1、专题重点突破 专题九 电化学基础 主干知识梳理 1.原电池工作原理示意图(1)无论是装置还是装置，电子通过电解质溶液。(2)在装置中，由于不可避免会直接发生 ZnCu2=CuZn2而使化学能转化为热能，所以装置的能量转化率。2电解池工作原理示意图01 均不能02 高(1)与电源正极相连的为极；与电源负极相连的为极。(2)电解液中阳离子移向极；阴离子移向极。(3)离子在两极上的放电顺序阳离子在极上的放电顺序：AgFe3Cu2H。阴离子在极上的放电顺序：S2IBrClOH。03 阳04 阴05 阴06 阳07 阴08 阳3金属腐蚀与防护的方法(1)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较(2)钢铁的析氢腐蚀与吸
2、氧腐蚀的比较(3)金属电化学保护的两种方法4燃料电池电极反应式书写类型燃料电池的考查重点在不同条件下的电解质溶液中正极反应式的书写。具体类型如下：在正确写出正极反应式的前提下，利用负极失电子的原理或依据“负极反应式总反应式正极反应式”的方法，正确写出负极反应式。实例分析：酸性介质(H2SO4)下的甲醇-O2 燃料电池CH3OH 在负极上失去电子，在酸性条件下生成 CO2 气体，O2 在正极上得到电子，在 H作用下生成水。正极反应式：；负极反应式：。22 3O212H12e=6H2O23 2CH3OH12e2H2O=2CO212H考点 1 原电池工作原理及应用例 1(2019全国卷)利用生物燃料
3、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 H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2 发生还原反应生成 NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动批注点拨 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 MVe=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 H22MV2=2H2MV，B 错误；右端电极反应式为 MV2e=MV，是正极，在正
4、极区发生反应：N26MV6H=2NH36MV2，即 N2 得到电子生成 NH3 发生还原反应，质子(H)通过交换膜由负极区向正极区移动，C、D正确。答案 B1原电池的构成条件(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：电解质溶液；两电极直接或间接接触；两电极插入电解质溶液中。2判断原电池正、负极的五种方法3原电池电极反应式的书写方法(1)一般电极反应式的书写(2)复杂电极反应式的书写(2019华大新高考联盟高三教学质量测评)“锌碘”新型安全动力电池有
5、望取代目前广泛使用的“铅蓄电池”“锂电池”等，已知该电池的工作原理如图所示。下列有关说法错误的是()A该电池安全性高，且对环境友好B正极反应式为 I3 2e=3I，电极 a 附近显红色C电子的移动方向为“Zn电极 a电极 b石墨毡”D“回流通道”可以减缓电池两室的压差，避免电池受损答案 C解析 该电池对环境友好，且避免使用易燃的有机电解液，更加安全，故 A 正确；正极发生还原反应，反应式为 I3 2e=3I，石墨电极 a 为阴极，电极反应式为 2H2O2e=H22OH，显碱性，遇到酚酞显红色，故 B 正确；电子不能通过溶液，即电子移动的方向为“Zn电极 a，电极 b石墨毡”，故 C 错误；该新
6、型电池充放电过程，会导致电池内离子交换膜的两边产生压差，所以“回流通道”的作用是减缓电池两室的压差，避免电池受损，故 D 正确。2(2019A10 联考段考)硫化氢的回收既解决了环境污染问题，也可变废为宝。其反应原理为：2H2S(g)O2(g)=S2(s)2H2O(l)H632 kJmol1。在酸性固体电解质环境下，硫化氢的处理原理图如图所示。下列说法正确的是()A负载中电流自上而下流动B电极 a 的电极反应式为 2H2S4e=S24HC电子由电极 a 经质子固体电解质膜流向电极 bD1 mol H2S 气体完全反应得到固体 S2 和水蒸气放热 316 kJ答案 B解析 通 H2S 的一极电极
7、 a 为负极，通氧气的一极电极 b 为正极，故电流从正极流出，故负载中电流的流向应该为自下而上流动，A 错误；负极发生氧化反应，电极反应式为 2H2S4e=S24H，B 正确；电子只能在电极和导线中流动，不能进入固体电解质，C 错误；反应中水的状态是液态水，不是水蒸气，D 错误。考点 2 电解池工作原理及应用例 2(2019全国卷)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)。批注点拨 解析 由题图中 H的移动方向
8、知，左端的电极反应为 Fe3e=Fe2，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为 2HCl2e=Cl22H，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4Fe2O24H=4Fe32H2O；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14 mol O2，标准状况下，14 mol O2 的体积为14 mol22.4 L/mol5.6 L。答案 Fe3e=Fe2，4Fe2O24H=4Fe32H2O 5.6 1阴、阳极的判断方法(1)根据外接电源：与正极相连的为阳极，与负极相连的为阴极。(2)根据电流方向：从阴极流出，从阳
