起电动势的变化，B错误；C．pH与电池的电动势E存在关系：pH=(E-常数)/0.059，则分别测定含已知pH的标准溶液和未知溶液的电池的电动势，可得出未知溶液的pH，C正确；D． pH计工作时，利用原电池原理，则化学能转化为电能，D错误；答案选C。
2．（2021·广东真题）火星大气中含有大量，一种有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．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．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．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C．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．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错误；综上所述，符合题意的为B项，故答案为B。
3．(2019·全国卷Ⅰ，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案　B
解析　由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
1．（2022秋·广东广州·高三统考阶段练习）电池比能量高，可用于汽车、航天等领域。电池反应式为：，放电时，下列说法不正确的是
A．Li在负极失去电子 B．在正极发生还原反应
C．阳离子由正极移向负极 D．化学能转化成电能
【答案】C
【详解】A．放电时，锂失去电子发生氧化反应，为负极，A正确；
B．得到电子，在正极发生还原反应，B正确；
C．原电池中阳离子向正极移动，C错误；
D．原电池是将化学能转化为电能的装置，D正确；
2．（2022秋·辽宁盘锦·高三辽河油田第二高级中学校考期末）习近平总书记提出我国要在2030年实现“碳达峰”，2060年前实现“碳中和"。某科研小组用电化学方法将CO2转化为CO实现再利用，转化的基本原理如图所示。下列说法不正确的是
A．该装置能将化学能转化为电能
B．M上的电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑+4H+
C．工作一段时间后，N电极室中的溶液pH减小
D．当转化2molCO2时，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室
【答案】C
【分析】由图可知，该装置为原电池，右侧二氧化碳中的+4价碳得到电子变为+2价碳，为正极，则左侧为负极，以此解题。
【详解】A．由图可知，该装置为原电池，能将化学能转化为电能，A正确；
B．M为电池的负极，在紫外光的作用下，水失去电子发生氧化反应生成O2，电极反应方程式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，B正确；
C．N为电池正极，电极反应式为CO2+2H++2e-═CO+H2O，当外电路转移4mol电子时，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室，然后被CO2消耗，但溶液中水的量增加，因此N电极室的溶液pH增大，C错误；
D．电极反应式为CO2+2H++2e-═CO+H2O，当转化2molCO2时，外电路转移4mol电子，有4molH+从左室穿过交换膜到达右室，D正确；
3．（2021秋·福建厦门·高三校考期中）控制适当的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断正确的是
A．反应开始时，乙中电极反应式为2I－＋2e－=I2
B．反应开始时，甲中石墨电极上发生氧化反应
C．电流表指针为零时，两池溶液颜色相同
D．平衡时甲中溶入FeCl2固体后，乙中的石墨电极为负极
【答案】C
【分析】根据电池总反应可知，甲中为三价铁离子在石墨电极得电子，发生还原反应，作正极，乙中碘离子在石墨电极失去电子，发生氧化反应作负极，据此分析。
【详解】A．由电池总反应式可知，反应开始时，乙中I发生氧化反应生成I2 ，则电极反应式为：2I－-2e－=I2，A错误；
B．反应开始时，甲中Fe3＋在石墨电极上发生还原反应生成Fe2＋，B错误；
C．电流表指针为零时，反应达到平衡，此时乙中生成I2，溶液呈黄色，甲中含有Fe3＋ ，溶液呈黄色，故两池溶液颜色相同，C正确；
D．甲中溶入FeCl2固体后，电池总反应平衡逆向移动，则Fe2＋失电子生成Fe3＋，此时甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D错误；
4．（2022秋·河南驻马店·高三统考期中）锂—海水电池在海洋能源领域备受关注。下列说法错误的是
A．海水起电解质溶液的作用
B．锂为负极，发生的电极反应：
C．锂电极应与海水直接接触
D．正极反应式：
【答案】C
【详解】A．海水中含有多种盐，起电解质溶液的作用，故A正确；
B．Li是活泼金属易失电子发生氧化反应，锂为负极，发生的电极反应：，故B正确；
C．锂活泼金属能与水反应，锂电极不应与海水直接接触，故C错误；
D．正极得电子发生还原反应，正极反应式：，故D正确；
5．（2021·全国·高三专题练习）锂/氟化碳电池稳定性很高。电解质溶液为的乙二醇二甲醚()溶液，总反应为，放电产物沉积在正极，工作原理如图所示：
下列说法正确的是
A．外电路电子由b流向a
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解质溶液可用的乙醇溶液代替
