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专题11 新型电化学装置分析
目录
1
【考向一】一次电池装置分析 1
【考向二】可充电池装置分析 5
【考向三】燃料电池装置分析 8
【考向四】电解装置分析 11
【考向五】桥膜式电化学装置分析 17
【考向六】串联组合式电化学装置分析 22
【考向七】金属腐蚀型原电池装置分析 25
【考向八】金属防护型电化学装置分析 28
【考向九】守恒法在电化学计算中应用 31
34
【考向一】一次电池装置分析
【典例1】
（2024·北京·卷）酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是（ ）
A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，向负极方向移动
C．发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为
答案：D
解析：A．酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；
B．原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；
C．发生得电子的还原反应，故C错误；
D．锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应，故D正确；
故选D。
1．原电池工作原理示意图
2．原电池正极和负极的5种判定方法
3．微粒流向
(1)电子流向：负极→正极(电流的方向正好相反)。
[注意]　电子沿导线传递但不能通过电解质溶液。
(2)离子流向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
4．盐桥式原电池
①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路
②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流
③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开
5．一次电池
（1）特点：只能使用一次，不能充电复原继续使用
（2）代表：碱性锌锰干电池、酸性锌锰干电池
6．几种一次电池的电极反应式
（1）碱性锌锰干电池
①电池反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn（OH）2
②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2
③正极反应：2MnO2+2H2O+2e－2MnOOH+2OH－
（2）纽扣式锌银电池
①电池反应：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag
②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2
③正极反应：Ag2O+H2O+2e－2Ag+2OH－
【变式1-1】（2024·江西·卷）我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是（ ）
A．CuAg电极反应为2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣
B．CuRu电极反应为6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣
C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室
D．处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH
答案：B
解析：由原电池中电子移动方向可知，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H2，电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，CuRu为正极，得到电子生成NH3，电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，以此解答。
A．由分析可知，CuAg为负极，HCHO失去电子生成HCOO-和H2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，A错误；
B．由分析可知，CuRu为正极，得到电子生成NH3，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，B正确；
C．质子交换膜只允许H+通过，C错误；
D．由分析可知，负极电极方程式为：2HCHO+4OH-﹣2e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2H2O，正极电极方程式为：6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣，总反应为8HCHO+7OH-=NH3+8HCOO-+4 H2↑+2H2O，处理废水过程中消耗OH-，溶液pH减小，需补加 KOH，D错误；
故选B。
【变式1-2】（2025·贵州毕节·一模）一种双腔室燃料电池构造示意图如下，下列说法错误的是（ ）
A．离子交换膜的作用是传导
B．负极反应式为：
C．在电池反应中表现出氧化性和还原性
D．复合材料电极上每消耗，外电路中转移电子
答案：A
解析：由图可知，复合材料电极是燃料电池的正极，酸性条件下，过氧化氢在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为，铂电极为负极，碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，电极反应式为，总反应为2H2O2=2H2O+O2↑，电池工作时钾离子通过阳离子交换膜由铂电极移向复合材料电极。
A．由分析可知，电池工作时钾离子通过阳离子交换膜由铂电极移向复合材料电极，则离子交换膜的作用是传导钾离子，故A错误；
B．由分析可知，铂电极为负极，碱性条件下过氧化氢在负极失去电子发生氧化反应生成氧气和水，电极反应式为，故B正确；
C．由分析可知，电池总反应为2H2O2=2H2O+O2↑，反应中氧元素的化合价即升高被氧化又降低被还原，过氧化氢即是氧化剂又是还原剂，反应中表现出氧化性和还原性，故C正确；
D．由分析可知，合材料电极是燃料电池的正极，酸性条件下，过氧化氢在正极得到电子发生还原反应生成水，电极反应式为，则复合材料电极上每消耗1mol过氧化氢，外电路中转移2mol电子，故D正确；
故选A。
【考向二】可充电池装置分析
【典例2】（2025·浙江·卷）一种可充放电电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为和，随温度升高Q(消耗转移的电子数)增大。下列说法不正确的是（ ）
A．熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率
B．充放电时，优先于通过固态电解质膜
C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区转化为
D．充电时，锂电极接电源负极
答案：C
解析：电池放电时，锂电极为负极，发生反应：，多孔功能电极为正极，低温时发生反应：，随温度升高Q增大，正极区转化为；充电时，锂电极为阴极，得到电子，多孔功能电极为阳极，或失去电子。
A．由分析可知，电池总反应方程式为：或，充放电时有参与或生成，因此熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率，A正确；
B．比的半径小，因此优先于通过固态电解质膜，B正确；
C．放电时，正极得到电子，中氧原子为-1价，中氧原子为-2价，因此随温度升高Q增大，正极区转化为，C错误；
D．充电时，锂电极为阴极，连接电源负极，D正确；
答案选C。
二次电池
（1）放电时为原电池，电极属性为正负极；充电时为电解池，电极属性为阴阳极
（2）阳极连正极，阴极连负极，电极反应和电极反应式相反，充放电时电极互变
①充电时，阳极变成正极，阴极变成负极
②放电时，正极变成阳极，负极变成阴极
（3）铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
①负极反应：Pb+SO42－－2e－PbSO4
②正极反应：PbO2+4H++SO42－+2e－PbSO4+2H2O
③阳极反应：PbSO4+2H2O－2e－PbO2+4H++SO42－
④阴极反应：PbSO4+2e－Pb+SO42－
（4）钴酸锂电池：LixC6+Li1－xCoO2C6+LiCoO2
①负极反应：LixC6－xe－C6+xLi+
②正极反应：Li1－xCoO2+xLi+LiCoO2－xe－
③阳极反应：LiCoO2－xe－Li1－xCoO2+xLi+
④阴极反应：C6+xLi++xe－LixC6
（5）LaNi5H6+6NiOOHLaNi5+6Ni(OH)2（储氢合金和储氢物质中各元素的化合价均为0价）
①负极反应：LaNi5H6－6e－+6OH－LaNi5+6H2O
②正极反应：6NiOOH+6e－6Ni（OH）2+6OH－
③阳极反应：6Ni（OH）2+6OH－－6e－6NiOOH+6H2O
④阴极反应：LaNi5+6H2O+6e－LaNi5H6+6OH－
【变式2-1】（2024·广西·卷）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是（ ）
A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g
B．充电时，阳极电极反应为：
C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变
D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换
答案：A
解析：放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na+；Na+透过允许Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。
A．外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右侧进入左侧，并与正极的Na3-xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A错误；
B．充电时，左侧电极为阳极，Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3，则阳极电极反应为：，B正确 ；
C．放电一段时间后，负极产生的Na+的物质的量与负极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C正确 ；
D．Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换，D正确 ；
故选 A。
【变式2-2】（2025·重庆·一模）我国科学家在锰基正极材料研究方面取得重要进展，使低成本钠离子电池有望取代锂离子电池。钠离子电池的工作原理为，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。下列有关说法正确的是（ ）
A．该电池利用钠离子嵌脱过程实现充放电，未发生氧化还原反应
B．充电时，锰元素的化合价升高，钠离子在锰基材料上脱出
C．放电时，负极反应式为：
D．充电时，外电路中转移，锰基材料质量增加
答案：B
解析：根据充放电原理，放电时负极发生：NaxCn-xe-=Cn+nNa+，正极发生Na1-xMnO2+xe-+xNa+=NaMnO2，则a为正极，b为负极，充电时，a为阳极，b为阴极。
A．反应中元素的化合价发生了变化，发生了氧化还原反应，A错误；
B．充电时，发生反应为：，元素化合价升高，钠离子在锰基材料上脱出，B正确；
C．放电时负极反应为，C错误；
D．充电时，外电路中转移，锰基材料脱出，质量减少，D错误；
答案选B。
【考向三】燃料电池装置分析
【典例3】（24-25高三上·全国·期中）我国科技工作者设计了一套高效光电化学燃料电池，其工作原理如图所示(忽略溶液体积的变化)。光照时，光催化电极a会产生和空穴，下列叙述错误的是（ ）
A．该装置实现了光能和化学能到电能的转化
B．电池工作时，溶液中的会从左向右迁移
C．电池工作时，光催化电极a的电势高于催化电极b的电势
D．用空穴表示的负极反应为
答案：C
解析：由图可知，光催化电极a为负极，催化电极b为正极。
A．由图可知，该装置实现了光能和化学能到电能的转化，A正确；
B．溶液中通过阳离子交换膜向正极移动，即从左向右迁移，B正确；
C．电池工作时，催化电极b的电势高于光催化电极a的电势，C错误；
D．用空穴表示的负极反应为，D正确；
答案选C。
燃料电池
（1）燃料电池的电极材料
①可燃物在负极上发生氧化反应，如氢气、甲烷、乙醇等还原剂
②助燃物在正极上发生还原反应，如氧气、氯气等氧化剂
（2）燃料电池的总反应：可燃物的燃烧反应兼顾产物和溶液的反应
（3）燃料电池的正极反应式
（4）氧气在正极上的反应式
环境 氧气 氮气
酸性环境 4H++O2+4e－2H2O N2+6e－+8H+2NH4+