9、极流入。(3)根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。(4)根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。(5)根据电极产物：阳极：电极溶解、逸出 O2(或极区变酸性)或 Cl2；阴极：析出金属、逸出 H2(或极区变碱性)。2电解池电极反应式的书写方法特别说明：通常电极反应可以根据阳极材料和电解质溶液性质判断。但在高考题中往往需要结合题给信息进行判断。3电化学计算的基本方法原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的 pH 计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等，通常有下列几种方法：3用如图所示装置除去含 CN、Cl废水中的 CN时，控制溶液 pH为 910，
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：Cl2OH2e=ClOH2OC阴极的电极反应式：2H2O2e=H22OHD除去 CN的反应：2CN5ClO2H=N22CO25ClH2O答案 D解析 石墨作阳极，为惰性电极，由溶液中的 Cl放电，电极反应式：Cl2OH2e=ClOH2O，铁作阴极，在碱性环境下发生 2H2O2e=H22OH，故 A、B、C 正确；pH 为 910 的碱性溶液不可能是H参加反应，离子反应应为 2CN5ClOH2O=N22CO25Cl2OH，D 错误。4(2019湖南茶陵三中高三月考)双极膜(BP)是
11、阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的 H2O 解离成 H和 OH，作为 H和 OH离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH 和 HCl，其工作原理如下图所示，M、N 为离子交换膜。下列说法错误的是()A阴极室发生的反应为 2H2e=H2BM 为阳离子交换膜，N 为阴离子交换膜C若去掉双极膜(BP)，阳极室会有 Cl2 生成D电路中每转移 1 mol 电子，两极共得到 0.5 mol 气体答案 D解析 电解池阴极处，是水解离成的 H得到电子被还原，则在阴极处发生的反应为：2H2e=H2，故 A 正确；电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，因此 M 为阳
12、离子交换膜，N 为阴离了交换膜，故 B 正确；电解时，溶液中的 Cl向阳极移动，若去掉双极膜(BP)，则 Cl会在阳极失去电子，生成 Cl2，故 C 正确；由于有双极膜(BP)的存在，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的 H2O 解离成 H和 OH，因此阴极反应为 2H2e=H2，阳极反应为 4OH4e=O22H2O，当电路中通过 1 mol 电子时，阴极得到 0.5 mol H2，阳极得到 0.25 mol O2，两极一共得到气体为 0.5 mol0.25 mol0.75 mol，故 D 错误。考点 3 二次电源的分析例 3(2018全国卷)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔
13、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-ZnNiOOH 二次电池，结构如图所示。电池反应为 Zn(s)2NiOOH(s)H2O(l)放电充电 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批注点拨 解析 三维多孔海绵状 Zn 为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO
14、分散度高，A 正确；二次电池充电时作为电解池，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，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，负极发生氧化反应，元素化合价升高，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，阴离子从正极区向负极区移动，D 错误。答案 D 突破二次电池的五个角度5(2019辽宁五校协作体高三联考)中科院深圳先进技术研究院成功研发了一种高效、低成本储能电池“铝石墨”双离子电池，电池总反应为 AlxCLiPF6 充电放电 AlLiCxPF6。下
15、列有关该电池的说法正确的是()A放电时，PF6 向正极移动B放电时，负极反应为 Al3e=Al3C充电时，两个电极增加的质量相等D充电时，阳极反应为 xCPF6 e=CxPF6答案 D解析 放电时，阴离子 PF6 向负极移动，A 错误；结合总反应可知，放电时负极 AlLi 失去电子发生氧化反应，电极反应为 AlLie=AlLi，B错误；充电时阳极反应为 xCPF6 e=CxPF6，D 正确；充电时阴极反应为 AlLie=AlLi，两极转移电子的物质的量虽然相等，但增加的质量不相等，阳极增加的是 PF6 的质量，阴极增加的是 Li的质量，C 错误。6(2019绵阳市高三第二次诊断性考试)我国科学
