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2024年化学高考二轮复习
专题十 化学反应与电能
一、考纲解读
考纲导向
1．原电池原理及其应用
2．电解池原理及其应用
3．金属腐蚀与防护
4．离子交换膜的应用
命题分析
电化学内容是高考试卷中的常客，是氧化还原反应知识的应用和延伸，命题在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情境化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，试题的背景较为新颖，侧重考查分析判断、获取信息解答问题及计算能力。题型有以新型电池为背景的选择题和以电极反应式书写为主的填空题，通常考查的知识点是从闭合回路的形成角度分析原电池、电解池的工作原理，电极的判断，电极反应式的书写，电子的转移或电流的方向和溶液中离子的移动方向的判断，溶液pH的变化，离子交换膜作用，有关计算，理解原电池和电解池原理的实际应用等，难度一般偏大。解题时要求掌握“结合反应原理，根据元素化合价变化，正确判断电极发生的反应和书写电极反应方程式”的方法。
预计2024年高考选择题中，仍然以某一个新型电池为背景考查电化学知识，结合物质的制备、废弃物的处理等内容进行考查，电极反应方程式的书写或正误判断、离子移动的方向、电极产物种类的判断及相关计算等仍是考查的重点。
二、知识点梳理
网络图
重点拓展
高频考点一 原电池原理及其应用
1．“五类”依据判断原电池电极：
(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。
(3)依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。
(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
2．“三步”突破原电池电极反应式的书写：
第一步：分析氧化还原反应
根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目
第二步：注意电解质溶液环境
分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式
第三步：合并正、负电极反应
调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式
3．解答新型化学电源的步骤
(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。
(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。
(3)充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。
(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。
4．化学电源
(1)一次电池
碱性锌锰干电池 负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
锌银电池 负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极材料：Ag2O电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(2)二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
注意：分析可充电电池问题“五注意”
①放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
②充电电池需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。
③充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。故二次电池充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。简单记为“正接正、负接负”。
④充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
a．首先应分清电池是放电还是充电。
b．再判断出正、负极或阴、阳极。
放电：阳离子→正极，阴离子→负极；
充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；
总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。
⑤书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。
(3)燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池：总反应式：2H2＋O2===2H2O
①酸性介质
负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②碱性介质
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③熔融的金属氧化物作介质
负极：2H2－4e－＋2O2－===2H2O 正极：O2＋4e－===2O2－
④碳酸盐作介质
负极：2H2－4e－＋2CO===2H2O＋2CO2 正极：O2＋4e－＋2CO2===2CO
(4)浓差电池
1）在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
①常见的离子交换膜
阳离子交换膜 只允许阳离子(包括H＋)通过
阴离子交换膜 只允许阴离子通过
质子交换膜 只允许H＋通过
②离子交换膜的作用
a. 能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
b. 能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
③离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。
2）“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
5.电解池中电极反应式的书写方法
(1)书写步骤
①首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。
②分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。
③根据放电顺序分析放电产物。
④根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H＋、OH－或H2O参与；最后配平电极反应式。
(2)介质对电极反应式的影响
①在电解池电极方程式中，如果是H＋或OH－放电，则电解质溶液的酸碱性对电极反应式没有影响。
②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH－。
③碱性溶液反应物或生成物中均没有H＋。
(3)电极产物的溶解性对电极反应式的影响。
电解MgCl2溶液时的阴极反应式应为：Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－===H2↑。
总反应离子方程式为：Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。
不能把电解MgCl2溶液的离子方程式写成：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽视了生成难溶的Mg(OH)2。
6.原电池电极上区pH变化规律
（1）若电极反应消耗OH－(H＋)，则电极周围溶液的pH减小(增大)；
（2）若电极反应生成H＋(OH－)，则电极周围溶液的pH减小(增大)。
（3）若总反应的结果是消耗OH－(H＋)，则溶液的pH减小(增大)；
（4）若总反应的结果是生成H＋(OH－)，则溶液的pH减小(增大)。
（5）若两极消耗或生成的OH－(H＋)的物质的量相等，则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体问题具体分析（如酸性燃料电池，由于生成水，pH增大）。
高频考点二 电解池原理及其应用
1．“五类”依据判断电解池电极
判断依据电极 电极材料 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象
阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小
阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大
2．电解池电极反应式的书写
（1）电极产物判断
（2）电解池电极反应式的书写模式：
注：①阳极阴离子放电次序：非惰性电极>S2->I->Br->Cl->OH->高价含氧酸根离子>F-
②阴极阳离子放电次序一般为：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
当然，微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放电次序 Zn2+>H+。
（3）电极反应方程式的书写技巧：
分：分析电极材料是惰性电极如碳棒、Pt，还是活性电极（电极参与反应）。
析：分析溶液组成即溶液中有哪些离子。
判：判断离子流向（阳离子移向阴极，阴离子移向阳极）。
断：根据离子放电顺序判断反应的离子。
书：书写电极反应方程式。
写：书写总反应方程式，放电离子来源物质=电极产物+剩余部分组合。
3．惰性电极电解电解质溶液的规律
放H2生碱型(以NaCl为例) 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解后电解质溶液的复原电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl气体(不能加盐酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固体；③CuCl2溶液：加CuCl2固体；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
电解电解质型(以HCl为例) 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
电解水型(以H2SO4为例) 阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式：4H＋＋4e－===2H2↑
放O2生酸型(以CuSO4为例) 阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总离子方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