D．正极的电极反应式为
【答案】D
【分析】电解质为LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，总反应为xLi+CFx═xLiF+C，负极为Li，负极上Li失电子生成Li+，正极为CFx，正极反应为CFx+xe-+xLi+═xLiF+C，据此分析解答。
【详解】A．由上述分析可知，负极为Li，电子由负极流向正极，即a流向b，故A错误；
B．Li+通过离子交换膜在正极上形成LiF，所以交换膜为阳离子交换膜，故B错误；
C．Li是活泼金属能与乙醇反应，所以不能乙醇溶液代替，故C错误；
D．由分析可知，正极的电极反应为：，故D正确。
核心考点2、化学电源
1．锌锰干电池
（1）酸性锌锰干电池[4]
负极材料：Zn 正极材料：碳棒
电解质溶液：ZnCl2、NH4Cl和淀粉糊作电解质
电极反应为：负极 Zn－2 e－＝Zn2＋
正极 2NH4＋＋2e－ ＝2NH3＋H2
正极产生的NH3又和ZnCl2作用：Zn2+＋4NH3＝[Zn(NH3)4]2+
（2）碱性锌锰干电池
碱性锌锰干电池是电解液由原来的中性变为离子导电性能更好的碱性，负极也由锌片改为锌粉，反应面积成倍增加，使放电电流大加幅度提高。碱性干电池的容量和放电时间比普通干电池增加几倍。
负极材料：Zn 正极材料：碳棒
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===ZnO+H2O
电极反应：MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－
总反应：Zn＋MnO2＋2H2O===ZnO+Mn(OH)2
2.铅蓄电池
铅蓄电池可放电亦可充电，具有双重功能。它是用硬橡胶或透明塑料制成长方形外壳，用含锑5%～8%的铅锑合金铸成格板，在正极格板上附着一层PbO2，负极格板上附着海绵状金属铅，两极均浸在一定浓度的硫酸溶液中，且两极间用微孔橡胶或微孔塑料隔开。
放电时电极反应为：
负极：Pb＋－2e ＝PbSO4↓
正极：PbO2＋4H+＋＋2e ＝PbSO4↓＋2H2O
充电时电极反应为：
阳极：PbSO4＋2H2O－2e ＝PbO2＋4H+＋
阴极：PbSO4＋2e ＝Pb＋
蓄电池放电和充电的总反应式：
Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
目前汽车上使用的电池，有很多是铅蓄电池。由于它的电压稳定，使用方便、安全、可靠，性能良好，价格低廉，又可以循环使用，因此广泛应用于国防、科研、交通、生产和生活中，缺点是比较笨重。
3．氢氧燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种：
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式 O2＋4H＋＋4e－===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池反应式 2H2＋O2===2H2O
【拓展1】化学电源中电极反应式书写的思维模板
1．书写电极反应式的原则
电极反应式遵循质量守恒、得失电子守恒及电荷守恒，遵循离子方程式的书写规则，两电极反应式相加得电池总化学(或离子)方程式。
2．书写电极反应式的基本类型
(1)类型一　题目给定原电池的装置图，未给总反应式
①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。
②结合电解质判断出还原产物和氧化产物。
③遵循氧化还原反应离子方程式配平原则，写出电极反应式。(注意：电极产物能否与电解质溶液共存，如铅蓄电池的负极铅失电子变为Pb2＋，但Pb2＋与硫酸溶液中的SO不共存，因而负极电极反应式为Pb－2e－＋SO===PbSO4)
④将两电极反应式相加(注意两极得失电子数相等)可得电池总反应式。
(2)类型二　题目中给出原电池的总反应式
①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂发生的反应即为负极反应。
②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应考虑电解质是否参与了反应。
③若有一个电极反应式较难写出，可先写出较易写出的电极反应式，然后再用总反应式减去该电极反应式即得到另一电极反应式。
注意　①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境中结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得较难写出的另一极的电极反应式。
【拓展2】燃料电池中氧气得电子的思维模型
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，O2得到电子后化合价降低，首先变成O2－，O2－能否稳定存在要看电解质环境。由于电解质溶液(酸、碱、盐)的不同，其电极反应也有所不同，下表为四种不同电解质环境中，氧气得电子后O2－的存在形式：
电解质环境 从电极反应式判断氧元素的存在形式
酸性电解质溶液 O2＋4H＋＋4e－===2H2O
碱性电解质溶液 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
固体电解质(高温下能传导O2－) O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3) O2＋2CO2＋4e－===2CO
【练习】按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式
(1)酸性介质，如H2SO4溶液：