16、家成功研制出新型铝石墨烯(Cn)可充电电池，电解质为阳离子(EMIM)与阴离子(AlCl4)组成的离子液体，该电池放电过程示意图如图。下列说法错误的是()A放电时铝为负极，发生氧化反应B放电时正极的反应为：CnAlCl4 e=CnAlCl4C充电时石墨烯与电源的正极相连D充电时的总反应为：3Cn4Al2Cl7=Al4AlCl4 3CnAlCl4答案 B解析 放电时铝为负极，被氧化生成 Al2Cl7，发生氧化反应，A 正确；放电时，正极发生还原反应，电极反应为 CnAlCl4e=CnAlCl4，B 错误；充电时，Cn 为阳极，发生氧化反应，电极方程式为 CnAlCl4 e=CnAlCl4，C 正
17、确；阳极发生氧化反应，电极反应为 CnAlCl4 e=CnAlCl4，阴极发生还原反应，电极反应为 4Al2Cl7 3e=Al7AlCl4，根据得失电子守恒可得充电时的总反应为：3Cn4Al2Cl7=Al4AlCl4 3CnAlCl4，D 正确。考点 4 金属的腐蚀及其防护例 4(2017全国卷)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
18、调整解析 A 对：外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。B对：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。C 错：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。D 对：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。答案 C1金属腐蚀快慢的三个规律(1)金属腐蚀类型的差异电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护腐蚀措施的腐蚀。(2)电解质溶液的影响对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。(3)活泼性不同的两金属与电解质溶液构成原电池时，一般活泼性差别越大，负极腐蚀
19、越快。2金属防护方法、原理与效果防护方法原理覆盖保护层(涂油漆、电镀等)将金属与空气隔离开形成合金改变金属内部结构外加电流的阴极保护法使被保护的金属作电解池的阴极(阳极为惰性电极)牺牲阳极的阴极保护法(连接更活泼的金属)使被保护的金属作原电池的正极防护效果：一般情况下，作电解池阴极(外加电流的阴极保护法)作原电池正极(牺牲阳极的阴极保护法)金属表面处理(覆盖保护层)7(2019重庆第一中学高三期中)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是()Ad 为锌块，铁片不易被腐蚀Bd 为锌块，铁片上电极反应为 2H2e=H2Cd 为石墨，铁片腐蚀加快Dd 为石墨，石墨上电极反应为 O22
20、H2O4e=4OH答案 B解析 若 d 为锌块，由于金属活动性：ZnFe，Zn 为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是 Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，A 正确；d 为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为 O22H2O4e=4OH，B 错误；由于活动性：Fe石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为 Fe2进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，C 正确；d 为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为 O22H2O4e=4OH，D正确。8
21、利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护，下列有关说法中错误的是()A若开关 K 置于 N 处，则 X 不宜用 Cu、Ag 等作电极B若 X 为锌且开关 K 置于 M 处，此属于牺牲阳极的阴极保护法C若 X 为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关 K 应置于 M 处D在外加电流的阴极保护法中，铁件必须与电源负极相连答案 C解析 若开关 K 置于 N 处，此时构成了电解池，若 X 是铜、银，则阳极很快被腐蚀，从而导致铁失去了保护，阳极应使用惰性电极，才能达到长期保护的效果，A 正确；若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，Zn 失去电子，发生氧化反应被腐蚀，铁件受到保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，B
