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专题8 电化学原理
【2018年高考考纲解读】
1．了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。了解常见化学电源的种类及其工作原理。
2．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
【重点、难点剖析】
一、原电池原理及电极反应式
1．一般电极反应式的书写
—按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，
判断出电极反应产物，找出得失电子的数量。
—电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式应根据电荷守恒和质量守恒、得失电子守恒等加以配平。
—
2．复杂电极反应式的书写
＝－
如CH4酸性燃料电池中
CH4＋2O2===CO2＋2H2O……总反应式
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O……正极反应式
CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋……负极反应式
二、电解原理及其规律
1．电解产物的判断
(1)阳极产物的判断
首先看电极，如果是活性电极(金属活动性顺序表Ag以前的金属，包括Ag)作阳极，则电极材料本身失电子，电极溶解。如果是惰性电极，则看溶液中的阴离子的失电子能力，阴离子的放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－，其氧化产物依次对应为S、I2、Br2、Cl2和O2。
(2)阴极产物的判断
直接根据阳离子放电顺序(如下)进行判断：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋，其还原产物依次对应为Ag、Fe2＋、Cu、H2、Pb、Sn、Fe、Zn。
2．电化学定量计算的方法
(1)根据总反应式计算。先写出电极反应式，再写出总反应式，然后根据总反应式列比例式计算。
(2)守恒法计算。用于串联电路，中电极反应物、产物及电子转移的有关计算，其依据是电路中转移的电子数守恒。
三、金属的腐蚀与防护
1.吸氧腐蚀与析氢腐蚀(以钢铁为例)
类型
吸氧腐蚀
析氢腐蚀
条件
水膜呈弱酸性或中性
水膜呈酸性
正极反应(C)
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2H＋＋2e－===H2↑
负极反应(Fe)
Fe－2e－===Fe2＋
其他反应
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
Fe(OH)3失去部分水转化为铁锈
2.判断金属腐蚀快慢的规律
(1)电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐蚀措施的腐蚀(电解原理的防护>原电池原理的防护)。
(2)对同一种金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
(3)活动性不同的两金属，活动性越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
【题型示例】
题型一　原电池、化学电源
例1．【2017新课标3卷】全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li+xS8=8Li2Sx（2≤x≤8）。下列说法错误的是
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6+2Li++2e-=3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
【答案】D
行调整，D正确。
【举一反三】(2016·课标全国Ⅱ，11)Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)
A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋
B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag
C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移
D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑
解析　根据题意，Mg－海水－AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋ 2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。
答案　B
【举一反三】(2016·课标全国Ⅲ，11)锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为：Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析　A项，充电时，电解质溶液中K＋向阴极移动，错误；B项，充电时，总反应方程式为2Zn(OH)2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，所以电解质溶液中c(OH－)逐渐增大，错误；C项，在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2＋将与OH―结合生成Zn(OH)，正确；D项，O2～4e－，故电路中通过2mol电子，消耗氧气0.5mol，在标准状况体积为11.2 L，错误。
答案　C
【变式探究】 (2015·天津理综，4，6分)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)
A．铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。
答案　C
【变式探究】(2015·北京理综，12，6分)在通风厨中进行下列实验：
步骤
现象
Fe表面产生大量无色气泡，液面上方变为红棕色
Fe表面产生少量红棕色气泡后，迅速停止
Fe、Cu接触后，其表面均产生红棕色气泡
下列说法不正确的是(　　)
A．Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式：2NO＋O2===2NO2
B．Ⅱ中的现象说明Fe表面形成致密的氧化膜，阻止Fe进一步反应
C．对比Ⅰ、Ⅱ中的现象，说明稀HNO3的氧化性强于浓HNO3
D．针对Ⅲ中的现象，在Fe、Cu之间连接电流计，可判断Fe是否被氧化
答案　C
【变式探究】(2015·课标全国卷Ⅰ，11，6分)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　　)
A．正极反应中有CO2生成
B．微生物促进了反应中电子的转移
C．质子通过交换膜从负极区移向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
