第4章 氧化还原反应和电化学（复习讲义）化学沪科版2020选择性必修1

第4章 氧化还原反应和电化学 复习讲义 复习目标 1.能从不同层次、不同角度认识物质的氧化性和还原性，能从宏观和微观相结合的视角分析和认识氧化还原反应的本质和规律。 2.能从微观视角认识化学能与电能相互转化的原理并了解其实际意义和重要应用。认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化。 3.了解原电池及化学电源的工作原理。了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防腐措施的电化学原理，感受化学对创造美好生活的重大意义。 4.能从微观视角了解电解池的工作原理，多角度分析化学变化。认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用，树立节约资源、保护环境的可持续发展意识。 5.通过自主合作完成一些原电池和电解池的探究、金属防腐措施的探究等实验活动，培养学生勤于实践、敢于质疑和勇于创新的科学品质。 重点和难点 电化学装置的分析与相关计算 █知识点一 氧化还原反应特征 1 氧化还原的基本知识 氧化还原的本质：电子转移，判断依据：有化合价的变化 氧化剂:得电子，化合价降低，具有氧化性，在反应中被还原，在反应中的生成物叫还原产物。 还原剂：失电子，化合价升高，具有还原性，在反应中被氧化，在反应中的生成物叫氧化产物。 电子转移的方向和数目 注意：1箭头由失电子的元素指向得电子的元素。 2 箭头的方向已经表示电子转移的方向，所以“桥”上无需在标得失，只需表明电子转移的总数即可。 本质为电子的转移：电子的偏移和电子的得失。 口诀法：“高原低氧 ”——元素化合价升高的是还原剂，元素化合价降低的是氧化剂。 2．常见的氧化剂和还原剂 （1）氧化剂：O2，O3，X2， KMnO4，K2Cr2O7，H2SO4， Na2O2，H2O2， HNO3，Fe3+，HClO，H2SO4(浓) （2）还原剂： C，H2，H2S，FeSO4，Na2SO3，CO，I- 3．氧化性和还原性强弱的比较 （1）根据氧化还原反应发生的规律来判断：氧化还原反应可用如下式子表示： → 规律：反应物中氧化剂的氧化性强于生成物中氧化产物的氧化性，反应物中还原剂的还原性强于生成物中还原产物的还原性。 （2）根据元素在周期表中位置判断： 1）对同一周期金属而言，从左到右其金属活泼性依次减弱。如Na、Mg、A1金属性依次减弱，其还原性也依次减弱。 2）对同主族的金属而言，从上到下其金属活泼性依次增强。如Li、Na、K、Rb、Cs金属活泼性依次增强，其还原性也依次增强。 3）对同主族的非金属而言，从上到下其非金属活泼性依次减弱。如F、Cl、Br、I非金属活泼性依次减弱，其氧化性也依次减弱。 一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越容易，其正离子得电子还原成金属单质越难，氧化性越弱；反之，越不活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越难，其正离子得电子还原成金属单质越容易，氧化性越强。 K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb，(H)、Cu、Hg、Pt、Au 金属的活动性逐渐减弱（还原性逐渐减弱） K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn3＋、Fe2＋、Sn2＋、Pb，(H＋)、Cu2＋、Hg2＋、Ag＋ 氧化性逐渐增强 一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属负离子越容易，其负离子失电子氧化成单质越难，还原性越弱。 （3） 根据原电池和电解池的电极反应 在原电池中，作负极的金属的还原性一般比作正极金属的还原性强。 在电解过程中，氧化性越强的正离子优先在阴极放电，还原性强的非金属负离子优先在阳极放电 （4） 根据外界条件 1. 浓度——浓度越大，相应性质强些。如：浓、稀硫酸 ，浓、稀硝酸的氧化性。 2. 温度——温度高时，一般氧化性或还原性强些。如;硝酸盐在高温下是强氧化剂，KClO3，KMnO4与浓盐酸反应制氯气不需要加热，二氧化锰和浓盐酸需加热才能反应。 3. 介质—— 一般来说，氧化剂在酸性介质中氧化性强些。如：酸性高锰酸钾溶液是常用的强氧化剂。 （5）根据被氧化或被还原的程度来判断： 如：Cu +Cl2CuCl2 ，2Cu +SCu2S即氧化性：Cl2 > S。 又如：2HBr+H2SO4(浓) Br2+SO2↑+2H2O，8HI+H2SO4(浓)4I2+H2S↑+4H2O 即有还原性：。 单质氧化性越强，对应离子还原性越弱。 效果检测特别提醒 物质越容易失电子则还原性越强，对应离子的氧化性越弱。 物质越容易得电子则氧化性越强，对应离子的还原性越弱。 1．已知氧化性强弱顺序：Cl2>Br2>Fe3+>I2，则下列说法正确的是 A．某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-，为了除去I-而不减少其他离子，可加入适量Fe3+ B．向FeBr2溶液中通入等物质的量Cl2，发生反应离子方程式为：2Br-+Cl2=Br2+2Cl- C．Fe可以和I2在加热条件下生成FeI3 D．向含有NaBr、NaI的溶液中通入适量氯气，充分作用后，将溶液蒸干、灼烧，可能得到NaCl和NaI的固体混合物 2．下列说法不正确的是 A．一定物质的量的气体，决定其体积大小的主要因素是粒子间的平均距离 B．碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多 C．Fe3+、、ClO-是常见氧化剂 D．阳离子只具有氧化性，阴离子只具有还原性 3．已知反应：①； ②； ③； ④。 则下列微粒的氧化性由强到弱的顺序正确的是 A． B． C． D． █知识点二 氧化还原反应中的几种规律和氧化还原反应本质 1． 氧化还原反应中的几种规律 1．守恒规律 （1）质量守恒：即反应前后各元素种类不变，各元素原子数目，种类，质量不变。 （2）电荷守恒：有离子参加的氧化还原反应中，反应前后离子所带电荷总数相等。 （3）化合价升降守恒：即化合价升高的总价数等于化合价降低的总价数。 （4）得失电子守恒：即氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。 2．价态律 元素处于最高价态时，只有氧化性，但不一定具有强氧化性。 元素处于最低价态时，只有还原性，但不一定具有强还原性。 元素处于中间价态时，既有氧化性又有还原性，但主要呈现一种性质，物质含有多种元素，其性质是这些 元素性质的综合体现。 应用：判断元素或物质有无氧化性、还原性。 3．强弱律 较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应，生成较弱的还原产物和较弱氧化性的氧化产物。 应用：（1）比较物质问氧化性或还原性的强弱； （2）在适宜条件下，用氧化性强的物质制备氧化性弱的物质或用还原性强的物质制备还原性弱的物质。 4．转化律 （1）同种元素的相邻价态之间不发生氧化还原反应。如：实验室中SO2气体可用浓H2SO4 干燥。 （2）氧化还原反应中，以元素相邻价态间的转化最容易，如H2S一般被氧化成单质S，浓H2SO4一般被还原成SO2。 （3）同种元素不同价态之间的氧化还原反应，高价态和低价态相互反应，变成它们的相邻价态，此价态可相同也可不相同，应遵循“高价+低价→中间价”的规律，且价态的变化是“只靠拢，不相交”。最多刚好重合。 二． 氧化还原的本质 任何原电池都由两个电极（正极和负极）部分组成，每个电极部分被称作一个半电池，每个半电池所发生的氧化或还原反应，即电极反应被称作原电池的半反应。表示半反应的化学方程式就是半反应式。 效果检测 1．常温下，氧化性强弱顺序为Cl2> Br2>Fe3+>I2，下列说法正确的是 A．在溶液中Fe3+可以将Br- 氧化： 2Br-+2Fe3+=Br2+2Fe2+ B．将足量的Cl2通入FeBr2溶液中，只发生反应Cl2+ 2Fe2+ =2Cl-+2Fe3+ C．向含碘化钾、淀粉的溶液中滴加FeCl3溶液，溶液变蓝 D．某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-，为了除去I-而不影响其他离子，可通入过量氯气 2．下列有关氧化还原反应的说法中正确的是 A．失电子越多，还原性越强；得电子越多，氧化性越强 B．在化学反应中，金属单质只能作还原剂，非金属单质只能作氧化剂 C．已知氧化性强弱的顺序为，则溶液中可发生： D．含某元素最低价态的微粒一定具有强还原性 3．已知能发生如下反应：①；②；③2FeCl2＋Cl2=2FeCl3.根据上述反应，判断下列结论中错误的是 A．氧化性强弱的顺序为： B．Cl2在反应①中是还原剂，在反应③中是氧化剂 C．溶液中可发生反应： D．反应②每生成3molCl2，转移电子数为6NA █知识点三 一个反应中氧化性还原性比较 1． 氧化还原反应规律在一个反应中： 氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性。 还原剂的还原性大于还原产物的还原性。 若含有多种氧化剂（还原剂），氧化性（还原性）强的物质优先参与反应 效果检测 1．在烧碱溶液中和NaClO可发生如下反应：，下列有关说法错误的是 A．中铁元素的化合价为 B．X为NaCl，为还原产物 C．反应中NaClO被还原，发生还原反应 D．的氧化性强于NaClO 2．有下列三个反应： ① ② ③O 下列说法正确的是 A．①②③中的氧化产物分别是 B．氧化性 C．根据反应①一定可以推理得到 D．在反应③中当1个 参加反应时，有6个HCl被氧化 3．是一种可用于生产颜料、木材防腐剂的化工产品。如图所示，将铜粉加入稀盐酸中，并持续通入空气，在的催化作用下可生成。下列说法不正确的是 A．过程I的反应为： B．过程II反应后溶液的pH降低 C．该过程验证了氧化性： D．该过程总反应为： █知识点四 氧化还原反应方程式的配平 (一)氧化还原的配平 1．配平原则 由氧化还原反应的知识我们不难得出配平原则：还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数，即还原剂（元素）化合价升高的总价数=氧化剂（元素）化合价降低的总价数。 2．氧化还原反应方程式配平的一般方法与步骤 （1）一般方法：化合价升降法。 （2）步骤：标变价、找变化、求总数、配系数。即 ① 标出变化元素化合价的始态和终态:   C + HNO3（浓）→NO2 + CO2 + H2O 分析：标变价 C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O ② 找变化:  始态     终态    变化的总价数 = 变化 × 系数          C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O 即:N元素化合价由+5到+4 ，变化的价数为（5-4）=1，C元素化合价由0到+4 ，变化的价数为（4-0）=4[若为负价则用大数减小数（带符号相加减）] 最小公倍数=4×1=4 注：假设以上变化均以正价表示，其中(b-a)×(d-c) 为最小公倍数。 ③ 将    上的系数，分别填在还原剂和氧化剂化学式的前面作为系数； ④配系数:用观察法配平其它元素    C 的系数为  1   HNO3的系数为  4   ，用观察法将其它系数配平 ⑤ 检查配平后的方程式是否符合质量守恒定律（离子方程式还要看是否符合电荷守恒） 经检查满足质量守恒定律,配平后的化学方程式为： C + 4 HNO3（浓） → 4 NO2 ↑+ CO2 ↑+ 2 H2O 3．氧化还原反应配平的特殊技巧 （1）逆向配平法 适用范围：此法最适用于某些物质（如硝酸、浓硫酸的反应）部分参加氧化还原反应的类型。 【例1】Cu +  HNO3（浓）→Cu(NO3)2 + NO2 ↑+ H2O 解析：由于HNO3在反应中有两个作用即：酸性和氧化性，因此如按照一般的方法从左向右配的话比较麻烦，但如采用从右向左配平法的方法，这个问题显得很简单。 不同之处：配系数时只需将    中的系数先写在对应产物化学式之前，其它步骤相同。     始态     终态     变化的总价数 = 变化 ×  系数 答案：Cu + 4 HNO3（浓） → Cu(NO3)2 +2 NO2 ↑+ 2H2O [练1] P + CuSO4 + H2O → Cu3P + H3PO4 + H2SO4 答案： 11P + 15CuSO4 + 24H2O → 5Cu3P + 6H3PO4 +15 H2SO4 （2）整体总价法（零价法） 适用范围：在氧化还原反应中，一种反应物中有两种或两种以上的元素化合价发生变化或几种不同物质中的元素化合价经变化后同存在于一种产物中。 技巧：对于Fe3C，Fe3P等化合物来说，某些元素化合价难以确定，此时可将Fe3C，Fe3P中各元素视为零价。零价法思想还是把Fe3C，Fe3P等物质视为一整价。 【例2】FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 解析：在FeS2 中Fe的化合价由+2变到+3，S的化合价由-1变到+4，即同一种物质中有两种元素的化合价同时在改变，我们可以用整体总价法，把FeS2当成一个“整体”来考虑。 故配平后   4FeS2 +11 O2 → 2 Fe2O3 +8 SO2 答案：4FeS2 +11 O2 → 2 Fe2O3 +8 SO2 [练2] Fe3C + HNO3 → Fe(NO3)3 + CO2 + NO2 + H2O 答案： Fe3C +22HNO3（浓）→ 3Fe(NO3)3 + CO2 + 13NO2 + 11H2O （3）歧化归一法 适用范围：同种元素之间的歧化反应或归一反应。 技巧：同一物质内同一元素间发生氧化-还原反应称为歧化反应。配平时将该物质分子式写两遍，一份作氧化剂，一份作还原剂。接下来按配平一般氧化-还原方程式配平原则配平，配平后只需将该物质前两个系数相加就可以了。 【例3】Cl2 + KOH（热） → KCl + KClO3 + H2O  解析：将Cl2写两遍，分别是升高部分和降低部分，根据原子个数守恒先虚标系数配平 即Cl2----2 KCl Cl2---- 2 KClO3 分别标出电子转移的数目求出最小公倍数，然后将两部分分别配平 即5Cl2----10 KCl Cl2---- 2KClO3 最后写到方程式中，合并约分得： 3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O 答案：3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O [练3] S + NaOH → Na2S+ Na2SO4+ H2O 答案：4S + 8NaOH → 3 Na2S + Na2SO4 + 4 H2O （4）判断未知物 适用范围：在一个氧化还原反应中缺少反应物或生成物。   技巧：一般是把反应物和生成物中的所有原子进行比较，通过观察增加或减少了哪种元素： ①若增加的元素是除H、O以外的非金属，未知物一般是相应的酸； ②若增加的元素是金属，未知物一般是相应的碱； ③若反应前后经部分配平后发现两边氢、氧原子不平衡，则未知物是水。 【例4】KMnO4 + KNO2 +        → MnSO4 + K2SO4 +  KNO3 + H2O  解析：经比较发现，生成物中增加了S元素，则未知物是H2SO4 ，其它步骤同上略. 2KMnO4 + 5KNO2 + 3 H2SO4  → 2MnSO4 + K2SO4 +  5KNO3 + 3H2O 答案：2KMnO4 + 5KNO2 + 3 H2SO4  → 2MnSO4 + K2SO4 +  5KNO3 + 3H2O [练4] _____P＋______HNO3＋__ ____________H3PO4＋______NO↑ 答案： 3 5 2 H2O 3 5 （5）单质后配法 适用范围：反应物或生成物中有单质参加或单质生成，对于单质在反应后的化学和物中价态不单一的情况更适用技巧：把游离态的那种元素放在最后来配。 【例5】FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2  解析：反应物中有单质O2 ，我们可以把O元素放在最后来配. 首先假定 Fe2O3的系数为1，则FeS2 的系数为2，那么SO2的系数为4，因此O2的系数为11/2，然后把每种物质前的系数都扩大2倍，即可配平。  答案： 4FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2 [练5] P4 + KOH + H2O → KH2PO4 + PH3 答案：2P4 +3 KOH + 9 H2O → 3 KH2PO4 + 5 PH3 （6）待定系数法（原子个数守恒法） 适用范围：待定系数法对于某些反应后元素去向比较唯一（比如Na元素只在一种生成物NaOH中存在）的方程式比较得心应手，但是如果元素的去向不唯一（比如Na元素在生成物NaOH、Na2CO3中都存在），则用此法配平时就显得比较麻烦。 技巧：即方程式中将某些物质的系数设为未知数，然后由未知数暂时配平方程式，最后根据某种原子在反应前后数量守恒列方程或方程组，解出这些未知数的关系，通过未知数之间的关系来配平方程式。 【例6】KMnO4 + FeS + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Fe2(SO4)3 + S + H2O 解析：此方程式甚为复杂，不妨用原子个数守恒法。设方程式为： aKMnO4 + bFeS +c H2SO4 →dK2SO4 +e MnSO4 + fFe2(SO4)3 + gS +h H2O 根据各原子守恒，可列出方程组： a=2d （钾守恒） a=e（锰守恒） b=2f（铁守恒） b+c=d+e+3f+g（硫守恒） 4a+4c=4d+4e+12f+h（氧守恒） c=h（氢守恒） 解方程组时，可设最小系数（此题中为d）为1，则便于计算：得a=6,b=10,d=3, e=6,f=5,g=10,h=24。 答案： 6KMnO4 + 10 FeS +24 H2SO4 →3 K2SO4 +6 MnSO4 +5 Fe2(SO4)3 + 10S +24H2O [练6] Fe3C + HNO3 → CO2↑ + Fe(NO3)3 + NO↑ + H2O 答案：1、22、1、3、13、11 效果检测 1．已知反应：①；②(未配平)，下列有关说法正确的是 A．方程式①中W为4 B．还原性强弱： C．a=6，b=7 D．反应不能发生 2．是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室可通过如下反应制得：(未配平)。为阿伏加德罗常数的值，下列与该反应有关的说法中错误的是 A．氧化剂与还原剂的物质的量之比为 B．还原性： C．作氧化剂发生还原反应 D．若生成标准状况下，则转移电子数目为 3．回答下列问题： Ⅰ．双氧水和84消毒液(主要成分为NaClO)是生活中常用的两种消毒剂。 （1）某同学设计如下实验研究的性质，能证明有还原性的实验是 (填序号)，反应的离子方程式为 。 序号 实验 实验现象 1 向溶液中滴加酸性溶液 a．溶液紫色褪去； b．有大量气泡产生 2 向溶液中滴加淀粉碘化钾溶液 c．溶液变蓝 （2）第31届夏季奥运会期间，游泳项目比赛场馆的泳池中藻类快速生长，导致池水变绿。一种可能的原因是场馆工作人员误将84消毒液与双氧水两种消毒剂混用，NaClO与反应生成NaCl与，促进了泳池内藻类快速生长。该反应说明氧化性： (填“>”或“<”)；当有生成时，被NaClO氧化的质量为 g。 Ⅱ．全球一半左右的碘是以智利硝石提取硝酸钠后的母液为原料，加入亚硫酸氢钠制取，相关反应如下：。 （3）请配平此化学方程式 。 █知识点五 原电池的工作原理 一、原电池的工作原理 （一）定义：将化学能转化能电能的装置 （二）本质：氧化还原反应 （三）工作原理：以铜-锌原电池为例 电极：Zn—负极，Cu—正极 工作原理：负极→失电子→发生氧化反应→电子通过导线流向正极→ 正极→得电子→发生还原反应 溶液中：负离子→负极，正离子→正极 外电路—电子导电，内电路—离子导电 电极反应： 总反应： Zn+Cu2+=Zn2++Cu 注： 1、盐桥的作用：（1）成分：含琼胶的KCl饱和溶液 （2）作用：①构成通路，代替两溶液直接接触 ②平衡电荷：K+→正极，Cl-→负极 （3）优点：隔离氧化剂和还原剂，不同区域实现电子定向移动，产生持续、稳定的电流 2、电子只能在两极和外电路中流动，不可能进入溶液中。即“电子不下水，离子不上岸” 3、溶液中是由电解质溶液中的正负离子定向移动形成闭合回路的 （四）条件：两极一液一连线，氧化还原是条件 1、两个能导电的电极——正极和负极： 两极的构成情况：①活泼性不同的两种金属 ②金属和非金属 ③金属和化合物 ④惰性电极：Pt、C 注：（1）很活泼的金属单质一般不作原电池的负极，如：K、Ca、Na等 （2）有些原电池的两极活泼性相同，如燃料电池 2、要有电解质溶液或熔融的电解质 电解质溶液的情况： （1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应 （2）电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如：O2） （3）特殊：有盐桥时，左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的正离子溶液 3、形成闭合回路的情况：（1）导线相连 （2）电极直接接触 4、氧化还原反应：氧化还原反应是自发进行的，但自发进行的氧化还原反应不一定都能设计成原电池 （五）原电池的判断——四看 1、看电极——两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极） 2、看溶液——两极插入电解质溶液中 3、看回路——形成闭合回路或两极直接接触 4、看本质——有无氧化还原反应发生 效果检测 1．关于盐桥的作用，下列说法错误的是 A．使装置形成闭合回路 B．平衡电解质溶液中的电荷 C．阻止离子定向移动 D．保证电池反应持续进行 2．铜锌原电池装置（如图），该原电池在工作时，下列说法正确的是 （含饱和溶液的琼胶） A．极流出电子，发生还原反应 B．极电极反应式为 C．盐桥中移向溶液 D．盐桥的作用是传导电子，形成闭合回路 3．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述正确的是 A．a和b不连接时，铜片上不会有气泡冒出 B．a和b用导线连接时，铁片失去电子发生还原反应 C．a 和b用导线连接后，溶液中的向铜电极移动 D．a和b 不连接时，无电流形成，a和b用导线连接后， 电子从溶液中流向铁片 █知识点六 原电池的电极方程式书写 （一）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→正；电流：正→负 3、离子流向：正离子→正极，负离子→负极；即“正向正，负向负” 4、电极材料：活泼金属作负极，不活泼金属、金属氧化物、非金属作正极 注：不能简单的依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况 5、其他：质量增加→正极，质量减少→负极，气体→正极，pH↑→正极 （二）电极反应式的书写 1、分析电极反应：负极氧化产物，正极还原产物 2、注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中应稳定存在 ①碱性介质中，若生成H+，结合OH-→H2O ②酸性介质中，若生成OH-,结合H+→H2O ③碱性介质中，若生成CO2，结合OH-→CO32- ④碱性介质中，若生成金属正离子，则可能会结合OH-→沉淀M(OH)n 3、遵守三大守恒：质量守恒、电荷守恒、转移电子守恒 4、两极反应式叠加得总反应式，总反应式减去其中一个电极反应式，可得另一个电极的反应式 5、规律：①一般来说，金属作负极的原电池 负极：酸性或中性介质中：M—ne-=Mn+ 碱性介质中： M—ne-+nOH-=M(OH)n 正极：酸性介质中：2H++2e-=H2↑ 正离子与金属反应的介质中：NX++xe-=N 正离子不与金属反应的介质中：O2+4e-+2H2O=4OH- ②特殊：铝镁氢氧化钠电解质，铝铜浓硝酸电解质 注：电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓” （三）原电池的设计 1、先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应 2、根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应，找出正负极材料及电解质溶液 3、按要求画出原电池装置图 （四）应用 1、形成原电池，可以加快氧化还原反应的反应的速率 2、通过原电池的电极，可以比较金属活泼性强弱 3、设计化学电源 4、保护金属设备：被保护金属作正极 效果检测 1．检测CO的某气敏传感器的工作原理如图所示。下列说法中正确的是 A．电极Ⅱ是负极 B．电解质溶液中的H+向电极Ⅰ移动 C．工作一段时间后硫酸的浓度减小 D．电极Ⅰ上发生反应： 2．电动自行车、汽车等都要用到铅酸蓄电池(如图所示)，下列关于该电池的说法错误的是 已知：放电时，该电池的总反应式为。 A．铅酸蓄电池为二次电池 B．放电时，往Pb电极方向迁移 C．放电时，正、负电极上的质量均增大 D．放电时，电解质溶液中的溶质质量减小 3．探究pH对变质的影响：用如图装置完成实验(滴加试剂时溶液体积和导电性变化可忽略)，向右池持续稳定通入氧气，待电流计示数稳定后，进行下列平行实验。下列推断错误的是 实验 操作 现象 ① 向左池滴加浓硫酸至 电流没有明显变化 ② 向右池滴加等体积的浓硫酸 电流明显增大 ③ 向右池滴加NaOH溶液至 电流几乎不变 ④ 向左池滴加NaOH溶液至 电流明显增大，溶液变黄 已知，电流增大表明化学反应速率加快与物质的氧化性(或还原性)增强有关。 A．由①可知，pH变化对的还原性没有影响 B．由②可知，正极的电极反应式为 C．由③可知，pH由1.8至3.8时，减小时的氧化能力几乎不变 D．由④可知，pH由1.8至的还原性增强 █知识点七 化学电源 （一）分类： 一次电池：就是放电后不可再充电的电池。随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质逐渐被消耗，当这些物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。 二次电池：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。即它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现将化学能转变为电能（放电），再由电能转变为化学能（充电）的循环。 燃料电池：是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。 （二）优点： 1、化学电池的能量转化效率较高，供能稳定可靠 2、可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组 3、方便携带，易于维护 （三）判断电池优劣的主要标准： 1、比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 2、比功率：输出功率的大小 3、电池可储存时间的长短 （四）一次电池——普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池 1、普通锌锰干电池 （1）电极材料及电极反应：负极：锌筒 Zn-2e-=Zn2+ 正极：石墨 2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O 总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+2NH3↑+Mn2O3+H2O （2）电解质：MnO2、NH4Cl、ZnCl2、淀粉等调成糊状 （3）缺点：新电池会自动放电，锌皮腐蚀逐渐变薄、放电后电压下降较快、电量小、易气胀或漏液、存放时间缩短不易长时间连续使用 （4）优点：制作简单，价格便宜 2、碱性锌锰电池 （1）电极材料及电极反应：负极：锌筒 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：MnO2 2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)(氢氧化氧锰)+2OH-（MnO2作为正极反应物，得电子被还原为MnO(OH)） 总反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2 （2）电解质：将NH4Cl换成湿的KOH （3）优点：比能量和可储存时间均有所提高，是普通干电池的升级换代产品 （五）二次电池（可充电电池） 举例：铅酸蓄电池 1、电极材料：负极：Pb 正极：PbO2 电解质：H2SO4 2、电极反应式：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极：PbO2+4H++2e-+SO42-=PbSO4+2H2O 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 3、工作特点：电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉；但比能量低，笨重，废弃电池污染环境 4、接线方式：充电时，待充电电池的负极要接电源的负极，待充电电池的正极要接电源的正极，即正接正，负接负 注：放电：化学能转化为电能；充电：电能转化为化学能 （六）燃料电池 1、工作原理 连续将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能转换为电能。电极本身不包含活性物质，不参与氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断被排除 2、特点： （1）燃料电池中，燃料（还原性气体等）作负极，发生氧化反应，氧化剂（通常为氧气）作正极发生还原反应 （2）燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等 （3）燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料与氧化剂之间的直接燃烧，而是在两极之间发生了放电，将化学能转化 为电能 （4）燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池则是平稳的氧化还原反应 （5）燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，利用率低；燃料电池工作时，能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置 （6）燃料电池的反应物并不储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂 3、燃料电池与一般化学电池的区别 一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能 4、优点 燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多），可以持续使用，噪音低，不污染环境。既有利于节约能源，又绿色环保，具有广阔的发展前景，被誉为“绿色发电站” 5、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）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 6、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- 注：燃料电池的总反应就是各种物质的燃烧反应，但不写反应条件 效果检测 1．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，不正确的是 图Ⅰ普通锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ铅酸蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ和图Ⅱ所示电池的负极反应不相同 B．图Ⅱ所示电池相比图Ⅰ所示电池，有效期短且易漏液 C．图Ⅲ属于二次电池，可以根据电解质溶液的密度判断充放电程度 D．图Ⅳ所示电池中，正极的电极反应式为 2．铅酸电池使用过程中，负极因生成导电性差的大颗粒，导致电极逐渐失活。通过向负极添加石墨、多孔碳等碳材料，可提高铅酸电池性能。下列关于碳材料的作用不正确的是 A．增强负极导电性 B．性质稳定，增强电化学活性 C．碳材料作还原剂，使被还原 D．增大负极材料比表面积，利于生成小颗粒 3．我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2，生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面。其工作原理如右图所示。下列说法正确的是 A．充电时，钠箔与外电源正极相连 B．可用乙醇代替四甘醇二甲醚 C．放电时，正极的电极反应式为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C D．放电时，电路中转移4mol电子时，正极质量增加12克 █知识点八 电解池的工作原理 一、电解池 （一）电解的定义：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。 （二）电解池的定义：将电能转变为化学能的装置，也称电解槽 （三）构成条件：两极一液一电源，氧化还原是条件 注：电解法是一种强氧化还原手段，可以完成一个不自发的氧化还原反应 1、两极 （1）阴极——负极——正离子——还原反应 （2）阳极——正极——负离子——氧化反应 注：阳极分为两种：（1）活性电极：电极自身放电即电极自身发生氧化反应，如：Fe、Cu、Ag （2）惰性电极：电极自身不反应，由电解质中的负离子发生氧化反应。如：Au、Pt、C 2、电解质溶液 3、外接电源 4、能发生氧化还原反应：可以是自发的反应，也可以是非自发的反应 （四）工作原理（以电解CuCl2溶液为例） 电极名称 阴极 阳极 电极材料 石墨 石墨 电极反应 Cu2++2e-=Cu 2Cl-—2e-=Cl2↑ 反应类型 还原反应 氧化反应 总反应 CuCl 2Cu+ Cl2↑ 反应现象 有红色物质产生 有刺激性气味的气体，使湿润的淀粉KI试剂变蓝 电子流向 负极→阴极，阳极→正极 电流流向 正极→阳极，阴极→负极 离子走向 正离子→阴极，负离子→阳极 注：放电：离子得失电子发生氧化还原反应的过程 （五）电极的放电顺序 1、阳极： （1）活性电极：Fe、Cu、Ag。反应方式：M-ne-=Mn+ Fe-2e- =Fe2+ 、Cu-2e- =Cu2+、Ag-e- =Ag+ （2）惰性电极：Au、Pt、C。溶液中的负离子放电 常见放电顺序：活性电极>S2- >I- >Br- >Cl- >OH- >含氧酸根>F- 2I-2e-=I2 2Br-2e-=Br2 2Cl-2e-=Cl2 2H2O—4e-=4H++O2↑ 2、阴极： 常见正离子放电顺序：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+ 最常见的阴极产物有Ag、Cu、H2 Ag++e-= Ag Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH- 注：在电镀时，通过控制条件，Fe2+和Zn2+的得电子能力会强于酸中的H+，即浓度越大，得电子能力越强 （六）电解方程式的书写 看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应 注：1、必须在总反应方程式的“==”上标明“通电”或“电解” 2、只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物，无关的不写 （七）惰性电极电解规律 类型 电极反应特点 物质类型及实例 电解对象 电解质浓度变化 pH值 变化 恢复原浓度的方法 电解 水型 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 强碱（NaOH） 水 增大 增大 水 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 含氧酸（H2SO4） 减小 2H2O2H2↑+O2↑ 活泼金属含氧酸盐（KNO3、Na2SO4） 不变 自身电解型 电解质电离出的正负离子分别在两极放电 无氧酸（HCl） 电解质本身 减小 增大 加电解质本身 不活泼金属无氧酸盐（CuCl2） 放氢生碱型 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 生成碱 活泼金属的无氧酸盐（NaCl、MgCl2） 电解质和水 生成新电解质，原电解质浓度减小 增大 加氯 化氢 阳极：电解质负离子放电 放氧生酸型 阴极：电解质正离子放电 不活泼金属的含氧酸盐（CuSO4、AgNO3） 电解质和水 生成新电解质，原电解质浓度减小 减小 加对应的氧化物（CuO） 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 生成酸 注：常考的电解池反应式：惰性电极的情况下，电解强碱、含氧酸、活泼金属含氧酸盐（KNO3、Na2SO4）、HCl、CuCl2、 NaCl、MgCl2、CuSO4、AgNO3 1、惰性电极的情况下，电解强碱、含氧酸、活泼金属含氧酸盐（KNO3、Na2SO4）： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 总反应：2H2O2H2↑+O2↑ 2、惰性电极的情况下，电解HCl：阴极：2H++2e-=H2↑ 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：2HClH2↑+Cl2↑ 3、惰性电极的情况下，电解CuCl2溶液：阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：CuCl 2Cu+ Cl2↑ 4、惰性电极的情况下，电解NaCl溶液： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：2H2O+2Cl-Cl2↑+H2↑+2OH- 5、惰性电极的情况下，电解MgCl2溶液： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：Mg2++2H2O+2Cl-Cl2↑+H2↑+ Mg (OH)2 6、惰性电极的情况下，电解CuSO4溶液： 阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 总反应：2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑ 7、惰性电极的情况下，电解AgNO3溶液： 阴极：Ag++e-= Ag 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 总反应：4Ag++2H2O4Ag +4H++O2↑ （八）电解池与原电池的比较 原电池 电解池 能量转化 化学能→电能 电能→化学能 反应能否自发进行 自发进行的氧化还原反应 非自发进行的氧化还原反应 构成装置 两极、电解质、导线 两极、电解质、电源 电极名称 负极 正极 阴极（与负极相连） 阳极（与正极相连） 电极反应 失电子—氧化反应 得电子—还原反应 得电子—还原反应 失电子—氧化反应 电子流向 负极→外电路→正极 负极→阴极，阳极→正极 电流流向 正极→外电路→负极 正极→阳极，阴极→负极 离子流向 正离子→正极，负离子→负极 正离子→阴极，负离子→阳极 小结：原电池与电解池的电极反应：负阳氧，正阴还 原电池的离子走向：正向正，负向负；电解池的离子走向：阴阳相吸 效果检测 1．科学家开发新型电化学装置，用于从卤水[含 等离子]中提取锂盐，简易装置如图所示。已知通电后a电极上发生的反应是 下列说法不正确的是 A．该装置工作一段时间后，在淡水池中得到LiX B．c、d电极分别发生氧化反应、还原反应结合、释放X⁻ C．若卤水池中的卤水和淡水池中的淡水均足量，该装置提取锂盐效果不明显时，分别将a与b、c与d电极对调可继续工作 D．充分电解后，将电源的正极、负极对调，淡水池中c(Li⁺)增大 2．电解尿素[CO(NH2)2]是一种能耗很低的制氢方法，其工作原理如图，下列说法错误的是 A．b电极材料可以用铁棒 B．b电极上发生失去电子的反应 C．总反应的离子方程式为CO(NH2)2＋2OH-N2↑＋3H2↑＋CO D．a电极的电极反应式为CO(NH2)2＋8OH--6e-=CO＋N2↑＋6H2O 3．中国科学家设计如图装置实现的转化，可有效解决温室效应及能源问题，其总反应为(忽略气体在溶液中的溶解及溶液的体积变化，催化电极均为惰性电极)。下列说法错误的是 A．太阳能电池电极电势：A极<B极 B．电极Ⅱ的电极反应式为 C．理论上每消耗22.4 L ，左室溶液质量就增重18 g D．电解时，的移动方向：催化电极Ⅱ→质子交换膜→催化电极Ⅰ █知识点九 电解原理的应用 （一）氯碱工业——电解饱和食盐水制烧碱和氯气 1、原理： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2Cl-—2e-=Cl2↑ 总反应：2Cl―+2H2O2OH―+Cl2↑+H2↑ 2、现象及检验： 阴极：有无色、无味气泡产生，滴加酚酞——变红 阳极：有黄绿色、刺激性气味的气体产生，使湿润的淀粉KI试纸变蓝 3、正离子交换膜的作用 （1）将电解池隔成阳极室和阴极室，只允许正离子（Na+、H+）通过，而阻止负离子（Cl-、OH-）和气体通过 （2）既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合，而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量 （二）电镀 1、定义：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 2、目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度 3、电镀池的构成： 阴极：待镀金属——镀件 阳极：镀层金属（通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属（如Cr、Ni、Ag和合金（如黄铜） 电解质溶液：含有镀层金属正离子的电解质溶液——电镀液 4、实例：铁上镀铜 5、特点：一多一少一不变 一多：阴极上有镀层金属沉积 一少：阳极上镀层金属溶解 一不变：电解质溶液浓度不变 （三）电解精炼铜 1、装置：如图 2、原理： 阳极：Cu—2e-=Cu2+ （Zn—2e-=Zn2+、Fe—2e-=Fe2+、Ni—2e-=Ni2+） 阳极泥成分：Au、Ag 阴极：Cu2++2e-=Cu （电解质溶液浓度减小，因为mCu（溶解）< mCu（析出）） （四）电冶金 1、金属冶炼：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。Mn++ne-=M 2、特点：电解是最强有力的氧化还原手段 3、适用范围：制取活泼金属单质。如：Na、Ca、Mg、Al等 4、实例：电解熔融NaCl制备单质Na 阴极：Na++e-=Na 阳极：2Cl-—2e-=Cl2↑ 总反应：2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑ 5、常见金属的冶炼方法： 电解法（熔融态） 热还原法（常见还原剂：C、CO、H2、Al） 热分解法 物理方法 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb、Cu Hg、Ag Pt、Au 效果检测 1．下面有关电化学的图示，完全正确的是 A．①石墨电极反应：O2+4H++4e-=2H2O B．②铜牌镀银，当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 C．③装置中电流由a极经导线到b，再经过电解质溶液流向a D．④验证NaCl溶液(含酚酞)的电解产物 2．电解原理应用广泛。下列相关说法错误的是 A．在钥匙上镀铜时，钥匙应接电源正极 B．电解熔融可冶炼金属 C．粗铜精炼纯铜时，阴极的电极反应为 D．离子交换膜电解槽电解饱和溶液可制备 3．电解法在金属精炼、保护环境、处理废水中起着十分重要的作用。电解法处理酸性含铬废水(主要含有)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应：，最后以形式除去，下列说法不正确的是 A．阴极电极反应式有： B．如不考虑放电，当生成时，电路中转移电子的物质的量至少为6mol C．阳极电极反应式： D．电解过程中阴极附近的废水pH升高 █知识点十 金属的腐蚀 一、金属的腐蚀 （一）定义：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 （二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化 （三）本质：金属失电子变成正离子发生氧化反应。M-ne-=Mn+ （四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀 1、化学腐蚀 （1）定义：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 （2）本质：金属失电子被氧化。 （3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀 （4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。 2、电化学腐蚀 （1）定义：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，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 （2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化 （3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀 （4）特点：有微弱的电流产生 注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快 3、钢铁的电化学腐蚀 （1）原电池的组成：负极：铁 正极：碳 电解质：潮湿空气 （2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀 ①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。 水膜酸性较强： 负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：2H++2e-=H2↑ 总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑ ②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀 水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性： 负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O 注：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，氢后的金属不能发生 II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀 III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生 效果检测 1．下列实验操作和现象均正确且能得出相应实验结论的是 选项 操作和现象 结论 A 向溶液中加入盐酸，将逸出的气体依次通入溶液、溶液中，生成白色沉淀 非金属性：Cl＞C＞Si B 向2 mL 和NaOH的混合液中滴入少量溶液，生成蓝色沉淀 []＞[] C 向溶液中滴加少量稀硫酸，产生刺激性气味的气体和黄色沉淀 稀硫酸具有氧化性 D 将Zn与Fe用导线相连，插入稀硫酸酸化的3% NaCl溶液，一段时间后，从Fe电极区取出少量溶液，滴入2滴溶液，无明显现象 Zn保护Fe不被腐蚀 2．电化学与生活息息相关。下列叙述正确的是 A．铁质菜刀用后擦干存放，是利用电解池原理防止铁发生吸氧腐蚀 B．铜锌电池在放电时铜极发生氧化反应，锌极发生还原反应 C．自行车链条涂润滑油，是通过形成原电池来减缓链条的腐蚀 D．氯碱工业中，电解饱和食盐水制备烧碱，获得的副产物可制盐酸 3．中国三星堆出土了大量文物，如青铜面具、青铜大立人等。下列有关说法正确的是 A．铜在空气中主要发生析氢腐蚀 B．用盐酸清洗铜器可以除去铜锈，修复铜器 C．测定文物年代的与互为同素异形体 D．青铜是铜中加入铅、锡制得的合金，其成分会加快铜的腐蚀 █知识点十一 金属的防护 （一）改变金属材料的组成 1、方法：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。 2、举例：把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；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 （二）在金属表面覆盖保护层 1、方法：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。 2、举例： （三）电化学保护法 1、牺牲阳极法——原电池原理 （1）原理：正极：被保护金属 负极：活泼金属 （2）具体方法：牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)安装若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀(需要定期检查、更换),而作为正极的钢铁设备就被保护起来 注：Fe2+的检验：Fe2++K3[Fe(CN)6]→KFe[Fe(CN)6]↓ 黄色特征蓝色 2、外加电流法——电解池原理 （1）原理：阴极：被保护金属 （2）具体方法：外加电流法是把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。 （四）其他方法 1、根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料； 2、控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。 3、金属防护包括生产设计、选材、防腐措施、施工、监测、管理和维护等环节，需要进行综合评价和决策。 补充：金属腐蚀快慢的规律 1、构成原电池两极的活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快； 2、对于同一金属而言，纯度越高，腐蚀速率越慢 3、对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快 4、同一种金属在相同浓度不同介质中，腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液 5、在同一电解质中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀 6、有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极法引起的腐蚀>有外加电流法引起的金属腐蚀 效果检测 1．某天然气公司取得一项名为“用于热采井外加电流阴极保护装置的阴极电缆结构”的专利。下列说法不正确的是 A．该装置能对输油、输水等埋地管线进行腐蚀防护 B．该保护装置的原理是将化学能转化为电能 C．电缆应该连接电源的负极 D．被保护的电缆电极发生了还原反应 2．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，铁帽是阴极，发生还原反应 B．通电时，阳极上的电极反应为 C．断电时，锌环上的电极反应为 D．断电和通电时，防止铁帽被腐蚀的化学原理完全相同 3．河北正定隆兴寺内的宋代铜铸观音像历经千年，表面因电化学腐蚀出现锈迹，为延缓其腐蚀速率，文物保护工作者可采用的电化学防护方法是 A．用细毛刷蘸取中性清洗剂轻轻擦拭铜像表面锈层 B．在铜像表面喷涂一层无色透明的高分子防护涂层 C．将铜像与一块锌块通过导线相连后埋入同一片土壤中 D．将铜像放置在干燥、避光、恒温的密闭玻璃展柜内 █考点一 二次电池电极反应式的书写 【例1】某有机物作电极材料的水系二次电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，电极a为负极，发生还原反应 B．放电时，正极反应式为 C．充电时，电极b连外接电源负极 D．充电时，每转移，右室离子数目减少 解题要点 书写电极反应式前，首先要明确电池的正、负极电极材料以及电解质溶液的性质，对与二次电池还需要注意放电或充电的方向。 【变式1-1】钠电池具有高能量密度和长循环寿命等优势，如图是某钠离子二次电池工作原理示意图，电池反应为，下列说法错误的是 A．充电时，极电势低于极 B．充电时，电极上的电极反应式为 C．放电时，导线中每通过，理论上极质量减轻 D．该电池在工作一段时间后应补充含钠离子的电解质来保证其长循环寿命 【变式1-2】科学家研制出一款超快速充电锂-硫二次电池，可为长途旅行电动汽车和商用无人机供电。工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．可用水溶液替代 B．放电时，电极电势： C．放电时，极反应式为 D．充电时，极生成时转移电子 █考点二 燃料电池电极反应式的书写 【例2】乙醇是一种无毒且可再生的能源。直接乙醇燃料电池一度引起人们的研究兴趣，其装置如图所示。下列说法错误的是 A．该装置工作时电子由M极流出经电解液流向N极 B．M极的电极反应式为 C．该装置工作一段时间后，KOH溶液的浓度降低 D．空气中的氧气在正极被消耗，故废气中主要含 解题要点 1. 燃料电池的正、负极均为惰性电极，起传导电子的作用。电极材料一般具有很强的催化活性，但不参与反应。一般来说，燃料电池的负极通入燃料，正极通入氧气（或空气）。 书写步骤： 确定总反应 确定较简单的电极反应式 确定较复杂的电极反应式 【变式2-1】甲酸燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是 A．物质A是 B．半透膜是阴离子交换膜 C．负极的电极反应式： D．可以循环利用 【变式2-2】哈尔滨工业大学研发的直接甲醇无膜微流体燃料电池，利用多股流体在微通道内平行层流的特性，自然地将燃料和氧化剂隔开，无需使用传统燃料电池中的交换膜，且使用氧化剂可确保电池工作过程中无固体析出附着在电极表面问题(原理图如下所示)。下列有关说法正确的是 A．a电极的电势比b电极的电势高 B．电极a上发生的反应为： C．电极b上发生的反应为： D．电池工作时，若电路上转移电子，理论上消耗 █考点三 新型电池 【例3】科学家近年发明了一种新型水介质电池．电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径．下列说法错误的是 A．放电时，负极反应为 B．放电时，转化为HCOOH，转移的电子数为2mol C．充电时的总反应恰好是放电时总反应的逆反应 D．充电时，阴极溶液中浓度升高 解题要点 首先列出反应物和该反应物得失电子后生成的直接产物，并标出得失电子的数目；然后分析电解质中是否有与该直接产物反应的微粒，如有，则写出直接产物与该微粒反应后的稳定产物，该稳定产物即为最终产物，反之该直接产物即为最终产物；最后根据电荷守恒和元素守恒配平电极反应式。 【变式3-1】近期报道了一种新型低成本、高性能的光辅助可充电水系钠离子电池(装置如图所示)。该电池的放电原理与传统钠离子电池相同；光照时，嵌入正极电解液中的TiO2电极产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动两极反应而完成充电。下列说法错误的是 A．放电时需断开K，且TiO2电极避光存储 B．放电时，负极反应式为 C．充电时，TiO2电极反应式为 D．充电时闭合K，转移1 mol e-同时有1 mol Na+通过隔膜 【变式3-2】一种新型无隔膜液流电池的工作原理如图所示。电池以锌箔、石墨毡为电极，和的混合液作电解质溶液。下列说法正确的是 A．过程I为充电过程，接电源负极 B．过程I，沉积过程电极附近溶液增大 C．过程II，电解质溶液中向石墨毡电极移动 D．过程II，当外电路转移时，两电极质量变化的差值为 █考点四 电解池中电极反应式的书写及注意事项 【例4】电解尿素(C为价)是一种能耗很低的制氢方法，其工作原理如图，下列说法错误的是 A．a为电源的正极 B．电解池工作时，c极区域溶液的pH减小 C．总反应的离子方程式为 D．若电路中通过3 mol电子，则生成气体的总体积为33.6 L(标准状况) 解题要点 电解电极反应式的书写模板——“二判、二析、一写” 二判：①判断阴、阳极。②判断电极材料是惰性电极还是活泼电极。 二析：①分析溶液中离子的种类。②分析离子的放电顺序。 一写：根据电极产物及存在环境写出电极反应式。 【变式4-1】成对电解可提高电化学合成的电子经济性。在含特殊催化剂的电极上电解，两极同时得到的电解池工作原理如图所示： 下列说法正确的是 A．A为电源的正极 B．阴极反应式： C．电解结束后，阳极区的小于1：7 D．电解过程中，当转移1mol电子时，理论上生成1mol 【变式4-2】用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按i→iv顺序依次完成实验。 实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/V 关系 i 石墨1 石墨2 a a>d>c>b>0 ii 石墨1 新石墨 b iii 新石墨 石墨2 c iv 石墨1 石墨2 d 下列分析正确的是 A．a>0，说明实验i中形成电解池 B．b>0，是因为ii中两个电极表面吸附的O2量不同 C．c>0，说明iii中电极I上有H2发生反应 D．d>c，是因为电极I上吸附O2的量：iv>iii █考点五 多池串联的电化学装置 【例5】在下图串联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，则下列说法不正确的是 A．标准状况下当甲中产生4.48L气体时，丙中Cu电极质量增加21.6g B．电解过程中丙中溶液pH无变化 C．向甲中加入适量的盐酸，可使溶液恢复到电解前的状态 D．乙中左侧电极反应式：Cu2++2e-＝Cu 解题要点 当连接直流电源时，所有的装置都是电解池，当没有连接直流电源时，则两个电极不同且电极反应能自发进行的装置是原电池，其他为电解池。 【变式5-1】甲烷燃料电池采用铂作为电极材料，两个电极上分别通入和，电解质溶液为溶液。某研究小组将上述两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和溶液的实验，如下图所示。 下列说法正确的是 A．将a电极换成铁棒，电解池反应将发生变化 B．c电极反应式： C．每个电池甲烷通入量为且反应完全，则理论上最多能产生氢气 D．用外加电流法保护钢铁设备，可以将设备与d极相连 【变式5-2】在如图串联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体。下列说法不正确的是 A．乙中左侧电极反应式为 B．电解过程中丙中溶液酸碱性无变化 C．向甲中加入适量的盐酸，不能使溶液恢复到电解前的状态 D．当甲中产生4.48L气体时，丙中Cu电极质量增加21.6g █考点六 隔膜电解池 【例6】某浓差电池可将海水中的NaCl转化为NaOH和HCl，装置如图所示。M、N均为AgCl/Ag电极，a、c为选择性离子交换膜，b为双极膜(双极膜中催化层可将水解离为和，并实现其定向移动)，已知：，M极为负极。下列说法正确的是 A．电池工作时，N极发生氧化反应 B．a为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜 C．Ⅱ室中得到盐酸，Ⅲ室中得到NaOH溶液 D．M电极质量每减少10.8 g，双极膜内有0.05mol解离 解题要点 分清交换膜类型：阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过交换膜。 写出电极反应式，判断交换膜两侧离子的变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移的方向。 分析交换膜的作用：在产品制备中，交换膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应。 【变式6-1】某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 A．放电时负极质量减小 B．储能过程中化学能转变为电能 C．放电时左侧通过质子交换膜移向右侧 D．充电时阳极反应： 【变式6-2】一种用双极膜电渗析法处理废水，并回收和的装置如图所示(双极膜中解离的和在电场作用下分别向两极迁移)。下列说法错误的是 A．电极为阴极 B．Ⅲ室中，膜为阳离子交换膜 C．Ⅴ室中反应： D．处理废水中，可制得 █考点七 微生物电池 【例7】科学家设计了一种能产生羟基自由基()的原电池—电解池组合装置，能将苯酚氧化为和，实现发电、环保二位一体，其工作原理如图所示(微生物在强酸性条件下，活性会减弱)。下列说法正确的是 A．a极为阳极 B．a极区每产生1 mol ，c极区溶液质量减轻3 g C．b极区消耗1 mol ，理论上外电路转移24 mol电子 D．N为阴离子交换膜，可防止阴极区酸性增强 解题要点 微生物电池的基础工作原理：在负极厌氧环境下，物质在微生物作用下分解并释放出电子和H+，正极上氧化剂（一般为O2）得电子生成H2O。 【变式7-1】含乙酸钠和对氯酚()的废水可以利用微生物电池除去，其原理如图所示，下列说法错误的是 A．电子经外电路由B极向A极迁移 B．A极的电极反应为： C．该电池可以在100℃以上的高温下进行 D．该电池处理的与物质的量之比为1：4 【变式7-2】利用微生物燃料电池(MFC)可以将废水中的转化为。某课题组设计出如图所示的微生物燃料电池进行同步硝化和反硝化脱氮研究，下列说法正确的是 A．废水中的直接在电极上被转化为 B．好氧电极b上发生氧化反应 C．溶液中的从电极a区域通过交换膜c移向电极b区域 D．此燃料电池的温度越高，其放电效率越大 基础应用 1．下列说法错误的是 A．以纯铜为阳极给铁件镀铜时，溶液中不变 B．电解饱和食盐水时，氢气和氢氧化钠均在阴极生成 C．热化学方程式中的化学计量数只能为整数 D．反应物浓度增大，活化分子百分数不变，反应速率加快 2．下列实验装置不能达到实验目的是 A．铁制镀件镀铜：阳极质量减少与阴极质量增加大致相同 B．探究温度对平衡的影响：甲中加入生石灰；乙中加入NH4NO3 C．测定中和反应的反应热：混合时应尽快操作 D．定量测定H2O2分解化学反应速率：MnO2可以用FeCl3代替 3．我国科研人员利用电化学将硝酸盐污染物转化为具有高附加值的氨，为硝酸盐废水处理提供有效途径，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极a连接直流电源的正极 B．电极b的反应有 C．阳极区产生与阴极区消耗的物质的量相等 D．若废水酸性较强，则电极b生成，且易发生析氢副反应 4．电炉烟尘含锌量非常高，其主要成分为ZnO，还有一些等杂质，某研究小组模拟工业回收电炉烟尘中的铜和锌，流程如下： 已知：时，。 下列说法错误的是 A．焙烧步骤中每消耗，转化1 mol金属单质 B．水浸后分离得到浸渣，浸渣中含 C．从浸取液中回收铜，加入的金属单质为Zn D．铜渣精炼铜，可以将铜渣附着于电解槽的阳极 5．我国科学家通过超低电位下电催化硝酸盐与甲醇在复合电极上反应，其原理如图，其中离子交换膜只允许通过。下列说法错误的是 A．反应过程中和在电极b上被氧化 B．阳极区的反应包括： C．理论上每生成，就有通过离子交换膜 D．溶液在反应过程中保持不变 6．大连理工大学研究团队在常温电化学合成丙酰胺领域取得突破性成果。以硝酸盐和正丙醇为反应物，在碱性条件下，采用电解和催化相结合的双极协同作用方式，可实现高效合成丙酰胺，装置如图所示。下列说法错误的是 A．电子转移方向：a→电极M，电极N→b B．电极N的电极反应式： C．NH3和CH3CH2CHO反应转化为的原子利用率为100% D．若电极M上有放电，理论上一共能合成7.3 g丙酰胺 7．设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法不正确的是 A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小 B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C．乙室电极反应式为 D．若甲室减少200 mg，乙室增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 8．一种可充电电池的放电原理如图所示。下列说法错误的是 A．离子交换膜为阳离子交换膜 B．该电池中不能使用电解质的水溶液代替有机电解质 C．充电时，阴极的电极反应式为 D．用锂电极代替钠电极放电时，消耗等质量的锂电极时放电量较低 9．电催化硝酸盐还原合成氨装置如图。电解时NO先吸附到催化剂表面放电产生NH。控制其它条件不变，NH产率和法拉第效率随变化如图。已知Qx=nF，n表示电解生成还原产物X转移电子物质的量，≈9.6×104 C/mol，。下列说法不正确的是 A．生成NH的电极反应式为NO+ 8e- + 10H+ = NH+ 3H2O B．若FE%=50%时，电解总电量Q总=3.84×104 C，生成NH的物质的量约为0.05 mol C．pH=1时，电解过程中NH的FE%为23%，阴极还原产物主要为NH4NO3、(NH4)2SO4、H2 D．pH从5变化到3时，NH的产率逐渐减小，是因为析氢反应速率增大阻碍NO的吸附 10．我国科研团队设计的一种镁/海水电池具有开放式结构，既可在深海长期使用中摆脱厚重的保护外壳，又可组装成镁/海水电池驱动的自供电海水电解系统(原理如图)，实现在深海环境下连续制氢。下列说法正确的是 A．该装置工作时，向M、P极移动 B．Q电极上产生氢气，N极上发生氧化反应 C．左侧装置总反应为 D．理论上，电路中每通过2mol电子，可产生22.4L 11．2025年，我国新能源电车销量持续超越传统燃油车。 （1）二甲醚[CH3OCH3(g)]燃料电池的工作原理示意图如图所示(图中质子交换膜只允许H＋通过)。 ①该电池工作时，c口通入的物质是 。 ②该电池负极的电极反应式为 。 ③工作一段时间，当外电路有6 mol电子通过时，理论上负极区质量 (填“增加”或“减少”) g(忽略气体的溶解)。 （2）锂离子电池具有比能量大、用途广等特点。如图所示为一种锂离子电池的结构，电池反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2(x<1)。 ①放电时，b极发生的电极反应式为 。 ②充电时，a极接外电源的 极。 ③充电时若转移0.02 mol电子，理论上a电极将减轻 g。 12．根据图示电化学装置，回答下列问题： （1）化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置，请写出原电池总反应离子方程式 ；当外电路中转移0.2 mol 电子时，乙烧杯中浓度最大的阳离子是 。 （2）根据下图示的装置，回答下列问题； ①甲池通入乙烷(C2H6)一极的电极反应式 。 ②若A是硝酸银溶液，X和Y是惰性电极，插入50mL硝酸银溶液中，则Y极的电极反应式为 ；电解一段时间后，当电解质溶液中c(H+)从10-6 mol·L-1 变为10-3 mol·L-1 时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是 mg。 ③若A是CuSO4溶液，想要在铁制钥匙表面镀上一层金属铜，则X电极的材料是 。 （3）Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如下图装置生产Na2FeO4，则阳极的电极反应式为 ，阴极产生的气体为 (填化学式)，阴极区a% b%(填“>”=”或“<”)。 能力提升 13．近日，我国科学家开发光催化剂选择性实现合成乙醇，原理如图所示。 下列说法错误的是 A．H+从b电极向a电极移动 B．光催化剂能加快CO2转化为乙醇的反应速率 C．b电极的电极反应式： D．若转移12mol电子，理论上可生成46g乙醇 14．某小组设计如图所示装置，探究原电池工作原理。下列叙述正确的是 A．当K1和K2连接时，a极的电极反应式为 B．当K1和K3连接时，电路中转移0.2mol电子时，理论上b极质量增加6.5g C．当K2和K3连接时，b极的电极反应式为 D．盐桥1和盐桥2的作用是传递电子，保持溶液的电中性 15．固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的全固态化学发电装置，其工作原理如图。下列说法正确的是 A．固体氧化物电解质中的箭头表示的移动方向 B．N极的电极反应式： C．产物X中一定含有 D．该燃料电池的能量转化形式：化学能→热能→电能 16．黄铁矿的主要成分为（S为－1价），是生产硫黄和硫酸的主要原料，黄铁矿在硫酸酸化的条件下发生催化氧化的反应历程如图所示，下列说法错误的是 A．图示中的三个反应不全是氧化还原反应 B．由反应历程可知氧化性： C．该过程的总反应为 D．反应Ⅲ中每生成1个NO分子，转移2个 17．守恒是重要的科学原理，我们在学习化学的过程中接触过很多守恒：质量守恒、原子守恒、电子守恒、电荷守恒等。请回答以下问题： （1）某溶液中只有、、和四种离子，已知、、的物质的量浓度分别2mol/L、1mol/L、1mol/L，则的物质的量浓度为 mol/L。 （2）同温同压下，某集气瓶充满时为116g，充满时为122g，充满气体A时为114g，则A的相对分子质量为 。 （3）在浓盐酸中与反应的离子方程式为：，则b的数值为 。 （4）在100mL 溶液中通入2.24L氯气(标准状况)；溶液中有1/2的被氧化成单质，则原溶液中的物质的量浓度为 mol/L。 （5）已知：1mol 与一定浓度的反应，生成、、NO和，表现氧化性的硝酸的物质的量是 mol。 18．人类的一切活动都离不开能量，而许多能量的利用与化学反应中的能量变化密切相关。请回答下列问题： I．已知N2(g)和O2(g)反应生成2molNO(g)吸收180kJ能量，反应过程中能量变化如图所示。 （1）上述反应中反应物具有的总能量 (填“高于”“低于”或“等于”)生成物具有的总能量。 （2）x= 。 II．铅酸蓄电池常用作汽车的启动电源，其结构如图所示，放电时发生反应：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。 （3）放电时，电子由 (填“Pb”或“PbO2，下同)电极经导线流向 电极，写出PbO2电极上的电极反应式： 。 （4）该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 III．一种应用比较广泛的乙醇燃料电池工作原理如图所示，已知：电极X和Y的材料都是金张属铂(不参与反应)，质子交换膜只允许H＋通过。      （5）该电池工作时，氧气从进口 (填“a”或“b”)通入，写出电极X上发生的电极反应： 。 （6）该电池工作时外电路中每转移24NA个电子，理论上需要消耗乙醇的质量为 g。 19．根据所学电化学知识，完成下列问题。 （1）某学习小组设想利用A装置电解制备绿色硝化剂N2O5。装置如下(c、d为惰性电极)。已知：无水硝酸可在液态N2O4中发生微弱电离。 ①A装置中通入SO2—极的电极反应式为 。 ②N2O5在电解池的 (填“c极”或“d极”)区生成，其电极反应式为 。 （2）电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质，用Pt-C3N4作阴极催化剂电解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意图如图所示。 ①Pt-C3N4电极反应产生NH3的电极反应式 。 ②该装置使用甲醇CH3OH燃料电池(电解质溶液为熔融碳酸钠)作为电源写出负极的电极反应 。 （3）我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi可提高电催化制甲酸盐的产率，同时释放电能，实验原理如图所示。 ①放电时，正极的电极反应为 。若使用铅蓄电池为该装置充电，放电时铅蓄电池正极反应式 ，产生1molO2，则铅蓄电池的正极质量 (填“增加”或“减少” g。 ②研究发现，使用催化剂Sn或者s-SnLi均能有效减少副产物CO的生成，其原因是 。 20．电化学在生产中的应用非常广泛 （1）轮船的外壳常贴上锌板，以保护船体，这种方法称为 。 （2）以铅蓄电池为电源电解以下溶液，其中abcd均为惰性电极，c电极表面产生无色无味气体，附近溶液变红。 ①写出g电极的电极反应式 。 ②A池为的溶液，当h电极质量增加12.8g时，停止电解，若将A池溶液复原，需加入 （填“氧化铜”或“氢氧化铜”） g。 ③C池中若进行铜的电解精炼，则f极的物质是 （填“粗铜”或“精铜”）。 （3）电解法处理酸性含铬废水（主要含有）时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应，最后以形式除去。现以甲醇燃料电池，采用电解法来处理酸性含铬废水，实验室利用如图装置模拟该方法。 ①写出M电极的电极反应式 。 ②处理则理论上电路中转移的电子为 。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4章 氧化还原反应和电化学 复习讲义 复习目标 1.能从不同层次、不同角度认识物质的氧化性和还原性，能从宏观和微观相结合的视角分析和认识氧化还原反应的本质和规律。 2.能从微观视角认识化学能与电能相互转化的原理并了解其实际意义和重要应用。认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化。 3.了解原电池及化学电源的工作原理。了解金属发生电化学腐蚀的本质，知道金属腐蚀的危害，了解防腐措施的电化学原理，感受化学对创造美好生活的重大意义。 4.能从微观视角了解电解池的工作原理，多角度分析化学变化。认识电解在实现物质转化和能量储存中的具体应用，树立节约资源、保护环境的可持续发展意识。 5.通过自主合作完成一些原电池和电解池的探究、金属防腐措施的探究等实验活动，培养学生勤于实践、敢于质疑和勇于创新的科学品质。 重点和难点 电化学装置的分析与相关计算 █知识点一 氧化还原反应特征 1 氧化还原的基本知识 氧化还原的本质：电子转移，判断依据：有化合价的变化 氧化剂:得电子，化合价降低，具有氧化性，在反应中被还原，在反应中的生成物叫还原产物。 还原剂：失电子，化合价升高，具有还原性，在反应中被氧化，在反应中的生成物叫氧化产物。 电子转移的方向和数目 注意：1箭头由失电子的元素指向得电子的元素。 2 箭头的方向已经表示电子转移的方向，所以“桥”上无需在标得失，只需表明电子转移的总数即可。 本质为电子的转移：电子的偏移和电子的得失。 口诀法：“高原低氧 ”——元素化合价升高的是还原剂，元素化合价降低的是氧化剂。 2．常见的氧化剂和还原剂 （1）氧化剂：O2，O3，X2， KMnO4，K2Cr2O7，H2SO4， Na2O2，H2O2， HNO3，Fe3+，HClO，H2SO4(浓) （2）还原剂： C，H2，H2S，FeSO4，Na2SO3，CO，I- 3．氧化性和还原性强弱的比较 （1）根据氧化还原反应发生的规律来判断：氧化还原反应可用如下式子表示： → 规律：反应物中氧化剂的氧化性强于生成物中氧化产物的氧化性，反应物中还原剂的还原性强于生成物中还原产物的还原性。 （2）根据元素在周期表中位置判断： 1）对同一周期金属而言，从左到右其金属活泼性依次减弱。如Na、Mg、A1金属性依次减弱，其还原性也依次减弱。 2）对同主族的金属而言，从上到下其金属活泼性依次增强。如Li、Na、K、Rb、Cs金属活泼性依次增强，其还原性也依次增强。 3）对同主族的非金属而言，从上到下其非金属活泼性依次减弱。如F、Cl、Br、I非金属活泼性依次减弱，其氧化性也依次减弱。 一般来说，越活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越容易，其正离子得电子还原成金属单质越难，氧化性越弱；反之，越不活泼的金属，失电子氧化成金属正离子越难，其正离子得电子还原成金属单质越容易，氧化性越强。 K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb，(H)、Cu、Hg、Pt、Au 金属的活动性逐渐减弱（还原性逐渐减弱） K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、Zn3＋、Fe2＋、Sn2＋、Pb，(H＋)、Cu2＋、Hg2＋、Ag＋ 氧化性逐渐增强 一般来说，越活泼的非金属，得到电子还原成非金属负离子越容易，其负离子失电子氧化成单质越难，还原性越弱。 （3） 根据原电池和电解池的电极反应 在原电池中，作负极的金属的还原性一般比作正极金属的还原性强。 在电解过程中，氧化性越强的正离子优先在阴极放电，还原性强的非金属负离子优先在阳极放电 （4） 根据外界条件 1. 浓度——浓度越大，相应性质强些。如：浓、稀硫酸 ，浓、稀硝酸的氧化性。 2. 温度——温度高时，一般氧化性或还原性强些。如;硝酸盐在高温下是强氧化剂，KClO3，KMnO4与浓盐酸反应制氯气不需要加热，二氧化锰和浓盐酸需加热才能反应。 3. 介质—— 一般来说，氧化剂在酸性介质中氧化性强些。如：酸性高锰酸钾溶液是常用的强氧化剂。 （5）根据被氧化或被还原的程度来判断： 如：Cu +Cl2CuCl2 ，2Cu +SCu2S即氧化性：Cl2 > S。 又如：2HBr+H2SO4(浓) Br2+SO2↑+2H2O，8HI+H2SO4(浓)4I2+H2S↑+4H2O 即有还原性：。 单质氧化性越强，对应离子还原性越弱。 效果检测特别提醒 物质越容易失电子则还原性越强，对应离子的氧化性越弱。 物质越容易得电子则氧化性越强，对应离子的还原性越弱。 1．已知氧化性强弱顺序：Cl2>Br2>Fe3+>I2，则下列说法正确的是 A．某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-，为了除去I-而不减少其他离子，可加入适量Fe3+ B．向FeBr2溶液中通入等物质的量Cl2，发生反应离子方程式为：2Br-+Cl2=Br2+2Cl- C．Fe可以和I2在加热条件下生成FeI3 D．向含有NaBr、NaI的溶液中通入适量氯气，充分作用后，将溶液蒸干、灼烧，可能得到NaCl和NaI的固体混合物 【答案】A 【解析】氧化性强弱顺序：Cl2＞Br2＞Fe3+＞I2，则还原性强弱顺序：Cl-＜Br-＜Fe2+＜I-； A．还原性强弱顺序：Cl-＜Br-＜Fe2+＜I-，Fe3+能氧化碘离子不能氧化其它离子，所以某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-，为了除去I-而不减少其他离子，可加入适量Fe3+，故A正确； B．向FeBr2中通入等量Cl2，亚铁离子优先反应，然后部分溴离子被氯气氧化，反应的离子方程式为：2Fe2++2Br-+2Cl2═2Fe3++Br2+4Cl-，故B错误； C．氧化性强弱顺序：Fe3+＞I2，则还原性强弱顺序：Fe2+＜I-，所以Fe3+氧化I-，则Fe和I2在加热条件下生成FeI2，故C错误； D．氯气先氧化I-后氧化Br-，所以向含有NaBr、NaI的溶液中通入适量氯气后应该先除去NaI后除去NaBr，所以最终得到的固体中不能存在NaI而不存在NaBr，故D错误。 答案选A。 2．下列说法不正确的是 A．一定物质的量的气体，决定其体积大小的主要因素是粒子间的平均距离 B．碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多 C．Fe3+、、ClO-是常见氧化剂 D．阳离子只具有氧化性，阴离子只具有还原性 【答案】D 【解析】A．一定物质的量的气体，决定其体积大小的主要因素是粒子间的平均距离，A正确; B．碳酸氢钠可用于治疗胃酸过多，B正确； C．Fe3+、、ClO-是常见氧化剂，C正确； D．Fe2+是阳离子，由于其价态介于+3价和0价之间，因此既有氧化性，也有还原性；为阴离子，由于S元素介于最高+6价和最低-2价之间，也是既有氧化性，也有还原性，因此不能说阳离子只具有氧化性，阴离子只具有还原性，D错误； 故选D。 3．已知反应：①； ②； ③； ④。 则下列微粒的氧化性由强到弱的顺序正确的是 A． B． C． D． 【答案】A 【解析】氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性。 ①，Fe3+是氧化剂、I2是氧化产物，氧化性Fe3+>I2； ②， Cl2是氧化剂、Fe3+是氧化产物，氧化性Cl2>Fe3+； ③，是氧化剂、Fe3+是氧化产物，氧化性> Fe3+； ④，是氧化剂、Cl2是氧化产物，氧化性> Cl2; 根据以上分析，氧化性，选A。 █知识点二 氧化还原反应中的几种规律和氧化还原反应本质 1． 氧化还原反应中的几种规律 1．守恒规律 （1）质量守恒：即反应前后各元素种类不变，各元素原子数目，种类，质量不变。 （2）电荷守恒：有离子参加的氧化还原反应中，反应前后离子所带电荷总数相等。 （3）化合价升降守恒：即化合价升高的总价数等于化合价降低的总价数。 （4）得失电子守恒：即氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数。 2．价态律 元素处于最高价态时，只有氧化性，但不一定具有强氧化性。 元素处于最低价态时，只有还原性，但不一定具有强还原性。 元素处于中间价态时，既有氧化性又有还原性，但主要呈现一种性质，物质含有多种元素，其性质是这些 元素性质的综合体现。 应用：判断元素或物质有无氧化性、还原性。 3．强弱律 较强氧化性的氧化剂跟较强还原性的还原剂反应，生成较弱的还原产物和较弱氧化性的氧化产物。 应用：（1）比较物质问氧化性或还原性的强弱； （2）在适宜条件下，用氧化性强的物质制备氧化性弱的物质或用还原性强的物质制备还原性弱的物质。 4．转化律 （1）同种元素的相邻价态之间不发生氧化还原反应。如：实验室中SO2气体可用浓H2SO4 干燥。 （2）氧化还原反应中，以元素相邻价态间的转化最容易，如H2S一般被氧化成单质S，浓H2SO4一般被还原成SO2。 （3）同种元素不同价态之间的氧化还原反应，高价态和低价态相互反应，变成它们的相邻价态，此价态可相同也可不相同，应遵循“高价+低价→中间价”的规律，且价态的变化是“只靠拢，不相交”。最多刚好重合。 二． 氧化还原的本质 任何原电池都由两个电极（正极和负极）部分组成，每个电极部分被称作一个半电池，每个半电池所发生的氧化或还原反应，即电极反应被称作原电池的半反应。表示半反应的化学方程式就是半反应式。 效果检测 1．常温下，氧化性强弱顺序为Cl2> Br2>Fe3+>I2，下列说法正确的是 A．在溶液中Fe3+可以将Br- 氧化： 2Br-+2Fe3+=Br2+2Fe2+ B．将足量的Cl2通入FeBr2溶液中，只发生反应Cl2+ 2Fe2+ =2Cl-+2Fe3+ C．向含碘化钾、淀粉的溶液中滴加FeCl3溶液，溶液变蓝 D．某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-，为了除去I-而不影响其他离子，可通入过量氯气 【答案】C 【解析】A．氧化性强弱顺序为Br2>Fe3+，在溶液中Fe3+不能将Br- 氧化，A错误； B．氧化性强弱顺序为Cl2> Br2>Fe3+，将足量的Cl2通入FeBr2溶液中不仅氧化亚铁离子，也会氧化溴离子，B错误； C．向含碘化钾、淀粉的溶液中滴加FeCl3溶液，氧化性Fe3+>I2，Fe3+将碘离子氧化为碘单质，碘单质浴淀粉变蓝，故溶液变蓝，C正确； D．某溶液中含有Fe2+、Cl-、I-，通入过量氯气Fe2+、I-都会被氧化，D错误； 答案选C。 2．下列有关氧化还原反应的说法中正确的是 A．失电子越多，还原性越强；得电子越多，氧化性越强 B．在化学反应中，金属单质只能作还原剂，非金属单质只能作氧化剂 C．已知氧化性强弱的顺序为，则溶液中可发生： D．含某元素最低价态的微粒一定具有强还原性 【答案】C 【解析】A．还原性强弱与失电子难易程度有关，与失电子多少无关，氧化性强弱与得电子难易程度有关，与得电子多少无关，故A错误； B．金属元素在化合物中只有正价，非金属单质元素的化合价可正可负，在氧化还原反应中，金属单质只能作还原剂，非金属单质能作氧化也能作还原剂，故B错误； C．氧化性强弱的顺序为，反应符合氧化剂氧化性强于氧化产物，故可以发生，故C正确； D．最低价态的微粒不一定容易失去电子，所以不一定具有强还原性，故D错误； 答案选C。 3．已知能发生如下反应：①；②；③2FeCl2＋Cl2=2FeCl3.根据上述反应，判断下列结论中错误的是 A．氧化性强弱的顺序为： B．Cl2在反应①中是还原剂，在反应③中是氧化剂 C．溶液中可发生反应： D．反应②每生成3molCl2，转移电子数为6NA 【答案】D 【解析】A．①2＋Cl2=Br2＋2中，氧化性：＞，②＋5Cl-＋6H＋=3Cl2↑＋3H2O中，氧化性：＞Cl2；③2FeCl2+Cl2═2FeCl3中，氧化性：Cl2＞Fe3+，所以氧化性强弱的顺序为：>>Cl2>Fe3＋，故A正确； B．①2＋Cl2=Br2＋2中，Cl2在反应中化合价升高作还原剂，③2FeCl2+Cl2═2FeCl3中，Cl2在反应中化合价降低作氧化剂，故B正确； C．氧化性：＞Cl2＞Fe3+，反应＋6Fe2＋＋6H＋=Cl-＋6Fe3＋＋3H2O能发生，故C正确； D．②＋5Cl-＋6H＋=3Cl2↑＋3H2O反应中中Cl元素化合价由+5降低到0价的Cl2，Cl﹣中Cl元素化合价由-1价升高到0价的Cl2，生成3个氯气分子转移5个电子，每生成3molCl2，转移电子数为5NA，故D错误； 答案选D。 █知识点三 一个反应中氧化性还原性比较 1． 氧化还原反应规律在一个反应中： 氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性。 还原剂的还原性大于还原产物的还原性。 若含有多种氧化剂（还原剂），氧化性（还原性）强的物质优先参与反应 效果检测 1．在烧碱溶液中和NaClO可发生如下反应：，下列有关说法错误的是 A．中铁元素的化合价为 B．X为NaCl，为还原产物 C．反应中NaClO被还原，发生还原反应 D．的氧化性强于NaClO 【答案】D 【解析】A．在化合物中，Na元素的化合价为+1价，O元素的化合价为-2价，则Fe元素的化合价为+6价，A项正确； B．由质量守恒定律可知，X为NaCl，NaClO→NaCl，Cl元素化合价降低，发生还原反应，则NaCl为还原产物，B项正确； C．NaClO→NaCl，Cl元素化合价降低，NaClO被还原，发生还原反应，C项正确； D．Na2FeO4是氧化产物，NaClO是氧化剂，则氧化性：NaClO＞Na2FeO4，D项错误； 故选D。 2．有下列三个反应： ① ② ③O 下列说法正确的是 A．①②③中的氧化产物分别是 B．氧化性 C．根据反应①一定可以推理得到 D．在反应③中当1个 参加反应时，有6个HCl被氧化 【答案】B 【解析】A．根据反应：①；②；③，反应①的氧化产物是I2，反应②的氧化产物是，反应③的氧化产物是Cl2，故A错误； B．氧化还原反应中，氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，在反应①中，Cl2＞I2，在反应②中，Br2＞Fe3+，在反应③中，Co2O3＞Cl2，而Cl2的氧化性强于Br2，所以氧化性顺序是：Co2O3＞Cl2＞Fe3+，故B正确； C．根据B项可以得出还原性Fe2+强于Br-，故Cl与FeBr2反应时先与Fe2+反应，故C错误； D．根据③，6个HCl中只有2个化合价升高，故只有两个HCl被氧化，故D错误； 答案选B。 3．是一种可用于生产颜料、木材防腐剂的化工产品。如图所示，将铜粉加入稀盐酸中，并持续通入空气，在的催化作用下可生成。下列说法不正确的是 A．过程I的反应为： B．过程II反应后溶液的pH降低 C．该过程验证了氧化性： D．该过程总反应为： 【答案】B 【解析】A．过程I中铜被Fe3+氧化为Cu2+，反应的离子方程式为：，故A正确； B．过程II中Fe2+被氧气氧化为Fe3+，反应的离子方程式为 ，反应消耗氢离子，反应后溶液的pH升高，故B错误； C．根据可知氧化性，根据可知氧化性，该过程验证了氧化性：，故C正确； D．①、②，①×2+②得该过程总反应方程式为，故D正确； 选B。 █知识点四 氧化还原反应方程式的配平 (一)氧化还原的配平 1．配平原则 由氧化还原反应的知识我们不难得出配平原则：还原剂失电子总数=氧化剂得电子总数，即还原剂（元素）化合价升高的总价数=氧化剂（元素）化合价降低的总价数。 2．氧化还原反应方程式配平的一般方法与步骤 （1）一般方法：化合价升降法。 （2）步骤：标变价、找变化、求总数、配系数。即 ① 标出变化元素化合价的始态和终态:   C + HNO3（浓）→NO2 + CO2 + H2O 分析：标变价 C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O ② 找变化:  始态     终态    变化的总价数 = 变化 × 系数          C (0) + HN (+5)O3（浓）→ N (+4)O2 ↑+ C (+4)O2 ↑+ H2O 即:N元素化合价由+5到+4 ，变化的价数为（5-4）=1，C元素化合价由0到+4 ，变化的价数为（4-0）=4[若为负价则用大数减小数（带符号相加减）] 最小公倍数=4×1=4 注：假设以上变化均以正价表示，其中(b-a)×(d-c) 为最小公倍数。 ③ 将    上的系数，分别填在还原剂和氧化剂化学式的前面作为系数； ④配系数:用观察法配平其它元素    C 的系数为  1   HNO3的系数为  4   ，用观察法将其它系数配平 ⑤ 检查配平后的方程式是否符合质量守恒定律（离子方程式还要看是否符合电荷守恒） 经检查满足质量守恒定律,配平后的化学方程式为： C + 4 HNO3（浓） → 4 NO2 ↑+ CO2 ↑+ 2 H2O 3．氧化还原反应配平的特殊技巧 （1）逆向配平法 适用范围：此法最适用于某些物质（如硝酸、浓硫酸的反应）部分参加氧化还原反应的类型。 【例1】Cu +  HNO3（浓）→Cu(NO3)2 + NO2 ↑+ H2O 解析：由于HNO3在反应中有两个作用即：酸性和氧化性，因此如按照一般的方法从左向右配的话比较麻烦，但如采用从右向左配平法的方法，这个问题显得很简单。 不同之处：配系数时只需将    中的系数先写在对应产物化学式之前，其它步骤相同。     始态     终态     变化的总价数 = 变化 ×  系数 答案：Cu + 4 HNO3（浓） → Cu(NO3)2 +2 NO2 ↑+ 2H2O [练1] P + CuSO4 + H2O → Cu3P + H3PO4 + H2SO4 答案： 11P + 15CuSO4 + 24H2O → 5Cu3P + 6H3PO4 +15 H2SO4 （2）整体总价法（零价法） 适用范围：在氧化还原反应中，一种反应物中有两种或两种以上的元素化合价发生变化或几种不同物质中的元素化合价经变化后同存在于一种产物中。 技巧：对于Fe3C，Fe3P等化合物来说，某些元素化合价难以确定，此时可将Fe3C，Fe3P中各元素视为零价。零价法思想还是把Fe3C，Fe3P等物质视为一整价。 【例2】FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2 解析：在FeS2 中Fe的化合价由+2变到+3，S的化合价由-1变到+4，即同一种物质中有两种元素的化合价同时在改变，我们可以用整体总价法，把FeS2当成一个“整体”来考虑。 故配平后   4FeS2 +11 O2 → 2 Fe2O3 +8 SO2 答案：4FeS2 +11 O2 → 2 Fe2O3 +8 SO2 [练2] Fe3C + HNO3 → Fe(NO3)3 + CO2 + NO2 + H2O 答案： Fe3C +22HNO3（浓）→ 3Fe(NO3)3 + CO2 + 13NO2 + 11H2O （3）歧化归一法 适用范围：同种元素之间的歧化反应或归一反应。 技巧：同一物质内同一元素间发生氧化-还原反应称为歧化反应。配平时将该物质分子式写两遍，一份作氧化剂，一份作还原剂。接下来按配平一般氧化-还原方程式配平原则配平，配平后只需将该物质前两个系数相加就可以了。 【例3】Cl2 + KOH（热） → KCl + KClO3 + H2O  解析：将Cl2写两遍，分别是升高部分和降低部分，根据原子个数守恒先虚标系数配平 即Cl2----2 KCl Cl2---- 2 KClO3 分别标出电子转移的数目求出最小公倍数，然后将两部分分别配平 即5Cl2----10 KCl Cl2---- 2KClO3 最后写到方程式中，合并约分得： 3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O 答案：3Cl2 + 6KOH → KClO3 + 5KCl + 3H2O [练3] S + NaOH → Na2S+ Na2SO4+ H2O 答案：4S + 8NaOH → 3 Na2S + Na2SO4 + 4 H2O （4）判断未知物 适用范围：在一个氧化还原反应中缺少反应物或生成物。   技巧：一般是把反应物和生成物中的所有原子进行比较，通过观察增加或减少了哪种元素： ①若增加的元素是除H、O以外的非金属，未知物一般是相应的酸； ②若增加的元素是金属，未知物一般是相应的碱； ③若反应前后经部分配平后发现两边氢、氧原子不平衡，则未知物是水。 【例4】KMnO4 + KNO2 +        → MnSO4 + K2SO4 +  KNO3 + H2O  解析：经比较发现，生成物中增加了S元素，则未知物是H2SO4 ，其它步骤同上略. 2KMnO4 + 5KNO2 + 3 H2SO4  → 2MnSO4 + K2SO4 +  5KNO3 + 3H2O 答案：2KMnO4 + 5KNO2 + 3 H2SO4  → 2MnSO4 + K2SO4 +  5KNO3 + 3H2O [练4] _____P＋______HNO3＋__ ____________H3PO4＋______NO↑ 答案： 3 5 2 H2O 3 5 （5）单质后配法 适用范围：反应物或生成物中有单质参加或单质生成，对于单质在反应后的化学和物中价态不单一的情况更适用技巧：把游离态的那种元素放在最后来配。 【例5】FeS2 + O2 → Fe2O3 + SO2  解析：反应物中有单质O2 ，我们可以把O元素放在最后来配. 首先假定 Fe2O3的系数为1，则FeS2 的系数为2，那么SO2的系数为4，因此O2的系数为11/2，然后把每种物质前的系数都扩大2倍，即可配平。  答案： 4FeS2 + 11 O2 → 2 Fe2O3 + 8 SO2 [练5] P4 + KOH + H2O → KH2PO4 + PH3 答案：2P4 +3 KOH + 9 H2O → 3 KH2PO4 + 5 PH3 （6）待定系数法（原子个数守恒法） 适用范围：待定系数法对于某些反应后元素去向比较唯一（比如Na元素只在一种生成物NaOH中存在）的方程式比较得心应手，但是如果元素的去向不唯一（比如Na元素在生成物NaOH、Na2CO3中都存在），则用此法配平时就显得比较麻烦。 技巧：即方程式中将某些物质的系数设为未知数，然后由未知数暂时配平方程式，最后根据某种原子在反应前后数量守恒列方程或方程组，解出这些未知数的关系，通过未知数之间的关系来配平方程式。 【例6】KMnO4 + FeS + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + Fe2(SO4)3 + S + H2O 解析：此方程式甚为复杂，不妨用原子个数守恒法。设方程式为： aKMnO4 + bFeS +c H2SO4 →dK2SO4 +e MnSO4 + fFe2(SO4)3 + gS +h H2O 根据各原子守恒，可列出方程组： a=2d （钾守恒） a=e（锰守恒） b=2f（铁守恒） b+c=d+e+3f+g（硫守恒） 4a+4c=4d+4e+12f+h（氧守恒） c=h（氢守恒） 解方程组时，可设最小系数（此题中为d）为1，则便于计算：得a=6,b=10,d=3, e=6,f=5,g=10,h=24。 答案： 6KMnO4 + 10 FeS +24 H2SO4 →3 K2SO4 +6 MnSO4 +5 Fe2(SO4)3 + 10S +24H2O [练6] Fe3C + HNO3 → CO2↑ + Fe(NO3)3 + NO↑ + H2O 答案：1、22、1、3、13、11 效果检测 1．已知反应：①；②(未配平)，下列有关说法正确的是 A．方程式①中W为4 B．还原性强弱： C．a=6，b=7 D．反应不能发生 【答案】B 【解析】A．根据原子守恒和电荷守恒，反应①左边电荷为+6（2Fe3+），右边和2Fe2+总电荷为+2，需W提供+4电荷，故W为4H+，而非4OH-，A错误； B．反应②中Fe2+被氧化为Fe3+（还原剂），被还原为Cr3+（还原产物）。根据还原性规律，还原剂（Fe2+）的还原性大于还原产物（Cr3+），B正确； C．配平反应②：得6e⁻，需6Fe2+提供6e⁻（a=6）；电荷守恒得左边总电荷为-2+12+b=10+b，右边为+24，解得b=14，C错误； D．由反应①和②可知，的氧化性强于Fe3+，而Fe3+可氧化SO2，故也能氧化SO2生成，反应D可以发生，D错误； 故选B。 2．是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室可通过如下反应制得：(未配平)。为阿伏加德罗常数的值，下列与该反应有关的说法中错误的是 A．氧化剂与还原剂的物质的量之比为 B．还原性： C．作氧化剂发生还原反应 D．若生成标准状况下，则转移电子数目为 【答案】A 【解析】A．反应方程式为，KClO3为氧化剂，H2C2O4为还原剂，氧化剂与还原剂的物质的量之比为，A错误； B．还原剂的还原性大于还原产物，则还原性：，B正确； C．作氧化剂发生还原反应，C正确； D．根据方程式，生成，则转移电子数目为，D正确； 故选A。 3．回答下列问题： Ⅰ．双氧水和84消毒液(主要成分为NaClO)是生活中常用的两种消毒剂。 （1）某同学设计如下实验研究的性质，能证明有还原性的实验是 (填序号)，反应的离子方程式为 。 序号 实验 实验现象 1 向溶液中滴加酸性溶液 a．溶液紫色褪去； b．有大量气泡产生 2 向溶液中滴加淀粉碘化钾溶液 c．溶液变蓝 （2）第31届夏季奥运会期间，游泳项目比赛场馆的泳池中藻类快速生长，导致池水变绿。一种可能的原因是场馆工作人员误将84消毒液与双氧水两种消毒剂混用，NaClO与反应生成NaCl与，促进了泳池内藻类快速生长。该反应说明氧化性： (填“>”或“<”)；当有生成时，被NaClO氧化的质量为 g。 Ⅱ．全球一半左右的碘是以智利硝石提取硝酸钠后的母液为原料，加入亚硫酸氢钠制取，相关反应如下：。 （3）请配平此化学方程式 。 【答案】（1）1 2MnO+6H++5H2O2=2Mn2++5O2↑+8H2O （2）> 3.4 （3）2NaIO3+5NaHSO3=3NaHSO4+2Na2SO4+I2+H2O 【解析】（1）实验1中溶液紫色褪去，说明高锰酸钾溶液被还原，有大量气泡产生，说明有O2生成，则KMnO4和H2O2发生氧化还原反应生成锰离子、O2和水，离子方程式为2MnO+6H++5H2O2=2Mn2++5O2↑+8H2O； （2）NaClO与H2O2反应产生O2，该反应中H2O2中O元素化合价由-1价变为0价，则氧化剂是NaClO、还原剂是H2O2，氧化剂的氧化性较强，则氧化性：NaClO＞H2O2；当有生成时，O2的物质的量为0.1mol，被NaClO氧化的的物质的量为0.1mol，质量为3.4g； （3）反应中，I元素的化合价降低，S元素的化合价由+4升高到+6，碘元素由+5降低到0价，则取最小公倍数为10，所以NaIO3的系数为2，NaHSO3的系数为5，结合原子守恒配平该方程式为：2NaIO3+5NaHSO3=3NaHSO4+2Na2SO4+I2+H2O。 █知识点五 原电池的工作原理 一、原电池的工作原理 （一）定义：将化学能转化能电能的装置 （二）本质：氧化还原反应 （三）工作原理：以铜-锌原电池为例 电极：Zn—负极，Cu—正极 工作原理：负极→失电子→发生氧化反应→电子通过导线流向正极→ 正极→得电子→发生还原反应 溶液中：负离子→负极，正离子→正极 外电路—电子导电，内电路—离子导电 电极反应： 总反应： Zn+Cu2+=Zn2++Cu 注： 1、盐桥的作用：（1）成分：含琼胶的KCl饱和溶液 （2）作用：①构成通路，代替两溶液直接接触 ②平衡电荷：K+→正极，Cl-→负极 （3）优点：隔离氧化剂和还原剂，不同区域实现电子定向移动，产生持续、稳定的电流 2、电子只能在两极和外电路中流动，不可能进入溶液中。即“电子不下水，离子不上岸” 3、溶液中是由电解质溶液中的正负离子定向移动形成闭合回路的 （四）条件：两极一液一连线，氧化还原是条件 1、两个能导电的电极——正极和负极： 两极的构成情况：①活泼性不同的两种金属 ②金属和非金属 ③金属和化合物 ④惰性电极：Pt、C 注：（1）很活泼的金属单质一般不作原电池的负极，如：K、Ca、Na等 （2）有些原电池的两极活泼性相同，如燃料电池 2、要有电解质溶液或熔融的电解质 电解质溶液的情况： （1）电解质溶液一般要能够与负极发生反应 （2）电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应（如：O2） （3）特殊：有盐桥时，左右两个容器中的电解质溶液应选择与电极材料相同的正离子溶液 3、形成闭合回路的情况：（1）导线相连 （2）电极直接接触 4、氧化还原反应：氧化还原反应是自发进行的，但自发进行的氧化还原反应不一定都能设计成原电池 （五）原电池的判断——四看 1、看电极——两极为导体且存在活泼性差异（燃料电池的电极一般为惰性电极） 2、看溶液——两极插入电解质溶液中 3、看回路——形成闭合回路或两极直接接触 4、看本质——有无氧化还原反应发生 效果检测 1．关于盐桥的作用，下列说法错误的是 A．使装置形成闭合回路 B．平衡电解质溶液中的电荷 C．阻止离子定向移动 D．保证电池反应持续进行 【答案】C 【解析】A．盐桥连接两个半电池，形成闭合回路，使电子通过导线、离子通过盐桥迁移，A正确； B．盐桥通过离子迁移中和两半电池的正负电荷，维持溶液电中性，B正确； C．盐桥的作用是允许离子定向移动（如Cl⁻、K⁺迁移），而非阻止离子移动，C错误； D．盐桥通过平衡电荷避免反应停滞，确保反应持续进行，D正确； 答案选C。 2．铜锌原电池装置（如图），该原电池在工作时，下列说法正确的是 （含饱和溶液的琼胶） A．极流出电子，发生还原反应 B．极电极反应式为 C．盐桥中移向溶液 D．盐桥的作用是传导电子，形成闭合回路 【答案】C 【分析】活泼金属Zn为负极，不活泼金属Cu为正极，盐桥的作用传导离子平衡电荷，使原电池产生平稳的电流。 【解析】A．极流出电子，失去电子发生氧化反应，A错误； B．极是正极，发生还原反应，电极反应式为，B错误； C．原电池工作时，溶液中的阴离子移向负极，盐桥中移向溶液，C正确； D．盐桥的作用是传导离子，形成闭合回路，D错误； 答案选C。 3．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述正确的是 A．a和b不连接时，铜片上不会有气泡冒出 B．a和b用导线连接时，铁片失去电子发生还原反应 C．a 和b用导线连接后，溶液中的向铜电极移动 D．a和b 不连接时，无电流形成，a和b用导线连接后， 电子从溶液中流向铁片 【答案】A 【分析】a和b不连接时，不能构成原电池，Cu和硫酸不反应，Fe和硫酸反应生成氢气；a和b用导线连接时形成原电池，铜片为正极，电极反应为2H++2e-=H2↑，Fe为负极，失去电子发生氧化反应，发生的反应为：Fe-2e－= Fe2+，据此解答。 【解析】A．a和b不连接时，不能构成原电池，Cu和硫酸不反应，铜片上不会有气泡冒出，A正确； B．a和b用导线连接时形成原电池，铜片为正极，Fe为负极，铁失去电子发生氧化反应，发生的反应为：Fe-2e－= Fe2+，B错误； C．a 和b用导线连接后，构成原电池，Fe为负极，Cu为正极，阴离子移向负极，溶液中的向Fe电极移动，C错误； D．电子不能通过溶液传导，D错误； 答案选A。 █知识点六 原电池的电极方程式书写 （一）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→正；电流：正→负 3、离子流向：正离子→正极，负离子→负极；即“正向正，负向负” 4、电极材料：活泼金属作负极，不活泼金属、金属氧化物、非金属作正极 注：不能简单的依据金属的活泼性来判断，要看反应的具体情况 5、其他：质量增加→正极，质量减少→负极，气体→正极，pH↑→正极 （二）电极反应式的书写 1、分析电极反应：负极氧化产物，正极还原产物 2、注意电解质溶液环境：电极产物在电解质溶液中应稳定存在 ①碱性介质中，若生成H+，结合OH-→H2O ②酸性介质中，若生成OH-,结合H+→H2O ③碱性介质中，若生成CO2，结合OH-→CO32- ④碱性介质中，若生成金属正离子，则可能会结合OH-→沉淀M(OH)n 3、遵守三大守恒：质量守恒、电荷守恒、转移电子守恒 4、两极反应式叠加得总反应式，总反应式减去其中一个电极反应式，可得另一个电极的反应式 5、规律：①一般来说，金属作负极的原电池 负极：酸性或中性介质中：M—ne-=Mn+ 碱性介质中： M—ne-+nOH-=M(OH)n 正极：酸性介质中：2H++2e-=H2↑ 正离子与金属反应的介质中：NX++xe-=N 正离子不与金属反应的介质中：O2+4e-+2H2O=4OH- ②特殊：铝镁氢氧化钠电解质，铝铜浓硝酸电解质 注：电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；若有固体生成，一般不标“↓” （三）原电池的设计 1、先将已知的氧化还原反应拆分为两个半反应 2、根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应，找出正负极材料及电解质溶液 3、按要求画出原电池装置图 （四）应用 1、形成原电池，可以加快氧化还原反应的反应的速率 2、通过原电池的电极，可以比较金属活泼性强弱 3、设计化学电源 4、保护金属设备：被保护金属作正极 效果检测 1．检测CO的某气敏传感器的工作原理如图所示。下列说法中正确的是 A．电极Ⅱ是负极 B．电解质溶液中的H+向电极Ⅰ移动 C．工作一段时间后硫酸的浓度减小 D．电极Ⅰ上发生反应： 【答案】D 【分析】电极I为负极，CO被氧化为CO2，电极Ⅱ为正极，O2被还原，结合氢离子生成水，据此解答。 【解析】A．电极Ⅱ是正极，A错误； B．正极发生得电子的还原反应，电流从正极流向负极，所以H+向正极（电极Ⅱ）移动，B错误； C．总电极反应为，所以工作一段时间后硫酸浓度不变，C错误； D．电极I发生反应书写正确，D正确； 故选D。 2．电动自行车、汽车等都要用到铅酸蓄电池(如图所示)，下列关于该电池的说法错误的是 已知：放电时，该电池的总反应式为。 A．铅酸蓄电池为二次电池 B．放电时，往Pb电极方向迁移 C．放电时，正、负电极上的质量均增大 D．放电时，电解质溶液中的溶质质量减小 【答案】B 【分析】铅酸蓄电池放电时，作负极，电极反应式为；作正极，电极反应式为。 【解析】A．铅酸蓄电池可以反复充放电使用，属于二次电池，A正确； B．放电时，电解质溶液中的阳离子向正极移动，铅酸蓄电池中为正极，即H+向电极方向移动，B错误； C．根据分析可知，放电时正、负电极均生成硫酸铅，正、负电极质量均增大，C正确； D．由于放电时，负极消耗溶液中的硫酸根，正极消耗溶液中的氢离子和硫酸根，故电解质溶液的溶质硫酸的质量减小，D正确； 故选B。 3．探究pH对变质的影响：用如图装置完成实验(滴加试剂时溶液体积和导电性变化可忽略)，向右池持续稳定通入氧气，待电流计示数稳定后，进行下列平行实验。下列推断错误的是 实验 操作 现象 ① 向左池滴加浓硫酸至 电流没有明显变化 ② 向右池滴加等体积的浓硫酸 电流明显增大 ③ 向右池滴加NaOH溶液至 电流几乎不变 ④ 向左池滴加NaOH溶液至 电流明显增大，溶液变黄 已知，电流增大表明化学反应速率加快与物质的氧化性(或还原性)增强有关。 A．由①可知，pH变化对的还原性没有影响 B．由②可知，正极的电极反应式为 C．由③可知，pH由1.8至3.8时，减小时的氧化能力几乎不变 D．由④可知，pH由1.8至的还原性增强 【答案】A 【解析】A．实验①向左池（负极区）滴加浓硫酸，pH降低，电流无明显变化，仅表明此pH降低时FeSO4还原性无影响；但实验④中向左池滴加NaOH使pH升高，电流明显增大（Fe2+还原性增强导致反应速率加快），说明pH升高时还原性增强，故“pH变化对FeSO4的还原性没有影响”的推断错误；A错误； B．实验②向右池（正极区）滴加浓硫酸，H⁺浓度增大，电流明显增大，表明正极反应速率加快，结合O2在酸性条件下的还原反应，可推断正极电极反应式为，B正确； C．实验③向右池滴加NaOH至pH=3.8（H⁺浓度减小），电流几乎不变，说明此pH范围内H⁺浓度变化对O2的氧化能力无显著影响，C正确； D．实验④向左池（负极区）滴加NaOH至pH=3.8，电流明显增大且溶液变黄（Fe2+被氧化为Fe3+），根据“电流增大与还原性增强有关”，可知Fe2+的还原性增强，D正确； 答案选A。 █知识点七 化学电源 （一）分类： 一次电池：就是放电后不可再充电的电池。随着使用，一次电池中能发生氧化还原反应的物质逐渐被消耗，当这些物质被消耗到一定程度时，电池就不能继续使用了。一次电池中电解质溶液制成胶状，不流动，也叫做干电池。 二次电池：又称可充电电池或蓄电池，是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。即它在放电时所进行的氧化还原反应，在充电时可以逆向进行（一般通过充电器将交流电转变为直流电进行充电），使电池恢复到放电前的状态。这样可以实现将化学能转变为电能（放电），再由电能转变为化学能（充电）的循环。 燃料电池：是一种连续的将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。 （二）优点： 1、化学电池的能量转化效率较高，供能稳定可靠 2、可以制成各种形状、大小和容量不同的电池及电池组 3、方便携带，易于维护 （三）判断电池优劣的主要标准： 1、比能量：电池单位质量或单位体积所能输出电能的多少 2、比功率：输出功率的大小 3、电池可储存时间的长短 （四）一次电池——普通锌锰电池、碱性锌锰电池、锌银电池 1、普通锌锰干电池 （1）电极材料及电极反应：负极：锌筒 Zn-2e-=Zn2+ 正极：石墨 2NH4++2MnO2+2e-=2NH3↑+Mn2O3+H2O 总反应：Zn+2MnO2+2NH4Cl=ZnCl2+2NH3↑+Mn2O3+H2O （2）电解质：MnO2、NH4Cl、ZnCl2、淀粉等调成糊状 （3）缺点：新电池会自动放电，锌皮腐蚀逐渐变薄、放电后电压下降较快、电量小、易气胀或漏液、存放时间缩短不易长时间连续使用 （4）优点：制作简单，价格便宜 2、碱性锌锰电池 （1）电极材料及电极反应：负极：锌筒 Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2 正极：MnO2 2MnO2+2e-+2H2O=2MnO(OH)(氢氧化氧锰)+2OH-（MnO2作为正极反应物，得电子被还原为MnO(OH)） 总反应： Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2 （2）电解质：将NH4Cl换成湿的KOH （3）优点：比能量和可储存时间均有所提高，是普通干电池的升级换代产品 （五）二次电池（可充电电池） 举例：铅酸蓄电池 1、电极材料：负极：Pb 正极：PbO2 电解质：H2SO4 2、电极反应式：负极：Pb-2e-+SO42-=PbSO4 正极：PbO2+4H++2e-+SO42-=PbSO4+2H2O 总反应：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O 3、工作特点：电压稳定，使用方便，安全可靠，价格低廉；但比能量低，笨重，废弃电池污染环境 4、接线方式：充电时，待充电电池的负极要接电源的负极，待充电电池的正极要接电源的正极，即正接正，负接负 注：放电：化学能转化为电能；充电：电能转化为化学能 （六）燃料电池 1、工作原理 连续将氢气、烃、肼、甲醇、氨、煤气等液体或气体燃料和氧化剂的化学能转换为电能。电极本身不包含活性物质，不参与氧化还原反应。工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断被排除 2、特点： （1）燃料电池中，燃料（还原性气体等）作负极，发生氧化反应，氧化剂（通常为氧气）作正极发生还原反应 （2）燃料电池的电极材料一般为惰性电极，具有很强的催化活性，如铂电极、活性炭电极等 （3）燃料电池在使用过程中，并没有发生燃料与氧化剂之间的直接燃烧，而是在两极之间发生了放电，将化学能转化 为电能 （4）燃料的燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，而燃料电池则是平稳的氧化还原反应 （5）燃料直接燃烧时，大量的热能释放到空气中，利用率低；燃料电池工作时，能量转化率较高，是一种高效、环境友好的发电装置 （6）燃料电池的反应物并不储存在电池内部，而是由外设装备提供燃料和氧化剂 3、燃料电池与一般化学电池的区别 一般化学电池的活性物质储存在电池内部，故而限制了电池的容量，而燃料电池的电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。它工作时，燃料和氧化剂连续地由外部供给，在电极上不断地进行反应，生成物不断地被排除，于是电池就连续不断地提供电能 4、优点 燃料电池的能量转化率超过80%，远高于普通燃烧过程（能量转化率仅30%多），可以持续使用，噪音低，不污染环境。既有利于节约能源，又绿色环保，具有广阔的发展前景，被誉为“绿色发电站” 5、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）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 6、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- 注：燃料电池的总反应就是各种物质的燃烧反应，但不写反应条件 效果检测 1．有关下列四个常用电化学装置的叙述中，不正确的是 图Ⅰ普通锌锰电池 图Ⅱ碱性锌锰电池 图Ⅲ铅酸蓄电池 图Ⅳ银锌纽扣电池 A．图Ⅰ和图Ⅱ所示电池的负极反应不相同 B．图Ⅱ所示电池相比图Ⅰ所示电池，有效期短且易漏液 C．图Ⅲ属于二次电池，可以根据电解质溶液的密度判断充放电程度 D．图Ⅳ所示电池中，正极的电极反应式为 【答案】B 【解析】A．由图可知，图Ⅰ为普通锌锰电池，锌为原电池的负极，锌失去电子发生氧化反应生成锌离子，电极反应式为Zn - 2e- = Zn²⁺；图Ⅱ为碱性锌锰电池，锌为原电池的负极，碱性条件下锌失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，电极反应式为Zn + 2OH- - 2e- = Zn(OH)2，两者负极反应因电解质环境不同而不同，A正确； B．由图可知，图Ⅰ为普通锌锰电池，图Ⅱ为碱性锌锰电池，与图Ⅰ普通锌锰电池相比，图Ⅱ碱性锌锰电池的电解质为碱性，锌粉与电解质接触更充分，反应平稳，不易漏液且有效期更长，B错误； C．硫酸溶液的浓度越大，密度越大，由图可知，图Ⅲ为二次电池铅酸蓄电池，放电时硫酸溶液浓度降低、密度减小，充电时硫酸溶液浓度增大、密度增大，所以可通过电解质溶液密度判断充放电程度，C正确； D．由图可知，图Ⅳ为银锌纽扣电池， Ag2O为电池的正极，水分子作用下氧化银得到电子发生还原反应生成银和氢氧根离子，电极反应式为Ag2O + 2e- + H2O = 2Ag + 2OH-，D正确； 故选B。 2．铅酸电池使用过程中，负极因生成导电性差的大颗粒，导致电极逐渐失活。通过向负极添加石墨、多孔碳等碳材料，可提高铅酸电池性能。下列关于碳材料的作用不正确的是 A．增强负极导电性 B．性质稳定，增强电化学活性 C．碳材料作还原剂，使被还原 D．增大负极材料比表面积，利于生成小颗粒 【答案】C 【解析】A．石墨、多孔碳等碳材料本身具有良好的导电性，添加到负极后可直接提高电极的整体导电性，缓解PbSO4导致的导电性下降问题，A正确； B．碳材料化学性质稳定，不易参与化学反应，且其多孔结构或高比表面积可提供更多反应位点，增强电极的电化学活性，B正确； C．铅酸电池中，PbO2是正极材料，其还原反应(PbO2→PbSO4)由负极的Pb(还原剂)通过电子转移实现，碳材料在此过程中不参与氧化还原反应，仅起物理作用(如导电、增大表面积)，C错误； D．多孔碳等材料具有较大的比表面积，可分散PbSO4的生成位点，避免大颗粒PbSO4聚集，从而生成小颗粒PbSO4，减少电极失活，D正确； 故答案选C。 3．我国科研人员研制出的可充电“Na-CO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应方程式为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时该电池“吸入”CO2，生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面。其工作原理如右图所示。下列说法正确的是 A．充电时，钠箔与外电源正极相连 B．可用乙醇代替四甘醇二甲醚 C．放电时，正极的电极反应式为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C D．放电时，电路中转移4mol电子时，正极质量增加12克 【答案】C 【分析】由题干反应方程式4Na+3CO22Na2CO3+C可知，放电时，Na发生氧化反应，钠箔是负极，电极反应为：Na-e-=Na+，MWCNT电极是正极，电极反应为：3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，据此分析解题。 【解析】A．由分析可知，放电时钠箔是负极，充电时钠箔为阴极，与外电源的负极相连，A错误； B．钠为活泼金属，乙醇会与钠反应生成氢气，不能用乙醇代替四甘醇二甲醚作电解质，B错误； C．由分析可知，放电时正极发生还原反应，总反应中CO2得电子生成Na2CO3和C，结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒，正极反应式为3CO2+4Na++4e-=2Na2CO3+C，C正确； D．由题干方程式可知，放电时转移4mol电子，正极生成2mol Na2CO3和1mol C，质量增加2×106g+12g=224g，D错误； 故答案为：C。 █知识点八 电解池的工作原理 一、电解池 （一）电解的定义：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。 （二）电解池的定义：将电能转变为化学能的装置，也称电解槽 （三）构成条件：两极一液一电源，氧化还原是条件 注：电解法是一种强氧化还原手段，可以完成一个不自发的氧化还原反应 1、两极 （1）阴极——负极——正离子——还原反应 （2）阳极——正极——负离子——氧化反应 注：阳极分为两种：（1）活性电极：电极自身放电即电极自身发生氧化反应，如：Fe、Cu、Ag （2）惰性电极：电极自身不反应，由电解质中的负离子发生氧化反应。如：Au、Pt、C 2、电解质溶液 3、外接电源 4、能发生氧化还原反应：可以是自发的反应，也可以是非自发的反应 （四）工作原理（以电解CuCl2溶液为例） 电极名称 阴极 阳极 电极材料 石墨 石墨 电极反应 Cu2++2e-=Cu 2Cl-—2e-=Cl2↑ 反应类型 还原反应 氧化反应 总反应 CuCl 2Cu+ Cl2↑ 反应现象 有红色物质产生 有刺激性气味的气体，使湿润的淀粉KI试剂变蓝 电子流向 负极→阴极，阳极→正极 电流流向 正极→阳极，阴极→负极 离子走向 正离子→阴极，负离子→阳极 注：放电：离子得失电子发生氧化还原反应的过程 （五）电极的放电顺序 1、阳极： （1）活性电极：Fe、Cu、Ag。反应方式：M-ne-=Mn+ Fe-2e- =Fe2+ 、Cu-2e- =Cu2+、Ag-e- =Ag+ （2）惰性电极：Au、Pt、C。溶液中的负离子放电 常见放电顺序：活性电极>S2- >I- >Br- >Cl- >OH- >含氧酸根>F- 2I-2e-=I2 2Br-2e-=Br2 2Cl-2e-=Cl2 2H2O—4e-=4H++O2↑ 2、阴极： 常见正离子放电顺序：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+ 最常见的阴极产物有Ag、Cu、H2 Ag++e-= Ag Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑或2H2O+2e-=H2↑+2OH- 注：在电镀时，通过控制条件，Fe2+和Zn2+的得电子能力会强于酸中的H+，即浓度越大，得电子能力越强 （六）电解方程式的书写 看电极→找离子→分阴阳→排顺序→写反应 注：1、必须在总反应方程式的“==”上标明“通电”或“电解” 2、只是电解质被电解，电解化学方程式中只写电解质及电解产物，无关的不写 （七）惰性电极电解规律 类型 电极反应特点 物质类型及实例 电解对象 电解质浓度变化 pH值 变化 恢复原浓度的方法 电解 水型 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 强碱（NaOH） 水 增大 增大 水 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 含氧酸（H2SO4） 减小 2H2O2H2↑+O2↑ 活泼金属含氧酸盐（KNO3、Na2SO4） 不变 自身电解型 电解质电离出的正负离子分别在两极放电 无氧酸（HCl） 电解质本身 减小 增大 加电解质本身 不活泼金属无氧酸盐（CuCl2） 放氢生碱型 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 生成碱 活泼金属的无氧酸盐（NaCl、MgCl2） 电解质和水 生成新电解质，原电解质浓度减小 增大 加氯 化氢 阳极：电解质负离子放电 放氧生酸型 阴极：电解质正离子放电 不活泼金属的含氧酸盐（CuSO4、AgNO3） 电解质和水 生成新电解质，原电解质浓度减小 减小 加对应的氧化物（CuO） 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 生成酸 注：常考的电解池反应式：惰性电极的情况下，电解强碱、含氧酸、活泼金属含氧酸盐（KNO3、Na2SO4）、HCl、CuCl2、 NaCl、MgCl2、CuSO4、AgNO3 1、惰性电极的情况下，电解强碱、含氧酸、活泼金属含氧酸盐（KNO3、Na2SO4）： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 总反应：2H2O2H2↑+O2↑ 2、惰性电极的情况下，电解HCl：阴极：2H++2e-=H2↑ 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：2HClH2↑+Cl2↑ 3、惰性电极的情况下，电解CuCl2溶液：阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：CuCl 2Cu+ Cl2↑ 4、惰性电极的情况下，电解NaCl溶液： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：2H2O+2Cl-Cl2↑+H2↑+2OH- 5、惰性电极的情况下，电解MgCl2溶液： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 总反应：Mg2++2H2O+2Cl-Cl2↑+H2↑+ Mg (OH)2 6、惰性电极的情况下，电解CuSO4溶液： 阴极：Cu2++2e-=Cu 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 总反应：2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑ 7、惰性电极的情况下，电解AgNO3溶液： 阴极：Ag++e-= Ag 阳极：2H2O—4e-=4H++O2↑ 总反应：4Ag++2H2O4Ag +4H++O2↑ （八）电解池与原电池的比较 原电池 电解池 能量转化 化学能→电能 电能→化学能 反应能否自发进行 自发进行的氧化还原反应 非自发进行的氧化还原反应 构成装置 两极、电解质、导线 两极、电解质、电源 电极名称 负极 正极 阴极（与负极相连） 阳极（与正极相连） 电极反应 失电子—氧化反应 得电子—还原反应 得电子—还原反应 失电子—氧化反应 电子流向 负极→外电路→正极 负极→阴极，阳极→正极 电流流向 正极→外电路→负极 正极→阳极，阴极→负极 离子流向 正离子→正极，负离子→负极 正离子→阴极，负离子→阳极 小结：原电池与电解池的电极反应：负阳氧，正阴还 原电池的离子走向：正向正，负向负；电解池的离子走向：阴阳相吸 效果检测 1．科学家开发新型电化学装置，用于从卤水[含 等离子]中提取锂盐，简易装置如图所示。已知通电后a电极上发生的反应是 下列说法不正确的是 A．该装置工作一段时间后，在淡水池中得到LiX B．c、d电极分别发生氧化反应、还原反应结合、释放X⁻ C．若卤水池中的卤水和淡水池中的淡水均足量，该装置提取锂盐效果不明显时，分别将a与b、c与d电极对调可继续工作 D．充分电解后，将电源的正极、负极对调，淡水池中c(Li⁺)增大 【答案】D 【分析】该装置为电解池，连接电源正极的电极b为阳极，连接电源负极的电极a为阴极，电极d为阴极，电极c为阳极，据此作答。 【解析】A．从卤水中提取锂盐，锂离子为阳离子，移动到阴极（电极a），发生的反应为：，a电极发生还原反应消耗Li+，电极b为阳极，发生的反应为：，释放Li+进入淡水池；c电极（Ag）发生氧化反应（Ag + X- - = AgX）结合卤水中的X-，d电极（AgX）发生还原反应（AgX + = Ag + X-）释放X-进入淡水池。淡水池中Li+与X-结合生成LiX，A正确； B．c电极（Ag）发生氧化反应（Ag + X- - = AgX）结合X-，d电极（AgX）发生还原反应（AgX + = Ag + X-）释放X-，B正确； C．工作一段时间后，a（LiFePO4）、b（FePO4）、c（AgX）、d（Ag）活性降低，对调a与b后，a（阳极）可氧化LiFePO4释放Li+，b（阴极）可还原FePO4消耗Li+；对调c与d后，c（阴极）可还原AgX释放X-，d（阳极）可氧化Ag结合X-，装置可继续工作，C正确； D．充分电解后，将电源的正极、负极对调，则电极a为阳极，发生的反应为：；电极c为阴极，发生的反应为：；电极d为阳极，发生的反应为：；电极b为阴极，发生的反应为：，可知淡水池中减小，D错误； 故选D。 2．电解尿素[CO(NH2)2]是一种能耗很低的制氢方法，其工作原理如图，下列说法错误的是 A．b电极材料可以用铁棒 B．b电极上发生失去电子的反应 C．总反应的离子方程式为CO(NH2)2＋2OH-N2↑＋3H2↑＋CO D．a电极的电极反应式为CO(NH2)2＋8OH--6e-=CO＋N2↑＋6H2O 【答案】B 【分析】b电极连接外接电源的负极作为阴极，水得电子生成，a极作为阳极，尿素失去电子生成和。 【解析】A．b电极为阴极，阴极材料若为铁棒，Fe不参与反应（阴极发生得电子的还原反应，由溶液中物质得电子），故可用铁棒作b电极材料，A正确； B．b电极为阴极，阴极发生得电子的还原反应，而非失去电子，B错误； C．阳极反应（a电极）：，阴极反应（b电极）：，两式相加得总反应：，C正确； D．a电极为阳极，尿素中N元素（-3价）被氧化为（0价），每个分子失去6个电子，结合碱性条件，电极反应式为，D正确； 故答案选B。 3．中国科学家设计如图装置实现的转化，可有效解决温室效应及能源问题，其总反应为(忽略气体在溶液中的溶解及溶液的体积变化，催化电极均为惰性电极)。下列说法错误的是 A．太阳能电池电极电势：A极<B极 B．电极Ⅱ的电极反应式为 C．理论上每消耗22.4 L ，左室溶液质量就增重18 g D．电解时，的移动方向：催化电极Ⅱ→质子交换膜→催化电极Ⅰ 【答案】C 【分析】根据图示可知，反应原理为电解池原理，总反应为CO2+NaClCO+NaClO，则催化电极I附近CO2被还原为CO，为电解池的阴极，催化电极II附近NaCl转化为NaClO，为电解池的阳极，据此分析； 【解析】A．催化电极Ⅰ中CO2→CO（C化合价+4→+2，还原反应）为阴极，连接电源负极（A极）；催化电极Ⅱ中Cl-→ClO-（Cl化合价-1→+1，氧化反应）为阳极，连接电源正极（B极）。电源正极电势高于负极，故A极电势<B极，A正确； B．电极Ⅱ为阳极，Cl-发生氧化反应生成ClO-，Cl元素从-1价升至+1价，失2e-，结合H2O提供O原子，配平得：Cl--2e-+H2O=ClO-+2H+，B正确； C．“22.4LCO2”未指明标准状况，无法确定其物质的量，不能计算溶液增重，C错误； D．电解池中阳离子（H+）向阴极移动，阴极为催化电极Ⅰ，故H+移动方向：催化电极Ⅱ→质子交换膜→催化电极Ⅰ，D正确； 故选C。 █知识点九 电解原理的应用 （一）氯碱工业——电解饱和食盐水制烧碱和氯气 1、原理： 阴极：2H2O+2e-=H2↑+2OH- 阳极：2Cl-—2e-=Cl2↑ 总反应：2Cl―+2H2O2OH―+Cl2↑+H2↑ 2、现象及检验： 阴极：有无色、无味气泡产生，滴加酚酞——变红 阳极：有黄绿色、刺激性气味的气体产生，使湿润的淀粉KI试纸变蓝 3、正离子交换膜的作用 （1）将电解池隔成阳极室和阴极室，只允许正离子（Na+、H+）通过，而阻止负离子（Cl-、OH-）和气体通过 （2）既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合，而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量 （二）电镀 1、定义：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 2、目的：使金属增强抗腐蚀能力，增加美观和表面硬度 3、电镀池的构成： 阴极：待镀金属——镀件 阳极：镀层金属（通常是一些在空气或溶液里不易起变化的金属（如Cr、Ni、Ag和合金（如黄铜） 电解质溶液：含有镀层金属正离子的电解质溶液——电镀液 4、实例：铁上镀铜 5、特点：一多一少一不变 一多：阴极上有镀层金属沉积 一少：阳极上镀层金属溶解 一不变：电解质溶液浓度不变 （三）电解精炼铜 1、装置：如图 2、原理： 阳极：Cu—2e-=Cu2+ （Zn—2e-=Zn2+、Fe—2e-=Fe2+、Ni—2e-=Ni2+） 阳极泥成分：Au、Ag 阴极：Cu2++2e-=Cu （电解质溶液浓度减小，因为mCu（溶解）< mCu（析出）） （四）电冶金 1、金属冶炼：使矿石中的金属离子获得电子变成金属单质的过程。Mn++ne-=M 2、特点：电解是最强有力的氧化还原手段 3、适用范围：制取活泼金属单质。如：Na、Ca、Mg、Al等 4、实例：电解熔融NaCl制备单质Na 阴极：Na++e-=Na 阳极：2Cl-—2e-=Cl2↑ 总反应：2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑ 5、常见金属的冶炼方法： 电解法（熔融态） 热还原法（常见还原剂：C、CO、H2、Al） 热分解法 物理方法 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb、Cu Hg、Ag Pt、Au 效果检测 1．下面有关电化学的图示，完全正确的是 A．①石墨电极反应：O2+4H++4e-=2H2O B．②铜牌镀银，当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初 C．③装置中电流由a极经导线到b，再经过电解质溶液流向a D．④验证NaCl溶液(含酚酞)的电解产物 【答案】D 【解析】A．图①为Fe和石墨在水中形成的原电池，Fe为负极失电子，石墨为正极，水呈中性，正极反应应为O2+2H2O+4e-=4OH-，A错误； B．图②为铜牌镀银，电镀时银片作阳极、铜牌作阴极，电源反接后，铜牌变为阳极，铜比银活泼，阳极铜溶解，阴极银片会析出Ag，铜牌无法恢复如初，B错误； C．图③为氢氧燃料电池，a为负极（氢气入口）、b为正极（氧气入口），电流由正极（b极）经导线到负极（a极），再经过电解质溶液流向b极，C错误； D．图④电解饱和NaCl溶液，碳棒为阳极（连接电源正极），发生2Cl--2e-=Cl2↑，Cl2可使淀粉KI溶液变蓝；铁棒为阴极（连接电源负极），发生2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阴极附近酚酞变红，能验证电解产物，D正确； 故选D。 2．电解原理应用广泛。下列相关说法错误的是 A．在钥匙上镀铜时，钥匙应接电源正极 B．电解熔融可冶炼金属 C．粗铜精炼纯铜时，阴极的电极反应为 D．离子交换膜电解槽电解饱和溶液可制备 【答案】A 【解析】A．镀铜时，镀层金属铜做阳极，接电源正极，待镀钥匙做阴极，接电源负极，A错误； B．电解熔融，阴极电极反应为，可得到钠单质，B正确； C．精炼铜时，粗铜做阳极，纯铜做阴极，阴极电极反应为，C正确； D．电解饱和的总反应为，阴极室可得到，D正确； 故答案为：A。 3．电解法在金属精炼、保护环境、处理废水中起着十分重要的作用。电解法处理酸性含铬废水(主要含有)时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应：，最后以形式除去，下列说法不正确的是 A．阴极电极反应式有： B．如不考虑放电，当生成时，电路中转移电子的物质的量至少为6mol C．阳极电极反应式： D．电解过程中阴极附近的废水pH升高 【答案】C 【分析】由题意可知，电解池中，与直流电源正极相连的铁是阳极，失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe—2e-=Fe2+，酸性条件下放电生成的亚铁离子与溶液中重铬酸根离子反应生成铬离子、铁离子和水，反应的离子方程式为，与负极相连的铁电极为阴极，溶液中的氢离子先在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为，后水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O+2e—=H2↑+2OH-，放电生成的氢氧根离子与溶液中的铁离子、铬离子反应生成氢氧化铁、氢氧化铬沉淀，从而达到处理酸性废水中的铬元素。 【解析】A．由分析可知，与负极相连的铁电极为阴极，溶液中的氢离子先在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为，故A正确； B．由得失电子数目守恒可知，废水中的重铬酸根离子转化为1mol氢氧化铬时，电路中转移电子的物质的量至少为6mol，故B正确； C．由分析可知，与直流电源正极相连的铁是阳极，失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为Fe—2e—=Fe2+，故C错误； D．由分析可知，与负极相连的铁电极为阴极，溶液中的氢离子先在阴极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为，后水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O+2e—=H2↑+2OH-，所以电解过程中阴极附近的废水pH升高，故D正确； 故选C。 █知识点十 金属的腐蚀 一、金属的腐蚀 （一）定义：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 （二）特征：金属被腐蚀后，在外形，色泽以及机械性能方面会发生变化 （三）本质：金属失电子变成正离子发生氧化反应。M-ne-=Mn+ （四）类型：化学腐蚀和电化学腐蚀 1、化学腐蚀 （1）定义：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 （2）本质：金属失电子被氧化。 （3）举例：铁与氯气直接反应而腐蚀；输油、输气的钢管被原油、天然气中的含硫化合物腐蚀 （4）特点：无电流产生，化学腐蚀的速度随温度升高而加快。例如：钢材在高温下容易被氧化，表面生成由FeO、Fe2O3、Fe3O4组成的一层氧化物。 2、电化学腐蚀 （1）定义：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，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。 （2）本质：较活泼的金属失去电子被氧化 （3）举例：钢铁制品在潮湿空气中的锈蚀就是电化学腐蚀 （4）特点：有微弱的电流产生 注：化学腐蚀与电化学腐蚀的联系：化学腐蚀和电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍，危害更大，腐蚀速率更快 3、钢铁的电化学腐蚀 （1）原电池的组成：负极：铁 正极：碳 电解质：潮湿空气 （2）种类：根据钢铁表面水膜的酸性强弱分为析氢腐蚀和吸氧腐蚀 ①析氢腐蚀：在酸性环境中，由于在腐蚀过程中不断有H2放出，所以叫做析氢腐蚀。 水膜酸性较强： 负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：2H++2e-=H2↑ 总反应：Fe+2H+=Fe2++H2↑ ②吸氧腐蚀：钢铁表面吸附的水膜酸性很弱或呈中性，但溶有一定量的氧气，此时就会发生吸氧腐蚀 水膜中溶有O2，呈弱酸性、中性或碱性： 负极：Fe—2e-=Fe2+ 正极：O2+4e-+2H2O=4OH- 总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2 4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 2Fe(OH)3 =Fe2O3·xH2O（铁锈）+(3-x)H2O 注：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，氢后的金属不能发生 II、氢前和氢后的金属都可发生吸氧腐蚀 III、吸氧腐蚀是金属腐蚀的主要形式，主要原因有两个，第一：水膜一般不显强酸性；第二：多数金属都可发生 效果检测 1．下列实验操作和现象均正确且能得出相应实验结论的是 选项 操作和现象 结论 A 向溶液中加入盐酸，将逸出的气体依次通入溶液、溶液中，生成白色沉淀 非金属性：Cl＞C＞Si B 向2 mL 和NaOH的混合液中滴入少量溶液，生成蓝色沉淀 []＞[] C 向溶液中滴加少量稀硫酸，产生刺激性气味的气体和黄色沉淀 稀硫酸具有氧化性 D 将Zn与Fe用导线相连，插入稀硫酸酸化的3% NaCl溶液，一段时间后，从Fe电极区取出少量溶液，滴入2滴溶液，无明显现象 Zn保护Fe不被腐蚀 【答案】D 【解析】A．由于盐酸不是最高价氧化物对应水化物，盐酸的酸性大于碳酸，不能证明元素的非金属性Cl>C，故A错误； B．向2 mL 和NaOH的混合液中滴入少量溶液，NaOH和反应生成蓝色沉淀，无法据此比较和的，故B错误； C．向溶液中滴加少量稀硫酸，在酸性条件下发生歧化反应产生SO2气体和黄色S沉淀，硫酸既不是氧化剂又不是还原剂，稀硫酸不表现氧化性，故C错误； D．将Zn与Fe用导线相连，插入稀硫酸酸化的3% NaCl溶液，一段时间后，从Fe电极区取出少量溶液，滴入2滴溶液，无明显现象，说明Fe电极区没有生成，证明Zn可以保护Fe不被腐蚀，故D正确； 选D。 2．电化学与生活息息相关。下列叙述正确的是 A．铁质菜刀用后擦干存放，是利用电解池原理防止铁发生吸氧腐蚀 B．铜锌电池在放电时铜极发生氧化反应，锌极发生还原反应 C．自行车链条涂润滑油，是通过形成原电池来减缓链条的腐蚀 D．氯碱工业中，电解饱和食盐水制备烧碱，获得的副产物可制盐酸 【答案】D 【解析】A．铁质菜刀擦干存放是为了减少水分，避免形成电解质溶液，从而防止原电池反应（吸氧腐蚀），而非利用电解池原理。电解池需要外加电源，此处未涉及。A错误； B．铜锌电池放电时，活泼金属锌作为负极发生氧化反应，铜作为正极发生还原反应。选项描述铜极氧化、锌极还原，与实际反应相反。B错误； C．涂润滑油是通过物理隔绝水和氧气，防止链条与电解质接触，避免原电池形成，而非通过形成原电池减缓腐蚀。C错误； D．氯碱工业电解饱和食盐水生成NaOH、H2和Cl2，副产物H2和Cl2可反应生成HCl并溶于水制盐酸。D正确； 答案选D。 3．中国三星堆出土了大量文物，如青铜面具、青铜大立人等。下列有关说法正确的是 A．铜在空气中主要发生析氢腐蚀 B．用盐酸清洗铜器可以除去铜锈，修复铜器 C．测定文物年代的与互为同素异形体 D．青铜是铜中加入铅、锡制得的合金，其成分会加快铜的腐蚀 【答案】B 【解析】A．铜在潮湿空气中主要发生吸氧腐蚀，A错误； B．盐酸可与铜锈发生反应，不与铜反应，B正确； C．同素异形体是指同种元素组成的性质不同的单质，与互为同位素，C错误； D．铅、锡比铜活泼，腐蚀反应中铜做正极，会减缓铜的腐蚀，D错误； 答案选B。 █知识点十一 金属的防护 （一）改变金属材料的组成 1、方法：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。 2、举例：把铬、镍等加入普通钢中制成不锈钢产品；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 （二）在金属表面覆盖保护层 1、方法：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。 2、举例： （1）非金属保护层：在钢铁制品的表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料等； （2）金属保护层：用电镀等方法在钢铁表面镀上一层锌、锡、铬、镍等金属； （3）发蓝处理：用化学方法在钢铁部件表面进行发蓝处理(生成一层致密的四氧化三铁薄膜)； （4）钝化处理：利用阳极氧化处理铝制品的表面，使之形成致密的氧化膜而钝化；等等。另外，采用离子注入、表面渗镀等方式在金属表面也可以形成稳定的钝化膜。 （三）电化学保护法 1、牺牲阳极法——原电池原理 （1）原理：正极：被保护金属 负极：活泼金属 （2）具体方法：牺牲阳极法通常是在被保护的钢铁设备上(如锅炉的内壁、船舶的外壳等)安装若干镁合金或锌块。镁、锌比铁活泼，它们就成为原电池的负极，不断遭受腐蚀(需要定期检查、更换),而作为正极的钢铁设备就被保护起来 注：Fe2+的检验：Fe2++K3[Fe(CN)6]→KFe[Fe(CN)6]↓ 黄色特征蓝色 2、外加电流法——电解池原理 （1）原理：阴极：被保护金属 （2）具体方法：外加电流法是把被保护的钢铁设备作为阴极，用惰性电极作为辅助阳极，两者均放在电解质溶液(如海水)里，外接直流电源。通电后，调整外加电压，强制电子流向被保护的钢铁设备，使钢铁表面腐蚀电流降至零或接近零。在这个系统中，钢铁设备被迫成为阴极而受到保护。 （四）其他方法 1、根据不同的设计条件选用不同的金属或非金属材料； 2、控制和改善环境介质因素(如选用缓蚀剂)等。 3、金属防护包括生产设计、选材、防腐措施、施工、监测、管理和维护等环节，需要进行综合评价和决策。 补充：金属腐蚀快慢的规律 1、构成原电池两极的活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快； 2、对于同一金属而言，纯度越高，腐蚀速率越慢 3、对于同一种电解质来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快 4、同一种金属在相同浓度不同介质中，腐蚀由快到慢的顺序为：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液 5、在同一电解质中：电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀 6、有无保护措施的腐蚀快慢顺序：无保护措施的金属腐蚀>有一定保护措施的金属腐蚀>牺牲阳极法引起的腐蚀>有外加电流法引起的金属腐蚀 效果检测 1．某天然气公司取得一项名为“用于热采井外加电流阴极保护装置的阴极电缆结构”的专利。下列说法不正确的是 A．该装置能对输油、输水等埋地管线进行腐蚀防护 B．该保护装置的原理是将化学能转化为电能 C．电缆应该连接电源的负极 D．被保护的电缆电极发生了还原反应 【答案】B 【解析】A．该装置能通过外部电流抑制金属腐蚀，属于外加电流阴极保护法，能对输油、输水等埋地管线进行腐蚀防护，A正确； B．外加电流阴极保护法实际上是电解原理的应用，原理是将电能转化为化学能，B错误； C．外加电流阴极保护法中，被保护金属应连接电源的负极做电解池的阴极，所以电缆应该连接电源的负极，C正确； D．外加电流阴极保护法中，被保护的电缆电极连接电源的负极做电解池的阴极，阴极上发生了还原反应，D正确； 故选B。 2．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，铁帽是阴极，发生还原反应 B．通电时，阳极上的电极反应为 C．断电时，锌环上的电极反应为 D．断电和通电时，防止铁帽被腐蚀的化学原理完全相同 【答案】D 【分析】该装置是电解池，且锌环作阳极，阳极上锌失电子发生氧化反应，阴极氢离子得电子发生还原反应；断电时，锌铁形成原电池，锌失电子生成锌离子，Fe作正极，据此分析解答。 【解析】A．通电时，铁帽与电源负极相连，铁帽作阴极，得电子，发生还原反应，A正确； B．通电时，锌环作阳极，阳极的失去电子生成，阳极上的电极反应为，B正确； C．断电时，锌铁形成原电池，锌失去电子生成，锌环上的电极反应为，C正确； D．通电时，防护原理为电解池原理；断电时，防护原理为原电池原理，因此，断电和通电时，防止铁帽被腐蚀的化学原理不完全相同，D错误； 答案选D。 3．河北正定隆兴寺内的宋代铜铸观音像历经千年，表面因电化学腐蚀出现锈迹，为延缓其腐蚀速率，文物保护工作者可采用的电化学防护方法是 A．用细毛刷蘸取中性清洗剂轻轻擦拭铜像表面锈层 B．在铜像表面喷涂一层无色透明的高分子防护涂层 C．将铜像与一块锌块通过导线相连后埋入同一片土壤中 D．将铜像放置在干燥、避光、恒温的密闭玻璃展柜内 【答案】C 【解析】A．用中性清洗剂擦拭铜像表面锈层属于物理或化学清洁方法，并非电化学防护，故A不符合题意； B．喷涂高分子涂层是物理隔离法，通过阻断电解质接触来防腐，属于物理防护，故B不符合题意； C．将铜像与锌块相连构成原电池，锌作为活泼金属优先被腐蚀（牺牲阳极），从而保护铜像，属于电化学防护中的牺牲阳极法，故C符合题意； D．控制环境条件（干燥、避光等）属于物理防护中的环境控制，并非电化学方法，故D不符合题意； 答案选C。 █考点一 二次电池电极反应式的书写 【例1】某有机物作电极材料的水系二次电池工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．放电时，电极a为负极，发生还原反应 B．放电时，正极反应式为 C．充电时，电极b连外接电源负极 D．充电时，每转移，右室离子数目减少 【答案】D 【分析】 放电时失去电子，发生氧化反应，生成，a为负极；b极生成得电子，为正极。 【解析】A．放电时为原电池，向正极移动，由图中放电时向右移动可知电极b为正极，电极a为负极，原电池中负极发生氧化反应，A错误； B．放电时正极发生还原反应，右室/体系中，正极应是得电子生成，正确反应式为，选项中反应为失电子的氧化反应，B错误； C．充电时为电解池，放电时的正极（b极）作电解池的阳极，应连接外接电源正极，C错误； D．充电时b极为阳极，反应为（每转移，消耗生成，阴离子减少2mol），同时向阴极（a极）移动（每转移，右室减少）；则每转移，阴离子减少1mol、减少1mol，右室总离子减少2mol，D正确； 答案选D。 解题要点 书写电极反应式前，首先要明确电池的正、负极电极材料以及电解质溶液的性质，对与二次电池还需要注意放电或充电的方向。 【变式1-1】钠电池具有高能量密度和长循环寿命等优势，如图是某钠离子二次电池工作原理示意图，电池反应为，下列说法错误的是 A．充电时，极电势低于极 B．充电时，电极上的电极反应式为 C．放电时，导线中每通过，理论上极质量减轻 D．该电池在工作一段时间后应补充含钠离子的电解质来保证其长循环寿命 【答案】D 【分析】根据题干中的移动方向可知，充电时（电解池原理），为阳极，对应M为电源的正极，为阴极，对应N为电源的负极；放电时（原电池原理），为原电池的正极，为原电池的负极。 【解析】A．充电时为电解池，M极是阳极（接电源正极），N极是阴极（接电源负极），阳极电势高于阴极，故N极电势低于M极，故A项正确。 B．充电时M极为阳极，发生氧化反应，对应放电时正极反应的逆过程。放电时M极（正极）反应为，则充电时阳极反应为，故B项正确。 C．放电时N极为负极，反应为，每转移释放2 mol，即转移1 mol时N极质量减轻23g。则转移0.3 mol时，N极质量减轻，故C项正确。 D．电池总反应中总量不变，仅在两极和电解液间迁移，因此，无需补充含钠离子电解质，故D项错误。 故答案为：D。 【变式1-2】科学家研制出一款超快速充电锂-硫二次电池，可为长途旅行电动汽车和商用无人机供电。工作原理如图所示。下列说法正确的是 A．可用水溶液替代 B．放电时，电极电势： C．放电时，极反应式为 D．充电时，极生成时转移电子 【答案】C 【解析】A．为活泼金属，能与水反应生成和，不能用水溶液作电解质，A错误； B．放电时为原电池，a极（Li）为负极，b极（）为正极，正极电势高于负极，即电极电势b > a，B错误； C．放电时，b极为正极，发生还原反应，得到电子与结合生成，反应式为，C正确； D．充电时，a极为阴极，反应为，（）转移电子，D错误； 故选C。 █考点二 燃料电池电极反应式的书写 【例2】乙醇是一种无毒且可再生的能源。直接乙醇燃料电池一度引起人们的研究兴趣，其装置如图所示。下列说法错误的是 A．该装置工作时电子由M极流出经电解液流向N极 B．M极的电极反应式为 C．该装置工作一段时间后，KOH溶液的浓度降低 D．空气中的氧气在正极被消耗，故废气中主要含 【答案】A 【分析】通入乙醇的M电极为负极，结合电解质溶液为KOH溶液，电解质溶液呈碱性，负极电极方程式为：；通入空气的N电极为正极，正极方程式为：,据此回答。 【解析】A．电子只能通过外电路传导，不能在电解液中移动，电解液中是离子定向移动，电子由M极流出经用电器流向N极，A错误； B．根据分析可知，B正确； C．总反应为，反应消耗且生成，导致KOH浓度降低，C正确； D．空气中氧气在正极被消耗，剩余气体主要为（占空气体积约78%），D正确； 故选A。 解题要点 1. 燃料电池的正、负极均为惰性电极，起传导电子的作用。电极材料一般具有很强的催化活性，但不参与反应。一般来说，燃料电池的负极通入燃料，正极通入氧气（或空气）。 书写步骤： 确定总反应 确定较简单的电极反应式 确定较复杂的电极反应式 【变式2-1】甲酸燃料电池装置如图所示。下列说法错误的是 A．物质A是 B．半透膜是阴离子交换膜 C．负极的电极反应式： D．可以循环利用 【答案】B 【分析】由图可知，a电极上HCOOH被氧化为，作负极，电极反应；则b电极作正极，发生还原反应，电极反应，据此分析； 【解析】A．铁的两种离子存在环境为酸性，且生成物为K2SO4，故物质A为H2SO4，A正确； B．装置中K+由负极流向正极，则半透膜是阳离子交换膜，B错误； C．a电极上HCOOH被氧化为，电解质溶液是KOH，其电极反应式为：，C正确； D．Fe3+先被还原为Fe2+，Fe2+又被O2氧化生成Fe3+，Fe3+可以循环，可看作是该反应的催化剂，D正确； 故选B。 【变式2-2】哈尔滨工业大学研发的直接甲醇无膜微流体燃料电池，利用多股流体在微通道内平行层流的特性，自然地将燃料和氧化剂隔开，无需使用传统燃料电池中的交换膜，且使用氧化剂可确保电池工作过程中无固体析出附着在电极表面问题(原理图如下所示)。下列有关说法正确的是 A．a电极的电势比b电极的电势高 B．电极a上发生的反应为： C．电极b上发生的反应为： D．电池工作时，若电路上转移电子，理论上消耗 【答案】D 【分析】由图可知，电极a为燃料电池的负极，碱性条件下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为，电极b为正极，铁氰酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁氰酸根离子，电极反应式为。 【解析】A．原电池中正极电势高于负极，由分析可知，电极a为燃料电池的负极，电极b为正极，所以a电极电势比b低，A错误； B．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，碱性条件下甲醇在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为，B错误； C．由分析可知，电极b为正极，铁氰酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成亚铁氰酸根离子，电极反应式为，C错误； D．由分析可知，负极反应每转移6mol 电子消耗8mol 氢氧根离子，则转移0.3mol电子时，消耗氢氧根离子的物质的量为0.3mol×=0.4mol，D正确； 故选D。 █考点三 新型电池 【例3】科学家近年发明了一种新型水介质电池．电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径．下列说法错误的是 A．放电时，负极反应为 B．放电时，转化为HCOOH，转移的电子数为2mol C．充电时的总反应恰好是放电时总反应的逆反应 D．充电时，阴极溶液中浓度升高 【答案】C 【解析】A．根据图示，放电时，Zn为负极，失电子发生氧化反应，结合OH⁻生成，电极反应式为，A正确； B．CO2中C为+4价，HCOOH中C为+2价，1 mol CO2转化为HCOOH时C得2 mol电子，转移电子数为2 mol，B正确； C．放电时正极反应为CO2→HCOOH（C得电子），充电时图中显示阳极生成O2（H2O失电子），并非HCOOH→CO2，故充电总反应不是放电总反应的逆反应，C错误； D．充电时阴极连接电池负极，反应为，生成OH⁻，阴极溶液中OH⁻浓度升高，D正确； 故选C。 解题要点 首先列出反应物和该反应物得失电子后生成的直接产物，并标出得失电子的数目；然后分析电解质中是否有与该直接产物反应的微粒，如有，则写出直接产物与该微粒反应后的稳定产物，该稳定产物即为最终产物，反之该直接产物即为最终产物；最后根据电荷守恒和元素守恒配平电极反应式。 【变式3-1】近期报道了一种新型低成本、高性能的光辅助可充电水系钠离子电池(装置如图所示)。该电池的放电原理与传统钠离子电池相同；光照时，嵌入正极电解液中的TiO2电极产生电子(e-)和空穴(h+)，驱动两极反应而完成充电。下列说法错误的是 A．放电时需断开K，且TiO2电极避光存储 B．放电时，负极反应式为 C．充电时，TiO2电极反应式为 D．充电时闭合K，转移1 mol e-同时有1 mol Na+通过隔膜 【答案】C 【解析】A．放电时电池独立工作，需断开K避免TiO2电极干扰；TiO2光照产生电子和空穴会驱动充电，故需避光存储，A正确； B．放电时负极失电子，M电极区（S为-1价）氧化为（S为-0.5价），反应式为，B正确； C．充电时阳极应发生I⁻氧化为（放电时正极反应为+2e⁻=3I⁻，充电时逆反应），而h⁺为氧化剂，应氧化还原性更强的I⁻而非，正确反应应为3I⁻+2h⁺=+2h，C错误； D．充电时闭合K形成回路，转移1mol e⁻，为保持电荷平衡，1mol Na⁺通过隔膜从阳极（N）移向阴极（M），D正确； 综上所述，答案为C。 【变式3-2】一种新型无隔膜液流电池的工作原理如图所示。电池以锌箔、石墨毡为电极，和的混合液作电解质溶液。下列说法正确的是 A．过程I为充电过程，接电源负极 B．过程I，沉积过程电极附近溶液增大 C．过程II，电解质溶液中向石墨毡电极移动 D．过程II，当外电路转移时，两电极质量变化的差值为 【答案】D 【解析】由图可知，过程I中Zn2+离子得电子生成锌沉积沉积在锌箔上，Mn2+离子失电子生成二氧化锰沉积在石墨上，故过程I为充电过程，充电时，锌箔作阴极，电极反应式为Zn2++2e-=Zn,石墨为阳极，电极反应式为Mn2+-2e-+2H2O═MnO2+4H+，水系可充电电池放电时，锌箔作负极，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+，石墨为正极，电极反应式为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，据此作答。 A．过程I中锌箔和石墨毡分别发生锌沉积和MnO2沉积，为充电过程；充电时石墨毡电极（B）发生Mn2+氧化为MnO2的反应（阳极），应接电源正极，A错误； B．过程I中MnO2沉积为阳极反应：Mn2++2H2O-2e-=MnO2+4H+，生成H+使电极附近溶液pH减小，B错误； C．过程II为放电过程（原电池），阴离子向负极（锌箔电极）移动，SO应向锌箔电极移动，C错误； D．过程II为放电过程，锌箔负极反应：Zn-2e-=Zn2+（每2e-溶解1molZn，质量减少65g）；石墨毡正极反应：MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O（每2e-溶解1molMnO2，质量减少87g）。两电极质量变化差值为87g-65g=22g，D正确； █考点四 电解池中电极反应式的书写及注意事项 【例4】电解尿素(C为价)是一种能耗很低的制氢方法，其工作原理如图，下列说法错误的是 A．a为电源的正极 B．电解池工作时，c极区域溶液的pH减小 C．总反应的离子方程式为 D．若电路中通过3 mol电子，则生成气体的总体积为33.6 L(标准状况) 【答案】D 【分析】本题基于电解池原理，首先确定电源a，b的电极：d区产生，为得电子发生还原反应生成，因此d极为阴极，则与其连接的b为负极，a为电源正极。c极为阳极：电极反应式为，d极为阴极：电极反应式为，总反应为，据此分析： 【解析】A．由分析可知a为电源正极，A正确； B．c极为阳极，阳极反应式为，反应消耗，导致c极区域浓度减小，pH减小，B正确； C．总反应为，C正确； D．总反应中转移6 mol电子生成4 mol气体（1 mol+3 mol），则转移3 mol电子生成2 mol气体，标况下体积为，D错误； 故选D。 解题要点 电解电极反应式的书写模板——“二判、二析、一写” 二判：①判断阴、阳极。②判断电极材料是惰性电极还是活泼电极。 二析：①分析溶液中离子的种类。②分析离子的放电顺序。 一写：根据电极产物及存在环境写出电极反应式。 【变式4-1】成对电解可提高电化学合成的电子经济性。在含特殊催化剂的电极上电解，两极同时得到的电解池工作原理如图所示： 下列说法正确的是 A．A为电源的正极 B．阴极反应式： C．电解结束后，阳极区的小于1：7 D．电解过程中，当转移1mol电子时，理论上生成1mol 【答案】D 【分析】在含特殊催化剂的电极上电解，两极同时得到的电解池，根据装置图可知氧掺杂碳纳米管电极上是得电子生成，氧掺杂碳纳米管电极是阴极；在镍掺杂钛氧化物电极上是失电子生成，镍掺杂钛氧化物电极是阳极。 【解析】A．氧掺杂碳纳米管电极上是得电子生成，氧掺杂碳纳米管电极是阴极，连接电源负极，A为负极，A错误； B．氧掺杂碳纳米管电极上是得电子生成，氧掺杂碳纳米管电极是阴极，电解质溶液是和混合溶液，阴极反应式为，B错误； C．阳极反应，故阳极区的大于1：7，C错误； D．电解过程中，当转移1mol电子时，阴极生成0.5mol，阳极生成0.5mol，共1mol，D正确； 故选D。 【变式4-2】用电解Na2SO4溶液(图1)后的石墨电极1、2探究氢氧燃料电池，重新取Na2SO4溶液并用图2装置按i→iv顺序依次完成实验。 实验 电极Ⅰ 电极Ⅱ 电压/V 关系 i 石墨1 石墨2 a a>d>c>b>0 ii 石墨1 新石墨 b iii 新石墨 石墨2 c iv 石墨1 石墨2 d 下列分析正确的是 A．a>0，说明实验i中形成电解池 B．b>0，是因为ii中两个电极表面吸附的O2量不同 C．c>0，说明iii中电极I上有H2发生反应 D．d>c，是因为电极I上吸附O2的量：iv>iii 【答案】D 【分析】按照图1电解溶液，石墨1为阳极，发生反应：，石墨1中会吸附少量氧气；石墨2为阴极，发生反应：，石墨2中会吸附少量氢气；图2中电极Ⅰ为正极，氧气发生还原反应，电极Ⅱ为负极，据此分析回答。 【解析】A．实验i中电压a>0，说明形成了自发进行的氧化还原反应，为原电池，A错误； B．实验ii中电极Ⅰ为吸附O2的石墨1，电极Ⅱ为新石墨（无吸附H2），原电池需还原剂（H2）和氧化剂（O2），若两电极仅吸附O2（均为氧化剂），无法形成电势差，b>0是因为新石墨可能吸附微量H2（还原剂），B错误； C．实验iii中电极Ⅱ为吸附H2的石墨2（还原剂，负极），电极Ⅰ为新石墨（吸附O2，氧化剂，正极），正极（电极Ⅰ）上是O2得电子发生还原反应，C错误； D．实验iv中电极Ⅰ为石墨1（吸附O2）、电极Ⅱ为石墨2（吸附H2），实验iii中电极Ⅰ为新石墨（吸附O2极少）、电极Ⅱ为石墨2（吸附H2），d>c是因为iv中电极Ⅰ（石墨1）吸附的O2量远多于iii中电极Ⅰ（新石墨），O2作为正极氧化剂，量越多反应越充分，电压越高，D正确； 故选D。 █考点五 多池串联的电化学装置 【例5】在下图串联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，则下列说法不正确的是 A．标准状况下当甲中产生4.48L气体时，丙中Cu电极质量增加21.6g B．电解过程中丙中溶液pH无变化 C．向甲中加入适量的盐酸，可使溶液恢复到电解前的状态 D．乙中左侧电极反应式：Cu2++2e-＝Cu 【答案】C 【分析】通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，此红色固体为Cu，可知乙装置左侧电极为阴极，右侧电极为阳极；甲装置中，左侧电极为阴极，右侧电极为阳极；丙装置中，Cu电极为阴极，Ag电极为阳极。 【解析】A．甲中为电解氯化钾溶液产生氢气和氯气，标准状况下当甲中产生4.48L气体时，可知氢气和氯气各产生0.1mol，转移电子数为0.2mol，丙中Cu电极上银离子得电子产生银单质，电极反应式为：Ag++e-＝Ag，则Cu电极上增加的质量=0.2mol×108g/mol=21.6g，A项正确； B．电解过程中丙装置阳极电极反应式为：Ag-e-＝Ag+，阴极电极反应式为：Ag++e-＝Ag，故电解过程中丙中溶液pH无变化，B项正确； C．甲中阳极生成Cl2，阴极生成H2，相当于从溶液中逸出HCl气体，若向甲中加入适量的盐酸，则同时也加入了水，溶液浓度减小，不能恢复到电解前的状态，C项错误； D．通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，说明乙装置的左侧电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：Cu2++2e-＝Cu，D项正确； 答案选C。 解题要点 当连接直流电源时，所有的装置都是电解池，当没有连接直流电源时，则两个电极不同且电极反应能自发进行的装置是原电池，其他为电解池。 【变式5-1】甲烷燃料电池采用铂作为电极材料，两个电极上分别通入和，电解质溶液为溶液。某研究小组将上述两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和溶液的实验，如下图所示。 下列说法正确的是 A．将a电极换成铁棒，电解池反应将发生变化 B．c电极反应式： C．每个电池甲烷通入量为且反应完全，则理论上最多能产生氢气 D．用外加电流法保护钢铁设备，可以将设备与d极相连 【答案】A 【分析】燃料电池中通入燃料一极为负极，通入O2一极为正极，与负极相连的b为电解池阴极，正极相连的a 为电解池阳极，据此可分析解答。 【解析】A．a 为电解池阳极，若换成铁棒，则阳极反应为：Fe-2e-= Fe2+，故A正确； B．c电极反应式：，故B错误； C．根据电子得失守恒可知CH4~~8e-~4H2，所以标准状况下，每个电池通入 1mol CH4且完全反应，理论上最多能得到 4molH2，故C错误； D．用外加电流法保护钢铁设备，设备应作阴极，即与c极相连，故D错误； 故选：A。 【变式5-2】在如图串联装置中，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体。下列说法不正确的是 A．乙中左侧电极反应式为 B．电解过程中丙中溶液酸碱性无变化 C．向甲中加入适量的盐酸，不能使溶液恢复到电解前的状态 D．当甲中产生4.48L气体时，丙中Cu电极质量增加21.6g 【答案】D 【分析】该装置有外接电源，为电解装置，通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，则乙装置左侧电极有铜析出，乙装置左侧电极为阴极、右侧电极为阳极；甲装置左侧电极为阴极、右侧电极为阳极；丙装置左侧电极为阴极、右侧电极为阳极； 【解析】A．通电片刻即发现乙装置左侧电极表面出现红色固体，左侧电极有铜析出，左侧为阴极，发生反应，故A正确； B．在丙装置中阳极电极反应式为Ag-e-=Ag+，阴极电极反应式为Ag++e-=Ag，所以电解过程中丙中溶液酸碱性无变化，故B正确； C．甲装置中阳极电极反应为2Cl--2e-=Cl2，阴极电极反应为2H++2e-=H2，相当于从溶液中逸出HCl气体，若加入盐酸，则多加了水，会导致KCl溶液浓度减小，故C正确； D．甲中产生4.48L气体，没有明确是否为标准状况，不能减少气体物质的量，则不能计算丙中Cu电极质析出银的质量， D错误； 选D。 █考点六 隔膜电解池 【例6】某浓差电池可将海水中的NaCl转化为NaOH和HCl，装置如图所示。M、N均为AgCl/Ag电极，a、c为选择性离子交换膜，b为双极膜(双极膜中催化层可将水解离为和，并实现其定向移动)，已知：，M极为负极。下列说法正确的是 A．电池工作时，N极发生氧化反应 B．a为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜 C．Ⅱ室中得到盐酸，Ⅲ室中得到NaOH溶液 D．M电极质量每减少10.8 g，双极膜内有0.05mol解离 【答案】B 【分析】根据题干信息可知：M极为负极，M电极发生的反应为：，NaCl中的通过a膜进入Ⅰ室，因此，a为阴离子交换膜；双极膜产生的通过双极膜进入Ⅱ室，得到NaOH溶液；N极为正极，电极反应为：，通过c膜进入Ⅳ室，因此，c为阳离子交换膜，双极膜产生的通过双极膜进入Ⅲ室，得到盐酸溶液。 【解析】A.根据分析可知，N极为正极，发生还原反应，故A项错误； B. 根据分析可知，a为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜，故B项正确； C. 根据分析可知，a为阴离子交换膜，c为阳离子交换膜，则Ⅱ室得到溶液，Ⅲ室得到盐酸，故C项错误； D. M极为负极， 反应式为，M电极质量每减少10.8 g时转移电子为，因此双极膜内有解离，故D项错误； 故答案为：B。 解题要点 分清交换膜类型：阳离子交换膜、阴离子交换膜、质子交换膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过交换膜。 写出电极反应式，判断交换膜两侧离子的变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移的方向。 分析交换膜的作用：在产品制备中，交换膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应。 【变式6-1】某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是 A．放电时负极质量减小 B．储能过程中化学能转变为电能 C．放电时左侧通过质子交换膜移向右侧 D．充电时阳极反应： 【答案】C 【分析】该储能电池放电时，Pb为负极，失电子结合硫酸根离子生成PbSO4，则多孔碳电极为正极，正极上Fe3+得电子转化为Fe2+；充电时，多孔碳电极为阳极，Fe2+失电子生成Fe3+，PbSO4电极为阴极，PbSO4得电子生成Pb和硫酸。 【解析】A．放电时负极上Pb失电子结合硫酸根离子生成PbSO4附着在负极上，负极质量增大，A错误； B．储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B错误； C．放电时，右侧为正极，电解质溶液中的阳离子向正极移动，左侧的H+通过质子交换膜移向右侧，C正确； D．充电时，阳极失电子，化合价升高，电极反应式为，D错误； 故选C。 【变式6-2】一种用双极膜电渗析法处理废水，并回收和的装置如图所示(双极膜中解离的和在电场作用下分别向两极迁移)。下列说法错误的是 A．电极为阴极 B．Ⅲ室中，膜为阳离子交换膜 C．Ⅴ室中反应： D．处理废水中，可制得 【答案】D 【解析】A．电极a产生，得电子生成为还原反应，故电极a为阴极，A正确； B．Ⅲ室为废水，需通过X膜进入Ⅱ室生成，X膜允许阳离子通过，为阳离子交换膜，B正确； C．电极b为阳极，Ⅴ室中双极膜解离的OH⁻在阳极放电生成，反应为，C正确； D．含2 mol ，进入Ⅱ室与结合生成2 mol ，而非1 mol，D错误； 故答案选D。 █考点七 微生物电池 【例7】科学家设计了一种能产生羟基自由基()的原电池—电解池组合装置，能将苯酚氧化为和，实现发电、环保二位一体，其工作原理如图所示(微生物在强酸性条件下，活性会减弱)。下列说法正确的是 A．a极为阳极 B．a极区每产生1 mol ，c极区溶液质量减轻3 g C．b极区消耗1 mol ，理论上外电路转移24 mol电子 D．N为阴离子交换膜，可防止阴极区酸性增强 【答案】D 【分析】根据a极区转化为，Cr元素化合价从+6降低到+3，发生还原反应，可推测a电极为正极，则b电极为负极，即c为阴极，d为阳极，据此解答。 【解析】A．a极区转化为，Cr元素化合价从+6降低到+3，发生还原反应，故a电极为正极，A错误； B．正极反应式为，a极区每产生1mol时转移3mol电子，通过质子交换膜移向阴极的mol，阴极反应式为，mol，molg·mol-1g，即c极区溶液质量不变，B错误； C．b电极为负极，负极反应式为，消耗1mol，理论上外电路转移28mol电子，C错误； D．由b极区反应式知，随着反应进行，增大，通过N膜进入b极区，可防止溶液酸性增强，故N膜为阴离子交换膜，D正确； 故答案选D。 解题要点 微生物电池的基础工作原理：在负极厌氧环境下，物质在微生物作用下分解并释放出电子和H+，正极上氧化剂（一般为O2）得电子生成H2O。 【变式7-1】含乙酸钠和对氯酚()的废水可以利用微生物电池除去，其原理如图所示，下列说法错误的是 A．电子经外电路由B极向A极迁移 B．A极的电极反应为： C．该电池可以在100℃以上的高温下进行 D．该电池处理的与物质的量之比为1：4 【答案】C 【分析】原电池工作时，阳离子向正极移动，则A是正极，正极上发生得电子的还原反应：+2e-+H+=+Cl-，B为负极，反应：CH3COO--8e-+4H2O=2+9H+，以此解答。 【解析】A．原电池中电子从负极经外电路流向正极，由分析可知，A是正极，B为负极，电子经外电路由B极向A极迁移，A正确； B．由分析可知，A极为正极，发生还原反应，对氯酚得到电子被还原为苯酚和Cl-，电极反应式为：+2e-+H+=+Cl-，B正确； C．该电池依赖微生物膜中的微生物催化反应，微生物在100℃以上高温下会因蛋白质变性而失活，无法正常工作，C错误； D．由分析可知，，正极电极方程式为：+2e-+H+=+Cl-，负极电极方程式为：CH3COO--8e-+4H2O=2+9H+，转移相同的电子时，该电池处理的与物质的量之比为1：4，D正确； 故选C。 【变式7-2】利用微生物燃料电池(MFC)可以将废水中的转化为。某课题组设计出如图所示的微生物燃料电池进行同步硝化和反硝化脱氮研究，下列说法正确的是 A．废水中的直接在电极上被转化为 B．好氧电极b上发生氧化反应 C．溶液中的从电极a区域通过交换膜c移向电极b区域 D．此燃料电池的温度越高，其放电效率越大 【答案】C 【分析】根据图示可知，好氧电极b上发生反硝化反应为硝酸根离子得电子生成氮气，电极b为正极，电极方程式为：2+10e-+12H+=N2↑+6H2O，电极a为负极，C6H12O6失去电子生成CO2，电极方程式为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，以此解答。 【解析】A．废水中的先和氧气反应生成硝酸根离子，硝酸根离子再在电极上生成，故A错误； B．根据图示，好氧电极上主要发生反应，得电子发生还原反应生成氮气，故B错误； C．a电极a为负极，C6H12O6失去电子生成CO2，电极方程式为：C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2+24H+，b是正极，交换膜c为质子交换膜，质子从电极a区域通过质子交换膜移向电极b区域，从电极a区域通过交换膜c移向电极b区域，故C正确； D．微生物的主要成分为蛋白质，高温变性，温度高，放电效率可能降低，故D错误； 选C。 基础应用 1．下列说法错误的是 A．以纯铜为阳极给铁件镀铜时，溶液中不变 B．电解饱和食盐水时，氢气和氢氧化钠均在阴极生成 C．热化学方程式中的化学计量数只能为整数 D．反应物浓度增大，活化分子百分数不变，反应速率加快 【答案】C 【解析】A．电镀时，纯铜阳极溶解的与铁件阴极析出的量相等，溶液中浓度不变，A正确； B．电解饱和食盐水时，阴极中的水中的还原生成，同时积累形成NaOH，氢气和NaOH均在阴极生成，B正确； C．热化学方程式的化学计量数可表示物质的量，允许为分数，因此“只能为整数”的说法错误，C错误； D．浓度增大使单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数由温度和催化剂决定，因此不变，反应速率仍加快，D正确； 故选C。 2．下列实验装置不能达到实验目的是 A．铁制镀件镀铜：阳极质量减少与阴极质量增加大致相同 B．探究温度对平衡的影响：甲中加入生石灰；乙中加入NH4NO3 C．测定中和反应的反应热：混合时应尽快操作 D．定量测定H2O2分解化学反应速率：MnO2可以用FeCl3代替 【答案】D 【解析】A．铁制镀件镀铜时，阳极铜片溶解（），阴极铁制镀件上铜离子析出（），依据电子守恒，阳极减少的铜与阴极增加的铜质量相等，A正确； B．生石灰溶解放热，左侧烧杯温度升高，观察甲瓶红棕色变深，说明烧瓶内NO2浓度增加，平衡逆向移动，NH4NO3溶解吸热，右侧烧杯温度降低，观察乙瓶红棕色变浅，说明烧瓶内NO2浓度降低，平衡正向移动，可探究温度对平衡的影响，B正确； C．测定中和反应热需减少热量散失，混合时尽快操作可降低热量损失，确保温度测量准确，C正确； D．反应生成气体从长颈漏斗溢出，无法测定速率，D错误； 故答案为D。 3．我国科研人员利用电化学将硝酸盐污染物转化为具有高附加值的氨，为硝酸盐废水处理提供有效途径，其工作原理如图所示。下列说法错误的是 A．电极a连接直流电源的正极 B．电极b的反应有 C．阳极区产生与阴极区消耗的物质的量相等 D．若废水酸性较强，则电极b生成，且易发生析氢副反应 【答案】C 【分析】由图可知，H2O在电极a失去电子生成O2，电极a为阳极，电极b为阴极，以此解答。 【解析】A．电极a发生氧化反应，为阳极，连接直流电源的正极，A正确； B．电极b为阴极，硝酸根得到电子生成氨气，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，B正确； C．H2O在电极a失去电子生成O2，根据得失电子守恒和电荷守恒配平电极方程式为：，转移相同物质的量电子时，阳极区产生与阴极区消耗的物质的量不相等，C错误； D．若废水酸性较强，则电极b反应有，且易发生副反应，D正确； 故选C。 4．电炉烟尘含锌量非常高，其主要成分为ZnO，还有一些等杂质，某研究小组模拟工业回收电炉烟尘中的铜和锌，流程如下： 已知：时，。 下列说法错误的是 A．焙烧步骤中每消耗，转化1 mol金属单质 B．水浸后分离得到浸渣，浸渣中含 C．从浸取液中回收铜，加入的金属单质为Zn D．铜渣精炼铜，可以将铜渣附着于电解槽的阳极 【答案】A 【分析】电炉烟尘与浓硫酸焙烧，生成二氧化碳和二氧化硫气体，金属元素转化为金属的硫酸盐，焙烧渣加入水“水浸”，水解为氢氧化铁沉淀，Fe(OH)3、PbSO4形成浸渣，浸取液中加入金属单质锌，置换出铜，最后获得硫酸锌溶液。 【解析】A．焙烧时ZnO、Fe2O3与硫酸发生复分解反应，金属单质（Pb、Cu）与浓H2SO4发生氧化还原反应：、，消耗的硫酸不是全部用来转化金属单质，每消耗2molH2SO4转化的金属单质小于1mol，A错误； B．Fe2O3与浓H2SO4反应生成Fe2(SO4)3，水浸时，Fe3+水解平衡正向移动（越稀越水解），生成Fe(OH)3沉淀，B正确； C．浸取液含CuSO4，加入Zn可置换Cu：，且不引入杂质，最终得ZnSO4溶液，C正确； D．铜渣为粗铜，电解精炼时粗铜作阳极，纯铜作阴极，D正确； 故选A。 5．我国科学家通过超低电位下电催化硝酸盐与甲醇在复合电极上反应，其原理如图，其中离子交换膜只允许通过。下列说法错误的是 A．反应过程中和在电极b上被氧化 B．阳极区的反应包括： C．理论上每生成，就有通过离子交换膜 D．溶液在反应过程中保持不变 【答案】D 【分析】由图可知，a电极上得到电子发生还原反应生成氨气，为电解池的阴极，电极反应：，b电极为电解池的阳极，电极反应为：。阳极区发生反应：、，据此回答。 【解析】A．电极b为阳极（甲醇氧化为，C化合价升高），阳极发生氧化反应。Cu（0价）可被氧化为CuO（+2价），（+1价）可被氧化为Cu(OH)2（+2价），二者在阳极b上被氧化，A正确； B．阳极区甲醇（）氧化为HCHO（C从-2→0），图示显示存在CuO与的反应：（CuO中被还原为0价），该反应为阳极区过程之一，B正确； C．生成1mol ，C从-2→+2，转移4 mol e⁻。离子交换膜允许OH⁻通过，OH⁻向阳极迁移以平衡电荷，转移4 mol e⁻需4 mol 迁移，C正确； D．总反应为，消耗OH⁻，KOH溶液中减小，pH降低，D错误； 故答案选D。 6．大连理工大学研究团队在常温电化学合成丙酰胺领域取得突破性成果。以硝酸盐和正丙醇为反应物，在碱性条件下，采用电解和催化相结合的双极协同作用方式，可实现高效合成丙酰胺，装置如图所示。下列说法错误的是 A．电子转移方向：a→电极M，电极N→b B．电极N的电极反应式： C．NH3和CH3CH2CHO反应转化为的原子利用率为100% D．若电极M上有放电，理论上一共能合成7.3 g丙酰胺 【答案】C 【解析】A．电极M上放电转化为，N元素化合价降低，所以电极M为阴极，电源a为负极，根据电解原理可知，电子转移方向为：a→电极M，电极N→b，A正确； B．电极N为阳极，在碱性条件下，阳极上CH3CH2CH2OH失电子转化为CH3CH2CHO，电极反应式为：，B正确； C．根据质量守恒，NH3和CH3CH2CHO反应转化为时，还有H2O生成，所以该反应的原子利用率不是100%，C错误； D．根据N原子守恒，电极M上有放电，理论上一共能合成0.1 mol，质量为7.3 g，D正确； 故答案选C。 7．设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成，将废旧锂离子电池的正极材料转化为，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法不正确的是 A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐减小 B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸 C．乙室电极反应式为 D．若甲室减少200 mg，乙室增加300 mg，则此时已进行过溶液转移 【答案】C 【分析】由题意可知，右侧装置为原电池，则左侧装置为电解池，原电池中细菌电极为电解池的负极，水分子作用下乙酸根离子在负极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O =2CO2↑+7H+，钴酸锂电极为正极，酸性条件下钴酸锂在正极得到电子发生还原反应生成锂离子、钴离子和水，电极反应式为：2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，电池的总反应为：CH3COO-+8LiCoO2+25H+=2CO2↑+8Li++8Co2++14H2O；电解池中，与原电池正极相连的细菌电极为阳极，水分子作用下乙酸根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化碳和氢离子，电极反应式为CH3COO--8e-+2H2O=2CO2↑+7H+，右侧石墨电极为阴极，钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴，电极反应式为Co2++2e-=Co，电解的总反应为CH3COO-+4Co2++2H2O =2CO2↑+7H++4Co，据此分析回答。 【解析】A．由分析可知，装置工作时，甲室为电解池，电解的总反应为：CH3COO-+4Co2++2H2O =2CO2↑+7H++4Co，反应中生成氢离子，溶液pH减小，故A正确； B．由分析可知，装置工作时，乙室为原电池，电池的总反应为：CH3COO-+8LiCoO2+25H+=2CO2↑+8Li++8Co2++14H2O，反应中消耗氢离子，说明装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸，故B正确； C．由分析可知，装置工作时，乙室为原电池，钴酸锂电极为正极，酸性条件下钴酸锂在正极得到电子发生还原反应生成锂离子、钴离子和水，电极反应式为：2LiCoO2+2e-+8H+=2Li++2Co2++4H2O，故C错误； D．若甲室钴离子减少200 mg，电解转移电子的物质的量为：，若乙室钴离子增加300 mg，电解转移电子的物质的量为：，由于电子转移的物质的量不等，说明乙室部分溶液转移至甲室，故D正确； 故选C。 8．一种可充电电池的放电原理如图所示。下列说法错误的是 A．离子交换膜为阳离子交换膜 B．该电池中不能使用电解质的水溶液代替有机电解质 C．充电时，阴极的电极反应式为 D．用锂电极代替钠电极放电时，消耗等质量的锂电极时放电量较低 【答案】D 【分析】电池工作时，Na电极失电子产生Na+，透过钠离子交换膜进入CaFeO3电极，则X电极为负极，Y电极为正极。 【解析】A．由图可知，X电极产生Na+，Y电极消耗Na+，Na+通过离子交换膜从左向右移动，说明交换膜允许阳离子通过，为阳离子交换膜，A正确； B．Na为活泼金属，能与水剧烈反应，若使用水溶液电解质，Na会直接与水反应，无法正常放电，故不能用水溶液代替有机电解质，B正确； C．充电时为电解池，原电池的负极（Na电极）作阴极，阴极发生还原反应，电极反应式为，C正确； D．Li和Na放电时均为1mol金属失去1mol电子，等质量时，Li的物质的量大于Na的物质的量，则Li转移电子更多，放电量更高，D错误； 故选D。 9．电催化硝酸盐还原合成氨装置如图。电解时NO先吸附到催化剂表面放电产生NH。控制其它条件不变，NH产率和法拉第效率随变化如图。已知Qx=nF，n表示电解生成还原产物X转移电子物质的量，≈9.6×104 C/mol，。下列说法不正确的是 A．生成NH的电极反应式为NO+ 8e- + 10H+ = NH+ 3H2O B．若FE%=50%时，电解总电量Q总=3.84×104 C，生成NH的物质的量约为0.05 mol C．pH=1时，电解过程中NH的FE%为23%，阴极还原产物主要为NH4NO3、(NH4)2SO4、H2 D．pH从5变化到3时，NH的产率逐渐减小，是因为析氢反应速率增大阻碍NO的吸附 【答案】B 【分析】由装置图可知，Pt电极连接电源正极，为阳极，发生的反应为：2H2O-4e-=O2+4H+；Fe0/Fe3O4催化剂电极连接电源负极，为阴极，发生的反应为：NO+ 8e- + 10H+ = NH+ 3H2O；质子交换膜将允许H+通过，同时，溶液中的H+也可能在阴极生成H2；电解液含硝酸根和硫酸根，通入Ar是为了排除氧气的干扰。 【解析】A．由题意可知，在催化剂表面放电产生，发生还原反应，电极反应式为：NO+ 8e- + 10H+ = NH+ 3H2O，A正确； B．根据，当FE%=50%时，电解总电量Q总=3.84×104C，则QX=1.92×104 C，由QX=nF，可得n=0.2 mol，根据NO+ 8e- + 10H+ = NH+ 3H2O可知1 mol 转移8 mol电子，则生成的物质的量为0.025 mol，B错误； C．pH=1时，溶液呈酸性，除了得电子生成外，H+也可能得电子生成H2，所以阴极还原产物主要为NH4NO3、(NH4)2SO4、H2，C正确； D．pH从5变化到3时，溶液酸性增强，H+浓度增大，析氢反应速率增大，H+在催化剂表面得电子的竞争加剧，阻碍了在催化剂表面的吸附，从而使的产率逐渐减小，D正确； 故选B。 10．我国科研团队设计的一种镁/海水电池具有开放式结构，既可在深海长期使用中摆脱厚重的保护外壳，又可组装成镁/海水电池驱动的自供电海水电解系统(原理如图)，实现在深海环境下连续制氢。下列说法正确的是 A．该装置工作时，向M、P极移动 B．Q电极上产生氢气，N极上发生氧化反应 C．左侧装置总反应为 D．理论上，电路中每通过2mol电子，可产生22.4L 【答案】C 【分析】根据题意，金属镁在M电极由镁变为氢氧化镁，故左侧为原电池，M极为负极，发生反应为：Mg-2e⁻+2 OH⁻= Mg(OH) 2，N为正极，发生反应为：2H2O+2e⁻=H2↑+2OH⁻，右侧为电解池，P为阳极，发生反应：2H2O-4e⁻=O2↑+4H⁺，Q为阴极，发生反应为：2H2O+2e⁻=H2↑+2OH⁻； 【解析】A．原电池中阳离子向正极移动（左侧N极），电解池中阳离子向阴极移动（右侧Q极），Na⁺应向N、Q极移动，而非M、P极，A错误； B．Q极为电解池阴极（连接原电池负极M），H₂O得电子生成H2（产生氢气）；N极为原电池正极，发生还原反应，而非氧化反应，B错误； C．左侧为原电池，负极Mg氧化为Mg2+（Mg-2e⁻=Mg2+），正极N极H₂O得电子生成H₂和OH⁻（2H2O+2e⁻=H2↑+2OH⁻），Mg2+与OH⁻结合为Mg(OH) 2，总反应为：Mg+2H2O=Mg(OH) 2+H2↑，C正确； D．电解池阳极（P极）生成O₂，反应为2H2O-4e⁻=O2↑+4H⁺，转移2mol电子时生成0.5mol O2，且未说明标准状况，无法计算体积，D错误； 故选C 11．2025年，我国新能源电车销量持续超越传统燃油车。 （1）二甲醚[CH3OCH3(g)]燃料电池的工作原理示意图如图所示(图中质子交换膜只允许H＋通过)。 ①该电池工作时，c口通入的物质是 。 ②该电池负极的电极反应式为 。 ③工作一段时间，当外电路有6 mol电子通过时，理论上负极区质量 (填“增加”或“减少”) g(忽略气体的溶解)。 （2）锂离子电池具有比能量大、用途广等特点。如图所示为一种锂离子电池的结构，电池反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2(x<1)。 ①放电时，b极发生的电极反应式为 。 ②充电时，a极接外电源的 极。 ③充电时若转移0.02 mol电子，理论上a电极将减轻 g。 【答案】（1）O2(或空气) CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2＋12H＋ 减少 27 （2）LixC6－xe－=xLi＋＋C6 正 0.14 【解析】（1）①由氢离子移动方向可知，右侧电极为正极，左侧电极为负极；二甲醚[CH3OCH3(g)]酸性燃料电池中通入二甲醚的一极为负极，通入氧气的一极为正极，故该电池工作时，c口通入的物质是氧气(或空气)。 ②在酸性电解质溶液中，二甲醚燃料电池中通入燃料即二甲醚的一极为负极，发生氧化反应，故该电池负极的电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O=2CO2＋12H＋。 ③当外电路有6 mol电子通过时，理论上消耗0.5 mol二甲醚的同时生成1 mol CO2，通过质子交换膜移出6 mol H＋，因此质量变化为(0.5×46－1×44－6) g＝－27 g，故质量减少27 g。 （2）①电池总反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2(x<1)，根据图中信息可知放电时b极为负极，b极发生的电极反应式为LixC6－xe－=xLi＋＋C6。 ②放电时a极为正极，充电时a极接外电源的正极。 ③充电时，a电极为阳极，LiCoO2发生Li＋脱嵌变为Li1－xCoO2，若转移0.02 mol电子，a电极将减轻0.14 g。 12．根据图示电化学装置，回答下列问题： （1）化学兴趣小组的同学设计了如图所示的装置，请写出原电池总反应离子方程式 ；当外电路中转移0.2 mol 电子时，乙烧杯中浓度最大的阳离子是 。 （2）根据下图示的装置，回答下列问题； ①甲池通入乙烷(C2H6)一极的电极反应式 。 ②若A是硝酸银溶液，X和Y是惰性电极，插入50mL硝酸银溶液中，则Y极的电极反应式为 ；电解一段时间后，当电解质溶液中c(H+)从10-6 mol·L-1 变为10-3 mol·L-1 时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解质溶液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是 mg。 ③若A是CuSO4溶液，想要在铁制钥匙表面镀上一层金属铜，则X电极的材料是 。 （3）Na2FeO4是制造高铁电池的重要原料，同时也是一种新型的高效净水剂。在工业上通常利用如下图装置生产Na2FeO4，则阳极的电极反应式为 ，阴极产生的气体为 (填化学式)，阴极区a% b%(填“>”=”或“<”)。 【答案】（1）Zn+Cu2+=Cu+Zn2+ （2）C2H6+18OH--14e-=2+12H2O Ag++e-=Ag 5.4 Cu （3）Fe-6e-+8OH-=+4H2O H2 < 【分析】（1） 该装置为原电池装置，锌比铜活泼，锌棒为负极，电极反应为Zn-2e-=Zn2+，铜棒为正极，电极反应为Cu2++2e-=Cu；盐桥的作用是向甲、乙两烧杯中提供Cl-和，使两烧杯溶液中保持电荷守恒； （2）甲池是乙烷燃料电池，乙烷失电子发生氧化反应，氧气得电子发生还原反应，通入乙烷的电极是负极，通入氧气的电极是正极；乙池是电解池，X与原电池正极相连，X作阳极，Y与原电池负极相连，Y作阴极； （3）由图知，Fe电极连接电源正极作阳极，发生氧化反应，Cu电极连接电源负极作阴极，发生还原反应。 【解析】（1）由分析中的两个电极反应式相加可得到原电池总反应离子方程式为Zn+Cu2+=Cu+Zn2+；当外电路中转移0.2 mol电子时，乙烧杯中的电极反应为Cu2++2e-=Cu，Cu2+减少0.1 mol，此时n(Cu2+)=2mol/L×0.1L-0.1mol=0.1mol；正电荷减少0.2 mol，则溶液中进入0.2 mol ，物质的量大于Cu2+物质的量，故乙烧杯中浓度最大的阳离子是； （2）①甲池中通入燃料C2H6的电极为负极，C2H6失去电子，与溶液中的OH-结合形成、H2O，则负极的电极反应式为C2H6-14e-+18OH-=2+12H2O； ②若A是硝酸银溶液，X和Y是惰性电极，由分析知，Y是阴极，其电极反应式为Ag++e-=Ag；X为阳极，其电极反应式为：2H2O-4e-=O2↑+4H+，当电解质溶液中c(H+)从10-6 mol·L-1 变为10-3 mol·L-1 时，产生H+的物质的量约为n(H+)=10-3 mol·L-1×50 mL×1 L/1000 mL=5×10-5 mol，则转移电子数为5×10-5 mol，根据得失电子守恒知，析出银的物质的量为5×10-5 mol，5×10-5 mol银的质量为5×10-5 mol×108 g/mol=5.4×10-3 g=5.4 mg； ③若A是CuSO4溶液，若要用该装置在铁制钥匙表面镀上一层金属铜，则阳极X电极的材料是Cu； （3）阳极Fe电极上Fe失去电子被氧化成，故阳极Fe电极的电极反应式为Fe-6e-+8OH-=+4H2O；阴极溶液中H2O得电子，电极反应式为2H2O+2e-= H2↑+2OH-，故阴极产生的气体是H2；由阴极的电极反应式知，阴极产生OH-，使c(OH-)增大，故阴极区a%＜b%。 能力提升 13．近日，我国科学家开发光催化剂选择性实现合成乙醇，原理如图所示。 下列说法错误的是 A．H+从b电极向a电极移动 B．光催化剂能加快CO2转化为乙醇的反应速率 C．b电极的电极反应式： D．若转移12mol电子，理论上可生成46g乙醇 【答案】A 【分析】由图可知，b电极连接电源负极，为阴极，电极反应式为：，a电极连接电源正极，为阳极，据此分析回答。 【解析】A．在电解池中，阳离子向阴极移动，电极为阴极，电极为阳极，应从电极向电极移动，A错误； B．光催化剂能降低反应的活化能，加快CO2转化为乙醇的反应速率，B正确； C．由分析可知，b电极的电极反应式为，C正确； D．由b电极的电极反应式：可知，转移12 mol电子生成1 mol乙醇，其质量为46 g/mol×1 mol=46 g，D正确； 故选A。 14．某小组设计如图所示装置，探究原电池工作原理。下列叙述正确的是 A．当K1和K2连接时，a极的电极反应式为 B．当K1和K3连接时，电路中转移0.2mol电子时，理论上b极质量增加6.5g C．当K2和K3连接时，b极的电极反应式为 D．盐桥1和盐桥2的作用是传递电子，保持溶液的电中性 【答案】C 【分析】当K1和K2连接时，形成a极（MnO2）与c极（Sn）的原电池。Sn的金属活动性更强，作负极，a极作正极；当K1和K3连接时，形成a极与b极的原电池，Zn（b极）为负极； 【解析】A．当K1和K2连接时，形成a极（MnO2）与b极（Zn）的原电池。Zn的金属活动性更强，作负极，a极作正极。正极MnO₂发生还原反应，应得电子，正确电极反应为MnO2+4H++2e-=Mn2++2H2O，选项中“-2e-”为失电子（氧化反应），A错误； B．当K₁和K₃连接时，形成a极与b极的原电池，Zn（b极）为负极，发生氧化反应：Zn-2e⁻+4OH-=[Zn(OH)4]2-，Zn溶解进入溶液，b极质量减少而非增加，B错误； C．当K2和K3连接时，形成b极（Zn）与c极（Sn）的原电池。Zn的金属活动性强于Sn，作负极，在碱性溶液（K2[Zn(OH)4]）中，负极反应为Zn-2e-+4OH-=[Zn(OH)4]2-，C正确； D．盐桥的作用是通过离子定向移动保持溶液电中性，电子通过导线传递，盐桥不能传递电子，D错误； 答案选C。 15．固体氧化物燃料电池属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化为电能的全固态化学发电装置，其工作原理如图。下列说法正确的是 A．固体氧化物电解质中的箭头表示的移动方向 B．N极的电极反应式： C．产物X中一定含有 D．该燃料电池的能量转化形式：化学能→热能→电能 【答案】A 【解析】A．固体氧化物燃料电池中，N极通入O2为正极，M极通入燃料为负极，电解质传导O2-，阴离子向负极移动，即O2-向M极移动，箭头方向表示O2-的移动方向，A正确； B．N极为正极，固体氧化物电解质传导O2-，无H2O参与，正极反应式应为，B错误； C．燃料可能为H2、CO、CH4等，若燃料为CO，产物X为CO2，不含H2O，C错误； D．燃料电池直接将化学能转化为电能，无需经过热能环节，D错误； 故答案选A。 16．黄铁矿的主要成分为（S为－1价），是生产硫黄和硫酸的主要原料，黄铁矿在硫酸酸化的条件下发生催化氧化的反应历程如图所示，下列说法错误的是 A．图示中的三个反应不全是氧化还原反应 B．由反应历程可知氧化性： C．该过程的总反应为 D．反应Ⅲ中每生成1个NO分子，转移2个 【答案】D 【分析】根据图示关系可知，酸性条件下，反应Ⅲ的离子方程式为：，反应Ⅱ的离子方程式为：，反应I的离子方程式为：，据此作答。 【解析】A．根据分析可知，反应I中铁、硫元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，反应Ⅱ中元素化合价未发生变化，不属于氧化还原反应，反应Ⅲ中铁、氧元素化合价发生变化，属于氧化还原反应，故A正确； B．氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性，根据反应Ⅲ的离子方程式可知，氧化性：，故B正确； C．根据分析可知，总反应为=4×反应I+60×反应Ⅱ+15×反应Ⅲ，可得总反应为：，故C正确； D．反应Ⅲ的离子方程式为：，根据方程式可知，有，每生成1个NO分子，转移1个，故D错误； 故选D。 17．守恒是重要的科学原理，我们在学习化学的过程中接触过很多守恒：质量守恒、原子守恒、电子守恒、电荷守恒等。请回答以下问题： （1）某溶液中只有、、和四种离子，已知、、的物质的量浓度分别2mol/L、1mol/L、1mol/L，则的物质的量浓度为 mol/L。 （2）同温同压下，某集气瓶充满时为116g，充满时为122g，充满气体A时为114g，则A的相对分子质量为 。 （3）在浓盐酸中与反应的离子方程式为：，则b的数值为 。 （4）在100mL 溶液中通入2.24L氯气(标准状况)；溶液中有1/2的被氧化成单质，则原溶液中的物质的量浓度为 mol/L。 （5）已知：1mol 与一定浓度的反应，生成、、NO和，表现氧化性的硝酸的物质的量是 mol。 【答案】（1）3 （2）28 （3）6 （4）1 （5）10/3 【解析】（1）根据溶液保持电中性， ，得出的物质的量浓度为3； （2）设集气瓶重量为xg，同温同压同体积时，物质的量相等，则 ，解得A的相对分子质量为28； （3）根据元素原子守恒，bM为6H2O，b的数值为6； （4）还原性 ，溶液中有1/2的被氧化成单质，离子方程式为： ，2.24L氯气(标准状况)为0.1mol，浓度为 ，根据方程式的物质的量浓度为； （5）配平方程式为 每反应3mol，转移30mol电子，表现氧化性的硝酸的物质的量是10mol，则1mol 表现氧化性的硝酸的物质的量是 ； 18．人类的一切活动都离不开能量，而许多能量的利用与化学反应中的能量变化密切相关。请回答下列问题： I．已知N2(g)和O2(g)反应生成2molNO(g)吸收180kJ能量，反应过程中能量变化如图所示。 （1）上述反应中反应物具有的总能量 (填“高于”“低于”或“等于”)生成物具有的总能量。 （2）x= 。 II．铅酸蓄电池常用作汽车的启动电源，其结构如图所示，放电时发生反应：PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O。 （3）放电时，电子由 (填“Pb”或“PbO2，下同)电极经导线流向 电极，写出PbO2电极上的电极反应式： 。 （4）该电池工作一段时间后，电解质溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。 III．一种应用比较广泛的乙醇燃料电池工作原理如图所示，已知：电极X和Y的材料都是金张属铂(不参与反应)，质子交换膜只允许H＋通过。      （5）该电池工作时，氧气从进口 (填“a”或“b”)通入，写出电极X上发生的电极反应： 。 （6）该电池工作时外电路中每转移24NA个电子，理论上需要消耗乙醇的质量为 g。 【答案】（1）低于 （2）946 （3）Pb PbO2 （4）增大 （5）b （6）92 【分析】III：据燃料电池电流方向可知，电极Y为正极，电极X为负极，燃料电池负极为燃料发生氧化反应，正极为氧化剂发生还原反应。 【解析】（1）根据题干信息可知，该反应为吸热反应，说明反应物具有的总能量低于生成物具有的总能量； （2）焓变=反应物总键能-生成物总键能，则，解得：； （3）根据总反应可知，Pb电极是电池负极，PbO2是电池正极，放电时，电子沿着导线由负极移向正极；正极发生还原反应，电极反应式：； （4）根据电池反应：2H2SO4=2PbSO4+2H2O可知，反应过程中消耗硫酸，电解质溶液的pH增大； （5）根据分析可知，电极Y为正极，氧化剂氧气从b口进入；电极X为负极，发生氧化反应，电极反应式：； （6）根据反应：可知，，外电路中每转移24NA个电子，理论需消耗2mol乙醇，质量：。 19．根据所学电化学知识，完成下列问题。 （1）某学习小组设想利用A装置电解制备绿色硝化剂N2O5。装置如下(c、d为惰性电极)。已知：无水硝酸可在液态N2O4中发生微弱电离。 ①A装置中通入SO2—极的电极反应式为 。 ②N2O5在电解池的 (填“c极”或“d极”)区生成，其电极反应式为 。 （2）电化学法也可合成氨。下图是用低温固体质子导体作为电解质，用Pt-C3N4作阴极催化剂电解H2(g)和N2(g)合成NH3的原理示意图如图所示。 ①Pt-C3N4电极反应产生NH3的电极反应式 。 ②该装置使用甲醇CH3OH燃料电池(电解质溶液为熔融碳酸钠)作为电源写出负极的电极反应 。 （3）我国科研团队设计了一种表面锂掺杂的锡纳米粒子催化剂s-SnLi可提高电催化制甲酸盐的产率，同时释放电能，实验原理如图所示。 ①放电时，正极的电极反应为 。若使用铅蓄电池为该装置充电，放电时铅蓄电池正极反应式 ，产生1molO2，则铅蓄电池的正极质量 (填“增加”或“减少” g。 ②研究发现，使用催化剂Sn或者s-SnLi均能有效减少副产物CO的生成，其原因是 。 【答案】（1）SO2+2H2O-2e-=+4H+ c极 N2O4-2e-+2HNO3=2N2O5+2H+ （2）N2+6e-+6H+=2NH3 CH3OH-6e-+3CO=4CO2+2H2O （3）CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH- PbO2+2e-+4H++=PbSO4+2H2O 增加 128 使用催化剂后，生成CO的活化能较生成HCOOH的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于HCOOH的生成 【解析】（1）①由题意可知，A装置为原电池，其中通入氧气的一极为正极，通入二氧化硫的一极为负极，负极二氧化硫失电子生成硫酸根离子，负极电极反应式为：SO2+2H2O-2e-=+4H+；②装置B为电解池，c电极与原电池正极相连为阳极，阳极上N2O4放电生成N2O5，电极反应式为：N2O4-2e-+2HNO3=2N2O5+2H+； （2）①Pt−C3N4作阴极，由图示可知，阴极氮气得电子生成氨气，电极反应式为：N2+6e-+6H+=2NH3；②燃料电池中燃料作负极，负极甲醇失电子生成二氧化碳，因此负极的电极反应式为：CH3OH-6e-+3CO=4CO2+2H2O； （3）①放电时，右侧电极为正极，电极反应式为CO2+2e-+H2O=HCOO-+OH-，若使用铅蓄电池为该装置充电，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，铅蓄电池的正极是PbO2，发生还原反应，电极反应式为：PbO2+2e-+4H++=PbSO4+2H2O，产生1molO2，转移4mol电子，则铅蓄电池的正极质量增加2mol(303g/mol-239g/mol)=128g；②由图示可知，使用催化剂后，生成CO的活化能比生成HCOOH的活化能高，前者反应速率慢，相同时间内更有利于HCOOH的生成，因此使用催化剂Sn或者s-SnLi均能有效减少副产物CO的生成。 20．电化学在生产中的应用非常广泛 （1）轮船的外壳常贴上锌板，以保护船体，这种方法称为 。 （2）以铅蓄电池为电源电解以下溶液，其中abcd均为惰性电极，c电极表面产生无色无味气体，附近溶液变红。 ①写出g电极的电极反应式 。 ②A池为的溶液，当h电极质量增加12.8g时，停止电解，若将A池溶液复原，需加入 （填“氧化铜”或“氢氧化铜”） g。 ③C池中若进行铜的电解精炼，则f极的物质是 （填“粗铜”或“精铜”）。 （3）电解法处理酸性含铬废水（主要含有）时，以铁板作阴、阳极，处理过程中存在反应，最后以形式除去。现以甲醇燃料电池，采用电解法来处理酸性含铬废水，实验室利用如图装置模拟该方法。 ①写出M电极的电极反应式 。 ②处理则理论上电路中转移的电子为 。 【答案】（1）牺牲阳极的阴极保护法 （2） 氢氧化铜 9.8 粗铜 （3） 12 【分析】（2）c电极表面产生无色无味气体，附近溶液变红，说明生成了，则c电极的反应为，c为阴极，d为阳极，电极反应为，e为阴极，电极反应为，f为阳极，电极反应为，b为阳极，电极反应与f相同，a为阴极，电极反应与e相同； 【解析】（1）轮船的外壳常贴上锌板，以保护船体，是利用了原电池原理对船体进行保护，这种方法称为牺牲阳极的阴极保护法； （2）①由分析可知，a为阴极，则g为铅蓄电池的负极，电极反应为； ②h电极为铅蓄电池的正极，电极反应为，电极增加的质量相当于的质量，当h电极质量增加12.8g时，转移电子数为，则a电极先发生反应，此过程只转移0.2mol电子，且将完全消耗0.1molCu2+，随后发生反应，此过程转移0.2mol电子，生成0.1mol氢气从溶液溢出；b电极的反应为，此过程转移0.4mol电子，生成0.1mol氧气从溶液溢出，故电解质溶液减少了0.1molCu、0.1molH2、0.1molO2，需要补充0.1molCu(OH)2，其质量是0.1mol×98g/mol=9.8g； ③f为阳极，若进行电解精炼，应放粗铜； （3）从装置图可知，甲醇燃料电池为原电池，H＋向正极移动，则N电极为正极，发生还原反应，M电极为负极，发生氧化反应，甲醇发生氧化反应，则M电极通入甲醇，N电极通入氧气；电解池中与N电极相连的一极为阳极，阳极发生氧化反应，电解池中与M电极相连的一极为阴极，阴极发生还原反应； ①由分析可知，M电极为负极，甲醇失去电子发生氧化反应，电极反应为； ②右侧电解池中，阴极发生还原反应，电极反应式为2H＋＋2e－=H2↑，阳极电极反应式为Fe－2e－= Fe2+，处理过程中存在反应，当处理，需要6molFe2+，则转移了12mol电子。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $