第四章 化学反应与电能（单元复习）-【帮课堂】2024-2025学年高二化学同步学与练（人教版2019选择性必修1）

第四章 化学反应与电能（整理与提升） 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.学会判断电化学装置中的电极名称及电极反应式的书写。 2.学会原电池、可充电电池、电解池、电镀池判定。 3.学会分析原电池、电解池中离子交换膜的作用。 4.学会电化学的有关计算。 重点:1.在新型化学电源探究过程中，构建原电池模型，并能分析出其电极反应和总反应方程式。 2.对“多池组合”中装置的判断与分析。 难点:对“多池组合”中装置的判断与分析。 一、电化学装置中电极名称的判断 1．“五类”依据判断原电池电极： （1）依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 （2）依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。 （3）依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。 （4）依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 （5）依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 2．“五类”依据判断电解池电极 判断依据 电极 直流电源 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象 阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小 阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大 二、电化学装置中电极反应式的书写 1．“三步”突破原电池电极反应式的书写： 第一步：分析氧化还原反应 根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目 第二步：注意电解质溶液环境 分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式 第三步：合并正、负电极反应 调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式 2.电解池电极反应式的书写模式： （1）解题流程 （2）阳极阴离子放电次序： 【特别提醒】微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放电次序 Zn2+>H+。 （3）电解池中电极反应式的书写方法 1)书写步骤 ①首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。 ②分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。 ③根据放电顺序分析放电产物。 a.阴离子的放电顺序：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。 b.阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。 ④根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H＋、OH－或H2O参与；最后配平电极反应式。 2)介质对电极反应式的影响 中性溶液 反应物若是H+得电子或OH-失电子,则H+或OH-均来自水的电离，全部写成 酸性溶液 反应物或生成物中均没有 碱性溶液 反应物或生成物中均没有 水溶液 不能出现 3)电极产物的溶解性对电极反应式的影响。 电解MgCl2溶液时的阴极反应式应为：Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－===H2↑。 总反应离子方程式为：Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。 不能把电解MgCl2溶液的离子方程式写成：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽视了生成难溶的Mg(OH)2。 三、多池串联装置中电池类型的判断 1.直接判断： （1）非常直观明显的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等为原电池，则其他装置为电解池。如下图所示，A为原电池，B为电解池。 （2）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定； （3）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池； （4）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。 2.根据电池中的电极材料和电解质溶液判断： （1）原电池一般是两种活动性不同的金属电极或一个金属电极和一个石墨电极；原电池中的电极材料一般能和电解质溶液发生自发的氧化还原反应。 （2）电解池一般是两个惰性电极，如两个铂电极或两个石墨电极，只根据电极材料一般不能判断出电池类型，往往还需要结合电解质溶液进行判断。电解池的电极材料一般不能和电解质溶液反应。如下图所示，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，如下图所示。 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。 4.可充电电池的判断：放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。 四、离子交换膜在电化学中的综合应用 1．离子交换膜的作用 （1）防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。 （2）用于物质的分离、提纯等。 （3）用于物质的制备。 2．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过阳离子交换膜、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。 3．离子交换膜类型的判断 根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型： （1）首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。 （2）根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。 4．定量关系 外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。 5．解答步骤 第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜、质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 第二步，写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 五、电化学的有关计算 原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据是电子转移守恒，分析时要注意两点： （1）串联电路中各支路电流相等； （2）并联电路总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据，如下图所示。 图中甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2mol电子转移，则Zn极溶解6.5gZn,Cu极上析出2.24L(标准状况)H₂,Pt极上析出0.1molCl₂,C极上析出6.4gCu。甲池中H+被还原成H₂,溶液pH变大：乙池中是电解CuCl₂,电解后再加入适量CuCl₂固体可使溶液复原。 （3）电解池计算的计算 ①正确书写电解过程中各电极或各阶段的电极反应式。 ②在同一电路中，根据各电极得失电子数相等建立等量关系(若分阶段电解，则每个电极各阶段的电极反应式转移电子数总和相等)或根据电解总反应式列比例式计算。 （4）判断电解后溶液pH变化的方法 根据原溶液的酸碱性和电极产物即可对电解后溶液pH的变化作出正确的判断，其方法如下： ①若电极产物只有H2而无O2,则pH变大。 ②若电极产物只有O2而无H2,则pH变小。 ③若电极产物既有O2又有H2,原溶液呈酸性则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性则pH不变。 六、电化学问题分析的基本思路 1.有关原电池的解题思路 解决原电池问题时，一般的思维程序是：判断参加正、负极反应的物质→电极产物→电子和离子的移动方向→电极反应方程式→原电池反应方程式→现象、计算 2.有关电解问题的基本思路 根据电源正负极确定电极名称或根据化合价变化→根据溶液环境确定电极产确定电极反应物物→书写并分析电极反应→讨论电解变化并根据守恒计算或根据实质复原。 （1）通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。 （2）通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁先放电(注意活泼金属作阳极时阳极本身被氧化)。 （3）写电极反应，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象，水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应式为2H2－4e－=4H＋。( ) （2）电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。( ) （3）钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－=Fe3＋。( ) （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。