碱性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3
中性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3
熔融氧化物 O2+4e－2O2－ N2+6e－2N3－
有CO2存在 O2+4e－+2CO22CO32－
（5）燃料电池的负极反应式
环境 甲烷 氢气
酸性环境 CH4+2H2O－8e－CO2+8H+ H2－2e－2H+
碱性环境 CH4+10OH－－8e－CO32－+7H2O H2－2e－+2OH－2H2O
熔融碳酸盐 CH4+4CO32－－8e－5CO2↑+2H2O H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
碳酸盐溶液 CH4+9CO32－－8e－+3H2O10HCO3－ H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
熔融氧化物 CH4+5O2－－8e－CO32－+2H2O H2－2e－+O2－2H2O
环境 甲醇 肼
酸性环境 CH3OH+H2O－6e－CO2↑+6H+ N2H4－4e－N2↑+4H+
碱性环境 CH3OH+8OH－－6e－CO32－+6H2O N2H4－4e－+4OH－N2↑+4H2O
熔融碳酸盐 CH3OH－6e－+3CO32－4CO2↑+2H2O
碳酸盐溶液 CH3OH +7CO32－－6e－+2H2O8HCO3－
熔融氧化物 CH3OH +4O2－－6e－CO32－+2H2O N2H4－4e－+2O2－N2↑+2H2O
【变式3-1】（2025高三·全国·专题练习）研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．加入HNO3降低了正极反应的活化能
B．电池工作时正极区溶液的pH增大
C．1 mol CH3CH2OH被完全氧化时有6 mol O2被还原
D．负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+
答案：C
A．由分析知，HNO3在正极起催化作用，作催化剂，则加入HNO3降低了正极反应的活化能，因而可以加快反应速率，A正确；
B．电池工作时正极上O2得到电子发生还原反应，由于电解质溶液显酸性，因此正极的总反应为：O2+4e-+4H+=2H2O，反应消耗H+，使溶液中氢离子浓度减小，pH增大，B正确；
C．乙醇燃烧的化学方程式为：CH3CH2OH+3O22CO2+3H2O。根据反应过程中电子转移数目相等，结合得失电子守恒可知，1 mol CH3CH2OH被完全氧化产生CO2、H2O时，转移12 mol电子，同时有3 mol O2得到电子被还原，C错误；
D．在乙醇燃料电池中，通入燃料乙醇的电极为负极，负极发生失去电子的氧化反应，由于电解质溶液为酸性，因此负极的电极反应式为：CH3CH2OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+，D正确；
故合理选项是C。
【变式3-2】（2024·北京丰台·二模）科学家开发了一种可植入体内的燃料电池，血糖(葡萄糖)过高时会激活电池，产生电能进而刺激人造胰岛细胞分泌胰岛素，降低血糖水平。电池工作时的原理如下图所示(G―CHO代表葡萄糖)。
下列说法不正确的是（ ）
A．该燃料电池是否工作与血糖的高低有关，血糖正常时电池不工作
B．工作时，电极Ⅰ附近pH下降
C．工作时，电子流向：电极Ⅱ→传感器→电极Ⅰ
D．工作时，电极Ⅱ电极反应式为
答案：B
解析：燃料电池通入氧化剂的电极I为正极，氧气发生还原反应生成水，电极II为负极，G-CHO被氧化为G-COOH，电极反应式：。
A．根据题干信息，血糖(葡萄糖)过高时会激活电池，产生电能进而刺激人造胰岛细胞分泌胰岛素，降低血糖水平，说明该燃料电池是否工作与血糖的高低有关，血糖正常时电池不工作，A说法正确；
B．工作时，电极I为正极，氧气发生还原反应生成水，电极反应式：,电极Ⅰ附近pH升高，B说法错误；
C．原电池中电子从负极流入正极，故外电路中电子流向：电极Ⅱ→传感器→电极Ⅰ，C说法正确；
D．工作时，电极Ⅱ电极反应式为，D说法正确；
答案选B。
【考向四】电解装置分析
【典例4】（2024·广东·卷）一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是（ ）
A．阳极反应：
B．阴极区溶液中浓度逐渐升高
C．理论上每消耗，阳极室溶液减少
D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加
答案：C
解析：左侧电极为阴极，发生还原反应，在碱性条件下转化为Fe，从而实现冶铁，电极反应为：；右侧电极为阳极，溶液为饱和食盐水，放电产生氯气，电极反应为：；中间为阳离子交换膜，由阳极向阴极移动。
A．由分析可知，阳极反应为：，A正确；
B．由分析可知，阴极反应为：，消耗水产生，阴极区溶液中浓度逐渐升高，B正确；
C．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，产生3mol，同时有6mol由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少，C错误；
D．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，有6mol由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加，D正确；
故选C。
一、电解的原理
1．电解池的构成
①有与直流电源相连的两个电极。
②电解质溶液（或熔融电解质）。③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
（1）电极反应
①阳极：连原电池的正极，发生氧化反应。
②阴极：连原电池的负极，发生还原反应。
（2）三个“流向”
①电子流向：阳极阴极
②电流流向：阴极阳极阴极
③离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极
（3）电势高低
①原电池：正极＞负极
②电解池：阴极＞阳极
3．电极按性质分类
（1）惰性电极：由Pt（铂）、Au（金）、C（石墨）组成的电极
（2）活泼电极：除了Pt、Au以外的其他金属电极
4．阴阳两极上放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的微粒先放电，放电顺序：
（2）阳极（与电极材料有关）：
①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。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：
（3）三注意
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。
③电解水溶液时，K+～Al3+不可能在阴极放电。
二、电解原理的应用
1．电解精炼铜（含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt等杂质）
（1）电解池的构成
①粗铜作阳极
②精铜作阴极
③硫酸酸化的CuSO4溶液作电解液
（2）电极反应
①阳极：Zn－2e－Zn2+、Fe－2e－Fe2+、Ni－2e－Ni2+、Cu－2e－Cu2+
②阴极：Cu2++2e－Cu
2．电镀
（1）电解池的构成
①镀层金属作阳极
②被镀物品作阴极
③含镀层金属离子溶液作电解液
（2）电极反应
①阳极：Cu－2e－Cu2+
②阴极：Cu2++2e－Cu _
（3）反应特点
①不能写出总反应方程式
②电解过程中原电解质溶液浓度不变
3．电冶炼：制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属
（1）炼钠的方法：电解熔融的NaCl
①阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑
②阴极反应：2Na++2e－2Na
③电解反应：2NaCl2Na+Cl2↑
（2）炼铝的方法：电解熔融的Al2O3
①阳极反应：2O2－－4e－O2↑
②阴极反应：Al3++3e－Al
③电解反应：2Al2O34Al+3O2↑
④不用氯化铝的原因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电
⑤冰晶石的作用：作熔剂，降低氧化铝的熔点，节能
⑥阳极石墨被氧气腐蚀，需定期更换
4．电解熔融的碳酸钠
（1）阳极反应：2CO32－－4e－O2↑+2CO2↑
（2）阴极反应：2Na++2e－2Na
（2）电解反应：2Na2CO34Na+O2↑+2CO2↑
【变式4-1】（2024·甘肃·卷）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B．电极2是阴极，发生还原反应：
C．工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2
D．理论上电源提供能分解
答案：B
解析：多孔电极1上H2O(g)发生得电子的还原反应转化成H2(g)，多孔电极1为阴极，电极反应为2H2O+4e-=2H2+2O2-；多孔电极2上O2-发生失电子的氧化反应转化成O2(g)，多孔电极2为阳极，电极反应为2O2--4e-=O2。
A．电极1的多孔结构能增大电极的表面积，增大与水蒸气的接触面积，A项正确；
B．根据分析，电极2为阳极，发生氧化反应：2O2--4e-=O2，B项错误；
C．工作时，阴离子O2-向阳极移动，即O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2，C项正确；
D．根据分析，电解总反应为2H2O(g)2H2+O2，分解2molH2O转移4mol电子，则理论上电源提供2mol电子能分解1molH2O，D项正确；
答案选B。
【变式4-2】（24-25高三上·江西·期末）电有机合成反应条件温和，生产效率高。电解合成1，2-二氯乙烷(ClCH2CH2Cl)的实验装置如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．离子交换膜X、Y分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
B．阴极的电极反应为
C．阴极产生22.4L气体(标准状况下)，理论上可生成2mol 1，2-二氯乙烷
D．阳极区发生的液相反应化学方程式为
答案：C
解析：根据实验装置，产生氢气的电极为阴极，电极反应为，右端产生NaOH，说明钠离子移向阴极，Y为阳离子交换膜；阳极亚铜离子失去电子发生氧化反应生成铜离子，氯离子移向阳极，X为阴离子交换膜。
A．由分析可知，离子交换膜X、Y分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜，故A正确；
B．产生氢气的电极为阴极，电极反应为水得到电子发生还原反应生成氢气：，故B正确；
C．阴极产生22.4L气体(标准状况下，为1mol氢气)，阳极亚铜离子失去电子发生氧化反应生成铜离子：，液相反应中C2H4被CuCl2氧化为1，2－二氯乙烷：CH2=CH2+2CuCl2=ClCH2CH2Cl+2CuCl，结合电子守恒和反应可知，，则理论上可生成1mol 1，2-二氯乙烷，故C错误；
D．阳极区液相反应中C2H4被CuCl2氧化为1，2－二氯乙烷：，故D正确；
故选C。
【考向五】桥膜式电化学装置分析
【典例5】（2024·重庆·卷）我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是（ ）
A．电解时电极N上产生 B．电解时电极M上发生氧化反应
C．阴、阳离子交换膜均有两种离子通过 D．总反应为
答案：D
解析：催化电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应和水生成甲酸根离子和氢氧根离子：，甲酸根离子和氢氧根离子通过阴离子膜加入中间室，氢氧根离子和氢离子生成水、甲酸根离子和氢离子生成甲酸，则M是阴极，那么N是阳极，阳极水失去电子发生氧化反应生成氧气：，氢离子通过阳离子膜进入中间室；
A．酸性条件下，电解时电极N上水失去电子发生氧化反应生成氧气：，A错误；
B．催化电极M上二氧化碳得到电子发生还原反应生成甲酸，B错误；
C．由分析，阳离子交换膜有1种离子通过，C错误；
D．由分析，总反应为二氧化碳和水生成甲酸和氧气，D正确；
故选D。
1.盐桥式原电池
①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路
②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流
③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开
2．离子交换膜在电解池中的作用
（1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触
①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量
②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸）
（2）通透：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）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
3．常见的离子交换膜（隔膜）
（1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过
（2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过
（3）质子交换膜：只允许氢离子通过
4．含离子交换膜电化学装置的几个区域
（1）原料区
①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液
②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液
（2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域
（3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用
（4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
装置 问题
根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g
【变式5-1】（2024·湖北武汉·二模）双阴极微生物燃料电池处理含NH4废水的工作原理如图2所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图1所示，下列说法错误的是（ ）
A．I、Ⅲ为阴极室，Ⅱ为阳极室
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．Ⅲ室会发生反应
D．生成3.5gN2，理论上需要消耗10gO2
答案：D
解析：A．I室和Ⅲ室发生反应，反应类型为还原反应，I室和Ⅲ室为阴极室，Ⅱ室发生反应为氧化反应，为阳极室，故A正确；
B．Ⅱ室为阳极室、Ⅲ室为阴极室，Ⅱ室消耗阴离子，所以离子交换膜为阳离子交换膜，故B正确；
C．根据图1所示，Ⅲ室中液体运动到I室，I室硝酸根离子发生还原反应，可知Ⅲ室中生成硝酸根离子，所以除了O2→H2O，还会发生的反应为，故C正确；
D．I室发生反应，生成3.5gN2，即0.125mol，左侧阴极转移1.25mol电子，消耗0.25mol硝酸根离子；双阴极通过的电流相等，所以右侧阴极同样转移1.25mol电子，右侧阴极反应消耗氧气的物质的量为0.3125mol，Ⅲ室发生反应生成0.25mol硝酸根离子消耗0.5mol氧气，理论上需要消耗0.8125molO2，即26g，故D错误；
答案选D。
【变式5-2】（24-25高三上·黑龙江·阶段练习）利用在碱性条件下实现废水中的回收，铬的去除率大于99.5%，其装置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．膜a、膜b均为阳离子交换膜
B．废水室中反应的离子方程式为
C．反应一段时间后，阴极区溶液的减小
D．通电过程中石墨极每产生(标准状况)气体，则双极膜内减少
答案：D
解析：根据图示中氢离子的移动方向可知，N为阴极，则M为阳极，在阳极水失去电子生成氧气电极反应为：2H2O 4e =4H++O2↑，氢离子结合硫酸根离子生成硫酸，缓冲室中的硫酸根离子通过膜a向左移动，缓冲室中的钠离子通过膜b向右移动，则膜a为阴离子交换膜，b为阳离子交换膜，以此解题。
A．由分析可知，膜a为阴离子交换膜，膜b均为阳离子交换膜，A错误；
B．由图可知，废水室为碱性环境，则废水室中反应的离子方程式为，B错误；
C．由分析可知，N为阴极，在阴极氢离子得到电子生成氢气，但是同时双极膜中的氢离子向阴极移动，则反应一段时间后，阴极区溶液的不变，C错误；
D．N产生的是氢气，则石墨极每产生氢气的物质的量为1.5mol，此时转移电子为3mol，此时双极膜消耗水为3mol，质量为54g，D正确；
故选D。
【考向六】串联组合式电化学装置分析
【典例6】（24-25高三上·河南·期中）某研究性学习小组利用以下装置探究氯碱工业和铜的精炼的工作原理(X是离子交换膜)，下列说法正确的是（ ）
A．甲装置Fe电极和C电极位置可以互换
B．X可以是阳离子交换膜，也可以是阴离子交换膜
C．若电解后乙装置精铜质量增加6.4g，则Fe电极处能收集到2.24L气体
D．电解一段时间后去掉X并将C电极换成 Mg电极继续通电，则Mg电极的电极反应式为
答案：D
解析：乙池为铜的精炼，则粗铜作阳极，精铜作阴极；电源的右侧与粗铜相连，为电池的正极，左侧为负极，所以甲池的Fe电极为阴极，C电极为阳极。
A．由分析可知，甲装置的Fe电极为阴极，C电极为阳极，若将Fe电极和C电极位置可以互换，则Fe电极作阳极，通电后，阳极Fe失电子生成Fe2+进入溶液，溶液中的Cl-就不可能在阳极失电子生成Cl2，同样，阴极区可能会生成Fe(OH)2沉淀，也难以得到NaOH，达不到进行氯碱工业生产的目的，A不正确；
B．电池工作时，C电极上Cl-失电子生成Cl2，Fe电极水中的氢离子得电子生成氢气和氢氧根，则阳极区的Na+沿离子交换膜进入右侧Fe电极附近，所以此离子交换膜只可以是阳离子交换膜，B不正确；
C．由得失电子守恒，可建立如下关系式：，若电解后乙装置精铜质量增加6.4g(物质的量为=0.1mol)，则Fe电极处能收集到0.1molH2，题中未指明是否为标准状况，所以收集到气体的体积不一定为2.24L，C不正确；
D．电解一段时间后去掉X并将C电极换成 Mg电极继续通电，则Mg电极失电子生成Mg2+，与溶液中的OH-反应生成Mg(OH)2沉淀，电极反应式为↓，D正确；
故选D。
多池串联池属性的判断
1．有外接电源的全部都是原电池
2．无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池
（1）有盐桥的是原电池
（2）有燃料电池的是原电池
（3）能发生自发氧化还原反应的装置为原电池
（4）多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池
3．电极的连接顺序：负→阴→阳→阴→…→阳→正
4．串联电路的特点：每一个电极转移的电子数都相等
【变式6-1】（24-25高三上·山东·阶段练习）以“全氢电池”为电源直接电解氯化钠溶液制备和HClO的装置如图所示(工作时，在双极膜界面处被催化解离成和)。下列说法错误的是（ ）
A．“全氢电池”的总反应为非氧化还原反应
B．“全氢电池”的双极膜中产生的向左移动
C．阳极区发生的电极反应为
D．理论上，双极膜中2mol 解离时，电解池阳极区减少1mol阳离子(忽略HClO的电离)
答案：B
解析：由图知，左图为原电池，其中左边吸附层为负极，发生氧化反应，，右边吸附层为正极，发生还原反应，；右图为电解池，因为电解氯化钠溶液制备H2和HClO，则阳极反应式，阴极反应式为。
A．根据分析知，“全氢电池”的总反应为，为非氧化还原反应，A正确；
B．原电池中阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，所以“全氢电池”的双极膜中产生的向右移动，B错误；
C．因为电解氯化钠溶液制备H2和HClO，则阳极反应式，C正确；
D．理论上，双极膜中2mol 解离时，可以形成2mol、2molOH-，转移2mol电子，根据，可以知道阳极生成1mol氢离子，转移2mol电子则有2molNa+通过阳离子交换膜进入阴极区，故阳极区减少1mol阳离子(忽略HClO的电离)，D正确；
故选B。
【变式6-2】（24-25高三上·四川自贡·期中）一种新型电池，可以有效地捕获，将其转化为，再将产生的电解制，装置如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．b为正极，发生氧化反应
B．电池工作中电子的流向：，
C．d电极的电极反应式：
D．捕获23g，c极产生(标准状况)
答案：D
解析：根据图示可知：左侧装置自发进行氧化还原反应，则该装置为原电池，右侧装置为电解池；Zn电极失去电子被氧化为Zn2+，则a电极为负极，b电极为正极；c电极与正极相连，为阳极；d电极与电源负极连接，为阴极，然后根据原电池、电解池原理分析解答。
A．根据图示信息，a为原电池的负极，发生氧化反应，b为原电池的正极，发生还原反应，A错误；
B．a为原电池的负极，b为原电池的正极，c为电解池的阳极，d为电解池的阴极，电池工作中电子的流向：a→d，c→b，B错误；
C．d为电解池的阴极，电极反应式：+6e +8H+=+2H2O，C错误；
D．b电极，N元素化合价从+4价降为+3价，捕获0.5molNO2，转移电子0.5mol，c极产生0.125molO2，标准状况体积为2.8L，D正确；
故答案选D。
【考向七】金属腐蚀型原电池装置分析
【典例7】（24-25高三上·广东·阶段练习）轮船底部的钢铁在海水中容易受到腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列有关金属腐蚀的说法正确的是（ ）
A．钢铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀，负极反应为
B．氧气在正极发生还原反应，消耗1mol理论上转移电子的数目为2mol
C．轮船外壳镶嵌铜块可减缓轮船的腐蚀速度，这是牺牲阳极法
D．镀锡铁皮的镀层破损后，比不镀锡的铁皮更加容易腐蚀
答案：D
A．钢铁在潮湿空气中主要发生吸氧腐蚀，钢铁中的铁和碳可以形成原电池的两极，铁作为负极，失去电子被氧化，负极反应式为，A项错误；
B．在原电池中，氧气作为正极反应物，得到电子被还原，每1mol氧气参与反应，会得到4mol电子，B项错误；
C．轮船外壳镶嵌铜块会加速腐蚀，因为铁和铜在海水中可以形成原电池，铁作为负极会加速腐蚀，无法通过牺牲铜来保护铁，C项错误；
D．镀锡铁皮的镀层破损后，铁和锡在海水中可以形成原电池，发生铁的电化学腐蚀，它比单纯的化学腐蚀(即铁直接与海水中的氧气反应)要快得多，D项正确；
故选D。
1．金属的腐蚀
（1）化学腐蚀
①反应类型：普通的化学反应
②特点：无电流产生，电子直接转移给氧化剂
（2）电化腐蚀
①反应类型：原电池反应
②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂
（3）普遍性：两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍
2．电化学腐蚀的类型
（1）析氢腐蚀
①形成条件：水膜酸性较强
②特点：在密闭容器中气体压强增大
（2）吸氧腐蚀
①形成条件：形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性
②特点：在密闭容器中气体压强减小
（3）特殊性：在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀，氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀
（4）普遍性：吸氧腐蚀更为普遍
3．钢铁吸氧腐蚀的过程
（1）腐蚀过程
①负极反应：Fe－2e－Fe2+
②正极反应：2H2O+O2+4e－4OH－
③电池反应：2Fe+2H2O+O22Fe（OH）2
（2）后续反应
①氧化反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3
②部分分解：2Fe（OH）3Fe2O3·xH2O +（3－x）H2O
（3）铁锈成分：Fe2O3的复杂水合物（Fe2O3·nH2O）
（4）铁在无氧条件下的生锈过程：FeFe2+Fe(OH)2
【变式7-1】（24-25高三上·广东·开学考试）尘埃落在平整的铁制品的表面上，水蒸气在尘粒下形成薄水层，尘粒覆盖的中心部分供氧较少，而在尘粒的边缘有较多的，实际腐蚀情况如图。下列说法不正确的是（ ）
A．空气中含有、会加快腐蚀
B．铁制品被腐蚀的最终产物是FeO
C．铁制品的溶解主要发生在尘粒的中部
D．边缘区反应为
答案：B
A．、会与空气中的水分子反应生成碳酸和亚硫酸，会加快铁的腐蚀，A正确；
B．铁制品被腐蚀的最终产物是，B错误；
C．根据题目所给图可知，铁制品的溶解主要发生在尘粒的中部，C正确；
D．根据题目所给图分析，边缘区氧气氧化铁的反应为，D正确；
故选B。
【变式7-2】（24-25高三上·浙江·阶段练习）我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法不正确的是
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应式为
C．把锌环换成锡环后，断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
D．断电时，正极上的电极反应式为
答案：C
解析：根据电源和直流电方向可知，锌环作阳极、铁帽作阴极，据此回答。
A．通电时锌环与电源的正极相连，作阳极，发生氧化反应，A正确；
B．通电时铁作阴极，水中氢离子放电，电极反应式为，B正确；
C．因铁比锡活泼，断电时构成原电池，锡作正极，而铁作负极被消耗，所以铁帽被腐蚀，C错误；
D．断电时构成原电池，铁作正极氧气得电子，即正极上的电极反应式为，D正确；
故选C。
【考向八】金属防护型电化学装置分析
【典例8】（2024·浙江·卷）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
下列说法正确的是（ ）
A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子
B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：
