第4讲 化学反应与电能-【寒假自学课】2025年高二化学寒假提升精品讲义（人教版2019）

第4讲 化学反应与电能 考点聚焦：复习要点+知识网络，有的放矢 重点专攻：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与 讲解，能力提升 提升专练：真题感知+提升专练，全面突破 考点1 原电池的工作原理 1．原电池的概念 定义：把_________转化为_________的装置。 2．原电池的构成 (1)半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括____________和____________。 (2)电极材料 一般情况下，两个活泼性_________的电极，相对活泼的金属作_______极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作_______极。 (3)形成闭合回路 两个半电池通过_________和_________连接，形成闭合回路。 两个隔离的半电池通过_________连接起来，盐桥中通常是装有含__________________的琼脂。 3．原电池的工作原理 (1)一般，原电池反应为_________的_____________反应，且ΔH_____0。 (2)半反应：负极_________电子，发生_________反应；正极_________电子，发生_________反应。 (3)电子流向：电子由_________经导线流向_________。 (4)离子流向：盐桥中的_________流向正极，_________流向负极。 (5)盐桥的作用： ①______________________________________________________。 ②______________________________________________________。 【特别提醒】 (1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 (2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。 (3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的强弱，也要考虑电解质溶液性质。如Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。 (4)单液电池和双液电池的比较 装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触，会直接发生氧化还原反应，易造成能量损耗；装置Ⅱ中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。 (5)原电池正负极的判断方法 ①看电极材料：一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极。 ②看电极反应：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 ③看电子流向：电子从负极经导线流向正极。 ④看离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 ⑤看电极发生的现象：负极参加反应时，负极材料不断溶解质量减小，正极质量增加或质量不变。 考点2 化学电源 1．一次电池 (1)碱性锌锰干电池 负极反应：_____________________________________________； 正极反应：_____________________________________________； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)锌银电池 负极反应：_____________________________________________； 正极反应：_____________________________________________； 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 (3)锂电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2，电池总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。其中： 负极材料是____，电极反应式为___________________，正极反应式为___________________________。 2．二次电池 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是_______，正极材料是_______。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。 (1)铅蓄电池的放电反应为_________反应 负极：_____________________________________________ 正极：_____________________________________________ (2)铅蓄电池的充电反应 阴极：_____________________________________________ 阳极：_____________________________________________ 可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。 3．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。 种类 酸性 碱性 负极反应式 正极反应式 电池总反应式 【特别提醒】 (1)所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，条件不同。 (2)理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超高。 (3)二次电池放电、充电反应及充电连接 考点3 电解原理 1．电解和电解池 (1) 电解是在_________作用下，在两个电极上分别发生_________反应和_________反应的过程。 (2) 电解池是将_________能转化为_________能的装置。 2．电解池的工作原理 (1)电极名称及反应类型 阴极：与电源_________相连的电极，发生_________反应； 阳极：与电源_________相连的电极，发生_________反应。 (2)电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 (3)离子的移动方向：阳离子向_________移动，阴离子向_________移动。 (4)电解池的构成条件 具有与_________相连接的两个电极（阴极、阳极），插入_________溶液或熔融_________中，形成________________。 3．电解反应的放电规律 (1)阴极： 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： (2)阳极： 溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 4．以惰性电极电解电解质溶液的规律 (1)电解水型（强酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐溶液） 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 H2SO4 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ NaOH 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ Na2SO4 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ (2)电解电解质型[无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2）] 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 HCl 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ CuCl2 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ (3)放H2生碱型（活泼金属的无氧酸盐） 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 NaCl 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ (4)放O2生酸型（不活泼金属的含氧酸盐溶液） 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 CuSO4 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ AgNO3 阴极：___________________________ 阳极：___________________________ 总反应式：___________________________ 【特别提醒】 (1)活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。 (2)电解的离子方程式中，若参与电极反应的H＋或OH－是由水电离出来的，用H2O作为反应物。 (3)电极反应式的书写方法 以惰性电极碳棒电解CuSO4溶液为例 ①辨电极：阴极与电源负极相连，阳极与电源正极相连。 ②找离子：电解质溶液中：Cu2＋、H＋、SO、OH－。 ③排顺序：依据常见微粒放电顺序，阴极：Cu2＋>H＋(水)，阳极：OH－(水)>SO。 ④电极式：阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 ⑤总反应：依据得失电子守恒，调整各电极计量数，然后相加，标上反应条件 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋、2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。 (4)电解后电解质溶液的复原 需加适量的某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。 考点4 电解原理的应用 1．氯碱工业 (1)电极反应 阳极：________________________(反应类型：________反应)； 阴极：________________________(反应类型：________反应)。 检验阳极产物的方法是________________________________________。