解析　由题意可知，微生物电池的原理是在微生物作用下O2与C6H12O6发生氧化还原反应，将化学能转化为电能，B正确；氧气在正极反应，由于质子交换膜只允许H＋通过，则正极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，没有CO2生成，A项错误；负极发生反应：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，H＋在负极区生成，移向正极区，在正极被消耗，C项正确；总反应为：C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，D项正确。
答案　A
【变式探究】(2015·江苏化学，10，2分)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子
B．电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO
答案　D
题型二　电解原理及其应用
例2．【2017新课标2卷】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为：
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
【答案】C
【解析】根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，A正确；不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，B正确；阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H＋放电，即2H＋＋2e?=H2↑，C错误；根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，D正确。
【举一反三】(2016·课标全国Ⅰ，11)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是(　　)
A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
会有0.25 mol的O2生成，错误。
答案　B
【举一反三】(2016·北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析　A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n(右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。
答案　B
【变式探究】(2015·福建理综，11，6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是(　　)
A．该装置将化学能转化为光能和电能
B．该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移
C．每生成1 mol O2，有44 g CO2被还原
D．a 电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O
答案　B
【变式探究】(2015·四川理综，4，6分)用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是(　　)
A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O
C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O
答案　D
【变式探究】(2015·浙江理综，11，6分)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2O、CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．X是电源的负极
B．阴极的电极反应式是：H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－
C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2
D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
解析　由水和二氧化碳生成氢气和一氧化碳发生还原反应，此极上得到电子，应为阴极，故X极为电源的负极，A、B项正确；C项，根据电极上的反应物和生成物，可知总反应方程式正确；D项，因阳极电极反应式为2O2－－4e－===O2↑，结合电子得失相等，可知阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1，错误。
答案　D
【方法技巧】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)
题型三　金属的电化腐蚀及防护
例3.【2017新课标1卷】支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是
[]
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
【答案】C
行调整，D正确。
【举一反三】(2015·江苏化学，11，4分)下列说法正确的是(　　)
A．若H2O2分解产生1 mol O2，理论上转移的电子数约为4×6.02×1023
B．室温下，pH＝3的CH3COOH溶液与pH＝11的NaOH溶液等体积混合，溶液pH＞7
C．钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀
D．一定条件下反应N2＋3H2??2NH3达到平衡时，3v正(H2)＝2v逆(NH3)
解析　A项，2H2O2===2H2O得到e－×2＋O失去e－×22↑，生成1 mol O2，理论转移2 mol电子，错误；B项，醋酸是弱酸，两者等体积混合后，醋酸过量较多，溶液呈酸性，pH<7，错误；D项，达到平衡时，＝，错误。
答案　C
【变式探究】(2014·天津理综，1，6分)化学与生产、生活息息相关，下列叙述错误的是(　　)
A．铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性
B．用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染
C．大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素
D．含重金属离子的电镀废液不能随意排放
答案　B
【变式探究】下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是(　　)
A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆
C．汽车底盘喷涂高分子 D．地下钢管连接镁块
解析　B、C为加保护层保护法；D为原电池原理的牺牲阳极的阴极保护法。
答案　A
【变式探究】(2015·重庆理综，11，14分)我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值。但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。
(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第________周期。
(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g，则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为________。
(3)研究发现，腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作用，下列叙述正确的是________。
A．降低了反应的活化能 B．增大了反应的速率
C．降低了反应的焓变 D．增大了反应的平衡常数
(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为_________________________________________________。
(5)如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中，负极是________(填图中字母“a”或“b”或“c”)；
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__________________________________；
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。
(4)“复分解反应”说明相互之间交换成分，所以生成物为AgCl、Cu2O。(5)①“青铜器的腐蚀”，如图铜为负极被腐蚀生成Cu2＋，正极氧气发生吸氧腐蚀生成OH－。②正极反应产物为OH－，负极反应产物为Cu2＋与Cl－作用生成Cu2(OH)3Cl。③n[Cu2(OH)3Cl]＝＝0.02 mol，所以有0.04 mol Cu被氧化，根据电子得失守恒n(O2)＝＝0.02 mol，标准状况下V(O2)＝0.02 mol×22.4 L·mol－1＝0.448 L。
答案　(1)四
(2)10∶1
(3)A、B
(4)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O
(5)①c　②2Cu2＋＋ 3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓　
③0.448
【方法技巧】金属腐蚀快慢的比较
(1)一般来说(可用下列原则判断：)电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀；
(2)对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中；
(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快；
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。
1．原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列说法中正确的是(　　)
A．(1)(2)中Mg作负极，(3)(4)中Fe作负极
B．(2)中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．(3)中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．(4)中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析　(1)中Mg作负极；(2)中Al作负极；(3)中铜作负极；(4)是铁的吸氧腐蚀，Fe作负极。
答案　B
2．下列有关电化学的示意图中正确的是(　　)
答案　D
3.在常温下用惰性电极电解1 L pH＝6的硝酸银溶液，装置如图所示。关于该电解池，下列叙述中不正确的是(　　)
A．在电解过程中烧杯中溶液的pH逐渐减小
B．电极Ⅰ增重216 g，则电极Ⅱ上生成11.2 L气体
C．要使电解后的溶液恢复原状可以加入Ag2O固体
D．溶液中离子的流向为：Ag＋→电极Ⅰ，NO→电极Ⅱ
答案　B
4．利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是(　　)
A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a管液面高于b管液面
C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
解析　a管介质为中性发生吸氧腐蚀，内压减小，pH增大；b管介质为酸性发生析氢腐蚀，内压增大，pH也增大。
答案　C
5．用下列装置能达到预期目的的是(　　)
A．甲图装置可用于电解精炼铝
B．乙图装置可得到持续、稳定的电流
C．丙图装置可达到保护钢闸门的目的
D．丁图装置可达到保护钢闸门的目的
答案　D
6.500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝6.0 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)。假定电解后溶液体积仍为500 mL，则下列说法中正确的是(　　)
A．原混合溶液中c(K＋)为2 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移6 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为2 mol·L－1
解析　阳极上生成的气体为O2，阴极上开始时析出单质铜，后产生H2，因阴阳两极通过的电子数相等且生成的氢气和氧气均为1 mol，故反应中转移4 mol电子，放电的Cu2＋是1 mol，故B、C错误。电解后溶液中c(H＋)＝4 mol·L－1，D错误。依电荷守恒原理可得c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)＝6 mol·L－1，c(K＋)＝6 mol·L－1－2×2 mol·L－1＝2 mol·L－1，A正确。
答案　A
7．利用如图所示装置进行实验，甲乙两池均为1 mol·L－1的AgNO3溶液，A、B均为Ag电极。实验开始先闭合K1，断开K2，一段时间后，断开K1，闭合K2，形成浓差电池，电流计指针偏转(Ag＋浓度越大，氧化性越强)。下列说法不正确的是(　　)
A．闭合K1，断开K2后，A极质量增大
B．闭合K1，断开K2后，乙池溶液浓度增大
C．断开K1，闭合K2后，NO向B极移动
D．断开K1，闭合K2后，A极发生氧化反应
答案　C
8．电解NO制备NH4NO3的工作原理如图所示，X、Y均为Pt电极，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A。下列说法正确的是(　　)
A．物质A为NH3
B．X电极为电解池的阳极
C．Y电极上发生了还原反应
D．Y电极反应式为NO－3e－＋4OH－===NO＋2H2O
解析　结合题中电解NO制备NH4NO3的装置图可知，阳极反应为：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，阴极反应为：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，由两极反应可知，要使得失电子守恒，则阳极产生的n(NO)大于阴极产生的n(NH)，总反应方程式为：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3，则需补充NH3，A项正确；由于X电极上生成NH，故X电极为阴极，Y电极为阳极，Y电极发生氧化反应，Y电极的反应式为：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，B、C、D项错误。
答案　A
9．用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合液250 mL，经过一段时间后，两极均得到11.2 L气体(标准状况)，则下列有关叙述中正确的是(　　)
A．阳极只可能发生电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．两极得到的气体均为混合气体
C．若Cu2＋的起始浓度为1 mol·L－1，则Cl－的起始浓度为2 mol·L－1
D．Cu2＋的起始物质的量应大于0.5 mol
0.5 mol×2＝1 mol，不符合得失电子守恒，故还有O2生成，根据得失电子守恒及气体总物质的量可得：n(Cl2)×2＋n(O2)×4＝1.5 mol，n(Cl2)＋n(O2)＝0.5 mol，故n(Cl2)＝n(O2)＝0.25 mol，所以Cl－的起始浓度为2 mol·L－1，正确；D项，由C项分析可知，Cu2＋完全反应，Cu2＋的起始物质的量可以为0.25 mol，小于0.5 mol，错误。
答案　C
10．我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S＋O2===H2O2＋S↓。
已知甲池中发生的反应为：
下列关于该装置叙述正确的是(　　)
A．该装置中电能转化为光能
B．H＋从甲池移向乙池
C．甲池中碳棒上发生的电极反应为AQ＋2H＋－2e－===H2AQ
D．乙池溶液中发生的反应为H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋
答案　D
11．某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3均为石墨)。下列叙述正确的是(　　)
A．甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能
B．C1、C2分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应
C．C1上和C3上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同
D．甲中溶液的pH逐渐增大，丙中溶液的pH逐渐减小
解析　A项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误。B项，C1、C2分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误。C项，C1和C3都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确。D项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气，随着反应的进行，溶液的pH均增大，错误。
答案　C
12．全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失。某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是 (　　)
A．土壤中的钢铁易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池
B．金属棒M的材料应该是比镁活泼的金属
C．金属棒M上发生反应：M－ne－―→Mn＋
D．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法
答案　B
13．下列装置的线路接通后，经过一段时间，溶液的pH明显下降的是(　　)
解析　A项，发生反应：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，c(H＋)减小，pH增大；B项，阳极：Cu －2e－＋2OH－===Cu(OH)2↓，阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应为：Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑，pH变化不明显；C项，总反应为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，pH增大；D项，总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，pH减小。
答案　D
14．两个装置中，液体体积均为200 mL，开始工作前电解质溶液的浓度均为0.5 mol/L，工作一段时间后，测得有0.2 mol电子通过，若忽略溶液体积的变化，下列叙述正确的是(　　)
A．产生气体体积 ①＝②
B．①中阴极质量增加，②中正极质量减小
C．电极反应式：①中阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②中负极：2H＋＋2e－===H2↑
D．溶液的pH变化：①减小，②增大
答案　D
15．近年来AIST报告正在研制一种“高容量、低成本”锂-铜空气燃料电池。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电力，其中放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，下列说法不正确的是 (　　)
A．放电时，Li＋透过固体电解质向Cu极移动
B．放电时，负极的电极反应式为Cu2O＋H2O＋2e－===Cu＋2OH－
C．通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O
D．整个反应过程中，铜相当于催化剂
解析　放电时，负极反应为：Li －e－===Li＋，Li＋透过固体电解质向Cu极移动，A项正确；正极反应为：Cu2O＋2e－＋H2O===2Cu＋2OH－，B项错误；通空气时，铜被氧化为Cu2O：4Cu＋O2===2Cu2O，总反应为：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，铜相当于催化剂，C、D正确。
答案　B
16．气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。
待测气体
部分电极反应产物
NO2
NO
Cl2
HCl
CO
CO2
H2S
H2SO4
则下列说法中正确的是(　　)
A，上述气体检测时，敏感电极均作电池正极
B．检测Cl2气体时，敏感电极的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－
C．检测H2S气体时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O2＋2H2O ＋4e－===4OH－
D．检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同
答案　B
17．纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH－的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为： 2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是(　　)
A．钛电极发生氧化反应
B．阳极附近溶液的pH逐渐增大
C．离子交换膜应采用阳离子交换膜
D．阳极反应式是：2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O
答案　D
18．一种碳纳米管能够吸附氢气，可做充电电池(如图所示)的碳电极，该电池的电解质溶液为6 mol·L－1 KOH溶液，下列说法中正确的是(　　)
A．充电时将碳电极与电源的正极相连
B．充电时阴极发生氧化反应
C．放电时镍电极反应为：NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
D. 放电时碳电极反应为：2H＋－2e－===H2↑
解析　A项，碳纳米管能够吸附氢气，可做充电电池的负极，放电时氢气发生氧化反应，故充电时该电极与外接电源的负极相连，错误；B项，充电时阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，错误；C项，放电时镍电极为正极，得到电子，发生还原反应，其电极反应为：NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，正确；D项，放电时碳电极反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2O，错误。
答案　C
19.某可充电电池的原理如图所示，已知a、b为惰性电极，溶液呈酸性。充电时右槽溶液颜色由绿色变为紫色。下列叙述正确的是(　　)
A. 充电时，b极接直流电源正极，a极接直流电源负极
B. 充电过程中，a极的电极反应式为：VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O
C. 放电时，H＋从左槽迁移进右槽
D. 放电过程中，左槽溶液颜色由黄色变为蓝色
答案　D
20.利用如图装置，可完成很多电化学实验。下列有关叙述正确的是(　　)
A.若X为锌棒，开关K置于A处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阴极的阳极保护法
B．若X为铜棒，开关K置于A处，装置中发生的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
C．若X为碳棒，开关K置于B处，在铁棒附近滴入硫氰化钾溶液可看到溶液变红色
D．若X为碳棒，开关K置于B处，向食盐水中滴入酚酞溶液可看到碳棒附近先变红
解析　若X为锌棒，开关K置于A处，则构成电解池，铁作阴极，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为外加电流的阴极保护法，A项不正确；若X为铜棒，开关K置于A处，则构成电解池，铜作阳极，失去电子，铁作阴极，B项不正确；若X为碳棒，开关K置于B处，则构成原电池，铁作负极，失去电子生成亚铁离子，因此在铁棒附近滴入硫氰化钾溶液看不到溶液变红色，C项不正确；若X为碳棒，开关K置于B处，则构成原电池，铁作负极，碳棒作正极，因此向食盐水中滴入酚酞溶液可看到碳棒附近先变红，D项正确。
答案　D
21．某种聚合物锂离子电池放电时的反应为Li1－xCoO2＋LixC6===6C＋LiCoO2，其电池如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．放电时，LixC6发生氧化反应
B．充电时，Li＋通过阳离子交换膜从左向右移动
C．充电时，将电池的负极与外接电源的负极相连
D．放电时，电池的正极反应为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
答案　B
22．空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，RFC是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充电电池。下图为RFC工作原理示意图，有关说法正确的是(　　)
A．当有0.1 mol电子转移时，a极产生标准状况下1.12 L O2
B．b极上发生的电极反应是：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
C．c极上发生还原反应，B中的H＋可以通过隔膜进入A
D．d极上发生的电极反应是：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
解析　由图可知a为阴极、b为阳极、气体X为H2、气体Y为O2、c为正极、d为负极。正极、阴极发生还原反应，负极、阳极发生氧化反应，A项、B项、D项错误；在原电池中阳离子移向正极，C项正确。
答案　C
23.一种处理污水的燃料电池模型如图所示。该电池工作时，只需把污水注入反应池，细菌就可将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙。下列叙述不正确的是(　　)
A．B电极为正极
B．气体乙可能为CO2
C．O2在A电极得电子
D．电池工作时，B电极附近的pH逐渐减小
即O2在A电解得电子，C项正确；根据题意，细菌将污水中的有机物分解，在此过程中释放出电子、质子和乙，质子(H＋)浓度增大，则B电极附近的pH逐渐减小，D项正确。
答案：A
24.如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面图。下列说法正确的是(　　)
A．该电化学腐蚀为析氢腐蚀
B．图中生成铁锈最多的是C区域
C．A区域比B区域更易腐蚀
D．铁闸中的负极的电极反应：Fe－2e－===Fe2＋
解析：铁闸在海水中发生吸氧腐蚀，在酸性较强的条件下才发生析氢腐蚀，A错误；在B处，海水与氧气接触，与Fe最易形成原电池，发生的吸氧腐蚀的程度最大，生成铁锈最多，B错误；在B处，海水与氧气接触，与Fe最易形成原电池，所以B区域比A区域更易腐蚀，C错误；Fe作负极失电子生成亚铁离子，则负极的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D正确。
答案：D
25．硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图所示，该电池工作时反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5，下列说法正确的是(　　)(导学号 56470083)
A．电极a为电池负极
B．图中选择性透过膜只能让阳离子选择性透过
C．电子由VB2极经KOH溶液流向a电极
D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，故D正确。
答案：D
26．全钒液流储能电池利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能的相互转化，充电时，惰性电极M、N分别连接电源的正极和负极。电池工作原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A．充电过程中，N电极附近酸性减弱
B．充电过程中，N电极上V3＋被还原为V2＋
C．放电过程中，H＋由N电极向M电极移动
D．放电过程中，M电极反应为VO＋2H＋＋e－===VO＋H2O
解析：充电过程中，N电极是阴极，氢离子移向阴极，故附近酸性增强，A项错误；充电过程中，N电极是阴极，发生反应：V3＋＋e－===V2＋，B项正确；放电过程中，N极是负极，H＋由N电极向M电极移动，C项正确；放电过程中，M电极为正极，反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O，D项正确。
答案：A
27.如图装置电解一段时间，当某极析出0.32 g Cu 时，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液pH分别为(溶液足量，体积均为100 mL 且电解前后溶液体积变化忽略不计)(　　)(导学号 56470084)
A．13、7、1　　　　　 B．12、7、2
C．1、7、13 D．7、13、1
答案：A
28．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图，该电池电极表面镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，性质稳定。
(1)氢氧燃料电池的能量转化形式主要是___________，在导线中电子流动方向为_____(用a、b 和箭头表示)。
(2)负极反应式为______________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为_____________________________
_____________________________________________________。
(4)氢气的制备和存储是氢氧燃料电池能否有效推广的关键技术。有人提出利用光伏发电装置电解尿素的碱性溶液来制备氢气。光伏发电是当今世界利用太阳能最主要方式之一。图1为光伏并网发电装置，图2为电解尿素[CO(NH2)2](C为＋4价)的碱性溶液制氢的装置示意图(电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极)。
　　　　　
① 图1中N型半导体为________(填“正极”或“负极”)
② 该系统工作时，A极的电极反应式为____________________。
③ 若A极产生7.00g N2，则此时B极产生________L H2(标准状况下)。
料电池中，负极上氢气失电子和氢氧根离子反应生成水，电极反应式为H2－2e－＋2OH===2H2O；(3)反应物接触面积越大，反应速率越大，电极表面镀铂粉能增大吸附气体的能力，所以能增大反应速率；(4)①该电池反应时，氮元素化合价由－3价变为0价，H元素化合价由＋1价变为0价，则氮元素被氧化，氢元素被还原，所以生成氮气的电极A是阳极，生成氢气的电极B是阴极，则图1中N型半导体为负极，P型半导体为正极；②A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O；③A极为阳极，电极反应式为CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O，若A极产生7.00 g即0.25 mol N2，则转移电子是1.5 mol，此时B极产生氢气，B电极反应为H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，转移1.5 mol电子，产生氢气的体积：×22.4 L/mol＝16.8 L。
答案：(1)化学能转化为电能　a→b
(2)H2－2e－＋2OH－===2H2O(或2H2－4e－＋4OH－===4H2O)
(3)增大电极单位面积吸附H2和O2的分子数，加快电极反应速率
(4)①负极　②CO(NH2)2＋8OH－－6e－===CO＋N2↑＋6H2O　③16.8
29．我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器易受到环境腐蚀，所以对其进行修复和防护具有重要意义。(导学号 56470085)
(1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位，Ag2O与有害组分CuCl发生复分解反应，该化学方程式为____________________________________________________。
(2)下图为青铜器在潮湿环境中发生的电化学腐蚀的示意图。
①腐蚀过程中，负极是_____(填“a”“b”或“c”)；
②环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔铜锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为_______________；
③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为______L(标准状况)。
③4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为0.02 mol，由Cu元素守恒知，发生电化学腐蚀失电子的Cu单质的物质的量为0.04 mol，失去电子0.08 mol，根据电子守恒可得，消耗O2的物质的量为0.02 mol，所以理论上消耗氧气的体积为0.448 L(标准状况)。
答案：(1)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O
(2)①c　②　2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓　③0.448
30．如图，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中的X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：
(1)甲烷燃料电池的负极反应为__________________________。
(2)石墨(C)极的电极反应为______________________________。
(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________g。
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图)。若用于制漂白液，a为电池的______极，电解质溶液最好用______________________。
若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用________作电极。
(3)n(O2)＝＝0.1 mol，甲池中正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，由电子守恒知，经过甲、乙、丙装置的电子的物质的量为0.4 mol。乙池中的铁电极与甲池的负极相连，铁电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，n(H2)＝＝0.2 mol，V(H2)＝0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L。丙池中精铜为阴极，发生还原反应，电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，n(Cu)＝＝0.2 mol，m(Cu)＝0.2 mol×64 g·mol－1＝12.8 g。
(4)漂白液的有效成分是次氯酸盐，制备原理是2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O，气体与液体反应，最好采用逆向接触，即气体在下端产生，碱溶液在上端生成，使其充分反应，所以该装置的下端为阳极，上端为阴极，阴极与电源负极相连，故a极为负极。生活中常见且廉价的氯化物是氯化钠，故电解质溶液最好用饱和氯化钠溶液。若制备氢氧化亚铁，用硫酸钠溶液作电解质溶液，选用铁作阳极。
答案：(1)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑　(3)4.48　12.8　(4)负　饱和氯化钠溶液(或饱和食盐水)　铁

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