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专题十二　新型化学电源及电解技术
[考试要点]　1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能正确书写电极反应式和总反应方程式。　2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。　3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。
考点一
新型化学电源
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
3．陌生原电池装置的知识迁移
(1)燃料电池
(2)二次电池
A．电极a上发生氧化反应生成O2
B．H＋通过质子交换膜从右室移向左室
C．光解前后，H2SO4溶液的pH不变
D．外电路每通过0.01 mol电子，电极b上产生0.01 mol H2
A
解析：A　光解过程中，电极a上电子流出，发生氧化反应；电极b上电子流入，发生还原反应。
电极 反应类型 电极反应式
电极a 氧化反应 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(A正确)
电极b 还原反应 2H＋＋2e－===H2↑
电极a上生成H＋，电极b上消耗H＋，H＋通过质子交换膜从左室移向右室，B错误；在探究溶液浓度变化时，不仅要关注溶质的变化，也要关注溶剂的变化，在光解过程中，H2SO4溶液中H2O减少，H2SO4溶液浓度增大，pH减小，C错误；生成1 mol H2，转移2 mol电子，外电路通过0.01 mol电子时，电极b上生成0.005 mol H2，D错误。
2．(2024·安徽卷，11)我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如图。该电池分别以Zn-TCPP(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI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

C．充电时，阴极被还原的Zn2+主要来自Zn-TCPP
D．放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移电子0.02 mol
C
3．(2024·新课标卷，12)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计)
电池工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．电池总反应为：2C6H12O6＋O2===2C6H12O7
B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C．消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol电子流入
D．两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
C
理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；原电池中，阳离子向正极迁移，b电极为负极，a电极为正极，故两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a，D正确。
燃料电池
2．用质子导体固体氧化物燃料电池(P-SOFC)脱氢可得丙烯，可实现“烯烃—电力”联产。
下列说法错误的是(　　)
A．催化剂能促进化学能转变为电能
B．O2-由负极迁移至正极
C．负极上发生的电极反应式为C3H8－2e－===C3H6＋2H＋
D．电池的总反应为2C3H8＋O2===2C3H6＋2H2O
解析：B　该装置为燃料电池，则催化剂能促进化学能转变为电能，A正确；通入O2的电极为正极，得电子后形成O2-，O2-带负电荷，会在正极上与H＋结合形成H2O，B错误；通入燃料C3H8的电极为负极，在负极上C3H8失去电子变为C3H6，故负极的电极反应式为C3H8－2e－===C3H6＋2H＋，C正确；在电池的正极上O2得到电子变为O2-，然后与H＋结合形成H2O，故正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，负极的电极反应式为C3H8－2e－===C3H6＋2H＋，由于
同一闭合回路中电子转移数目相等，所以将正极、负极电极反应式叠加，可得电池的总反应为2C3H8＋O2===2C3H6＋2H2O，D正确。
3．微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法错误的是(　　)
B
下列说法正确的是(　　)
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 mol Cl2，电极a质量
理论上增加23 g
C
考点二
电解原理及其应用
1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)
2．正确判断电极产物
(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2+，而不是Fe3+)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2->I－>Br－>Cl－>OH－(水)>含氧酸根离子。
(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：
Ag＋>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H＋(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H＋(水)。
3．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
电解类型 电解质实例 溶液复原物质
电解水 NaOH、H2SO4或Na2SO4 水
电解电解质 HCl或CuCl2 原电解质
放氢生碱型 NaCl HCl气体
放氧生酸型 CuSO4或AgNO3 CuO或Ag2O
4.金属的腐蚀与电化学防护
5．陌生电解池装置图的知识迁移
(1)电解池
(2)金属腐蚀
1．(2024·黑、吉、辽卷，12)“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HCHO高效制H2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H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B．阴极反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D．阳极反应：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑
A
解析：A　
电极 电极名称 电极反应式
a 阴极 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
b 阳极 2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑
传统电解水过程中每转移4 mol e－可制得2 mol H2，耦合HCHO高效制H2过程中每转移4 mol e－，阴、阳极均可产生2 mol 氢气，则相同电量下H2理论产量是传统电解水的2倍，A错误；由上述分析可知，阴极的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；综合图像中的离子交换膜为阴离子交换膜及电解池中阴离子向阳极移动知，OH－通过交换膜向b极区移动，C正确；由上述分析可知，D正确。
2．(2023·浙江1月选考，11)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是(　　)
A．石墨电极为阴极，发生氧化反应
B．电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2
＋8e－===TiSi＋4H2O
C．该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D．电解时，阳离子向石墨电极移动
C
解析：C　根据各电极上的物质变化，判断反应类型，确定电极类型。
石墨电极为阳极，A项错误；该电解池的电解质为熔融盐，不存在H＋，B项错误；根据阳极上生成CO知，石墨优先于Cl－参与反应，C项正确；石墨电极为阳极，阴离子O2-向石墨电极移动，D项错误。
3．(2024·浙江6月选考，13)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：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
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
B
解析：B　图1为牺牲阳极法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，失去电子被氧化，图2为外加电流法，阳极材料为辅助阳极，通常是惰性电极，其本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的Cl－，A错误；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H＋放电外，海水中溶解的O2也会竞争放电，故可发生反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B正确；图2为外加电流法，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错误；图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明从牺牲阳极或外加电源传递过来的电子阻止了Fe－2e－===Fe2+的发生，钢闸门不发生化学反应，但是牺牲阳极发生了氧化反应，辅助阳极上也发生了氧化反应，D错误。
电解原理与物质制备
1．采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(　　)
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反
应的O2等量
D
解析：D　根据题给电解装置图可知，电解池右侧O2参加反应生成H2O2，a极为阳极，b极为阴极。电解时，阳极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极的电极反应式为4H＋＋2O2＋4e－===2H2O2，A正确；根据电极反应式及得失电子守恒可知，阳极生成的H＋通过质子交换膜进入阴极区最终转化为H2O2，阳极区H＋的物质的量浓度不发生变化，pH不变，B、C正确；设电解时转移电子为4 mol，则阳极生成1 mol O2，阴极消耗2 mol O2，D错误。
2．乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是(　　)
A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用



C．制得2 mol乙醛酸，理论上外电路迁移了1 mol 电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
解析：D　由铅电极上的反应 ＋2H＋＋2e－=== ＋H2O可
知，铅电极上发生还原反应，铅电极为阴极；石墨电极上的反应为2Br－－2e－===Br2，故石墨电极上发生氧化反应，石墨电极为阳极。由于在电解池阳极上发生反应2Br－－2e－===Br2，故A、B两项说法错误；根据阴
极电极反应 ＋2H＋＋2e－=== ＋H2O，阳极反应OHC—
CHO－2e－＋H2O===HOOC—CHO＋2H＋可知，制得2 mol 乙醛酸理论上转移2 mol电子，C项说法错误；由于铅电极是电解池的阴极，故双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移，D项说法正确。
电解原理与资源利用
3．以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中(　　)
A．阴极发生的反应为Mg－2e－===Mg2+
B．阴极上Al被氧化
C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D．阳极和阴极的质量变化相等
C
解析：C　阴极得电子，发生还原反应，被还原，A项、B项错误；由金属活动性顺序可知，Mg、Al在阳极失电子，离子进入电解液，Cu金属活动性弱，则阳极泥主要含Si、Cu，C项正确；阴极Al3+得电子生成Al单质，阳极上Mg、Al均失电子变成离子进入电解液中，故阳极和阴极的质量变化不相等，D项错误。
C
金属的腐蚀与防护
5．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是(　　)
A．常温下，断开K时，若M溶液为浓硫酸，则铁发生化学腐蚀
B．闭合K，若M为氯化钠，则铁极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．闭合K，若M为硫酸铵，则石墨极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D．闭合K，若M溶液为海水，石墨换成铜或银，则为外加电流法
C
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1．沉积物微生物燃料电池(SMFC)可以将沉积物中的化学能直接转化为电能，同时加速沉积物中污染物的去除，用SMFC处理含硫废水的工作原理如图所示，酸性增强不利于菌落存活。下列说法错误的是(　　)
课时作业
训练(十二)　新型化学电源及电解技术
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2．氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该装置工作时，只发生两种形式能量的转化
B．电解过程中OH－由b极区向a极区迁移
C．电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D．电解过程中1 mol NH3参与反应，得到
3×6.02×1023个电子
B
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解析：B　该装置中有：太阳能转化为电能，电能转化为化学能，有3种形式能量的转化，A错误；a极，NH3转化为N2，元素N的化合价升高，失去电子，则电极a为阳极，OH－移向阳极，B正确；b极为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每当有2 mol e－转移时，会有2 mol OH－通过阴离子交换膜进入a极，b极区溶液中n(KOH)不变，C错误；1 mol NH3转化为N2时，失去3 mol e－，D错误。
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A．电极b为阴极
B．电极a上发生的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．交换膜n为阴离子交换膜
D．若浓缩室得到1 L 0.5 mol·L-1的Na2SO4溶液，则阴极可回收12.8 g铜(不考虑副反应)
D
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4．在微生物参与下，采用惰性电极处理污水中有机化合物的某微生物燃料电池原理如图。下列说法错误的是(　　)
B
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5．通过膜电池可除去废水中的乙酸钠和对氯苯酚( )，其原理如图所示，下列说法错误的是(　　)
A.该方法能够提供电能
B．b极上的电势比a极上的电势低
C．a极的电极反应为
＋H＋＋2e－―→Cl－＋
D．电池工作时H＋通过质子交换膜由正极区向负极区移动
D
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解析：D　由装置图可知，该反应是一个自发的氧化还原反应，有两个电极和电解质溶液，形成了闭合回路，故该装置是一个化学能转化成电能的原电池装置，故该方法能够提供电能，故A正确；由装置图可知，a为
正极，正极有氢离子参与反应，电极反应式为 ＋2e－＋H＋―→Cl－＋ ，发生还原反应；b为负极，电流从正极a沿导线流向负极b，故b极上的电势比a极上的电势低，故B、C正确；原电池中阳离子向正极移动，电池工作时H＋通过质子交换膜应该由负极区向正极区移动，故D错误。
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6．一种“高容量、低成本”的锂-铜空气燃料电池，该电池通过一种复杂的铜腐蚀现象产生电流，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法正确的是(　　)
A．放电时，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O
C．放电时，Cu极区域水溶液的pH减小
D．放电过程中，电子由锂电极经过锗酸锌锂固体电解质到达铜电极
B
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解析：B　放电时，正极上并非氧气直接放电，正极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－，故A错误；由放电过程总反应：2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－可知，通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，故B正确；放电时，Cu极电极
反应式：Cu2O＋H2O＋2e－===2Cu＋2OH－，Cu电极上有氢氧根离子生成，该区域水溶液的pH增大，故C错误；放电过程中，电子由锂电极通过外电路导线经过负载到达铜电极，电子无法在有机电解质和锗酸锌锂固体电解质中传递，故D错误。
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7．采用电渗析法可以从含NH4H2PO4和(NH4)2HPO4的废水中回收NH3·H2O和H3PO4，电解装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．X电极应连电源的正极
B．M口处回收产生的浓氨水
C．膜ab为阳离子交换膜，膜cd为阴离子交换膜
D．电解一段时间后，产生的NH3·H2O和H3PO4物质的量相等
C
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