( ) （5）铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。( ) （6）生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。( ) （7）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。( ) （8）在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。( ) (9)钢铁的发蓝处理能增强其耐腐蚀性。( ) (10)把金属铬、镍等加入普通钢中能增强钢铁的耐腐蚀性。( ) (11)钢铁设备与金属铜捆绑即可被保护。( ) (12)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀中都是铁作负极。( ) (13)电化学腐蚀比化学腐蚀的速率大得多。( ) (14)氯碱工业中阳离子交换膜的作用是防止H2和Cl2混合爆炸，同时避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。( ) (15)用电解法冶炼活泼金属时，不能电解相应化合物的水溶液。( ) 2．如图所示，A为新型高效的甲烷燃料电池，采用铂为电极材料，两电极上分别通入和，电解质为KOH溶液。B为浸透饱和硫酸钠和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴溶液，C、D为电解槽，其电极材料、电解质溶液见图。 （1）甲烷燃料电池负极的电极反应式为 。 （2）关闭，打开，通电后，B的紫红色液滴向d端移动，则电源a端为 极，通电一段时间后，观察到滤纸c端出现的现象是 。 （3）D装置中有一定浓度的与的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，(电解前后溶液的体积变化关系忽略不计)原混合溶液中的物质的量浓度 。 （4）若C装置中溶液为且足量，总反应的离子方程式为 。电解结束后，为了使溶液恢复原样，则可以在反应后的溶液中加入 (填化学式)。 ►问题一 电化学装置中的电极名称和电极反应式的书写 【典例1】钴酸锂()电池工作原理如下图，A极材料是金属锂和石墨的复合材料(石墨作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应式。下列说法不正确的是 A．充电时，由极区域移向极区域 B．充电时，A为阴极，发生还原反应 C．放电时，B为正极，电极反应式为 D．废旧钴酸锂()电池进行“放电处理”使锂元素富集至正极，有利于回收 【解题必备】1.判断原电池正负极的6种方法 2.阴、阳极的判断方法 （1）根据外接电源:正极接阳极,负极接阴极。 （2）根据电流方向:从阴极流出,从阳极流入。 （3）根据电子流向:从阳极流出,从阴极流入。 （4）根据离子移向: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(或阳极区酸性增强)或Cl2;阴极——析出金属、逸出H2(或阴极区碱性增强)。 （6）根据反应类型:阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。 3.电极方程式的书写类似于一个完整的氧化还原型离子方程式的配平，先由信息分离出反应物和生成物，然后配平参与变价的离子或物质，再根据介质(酸碱性或熔融化合物)调节电荷守恒，最后用原子个数守恒检查电极反应式是否正确。 【变式1-1】电解苯酚的乙腈((CH₃CN)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()。装置如图，电极材料均为石墨。下列说法不正确的是 A．电极a为负极 B．电极c的反应式为 C．装置工作时，乙室溶液pH减小 D．合成1mol扑热息痛，理论上甲室溶液质量增重64g 【变式1-2】下列有关化学用语表示正确的是 A．氢氧碱性燃料电池的负极反应式为： B．电解精炼铜时，阴极的电极反应式为： C．工业上电解氯化铝生产铝，阴极反应式： D．惰性电极电解氯化镁溶液离子方程式为： ►问题二 电化学装置中的离子交换膜的作用分析 【典例2】如图所示装置，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断不正确的是 A．a是电源的负极 B．当通过质子交换膜的H+为0.2mol时，左侧电极Ⅰ所在区域溶液质量减轻了27g C．Cl-通过阴离子交换膜由左向右移动 D．当0.01molFe2O3完全溶解时，至少产生氧气0.336L(标准状况下) 【解题必备】电化学装置中的“离子交换膜” （1）膜的作用：阳离子交换膜允许阳离子通过，不允许阴离子通过；阴离子交换膜允许阴离子通过，不允许阳离子通过；质子交换膜允许质子通过而避免不同电极区域内某些离子间的反应。 （2）阴、阳离子、质子交换膜的判断 种类 允许通过的离子及移动方向 说明 阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过 阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过 质子交换膜 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H+通过 双极膜（由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜） 在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-离子源 两极的阴阳离子不通过双极模 （3）判断离子交换膜的类型,判断离子的迁移方向,书写电极反应式,判断电极产物 如三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示,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SO42-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。根据电解池原理可判断阴、阳离子的移动方向,从而确定离子交换膜的类型。然后可书写电极反应式,判断电极产物。 （4）在电解池中，各池中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动． （5）各池中的阳离子只能透过阳膜向阴极移动而不能向阳极移动；各池中的阴离子只能透过阴膜向阳极移动 而不能向阴极移动． （6）若某室中同时有阴、阳离子进入，二者结合的产物即为该室产品；若某室中同时有阴、阳离子移出(或消耗)，则二者结合的产物即为该室消耗的物质； 若某室中既有离子进入，又有离子移出(或消耗)，进入离子与原溶液中未移出(或消耗)的离子结合的产物即为该室产品． （7）在同一电解池或串联的各个电解池中，相同时间内，通过各离子交换膜的离子所带电量与通过外电路的电子所带电量相等． （8）在电解池中，阳离子移向的方向为阴极，通过的交换膜为阳膜；阴离子移向的方向为阳极，通过的交换膜为阴膜． (9)若离子交换膜为单质子交换膜，一般阳极反应要生成H＋，阴极反应要消耗H＋。 【变式2-1】科学家设计了一套电解装置，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，如图所示。下列叙述错误的是 A．电极电势：催化电极a>催化电极b B．双极膜的右侧是阳离子交换膜 C．阳极反应式为-6e-+6OH-=+4H2O D．标准状况下，每消耗33.6LCO2会生成1mol 【变式2-2】三室式电渗析法将含废水处理并得到两种常见的化工产品，原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜。下列叙述正确的是 A．阴极附近碱性增强 B．阳极区电解质溶液可以是稀NaOH溶液 C．ab为阴离子交换膜，cd为阳离子交换膜 D．当阴极产生1mol气体时，ab膜通过的离子数目为 ►问题三 “多池组合”中装置的判断与分析 【典例3】二甲醚一氧气燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚—氧气燃料电池电解甲基肼制氢的装置如图所示，其中均为情性电极。下列说法正确的是 A．M极的电极反应式为 B．甲中端通入的是 C．乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH-透过交换膜向N极移动 D．理论上，当生成时，消耗的质量为2.3g 【解题必备】原电池、电解池、电镀池判定 （1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定； （2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池； （3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。 （4）可充电电池的判断：放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。 【变式3-1】某同学组装了如下图所示的电化学装置，电极Ⅰ材质为，其他电极材质均为，下列说法正确的是 A．电极Ⅱ逐渐溶解 B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电流方向：电极Ⅳ电极Ⅰ D．电极Ⅲ的电极反应： 【变式3-2】相同金属在不同浓度的盐溶液中可形成浓差电池。如图所示是利用浓差电池电解溶液(a、b电极均为石墨电极)的装置，可以制得、、、NaOH。下列说法不正确的是 A．a电极的电极反应为 B．离子交换膜c、d分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 C．电池放电过程中，电极的电极反应为 D．电池从开始工作到停止放电，电解池阳极区理论上可生成 ►问题四 电化学的有关计算 【典例4】500mLKCl和Cu(NO3)2的混合溶液中c(Cu2+)=0.2mol/L，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两电极均收集到5.6L(标准状况下)气体，假设电解后溶液的体积仍为500mL，下列说法正确的是 A．