C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
答案：B
解析：A．图1为牺牲阳极的阴极保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，其失去电子被氧化；图2为外加电流保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的，A不正确；
B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的放电外，海水中溶解的也会竞争放电，故可发生，B正确；
C．图2为外加电流保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；
D．图1当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸门被保护，钢闸门不发生化学反应，图2中当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸门被保护，辅助阳极上发生了氧化反应，D不正确；
综上所述，本题选B。
1．金属的电化学防护
（1）原电池防护法：牺牲阳极的阴极保护法
①负极：比被保护金属活泼的金属
②正极：被保护的金属设备
（2）电解池防护法：外加电流的阴极保护法
①阳极：惰性电极
②阴极：被保护的金属设备
2．金属腐蚀速率的比较
（1）同一金属：离子浓度大＞离子浓度小＞非电解质
（2）同一电解液
①电解质浓度越大，金属腐蚀越快
②电解腐蚀＞原电池腐蚀＞化学腐蚀＞有防护的腐蚀
（3）不同金属、同一电解液：两金属活动性相差越大，活泼金属腐蚀越快
【变式8-1】（23-24高三下·广东揭阳·期中）城镇的地下空间中常有金属管道运输系统和地铁铁轨等。当金属管道或铁轨在潮湿土壤中形成电流回路时，就会引起这些金属制品的腐蚀。为了防止这类腐蚀的发生，某同学设计了如图所示的装置，下列说法不正确的是（ ）
A．钢铁上发生还原反应
B．若导线与Mg块连接，为牺牲阳极法
C．若外加电源，导线应连接外接电源的正极
D．导线与Zn块连接也可保护钢铁输水管
答案：C
A．为防止钢铁输水管氧化，应通过牺牲阳极法或外加电流法使其发生还原反应，A正确；
B．Mg为活泼金属，可作为牺牲阳极，则将Mg与钢铁输水管相连是用牺牲阳极法保护钢铁输水管，B正确；
C．若导线连接电源正极，则钢铁输水管作阳极被氧化，故导线应连接外接电源的负极，C错误；
D．Zn为活泼金属，可作为牺牲阳极，则将Zn与钢铁输水管相连是用牺牲阳极法保护钢铁输水管，D正确；
故选C。
【变式8-2】（23-24高三上·湖北·阶段练习）防止钢铁腐蚀有利于节约资源﹑现采用如图所示的两种阴极保护法，其中高硅铸铁是惰辅助阳极。下列说法错误的是（ ）
A．当K位于N时，该防护方法为牺牲阳极法
B．当K位于M时，钢铁桥墩表面有大量电子
C．高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的
D．保护电流应该根据环境条件变化进行调整
答案：C
解析：由图可知，当K位于N时，该装置是原电池，锌板作负极，钢铁桥墩作正极被保护，当K位于M时，接通电源，该装置是电解池，钢铁桥墩表面有大量电子，作阴极，从而被保护。
A．当K位于N时，该装置是原电池，该防护方法为牺牲阳极法，A正确；
B．当K位于M时，该装置是电解池，钢铁桥墩表面有大量电子，起到保护作用，B正确；
C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；
D．保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D正确；
故选C。
【考向九】守恒法在电化学计算中应用
【典例9】（2024·山东·卷）以不同材料修饰的为电极，一定浓度的溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制和，装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充
C．电解总反应式为
D．催化阶段反应产物物质的量之比
答案：B
解析：电极b上Br-发生失电子的氧化反应转化成，电极b为阳极，电极反应为Br- -6e-+3H2O=+6H+；则电极a为阴极，电极a的电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-；电解总反应式为Br-+3H2O+3H2↑；催化循环阶段被还原成Br-循环使用、同时生成O2，实现高效制H2和O2，即Z为O2。
A．根据分析，电极a为阴极，连接电源负极，A项正确；
B．根据分析电解过程中消耗H2O和Br-，而催化阶段被还原成Br-循环使用，故加入Y的目的是补充H2O，维持NaBr溶液为一定浓度，B项错误；
C．根据分析电解总反应式为Br-+3H2O+3H2↑，C项正确；
D．催化阶段，Br元素的化合价由+5价降至-1价，生成1molBr-得到6mol电子，O元素的化合价由-2价升至0价，生成1molO2失去4mol电子，根据得失电子守恒，反应产物物质的量之比n(O2) ∶n(Br-)=6∶4=3∶2，D项正确；
答案选B。
1．电子守恒和电荷守恒列关系式
（1）电子守恒：两极得失电子数相等
①串联电路各支路转移的电子数相同，按支路算
（2）电荷守恒：1个电子对应1个正电荷或负电荷
（3）常用关系式：O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~Mn+
2．电化学计算的物理公式
（1）电量公式：Q＝It＝nNAq＝nF
（2）电能公式：W＝UIt＝UQ
①n——得失电子的物质的量（mol）
②NA——阿伏加德罗常数（6.02×1023mol－1）
③q——1个电子所带的电量（1.60×10－19C）
④I——电流强度（A）
⑤t——时间（s）
⑥F——法拉弟常数（96500C/mol）
⑦U——电压（V）
⑧W——电能（J）
3．几个注意问题
（1）气体体积相关计算时，必须注明标准状况
（2）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
【变式9-1】（2024·湖南·卷）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．电解时，向Ni电极移动
B．生成的电极反应：
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成的同时，生成
答案：B
解析：由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH水溶液，则电极反应为：；Pt电极失去电子生成，作阳极，电极反应为：，同时，Pt电极还伴随少量生成，电极反应为：。
A．由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即向Pt电极移动，A错误；
B．由分析可知，Pt电极失去电子生成，电解质溶液为KOH水溶液，电极反应为：，B正确；
C．由分析可知，阳极主要反应为：，阴极反应为：，则电解过程中发生的总反应主要为：，反应消耗，生成，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；
D．根据电解总反应：可知，每生成1mol，生成0.5mol，但Pt电极伴随少量生成，发生电极反应：，则生成1molH2时得到的部分电子由OH-放电产生O2提供，所以生成小于0.5mol，D错误；
故选B。
【变式9-2】（24-25高三上·安徽·阶段练习）一种在酸性条件下具有高能量密度、低电解液消耗并可长期保存的硅锰电池的原理如下图所示：
下列有关说法正确的是（ ）
A．M为电池的正极
B．H 从N电极向M极运动
C．N电极的反应式为
D．生成6g时，正极消耗0.4mol
答案：C
解析：由图可知，Si转化为SiO2，Si元素化合价升高，失去电子为负极，电极反应为Si－4e-+2H2O=SiO2+4H+；MnO2转化为Mn2+，Mn元素化合价降低，得到电子，为正极，电极反应为。
A．M电极Si为0价，通过电极反应生成，Si为+4价，化合价升高，被氧化，为原电池的负极，A不正确；
B．由分析的负极反应可知，负极产生的透过离子交换膜从M向N运动，B不正确；
C．N电极中Mn为+4价，生成，化合价降低，被还原，得电子，为电池的正极，电极反应式为：，C正确；
D．生成6g即为0.1mol，转移0.4mol电子，由正极的电极反应式知，正极消耗0.8mol，D不正确；
故选C。
1．（2024·福建·卷）一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图。电解质为含有机溶液。放电过程中产生，充电过程中电解LiCl产生。下列说法正确的是（ ）
A．交换膜为阴离子交换膜
B．电解质溶液可替换为LiCl水溶液
C．理论上每生成，需消耗2molLi
D．放电时总反应：
答案：D
解析：放电过程中产生，由图可知，放电过程中氮气得到电子发生还原反应生成Li3N，Li3N又转化为和LiCl，则左侧电极为正极，右侧电极为负极；
A．放电过程中负极锂失去电子形成锂离子，锂离子通过阳离子交换膜进入左侧生成，A错误；
B．锂为活泼金属，会和水反应，故电解质溶液不能为水溶液，B错误；
C．充电过程中电解LiCl失去电子发生氧化反应产生：，锂离子在阴极得到电子发生还原生成锂单质：，则每生成，同时生成2mol Li；放电过程中，消耗6mol Li，同时生成4mol LiCl，则整个充放电过程来看，理论上每生成，需消耗1mol Li，C错误；
D．由分析，放电过程中，正极氮气得到电子发生还原反应生成Li3N，Li3N又转化为和LiCl，负极锂失去电子发生氧化反应生成锂离子，总反应为，D正确；
故选D。
2．（2024·江苏·卷）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是（ ）
A．电池工作时，发生氧化反应
B．电池工作时，通过隔膜向正极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电
D．反应中每生成，转移电子数为
答案：C
解析：Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。
A．电池工作时，为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；
B．电池工作时，通过隔膜向负极移动，故B错误；
C．环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；
D．由电极反应式可知，反应中每生成，转移电子数为，故D错误；
故选C。
3．（2024·贵州·卷）一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应：，。体系中与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。
下列说法错误的是（ ）
A．该芬顿系统能量转化形式为太阳能电能化学能
B．阴极反应式为
C．光阳极每消耗，体系中生成
D．在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
答案：C
解析：该装置为电解池，光阳极上水失电子生成H2O2和氢离子，电极反应式为，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为；
A．该装置为电解池，利用光能提供能量转化为电能，在电解池中将电能转化为化学能，A正确；
B．由图可知，阴极上氧气和氢离子得电子生成过氧化氢，电极反应式为，B正确；
C．光阳极上水失电子生成H2O2和氢离子，电极反应式为，每转移2mol电子生成，此时阴极也生成：，即光阳极每消耗1molH2O，体系中生成，C错误；
D．由Mn(Ⅳ)和过氧化氢转化为Mn(Ⅱ)过程中，锰元素化合价降低，做还原剂，表现还原性，由Mn(Ⅱ)转化为Mn(Ⅳ)时，中O元素化合价降低，做氧化剂，表现氧化性，D正确；
故选C。
4．（2024·湖南·卷）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．电解时，向Ni电极移动
B．生成的电极反应：
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成的同时，生成
答案：B
解析：由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH水溶液，则电极反应为：；Pt电极失去电子生成，作阳极，电极反应为：，同时，Pt电极还伴随少量生成，电极反应为：。
A．由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即向Pt电极移动，A错误；
B．由分析可知，Pt电极失去电子生成，电解质溶液为KOH水溶液，电极反应为：，B正确；
C．由分析可知，阳极主要反应为：，阴极反应为：，则电解过程中发生的总反应主要为：，反应消耗，生成，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；
D．根据电解总反应：可知，每生成1mol，生成0.5mol，但Pt电极伴随少量生成，发生电极反应：，则生成1molH2时得到的部分电子由OH-放电产生O2提供，所以生成小于0.5mol，D错误；
故选B。
5．（2024·安徽·卷）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和为电极，以和混合液为电解质溶液。下列说法错误的是（ ）