电解时向食盐水中滴加酚酞，________极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为________。 (2)电解方程式 化学方程式：________________________________________________； 离子方程式：________________________________________________。 (3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图 ①阳离子交换膜的作用 阻止________进入阳极室与Cl2发生副反应：________________________________，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 ②a、b、c、d加入或取出的物质分别是___________、___________、___________、___________；X、Y分别为________、________。 【特别提醒】隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区生成的物质接触，防止发生副反应。 (2)能选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 2．电镀 应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。 实例——电镀铜 阳极(铜片)：________________________；阴极(待镀铁件)：________________________。 3．电冶金 (1)电解精炼铜 ①电极材料：阳极为________，阴极为________。 ②电解质溶液：含________的盐溶液。 ③电极反应式 阳极：________________、________________、________________、________________； 阴极：________________。 ④阳极泥的形成 粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。 (2)利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 冶炼镁 冶炼铝 工业电解氧化铝制取金属铝时，常加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是________________。电解过程中还需不断补充阳极(石墨)，其原因是________________________________。 【特别提醒】 (1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 考点5 金属的腐蚀与防护 1．金属的腐蚀 (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________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 金属与接触到的物质________发生化学反应 ________金属接触到电解质溶液发生________反应 本质 现象 金属被腐蚀 ________金属被腐蚀 区别 ________电流产生 ________电流产生 联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重 ②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例) 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性________ 水膜酸性______或________ 电极反应 负极 正极 总反应式 联系 吸氧腐蚀更普遍 钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。 (3)金属腐蚀快慢的判断方法 ①在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极>电解池的阴极。 ②同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。 ③对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 ④金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。 2．金属的防护 (1)改变金属材料的组成 在金属中添加________或________可以制成性能优异的________。如普通钢中加入镍、铬等制成不锈钢产品，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性。 (2)在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖________保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品的表面喷涂油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷、塑料等；电镀锌、锡、铬、镍等；利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 (3)电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池__________的金属被腐蚀，作为__________的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为________，则该金属就不易被腐蚀。 (1)牺牲阳极法 原理：原电池原理，被保护的金属作________，活泼性更强的金属作________。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。 (2)外加电流法 原理：电解池原理，被保护的金属作为________，与电源的________相连。 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 【特别提醒】 (1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况以吸氧腐蚀为主。 (2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。 (3)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。 (4)不要因为“阳极”“阴极”而把牺牲阳极法的工作原理当作电解原理。 (5)判断电化学保护法的类型，应分清其基本原理，要看是利用电解原理的外加电流法还是应用原电池原理的牺牲阳极法，两者不能混淆。 强化点一 原电池原理的应用 1．原电池的设计 (1)原电池设计的关键 ①外电路：负极(还原性较强的物质) 正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。 ②内电路：将两极浸入电解质溶液中，使阴、阳离子做定向移动。阴离子移向负极，阳离子移向正极。 (2)设计原电池的思路（以Cu与AgNO3反应为例） ①明确两极反应 ②选择电极材料 ③选择电解质溶液 （4）画装置图：注明电极材料和溶液成分 2．加快化学反应速率 在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 3．金属活动性强弱比较 一般来说，作负极的金属的活动性强于正极金属。 如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。 【典例1】控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　) A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 【解题技巧】 (1)设计带盐桥的原电池装置时，一般负极金属元素与其电解质溶液中的阳离子元素保持一致，正极金属元素与其电解质溶液中的阳离子元素保持一致。如Cu－Zn原电池中，Zn与ZnSO4溶液，Cu与CuSO4溶液分别构成半电池。 (2)“装置图”常见失分点提示 ①不注明电极材料名称或元素符号。 ②不画出电解质溶液(或画出但不标注)。 ③误把盐桥画成导线。 ④不能连成闭合回路。 强化点二 化学电源 1．二次电池电极反应的书写 (1)明确两极的反应物。 (2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。 (3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。 (4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 2．燃料电池电极反应式的书写方法 负极为燃料失电子发生氧化反应。 正极为O2得电子发生还原反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【典例2】一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题： (1)这种电池放电时发生的化学方程式：___________________________________。 (2)此电池的正极反应式：________________________，负极反应式：_______________________。 (3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。 (4)使用该燃料电池的另一个好处是________________________________________。 【解题技巧】 (1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。燃料和氧化剂连续的由外部供给。 (2)燃料在燃料电池内的化学反应并不是通常所说的燃烧，不是化学能转换成热能再转换成电能，而是由化学能直接转化为电能。 (3)书写燃料电池的化学方程式或电极反应式时，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下CO2以CO形式存在。 强化点三 电解池的工作原理 1．电解池的阴、阳极的判断方法 2．电解时电极产物的判断 【典例3】(1)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为_________________________。 (2)将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S。 ①写出电解时阴极的电极反应式：____________________________________。 ②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为_______________________。 (3)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。 ①Ce4＋从电解槽的________(填字母)口流出，电极反应式：________________。 ②写出阴极的电极反应式：_______________________________________________________。 【解题技巧】 (1)阴极只作导体，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。 (2)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。 (3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。 (4)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，H2O要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 强化点四 电解的有关计算 1．三个计算原则 (1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 (2)串联电池中各电极上转移的电子数目相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。 2．六种常见计算类型 (1)两极产物的定量计算。 (2)溶液pH的计算{pH＝－lgc(H＋)}。 (3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定。 (4)根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。 (5)计算析出的气体体积或物质的量。 (6)电极质量的变化。 3．三种常见计算方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等 (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比例式计算 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式 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) 【典例4】将1 L含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)(　　) A．3.36 L　　　B．5.6 L　　　C．6.72 L　　　D．13.44 L 【解题技巧】电解相关计算的两个要点 (1)熟练掌握电极反应式的书写，判断各电极生成的产物。 (2)每个电极上转移的电子数都是相等的。 真题感知 1．（2024·海南海口）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 A．D>C>A>B B．D>A>B>C C．D>B>A>C D．B>A>D>C 2．（2024湖南邵阳）根据下图，下列说法正确的是 Ⅰ Ⅱ A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-=Fe2+ B．装置Ⅰ和装置Ⅱ盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应式均为O2+2H2O+4e-=4OH-， D．放电过程中，装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极区溶液的pH均逐渐增大 3．（2024·江西吉安）浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是 A．电流由Y极通过外电路流向X极 B．电池工作时，通过离子导体移向X极区 C．X极发生的反应为 D．Y极每生成1 mol Cl2，X极区得到2 mol LiCl 4．（024·广西玉林）微生物脱盐池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以氯化钠溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图的装置处理有机废水(以含的溶液为例)，下列说法正确的是 A．该电池可在高温环境下工作 B．Y为阴离子选择性交换膜 C．负极反应式为： D．每消耗2.24L的空气，有0.4mol电子转移 5．（2024·陕西宝鸡）欧洲足球锦标赛事中的拍摄车，装着“绿色心脏”-质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示。下列叙述中正确的是 A．装置中的能量变化为电能转化为化学能 B．通入氢气的电极发生还原反应 C．通入空气的电极反应式：O2+4e-+ 4H+=2H2O D．装置中电子从通入空气的电极经过导线流向通入氢气的电极 6．（2024·湖北恩施）氨作为一种无碳富氢化合物，其具有价廉、不易燃、易储存等特点，被认为是可替代氢用于燃料电池的理想材料。燃料电池如图所示，下列说法错误的是 A．电极b为正极，发生还原反应 B．电极a上电极反应： C．电池工作时向电极b迁移 D．电池工作时电极上理论消耗的 7．（2024·福建泉州）我国科研团队研究出一种MB(亚甲基蓝)/MnO2固态无扩散氢离子电池，该电池模型如图所示，充电时，Mn2+沉积在石墨毡上生成MnO2，下列说法错误的是 A．放电时，石墨毡作正极 B．放电时，H+从右侧区移到左侧区 C．充电时，阴极发生反应MB+2H++2e-=H2MB D．充电时，若转移0.2NA个电子石墨毡质量增加8.7g 8．（2024·河北张家口）我国海域辽阔，海岸线漫长，岛屿众多，海水电池的研究十分重要。某铝-海水电池的工作原理示意图如下。该电池M极采用镍网惰性电极，同时可在电池右侧完成铝的回收。下列说法正确的是 A．电势：N电极>M电极 B．M极的电极反应式为 C．离子交换膜可选用阳离子交换膜 D．当N极质量减少5.4 g时，理论上M极消耗3.36 L空气(标准状况下) 9．（2023·河南焦作）研究人员利用膜电解技术，以溶液为主要原料制备的装置如图所示。已知：在不同pH时和在溶液中可相互转化，和的物质的量浓度的对数与pH的关系如图所示。下列叙述正确的是 A．a为负极，b为正极 B．在阴极室制得 C．阳极的电极反应式为 D．外电路中每通过1mol电子，产生标准状况下16.8L气体 10．（2023·云南省通海县第一中学）一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是 A．b为直流电源的负极 B．阴极反应式为2H++2e-=H2↑ C．工作时，乙池中溶液的pH减小 D．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成5.6mL气体 11．（2023·贵州六盘水）应用电解法对煤进行脱硫处理具有脱硫效率高、经济效益好等优点。煤中含硫物质主要为，脱硫过程的主要反应为，电解脱硫原理如图： 下列说法正确的是 A．石墨2为阳极 B．通电时，混合液中向石墨1电极移动 C．电解刚刚开始时阴极的电极反应式为 D．电解一段时间后混合液的增大 12．（2023·福建龙岩）科研人员设计了如图所示的甲烷燃料电池，并用于电解饱和溶液，电池的电解质是掺杂了与的固体，可在高温下传导。下列说法正确的是 A．电极C为阴极 B．电极D区溶液的降低 C．该电池工作时负极反应式为： D．当线路上通过电子时，有参与反应 提升专练 1．锂电池是一类由锂或锂合金为负极材料的电池。最早出现的锂电池的总反应是，其结构如下图所示。下列说法正确的是 A．电子流向为负极电解液正极 B．该锂电池电解液可使用水电解质溶液 C．每转移电子，负极增重 D．电池正极反应 2．酒驾行为危害社会安全，交警部门常用酸性燃料电池酒精检测仪对此进行检测。该检测仪的工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．负极的电极反应式为 B．该电池工作一段时间后，正极区溶液的pH增大 C．若外电路中转移4mol电子，理论上右侧电极附近溶液增重32g（假设不挥发） D．液晶显示器上数字与电流强弱有关，显示器的数字越大，说明酒精含量越高 3．一种用于驱动潜艇的液氨一液氧燃料电池原理示意如图所示。下列有关该电池说法错误的是 A．电池工作时，电极电势高于电极电势 B．电子由电极经外电路流向电极 C．标准状况下，每消耗转移电子 D．电极上发生的电极反应为 4．一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池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。下列叙述正确的是 A．放电时，a电极反应为 B．放电时，溶液中离子的数目会逐渐减少 C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI-被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 5．高效率新型光催化钠离子电池是一种二次电池，放电时工作原理如图所示。电池中填充固体电解质，用太阳光照射光催化电极可以对该电池进行充电。下列说法错误的是 A．放电时，光催化电极为正极 B．放电时，通过离子交换膜移向石墨电极 C．放电时，电池中总反应式为 D．光照时，石墨电极发生的电极方程式为 6．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中正确的是 ①X是正极，Y是负极  ②X是负极，Y是正极 ③CuSO4溶液的酸性逐渐增强 ④CuSO4溶液的酸性不变 A．①③ B．②③ C．①④ D．②④ 7．羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池-电解池组合装置(如下图所示)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是 A．b极为负极，d极为阳极 B．b电极区每产生3molCO2，c电极区溶液质量减轻14g C．d电极的电极反应式：H2O-e-=·OH+H+ D．工作时，如果II室中Na+、Cl− 数目都减小，则M为阳离子交换膜 8．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2，装置如图所示。下列说法正确的是 A．a极反应：CH4+8e-+4O2-=CO2+2H2O B．A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜 C．该装置开始工作时即可得到产物H2和O2 D．a极上通入2.24L甲烷(标准状况)，阳极室Ca2+减少0.8mol 9．和都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示，两电极均为惰性电极，下列说法正确的是 A．电池工作时，往电极R移动 B．相同条件下，若生成的和的体积比为4∶3，则消耗的和的体积比为14∶11 C．电极R上发生的电极反应为 D．M为电源的负极 10．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 11．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表： pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO 下列说法正确的是(　　) A．pH＜4时，发生析氢腐蚀 B．随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率逐渐加快 C．pH为14时，负极反应式为2H2O＋Fe－3e－===FeO＋4H＋ D．pH为7时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空气中的氧气氧化为Fe2O3 12．随着工业的发展，如何高效处理污水成为人类亟待解决的问题。 (1)利用原电池原理，酸性废水中的在水处理剂（主要成分为铁粉、炭粉）表面的变化如图所示。 ①图中，纳米铁粉作 （填“正极”或“负极”），多孔炭粉的作用为 。 ②正极上的电极反应式为 。 (2)科研人员利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体，装置如图（a、b为离子交换膜）。 ①石墨电极M上的电极反应式为 。 ②a为 （填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。 ③在放电过程中，由中间室向 （填“M”或“N”）极室移动。 ④理论上M极每处理，电路中通过的电子数为 。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4讲 化学反应与电能 考点聚焦：复习要点+知识网络，有的放矢 重点专攻：知识点和关键点梳理，查漏补缺 难点强化：难点内容标注与 讲解，能力提升 提升专练：真题感知+提升专练，全面突破 考点1 原电池的工作原理 1．原电池的概念 定义：把化学能转化为电能的装置。 2．原电池的构成 (1)半电池 原电池由两个半电池组成，半电池包括电极材料和电解质溶液。 (2)电极材料 一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属（或导电的非金属）作正极。 (3)形成闭合回路 两个半电池通过盐桥和导线连接，形成闭合回路。 两个隔离的半电池通过盐桥连接起来，盐桥中通常是装有含KCl饱和溶液的琼脂。 3．原电池的工作原理 (1)一般，原电池反应为自发的氧化还原反应，且ΔH<0。 (2)半反应：负极失去电子，发生氧化反应；正极得到电子，发生还原反应。 (3)电子流向：电子由负极经导线流向正极。 (4)离子流向：盐桥中的阳离子流向正极，阴离子流向负极。 (5)盐桥的作用： ①将两个半电池隔开，提高电池效率。 ②连接两个半电池，保持溶液的电中性，形成闭合回路。 【特别提醒】 (1)构成原电池的两电极材料不一定都是金属，正极材料可以为导电的非金属，例如石墨。两极材料可能参与反应，也可能不参与反应。 (2)两个活泼性不同的金属电极用导线连接，共同插入电解质溶液中不一定构成原电池，必须有一个能自发进行的氧化还原反应。 (3)在判断原电池正负极时，既要考虑金属活泼性的强弱，也要考虑电解质溶液性质。如Mg－Al－HCl溶液构成的原电池中，负极为Mg；但是Mg－Al－NaOH溶液构成的原电池中，负极为Al，正极为Mg。 (4)单液电池和双液电池的比较 装置Ⅰ中还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触，会直接发生氧化还原反应，易造成能量损耗；装置Ⅱ中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区，能避免能量损耗。 (5)原电池正负极的判断方法 ①看电极材料：一般情况下，两个活泼性不同的电极，相对活泼的金属作负极，较不活泼的金属或导电的非金属作正极。 ②看电极反应：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 ③看电子流向：电子从负极经导线流向正极。 ④看离子移动方向：阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。 ⑤看电极发生的现象：负极参加反应时，负极材料不断溶解质量减小，正极质量增加或质量不变。 考点2 化学电源 1．一次电池 (1)碱性锌锰干电池 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－； 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 (2)锌银电池 负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－； 总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 (3)锂电池 Li－SOCl2电池可用于心脏起搏器，该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4－SOCl2，电池总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋SO2↑＋S。其中： 负极材料是Li，电极反应式为4Li－4e－===4Li＋，正极反应式为2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－。 2．二次电池 铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。 (1)铅蓄电池的放电反应为原电池反应 负极：Pb - 2e- + SO42- = PbSO4 正极：PbO2 + 2e- + SO42- + 4H+ === PbSO4+ 2H2O (2)铅蓄电池的充电反应 阴极：PbSO4 + 2e- ===Pb + SO42- 阳极：PbSO4 - 2e- + 2H2O=== PbO2 + SO42- + 4H+ 可充电电池充电时原来的负极连接电源的负极作阴极；同理，原来的正极连接电源的正极作阳极，简记为负连负，正连正。 3．氢氧燃料电池 氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，分为酸性和碱性两种。 种类 酸性 碱性 负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 电池总反应式 2H2＋O2===2H2O 【特别提醒】 (1)所有的燃烧均为放热反应，若能量以电的形式向外释放，则形成燃料电池，所以燃料电池的总方程式类似燃烧的总方程式，条件不同。 (2)理论上来说，所有的燃烧反应均可设计成燃料电池，所以燃料电池的燃料除氢气外，还有烃、肼、甲醇、氨、煤气等气体或液体，且能量转化率超高。 (3)二次电池放电、充电反应及充电连接 考点3 电解原理 1．电解和电解池 (1) 电解是在直流电作用下，在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 (2) 电解池是将电能转化为化学能的装置。 2．电解池的工作原理 (1)电极名称及反应类型 阴极：与电源负极相连的电极，发生还原反应； 阳极：与电源正极相连的电极，发生氧化反应。 (2)电子流向：负极→阴极、阳极→正极。 (3)离子的移动方向：阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 (4)电解池的构成条件 具有与直流电源相连接的两个电极（阴极、阳极），插入电解质溶液或熔融电解质中，形成闭合回路。 3．电解反应的放电规律 (1)阴极： 无论是惰性电极还是活性电极都不参与电极反应，发生反应的是溶液中的阳离子。 阳离子放电顺序： (2)阳极： 溶液中还原性强的阴离子失去电子被氧化，或者电极材料（电极为活性电极）本身失去电子被氧化而溶入溶液中。 阴离子放电顺序： 4．以惰性电极电解电解质溶液的规律 (1)电解水型（强酸、强碱和活泼金属的含氧酸盐溶液） 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 H2SO4 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 加水 NaOH 阴极：4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 H2O Na2SO4 阴极：4H2O+4e-===2H2↑+4OH- 阳极：2H2O-4e-===O2↑+4H+ 总反应式：2H2O2H2↑＋O2↑ 增大 H2O (2)电解电解质型[无氧酸、不活泼金属的无氧酸盐溶液（如HCl、CuCl2）] 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 HCl 阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：2HClH2↑＋Cl2↑ 减小 通入HCl气体 CuCl2 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 总反应式：CuCl2Cu＋Cl2↑ 加CuCl2固体 (3)放H2生碱型（活泼金属的无氧酸盐） 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 总反应式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 减小并生成新电解质 通入HCl气体 (4)放O2生酸型（不活泼金属的含氧酸盐溶液） 实例 电极反应式及总反应式 电解质溶液浓度 复原方法 CuSO4 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：2Cu2＋＋4e－===4Cu 总反应式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 减小并生成新电解质 加CuO或CuCO3 AgNO3 阳极：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag 总反应式：4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋ 减小并生成新电解质 加Ag2O 【特别提醒】 (1)活性电极一般指Pt、Au以外的金属电极。 (2)电解的离子方程式中，若参与电极反应的H＋或OH－是由水电离出来的，用H2O作为反应物。 (3)电极反应式的书写方法 以惰性电极碳棒电解CuSO4溶液为例 ①辨电极：阴极与电源负极相连，阳极与电源正极相连。 ②找离子：电解质溶液中：Cu2＋、H＋、SO、OH－。 ③排顺序：依据常见微粒放电顺序，阴极：Cu2＋>H＋(水)，阳极：OH－(水)>SO。 ④电极式：阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。 ⑤总反应：依据得失电子守恒，调整各电极计量数，然后相加，标上反应条件 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋、2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。 (4)电解后电解质溶液的复原 需加适量的某物质，该物质可以是阴极与阳极产物的化合物。例如惰性电极电解CuSO4溶液，要恢复原溶液的浓度，可向电解后的溶液中加入CuO，也可以加入CuCO3，但不能加入Cu(OH)2，因为Cu(OH)2与生成的H2SO4反应后使水量增加。使电解后的溶液恢复原状的方法：先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。 考点4 电解原理的应用 1．氯碱工业 (1)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)。 检验阳极产物的方法是用湿润的KI-淀粉试纸靠近阳极，若试纸变蓝，证明生成了Cl2。电解时向食盐水中滴加酚酞，阴极附近溶液变红，说明该电极附近产生的物质为NaOH。 (2)电解方程式 化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑； 离子方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (3)阳离子交换膜法电解饱和食盐水示意图 ①阳离子交换膜的作用 阻止OH－进入阳极室与Cl2发生副反应：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 ②a、b、c、d加入或取出的物质分别是饱和食盐水、稀NaOH溶液、稀食盐水、浓NaOH溶液；X、Y分别为Cl2、H2。 【特别提醒】隔膜的作用 (1)能将两极区隔离，阻止两极区生成的物质接触，防止发生副反应。 (2)能选择性通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 2．电镀 应用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。 实例——电镀铜 阳极(铜片)：Cu－2e－===Cu2＋；阴极(待镀铁件)：Cu2＋＋2e－===Cu。 3．电冶金 (1)电解精炼铜 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电极反应式 阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋； 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。 ④阳极泥的形成 粗铜中不活泼的杂质(金属活动性顺序中位于铜之后的银、金等)在阳极难以失去电子，当阳极上的铜失去电子变成离子之后，它们以金属单质的形式沉积于电解槽的底部，成为阳极泥。 (2)利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑、2Na＋＋2e－===2Na 冶炼镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑、Mg2＋＋2e－===Mg 冶炼铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑、4Al3＋＋12e－===4Al 工业电解氧化铝制取金属铝时，常加入冰晶石(Na3AlF6)，其作用是降低熔化温度。电解过程中还需不断补充阳极(石墨)，其原因是阳极生成的氧气与石墨电极发生了反应。 【特别提醒】 (1)电解精炼过程中的“两不等”：电解质溶液浓度在电解前后不相等；阴极增加的质量和阳极减少的质量不相等。 (2)电镀过程中的“一多，一少，一不变”：“一多”指阴极上有镀层金属沉积；“一少”指阳极上有镀层金属溶解；“一不变”指电镀液(电解质溶液)的浓度不变。 考点5 金属的腐蚀与防护 1．金属的腐蚀 (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 金属与接触到的物质直接发生化学反应 不纯的金属接触到电解质溶液发生原电池反应 本质 M－ne－===Mn＋ M－ne－===Mn＋ 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 区别 无电流产生 有微弱电流产生 联系 电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，腐蚀速率更快，危害也更严重 ②析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁的腐蚀为例) 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强 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 钢铁暴露在潮湿空气中主要发生的是吸氧腐蚀，铁锈的形成过程中主要发生的反应为 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。 (3)金属腐蚀快慢的判断方法 ①在同一电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极>电解池的阴极。 ②同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。 ③对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。 ④金属活动性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快。 2．金属的防护 (1)改变金属材料的组成 在金属中添加其他金属或非金属可以制成性能优异的合金。如普通钢中加入镍、铬等制成不锈钢产品，钛合金不仅具有优异的抗腐蚀性，还具有良好的生物相容性。 (2)在金属表面覆盖保护层 在金属表面覆盖致密的保护层，将金属制品与周围物质隔开是一种普遍采用的防护方法。如，在钢铁制品的表面喷涂油漆、涂矿物性油脂、覆盖搪瓷、塑料等；电镀锌、锡、铬、镍等；利用化学方法、离子注入法、表面渗镀等方式在金属表面形成稳定的钝化膜。 (3)电化学保护法 金属在发生电化学腐蚀时，总是作为原电池负极(阳极)的金属被腐蚀，作为正极(阴极)的金属不被腐蚀，如果能使被保护的金属成为阴极，则该金属就不易被腐蚀。 (1)牺牲阳极法 原理：原电池原理，被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极。 应用：锅炉内壁、船舶外壳、钢铁闸门安装镁合金或锌块。 (2)外加电流法 原理：电解池原理，被保护的金属作为阴极，与电源的负极相连。 应用：钢铁闸门，高压线铁架，地下管道连接直流电源的负极。 【特别提醒】 (1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀取决于金属表面电解质溶液的酸碱性，实际情况以吸氧腐蚀为主。 (2)钢铁发生析氢腐蚀或吸氧腐蚀时，负极均是Fe失电子生成Fe2＋，而非Fe3＋。 (3)一般情况下，只有在金属活动性顺序中排在氢之前的金属才有可能发生析氢腐蚀。 (4)不要因为“阳极”“阴极”而把牺牲阳极法的工作原理当作电解原理。 (5)判断电化学保护法的类型，应分清其基本原理，要看是利用电解原理的外加电流法还是应用原电池原理的牺牲阳极法，两者不能混淆。 强化点一 原电池原理的应用 1．原电池的设计 (1)原电池设计的关键 ①外电路：负极(还原性较强的物质) 正极(较稳定的金属或能导电的非金属)。 ②内电路：将两极浸入电解质溶液中，使阴、阳离子做定向移动。阴离子移向负极，阳离子移向正极。 (2)设计原电池的思路（以Cu与AgNO3反应为例） ①明确两极反应 ②选择电极材料 ③选择电解质溶液 （4）画装置图：注明电极材料和溶液成分 2．加快化学反应速率 在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 3．金属活动性强弱比较 一般来说，作负极的金属的活动性强于正极金属。 如：有两种金属a和b，用导线连接后插入稀硫酸中，观察到a极溶解，b极上有气泡产生。由此可判断出a是负极、b是正极，且金属活动性：a>b。 【典例1】控制合适的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　) A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应 B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原 C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．电流表读数为零后，向甲中加入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极 答案：D 解析：由题图并结合原电池原理分析可知，Fe3＋得到电子变为Fe2＋，被还原，I－失去电子变为I2，被氧化，A、B项正确；电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态，C项正确；向甲中加入FeCl2固体，对于2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2，平衡向逆反应方向移动，此时Fe2＋被氧化，I2被还原，故甲中石墨电极为负极，乙中石墨电极为正极，D项错误。 【解题技巧】 (1)设计带盐桥的原电池装置时，一般负极金属元素与其电解质溶液中的阳离子元素保持一致，正极金属元素与其电解质溶液中的阳离子元素保持一致。如Cu－Zn原电池中，Zn与ZnSO4溶液，Cu与CuSO4溶液分别构成半电池。 (2)“装置图”常见失分点提示 ①不注明电极材料名称或元素符号。 ②不画出电解质溶液(或画出但不标注)。 ③误把盐桥画成导线。 ④不能连成闭合回路。 强化点二 化学电源 1．二次电池电极反应的书写 (1)明确两极的反应物。 (2)明确直接产物：根据负极氧化、正极还原，明确两极的直接产物。 (3)确定最终产物：根据介质环境和共存原则，找出参与的介质粒子，确定最终产物。 (4)配平：根据电荷守恒、原子守恒配平电极反应式。 注意：①H＋在碱性环境中不存在；②O2－在水溶液中不存在，在酸性环境中结合H＋，生成H2O，在中性或碱性环境结合H2O，生成OH－；③若已知总反应式时，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。 2．燃料电池电极反应式的书写方法 负极为燃料失电子发生氧化反应。 正极为O2得电子发生还原反应。 如CH4碱性(KOH溶液)燃料电池负极反应式的书写方法： 第一步　确定生成物 CH4 第二步　确定电子转移和变价元素原子守恒 H4－8e－―→O＋H2O； 第三步　依据电解质性质，用OH－使电荷守恒 CH4－8e－＋10OH－―→CO＋H2O； 第四步　依据氢原子守恒配平H2O的化学计量数 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O。 【典例2】一种甲醇燃料电池是采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。回答下列问题： (1)这种电池放电时发生的化学方程式：___________________________________。 (2)此电池的正极反应式：________________________，负极反应式：_______________________。 (3)电解液中H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。 (4)使用该燃料电池的另一个好处是________________________________________。 答案：(1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O　2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋ (3)正　负极　(4)对环境无污染 解析：(1)燃料电池的电池反应为燃料的氧化反应，在酸性条件下生成的CO2不与H2SO4反应，故电池反应为2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。 (2)电池的正极为O2得电子，由于是酸性环境，所以会生成H2O，用电池总反应式减去正极反应式即可得出负极反应式。 (3)H＋移向正极，在正极生成水。 (4)产物是CO2和H2O，不会对环境造成污染。 【解题技巧】 (1)燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用。燃料和氧化剂连续的由外部供给。 (2)燃料在燃料电池内的化学反应并不是通常所说的燃烧，不是化学能转换成热能再转换成电能，而是由化学能直接转化为电能。 (3)书写燃料电池的化学方程式或电极反应式时，要注意电解质溶液或传导介质的影响，如碱性条件下CO2以CO形式存在。 强化点三 电解池的工作原理 1．电解池的阴、阳极的判断方法 2．电解时电极产物的判断 【典例3】(1)电解MnSO4溶液可制备MnO2，其阳极的电极反应式为_________________________。 (2)将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S。 ①写出电解时阴极的电极反应式：____________________________________。 ②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为_______________________。 (3)铈元素(Ce)是镧系金属中自然丰度最高的一种，常见有＋3、＋4两种价态。雾霾中含有大量的污染物NO，可以被含Ce4＋的溶液吸收，生成NO、NO(二者物质的量之比为1∶1)。可采用电解法将上述吸收液中的NO转化为无毒物质，同时再生成Ce4＋，其原理如图所示。 ①Ce4＋从电解槽的________(填字母)口流出，电极反应式：________________。 ②写出阴极的电极反应式：_______________________________________________________。 答案：(1)Mn2＋＋2H2O－2e－===MnO2↓＋4H＋ (2)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑ (3)①a　Ce3＋－e－===Ce4＋··②2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O 解析：(3)①Ce4＋在阳极生成，从a口流出。②NO转化为无毒物质，则NO在阴极得电子，转化为N2，由得失电子守恒、电荷守恒可得阴极电极反应式。 【解题技巧】 (1)阴极只作导体，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。 (2)电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。 (3)电解时，在外电路中有电子通过，而在溶液中是靠离子移动导电。因此，电子和离子的移动遵循“电子不下水，离子不上线”。 (4)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，H2O要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，总反应式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 强化点四 电解的有关计算 1．三个计算原则 (1)阳极失去的电子数等于阴极得到的电子数。 (2)串联电池中各电极上转移的电子数目相等。 (3)电源输出的电子总数和电解池中各电极上转移的电子数目相等。 2．六种常见计算类型 (1)两极产物的定量计算。 (2)溶液pH的计算{pH＝－lgc(H＋)}。 (3)相对原子质量的计算和阿伏加德罗常数的值的测定。 (4)根据转移电子的量求产物的量或根据产物的量求转移电子的量。 (5)计算析出的气体体积或物质的量。 (6)电极质量的变化。 3．三种常见计算方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路上转移的电子数相等 (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比例式计算 (3)根据关系式计算：根据得失电子守恒的关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式 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) 【典例4】将1 L含有0.4 mol Cu(NO3)2和0.4 mol KCl的水溶液，用惰性电极电解一段时间后，在一电极上析出19.2 g Cu；此时，在另一电极上放出气体的体积在标准状况下为(不考虑产生的气体在水中的溶解)(　　) A．3.36 L　　　B．5.6 L　　　C．6.72 L　　　D．13.44 L 答案：B 解析：阴极析出铜0.3 mol，由Cu2＋＋2e－===Cu知Cu2＋得到0.6 mol电子，根据2Cl－－2e－===Cl2↑，求出当溶液中Cl－全部参与电极反应时，放出Cl2 0.2 mol，失去电子0.4 mol。因此在阳极还有OH－放电，根据4OH－－4e－===2H2O＋O2↑和电子守恒，在阳极有0.05 mol O2放出，即阳极共放出0.25 mol、标准状况下为5.6 L的气体。 【解题技巧】电解相关计算的两个要点 (1)熟练掌握电极反应式的书写，判断各电极生成的产物。 (2)每个电极上转移的电子数都是相等的。 真题感知 1．（2024·海南海口）有A、B、C、D四种金属，将A与B用导线连接起来，浸入电解质溶液中，B不易被腐蚀；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出。据此可推知它们的金属活动性由强到弱的顺序为 A．D>C>A>B B．D>A>B>C C．D>B>A>C D．B>A>D>C 【答案】B 【解析】将A与B用导连接结起来，浸入电解质溶液中，可构成原电池结构，B不易被腐蚀，说明B作正极，则A金属活动性比B强；将A、D分别投入到等浓度的盐酸中，D比A反应剧烈，说明D金属活动性比A强；将铜浸入B的盐溶液中无明显变化，说明B的金属活动性比Cu强；将铜浸入C的盐溶液中，有金属C析出，说明Cu的金属活动性比C强。综上分析得金属活动性由强到弱的顺序为：D>A>B>C，故选B。 2．（2024湖南邵阳）根据下图，下列说法正确的是 Ⅰ Ⅱ A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe-2e-=Fe2+ B．装置Ⅰ和装置Ⅱ盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动 C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应式均为O2+2H2O+4e-=4OH-， D．放电过程中，装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极区溶液的pH均逐渐增大 【答案】D 【分析】由题干装置可知，装置Ⅰ中Zn比Fe活泼，则Zn作负极，电极反应为：Zn-2e-=Zn2+，Fe作正极，电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，装置Ⅱ中Fe比铜活泼，则Fe作负极，电极反应为：Fe-2e-=Fe2+，Cu作正极，电极反应为：2H++2e-=H2↑，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，装置Ⅰ中负极反应为：Zn-2e-=Zn2+，装置Ⅱ中负极反应是Fe-2e-=Fe2+，A错误； B．由分析可知，装置Ⅰ中左侧为正极，右侧为负极，则盐桥中的阳离子由负极移向正极即向左侧烧杯移动，而装置Ⅱ中左侧为负极，右侧为正极，则盐桥中的阳离子向右侧烧杯移动，B错误； C．由分析可知，装置Ⅰ中正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，而装置Ⅱ中正极反应式均为2H++2e-=H2↑，C错误； D．由分析可知，放电过程中，装置Ⅰ中正极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-，而装置Ⅱ中正极反应式均为2H++2e-=H2↑，故装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极区溶液的pH均逐渐增大，D正确； 故答案为：D。 3．（2024·江西吉安）浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是 A．电流由Y极通过外电路流向X极 B．电池工作时，通过离子导体移向X极区 C．X极发生的反应为 D．Y极每生成1 mol Cl2，X极区得到2 mol LiCl 【答案】A 【解析】A．加入盐酸，X极上生成氢气，发生还原反应：，X极为正极，Y极上发生氧化反应：，Y极是负极，在外电路中电流由正极流向负极，A错误； B．电池工作时，向X极区移动，B正确； C．X极上生成氢气，发生还原反应：，C正确； D．Y极每生成1 mol Cl2，转移2 mol电子，有2 mol 向正极移动，则X极区得到2 mol LiCl，D正确； 答案选A。 4．（024·广西玉林）微生物脱盐池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，同时可实现海水淡化。现以氯化钠溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图的装置处理有机废水(以含的溶液为例)，下列说法正确的是 A．该电池可在高温环境下工作 B．Y为阴离子选择性交换膜 C．负极反应式为： D．每消耗2.24L的空气，有0.4mol电子转移 【答案】C 【分析】该装置为原电池，有机废水中的发生失电子的氧化反应生成，负极反应式为，正极反应式为，原电池工作时，阴离子移向负极、阳离子移向正极，即模拟海水溶液中的通过阳离子交换膜移向正极、通过阴离子交换膜移向负极，可实现海水淡化，则隔膜Y为阳离子交换膜，据此分析解答。 【解析】A．该装置为微生物脱盐电池，温度过高会导致微生物死亡，海水淡化效果变差，故A错误； B．负极区生成氢离子，需要氯离子，正极区消耗氢离子，需要钠离子，所以Y是阳离子交换膜，故B错误； C．负极上失电子发生氧化反应生成二氧化碳，同时生成氢离子，电极反应式为，故C正确； D．未讲明标况，且标况下2.24L空气中含有，每消耗1mol氧气转移4mol电子，据此计算消耗0.02mol氧气转移电子物质的量=0.02mol×4=0.08mol，D错误； 答案选C。 5．（2024·陕西宝鸡）欧洲足球锦标赛事中的拍摄车，装着“绿色心脏”-质子交换膜燃料电池，其工作原理如图所示。下列叙述中正确的是 A．装置中的能量变化为电能转化为化学能 B．通入氢气的电极发生还原反应 C．通入空气的电极反应式：O2+4e-+ 4H+=2H2O D．装置中电子从通入空气的电极经过导线流向通入氢气的电极 【答案】C 【解析】A．燃料电池是将化学能转化为电能，A错误； B．负极的电极反应为：H2-2e-=2H+，H2失去的电子被氧化发生了氧化反应，B错误； C．氢气失电子生成的H+，通过质子交换膜由负极流向正极，正极的电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，C正确； D．通入氢气的电极失去的电子经过导线流向通入空气的电极，D错误； 故答案为：C。 6．（2024·湖北恩施）氨作为一种无碳富氢化合物，其具有价廉、不易燃、易储存等特点，被认为是可替代氢用于燃料电池的理想材料。燃料电池如图所示，下列说法错误的是 A．电极b为正极，发生还原反应 B．电极a上电极反应： C．电池工作时向电极b迁移 D．电池工作时电极上理论消耗的 【答案】D 【分析】 电极a上NH3发生失电子的氧化反应生成N2和H2O，电极a为负极，电极b为正极。 【解析】A．根据分析，电极b为正极，电极b上O2发生得电子的还原反应，A项正确； B．电极a上NH3发生失电子的氧化反应生成N2和H2O，电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，B项正确； C．电池工作时阳离子向正极迁移，则Na+向电极b迁移，C项正确； D．电极a的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，电极b的电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，根据得失电子守恒，电池工作时电极上理论消耗的=，D项错误； 答案选D。 7．（2024·福建泉州）我国科研团队研究出一种MB(亚甲基蓝)/MnO2固态无扩散氢离子电池，该电池模型如图所示，充电时，Mn2+沉积在石墨毡上生成MnO2，下列说法错误的是 A．放电时，石墨毡作正极 B．放电时，H+从右侧区移到左侧区 C．充电时，阴极发生反应MB+2H++2e-=H2MB D．充电时，若转移0.2NA个电子石墨毡质量增加8.7g 【答案】B 【分析】由充电时，锰离子沉积在石墨毡上生成二氧化锰可知，放电时，活性炭是原电池的负极，H2MB在负极失去电子发生氧化反应生成MB和氢离子，石墨毡作正极，酸性条件下二氧化锰在正极得到电子发生还原反应生成锰离子和水；充电时，与直流电源负极相连的活性炭作阴极，酸性条件下MB在阴极得到电子发生还原反应生成H2MB，石墨毡作阳极，水分子作用下锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子。 【解析】A．由分析可知，石墨毡作正极，酸性条件下二氧化锰在正极得到电子发生还原反应生成锰离子和水，故A正确； B．由分析可知，放电时，活性炭是原电池的负极，石墨毡作正极，则氢离子通过质子交换膜从左侧区移到右侧区，故B错误； C．由分析可知，充电时，与直流电源负极相连的活性炭作阴极，酸性条件下MB在阴极得到电子发生还原反应生成H2MB，电极反应式为MB+2H++2e-=H2MB，故C正确； D．由分析可知，充电时，石墨毡作阳极，水分子作用下锰离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化锰和氢离子，电极反应式为Mn2+—2e-+2H2O=MnO2+4H+，则转移0.2NA个电子时，石墨毡增加质量为××87g/mol=8.7g，故D正确； 故选B。 8．（2024·河北张家口）我国海域辽阔，海岸线漫长，岛屿众多，海水电池的研究十分重要。某铝-海水电池的工作原理示意图如下。该电池M极采用镍网惰性电极，同时可在电池右侧完成铝的回收。下列说法正确的是 A．电势：N电极>M电极 B．M极的电极反应式为 C．离子交换膜可选用阳离子交换膜 D．当N极质量减少5.4 g时，理论上M极消耗3.36 L空气(标准状况下) 【答案】B 【分析】电极N为负极，电极反应式为Al-3e-=Al3+，电极M为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，据此作答。 【解析】A．由题意可知铝电极为负极，电势：M电极>N电极，故A错误； B．M极氧气参与反应，所以电极反应式为，故B正确； C．若用阳离子交换膜，无法在右侧回收铝，故C错误； D．根据N电极反应方程式Al-3e-=Al3+，当N极减少5.4 g Al时，理论上M极消耗标准状况下3.36 L氧气，故D错误； 答案选B。 9．（2023·河南焦作）研究人员利用膜电解技术，以溶液为主要原料制备的装置如图所示。已知：在不同pH时和在溶液中可相互转化，和的物质的量浓度的对数与pH的关系如图所示。下列叙述正确的是 A．a为负极，b为正极 B．在阴极室制得 C．阳极的电极反应式为 D．外电路中每通过1mol电子，产生标准状况下16.8L气体 【答案】D 【分析】根据图象可知，当溶液酸性较强时，可几乎全部转化为，故产品室的酸性应该很强，推知产品室为阳极室。 【解析】A．由分析可知，产品室为阳极室，故a为正极，b为负极，故A错误。 B．由分析可知，在阳极室制得，故B错误。 C．由分析可知，阳极的电极反应式为，故C错误。 D．由分析可知，外电路中通过1mol电子时，阳极产生0.25mol O2，阴极产生0.5mol H2，故标准状况下产生气体的体积为16.8L，故D正确。 故答案为：D。 10．（2023·云南省通海县第一中学）一种电解法制备高纯铬和硫酸的简单装置如图所示。下列说法正确的是 A．b为直流电源的负极 B．阴极反应式为2H++2e-=H2↑ C．工作时，乙池中溶液的pH减小 D．若有1 mol离子通过A膜，理论上阳极生成5.6mL气体 【答案】C 【分析】该装置制备高纯Cr和硫酸，甲池中Cr电极上Cr3+得电子发生还原反应，则Cr为阴极，阴极电极反应式为Cr3++3e-=Cr；阳极电极反应式为2H2O-4e-=O2↑+4H+，从而实现目的，据此分析解答。 【解析】A. 该装置制备高纯Cr和硫酸，甲池中Cr电极上Cr3+得电子发生还原反应，则Cr为阴极，连接阴极的电极a为负极，则b为正极，A项错误； B. 阴极反应式为Cr3++3e-=Cr；阳极反应式为2H2O−4e−=O2↑+4H+，B项错误； C. 甲池中硫酸根离子通过交换膜进入乙池、丙中生成的氢离子通过交换膜进入乙池，所以导致乙池中硫酸浓度增大，溶液的pH减小，C项正确； D. 若有1 mol离子通过A膜，则丙池生成1mol氢离子，根据氢离子和氧气关系知，理论上阳极生成气体0.25mol，但没有指明为标准状况，不能计算氧气的体积，D项错误； 答案选C。 11．（2023·贵州六盘水）应用电解法对煤进行脱硫处理具有脱硫效率高、经济效益好等优点。煤中含硫物质主要为，脱硫过程的主要反应为，电解脱硫原理如图： 下列说法正确的是 A．石墨2为阳极 B．通电时，混合液中向石墨1电极移动 C．电解刚刚开始时阴极的电极反应式为 D．电解一段时间后混合液的增大 【答案】C 【分析】根据原理装置图可知，Mn2+失去电子发生氧化反应，石墨1是阳极，阳极的电极反应式为Mn2+-e-=Mn3+，石墨2是阴极，H+在阴极得到电子，发生还原反应，阴极的电极反应式为2H++2e-=H2↑，混合液中发生反应FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++2SO+15Mn2++16H+； 【解析】A．石墨2为阴极，A项错误； B．通电时，混合液中向石墨2电极移动，B项错误； C．根据分析可知，电解刚刚开始时阴极的电极反应式为，C项正确； D．根据混合液中反应FeS2+15Mn3++8H2O=Fe3++2SO+15Mn2++16H+，电解一段时间后溶液酸性增强，混合液的减小，D项错误； 答案选C。 12．（2023·福建龙岩）科研人员设计了如图所示的甲烷燃料电池，并用于电解饱和溶液，电池的电解质是掺杂了与的固体，可在高温下传导。下列说法正确的是 A．电极C为阴极 B．电极D区溶液的降低 C．该电池工作时负极反应式为： D．当线路上通过电子时，有参与反应 【答案】C 【分析】根据左边分析是甲烷燃料电池，甲烷做燃料，因此上面为原电池负极，下面为原电池正极，连正极的为阳极即C电极，D电极为阴极。 【解析】A．根据前面分析电极C为阳极，故A错误； B．D极为阴极，是水电离出的氢离子得到电子变为氢气，剩余氢氧根，因此电极D区溶液的增大，故B错误； C．甲烷为负极，因此该电池工作时负极反应式为：，故C正确； D．没有气体所处的温度和压强，无法进行换算，故D错误。 提升专练 1．锂电池是一类由锂或锂合金为负极材料的电池。最早出现的锂电池的总反应是，其结构如下图所示。下列说法正确的是 A．电子流向为负极电解液正极 B．该锂电池电解液可使用水电解质溶液 C．每转移电子，负极增重 D．电池正极反应 【答案】D 【分析】从图中可以看出，a电极为负极，b电极为正极。 【解析】A．电子流动时，不能经过电解质溶液，则电子流向为负极(a)电流表A正极(b)，A不正确； B．Li是活泼金属，能与水发生反应，所以该锂电池电解液不能使用水电解质溶液，B不正确； C．每转移电子，负极有1molLi失电子生成Li+，Li+迁移至LiClO4混合有机溶剂中，则负极减轻，C不正确； D．电池正极材料为MnO2，得电子的产物与Li+结合为LiMnO2，电极反应式为，D正确； 故选D。 2．酒驾行为危害社会安全，交警部门常用酸性燃料电池酒精检测仪对此进行检测。该检测仪的工作原理如图所示，下列说法错误的是 A．负极的电极反应式为 B．该电池工作一段时间后，正极区溶液的pH增大 C．若外电路中转移4mol电子，理论上右侧电极附近溶液增重32g（假设不挥发） D．液晶显示器上数字与电流强弱有关，显示器的数字越大，说明酒精含量越高 【答案】C 【分析】O2有氧化性反应中得电子，故通入O2的右侧为正极，原电池正极发生还原反应，负极发生氧化反应，燃料电池负极通入的为乙醇。 【解析】A．负极的电极反应式为，A正确； B．氧气在正极上发生反应，正极上消耗氢离子且产生的水对溶液稀释，氢离子浓度减小，一段时间后，正极区溶液的pH增大，故B正确； C．若外电路中转移4mol电子，理论上右侧吸收1mol氧气，内电路移入4mol ，电极附近溶液增重32g+4g=36g，故C错误； D．液晶显示器上数字与电流强弱有关，显示器上的数字越大，说明的电流越大，则负极放电的乙醇就越多，说明酒精含量越高，故D正确； 本题选C。 3．一种用于驱动潜艇的液氨一液氧燃料电池原理示意如图所示。下列有关该电池说法错误的是 A．电池工作时，电极电势高于电极电势 B．电子由电极经外电路流向电极 C．标准状况下，每消耗转移电子 D．电极上发生的电极反应为 【答案】A 【分析】根据题中液氨−液氧燃料电池可知，负极上发生失电子的氧化反应，即A是负极，B是正极，碱性条件下，氧气在正极生成氢氧根离子，燃料电池的总反应是燃料燃烧的化学方程式：4NH3+3O2=2N2+6H2O，电子从负极流向正极。 【解析】A．原电池中，正极电势高于负极电势，故电极电势高于电极A，故A错误； B．电子从负极流向正极，即从电极流向电极B，故B正确； C．燃料电池的总反应为，该电池工作时，每消耗标准状况下即转移电子，故C正确； D．碱性条件下，氨气在负极失电子生成，其电极反应为，故D正确； 答案选A。 4．一种新型的高比能量锌—碘溴液流电池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。下列叙述正确的是 A．放电时，a电极反应为 B．放电时，溶液中离子的数目会逐渐减少 C．充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI-被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 【答案】C 【分析】放电时，b电极Zn失电子转化为Zn2+，为原电池的负极；a电极I2Br-得电子转化为I-、Br-，为原电池的正极。 【解析】A．由分析可知，放电时，a电极为正极，I2Br-得电子转化为I-、Br-，反应为，A不正确； B．放电时，a电极I2Br-得电子转化为I-、Br-，b电极Zn失电子转化为Zn2+，则溶液中离子的数目会逐渐增大，B不正确； C．充电时，b电极每增重0.65g(Zn)，表明有0.01molZn2+得电子生成Zn，则a电极有0.02molI-失电子转化为I2Br-，溶液中有0.02molI-被氧化，C正确； D．放电时，a电极为正极，则充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D不正确； 故选C。 5．高效率新型光催化钠离子电池是一种二次电池，放电时工作原理如图所示。电池中填充固体电解质，用太阳光照射光催化电极可以对该电池进行充电。下列说法错误的是 A．放电时，光催化电极为正极 B．放电时，通过离子交换膜移向石墨电极 C．放电时，电池中总反应式为 D．光照时，石墨电极发生的电极方程式为 【答案】B 【分析】从工作原理图中可看出放电时，失去电子转化为，石墨电极为负极，光催化电极为正极，据此分析解答； 【解析】A． 由上述分析可知，放电时，光催化电极为正极，A项正确； B．放电时，阳离子通过离子交换膜移向正极，B项错误； C．放电时，电池中总反应式为，C项正确； D．光照时是充电过程，石墨电极为阴极，发生的电极方程式为，D项正确； 故选：B。 6．如图所示装置中，a、b都是惰性电极，通电一段时间后，b极附近溶液呈红色。下列说法中正确的是 ①X是正极，Y是负极  ②X是负极，Y是正极 ③CuSO4溶液的酸性逐渐增强 ④CuSO4溶液的酸性不变 A．①③ B．②③ C．①④ D．②④ 【答案】A 【解析】通电一段时间后，b极显红色说明在b极附近溶液呈碱性，说明水电离出的H+在b极放电，b极为阴极，则Y为负极，X是正极；Pt极为阳极，惰性电极电解CuSO4溶液放出O2同时产生氢离子，酸性逐渐增强； 综上所述正确的有①③，故选A。 7．羟基自由基(·OH)是自然界中氧化性仅次于氟的氧化剂。我国科学家设计了一种能将苯酚氧化为CO2和H2O的原电池-电解池组合装置(如下图所示)，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法错误的是 A．b极为负极，d极为阳极 B．b电极区每产生3molCO2，c电极区溶液质量减轻14g C．d电极的电极反应式：H2O-e-=·OH+H+ D．工作时，如果II室中Na+、Cl− 数目都减小，则M为阳离子交换膜 【答案】B 【分析】苯酚氧化为CO2和H2O的原电池中C6H6O CO2+H2O，发生了氧化反应，作负极，c为阴极： 发生了还原反应，作正极，d为阳极。以此分析解答。 【解析】A. 根据上述分析可知：b极为负极，d极为阳极，故A正确； B. 根据上述分析可知：1molC6H6O 6molCO228mole-，c极区2H+H2 2mole-。所以b电极区每产生3molCO2，转移14mol电子，c电极产生7molH2，d极质子通过质子交换膜进入c极区，溶液质量不会变化，故B错误； C. 根据上述分析可知：d为阳极，其电极的电极反应式：H2O-e-=·OH+H+，故C正确； D. 根据上述分析可知：a为正极，其电极的电极反应式：7H2O++6 e-=2+8OH-，阴离子浓度增大，Na+透过M膜进入a极区，所以M为阳离子交换膜，故D正确； 故答案：B。 8．利用CH4燃料电池电解制备Ca(H2PO4)2，装置如图所示。下列说法正确的是 A．a极反应：CH4+8e-+4O2-=CO2+2H2O B．A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜 C．该装置开始工作时即可得到产物H2和O2 D．a极上通入2.24L甲烷(标准状况)，阳极室Ca2+减少0.8mol 【答案】B 【分析】CH4燃料原电池中，甲烷失电子发生氧化反应生成CO2，所以通入燃料CH4的a极为负极，通入氧化剂氧气的b极为原电池的正极，电池总反应为：CH4+2O2=CO2+2H2O；根据电池中移动的O2-可知电解质为熔融的金属氧化物，与电源的正极相连接的c极为电解池的阳极，在阳极为氯离子放电，则电极反应为：2Cl--2e-═Cl2↑，电解池中阳离子移向阴极，阴离子移向阳极，则A膜应为阳离子交换膜，阴极d极附近氢离子放电生成氢气，破坏水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大，结合钠离子生成氢氧化钠，则C膜也应为阳离子交换膜，原料室中的H2PO向阳极室移动，通过B膜进入产品室，则B膜为阴离子交换膜。 【解析】A． a极反应：CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2O，故A错误； B． 由分析可知：A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜，故B正确； C． 与电源的正极相连接的c极为电解池的阳极，在阳极为氯离子放电，则电极反应为：2Cl--2e-═Cl2↑，该装置开始工作时即可得到产物H2和Cl2，故C错误； D． 左侧为原电池，右侧为电解池，构成闭合回路，原电池释放的电子，等于电解池通过的电子，a极上通入标况下2.24L甲烷，n(CH4)=0.1mol，1molCH4～1molCO2～8mole-，根据电荷守恒电解液中离子移动与电子相当，阴离子向阳极移动，原料室H2PO4-向阳极室移动，通过B膜进入产品室减少0.8mol，阳极室Ca2+减少0.4mol，故D错误； 故选B。 9．和都是比较稳定的分子，科学家利用电化学装置实现两种分子的耦合转化，其原理如图所示，两电极均为惰性电极，下列说法正确的是 A．电池工作时，往电极R移动 B．相同条件下，若生成的和的体积比为4∶3，则消耗的和的体积比为14∶11 C．电极R上发生的电极反应为 D．M为电源的负极 【答案】B 【分析】电解池工作时电极P发生氧化反应，CH4中C原子-4价，产物C2H4中C原子-2价，C2H6中C原子-3价，化合价升高，所以电极P为阳极；电极R为阴极，发生还原反应，CO2→CO过程C原子由+4价降至+2价；O2-离子由电极R移向电极P； 【解析】A．根据分析，O2-移向电极P，A错误； B．按照题目所给数据，假设阳极生成C2H44mol，C2H63mol，则阳极总失电子，消耗CH4共2×(4+3)mol=14mol，同样阴极总得电子也是22mol，所以消耗CO2物质的量是，所以消耗CH4和CO2的物质的量之比为14﹕11，则在同温同压的情况下，两种气体体积之比也为14﹕11，B正确； C．根据分析，电极R上发生得电子的还原反应，C错误； D．根据分析，电极P为阳极，其所连直流电源电极应为正极，D错误； 综上，本题选B。 10．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】钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误。 11．一定条件下，某含碳钢腐蚀情况与溶液pH的关系如下表： pH 2 4 6 6.5 8 13.5 14 腐蚀快慢 较快 慢 较快 主要产物 Fe2＋ Fe3O4 Fe2O3 FeO 下列说法正确的是(　　) A．pH＜4时，发生析氢腐蚀 B．随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率逐渐加快 C．pH为14时，负极反应式为2H2O＋Fe－3e－===FeO＋4H＋ D．pH为7时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋，生成的Fe3＋被空气中的氧气氧化为Fe2O3 【答案】A 【解析】pH＜4时，钢铁腐蚀的主要产物为Fe2＋，此时溶液呈酸性，正极上H＋得电子，生成H2，A正确；由表中信息可知，随pH的升高，含碳钢的腐蚀速率先减慢后加快，B错误；pH为14时，电解质溶液呈碱性，负极反应式为Fe＋4OH－－3e－===FeO＋2H2O，C错误；pH为7时，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，生成的二价铁被氧气氧化，最终生成Fe2O3，D错误。 12．随着工业的发展，如何高效处理污水成为人类亟待解决的问题。 (1)利用原电池原理，酸性废水中的在水处理剂（主要成分为铁粉、炭粉）表面的变化如图所示。 ①图中，纳米铁粉作 （填“正极”或“负极”），多孔炭粉的作用为 。 ②正极上的电极反应式为 。 (2)科研人员利用垃圾渗透液实现发电、环保二位一体，装置如图（a、b为离子交换膜）。 ①石墨电极M上的电极反应式为 。 ②a为 （填“阴离子”或“阳离子”）交换膜。 ③在放电过程中，由中间室向 （填“M”或“N”）极室移动。 ④理论上M极每处理，电路中通过的电子数为 。 【答案】(1) 负极 作原电池的正极 (2) 阴离子 N 2.4 【分析】由图可知，该装置为原电池，发生失电子的氧化反应生成N2，则M电极是负极，负极反应式为2-6e-=N2↑+8H+，N电极是正极，正极上发生得电子的还原反应生成N2，正极反应式为2+10e-+12H+=6H2O+N2↑，原电池工作时，阳离子移向正极，阴离子移向负极，据此分析解答。 【解析】（1）①Fe比C活泼，Fe作负极，C作正极，则纳米铁粉作负极，多孔炭粉的作用为作原电池的正极；②正极上硝酸根离子得电子生成铵根，电极反应式为； （2）①M电极是负极，负极上发生失电子的氧化反应生成N2，负极反应式为2-6e-=N2↑+8H+； ②M电极是负极，N电极是正极，Na+由中间室向N极室移动，Cl-向M极室移动，则a为阴离子交换膜； ③该原电池中M电极是负极，N电极是正极，阳离子移向正极，阴离子移向负极，即Na+由中间室向N极室移动； ④M极反应式为2-6e-=N2↑+8H+，消耗2mol铵根转移6mol电子，处理转移电子数为2.4。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！15 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$