原混合溶液中c(Cl-)=0.3mol/L B．上述电解过程中共转移0.5mol电子 C．电解得到的无色气体与有色气体的体积比为7∶3 D．电解后溶液中c(OH-)=0.1mol/L 【解题必备】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) 【变式4-1】“碳中和”可有效解决全球变暖，在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示。下列说法错误的是 A．离子交换膜为阳离子交换膜 B．铜电极上产生CH3CHO的电极反应式为 C．每产生32gO2，外电路中有2mol电子通过 D．若铜电极上只生成5.6gCO，则铜极区溶液质量增加3.6g 【变式4-2】如下图所示，利用N2H4、O2和KOH溶液制成燃料电池(总反应式为N2H4 + O2 = N2+2H2O)，模拟氯碱工业。下列说法正确的是 A．甲池中负极反应为N2H4 – 4e- = N2 + 4H+ B．乙池中出口G、H处气体分别为H2、Cl2 C．乙池中离子交换膜为阴离子交换膜 D．当甲池中消耗32 g N2H4时，乙池中理论上最多产生142g Cl2 1．下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是 A．氢氧燃料电池的负极反应式： B．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式： C．电解熔融NaCl，阴极的电极反应式： D．电解饱和食盐水时，阴极的电极反应式： 2．下面有关电化学的图示，完全正确的是 A．①Cu-Zn-稀硫酸构成原电池 B．②铜牌镀银，当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 C．③装置中电子由a极经导线到b，再经过电解质溶液流向a D．④验证NaCl溶液(含酚酞)的电解产物 3．下列有关电化学知识的描述正确的是 A．锌、铜与稀硫酸组成的原电池，在工作过程中，电解质溶液的pH保持不变 B．用足量锌粒与稀硫酸反应制取H2，若要增大反应速率，可以滴入几滴CuSO4溶液 C．将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，铁作负极，铜作正极，其负极反应式为Fe−2e−=Fe2+ D．燃料电池是先将化学能转化为热能，再转化为电能的化学电源 4．下列对如图所示的实验装置的判断中不正确的是 A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为外加电流的阴极保护法 D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极未被保护 5．甲烷燃料电池的工作原理如图，下列说法正确的是 A．a极为正极 B．K+从a极经溶液流向b极 C．工作一段时间后，b极附近的pH会减小 D．a极的电极反应为 6．镍镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，放电时电池反应为。下列说法正确的是 A．放电时将电能转化为化学能 B．放电时正极发生氧化反应 C．充电时两电极附近溶液的pH均减小 D．充电时阳极反应为 7．下列铁制品防护的装置或方法中错误的是 A B C D A．外加电流法 B．牺牲阳极法 C．表面镀铜 D．表面喷漆 8．回答下列问题： （1）双极膜是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜。制取聚合硫酸铁净水剂(简称)的电化学装置如图所示。回答下列问题： ①图中均为石墨电极，极的电极反应式为 。 ②为 (填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，图中甲是 (填“”或“”)。 （2）工业可用电解精炼法提纯镓，具体原理如图所示。 已知：金属活动性强弱顺序为：，镓的化学性质与铝相似。 ①电解精炼镓时产生的阳极泥的主要成分是 。 ②电解过程中阳极产生的离子迁移到阴极并在溶液阴极析出高纯镓。请写出电解过程中阴极析出高纯镓的电极反应式 。 ③电解过程中需控制合适的电压，若电压太高，阴极会产生导致电解效率下降。若外电路通过，阴极得到的镓，则该电解装置的电解效率 (生成目标产物消耗的电子数转移的电子总数)。 1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿 B．钢铁的腐蚀生成疏松氧化膜，不能保护内层金属 C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫外加电流阴极保护法 D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬 2．一种利用硼砂电解制备硼酸的装置如图所示。不考虑两极区的溶液体积变化，下列有关说法正确的是 A．每生成0.1mol，n极产生气体的质量为0.05g B．m极连接电源的负极 C．该电解池中采用的是质子交换膜 D．a>b 3．等物质的量的、和溶于水形成混合溶液，用石墨电极电解此溶液，经过一段时间后，阴、阳两极收集到的气体物质的量之比为。下列说法正确的是 A．两极共生成两种气体 B．向电解后溶液中通入适量的可使溶液恢复到电解前的状态 C．电解过程中混合溶液的持续增大 D．阴极上因放电，导致电极质量增加 4．热激活电池主要用于导弹、火箭以及应急电子仪器供电，是一种电解质受热熔融即可开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示。 已知：①放电后的两极产物分别为和 ②和混合物的熔点与物质的量分数的关系如图2，下列说法错误的是 A．放电时，的移动方向：极区极区 B．放电时，极的电极反应： C．调节混合物中的物质的量分数可改变电池的启动温度 D．若放电前两电极质量相等，转移电子后两电极质量相差 5．关于下列装置说法错误的是 A．装置①中，盐桥（含有溶液）中的移向溶液 B．利用装置2电解饱和溶液可制取，图中离子交换膜是阳离子交换膜 C．利用装置③可电解精炼银 D．装置④锌筒作负极，发生氧化反应，该电极锌筒容易发生自放电 6．下列有关电化学的装置与阐述正确的是 A．图A是新型可充电双离子电池，充电时阴极区溶液增大 B．图B是模仿氯碱工业验证溶液（含酚酞）的电解产物 C．图C是阴极电保护法保护铁管道 D．图D是工业上常采用电解熔融金属氯化物来冶炼活泼金属单质（如钠、镁、铝等） 7．用如下图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定具支锥形瓶中压强随时间变化关系以及溶解氧随时间变化关系的曲线如下。 下列说法不正确的是 A．压强增大主要是因为产生了 B．整个过程中，负极电极反应式为： C．时，不发生析氢腐蚀，只发生吸氧腐蚀 D．时，正极电极反应式为：和 8．载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义，载人航天器必须给航天员提供基本的生存条件，其中涉及氧气再生、二氧化碳清除、水处理以及食物供给等。 （1）氢氧燃料电池是短寿命载人航天器电源的一个合适的选择。下图是一种碱性氢氧燃料电池结构示意图。 ①氢气在 (填“正”或“负”)极发生反应，请写出负极的电极反应式 。 ②电池工作时产生的水会以水蒸气的形式被反应物气体带出，在出口加装冷凝器可以将水回收。冷凝器应装在出口 (填“c”或“d”)处。 （2）我国自行研制的“神舟”飞船使用了镍镉蓄电池组，其充放电时发生的反应为：，其电池装置如下图所示，阴离子交换膜两侧均注入溶液。 ①下列对于该镍镉电池的分析中，正确的是 。 A．图示中的电池应先充电后，再使用 B．充电时，从镍电极区迁移进入镉电极区 C．放电时，镍电极为电池的负极，镉电极为电池的正极 D．充电或放电一段时间后，两电极区溶液中的物质的量均未改变 ②镍镉电池在充电时，镉电极上发生的电极反应为 ；当和耗尽后仍继续充电，则会在电极发生副反应而造成安全隐患，称为电池过充电。此时镉电极上将生成气体 (填化学式)；镍电极上则会发生反应 (填电极反应式)而产生。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四章 化学反应与电能（整理与提升） 板块导航 01/学习目标 明确内容要求，落实学习任务 02/思维导图 构建知识体系，加强学习记忆 03/知识导学 梳理教材内容，掌握基础知识 04/效果检测 课堂自我检测，发现知识盲点 05/问题探究 探究重点难点，突破学习任务 06/分层训练 课后训练巩固，提升能力素养 1.学会判断电化学装置中的电极名称及电极反应式的书写。 2.学会原电池、可充电电池、电解池、电镀池判定。 3.学会分析原电池、电解池中离子交换膜的作用。 4.学会电化学的有关计算。 重点:1.在新型化学电源探究过程中，构建原电池模型，并能分析出其电极反应和总反应方程式。 2.对“多池组合”中装置的判断与分析。 难点:对“多池组合”中装置的判断与分析。 一、电化学装置中电极名称的判断 1．“五类”依据判断原电池电极： （1）依据构成原电池两极的电极材料判断。一般是较活泼的金属为负极,活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 （2）依据原电池两极发生反应的类型判断。负极发生氧化反应;正极发生还原反应。 （3）依据电子流动方向或电流方向判断。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。 （4）依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 （5）依据原电池盐桥中离子的移动方向判断。阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。 2．“五类”依据判断电解池电极 判断依据 电极 直流电源 电极反应 电子流向 离子移向 电极现象 阳极 与电源正极相连 氧化反应 流出 阴离子移向 电极溶解或pH减小 阴极 与电源负极相连 还原反应 流入 阳离子移向 电极增重或pH增大 二、电化学装置中电极反应式的书写 1．“三步”突破原电池电极反应式的书写： 第一步：分析氧化还原反应 根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目 第二步：注意电解质溶液环境 分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式 第三步：合并正、负电极反应 调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式 2.电解池电极反应式的书写模式： （1）解题流程 （2）阳极阴离子放电次序： 【特别提醒】微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放电次序 Zn2+>H+。 （3）电解池中电极反应式的书写方法 1)书写步骤 ①首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。 ②分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。 ③根据放电顺序分析放电产物。 a.阴离子的放电顺序：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。S2－、I－、Br－、Cl－放电，产物分别是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放电，则得到H2O和O2。 b.阳离子放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。若金属阳离子(Fe3＋除外)放电，则得到相应金属单质；若H＋放电，则得到H2。放电顺序本质遵循氧化还原反应的优先规律，即得(失)电子能力强的离子先放电。 ④根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H＋、OH－或H2O参与；最后配平电极反应式。 2)介质对电极反应式的影响 中性溶液 反应物若是H+得电子或OH-失电子,则H+或OH-均来自水的电离，全部写成H2O 酸性溶液 反应物或生成物中均没有OH- 碱性溶液 反应物或生成物中均没有H+ 水溶液 不能出现O2- 3)电极产物的溶解性对电极反应式的影响。 电解MgCl2溶液时的阴极反应式应为：Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－===H2↑。 总反应离子方程式为：Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。 不能把电解MgCl2溶液的离子方程式写成：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽视了生成难溶的Mg(OH)2。 三、多池串联装置中电池类型的判断 1.直接判断： （1）非常直观明显的装置，如燃料电池、铅酸蓄电池等为原电池，则其他装置为电解池。如下图所示，A为原电池，B为电解池。 （2）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定； （3）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池； （4）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。 2.根据电池中的电极材料和电解质溶液判断： （1）原电池一般是两种活动性不同的金属电极或一个金属电极和一个石墨电极；原电池中的电极材料一般能和电解质溶液发生自发的氧化还原反应。 （2）电解池一般是两个惰性电极，如两个铂电极或两个石墨电极，只根据电极材料一般不能判断出电池类型，往往还需要结合电解质溶液进行判断。电解池的电极材料一般不能和电解质溶液反应。如下图所示，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，如下图所示。 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。 4.可充电电池的判断：放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。 四、离子交换膜在电化学中的综合应用 1．离子交换膜的作用 （1）防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。 （2）用于物质的分离、提纯等。 （3）用于物质的制备。 2．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过阳离子交换膜、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。 3．离子交换膜类型的判断 根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型： （1）首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。 （2）根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。 4．定量关系 外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。 5．解答步骤 第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜、质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 第二步，写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 五、电化学的有关计算 原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据是电子转移守恒，分析时要注意两点： （1）串联电路中各支路电流相等； （2）并联电路总电流等于各支路电流之和。在此基础上分析处理其他各种数据，如下图所示。 图中甲是原电池，乙是电解池，若电路中有0.2mol电子转移，则Zn极溶解6.5gZn,Cu极上析出2.24L(标准状况)H₂,Pt极上析出0.1molCl₂,C极上析出6.4gCu。甲池中H+被还原成H₂,溶液pH变大：乙池中是电解CuCl₂,电解后再加入适量CuCl₂固体可使溶液复原。 （3）电解池计算的计算 ①正确书写电解过程中各电极或各阶段的电极反应式。 ②在同一电路中，根据各电极得失电子数相等建立等量关系(若分阶段电解，则每个电极各阶段的电极反应式转移电子数总和相等)或根据电解总反应式列比例式计算。 （4）判断电解后溶液pH变化的方法 根据原溶液的酸碱性和电极产物即可对电解后溶液pH的变化作出正确的判断，其方法如下： ①若电极产物只有H2而无O2,则pH变大。 ②若电极产物只有O2而无H2,则pH变小。 ③若电极产物既有O2又有H2,原溶液呈酸性则pH变小，原溶液呈碱性则pH变大，原溶液呈中性则pH不变。 六、电化学问题分析的基本思路 1.有关原电池的解题思路 解决原电池问题时，一般的思维程序是：判断参加正、负极反应的物质→电极产物→电子和离子的移动方向→电极反应方程式→原电池反应方程式→现象、计算 2.有关电解问题的基本思路 根据电源正负极确定电极名称或根据化合价变化→根据溶液环境确定电极产确定电极反应物物→书写并分析电极反应→讨论电解变化并根据守恒计算或根据实质复原。 （1）通电前：电解质溶液中含有哪些阴、阳离子(包括水电离出的H+和OH-)。 （2）通电时：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，结合放电顺序分析谁先放电(注意活泼金属作阳极时阳极本身被氧化)。 （3）写电极反应，并结合题目要求分析电解结果，如两极现象，水的电离平衡移动、离子浓度的变化、pH的变化等。 1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“×”) （1）氢氧燃料电池在碱性电解质溶液中负极反应式为2H2－4e－=4H＋。( ) （2）电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。( ) （3）钢铁发生吸氧腐蚀时，负极电极反应式为Fe－3e－=Fe3＋。( ) （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。( ) （5）铜在酸性环境中易发生析氢腐蚀。( ) （6）生铁浸泡在食盐水中发生析氢腐蚀。( ) （7）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。( ) （8）在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼，形成原电池而保护铁不易被腐蚀。( ) (9)钢铁的发蓝处理能增强其耐腐蚀性。( ) (10)把金属铬、镍等加入普通钢中能增强钢铁的耐腐蚀性。( ) (11)钢铁设备与金属铜捆绑即可被保护。( ) (12)钢铁的析氢腐蚀和吸氧腐蚀中都是铁作负极。( ) (13)电化学腐蚀比化学腐蚀的速率大得多。( ) (14)氯碱工业中阳离子交换膜的作用是防止H2和Cl2混合爆炸，同时避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO影响烧碱质量。( ) (15)用电解法冶炼活泼金属时，不能电解相应化合物的水溶液。( ) 【答案】（1）×（2）√（3）×（4）×（5）×（6）×（7）√（8）×(9)√(10)√(11)×(12)√(13)√(14)√(15)√ 2．如图所示，A为新型高效的甲烷燃料电池，采用铂为电极材料，两电极上分别通入和，电解质为KOH溶液。B为浸透饱和硫酸钠和酚酞试液的滤纸，滤纸中央滴有一滴溶液，C、D为电解槽，其电极材料、电解质溶液见图。 （1）甲烷燃料电池负极的电极反应式为 。 （2）关闭，打开，通电后，B的紫红色液滴向d端移动，则电源a端为 极，通电一段时间后，观察到滤纸c端出现的现象是 。 （3）D装置中有一定浓度的与的混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，(电解前后溶液的体积变化关系忽略不计)原混合溶液中的物质的量浓度 。 （4）若C装置中溶液为且足量，总反应的离子方程式为 。