4．电解原理的应用
(1)电解饱和食盐水。
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。
阴极：碳钢网。
阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
(2)电解精炼铜
(3)电镀铜
(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
总方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑，4Al3＋＋12e－===4Al
5．有关电化学计算的三大方法
(1)根据电子守恒计算
用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)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。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系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)
6．原电池、电解池、电镀池判定
（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池；
（3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。
高频考点三 金属腐蚀与防护
1．影响金属腐蚀的因素
(1)对于金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。
(2)电解质溶液对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。
2．金属腐蚀快慢的规律
(1)金属腐蚀类型的差异：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。
(2)电解质溶液的影响：对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液；对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快；活泼性不同的两金属与电解质溶液构成原电池时，一般活泼性差别越大，负极腐蚀越快。
3．金属电化腐蚀的类型
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性
正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极反应 Fe－2e－===Fe2＋
其他反应 吸氧腐蚀更普遍，危害更大
4.金属保护的方法
(1)加防护层，如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属。
(2)电化学防护：
1）牺牲阳极法：原电池原理，外接活泼金属作负极(阳极)使被保护金属作正极(阴极)。形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换。
2）外加电流法：电解原理，被保护金属作阴极，用惰性电极作辅助阳极。通电后强制电子流向被保护的金属设备，使金属表面腐蚀电流降至零或接近零。从而使金属受到保护。
方法 牺牲阳极法 外加电流法
依据 原电池原理 电解池原理
原理 形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极，使被保护的金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块 保护土壤、海水及水中的金属设备
实例示意图
高频考点四 离子交换膜的应用
一、电化学中的隔膜
1．离子交换膜的概念
离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止副反应的发生,避免影响所制取产品的质量;防止引发不安全因素。如在电解饱和食盐水中,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应,导致所制产品不纯;防止氯气与阴极产生的氢气混合发生爆炸。
(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。
(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。
(4)用于物质的制备、分离、提纯等。
3．离子交换膜的类型
(1)阳离子交换膜 (只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)
以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开①负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋②正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(2)阴离子交换膜 (只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)
以Pt为电极电解淀粉 KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②阳极反应式：2I－－2e－===I2③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)
(3)质子交换膜 (只允许H＋和水分子通过)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(4)双极膜
双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜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－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动，作为H＋和OH－的离子源
4.离子交换膜选择的依据：离子的定向移动。
5.离子交换膜类型的判断（根据电解质溶液呈中性的原则,判断交换膜的类型）
（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余,
（2）根据溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型。
如电解饱和食盐水时,阴极反应为2H++2e-H2↑,则阴极区域破坏水的电离平衡,OH-有剩余,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-形成NaOH溶液,故电解食盐水时的离子交换膜是阳离子交换膜。
6.“离子交换膜”电解池的解题思路
(1)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；
(2)写出电极反应式：判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，据电荷平衡判断离子迁移方向；
(3)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；
(4)利用定量关系进行计算：外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。
二、隔膜在多室电解池中的应用
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
(1)两室电解池
①制备原理：如工业上利用如图两室电解装置制备烧碱
阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。
②阳离子交换膜的作用：它只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
(2)三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
阴极的NO被还原为NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。
(3)多室电解池
利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。
电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。
(4)电渗析法
将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子
三、高频考点突破
高频考点一 原电池原理及其应用
典例精析
1．碳排放是影响气候变化的重要因素之一。最近科学家研发出一种有利于“碳中和”的新型电池系统，通过二氧化碳溶于水触发电化学反应产生电能和氢气，其工作原理如下图所示(钠超离子导体只允许Na+通过)。下列说法正确的是（ ）
A．电池系统工作时电能转变成化学能
B．用硫酸溶液替代有机电解液可增大电池工作效率
C．b极区的电极反应式为2CO2+2H2O+2e-=2+H2
D．电池工作时每消耗2.24LCO2，a电极的质量会减少2.3g
答案：C
解析：钠为活泼金属，发生氧化反应为负极，则b极为正极；
A．新型电池系统，通过二氧化碳溶于水触发电化学反应产生电能和氢气，故存在化学能转化为电能的过程，A错误；B．钠为活泼金属，会和稀硫酸反应，故不能用硫酸溶液替代有机电解液，B错误；C．b极为正极，二氧化碳、水得到电子生成氢气和碳酸氢根离子，电极反应式为2CO2+2H2O+2e-=2+H2，C正确；D．没有标况，不能计算消耗二氧化碳的物质的量，不能计算电子转移的量，D错误；故选C。
2．一种新型AC/LiMn2O4电池体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1：2反应合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极。充电、放电的过程如图所示：
下列说法正确的是（ ）
A．合成LiMn2O4的过程中可能有H2产生
B．放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4+xe-=Li(1-x)Mn2O4+xLi+
C．充电时AC极应与电源负极相连
D．可以用Li2SO4水溶液做电解液
答案：C
解析：A．和按物质的量比反应合成，Mn元素化合价降低，根据得失电子守恒，氧元素化合价升高，可能有产生，故A错误；B．放电时，锂离子向正极移动，正极的得到电子发生还原反应，电极反应式为，故B错误；C．放电时AC作负极，则充电时AC极应与电源负极相连，故C正确；D．锂会和水反应，该电池体系应该采用有机溶剂，故D错误；故选C。
变式训练
3．用零价铁去除酸性水体中的是地下水修复研究的热点之一，下列有关叙述中错误的是（ ）
