第四章 化学反应与电能-2024-2025学年高二化学期末复习系列（十年高考真题同步学与考）

一、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 （1）定义：能把化学能转化为电能的装置。 （2）构成条件： 2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转 能量转换 化学能转化为电能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子或离子移动方向 电子：负极流向正极 盐桥：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液 工作原理 负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 二、原电池的应用 1．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。 2．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。 3．设计原电池 理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 （1）外电路 负极——化合价升高的物质 正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒 （2）内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。 如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 ①化合价升高的物质 负极：Cu ②活泼性较弱的物质 正极：C ③化合价降低的物质 电解质溶液：FeCl3 示意图 三、化学电源概述 （一）、一次电池 1．化学电源概述 （1）化学电源的分类 原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。 ②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。 ③燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 （2）判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 （3）化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行回收利用。 （4）化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。 2．一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 （二）、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O （1）负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 （2）放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 （3）充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 （三）、燃料电池 1．燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 （1）基本构造 （2）工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.能量转换 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。 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。 4．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。 1．（2021·广东·高考真题）火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时 A．负极上发生还原反应 B．在正极上得电子 C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能 【答案】B 【解析】根据题干信息可知，放电时总反应为4Na+3CO2=2Na2CO3+C。A．放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+，故A错误；B．放电时正极为CO2得到电子生成C，故B正确；C．放电时阳离子移向还原电极，即阳离子由负极移向正极，故C错误；D．放电时装置为原电池，能量转化关系为化学能转化为电能和化学能等，故D错误；综上所述，符合题意的为B．故答案为B。 2．（2021·山东·高考真题）以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是 A．放电过程中，K+均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小 C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大 D．消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L 【答案】C 【解析】碱性环境下，甲醇燃料电池总反应为：2CH3OH+3O2+4KOH=2K2CO3+6H2O；N2H4-O2清洁燃料电池总反应为：N2H4+O2=N2+2H2O；偏二甲肼[(CH3)2NNH2]中C和N的化合价均为-2价，H元素化合价为+1价，所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为：(CH3)2NNH2+4O2+4KOH=2K2CO3+N2+6H2O，据此结合原电池的工作原理分析解答。A．放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；B．根据上述分析可知，N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量减小，B错误；C．理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量（物质的量表达式）分别是：、、，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；D．根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误；故选C。 3．（2016·上海·高考真题）图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示 A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 【答案】C 【解析】铜锌原电池中，Zn是负极，失去电子发生氧化反应，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，电极反应为 2H++2e-=H2↑。A．Cu是正极，氢离子得电子发生还原反应，Cu棒的质量不变，故A错误；B．由于Zn是负极，不断发生反应Zn-2e-=Zn2+，所以溶液中c（Zn2+）增大，故B错误；C．由于反应不断消耗H+，所以溶液的c（H+）逐渐降低，故C正确；D．SO42-不参加反应，其浓度不变，故D错误；故选C。 4．（2016·浙江·高考真题）MgH2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图。下列说法不正确的是 A．石墨电极是该电池的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．Mg电极的电极反应式：Mg－2e－＝Mg2＋ D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极 【答案】D 【解析】A．Mg易失电子发生氧化反应而作负极，石墨电极是该电池的正极，选项A正确；B．H2O2在石墨电极上得电子发生还原反应，选项B正确；C．Mg易失电子发生氧化反应而作负极，电极反应为：Mg-2e-=Mg2+，选项C正确；D．电池工作时，电子从负极Mg电极经导线流向石墨电极，但是电子不会经过电解质溶液，选项D错误。答案选D。 5．（2016·浙江·高考真题）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．甲、乙装置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 【解析】A．装置甲的锌片与硫酸反应生成硫酸锌和氢气，装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，铜片作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应，所以甲的锌片上和装置乙的铜片上均可观察到有气泡产生，故A正确；B．装置甲的锌片与硫酸反应生成硫酸锌和氢气没有形成原电池，故B错误；C．装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，所以锌、铜之间用导线连接电流计，可观察到电流计指针发生偏转，故C正确；D．装置乙中锌片、铜片和稀硫酸组成的原电池装置中，锌片的活泼性大于铜片的活泼性，所以锌片作负极，负极上锌失电子发生氧化反应，电极反应式：Zn-2e-═Zn2+，故D正确；故选B。 6．（2019·浙江·高考真题）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是 A． Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加 B． 正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O=2Ag＋2OH− C． 锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D． 使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 【答案】A 【解析】A．Zn较Cu活泼，做负极，Zn失电子变Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和H+迁移至铜电极，H+氧化性较强，得电子变H2，因而c(H+)减小，A项错误；B． Ag2O作正极，得到来自Zn失去的电子，被还原成Ag，结合KOH作电解液，故电极反应式为Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH−，B项正确；C．Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C项正确；D．铅蓄电池总反应式为PbO2 + Pb + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D项正确。故答案选A。 7．（2020·全国III卷·高考真题）一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：该电池工作时，下列说法错误的是 A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应 B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高 C．电池总反应为 D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极 【答案】B 【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成和，反应的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH-，反应的电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应方程式为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8+4，据此分析。A．当负极通过0.04mol电子时，正极也通过0.04mol电子，根据正极的电极方程式，通过0.04mol电子消耗0.01mol氧气，在标况下为0.224L，A正确；B．反应过程中正极生成大量的OH-使正极区pH升高，负极消耗OH-使负极区OH-浓度减小pH降低，B错误；C．根据分析，电池的总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8+4，C正确；D．电池中，电子由VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极→负载→VB2电极→KOH溶液→复合碳电极，D正确；故选B。 8．（2020·山东·高考真题）微生物脱盐电池是一种高效、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NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 A．负极反应为 B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1 【答案】B 【解析】据图可知a极上CH3COOˉ转化为CO2和H+，C元素被氧化，所以a极为该原电池的负极，则b极为正极。A．a极为负极，CH3COOˉ失电子被氧化成CO2和H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COOˉ+2H2O-8eˉ=2CO2↑+7H+，故A正确；B．为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a极，则隔膜1为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b极，则隔膜2为阳离子交换膜，故B错误；C．当电路中转移1mol电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有1molClˉ移向负极，同时有1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为58.5g，故C正确；D．b极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为2H++2eˉ=H2↑，所以当转移8mol电子时，正极产生4mol气体，根据负极反应式可知负极产生2mol气体，物质的量之比为4:2=2:1，故D正确；故答案为B。 9．（2021·河北·高考真题）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是 A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过 B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水 【答案】D 【解析】由图可知，a电极为原电池的负极，单质钾片失去电子发生氧化反应生成钾离子，电极反应式为K—e-=K+，b电极为正极，在钾离子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成超氧化钾；据以上分析解答。A．金属性强的金属钾易与氧气反应，为防止钾与氧气反应，电池所选择隔膜应允许通过，不允许通过，故A正确；B．由分析可知，放电时，a为负极，b为正极，电流由b电极沿导线流向a电极，充电时，b电极应与直流电源的正极相连，做电解池的为阳极，故B正确；C．产生1Ah电量时电路中转移0.0373mol电子，由分析可知，生成1mol超氧化钾时，消耗1mol氧气，两者的质量比值为(1mol×71g/mol)：(1mol×32g/mol)≈2.22：1，故C正确；D．铅酸蓄电池充电时的总反应方程式为2PbSO4+2H2O＝PbO2+Pb+2H2SO4，反应消耗2mol水，转移2mol电子，由得失电子数目守恒可知，耗钾时，铅酸蓄电池消耗水的质量为×18g/mol=1.8g，故D错误；故选D。 10．（2022·湖南·高考真题）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是 A．海水起电解质溶液作用 B．N极仅发生的电极反应： C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D．