负极：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋。
正极：O2＋6e－＋6H＋===3H2O。
(2)碱性介质，如KOH溶液：
负极：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。
正极：O2＋6e－＋3H2O===6OH－。
(3)熔融盐介质，如K2CO3：
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O2－：
负极：CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O。
正极：O2＋6e－===3O2－。
【归纳提升】
1．镍镉(Ni—Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。
负极：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2。
阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O。
2．如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如下图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
负极：2H2O－4e－===O2＋4H＋。
正极：2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH。
3．液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。
负极：N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O。
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
4．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x＜1)。则：
负极：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
正极：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
1．【2022年全国乙卷】电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来科学家研究了一种光照充电电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应(Li2O2+2h+=2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是
A．充电时，电池的总反应
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应
【答案】C
【解析】充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应（Li++e-=Li+）和阳极反应（Li2O2+2h+=2Li++O2），则充电时总反应为Li2O2=2Li+O2，结合图示，充电时金属Li电极为阴极，光催化电极为阳极；则放电时金属Li电极为负极，光催化电极为正极；据此作答。A．光照时，光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应和阳极反应对电池进行充电，结合阴极反应和阳极反应，充电时电池的总反应为Li2O2=2Li+O2，A正确；B．充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；C．放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；D．放电时总反应为2Li+O2=Li2O2，正极反应为O2+2Li++2e-=Li2O2，D正确；答案选C。
2．【2022年山东卷】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，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，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
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
D．若甲室减少，乙室增加，则此时已进行过溶液转移
【答案】BD
【解析】由于乙室中两个电极的电势差比甲室大，所以乙室是原电池，甲室是电解池，然后根据原电池、电解池反应原理分析解答。A．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，同时生成H+，电极反应式为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，H+通过阳膜进入阴极室，甲室的电极反应式为Co2++2e-=Co，因此，甲室溶液pH逐渐减小，A错误；B．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O2-与溶液中的H+结合H2O，电极反应式为2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，负极发生的反应为CH3COO--8 e-+2 H2O =2CO2↑+7 H+，负极产生的H+通过阳膜进入正极室，但是乙室的H+浓度仍然是减小的，因此电池工作一段时间后应该补充盐酸，B正确；C．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+4H+=Li++Co2++2H2O，C错误；D．若甲室Co2+减少200 mg，则电子转移物质的量为n(e-)=；若乙室Co2+增加300 mg，则转移电子的物质的量为n(e-)=，由于电子转移的物质的量不等，说明此时已进行过溶液转移，即将乙室部分溶液转移至甲室，D正确；故合理选项是BD。