铁粉还原水体中的反应原理(已知：形成了原电池)示意图 足量铁粉还原水体中后，铁表面最终形态的示意图 初始的水体中，分别加入、(足量)、(足量)和对的去除率(％)的对比图像
A．甲图中作原电池的负极
B．甲图中正极上发生的电极反应：
C．零价铁去除的反应速率会随时间推移而减慢
D．零价铁去除时加入的适量能直接还原，从而提高的去除率
答案：D
解析：A．甲图中失电子发生氧化反应，铁作原电池的负极，故A正确；B．甲图中硝酸根离子得电子发生还原反应生成铵根离子，正极上发生的电极反应：，故B正确；C．根据图乙，铁表面形成不能导电的FeO(OH)，所以零价铁去除的反应速率会随时间推移而减慢，故C正确；D．根据图丙，不能直接还原，故D错误；选D。
4．某企业研发的钠离子电池“超钠F1”于2023年3月正式上市、量产。钠离子电池因原料和性能的优势而逐渐取代锂离子电池，电池结构如图所示。该电池的负极材料为NaxCy(嵌钠硬碳)，正极材料为Na2 Mn[ Fe(CN)6] (普鲁士白)。在充、放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。
下列说法不正确的是（ ）
A．由于未使用稀缺的锂元素，量产后的钠离子电池的生产成本比锂离子电池的低
B．放电时，负极的电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+
C．放电时，Na+移向电势较高的电极后得到电子发生还原反应
D．充电时，每转移1mol电子，阳极的质量减少23g
答案：C
解析：由题意知此电池为二次电池，嵌钠硬碳在放电时做负极，充电时做阴极。
A．锂比钠稀缺，钠离电池生产成本低，A正确；B．负极材料为嵌钠硬碳，相当于Na原子嵌在碳中，则NaxCy中的Na为0价，放电时为负极，Na失去电子，电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+，B正确；C．正极电势比负极高，Na+移向正极但不是Na+得电子，C错误；D．充电时阳极失去电子释放出Na+，每转移1mol电子，释放1molNa+，Na+在阴极得电子变成NaxCy，所以阳极减少的质量就是1molNa+的质量即23g，D正确；故选C。
高频考点二 电解池原理及其应用
典例精析
1．如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图，下列说法正确的是（ ）
A．甲池将化学能转化为电能，总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
B．乙池中的Ag不断溶解
C．反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO固体
D．当甲池中有22.4LO2参与反应时，乙池中理论上可析出12.8g固体
答案：C
解析：由图可知，甲池为甲醇燃料原电池，是化学能转化为电能的装置，电解液为 KOH，甲醇发生氧化反应生成碳酸根离子，为负极；氧气发生还原反应生成氢氧根离子，为正极，总反应为；则石墨电极为阳极、银电极为阴极；
A．由分析可知，甲池将化学能转化为电能，总反应为，A错误；B．银电极为阴极，铜离子得到电子发生还原反应生成铜单质，B错误；C．乙池阳极水放电发生氧化反应生成氧气，则乙池减少的为铜和氧元素，故反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO固体，C正确；D．没有标况，不能计算反应的氧气的物质的量，不能计算乙池析出物质质量，D错误；故选C。
2．电解HF和熔融KHF2的混合物(熔融混合物中常加入少量LiF或AlF3)制备单质氟，以电解槽内壁(镍铜合金)和石墨为电极，总反应为2KHF2＝2KF+F2↑+H2↑。下列有关电解制备单质氟的说法正确的是（ ）
A．电解过程中，电解槽内壁与电源的正极相连
B．石墨电极发生的电极反应为2F－ +2e－ ＝F2↑
C．电解过程中加入少量LiF或AlF3可以降低混合物的熔点，增强导电性
D．电解一段时间后，加入一定量的固体KHF2可还原混合物的组成
答案：C
解析：A．电解槽内壁由Ni、Cu合金构成，若与电源正极相连，则为阳极，Ni、Cu失去电子与总反应不符，A错误；B．石墨电极应为阳极，失去电子，B错误；C．LiF、AlF3的加入可降低混合物熔点，增强导电性，C正确；D．从固体熔融物中析出后，H2气体则需要加HF还原混合物组成，D错误；故答案为：C。
变式训练
3．科研团队开创了海水原位直接电解制氢的全新技术(如图所示)。该研究的关键点是利用海水侧和电解质侧的水蒸气压力差使海水自发蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化，即“液-气-液”水迁移机制，为电解提供淡水。下列叙述错误的是（ ）
A．直接电解海水存在阳极易腐蚀问题
B．液态水、阴离子分别不能通过膜a、膜b
C．铅酸蓄电池做电源时，电极与N电极相连
D．电解过程中，阴极区溶液可能不变
答案：B
解析：由图可知，在电解过程中M极OH-放电失去电子生成O2，N极H2O得到电子生成H2，则M为阳极，电极方程式为：4OH--4e-=O2↑+2H2O，N为阴极，电极方程式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极区OH-浓度减小，为保证KOH浓度较高形成水蒸气压力差，阴极产生的OH-需要经过离子交换膜b进入阳极，膜b为阴离子交换膜，以此解答。
A．海洋环境中的盐度、温度、溶解氧等因素会影响金属材料的化学反应，导致其受到腐蚀，直接电解海水存在阳极易腐蚀问题，故A正确；B．由题意可知，海水自发蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化，液态水不能通过膜a，膜b为阴离子交换膜，阴离子能通过膜b，故B错误；C．铅酸蓄电池做电源时，Pb为负极，应该与阴极N电极相连，故C正确；D．电解过程中，阴极区电极方程式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，生成的OH-进入阳极区，阴极区溶液可能不变，故D正确；故选B。
4．用电解法对酸性含氯氨氮废水进行无害化处理的过程如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．DSA电极与外接电源的负极连接
B．发生的电极反应为：
C．降解过程中应该控制条件避免发生反应②
D．1mol HO·和足量反应，转移的电子数为
答案：C
解析：A．NH3在DSA电极转化为N2，氮元素从-3价升高为0价，被氧化，该电极是电解池的阳极，与外接电源的正极相连，故A错误；B．由图示知，Cl-在DSA电极表面转化为Cl2电极反应式为：2 Cl--2e-=Cl2↑，故B错误；C．反应②中NH3转化为，没有达到氨氮废水无害化处理的目的，所以，降解过程中应该控制条件避免发生反应②，故C正确；D．羟基自由基中氧元素为-1价，其还原产物中氧元素为-2价，一个HO·可得到一个电子，1mol HO·完全反应时转移的电子数为6.02×1023，故D错误；故选C。
高频考点三 金属腐蚀与防护
典例精析
1．科学研究发现金属生锈时，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．钢铁的腐蚀中正极电极反应式为
B．酸雨地区的钢铁更易被腐蚀
C．生成反应的化学方程式为
D．硫酸盐加速电子传递，有一定的催化剂作用
答案：C
解析：由图可知钢铁发生吸氧腐蚀。
A．钢铁发生吸氧腐蚀时C作正极，氧气在正极得电子，电极反应式为，A正确；B．酸性溶液可以加速铁的锈蚀，B正确；C．不稳定，易被氧气氧化生成，反应为，C错误；D．已知，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，硫酸盐能增加导电性，加速电子传递，有一定的催化剂作用，D正确；故选C。
2．港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是（ ）
A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-3e-=Fe3+
B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子
C．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率
D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除
答案：A
解析：A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，故A错误；B．铝和锌的活泼性大于铁，钢铁防腐过程中铝和锌均作为负极，失去电子，为牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；C．防腐涂料可以防水、隔离O2，减少铁与氧气接触，降低吸氧腐蚀速率，故C正确；D．钢铁防腐只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除钢铁腐蚀，故D正确；选A。
变式训练
3．某实验小组要定量探究铁锈蚀的因素，设计如图所示实验装置，检查气密性，将5 g铁粉和2 g碳粉加入三颈烧瓶，时刻，加入2 mL饱和氯化钠溶液后，再将一只装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。下列说法错误的是（ ）
A．铁发生锈蚀的反应是放热反应
B．温度降低是因为反应速率减慢了
C．BC段压强减小是因为铁和氧气直接反应生成了氧化铁
D．压强变大是因为发生了铁的析氢腐蚀
答案：C
解析：A．由温度曲线可知，铁发生锈蚀的反应是放热反应，温度升高，A正确；B．温度降低是因为装置中氧气被消耗，导致铁被锈蚀反应速率减慢了，B正确；C．BC段压强减小是因为铁在氧气、水共同作用下反应生成了铁锈，铁锈主要成分为氧化铁，C错误；D．压强变大是因为注射器中盐酸被压入三颈烧瓶中，盐酸和铁生成氢气，发生了铁的析氢腐蚀，D正确；故选C。
4．鎏金兽面纹鼎是湖南省博物馆收藏的珍贵文物。该文物为青铜器，其形制和纹饰与商代铜鼎相同。鎏金又称火法镀金，其工艺是将黄金溶于汞中形成的金汞齐均匀地涂到干净的金属器物表面，加热使汞挥发，黄金与金属表面固结，形成光亮的金黄色镀层。下列说法正确的是（ ）
A．青铜比纯铜硬度小
B．常温下的金汞齐是金属晶体
C．鎏金兽面纹鼎应保存在干燥的环境中
D．铜腐蚀后生成的铜绿为CuO
答案：C
解析：A．合金的硬度比成分金属的大，即青铜比纯铜硬度大，A错误；B．晶体是指具有规则几何外形的固体，常温下的金汞齐是液态物质，不是金属晶体，B错误；C．铜制鎏金兽面纹鼎可能会发生电化学腐蚀，将鎏金兽面纹鼎保存在干燥的环境中，有利于减缓腐蚀，C正确；D．铜绿为碱式碳酸铜，其化学组成一般可表示为Cu2(OH)2CO3，D错误；故答案为：C。
高频考点四 离子交换膜的应用
典例精析
1．实验室可利用如图所示微生物电池将污水中的转化为无毒无害的物质并产生电能(M、N均为石墨电极)。有关该电池工作时的说法，不正确的是（ ）
A．该电池在微生物作用下将化学能转化为电能