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：
C．充电时，阴极被还原的主要来自
D．放电时，消耗，理论上转移电子
答案：C
解析：由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为；正极上发生，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为。
A．标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由提供孤电子对、提供空轨道形成的配位键，A正确；
B．由以上分析可知，该电池总反应为，B正确；
C．充电时，阴极电极反应式为，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；
D．放电时，负极的电极反应式为，因此消耗0.65 g Zn（物质的量为0.01mol），理论上转移0.02 mol电子，D正确；
综上所述，本题选C。
6．（2024·吉林·卷）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是（ ）
A．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：
C．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：
答案：A
解析：据图示可知，b电极上HCHO 转化为HCOO-，而HCHO 转化为HCOO-为氧化反应，所以b电极为阳极，a电极为阴极，HCHO为阳极反应物，由反应机理可知：反应后生成的转化为HCOOH。由原子守恒和电荷守恒可知，在生成HCOOH的同时还生成了H-，生成的HCOOH再与氢氧化钾酸碱中和：HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，而生成的H-在阳极失电子发生氧化反应生成氢气，即2H--2e-=H2↑，阴极水得电子生成氢气：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。
A．由以上分析可知，阳极反应：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，阴极反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，即转移2mol电子时，阴、阳两极各生成1molH2，共2molH2，而传统电解水：，转移2mol电子，只有阴极生成1molH2，所以相同电量下理论产量是传统电解水的2倍，故A错误；
B．阴极水得电子生成氢气，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故B正确；
C．由电极反应式可知，电解过程中阴极生成OH-，负电荷增多，阳极负电荷减少，要使电解质溶液呈电中性，通过阴离子交换膜向阳极移动，即向b极方向移动，故C正确；
D．由以上分析可知，阳极反应涉及到：①HCHO+OH--e-→HCOOH+H2，②HCOOH+OH-=HCOO-+H2O，由(①+②)×2得阳极反应为：，故D正确；
答案选A。
7．（2024·海南·卷）电解溶液得到，是早期制备的重要步骤。某实验装置如图所示。电解过程流出液b中混有少量气泡。下列说法错误的是（ ）
A．电解过程中阴极区的不断迁移到阳极区
B．图中a代表
C．回路中通过电子产生
D．氧化成的电极反应为
答案：AC
解析：由实验装置图可知，与电源正极相连为电极为阳极，电极反应式为，电解过程流出液b中混有少量气泡，发生副反应，与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式为。
A．由分析可知，阴离子向阳极移动，但是硫酸根不能通过质子交换膜，则硫酸根不能从阴极区迁移到阳极区，A错误；
B．由分析可知，阴极区产生氢气，则a为氢气，B正确；
C．由于阳极区存在副反应，则当回路中通过1mol电子产生的小于0.5mol，C错误；
D．由分析可知，阳极区发生反应氧化反应，D正确；
故选AC。
8．（2023·海南卷）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。
9．（2023·河北卷）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。
10．（2023·广东卷）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是（ ）
A．作原电池正极
B．电子由经活性炭流向
C．表面发生的电极反应：
D．每消耗标准状况下的，最多去除
答案：B
解析：在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失去电子与溶液中的Cl-反应，Ag为负极。
A．由分析可知，Ag失去电子与溶液中的Cl-反应生成AgCl，Ag为负极，A错误；
B．电子由负极经活性炭流向正极，B正确；
C．溶液为酸性，故表面发生的电极反应为，C错误；
D．每消耗标准状况下的，转移电子2mol，而失去2mol电子，故最多去除，D错误。
故选B。
11．（2023·浙江卷）下列说法正确的是（ ）
A．图①装置可用于制取并收集氨气
B．图②操作可排出盛有溶液滴定管尖嘴内的气泡
C．图③操作俯视刻度线定容会导致所配溶液浓度偏大
D．图④装置盐桥中阳离子向溶液中迁移
答案：C
解析：A．氯化铵受热分解生成氨气和氯化氢，遇冷又化合生成氯化铵，则直接加热氯化铵无法制得氨气，实验室用加热氯化铵和氢氧化钙固体的方法制备氨气，故A错误；
B．高锰酸钾溶液具有强氧化性，会腐蚀橡胶管，所以高锰酸钾溶液应盛放在酸式滴定管在，不能盛放在碱式滴定管中，故B错误；
C．配制一定物质的量浓度的溶液时，俯视刻度线定容会使溶液的体积偏小，导致所配溶液浓度偏大，故C正确；
D．由图可知，锌铜原电池中，锌电极为原电池的负极，铜为正极，盐桥中阳离子向硫酸铜溶液中迁移，故D错误；
故选C。
12．（2023·辽宁卷）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。
13．（2023·全国卷）室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
下列叙述错误的是（ ）
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
答案：A
解析：由题意可知放电时硫电极得电子，硫电极为原电池正极，钠电极为原电池负极。
A．充电时为电解池装置，阳离子移向阴极，即钠电极，故充电时，Na+由硫电极迁移至钠电极，A错误；
B．放电时Na在a电极失去电子，失去的电子经外电路流向b电极，硫黄粉在b电极上得电子与a电极释放出的Na+结合得到Na2Sx，电子在外电路的流向为a→b，B正确；
C．由题给的的一系列方程式相加可以得到放电时正极的反应式为2Na++S8+2e-→Na2Sx，C正确；
D．炭化纤维素纸中含有大量的炭，炭具有良好的导电性，可以增强硫电极的导电性能，D正确；
故答案选A。
14．（2023·全国卷）一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是（ ）
A．放电时为正极
B．放电时由负极向正极迁移
C．充电总反应：
D．充电阳极反应：
答案：C
解析：由题中信息可知，该电池中Zn为负极、为正极，电池的总反应为。
A．由题信息可知，放电时，可插入层间形成，发生了还原反应，则放电时为正极，A说法正确；
B．Zn为负极，放电时Zn失去电子变为，阳离子向正极迁移，则放电时由负极向正极迁移，B说法正确；
C．电池在放电时的总反应为，则其在充电时的总反应为，C说法不正确；
D．充电阳极上被氧化为，则阳极的电极反应为，D说法正确；
综上所述，本题选C。
15．（2022·辽宁卷）某储能电池原理如图。下列说法正确的是（ ）
A．放电时负极反应：
B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移
C．放电时每转移电子，理论上吸收
D．充电过程中，溶液浓度增大
答案：A
解析：放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。
A． 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确；
B． 放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；
C． 放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误；
D． 充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误；
故选A。
16．（2022·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-。
解析：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。
17．（2022·广东卷）科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是（ ）
A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
答案：C
解析：A．由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；
B．放电时电极反应和充电时相反，则由放电时电极a的反应为可知，NaCl溶液的pH不变，故B错误；
C．放电时负极反应为，正极反应为，反应后Na+和Cl-浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；
D．充电时阳极反应为，阴极反应为，由得失电子守恒可知，每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g/mol2mol=46g，故D错误；
答案选C。
1．（24-25高三上·天津河西·期末）硅锰原电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．放电过程中，负极区溶液pH增大
B．导线上每通过1mole-，正极区溶液质量增加44.5g
C．将交换膜更换为阴离子交换膜，电解液换为NaOH溶液，电流更平稳
D．原电池的工作原理：
答案：B
解析：由图可知，在碳硅电极上Si被氧化生成SiO2，则碳硅电极为负极，电极反应式为：Si-4e-+2H2O=SiO2+4H+；在MnO2电极上MnO2被还原生成Mn2+，则MnO2电极为正极，电极反应式为：2MnO2+4e-+8H+=2Mn2++4H2O，据此解答。
A．放电过程中，碳硅电极为负极，电极反应式为：Si-4e-+2H2O=SiO2+4H+，即生成H+同时消耗H2O，但H+透过质子交换膜迁移到正极，则负极区溶液中n(H+)不变，但H2O被消耗，溶液的体积减小，c(H+)增大，则pH减小，A错误；
B．正极反应为：2MnO2+4e-+8H+=2Mn2++4H2O，导线上每通过1mole-，即有1molH+从负极区迁移至正极区溶液，同时正极溶解0.5molMnO2，则正极区溶液质量增加1mol×1g/mol+0.5mol×87g/mol=44.5g，B正确；
C．由于Si能与NaOH溶液直接反应，所以电解液不能换为NaOH溶液，C错误；
D．负极反应为：Si-4e-+2H2O=SiO2+4H+，正极反应为：2MnO2+4e-+8H+=2Mn2++4H2O，将正、负极的电极反应式相加可得原电池的工作原理：，D错误；
故选B。
2．（2025·河南·模拟预测）我国科学家设计了一种水系可充电电池，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．充电时，电极b为阳极
B．充电时，阳极附近溶液的pH增大
C．放电时，负极的电极反应：
D．放电时，溶液中向电极b方向迁移
答案：C
解析：由图可知，放电时，电极a上MnO2转化为Mn2+，发生还原反应，电极b上Cu2S转化为S，发生氧化反应，则电极a为正极，电极b为负极；充电时，电极a上Mn2+转化为MnO2，发生氧化反应，电极b上S转化为Cu2S，发生还原反应，此时电极a为阳极，电极b为阴极。
A．充电时，S转化为Cu2S，发生还原反应，则电极b为阴极，A错误；
B．根据分析，充电时，电极b为阴极，则电极a为阳极，电极a的电极反应为Mn2++2H2O－2e-=MnO2+4H+，阳极附近溶液的pH减小，B错误；
C．放电时，电极b为负极，负极的电极反应为Cu2S 4e =S+2Cu2+，C正确；
D．放电时，溶液中向正极移动，即向电极a方向迁移，D错误；
故选C。
3．（2025·四川·模拟预测）我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作示意图如下。
下列说法错误的是（ ）
A．放电时，从负极向正极迁移
B．放电时，的生成说明具有两性
C．充电时，电池总反应为
D．充电时，若生成，则有穿过离子交换膜
答案：D
解析：由电池装置图可知，放电时Zn为负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=，多孔碳为正极，电极反应为+2e-=2；充电时Zn为阴极，电极反应为+2e-=Zn+4OH-，多孔碳为阳极，电极反应为2-2e-=。