电解结束后，为了使溶液恢复原样，则可以在反应后的溶液中加入 (填化学式)。 【答案】（1） （2）负 c端试纸变红 （3）0.1 （4）4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ Ag2O或Ag2CO3 【解析】（1）甲烷燃料电池中在碱性条件下，甲烷失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，为负极，电极反应式为； （2）关闭K1，打开K2，燃料电池 A和电解池 B组成串联电路，电解池中阴离子向阳极迁移，通电后，B的KMnO4紫红色液滴向d端移动，则d为阳极、c为阴极，与c相连的a为电源的负极；阴极c上水放电发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，碱性溶液能使酚酞试液变红色，故滤纸c端出现的现象是：c端试纸变红； （3）D装置中有200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4的混合溶液，初始阴极上铜离子得到电子发生还原反应生成铜单质，无气体产生，阳极上氯离子首先放电发生氧化反应生成氯气，结合图可知，生成氯气0.224L÷22.4L/mol=0.01mol，根据氯元素守恒可知，原混合溶液中NaCl的物质的量浓度0.01mol×2÷0.2L=0.1mol·L－1； （4）若C装置中溶液为AgNO3且足量，则阴极上银离子得到电子发生还原反应生成银单质，阳极水放电发生氧化反应生成氧气和氢离子，总反应的离子方程式为4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋。电解过程减少的是银、氧元素，故为了使溶液恢复原样，则可以在反应后的溶液中加入Ag2O或Ag2CO3。 ►问题一 电化学装置中的电极名称和电极反应式的书写 【典例1】钴酸锂()电池工作原理如下图，A极材料是金属锂和石墨的复合材料(石墨作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导的高分子材料，隔膜只允许特定的离子通过，电池反应式。下列说法不正确的是 A．充电时，由极区域移向极区域 B．充电时，A为阴极，发生还原反应 C．放电时，B为正极，电极反应式为 D．废旧钴酸锂()电池进行“放电处理”使锂元素富集至正极，有利于回收 【答案】A 【分析】根据电池反应式知，负极反应式为：，正极反应式为：，所以A是负极、B是正极，充电时，A接电源的负极，作为阴极，B接电源的正极，作为阳极，据此作答。 【解析】A．充电时，A是阴极、B是阳极，锂离子向阴极移动，则Li+从B流向A，故A错误；B．根据分析可知，充电时，A为阴极，阴极上发生还原反应，电极反应式为：，故B正确；C．根据分析可知，放电时，B为正极，正极反应式为：，故C正确；D．根据电池反应式知，放电时，负极产生锂离子，锂离子向正极移动并进入正极材料中得到LiCoO2，更有利于从正极中回收锂，故D正确；故答案选A。 【解题必备】1.判断原电池正负极的6种方法 2.阴、阳极的判断方法 （1）根据外接电源:正极接阳极,负极接阴极。 （2）根据电流方向:从阴极流出,从阳极流入。 （3）根据电子流向:从阳极流出,从阴极流入。 （4）根据离子移向: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(或阳极区酸性增强)或Cl2;阴极——析出金属、逸出H2(或阴极区碱性增强)。 （6）根据反应类型:阳极发生氧化反应,阴极发生还原反应。 3.电极方程式的书写类似于一个完整的氧化还原型离子方程式的配平，先由信息分离出反应物和生成物，然后配平参与变价的离子或物质，再根据介质(酸碱性或熔融化合物)调节电荷守恒，最后用原子个数守恒检查电极反应式是否正确。 【变式1-1】电解苯酚的乙腈((CH₃CN)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛()。装置如图，电极材料均为石墨。下列说法不正确的是 A．电极a为负极 B．电极c的反应式为 C．装置工作时，乙室溶液pH减小 D．合成1mol扑热息痛，理论上甲室溶液质量增重64g 【答案】C 【分析】电解苯酚的乙腈((CH₃CN)水溶液可在电极上直接合成扑热息痛，可知丙装置为电解池，左侧装置为原电池。原电池中硫酸根离子由乙池向甲池移动，则a是负极、b是正极。电解池中的d电极与原电池负极相连，d是阴极；c与原电池中的正极相连，c是阳极。 【解析】A．左侧装置为原电池，硫酸根离子由乙池向甲池移动，则a是负极、b是正极，故A正确；B． 电极c为阳极，CH3CN在电极c上失去电子发生氧化反应，并与苯酚反应生成扑热息痛，电极反应式为+CH3CN+H2O-2e- =+2H+，B正确；C．乙是原电池正极，装置工作时，乙室发生反应H2O2+2e-+2H+=2H2O，反应时c(H+)减小，溶液pH增大，C错误；D．根据＋CH3CN+H2O-2e- =+2H+，合成1mol扑热息痛，转移2mol电子；甲是原电池负极，负极反应式为H2O2-2e-+2OH-=2H2O+O2↑，转移2mol电子，理论上甲室放出1mol氧气，同时有1mol硫酸根离子从乙室移入甲室，甲室溶液质量增重96g/mol×1mol-32g/mol×1mol=64g，故D正确；选C。 【变式1-2】下列有关化学用语表示正确的是 A．氢氧碱性燃料电池的负极反应式为： B．电解精炼铜时，阴极的电极反应式为： C．工业上电解氯化铝生产铝，阴极反应式： D．惰性电极电解氯化镁溶液离子方程式为： 【答案】B 【解析】A．氢氧碱性燃料电池的负极反应式为：，A错误；B．解精炼铜时，阴极上发生还原反应，Cu2+得电子生成Cu单质，电极反应式为：，B正确；C．工业上电解氧化铝生产铝，不能电解氯化铝，氯化铝是共价化合物，熔融状态不能导电，C错误；D．惰性电极电解氯化镁溶液离子方程式为：，D错误；答案选B。 ►问题二 电化学装置中的离子交换膜的作用分析 【典例2】如图所示装置，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断不正确的是 A．a是电源的负极 B．当通过质子交换膜的H+为0.2mol时，左侧电极Ⅰ所在区域溶液质量减轻了27g C．Cl-通过阴离子交换膜由左向右移动 D．当0.01molFe2O3完全溶解时，至少产生氧气0.336L(标准状况下) 【答案】B 【分析】由题意可知，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，氧元素价态升高失电子，故石墨电极Ⅱ为阳极，电极反应式为2H2O−4e−＝O2↑＋4H＋，石墨电极Ⅰ为阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e−＝Cu，据此作答。 【解析】A．由石墨电极Ⅱ产生氧气可知，电极Ⅱ为阳极，电极I为阴极，则a是电源的负极，故A正确；B．随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，Cl-需通过阴离子交换膜由左向右移动从而保持溶液的电中性，当通过质子交换膜的为时，左侧电极I所在区域溶液中0.1mol铜离子得电子，0.2mol氯离子通过阴离子交换膜由左向右移动，相当于减轻0.1mol氯化铜的质量，质量减轻了，故B错误；C．随着电解的进行，铜离子在阴极得电子生成铜单质，Cl-需通过阴离子交换膜由左向右移动从而保持溶液的电中性，故C正确；D．0.01mol Fe2O3完全溶解时，则消耗0.06mol氢离子，生成0.015mol氧气，则至少产生气体336mL(折合成标准状况下)，故D正确；故选B。 【解题必备】电化学装置中的“离子交换膜” （1）膜的作用：阳离子交换膜允许阳离子通过，不允许阴离子通过；阴离子交换膜允许阴离子通过，不允许阳离子通过；质子交换膜允许质子通过而避免不同电极区域内某些离子间的反应。 （2）阴、阳离子、质子交换膜的判断 种类 允许通过的离子及移动方向 说明 阳离子交换膜 阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极 阴离子和气体不能通过 阴离子交换膜 阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极 阳离子和气体不能通过 质子交换膜 质子→移向电解池的阴极或原电池的正极 只允许H+通过 双极膜（由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜） 在直流电场的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-离子源 两极的阴阳离子不通过双极模 （3）判断离子交换膜的类型,判断离子的迁移方向,书写电极反应式,判断电极产物 如三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如下图所示,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SO42-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。根据电解池原理可判断阴、阳离子的移动方向,从而确定离子交换膜的类型。然后可书写电极反应式,判断电极产物。 （4）在电解池中，各池中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动． （5）各池中的阳离子只能透过阳膜向阴极移动而不能向阳极移动；各池中的阴离子只能透过阴膜向阳极移动 而不能向阴极移动． （6）若某室中同时有阴、阳离子进入，二者结合的产物即为该室产品；若某室中同时有阴、阳离子移出(或消耗)，则二者结合的产物即为该室消耗的物质； 若某室中既有离子进入，又有离子移出(或消耗)，进入离子与原溶液中未移出(或消耗)的离子结合的产物即为该室产品． （7）在同一电解池或串联的各个电解池中，相同时间内，通过各离子交换膜的离子所带电量与通过外电路的电子所带电量相等． （8）在电解池中，阳离子移向的方向为阴极，通过的交换膜为阳膜；阴离子移向的方向为阳极，通过的交换膜为阴膜． (9)若离子交换膜为单质子交换膜，一般阳极反应要生成H＋，阴极反应要消耗H＋。 【变式2-1】科学家设计了一套电解装置，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，如图所示。下列叙述错误的是 A．电极电势：催化电极a>催化电极b B．双极膜的右侧是阳离子交换膜 C．阳极反应式为-6e-+6OH-=+4H2O D．标准状况下，每消耗33.6LCO2会生成1mol 【答案】D 【分析】催化电极b上二氧化碳转化为甲酸，化合价降低，得电子，发生还原反应，故催化电极b为阴极(与电源负极相连)，催化电极a为阳极。 【解析】A．阳极电极电势大于阴极电极电势，故电极电势：催化电极a>催化电极b，A正确；B．阴极反应式为CO2+2e-+2H+=HCOOH，消耗氢离子，故双极膜产生的氢离子会迁移到双极膜右侧，即双极膜右侧为阳离子交换膜，B正确；C．阳极上有机物中的-CH2OH、-CHO均被氧化为羧基，阳极反应式为-6e-+6OH-= +4H2O，C正确；D．结合选项B和电极上得失电子守恒，标准状况下，每消耗33.6LCO2会转移3mol e-，生成0.5mol，D错误；故答案选D。 【变式2-2】三室式电渗析法将含废水处理并得到两种常见的化工产品，原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜。下列叙述正确的是 A．阴极附近碱性增强 B．阳极区电解质溶液可以是稀NaOH溶液 C．ab为阴离子交换膜，cd为阳离子交换膜 D．当阴极产生1mol气体时，ab膜通过的离子数目为 【答案】A 【分析】由图可知左侧为阴极区，右侧为阳极区，两膜中间的和可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室，根据电解池“异性相吸”，则通电后通过中间隔室的阴离子交换膜（cd）向阳极迁移，阳极区中水电离出的氢氧根失去电子，氢离子和硫酸根结合形成硫酸得到产品2，同理左侧得到产品1为NaOH，同时为了增强两极的导电能力且不引入新杂质，阴极区应该使用稀NaOH溶液，阳极区使用稀硫酸。 【解析】A．阴极反应为，因此阴极附近碱性增强，A正确；B．由分析可知，阳极区电解质溶液可以是稀硫酸溶液，B错误；C．由分析可知，ab为阳离子交换膜，cd为阴离子交换膜，利于形成产品，C错误；D．当阴极产生1mol H2时，电路中转移的电子数为，故ab膜通过的数目为，D错误；故选A。 ►问题三 “多池组合”中装置的判断与分析 【典例3】二甲醚一氧气燃料电池具有启动快、效率高等优点，用二甲醚—氧气燃料电池电解甲基肼制氢的装置如图所示，其中均为情性电极。下列说法正确的是 A．M极的电极反应式为 B．甲中端通入的是 C．乙中的交换膜是阴离子交换膜，OH-透过交换膜向N极移动 D．理论上，当生成时，消耗的质量为2.3g 【答案】A 【分析】装置图1分析可知，氢离子移向的电极为正极，X为负极，二甲醚失电子发生氧化反应，结合电极反应判断电极附近pH变化，Y为正极，电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为二甲醚失电子生成二氧化碳，结合原子守恒和电荷守恒写出电极反应为：CH3OCH3+3H2O-12e－=2CO2+12H＋； 氧气在正极发生还原反应，；图2是电解池，N是阴极，H2O得电子发生还原反应：2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，M极是阳极，发生氧化反应：，据此分析解答。 【解析】电解池中M是阳极，阳极上CH3−NH−NH2发生失去电子的氧化反应生成CO和N2，电极反应式为，A正确；B．由分析可知，与阴极N相接的电极X为负极，负极反应式为CH3OCH3−12e−＋3H2O＝2CO2＋12H＋，故甲中端通入的是CH3OCH3，B错误；C．N为阴极，水电离的氢离子放电生成氢气，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极消耗OH-，阴极生成OH-，则离子交换膜是阴离子交换膜，OH-透过交换膜向M极移动，参与电极反应，C错误；D．理论上，CH3OCH3~12e－~6H2，当生成标准状况下6.72LH2时，消耗CH3OCH3的质量为=2.3g，但题目中没有说明生成的氢气的状态，D错误；答案选A。 【解题必备】原电池、电解池、电镀池判定 （1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定； （2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池； （3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。 （4）可充电电池的判断：放电时相当于原电池，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；充电时相当于电解池，放电时的正极变为电解池的阳极，与外电源正极相连，负极变为阴极，与外电源负极相连。 【变式3-1】某同学组装了如下图所示的电化学装置，电极Ⅰ材质为，其他电极材质均为，下列说法正确的是 A．电极Ⅱ逐渐溶解 B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电流方向：电极Ⅳ电极Ⅰ D．电极Ⅲ的电极反应： 【答案】C 【分析】烧杯I和II共同组成了一个原电池，I为负极，II为正极，所以第三个烧杯为电解池，III为电解池的阳极，Cu电极放电，IV为电解池的阴极，铜离子放电。 【解析】A．铜离子在电极II上得电子，不断生成铜单质附着在电极表面，电极不会溶解，A错误；B．电极I是原电池的负极，发生氧化反应，B错误；C．电流由原电池的正极经用电器流向原电池的负极，所以电流方向：电极Ⅳ电极Ⅰ，C正确；D．III为电解池的阳极，Cu电极放电，电极反应式：，D错误；答案选C。 【变式3-2】相同金属在不同浓度的盐溶液中可形成浓差电池。如图所示是利用浓差电池电解溶液(a、b电极均为石墨电极)的装置，可以制得、、、NaOH。下列说法不正确的是 A．a电极的电极反应为 B．离子交换膜c、d分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 C．电池放电过程中，电极的电极反应为 D．电池从开始工作到停止放电，电解池阳极区理论上可生成 【答案】D 【分析】浓差电池中，左侧溶液中Cu2+浓度大，离子的氧化性强，所以Cu（1）电极为正极，电极上发生得电子的还原反应，电极反应为Cu2++2e-=Cu，则Cu（2）电极为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+；电解槽中a电极为阴极，b电极为阳极，阳极上H2O失电子生成氧气和氢离子，电极反应为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，阴极上H2O发生得电子的还原反应生成H2，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，则钠离子通过离子交换膜c生成NaOH，为阳离子交换膜，硫酸根通过离子交换膜d生成硫酸、为阴离子交换膜，据此分析解答。 【解析】A．由上述分析可知，a电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，A不符合题意；B．由上述分析可知，离子交换膜c、d分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜，B不符合题意；C．Cu（2）电极为负极，电极反应式为Cu-2e-=Cu2+，C不符合题意；D．当浓差电池中左右两槽中Cu2+浓度相等时，停止放电，即Cu（1）电极槽中c(Cu2+)==1.5mol/L时，停止放电，Δn(Cu2+)=2L×1mol/L=2mol，共转移4mol电子，根据阳极电极反应式2H2O-4e-=O2↑+4H+可知共生成4mol H+，即2mol H2SO4，D符合题意；故选D。 ►问题四 电化学的有关计算 【典例4】500mLKCl和Cu(NO3)2的混合溶液中c(Cu2+)=0.2mol/L，用石墨作电极电解此溶液，通电一段时间后，两电极均收集到5.6L(标准状况下)气体，假设电解后溶液的体积仍为500mL，下列说法正确的是 A．原混合溶液中c(Cl-)=0.3mol/L B．上述电解过程中共转移0.5mol电子 C．电解得到的无色气体与有色气体的体积比为7∶3 D．电解后溶液中c(OH-)=0.1mol/L 【答案】C 【分析】石墨做电极电解KCl和Cu(NO3)2混合溶液，阴极先后发生两个反应：Cu2++2e-=Cu、2H2O+2e-=H2↑+2OH-，n(Cu2+)=0.1mol，n(H2)==0.25mol，可得转移电子0.7mol，阳极电极反应为：2Cl--2e-=Cl2↑、2H2O-4e-=O2↑+4H+，设生成Cl2xmol，生成O2ymol，x+y=0.25，2x+4y=0.7，解得x=0.15，y=0.1，即n(Cl2)=0.15mol，n(O2)=0.1mo l，n(Cl-)=0.3mol，c(Cl-)==0.6mol⋅L-1，据此分析计算。 【解析】A．由分析可知，原混合溶液中c(Cl-)=0.6mol/L，A错误；B．由分析可知，上述电解过程中共转移0.7mol电子，B错误；C．由分析可知，上述电解得到0.25molH2、0.1molO2、0.15molCl2，故电解得到的无色气体与有色气体的体积比为(0.25mol+0.1mol)：0.15mol=7∶3，C正确；D．电解后生成无色气体n(H2)=0.25mol，生成氧气物质的量n(O2)=0.1mo l，溶液中氢氧根离子物质的量=0.5mol-0.4mol=0.1mol，c(OH-)==0.2mol⋅L-1，D错误；故答案为：C。 【解题必备】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) 【变式4-1】“碳中和”可有效解决全球变暖，在稀硫酸中利用电催化可将CO2同时转化为多种燃料，其原理如图所示。下列说法错误的是 A．离子交换膜为阳离子交换膜 B．铜电极上产生CH3CHO的电极反应式为 C．每产生32gO2，外电路中有2mol电子通过 D．若铜电极上只生成5.6gCO，则铜极区溶液质量增加3.6g 【答案】C 【解析】A．电解池中阳极区产生H+，阴极区消耗H+，H+向阴极移动，离子交换膜为阳离子交换膜，A正确；B．铜电极上产生CH3CHO的电极反应式为，B正确；C．