22、正确；铁比碳的还原性强，若 X 为碳棒，开关 K 置于 M 处，铁作负极，会加速被腐蚀，C 错误；当铁件与电源负极相连时，负极向铁件提供电子，这样铁件就会受到保护，D 正确。真题VS预测 真题调研1(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 I2Br2e=2IBrB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 电极接外电源负极答案 D解析 根据题图，左侧 a 极发生 I2Br2e=2
23、IBr时，发生的是还原反应，右侧 b 极发生 Zn2e=Zn2，可以得出总反应为 I2BrZn=Zn2Br2I，故 b 为原电池负极，a 为原电池正极。放电时，a极反应为 I2Br2e=2IBr，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 Zn2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，作阳极，接电源正极，D 错误。2(2018全国卷)最近我国科学家设计了一种 CO2H2S 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(
24、石墨烯包裹的 ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：EDTA-Fe2e=EDTA-Fe32EDTA-Fe3H2S=2HS2EDTA-Fe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC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 CO22H2e=COH2O，A 正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知2即得到 H2S2e=2HS，然后与阴极电极
25、反应式相加得总反应式为 CO2H2S=COH2OS，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全国卷)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：3CO24Na2Na2CO3C。下列说法错误的是()A放电时，ClO4 向负极移动B充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2C放电时，正极反应为
26、：3CO24e=2CO23 CD充电时，正极反应为：Nae=Na答案 D解析 放电时是原电池，ClO4 向负极移动，A 正确；电池的总反应为3CO24Na2Na2CO3C，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：3CO24e=2CO23 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 2CO23 C4e=3CO2，D 错误。4(2018全国卷)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 Li2O2x(x0 或 1)。下列说法正确的是()A放电时
27、，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 Li2O2x=2Li1x2 O2答案 D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 L
28、i2O2x，电池的负极反应是单质 Li 失电子转化为 Li，所以总反应为：2Li1x2 O2=Li2O2x，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 Li2O2x=2Li1x2 O2，D 正确。5(2017全国卷)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 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 Al33e=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动解析 C 错：阴极发生的电极反应为 2H2e=H2。答案 C6(2017全国卷)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理
29、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：16LixS8=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极材料减重 0.14 gC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，电极反应可以为 2Li2S62Li2e=3Li2S4，故 A 正确；原电池工作时，转移 0.02 mol 电子时，被氧化的 Li 的物质的量为 0.02 mol