该锂-海水电池属于一次电池 【答案】B 【解析】锂海水电池的总反应为2Li+2H2O═2LiOH+H2↑， M极上Li失去电子发生氧化反应，则M电极为负极，电极反应为Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，同时氧气也可以在N极得电子，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。A．海水中含有丰富的电解质，如氯化钠、氯化镁等，可作为电解质溶液，故A正确；B．由上述分析可知，N为正极，电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，和反应O2+4e-+2H2O=4OH-，故B错误；C．Li为活泼金属，易与水反应，玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反应，并能传导离子，故C正确；D．该电池不可充电，属于一次电池，故D正确；答案选B。 11．（2022·辽宁·高考真题）某储能电池原理如图。下列说法正确的是 A．放电时负极反应： B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移 C．放电时每转移电子，理论上吸收 D．充电过程中，溶液浓度增大 【答案】A 【解析】放电时负极反应：，正极反应：Cl2+2e-=2Cl-，消耗氯气，放电时，阴离子移向负极，充电时阳极：2Cl--2e-=Cl2，由此解析。A． 放电时负极失电子，发生氧化反应，电极反应：，故A正确；B． 放电时，阴离子移向负极，放电时透过多孔活性炭电极向NaCl中迁移，故B错误；C． 放电时每转移电子，正极：Cl2+2e-=2Cl-，理论上释放，故C错误；D． 充电过程中，阳极：2Cl--2e-=Cl2，消耗氯离子，溶液浓度减小，故D错误；故选A。 12．（2022·福建·高考真题）一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为和水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是 A．化学自充电时，增大 B．化学自充电时，电能转化为化学能 C．化学自充电时，锌电极反应式： D．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗 【答案】A 【解析】A．由图可知，化学自充电时，消耗O2，该反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，增大，故A正确；B．化学自充电时，无需外接电源即能实现化学自充电，该过程不是电能转化为化学能，故B错误；C．由图可知，化学自充电时，锌电极作阴极，该电极的电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；D．放电时，1mol转化为 ，消耗2nmol K+，外电路通过电子时，正极物质增加0.02mol K+，增加的质量为0.02mol×39g/mol =0.78g，故D错误；故选A。 13．（2024·安徽·高考真题）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和为电极，以和混合液为电解质溶液。下列说法错误的是 A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键 B．电池总反应为： C．充电时，阴极被还原的主要来自 D．放电时，消耗，理论上转移电子 【答案】C 【解析】由图中信息可知，该新型水系锌电池的负极是锌、正极是超分子材料；负极的电极反应式为，则充电时，该电极为阴极，电极反应式为；正极上发生，则充电时，该电极为阳极，电极反应式为。A．标注框内所示结构属于配合物，配位体中存在碳碳单键、碳碳双键、碳氮单键、碳氮双键和碳氢键等多种共价键，还有由提供孤电子对、提供空轨道形成的配位键，A正确；B．由以上分析可知，该电池总反应为，B正确；C．充电时，阴极电极反应式为，被还原的Zn2+主要来自电解质溶液，C错误；D．放电时，负极的电极反应式为，因此消耗0.65 g Zn（物质的量为0.01mol），理论上转移0.02 mol电子，D正确；综上所述，本题选C。 14．（2024·全国甲卷·高考真题）科学家使用研制了一种可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，电极上检测到和少量。下列叙述正确的是 A．充电时，向阳极方向迁移 B．充电时，会发生反应 C．放电时，正极反应有 D．放电时，电极质量减少，电极生成了 【答案】C 【解析】Zn具有比较强的还原性，具有比较强的氧化性，自发的氧化还原反应发生在Zn与MnO2之间，所以电极为正极，Zn电极为负极，则充电时电极为阳极、Zn电极为阴极。A．充电时该装置为电解池，电解池中阳离子向阴极迁移，即向阴极方向迁移，A不正确；B．放电时，负极的电极反应为，则充电时阴极反应为Zn2++2e-=Zn，即充电时Zn元素化合价应降低，而选项中Zn元素化合价升高，B不正确；C．放电时电极为正极，正极上检测到和少量，则正极上主要发生的电极反应是，C正确；D．放电时，Zn电极质量减少0.65g（物质的量为0.010mol），电路中转移0.020mol电子，由正极的主要反应可知，若正极上只有生成，则生成的物质的量为0.020mol，但是正极上还有生成，因此，的物质的量小于0.020mol，D不正确；综上所述，本题选C。 15．（2024·上海·高考真题）已知： ① ② ③ （4）根据如图，写出电极a的电极反应式 。 （5）关于上述电化学反应过程，描述正确的是_______。 A．该装置实现电能转化为化学能 B．电极b是负极 C．电子从电极a经过负载到电极b再经过水体回到电极a D．每参与反应时，转移电子 （6）解释在溶液中氧气的浓度变大后，为何有利于的除去，但不利于硝酸根的除去。 。 【答案】（4） （5）B （6）氧气浓度增大后，O2也会在正极参与得到电子，总得到电子增加，（CH2O)n消耗更有效，但由于氧气的参与，当相同量的（CH2O)n参与反应时，得电子数量则下降，除去效应下降，不利于硝酸根的除去 【解析】（4）电极a上得到电子变为N2，电极反应式为：； （5）A．由图可知，电极与负载相连接，该装置为原电池，能实现化学能到电能的转化，故A错误； B．电极b上失去电子变为CO2，电极b是负极，故B正确； C．电极a为正极，电极b为负极，电子从电极b经过负载到电极a，电子不会进入水体中，故C错误； D．电极b的电极反应式为：，每参与反应时，转移电子，故D错误； 故选B； （6）氧气浓度增大后，O2也会在正极参与得到电子，总得到电子增加，（CH2O)n消耗更有效，但由于氧气的参与，当相同量的（CH2O)n参与反应时，得电子数量则下降，除去效应下降，不利于硝酸根的除去。 16．（2018·天津·高考真题）CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题： （3）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4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−6O2− 6CO2+6O2−3C2O42−+6O2 反应过程中O2的作用是 。 该电池的总反应式： 。 【答案】 Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+） 催化剂 2Al+6CO2=Al2(C2O4)3 【解析】（3）明显电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，方程式为：Al–3e–=Al3+（或2Al–6e–=2Al3+）。根据电池的正极反应，氧气再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到，总反应为：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。 一、电解原理 1．实验探究：电解CuCl2溶液 按下图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象 实验结论 原因分析 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 自由运动离子发生定向移动 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 2．电解和电解池 （1）电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 （2）电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 （3）电解池的构成条件 ①直流电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。 3．电解原理 二、电解规律 1．电解池电极反应式的书写 （1）常见微粒的放电顺序 阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… 阳极：活性电极＞S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根 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。 （2）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。 2．电解后溶液的复原规律 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： （1）电解H2O型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ 2H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O （2）电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2 （3）电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3 3.电解池中的守恒规律 同一电路中转移的电子数是相等的，利用电子守恒使各电极得失电子均相等，在各极反应式中建立联系。 三、电解应用 （一）、电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 1．电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 ③总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2．氯碱工业生产流程 工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。 （1）阳离子交换膜电解槽 （2）阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。 3．氯碱工业产品及其应用 （1）氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。 （2）电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 （二）、电镀　电冶金 1．电镀与电解精炼 电镀是一种利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加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀 电解精炼 装置 阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极材料 镀件金属Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等 阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 溶液变化 Cu2＋浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 2.电冶金 （1）金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。 （2）电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的电极反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 1．（2017·全国II卷·高考真题）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是 A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为： D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【答案】C 【解析】A．根据原理可知，Al要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，故A说法正确；B．不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故B说法正确；C．阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是H＋放电，即2H＋＋2e－=H2↑，故C说法错误；D．根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故D说法正确。 2．（2017·海南·高考真题）一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是 A．Pd电极b为阴极 B．阴极的反应式为：N2+6H++6e−2NH3 C．H+由阳极向阴极迁移 D．陶瓷可以隔离N2和H2 【答案】A 【解析】A．此装置为电解池，总反应是N2＋3H2=2NH3，Pd电极b上是氢气发生反应，即氢气失去电子化合价升高，Pd电极b为阳极，故A说法错误；B．根据A选项分析，Pd电极a为阴极，反应式为N2＋6H＋＋6e－=2NH3，故B说法正确；C．根据电解的原理，阴极上发生还原反应，即有阳极移向阴极，故C说法正确；D．根据装置图，陶瓷隔离N2和H2，故D说法正确。 3．（2016·北京·高考真题）用石墨电极完成下列电解实验 实验一 实验二 装置 现象 A．d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生…… 下列对实验现象的解释或推测不合理的是 A．d处：2H2O+2e-=H2↑+2OH- B．b处：2Cl--2e-=Cl2↑ C．c处发生了反应：Fe-2e-=Fe2+ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 【答案】B 【解析】A．A．d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，破坏了水的电离平衡，氢氧根离子浓度增大造成的，A正确；B．b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氢氧根和氯离子同时放电，分别产生氧气和氯气，氢离子浓度增大，酸性增强，氯气与水反应生成的次氯酸具有漂白性，B错误；C．c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，C正确；D．实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池（一个球两面为不同的两极），m为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极（n的背面），故相当于电镀，即m上有铜析出，D正确；答案选B。 4．（2016·全国I卷·高考真题）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。下列叙述正确的是 A．通电后中间隔室的SO42-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1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成 【答案】B 【解析】A．根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正电荷较多的阳极区定向移动，因此通电后中间隔室的SO42－离子向正极迁移；在正极区带负电荷的OH－失去电子，发生氧化反应而放电，由于破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(H＋)>c(OH－)，所以正极区溶液酸性增强，溶液的pH减小，故A错误；B．阳极区氢氧根放电，溶液中产生硫酸，阴极区氢离子获得电子，发生还原反应而放电，破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中c(OH－)>c(H＋)，所以产生氢氧化钠，因此该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品，故B正确；C．负极区氢离子得到电子，使溶液中c(H＋)增大，所以负极区溶液pH升高，故C错误；D．当电路中通过1mol电子的电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知反应产生氧气的物质的量是n(O2)=1mol÷4=0.25mol，故D错误。故选B。 5．（2020·浙江·高考真题）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是（   ） A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出 D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量 【答案】D 【解析】氯碱工业中的总反应为2Cl-+2H2O 2OH-+H2↑+Cl2↑；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业中Cl2为氧化产物，所以电极A为阳极，电极B为阴极，据此作答。A．根据分析可知电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气，故A正确；B．阳极发生的方程式为：2Cl--2e-═Cl2↑，阴极：2H2O+2e-═H2↑+2OH-；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从d口流出，所以要防止OH-流向阳极即电极A，该离子交换膜为阳离子交换膜，故B正确；C．根据B选项的分析可知饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出，故C正确；D．因为有离子交换膜的存在，OH-不发生迁移，故D错误；故答案为D。 6．（2018·全国I卷·高考真题）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】该装置属于电解池，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，石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，据此解答。A．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+H＋+2e－＝CO+H2O，A正确；B．根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－＝2H＋+S，因此总反应式为CO2+H2S＝CO+H2O+S，B正确；C．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；D．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＋，溶液需要酸性，D正确。答案选C。 7．（2020·浙江·高考真题）电解高浓度(羧酸钠)的溶液，在阳极放电可得到(烷烃)。下列说法不正确的是 A．电解总反应方程式： B．在阳极放电，发生氧化反应 C．阴极的电极反应： D．电解、和混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷 【答案】A 【解析】A．因为阳极RCOO-放电可得到R-R(烷烃)和产生CO2，在强碱性环境中，CO2会与OH-反应生成CO32-和H2O，故阳极的电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O，阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH-，阴极的电极反应式为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，因而电解总反应方程式为2RCOONa+2NaOHR-R+2Na2CO3+H2↑，故A说法不正确；B．RCOO-在阳极放电，电极反应式为2RCOO--2e-+4OH-=R-R+2CO32-+2H2O， -COO-中碳元素的化合价由+3价升高为+4价，发生氧化反应，烃基-R中元素的化合价没有发生变化，故B说法正确；C．阴极上H2O电离产生的H+放电生成H2，同时生成OH-，阴极的电极反应为2H2O+2e-=2OH-+H2↑，故C说法正确；D．根据题中信息，由上述电解总反应方程式可以确定下列反应能够发生：2CH3COONa+2NaOHCH3-CH3+2Na2CO3+H2↑，2CH3CH2COONa+2NaOHCH3CH2-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑，CH3COONa+CH3CH2COONa+2NaOHCH3-CH2CH3+2Na2CO3+H2↑。因此，电解CH3COONA．CH3CH2COONa和NaOH 的混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷，D说法正确。答案为A。 8．（2021·全国甲卷·高考真题）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．在上述电化学合成过程中只起电解质的作用 B．阳极上的反应式为：+2H++2e-=+H2O C．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子 D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移 【答案】D 【解析】该装置通电时，乙二酸被还原为乙醛酸，因此铅电极为电解池阴极，石墨电极为电解池阳极，阳极上Br-被氧化为Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，双极膜中间层的H+在直流电场作用下移向阴极，OH-移向阳极。A．KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；B．阳极上为Br-失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；C．电解过程中阴阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，根据转移电子守恒可知每生成1mol乙醛酸转移电子为1mol，因此制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；D．由上述分析可知，双极膜中间层的H+在外电场作用下移向阴极，即H+移向铅电极，故D正确；综上所述，说法正确的是D．故答案为D。 9．（2021·湖北·高考真题）Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是 A．电解时只允许H+通过离子交换膜 B．生成O2和H2的质量比为8∶1 C．电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大 D．CrO3的生成反应为：Cr2O+2H+=2CrO3+H2O 【答案】A 【解析】根据左侧电极上生成，右侧电极上生成，知左侧电极为阳极，发生反应：，右侧电极为阴极，发生反应：；由题意知，左室中随着浓度增大转化为，因此阳极生成的不能通过离子交换膜。A．由以上分析知，电解时通过离子交换膜的是，A项错误；B．根据各电极上转移电子数相同，由阳极反应和阴极反应，知生成和的物质的量之比为1∶2，其质量比为8∶1，B项正确；C．根据阴极反应知，电解一段时间后阴极区溶液的浓度增大，C项正确：D．电解过程中阳极区的浓度增大，转化为，D项正确。故选A。 10．（2022·广东·高考真题）以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中 A．阴极发生的反应为 B．阴极上被氧化 C．在电解槽底部产生含的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等 【答案】C 【解析】根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含和等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和Al3+，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3+得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。A．阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；B．Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；C．阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；D．因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误；故选C。 11．（2022·天津·高考真题）实验装置如图所示。接通电源后，用碳棒(a＇、b＇)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a＇端的字迹呈白色。下列结论正确的是 A．a为负极 B．b＇端的字迹呈蓝色 C．电子流向为： b→b＇→a＇→a D．如果将a＇、b＇换成铜棒，与碳棒作电极时的现象相同 【答案】B 【解析】在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a＇端的字迹呈白色，说明a＇端产生的氯气，氯气与水生成的次氯酸将石蕊试纸漂白了，则a＇端为阳极。A．a＇端为阳极，则a为正极，故A错误；B．b＇端是阴极，水中氢离子消耗，剩余氢氧根，氢氧根与石蕊溶液的湿润试纸呈蓝色，故B正确；C．电子在导线中移动，不在溶液中移动，因此电子流向为： b(负极)→b＇(阴极)，a＇(阳极)→a(正极)，故C错误；D．如果将a＇、b＇换成铜棒，a＇的铜失去电子变为铜离子，与碳棒作电极时的现象不相同，故D错误。综上所述，答案为B。 12．（2023·辽宁·高考真题）某无隔膜流动海水电解法制的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是 A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移生成 C．电解后海水下降 D．阳极发生： 【答案】D 【解析】根据图示，钛网上海水中Cl-、H2O发生失电子的氧化反应生成HClO、O2，钛网为阳极，电极反应式为Cl-+H2O-2e-=HClO+H+，钛箔上生成H2，钛箔上生成H2的电极反应为2H++2e-=H2↑，钛箔为阴极，高选择性催化剂PRT可抑制O2产生，电解的主要总反应为Cl-+2H2OHClO+H2↑+OH-，以此解题。A．由分析可知，a为正极，b电极为负极，则a端电势高于b端电势，A错误；B．右侧电极上产生氢气的电极方程式为：2H++2e-=H2↑，则理论上转移生成，B错误；C．由分析可知，电解的主要总反应为Cl-+2H2OHClO+H2↑+OH-，电解后海水中OH-浓度增大，pH上升，C错误；D．由图可知，阳极上的电极反应为：，D正确；故选D。 13．（2023·广东·高考真题）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合，一段时间后 A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是和 B．a处布条褪色，说明具有漂白性 C．b处出现蓝色，说明还原性： D．断开，立刻闭合，电流表发生偏转 【答案】D 【解析】闭合，形成电解池，电解饱和食盐水，左侧为阳极，阳极氯离子失去电子生成氯气，电极反应为2Cl-—2e-=Cl2↑，右侧为阴极，阴极电极反应为2H++2e-=H2↑，总反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，据此解答。A．根据分析，U型管两侧均有气泡冒出，分别是和，A错误；B．左侧生成氯气，氯气遇到水生成HClO，具有漂白性，则a处布条褪色，说明HClO具有漂白性，B错误；C．b处出现蓝色，发生Cl2+2KI=I2+2KCl，说明还原性：，C错误；D．断开，立刻闭合，此时构成氢氯燃料电池，形成电流，电流表发生偏转，D正确；故选D。 14．（2024·湖南·高考真题）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是 A．电解时，向Ni电极移动 B．生成的电极反应： C．电解一段时间后，溶液pH升高 D．每生成的同时，生成 【答案】B 【解析】由电解原理图可知，Ni电极产生氢气，作阴极，发生还原反应，电解质溶液为KOH水溶液，则电极反应为：；Pt电极失去电子生成，作阳极，电极反应为：，同时，Pt电极还伴随少量生成，电极反应为：。A．由分析可知，Ni电极为阴极，Pt电极为阳极，电解过程中，阴离子向阳极移动，即向Pt电极移动，A错误；B．由分析可知，Pt电极失去电子生成，电解质溶液为KOH水溶液，电极反应为：，B正确；C．由分析可知，阳极主要反应为：，阴极反应为：，则电解过程中发生的总反应主要为：，反应消耗，生成，电解一段时间后，溶液pH降低，C错误；D．根据电解总反应：可知，每生成1mol，生成0.5mol，但Pt电极伴随少量生成，发生电极反应：，则生成1molH2时得到的部分电子由OH-放电产生O2提供，所以生成小于0.5mol，D错误；故选B。 15．（2012·海南·高考真题）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CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。 回答下列问题： （1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为 、 。 （2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是 ，电解氯化钠溶液的总反应方程式为 ； （3）若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为 （法拉第常数F=9.65×l04C．mol-1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为 L(标准状况)。 【答案】 （1） O2+2H2O +4e—=4OH— CH4+10OH--8e—=CO32-+ 7H2O （2） H2 2NaCl+2H2O2NaOH+ H2↑+ Cl2↑ （3） （1L/22.4L.mol-1）×8×9.65× 104C·mol-1 =3.45×104C 4 【解析】（1）碱性条件下甲烷燃料电池正极的电极反应为O2＋2H2O＋4e－=4OH－，负极的电极反应为CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O； （2）a极是阳极，b极是阴极，所以b电极上氢离子得电子，得到的是H2，电解饱和氯化钠溶液时，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时溶液中产生氢氧化钠，所以电池反应式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑； （3）根据的负极反应式，通入1mol甲烷时失电子8mol，总电量为8×96500C，由于图中的两个电池是串联，故可知线路上转移的电子与一个燃料电池时相同，若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，物质的量为1/22.4mol，反应完全，则理论上通过电解池的电量为：（1L/22.4L.mol-1）×8×9.65×104C · mol－1=3.45×104C；最多能产生的氯气体积为4L。 16．（2024·北京·高考真题）是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备。 （3）方法三：研究表明可以用电解法以为氮源直接制备，其原理示意图如下。 ①电极a表面生成的电极反应式： 。 ②研究发现：转化可能的途径为。电极a表面还发生iii．。iii的存在，有利于途径ii，原因是 。 【答案】（3） 反应iii生成，将氧化成，更易转化成 【解析】（3）①由电极a上的物质转化可知，氮元素化合价升高，发生氧化反应，电极a为阳极，电极反应式为； ②反应iii生成，将氧化成，更易转化成。 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 （1）概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 （2）根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 特别提醒　金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 3.实验探究：电化学腐蚀 （1） 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 （2） 实验操作 实验现象 实验解释 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快 （3）结论：①电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍。②电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 二、金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 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。 [实验探究一] 如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。 已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。 实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区) 现象 指针偏转 Zn溶解 有气泡产生，无蓝色沉淀生成 有关反应 — Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 结论 溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀 [实验探究二：] 在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均匀，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。 实验装置 现象 铁钉周围变红 铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红 结论 铁作为负极时易被腐蚀，作为正极时未被腐蚀 （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。 1．（2022·广东·高考真题）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是 A．加入溶液产生沉淀 B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现 C．加入溶液无红色出现 D．加入溶液无蓝色沉淀生成 【答案】D 【解析】镀层有破损的镀锌铁片被腐蚀，则将其放入到酸化的3%NaCl溶液中，会构成原电池，由于锌比铁活泼，作原电池的负极，而铁片作正极，溶液中破损的位置会变大，铁也会继续和酸化的氯化钠溶液反应产生氢气，溶液中会有亚铁离子生成，据此分析解答。A．氯化钠溶液中始终存在氯离子，所以加入硝酸银溶液后，不管铁片是否被腐蚀，均会出现白色沉淀，故A不符合题意；B．淀粉碘化钾溶液可检测氧化性物质，但不论铁片是否被腐蚀，均无氧化性物质与碘化钾发生反应，故B不符合题意；C．KSCN溶液可检测铁离子的存在，上述现象中不会出现铁离子，所以无论铁片是否被腐蚀，加入KSCN溶液后，均无红色出现，故C不符合题意；D．K3[Fe(CN)6]是用于检测Fe2+的试剂，若铁片没有被腐蚀，则溶液中不会生成亚铁离子，则加入K3[Fe(CN)6]溶液就不会出现蓝色沉淀，故D符合题意。综上所述，答案为D。 2．（2018·北京·高考真题）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 ② ③ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 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】A．对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe（CN）6]无明显变化，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，③Fe附近的溶液中含Fe2+，②中Fe被保护；B．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+；C．对比①②，①也能检验出Fe2+，不能用①的方法验证Zn保护Fe；D．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。A．对比②③，②Fe附近的溶液中加入K3[Fe（CN）6]无明显变化，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，③Fe附近的溶液中含Fe2+，②中Fe被保护，A项正确；B．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项正确；C．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项正确；D．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项错误；答案选D。 3．（2019·江苏·高考真题）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】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e-=4OH-；据此解题；A．在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，故A错误；B．铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；C．活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；D．以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；综上所述，本题应选C． 4．（2024·湖北·高考真题）2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是 A．发蓝处理 B．阳极氧化 C．表面渗镀 D．喷涂油漆 【答案】D 【解析】A．发蓝处理技术通常用于钢铁等黑色金属，通过在空气中加热或直接浸泡于浓氧化性溶液中来实现，可在金属表面形成一层极薄的氧化膜，这层氧化膜能有效防锈，A不符合题意；B．阳极氧化是将待保护的金属与电源正极连接，在金属表面形成一层氧化膜的过程，B不符合题意；C．表面渗镀是在高温下将气态、固态或熔化状态的欲渗镀的物质(金属或非金属元素)通过扩散作用从被渗镀的金属的表面渗入内部以形成表层合金镀层的一种表面处理的方法，C不符合题意；D．喷涂油漆是将油漆涂在待保护的金属表面并没有在表面形成钝化膜，D符合题意；故答案选D。 5．（2022·辽宁·高考真题）镀锌铁钉放入棕色的碘水中，溶液褪色；取出铁钉后加入少量漂白粉，溶液恢复棕色；加入，振荡，静置，液体分层。下列说法正确的是 A．褪色原因为被还原 B．液体分层后，上层呈紫红色 C．镀锌铁钉比镀锡铁钉更易生锈 D．溶液恢复棕色的原因为被氧化 【答案】D 【解析】A．比活泼，更容易失去电子，还原性更强，先与发生氧化还原反应，故溶液褪色原因为被还原，A项错误；B．液体分层后，在层，的密度比水大，则下层呈紫红色，B项错误；C．若镀层金属活泼性大于，则不易生锈，反之，若活泼性大于镀层金属，则更易生锈，由于活泼性：，则镀锡铁钉更易生锈，C项错误；D．漂白粉的有效成分为，其具有强氧化性，可将氧化，D项正确；答案选D。 6．（2020·江苏·高考真题）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是 A．阴极的电极反应式为 B．金属M的活动性比Fe的活动性弱 C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快 【答案】C 【解析】该装置为原电池原理的金属防护措施，为牺牲阳极的阴极保护法，金属M作负极，钢铁设备作正极，据此分析解答。A．阴极的钢铁设施实际作原电池的正极，正极金属被保护不失电子，故A错误；B．阳极金属M实际为原电池装置的负极，电子流出，原电池中负极金属比正极活泼，因此M活动性比Fe的活动性强，故B错误；C．金属M失电子，电子经导线流入钢铁设备，从而使钢铁设施表面积累大量电子，自身金属不再失电子从而被保护，故C正确；D．海水中的离子浓度大于河水中的离子浓度，离子浓度越大，溶液的导电性越强，因此钢铁设施在海水中的腐蚀速率比在河水中快，故D错误；故选：C。 7．（2012·山东·高考真题）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】A．图a中应该是与溶液液面接触处最易腐蚀，因为与氧气接触面积大，A错；B．图b中，开关置于N处，形成原电池，N处中Zn腐蚀加快，Cu﹣Zn合金的腐蚀速率减小，B正确；C．图c中接通开关，Zn做负极，发生析氢腐蚀，Zn腐蚀加快，Pt是产生气泡加快，C错；D．图d中，Zn-MnO2干电池自放电腐蚀，Zn是负极，发生氧化反应，因而主要是由Zn的氧化作用引起的，D错误。答案选B。 8．（2017·浙江·高考真题）在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现，铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。 下列说法正确的是 A．铁片发生还原反应而被腐蚀 B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀 【答案】D 【解析】A．铁作负极，发生失电子的氧化反应，选项A错误；B．铁片负极腐蚀最严重，由于离子的移动，在正极区域生成铁锈最多，选项B错误；C．铁作负极，发生失电子的氧化反应，即Fe-2e-=Fe2+，选项C错误；D．在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀，铁作负极，碳作正极，选项D正确。答案选D。 9．（2017·全国I卷·高考真题）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】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。A．外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A正确；B．通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B正确；C．高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；D．通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D正确。答案选C。 10．（2023·广东·高考真题）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是 A．作原电池正极 B．电子由经活性炭流向 C．表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下的，最多去除 【答案】B 【解析】在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Ag失去电子与溶液中的Cl-反应，Ag为负极。A．由分析可知，Ag失去电子与溶液中的Cl-反应生成AgCl，Ag为负极，A错误；B．电子由负极经活性炭流向正极，B正确；C．溶液为酸性，故表面发生的电极反应为，C错误；D．每消耗标准状况下的，转移电子2mol，而失去2mol电子，故最多去除，D错误。 故选B。 11．（2024·浙江·高考真题）破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成和，下列说法不正确的是 A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大 B．随着腐蚀的进行，溶液变大 C．铁电极上的电极反应式为： D．每生成标准状况下，消耗 【答案】C 【解析】A．氨水浓度越大，越容易生成，腐蚀趋势越大，A正确；B．腐蚀的总反应为Zn+4NH3•H2O=+H2↑+2H2O+2OH-，有OH-离子生成，溶液变大，B正确；C．该电化学腐蚀中Zn作负极，Fe作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，铁电极上的电极反应式为：，C错误；D．根据得失电子守恒，每生成标准状况下，转移电子数为，消耗，D正确；故选C。 12．（2024·浙江·高考真题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图： 下列说法正确的是 A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子 B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应： C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应 【答案】B 【解析】A．图1为牺牲阳极的阴极保护法，牺牲阳极一般为较活泼金属，其作为原电池的负极，其失去电子被氧化；图2为外加电流保护法，阳极材料为辅助阳极，其通常是惰性电极，本身不失去电子，电解质溶液中的阴离子在其表面失去电子，如海水中的，A不正确；B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面积累的电子很多，除了海水中的放电外，海水中溶解的也会竞争放电，故可发生，B正确；C．图2为外加电流保护法，理论上只要能对抗钢闸门表面的腐蚀电流即可，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时保护效果最好；腐蚀电流会随着环境的变化而变化，若外加电压保持恒定不变，则不能保证抵消腐蚀电流，不利于提高对钢闸门的防护效果，C不正确；D．图1当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸门被保护，钢闸门不发生化学反应，图2中当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，说明钢闸门被保护，辅助阳极上发生了氧化反应，D不正确；综上所述，本题选B。 13．（2024·广东·高考真题）我国自主设计建造的浮式生产储御油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是 A．钢铁外壳为负极 B．镶嵌的锌块可永久使用 C．该法为外加电流法 D．锌发生反应： 【答案】D 【解析】钢铁外壳镶嵌了锌块，由于金属活动性Zn＞Fe，即锌块为负极，钢铁为正极，形成原电池，Zn失去电子，发生还原反应，，从而保护钢铁，延缓其腐蚀。A．由于金属活动性Zn＞Fe，钢铁外壳为正极，锌块为负极，故A错误；B．Zn失去电子，发生氧化反应，，镶嵌的锌块会被逐渐消耗，需根据腐蚀情况进行维护和更换，不能永久使用，故B错误；C．由分析得，该方法为牺牲阳极的阴极保护法，故C错误；D．Zn失去电子，发生氧化反应：，故D正确；故选D。 14．（2016·天津·高考真题）下列叙述正确的是 A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(△H) B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关 C．原电池中发生的反应达平衡时，该电池仍有电流产生 D．在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小 【答案】D 【解析】A．催化剂能降低反应的活化能从而改变反应速率，但不改变化学平衡，则不能改变反应的反应热，故A错误；B．金属发生吸氧腐蚀时，氧气浓度越大，腐蚀的速率越快，故B错误；C．原电池中发生的反应达平衡时，各组分浓度不再改变，电子转移总量为0，该电池无电流产生，故C错误；D．在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小，故D正确；故选D。 一、选择题（每题只有一个正确答案，每题4分，共68分） 1．（2019·江苏·高考真题）氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是 A．一定温度下，反应2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0 B．氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e−=4OH− C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023 D．反应2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：∆H=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和 【答案】A 【解析】A．体系能量降低和混乱度增大都有促使反应自发进行的倾向，该反应属于混乱度减小的反应，能自发说明该反应为放热反应，即∆H<0，故A正确；B．氢氧燃料电池，氢气作负极，失电子发生氧化反应，中性条件的电极反应式为：2H2 - 4e- =4H+，故B错误；C．常温常压下，Vm≠22.4L/mol，无法根据气体体积进行微粒数目的计算，故C错误；D．反应中，应该如下估算：∆H=反应中断裂旧化学键的键能之和-反应中形成新共价键的键能之和，故D错误；故选A。 2．（2024·北京·高考真题）酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是 A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，向负极方向移动 C．发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为 【答案】D 【解析】A．酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，故A错误；B．原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，故B错误；C．发生得电子的还原反应，故C错误；D．锌筒为负极，负极发生失电子的氧化反应，故D正确；故选D。 3．（2019·江苏·高考真题）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】根据实验所给条件可知，本题铁发生的是吸氧腐蚀，负极反应为：Fe-2e-=Fe2+；正极反应为：O2+2H2O +4e-=4OH-；据此解题；A．在铁的电化学腐蚀中，铁单质失去电子转化为二价铁离子，即负极反应为：Fe-2e-=Fe2+，故A错误；B．铁的腐蚀过程中化学能除了转化为电能，还有一部分转化为热能，故B错误；C．活性炭与铁混合，在氯化钠溶液中构成了许多微小的原电池，加速了铁的腐蚀，故C正确；D．以水代替氯化钠溶液，水也呈中性，铁在中性或碱性条件下易发生吸氧腐蚀，故D错误；综上所述，本题应选C． 4．（2019·天津·高考真题）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 B．放电时，溶液中离子的数目增大 C．充电时，b电极每增重，溶液中有被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 【答案】D 【解析】放电时，Zn是负极，负极反应式为Zn-2e－═Zn2＋，正极反应式为I2Br－+2e－=2I－+Br－，充电时，阳极反应式为Br－+2I－-2e－=I2Br－、阴极反应式为Zn2＋+2e－=Zn，只有阳离子能穿过交换膜，阴离子不能穿过交换膜，据此分析解答。A．放电时，a电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为I2Br－+2e－=2I－+Br－，故A正确；B．放电时，正极反应式为I2Br－+2e－=2I－+Br－，溶液中离子数目增大，故B正确；C．充电时，b电极反应式为Zn2＋+2e－=Zn，每增加0.65g，转移0.02mol电子，阳极反应式为Br－+2I－-2e－=I2Br－，有0.02molI－失电子被氧化，故C正确；D．充电时，a是阳极，应与外电源的正极相连，故D错误；故选D。 5．（2019·全国III卷·高考真题）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，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。以下说法不正确的是 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】A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，吸附能力强，所沉积的ZnO分散度高，A正确；B．充电相当于是电解池，阳极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知阳极是Ni(OH)2失去电子转化为NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－＝NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；C．放电时相当于是原电池，负极发生失去电子的氧化反应，根据总反应式可知负极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－＝ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；D．原电池中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，则放电过程中OH－通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。答案选D。 6．（2021·辽宁·高考真题）如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物。下列说法正确的是 A．放电时，M电极反应为 B．放电时，由M电极向N电极移动 C．充电时，M电极的质量减小 D．充电时，N电极反应为 【答案】B 【解析】由题干信息可知，放电时，M极由于Li比Ni更活泼，也比N极上的SB．Bi、Sn更活泼，故M极作负极，电极反应为：Li-e-=Li+，N极为正极，电极反应为：3Li++3e-+Bi=Li3Bi，据此分析解题。A．由分析可知，放电时，M电极反应为Li-e-=Li+，A错误；B．由分析可知，放电时，M极为负极，N极为正极，故由M电极向N电极移动，B正确；C．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，M电极的电极反应为：Li++e-= Li，故电极质量增大，C错误；D．由二次电池的原理可知，充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程，充电时，N电极反应为，D错误；故答案为：B。 7．（2021·重庆·高考真题）CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质，当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是 A．CO迁移方向为界面X →电极b B．电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1：1 C．电极b为负极，发生的电极反应为2CO-4e-=O2↑+2CO2↑ D．电池总反应为Li2CO3=Li2O+CO2↑ 【答案】B 【解析】根据图示可知在电极a上O2得到电子变为O2-，所以a电极为正极；在电极b上熔融Li2CO3失去电子变为CO2、O2，所以金属电极b为负极，然后根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则分析判断。A．根据图示可知：电极a上O2得到电子变为O2-，所以a电极为正极；在电极b上熔融Li2CO3失去电子变为CO2、O2，所以金属电极b为负极。CO会向负极区移动，故CO迁移方向为界面X →电极b，A正确；B．在电极a上发生反应：O2+4e-=2O2-，在电极b上发生反应：2CO-4e-= O2↑+2CO2↑，在同一闭合回路中电子转移数目相等，可知电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1：2，B错误；C．电极b为负极，失去电子发生氧化反应 ，则负极的电极反应为2CO-4e-=O2↑+ 2CO2↑，C正确；D．负极上熔融的Li2CO3失去电子被氧化产生O2、CO2气体，反应式为Li2CO3(熔融)=2Li++；2CO-4e-=O2↑+2CO2↑，正极上发生反应：O2+4e-=2O2-，根据在同一闭合回路中电子转移数目相等，将正、负极电极式叠加，可得总反应方程式为：Li2CO3=Li2O+CO2↑，D正确；故合理选项是B。 8．（2022·全国甲卷·高考真题）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是 A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移 C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O 【答案】A 【解析】根据图示的电池结构和题目所给信息可知，Ⅲ区Zn为电池的负极，电极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)，Ⅰ区MnO2为电池的正极，电极反应为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O；电池在工作过程中，由于两个离子选择隔膜没有指明的阳离子隔膜还是阴离子隔膜，故两个离子隔膜均可以通过阴、阳离子，因此可以得到Ⅰ区消耗H+，生成Mn2+，Ⅱ区的K+向Ⅰ区移动或Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，Ⅲ区消耗OH-，生成Zn(OH)，Ⅱ区的SO向Ⅲ区移动或Ⅲ区的K+向Ⅱ区移动。据此分析答题。A．根据分析，Ⅱ区的K+只能向Ⅰ区移动，A错误；B．根据分析，Ⅰ区的SO向Ⅱ区移动，B正确；C．MnO2电极的电极反应式为MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O，C正确；D．电池的总反应为Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O，D正确；故答案选A。 9．（2023·海南·高考真题）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池正极 B．电池工作时，海水中的向a电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量 【答案】A 【解析】铝为活泼金属，发生氧化反应为负极，则石墨为正极；A．由分析可知，b电极为电池正极，A正确；B．电池工作时，阳离子向正极移动，故海水中的向b电极移动，B错误；C．电池工作时，a电极反应为铝失去电子生成铝离子，铝离子水解显酸性，C错误；D．由C分析可知，每消耗1kgAl（为），电池最多向外提供mol电子的电量，D错误；故选A。 10．（2024·新课标卷·高考真题）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时，下列叙述错误的是 A．电池总反应为 B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入 D．两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为b→a 【答案】C 【解析】由题中信息可知，b电极为负极，发生反应，然后再发生；a电极为正极，发生反应，在这个过程中发生的总反应为。A．由题中信息可知，当电池开始工作时，a电极为电池正极，血液中的在a电极上得电子生成，电极反应式为；b电极为电池负极， 在b电极上失电子转化成CuO，电极反应式为，然后葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸，CuO被还原为，则电池总反应为，A正确；B．b电极上CuO将葡萄糖被CuO氧化为葡萄糖酸后被还原为，在b电极上失电子转化成CuO，在这个过程中CuO的质量和化学性质保持不变，因此，CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用，B正确；C．根据反应可知，参加反应时转移2 mol电子，的物质的量为0.1 mmol，则消耗18 mg葡萄糖时，理论上a电极有0.2 mmol电子流入，C错误；D．原电池中阳离子从负极移向正极迁移，故迁移方向为b→a，D正确。综上所述，本题选C。 11．（2024·江苏·高考真题）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向正极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成，转移电子数为 【答案】C 【解析】Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。A．电池工作时，为正极，得到电子，发生还原反应，故A错误；B．电池工作时，通过隔膜向负极移动，故B错误；C．环境温度过低，化学反应速率下降，不利于电池放电，故C正确；D．由电极反应式可知，反应中每生成，转移电子数为，故D错误；故选C。 12．（2022·北京·高考真题）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。 装置 序号 电解质溶液 实验现象 ① 少量溶液 阴极表面产生无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验，电解液中有 ② 过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验，电解液中无元素 下列分析不正确的是 A．①中气体减少，推测是由于溶液中减小，且覆盖铁电极，阻碍与铁接触 B．①中检测到，推测可能发生反应：、 C．随阴极析出铜，推测②中溶液减小，平衡逆向移动 D．②中生成，使得比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密 【答案】C 【解析】A．随着反应的进行，一段时间后溶液中的减小，同时阴极发生电极反应：，生成的Cu覆盖在阴极铁制镀件表面，阻碍了与铁的接触，故气体减少，A正确；B．因为溶液中有和，铁制镀件与其接触，铁可能与和发生氧化还原反应生成，B正确；C．当阴极有Cu析出时，阴极电极反应：，阳极电极反应：，又因为②中电解液中无Fe元素，根据得失电子守恒，溶液不变，C错误；D．②中与反应生成，使得比①溶液中小，Cu缓慢析出，镀层更致密，D正确；答案选C。 13．（2024·广西·高考真题）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 【答案】A 【解析】放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌，则右侧电极为负极，Na失电子生成Na+；Na+透过允许Na+通过的隔膜从右侧进入左侧，则左侧为正极。A．外电路通过1mol电子时，负极有1molNa失电子生成Na+进入右侧溶液，溶液中有1molNa+从右侧进入左侧，并与正极的Na3-xV2(PO4)3结合，则理论上两电极质量变化的差值为2mol×23g/mol=46g，A错误；B．充电时，左侧电极为阳极，Na3V2(PO4)3失电子生成Na3-xV2(PO4)3，则阳极电极反应为：，B正确 ；C．放电一段时间后，负极产生的Na+的物质的量与负极区通过隔膜进入左极区的Na+的物质的量相同，进入左极区的Na+与参加左侧正极反应的Na+的物质的量相同，所以电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变，C正确 ；D．Na能与水反应，所以电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换，D正确；故选 A。 14．（2025·浙江·高考真题）一种可充放电电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为和，随温度升高Q(消耗转移的电子数)增大。下列说法不正确的是 A．熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，优先于通过固态电解质膜 C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区转化为 D．充电时，锂电极接电源负极 【答案】C 【解析】电池放电时，锂电极为负极，发生反应：，多孔功能电极为正极，低温时发生反应：，随温度升高Q增大，正极区转化为；充电时，锂电极为阴极，得到电子，多孔功能电极为阳极，或失去电子。A．由分析可知，电池总反应方程式为：或，充放电时有参与或生成，因此熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率，A正确；B．比的半径小，因此优先于通过固态电解质膜，B正确；C．放电时，正极得到电子，中氧原子为-1价，中氧原子为-2价，因此随温度升高Q增大，正极区转化为，C错误；D．充电时，锂电极为阴极，连接电源负极，D正确；答案选C。 15．（2022·湖北·高考真题）含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备，过程如图所示(为甲基)。下列说法正确的是 A．生成，理论上外电路需要转移电子 B．阴极上的电极反应为： C．在电解过程中向铂电极移动 D．电解产生的中的氢元素来自于 【答案】D 【解析】A．石墨电极发生反应的物质：P4→化合价升高发生氧化反应，所以石墨电极为阳极，对应的电极反应式为：，则生成，理论上外电路需要转移电子，A错误；B．阴极上发生还原反应，应该得电子，为阳极发生的反应， B错误；C．石墨电极：P4→发生氧化反应，为阳极，铂电极为阴极，应该向阳极移动，即移向石墨电极，C错误；D．由所给图示可知HCN在阴极放电，产生和，而HCN中的H来自，则电解产生的中的氢元素来自于，D正确；故选D。 16．（2023·重庆·高考真题）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是 A．电极a为阴极 B．从电极b移向电极a C．电极b发生的反应为：   D．生成半胱氨酸的同时生成烟酸 【答案】D 【解析】该装置是电解池，电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中‘加氧少氢’，发生氧化反应，则b为阳极，a为阴极，阴极电极反应式为  +2e-+2H+=2  ；A．a极上硫元素化合价升高，a为阴极，A正确；B．电解池中阳离子移向阴极，则H+移向a电极，B正确；C．电极b上3-甲基吡啶转化为烟酸过程中发生氧化反应，在酸性介质中电极反应式为：  ，C正确；D．根据电子守恒可得关系式：   ~6e-~6  ，因此生成6mol半胱氨酸的同时生成烟酸，D错误；故选：D。 17．（2024·广东·高考真题）一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是 A．阳极反应： B．阴极区溶液中浓度逐渐升高 C．理论上每消耗，阳极室溶液减少 D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加 【答案】C 【解析】左侧电极为阴极，发生还原反应，在碱性条件下转化为Fe，从而实现冶铁，电极反应为：；右侧电极为阳极，溶液为饱和食盐水，放电产生氯气，电极反应为：；中间为阳离子交换膜，由阳极向阴极移动。A．由分析可知，阳极反应为：，A正确；B．由分析可知，阴极反应为：，消耗水产生，阴极区溶液中浓度逐渐升高，B正确；C．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，产生3mol，同时有6mol由阳极转移至阴极，则阳极室溶液减少，C错误；D．由分析可知，理论上每消耗，转移6mol电子，有6mol由阳极转移至阴极，阴极室物质最多增加，D正确；故选C。 二、填空题（共32分） 18．（2012·重庆·高考真题）（10分）尿素[CO（NH2）2]是首个由无机物人工合成的有机物． （3）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图2所示． ①电源的负极为 （填“A”或“B”）． ②阳极室中发生的反应依次为 、 ． ③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将 ；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为 g（忽略气体的溶解）． 【答案】 （3）①B ② 6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑ CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl ③不变 7.2 【解析】（3）①由图可知，左室电极产物为Cl2，发生氧化反应，故A为电源的正极，右室电解产物H2，发生还原反应，故B为电源 的负极，故答案为B； ②由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，阳极室中发生的反应依次为：6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl， 故答案为6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl； ③阴极反应为6H2O+6e﹣═6OH﹣+3H2↑（或6H++6e﹣═3H2↑） 阳极反应为6Cl﹣﹣6e﹣═3Cl2↑，CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl 根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH﹣、H+的数目相等，阳极室中反应产生的H+通过质子交换膜进入阴极室与OH﹣恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变； 由上述反应式可以看出，转移6 mol e﹣时，阴极产生3 mol H2，阳极产生1 mol N2和1 mol CO2，故电解收集到的13.44 L气体，物质的量为=0.6mol，即n（N2）=n（CO2）=0.6mol×="0.12" mol， 根据方程式CO（NH2）2+3Cl2+H2O═N2+CO2+6HCl可知生成0.12 mol N2所消耗的CO（NH2）2的物质的量也为0.12 mol，其质量为：m[CO（NH2）2]="0.12" mol×60 g•mol﹣1="7.2" g， 故答案为不变，7.2； 19．（2021·重庆·高考真题）（共6分）含结晶水的无机物可应用在吸波材料、电极材料和相变储能材料等领域。胆矾(CuSO4·5H2O)是一种重要的结晶水合物。 （1）硫酸铜参比电极具有电位稳定的优点，可用于土壤环境中钢质管道的电位监测。测量的电化学原理如图所示。回答下列问题： ①负极的电极反应式为 。 ②测量后参比电极中CuSO4溶液的浓度 (填"变大”，“变小”或“不变")。 【答案】（1） 不变 【解析】（1）①钢制管道、参比电极、潮湿土壤构成原电池，参比电极为Cu电极，钢制管道为铁电极，金属性Fe＞Cu，则Fe做负极材料，负极的电极反应式为：； ②Cu电极为正极，电极反应式为：，CuSO4·5H2O溶解与电解质溶液中，此时硫酸铜溶液的浓度不变； 20．（2019·北京·高考真题）（9分）氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。 （2）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： 。 【答案】 ① K1 2H2O+2e-=H2↑+2OH- ③连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移 【解析】（2）①电极生成H2时，根据电极放电规律可知H+得到电子变为氢气，因而电极须连接负极，因而制H2时，连接K1，该电池在碱性溶液中，由H2O提供H+，电极反应式为2H2O+2e-=H2↑+2OH-； ③电极3上NiOOH和Ni(OH)2相互转化，其反应式为NiOOH+e-+H2O⇌Ni(OH)2+OH-，当连接K1时，Ni(OH)2失去电子变为NiOOH，当连接K2时，NiOOH得到电子变为Ni(OH)2，因而作用是连接K1或K2时，电极3分别作为阳极材料和阴极材料，并且NiOOH和Ni(OH)2相互转化提供电子转移。 21．（2020·北京·高考真题）（共7分）H2O2是一种重要的化学品，其合成方法不断发展。 （2）电化学制备方法：已知反应2H2O2=2H2O+O2↑能自发进行，反向不能自发进行，通过电解可以实现由H2O和O2为原料制备H2O2，如图为制备装置示意图。 ①a极的电极反应式是 。 ②下列说法正确的是 。 A．该装置可以实现电能转化为化学能 B．电极b连接电源负极 C．该方法相较于早期制备方法具有原料廉价，对环境友好等优点 【答案】 ① O2+2H++2e-= H2O2 ② AC 【解析】（2）①根据分析，a极的电极反应式是O2+2H++2e-= H2O2； ②A．2H2O2=2H2O+O2↑能自发进行，反向不能自发进行，根据图示，该装置有电源，属于电解池，电解池是将电能转化为化学能的装置，故A正确； B．根据分析，电极b为阳极，电解池阳极与电源正极连接，故B错误； C．根据分析，该装置的总反应为2H2O+O22H2O2，根据反应可知，制取双氧水的原料为氧气和水，来源广泛，原料廉价，对环境友好等优点，故C正确； 答案选AC。 56 / 56 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $$ 一、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 （1）定义：能把化学能转化为电能的装置。 （2）构成条件： 2．实验探究：锌铜原电池的工作原理(含盐桥) 装置示意图 注：盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶 现象 锌片逐渐溶解，铜片上有红色物质生成，电流表指针发生偏转 能量转换 化学能转化为电能 微观探析 在硫酸锌溶液中，负极一端的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液 在硫酸铜溶液中，正极一端的Cu2＋获得电子变成Cu沉积在铜片上 电子或离子移动方向 电子：负极流向正极 盐桥：Cl—移向ZnSO4溶液，K＋移向CuSO4溶液 工作原理 负极：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) 正极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 总反应：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 二、原电池的应用 1．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。 2．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。 3．设计原电池 理论上，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。 （1）外电路 负极——化合价升高的物质 正极——活泼性弱的物质，一般选碳棒 （2）内电路：化合价降低的物质作电解质溶液。 如：2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 ①化合价升高的物质 负极：Cu ②活泼性较弱的物质 正极：C ③化合价降低的物质 电解质溶液：FeCl3 示意图 三、化学电源概述 （一）、一次电池 1．化学电源概述 （1）化学电源的分类 原电池是各种化学电源的雏形，常分为如下三类： ①一次电池：也叫做干电池，放电后不可再充电的电池。 ②二次电池：又称可充电电池或蓄电池，放电后可以再充电而反复使用的电池。 ③燃料电池：一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。 （2）判断电池优劣的主要标准 ①比能量：单位质量或单位体积所能输出电能的多少，单位是(W·h)·kg－1或(W·h)·L－1。 ②比功率：单位质量或单位体积所能输出功率的大小，单位是W·kg－1或W·L－1。 ③电池可储存时间的长短。 （3）化学电池的回收利用 使用后的废弃电池中含有大量的重金属、酸和碱等有害物质，随处丢弃会对生态环境和人体健康造成危害。废弃电池要进行回收利用。 （4）化学电源的发展方向 小型化、供电方便、工作寿命长、不需要维护的电池受到人们的青睐，如镍氢电池、锂离子电池等。 2．一次电池：锌锰干电池 普通锌锰干电池 碱性锌锰干电池 示意图 构造 负极：锌筒 正极：石墨棒 电解质溶液：氯化铵和氯化锌 负极反应物：锌粉 正极反应物：二氧化锰 电解质溶液：氢氧化钾 工作原理 负极：Zn－2e－＋2NH===Zn(NH3)＋2H＋ 正极：2MnO2＋2H＋＋2e－===2MnO(OH) 总反应：Zn＋2NH4Cl＋2MnO2===Zn(NH3)2Cl2＋2MnO(OH) 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－ 总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2 （二）、二次电池 1．铅酸蓄电池 铅酸蓄电池是一种常见的二次电池，其放电过程表示如下： Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O （1）负极是Pb，正极是PbO2，电解质溶液是H2SO4溶液。 （2）放电反应原理 ①负极反应式是Pb＋SO－2e－===PbSO4 ； ②正极反应式是PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O ； ③放电过程中，负极质量的变化是增大，H2SO4溶液的浓度减小。 （3）充电反应原理 ①阴极(还原反应)反应式是 PbSO4＋2e－===Pb＋SO ； ②阳极(氧化反应)反应式是PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO ； ③充电时，铅蓄电池正极与直流电源正极相连，负极与直流电源负极相连。即“负极接负极，正极接正极”。 铅酸蓄电池的充电过程与其放电过程相反。 2．锂离子电池 电极 电极反应 负极 嵌锂石墨(LixCy)：LixCy－xe－===xLi＋＋Cy 正极 钴酸锂(LiCoO2)：Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 总反应 LixCy＋Li1－xCoO2===LiCoO2＋Cy 反应过程：放电时，Li＋从石墨中脱嵌移向正极，嵌入钴酸锂晶体中，充电时，Li＋从钴酸锂晶体中脱嵌，由正极回到负极，嵌入石墨中。这样在放电、充电时，锂离子往返于电池的正极、负极之间完成化学能与电能的相互转化。 （三）、燃料电池 1．燃料电池 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。 2．氢氧燃料电池 （1）基本构造 （2）工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 3.能量转换 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。 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。 4．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。 1．（2021·广东·高考真题）火星大气中含有大量，一种有参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时 A．负极上发生还原反应 B．在正极上得电子 C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能 2．（2021·山东·高考真题）以KOH溶液为离子导体，分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池，下列说法正确的是 A．放电过程中，K+均向负极移动 B．放电过程中，KOH物质的量均减小 C．消耗等质量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大 D．消耗1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L 3．（2016·上海·高考真题）图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示 A．铜棒的质量 B．c(Zn2＋) C．c(H＋) D．c(SO) 4．（2016·浙江·高考真题）MgH2O2电池是一种化学电源，以Mg和石墨为电极，海水为电解质溶液，示意图如图。下列说法不正确的是 A．石墨电极是该电池的正极 B．石墨电极上发生还原反应 C．Mg电极的电极反应式：Mg－2e－＝Mg2＋ D．电池工作时，电子从Mg电极经导线流向石墨电极，再由石墨电极经电解质溶液流向Mg电极 5．（2016·浙江·高考真题）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．甲、乙装置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＋ 6．（2019·浙江·高考真题）化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是 A． Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加 B． 正极的电极反应式为Ag2O＋2e−＋H2O=2Ag＋2OH− C． 锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄 D． 使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 7．（2020·全国III卷·高考真题）一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：该电池工作时，下列说法错误的是 A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O2参与反应 B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高 C．电池总反应为 D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极 8．（2020·山东·高考真题）微生物脱盐电池是一种高效、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NaCl溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是 A．负极反应为 B．隔膜1为阳离子交换膜，隔膜2为阴离子交换膜 C．当电路中转移1mol电子时，模拟海水理论上除盐58.5g D．电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1 9．（2021·河北·高考真题）K—O2电池结构如图，a和b为两个电极，其中之一为单质钾片。关于该电池，下列说法错误的是 A．隔膜允许K+通过，不允许O2通过 B．放电时，电流由b电极沿导线流向a电极；充电时，b电极为阳极 C．产生1Ah电量时，生成KO2的质量与消耗O2的质量比值约为2.22 D．用此电池为铅酸蓄电池充电，消耗3.9g钾时，铅酸蓄电池消耗0.9g水 10．（2022·湖南·高考真题）海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。下列说法错误的是 A．海水起电解质溶液作用 B．N极仅发生的电极反应： C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能 D．该锂-海水电池属于一次电池 11．（2022·辽宁·高考真题）某储能电池原理如图。下列说法正确的是 A．放电时负极反应： B．放电时透过多孔活性炭电极向中迁移 C．放电时每转移电子，理论上吸收 D．充电过程中，溶液浓度增大 12．（2022·福建·高考真题）一种化学“自充电”的锌-有机物电池，电解质为和水溶液。将电池暴露于空气中，某电极无需外接电源即能实现化学自充电，该电极充放电原理如下图所示。下列说法正确的是 A．化学自充电时，增大 B．化学自充电时，电能转化为化学能 C．化学自充电时，锌电极反应式： D．放电时，外电路通过电子，正极材料损耗 13．（2024·安徽·高考真题）我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以(局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和为电极，以和混合液为电解质溶液。下列说法错误的是 A．标注框内所示结构中存在共价键和配位键 B．电池总反应为： C．充电时，阴极被还原的主要来自 D．放电时，消耗，理论上转移电子 14．（2024·全国甲卷·高考真题）科学家使用研制了一种可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，电极上检测到和少量。下列叙述正确的是 A．充电时，向阳极方向迁移 B．充电时，会发生反应 C．放电时，正极反应有 D．放电时，电极质量减少，电极生成了 15．（2024·上海·高考真题）已知： ① ② ③ （4）根据如图，写出电极a的电极反应式 。 （5）关于上述电化学反应过程，描述正确的是_______。 A．该装置实现电能转化为化学能 B．电极b是负极 C．电子从电极a经过负载到电极b再经过水体回到电极a D．每参与反应时，转移电子 （6）解释在溶液中氧气的浓度变大后，为何有利于的除去，但不利于硝酸根的除去。 。 16．（2018·天津·高考真题）CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题： （3）O2辅助的Al～CO2电池工作原理如图4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−6O2− 6CO2+6O2−3C2O42−+6O2 反应过程中O2的作用是 。 该电池的总反应式： 。 一、电解原理 1．实验探究：电解CuCl2溶液 按下图所示装置完成实验，并填写下表。 实验现象 实验结论 原因分析 电流表指针发生偏转 说明电解质溶液导电，形成闭合回路 自由运动离子发生定向移动 与负极相连的b极上逐渐覆盖了一层红色物质 析出金属铜 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 与正极相连的a极上有刺激性气味的气体产生，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝 产生了氯气 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应) 2．电解和电解池 （1）电解：使电流通过电解质溶液(或熔融电解质)而在阳极、阴极引起氧化还原反应的过程。 （2）电解池：将电能转化为化学能的装置(也称电解槽)。 （3）电解池的构成条件 ①直流电源；②两个电极；③电解质溶液或熔融电解质；④形成闭合回路。 3．电解原理 二、电解规律 1．电解池电极反应式的书写 （1）常见微粒的放电顺序 阴极：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>…… 阳极：活性电极＞S2－>I－>Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根 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。 （2）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。 2．电解后溶液的复原规律 用惰性电极电解下列酸、碱、盐溶液，请填写下表： （1）电解H2O型 电解质 H2SO4 NaOH Na2SO4 阳极反应式 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 4H＋＋4e－===2H2↑ 2H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ pH变化 减小 增大 不变 复原加入物质 加入H2O （2）电解电解质型 电解质 HCl CuCl2 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 阴极反应式 2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu pH变化 增大 复原加入物质 加入HCl 加入CuCl2 （3）电解质和水都发生电解型 电解质 NaCl CuSO4 阳极反应式 2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 阴极反应式 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ 2Cu2＋＋4e－===2Cu pH变化 增大 减小 复原加入物质 加入HCl 加入CuO或CuCO3 3.电解池中的守恒规律 同一电路中转移的电子数是相等的，利用电子守恒使各电极得失电子均相等，在各极反应式中建立联系。 三、电解应用 （一）、电解饱和食盐水 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。 1．电解饱和食盐水的原理 通电前：溶液中的离子是Na＋、Cl－、H＋、OH－。 通电后：①移向阳极的离子是Cl－、OH－，Cl－比OH－容易失去电子，被氧化成氯气。 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。 ②移向阴极的离子是Na＋、H＋，H＋比Na＋容易得到电子，被还原成氢气。其中H＋是由水电离产生的。 阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。 ③总反应： 化学方程式为2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH； 离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。 2．氯碱工业生产流程 工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。 （1）阳离子交换膜电解槽 （2）阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。 3．氯碱工业产品及其应用 （1）氯碱工业产品主要有NaOH、Cl2、H2、盐酸、含氯漂白剂等。 （2）电解饱和食盐水为原理的氯碱工业产品在有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染、农药、金属冶炼等领域中广泛应用。 （二）、电镀　电冶金 1．电镀与电解精炼 电镀是一种利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加工工艺。电镀的主要目的是使金属增强抗腐蚀能力，增加表面硬度和美观。 电镀 电解精炼 装置 阳极材料 镀层金属Cu 粗铜(含锌、银、金等杂质) 阴极材料 镀件金属Fe 纯铜 阳极反应 Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋、Cu－2e－===Cu2＋等 阴极反应 Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋＋2e－===Cu 溶液变化 Cu2＋浓度保持不变 Cu2＋浓度减小，金、银等金属沉积形成阳极泥 2.电冶金 （1）金属冶炼的本质：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。如Mn＋＋ne－===M。 （2）电解法用于冶炼较活泼的金属(如钾、钠、镁、铝等)，但不能电解其盐溶液，应电解其熔融态。 如：电解熔融的氯化钠可制取金属钠的电极反应式： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑； 阴极：2Na＋＋2e－===2Na； 总反应：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 1．（2017·全国II卷·高考真题）用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为混合溶液。下列叙述错误的是 A．待加工铝质工件为阳极 B．可选用不锈钢网作为阴极 C．阴极的电极反应式为： D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 2．（2017·海南·高考真题）一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误的是 A．Pd电极b为阴极 B．阴极的反应式为：N2+6H++6e−2NH3 C．H+由阳极向阴极迁移 D．陶瓷可以隔离N2和H2 3．（2016·北京·高考真题）用石墨电极完成下列电解实验 实验一 实验二 装置 现象 A．d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生…… 下列对实验现象的解释或推测不合理的是 A．d处：2H2O+2e-=H2↑+2OH- B．b处：2Cl--2e-=Cl2↑ C．c处发生了反应：Fe-2e-=Fe2+ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 4．（2016·全国I卷·高考真题）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。下列叙述正确的是 A．通电后中间隔室的SO42-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1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成 5．（2020·浙江·高考真题）在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是（   ） A．电极A为阳极，发生氧化反应生成氯气 B．离子交换膜为阳离子交换膜 C．饱和NaCl从a处进，NaOH溶液从d处出 D．OH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量 6．（2018·全国I卷·高考真题）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 7．（2020·浙江·高考真题）电解高浓度(羧酸钠)的溶液，在阳极放电可得到(烷烃)。下列说法不正确的是 A．电解总反应方程式： B．在阳极放电，发生氧化反应 C．阴极的电极反应： D．电解、和混合溶液可得到乙烷、丙烷和丁烷 8．（2021·全国甲卷·高考真题）乙醛酸是一种重要的化工中间体，可用如下图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的解离为和，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是 A．在上述电化学合成过程中只起电解质的作用 B．阳极上的反应式为：+2H++2e-=+H2O C．制得乙醛酸，理论上外电路中迁移了电子 D．双极膜中间层中的在外电场作用下向铅电极方向迁移 9．（2021·湖北·高考真题）Na2Cr2O7的酸性水溶液随着H+浓度的增大会转化为CrO3。电解法制备CrO3的原理如图所示。下列说法错误的是 A．电解时只允许H+通过离子交换膜 B．生成O2和H2的质量比为8∶1 C．电解一段时间后阴极区溶液OH-的浓度增大 D．CrO3的生成反应为：Cr2O+2H+=2CrO3+H2O 10．（2022·广东·高考真题）以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中 A．阴极发生的反应为 B．阴极上被氧化 C．在电解槽底部产生含的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等 11．（2022·天津·高考真题）实验装置如图所示。接通电源后，用碳棒(a＇、b＇)作笔，在浸有饱和NaCl溶液和石蕊溶液的湿润试纸上同时写字，a＇端的字迹呈白色。下列结论正确的是 A．a为负极 B．b＇端的字迹呈蓝色 C．电子流向为： b→b＇→a＇→a D．如果将a＇、b＇换成铜棒，与碳棒作电极时的现象相同 12．（2023·辽宁·高考真题）某无隔膜流动海水电解法制的装置如下图所示，其中高选择性催化剂可抑制产生。下列说法正确的是 A．b端电势高于a端电势 B．理论上转移生成 C．电解后海水下降 D．阳极发生： 13．（2023·广东·高考真题）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合，一段时间后 A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是和 B．a处布条褪色，说明具有漂白性 C．b处出现蓝色，说明还原性： D．断开，立刻闭合，电流表发生偏转 14．（2024·湖南·高考真题）在水溶液中，电化学方法合成高能物质时，伴随少量生成，电解原理如图所示，下列说法正确的是 A．电解时，向Ni电极移动 B．生成的电极反应： C．电解一段时间后，溶液pH升高 D．每生成的同时，生成 15．（2012·海南·高考真题）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CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。 回答下列问题： （1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为 、 。 （2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是 ，电解氯化钠溶液的总反应方程式为 ； （3）若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为 （法拉第常数F=9.65×l04C．mol-1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为 L(标准状况)。 16．（2024·北京·高考真题）是一种重要的工业原料。可采用不同的氮源制备。 （3）方法三：研究表明可以用电解法以为氮源直接制备，其原理示意图如下。 ①电极a表面生成的电极反应式： 。 ②研究发现：转化可能的途径为。电极a表面还发生iii．。iii的存在，有利于途径ii，原因是 。 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 （1）概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 （2）根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 特别提醒　金属腐蚀过程中，电化学腐蚀和化学腐蚀同时发生，但绝大多数属于电化学腐蚀，且比化学腐蚀的速率大得多。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 示意图 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 3.实验探究：电化学腐蚀 （1） 实验操作 实验现象 实验解释 导管中液面上升 装置中铁、碳和饱和食盐水构成原电池，铁钉发生吸氧腐蚀 （2） 实验操作 实验现象 实验解释 ①试管中产生气泡的速率快 Zn与CuSO4反应生成Cu，Zn、Cu和稀盐酸构成原电池，发生电化学腐蚀，产生气泡的速率更快 （3）结论：①电化学腐蚀中吸氧腐蚀更为普遍。②电化学腐蚀速率比化学腐蚀大得多。 二、金属的防护 金属的防护主要从金属、与金属接触的物质及两者反应的条件等方面来考虑。 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。 [实验探究一] 如图装置反应一段时间后，往Fe电极区滴入2滴黄色K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液，观察实验现象。 已知Fe2＋与[Fe(CN)6]3－反应生成带有特征蓝色的KFe[Fe(CN)6]沉淀。 实验装置 电流表 阳极(负极区) 阴极(正极区) 现象 指针偏转 Zn溶解 有气泡产生，无蓝色沉淀生成 有关反应 — Zn－2e－===Zn2＋ 2H＋＋2e－===H2↑ 结论 溶液中不含Fe2＋，铁作正极未被腐蚀 [实验探究二：] 在两个培养皿中分别放入含有NaCl的琼脂，并注入5～6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液混合均匀，取两个2～3 cm的铁钉，用砂纸擦光，将裹有锌皮的铁钉放入a，缠有铜丝的铁钉放入b。 实验装置 现象 铁钉周围变红 铁钉周围生成蓝色沉淀，铜丝周围变红 结论 铁作为负极时易被腐蚀，作为正极时未被腐蚀 （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。 1．（2022·广东·高考真题）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是 A．加入溶液产生沉淀 B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现 C．加入溶液无红色出现 D．加入溶液无蓝色沉淀生成 2．（2018·北京·高考真题）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 ② ③ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 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 3．（2019·江苏·高考真题）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 4．（2024·湖北·高考真题）2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施中不形成表面钝化膜的是 A．发蓝处理 B．阳极氧化 C．表面渗镀 D．喷涂油漆 5．（2022·辽宁·高考真题）镀锌铁钉放入棕色的碘水中，溶液褪色；取出铁钉后加入少量漂白粉，溶液恢复棕色；加入，振荡，静置，液体分层。下列说法正确的是 A．褪色原因为被还原 B．液体分层后，上层呈紫红色 C．镀锌铁钉比镀锡铁钉更易生锈 D．溶液恢复棕色的原因为被氧化 6．（2020·江苏·高考真题）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是 A．阴极的电极反应式为 B．金属M的活动性比Fe的活动性弱 C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护 D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快 7．（2012·山东·高考真题）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 8．（2017·浙江·高考真题）在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现，铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。 下列说法正确的是 A．铁片发生还原反应而被腐蚀 B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域 C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀 9．（2017·全国I卷·高考真题）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 10．（2023·广东·高考真题）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是 A．作原电池正极 B．电子由经活性炭流向 C．表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下的，最多去除 11．（2024·浙江·高考真题）破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀，生成和，下列说法不正确的是 A．氨水浓度越大，腐蚀趋势越大 B．随着腐蚀的进行，溶液变大 C．铁电极上的电极反应式为： D．每生成标准状况下，消耗 12．（2024·浙江·高考真题）金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图： 下列说法正确的是 A．图1、图2中，阳极材料本身均失去电子 B．图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应： C．图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果 D．图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应 13．（2024·广东·高考真题）我国自主设计建造的浮式生产储御油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是 A．钢铁外壳为负极 B．镶嵌的锌块可永久使用 C．该法为外加电流法 D．锌发生反应： 14．（2016·天津·高考真题）下列叙述正确的是 A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(△H) B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关 C．原电池中发生的反应达平衡时，该电池仍有电流产生 D．在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小 一、选择题（每题只有一个正确答案，每题4分，共68分） 1．（2019·江苏·高考真题）氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是 A．一定温度下，反应2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0 B．氢氧燃料电池的负极反应为O2+2H2O+4e−=4OH− C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023 D．反应2H2(g)+O2(g) =2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：∆H=反应中形成新共价键的键能之和-反应中断裂旧共价键的键能之和 2．（2024·北京·高考真题）酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是 A．石墨作电池的负极材料 B．电池工作时，向负极方向移动 C．发生氧化反应 D．锌筒发生的电极反应为 3．（2019·江苏·高考真题）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 4．（2019·天津·高考真题）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 B．放电时，溶液中离子的数目增大 C．充电时，b电极每增重，溶液中有被氧化 D．充电时，a电极接外电源负极 5．（2019·全国III卷·高考真题）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，结构如下图所示。电池反应为Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。以下说法不正确的是 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 6．（2021·辽宁·高考真题）如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物。下列说法正确的是 A．放电时，M电极反应为 B．放电时，由M电极向N电极移动 C．充电时，M电极的质量减小 D．充电时，N电极反应为 7．（2021·重庆·高考真题）CO2电化学传感器是将环境中CO2浓度转变为电信号的装置，工作原理如图所示，其中YSZ是固体电解质，当传感器在一定温度下工作时，在熔融Li2CO3和YSZ之间的界面X会生成固体Li2O。下列说法错误的是 A．CO迁移方向为界面X →电极b B．电极a上消耗的O2和电极b上产生的CO2的物质的量之比为1：1 C．电极b为负极，发生的电极反应为2CO-4e-=O2↑+2CO2↑ D．电池总反应为Li2CO3=Li2O+CO2↑ 8．（2022·全国甲卷·高考真题）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图所示(KOH溶液中，Zn2+以Zn(OH)存在)。电池放电时，下列叙述错误的是 A．Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移 B．Ⅰ区的SO通过隔膜向Ⅱ区迁移 C． MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O D．电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn(OH)+Mn2++2H2O 9．（2023·海南·高考真题）利用金属Al、海水及其中的溶解氧可组成电池，如图所示。下列说法正确的是 A．b电极为电池正极 B．电池工作时，海水中的向a电极移动 C．电池工作时，紧邻a电极区域的海水呈强碱性 D．每消耗1kgAl，电池最多向外提供37mol电子的电量 10．（2024·新课标卷·高考真题）一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时，下列叙述错误的是 A．电池总反应为 B．b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C．消耗18mg葡萄糖，理论上a电极有0.4mmol电子流入 D．两电极间血液中的在电场驱动下的迁移方向为b→a 11．（2024·江苏·高考真题）碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是 A．电池工作时，发生氧化反应 B．电池工作时，通过隔膜向正极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成，转移电子数为 12．（2022·北京·高考真题）利用下图装置进行铁上电镀铜的实验探究。 装置 序号 电解质溶液 实验现象 ① 少量溶液 阴极表面产生无色气体，一段时间后阴极表面有红色固体，气体减少。经检验，电解液中有 ② 过量氨水 阴极表面未观察到气体，一段时间后阴极表面有致密红色固体。经检验，电解液中无元素 下列分析不正确的是 A．①中气体减少，推测是由于溶液中减小，且覆盖铁电极，阻碍与铁接触 B．①中检测到，推测可能发生反应：、 C．随阴极析出铜，推测②中溶液减小，平衡逆向移动 D．②中生成，使得比①中溶液的小，缓慢析出，镀层更致密 13．（2024·广西·高考真题）某新型钠离子二次电池(如图)用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液。放电时嵌入PbSe中的Na变成Na+后脱嵌。下列说法错误的是 A．外电路通过1mol电子时，理论上两电极质量变化的差值为23g B．充电时，阳极电极反应为： C．放电一段时间后，电解质溶液中的Na+浓度基本保持不变 D．电解质溶液不能用NaPF6的水溶液替换 14．（2025·浙江·高考真题）一种可充放电电池的结构示意图如图所示。该电池放电时，产物为和，随温度升高Q(消耗转移的电子数)增大。下列说法不正确的是 A．熔融盐中的物质的量分数影响充放电速率 B．充放电时，优先于通过固态电解质膜 C．放电时，随温度升高Q增大，是因为正极区转化为 D．充电时，锂电极接电源负极 15．（2022·湖北·高考真题）含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备，过程如图所示(为甲基)。下列说法正确的是 A．生成，理论上外电路需要转移电子 B．阴极上的电极反应为： C．在电解过程中向铂电极移动 D．电解产生的中的氢元素来自于 16．（2023·重庆·高考真题）电化学合成是一种绿色高效的合成方法。如图是在酸性介质中电解合成半胱氨酸和烟酸的示意图。下列叙述错误的是 A．电极a为阴极 B．从电极b移向电极a C．电极b发生的反应为：   D．生成半胱氨酸的同时生成烟酸 17．（2024·广东·高考真题）一种基于氯碱工艺的新型电解池(下图)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是 A．阳极反应： B．阴极区溶液中浓度逐渐升高 C．理论上每消耗，阳极室溶液减少 D．理论上每消耗，阴极室物质最多增加 二、填空题（共32分） 18．（2012·重庆·高考真题）（10分）尿素[CO（NH2）2]是首个由无机物人工合成的有机物． （3）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图2所示． ①电源的负极为 （填“A”或“B”）． ②阳极室中发生的反应依次为 、 ． ③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将 ；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为 g（忽略气体的溶解）． 19．（2021·重庆·高考真题）（共6分）含结晶水的无机物可应用在吸波材料、电极材料和相变储能材料等领域。胆矾(CuSO4·5H2O)是一种重要的结晶水合物。 （1）硫酸铜参比电极具有电位稳定的优点，可用于土壤环境中钢质管道的电位监测。测量的电化学原理如图所示。回答下列问题： ①负极的电极反应式为 。 ②测量后参比电极中CuSO4溶液的浓度 (填"变大”，“变小”或“不变")。 20．（2019·北京·高考真题）（9分）氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。 （2）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： 。 21．（2020·北京·高考真题）（共7分）H2O2是一种重要的化学品，其合成方法不断发展。 （2）电化学制备方法：已知反应2H2O2=2H2O+O2↑能自发进行，反向不能自发进行，通过电解可以实现由H2O和O2为原料制备H2O2，如图为制备装置示意图。 ①a极的电极反应式是 。 ②下列说法正确的是 。 A．该装置可以实现电能转化为化学能 B．电极b连接电源负极 C．该方法相较于早期制备方法具有原料廉价，对环境友好等优点 10 / 39 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $$