专题02 化学能与电能的转化（期中复习讲义）高二化学上学期苏教版

专题02 化学能与电能 考查重点 命题角度 原电池的工作原理 原电池工作原理；电极方程式书写；正负极的判断； 原电池原理的应用 加快反应速率；比较金属活动性；设计原电池 化学电源 一次电池；二次电池；新型电池；燃料电池 电解池工作原理 电解池工作原理；电解池电极方程式书写；阴阳极的判断； 电解池原理的应用 氯碱工业；铜的电解精炼；电镀与电冶金 金属的腐蚀 化学腐蚀；电化学腐蚀 金属的防护 牺牲阳极的阴极保护法；外加电流的阴极保护法 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： （1）锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐溶解，溶液颜色变浅，有红色物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度升高，能量变化的主要形式是化学能转化为热能。 （2）铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针偏转 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量增加 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成Zn2＋进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的Cu2＋在铜片获得电子变成Cu沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片：Zn－2e－===Zn2＋(氧化反应) Cu片：Cu2＋＋2e－===Cu(还原反应) 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 化学能转化为电能 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成闭合回路； ②平衡两侧溶液的电荷，使溶液保持电中性；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③避免电极与电解质溶液直接反应，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 原电池工作原理示意图： 3．原电池形成的条件： （1）闭合回路。 （2）两极有电势差——两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作__负极__。 （3）__电解质__溶液或__熔融__电解质。 （4）自发的__氧化还原__反应。 4.正负极的判断方法 （1）电极反应：负极— 氧化 反应，正极— 还原 反应 （2）电子或电流的流向：电子：负极 →正极 ；电流： 正极 → 负极 （3）离子流向：阳离子→ 正 极，阴离子→ 负 极； 5.电极反应式的书写 正极：找出氧化剂及还原产物，写出“氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物，写出“还原剂－n e－＝氧化产物” 注意开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在，如碱性溶液中H＋要结合OH－生成H2O。由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数。 将正、负析电极反应式相加，与总反应式对照验证。 复杂电极反应式的书写 ①首先写出较简单的电极反应式。 ②复杂电极反应式＝总反应式－简单电极反应式。 ③注意电子守恒。 书写三个原则 ①共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中不可能存在CO2，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。 ②得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH－（电解质为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H2O（电解质为碱性或中性时）或H＋（电解质为酸性时）。 ③中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。 二、原电池原理的应用 加快化学反应速率 实验室制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加快了H2的逸出 比较金属的活泼性 通常溶解（或质量减轻）的为负极，质量增加（或产生气泡）的为正极，据负极活泼性＞正极活泼性，可得出结论 用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为负极；氧化性较强的物质作为正极。并且，原电池的电极必须导电，电池中的负极不一定能够与电解质溶液反应。 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。 三、化学电源 （一）化学电源概述 1．化学电源的分类及特点 （1）化学电源的分类。 ①一次电池：也叫作干电池，常见的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池。 ②二次电池：又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池是最常见的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。 ③燃料电池：氢氧燃料电池等。 （2）各类电池的特点。 ①一次电池：电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用，放电后不可再充电。 ②二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，可多次重复使用。 ③燃料电池：燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 （二）一次电池 1． 锌锰干电池 普通锌锰干电池制作简单、价格便宜，但存在放电时间短、放电后电压下降较快等缺点。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的比能量[电池单位质量或单位体积所输出电能的多少，单位(W·h)/kg或(W·h)/L]大，能提供较大电流并连续放电。 普通锌锰电池 碱性锌锰干电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极：锌筒 正极：石墨棒 氯化铵和氯化锌溶液 负极：锌粉 正极：二氧化锰 氢氧化钾溶液 电极反应 碱性锌锰干电池的总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 2.银锌纽扣电池的构造与工作原理 总反应：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。 负极：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O。 正极：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。 （三）二次电池 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称充电电池或蓄电池。 充、放电时各电极上发生的反应： 1．铅蓄电池的构造与工作原理 （1）放电时 负极：Pb，正极：PbO2，电解质溶液：H2SO4溶液。 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4。 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 （2）充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 总反应方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 （3）铅蓄电池的优缺点。 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 （四）燃料电池 （1） 特点 连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。电能转化率超过80％ 反应原理 燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧 正极 是O2 负极 为可燃物，如H2、、CO、NH3、N2N4、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)及其衍生物如醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)等 电解质 常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响 书写 电极反应式 应先写出正极反应式，再将总反应式减去正极反应式就得负极反应式 整个过程须考虑一个重要的细节——电池工件的环境（如酸性电池、碱性电池、熔融氧化物电池、熔融碳酸盐电池、熔融硝酸盐电池等） （2）种类 ①氢氧燃料电池 电解质 酸性 中性 碱性 负极反应 H2-2e-=2H+ H2-2e-=2H+ H2-2e-+2OH-=2H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- O2+4e+2H2O=4OH- 总反应 2H2+O2=2H2O ②甲烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 CH4+2O2=CO2+2H2O CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O ③甲醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O 2CH3OH+3O2+4OH-=2CO32-+6H2O ④辛烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 C8H18-50e—+16H2O=8CO2+50H+ C8H18-50e—+66OH—=8CO32-+42H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2C8H18+25O2=16CO2+18H2O 2C8H18+25O2+32OH—=16CO32-+34H2O ⑤乙醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 C2H6O-12e—+3H2O=2CO2+12H+ C2H6O-12e—+16OH—=2CO32-+11H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 C2H6O+3O2=2CO2+3H2O C2H6O+3O2+4OH—=2CO32-+5H2O ⑥熔融盐电池 例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变 电极反应式：负极：2CO+2CO32--4e-=4CO2 正极：O2+2CO2+4e-=2CO32- 总反应：2CO+O2=2CO2 （3）燃料电池中常见正极反应式的书写 ①在酸性溶液中： O2+4e-+4H+=2H2O ②在碱性或中性溶液中： O2+4e-+2H2O=4OH- ③在熔融碳酸盐中： O2+2CO2+4e-=2CO32- ④在可传导O2-的晶体电解质中（例如：掺杂(Y2O3)氧化钇的(ZrO2)氧化锆晶体）：O2+4e-=2O2- （五）锂电池的类型 锂电池 装置图 说明 Li-CO2电池 4Li＋3CO22Li2CO3＋C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动) 