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：
VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O
该电池工作时，下列说法错误的是(　　)
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
答案　B
解析　根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04 mol电子时，有0.01 mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224 L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。
4.[2020·全国卷Ⅰ，12]科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是（　　）
A.放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn
B.放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C.充电时，电池总反应为2Zn===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D.充电时，正极溶液中OH－浓度升高
【答案】D
【解析】A项，放电时Zn极为负极，负极反应式为Zn－2e－＋4OH－===Zn，正确；B项，放电时，正极反应为CO2＋2e－＋2H＋===HCOOH，每转化1 mol CO2，转移2 mol电子，正确；C项，充电时，阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为2Zn＋4e－===2Zn＋8OH－，将两极电极反应式相加得总反应，正确；D项，充电时，正极溶液中OH－浓度降低，错误。
5．【2022年湖南卷】海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是
A．海水起电解质溶液作用
B．N极仅发生的电极反应：
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
【答案】B
【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。A．海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；C．Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；答案选B。
1．（2022·河北邯郸·邯郸一中校考模拟预测）熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为(，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是
A．的电子式为
B．放电时正极反应为
C．和分别为电池的负极和正极
D．该电池是以为隔膜的二次电池
【答案】C
【分析】由总反应可知，钠较活泼，放电时钠失去电子发生氧化反应，故放电时钠为负极、熔融硫为正极；
【详解】A．中硫原子间以共价键相结合且均达到8电子稳定结构，电子式为，故A正确；
B．放电时钠为负极、熔融硫为正极，正极得到电子发生还原反应，，故B正确；
C．由分析可知，和熔融硫分别为电池的负极和正极，故C错误；
D．由图可知，该电池是以为隔膜的二次电池，故D正确；
2．（2023秋·山东潍坊·高三统考期末）我国科研人员设计将脱除SO2的反应与制备H2O2相结合的协同转化装置如图。在电场作用下，双极膜中间层的H2O解离为OH-和H+，并向两极迁移。已知：
①单独制备H2O2：，不能自发进行；
②单独脱除SO2：，能自发进行。
下列说法正确的是
A．正极的电极反应式：
B．单独脱除SO2的反应为吸热反应
C．反应过程中需补加稀H2SO4
D．协同转化总反应：
【答案】A
【分析】二氧化硫端：二氧化硫与氢氧化钠反应生成，再失去电子生成，为负极，其电极反应为：；氧气端：氧气得电子，与氢离子结合生成过氧化氢，为正极，其电极反应为。
【详解】A．根据分析可知氧气端为正极，正极反应为，A正确；
B．单独脱除SO2是一个熵减的过程，因为此反应可自发进行，因此该反应为放热反应，B错误；
C．反应过程中不需要补加稀硫酸，因为右侧消耗的氢离子数目等于从双极膜中迁移过来的氢离子数目，C错误；
D．根据正负极反应可知协同转化总反应：，D错误；
3．（2023秋·山东德州·高三统考期末）我国科学家最近发明了一种电池，电解质为、和，由a和b两种离子交换膜隔开，形成A、B、C三种电解质溶液区域，结构示意图如下，下列说法正确的是
A．负极的电极反应式为：
B．b膜是阳离子交换膜
C．放电结束后B区的电解质溶液浓度减小
D．每转移电子C区溶液质量减少80克
【答案】D
【详解】A．原电池负极发生氧化反应，根据图示，Zn是负极，负极的电极反应式为，故A错误；
B．Zn是负极、PbO2是正极，放电过程中，C中向左移动，通过b膜进入B，A中K+向右移动，K+通电a膜进入B，B中生成K2SO4，所以b是阴离子交换膜、a是阳离子交换膜，故B错误；
C．放电过程中，C中向左移动通过b膜进入B，A中K+向右移动，通电a膜进入B，B中生成K2SO4，放电结束后B区的电解质溶液浓度增大，故C错误；
D．C区电极反应为，每转移电子，正极质量增大32g，根据电荷守恒，同时有0.5mol硫酸根离子通过b膜进入B，溶液质量减少(32g+96g/mol×0.5mol)=80克，故D正确；
4．（2022秋·广东汕尾·高三统考期末）中国新能源汽车处于世界领先地位，某品牌电动汽车使用三元锂电池，总反应式为： 。下图是工作原理，隔膜只允许 X 离子通过，汽车加速时，电动机提供推动力，减速时，发电机将多余能量转化为电能储存。下列说法错误的是
A．减速时，电池充电；加速时，电池放电
B．加速时，电子的方向为：甲电极→电动机→乙电极
C．减速时，乙电极的反应为：
D．加速时，X 离子由甲经过隔膜向乙移动
【答案】C
【分析】放电过程中得电子结合a个Li+生成，电极反应式为+aLi++ae-=，LiaC6失电子生成6C和aLi+，电极反应式为LiaC6-ae-=aLi++6C。充电时失去a个Li生成，电极反应式为-ae-=+aLi+，6C得到ae-生成LiaC6，电极反应式为6C+ae-+aLi+= LiaC6。
【详解】A．减速时发电机将多余的能量转化为电能储存，减速时电池充电，加速时电动机提供推动力，电池放电，A正确；
B．加速时LiaC6放电，电子从甲电极经过电动机到乙电极，B正确；
C．减速时，乙电极的反应为-ae-=+aLi+，C错误；
D．加速时，乙电极为正极，X离子为Li+，Li+由甲经过隔膜向乙移动，D正确；
5．（2022秋·江西赣州·高三统考期末）2020年9月中国明确提出2030年“碳达峰”与2060年“碳中和”目标，如图是某科研团队设计的光电催化反应器，可由制得异丙醇。其中A、B均是惰性电极，下列说法正确的是
A．A为负极
B．若A极产生4g，则B极产生16g
C．电子从B极通过合成蛋白质纤维膜到A极
D．A极上参与的反应为：
【答案】D
【详解】A．B极氧元素价态升高失电子，发生氧化反应，故B极为负极，A错误；
B．A极为正极，二氧化碳和氢离子都在正极放电，根据得失电子数守恒可知，A极反应式：2H++ 2e-=H2↑，若A极产生4g(2mol)，B极反应式：2H2O-4e-=O2↑+4H+则B极产生氧气的质量大于 ， B错误；
C．原电池工作时，电子从负极(B)经外电路流向正极(A)，不经过合成蛋白质纤维膜，C错误；
D．A极为正极，二氧化碳和氢离子都在正极放电，电极反应式为，D正确；
6．（2023·湖南岳阳·统考一模）科学家最近发明了一种电池，通过x和y两种离子交换膜隔成M、R、N三个区域，三个区域的电解质分别为、、中的一种，结构如图所示。下列说法错误的是
A．放电时，R区域的电解质浓度逐渐增大
B．放电时，电极反应为：
C．M区电解质为，且放电时通过x膜移向R区
D．消耗时，N区域电解质溶液减少
【答案】BD
【分析】该电池为Al-PbO2电池, 电解质为、、KOH，通过x和y两种离子交换膜将电解质溶液隔开，形成M、R、N三个电解质溶液区域(a>b)，从图中可知原电池工作时负极发生反应为：，消耗OH-，K+向正极移动；正极反应为：，正极消耗和，阴离子向负极移动；则x是阳离子交换膜，y是阴离子交换膜，则M区为KOH，R区为，N区为。
【详解】A．由上述分析可知，放电时R区域K+与不断进入，所以电解质浓度逐渐增大，A正确；
B．放电时，电极反应为，B错误；
C．根据分析M区电解质为，且放电时通过x膜移向R区，C正确；
D．消耗1.8gAl，电子转移0.2mol，N区消耗0.4mol H+，0.1mol，同时有0.1mol移向R区，则相当于减少0.2molH2SO4，同时生成0.2molH2O，则R区实际减少质量为，D错误；
核心考点3、金属的腐蚀与防护
1.金属电化学的腐蚀原理
（1）金属腐蚀：是金属与周围接触到的气体或液体物质发生氧化还原反应而引起损耗的现象。
（2）化学腐蚀的类型
（3）电化学腐蚀的比较[7]
腐蚀类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀
条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性强
负极反应 Fe －2e-==Fe2+
正极反应 O2 + 4e- + 2H2O == 4OH- 2H+ + 2e-==H2↑
总反应 2Fe＋2H2O＋O2=2Fe(OH)2 Fe+2H+ ==Fe2++H2↑
联系
腐蚀作用 主要腐蚀类型，有广泛性 在某些局部区域
2.金属的防护
（1）本质
阻止金属发生化学反应，基本思路是防止金属与化学物质直接接触，防止金属做原电池的负极。
（2）金属防护的几种重要方法
①改变金属的内部组织结构合金钢中含有合金元素，使组织结构发生变化，耐腐蚀。如:不锈钢。在钢铁中加入一定比例的铬和镍（14%~8%Cr，7%～9%Ni），改变钢铁内部的组成和结构，可极大程度地提高钢铁抗腐蚀性能，这就是常见的“不锈钢”(合金)。
②在金属表面覆盖保护层。常见方式有:涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等;用化学方法使金属表面钝化，形成致密氧化膜;在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。
③电化学保护法:
a．外加电流的阴极保护法（阴极电保护法）:接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极，利用电解池的原理，如钢闸门接低压直流电源负极，石墨接电源正极做阳极，浸入水中。
