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(共108张PPT)
第九章
电化学基础
第1节
原电池　化学电源
考试说明
KAOSHISHUOMING
命题规律
MINGTIGUILV
01
考点1
原电池及其工作原理
知识梳理
ZHISHISHULI
化学能
电能
氧化还原
活泼性
电解质
电解质
锌
铜
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
氧化
还原
锌
铜
负极
正极
铜
锌
K＋
Cl－
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
×
×
×
×
×
×
答案
解析
题组训练
TIZUXUNLIAN
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
思维建模
02
考点2
原电池原理的应用
知识梳理
ZHISHISHULI
负极
正极
自发
加快
加快
氧化还原
较强
较弱
负极
正极
×
×
×
×
×
答案
解析
题组训练
TIZUXUNLIAN
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
思维建模
03
考点3
化学电源
知识梳理
ZHISHISHULI
Zn
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
Zn
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
外部
×
×
×
×
×
答案
解析
题组训练
TIZUXUNLIAN
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
思维建模
高考真题实战
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
课时作业
答案
答案
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
解析第1节
原电池
化学电源
　　时间：45分钟　　　满分：100分
一、选择题(每题8分，共72分)
1．下列电池工作时，O2在正极放电的是(　　)
A.锌锰电池
B.氢燃料电池
C.铅蓄电池
D.镍镉电池
答案　B
2．按如图所示进行实验，下列说法不正确的是(　　)
A．装置甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生
B．装置甲、乙中的能量变化均为化学能转化为电能
C．装置乙中的锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转
D．装置乙中负极的电极反应式：Zn－2e－===Zn2＋
答案　B
3．工业上常将铬镀在其他金属表面，同铁、镍组成各种性质的不锈钢，在如图装置中，观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，而图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，则下列叙述正确的是(　　)
A．图1为原电池装置，Cu电极上产生的是O2
B．图2装置中Cu电极上发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
C．由实验现象可知：金属活动性Cu>Cr
D．两个装置中，电子均由Cr电极流向Cu电极
答案　B
解析　图1为原电池装置，铜为正极，氢离子得电子生成氢气；图2装置中铜电极上无气体产生，铬电极上产生大量有色气体，说明铜为负极，铬电极为正极，负极发生Cu－2e－===Cu2＋；由图1根据原电池原理知金属铬的活动性比铜强；图1中，电子由Cr经导线流向Cu，图2中电子由Cu极经导线流向Cr。
4．通过NO传感器可监测汽车排放的尾气中NO含量，其工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．O2－向正极移动
B．负极的电极反应式为NO－2e－＋O2－===NO2
C．O2的电极反应产物是H2O
D．反应消耗的NO与O2的物质的量之比为1∶2
答案　B
解析　NiO电极上NO失电子和O2－反应生成二氧化氮，所以负极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2，故B正确；正极上电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故C错误。
5.
(2019·湖南邵东创新实验学校高三月考)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的装置如图所示。此方法既能实现有效清除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能。下列说法正确的是(　　)
A．电流从左侧电极经过负载后流向右侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜
C．电极A极反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48
L
NO2被处理时，转移电子数为0.8NA
答案　B
解析　由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极，B为正极，电流由正极B经导线流向负极A，故A错误；正极反应为6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－，负极反应为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，为使电池持续放电，离子交换膜需选用阴离子交换膜，故B正确、C错误；D没有明确4.48
L
NO2是否是标准状况下，故D错误。
6．(2019·广西柳州市高三模拟)电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的是(　　)
A．O2在电极b上发生还原反应
B．溶液中OH－向电极a移动
C．正极的电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O
D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
答案　C
解析　正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C错误；NH3在负极失去电子发生氧化反应，负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O，故D正确。
7．人工光合系统装置(如图)可实现以CO2和H2O合成CH4。下列说法不正确的是(　　)
A．该装置为原电池，且铜为正极
B．电池工作时，H＋向Cu电极移动
C．GaN电极表面的电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋
D．反应CO2＋2H2OCH4＋2O2中每消耗1
mol
CO2转移4
mol
e－
答案　D
解析　该装置中，根据电子流向知，GaN是负极、Cu是正极，负极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2，正极反应式为CO2＋8e－＋8H＋===CH4＋2H2O，电解质溶液中阳离子向正极移动，据此分析可知：铜为原电池正极，A正确；电池工作时，H＋向正极(即铜电极)移动，B正确；负极表面发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2＋4H＋，C正确；反应CO2＋2H2OCH4＋2O2中每消耗1
mol
CO2，生成2
mol
O2，转移8
mol
e－，D错误。
8．NO2、O2和熔融KNO3可制作燃料电池，其原理如图所示，该电池在放电过程中石墨Ⅰ电极上生成氧化物Y，Y可循环使用。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，NO向石墨Ⅱ电极迁移
B．石墨Ⅱ附近发生的反应为NO＋O2＋e－===NO
C．电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5
D．当外电路通过4
mol
e－，负极上共产生2
mol
N2O5
答案　C
解析　以NO2、O2和熔融KNO3制作的燃料电池，在使用过程中，O2通入石墨Ⅱ电极，则石墨Ⅱ电极为原电池的正极，石墨Ⅰ电极为原电池的负极，NO2被氧化，N元素化合价升高，故生成的氧化物Y为N2O5。放电时，NO向负极移动，即向石墨Ⅰ电极迁移，A错误；由装置图可知，O2和N2O5(Y)在石墨Ⅱ电极上发生还原反应，电极反应式为O2＋2N2O5＋4e－===4NO，B错误；电池的负极反应式为4NO2＋4NO－4e－===4N2O5，故电池总反应式为4NO2＋O2===2N2O5，C正确；当外电路中通过4
mol
e－时，负极上产生4
mol
N2O5，D错误。
9．(2019·全国卷Ⅰ考试大纲调研卷(一))近年来科学家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CuO＋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
答案　B
解析　放电时，阳离子向正极移动，则Li＋透过固体电解质向Cu极移动，A正确；放电时，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，B错误；放电过程为2Li＋Cu2O＋H2O===2Cu＋2Li＋＋2OH－，可知通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，C正确；通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2O，放电时Cu2O转化为Cu，则整个反应过程中，铜相当于催化剂，D正确。
二、非选择题(共28分)
10．(12分)(1)事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________(填字母)。
a．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH>0
b．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH<0
c．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH<0
若以KOH溶液为电解质溶液，依据所选反应设计一个原电池，其正极的电极反应为__________________。
(2)CO与H2反应还可制备CH3OH，CH3OH可作为燃料使用，用CH3OH和O2组成的质子交换膜燃料电池的结构示意图如下：
电池总反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O，则c电极是________(填“正极”或“负极”)，c电极的反应方程式为______________________________________。若线路中转移2
mol电子，则上述CH3OH燃料电池，消耗的O2在标准状况下的体积为________L。
答案　(1)b　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2)负极　CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　11.2
解析　(2)根据图中的电子流向知c是负极，是甲醇发生氧化反应：CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋，线路中转移2
mol电子时消耗氧气0.5
mol，标准状况下体积为11.2
L。
11．(16分)(1)高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。该电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
①放电时负极反应为____________________________________________________________________，
正极反应为___________________________________________________________________。
②放电时电子由________极流向________极。
③放电时1
mol
K2FeO4发生反应，转移电子数是______。
(2)新型高效的二甲醚燃料电池工作时总反应式：CH3OCH3＋3O2===2CO2＋3H2O。
①a是________，负极电极反应式为_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
②利用该电池冶铝，若制得金属铝54
g，理论上消耗二甲醚________g。
答案　(1)①Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－
②负　正　③1.806×1024
(2)①CH3OCH3　CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋　②23
解析　(1)放电时锌在负极发生氧化反应，因为电解质是碱，故负极反应是Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，正极反应为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－。电子由负极流出，通过外电路流向正极，每1
mol
K2FeO4发生反应，转移电子是3
mol，数目是1.806×1024。
(2)①根据题图知交换膜是质子交换膜，则电解质溶液呈酸性，根据电子流动方向和氢离子移动方向可知，通入a的电极为负极、通入b的电极为正极，负极上二甲醚失去电子发生氧化反应生成二氧化碳，负极反应式为CH3OCH3＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋；
②根据得失电子守恒，可以建立关系式4Al～12e－～CH3OCH3，由此可得，若制得金属铝54
g，理论上消耗二甲醚23
g。
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6
-第1节　原电池　化学电源
[考试说明]　1.了解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和电池总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
[命题规律]　本节内容是高考的常考点，其考查形式一般以新型能源电池或燃料电池为载体，考查原电池正负极的判断、电极反应式的书写、电子或电流的方向及溶液pH的变化等；原电池的应用主要考查原电池的设计、电化学腐蚀及解释某些化学现象等，主要以选择题、填空题形式出现。
考点1　原电池及其工作原理
知识梳理
1.概念
原电池是把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件
(1)有能自发进行的氧化还原反应发生。
(2)活泼性不同的两个电极。
(3)形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：
①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。
3．工作原理(以铜一锌原电池为例)
装置图
电极材料
负极：锌片
正极：铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由锌片沿导线流向铜片
电解质溶液中离子流向
电解质溶液中，阴离子向负极迁移，阳离子向正极迁移
电流方向
由铜片沿导线流向锌片
盐桥中离子流向
盐桥中含有饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
电池总反应式
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
两类装置的不同点
还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，既有化学能转化为电能，又有化学能转化为热能，造成能量损耗
Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，仅有化学能转化为电能，减少了能量损耗，故电流稳定，持续时间长
(1)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
(2)活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。
(3)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥和导线(即电子不下水，离子不上岸)。
(4)负极失去电子总数一定等于正极得到电子总数。
(5)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼脂制成的胶冻。
②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流；c.可以提高能量转化效率。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)CaO＋H2O===Ca(OH)2，可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。(×)
错因：此反应不属于氧化还原反应，故不能设计成原电池。
(2)在原电池中，发生氧化反应的电极是正极。(×)
错因：在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。
(3)其他条件均相同，带有“盐桥”的原电池没有不带“盐桥”的原电池电流持续时间长。(×)
错因：其他条件相同时，带有“盐桥”的原电池能量损耗更少，电流持续时间更长。
(4)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的KCl饱和溶液。(×)
错因：琼脂中少量的Cl－会进入AgNO3溶液和银离子反应。
(5)因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作负极、铜作正极。(×)
错因：铁遇浓硝酸钝化，故铁不能作负极。
(6)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极，活泼金属一定作负极。(×)
错因：活泼金属不一定作负极，如：Mg?NaOH?Al形成的原电池，铝作负极。
2.
如图是用化学电源使LED灯发光的装置。下列说法错误的是(　　)
A．铜片表面有气泡生成
B．装置中存在“化学能→电能→光能”的转换
C．如果将稀硫酸换成柠檬汁，导线中不会有电子流动
D．如果将锌片换成铁片，电路中的电流方向不变
答案　C
解析　柠檬汁显酸性也能做电解质溶液，所以将稀硫酸换成柠檬汁，仍然构成原电池，所以导线中有电子流动，故C错误。
题组训练
题组一
原电池的工作原理
1．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是(　　)
A．①④
B．③④⑤
C．④⑧
D．②④⑥⑦
答案　D
解析　根据原电池的构成条件可知：①中只有一个电极，③中两电极材料相同，⑤中酒精不是电解质，⑧中两电极材料相同且无闭合回路，故①③⑤⑧不能构成原电池。
2．如下图是Zn和Cu组成的原电池示意图，某小组做完该实验后，作了如下记录，其中合理的是(　　)
A．①②③
B．④⑤⑥
C．③④⑤
D．②③⑥
答案　D
解析　由图可知，该电池反应为：Zn＋H2SO4===ZnSO4＋H2↑，活泼金属Zn作负极，Cu作正极；外电路中电流由正极流向负极，①、④、⑤错误；Zn失去电子被氧化成Zn2＋，失去的电子经外电路流向正极，溶液中的H＋在正极上得到电子，析出H2，②、③、⑥正确。
题组二
原电池正负极的判断
3．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↑
答案　B
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，正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－。
4．用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥(装有琼脂－KNO3的U形管)构成一个原电池(如图)。下列有关该原电池的叙述中正确的是(　　)
①在外电路中，电子由铜电极流向银电极
②正极反应：Ag＋＋e－===Ag
③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同
A．①②
B．①②④
C．②③
D．①③④
答案　B
解析　该原电池中铜作负极，银作正极，电子由铜电极流向银电极，①正确；该原电池中Ag＋在正极上得到电子，电极反应为Ag＋＋e－===Ag，②正确；实验过程中取出盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能继续工作，③错误；该原电池的总反应为Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag，④正确。
原电池正负极的判断方法
考点2　原电池原理的应用
知识梳理
1.比较金属活泼性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
2．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率加快。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
3．设计制作化学电源
(1)必须是能自发进行的氧化还原反应。
(2)正、负极材料的选择：根据氧化还原关系找出正、负极材料，一般选择活泼性较强的金属作为负极；活泼性较弱的金属或可导电的非金属(如石墨等)作为正极。
(3)电解质溶液的选择：电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如溶解于溶液中的空气)。但如果氧化反应和还原反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则两个容器中的电解质溶液含有与电极材料相同的阳离子，如在Cu?Zn构成的原电池中，负极Zn浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极Cu浸泡在含有Cu2＋的电解质溶液中。
实例：根据Cu＋2Ag＋===Cu2＋＋2Ag设计电池：
4．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
对于某些原电池，如镁、铝和NaOH溶液组成的原电池，Al作负极，Mg作正极。因此，原电池中负极的金属性不一定比正极活泼。原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要认为活泼电极一定作负极。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)镀锌铁皮与镀锡铁皮的镀层破损后，前者腐蚀速率大于后者。(×)
错因：锌比铁活泼，破损后，仍然可以保护铁不被腐蚀。锡没有铁活泼，破损后，会加速铁的腐蚀。
(2)生铁比纯铁更耐腐蚀。(×)
错因：生铁中含有杂质，可以形成原电池，加快生铁腐蚀。
(3)铁与盐酸反应时加入少量CuSO4溶液，产生H2的速率不变。(×)
错因：加入少量CuSO4后，Fe与Cu2＋反应生成Cu，可以形成原电池，反应速率加快。
(4)C＋H2O(g)CO＋H2可设计成原电池。(×)
错因：自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。
(5)将氧化还原反应设计成原电池，可以把物质内部的能量全部转化为电能。(×)
错因：将氧化还原反应设计成原电池，物质的化学能部分转化为电能，还有一部分在生成物中以及转化为其他形式的能量，如热能等。
2．某原电池总反应为Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋，下列能实现该反应的原电池是(　　)
A
B
C
D
电极材料
Cu、Zn
Cu、C
Fe、Zn
Cu、Ag
电解液
FeCl3
Fe(NO3)2
CuSO4
Fe2(SO4)3
答案　D
解析　由题意知，Cu为负极材料，正极材料的金属活动性必须弱于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3＋得电子生成Fe2＋知，电解质溶液中必须含有Fe3＋，同时符合上述两条件的只有D项。
题组训练
题组一
判断金属的活动性强弱
1．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是(　　)
A．A>B>C>D>E
B．A>C>D>B>E
C．C>A>B>D>E
D．B>D>C>A>E
答案　B
解析　①A、B相连时，A为负极，金属活动性：A>B；②C、D相连时，电流由D→导线→C，说明C为负极，金属活动性：C>D；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡，说明C为正极，金属活动性：A>C；④B、D相连后，D极发生氧化反应，说明D为负极，金属活动性：D>B；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出，说明金属活动性B>E。由此可知，金属活动性：A>C>D>B>E，B项正确。
2．根据下图可判断下列离子方程式中错误的是(　　)
A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)
答案　A
解析　题图所示装置是原电池的构成装置，左图中Cd为负极，发生的是Cd置换出Co的反应，即Cd的金属活动性强于Co，B正确；右图中Co为负极，Co置换出Ag，说明Co的金属活动性强于Ag，D正确；综上可知，Cd的金属活动性强于Ag，所以Cd可以置换出Ag，C正确，A错误。
题组二
改变化学反应速率
3．一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应时，为了加快反应速率又不影响生成H2的总量，可采取的措施是
(　　)
A．加入少量稀NaOH溶液
B．加入少量CH3COONa固体
C．加入少量NH4HSO4固体
D．加入少量CuSO4溶液
答案　D
解析　由于是一定量的稀盐酸跟过量锌粉反应，产生H2的量由HCl决定。加入NaOH溶液，消耗HCl，使c(H＋)减小，n(H＋)减小，速率减慢且H2量减少，故A错误；加入CH3COONa，c(H＋)减小，速率减慢，故B错误；加入NH4HSO4，c(H＋)增大，n(H＋)增大，速率加快，但H2量增多，故C错误；加入CuSO4，Zn可置换出Cu，形成原电池加快速率，n(H＋)不变，生成H2量不变，故D正确。
4．等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中放入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　)
答案　D
解析　a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn?Cu?稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。
题组三
设计原电池
5．能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见右图)，并作相应标注。要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极　　　　　。
(3)甲、乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是　　　　，其原因是_________________________________________________________________
_________________________________________________________________
________________________________________________________________。
答案　(1)
(2)电极逐渐溶解　
(3)甲　电池乙的负极可与CuSO4溶液直接发生反应，导致部分化学能转化为热能；电池甲的负极不与所接触的电解质溶液反应，化学能在转化为电能时损耗较小
解析　(3)以Zn和Cu作电极为例分析，如果不用盐桥则除了电化学反应外还发生Zn和Cu2＋的置换反应，反应放热，会使部分化学能以热能形式散失，使其不能更有效的转化为电能，而盐桥的使用，可以避免Zn和Cu2＋的接触，从而避免能量损失，提供稳定电流。
设计制造原电池的过程
考点3　化学电源
知识梳理
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，其正极材料为PbO2，负极材料为Pb，电解质溶液为30%的稀H2SO4。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
注：充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。根据电极反应式，可顺利判断各电极周围溶液pH的变化。
3．燃料电池——氢氧燃料电池
(1)氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池。
电池
酸性
碱性或中性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
总反应式
2H2＋O2===2H2O
(2)燃料电池的电极本身不参与反应，燃料和氧化剂连续地由外部供给。
(1)化学电源电极反应式的书写
书写电极反应式时，首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极，然后结合电解质溶液的环境确定电极产物，最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有：
①拆分法
a．写出原电池的总反应，如2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。
b．把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应，注明正、负极，并依据质量守恒、电荷守恒及得失电子守恒配平两个半反应：
正极：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
负极：Cu－2e－===Cu2＋
②加减法
a．写出总反应，如Li＋LiMn2O4===Li2Mn2O4。
b．写出其中容易写出的一个半反应(正极或负极)，如Li－e－===Li＋(负极)，
c．利用总反应式与上述的一极反应式相减，即得另一个电极的反应式，即LiMn2O4＋Li＋＋e－===Li2Mn2O4(正极)。
(2)燃料电池电极反应式的书写
第一步：写出电池总反应式。
燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致，若产物能和电解质反应则总反应为加和后的反应。
如甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的反应式为：
CH4＋2O2===CO2＋2H2O①
CO2＋2NaOH===Na2CO3＋H2O②
①式＋②式得燃料电池总反应式为
CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O，其离子方程式为CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。
第二步：写出电池的正极反应式。
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，电解质溶液不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：
①酸性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
②碱性电解质溶液环境下电极反应式：
O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
③固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：
O2＋4e－===2O2－。
④熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：
O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式。
电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。(×)
错因：MnO2不是催化剂。
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(×)
错因：手机、电脑中使用的锂电池可以充、放电，属于二次电池。
(3)氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应为2H2－4e－===4H＋。(×)
错因：碱性介质中，负极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O。
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下，甲烷燃料电池
正极电极反应式：O2－4e－＋2CO===2CO2。(×)
错因：正极O2得电子，电极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO。
(5)二次电池充电时，二次电池的负极连接电源的负极，发生氧化反应。(×)
错因：充电时负极连接电源的负极，即作电解池的阴极，得电子，发生还原反应。
2．如图所示是几种常见的化学电源示意图，有关说法正确的是(　　)
A．上述电池分别属于一次电池、二次电池和燃料电池
B．干电池工作时，H＋向锌筒移动
C．铅蓄电池工作过程中，每通过2
mol电子，负极质量减轻207
g
D．氢氧燃料电池的正极反应一定是O2＋4e－＋2H2O===4OH－
答案　A
解析　铅蓄电池工作过程中，硫酸铅在负极上析出，该极质量应该增加而非减小，C错误；若电解质溶液为酸性溶液，则氢氧燃料电池的正极反应是O2＋4e－＋4H＋===2H2O，D错误。
题组训练
题组一
一次电池
1．纸电池是一种有广泛应用的“软电池”，如图所示碱性纸电池采用薄层纸片作为载体和传导体，纸的两面分别附着锌和二氧化锰。下列有关该纸电池的说法不合理的是(　　)
A．Zn为负极，发生氧化反应
B．电池工作时，电子由MnO2流向Zn
C．正极反应：MnO2＋e－＋H2O===MnOOH＋OH－
D．电池总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH
答案　B
解析　类似于锌锰干电池，MnO2在正极上得电子被还原生成MnOOH，则正极的电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－，C正确；负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，结合正、负极反应式及得失电子守恒可知，该电池的总反应式为Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH，D正确。
2．锌锰(Zn?MnO2)干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl2?NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或“负极”)。
(2)若ZnCl2?NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
答案　(1)Zn'正极'(2)Zn与Cu2＋反应生成Cu，Zn与Cu构成原电池，加快反应速率
解析　(2)电化学腐蚀较化学腐蚀更快，锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀。
题组二
二次电池——可充电电池
3．我国研究锂硫电池获得突破，电池的总反应是16Li＋S88Li2S，充、放电曲线如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A．充电时，电能转化为化学能
B．放电时，锂离子向正极移动
C．放电时，1
mol
Li2S6转化为Li2S4得到2
mol
e－
D．充电时，阳极总电极反应式是8S2－－16e－===S8
答案　C
解析　根据图示，放电时，1
mol
Li2S6转化为Li2S4的反应为2Li2S6＋2Li===3Li2S4，反应中2
mol
Li2S6得到2
mol
e－，即1
mol
Li2S6得到1
mol
e－，C错误。
题组三
燃料电池
4．直接供氨式固态氧化物燃料电池的结构如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．通入氧气的电极是正极，氧气发生氧化反应
B．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．该燃料电池可直接将化学能全部转化为电能
D．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋3O2－===N2＋3H2O
答案　D
解析　通入O2的电极是正极，O2发生还原反应，A错误；该电池的电解质是固态氧化物，其中自由移动的阴离子是O2－，正极的电极反应式应为O2＋4e－===2O2－，B错误；该燃料电池的能量转化效率较高，但不能将化学能全部转化为电能，C错误；在负极NH3发生氧化反应生成N2和水，D正确。
5．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，能在制备乙醛的同时获得电能，其总反应为2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是(　　)
A．a电极发生还原反应
B．放电时，每转移2
mol电子，理论上需要消耗28
g乙烯
C．b极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b
答案　B
解析　由题图可以看出a极通入乙烯，作负极，放电时乙烯发生氧化反应生成乙醛，A错误；CH2===CH2―→CH3CHO中碳元素化合价变化，可以看出每转移2
mol电子有1
mol乙烯被氧化，B正确；电解质溶液显酸性，b极通入氧气，放电后生成水，电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，C错误；放电时电子从负极通过外电路向正极移动，D错误。
原电池中电极反应式的书写
(1)书写一般步骤
(2)复杂电极反应式的书写
＝－
高考真题实战
1.(2019·全国卷Ⅰ)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。下列说法错误的是(　　)
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案　B
解析　该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件，A正确；该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，B错误；右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应，C正确；原电池中，内电路中H＋通过交换膜由负极区向正极区移动，D正确。
2．(2019·全国卷Ⅲ)
为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D?Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D?Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是(　　)
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
答案　D
解析　二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动，D错误。
3．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na?CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2＋4Na??2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C
D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na
答案　D
解析　放电时是原电池，ClO向负极移动，A正确；电池的总反应为3CO2＋4Na??2Na2CO3＋C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时是电解池，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO＋C－4e－===3CO2，D错误。
4．(2017·全国卷Ⅲ)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0.02
mol电子，负极材料减重0.14
g
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
解析　原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，a极发生的电极反应有S8＋2Li＋＋2e－===Li2S8、3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6、2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4、Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2，A正确；电池工作时，外电路中流过0.02
mol电子时，Li被氧化的物质的量为0.02
mol，质量为0.14
g，B正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C正确；电池充电时电极a发生反应：2Li2S2－2e－===
Li2S4＋2Li＋，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，D错误。
5．(2016·全国卷Ⅱ)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↑
答案　B
解析　Mg?AgCl电池中，Mg为负极，AgCl为正极，故正极反应式应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－，B错误。
6．(高考题组)(1)(2018·天津高考节选)O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。
电池的负极反应式：________________________。
电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O
6CO2＋6O===3C2O＋6O2
反应过程中O2的作用是________。
该电池的总反应式：_____________________________。
(2)(2016·北京高考)Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。
①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是__________________________。
(3)(2016·天津高考)氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：______________________________________________。
答案　(1)Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)　催化剂　2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3
(2)①Fe　②NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
(3)H2＋2OH－－2e－===2H2O
解析　(1)电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为含氯化铝的离子液体，所以Al失电子应转化为Al3＋，电极反应式为：Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋)。根据电池的正极反应，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将正、负极反应式加和得到总反应为：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。
(2)由图可知，Fe失电子作负极，正极是NO得电子变成NH。
(3)碱性氢氧燃料电池的负极发生氧化反应，在碱性条件下氢气放电生成H2O。
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18
-第2节
电解池
金属的电化学腐蚀与防护
　　时间：45分钟　　　满分：100分
一、选择题(每题8分，共72分)
1．铅蓄电池的示意图如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，N为负极，其电极反应式：PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加
C．充电时，阳极反应式：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
D．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2
答案　D
2．下列关于电化学的叙述正确的是(　　)
A．图①两极均有气泡产生，滴加酚酞溶液时石墨一极变红
B．图②装置可以验证牺牲阳极的阴极保护法
C．图③可以模拟钢铁的吸氧腐蚀，碳棒一极的电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．上述4个装置中，图①、②中Fe腐蚀速率较快，图③中Fe腐蚀速率较慢
答案　C
解析　图①阳极为惰性电极石墨，电解时阳极产生Cl2，阴极产生H2，两极均有气泡产生，滴加酚酞溶液时Fe电极附近溶液变红，A错误。牺牲阳极的阴极保护法利用的是原电池原理，将受保护的金属作原电池的正极，而图②为电解池，可验证外加电流的阴极保护法，B错误。NaCl溶液呈中性，钢铁发生吸氧腐蚀，碳棒作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C正确。图③中Fe作负极，腐蚀速率最快；图①和②中Fe作阴极，图④中铁作正极，均受到保护，不易被腐蚀，D错误。
3.
研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法正确的是(　　)
A．d为石墨，铁片腐蚀减慢
B．d为石墨，石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．d为锌块，铁片易被腐蚀
D．d为锌块，铁片上电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案　B
解析　d为石墨，形成原电池，铁片作负极，海水呈弱碱性，发生铁的吸氧腐蚀，则石墨上电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B正确。
4．下图用来研究钢铁制品的腐蚀，装置的气密性良好，且开始时U形管两端的红墨水液面相平。一段时间后能观察到铁钉生锈。下列说法不正确的是(　　)
A．铁钉表面发生的反应为Fe－3e－===Fe3＋
B．若液体a为稀醋酸，则U形管液面右高左低
C．若液体a为食盐水，则U形管液面左高右低
D．若液体a为食用油，则铁钉生锈速率较慢
答案　A
解析　铁钉发生电化学腐蚀时形成原电池，Fe作负极被氧化，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；若液体a为稀醋酸，则铁钉发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，左侧试管中气体压强增大，则U形管液面右高左低，B正确；若液体a为食盐水，则铁钉发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，左侧试管中气体压强减小，则U形管液面左高右低，C正确；若液体a为食用油，铁钉不易发生电化学腐蚀，则铁钉生锈速率较慢，D正确。
5．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．阳极区溶液的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
解析　钛电极为阴极，发生还原反应，A错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应式为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋
H2O，OH－由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C错误，D正确；由阴极区迁移过来的OH－在阳极全部参与反应，阳极区溶液的pH不变，B错误。
6．(2019·上饶一模)现代工业生产中常用电解氯化亚铁的方法制得氯化铁溶液以吸收有毒的H2S气体。工艺原理如图所示。下列说法中不正确的是(　　)
A．H＋从电解池左槽迁移到右槽
B．左槽中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑
C．右槽的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
D．FeCl3溶液可以循环利用
答案　B
解析　由图可知，右槽产生H2，则右侧惰性电极为阴极，阳离子向阴极移动，则H＋从电解池左槽迁移到右槽，A正确；左槽惰性电极为阳极，由于还原性：Fe2＋>Cl－，则电极反应式为2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，B错误；右槽惰性电极为阴极，电极产物为H2，则电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，C正确；由图可知，左槽电解产生的FeCl3参与反应吸收H2S，同时被还原为FeCl2，再通入左槽重新电解生成FeCl3，故FeCl3溶液可以循环利用，D正确。
7．(2019·北京朝阳高三期末)在不同电压下用惰性电极电解饱和NaCl溶液制备少量NaClO，实验结果如下：
实验
①
②
③
电压
U1
U2
U3
现象
a极产生少量气泡，b极无明显气泡
a极产生较多气泡，b极产生少量气泡
a极产生大量气泡，b极逸出大量黄绿色气体
下列分析不正确的是(　　)
A．①、②、③中，a极均发生了还原反应
B．①、②、③中均能发生Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
C．电解时OH－由b极向a极移动
D．不宜采用实验③的电压制备NaClO
答案　C
解析　用惰性电极电解饱和食盐水，电解的总方程式是：2NaCl＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2NaOH，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应，溶液中阳离子向阴极定向移动，阴离子向阳极定向移动，据此分析。根据图示可知a电极为阴极，溶液中的阳离子H＋在阴极上获得电子，发生还原反应，A正确；在a电极溶液中的H＋获得电子，变为H2逸出，附近溶液中OH－增多，阴极产生NaOH，在阳极b电极上溶液中阴离子Cl－失去电子变为Cl2，Cl2与溶液中的NaOH发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，B正确；电解时阴离子OH－向正电荷较多的阳极移动，即会由a极向b极移动，C错误；实验③电压高，电流大，反应速率快，反应产生的氯气未能与NaOH溶液反应，就会从溶液中逸出，所以不能采用该电压制备NaClO，D正确。
8．(2019·广东清远高三期末)乙醇钠是有机合成中常用的强碱，下图是通过电解乙醇和氢氧化钠溶液制备乙醇钠的工作示意图。下列说法错误的是(　　)
A．电极A为阳极，导线a与电源的正极相连接
B．电解过程中产生的X气体与Y气体的质量之比为1∶8
C．右极室的反应为：2CH3CH2OH＋2e－===2CH3CH2O－＋H2↑
D．若电解过程中转移2
mol电子，则右极室质量增加44
g
答案　B
解析　由题中示意图及分析可知阳离子Na＋由左边通过阳离子交换膜向右边移动，则说明B电极为阴极，导线b与电源负极相连，A电极为阳极，导线a与电源的正极相连，A正确；电解时阳极A上是溶液中的OH－失电子发生氧化反应的过程，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；在阴极上是乙醇中的羟基氢原子得电子，发生还原反应，即2CH3CH2OH＋2e－===2CH3CH2O－＋H2↑，根据同一闭合回路中电子转移数目相等，可知反应产生的O2与H2物质的量的比是1∶2，质量比是32∶4＝8∶1，B错误、C正确；若电解过程中转移2
mol电子，则右极室会有2
mol
H＋放电变为H2逸出，同时有2
mol
Na＋进入到右极室，所以右极室质量增加：2
mol×23
g/mol－2
mol×1
g/mol＝44
g，D正确。
9．(2019·西安五校高三联考)重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性，是一种重要的化工原料，广泛应用于制革、印染、电镀等工业。以铬酸钾(K2CrO4)和氢氧化钾为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图所示。已知水溶液中存在平衡：2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O。下列说法正确的是(　　)
A．气体甲和乙分别为O2和H2
B．该装置中阴极区的pH减小
C．Fe电极反应式4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
D．当铬酸钾的转化率达到80%时，右池中＝
答案　D
解析　根据制备原理，可知右池中应产生H＋，使2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O平衡向正反应方向移动，CrO转化为Cr2O，则右池中C为阳极，电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，气体乙为O2，左池中Fe为阴极，电极反应式为：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，气体甲为H2，A、C项错误；根据阴极反应式可知，该装置中阴极区c(OH－)增大，pH增大，B项错误；设开始时K2CrO4的物质的量是a
mol，根据题意列出三段式：
　　　　　
　　
2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O
起始物质的量/mol
a
0
转化物质的量/mol
0.8a
0.4a
某时刻物质的量/mol
0.2a
0.4a
则阳极区n(K)＝(0.2a×2＋0.4a×2)
mol＝1.2a
mol，
n(Cr)＝a
mol，＝＝，D项正确。
二、非选择题(共28分)
10．(14分)A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO、SO、Cl－，在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8
g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：
(1)M为电源的________极(填“正”或“负”)，甲、乙两个烧杯中的电解质分别为________、________(填写化学式)。
(2)计算电极f上生成气体的物质的量为________mol。
(3)写出乙烧杯中的电解反应方程式：_____________________________________________________________________
______________________________。
答案　(1)负　NaCl　AgNO3　(2)0.025
(3)4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3
解析　根据电解一段时间后，c电极质量增加了10.8
g，判断出c为阴极，则连接阴极的电极M是电源的负极。电解时，甲装置中溶液的pH增大，说明阴极上是水电离出的H＋放电，阳极上是放电能力大于OH－的Cl－放电，Cl－与Ag＋不能共存，故甲中的电解质溶液为NaCl溶液；电解时，乙装置中pH减小，说明阳极上是水电离出的OH－放电，溶液中含有的离子是含氧酸根离子，阴极上析出金属，所以含有Ag＋，该电解质溶液是AgNO3溶液；丙装置中溶液的pH不变，说明丙装置中是Na2SO4溶液，则f电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。根据乙中反应：4AgNO3＋2H2O4Ag＋4HNO3＋O2↑可知，n(O2)＝n(Ag)＝×＝0.025
mol。
11．(14分)如图所示，E为蘸有Na2SO4溶液的滤纸，并滴上几滴酚酞。A、B分别为Pt片，压在滤纸两端，R、S为电源的电极。M、N是多微孔的Ni电极，在碱溶液中可以视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。若在滤纸中央点上一滴紫色的KMnO4溶液，K断开，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生。
(1)外电源的R极为________极。
(2)A极附近的现象是________，B极的电极反应式为__________________。
(3)滤纸上的紫色点向________(填“A”或“B”)极移动。
(4)当C、D里的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间，C、D中气体逐渐减少，主要因为____________________；C极的电极反应式为____________________。
答案　(1)负'
(2)变红'4OH－－4e－===O2↑＋2H2O'(3)B　(4)H2、O2与KOH溶液构成氢氧燃料电池'H2＋2OH－－2e－===2H2O
解析　(1)电解KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，通过相同的电量，阴极上产生气体的体积是阳极上产生气体体积的2倍，通过题图可知M为阴极，N为阳极，根据电解原理，R为负极，S为正极。
(2)A接电源的负极，B接电源的正极，A为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，因此A极附近的现象是变红，B极的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O。
(3)根据电解原理，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，因此MnO移向B极，即滤纸上的紫色点向B极移动。
(4)切断电源后，H2、O2与KOH溶液构成氢氧燃料电池，C为负极，电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O。
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-第2节　电解池　金属的电化学腐蚀与防护
[考试说明]　1.理解电解池的构成、工作原理及应用，并能写出电极反应及总反应的方程式，认识电解在实现物质转化中的具体应用。2.了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害及金属腐蚀原理在生产、生活中的利用，了解防止金属腐蚀的措施。
[命题规律]　本节是高考的常考内容，其考查的内容有：一是电解过程的分析，多借助于图像考查电极上离子的放电顺序与产物的判断，电极反应式的书写；二是注重原电池与电解池相结合考查新型充电电池；三是考查新情境下电解原理的实际应用，如电解除污、结合离子交换膜进行电解等；四是金属腐蚀的原因与防护措施。考查题型有选择题和填空题两种。
考点1　电解原理
知识梳理
1.电解
(1)定义：使电流通过电解质溶液(或熔融的电解质)而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。在此过程中，电能转化为化学能。
(2)特点：①电解是不可逆的；②电解质导电一定发生化学变化。
2．电解池的构成及工作原理
(1)概念：电解池是把电能转化为化学能的装置。
(2)电解池的构成条件
①有与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。
(3)电极名称及电极反应式
以用惰性电极电解CuCl2溶液为例：
总反应方程式：CuCl2Cu＋Cl2↑。
(4)电解池中电子和离子的移动方向
①电子：从电源负极流出后，流向电解池阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极，阴离子移向电解池的阳极。
3．电解产物的判断及有关反应式的书写
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(勿忘水溶液中的H＋和OH－)。
(3)排出阴、阳两极的放电顺序
(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒、电荷守恒和电子转移守恒。
(5)写出电解总反应式
在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。
4．惰性电极电解电解质溶液的四种类型
(1)电解水型
电解质(水溶液)
电极方程式
被电解的物质
总化学方程式
电解质浓度
溶液pH
复原
含氧酸(如H2SO4)
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
H2O
2H2O2H2↑＋O2↑
增大
减小
加H2O
强碱(如NaOH)
增大
活泼金属的含氧酸盐(如KNO3，Na2SO4)
不变
(2)电解电解质型
电解质
电极方程式
被电解的物质
总反应式
电解质浓度
溶液pH
复原
无氧酸(如HCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑
HCl
2HClH2↑＋Cl2↑
减小
增大
通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
CuCl2
CuCl2Cu＋Cl2↑
减小
加CuCl2
(3)放H2生碱型
电解质
电极方程式
被电解的物质
总反应式
溶液pH
复原
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑
NaCl和H2O
2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－
增大
通入HCl气体
(4)放O2生酸型
电解质(水溶液)
电极方程式
被电解的物质
总反应式
溶液pH
复原
不活泼金属的含氧酸盐
CuSO4
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
CuSO4和H2O
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋
减小
加CuO或加CuCO3
(1)书写电解池中的电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
(2)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。
(3)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝色。(×)
错因：电解CuCl2溶液时，在阳极Cl－失电子变为Cl2。
(2)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH逐渐增大。(×)
错因：电解H2SO4溶液时，实际是电解H2O的过程，故溶液中c(H＋)增大，pH减小。
(3)电解时，电解液中阳离子移向阳极，发生还原反应。(×)
错因：电解时，阳离子移向阴极。
(4)用惰性电极电解饱和食盐水一段时间后，加入盐酸可使电解质溶液恢复到电解前的状态。(×)
错因：电解饱和食盐水，两极产生H2和Cl2，因此通入HCl气体即可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
2．如图装置中X和Y均为石墨电极，电解液为滴有酚酞的某浓度NaCl溶液，电解一段时间后，X极附近溶液先变红。下列有关说法中正确的是(　　)
A．X极连接电源正极
B．X极上产生的气体有刺激性气味
C．Y极上发生氧化反应
D．电子从X极经过溶液流向Y极
答案　C
解析　Y极为电解池的阳极，氯离子在阳极失电子生成氯气，发生氧化反应，C正确。
题组训练
题组一
电极反应式、电解总反应式的书写
1.
用如图所示装置(熔融CaF2?CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是(　　)
A．电解过程中，Ca2＋向阳极移动
B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极
答案　B
解析　由题图可知，石墨与外加电源的正极相连，则石墨为阳极，钛网电极作阴极，电解过程中，电解液中Ca2＋向阴极移动，A错误；据题图可知，阳极上发生氧化反应生成CO2，则阳极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B正确；阴极反应式为2Ca2＋＋4e－===2Ca，Ca还原TiO2的反应方程式为2Ca＋TiO2===2CaO＋Ti，故制备Ti前后，整套装置中CaO的质量不变，C错误；“＋”表示铅蓄电池的正极，该接线柱为铅蓄电池的PbO2极，D错误。
2．按要求书写有关的电极反应式及总反应式。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面可形成氧化膜。
阳极反应式：_____________________________________________________________________；
阴极反应式：____________________________________________________________________；
总化学方程式：____________________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解NaCl和CuSO4的混合溶液，电解过程中两极均有两种产物产生，判断阴、阳两极的产物并根据电解的先后顺序写出电极反应式。
①阳极
产物：________；
电极反应：____________________________________________________________________。
②阴极
产物：________；
电极反应：____________________________________________________________________。
答案　(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
(2)①Cl2、O2　2Cl－－2e－===Cl2↑、4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
②Cu、H2　Cu2＋＋2e－===Cu、2H＋＋2e－===H2↑
解析　(2)阴离子在阳极发生氧化反应，由于还原性：Cl－>OH－>SO，故先生成Cl2，后生成O2；阳离子在阴极发生还原反应，由于氧化性：Cu2＋>H＋>Na＋，故先生成Cu，后生成H2。
题组二
电解原理和电解规律的考查
3．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是(　　)
A．NaBr、CuCl2、Ba(OH)2
B．NaOH、H2SO4、CuSO4
C．KOH、HNO3、Na2SO4
D．NaCl、Cu(NO3)2、MgSO4
答案　C
解析　加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，只有C项符合题意。
4．如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100
g
5%
NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100
g
10%
K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
(1)接通电源，一段时间后，测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。则
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为____________________；
③计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________L；
④电解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行：________(填“能”或“不能”)，原因是______________________________________________。
答案　(1)①正　②4OH－－4e－===O2↑＋2H2O　
③2.8　④不变
(2)能　CuSO4溶液变为H2SO4溶液，可继续电解H2SO4溶液，相当于电解水
解析　(1)①接通电源一段时间后，乙中c电极质量增加，说明c电极表面析出Cu，则该电极为阴极，从而推知M端为电源的负极，N端为电源的正极。
③用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解过程中消耗水的质量为x
g，据电解前后溶质的质量不变可得：100
g×10%＝(100－x)
g×10.47%，解得x＝4.5，则电解过程中消耗水的物质的量为＝0.25
mol，转移电子的物质的量为0.5
mol，故电极b上生成的O2在标准状况下的体积为V(O2)＝0.5
mol××22.4
L·mol－1＝2.8
L。
④丙中用惰性电极电解K2SO4溶液相当于电解水，电解过程中c(K2SO4)增大，但溶液的pH不变。
“多池组合”电池类型的判断方法
(1)有外接电源电池类型的判断方法
有外接电源的各电池均为电解池，若电池阳极材料与电解质溶液中的阳离子相同，则该电池为电镀池。如：
则甲为电镀池，乙、丙均为电解池。
(2)无外接电源电池类型的判断方法
①直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。如图所示：A为原电池，B为电解池。
②根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种活泼性不同的金属电极或一种金属电极和一个碳棒电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。如图所示：B为原电池，A为电解池。
③根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。如图所示：若C极溶解，D极上析出Cu，B极附近溶液变红，A极上放出黄绿色气体，则可知乙是原电池，D是正极，C是负极；甲是电解池，A是阳极，B是阴极。B、D极发生还原反应，A、C极发生氧化反应。
考点2　电解原理的应用
知识梳理
1.氯碱工业——电解饱和食盐水
(1)概念：用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。
(2)电极反应
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(反应类型：氧化反应)，
阴极：2H＋＋2e－===H2↑(反应类型：还原反应)，
总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，
离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。
(3)阳离子交换膜的作用：阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止Cl2、H2、OH－通过，这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液反应而影响烧碱的质量。
2．电镀(以在铁器表面镀铜为例)
下图为金属表面镀铜的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作阴极，镀层金属铜作阳极。
(2)电解质溶液是含镀层金属阳离子的盐溶液(如CuSO4)。
(3)电极反应：
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜(粗铜中含Zn、Fe、Ag、Au等杂质)
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋。
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
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。
(1)工业制钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)工业制铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
(1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。
(2)电镀时，阳极(镀层金属)失去电子的数目跟阴极镀层金属离子得到电子的数目相等，因此电镀液的浓度保持不变。精炼铜时由于阳极发生多个反应，阴极增重质量不等于阳极减少的质量，故溶液中c(Cu2＋)减小。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中的c(Cu2＋)均保持不变。(×)
错因：电解精炼铜时，当开始电解时杂质Zn、Fe、Ni等活泼金属失电子，电解质溶液中Cu2＋得电子，造成溶液中c(Cu2＋)减小。
(2)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可电解MgO和AlCl3。(×)
错因：不采用电解MgO制金属镁，因为MgO熔点高、耗能大、不经济，不能用电解AlCl3制金属铝，因为熔融AlCl3不导电。
(3)若把Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑设计成电解池，应用Cu作阴极。(×)
错因：Cu被氧化为Cu2＋，应作阳极。
(4)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(×)
错因：电解饱和食盐水时，阴极可以用金属材料作电极。
(5)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。(×)
错因：电镀铜时，铜应连接电源的正极作阳极，镀件连接电源的负极作阴极。
2．粗铜的电解精炼如图所示。
(1)在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为____________________。
(2)若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，则阳极的电极反应式为______________________，粗铜中的Au、Ag的存在形式和位置为______________________________，溶液中c(Cu2＋)________(填“变大”“变小”或“不变”)。
答案　(1)c　Cu2＋＋2e－===Cu
(2)Fe－2e－===Fe2＋，Cu－2e－===Cu2＋　Au、Ag以单质的形式沉积在c电极的下方形成阳极泥　变小
解析　粗铜电解精炼时，Au、Ag不如铜活泼，以单质的形式沉积在阳极(c)下方，Fe比铜活泼，以Fe2＋的形式进入电解质溶液中。
题组训练
题组一
电解原理的应用
1．下图为用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法中正确的是(　　)
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
答案　B
解析　电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2。A、C、D错误，只有B正确。
2．如图所示的阴、阳离子交换膜电解槽中，用惰性电极电解Na2SO4溶液可制得硫酸和氢氧化钠溶液。下列说法不正确的是(　　)
A．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．N为阴离子交换膜
C．进口b补充的是稀NaOH溶液
D．电解过程中阳极附近的pH不断降低
答案　A
解析　由H2出口知电极A为阴极，电极B为阳极，产生H＋，故要不断补充阴离子，故N为阴离子交换膜，B正确；电极A为阴极，水中的H＋放电，大量的氢氧化钠在阴极附近生成，故在b口加入稀氢氧化钠以增强导电性，C正确；阳极反应不断地产生H＋，故pH不断降低，D正确。
离子交换膜的类型
根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。
题组二
与电解有关的计算
3.
以石墨电极电解200
mL
CuSO4溶液，电解过程中转移电子的物质的量n(e－)与产生气体总体积V(标准状况)的关系如图所示，下列说法中正确的是(　　)
A．电解前CuSO4溶液的物质的量浓度为2
mol·L－1
B．忽略溶液体积变化，电解后所得溶液中c(H＋)＝2
mol·L－1
C．当n(e－)＝0.6
mol时，V(H2)∶V(O2)＝3∶2
D．向电解后的溶液中加入16
g
CuO，则溶液可恢复到电解前的浓度
答案　B
解析　电解CuSO4溶液时，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，若阴极上没有氢离子放电，则图中气体体积与转移电子物质的量的关系曲线是直线，而题图中是折线，说明阴极上还发生反应：2H＋＋2e－===H2↑。当转移0.4
mol电子时，Cu2＋恰好完全析出，n(Cu2＋)＝＝0.2
mol，根据铜原子守恒得，c(CuSO4)＝c(Cu2＋)＝＝1
mol·L－1，A错误；当转移0.4
mol电子时，生成n(H2SO4)＝0.2
mol，随后相当于电解水，因为忽略溶液体积变化，所以电解后所得溶液中c(H＋)＝＝2
mol·L－1，B正确；当n(e－)＝0.6
mol时，发生反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4、2H2O2H2↑＋O2↑，n(H2)＝0.1
mol，n(O2)＝0.1
mol＋0.05
mol＝0.15
mol，所以V(H2)∶V(O2)＝0.1
mol∶0.15
mol＝2∶3，C错误；因电解后从溶液中析出Cu、O2、H2，所以只加入CuO不能使溶液恢复到电解前的浓度，D错误。
4．如下图Ⅰ是甲烷燃料电池(电解质溶液为NaOH溶液)的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是________(填“CH4”或“O2”)，a处电极上发生的电极反应式是____________________________；铁为电解池的________极，当铜电极的质量减轻3.2
g，则消耗的CH4在标准状况下的体积为________L。
答案　O2　CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O　阴　0.28
解析　当铜电极的质量减轻3.2
g，则n(Cu)＝＝0.05
mol，已知Cu电极的反应为Cu－2e－===Cu2＋，所以转移电子为0.1
mol，燃料电池中CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O，则n(CH4)＝n(e－)＝0.0125
mol，所以消耗的CH4在标准状况下的体积为0.0125
mol×22.4
L/mol＝0.28
L。
与电化学有关的计算方法
考点3　金属的腐蚀与防护
知识梳理
1.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
2．金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属跟干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接接触发生化学反应
不纯金属或合金跟电解质溶液接触发生原电池反应
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属被氧化
较活泼金属被氧化
联系
两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
条件
水膜酸性较强(pH≤4.3)
水膜酸性很弱或呈中性
电极反应
负极
Fe－2e－===Fe2＋
正极
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系
吸氧腐蚀更普遍
铁锈的形成：2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理
a.负极：比被保护金属活泼的金属；
b.正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法——电解原理
a.阴极：被保护的金属设备；
b.阳极：惰性金属。
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
(1)金属防护效果比较：外接电源的阴极保护法防腐＞牺牲阳极的阴极保护法防腐＞有一般防护条件的防腐。
(2)纯度越高的金属，腐蚀得越慢。
(3)不纯的金属或合金，在潮湿空气中的腐蚀速率远大于在干燥、隔绝空气条件下的腐蚀速率。
1.判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”，错误的指明错因。
(1)纯银器在空气中因电化学腐蚀表面渐渐变暗。(×)
错因：Ag与O2直接接触发生化学反应而使表面渐渐变暗。
(2)金属的化学腐蚀比电化学腐蚀更普遍。(×)
错因：金属的电化学腐蚀更普遍。
(3)生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。(×)
错因：食盐水为中性溶液，生铁发生吸氧腐蚀。
(4)当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用。(×)
错因：由于铁比锡活泼，锡层破损后，形成原电池，铁作负极，腐蚀加快。
(5)牺牲阳极的阴极保护法是利用电解原理防腐蚀。(×)
错因：牺牲阳极的阴极保护法是利用原电池原理防腐。
(6)将水库中的水闸(钢板)与外加直流电源的正极相连，可防止水闸被腐蚀。(×)
错因：外加电流的阴极保护法是把被保护的器件作阴极，与外加电源负极相连。
2．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和盐酸，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是(　　)
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
答案　B
解析　左边试管中是中性溶液，发生吸氧腐蚀，右边试管中是酸性溶液，发生析氢腐蚀，所以左边试管内气体的压强减小，右边试管内气体的压强增大，导致U形管内红墨水左高右低，B错误。
题组训练
题组一
金属的电化学腐蚀
1．利用如图装置进行实验，开始时，左右两管液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法正确的是(　　)
A．左管中O2得到电子，右管中H＋得到电子
B．一段时间后，左管液面低于右管液面
C．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－3e－===Fe3＋
D．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
答案　A
解析　左管中铁丝发生吸氧腐蚀，O2得电子，右管中铁丝发生析氢腐蚀，H＋得电子，A正确。
2．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn?MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案　B
解析　因液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重，A错误；接通开关后形成原电池，Zn的腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2，C错误；干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H＋的氧化作用引起的，D错误。
判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀由快到慢：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，腐蚀由快到慢：强电解质溶液中＞弱电解质溶液中＞非电解质溶液中(浓度相同)。
(3)活泼性不同的两种金属，活泼性差异越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
题组二
金属的防护
3．下列说法中，不正确的是(　　)
A
B
C
D
钢铁表面水膜的酸性很弱或呈中性，发生吸氧腐蚀
钢铁表面水膜的酸性较强，发生析氢腐蚀
将锌板换成铜板对钢闸门保护效果更好
钢闸门作为阴极而受到保护
答案　C
解析　金属活泼性：Zn>Fe>Cu，所以若将锌板换成铜板，则先腐蚀活泼金属Fe，C错误；钢闸门与电源的负极相连而被保护，D正确。
4．钢铁很容易因生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的四分之一。请回答钢铁在腐蚀、防护过程中的有关问题。
(1)在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀，装置示意图如图所示。
①A电极对应的金属是________(写元素名称)。
B电极的电极反应式是__________________________。
②镀层破损后，镀铜铁和镀锌铁更容易被腐蚀的是________(填“镀铜铁”或“镀锌铁”)。
(2)下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀________(填序号)。
(3)利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。
①若X为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关K应置于________处。假设海水中只有NaCl溶质，写出此时总反应的离子方程式：______________________________。
②若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为__________________。写出铁电极的电极反应式：____________________________________________。
答案　(1)①铜　Cu2＋＋2e－===Cu　②镀铜铁
(2)BD
(3)①N　2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑
②牺牲阳极的阴极保护法　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析　(1)②镀层破损后，镀铜铁发生腐蚀时，Fe作负极被腐蚀；镀锌铁发生腐蚀时，Zn作负极被腐蚀，而Fe作正极受到保护，故镀铜铁更容易被腐蚀。
(3)②若X为锌，开关K置于M处，该装置为原电池，Zn作负极，失电子被氧化，而Fe作正极受到保护，该电化学防护法属于牺牲阳极的阴极保护法。Fe作正极，在海水中发生吸氧腐蚀，铁电极(正极)的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
高考真题实战
1.(2019·江苏高考)
将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
答案　C
解析　铁在中性环境中发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，A、D错误；铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能，B错误。
2．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA?Fe2＋－e－===EDTA?Fe3＋
②2EDTA?Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA?Fe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA?Fe3＋/EDTA?Fe2＋，溶液需为酸性
答案　C
解析　CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①×2＋②即得到H2S－2e－===2H＋＋S，然后与阴极电极反应式相加得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确；石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA?Fe3＋/EDTA?Fe2＋，溶液需为酸性，D正确。
3．(2018·北京高考)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
①
在Fe表面生成蓝色沉淀
②
试管内无明显变化
③
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是(　　)
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
答案　D
解析　对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]无明显变化，说明②Fe附近的溶液中不含Fe2＋，③Fe附近的溶液中加入K3[Fe(CN)6]产生蓝色沉淀，说明③Fe附近的溶液中含Fe2＋，②中Fe被保护，A正确；①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，Fe表面产生了Fe2＋，对比①②的异同，①可能是K3[Fe(CN)6]将Fe氧化成Fe2＋，B正确；对比①②，①加入K3[Fe(CN)6]在Fe表面产生蓝色沉淀，①也能检验出Fe2＋，不能用①的方法验证Zn保护Fe，C正确；由实验可知K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化成Fe2＋，将Zn换成Cu不能用①的方法证明Fe比Cu活泼，D错误。
4．(2017·全国卷Ⅰ)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
解析　外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，A正确。被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩，B正确。高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极材料，C错误。保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整，D正确。
5．(2017·全国卷Ⅱ)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H2SO4?H2C2O4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Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案　C
解析　该电解池阳极发生的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氧气将铝制品表面氧化形成致密的氧化膜，所以待加工铝质工件应为阳极，A正确。阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极，B正确，C错误。电解质溶液中的阴离子向阳极移动，D正确。
6．(2016·全国卷Ⅰ)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
答案　B
解析　负极区(阴极)电极反应为：4H＋＋4e－===2H2↑，正极区(阳极)电极反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。通电后SO向正极区移动，正极区OH－放电，溶液酸性增强，pH减小，A错误；负极区反应为4H＋＋4e－===2H2↑，溶液pH增大，C错误；当电路中通过1
mol电子的电量时，会有0.25
mol
O2生成，D错误。
7．(高考题组)(1)(2019·全国卷Ⅱ)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为________，总反应为____________________________________________________________________。
电解制备需要在无水条件下进行，原因为________________________________________。
(2)(2019·全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有________________________(写反应方程式)。电路中转移1
mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
(3)(2019·北京高考)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接________。
产生H2的电极反应式是________________________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：_____________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)(2019·江苏高考)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：____________________________。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是____________________________________________________________________。
答案　(1)Fe电极　[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
(2)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6
(3)①K1　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
(4)①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
②阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
解析　(1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总方程式为
。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
(2)由题图中H＋的移动方向知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1
mol
O2，需转移4
mol电子，则转移1
mol电子时，应消耗
mol
O2，标准状况下，
mol
O2的体积为
mol×22.4
L/mol＝5.6
L。
(3)①电解时，阴极产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
③连接K1时，电极3反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O；当连接K2制O2时，电极3反应为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环使用。
(4)①已知参加反应的微粒有CO2，生成物的微粒有HCOO－，因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素，所以阴极的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－，而OH－可与溶液中的HCO反应生成CO，两者加合即为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或CO2直接与水电离出的H＋作用生成HCOO－，即阴极反应式为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－。
②阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的H＋与HCO反应而使HCO的浓度降低，同时部分K＋通过阳离子交换膜进入阴极区，因此电解一段时间后，KHCO3溶液浓度降低。
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-(共37张PPT)
第九章
电化学基础
热点专题突破（六）
新型化学电源的原理分析
突破方法
TUPOFANGFA
答案
解析
答案
解析
题组训练
ZHISHISHULI
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
课时作业
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
答案
解析
HO
OH
200
SOH
150
25
100
00
50
40
50ml
50
30
20
Mg电极
石墨电极
H2O2
隔膜
HOWA
OH
42N
200
00
SOH
150
250
100
00
50ml
m
50
30
20
硫酸铅电极
无水LiCl-KCl
钙电极
电池壳
石墨
石墨
熔融盐
溶液
金属锂
有
隔膜碱性
电解质只允许溶液碳电极
水溶液
过新型化学电源的原理分析
1.热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。该电池以Ca为负极，熔融无水LiCl－KCl混合物作电解质，结构如图所示。正极反应式为PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb。下列说法不正确的是(　　)
A．放电过程中，Li＋向正极移动
B．常温下电解质是不导电的固体，电池不工作
C．每转移0.1
mol电子，理论上生成20.7
g
Pb
D．该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb
答案　C
解析　原电池放电过程中，阳离子向正极移动，A正确；根据信息可知，此电池为热激活电池，常温下电解质是不导电的固体，电池不工作，B正确；根据正极反应式PbSO4＋2Li＋＋2e－===Li2SO4＋Pb可知，每转移0.1
mol电子，理论上生成10.35
g
Pb，C错误；该电池以Ca为负极，负极反应式为Ca－2e－===Ca2＋，故该电池总反应为PbSO4＋
2LiCl＋Ca===CaCl2
＋Li2SO4＋Pb，D正确。
2．(2019·成都七中高三期末)某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．b极发生氧化反应
B．高温下该电池效率更高
C．若有机物为甲烷，则该电池整个过程的总反应式为：CH4＋2O2===CO2＋2H2O
D．硫氧化菌参加的反应为：HS－＋8e－＋4H2O===SO＋9H＋
答案　C
解析　b是电池的正极，发生还原反应，A错误；在高温下硫酸盐还原菌、硫氧化菌会失去生理活性，因而在高温下微生物被杀死，效率更低，B错误；根据图示可知硫酸盐还原菌将SO还原为HS－，a电极有机物发生氧化反应转化为CO2，若有机物为CH4，反应式为：CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，硫氧化菌又将HS－转化为SO，b电极发生还原反应，电极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，总反应方程式为CH4＋2O2===CO2＋2H2O，C正确；负极上HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，失电子，发生氧化反应，电极反应式是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，D错误。
3．(2019·河北唐山高三期末)以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成燃料电池，采用电解法制备Fe(OH)2，装置如图所示，其中电解池两极材料分别为铁和石墨，通电一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法正确的是(　　)
A．石墨Ⅰ电极反应为H2－2e－＋2OH－===2H2O
B．CO2在石墨电极Ⅱ上得电子
C．X电极材料为铁
D．NaCl溶液中Cl－移向Y电极
答案　D
解析　左边装置是原电池，通入氢气的石墨Ⅰ电极是负极、通入氧气的石墨Ⅱ电极是正极，负极反应式为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，正极反应式为O2＋4e－＋2CO2===2CO，右边装置是电解池，X是阴极、Y是阳极，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－、阳极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，故A、B错误；X是阴极，X电极不需要一定用铁作电极，可以用石墨电极，Y电极材料为铁，故C错误；Y电极是阳极，NaCl溶液中Cl－移向Y电极，故D正确。
4．装置(Ⅰ)为铁－镍(Fe?Ni)可充电电池：Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；装置(Ⅱ)为电解示意图。当闭合开关K时，Y附近溶液先变红。下列说法正确的是(　　)
A．闭合K时，X极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
B．闭合K时，A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H＋===Ni(OH)2
C．给装置(Ⅰ)充电时，B极参与反应的物质被氧化
D．给装置(Ⅰ)充电时，OH－通过阴离子交换膜移向电极A
答案　D
解析　闭合K时，装置(Ⅱ)为电解池，电极Y附近溶液先变红，说明电极Y附近有OH－生成，则Y为阴极，X为阳极，故A是正极，B是负极。闭合K时，X是阳极，阳极上Cl－失去电子被氧化为Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，A错误；闭合K时，A是正极，发生还原反应，因交换膜为阴离子交换膜，故通过交换膜的离子为OH－，所以A极的电极反应式为NiO2＋2e－＋2H2O===Ni(OH)2＋2OH－，B错误；电池充电时，原来的负极B与外加电源的负极相连作阴极，发生还原反应，C错误；电池充电时，原来的正极A与外加电源的正极相连作阳极，故OH－通过阴离子交换膜向电极A(即阳极)移动，D正确。
5．(2019·百师联盟高三调研)如图所示，五层膜材料常用于汽车玻璃中的电致变色系统，其工作原理是在外接电源下，通过在膜材料内部发生氧化还原反应，实现对器件的光透过率进行多级可逆性调节。已知WO3和Li4Fe4[Fe(CN)6]3均为无色透明，LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3均为蓝色。下列有关说法不正确的是(　　)
A．当外电路通过1
mol电子时，通过离子导体层的Li＋数目为NA
B．为了获得较好的遮光效果，A应该接电源的负极
C．该电致变色系统在较长时间的使用过程中离子导体层中Li＋的量可保持基本不变
D．当B接电源正极时，离子储存层反应为：
Fe4[Fe(CN)6]3＋4Li＋＋4e－===Li4Fe4[Fe(CN)6]3
答案　D
解析　当外电路通过1
mol电子时，通过离子导体层的电量与1
mol电子的电量相同，故Li＋的物质的量为1
mol，故A正确；如果A接电源的负极，A为阴极，发生电极反应式为Li＋＋WO3＋e－===LiWO3，WO3为无色透明，LiWO3为蓝色，获得较好的遮光效果，故B正确；电致变色系统在较长时间的使用过程中阳极生成的锂离子和阴极消耗的锂离子的量相同，Li＋的量可保持基本不变，故C正确；B接电源正极，B电极为阳极，电极反应式为Li4Fe4[Fe(CN)6]3－4e－===4Li＋＋Fe4[Fe(CN)6]3，故D错误。
6．(2019·泉州质检)锂－空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．电解质溶液中，Li＋由多孔电极迁移向锂电极
B．该电池放电时，负极发生了还原反应
C．充电时，电池正极的反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑
D．电池中的电解质溶液可以是有机溶剂或稀盐酸等
答案　C
解析　由题图可知，金属锂作负极，多孔电极作正极，阳离子向正极移动，则Li＋由锂电极迁移向多孔电极，A错误；放电时，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，B错误；充电时，电池的正极与电源的正极相连，作电解池的阳极，电极反应式为Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，C正确；由于锂是活泼金属，可与稀盐酸反应生成LiCl和H2，故电解质溶液不能用稀盐酸，D错误。
7．(2019·北京海淀高三期末)科学家很早就提出锂－空气电池的概念，它直接使用金属锂作电极，从空气中获得O2，和以LiFePO4作电极的锂离子电池相比，增大了电池的能量密度(指标之一是单位质量电池所储存的能量)。下图是某种锂－空气电池的装置示意图，放电时，下列说法不正确的是(　　)
A．金属锂为负极
B．若隔膜被腐蚀破损，不会影响该电池正常使用
C．多孔碳电极上发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．锂－空气电池能量密度大的原因之一是转移等量电子时，金属锂比LiFePO4质量小
答案　B
解析　锂是活泼金属，能与水发生反应，隔膜被腐蚀破损后，锂与水反应，影响该电池正常使用，故B错误。
8．(2019·广东汕头高三期末)我国科学家开发设计一种天然气脱硫装置，利用如图装置可实现：H2S＋O2―→H2O2＋S。
已知甲池中有如下的转化：
下列说法错误的是(　　)
A．该装置可将光能转化为电能和化学能
B．该装置工作时，溶液中的H＋从甲池经过全氟磺酸膜进入乙池
C．甲池碳棒上发生电极反应：AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ
D．乙池①处发生反应：H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋
答案　B
解析　该装置是原电池装置，根据图中信息知是将光能转化为电能和化学能的装置，A正确；原电池中阳离子移向正极，甲池中碳棒是正极，所以氢离子从乙池移向甲池，B错误；甲池中碳棒是正极，该电极上发生得电子的还原反应，即AQ＋2H＋＋2e－===H2AQ，C正确；在乙池中，硫化氢失电子生成硫单质，I得电子生成I－，发生的反应为H2S＋I===3I－＋S↓＋2H＋，D正确。
9．(2019·洛阳质检)如图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是(　　)
A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋
B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋
C．放电时，Na＋经过离子交换膜由b池移向a池
D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24
L
H2时，b池生成17.40
g
Na2S4
答案　C
解析　放电时，负极上Na2S2被氧化生成Na2S4，电极反应式为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，A错误；充电时，阳极上NaBr失电子被氧化生成NaBr3，电极反应式为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋，B错误；放电时，阳离子向正极移动，故Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，C正确；题目未指明2.24
L
H2是否处于标准状况下，无法计算b池中生成Na2S4的质量，D错误。
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-新型化学电源的原理分析
(1)正、负极的判断
新型电池中
(2)“放电”时正极、负极电极反应式的书写
①首先分析物质得失电子的情况。
②然后再考虑电极反应生成的物质是否跟电解质溶液中的离子发生反应。
③对于较为复杂的电极反应，可以利用“总反应式－较简单一极的电极反应式＝较复杂一极的电极反应式”的方法解决。
(3)“充电”时阴极、阳极的判断
①首先应搞明白原电池放电时的正、负极。
②再根据电池充电时阳极接正极、阴极接负极的原理进行分析。
③电极反应式：放电时的负极与充电时的阴极、放电时的正极与充电时的阳极分别互逆。
(4)新型电池充、放电时，电解质溶液中离子移动方向的判断
①首先应分清是放电还是充电。
②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。
　(2019·天津高考)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌?碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)
A．放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B．放电时，溶液中离子的数目增大
C．充电时，b电极每增重0.65
g，溶液中有0.02
mol
I－被氧化
D．充电时，a电极接外电源负极
解析　根据题图，左侧a极发生I2Br－＋2e－===2I－＋Br－时，发生的是还原反应，右侧b极发生Zn－2e－===Zn2＋，可以得出总反应为I2Br－＋Zn===Zn2＋＋Br－＋2I－，故b为原电池负极，a为原电池正极。放电时，a极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时，由总反应可知离子数目增大，B正确；充电时，b极每增重0.65
g，被还原的Zn的物质的量为0.01
mol，则消耗0.02
mol
I－，C正确；充电时，a极发生氧化反应，做阳极，接电源正极，D错误。
答案　D
　(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2
解析　放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处反应，说明电池内，Li＋向多孔碳材料电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳材料电极为正极，A错误。因为多孔碳材料电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极)，B错误。充电和放电时电池中离子的移动方向相反，放电时，Li＋向多孔碳材料电极移动，充电时向锂电极移动，C错误。根据图示和上述分析，可知放电时，电池的正极反应是O2与Li＋得电子转化为Li2O2－x，电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li＋，所以总反应为：2Li＋O2===Li2O2－x，充电时的反应与放电时的反应相反，所以充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D正确。
答案　D
1．已知：H2O2是一种强氧化剂。Mg?H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图所示。该电池工作时，下列说法不正确的是(　　)
A．Mg电极是该电池的负极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．该装置能将化学能转化为电能
D．溶液中Cl－向Mg电极移动
答案　B
解析　组成的原电池的负极被氧化，镁为负极，双氧水作为氧化剂，在石墨电极上被还原成水，发生还原反应，故B错误。
2．一种以天然气为燃料的固体氧化物燃料电池的原理如图所示，其中YSZ为6～10%Y2O3掺杂的ZrO2固体电解质，下列有关叙述正确的是(　　)
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．电路中每转移0.1
mol电子，消耗0.28
L的CH4
D．O2－由正极通过固体电解质YSZ迁移到负极
答案　D
解析　该燃料电池中，通入甲烷的电极是负极、通入氧气的电极是正极，电子从a极沿导线流向b极，故A错误；b电极上氧气得电子生成O2－，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，故B错误；温度和压强未知导致气体摩尔体积未知，所以无法计算甲烷体积，故C错误。
3．电化学气敏传感器可用于监测环境中NH3的含量，其工作原理如图所示，其中NH3被氧化为常见无毒物质。下列说法错误的是(　　)
A．溶液中OH－向电极a移动
B．电极b上发生还原反应
C．负极的电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
D．理论上反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为3∶4
答案　D
解析　反应中NH3被氧化生成N2，而O2被还原生成OH－，根据得失电子守恒可知，n(NH3)∶n(O2)＝4∶3，D错误。
4．中国首个空间实验室——“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池(RFC)，它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，a、b、c、d均为Pt电极。下列说法正确的是(　　)
A．B区的OH－通过隔膜向a电极移动，A区pH增大
B．图中右管中的OH－通过隔膜向c电极移动，d电极上发生还原反应
C．c是正极，电极上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．当有1
mol电子转移时，b电极产生气体Y的体积为11.2
L
答案　B
解析　B区为阴极区，水电离出的H＋放电，OH－向a电极移动，A区水电离出的OH－放电，pH基本保持不变，A错误；气体Y为氢气，在c极反应：H2－2e－＋2OH－===2H2O，气体X是氧气，在d极发生还原反应：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以OH－向c极移动，B正确，C错误；D项，没给出标准状况，错误。
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