A．放电为原电池，原电池中K+向正极移动，A正确；
B．碱性环境中有生成说明Zn(OH)2能与碱反应，既能与酸反应又能与碱反应说明Zn(OH)2有两性，B正确；
C．充电为电解池，根据分析，总反应为阴阳两极的加和，+2= Zn+4OH-+，C正确；
D．由电极反应2-2e-=，生成1mol转移电子物质的量为2mol，应有2molK+穿过离子交换膜，D错误；
故选D。
4．（24-25高三上·海南·期末）一种钠-海水可充电电池(SVB)放电时的工作原理示意图如图所示(碳毡内部含有催化剂)。
下列叙述正确的是（ ）
A．NaOH的乙醇溶液可代替有机电解质
B．放电时，正极反应式为O2+2H2O-4e-=4OH-
C．充电时，碳毡电极区电解液的pH增大
D．充电时，b应与可再生电力的正极相连
答案：D
解析：放电时，Na做负极（a），负极电极反应，正极（b）反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，充电时阴极反应，阳极反应，据此分析。
A．Na可与乙醇反应，故不可代替，A错误；
B．放电时，正极得电子，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，B错误；
C．充电时，碳毡电极区电解液消耗氢氧根，pH减小，C错误；
D．充电时，b做阳极，应与可再生电力的正极相连，D正确；
故选D。
5．（24-25高三上·辽宁·期末）调节可使溶液中的氨基酸主要以两性离子存在，两性离子整体呈电中性，此时溶液的为该氨基酸的(等电点)。
已知：谷氨酸的pI为3.22，丙氨酸的pI为6.02，赖氨酸的pI为9.74。
利用如图装置分离这三种氨基酸，为离子交换膜，电极均为惰性电极。下列说法正确的是（ ）
A．阳极的电极反应为
B．为阴离子交换膜，为阳离子交换膜
C．原料室的应控制在9.74
D．在产品室1中，可以收集到谷氨酸
答案：D
解析：由题干的电解池装置图可知，阳极室电解H2SO4溶液，电极反应为：，阴极室为电解NaOH溶液，电极反应为：，H+经a膜进入产品室1，OH-经b膜进入产品室2，则a膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，结合三种氨基酸的pI值可知，产品室1显酸性则为谷氨酸，产品室2显碱性则为赖氨酸，丙氨酸留在原料室，据此解答。
A．由分析可知，阳极室电解H2SO4溶液，阳极的电极反应为：，A错误；
B．由分析可知，a为阳离子交换膜，b为阴离子交换膜，B错误 ；
C．由分析可知，丙氨酸留在了原料室，根据丙氨酸的pI值可知，原料室的pH应控制在6.02，C错误；
D．由分析可知，产品室1显酸性，则为谷氨酸，则可以收集到谷氨酸，D正确；
故选D 。
6．（2024·山西太原·二模）电解苯酚的乙腈()水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()，电极材料均为石墨。已知：装置工作时，电极a上有生成且能逸出；双极膜中间层中的解离为和，并分别通过其中的阳离子交换膜、阴离子交换膜向两侧发生迁移。下列说法正确的是（ ）
A．该装置中双极膜左侧为阳离子交换膜
B．装置工作时，丙池中阴极区附近溶液的pH保持不变
C．电极c的电极反应式为
D．每合成1mol扑热息痛，理论上甲室中溶液的质量减少32g
答案：C
解析：根据题意可知丙为电解池，则左侧为原电池，装置工作时，电极a上有生成且能逸出，则发生电极反应为：，则电极a为负极，电极b为正极，电极c为阳极，电极d为阴极，据此解答。
A．电极a为负极，结合电极反应，双极膜中的应向左侧移动，则左侧为阴离子交换膜，故A错误；
B．丙中d为阴极，阴极反应为，则阴极区附近pH增大，故B错误；
C．电极c为阳极，电极反应为；故C正确；
D．由C中电极反应可知，每合成1mol扑热息痛，电路中转移2mol电子，结合电极a反应可知甲室生成1mol氧气，同时有2mol转入，则甲室质量增加2g，故D错误；
故选：C。
7．（24-25高三上·重庆·阶段练习）下列关于钢铁的腐蚀和防护的说法不正确的是（ ）
A．工业废气中的和导致地区内钢铁发生析氢腐蚀
B．在钢铁表面进行烤蓝处理形成疏松的，可防止钢铁被腐蚀
C．薄钢板上的镀锡层一旦破损，会加快钢板的腐蚀
D．沿海港口的钢制管桩与直流电源的负极相连以减缓海水侵蚀
答案：B
A．工业废气中的氮氧化物和二氧化硫会形成酸雨，酸雨会导致地区内钢铁发生析氢腐蚀，故A正确；
B．在钢铁表面进行烤蓝处理形成致密的四氧化三铁，可防止钢铁被腐蚀，故B错误；
C．薄钢板上的镀锡层一旦破损，铁和锡在潮湿空气中会构成原电池，金属性强于锡的铁做负极会加快钢板的腐蚀，故C正确；
D．沿海港口的钢制管桩与直流电源的负极相连做电解池的阴极，可以减缓海水侵蚀，该方法为外加直流电源的阴极保护法，故D正确；
故选B。
8．（24-25高三上·广东深圳·阶段练习）炒过菜的铁锅洗净后残留水渍，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。下列说法错误的是（ ）
A．铁锅表面加聚四氟乙烯涂层可有效保护铁锅不被腐蚀
B．水渍边缘腐蚀程度最严重
C．铁锅生锈属于化学腐蚀
D．腐蚀过程中铁做负极
答案：C
A．铁锅表面加聚四氟乙烯涂层隔绝氧气和水，可有效保护铁锅不被腐蚀，A正确；
B．水渍边缘氧气含量多，水渍中心部位氧气含量少，所以水渍边缘部位腐蚀程度最严重，B正确；
C．铁锅材料为铁合金，其中铁和少量碳及NaCl等形成的残液构成原电池，因此铁锅生锈属于电化学腐蚀，C错误；
D．铁易失电子，腐蚀过程中铁做负极，D正确；
故选C。专题11 新型电化学装置分析
目录
1
【考向一】一次电池装置分析 1
【考向二】可充电池装置分析 4
【考向三】燃料电池装置分析 6
【考向四】电解装置分析 8
【考向五】桥膜式电化学装置分析 13
【考向六】串联组合式电化学装置分析 17
【考向七】金属腐蚀型原电池装置分析 19
【考向八】金属防护型电化学装置分析 21
【考向九】守恒法在电化学计算中应用 23
25
【考向一】一次电池装置分析
【典例1】（2024·北京·卷）酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是（ ）
A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，向负极方向移动
C．发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为
1．原电池工作原理示意图
2．原电池正极和负极的5种判定方法
3．微粒流向
(1)电子流向：负极→正极(电流的方向正好相反)。
[注意]　电子沿导线传递但不能通过电解质溶液。
(2)离子流向：阳离子移向正极，阴离子移向负极。
4．盐桥式原电池
①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路
②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流
③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开
5．一次电池
（1）特点：只能使用一次，不能充电复原继续使用
（2）代表：碱性锌锰干电池、酸性锌锰干电池
6．几种一次电池的电极反应式
（1）碱性锌锰干电池
①电池反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn（OH）2
②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2
③正极反应：2MnO2+2H2O+2e－2MnOOH+2OH－
（2）纽扣式锌银电池
①电池反应：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag
②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2
③正极反应：Ag2O+H2O+2e－2Ag+2OH－
【变式1-1】（2024·江西·卷）我国学者发明了一种新型多功能甲醛﹣硝酸盐电池，可同时处理废水中的甲醛和硝酸根离子(如图)。下列说法正确的是（ ）
A．CuAg电极反应为2HCHO+2H2O﹣4e﹣═2HCOO﹣+H2↑+2OH﹣
B．CuRu电极反应为6H2O+8e﹣═NH3↑+9OH﹣
C．放电过程中，OH﹣通过质子交换膜从左室传递到右室
D．处理废水过程中溶液pH不变，无需补加KOH
【变式1-2】（2025·贵州毕节·一模）一种双腔室燃料电池构造示意图如下，下列说法错误的是（ ）
A．离子交换膜的作用是传导
B．负极反应式为：
C．在电池反应中表现出氧化性和还原性
D．复合材料电极上每消耗，外电路中转移电子
【考向二】可充电池装置分析
【典例2】（2025·浙江·卷）一种可充放电电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为和，随温度升高Q(消耗转移的电子数)增大。下列说法不正确的是（ ）
A．熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率
B．充放电时，优先于通过固态电解质膜
C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区转化为
D．充电时，锂电极接电源负极
二次电池
（1）放电时为原电池，电极属性为正负极；充电时为电解池，电极属性为阴阳极
（2）阳极连正极，阴极连负极，电极反应和电极反应式相反，充放电时电极互变
①充电时，阳极变成正极，阴极变成负极
②放电时，正极变成阳极，负极变成阴极
（3）铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O
①负极反应：Pb+SO42－－2e－PbSO4
②正极反应：PbO2+4H++SO42－+2e－PbSO4+2H2O
③阳极反应：PbSO4+2H2O－2e－PbO2+4H++SO42－
④阴极反应：PbSO4+2e－Pb+SO42－
（4）钴酸锂电池：LixC6+Li1－xCoO2C6+LiCoO2
①负极反应：LixC6－xe－C6+xLi+
②正极反应：Li1－xCoO2+xLi+LiCoO2－xe－
③阳极反应：LiCoO2－xe－Li1－xCoO2+xLi+
④阴极反应：C6+xLi++xe－LixC6
（5）LaNi5H6+6NiOOHLaNi5+6Ni(OH)2（储氢合金和储氢物质中各元素的化合价均为0价）
①负极反应：LaNi5H6－6e－+6OH－LaNi5+6H2O
②正极反应：6NiOOH+6e－6Ni（OH）2+6OH－
③阳极反应：6Ni（OH）2+6OH－－6e－6NiOOH+6H2O
④阴极反应：LaNi5+6H2O+6e－LaNi5H6+6OH－
【变式2-1】（2024·广西·卷）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是（ ）
A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g
B．充电时，阳极电极反应为：
C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变
D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换
【变式2-2】（2025·重庆·一模）我国科学家在锰基正极材料研究方面取得重要进展，使低成本钠离子电池有望取代锂离子电池。钠离子电池的工作原理为，利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电。下列有关说法正确的是（ ）
A．该电池利用钠离子嵌脱过程实现充放电，未发生氧化还原反应
B．充电时，锰元素的化合价升高，钠离子在锰基材料上脱出
C．放电时，负极反应式为：
D．充电时，外电路中转移，锰基材料质量增加
【考向三】燃料电池装置分析
【典例3】（24-25高三上·全国·期中）我国科技工作者设计了一套高效光电化学燃料电池，其工作原理如图所示(忽略溶液体积的变化)。光照时，光催化电极a会产生和空穴，下列叙述错误的是（ ）
A．该装置实现了光能和化学能到电能的转化
B．电池工作时，溶液中的会从左向右迁移
C．电池工作时，光催化电极a的电势高于催化电极b的电势
D．用空穴表示的负极反应为
燃料电池
（1）燃料电池的电极材料
①可燃物在负极上发生氧化反应，如氢气、甲烷、乙醇等还原剂
②助燃物在正极上发生还原反应，如氧气、氯气等氧化剂
（2）燃料电池的总反应：可燃物的燃烧反应兼顾产物和溶液的反应
（3）燃料电池的正极反应式
（4）氧气在正极上的反应式
环境 氧气 氮气
酸性环境 4H++O2+4e－2H2O N2+6e－+8H+2NH4+
碱性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3
中性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3
熔融氧化物 O2+4e－2O2－ N2+6e－2N3－
有CO2存在 O2+4e－+2CO22CO32－
（5）燃料电池的负极反应式
环境 甲烷 氢气
酸性环境 CH4+2H2O－8e－CO2+8H+ H2－2e－2H+
碱性环境 CH4+10OH－－8e－CO32－+7H2O H2－2e－+2OH－2H2O
熔融碳酸盐 CH4+4CO32－－8e－5CO2↑+2H2O H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