b．牺牲阳极的阴极保护法:外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作正极，利用原电池原理，如船壳上镶嵌锌块。
1．【2022年广东卷】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．加入溶液产生沉淀 B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C．加入溶液无红色出现 D．加入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，据此分析解答。A．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．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．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。综上所述，答案为D。
2．（2021·全国乙卷真题）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。
下列叙述错误的是
A．阳极发生将海水中的氧化生成的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的
C．阴极生成的应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的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解答。A．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．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．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．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。
3．（2020·江苏高考真题）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
【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备作正极，据此分析解答。A．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，错误；B．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，错误；C．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，正确；D．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，错误；故选：C。
4．（2019·江苏高考真题）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】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e-=4OH-；据此解题；A．在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，错误；B．铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，错误；C．活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，正确；D．以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，错误；综上所述，本题应选C．
1．（2023秋·河北邢台·高三邢台市第二中学校考期末）间接电氧化苯甲醇(C6H5CH2OH)合成苯甲醛(C6H5CHO)是一种绿色生产工艺。我国学者利用Ce4+/Ce3+为媒介在酸性水溶液中合成苯甲醛，工作原理如图所示。下列说法正确的是
A．电极b与电源正极相连
B．一段时间后，体系中Ce4+浓度逐渐减小
C．阳极的电极反应式为C6H5CH2OH-2e-=C6H5CHO+2H+
D．消耗0.5molC6H5CH2OH时，电极b上生成H211.2L(标准状况)
【答案】D
【分析】电极a上Ce元素化合价升高，发生氧化反应，则a为阳极，电极反应式为Ce3+-e- =Ce4+，电极b为阴极，在酸性水溶液中氢离子得到电子生成氢气，电极反应式为2H++2e-=H2↑；据此分析解题。
【详解】A．由电极a上Ce元素化合价升高，则a为阳极，与电源正极相连，b为阴极，阴极与电源负极相连，A错误；
B．由于Ce3+和Ce4+之间是循环反应，则体系中Ce3+浓度保持不变，B错误；
C．分析可知，电极a上Ce元素化合价升高，阳极的电极反应式为Ce3+-e- =Ce4+，C错误；
D．C6H5CH2OH→ C6H5CHO过程中失去2个电子，消耗0.5mol C6H5CH2OH时，转移1mol电子，电极b上电极反应式为2H++2e-=H2，则生成0.5mol氢气，标准状况下生成H2体积为V=nVm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L，D正确；
故选：D。
2．（2023秋·吉林长春·高三长春市第二中学校考期末）气体大量存在于石油、天然气田、石化冶炼副产品中，为实现其有效的吸收、回收利用，实现变废为宝，南京大学张会刚教授课题组研发出了一种能够在常温常压下工作且能同时电解析氢和回收硫资源的电化学装置，该装置如图所示，下列说法正确的是
A．石墨电极上发生反应，其电势低于氮掺杂磷化钻电极的电势
B．为保证装置工作的持续性，隔膜适宜选用阴离子交换膜
C．装置工作时，当生成22.4L时，理论上得到S的质量为32g
D．若适当增大外接电源的电压，则单位时间内的H2S处理效率提高
【答案】D
【详解】A．该装置为电解池，由氮掺杂磷化钴电极的电极反应知其为阴极，则石墨电极为阳极，电极反应式为，阳极电势高于阴极电势，A项正确；
B．由电解池装置可知，为保证装置工作的持续性，隔膜适宜选用质子交换膜，B项正确；
C．常温常压下，22.4L H2的物质的量不是1mol，故理论上得到S的质量不是32 g，C项错误；
D．若适当增大外接电源的电压，则电流强度增大单位时间内的H2S处理效率提高，D项正确；
故选D。
3．（2022秋·广东东莞·高三统考期末）将两根铁钉分别缠绕铜丝和锌皮，放入装有琼脂的培养皿中(见图)，琼脂中含有食盐水和酚酞溶液，下列说法正确的是
A．甲中铁钉未被保护 B．②处发生氧化反应
C．①③处现象相同 D．④处主要发生反应：
【答案】A
【分析】甲中铁钉和铜丝构成原电池，铁定作负极，被腐蚀；乙中铁钉和锌皮构成原电池，铁钉作正极，被保护。
【详解】A．根据分析可知，铁钉被腐蚀，未被保护，A正确；
B．根据分析可知，②是铜丝，作正极，发生还原反应，B错误；
C．①处发生的电极反应式是Fe-2e-=Fe2+，③处c处电极反应式为，所以①处看不到酚酞变色，③处会看到酚酞变红色，C错误；
D．④处发生的电极反应式是Zn-2e-=Zn2+，D错误；
故选A。
4．（2022·上海闵行·统考一模）食品包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同，对其脱氧过程的分析中，正确的是
A．炭粉做原电池负极
B．铁粉发生还原反应
C．负极的电极反应为：
D．铁元素的变化为：
【答案】D
【分析】铁粉、炭粉在氯化钠溶液中构成原电池，铁粉作原电池的负极，碳粉作正极，负极上铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，水分子作用下氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子。
【详解】A．由分析可知，炭粉做原电池正极，故A错误；
B．由分析可知，铁粉作原电池的负极，负极上铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，故B错误；
C．由分析可知，铁粉作原电池的负极，负极上铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe—2e—=Fe2+，故C错误；
D．脱氧过程中铁元素的变化为铁发生吸氧腐蚀生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁迅速被氧化为氢氧化铁，氢氧化铁分解生成含水的氧化铁，故D正确；
故选D。
5．（2022秋·黑龙江哈尔滨·高三哈师大附中校考期中）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
A．在酸性环境下，钢铁只能发生析氢腐蚀
B．金属腐蚀的实质是金属失去电子被还原
C．轮船的船壳吃水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极法
D．铜铁交接处，在潮湿的空气中直接发生反应：，继而形成铁锈
【答案】C
【详解】A．在酸性环境下，钢铁也可能直接发生化学腐蚀，故A错误；
B．金属腐蚀的实质是金属失去电子被氧化的过程，故B错误；
C．锌的金属性强于铁，与铁构成原电池时，锌是负极，铁是正极被保护，因此轮船的船壳水线以下常装有一些锌块，这是利用了牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；
D．在原电池中铁只能失去2个电子，转化为亚铁离子，故D错误；
故答案选C。
6．（2022秋·广东深圳·高三统考期中）某航天发生器的点火接头金属由合金钢加工成型。该金属接头端面发生锈蚀的原理如图所示。下列说法错误的是
A．合金钢中Fe作负极，长条状硫化物作正极
B．合金钢腐蚀速度与空气相对湿度无关
C．正极的电极反应有
D．可使用酒精棉球擦拭清洗并均匀涂抹润滑脂防锈
【答案】B
【详解】A．Fe失电子，被氧化，为负极，所以长条状硫化物作正极，A正确；
B．正极为氧气和水得电子的反应，说明湿度越大，参加反应的物质的量越大，得电子越多，腐蚀速度越快，B错误；
C．通入空气的一端为正极，氧气得电子，与水反应生成氢氧根离子，故C正确；
D．使用酒精棉球擦拭清洗并均匀涂抹润滑脂，通过防止金属与氧气和水接触，从而防锈，D正确；
故答案为：B。
7．（2022秋·江苏·高三校联考期中）“山东舰”是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。下列说法正确的是
A．航母使用的燃料重油属于纯净物
B．制造舰体所用的耐腐蚀低磁钢，其熔点高于纯铁
C．航母下水前要进行刷漆工作，目的为防止金属腐蚀
D．相控阵雷达使用的碳化硅属于新型的有机材料
【答案】C
【详解】A．重油含有多种物质，属于混合物，A错误；
B．耐腐蚀低磁钢属于铁合金，合金熔点低于成分金属熔点，B错误；
C．刷漆工作，目的是形成一层保护层，防止金属腐蚀，C正确；
D．碳化硅属于新型的无机非金属材料，D错误；

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