每产生32gO2，电路中有4mol电子通过，C错误；D．铜电极为阴极，若铜电极上只生成5.6gCO，即n(CO)=0.2mol，发生反应：，溶液质量仅增重0.2molH2O的质量，即0.2mol×18g·mol-1=3.6g，D正确；答案选C。 【变式4-2】如下图所示，利用N2H4、O2和KOH溶液制成燃料电池(总反应式为N2H4 + O2 = N2+2H2O)，模拟氯碱工业。下列说法正确的是 A．甲池中负极反应为N2H4 – 4e- = N2 + 4H+ B．乙池中出口G、H处气体分别为H2、Cl2 C．乙池中离子交换膜为阴离子交换膜 D．当甲池中消耗32 g N2H4时，乙池中理论上最多产生142g Cl2 【答案】D 【分析】甲池为燃料电池，通入肼的电极为负极，通入氧气的电极为正极，负极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，正极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-，乙池为电解池，与负极相连的右侧电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，与正极相连的左侧电极为阳极，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，据此分析解答。 【解析】A．甲池中为原电池反应，对应的电极反应式是：正极O2+4e-+2H2O=4OH-，负极N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，故A错误；B．乙池为电解池，与负极相连的右侧电极为阴极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，与正极相连的左侧电极为阳极，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，故乙池中出口G、H处气体分别为Cl2、H2，故B错误；C．乙池发生的是电解池反应，阴极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，溶液中的钠离子通过阳离子交换膜移向阴极，由F出口得到氢氧化钠溶液，故乙池中离子交换膜为阳离子交换膜，故C错误；D．负极反应为N2H4-4e-+4OH-=N2+4H2O，当甲池中消耗32g即=1molN2H4时，转移4mol电子，阳极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，产生2molCl2，故乙池中理论上最多产生2mol×71g/mol=142gCl2，故D正确；答案选D。 1．下列用来表示物质变化的化学用语中，正确的是 A．氢氧燃料电池的负极反应式： B．钢铁发生电化学腐蚀的负极反应式： C．电解熔融NaCl，阴极的电极反应式： D．电解饱和食盐水时，阴极的电极反应式： 【答案】B 【解析】A．氢氧燃料电池中的负极反应为H2-2e－=2H＋，A错误；B．钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀过程中的负极反应都是Fe-2e－=Fe2＋，B正确；C．电解熔融NaCl的阴极反应为Na＋＋e－=Na，C错误；D．电解饱和食盐水时阴极反应为2H＋＋2e－=H2↑，D错误；答案选B。 2．下面有关电化学的图示，完全正确的是 A．①Cu-Zn-稀硫酸构成原电池 B．②铜牌镀银，当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 C．③装置中电子由a极经导线到b，再经过电解质溶液流向a D．④验证NaCl溶液(含酚酞)的电解产物 【答案】D 【解析】A．①Cu-Zn-稀硫酸构成原电池，锌是负极、铜是正极，故A错误；B．②铜牌镀银，当电镀一段时间后，将电源反接，铜的活动性大于银，铜先失电子生成铜离子，故B错误；C．电子不能进入电解质溶液，故C错误；D．装置④，根据电流的方向，左侧为阳极，右侧为阴极，阳极生成氯气，氯气能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，阴极生成氢气和氢氧化钠，氢氧化钠能使含酚酞变红，故D正确；选D。 3．下列有关电化学知识的描述正确的是 A．锌、铜与稀硫酸组成的原电池，在工作过程中，电解质溶液的pH保持不变 B．用足量锌粒与稀硫酸反应制取H2，若要增大反应速率，可以滴入几滴CuSO4溶液 C．将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，铁作负极，铜作正极，其负极反应式为Fe−2e−=Fe2+ D．燃料电池是先将化学能转化为热能，再转化为电能的化学电源 【答案】B 【解析】A．铜、锌和稀硫酸组成的原电池工作时的电池反应为：Zn+2H+=H2↑+Zn2+，消耗氢离子，所以电解质溶液的酸性减弱，pH逐渐增大，故A错误；B．滴入几滴CuSO4溶液，锌置换出铜，可形成原电池反应，加快反应速率，故B正确；C．将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，铁遇浓硝酸钝化，Cu与浓硝酸反应，Cu作负极，负极反应式为Cu-2e-=Cu2+，故C错误；D．燃料电池是直接将化学能转化为电能的化学电源；故D错误；答案选B。 4．下列对如图所示的实验装置的判断中不正确的是 A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀 B．若X为锌棒，开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 C．若X为锌棒，开关K置于B处时，为外加电流的阴极保护法 D．若X为碳棒，开关K置于B处时，铁电极未被保护 【答案】C 【解析】A．若X为碳棒，开关K置于A处可减缓铁的腐蚀，这是外加电流的阴极保护法，A正确；B．若X为锌棒，开关K置于A处时形成电解池，Fe作阴极被保护，置于B处时形成原电池，这是牺牲阳极的阴极保护法，均可减缓铁的腐蚀，B正确；C．若X为锌棒，开关K置于B处时形成原电池，这是牺牲阳极的阴极保护法，C错误；D．若X为碳棒，开关K置于B处时形成原电池，铁作负极未被保护，D正确；答案选C。 5．甲烷燃料电池的工作原理如图，下列说法正确的是 A．a极为正极 B．K+从a极经溶液流向b极 C．工作一段时间后，b极附近的pH会减小 D．a极的电极反应为 【答案】B 【分析】a电极通入甲烷，甲烷发生氧化反应，则a极为负极；b电极通入空气，氧气发生还原反应，b极为正极，据此解答。 【解析】A．a电极通入甲烷，甲烷发生氧化反应，则a极为负极，A错误；B．a极为负极，b极为正极，K+从a极经溶液流向b极，B正确；C．b电极通入空气，氧气发生还原反应，电极反应式为：O2+4e-+2H2O=4OH-，即生成OH-，碱性增强，则工作一段时间后，b极附近的pH会增大，C错误；D．a电极通入甲烷，甲烷被氧化生成，则a极的电极反应为：，D错误；故选B。 6．镍镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，放电时电池反应为。下列说法正确的是 A．放电时将电能转化为化学能 B．放电时正极发生氧化反应 C．充电时两电极附近溶液的pH均减小 D．充电时阳极反应为 【答案】D 【解析】A．当电池放电时，内部的化学能转化为电能以供外部电路使用，A错误；B．镍镉可充电电池中NiOOH在正极得到电子发生还原反应生成Ni(OH)2，B错误；C．充电时是电解池的工作原理，电解池中，阴极发生得电子的还原反应，2e-+Cd(OH)2=Cd+2OH-，阴极附近溶液的OH-浓度增大，pH增大，阳极发生失电子的氧化反应，，阳极附近溶液的OH-浓度减小，pH减小，C错误；D．充电时阳极Ni(OH)2失电子，化合价升高，与氢氧根离子反应生成NiOOH、H2O，电极反应式为：，D正确；故选D。 7．下列铁制品防护的装置或方法中错误的是 A B C D A．外加电流法 B．牺牲阳极法 C．表面镀铜 D．表面喷漆 【答案】A 【解析】A．外加电流法，被保护的金属钢制管桩应与电源负极相连，A项错误；B．镁比铁活泼，此为牺牲阳极法，B项正确；C．铁上镀铜，铁质镀件接电源负极，铜接电源正极，硫酸铜作电镀液，C项正确；D．在铁表面喷漆能与空气、水隔开，D项正确；故选：A。 8．回答下列问题： （1）双极膜是一种能将水分子解离为和的特殊离子交换膜。制取聚合硫酸铁净水剂(简称)的电化学装置如图所示。回答下列问题： ①图中均为石墨电极，极的电极反应式为 。 ②为 (填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，图中甲是 (填“”或“”)。 （2）工业可用电解精炼法提纯镓，具体原理如图所示。 已知：金属活动性强弱顺序为：，镓的化学性质与铝相似。 ①电解精炼镓时产生的阳极泥的主要成分是 。 ②电解过程中阳极产生的离子迁移到阴极并在溶液阴极析出高纯镓。请写出电解过程中阴极析出高纯镓的电极反应式 。 ③电解过程中需控制合适的电压，若电压太高，阴极会产生导致电解效率下降。若外电路通过，阴极得到的镓，则该电解装置的电解效率 (生成目标产物消耗的电子数转移的电子总数)。 【答案】（1） 阴 （2）①Fe、Cu ② ③75% 【解析】（1）该装置为电解池，电极b为阳极，电极反应为，则乙为，甲为，加入硫酸铁的电解槽中，硫酸根离子向右侧移动，在右侧得到较浓的硫酸，则交换膜M为阴离子交换膜，向右侧移动，在加入硫酸铁的电解槽中得到；①由分析可知，电极b为阳极，发生氧化反应，电极反应为；②由分析可知，则交换膜M为阴离子交换膜；甲为； （2）①电解精炼法提纯镓类比电解精炼铜，粗镓作阳极，发生失电子的氧化反应，则N极为电源正极，M极为电源负极；根据金属活动性强弱顺序为：Zn>Ga>Fe>Cu可知，Zn优先失电子，然后Ga失电子，则阳极泥的主要成分Fe、Cu；②电解过程中阳极产生的离子迁移到阴极并在NaOH溶液阴极析出高纯镓，且镓的化学性质与铝相似，则电解过程中阴极析出高纯镓的电极反应式；③阴极得到3.5g的镓，对应物质的量为=0.05mol，根据电极反应可知生成0.05molGa时转移电子数为0.15mol，则电解效率η==75％； 1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿 B．钢铁的腐蚀生成疏松氧化膜，不能保护内层金属 C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫外加电流阴极保护法 D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬 【答案】B 【解析】A．黄铜是锌和铜的合金，锌比铜的化学性质活泼，铜、锌形成原电池时，锌作负极，铜被保护，所以黄铜(铜锌合金)制作的铜锣不易产生铜绿，故A错误；B．铁锈具有疏松多孔的结构，不能隔绝空气，所以不能保护内层金属，故B正确；C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体，叫牺牲阳极保护法，故C错误；D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为其表面可以形成一层致密的氧化膜，保护内部金属不被腐蚀，不是在钢铁表面镀上了铬，故D错误；故选B。 2．一种利用硼砂电解制备硼酸的装置如图所示。不考虑两极区的溶液体积变化，下列有关说法正确的是 A．每生成0.1mol，n极产生气体的质量为0.05g B．m极连接电源的负极 C．该电解池中采用的是质子交换膜 D．a>b 【答案】A 【分析】该装置为电解池装置，m极产生氧气，为阳极，电极反应为：； n极为阴极，电极反应为；阳离子向n极移动，n极区a%NaOH溶液反应后变为b%NaOH溶液，根据电极反应可知阴极生成氢氧根离子，氢氧化钠浓度变大，钠离子迁移到n极区，故采用的膜为阳离子交换膜。 【解析】A．在阳极区，生成氢离子，，生成0.1molH3BO3，消耗氢离子0.05mol，电路中转移电子的物质的量为0.05mol，生成氢气的质量为：，A正确；B．根据分析，m极为阳极，连接电源的正极，B错误；C．根据分析，该电解池中采用的是阳离子交换膜，C错误；D．根据分析，n极区氢氧化钠溶液浓度变大，故a<b，D错误；答案选A。 3．等物质的量的、和溶于水形成混合溶液，用石墨电极电解此溶液，经过一段时间后，阴、阳两极收集到的气体物质的量之比为。下列说法正确的是 A．两极共生成两种气体 B．向电解后溶液中通入适量的可使溶液恢复到电解前的状态 C．电解过程中混合溶液的持续增大 D．阴极上因放电，导致电极质量增加 【答案】C 【分析】等物质的量的BaCl2、K2SO4和AgNO3溶于水形成混合溶液，发生反应SO+Ba2+=BaSO4↓、Cl-+Ag+=AgCl↓，混合后溶液中的溶质为等物质的量的氯化钾、硝酸钾。用石墨电极电解此溶液，阳极首先是氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，然后是氢氧根离子放电，电极反应式为：2H2O-4e-=4H++O2↑，阴极发生还原反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，结合电子转移计算，一段时间后，阴、阳两极产生的气体的体积比为3：2，说明阳极生成氯气、氧气，阴极生成氢气。 【解析】A．由上述分析可知，两极共生成Cl2、O2、H23种气体，故A错误；B．电解的本质为电解氯化氢、电解水，仅向电解后的溶液中通入适量的HCl，不能使溶液恢复到电解前的状态，故B错误；C．由分析可知，开始阳极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，阴极发生还原反应2H2O+2e-=H2↑+2OH-，pH增大，后面是电解水，OH-的浓度继续增大，pH继续增大，故C正确；D．阴极发生还原反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，Ag+已经变为沉淀，故D错误；答案选C。 4．热激活电池主要用于导弹、火箭以及应急电子仪器供电，是一种电解质受热熔融即可开始工作的电池。一种热激活电池的结构如图1所示。 已知：①放电后的两极产物分别为和 ②和混合物的熔点与物质的量分数的关系如图2，下列说法错误的是 A．放电时，的移动方向：极区极区 B．放电时，极的电极反应： C．调节混合物中的物质的量分数可改变电池的启动温度 D．若放电前两电极质量相等，转移电子后两电极质量相差 【答案】D 【分析】放电后的两极产物分别为和，可知a极反应为，a为负极 ；b电极，b是正极。 【解析】A．放电时，a为负极、b为正极，阳离子移向正极，的移动方向：极区极区，故A正确；B．放电后a极产物为放电时，a为负极，极的电极反应，故B正确；C．该电池为热激活电池，和混合物的熔点随的物质的量分数改变而改变，调节混合物中的物质的量分数可改变电池的启动温度，故C正确；D．根据负极反应式，转移电子负极释放1molLi+，根据正极反应式，转移电子正极结合1molLi+，若放电前两电极质量相等，转移电子后两电极质量相差14g，故D错误；选D。 5．关于下列装置说法错误的是 A．装置①中，盐桥（含有溶液）中的移向溶液 B．利用装置2电解饱和溶液可制取，图中离子交换膜是阳离子交换膜 C．利用装置③可电解精炼银 D．装置④锌筒作负极，发生氧化反应，该电极锌筒容易发生自放电 【答案】C 【解析】A．原电池中阳离子向正极移动，铜是正极，所以K+移向CuSO4溶液，故A正确；B．电解饱和溶液可制取，左侧阴极上是水中H+放电生成H2，溶液中剩余OH-，右侧氯离子放电生成Cl2，Li+移向左侧与OH-得到LiOH溶液，故离子交换膜是阳离子交换膜，故B正确；C．电解精炼银，粗银应该为阳极，精银为阴极，故C错误；D．锌锰干电池，锌筒作负极，发生氧化反应被消耗，Zn中含有杂质，会有自放电现像，故D正确；答案选C。 6．下列有关电化学的装置与阐述正确的是 A．图A是新型可充电双离子电池，充电时阴极区溶液增大 B．图B是模仿氯碱工业验证溶液（含酚酞）的电解产物 C．图C是阴极电保护法保护铁管道 D．图D是工业上常采用电解熔融金属氯化物来冶炼活泼金属单质（如钠、镁、铝等） 【答案】A 【解析】A．根据图象信息可知，放电时，Zn失电子，与氢氧根离子反应生成[Zn(OH)4]2-，作负极，充电时，原负极接电源负极作阴极，对应阴极区[Zn(OH)4]2-得电子生成Zn和OH-，pH增大，A正确；B．该装置目的为用碘化钾淀粉溶液检验生成的氯气，用小试管收集并检验生成的氢气，左侧电极附近溶液变红检验生成的氢氧化钠，因此左侧铁棒应作阴极，右侧电极作阳极，电流方向：阳极→阴极，图示装置电子方向有误，B错误；C．形成电解池，铁管道连接电源正极做阳极，铁失电子铁管道被腐蚀，C错误；D．氯化铝为共价化合物，熔融态不导电，电解熔融的氯化铝无法冶炼铝，工业电解熔融的氧化铝制取铝，D错误；故选：A。 7．用如下图所示装置及试剂进行铁的电化学腐蚀实验探究，测定具支锥形瓶中压强随时间变化关系以及溶解氧随时间变化关系的曲线如下。 下列说法不正确的是 A．压强增大主要是因为产生了 B．整个过程中，负极电极反应式为： C．时，不发生析氢腐蚀，只发生吸氧腐蚀 D．时，正极电极反应式为：和 【答案】C 【分析】Fe在酸性环境下会发生析氢腐蚀，产生氢气，会导致锥形瓶内压强增大；若介质的酸性很弱或呈中性，并且有氧气参与，此时Fe就会发生吸氧腐蚀，吸收氧气，会导致锥形瓶内压强减小，据此分析解答。 【解析】A．根据分析可知，酸性较强，因此锥形瓶中的Fe粉能发生析氢腐蚀，析氢腐蚀产生氢气，因此会导致锥形瓶内压强增大，故A正确；B．锥形瓶中的Fe粉和Cu粉与酸溶液共同构成了原电池，Fe粉作为原电池的负极，发生氧化反应，电极反应式为：，故B正确；C．若pH=4.0时，若只发生吸氧腐蚀，那么锥形瓶内的压强会有下降，但图中pH=4.0时，锥形瓶内的压强几乎不变，说明除了吸氧腐蚀，Fe粉还发生了析氢腐蚀，消耗氧气的同时也产生了氢气，因此锥形瓶内压强几乎不变，故C错误；D．由图可知，pH=2.0时，锥形瓶内的溶解氧减少，说明有消耗氧气的吸氧腐蚀发生，同时锥形瓶内的气压增大，说明有产生氢气的析氢腐蚀发生，因此，正极反应式有：和，故D正确；故答案选C。 8．载人航天工程对科学研究及太空资源开发具有重要意义，载人航天器必须给航天员提供基本的生存条件，其中涉及氧气再生、二氧化碳清除、水处理以及食物供给等。 （1）氢氧燃料电池是短寿命载人航天器电源的一个合适的选择。下图是一种碱性氢氧燃料电池结构示意图。 ①氢气在 (填“正”或“负”)极发生反应，请写出负极的电极反应式 。 ②电池工作时产生的水会以水蒸气的形式被反应物气体带出，在出口加装冷凝器可以将水回收。冷凝器应装在出口 (填“c”或“d”)处。 （2）我国自行研制的“神舟”飞船使用了镍镉蓄电池组，其充放电时发生的反应为：，其电池装置如下图所示，阴离子交换膜两侧均注入溶液。 ①下列对于该镍镉电池的分析中，正确的是 。 A．图示中的电池应先充电后，再使用 B．充电时，从镍电极区迁移进入镉电极区 C．放电时，镍电极为电池的负极，镉电极为电池的正极 D．充电或放电一段时间后，两电极区溶液中的物质的量均未改变 ②镍镉电池在充电时，镉电极上发生的电极反应为 ；当和耗尽后仍继续充电，则会在电极发生副反应而造成安全隐患，称为电池过充电。此时镉电极上将生成气体 (填化学式)；镍电极上则会发生反应 (填电极反应式)而产生。 【答案】（1）①负极 H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O ②c （2）①AD ② 【解析】（1）①氢氧燃料电池中通入O2的是正极，通入H2的是负极，H2在负极失去电子生成H2O，电极方程式为：H2 - 2e- + 2OH- = 2H2O；②由图可知，在电极a出通入氢气，电极反应为：H2+2e-+2OH-=2H2O；则水从c口回收。 （2）①A．电池组装时，Cd和Ni电极固定，和较多，所以开始应先充电，再使用，A正确；B．根据方程时：可知，充电时，Cd电极为阴极，Ni电极为阳极，充电时氢氧根离子向阳极移动，即OH-向Ni电极移动，B错误；C．根据方程式，放电时，Cd失去电子为负极，Ni为正极，C错误；D．根据总方程式可知，该反应过程前后OH-物质的量不变，则充电或放电一段时间后，两电极区溶液中KOH的物质的量均未改变，D正确；故选AD；②充电时，镉电极发生还原反应，电极方程式为：；充电时，Cd电极为阴极，则电池过充电后，继续充电的电极反应为：H2O+2e-=H2↑+2OH-，故生成的气体为H2；此时镍电极为阳极，电极反应为：。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！6 学科网（北京）股份有限公司 $$