30、，质量为 0.14 g，B 正确；石墨烯能导电，可提高电极 a 的导电性，C 正确；电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的 Li 和 S8 越多，即生成 Li2S2 的量越少，D 错误。7(2016全国卷)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 SO24 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 SO24 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 2H2O4e
31、=O24H，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 C解析 该装置为电解池，H2O 在正(阳)极区放电，生成 O2 和 H，中间隔室中的阴离子 SO24 通过 cd 膜移向正(阳)极，故正(阳)极区得到 H2SO4，当电路中通过 1 mol 电子时生成 0.25 mol O2，正(阳)极区溶液 pH 减小，H2O在负(阴)极区放电，生成 OH和 H2，负(阴)极区溶液 pH 增大，A、C、D 错误；H2O 在负(阴)极区放电生成 H2 和 OH，中间隔室中的阳离子 Na通过ab 膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到 NaOH，
32、而正(阳)极区可得到 H2SO4，B 正确。8(1)(2019全国卷)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。制 H2 时，连接_。产生 H2的电极反应式是_。改变开关连接方式，可得 O2。结 合 和 中 电 极 3
33、 的 电 极 反 应 式，说 明 电 极 3 的 作 用：_。(3)(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。写出阴极 CO2 还原为 HCOO的电极反应式：_。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 Fe2C5H6=Fe(C5H5)2H2 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)K1 2H2O2e=H22OH 制 H2时，电极 3 发生反应：Ni(OH)2OHe=NiOOHH2O。制 O2 时，上述电极反应逆向进行，使电极
34、 3 得以循环使用(3)CO2H2e=HCOO或 CO2HCO3 2e=HCOOCO23阳极产生 O2，pH 减小，HCO3 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 Fe2e=Fe2，阴极的电极反应式为 22e=2H2，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)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 2H2O2e=H22OH。连接 K1时，
35、电极 3 反应为 Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O；当连接 K2制 O2 时，电极 3 反应为 NiOOHeH2O=Ni(OH)2OH。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。(3)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 CO2H2O2e=HCOOOH，而 OH可与溶液中的 HCO3 反应生成 CO23，两者加合即为 CO2HCO3 2e=HCOOCO23 或 CO2直接与水电离出的 H作用生成 HCOO，即阴极反应式为 CO2H2e=HCOO。阳极的电极反应式为 2H2O4e=
36、O24H，生成的 H与 HCO3反应而使 HCO3 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。9(2018全国卷)制备 Na2S2O5 也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中 SO2 碱吸收液中含有 NaHSO3 和 Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后，_室的 NaHSO3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到 Na2S2O5。答案 2H2O4e=4HO2 a解析 阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根离子放电，则电极反应式为 2H2O4e=4HO2。阳极区氢离子浓度增大，通过阳离子交换膜进入 a 室与亚硫酸钠
37、结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a 室的亚硫酸氢钠浓度增加。10(2018全国卷)KIO3 是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：(1)KIO3 的化学名称是_。(2)利用“KClO3 氧化法”制备 KIO3 工艺流程如下图所示：“酸化反应”所得产物有 KH(IO3)2、Cl2和 KCl。“逐 Cl2”采用的方法是_。“滤液”中的溶质主要是_。“调 pH”中发生反应的化学方程式为_。(3)KIO3 也可采用“电解法”制备，装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_，