碳酸盐溶液 CH4+9CO32－－8e－+3H2O10HCO3－ H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑
熔融氧化物 CH4+5O2－－8e－CO32－+2H2O H2－2e－+O2－2H2O
环境 甲醇 肼
酸性环境 CH3OH+H2O－6e－CO2↑+6H+ N2H4－4e－N2↑+4H+
碱性环境 CH3OH+8OH－－6e－CO32－+6H2O N2H4－4e－+4OH－N2↑+4H2O
熔融碳酸盐 CH3OH－6e－+3CO32－4CO2↑+2H2O
碳酸盐溶液 CH3OH +7CO32－－6e－+2H2O8HCO3－
熔融氧化物 CH3OH +4O2－－6e－CO32－+2H2O N2H4－4e－+2O2－N2↑+2H2O
【变式3-1】（2025高三·全国·专题练习）研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示。
下列说法错误的是（ ）
A．加入HNO3降低了正极反应的活化能
B．电池工作时正极区溶液的pH增大
C．1 mol CH3CH2OH被完全氧化时有6 mol O2被还原
D．负极反应为CH3CH2OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+
【变式3-2】（2024·北京丰台·二模）科学家开发了一种可植入体内的燃料电池，血糖(葡萄糖)过高时会激活电池，产生电能进而刺激人造胰岛细胞分泌胰岛素，降低血糖水平。电池工作时的原理如下图所示(G―CHO代表葡萄糖)。
下列说法不正确的是（ ）
A．该燃料电池是否工作与血糖的高低有关，血糖正常时电池不工作
B．工作时，电极Ⅰ附近pH下降
C．工作时，电子流向：电极Ⅱ→传感器→电极Ⅰ
D．工作时，电极Ⅱ电极反应式为
【考向四】电解装置分析
【典例4】（2024·广东·卷）一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是（ ）
A．阳极反应：
B．阴极区溶液中浓度逐渐升高
C．理论上每消耗，阳极室溶液减少
D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加
一、电解的原理
1．电解池的构成
①有与直流电源相连的两个电极。
②电解质溶液（或熔融电解质）。③形成闭合回路。
2．电解池的工作原理
（1）电极反应
①阳极：连原电池的正极，发生氧化反应。
②阴极：连原电池的负极，发生还原反应。
（2）三个“流向”
①电子流向：阳极阴极
②电流流向：阴极阳极阴极
③离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极
（3）电势高低
①原电池：正极＞负极
②电解池：阴极＞阳极
3．电极按性质分类
（1）惰性电极：由Pt（铂）、Au（金）、C（石墨）组成的电极
（2）活泼电极：除了Pt、Au以外的其他金属电极
4．阴阳两极上放电顺序
（1）阴极（与电极材料无关）：氧化性强的微粒先放电，放电顺序：
（2）阳极（与电极材料有关）：
①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。
②若是惰性电极作阳极，放电顺序为：
（3）三注意
①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液（或熔融电解质）中的阳离子放电。
②最常用、最重要的放电顺序为阳极：Cl－＞OH－；阴极：Ag+＞Cu2+＞H+。
③电解水溶液时，K+～Al3+不可能在阴极放电。
二、电解原理的应用
1．电解精炼铜（含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt等杂质）
（1）电解池的构成
①粗铜作阳极
②精铜作阴极
③硫酸酸化的CuSO4溶液作电解液
（2）电极反应
①阳极：Zn－2e－Zn2+、Fe－2e－Fe2+、Ni－2e－Ni2+、Cu－2e－Cu2+
②阴极：Cu2++2e－Cu
2．电镀
（1）电解池的构成
①镀层金属作阳极
②被镀物品作阴极
③含镀层金属离子溶液作电解液
（2）电极反应
①阳极：Cu－2e－Cu2+
②阴极：Cu2++2e－Cu _
（3）反应特点
①不能写出总反应方程式
②电解过程中原电解质溶液浓度不变
3．电冶炼：制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属
（1）炼钠的方法：电解熔融的NaCl
①阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑
②阴极反应：2Na++2e－2Na
③电解反应：2NaCl2Na+Cl2↑
（2）炼铝的方法：电解熔融的Al2O3
①阳极反应：2O2－－4e－O2↑
②阴极反应：Al3++3e－Al
③电解反应：2Al2O34Al+3O2↑
④不用氯化铝的原因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电
⑤冰晶石的作用：作熔剂，降低氧化铝的熔点，节能
⑥阳极石墨被氧气腐蚀，需定期更换
4．电解熔融的碳酸钠
（1）阳极反应：2CO32－－4e－O2↑+2CO2↑
（2）阴极反应：2Na++2e－2Na
（2）电解反应：2Na2CO34Na+O2↑+2CO2↑
【变式4-1】（2024·甘肃·卷）某固体电解池工作原理如图所示，下列说法错误的是（ ）
A．电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积
B．电极2是阴极，发生还原反应：
C．工作时从多孔电极1迁移到多孔电极2
D．理论上电源提供能分解
【变式4-2】（24-25高三上·江西·期末）电有机合成反应条件温和，生产效率高。电解合成1，2-二氯乙烷(ClCH2CH2Cl)的实验装置如图所示。下列说法不正确的是（ ）
A．离子交换膜X、Y分别为阴离子交换膜和阳离子交换膜
B．阴极的电极反应为
C．阴极产生22.4L气体(标准状况下)，理论上可生成2mol 1，2-二氯乙烷
D．阳极区发生的液相反应化学方程式为
【考向五】桥膜式电化学装置分析
【典例5】（2024·重庆·卷）我国科研工作者研发了一种新型复合电极材料，可将电催化转化为甲酸，如图是电解装置示意图。下列说法正确的是（ ）
A．电解时电极N上产生 B．电解时电极M上发生氧化反应
C．阴、阳离子交换膜均有两种离子通过 D．总反应为
1.盐桥式原电池
①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路
②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流
③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开
2．离子交换膜在电解池中的作用
（1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触
①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量
②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸）
（2）通透：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）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
3．常见的离子交换膜（隔膜）
（1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过
（2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过
（3）质子交换膜：只允许氢离子通过
4．含离子交换膜电化学装置的几个区域
（1）原料区
①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液
②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液
（2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域
（3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用
（4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
装置 问题
根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g
【变式5-1】（2024·湖北武汉·二模）双阴极微生物燃料电池处理含NH4废水的工作原理如图2所示，双阴极通过的电流相等，废水在电池中的运行模式如图1所示，下列说法错误的是（ ）
A．I、Ⅲ为阴极室，Ⅱ为阳极室
B．离子交换膜为阳离子交换膜
C．Ⅲ室会发生反应
D．生成3.5gN2，理论上需要消耗10gO2
【变式5-2】（24-25高三上·黑龙江·阶段练习）利用在碱性条件下实现废水中的回收，铬的去除率大于99.5%，其装置如图所示。下列说法正确的是（ ）
A．膜a、膜b均为阳离子交换膜
B．废水室中反应的离子方程式为
C．反应一段时间后，阴极区溶液的减小
D．通电过程中石墨极每产生(标准状况)气体，则双极膜内减少
【考向六】串联组合式电化学装置分析
【典例6】（24-25高三上·河南·期中）某研究性学习小组利用以下装置探究氯碱工业和铜的精炼的工作原理(X是离子交换膜)，下列说法正确的是（ ）
A．甲装置Fe电极和C电极位置可以互换
B．X可以是阳离子交换膜，也可以是阴离子交换膜
C．若电解后乙装置精铜质量增加6.4g，则Fe电极处能收集到2.24L气体
D．电解一段时间后去掉X并将C电极换成 Mg电极继续通电，则Mg电极的电极反应式为
多池串联池属性的判断
1．有外接电源的全部都是原电池
2．无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池
（1）有盐桥的是原电池
（2）有燃料电池的是原电池
（3）能发生自发氧化还原反应的装置为原电池
（4）多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池
3．电极的连接顺序：负→阴→阳→阴→…→阳→正
4．串联电路的特点：每一个电极转移的电子数都相等
【变式6-1】（24-25高三上·山东·阶段练习）以“全氢电池”为电源直接电解氯化钠溶液制备和HClO的装置如图所示(工作时，在双极膜界面处被催化解离成和)。下列说法错误的是（ ）
A．“全氢电池”的总反应为非氧化还原反应
B．“全氢电池”的双极膜中产生的向左移动
C．阳极区发生的电极反应为
D．理论上，双极膜中2mol 解离时，电解池阳极区减少1mol阳离子(忽略HClO的电离)
【变式6-2】（24-25高三上·四川自贡·期中）一种新型电池，可以有效地捕获，将其转化为，再将产生的电解制，装置如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．b为正极，发生氧化反应
B．电池工作中电子的流向：，
C．d电极的电极反应式：
D．捕获23g，c极产生(标准状况)
【考向七】金属腐蚀型原电池装置分析
【典例7】（24-25高三上·广东·阶段练习）轮船底部的钢铁在海水中容易受到腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列有关金属腐蚀的说法正确的是（ ）
A．钢铁在潮湿空气中发生吸氧腐蚀，负极反应为
B．氧气在正极发生还原反应，消耗1mol理论上转移电子的数目为2mol
C．轮船外壳镶嵌铜块可减缓轮船的腐蚀速度，这是牺牲阳极法
D．镀锡铁皮的镀层破损后，比不镀锡的铁皮更加容易腐蚀
1．金属的腐蚀
（1）化学腐蚀
①反应类型：普通的化学反应
②特点：无电流产生，电子直接转移给氧化剂
（2）电化腐蚀
①反应类型：原电池反应
②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂
（3）普遍性：两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍
2．电化学腐蚀的类型
（1）析氢腐蚀
①形成条件：水膜酸性较强
②特点：在密闭容器中气体压强增大
（2）吸氧腐蚀
①形成条件：形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性
②特点：在密闭容器中气体压强减小
（3）特殊性：在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀，氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀
（4）普遍性：吸氧腐蚀更为普遍
3．钢铁吸氧腐蚀的过程
（1）腐蚀过程
①负极反应：Fe－2e－Fe2+
②正极反应：2H2O+O2+4e－4OH－
③电池反应：2Fe+2H2O+O22Fe（OH）2
（2）后续反应
①氧化反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3
②部分分解：2Fe（OH）3Fe2O3·xH2O +（3－x）H2O
（3）铁锈成分：Fe2O3的复杂水合物（Fe2O3·nH2O）
（4）铁在无氧条件下的生锈过程：FeFe2+Fe(OH)2
【变式7-1】（24-25高三上·广东·开学考试）尘埃落在平整的铁制品的表面上，水蒸气在尘粒下形成薄水层，尘粒覆盖的中心部分供氧较少，而在尘粒的边缘有较多的，实际腐蚀情况如图。下列说法不正确的是（ ）
A．空气中含有、会加快腐蚀
B．铁制品被腐蚀的最终产物是FeO
C．铁制品的溶解主要发生在尘粒的中部
D．边缘区反应为
【变式7-2】（24-25高三上·浙江·阶段练习）我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法不正确的是
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应式为
C．把锌环换成锡环后，断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
D．断电时，正极上的电极反应式为
【考向八】金属防护型电化学装置分析
【典例8】（2024·浙江·卷）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
下列说法正确的是（ ）
A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子
B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：
C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
1．金属的电化学防护
（1）原电池防护法：牺牲阳极的阴极保护法
①负极：比被保护金属活泼的金属
②正极：被保护的金属设备
（2）电解池防护法：外加电流的阴极保护法
①阳极：惰性电极
②阴极：被保护的金属设备
2．金属腐蚀速率的比较
（1）同一金属：离子浓度大＞离子浓度小＞非电解质
（2）同一电解液
①电解质浓度越大，金属腐蚀越快
②电解腐蚀＞原电池腐蚀＞化学腐蚀＞有防护的腐蚀
（3）不同金属、同一电解液：两金属活动性相差越大，活泼金属腐蚀越快
【变式8-1】（23-24高三下·广东揭阳·期中）城镇的地下空间中常有金属管道运输系统和地铁铁轨等。当金属管道或铁轨在潮湿土壤中形成电流回路时，就会引起这些金属制品的腐蚀。为了防止这类腐蚀的发生，某同学设计了如图所示的装置，下列说法不正确的是（ ）
A．钢铁上发生还原反应
B．若导线与Mg块连接，为牺牲阳极法
C．若外加电源，导线应连接外接电源的正极
D．导线与Zn块连接也可保护钢铁输水管
【变式8-2】（23-24高三上·湖北·阶段练习）防止钢铁腐蚀有利于节约资源﹑现采用如图所示的两种阴极保护法，其中高硅铸铁是惰辅助阳极。下列说法错误的是（ ）
A．当K位于N时，该防护方法为牺牲阳极法
B．当K位于M时，钢铁桥墩表面有大量电子
C．高硅铸铁是作为损耗阳极材料发挥作用的
D．保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【考向九】守恒法在电化学计算中应用
【典例9】（2024·山东·卷）以不同材料修饰的为电极，一定浓度的溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制和，装置如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．电极a连接电源负极
B．加入Y的目的是补充
C．电解总反应式为
D．催化阶段反应产物物质的量之比
1．电子守恒和电荷守恒列关系式
（1）电子守恒：两极得失电子数相等
①串联电路各支路转移的电子数相同，按支路算
（2）电荷守恒：1个电子对应1个正电荷或负电荷
（3）常用关系式：O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~Mn+
2．电化学计算的物理公式
（1）电量公式：Q＝It＝nNAq＝nF
（2）电能公式：W＝UIt＝UQ
①n——得失电子的物质的量（mol）
②NA——阿伏加德罗常数（6.02×1023mol－1）
③q——1个电子所带的电量（1.60×10－19C）
④I——电流强度（A）
⑤t——时间（s）
⑥F——法拉弟常数（96500C/mol）
⑦U——电压（V）
⑧W——电能（J）
3．几个注意问题
（1）气体体积相关计算时，必须注明标准状况
（2）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移
【变式9-1】（2024·湖南·卷）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．电解时，向Ni电极移动
B．生成的电极反应：
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成的同时，生成
【变式9-2】（24-25高三上·安徽·阶段练习）一种在酸性条件下具有高能量密度、低电解液消耗并可长期保存的硅锰电池的原理如下图所示：
下列有关说法正确的是（ ）
A．M为电池的正极
B．H 从N电极向M极运动
C．N电极的反应式为
D．生成6g时，正极消耗0.4mol
1．（2024·福建·卷）一种兼具合成功能的新型锂电池工作原理如图。电解质为含有机溶液。放电过程中产生，充电过程中电解LiCl产生。下列说法正确的是（ ）
A．交换膜为阴离子交换膜
B．电解质溶液可替换为LiCl水溶液
C．理论上每生成，需消耗2molLi
D．放电时总反应：
2．（2024·江苏·卷）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是（ ）
A．电池工作时，发生氧化反应
B．电池工作时，通过隔膜向正极移动
C．环境温度过低，不利于电池放电
D．反应中每生成，转移电子数为
3．（2024·贵州·卷）一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应：，。体系中与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。
下列说法错误的是（ ）
A．该芬顿系统能量转化形式为太阳能电能化学能
B．阴极反应式为
C．光阳极每消耗，体系中生成
D．在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性
4．（2024·湖南·卷）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．电解时，向Ni电极移动
B．生成的电极反应：
C．电解一段时间后，溶液pH升高
D．每生成的同时，生成
5．（2024·安徽·卷）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和为电极，以和混合液为电解质溶液。下列说法错误的是（ ）
A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B．电池总反应为：
C．充电时，阴极被还原的主要来自
D．放电时，消耗，理论上转移电子
6．（2024·吉林·卷）“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合高效制的方法，装置如图所示。部分反应机理为：。下列说法错误的是（ ）
A．相同电量下理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：
C．电解时通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：
7．（2024·海南·卷）电解溶液得到，是早期制备的重要步骤。某实验装置如图所示。电解过程流出液b中混有少量气泡。下列说法错误的是（ ）
A．电解过程中阴极区的不断迁移到阳极区
B．图中a代表
C．回路中通过电子产生
D．氧化成的电极反应为
8．（2023·海南卷）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
9．（2023·河北卷）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
10．（2023·广东卷）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是（ ）
A．作原电池正极
B．电子由经活性炭流向
C．表面发生的电极反应：
D．每消耗标准状况下的，最多去除
11．（2023·浙江卷）下列说法正确的是（ ）
A．图①装置可用于制取并收集氨气
B．图②操作可排出盛有溶液滴定管尖嘴内的气泡
C．图③操作俯视刻度线定容会导致所配溶液浓度偏大
D．图④装置盐桥中阳离子向溶液中迁移
12．（2023·辽宁卷）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：
13．（2023·全国卷）室温钠-硫电池被认为是一种成本低、比能量高的能源存储系统。一种室温钠-硫电池的结构如图所示。将钠箔置于聚苯并咪唑膜上作为一个电极，表面喷涂有硫黄粉末的炭化纤维素纸作为另一电极。工作时，在硫电极发生反应：S8+e-→S，S+e-→S，2Na++S+2(1-)e-→Na2Sx
下列叙述错误的是（ ）
A．充电时Na+从钠电极向硫电极迁移
B．放电时外电路电子流动的方向是a→b
C．放电时正极反应为：2Na++S8+2e-→Na2Sx
D．炭化纤维素纸的作用是增强硫电极导电性能
14．（2023·全国卷）一种以和为电极、水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，可插入层间形成。下列说法错误的是（ ）
A．放电时为正极
B．放电时由负极向正极迁移
C．充电总反应：
D．充电阳极反应：
15．（2022·辽宁卷）某储能电池原理如图。下列说法正确的是（ ）
A．放电时负极反应：
B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移
C．放电时每转移电子，理论上吸收
D．充电过程中，溶液浓度增大
16．（2022·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
17．（2022·广东卷）科学家基于易溶于的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为： 。下列说法正确的是（ ）
A．充电时电极b是阴极
B．放电时溶液的减小
C．放电时溶液的浓度增大
D．每生成，电极a质量理论上增加
1．（24-25高三上·天津河西·期末）硅锰原电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．放电过程中，负极区溶液pH增大
B．导线上每通过1mole-，正极区溶液质量增加44.5g
C．将交换膜更换为阴离子交换膜，电解液换为NaOH溶液，电流更平稳
D．原电池的工作原理：
2．（2025·河南·模拟预测）我国科学家设计了一种水系可充电电池，其工作原理如图所示。
下列说法正确的是（ ）
A．充电时，电极b为阳极
B．充电时，阳极附近溶液的pH增大
C．放电时，负极的电极反应：
D．放电时，溶液中向电极b方向迁移
3．（2025·四川·模拟预测）我国科学家发明了一种高储能、循环性能优良的水性电池，其工作示意图如下。
下列说法错误的是（ ）
A．放电时，从负极向正极迁移
B．放电时，的生成说明具有两性
C．充电时，电池总反应为
D．充电时，若生成，则有穿过离子交换膜
4．（24-25高三上·海南·期末）一种钠-海水可充电电池(SVB)放电时的工作原理示意图如图所示(碳毡内部含有催化剂)。
下列叙述正确的是（ ）
A．NaOH的乙醇溶液可代替有机电解质
B．放电时，正极反应式为O2+2H2O-4e-=4OH-
C．充电时，碳毡电极区电解液的pH增大
D．充电时，b应与可再生电力的正极相连
5．（24-25高三上·辽宁·期末）调节可使溶液中的氨基酸主要以两性离子存在，两性离子整体呈电中性，此时溶液的为该氨基酸的(等电点)。
已知：谷氨酸的pI为3.22，丙氨酸的pI为6.02，赖氨酸的pI为9.74。
利用如图装置分离这三种氨基酸，为离子交换膜，电极均为惰性电极。下列说法正确的是（ ）
A．阳极的电极反应为
B．为阴离子交换膜，为阳离子交换膜
C．原料室的应控制在9.74
D．在产品室1中，可以收集到谷氨酸
6．（2024·山西太原·二模）电解苯酚的乙腈()水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()，电极材料均为石墨。已知：装置工作时，电极a上有生成且能逸出；双极膜中间层中的解离为和，并分别通过其中的阳离子交换膜、阴离子交换膜向两侧发生迁移。下列说法正确的是（ ）
A．该装置中双极膜左侧为阳离子交换膜
B．装置工作时，丙池中阴极区附近溶液的pH保持不变
C．电极c的电极反应式为
D．每合成1mol扑热息痛，理论上甲室中溶液的质量减少32g
7．（24-25高三上·重庆·阶段练习）下列关于钢铁的腐蚀和防护的说法不正确的是（ ）
A．工业废气中的和导致地区内钢铁发生析氢腐蚀
B．在钢铁表面进行烤蓝处理形成疏松的，可防止钢铁被腐蚀
C．薄钢板上的镀锡层一旦破损，会加快钢板的腐蚀
D．沿海港口的钢制管桩与直流电源的负极相连以减缓海水侵蚀
8．（24-25高三上·广东深圳·阶段练习）炒过菜的铁锅洗净后残留水渍，不久便会因被腐蚀而出现红褐色锈斑。下列说法错误的是（ ）
A．铁锅表面加聚四氟乙烯涂层可有效保护铁锅不被腐蚀
B．水渍边缘腐蚀程度最严重
C．铁锅生锈属于化学腐蚀
D．腐蚀过程中铁做负极

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