B．负极的电极反应式为
C．当外电路转移时，有个质子通过质子交换膜由乙室流向甲室
D．电势N>M
答案：C
解析：该电池在微生物作用下将污水中的转化为无毒无害的物质并产生电能，则M为负极，失去电子被氧化，生成氮气和二氧化碳，N为正极，O2得到电子被还原，据此分析解答。
A．该电池是原电池，电池在微生物作用下将化学能转化为电能，A正确；B．负极上失去电子，发生氧化反应，产生、，电极反应式为：，B正确；C．放电过程中由甲室流向乙室，C错误；D．正极电势高于负极电势，D正确；故选C。
2．我国学者设计如图所示装置，将氯碱工业和硬水软化协同处理，同时制备工业硫酸和氢氧化钠。图中双极膜中间层的水解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是（ ）
A．膜p适合选择阴离子交换膜
B．溶液Y适合选择稀硫酸
C．硬水中生成、沉淀
D．相同时间内，理论上两极上生成气体的物质的量相等
答案：B
解析：由装置功能和信息知，左端电极为阴极，水电离出的在该电极上得电子生成和，与生成沉淀、与反应生成后生成沉淀，同时硬水中通过膜进入溶液，双极膜中水解离出的进入溶液，达到制备工业硫酸的目的；右端电极为阳极，饱和食盐水中在该电极上失电子生成，同时通过膜进入溶液，双极膜中水解离出的也进入溶液而达到制备的目的。
A．膜适合选择阴离子交换膜，正确；B．溶液适合选择稀溶液，B错误；C．硬水中生成、沉淀，C正确；D．由电子守恒，相同时间内，理论上两极生成和的物质的量相等，D正确；故选B。
变式训练
3．将铜棒插入浓、稀溶液中(装置如图)、观察到电流计指针发生偏转，一段时间后，浸入浓溶液的铜棒变粗。下列说法不正确的是（ ）
A．铜棒变粗的反应：
B．导线中电子移动的方向：b→a
C．随着反应的进行，浓、稀溶液的浓度逐渐接近
D．的氧化性随增大而增强，Cu的还原性随增大而减弱
答案：B
解析：浸入浓溶液的铜棒变粗，说明该电极有铜析出，则b侧电极做正极，电极反应为：，a侧电极做负极，电极反应：。
A．据分析铜棒变粗的反应：，故A正确；B．导线中电子移动的方向由负极移向正极，即：a→b，故B错误；C．随着反应的进行，右侧不断消耗，左侧不断生成，浓、稀溶液的浓度逐渐接近，故C正确；D．据分析对比可知，的氧化性随增大而增强，Cu的还原性随增大而减弱，故D正确；故选B。
4．某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备，其工作原理如图所示。已知电池反应为，下列说法错误的是（ ）
A．电池中C电极的电极反应式为
B．电池的e极连接电解池的h极
C．膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜
D．生成时，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加46克
答案：D
解析：根据电池反应为2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑可知，放电时Li元素化合价由0价变为+1价，失去电子，所以Li电极是负极，则碳棒是正极，正极是SO2Cl2中+6价的硫得电子、发生还原反应，结合方程式书写电极反应；电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室Ⅱ室，所以g电极为阳极、与锂-磺酰氯（Li-SO2Cl2）电池的正极C棒相接，H2PO由原料室III室通过膜b进入产品室II室，与Ni2+生成Ni（H2PO2）2，h电极为阴极，与原电池的e电极相接，H2O或H+发生得电子的还原反应，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑，Na+通过膜c进入IV室，形成闭合回路，所以膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜。
A．由图示可知，Li电极为负极，发生氧化反应，则C电极为正极，发生得电子的还原反应，电极反应式为SO2Cl2+2e =2Cl +SO2↑，A正确；B．原电池中Li电极为负极，C电极为正极，电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，即g电极为阳极，则h电极为阴极，接原电池的e极，B正确；C．电解池中，Ni电极失去电子生成Ni2+，通过膜a进入产品室II室，H2PO由原料室III室通过膜b进入产品室II室，在产品室II室中与Ni2+生成Ni（H2PO2）2，Na+通过膜c进入IV室，形成闭合回路，所以膜a、c都是阳离子交换膜，b是阴离子交换膜，C正确；D．电解池中不锈钢电极即h电极为阴极，电极上H2O或H+发生得电子的还原反应，电极反应式为：，生成时，电路中转移2mol电子，同时2molNa+通过膜c进入IV室，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加(23×2- 2)g=44g，D错误；故选D。
四、考场演练
1．（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，生成和，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，溶液变大
C．铁电极上的电极反应式为：
D．每生成标准状况下，消耗
答案：C
解析：A．氨水浓度越大，越容易生成，腐蚀趋势越大，A正确；
B．腐蚀的总反应为Zn+4NH3 H2O=+H2↑+2H2O+2OH-，有OH-离子生成，溶液变大，B正确；
C．该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为：，C错误；
D．根据得失电子守恒，每生成标准状况下，转移电子数为，消耗，D正确；
故选C
2．（2023·河北·高考真题）我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是（ ）
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为
答案：B
解析：
放电时，电极材料转化为，电极反应 -2ne-= +2nK+，是原电池的负极，阳离子增多需要通过阳离子交换膜进入②区；二氧化锰得到电子变成锰离子，是原电池的正极，电极反应：，阳离子减少，多余的阴离子需要通过阴离子交换膜进入②区，故③为碱性溶液是电极，①为酸性溶液是二氧化锰电极。
A．充电时，b电极上得到电子，发生还原反应，A正确；
B．充电时，外电源的正极连接a电极相连，电极失去电子，电极反应为，B错误；
C．放电时，①区溶液中多余的向②区迁移，C正确；
D．放电时，a电极的电极反应式为，D正确；
故选：B。
3．（2023·福建·高考真题）一种可在较高温下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由和形成熔点为的共熔物)，其中氯铝酸根起到结合或释放的作用。电池总反应：。下列说法错误的是（ ）
A．含个键
B．中同时连接2个原子的原子有个
C．充电时，再生单质至少转移电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的浓度越高
答案：D
解析：放电时铝失去电子生成铝离子做负极，硫单质得到电子做正极，充电时铝离子得到电子生成铝发生在阴极，硫离子失去电子生成硫单质发生在阳极，依此解题。
A．的结构为，所以含个键，A正确；
B．由的结构可知同时连接2个原子的原子有个，B正确；
C．由总反应可知充电时，再生单质需由铝离子得到电子生成，所以至少转移电子，C正确；
D．由总反应可知放电时间越长，负极铝失去电子生成的铝离子越多所以n值大的浓度越高，D错误；
故选D。
4．（2023·重庆·高考真题）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是（ ）
A．电极a为阴极
B．从电极b移向电极a
C．电极b发生的反应为：
D．生成半胱氨酸的同时生成烟酸
答案：D
解析：该装置是电解池，电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中‘加氧少氢’，发生氧化反应，则b为阳极，a为阴极，阴极电极反应式为 +2e-+2H+=2 ；
A．a极上硫元素化合价升高，a为阴极，A正确；
B．电解池中阳离子移向阴极，则H+移向a电极，B正确；
C．电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为： ，C正确；
D．根据电子守恒可得关系式： ~6e-~6 ，因此生成6mol半胱氨酸的同时生成烟酸，D错误；
故选：D。
5．（2023·海南·高考真题）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．b电极为电池正极
B．电池工作时，海水中的向a电极移动
C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性
D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量
答案：A
解析：铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极；
A．由分析可知，b电极为电池正极，A正确；
B．电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的向b电极移动，B错误；
C．电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子，铝离子水解显酸性，C错误；
D．由C分析可知，每消耗1kgAl（为），电池最多向外提供mol电子的电量，D错误；
故选A。
6．（2023·广东·高考真题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是（ ）
A．电解总反应：
B．每生成，双极膜处有的解离
C．电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
答案：B
解析：由信息大电流催化电解溶液制氨可知，在电极a处放电生成，发生还原反应，故电极a为阴极，电极方程式为，电极b为阳极，电极方程式为，“卯榫”结构的双极膜中的H＋移向电极a，OH－移向电极b。
A．由分析中阴阳极电极方程式可知，电解总反应为，故A正确；
B．每生成，阴极得8mole－，同时双极膜处有8mol进入阴极室，即有8mol的解离，故B错误；
C．电解过程中，阳极室每消耗4mol，同时有4mol通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，故C正确；
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于被催化解离成和，可提高氨生成速率，故D正确；
故选B。
7．（2023·北京·高考真题）回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是