放电时： 锂极为负极，负极反应式： Li－e－＝Li＋ 铱基电极为正极，正极反应式： 3CO2＋4Li＋＋4e－＝2Li2CO3＋C LiFePO4-C电池 Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动，LixC6中C元素为0价) 放电时： M为负极，负极反应式： LixC6－xe－＝6C＋xLi＋ N为正极，正极反应式： Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－＝LiFePO4 全固态锂-硫电池 16Li＋xS88Li2Sx(2≤x≤8) (Li＋移向电极a)，电极a掺有石墨烯，可增强电极导电性 放电时： 电极b是负极，负极反应式： Li－e－＝Li＋ 电极a是正极，正极反应式(第一步)： S8＋2e－＋2Li＋＝Li2S8 LiCoO2-C电池 Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C (放电过程中，Li＋从负极脱出，嵌入正极) 放电时： N为负极，负极反应式： LixC6－xe－＝6C＋xLi＋ M为正极，正极反应式： Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－＝LiCoO2 锂-空气电池 4Li＋O2＋2H2O4LiOH (Li＋移向B极) 放电时： A为负极，负极反应式：Li－e－＝Li＋ B为正极，正极反应式： O2＋4e－＋2H2O＝4OH－ (电解液a不能是水溶液，因为金属锂可与水反应) 特｜别｜提｜醒 燃料电池 解题模板 解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该离子参与靠近一极的电极反应。 四、电解池工作原理 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： （1）定义：电解池是把__电能__转化为__化学能__的装置。 （2）电解池的构成条件。 ①有外接直流电源。 ②有与电源相连的两个电极。其中与__电源__正极相连的叫__阳极__，与电源负极相连的叫__阴极__。 ③电解质溶液或熔融电解质。 ④形成闭合回路。 （3）电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。 （4）电子和离子移动方向。 电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 3．电解池的工作原理： 接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。 （1）电子和离子移动方向。 电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 （2）电极的放电顺序 ①常见阳极的放电顺序：活性电极 > S2- > I- > Br- > Cl- > OH- > 含氧酸根 > F- ②常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 倒 序 Ag+ > Hg2+ > Fe3+ > Cu2+ > H+(酸) > Pb2+ > Fe2+ > Zn2+ > H+（水） > Al3+ Mg2+ > Na+ > Ca2+ > K+ 4.电解规律 （1）电解池中的阴、阳极判断 判断方法 与电源连接方式 电子流动方向 离子移动方向 反应类型 电极现象 阳极 与电源正极相连 电子流出 阴离子移向 氧化反应 溶解或产生有色气体 阴极 与电源负极相连 电子流入 阳离子移向 还原反应 析出金属或产生氢气 （2）四种电解类型的规律 阳离子 惰性电极电解电解质溶液的四种类型 阴离子 5.常见的电解池类型 物质 类别 代表物 被电解 物质 阴极 产物 阳极 产物 电解方程式 浓度变化 pH 溶液复原 加入物质 电解 类型 含氧酸 H2SO4 H2O H2 O2 2H2OH2↑＋O2↑ 变大 减小 水 电解 水型 可溶性碱 NaOH H2O H2 O2 变大 增大 活泼金属 含氧酸盐 Na2SO4 H2O H2 O2 变大 不变 无氧酸 HCl HCl H2 Cl2 2HClH2↑＋Cl2↑ 变小 变大 HCl 电解 自身型 不活泼金属 无氧酸盐 CuCl2 CuCl2 Cu Cl2 2CuCl2Cu↑＋Cl2↑ 变小 —— 加CuCl2固体 活泼金属 无氧酸盐 NaCl NaCl H2O H2 Cl2 NaOH 2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑ NaCl浓度减小 变大 通入HCl气体 放氢 生碱型 不活泼金属 含氧酸盐 Cu(NO3)2 Cu(NO3)2 H2O Cu O2 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ Cu(NO3)2浓度减小 有HNO3生成 变小 加CuO 放氧 生酸型 特｜别｜提｜醒 原电池与电解池的区别与联系 原 电 池 电 解 池 电 镀 池 装置 见课本 见课本 见课本 能量转换 （实质） 化学能→电能 （两极分别发生氧化还原反应，产生电流） 电能→化学能 （在电流作用下两极分别发生氧化还原反应） 电极 正极 负极 较活泼金属 较不活泼金属 Pt/C Pt/C 金属氧化物 金属 阴极：接电源负极 阳极：接电源正极 阴极：镀件 阳极：镀层金属 电解液 和负极可反应，也可不反应 无特殊要求 电解液须含有镀层金属离子 构成条件 两极、一液、一反应(自发) 直流电源、两极一液 直流电源、两极一液 离子迁移 阳离子→正极 阴离子→负极 阳离子→阴极 阴离子→阳极 电子流向 原电池(－)原电池(＋) 五、电解池原理的应用 （一）氯碱工业 1．概念 用电解饱和氯化钠溶液的方法来制取氢氧化钠、氢气和氯气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。 2．原理 （1）阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)； （2）阴极反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)； 总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 （二）铜的电解精炼 1．阳极材料：粗铜。 阳极反应：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Cu－2e－===Cu2＋，比Cu不活泼的金、银形成阳极泥。 2．阴极材料：纯铜。 阴极反应：Cu2＋＋2e－===Cu。 3．电解质溶液：CuSO4溶液，经过精炼，溶液中Cu2＋浓度会减小。 （三）电镀与电冶金 1．铁钉镀锌 电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作阳极，铁钉作阴极，接通6 V的直流电源，电镀20～25 min。 实验现象：阳极(锌片)质量减少，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，阴极质量增多，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。 2．电镀银装置 原理：金属材料电镀时，通常以待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。在直流电的作用下，镀层金属在待镀金属制品表面形成均匀、光亮而致密的镀层。 3．电冶金：对于比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，如工业上钠、镁的制取是通过电解熔融的氯化钠、氯化镁，而铝的制取是通过电解熔融的氧化铝。 （四）电镀与铜的电解精炼的比较 电镀 铜的电解精炼 定义 应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金 利用电解原理提纯铜 装置 举例 形成 条件 ①镀层金属作阳极接直流电源正极，镀件作阴极接直流电源负极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③形成闭合回路 ①粗铜作阳极，纯铜作阴极 ②含Cu2＋的盐溶液作电解质溶液 ③直流电源 ④形成闭合回路 电极 反应 (以铁上镀锌为例)阳极：Zn－2e－===Zn2＋ 阴极：Zn2＋＋2e－===Zn 阳极：Cu(粗铜)－2e－===Cu2＋(主要) 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu(纯铜) 电解(镀)液浓度 不变 减小 联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 六、金属的腐蚀 金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，发生氧化反应 金属腐蚀的类型 化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应 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 较活泼的金属被腐蚀 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 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 特｜别｜提｜醒 I、只有 位于金属活动性顺序中氢前 的金属才可能发生析氢腐蚀 II、 氢前和氢后的金属 可发生吸氧腐蚀 七、金属的防护 1．本质 阻止金属发生氧化反应。 2．方法 （1）加防护层，如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 （2）改变金属组成或结构，如制成合金等。 （3）电化学防护 方法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 原理 原电池原理 电解原理 被保护金属 作正极 作阴极 构成 被保护金属、比被保护金属活泼的金属等 被保护金属、惰性电极及直流电源等 优、缺点 无需外加电源，但需要定期更换被腐蚀的金属 无需更换电极，但消耗电能 示意图 牺牲阳极的阴极保护法示意图 外加电流的阴极保护法示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 3．不同条件下金属腐蚀快慢的比较 （1）影响金属腐蚀的因素 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面： ①就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。 ②同一金属越纯，越难腐蚀。如纯铁即使在潮湿空气中反应也会很慢，而含杂质的生铁在潮湿的空气中会很快生锈而被腐蚀。 ③介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。 （2）不同条件下金属腐蚀快慢的判断 条件 快慢顺序 腐蚀类型不同 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀(原电池原理的防护＞电解原理的防护) 同种金属 强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 同种电解质溶液 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 题型一 原电池的工作原理和应用 【典例1】我国首创的海洋电池是以铝板为负极、铂网为正极，如图所示。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3.下列说法错误的是 A．海水为电解质溶液 B．电池工作时铝板逐渐被消耗 C．电池工作时氧气失去电子 D．铂电极成网状，增大与O2的接触面积 【答案】C 【分析】电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3，根据图示，Al失电子发生氧化反应，Al是负极；氧气得电子生成氢氧根离子，铂网是正极；海水为电解质溶液。 【详解】A．根据以上分析，海水为电解质溶液，故A正确；     B．Al是负极，电池工作时，发生的电极反应式为，铝板自身放电被消耗，故B正确； C．电池工作时氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为，故C错误；     D．氧气在铂网上得电子生成氢氧根离子，铂电极成网状，增大与O2的接触面积，故D正确； 选C。 【变式1-1】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电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b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1mol Al，理论需要消耗为33.6L 【答案】B 【分析】Al和海水构成的原电池中，铝为活泼金属，发生失电子的氧化反应生成Al3+，则a电极为负极，b电极为正极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，正极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-，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。 【详解】A．由分析可知，Al为负极，则b为正极，故A错误； B．原电池工作时，阳离子向正极移动，即海水中的Na+向b电极移动，故B正确； C．原电池工作时，a电极为负极，负极反应式为Al-3e-=Al3+，随后发生反应：，离子净消耗，a电极区域的海水不会呈强碱性，故C错误； D．没有说明标准状况，故不能计算氧气的体积，故D错误； 答案选B。 【变式1-2】硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，工作原理如图所示，该电池工作时反应为： 4VB2+11O2 = 4B2O3+2V2O5。 下列说法不正确的是 A．电极a发生还原反应 B．电流由电极a经负载流向VB2极 C．VB2极发生的电极反应为：2VB2 +22OH−-22e−=V2O5+2B2O3 +11H2O D．图中选择性透过膜允许阳离子选择性透过 【答案】D 【分析】由图可知，空气通入电极a，则电极a为正极，发生还原反应，反应式为；硼化钒电极发生氧化反应，总反应式为，总反应式减去正极反应式得到负极反应式，负极反应方程式为：。 【详解】A．根据分析可知，电极a为正极，发生还原反应，A项正确； B．电流由正极到负极，即由电极a经过负载流向极，B项正确； C．根据分析可知，极的电极方程式为：，C项正确； D．图中选择性透过膜允许阴离子选择性透过，D项错误； 答案选D。 【变式1-3】（24-25高二上·福建漳州·期中）肼(N2H4)常用作火箭推进器和燃料电池的燃料。一种以KOH溶液作电解质溶液、液态肼为燃料的电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，b电极的电极电势比a电极高 B．放电时，电子从b电极经负载流向a电极 C．离子交换膜为阳离子交换膜 D．a电极反应式为N2H4 + 4OH-+ 4e- =N2↑ + 4H2O 【答案】A 【分析】放电时，a电极N2 H4转化为N2，N化合价升高，发生氧化反应。因此a为负极，电极反应式为N2H4 +4OH-- 4e- =N2↑ + 4H2O；b为正极，电极反应式为O2+ 4e- + 2H2O = 4OH-。据此解答： 【详解】A．正极电极电势大于负极，故A正确； B．a电极上N2H4失去电子，电子通过负载由a流向b，故B错误； C．电解质为碱性，a电极附近消耗OH-，而b电极附近生成OH-，因此离子交换膜为阴离子交换膜，故C错误； D．a电极反应式为N2H4 +4OH-- 4e- =N2↑ + 4H2O，故D错误； 故答案为A。 题型二 化学电源 【典例2】铅蓄电池的工作原理可表示为，其构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是   A．放电时，正、负电极质量均增大 B．放电时，溶液的pH减小 C．充电时，Pb与电源负极相连接 D．充电时，每消耗，转移电子数为 【答案】B 【详解】A．放电时，负极反应式为，正极反应式为，正、负极都生成，质量均增大，该选项正确； B．放电时的总反应为，消耗硫酸，溶液中氢离子浓度减小，pH增大，该选项错误； C．充电时，Pb是放电时的负极，充电时作阴极，与电源负极相连，该选项正确； D．充电时转化为Pb和，Pb元素化合价从 + 2价变为0价和 + 4价，每消耗2mol，转移2mol电子，转移电子数为，该选项正确； 方｜法｜点｜拨 原电池、电解池、电镀池的判断方法 1．若无外接电源的单一装置则一般是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”： 先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种为非金属导体)作电极。 再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。 后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。 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时则为电镀池。 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自发发生氧化还原反应的装置为原电池，与其相连的池为电解池或电镀池。 4．若为二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为原电池反应；充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。 【变式2-1】碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．负极的电极反应式： B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为 【答案】D 【分析】Zn为负极，电极反应式为：，MnO2为正极，电极反应式为：。 【详解】A．由以上分析可知负极的电极反应式：，故A正确； B．原电池中阴离子向负极移动，则通过隔膜向负极移动，故B正确； C．环境温度过低，反应速率减慢，不利于电池放电，故C正确； D．由上述电极反应可知每生成1molMnOOH，转移1mol电子，转移电子数目为，故D错误； 故选：D。 【变式2-2】液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种甲醇为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，溶液作为电解质溶液。关于该电池的叙述正确的是 A．a极发生氧化反应 B．b极为该电池的负极 C．放电时，电子从b极流向负载，再由负载流向a D．b极的反应式： 【答案】A 【分析】该燃料电池中，a电极为负极，燃料失电子发生氧化反应，电极反应式为：，b电极为正极，氧气得电子发生还原反应，电极反应式为：，电池总反应为：，结合离子的移动方向、电流的方向分析解答。 【详解】A．由分析知，a极为负极，发生氧化反应，故A正确； B．b极为该电池的正极，a极为该电池的负极，故B错误； C．放电时，从电子从负极经负载流向正极，所以从a极流向负载，再由负载流向b，故C错误； D．由分析知，b极的反应式为，故D错误； 故选A。 题型三 电解池的工作原理 【典例3】研究表明以N2为氮源电解可直接制备HNO3，其原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．a为电源负极 B．电解一段时间后，阴极区溶液pH降低 C．电解时阳极电极反应式为N2＋6H2O＋10e-=2＋12H＋ D．若转移1 mol电子，可获得标准状况下11.2 L H2 【答案】D 【分析】从图中可以看出，在左侧电极，N2失电子产物与电解质反应生成等，则此电极为阳极，电极反应式为N2＋6H2O-10e-=2＋12H＋，H+透过质子交换膜进入右侧电极区；在右侧电极，H+得电子生成H2等，则右侧电极为阴极。从而得出与左侧阳极相连的a电极为正极，b电极为负极。 【详解】A．由分析可知，a为电源正极，A不正确； B．电解反应发生时，阴极发生反应2H++2e-=H2↑，但同时左侧电极产生的H+不断进入右侧电极区，溶液pH不变，B不正确； C．电解时，左侧电极为阳极，N2失电子产物与电解质反应生成等，依据得失电子守恒、电荷守恒和元素守恒，可得出阳极电极反应式为N2＋6H2O-10e-=2＋12H＋，C不正确； D．依据阴极反应式2H++2e-=H2↑，若转移1 mol电子，可获得0.5molH2，其在标准状况下的体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2 L，D正确； 故选D。 方｜法｜点｜拨 分析电解过程的思维程序 ① 首先判断阴、阳极：分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极 ② 再分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－) ③ 然后确定放电离子或物质：排出阴、阳离子在两极的放电顺序，确定优先放电的粒子。 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋ 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞最高价含氧酸根离子 ④ 写出电极反应式、总反应式：判断电极产物，注意溶液的酸碱性、产物的溶解性 ⑤ 解答问题：如有关离子浓度、pH、电极产物量的变化、溶液的复原 注意 ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。 ②最常用、最重要的放电顺序是：阳极，Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。 ③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。 【变式3-1】电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极反应式为： B．电解一段时间，两电极区的pH均减小 C．电解过程中从b极通过质子交换膜转移至a极 D．相同时间内，a、b两极消耗的物质的量之比为5：3 【答案】A 【分析】a极上N2失去电子被氧化为，a为阳极，连接正极；b极上N2得到电子被还原为，即b极为阴极，应与电源负极相连； 【详解】A．由图示可知，a极氮气失电子变为硝酸根离子，电解质溶液呈酸性，电极反应式为：N2+6H2O-10e-=2NO+12H+，A正确； B．由图示可知，a极为阳极，失电子，电极反应式为：N2+6H2O-10e-=2NO+12H+，b极为阴极，得电子，电极反应式为：N2+6e-+8H+=2NH，则阳极区酸性增强、pH减小，阴极区酸性减弱、pH增大，B错误； C．a极为阳极、b极为阴极，电解过程中H+从a极通过质子交换膜转移至b极，C错误； D．a极电极反应式为：N2+6H2O-10e-=2NO+12H+，b极电极反应式为：N2+6e-+8H+=2NH，依据得失电子守恒，转移30mol电子时阴极、阳极消耗氮气的物质的量分别为5mol、3mol，即a、b两极消耗N2的物质的量之比为3:5，D错误； 答案选A。 【变式3-2】一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法正确的是 A．交换膜应当选择阳离子交换膜 B．K与b连接时，电极A的质量相比于K与a相连时，质量会减轻 C．K与b连接时，电极B上发生的反应为 D．电极K与b连接时，电极A发生还原反应 【答案】B 【分析】由题干信息可知，将开关K先与a连接后则电极B为阳极，电极反应为，电极A为阴极，电极反应为：，一段时间后右侧溶液中浓度增大，而左侧溶液中浓度减小，为了保持的浓度差必须保证不能通过半透膜，故交换膜是阴离子交换膜，一段时间后与b连接，电极A为负极，电极反应为：，电极B为正极，电极反应为：，据此分析解题。 【详解】A．由分析可知，交换膜应当选择阴离子交换膜，阻止阳极通过以保证两侧溶液中有浓度差，A错误； B．K与b连接时，形成原电池，电极A为负极，电极反应为：，电极质量减轻；同时，电极B为正极，电极反应为：，B正确； C．由分析可知，K与b连接时，电极B为正极，电极反应为：，C错误； D．K与b连接时，形成原电池，电极A为负极，电极A发生氧化反应，D错误； 故选B。 【变式3-3】以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如下图所示。下列说法正确的是 A．燃料电池工作时，正极反应式为O2+4H+−4e−=2H2O B．a极是铁，b极是铜时，能达到铁上镀铜的目的 C．a极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，两极质量变化相同 D．a、b两极若是石墨，在同温同压下b极产生的气体与电池中消耗乙烷的体积之比为2:7 【答案】B 【分析】电池工作时，O2转化为H2O，由O元素的价态变化，可确定通入O2的电极为正极，通入乙烷的电极为负极；右侧电池为电解池，a电极为阴极，b电极为阳极。 【详解】A．燃料电池工作时，通入O2的电极为正极，O2得电子产物与电解质反应生成H2O，正极反应式为O2+4H++4e−=2H2O，A不正确； B．往铁上镀铜，则右侧电池为电镀池，铜应作阳极，铁应作阴极，则a极为阴极，应是铁，b极是阳极，应是铜，B正确； C．a极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，但由于粗铜中混有铁、锌、金、银等杂质，在电解过程中，Fe、Zn等失电子，而溶液中只有Cu2+在阴极得电子，且粗铜中的金、银会形成阳极泥，所以两极质量变化不相同，C不正确； D．a、b两极若是石墨，在同温同压下b极产生的气体为O2，电池中消耗乙烷，依据得失电子守恒可建立如下关系式：7O2——28e-——2C2H6，二者的体积之比等于物质的量之比，则为7:2，D不正确； 故选B。 题型四 电解池原理的应用 【典例4】下列装置不能达到设计目的的是 A．装置①X选用合适金属可用于钢管的防腐 B．装置②用于深浸在海水中的钢闸门的防腐 C．装置③用于模拟铁制品表面镀铜 D．装置④用于模拟粗铜的电解精炼 【答案】B 【详解】A．装置①X选用比铁活泼的金属，则金属棒X作负极，钢管作正极，可用于钢管的防腐，能达到设计目的，A不符合题意； B．用于深浸在海水中的钢闸门的防腐，则闸门应该连接外接电源的负极，本身做阴极被保护，不能达到设计目的，B符合题意； C．装置③用于模拟铁制品表面镀铜，镀件做阴极会生成铜镀层，能达到设计目的，C不符合题意； D．粗铜的电解精炼，粗铜做阳极连接电源的正极，纯铜作阴极，能达到设计目的，D不符合题意； 答案选B。 【变式4-1】关于如图所示各装置的叙述正确的是 A．图1是化学能转变为电能的装置，总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+ B．图2CH4-O2碱性燃料电池电子由a电极经NaOH溶液流向b电极 C．图3装置可在铁件表面镀铜，CuSO4溶液浓度不变 D．图4支撑海港码头基础的钢管桩与电源的负极相连，以防止被海水腐蚀 【答案】D 【详解】A．由图可知，该装置为化学能转变为电能的装置，金属性强于铜的铁电极为原电池的负极，电池的总反应为Fe+2Fe3+=3Fe2+，故A错误； B．氢氧化钠溶液不能传递电子，电子由a电极经用电器流向b电极，故B错误； C．电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，因此待镀铁件作阴极，铜作阳极，故C错误； D．由外加直流电源的阴极保护法可知，钢管桩与电源的负极相连做电解池的阴极，以防止被海水腐蚀，故D正确； 故选D。 【变式4-2】提供几组常见的实验装置示意图，下列有关叙述正确的是 A．装置①中阳极上有红色物质析出 B．装置②中的铜片应与直流电源的负极相连 C．装置③中，若电解液为KOH溶液，则电极a的反应式：H2-2e-+2OH-=2H2O D．装置④中，CuSO4溶液的浓度始终不变 【答案】C 【详解】A．装置①中用惰性电极电解CuCl2溶液，在阳极上Cl-失去电子被氧化变为Cl2，阳极的电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑；在阴极上Cu2+得到电子被还原为单质Cu，阴极的电极反应式为：Cu2++2e-=Cu，故电解时在阴极上有红色物质析出，A错误； B．在装置②电镀铜时，应该使镀层金属铜片与直流电源的正极相连，作阳极；镀件与直流电源的负极连接作阴极，B错误； C．在装置③的氢氧燃料电池中，通入燃料H2的电极a为负极，通入O2的电极b为正极，若电解液为KOH溶液，溶液显碱性，则电极a的反应式：H2-2e-+2OH-=2H2O，C正确； D．在装置④的金属铜的精炼中，粗铜作阳极，精铜作阴极。阳极上Cu及活动性比Cu强金属如Zn、Fe等会失去电子变为金属阳离子进入电解质溶液；在阴极上只有Cu2+得到电子被还原变为单质Cu。由于同一闭合回路中电子转移数目相等，因此电解一段时间后，溶液中CuSO4的浓度会逐渐降低，D错误； 故合理选项是C。 【变式4-3】以甲烷燃料电池为电源电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示，下列叙述错误的是 A．燃料电池通入氧气的电极接电解池的X电极 B．N室中：a%>b% C．膜I、III为阳离子交换膜，膜II为阴离子交换膜 D．理论上每生成1mol产品，需消耗甲烷的体积为2.8L(标况) 【答案】B 【分析】M室中石墨电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H+，原料室中的通过Ⅱ膜进入产品室，M室中氢离子通入Ⅰ膜进入产品室，结合得到H3BO3，原料室中的Na+通过Ⅲ膜进入N室，N室中石墨为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH-，溶液中c(NaOH)增大。 【详解】A．燃料电池通入氧气的电极为正极，接电解池的阳极，而N室中石墨为负极，解电解池的阴极，即X电极为阳极，Y电极为阴极，故A正确； B．N室中石墨为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH-，原料室中的钠离子通过Ⅲ膜进入N室，溶液中c(NaOH)增大，所以N室：a%<b%，故B错误； C．原料室中的通过Ⅱ膜进入产品室，M室中氢离子通入Ⅰ膜进入产品室，原料室中Na+的通过Ⅲ膜进入N室，则Ⅰ、Ⅲ为阳离子交换膜，Ⅱ为阴离子交换膜，故C正确； D．理论上每生成1molH3BO3，则M室中就有1mol氢离子通入Ⅰ膜进入产品室即转移1mole-，甲烷在燃料电池中发生电极反应消耗1molCH4转移8mole-，则转移1mole-应该消耗molCH4标准状况下2.8L，故D正确； 故答案为B。 题型五 金属的腐蚀和防护 【典例5】全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失，某城市拟用如图所示方法保护埋在弱碱性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是 A．钢质管道易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池 B．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 C．钢管上的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH- D．也可用外接直流电源保护钢管，直流电源负极连接金属棒X 【答案】D 【详解】A．钢质管道在潮湿的土壤中形成原电池，铁作负极，易被腐蚀，故A说法正确； B．根据原电池工作原理，金属棒应作负极，钢管作正极，钢管被保护，这种方法称为牺牲阳极法，故B说法正确； C．发生吸氧腐蚀，钢管作正极，正极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-，故C说法正确； D．用外接直流电源保护钢管，该装置为电解池，根据电解原理，钢管应作阴极，即钢管连接直流电源负极，故D说法错误； 故答案为D。 【变式5-1】研究化学能与电能的相互转化规律是电化学的核心问题，下列说法中正确的是 A．图a装置是原电池，可以实现化学能转化为电能 B．图b装置电解一段时间后在石墨电极上有紫红色固体析出 C．图c装置利用电解池原理，可以防止铁钉生锈 D．图d中轮船铁质外壳上镶嵌锌块可减缓船体的腐蚀速率 【答案】D 【详解】A．图a为原电池时，左侧烧杯中应盛装AgNO3溶液，右侧烧杯中应盛装CuSO4溶液，A项错误； B．图b中电解硫酸铜溶液，石墨与电源正极相连作电解池的阳极，阳极得到氧气，铜极与电源负极相连作电解池的阴极，阴极析出单质Cu，故电解一段时间后在石墨电极上有气体产生而无紫红色固体析出，B项错误； C．图c中铁钉做阳极，会加快其腐蚀速率，欲防止铁钉生锈，应将石墨与铁钉互换位置，C项错误； D．图d轮船铁质外壳上镶嵌锌块，形成原电池，锌作负极被腐蚀，而铁作正极得到保护，故镶嵌锌块会减缓船体的腐蚀速率，D项正确； 故选D。 【变式5-2】下列有关原电池、电解、电镀和电化学腐蚀的说法中，不正确的是 A．装置是原电池，可以实现化学能转化为电能 B．装置电解片刻后，溶液的酸性增强 C．装置不能起到防止铁钉生锈作用 D．中轮船铁质外壳上镶嵌的锌块可减缓船体的腐蚀速率 A．A B．B C．C D．D 【答案】A 【详解】A．图a装置不能构成原电池，铜直接与硝酸银溶液反应，不能形成电流，A错误； B．图b装置发生反应 ，电解片刻后，溶液的减小，B正确； C．图c装置，铁为阳极，发生反应，铁被腐蚀，C正确； D．图d中轮船铁质外壳上镶嵌锌块，构成原电池，铁为正极，被保护，减缓铁腐蚀速率，D正确； 故选A。 【变式5-3】在潮湿的深层土壤中钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论认为厌氧细菌可促使与反应生成，加速钢管腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是 A．正极反应式为 B．钢管腐蚀的产物中仅含有FeS C．向钢中加入Cu制成合金可减缓钢管的腐蚀 D．与反应可表示为 【答案】D 【详解】A．根据题中所给信息，潮湿的深层土壤中钢管发生厌氧腐蚀，正极水得电子生成氢气，电极反应式为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，A错误； B．在钢铁锈蚀中，Fe为负极，失去电子发生氧化反应，则负极反应式为Fe－2e-=Fe2+，厌氧细菌可促使与反应生成，S2-及正极上生成的OH-与Fe2＋可分别反应生成FeS、Fe(OH)2，B错误； C．向钢中加入铜，发生电化学腐蚀时，活动性弱的铜作正极，活动性强的Fe作负极，从而加速钢管的腐蚀，C错误； D．厌氧细菌可促使与反应生成，根据元素守恒，方程式为，D正确； 故选D。 基础通关练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高二上·河北·阶段练习）化学电源在生活、生产和科研中得到广泛的应用，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 【答案】D 【详解】A．无水乙醇为非电解质，不导电，没有电解质溶液，所以不能产生电流，A错误； B．Al能与NaOH溶液反应，但Mg和Al未用导线连接，不能形成闭合的回路，所以不能产生电流，B错误； C．两电极均为石墨电极，没有自发进行的氧化还原反应，不能产生电流，C错误； D．已知Zn比Pb活泼，能与稀盐酸反应，且形成了闭合回路，则能够形成原电池即产生电流，D正确； 答案选D。 2．（24-25高二上·陕西汉中·期中）如图是通过人工光合作用，以和为原料制备和的原理示意图，下列说法正确的 A．该装置将太阳能直接转化为电能 B．外电路电流方向是b→a C．电极b上发生氧化反应 D．转移到右侧时有的参与反应 【答案】B 【分析】由图可知电极上水失电子生成氧气，电极反应为：，电极为负极，电极为正极，电极上二氧化碳得电子生成甲酸，电极反应为：，据此分析作答。 【详解】A．通过人工光合作用，以为原料制备，该装置不是将太阳能直接转化为化学能，A错误； B．电极为负极，电极为正极，外电路电流方向是，B正确； C．电极是正极，得到电子，发生还原反应，C错误； D．未告诉是否处于标准状况，无法计算二氧化碳的物质的量，D错误； 故选B。 3．（24-25高二上·江苏南通·阶段练习）负载有Pt和Ag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．Ag作原电池正极 B．电子Pt由经活性炭流向Ag C．Pt表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下11.2L的，最多去除 【答案】D 【分析】氧气在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。 【详解】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，故Ag电子由经活性炭流向Pt，B错误； C．溶液为酸性，故Pt表面发生的电极反应为，C错误；   D．正极反应为、负极反应为，则每消耗标准状况下11.2L的（为0.5mol）转移电子2mol，最多去除，D正确； 故选D。 4．（24-25高二上·四川南充·期中）化学和生活、科技、社会发展息息相关，下列说法不正确的是 A．“深海一号”母船海水浸泡区的铝块可保障船体不易腐蚀 B．神舟十七号载人飞船使用的可充电镉镍电池属于二次电池 C．河南省博物院中馆藏文物“武则天金简”易发生吸氧腐蚀 D．“北斗三号”导航卫星使用的透光电极材料——石墨烯，属于新型无机非金属材料 【答案】C 【详解】A．“深海一号”母船海水浸泡区铝块作负极与船体形成原电池，利用“牺牲阳极法” 可保障船体不易腐蚀，A不符合题意； B．可充电镉镍电池又称二次电池，B不符合题意； C．武则天金简是纯金打造的，不易发生吸氧腐蚀，C符合题意； D．石墨烯是由碳原子组成的单质，属于新型无机非金属材料，D不符合题意； 故答案选C； 5．（23-24高二上·福建福州·期中）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。该电池以金属钠和碳纳米管作为两极(如图所示)，放电的总反应为，下列说法不正确的是 A．该电池的介质可以选择溶液 B．金属Na作负极，发生氧化反应 C．正极反应式： D．工作时电子从Na电极经导线流向碳纳米管电极 【答案】A 【分析】根据放电的总反应可知钠元素化合价升高，Na做负极，电极反应式为Na-e-= Na+，CO2做正极，正极反应式：； 【详解】A．Na是活泼金属，能与溶液中水反应，因此该电池的介质不能选择溶液，A错误； B．负极上Na失电子生成Na+，化合价升高，发生氧化反应，B正确； C．正极上CO2得电子发生还原反应，电极反应式：，C正确； D．工作时电子由负极经外电路流向正极，故电子从Na电极经导线流向碳纳米管电极，D正确； 故选A。 6．（23-24高二上·河北保定·期末）基于水煤气转化反应，通过电化学装置制备纯氢的原理示意图如下。下列说法错误的是 A．为电源负极 B．阴极电极反应为： C．使用阴离子交换膜能使乙室中保持不变 D．该装置中氧化反应和还原反应分别在两极进行，利于制得高纯度氢气 【答案】C 【详解】A．甲电极发生还原反应为阴极，a为电源负极，A正确； B．甲电极为阴极，电极反应为：，B正确； C．阴极的电极反应式为：，阳极的电极反应方程式为：，若为阴离子交换膜，从甲池向乙池迁移，因此能减缓单位时间内乙室中c(OH-)的降低，甲池生成的速度小于乙池消耗的速度，故无法抵消，乙池c(OH-)减小，C错误； D．H2在阴极生成，CO2在阳极产生且在乙池被吸收变成，因此利于制得高纯度氢气，D正确； 故选择C选项。 7．（24-25高二上·北京·期中）粗铜中含有少量铁、锌、银、金等杂质，工业上可用电解法精炼粗铜制得纯铜，下列说法正确的是 A．精铜做阳极，粗铜做阴极 B．阴极只能是被还原 C．电解时，阳极反应只有 D．电解后，可用阳极泥来提炼金、银 【答案】D 【分析】电解法精炼粗铜时，阴极(纯铜)的电极反应式：Cu2++2e－=Cu(还原反应)，含有其他活泼金属原子放电，阳极(粗铜)的电极反应式：Cu-2e－=Cu2+(氧化反应)，相对不活泼的金属以单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥，据此分析解答。 【详解】A．电解法精炼粗铜时，需要用纯铜阴极，粗铜作阳极，A错误； B．当消耗之后，阴极可能是其他金属阳离子被还原，B错误； C．电解时，阳极反应之一有，同时含有其他活泼金属原子也放电，C错误； D．粗铜中含有少量铁、锌、镍、银、金等杂质做阳极，银、金不失电子，沉降电解池底部形成阳极泥，所以可用阳极泥来提炼金、银等贵金属，D正确； 故选D。 8．（24-25高二上·河南·期中）下列过程中，将电能直接转化为化学能的是 A．提高环保意识，使用节能路灯照明 B．采用牺牲阳极法对铁闸门进行保护 C．采用氯碱工业制备、和 D．利用太阳能发电，降低化石能源依赖 【答案】C 【详解】A．路灯照明是将电能转化为光能，故A错误； B．牺牲阳极法是利用原电池原理的金属防腐措施，是将化学能转化为电能，故B错误； C．氯碱工业制备、和的过程是电能直接转化为化学能的过程，故C正确； D．太阳能发电是将光能转化为电能，故D错误； 故选：C。 9．（23-24高二上·福建福州·期中）北京冬奥会火种灯的外形设计灵感来自于西汉的“长信宫灯”。下列说法正确的是 A．青铜的熔点大于纯铜 B．铜锈的主要成分是 C．镏金层破损后，金作负极可以继续保护破损处的铜，此法称为牺牲阳极的阴极保护法 D．铝合金表面氧化物薄膜可保护内部金属不被腐蚀 【答案】D 【详解】A．青铜是铜的合金，合金熔点低于成分金属，青铜的熔点低于纯铜，A错误； B．铜锈的主要成分为碱式碳酸铜：Cu2(OH)2CO3，B错误； C．铜比金活泼，镏金层破损后，铜作负极会导致铜被加速锈蚀，C错误； D．铝合金表面氧化物薄膜，性质稳定，阻止合金和空气接触发生反应，可以保护内部金属不被腐蚀，D正确； 故选D。 10．（24-25高二上·黑龙江伊春·期中）用阴离子交换膜控制电解液中的浓度制备纳米，反应为，装置如图，下列说法正确的是 A．电解时通过交换膜向极移动 B．阳极反应式为 C．阴极放电，有生成 D．电极和电极上生成物的物质的量之比为 【答案】B 【分析】根据总反应可以写出阳极反应式，阳极反应式为：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，消耗氢氧根，pH减小，Ti极是阴极，阴极的电极反应式为2H2O+2e=H2↑+2OH-，Ti极附近的pH增大，据悉分析。 【详解】A．根据分析可知，阴极产生的氢氧根离子会通过阴离子交换膜向阳极（Cu极）移动，A错误； B．结合分析可知，阳极反应式为：2Cu-2e-+2OH-=Cu2O+H2O，B正确； C．阴极水电离产生的放电，产生氢气，C错误； D．根据电子转移数相等可知，若转移2mol电子，Cu电极生成氧化亚铜的物质的量为1mol，Ti电极生成的氢气也是1mol，故生成物的物质的量之比为1:1，D错误； 故选B。 重难突破练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高二上·江苏无锡·期中）铅蓄电池放电时的工作原理可表示为，其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，移向极移动 B．电池工作时，负极质量减小 C．电池工作时，发生氧化反应 D．每生成，转移电子数为 【答案】A 【分析】由题干铅蓄电池的工作原理可知，放电时，Pb为负极，电极反应为：Pb-2e-+=PbSO4，PbO2为正极，电极反应为：PbO2+4H+++2e-=PbSO4+2H2O，据此分析解题。 【详解】A．电池放电时，阳离子移向正极，由分析可知，Pb为负极，PbO2为正极，故移向极移动，A正确； B．由分析可知，放电时，负极电极反应为：Pb-2e-+=PbSO4，故负电极质量增大，B错误； C．电池工作时，作正极，得电子发生还原反应，C错误； D．由可知，每生成2mol PbSO4，转移2mol电子，故每生成，转移电子数为，D错误； 答案选A。 2．（23-24高二上·江苏连云港·期中）下列有关燃料电池(如图)的说法正确的是 A．电池工作时，电能主要转化为化学能 B．放电过程中电极b区的溶液pH下降 C．a电极上的反应为： D．放电过程中参与反应，失去个电子 【答案】C 【分析】右侧电极H2O2中O元素化合价下降，b为正极，发生得电子的还原反应，电极反应为H2O2+2e-=2OH-，a为负极，电极发生失去电子的氧化反应，电极反应为。 【详解】A．该装置为原电池装置，电池工作时，化学能主要转化为电能，故A错误； B．放电过程中，b区电极反应H2O2+2e-=2OH-，溶液pH上升，故B错误； C．根据图可知a电极上的反应为，，故C正确； D．放电过程中H2O2+2e-=2OH-，1molH2O2参与反应，得到2×6.02×1023个电子，故D错误； 答案选C。 3．（23-24高二下·江苏无锡·期中）利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池的工作原理如图所示，通入时电池开始工作，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，中间A为阴离子交换膜，放电后可利用废热进行充电再生。已知，能与分子结合生成，下列说法正确的是 A．放电时，左侧电极的电极反应式为，左侧溶液逐渐变为深蓝色 B．放电时，电池的总反应为，该反应放热 C．放电时，经离子交换膜由左侧向右侧迁移 D．常见的可充电电池还有碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等 【答案】B 【分析】电池开始工作时，甲室铜电极质量减少，做负极，发生氧化反应，乙室铜电极质量增加，做正极，发生还原反应，阴离子由右侧通过阴离子交换膜进入左侧。 【详解】A．根据题中给出的电池开始工作时，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，可知，左侧电极为负极，发生氧化反应，电极反应方程式为：，A错误； B．通入NH3时电池开始工作，左侧电极质量减少，左侧电极反应方程式为：；右侧电极质量增加，则右侧电极作正极，其电极方程式为：Cu2++2e-=Cu，则电池的总反应为：，结合题给信息可知，放电后可利用废热进行充电再生，说明放电时放出热量，充电时吸收热量，B正确； C．放电时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，结合题给信息，A为阴离子交换膜，则放电时，经离子交换膜由右侧向左侧迁移，C错误； D．碱性锌锰电池不是可充电电池，而是一次电池，铅酸蓄电池、锂离子电池是可充电电池，D错误； 故选B。 4．（24-25高二下·江苏南通·期中）科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解过程中，通过交换膜从右往左迁移 B．的主要作用是降低的溶解度 C．金催化电极的电极反应式： D．理论上合成，左室溶液质量减少27g 【答案】D 【分析】根据图示知，金催化电极发生还原反应，得电子，是阴极，电极反应：；惰性电极是是阳极，。 【详解】A．电解过程中，向阴极移动，即H+通过质子交换膜从左往右迁移，A错误； B．可以电离出自由移动的离子，主要作用是增强溶液导电性，B错误； C．根据分析知，金催化电极的电极反应式：，C错误； D．理论上合成，转移电子，则左室生成，还有向阴极移动，则溶液质量减少，D正确； 故选D。 5．（24-25高二上·江苏镇江·期中）新型二次电池充电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时电极A为正极 B．充电时化学能转化为电能 C．放电时电极B的电极反应式为 D．放电时理论上每生成1mol 转移xmol 【答案】D 【分析】新型电池充电时移向A电极，根据电解池内阳离子移向阴极，可知充电时A为阴极，B为阳极；放电时A为负极，B为正极。 【详解】A．根据分析可知放电时电极A为负极，故A错误； B．放电时为原电池，将化学能转化为电能，充电时电能转化为化学能，故B错误； C．放电时电极B为正极，得电子发生还原反应，对应电极反应式为，故C错误； D．放电时电极A为负极，电极反应式为，因此放电时每生成1molSb2S3转移，故D正确； 故答案为：D。 6．（22-23高二上·江苏苏州·期中）我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是    A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为 C．断电时，锌环上的电极反应为 D．断电时，则不能防止铁帽被腐蚀 【答案】D 【详解】A．通电时，锌环连接电源正极，所以锌为阳极，阳极发生氧化反应，故A正确； B．阴极为溶液中氢离子得电子，所以发生的电极反应为，故B正确； C．断电时发生原电池反应，锌环失电子作负极，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，故C正确； D．断电时锌作负极，属于牺牲阳极的阴极保护法，可以防止铁帽被腐蚀，故D错误； 故选：D。 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题02 化学能与电能 考查重点 命题角度 原电池的工作原理 原电池工作原理；电极方程式书写；正负极的判断； 原电池原理的应用 加快反应速率；比较金属活动性；设计原电池 化学电源 一次电池；二次电池；新型电池；燃料电池 电解池工作原理 电解池工作原理；电解池电极方程式书写；阴阳极的判断； 电解池原理的应用 氯碱工业；铜的电解精炼；电镀与电冶金 金属的腐蚀 化学腐蚀；电化学腐蚀 金属的防护 牺牲阳极的阴极保护法；外加电流的阴极保护法 一、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 （1）定义：能把 转化为 的装置。 （2）构成条件： 2．实验探究： （1）锌和硫酸铜溶液反应中的能量转化 向一只烧杯中加入1.0 mol•L－1 CuSO4溶液约30 mL，再加入适量锌粉，现象是Zn逐渐 ，溶液颜色 ，有 物质生成，用温度计测量溶液的温度，温度 ，能量变化的主要形式是 转化为 。 （2）铜锌原电池的构造与工作原理 电池名称 单液电池 双液电池(盐桥电池) 实验装置 实验现象 电流表 指针 电极变化 锌片逐渐溶解，铜片质量 电流变化 一段时间后，电流逐渐衰减 产生的电流持续、稳定 微观探析 锌片的Zn失去电子形成 进入溶液，质量减轻； 电子通过导线传递到铜片上形成电流，电流表指针偏转； 溶液中的 在铜片获得电子变成 沉积在铜片上，质量增加 符号表征 电极反应式 Zn片： Cu片： 电池总反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 能量转换 转化为 盐桥 ①盐桥成分：含有KCl饱和溶液的琼脂。作用：使两个半电池形成 ； ② ；离子移动方向：Cl－移向ZnSO4溶液(负极区)，K＋移向CuSO4溶液(正极区)。 ③ ，相比单液原电池有利于最大程度地将化学能转化为电能 原电池工作原理示意图： 3．原电池形成的条件： （1）闭合回路。 （2）两极有电势差——两个活性不同的电极，相对较活泼的金属作 __。 （3） 溶液或 电解质。 （4）自发的 反应。 4.正负极的判断方法 （1）电极反应：负极— 反应，正极— 反应 （2）电子或电流的流向：电子： → ；电流： → （3）离子流向：阳离子→ 极，阴离子→ 极； 5.电极反应式的书写 正极：找出氧化剂及还原产物，写出“氧化剂＋n e－＝还原产物” 负极：找出还原剂及氧化产物，写出“还原剂－n e－＝氧化产物” 注意开始生成的氧化产物、还原产物在溶液中能否存在，如碱性溶液中H＋要结合OH－生成H2O。由电荷守恒确定要添加的离子，再据质量守恒，配平其他微粒个数。 将正、负析电极反应式相加，与总反应式对照验证。 复杂电极反应式的书写 ①首先写出较简单的电极反应式。 ②复杂电极反应式＝总反应式－简单电极反应式。 ③注意电子守恒。 书写三个原则 ①共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中不可能存在CO2，也不可能有H＋参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有OH－参加反应。 ②得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加H2O（电解质为酸性时）或OH－（电解质为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加H2O（电解质为碱性或中性时）或H＋（电解质为酸性时）。 ③中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。 二、原电池原理的应用 加快化学反应速率 实验室制取H2时，稀H2SO4中滴入几滴CuSO4溶液，从而加快了H2的逸出 比较金属的活泼性 通常溶解（或质量减轻）的为负极，质量增加（或产生气泡）的为正极，据负极活泼性＞正极活泼性，可得出结论 用于金属的防护 将需要保护的金属制品作原电池 极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 设计制作化学电源 ①首先将氧化还原反应分成两个半反应。 ②根据原电池反应的特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。 电极材料的选择 在原电池中，选择还原性较强的物质作为 极；氧化性较强的物质作为 极。并且，原电池的电极必须导电，电池中的负极不一定能够与电解质溶液反应。 电解质溶液的选择 电解质溶液一般要能够与负极发生反应，或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液应选择含有与电极材料相同的阳离子。如在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。 三、化学电源 （一）化学电源概述 1．化学电源的分类及特点 （1）化学电源的分类。 ①一次电池：也叫作 ，常见的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池。 ②二次电池：又称为 或蓄电池， 是最常见的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。 ③燃料电池：氢氧燃料电池等。 （2）各类电池的特点。 ①一次电池：电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用，放电后不可再充电。 ②二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，可多次重复使用。 ③燃料电池：燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 （二）一次电池 1． 锌锰干电池 普通锌锰干电池制作简单、价格便宜，但存在放电时间短、放电后电压下降较快等缺点。碱性锌锰电池比普通锌锰干电池性能优越，它的比能量[电池单位质量或单位体积所输出电能的多少，单位(W·h)/kg或(W·h)/L]大，能提供较大电流并连续放电。 普通锌锰电池 碱性锌锰干电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极： 正极： 溶液 负极： 正极： 溶液 电极反应 碱性锌锰干电池的总反应： 负极： 正极： 2.银锌纽扣电池的构造与工作原理 总反应： 。 负极： 。 正极： 。 （三）二次电池 二次电池放电后可以再充电使活性物质获得再生，又称 或 。 充、放电时各电极上发生的反应： 1．铅蓄电池的构造与工作原理 （1）放电时 负极： ，正极： ，电解质溶液： 溶液。 负极： 。 正极： 。 （2）充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 总反应方程式： 。 （3）铅蓄电池的优缺点。 ①优点：可重复使用、电压稳定、使用方便、安全可靠、价格低廉，在生产生活中应用广泛。 ②缺点：比能量低、笨重，废弃的电池污染环境。 （四）燃料电池 （1） 特点 连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能。电能转化率超过80％ 反应原理 燃料电池反应原理类似于燃料的燃烧 正极 是O2 负极 为可燃物，如H2、、CO、NH3、N2N4、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)及其衍生物如醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)等 电解质 常有四种类型：酸性条件、碱性条件、固体电解质(可传导O2－)、熔融碳酸盐，不同电解质会对总反应式、电极反应式有影响 书写 电极反应式 应先写出正极反应式，再将总反应式减去正极反应式就得负极反应式 整个过程须考虑一个重要的细节——电池工件的环境（如酸性电池、碱性电池、熔融氧化物电池、熔融碳酸盐电池、熔融硝酸盐电池等） （2）种类 ①氢氧燃料电池 电解质 酸性 中性 碱性 负极反应 H2-2e-=2H+ H2-2e-=2H+ H2-2e-+2OH-=2H2O 正极反应 O2+4e-+2H2O=4OH- O2+4e+2H2O=4OH- 总反应 2H2+O2=2H2O ②甲烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH4-8e-+2H2O=CO2+8H+ 正极反应 O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 CH4+2O2=CO2+2H2O CH4+2O2+2OH-=CO32-+3H2O ③甲醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O ④辛烷燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 C8H18-50e—+16H2O=8CO2+50H+ C8H18-50e—+66OH—=8CO32-+42H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 2C8H18+25O2=16CO2+18H2O 2C8H18+25O2+32OH—=16CO32-+34H2O ⑤乙醇燃料电池 电解质 H2SO4 KOH 负极反应 C2H6O-12e—+16OH—=2CO32-+11H2O 正极反应 O2+4e-+4H+=2H2O O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应 C2H6O+3O2=2CO2+3H2O ⑥熔融盐电池 例如：用Li2CO3和Na2CO3的熔融盐混合物作电解质的燃料电池，CO为燃料，空气与CO2的混合气为助燃气，制得在650℃下工作的燃料电池，在工作过程中，电解质熔融盐的组成、浓度不变 电极反应式：负极： 正极： 总反应： （3）燃料电池中常见正极反应式的书写 ①在酸性溶液中： ②在碱性或中性溶液中： ③在熔融碳酸盐中： ④在可传导O2-的晶体电解质中（例如：掺杂(Y2O3)氧化钇的(ZrO2)氧化锆晶体）： （五）锂电池的类型 锂电池 装置图 说明 Li-CO2电池 4Li＋3CO22Li2CO3＋C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动) 放电时： 锂极为负极，负极反应式： Li－e－＝Li＋ 铱基电极为正极，正极反应式： LiFePO4-C电池 Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C (隔膜只允许Li＋通过，向正极移动，LixC6中C元素为0价) 放电时： M为负极，负极反应式： N为正极，正极反应式： 全固态锂-硫电池 16Li＋xS88Li2Sx(2≤x≤8) (Li＋移向电极a)，电极a掺有石墨烯，可增强电极导电性 放电时： 电极b是负极，负极反应式： 电极a是正极，正极反应式(第一步)： LiCoO2-C电池 Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋6C (放电过程中，Li＋从负极脱出，嵌入正极) 放电时： N为负极，负极反应式： M为正极，正极反应式： 锂-空气电池 4Li＋O2＋2H2O4LiOH (Li＋移向B极) 放电时： A为负极，负极反应式： B为正极，正极反应式： (电解液a不能是水溶液，因为金属锂可与水反应) 特｜别｜提｜醒 燃料电池 解题模板 解答燃料电池题目的几个关键点 ①要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。 ②通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧化剂。 ③通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正、负极，同时分析该离子参与靠近一极的电极反应。 四、电解池工作原理 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 反应的过程。 2．电解池： （1）定义：电解池是把__ __转化为_ _的装置。 （2）电解池的构成条件。 ①有外接直流电源。 ②有与电源相连的两个电极。其中与 _正极相连的叫 ，与电源负极相连的叫__ _。 ③电解质溶液或熔融电解质。 ④形成闭合回路。 （3）电极名称及电极反应式(以惰性电极电解CuCl2溶液为例)。 （4）电子和离子移动方向。 电子：从电源负极流向电解池的阴极，从电解池的阳极流向电源的正极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 3．电解池的工作原理： 接通外界电源后，电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，经过阴、阳离子的定向运动形成内电路，再从电解池的阳极流出，并沿导线流回电源的正极，如图所示。 （1）电子和离子移动方向。 电子：从电源负极流向电解池的 极，从电解池的阳极流向电源的 极。 离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。 （2）电极的放电顺序 ①常见阳极的放电顺序： ②常见阳离子放电顺序：金属活动性顺序的 序 4.电解规律 （1）电解池中的阴、阳极判断 判断方法 与电源连接方式 电子流动方向 离子移动方向 反应类型 电极现象 阳极 与电源 极相连 电子流 阴离子移向 反应 溶解或产生有色气体 阴极 与电源 极相连 电子流 阳离子移向 反应 析出金属或产生氢气 （2）四种电解类型的规律 阳离子 惰性电极电解电解质溶液的四种类型 阴离子 5.常见的电解池类型 物质 类别 代表物 被电解 物质 阴极 产物 阳极 产物 电解方程式 浓度变化 pH 溶液复原 加入物质 电解 类型 含氧酸 H2SO4 H2O H2 O2 电解 水型 可溶性碱 NaOH H2O 活泼金属 含氧酸盐 Na2SO4 H2O 不变 无氧酸 HCl HCl HCl 电解 自身型 不活泼金属 无氧酸盐 CuCl2 CuCl2 —— 活泼金属 无氧酸盐 NaCl NaCl H2O H2 Cl2 NaOH NaCl浓度减小 放氢 生碱型 不活泼金属 含氧酸盐 Cu(NO3)2 Cu(NO3)2 H2O Cu(NO3)2浓度减小 有HNO3生成 变小 放氧 生酸型 特｜别｜提｜醒 原电池与电解池的区别与联系 原 电 池 电 解 池 电 镀 池 装置 见课本 见课本 见课本 能量转换 （实质） 化学能→电能 （两极分别发生氧化还原反应，产生电流） 电能→化学能 （在电流作用下两极分别发生氧化还原反应） 电极 正极 负极 较活泼金属 较不活泼金属 Pt/C Pt/C 金属氧化物 金属 阴极：接电源负极 阳极：接电源正极 阴极：镀件 阳极：镀层金属 电解液 和负极可反应，也可不反应 无特殊要求 电解液须含有镀层金属离子 构成条件 两极、一液、一反应(自发) 直流电源、两极一液 直流电源、两极一液 离子迁移 阳离子→正极 阴离子→负极 阳离子→阴极 阴离子→阳极 电子流向 原电池(－)原电池(＋) 五、电解池原理的应用 （一）氯碱工业 1．概念 用电解 的方法来制取 ，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业，称为氯碱工业。 2．原理 （1）阳极反应： ( 反应)； （2）阴极反应： ( 反应)； 总反应式： 。 （二）铜的电解精炼 1．阳极材料： 。 阳极反应： 、 、 ，比Cu不活泼的金、银形成 。 2．阴极材料： 。 阴极反应： 。 3．电解质溶液： 溶液，经过精炼，溶液中Cu2＋浓度会 。 （三）电镀与电冶金 1．铁钉镀锌 电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作 ，铁钉作 ，接通6 V的直流电源，电镀20～25 min。 实验现象：阳极(锌片)质量 ，电极反应式为 ，阴极质量 ，电极反应式为 。 2．电镀银装置 原理：金属材料电镀时，通常以 制品为阴极，以 金属为阳极，用含有 的溶液作电解质溶液。在直流电的作用下，镀层金属在待镀金属制品表面形成均匀、光亮而致密的镀层。 3．电冶金：对于比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，如工业上钠、镁的制取是通过电解熔融的 、 ，而铝的制取是通过电解熔融的 。 （四）电镀与铜的电解精炼的比较 电镀 铜的电解精炼 定义 应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金 利用电解原理提纯铜 装置 举例 形成 条件 ①镀层金属作阳极接直流电源正极，镀件作阴极接直流电源负极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③形成闭合回路 ①粗铜作阳极，纯铜作阴极 ②含Cu2＋的盐溶液作电解质溶液 ③直流电源 ④形成闭合回路 电极 反应 (以铁上镀锌为例)阳极： 阴极： 阳极： 主要) 阴极： (纯铜) 电解(镀)液浓度 联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 六、金属的腐蚀 金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，发生 反应 金属腐蚀的类型 化学腐蚀与电化学腐蚀 类型 化学腐蚀 电化学腐蚀 条件 金属与接触到的干燥气体或非电解质液体直接发生化学反应 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 较活泼的金属被腐蚀 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 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 水膜酸性很 或呈中性 电极 反应 负极 正极 总反应式 联系 更普遍 特｜别｜提｜醒 I、只有 位于金属活动性顺序中氢前 的金属才可能发生析氢腐蚀 II、 氢前和氢后的金属 可发生吸氧腐蚀 七、金属的防护 1．本质 阻止金属发生 反应。 2．方法 （1）加防护层，如在金属表面 、 、 等。 （2）改变金属组成或结构，如制成合金等。 （3）电化学防护 方法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 原理 原电池原理 电解原理 被保护金属 作 极 作 极 构成 被保护金属、比被保护金属活泼的金属等 被保护金属、惰性电极及直流电源等 优、缺点 无需外加电源，但需要定期更换被腐蚀的金属 无需更换电极，但消耗电能 示意图 牺牲阳极的阴极保护法示意图 外加电流的阴极保护法示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 3．不同条件下金属腐蚀快慢的比较 （1）影响金属腐蚀的因素 影响金属腐蚀的因素包括金属的本性、纯度和介质三个方面： ①就金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。 ②同一金属越纯，越难腐蚀。如纯铁即使在潮湿空气中反应也会很慢，而含杂质的生铁在潮湿的空气中会很快生锈而被腐蚀。 ③介质对金属腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。 （2）不同条件下金属腐蚀快慢的判断 条件 快慢顺序 腐蚀类型不同 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀(原电池原理的防护＞电解原理的防护) 同种金属 强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 同种电解质溶液 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 题型一 原电池的工作原理和应用 【典例1】我国首创的海洋电池是以铝板为负极、铂网为正极，如图所示。电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O=4Al(OH)3.下列说法错误的是 A．海水为电解质溶液 B．电池工作时铝板逐渐被消耗 C．电池工作时氧气失去电子 D．铂电极成网状，增大与O2的接触面积 【变式1-1】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电极为电池负极 B．电池工作时，海水中的向b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1mol Al，理论需要消耗为33.6L 【变式1-2】硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，工作原理如图所示，该电池工作时反应为： 4VB2+11O2 = 4B2O3+2V2O5。 下列说法不正确的是 A．电极a发生还原反应 B．电流由电极a经负载流向VB2极 C．VB2极发生的电极反应为：2VB2 +22OH−-22e−=V2O5+2B2O3 +11H2O D．图中选择性透过膜允许阳离子选择性透过 【变式1-3】（24-25高二上·福建漳州·期中）肼(N2H4)常用作火箭推进器和燃料电池的燃料。一种以KOH溶液作电解质溶液、液态肼为燃料的电池装置如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，b电极的电极电势比a电极高 B．放电时，电子从b电极经负载流向a电极 C．离子交换膜为阳离子交换膜 D．a电极反应式为N2H4 + 4OH-+ 4e- =N2↑ + 4H2O 题型二 化学电源 【典例2】铅蓄电池的工作原理可表示为，其构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是   A．放电时，正、负电极质量均增大 B．放电时，溶液的pH减小 C．充电时，Pb与电源负极相连接 D．充电时，每消耗，转移电子数为 方｜法｜点｜拨 原电池、电解池、电镀池的判断方法 1．若无外接电源的单一装置则一般是原电池，然后依据原电池的形成条件判定，主要思路是三“看”： 先看电极：两种活泼性不同的金属(或其中一种为非金属导体)作电极。 再看溶液：在电解质溶液中能自发地发生氧化还原反应。 后看回路：用导线连接的两电极与电解质溶液接触并形成闭合回路。 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时则为电镀池。 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自发发生氧化还原反应的装置为原电池，与其相连的池为电解池或电镀池。 4．若为二次电池使用过程的分析，其中放电过程是将化学能转变成电能，为原电池反应；充电过程是将电能转变成化学能，为电解池反应。 【变式2-1】碱性锌锰电池的总反应为，电池构造示意图如图所示。下列有关说法不正确的是 A．负极的电极反应式： B．电池工作时，通过隔膜向负极移动 C．环境温度过低，不利于电池放电 D．反应中每生成1molMnOOH，转移电子数为 【变式2-2】液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种甲醇为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，溶液作为电解质溶液。关于该电池的叙述正确的是 A．a极发生氧化反应 B．b极为该电池的负极 C．放电时，电子从b极流向负载，再由负载流向a D．b极的反应式： 题型三 电解池的工作原理 【典例3】研究表明以N2为氮源电解可直接制备HNO3，其原理如图所示。下列有关说法正确的是 A．a为电源负极 B．电解一段时间后，阴极区溶液pH降低 C．电解时阳极电极反应式为N2＋6H2O＋10e-=2＋12H＋ D．若转移1 mol电子，可获得标准状况下11.2 L H2 方｜法｜点｜拨 分析电解过程的思维程序 ① 首先判断阴、阳极：分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极 ② 再分析电解质水溶液的组成：找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－) ③ 然后确定放电离子或物质：排出阴、阳离子在两极的放电顺序，确定优先放电的粒子。 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋ 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞最高价含氧酸根离子 ④ 写出电极反应式、总反应式：判断电极产物，注意溶液的酸碱性、产物的溶解性 ⑤ 解答问题：如有关离子浓度、pH、电极产物量的变化、溶液的复原 注意 ①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。 ②最常用、最重要的放电顺序是：阳极，Cl－＞OH－；阴极：Ag＋＞Cu2＋＞H＋。 ③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。 【变式3-1】电催化氮气制备铵盐和硝酸盐的原理如图所示。下列说法正确的是 A．a极反应式为： B．电解一段时间，两电极区的pH均减小 C．电解过程中从b极通过质子交换膜转移至a极 D．相同时间内，a、b两极消耗的物质的量之比为5：3 【变式3-2】一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法正确的是 A．交换膜应当选择阳离子交换膜 B．K与b连接时，电极A的质量相比于K与a相连时，质量会减轻 C．K与b连接时，电极B上发生的反应为 D．电极K与b连接时，电极A发生还原反应 【变式3-3】以乙烷燃料电池为电源进行电解的实验装置如下图所示。下列说法正确的是 A．燃料电池工作时，正极反应式为O2+4H+−4e−=2H2O B．a极是铁，b极是铜时，能达到铁上镀铜的目的 C．a极是纯铜，b极是粗铜时，a极上有铜析出，b极逐渐溶解，两极质量变化相同 D．a、b两极若是石墨，在同温同压下b极产生的气体与电池中消耗乙烷的体积之比为2:7 题型四 电解池原理的应用 【典例4】下列装置不能达到设计目的的是 A．装置①X选用合适金属可用于钢管的防腐 B．装置②用于深浸在海水中的钢闸门的防腐 C．装置③用于模拟铁制品表面镀铜 D．装置④用于模拟粗铜的电解精炼 【变式4-1】关于如图所示各装置的叙述正确的是 A．图1是化学能转变为电能的装置，总反应为Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+ B．图2CH4-O2碱性燃料电池电子由a电极经NaOH溶液流向b电极 C．图3装置可在铁件表面镀铜，CuSO4溶液浓度不变 D．图4支撑海港码头基础的钢管桩与电源的负极相连，以防止被海水腐蚀 【变式4-2】提供几组常见的实验装置示意图，下列有关叙述正确的是 A．装置①中阳极上有红色物质析出 B．装置②中的铜片应与直流电源的负极相连 C．装置③中，若电解液为KOH溶液，则电极a的反应式：H2-2e-+2OH-=2H2O D．装置④中，CuSO4溶液的浓度始终不变 【变式4-3】以甲烷燃料电池为电源电解NaB(OH)4溶液制备H3BO3的工作原理如图所示，下列叙述错误的是 A．燃料电池通入氧气的电极接电解池的X电极 B．N室中：a%>b% C．膜I、III为阳离子交换膜，膜II为阴离子交换膜 D．理论上每生成1mol产品，需消耗甲烷的体积为2.8L(标况) 题型五 金属的腐蚀和防护 【典例5】全世界每年钢铁因锈蚀造成大量的损失，某城市拟用如图所示方法保护埋在弱碱性土壤中的钢质管道，使其免受腐蚀。关于此方法，下列说法不正确的是 A．钢质管道易被腐蚀是因为在潮湿的土壤中形成了原电池 B．这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法 C．钢管上的电极反应式：O2+2H2O+4e-=4OH- D．也可用外接直流电源保护钢管，直流电源负极连接金属棒X 【变式5-1】研究化学能与电能的相互转化规律是电化学的核心问题，下列说法中正确的是 A．图a装置是原电池，可以实现化学能转化为电能 B．图b装置电解一段时间后在石墨电极上有紫红色固体析出 C．图c装置利用电解池原理，可以防止铁钉生锈 D．图d中轮船铁质外壳上镶嵌锌块可减缓船体的腐蚀速率 【变式5-2】下列有关原电池、电解、电镀和电化学腐蚀的说法中，不正确的是 A．装置是原电池，可以实现化学能转化为电能 B．装置电解片刻后，溶液的酸性增强 C．装置不能起到防止铁钉生锈作用 D．中轮船铁质外壳上镶嵌的锌块可减缓船体的腐蚀速率 A．A B．B C．C D．D 【变式5-3】在潮湿的深层土壤中钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论认为厌氧细菌可促使与反应生成，加速钢管腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是 A．正极反应式为 B．钢管腐蚀的产物中仅含有FeS C．向钢中加入Cu制成合金可减缓钢管的腐蚀 D．与反应可表示为 基础通关练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高二上·河北·阶段练习）化学电源在生活、生产和科研中得到广泛的应用，下列装置能产生电流的是 A． B． C． D． 2．（24-25高二上·陕西汉中·期中）如图是通过人工光合作用，以和为原料制备和的原理示意图，下列说法正确的 A．该装置将太阳能直接转化为电能 B．外电路电流方向是b→a C．电极b上发生氧化反应 D．转移到右侧时有的参与反应 3．（24-25高二上·江苏南通·阶段练习）负载有Pt和Ag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．Ag作原电池正极 B．电子Pt由经活性炭流向Ag C．Pt表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下11.2L的，最多去除 4．（24-25高二上·四川南充·期中）化学和生活、科技、社会发展息息相关，下列说法不正确的是 A．“深海一号”母船海水浸泡区的铝块可保障船体不易腐蚀 B．神舟十七号载人飞船使用的可充电镉镍电池属于二次电池 C．河南省博物院中馆藏文物“武则天金简”易发生吸氧腐蚀 D．“北斗三号”导航卫星使用的透光电极材料——石墨烯，属于新型无机非金属材料 5．（23-24高二上·福建福州·期中）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。该电池以金属钠和碳纳米管作为两极(如图所示)，放电的总反应为，下列说法不正确的是 A．该电池的介质可以选择溶液 B．金属Na作负极，发生氧化反应 C．正极反应式： D．工作时电子从Na电极经导线流向碳纳米管电极 6．（23-24高二上·河北保定·期末）基于水煤气转化反应，通过电化学装置制备纯氢的原理示意图如下。下列说法错误的是 A．为电源负极 B．阴极电极反应为： C．使用阴离子交换膜能使乙室中保持不变 D．该装置中氧化反应和还原反应分别在两极进行，利于制得高纯度氢气 7．（24-25高二上·北京·期中）粗铜中含有少量铁、锌、银、金等杂质，工业上可用电解法精炼粗铜制得纯铜，下列说法正确的是 A．精铜做阳极，粗铜做阴极 B．阴极只能是被还原 C．电解时，阳极反应只有 D．电解后，可用阳极泥来提炼金、银 8．（24-25高二上·河南·期中）下列过程中，将电能直接转化为化学能的是 A．提高环保意识，使用节能路灯照明 B．采用牺牲阳极法对铁闸门进行保护 C．采用氯碱工业制备、和 D．利用太阳能发电，降低化石能源依赖 9．（23-24高二上·福建福州·期中）北京冬奥会火种灯的外形设计灵感来自于西汉的“长信宫灯”。下列说法正确的是 A．青铜的熔点大于纯铜 B．铜锈的主要成分是 C．镏金层破损后，金作负极可以继续保护破损处的铜，此法称为牺牲阳极的阴极保护法 D．铝合金表面氧化物薄膜可保护内部金属不被腐蚀 10．（24-25高二上·黑龙江伊春·期中）用阴离子交换膜控制电解液中的浓度制备纳米，反应为，装置如图，下列说法正确的是 A．电解时通过交换膜向极移动 B．阳极反应式为 C．阴极放电，有生成 D．电极和电极上生成物的物质的量之比为 重难突破练（测试时间：10分钟） 1．（24-25高二上·江苏无锡·期中）铅蓄电池放电时的工作原理可表示为，其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，移向极移动 B．电池工作时，负极质量减小 C．电池工作时，发生氧化反应 D．每生成，转移电子数为 2．（23-24高二上·江苏连云港·期中）下列有关燃料电池(如图)的说法正确的是 A．电池工作时，电能主要转化为化学能 B．放电过程中电极b区的溶液pH下降 C．a电极上的反应为： D．放电过程中参与反应，失去个电子 3．（23-24高二下·江苏无锡·期中）利用电解质溶液的浓度对电极电势的影响，可设计浓差电池。某热再生浓差电池的工作原理如图所示，通入时电池开始工作，左侧电极质量减少，右侧电极质量增加，中间A为阴离子交换膜，放电后可利用废热进行充电再生。已知，能与分子结合生成，下列说法正确的是 A．放电时，左侧电极的电极反应式为，左侧溶液逐渐变为深蓝色 B．放电时，电池的总反应为，该反应放热 C．放电时，经离子交换膜由左侧向右侧迁移 D．常见的可充电电池还有碱性锌锰电池、铅酸蓄电池、锂离子电池等 4．（24-25高二下·江苏南通·期中）科研工作者用金催化电极实现了常温、常压条件下合成氨，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．电解过程中，通过交换膜从右往左迁移 B．的主要作用是降低的溶解度 C．金催化电极的电极反应式： D．理论上合成，左室溶液质量减少27g 5．（24-25高二上·江苏镇江·期中）新型二次电池充电时的工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时电极A为正极 B．充电时化学能转化为电能 C．放电时电极B的电极反应式为 D．放电时理论上每生成1mol 转移xmol 6．（22-23高二上·江苏苏州·期中）我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是    A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B．通电时，阴极上的电极反应为 C．断电时，锌环上的电极反应为 D．断电时，则不能防止铁帽被腐蚀 3 / 3 学科网（北京）股份有限公司 $