38、其迁移方向是_。与“电解法”相比，“KClO3 氧化法”的主要不足之处有_(写出一点)。答案(1)碘酸钾(2)加 热 KCl KH(IO3)2 KOH=2KIO3 H2O(或HIO3 KOH=KIO3H2O)(3)2H2O2e=2OHH2 K a 到 b产生 Cl2 易污染环境解析(1)根据氯酸钾(KClO3)可以推测 KIO3 为碘酸钾。(2)将溶解在溶液中的气体排出的一般方法是将溶液加热，原因是气体的溶解度随温度上升而减小。第一步反应得到的产品中的氯气在“逐 Cl2”时除去，根据图示，碘酸钾在最后得到，所以过滤时 KH(IO3)2 在滤渣中，所以滤液中的溶质主要为 KCl。“调 pH”的主
39、要目的是将 KH(IO3)2转化为 KIO3，所以方程式为：KH(IO3)2KOH=2KIO3H2O(或 HIO3KOH=KIO3H2O)。(3)由图可知，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离出的氢离子得电子，反应为 2H2O2e=2OHH2。电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a 到 b。KClO3 氧化法的最大不足之处在于生产中会产生污染环境的氯气。11(2017江苏高考)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 SiO2 和 Fe2O3 等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：注：SiO2 在“碱溶”时转化为铝硅酸钠
40、沉淀。“电解”是电解 Na2CO3 溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为_，阴极产生的物质 A 的化学式为_。答案 4CO23 2H2O4e=4HCO3 O2 H2解析 阳极应是 H2O 电离出的 OH放电，生成 O2 和 H，在 Na2CO3溶液充足的条件下，H与 CO23 反应生成 HCO3，故阳极的电极反应式为4CO23 2H2O4e=4HCO3 O2；阴极的电极反应式为 4H2O4e=2H24OH，所以物质 A 为 H2。2020 还可能这么考12下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
41、叙述正确的是()A放电时，负极反应为 3NaBr2e=NaBr32NaB充电时，阳极反应为 2Na2S22e=Na2S42NaC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 电解质为 Na2S2和 NaBr3，放电后分别变为 Na2S4和 NaBr，根据化合价变化可知，Na2S2 在负极失电子，NaBr3在正极得电子，Na2S2 在右罐，NaBr3 在左罐。放电时，负极 Na2S2 失电子，则负极的电极反应式为 2S22 2e=S24，故 A 错误；充电时，阳极上 Br失电子转化为
42、Br3，则阳极的电极反应式为 3Br2e=Br3，故 B 错误；电池放电为原电池，阳离子移向正极，Na经过离子交换膜，由 b 池移向 a 池，故 C 正确；H2体积未说明是标准状况下，无法进行换算，故 D 错误。13.有人设计了图示方法同时制备连二亚硫酸钠(Na2S2O4)和过二硫酸钠(Na2S2O8)，并获得中国专利。电解过程中，阴极室生成 Na2S2O4，a 极的电极反应式为_，通过阳离子交换膜的离子主要是 Na，其迁移方向是_。答案 2SO24 2e=S2O28 从阳极室到阴极室(或 a 到 b)解析 根据图示，电极 a 接电源的正极为阳极，发生氧化反应，SO24 失电子被氧化为 S2O
43、28，则 a 极的电极反应式为 2SO24 2e=S2O28，根据电解原理，阳离子移向阴极，故 Na的迁移方向是由 a 到 b。专题作业 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 Fe3e=Fe3B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 Fe2e=Fe2，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为 2H2OO24e=4OH，
44、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。答案 C2.(2019河北武邑高三调研)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，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反应消耗的 NH3 与 O2 的物质的量之比为 45CO2在电极 b 上发生还原反应D负极的电极反应式为 2NH36e6OH=N26H2O答案 B解析 NH3 被氧化为常见无毒物质，应生成氮气，a 电极通入氨气生成氮气，为原电池负极，则 b 为正极，氧气得电子被还原。因为 a 极为负极，则溶液中的阴离子向负极移动，故 A
45、正确；反应中，氨气中 N 元素化合价由3 升高至 0 价，升高的总数为 3；氧气中 O 元素化合价由 0 降低至2 价，降低的总数为 4，根据得失电子守恒可知，消耗 NH3与 O2的物质的量之比为43，故 B 错误；氧气具有氧化性，在原电池中正极上发生还原反应，故 C正确；负极是氨气发生氧化反应变成氮气，电极反应式为 2NH36e6OH=N26H2O，故 D 正确。3(2019广东实验中学高三第三次阶段考试)银锌蓄电池应用广泛，放电时总反应为 ZnAg2O2H2O=Zn(OH)2Ag2O，某小组以银锌蓄电池为电源，用惰性电极电解饱和 Na2SO4 溶液制备 H2SO4 和 NaOH，设计如图所
46、示装置。连通电路后，下列说法正确的是()A电池的 a 极反应式为 Ag2O2H2O2e=Ag2O2OHB气体 Y 为 H2Cpq 膜适宜选择阳离子交换膜D电池中消耗 65 g Zn，理论上生成 1 mol 气体 X答案 D解析 惰性电极电解饱和 Na2SO4 溶液制备 H2SO4 和 NaOH，则在阴极上是氢离子发生还原反应产生氢气，电极附近氢氧根离子浓度增加，显碱性，钠离子移向阴极，所以阴极区域附近氢氧化钠浓度较高，产生氢氧化钠，在阳极上是氢氧根离子失电子，产生氧气，电极附近氢离子浓度增加，显酸性，硫酸根离子移向阳极，所以阳极区域附近硫酸浓度较高，产生硫酸，所以 N为阳极，b 是电源的正极，
47、a 是电源的负极，pq 是阴离子交换膜，mn 是阳离子交换膜。a 是电源的负极，a 极反应式为 Zn2e2OH=Zn(OH)2，A错误；N 是阳极，在阳极是氢氧根离子失电子，产生氧气，气体 Y 为 O2，B错误；pq 膜是阴离子交换膜，C 错误；电池中消耗 65 g Zn，即 1 mol Zn，转移电子是 2 mol，在 M 电极上发生反应：2H2e=H2，理论上生成1 mol H2，D 正确。4(2019全国卷考试大纲调研卷(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 2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，下列说法不
48、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 CuOH2O2e=Cu2OHC通空气时，铜被腐蚀，表面产生 Cu2OD整个反应过程中，铜相当于催化剂解析 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 Lie=Li，B 错误；放电过程为 2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，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。答案 B5(2019广州高三调研测试)一种钌(Ru)基配合
49、物光敏染料敏化太阳能电池的工作原理示意图如下，电池工作时发生的反应为：RuhRu*(激发态)Ru*RueI3 2e3I2Ru3I2RuI3下列关于该电池的叙述错误的是()A电池中镀 Pt 导电玻璃为正极B电池工作时，I在镀 Pt 导电玻璃上放电C电池工作时，电解质中 I和 I3 浓度不会减少D电池工作时，是将太阳能转化为电能答案 B解析 根据电池工作时电子从透明导电玻璃流入镀 Pt 导电玻璃，则透明导电玻璃为负极，镀 Pt 导电玻璃为正极，A 正确；电池工作时，镀 Pt 导电玻璃为正极，电极反应为 I3 2e=3I，正极上为 I3 放电，B 错误；根据电池工作时发生的反应可知，I3 在正极上得
50、电子被还原为 I，后 I又被 Ru氧化为 I3，I3 和 I相互转化，电解质中 I和 I3 浓度不会减少，C 正确；电池工作时，是将太阳能转化为电能，D 正确。6(2019山东济南历城二中高三调研)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，下列说法正确的是()AHS在硫氧化菌作用下转化为 SO24 的反应为 HS4H2O8e=SO24 9HB电子从 b 流出，经外电路流向 aC如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化D若该电池电路中有 0.4 mol 电子发生转移，则有 0.45 mol H通过质子交换膜答案 A解析 负极上 HS在硫氧化
51、菌作用下转化为 SO24，失电子发生氧化反应，电极反应式是 HS4H2O8e=SO24 9H，A 正确；b 是电池的正极，a 是负极，所以电子从 a 流出，经外电路流向 b，故 B 错误；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能等，因此能量的利用率会有变化，故 C 错误；根据电子守恒，若该电池有 0.4 mol 电子发生转移，则有 0.4 mol H通过质子交换膜，故 D 错误。7(2019江西师大附中高三期末考试)氯碱工业是以电解饱和食盐水为基础的基本化学工业。下图是某氯碱工业生产原理示意图：(1)A 装置所用食盐水由粗盐水精制而成。精制时，为除去食盐水中的Mg2和 Ca2，要加入的试
52、剂分别为_、_。(2)写出装置 A 在通电条件下反应的化学方程式：_。(3)氯碱工业是高耗能产业，按上图将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能 30%以上，且相关物料的传输与转化关系如图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。图中 Y 是_(填化学式)；X 与稀 NaOH 溶液反应的离子方程式是_。分析比较图示中氢氧化钠质量分数 a%与 b%的大小：_。若用 B 装置作为 A 装置的辅助电源，每当消耗标准状况下氧气的体积为 11.2 L 时，则 B 装置可向 A 装置提供的电量约为_(一个e的电量为 1.601019 C；计算结果精确到 0.01)。答案(1)NaOH
53、溶液 Na2CO3溶液(2)2NaCl2H2O=通电 2NaOHH2Cl2(3)H2 2OHCl2=ClOClH2Ob%a%1.93105 C解析(1)除去杂质不能引入新的杂质，即除去 Mg2用 NaOH，除去 Ca2用 Na2CO3。(2)根据生产流程示意图，装置 A 是电解池装置，电解饱和食盐水，因此化学反应方程式为 2NaCl2H2O=通电 2NaOHH2Cl2。(3)装置 A 的右端产生 NaOH 溶液，说明右端电极是阴极，发生 2H2O2e=H22OH，因此 Y 是氢气，装置 A 的左端是阳极，发生 2Cl2e=Cl2，X 为 Cl2，和 NaOH 溶液的反应式为 Cl22OH=Cl
54、ClOH2O。装置 B 中通氧气的一极为正极，环境是 NaOH，因此正极反应式为O22H2O4e=4OH，产生 NaOH，因此 b%a%。两者装置通过的电量相等，即转移的电量是11.246.0210231.6101922.4 C1.93105 C。8(2019湖北省鄂州市、黄冈市高三调研)化学电源在日常生活和工业生产中有着重要的应用。.如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中 X 为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题(1)甲烷燃料电池负极反应式是_。(2)石墨(C)极的电极反应式为_。(3)若在标准状况下，有 2.24 L 氧气参加反应，则乙装置中铁极
55、上生成的气体体积为_ L；丙装置中阴极析出铜的质量为_ g，一段时间后烧杯中 c(Cu2)_(填“增大”“减小”或“不变”)。.“长征”火箭发射使用的燃料是液态偏二甲肼(C2H8N2)，并使用四氧化二氮作为氧化剂，这种组合的两大优点是既能在短时间内产生巨大能量将火箭送上太空，产物又不污染空气(产物都是空气成分)。某校外研究性学习小组拟将此原理设计为原电池，如图所示，结合学习过的电化学原理分析其设计方案，回答相关问题：(4)从 a 口加入_(填名称)。H移动方向是_(填“A 到 B”或“B 到 A”)。(5)A 极发生的电极反应式：_。(6)若以该电池为电源，用石墨作电极电解 200 mL 0.
56、5 mol/L 的 CuSO4溶液，电解一段时间后，两极收集到相同体积(相同条件)的气体，则整个电解过程转移的电子的数目是_。答案(1)CH48e10OH=CO23 7H2O(2)2Cl2e=Cl2(3)4.48 12.8 减小(4)偏二甲肼 A 到 B(5)C2H8N216e4H2O=2CO2N216H(6)0.4NA(或 2.4081023)解析 甲为燃料电池，甲烷通入一极为负极，氧气通入一极为正极；乙为电解池，Fe 为阴极，C 为阳极，实质为电解饱和食盐水；丙为电解池，粗铜为阳极，精铜为阴极，实质为电解精炼铜。(1)甲烷燃料电池负极为 CH4，失去电子后结合 OH生成 CO23，其反应式
57、是 CH48e10OH=CO23 7H2O。(2)乙为电解池，Fe 为阴极，C 为阳极，实质为电解饱和食盐水，故石墨(C)极的电极反应式为 2Cl2e=Cl2。(3)标准状况下，2.24 L 氧气的物质的量为 0.1 mol，参与反应转移的电子数为 0.4 mol；铁电极为阴极，阳离子放电：2H2e=H2，则放出氢气0.2 mol，标准状况下体积为 4.48 L；丙装置中阴极反应式为 Cu22e=Cu，则析出铜 0.2 mol，即为 12.8 g。一段时间后烧杯中 c(Cu2)会减少。(4)外电路中电子由 A 电极流向 B 电极，由电子转移方向可知 A 为负极，B 为正极，根据原电池原理，还原
58、剂在负极上失去电子发生氧化反应，氧化剂在正极上得到电子发生还原反应，则从 a 口通入偏二甲肼；内电路一般是阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，所以 H移动方向是 A 到 B。(5)A 为负极，还原剂在负极上失去电子发生氧化反应，又已知产物中气体 均 为 空 气组 分，所以 A 极发 生 的 电 极反 应 式为 C2H8N2 16e 4H2O=2CO2N216H。(6)两极收集到相同体积(相同条件)的气体，则阴极除了 Cu22e=Cu，还应有 2H2e=H2，阳极的电极反应式为 2H2O4e=4HO2，设生成 n(O2)n(H2)x，因为 n(Cu2)0.5 mol/L0.2 L0.1 mol，由得失电子守恒得 0.122x4x，x0.1 mol，所以 n(O2)n(H2)0.1 mol，则整个电解过程转移的电子的数目是 0.1 mol40.4 mol，即 0.4NA。本课结束