A．废气中排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的和
D．装置中的总反应为
答案：C
解析：A．是酸性氧化物，废气中排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确；
B．装置a中溶液的溶质为，溶液显碱性，说明的水解程度大于电离程度，故B正确；
C．装置a中溶液的作用是吸收气体，与溶液不反应，不能吸收，故C错误；
D．由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为，故D正确；
选C。
8．（2023·浙江·高考真题）氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是（ ）
A．电极A接电源正极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应式为：
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
答案：B
解析：A．电极A是氯离子变为氯气，化合价升高，失去电子，是电解池阳极，因此电极A接电源正极，发生氧化反应，故A正确；
B．电极B为阴极，通入氧气，氧气得到电子，其电极反应式为：，故B错误；
C．右室生成氢氧根，应选用阳离子交换膜，左边的钠离子进入到右边，在右室获得浓度较高的溶液，故C正确；
D．改进设计中增大了氧气的量，提高了电极B处的氧化性，通过反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗，故D正确。
综上所述，答案为B。
9．（2023·湖北·高考真题）我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是（ ）
A．b电极反应式为
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为
答案：D
解析：由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑，据此解答。
A．b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正确；
B．该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；
C．电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；
D．由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为，则补水的速率也应是，故D错误；
答案选D。
10．（2023·辽宁·高考真题）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：
答案：B
解析：该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+，充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。
A．放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误；
B．储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；
C．放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C错误；
D．充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb++2Fe3+，D错误；
故答案选B。
11．（2024·福建漳州·三模）为高效绿色氧化剂，一种利用电催化法制备的方法如图所示：
下列有关说法正确的是（ ）
A．催化电极的电势高于石墨电极的电势
B．a为，b为
C．催化电极上的电极反应式：
D．若电源用铅蓄电池，每制得，铅蓄电池正极质量增加32g
答案：C
解析：右侧催化电极上P变为Q，发生还原反应，为阴极，电极反应式为，氧气再将Q氧化为P，自身还原为H2O2；左侧为阳极，b为H+，a为OH-；
A．催化电极为阴极，石墨电极为阳极，故石墨电极的电势高于催化电极，故A错误；
B．由上述分析可知，b为H+，a为OH-；故B错误；
C．由上述分析可知，阴极的电极反应式为：，故C正确；
D．由上述分析可知，每制得，需转移2mol电子，铅蓄电池的正极反应式为：PbO2+2e-+4H++SO=PbSO4+2H2O，正极质量增加64g，故D错误。
答案选C。
12．（2024·陕西西安·一模）微生物脱盐池的a极上加入了呼吸细菌，工作时可将工业废水中的有机污染物转化为，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．工作时，极发生还原反应，电子从极流向极
B．膜为阴离子交换膜，脱盐室最终可得到淡盐水
C．极上消耗气体，则通过膜的离子的物质的量为
D．若有机物的分子式为，则极的电极反应式为
答案：D
解析：a极上加入了呼吸细菌，工作时可将工业废水中的有机污染物转化为，则a极为负极，发生氧化反应，则M为阴离子交换膜， 经过M膜的离子为Cl-和SO，b极为正极，发生还原反应，N为阳离子交换膜，经过N膜的离子为Na+和Ca2+；
A．根据电极转化关系可知，a极为负极、b极为正极，因此工作时，a极发生氧化反应，电流从b极流向a极，A错误；
B．阴离子向a极迁移，阳离子向b极迁移，因此N为阳离子交换膜，M为阴离子交换膜，B错误；
C．若b极上消耗标准状况下O2，则外电路中通过2mole-，此时通过阳离子交换膜的电荷数为2mol，经过N膜的离子为Na+和Ca2+，其所带电荷数不同，故此离子数目无法确定，C错误；
D．若有机物的分子式为，则极失电子生成CO2，电极反应式为，D正确；
故选D。
13．（2024·上海·三模）在铜基配合物的催化作用下，利用电化学原理可将转化为碳基燃料(包括CO、烷烃和羧酸等)，其装置原理如图所示。
（1）图中生成甲酸的电极反应式为 。
（2）当有0.4mol通过质子交换膜时，理论上最多生成HCOOH的质量为 。
答案：13． 14．9.2g
解析：由图可知，Pt电极氧元素价态升高失电子，Pt电极为阳极，电极反应式为，石墨烯电极为阴极，电极反应式为：；
（1）根据分析可知，生成甲醇的石墨烯电极反应式为：；
（2）当有0.4mol通过质子交换膜时，转移0.4mol电子，生成0.2molHCOOH，质量为；。
14．（2024·上海闵行·二模）我国科学家研发的水系可逆Zn-CO2电池可吸收利用CO2.将两组正离子、负离子复合膜反向放置分隔两室电解液充、放电时，复合膜间的H2O解离成H+和OH—，工作原理如图所示：
(1)HCOOH分子中，σ键和π键的数目之比为 。
(2)充电时复合膜中向多孔Pd纳米片极移动的离子是 ，放电时正极的电极反应式为 。
(3)下列说法中正确的是___ __。
A．放电时锌做阳极
B．充电时多孔Pd纳米片极发生还原反应
C．Na2[Zn(OH)4]中只存在离子键和配位键
D．Zn(OH)可在足量稀硫酸中转化为Zn2+
答案：(1)4：1(2)OH- ；CO2+2H++2e—=HCOOH(3)D
解析：由图可知，a膜是释放出氢离子的阳离子交换膜，b膜是释放出氢氧根离子的阴离子交换膜，放电时，锌电极为原电池的负极，碱性条件下锌在负极失去电子发生氧化反应生成四羟基合锌离子，电极反应式为Zn+4OH——2e—= Zn(OH)，多孔钯纳米片为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电极反应式为CO2+2H++2e—=HCOOH；充电时，与直流电源负极相连的锌电极为阴极，四羟基合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和氢氧根离子，多孔钯纳米片为阳极，碱性条件下甲酸在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水。
（1）甲酸分子中单键为σ键，双键中含有1个σ键和1个π键，所以分子中σ键和π键的数目之比为4：1，故答案为：4：1；
（2）由图可知，充电时复合膜中氢氧根离子移向向多孔钯纳米片极，由分析可知，放电时，多孔钯纳米片为正极，酸性条件下二氧化碳在正极得到电子发生还原反应生成甲酸，电极反应式为CO2+2H++2e—=HCOOH，故答案为：OH—；CO2+2H++2e—=HCOOH；
（3）A．由分析可知，放电时，锌电极为原电池的负极，故错误；
B．由分析可知，充电时多孔钯纳米片为阳极，碱性条件下甲酸在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和水，故错误；
C．由化学式可知，Na2[Zn(OH)4]中存在离子键、极性共价键和配位键，故错误；
D．溶液中的四羟基合锌离子能与硫酸溶液中的氢离子反应生成锌离子和水，故正确；
故选D。
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2024年化学高考二轮复习
专题十 化学反应与电能
一、考纲解读
考纲导向
1．原电池原理及其应用
2．电解池原理及其应用
3．金属腐蚀与防护
4．离子交换膜的应用
命题分析
电化学内容是高考试卷中的常客，是氧化还原反应知识的应用和延伸，命题在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情境化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，试题的背景较为新颖，侧重考查分析判断、获取信息解答问题及计算能力。题型有以新型电池为背景的选择题和以电极反应式书写为主的填空题，通常考查的知识点是从闭合回路的形成角度分析原电池、电解池的工作原理，电极的判断，电极反应式的书写，电子的转移或电流的方向和溶液中离子的移动方向的判断，溶液pH的变化，离子交换膜作用，有关计算，理解原电池和电解池原理的实际应用等，难度一般偏大。解题时要求掌握“结合反应原理，根据元素化合价变化，正确判断电极发生的反应和书写电极反应方程式”的方法。
预计2024年高考选择题中，仍然以某一个新型电池为背景考查电化学知识，结合物质的制备、废弃物的处理等内容进行考查，电极反应方程式的书写或正误判断、离子移动的方向、电极产物种类的判断及相关计算等仍是考查的重点。
二、知识点梳理
网络图
重点拓展
高频考点一 原电池原理及其应用
1．“五类”依据判断原电池电极：
(1)依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。
(3)依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。
(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。
2．“三步”突破原电池电极反应式的书写：
第一步：分析氧化还原反应
根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目
第二步：注意电解质溶液环境
分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式
第三步：合并正、负电极反应
调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式
3．解答新型化学电源的步骤
(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。
(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。
(3)充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。
(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。
4．化学电源
(1)一次电池
碱性锌锰干电池 负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
锌银电池 负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正极材料：Ag2O电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(2)二次电池
铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
注意：分析可充电电池问题“五注意”
①放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。
②充电电池需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。
③充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。故二次电池充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。简单记为“正接正、负接负”。
④充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断
分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。
a．首先应分清电池是放电还是充电。
b．再判断出正、负极或阴、阳极。
放电：阳离子→正极，阴离子→负极；
充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；
总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。
⑤书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。
(3)燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池：总反应式：2H2＋O2===2H2O
①酸性介质
负极：2H2－4e－===4H＋ 正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②碱性介质
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③熔融的金属氧化物作介质
负极：2H2－4e－＋2O2－===2H2O 正极：O2＋4e－===2O2－
④碳酸盐作介质
负极：2H2－4e－＋2CO===2H2O＋2CO2 正极：O2＋4e－＋2CO2===2CO
(4)浓差电池
1）在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。
①常见的离子交换膜
阳离子交换膜 只允许阳离子(包括H＋)通过
阴离子交换膜 只允许阴离子通过
质子交换膜 只允许H＋通过
②离子交换膜的作用
a. 能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。
b. 能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
③离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。
2）“浓差电池”的分析方法
浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。
5.电解池中电极反应式的书写方法
(1)书写步骤
①首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。
②分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。
③根据放电顺序分析放电产物。
④根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H＋、OH－或H2O参与；最后配平电极反应式。
(2)介质对电极反应式的影响
①在电解池电极方程式中，如果是H＋或OH－放电，则电解质溶液的酸碱性对电极反应式没有影响。
②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH－。
③碱性溶液反应物或生成物中均没有H＋。
(3)电极产物的溶解性对电极反应式的影响。
电解MgCl2溶液时的阴极反应式应为：Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－===H2↑。
总反应离子方程式为：Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。
不能把电解MgCl2溶液的离子方程式写成：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽视了生成难溶的Mg(OH)2。
6.原电池电极上区pH变化规律
（1）若电极反应消耗OH－(H＋)，则电极周围溶液的pH减小(增大)；
（2）若电极反应生成H＋(OH－)，则电极周围溶液的pH减小(增大)。
（3）若总反应的结果是消耗OH－(H＋)，则溶液的pH减小(增大)；
（4）若总反应的结果是生成H＋(OH－)，则溶液的pH减小(增大)。
（5）若两极消耗或生成的OH－(H＋)的物质的量相等，则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体问题具体分析（如酸性燃料电池，由于生成水，pH增大）。
高频考点二 电解池原理及其应用
1．“五类”依据判断电解池电极
判断依据电极 电极材料 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象
阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小
阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大
2．电解池电极反应式的书写
（1）电极产物判断
（2）电解池电极反应式的书写模式：
注：①阳极阴离子放电次序：非惰性电极>S2->I->Br->Cl->OH->高价含氧酸根离子>F-
②阴极阳离子放电次序一般为：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
当然，微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放电次序 Zn2+>H+。
（3）电极反应方程式的书写技巧：
分：分析电极材料是惰性电极如碳棒、Pt，还是活性电极（电极参与反应）。
析：分析溶液组成即溶液中有哪些离子。
判：判断离子流向（阳离子移向阴极，阴离子移向阳极）。
断：根据离子放电顺序判断反应的离子。
书：书写电极反应方程式。
写：书写总反应方程式，放电离子来源物质=电极产物+剩余部分组合。
3．惰性电极电解电解质溶液的规律
放H2生碱型(以NaCl为例) 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 电解后电解质溶液的复原电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl气体(不能加盐酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固体；③CuCl2溶液：加CuCl2固体；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
电解电解质型(以HCl为例) 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑
电解水型(以H2SO4为例) 阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式：4H＋＋4e－===2H2↑
放O2生酸型(以CuSO4为例) 阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
阴极反应式：2Cu2＋＋4e－===2Cu
总离子方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
4．电解原理的应用
(1)电解饱和食盐水。
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气
阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。
阴极：碳钢网。
阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。
(2)电解精炼铜
(3)电镀铜
(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
总方程式 阳极、阴极反应式
冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑，4Al3＋＋12e－===4Al
5．有关电化学计算的三大方法
(1)根据电子守恒计算
用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)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。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系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)
6．原电池、电解池、电镀池判定
（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；
（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池；
（3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。
高频考点三 金属腐蚀与防护
1．影响金属腐蚀的因素
(1)对于金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。
(2)电解质溶液对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。
2．金属腐蚀快慢的规律
(1)金属腐蚀类型的差异：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。
(2)电解质溶液的影响：对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液；对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快；活泼性不同的两金属与电解质溶液构成原电池时，一般活泼性差别越大，负极腐蚀越快。
3．金属电化腐蚀的类型
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性
正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
负极反应 Fe－2e－===Fe2＋
其他反应 吸氧腐蚀更普遍，危害更大
4.金属保护的方法
(1)加防护层，如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属。
(2)电化学防护：
1）牺牲阳极法：原电池原理，外接活泼金属作负极(阳极)使被保护金属作正极(阴极)。形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换。
2）外加电流法：电解原理，被保护金属作阴极，用惰性电极作辅助阳极。通电后强制电子流向被保护的金属设备，使金属表面腐蚀电流降至零或接近零。从而使金属受到保护。
方法 牺牲阳极法 外加电流法
依据 原电池原理 电解池原理
原理 形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换 将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极，使被保护的金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护
应用 保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块 保护土壤、海水及水中的金属设备
实例示意图
高频考点四 离子交换膜的应用
一、电化学中的隔膜
1．离子交换膜的概念
离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜的作用
(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止副反应的发生,避免影响所制取产品的质量;防止引发不安全因素。如在电解饱和食盐水中,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应,导致所制产品不纯;防止氯气与阴极产生的氢气混合发生爆炸。
(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。
(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。
(4)用于物质的制备、分离、提纯等。
3．离子交换膜的类型
(1)阳离子交换膜 (只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)
以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开①负极反应式：Zn－2e－===Zn2＋②正极反应式：Cu2＋＋2e－===Cu③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(2)阴离子交换膜 (只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)
以Pt为电极电解淀粉 KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开①阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②阳极反应式：2I－－2e－===I2③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)
(3)质子交换膜 (只允许H＋和水分子通过)
在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2①阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)
(4)双极膜
双极膜 由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜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－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动，作为H＋和OH－的离子源
4.离子交换膜选择的依据：离子的定向移动。
5.离子交换膜类型的判断（根据电解质溶液呈中性的原则,判断交换膜的类型）
（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余,
（2）根据溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型。
如电解饱和食盐水时,阴极反应为2H++2e-H2↑,则阴极区域破坏水的电离平衡,OH-有剩余,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH-形成NaOH溶液,故电解食盐水时的离子交换膜是阳离子交换膜。
6.“离子交换膜”电解池的解题思路
(1)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；
(2)写出电极反应式：判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，据电荷平衡判断离子迁移方向；
(3)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；
(4)利用定量关系进行计算：外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。
二、隔膜在多室电解池中的应用
多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。
(1)两室电解池
①制备原理：如工业上利用如图两室电解装置制备烧碱
阳极室中电极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。
②阳离子交换膜的作用：它只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。
(2)三室电解池
利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。
阴极的NO被还原为NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全部转化为NH4NO3，补充适量NH3可以使电解产生的HNO3转化为NH4NO3。
(3)多室电解池
利用“四室电渗析法”制备H3PO2(次磷酸)，其工作原理如图所示。
电解稀硫酸的阳极反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，产生的H＋通过阳离子交换膜进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴离子交换膜进入产品室，与H＋结合生成弱电解质H3PO2；电解NaOH稀溶液的阴极反应：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通过阳离子交换膜进入阴极室。
(4)电渗析法
将含AnBm的废水再生为HnB和A(OH)m的原理：已知A为金属活动顺序表H之前的金属，Bn－为含氧酸根离子
三、高频考点突破
高频考点一 原电池原理及其应用
典例精析
1．碳排放是影响气候变化的重要因素之一。最近科学家研发出一种有利于“碳中和”的新型电池系统，通过二氧化碳溶于水触发电化学反应产生电能和氢气，其工作原理如下图所示(钠超离子导体只允许Na+通过)。下列说法正确的是（ ）
A．电池系统工作时电能转变成化学能
B．用硫酸溶液替代有机电解液可增大电池工作效率
C．b极区的电极反应式为2CO2+2H2O+2e-=2+H2
D．电池工作时每消耗2.24LCO2，a电极的质量会减少2.3g
2．一种新型AC/LiMn2O4电池体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1：2反应合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极。充电、放电的过程如图所示：
下列说法正确的是（ ）
A．合成LiMn2O4的过程中可能有H2产生
B．放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4+xe-=Li(1-x)Mn2O4+xLi+
C．充电时AC极应与电源负极相连
D．可以用Li2SO4水溶液做电解液
变式训练
3．用零价铁去除酸性水体中的是地下水修复研究的热点之一，下列有关叙述中错误的是（ ）
铁粉还原水体中的反应原理(已知：形成了原电池)示意图 足量铁粉还原水体中后，铁表面最终形态的示意图 初始的水体中，分别加入、(足量)、(足量)和对的去除率(％)的对比图像
A．甲图中作原电池的负极
B．甲图中正极上发生的电极反应：
C．零价铁去除的反应速率会随时间推移而减慢
D．零价铁去除时加入的适量能直接还原，从而提高的去除率
4．某企业研发的钠离子电池“超钠F1”于2023年3月正式上市、量产。钠离子电池因原料和性能的优势而逐渐取代锂离子电池，电池结构如图所示。该电池的负极材料为NaxCy(嵌钠硬碳)，正极材料为Na2 Mn[ Fe(CN)6] (普鲁士白)。在充、放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。
下列说法不正确的是（ ）
A．由于未使用稀缺的锂元素，量产后的钠离子电池的生产成本比锂离子电池的低
B．放电时，负极的电极反应式为NaxCy-xe-= Cy+xNa+
C．放电时，Na+移向电势较高的电极后得到电子发生还原反应
D．充电时，每转移1mol电子，阳极的质量减少23g
高频考点二 电解池原理及其应用
典例精析
1．如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图，下列说法正确的是（ ）
A．甲池将化学能转化为电能，总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
B．乙池中的Ag不断溶解
C．反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO固体
D．当甲池中有22.4LO2参与反应时，乙池中理论上可析出12.8g固体
2．电解HF和熔融KHF2的混合物(熔融混合物中常加入少量LiF或AlF3)制备单质氟，以电解槽内壁(镍铜合金)和石墨为电极，总反应为2KHF2＝2KF+F2↑+H2↑。下列有关电解制备单质氟的说法正确的是（ ）
A．电解过程中，电解槽内壁与电源的正极相连
B．石墨电极发生的电极反应为2F－ +2e－ ＝F2↑
C．电解过程中加入少量LiF或AlF3可以降低混合物的熔点，增强导电性
D．电解一段时间后，加入一定量的固体KHF2可还原混合物的组成
变式训练
3．科研团队开创了海水原位直接电解制氢的全新技术(如图所示)。该研究的关键点是利用海水侧和电解质侧的水蒸气压力差使海水自发蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化，即“液-气-液”水迁移机制，为电解提供淡水。下列叙述错误的是（ ）
A．直接电解海水存在阳极易腐蚀问题
B．液态水、阴离子分别不能通过膜a、膜b
C．铅酸蓄电池做电源时，电极与N电极相连
D．电解过程中，阴极区溶液可能不变
4．用电解法对酸性含氯氨氮废水进行无害化处理的过程如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．DSA电极与外接电源的负极连接
B．发生的电极反应为：
C．降解过程中应该控制条件避免发生反应②
D．1mol HO·和足量反应，转移的电子数为
高频考点三 金属腐蚀与防护
典例精析
1．科学研究发现金属生锈时，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．钢铁的腐蚀中正极电极反应式为
B．酸雨地区的钢铁更易被腐蚀
C．生成反应的化学方程式为
D．硫酸盐加速电子传递，有一定的催化剂作用
2．港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是（ ）
A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe-3e-=Fe3+
B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子
C．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率
D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除
变式训练
3．某实验小组要定量探究铁锈蚀的因素，设计如图所示实验装置，检查气密性，将5 g铁粉和2 g碳粉加入三颈烧瓶，时刻，加入2 mL饱和氯化钠溶液后，再将一只装有5 mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。下列说法错误的是（ ）
A．铁发生锈蚀的反应是放热反应
B．温度降低是因为反应速率减慢了
C．BC段压强减小是因为铁和氧气直接反应生成了氧化铁
D．压强变大是因为发生了铁的析氢腐蚀
4．鎏金兽面纹鼎是湖南省博物馆收藏的珍贵文物。该文物为青铜器，其形制和纹饰与商代铜鼎相同。鎏金又称火法镀金，其工艺是将黄金溶于汞中形成的金汞齐均匀地涂到干净的金属器物表面，加热使汞挥发，黄金与金属表面固结，形成光亮的金黄色镀层。下列说法正确的是（ ）
A．青铜比纯铜硬度小
B．常温下的金汞齐是金属晶体
C．鎏金兽面纹鼎应保存在干燥的环境中
D．铜腐蚀后生成的铜绿为CuO
高频考点四 离子交换膜的应用
典例精析
1．实验室可利用如图所示微生物电池将污水中的转化为无毒无害的物质并产生电能(M、N均为石墨电极)。有关该电池工作时的说法，不正确的是（ ）
A．该电池在微生物作用下将化学能转化为电能
B．负极的电极反应式为
C．当外电路转移时，有个质子通过质子交换膜由乙室流向甲室
D．电势N>M
2．我国学者设计如图所示装置，将氯碱工业和硬水软化协同处理，同时制备工业硫酸和氢氧化钠。图中双极膜中间层的水解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法错误的是（ ）
A．膜p适合选择阴离子交换膜
B．溶液Y适合选择稀硫酸
C．硬水中生成、沉淀
D．相同时间内，理论上两极上生成气体的物质的量相等
变式训练
3．将铜棒插入浓、稀溶液中(装置如图)、观察到电流计指针发生偏转，一段时间后，浸入浓溶液的铜棒变粗。下列说法不正确的是（ ）
A．铜棒变粗的反应：
B．导线中电子移动的方向：b→a
C．随着反应的进行，浓、稀溶液的浓度逐渐接近
D．的氧化性随增大而增强，Cu的还原性随增大而减弱
4．某研究机构使用Li-SO2Cl2电池作为电源电解制备，其工作原理如图所示。已知电池反应为，下列说法错误的是（ ）
A．电池中C电极的电极反应式为
B．电池的e极连接电解池的h极
C．膜a、c是阳离子交换膜，膜b是阴离子交换膜
D．生成时，理论上电解池中不锈钢电极附近溶液质量增加46克
四、考场演练
1．（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，生成和，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，溶液变大
C．铁电极上的电极反应式为：
D．每生成标准状况下，消耗
2．（2023·河北·高考真题）我国科学家发明了一种以和为电极材料的新型电池，其内部结构如下图所示，其中①区、②区、③区电解质溶液的酸碱性不同。放电时，电极材料转化为。下列说法错误的是（ ）
A．充电时，b电极上发生还原反应
B．充电时，外电源的正极连接b电极
C．放电时，①区溶液中的向②区迁移
D．放电时，a电极的电极反应式为
3．（2023·福建·高考真题）一种可在较高温下安全快充的铝-硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由和形成熔点为的共熔物)，其中氯铝酸根起到结合或释放的作用。电池总反应：。下列说法错误的是（ ）
A．含个键
B．中同时连接2个原子的原子有个
C．充电时，再生单质至少转移电子
D．放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的浓度越高
4．（2023·重庆·高考真题）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是（ ）
A．电极a为阴极
B．从电极b移向电极a
C．电极b发生的反应为：
D．生成半胱氨酸的同时生成烟酸
5．（2023·海南·高考真题）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．b电极为电池正极
B．电池工作时，海水中的向a电极移动
C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性
D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量
6．（2023·广东·高考真题）用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池(下图)，可实现大电流催化电解溶液制氨。工作时，在双极膜界面处被催化解离成和，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是（ ）
A．电解总反应：
B．每生成，双极膜处有的解离
C．电解过程中，阳极室中的物质的量不因反应而改变
D．相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
7．（2023·北京·高考真题）回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。
下列说法不正确的是
A．废气中排放到大气中会形成酸雨
B．装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度
C．装置a中溶液的作用是吸收废气中的和
D．装置中的总反应为
8．（2023·浙江·高考真题）氯碱工业能耗大，通过如图改进的设计可大幅度降低能耗，下列说法不正确的是（ ）
A．电极A接电源正极，发生氧化反应
B．电极B的电极反应式为：
C．应选用阳离子交换膜，在右室获得浓度较高的溶液
D．改进设计中通过提高电极B上反应物的氧化性来降低电解电压，减少能耗
9．（2023·湖北·高考真题）我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是（ ）
A．b电极反应式为
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜
D．海水为电解池补水的速率为
10．（2023·辽宁·高考真题）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是（ ）
A．放电时负极质量减小
B．储能过程中电能转变为化学能
C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧
D．充电总反应：
11．（2024·福建漳州·三模）为高效绿色氧化剂，一种利用电催化法制备的方法如图所示：
下列有关说法正确的是（ ）
A．催化电极的电势高于石墨电极的电势
B．a为，b为
C．催化电极上的电极反应式：
D．若电源用铅蓄电池，每制得，铅蓄电池正极质量增加32g
12．（2024·陕西西安·一模）微生物脱盐池的a极上加入了呼吸细菌，工作时可将工业废水中的有机污染物转化为，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．工作时，极发生还原反应，电子从极流向极
B．膜为阴离子交换膜，脱盐室最终可得到淡盐水
C．极上消耗气体，则通过膜的离子的物质的量为
D．若有机物的分子式为，则极的电极反应式为
13．（2024·上海·三模）在铜基配合物的催化作用下，利用电化学原理可将转化为碳基燃料(包括CO、烷烃和羧酸等)，其装置原理如图所示。
（1）图中生成甲酸的电极反应式为 。
（2）当有0.4mol通过质子交换膜时，理论上最多生成HCOOH的质量为 。
14．（2024·上海闵行·二模）我国科学家研发的水系可逆Zn-CO2电池可吸收利用CO2.将两组正离子、负离子复合膜反向放置分隔两室电解液充、放电时，复合膜间的H2O解离成H+和OH—，工作原理如图所示：
(1)HCOOH分子中，σ键和π键的数目之比为 。
(2)充电时复合膜中向多孔Pd纳米片极移动的离子是 ，放电时正极的电极反应式为 。
(3)下列说法中正确的是___ __。
A．放电时锌做阳极
B．充电时多孔Pd纳米片极发生还原反应
C．Na2[Zn(OH)4]中只存在离子键和配位键
D．Zn(OH)可在足量稀硫酸中转化为Zn2+
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