2027届高三一轮复习讲义：电化学综合复习

该高中化学高考复习讲义聚焦电化学核心考点，涵盖原电池原理、电解池应用、化学电源、金属腐蚀与防护及特殊电化学装置，按“原理-应用-拓展”逻辑架构知识网络，通过考点梳理（如原电池构成条件、电极反应式书写）、方法指导（离子流向判断、交换膜作用分析）、真题训练（典型例题与巩固题）等环节，帮助学生构建系统认知，突破电化学综合应用难点。 讲义突出科学思维与科学探究，如通过对比原电池与电解池的电极反应、离子流向构建认知模型，设计“离子交换膜装置分析”活动引导学生探究氯碱工业膜作用。设置基础例题、综合训练分层练习，配合即时反馈，培养学生证据推理与问题解决能力，助力教师精准把控复习节奏，高效提升学生应考能力。

正确的方向+方法+坚持不懈的努力=目标成绩 电化学综合复习 原电池原理与运用 一、原电池的形成条件 　　原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。 　从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。 · 原电池的构成条件有三个： 　（1）电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。 　（2）两电极必须浸泡在电解质溶液中。 　（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。 　　只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化还原反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。 　（4）形成前提：总反应为自发的氧化还原反应 · 电极的构成： a.活泼性不同的金属—锌铜原电池，锌作负极，铜作正极； b.金属和非金属（非金属必须能导电）—锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极； c.金属与化合物—铅蓄电池，铅板作负极，二氧化铅作正极；d.惰性电极—氢氧燃料电池，电极均为铂。 · 电解液的选择：电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。 · 原电池正负极判断： 负极发生氧化反应，失去电子；正极发生还原反应，得到电子。 　　电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。 溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 二、反应本质 （1）能量转化：把化学能能转化为电能能 （2）反应本质：发生氧化还原反应。 三、工作原理（以锌铜原电池为例） （1）电极反应 ①负极：电子流出的一极，发生氧化反应； ②正极：电子流入的一极，发生还原反应。 （2）三个“流向” ①电子流向：负极正极 ②电流流向：正极负极正极 ③离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极 （3）盐桥作用 ①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路 ②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性 ③隔离：使相互反应的物质不接触 四、原电池工作原理的运用： 1．比较金属活泼性 （1）基本规律：一般负极金属活泼 （2）特殊情况 ①强碱性溶液中，Mg-NaOH溶液-Al原电池中，Al负极 ②氧化性溶液中，Cu-浓硝酸-Fe原电池中，Cu是负极 ③铅蓄电池，负极质量增加，正极质量增加 2．加快氧化还原反应的速率 （1）一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。 ①向反应中加入少量不活泼金属的盐溶液 ②不纯的金属腐蚀速率快 （2）金属腐蚀速率：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀 （3）利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。 ①足量的锌和一定量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量不变 ②一定量的锌和足量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量减少 3．设计原电池 （1）分析原电池反应，判断正负极和溶液 ①能设计成原电池的反应一定是自发的、放热的氧化还原反应 ②负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以 （2）盐桥式原电池 ①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路 ②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流 ③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开 4、用于金属的防护——牺牲阳极法 原理 利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连 要求 被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极 实例 要保护一个钢闸门，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 例1.负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是( ) A．作原电池正极 B．电子由经活性炭流向 C．表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下的，最多去除 例2.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( ) A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 例3.等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是 例4.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是 A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 例5.为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有(　　) A．与石墨棒相连 B．与铜板相连 C．埋在潮湿、疏松的土壤中 D．与锌板相连 五、化学电源 1．化学电源的分类 2．一次电池 （1）特点：只能使用一次，不能充电复原继续使用 （2）代表：碱性锌锰干电池、酸性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液 电极 反应 负极 锌筒作负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 石墨作正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 3．二次电池：又称可逆电池、蓄电池、可充电电池 （1）特点：放电后能充电复原继续使用 （2）代表：铅蓄电池 结构 铅酸蓄电池是由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板覆盖有Pb，稀硫酸作电解质溶液 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 放电时——原电池 负极反应 铅作负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极反应 二氧化铅作正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 充电时——电解池 阴极反应 PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) 阳极反应 PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq) 特点 性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。 4．燃料电池 （1）工作原理： 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，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，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能代表：氢氧燃料电池 （2）电极：石墨电极材料 （3）特点：燃料电池没有燃烧现象。 ①清洁、安全、高效 ②燃料电池的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上 ③与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低 ④与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用 （4）优点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。 例6.普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　) A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原 B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 例7.镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是(　　) A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 例8.如图1所示为铅蓄电池，图2所示为用铅蓄电池做电源，石墨做电极，电解溶液，Z为盐桥。下列说法正确的是(　　) A．X连B极，Y连A极 B．铅蓄电池放电时，负极得电子被氧化，电极析出，质量越来越大 C．将Z换成阴离子交换膜，电解一小段时间后，X极区和Y极区溶液浓度均变小。 D．将Z换成铜片，电解一小段时间，Z的质量几乎不变 例9.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．储能过程中电能转变为化学能 C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧 D．充电总反应： 6、 电极反应式的书写 1．典型电池电极反应的产物 （1）含碳燃料的氧化产物 正常产物 酸性 碱性 碳酸盐溶液 熔融碳酸盐 O2－ CO2 CO2 CO32－ HCO3－ CO2 CO32－ （2）含氮燃料的氧化产物：与环境无关，都是氮气 （3）氢气的氧化产物 正常产物 酸性 碱性 中性 CO32－ O2－ H+ H+ H2O H+ CO2+H2O H2O （4）氧气的还原产物 正常产物 酸性 碱性 中性 CO2 O2－ H2O OH－ OH－ CO32－ 2．几种一次电池的电极反应式 （1）碱性锌锰干电池 ①电池反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn（OH）2 ②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2 ③正极反应：2MnO2+2H2O+2e－2MnOOH+2OH－ （2）纽扣式锌银电池 ①电池反应：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag ②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2 ③正极反应：Ag2O+H2O+2e－2Ag+2OH－ 3．二次电池 （1）放电时为原电池，电极属性为正负极；充电时为电解池，电极属性为阴阳极 （2）阳极连正极，阴极连负极，电极反应和电极反应式相反，充放电时电极互变 ①充电时，阳极变成正极，阴极变成负极 ②放电时，正极变成阳极，负极变成阴极 （3）铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O ①负极反应：Pb+SO42－－2e－PbSO4 ②正极反应：PbO2+4H++SO42－+2e－PbSO4+2H2O ③阳极反应：PbSO4+2H2O－2e－PbO2+4H++SO42－ ④阴极反应：PbSO4+2e－Pb+SO42－ （4）钴酸锂电池：LixC6+Li1－xCoO2C6+LiCoO2 ①负极反应：LixC6－xe－C6+xLi+ ②正极反应：Li1－xCoO2+xLi+LiCoO2－xe－ ③阳极反应：LiCoO2－xe－Li1－xCoO2+xLi+ ④阴极反应：C6+xLi++xe－LixC6 （5）LaNi5H6+6NiOOHLaNi5+6Ni(OH)2（储氢合金和储氢物质中各元素的化合价均为0价） ①负极反应：LaNi5H6－6e－+6OH－LaNi5+6H2O ②正极反应：6NiOOH+6e－6Ni（OH）2+6OH－ ③阳极反应：6Ni（OH）2+6OH－－6e－6NiOOH+6H2O ④阴极反应：LaNi5+6H2O+6e－LaNi5H6+6OH－ 4．燃料电池 （1）燃料电池的电极材料 ①可燃物在负极上发生氧化反应，如氢气、甲烷、乙醇等还原剂 ②助燃物在正极上发生还原反应，如氧气、氯气等氧化剂 （2）燃料电池的总反应：可燃物的燃烧反应兼顾产物和溶液的反应 （3）燃料电池的正极反应式 （5）氧气在正极上的反应式 环境 氧气 氮气 酸性环境 4H++O2+4e－2H2O N2+6e－+8H+2NH4+ 碱性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3 中性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3 熔融氧化物 O2+4e－2O2－ N2+6e－2N3－ 有CO2存在 O2+4e－+2CO22CO32－ （6）燃料电池的负极反应式 环境 甲烷 氢气 酸性环境 CH4+2H2O－8e－CO2+8H+ H2－2e－2H+ 碱性环境 CH4+10OH－－8e－CO32－+7H2O H2－2e－+2OH－2H2O 熔融碳酸盐 CH4+4CO32－－8e－5CO2↑+2H2O H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑ 碳酸盐溶液 CH4+9CO32－－8e－+3H2O10HCO3－ H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑ 熔融氧化物 CH4+5O2－－8e－CO32－+2H2O H2－2e－+O2－2H2O 环境 甲醇 肼 酸性环境 CH3OH+H2O－6e－CO2↑+6H+ N2H4－4e－N2↑+4H+ 碱性环境 CH3OH+8OH－－6e－CO32－+6H2O N2H4－4e－+4OH－N2↑+4H2O 熔融碳酸盐 CH3OH－6e－+3CO32－4CO2↑+2H2O 碳酸盐溶液 CH3OH +7CO32－－6e－+2H2O8HCO3－ 熔融氧化物 CH3OH +4O2－－6e－CO32－+2H2O N2H4－4e－+2O2－N2↑+2H2O 例10.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，则负极反应式为________________________________，正极反应式为_________________________________________ (2)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 例11.用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)＋MH===Ni(OH)2＋M 电池放电时，负极的电极反应式为________________________，正极反应式为__________________________。 例12.微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示。 (1)该微生物燃料电池，负极为_____(填“a”或“b”)，当电路中有0.5 mol电子发生转移，则有____ mol的H＋通过质子交换膜 (2)该电池正极反应式为：____________________________；负极反应式为：_____________________________ 电解池原理与运用 1．电解和电解池 （1）电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 （2）电解池：电能转化为化学能的装置。 （3）电解池的构成 ①有与直流电源相连的两个电极。 ②电解质溶液（或熔融电解质）。 ③形成闭合回路。 2．电解池的工作原理 （1）电极反应 ①阳极：连原电池的正极，发生氧化反应 ②阴极：连原电池的负极，发生还原反应 （2）三个“流向” ①电子流向：阳极阴极 ②电流流向：阴极阳极阴极 ③离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极 （3）电势高低 ①原电池：正极＞负极 ②电解池：阳极＞阴极 3．电解时电极产物的判断 (1)阳极产物的判断： 惰性电极时，根据阴离子的还原性强弱顺序加以判断，阴离子的还原性越强，放电越容易。 阴离子的放电顺序：[Ag以前的金属]>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－ (2)阴极产物的判断： 直接根据阳离子氧化性强弱顺序进行判断。阳离子的氧化性越强，放电越容易。 阳离子放电顺序Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(浓度大时，酸)>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(浓度小时，水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋ 4．用惰性电极电解电解质溶液的一般规律 类型 电极反应特点 电解质溶液 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质 溶液复原 电解水型 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑； 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 强碱(NaOH) 水 增大 增大 加水 含氧酸(H2SO4) 水 增大 减小 加水 活泼金属的含氧酸盐(Na2SO4) 水 增大 不变 加水 电解 电解质型 电解质电离出的阴、阳离子 分别在两极放电 无氧酸(HCl) 电解质 减小 增大 通氯化氢 不活泼金属的无氧酸盐(CuCl2) 电解质 减小 － 加氯化铜 放H2 生碱型 阴极：H2O放H2生成碱； 阳极：电解质阴离子放电 活泼金属的无氧酸盐(NaCl) 电解质和水 生成新 电解质 增大 通氯化氢 放O2 生酸型 阴极：电解质阳离子放电； 阳极：H2O放O2生成酸 不活泼金属的含氧酸盐(CuSO4) 电解质和水 生成新电解质 减小 加氧化铜 5．电解后溶液pH的变化规律 (1)电极区域 ①当阴极是由H＋放电产生H2时，阴极区pH变大； ②当阳极是由OH－放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2)电解质溶液 ①电解过程中，既产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大，因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。 ②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。 ③电解过程中，只产生H2，溶液中OH－浓度增大，pH变大；只产生O2，溶液中H＋浓度增大，pH变小。 电解原理的应用 一、用活泼电极电解溶液 1．电解精炼铜（含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt等杂质） （1）电解池的构成 ①粗铜作阳极 ②精铜作阴极 ③硫酸酸化的CuSO4溶液作电解液 （2）电极反应 ①阳极：Zn－2e－Zn2+、Fe－2e－Fe2+、Ni－2e－Ni2+、Cu－2e－Cu2+ ②阴极：Cu2++2e－Cu （3）精炼结果 ①比铜活泼的金属：变成阳离子留在溶液中 ②比铜不活泼的金属：形成阳极泥 ③铜在阴极上形成精铜 （4）反应特点 ①阳极材料被消耗，需要及时补充 ②溶液中的阴离子SO42－浓度不变 ③电解过程中原电解质溶液浓度减小 ④阳极减重量和阴极增重量的关系不确定 2．电镀 （1）电解池的构成 ①镀层金属作阳极 ②被镀物品作阴极 ③含镀层金属离子溶液作电解液 （2）电极反应 ①阳极：Cu－2e－Cu2+ ②阴极：Cu2++2e－Cu _ （3）反应特点 ①不能写出总反应方程式 ②电解过程中原电解质溶液浓度不变 3．用活泼电极电解制备物质 （1）用铁为阳极电解KOH溶液制备K2FeO4 ①阳极：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O ②阴极：2H2O+2e－H2↑+2OH－ ③电解：Fe+2KOH+2H2OK2FeO4+3H2↑ （2）用铜为阳极电解NaOH溶液制备Cu2O ①阳极：2Cu+2OH－－2e－Cu2O+H2O ②阴极：2H2O+2e－H2↑+2OH－ ③电解：2Cu+H2OCu2O+H2↑ 二、用惰性电极电解熔融物 1．电冶炼：制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属 （1）炼钠的方法：电解熔融的NaCl ①阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑ ②阴极反应：2Na++2e－2Na ③电解反应：2NaCl2Na+Cl2↑ （2）炼镁的方法：电解熔融的MgCl2 ①阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑ ②阴极反应：Mg2++2e－Mg ③电解反应：MgCl2Mg+Cl2↑ （3）炼铝的方法：电解熔融的Al2O3 ①阳极反应：2O2－－4e－O2↑ ②阴极反应：Al3++3e－Al ③电解反应：2Al2O34Al+3O2↑ ④不用氯化铝的原因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电 ⑤冰晶石的作用：作熔剂，降低氧化铝的熔点，节能 ⑥阳极石墨被氧气腐蚀，需定期更换 2．电解熔融的碳酸钠 （1）阳极反应：2CO32－－4e－O2↑+2CO2↑ （2）阴极反应：2Na++2e－2Na （2）电解反应：2Na2CO34Na+O2↑+2CO2↑ 例1．用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液： ①CuCl2　②CuSO4　③NaCl　④NaNO3　⑤HCl ⑥H2SO4　⑦KOH 其中只有水被电解的是(　　) A．①②⑤ B．②④⑥⑦ C．④⑥⑦ D．③⑤⑥⑦ 例2．用惰性电极电解下列溶液，在阴、阳两极生成气体的体积比为1∶1的是(　　) A．NaCl溶液 B．CuCl2溶液 C．CuSO4溶液 D．KOH溶液 例3．某电解质溶液中pH＝a，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH＜a，则该电解质可能是(　　) A．Ba(OH)2 B．HCl C．Na2SO4 D．AgNO3 例4．在水中加入等物质的量的Ag＋、Na＋、Ba2＋、NO、Cl－、SO，用惰性电极进行电解，一段时间后，在两极上得到的氧化产物和还原产物的质量之比为 (　　) A．8∶1 B．2∶27 C．35.5∶108 D．108∶35.5 例6．用惰性电极电解含0.2 mol CuSO4的溶液一段时间后，阳极上生成标准状况下4.48 L气体，欲使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入(　　) A．0.2 mol CuSO4　　　 B．0.2 mol CuO C．0.2 mol Cu(OH)2 D．0.2 mol CuCO3 例7．在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料（TiSi），电解装置如图，下列说法正确的是(　　) A. 石墨电极为阴极，发生氧化反应 B. 电极A的电极反应： C. 该体系中，石墨优先于Cl-参与反应 D. 电解时，阳离子向石墨电极移动 例8．以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中(　　) A. 阴极发生的反应为 B. 阴极上被氧化 C. 在电解槽底部产生含的阳极泥 D. 阳极和阴极的质量变化相等 例9．通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是(　　) A.电极A为阴极，发生还原反应 B.电极B的电极发应： C.电解一段时间后溶液中浓度保持不变 D.电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得 金属的腐蚀和电化学防护 1．金属的腐蚀 （1）化学腐蚀 ①反应类型：普通的化学反应 ②特点：无电流产生，电子直接转移给氧化剂 （2）电化腐蚀 ①反应类型：原电池反应 ②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂 （3）普遍性：两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍 2．电化学腐蚀的类型 （1）析氢腐蚀 ①形成条件：水膜酸性较强 ②特点：在密闭容器中气体压强增大 （2）吸氧腐蚀 ①形成条件：形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性 ②特点：在密闭容器中气体压强减小 （3）特殊性：在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀，氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀 （4）普遍性：吸氧腐蚀更为普遍 3．钢铁吸氧腐蚀的过程 （1）腐蚀过程 ①负极反应：Fe－2e－Fe2+ ②正极反应：2H2O+O2+4e－4OH－ ③电池反应：2Fe+2H2O+O22Fe（OH）2 （2）后续反应 ①氧化反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3 ②部分分解：2Fe（OH）3Fe2O3·xH2O +（3－x）H2O （3）铁锈成分：Fe2O3的复杂水合物（Fe2O3·nH2O） （4）铁在无氧条件下的生锈过程：FeFe2+Fe(OH)2 4．金属的电化学防护 （1）原电池防护法：牺牲阳极的阴极保护法 ①负极：比被保护金属活泼的金属 ②正极：被保护的金属设备 （2）电解池防护法：外加电流的阴极保护法 ①阳极：惰性电极 ②阴极：被保护的金属设备 5．金属腐蚀速率的比较 （1）同一金属：离子浓度大＞离子浓度小＞非电解质 （2）同一电解液 ①电解质浓度越大，金属腐蚀越快 ②电解腐蚀＞原电池腐蚀＞化学腐蚀＞有防护的腐蚀 （3）不同金属、同一电解液：两金属活动性相差越大，活泼金属腐蚀越快 例1.支撑海港码头基础的防腐技术，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述正确的是(　　)        A．高硅铸铁作用为传递电流和损耗阳极材料 B．通电后外电路电子被强制从钢管桩流向高硅铸铁 C．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 D．该防腐技术为牺牲阳极的阴极保护法 例2.下列有关金属的腐蚀与防护叙述正确的是(　　) A．铁管上镶嵌锌块，采用的是牺牲阳极法使铁不易被腐蚀 B．用锡焊接的铁质品，焊接处不易腐蚀 C．用铁电极电解饱和食盐水： D．用外加电流法保护钢铁设备时，将设备连接电源正极 例3.下列关于金属的电化学腐蚀与防护的说法正确的是(　　) A．铜板打上铁铆钉后，铜板更易被腐蚀 B．钢闸门与电源的负极相连，可防止钢闸门腐蚀 C．金属M比铁活泼，电子由钢铁输水管流出 D．阴极的电极反应式为 特殊形式的电化学装置 一、含离子交换膜电化学装置分析 1．离子交换膜在电解池中的作用 （1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触 ①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量 ②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸） （2）通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用 （3）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用 ①平衡电荷，形成闭合回路； ②防止Cl2和H2混合而引起爆炸； ③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； ④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 2．常见的离子交换膜（隔膜） （1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过 （2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过 （3）质子交换膜：只允许氢离子通过 3．含离子交换膜电化学装置的几个区域 （1）原料区 ①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液 ②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液 （2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域 （3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用 （4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 装置 问题 根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g 二、多池串联池属性的判断 1．有外接电源的全部都是原电池 2．无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池 （1）有盐桥的是原电池 （2）有燃料电池的是原电池 （3）能发生自发氧化还原反应的装置为原电池 （4）多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池 3．电极的连接顺序：负→阴→阳→阴→…→阳→正 4．串联电路的特点：每一个电极转移的电子数都相等 三、电化学的相关计算 1．方法：电子守恒和电荷守恒列关系式 （1）电子守恒：两极得失电子数相等 ①串联电路各支路转移的电子数相同，按支路算 ②并联电路总电子数等于支路电子数之和，按干路算 （2）电荷守恒：1个电子对应1个正电荷或负电荷 （3）常用关系式：O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~Mn+ 2．电化学计算的物理公式 （1）电量公式：Q＝It＝nNAq＝nF （2）电能公式：W＝UIt＝UQ ①n——得失电子的物质的量（mol） ②NA——阿伏加德罗常数（6.02×1023mol－1） ③q——1个电子所带的电量（1.60×10－19C） ④I——电流强度（A） ⑤t——时间（s） ⑥F——法拉弟常数（96500C/mol） ⑦U——电压（V） ⑧W——电能（J） 3．几个注意问题 （1）气体体积相关计算时，必须注明标准状况 （2）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 4． “隔膜”电解池的解题步骤 第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 例1．某兴趣小组设计如图微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是(　　) A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H＋＋2Cl－Cl2↑＋H2↑ B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红 C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－ D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极 例2．用如图所示的装置进行电解。通电一段时间，发现湿润的淀粉­KI试纸的C端变为蓝色。 (1)E为电源的____极，F为电源的____极。 (2)A中发生反应的化学方程式为_____________________________________________。 (3)在B中观察到的现象是___________________________________________________。 (4)D端的电极反应式为____________________________________。 例3．我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是（ ） A. b电极反应式为 B. 离子交换膜为阴离子交换膜 C. 电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D. 海水为电解池补水的速率为 例4．下列说法正确的是（ ）    A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中向右侧电极移动 B．甲池通入的电极反应为 C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量固体能使溶液恢复到原浓度 D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体 例5．回答下列问题： (1)图中甲装置为碱性燃料电池，其电极均为电极，装置乙中，C、D电极为电极，其表面均覆盖着，其电解液为稀溶液。 ①甲装置中能量的转化形式主要为 。 ②写出乙装置中D极的电极反应式 。 ③当有46g二甲醚参加反应时，电路中通过的电子的数目为 。 (2)钢铁锈蚀图如图丙所示： ①钢铁锈蚀的负极反应式为 。 ②钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为 。 (3)我国的科技人员为了消除的污染，利用原电池原理，变废为宝，设计由和来制备硫酸，设计装置如图丁所示，电极A、B为多孔的惰性材料，则A极为 (填“正极”或“负极”)，B极的电极反应式是 。 电化学中的“晶胞结构”分析应用 例1．镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素，镍钴锰电极材料可表示为Li1－nNixCoyMnzO2，x＋y＋z＝1，通常简写为Li1－nMO2，Ni、Co、Mn三种元素分别显＋2、＋3、＋4价。下列说法正确的是(　　) A．放电时Ni元素最先失去电子 B．在Li1－nMO2材料中，若x∶y∶z＝2∶3∶5，则n＝0.3 C．可从充分放电的石墨电极中回收金属锂 D．充电时，当转移n mol电子，两极材料质量差为14n g 例2．LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和四面体。电池充放电时，LiFePO4脱出或嵌入Li＋形成结构示意图如(b)所示。下列说法正确的是(　　) A．每个Li1－xFePO4晶胞中Li＋个数为1－x B．图(b)中x＝0.187 5 C．图(b)中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶13 D．当FePO4转化为Li1－xFePO4时，每转移电子(1－x) mol，嵌入4(1－x) mol Li＋ 例3．硫化锌是一种优良的宽带隙半导体锂离子电池负极材料，具有在充电的同时合金化反应的特点。在充电过程中负极材料晶胞的组成变化如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．当1 mol ZnmS完全转化为ZnnS时，转移电子数为2 mol B．在ZnmS体对角线的一维空间上会出现“ ”的排布规律 C．当ZnmS完全转化为LixZnyS时，每转移6 mol电子，生成3 mol LiZn(合金相) D．若Li2S的晶胞参数为a nm，则EF间的距离为a nm 例4．通过Zn2＋在MnO晶体(正极)中嵌入和脱嵌，实现电极材料充放电的原理如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．①为MnO活化过程，其中Mn的价态不变 B．每个Mn0.610.39O晶胞中含有0.61个Mn2＋ C．②代表充电过程，③代表放电过程 D．每个Mn0.610.39O晶胞完全转化为ZnxMn0.610.39O晶胞，转移电子数为8x 例5．磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6＋Li1－xFePO4===6C＋LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li＋脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法错误的是(　　) A．放电时，负极反应：LixC6－xe－===xLi＋＋6C B．(a)过程中1 mol晶胞转移的电子数为NA C．(b)代表放电过程，Li＋脱离石墨，经电解质嵌入正极 D．充电时的阳极反应：LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋ 巩固训练： 1.中国科学院物理研究所发明了一种以对苯二甲酸二钠复合材料和硬碳(多孔形态，化学式为C)为电极材料的有机钠离子电池，其内部结构如下图所示，放电时，a电极发生如下变化： 下列说法错误的是（ ） A. 放电时，a电极电势高于b电极 B. 充电时，向b电极移动 C. 放电时，b电极的电极反应式为 D. 用该电池为一个60200mAh的充电宝充满电，a电极质量增加51.75g(，一个电子的电量，为) 2.新能源是当今的热门话题，储氢材料是新能源领域研究的中心之一、利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是 A．左侧装置工作时，盐桥内的K+向锌电极一端移动 B．电极C和电极D上发生的反应类型相同 C．气体X的主要成分是H2 D．H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应 3.羟基自由基（•OH）有极强的氧化性，其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚（）氧化为和的原电池⑤电解池组合装置如图所示，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法正确的是（ ） A．该装置工作时，电流方向为电极b→Ⅲ室→Ⅱ室→Ⅰ室→电极a B．装置工作时，c极区溶液碱性明显增强 C．电极d的电极反应式为 D．当电极b上有0.6mol生成时，电极c、d两极共产生气体22.4L（标准状况） 4.铅（Ⅳ）/铅（Ⅱ）—铁（II）/铁（Ⅲ）储能电池原理如图所示，储能时被氧化，下列说法正确的是（ ） A. a膜为阳离子交换膜 B. 放电时正极质量减小 C. 放电时正极反应为 D. 充电总反应为 5. 下图是一种能将底物通过电化学转化为电能的微生物燃料电池，可以大大提高能量转化效率，以下说法不正确的是（ ） A. 理论上，每消耗1mol，就有4mol B. 两种微生物的存在保证了S元素循环的作用 C. 负极电极反应式为： D. 升高温度，可以有效提高该电池的放电效率通过交换膜 6.我国科学家设计可同时实现制备和海水淡化的新型电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是（ ） A. 电极上的电势 B. d是阳离子交换膜 C. 电极上的电极反应式为 D. 工作过程中，正极区溶液的减小 7.我国科学家设计的一种三室电池既能净化污水，又能淡化海水，同时还可回收其中的能量，用葡萄糖溶液（足量，代替污水）氯化钠溶液（足量，代替海水）和100mL 1.1盐酸模拟工作原理的示意图如下，下列说法正确的是（ ） A. 外电路中的电流方向为电极A→电极B B. 该电池的正极反应为 C. 常温下，当电路中有0.1mol 通过时，盐酸的pH＝2 D. 离子交换膜A可以是阳离子交换膜也可以是阴离子交换膜，但不能与离子交换膜B相同 8.利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。 已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。下列说法正确的是（ ） 离子 Li+ Na+ Ca2+ K+ Cl- 4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27 A. 根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质 B. 石墨电极上对应的电极反应式为： C. 反应一段时间后，当右池中时，左池中 D. 盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中 9、高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是（　　） A. Fe为阳极，电极反应式：Fe－6e－ ＋8OH－= FeO42−＋4H2O B. 放电过程中，甲溶液NaOH浓度增大 C. 离子交换膜a是阳离子换膜 D. 当电路中通过1 mol电子的电量时，中间隔室中离子数目减少NA 10、利用光能源可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4（电解质溶液为稀硫酸），同时可为制备次磷酸（H3PO2）提供电能，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（　　） A. Y极为阴极 B. 标准状况下，当Z极产生11.2 L O2时，可生成H3PO2的数目为1NA C. a、b、d为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜 D. W极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－=  C2H4＋4H2O 11、以铅蓄电池供电，利用双极膜（双极膜是一种复合膜，在直流电作用下，中间界面内水解离为H＋和OH－，并使其定向通过）电解制备磷酸和氢氧化钠的原理如图所示。下列说法正确的是（　 ） A. 电极a的电极反应式：Pb－2e－= Pb2＋ B. 产品室2制备的产品是磷酸 C. 当电路中通过4 mol电子时，电极c上产生1 mol O2 D. M膜为阳离子交换膜，N膜为阴离子交换膜 12.最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为 ①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋ ②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋ 该装置工作时，下列叙述错误的是（　 ） A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性 13.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8 Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是（　 ） A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4 B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 14.H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是（　 ） A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ B．N室中：a%＜b% C．Ⅱ膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸 D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体 15.锂-碘电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10 年，负极是锂，正极是聚2-乙烯吡（P2VP） 和I2 复合物，工作原理2Li+P2VP•nI2=2LiI+P2VP•（n-1）I2，下列叙述错误的是（　　） A. 该电池是电解质为非水体系的二次电池 B. 工作时向正极移动 C. 正极反应式为 D. 该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点 16.复旦大学王永刚的研究团队制得一种柔性水系锌电池,该可充电电池以锌盐溶液作为电解液,其原理如图所示。下列说法不正确的是（　　） A．放电时,N极发生还原反应 B．充电时,Zn2+向M极移动 C．放电时,每生成1 mol PTO- Zn2+ ,M极溶解Zn的质量为260 g D．充电时,N极的电极反应式为2PTO+8e- +4Zn2+=PTO- Zn2+ 17．电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是（　　） A．该装置工作时，阳极的电极反应是CuCl(s)+Cl--e-=CuCl2 B．液相反应为CH2=CH2+2CuCl2=ClCH2CH2Cl+2CuCl(s) C．X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．该装置总反应为CH2=CH2+2NaCl+2H2OClCH2CH2Cl+2NaOH+H2↑ 18.一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。 下列说法中正确的是(　　) A．放电时负极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl B．放电时AlCl移向正极 C．充电时阳极反应为AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4) D．电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原 19.液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性/ Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是( ) A．充电时A电极连电源负极 B．放电时正极电极反应为：Fe(CN)63-+e-= Fe(CN)64- C．放电时负极区离子浓度增大，正极区离子浓度减小 D．充电时阴极电极反应：ZnBr42-+2e-= Zn+4Br- 20.葡萄糖酸钙是一种重要的补钙剂，工业上以葡萄糖、碳酸钙为原料，在溴化钠溶液中采用间接电氧化反应制备葡萄糖酸钙，其阳极区反应过程如下： 下列说法错误的是( ) A. 溴化钠起催化和导电作用 B. 每生成葡萄糖酸钙，理论上电路中转移了电子 C. 葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物 D. 葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应 21.用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是 ( ) A. 析氢反应发生在电极上 B. 从电极迁移到电极 C. 阴极发生的反应有： D. 每转移电子，阳极生成气体(标准状况) 22. 回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。 下列说法不正确的是( ) A. 废气中排放到大气中会形成酸雨 B. 装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度 C. 装置a中溶液的作用是吸收废气中的和 D. 装置中的总反应为 1 学科网（北京）股份有限公司 $正确的方向+方法+坚持不懈的努力=目标成绩 电化学综合复习 原电池原理与运用 一、原电池的形成条件 　　原电池的工作原理原电池反应属于放热的氧化还原反应，但区别于一般的氧化还原反应的是，电子转移不是通过氧化剂和还原剂之间的有效碰撞完成的，而是还原剂在负极上失电子发生氧化反应，电子通过外电路输送到正极上，氧化剂在正极上得电子发生还原反应，从而完成还原剂和氧化剂之间电子的转移。两极之间溶液中离子的定向移动和外部导线中电子的定向移动构成了闭合回路，使两个电极反应不断进行，发生有序的电子转移过程，产生电流，实现化学能向电能的转化。 　从化学反应角度看，原电池的原理是氧化还原反应中的还原剂失去的电子经导线传递给氧化剂，使氧化还原反应分别在两个电极上进行。 · 原电池的构成条件有三个： 　（1）电极材料由两种金属活动性不同的金属或由金属与其他导电的材料（非金属或某些氧化物等）组成。 　（2）两电极必须浸泡在电解质溶液中。 　（3）两电极之间有导线连接，形成闭合回路。 　　只要具备以上三个条件就可构成原电池。而化学电源因为要求可以提供持续而稳定的电流，所以除了必须具备原电池的三个构成条件之外，还要求有自发进行的氧化还原反应。也就是说，化学电源必须是原电池，但原电池不一定都能做化学电池。 　（4）形成前提：总反应为自发的氧化还原反应 · 电极的构成： a.活泼性不同的金属—锌铜原电池，锌作负极，铜作正极； b.金属和非金属（非金属必须能导电）—锌锰干电池，锌作负极，石墨作正极； c.金属与化合物—铅蓄电池，铅板作负极，二氧化铅作正极；d.惰性电极—氢氧燃料电池，电极均为铂。 · 电解液的选择：电解液一般要能与负极材料发生自发的氧化还原反应。 · 原电池正负极判断： 负极发生氧化反应，失去电子；正极发生还原反应，得到电子。 　　电子由负极流向正极，电流由正极流向负极。 溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极 二、反应本质 （1）能量转化：把化学能能转化为电能能 （2）反应本质：发生氧化还原反应。 三、工作原理（以锌铜原电池为例） （1）电极反应 ①负极：电子流出的一极，发生氧化反应； ②正极：电子流入的一极，发生还原反应。 （2）三个“流向” ①电子流向：负极正极 ②电流流向：正极负极正极 ③离子流向：阳离子→正极；阴离子→负极 （3）盐桥作用 ①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路 ②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性 ③隔离：使相互反应的物质不接触 四、原电池工作原理的运用： 1．比较金属活泼性 （1）基本规律：一般负极金属活泼 （2）特殊情况 ①强碱性溶液中，Mg-NaOH溶液-Al原电池中，Al负极 ②氧化性溶液中，Cu-浓硝酸-Fe原电池中，Cu是负极 ③铅蓄电池，负极质量增加，正极质量增加 2．加快氧化还原反应的速率 （1）一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。 ①向反应中加入少量不活泼金属的盐溶液 ②不纯的金属腐蚀速率快 （2）金属腐蚀速率：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀 （3）利用原电池原理可加快制氢气的速率，但可能影响生成氢气的量。需注意生成氢气的总量是取决于金属的量还是取决于酸的量。 ①足量的锌和一定量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量不变 ②一定量的锌和足量的稀硫酸反应，加入少量硫酸铜，产生氢气的量减少 3．设计原电池 （1）分析原电池反应，判断正负极和溶液 ①能设计成原电池的反应一定是自发的、放热的氧化还原反应 ②负极材料确定之后，正极材料的选择范围较广，只要合理都可以 （2）盐桥式原电池 ①导电：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路 ②平衡电荷：使由它连接的两溶液保持电中性，使电池能持续提供电流 ③隔离：相互反应的电极和溶液通过盐桥隔离开 4、用于金属的防护——牺牲阳极法 原理 利用原电池原理，让被保护金属做正极，一种活泼性较强的金属做负极，用导线相连 要求 被保护的金属作正极，活泼性更强的金属作负极 实例 要保护一个钢闸门，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极 例1.负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是 A．作原电池正极 B．电子由经活性炭流向 C．表面发生的电极反应： D．每消耗标准状况下的，最多去除 【答案】B 【解析】在Pt得电子发生还原反应，Pt为正极，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极。A．由分析可知，Cl-在Ag极失去电子发生氧化反应，Ag为负极，A错误；B．电子由负极经活性炭流向正极，B正确；C．溶液为酸性，故表面发生的电极反应为，C错误；D．每消耗标准状况下的，转移电子2mol，而失去2mol电子，故最多去除，D错误。 例2.锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是 A．铜电极上发生氧化反应 B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小 C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D．阴、阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡 【答案】C。 【解析】A项，由锌的活泼性大于铜，可知铜电极为正极，在正极上Cu2＋得电子发生还原反应生成Cu，错误；B项，由于阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，故甲池的c(SO2－4)不变，错误；C项，在乙池中Cu2＋＋2e－===Cu，同时甲池中的Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池中，由于M(Zn2＋)>M(Cu2＋)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2＋通过阳离子交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。 例3.等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是 【答案】D。 【解析】a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快反应速率，D项图示符合要求。 例4.M、N、P、E四种金属，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出；③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中，电极反应为E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。则这四种金属的还原性由强到弱的顺序是 A．P＞M＞N＞E B．E＞N＞M＞P C．P＞N＞M＞E D．E＞P＞M＞N 【答案】A。 【解析】由①知，金属活动性：M＞N；M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中，M表面有大量气泡逸出，说明M作原电池的正极，故金属活动性：P＞M；N、E构成的原电池中，N作负极，故金属活动性：N＞E。综合可知，A正确。 例5.为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有(　　) A．与石墨棒相连 B．与铜板相连 C．埋在潮湿、疏松的土壤中 D．与锌板相连 【答案】D 五、化学电源 1．化学电源的分类 2．一次电池 （1）特点：只能使用一次，不能充电复原继续使用 （2）代表：碱性锌锰干电池、酸性锌锰干电池 结构 碱性锌锰电池是一种常用的一次电池，其负极是Zn，正极是MnO2，电解质溶液是KOH溶液 电极 反应 负极 锌筒作负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极 石墨作正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 总反应 Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 特点 比能量较高，储存时间较长，可适用于大电流和连续放电 3．二次电池：又称可逆电池、蓄电池、可充电电池 （1）特点：放电后能充电复原继续使用 （2）代表：铅蓄电池 结构 铅酸蓄电池是由两组栅状极板交替排列而成，正极板上覆盖有PbO2，负极板覆盖有Pb，稀硫酸作电解质溶液 总反应 Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l) 放电时——原电池 负极反应 铅作负极：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s) 正极反应 二氧化铅作正极：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l) 充电时——电解池 阴极反应 PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq) 阳极反应 PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq) 特点 性能优良，价格便宜，可多次充放电；单位重量的电极材料释放的电能小。 4．燃料电池 （1）工作原理： 燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。电极本身不包含活性物质，只是一个催化转化元件。燃料电池工作时，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，生成物不断地被排出，于是电池就连续不断地提供电能代表：氢氧燃料电池 （2）电极：石墨电极材料 （3）特点：燃料电池没有燃烧现象。 ①清洁、安全、高效 ②燃料电池的利用率高、能量转化率高，能量转化率达到80%以上 ③与常规发电厂相比，其二氧化碳排放量明显降低 ④与干电池或者蓄电池的主要差别在于反应物不是储存在电池内部，而是从外部提供，这时电池起着类似试管、烧杯等反应器的作用 （4）优点：能量利用效率高、可连续使用、排放污染物少。 例6.普通锌锰干电池的简图如图所示，它是用锌皮制成的锌筒作电极，中央插一根碳棒，碳棒顶端加一铜帽。在石墨碳棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹作隔膜，隔膜外是用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状作电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于锌锰干电池的说法中正确的是(　　) A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原 B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极 D．外电路中每通过0.1 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g 【答案】C 【解析】普通锌锰干电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池工作原理，负极失电子，B项错误；由负极的电极反应式可知，每通过0.1 mol电子，消耗锌的质量是65 g·mol－1×＝3.25 g，D项错误。 例7.镍镉(Ni－Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是(　　) A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O B．充电过程是化学能转化为电能的过程 C．放电时负极附近溶液的碱性不变 D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动 【答案】A。 【解析】放电时Cd的化合价升高，Cd作负极，Ni的化合价降低，NiOOH作正极，则充电时Cd(OH)2作阴极，Ni(OH)2作阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项错误。 例8.如图1所示为铅蓄电池，图2所示为用铅蓄电池做电源，石墨做电极，电解溶液，Z为盐桥。下列说法正确的是 A．X连B极，Y连A极 B．铅蓄电池放电时，负极得电子被氧化，电极析出，质量越来越大 C．将Z换成阴离子交换膜，电解一小段时间后，X极区和Y极区溶液浓度均变小。 D．将Z换成铜片，电解一小段时间，Z的质量几乎不变 【答案】D 【解析】用铅蓄电池做电源，石墨做电极，电解溶液，Z为盐桥，铅蓄电池中铅为负极、氧化铅为正极，正极连接图2的Y极，负极连接X极，X极上氯离子失电子产生氯气，Y极上铜离子得电子产生铜。 A为负极，B为正极，即X连A极，Y连B极，A错误；负极失电子被氧化，B错误；若2是阴离子交换膜，Y为阳极，电极反应式为，同时左边溶液转移相同个数的到右边，X为阴极，电极反应式为，所以左边溶液浓度减小，理论上右边溶液浓度不变，C错误；若将Z换成铜片，相当于两个串联的电解池，X为阴极(电极反应式为)，Z左侧为阳极(电极反应式为)，Z右侧为阴极(电极反应式为)，Y为阳极(电极反应式为)，理论上Z的质量不变，D正确。 例9.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．储能过程中电能转变为化学能 C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧 D．充电总反应： 【答案】B 【解析】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。 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；储能过程中，该装置为电解池，将电能转化为化学能，B正确；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错误；充电时，总反应为PbSO4+2Fe2+=Pb++2Fe3+，D错误。 6、 电极反应式的书写 1．典型电池电极反应的产物 （1）含碳燃料的氧化产物 正常产物 酸性 碱性 碳酸盐溶液 熔融碳酸盐 O2－ CO2 CO2 CO32－ HCO3－ CO2 CO32－ （2）含氮燃料的氧化产物：与环境无关，都是氮气 （3）氢气的氧化产物 正常产物 酸性 碱性 中性 CO32－ O2－ H+ H+ H2O H+ CO2+H2O H2O （4）氧气的还原产物 正常产物 酸性 碱性 中性 CO2 O2－ H2O OH－ OH－ CO32－ 2．几种一次电池的电极反应式 （1）碱性锌锰干电池 ①电池反应：Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn（OH）2 ②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2 ③正极反应：2MnO2+2H2O+2e－2MnOOH+2OH－ （2）纽扣式锌银电池 ①电池反应：Zn+Ag2O+H2OZn（OH）2+2Ag ②负极反应：Zn+2OH－－2e－Zn（OH）2 ③正极反应：Ag2O+H2O+2e－2Ag+2OH－ 3．二次电池 （1）放电时为原电池，电极属性为正负极；充电时为电解池，电极属性为阴阳极 （2）阳极连正极，阴极连负极，电极反应和电极反应式相反，充放电时电极互变 ①充电时，阳极变成正极，阴极变成负极 ②放电时，正极变成阳极，负极变成阴极 （3）铅蓄电池：Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O ①负极反应：Pb+SO42－－2e－PbSO4 ②正极反应：PbO2+4H++SO42－+2e－PbSO4+2H2O ③阳极反应：PbSO4+2H2O－2e－PbO2+4H++SO42－ ④阴极反应：PbSO4+2e－Pb+SO42－ （4）钴酸锂电池：LixC6+Li1－xCoO2C6+LiCoO2 ①负极反应：LixC6－xe－C6+xLi+ ②正极反应：Li1－xCoO2+xLi+LiCoO2－xe－ ③阳极反应：LiCoO2－xe－Li1－xCoO2+xLi+ ④阴极反应：C6+xLi++xe－LixC6 （5）LaNi5H6+6NiOOHLaNi5+6Ni(OH)2（储氢合金和储氢物质中各元素的化合价均为0价） ①负极反应：LaNi5H6－6e－+6OH－LaNi5+6H2O ②正极反应：6NiOOH+6e－6Ni（OH）2+6OH－ ③阳极反应：6Ni（OH）2+6OH－－6e－6NiOOH+6H2O ④阴极反应：LaNi5+6H2O+6e－LaNi5H6+6OH－ 4．燃料电池 （1）燃料电池的电极材料 ①可燃物在负极上发生氧化反应，如氢气、甲烷、乙醇等还原剂 ②助燃物在正极上发生还原反应，如氧气、氯气等氧化剂 （2）燃料电池的总反应：可燃物的燃烧反应兼顾产物和溶液的反应 （3）燃料电池的正极反应式 （5）氧气在正极上的反应式 环境 氧气 氮气 酸性环境 4H++O2+4e－2H2O N2+6e－+8H+2NH4+ 碱性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3 中性环境 2H2O+O2+4e－4OH－ N2+6e－+6H+2NH3 熔融氧化物 O2+4e－2O2－ N2+6e－2N3－ 有CO2存在 O2+4e－+2CO22CO32－ （6）燃料电池的负极反应式 环境 甲烷 氢气 酸性环境 CH4+2H2O－8e－CO2+8H+ H2－2e－2H+ 碱性环境 CH4+10OH－－8e－CO32－+7H2O H2－2e－+2OH－2H2O 熔融碳酸盐 CH4+4CO32－－8e－5CO2↑+2H2O H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑ 碳酸盐溶液 CH4+9CO32－－8e－+3H2O10HCO3－ H2－2e－+CO32－H2O+ CO2↑ 熔融氧化物 CH4+5O2－－8e－CO32－+2H2O H2－2e－+O2－2H2O 环境 甲醇 肼 酸性环境 CH3OH+H2O－6e－CO2↑+6H+ N2H4－4e－N2↑+4H+ 碱性环境 CH3OH+8OH－－6e－CO32－+6H2O N2H4－4e－+4OH－N2↑+4H2O 熔融碳酸盐 CH3OH－6e－+3CO32－4CO2↑+2H2O 碳酸盐溶液 CH3OH +7CO32－－6e－+2H2O8HCO3－ 熔融氧化物 CH3OH +4O2－－6e－CO32－+2H2O N2H4－4e－+2O2－N2↑+2H2O 例10.高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为3Zn＋2K2FeO4＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。请回答下列问题： (1)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应，则负极反应式为________________________________，正极反应式为_________________________________________ (2)放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。 【答案】(1)还原　3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2 2FeO42—＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－ (2)正 【解析】根据高铁电池放电时的总反应式可知，Zn为负极，负极反应为3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2，由电池的总反应－负极反应＝正极反应可知，正极反应为2FeO42—＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，正极区生成OH－且消耗水，OH－浓度增大，故正极附近溶液的碱性增强。 例11.用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示)，NiO(OH)作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为：NiO(OH)＋MH===Ni(OH)2＋M 电池放电时，负极的电极反应式为________________________，正极反应式为__________________________。 【答案】MH－e－＋OH－===M＋H2O NiO(OH)＋H2O＋e－＋OH－===Ni(OH)2 【解析】负极实际上是稀土储氢合金吸附的H2失去电子生成H＋，H＋再与OH－结合生成H2O，所以负极的电极反应式为MH－e－＋OH－===M＋H2O。充电时阳极发生氧化反应，反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiO(OH)＋H2O。 例12.微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示。 (1)该微生物燃料电池，负极为_____(填“a”或“b”)，当电路中有0.5 mol电子发生转移，则有____ mol的H＋通过质子交换膜 (2)该电池正极反应式为：____________________________；负极反应式为：_____________________________ 【答案】(1)a　0.5 (2)2O2＋8e－＋8H＋===4H2O，HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋ 【解析】 (1)根据图示，在硫氧化菌作用下HS－转化为SO，发生氧化反应：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋；电极a上发生氧化反应，电极a为负极，b为正极，正极上发生还原反应：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O，当电路中有0.5 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜。 电解池原理与运用 1．电解和电解池 （1）电解：在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 （2）电解池：电能转化为化学能的装置。 （3）电解池的构成 ①有与直流电源相连的两个电极。 ②电解质溶液（或熔融电解质）。 ③形成闭合回路。 2．电解池的工作原理 （1）电极反应 ①阳极：连原电池的正极，发生氧化反应 ②阴极：连原电池的负极，发生还原反应 （2）三个“流向” ①电子流向：阳极阴极 ②电流流向：阴极阳极阴极 ③离子流向：阳离子→阴极；阴离子→阳极 （3）电势高低 ①原电池：正极＞负极 ②电解池：阳极＞阴极 电解电解质溶液的规律 1．电解时电极产物的判断 (1)阳极产物的判断： 惰性电极时，根据阴离子的还原性强弱顺序加以判断，阴离子的还原性越强，放电越容易。 阴离子的放电顺序：[Ag以前的金属]>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根>F－ (2)阴极产物的判断： 直接根据阳离子氧化性强弱顺序进行判断。阳离子的氧化性越强，放电越容易。 阳离子放电顺序Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(浓度大时，酸)>Sn2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(浓度小时，水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋ 2．用惰性电极电解电解质溶液的一般规律 类型 电极反应特点 电解质溶液 电解 对象 电解质 浓度 pH 电解质 溶液复原 电解水型 阴极：4H＋＋4e－===2H2↑； 阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 强碱(NaOH) 水 增大 增大 加水 含氧酸(H2SO4) 水 增大 减小 加水 活泼金属的含氧酸盐(Na2SO4) 水 增大 不变 加水 电解 电解质型 电解质电离出的阴、阳离子 分别在两极放电 无氧酸(HCl) 电解质 减小 增大 通氯化氢 不活泼金属的无氧酸盐(CuCl2) 电解质 减小 － 加氯化铜 放H2 生碱型 阴极：H2O放H2生成碱； 阳极：电解质阴离子放电 活泼金属的无氧酸盐(NaCl) 电解质和水 生成新 电解质 增大 通氯化氢 放O2 生酸型 阴极：电解质阳离子放电； 阳极：H2O放O2生成酸 不活泼金属的含氧酸盐(CuSO4) 电解质和水 生成新电解质 减小 加氧化铜 3．电解后溶液pH的变化规律 (1)电极区域 ①当阴极是由H＋放电产生H2时，阴极区pH变大； ②当阳极是由OH－放电产生O2时，阳极区pH变小。 (2)电解质溶液 ①电解过程中，既产生H2，又产生O2，实质是电解水，溶液浓度增大，因而原溶液若呈酸性，则pH变小；原溶液若呈碱性，则pH变大；原溶液若呈中性，则pH不变。 ②电解过程中，无H2和O2产生，pH几乎不变。 ③电解过程中，只产生H2，溶液中OH－浓度增大，pH变大；只产生O2，溶液中H＋浓度增大，pH变小。 电解原理的应用 一、用活泼电极电解溶液 1．电解精炼铜（含Zn、Ni、Fe、Ag、Au、Pt等杂质） （1）电解池的构成 ①粗铜作阳极 ②精铜作阴极 ③硫酸酸化的CuSO4溶液作电解液 （2）电极反应 ①阳极：Zn－2e－Zn2+、Fe－2e－Fe2+、Ni－2e－Ni2+、Cu－2e－Cu2+ ②阴极：Cu2++2e－Cu （3）精炼结果 ①比铜活泼的金属：变成阳离子留在溶液中 ②比铜不活泼的金属：形成阳极泥 ③铜在阴极上形成精铜 （4）反应特点 ①阳极材料被消耗，需要及时补充 ②溶液中的阴离子SO42－浓度不变 ③电解过程中原电解质溶液浓度减小 ④阳极减重量和阴极增重量的关系不确定 2．电镀 （1）电解池的构成 ①镀层金属作阳极 ②被镀物品作阴极 ③含镀层金属离子溶液作电解液 （2）电极反应 ①阳极：Cu－2e－Cu2+ ②阴极：Cu2++2e－Cu _ （3）反应特点 ①不能写出总反应方程式 ②电解过程中原电解质溶液浓度不变 3．用活泼电极电解制备物质 （1）用铁为阳极电解KOH溶液制备K2FeO4 ①阳极：Fe－6e－+8OH－FeO42－+4H2O ②阴极：2H2O+2e－H2↑+2OH－ ③电解：Fe+2KOH+2H2OK2FeO4+3H2↑ （2）用铜为阳极电解NaOH溶液制备Cu2O ①阳极：2Cu+2OH－－2e－Cu2O+H2O ②阴极：2H2O+2e－H2↑+2OH－ ③电解：2Cu+H2OCu2O+H2↑ 二、用惰性电极电解熔融物 1．电冶炼：制备K、Ca、Na、Mg、Al等活泼金属 （1）炼钠的方法：电解熔融的NaCl ①阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑ ②阴极反应：2Na++2e－2Na ③电解反应：2NaCl2Na+Cl2↑ （2）炼镁的方法：电解熔融的MgCl2 ①阳极反应：2Cl－－2e－Cl2↑ ②阴极反应：Mg2++2e－Mg ③电解反应：MgCl2Mg+Cl2↑ （3）炼铝的方法：电解熔融的Al2O3 ①阳极反应：2O2－－4e－O2↑ ②阴极反应：Al3++3e－Al ③电解反应：2Al2O34Al+3O2↑ ④不用氯化铝的原因：AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电 ⑤冰晶石的作用：作熔剂，降低氧化铝的熔点，节能 ⑥阳极石墨被氧气腐蚀，需定期更换 2．电解熔融的碳酸钠 （1）阳极反应：2CO32－－4e－O2↑+2CO2↑ （2）阴极反应：2Na++2e－2Na （2）电解反应：2Na2CO34Na+O2↑+2CO2↑ 例1．用石墨作电极，分别电解下列各物质的溶液： ①CuCl2　②CuSO4　③NaCl　④NaNO3　⑤HCl ⑥H2SO4　⑦KOH 其中只有水被电解的是(　C　) A．①②⑤ B．②④⑥⑦ C．④⑥⑦ D．③⑤⑥⑦ 例2．用惰性电极电解下列溶液，在阴、阳两极生成气体的体积比为1∶1的是(　A　) A．NaCl溶液 B．CuCl2溶液 C．CuSO4溶液 D．KOH溶液 例3．某电解质溶液中pH＝a，插入两支惰性电极通直流电一段时间后，溶液的pH＜a，则该电解质可能是(　D　) A．Ba(OH)2 B．HCl C．Na2SO4 D．AgNO3 例4．在水中加入等物质的量的Ag＋、Na＋、Ba2＋、NO、Cl－、SO，用惰性电极进行电解，一段时间后，在两极上得到的氧化产物和还原产物的质量之比为 (　A　) A．8∶1 B．2∶27 C．35.5∶108 D．108∶35.5 例6．用惰性电极电解含0.2 mol CuSO4的溶液一段时间后，阳极上生成标准状况下4.48 L气体，欲使电解质溶液恢复电解前的状况，应加入(　C　) A．0.2 mol CuSO4　　　 B．0.2 mol CuO C．0.2 mol Cu(OH)2 D．0.2 mol CuCO3 例7．在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料（TiSi），电解装置如图，下列说法正确的是（ ） A. 石墨电极为阴极，发生氧化反应 B. 电极A的电极反应： C. 该体系中，石墨优先于Cl-参与反应 D. 电解时，阳离子向石墨电极移动 【答案】C 【解析】由图可知，在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，与电源正极相连，则电极A作阴极，TiO2和SiO2获得电子产生电池材料（TiSi），电极反应为。在外加电源下石墨电极上C转化为CO，失电子发生氧化反应，为阳极，A错误；电极A的电极反应为，B错误；根据图中信息可知，该体系中，石墨优先于Cl-参与反应，C正确；电解池中石墨电极为阳极，阳离子向阴极电极A移动，D错误；故选C。 例8．以熔融盐为电解液，以含和等的铝合金废料为阳极进行电解，实现的再生。该过程中 A. 阴极发生的反应为 B. 阴极上被氧化 C. 在电解槽底部产生含的阳极泥 D. 阳极和阴极的质量变化相等 【解析】根据电解原理可知，电解池中阳极发生失电子的氧化反应，阴极发生得电子的还原反应，该题中以熔融盐为电解液，含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，通过控制一定的条件，从而可使阳极区Mg和Al发生失电子的氧化反应，分别生成Mg2+和Al3+，Cu和Si不参与反应，阴极区Al3+得电子生成Al单质，从而实现Al的再生，据此分析解答。阴极应该发生得电子的还原反应，实际上Mg在阳极失电子生成Mg2+，A错误；Al在阳极上被氧化生成Al3+，B错误；阳极材料中Cu和Si不参与氧化反应，在电解槽底部可形成阳极泥，C正确；因为阳极除了铝参与电子转移，镁也参与了电子转移，且还会形成阳极泥，而阴极只有铝离子得电子生成铝单质，根据电子转移数守恒及元素守恒可知，阳极与阴极的质量变化不相等，D错误；故选C。 例9．通过电解废旧锂电池中的可获得难溶性的和，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是 A.电极A为阴极，发生还原反应 B.电极B的电极发应： C.电解一段时间后溶液中浓度保持不变 D.电解结束，可通过调节除去，再加入溶液以获得 【解析】由电解示意图可知，电极B上Mn2+转化为了MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；由电解示意图可知，电极B上Mn2+失电子转化为了MnO2，电极反应式为：2H2O+Mn2+-2e-=MnO2+4H+，B正确；电极A为阴极，LiMn2O4得电子，电极反应式为：2LiMn2O4+6e-+16H+=2Li++4Mn2++8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，反应生成了Mn2+，Mn2+浓度增大，C错误；电解池总反应为：2LiMn2O4+4H+=2Li++Mn2++3MnO2+2H2O，电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确；故选C。 金属的腐蚀和电化学防护 1．金属的腐蚀 （1）化学腐蚀 ①反应类型：普通的化学反应 ②特点：无电流产生，电子直接转移给氧化剂 （2）电化腐蚀 ①反应类型：原电池反应 ②特点：有电流产生，电子间接转移给氧化剂 （3）普遍性：两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍 2．电化学腐蚀的类型 （1）析氢腐蚀 ①形成条件：水膜酸性较强 ②特点：在密闭容器中气体压强增大 （2）吸氧腐蚀 ①形成条件：形成条件：水膜酸性很弱或呈中性甚至碱性 ②特点：在密闭容器中气体压强减小 （3）特殊性：在酸性条件下，氢前的活泼金属发生析氢腐蚀，氢后的不活泼金属发生吸氧腐蚀 （4）普遍性：吸氧腐蚀更为普遍 3．钢铁吸氧腐蚀的过程 （1）腐蚀过程 ①负极反应：Fe－2e－Fe2+ ②正极反应：2H2O+O2+4e－4OH－ ③电池反应：2Fe+2H2O+O22Fe（OH）2 （2）后续反应 ①氧化反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3 ②部分分解：2Fe（OH）3Fe2O3·xH2O +（3－x）H2O （3）铁锈成分：Fe2O3的复杂水合物（Fe2O3·nH2O） （4）铁在无氧条件下的生锈过程：FeFe2+Fe(OH)2 4．金属的电化学防护 （1）原电池防护法：牺牲阳极的阴极保护法 ①负极：比被保护金属活泼的金属 ②正极：被保护的金属设备 （2）电解池防护法：外加电流的阴极保护法 ①阳极：惰性电极 ②阴极：被保护的金属设备 5．金属腐蚀速率的比较 （1）同一金属：离子浓度大＞离子浓度小＞非电解质 （2）同一电解液 ①电解质浓度越大，金属腐蚀越快 ②电解腐蚀＞原电池腐蚀＞化学腐蚀＞有防护的腐蚀 （3）不同金属、同一电解液：两金属活动性相差越大，活泼金属腐蚀越快 例1.支撑海港码头基础的防腐技术，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述正确的是        A．高硅铸铁作用为传递电流和损耗阳极材料 B．通电后外电路电子被强制从钢管桩流向高硅铸铁 C．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 D．该防腐技术为牺牲阳极的阴极保护法 【答案】C 【解析】A．高硅铸铁为惰性辅助阳极，作用为传递电流，没有作损耗阳极材料，A错误；B．高硅铸铁为阳极，通电后，电子从阳极（高硅铸铁）经导线流向电源正极，负极流向阴极（钢管柱），B错误；C．钢管桩为电解池的阴极，没有被损耗，其表面腐蚀电流接近为零，C正确；D．在电流的作用下，该装置为外接电源的阴极保护法，D错误；故选C。 例2.下列有关金属的腐蚀与防护叙述正确的是 A．铁管上镶嵌锌块，采用的是牺牲阳极法使铁不易被腐蚀 B．用锡焊接的铁质品，焊接处不易腐蚀 C．用铁电极电解饱和食盐水： D．用外加电流法保护钢铁设备时，将设备连接电源正极 【答案】A 【解析】A．铁块上镶嵌锌块，锌金属活动性强于铁，作负极起到保护铁管的作用，采用的是牺牲阳极的阴极保护法，A正确；B．铁的金属活动性强于锡，用锡焊接的铁制品，焊接处铁作负极较易被腐蚀，B错误；C．用铁作电极电解饱和食盐水，阳极上铁失电子而不是氯离子失电子，C错误；D．用外加电流法保护钢铁设备，设备连接电源负极，D错误；故选A。 例3.下列关于金属的电化学腐蚀与防护的说法正确的是 A．铜板打上铁铆钉后，铜板更易被腐蚀 B．钢闸门与电源的负极相连，可防止钢闸门腐蚀 C．金属M比铁活泼，电子由钢铁输水管流出 D．阴极的电极反应式为 【答案】B 【解析】A．铜板打上铁铆钉后，铁、铜与水膜形成原电池，铜做正极被保护，则铜板不易被腐蚀，故A错误；B．钢闸门与电源的负极相连防止钢闸门腐蚀的方法为外加直流电源的阴极保护法，故B正确；C．金属M比铁活泼，在潮湿的环境中M与铁构成原电池，M做负极被损耗，则电子由金属M流出，故C错误；D．由图可知，与电源负极相连的铁管道为电解池的阴极，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—=2OH—+H2↑，故D错误；故选B。 特殊形式的电化学装置 一、含离子交换膜电化学装置分析 1．离子交换膜在电解池中的作用 （1）隔离：将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触 ①防止副反应发生，避免影响所制取产品的质量 ②防止副反应发生，避免引发不安全因素（如爆炸） （2）通透：能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用 （3）实例：氯碱工业中阳离子交换膜的作用 ①平衡电荷，形成闭合回路； ②防止Cl2和H2混合而引起爆炸； ③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量； ④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。 2．常见的离子交换膜（隔膜） （1）阳离子交换膜：简称阳膜，只允许阳离子通过 （2）阴离子交换膜：简称阴膜，只允许阴离子通过 （3）质子交换膜：只允许氢离子通过 3．含离子交换膜电化学装置的几个区域 （1）原料区 ①主料区：加入原料的浓溶液，流出原料的稀溶液 ②辅料区：加入辅料的稀溶液，流出辅料的浓溶液 （2）产品区：产品中的阴阳离子通过离子交换膜进入该区域 （3）缓冲区：两侧的离子交换膜属性相同，起防漏的保护作用 （4）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 装置 问题 根据O2~4e－~4H+，阳极产生lmol O2时，有4mol H+由阳极移向阴极，则阳极溶液的质量减轻32g+4g＝36g 二、多池串联池属性的判断 1．有外接电源的全部都是原电池 2．无明显外接电源的一般只有1个原电池，其余全是电解池 （1）有盐桥的是原电池 （2）有燃料电池的是原电池 （3）能发生自发氧化还原反应的装置为原电池 （4）多个自发，两电极金属性相差最大的为原电池 3．电极的连接顺序：负→阴→阳→阴→…→阳→正 4．串联电路的特点：每一个电极转移的电子数都相等 三、电化学的相关计算 1．方法：电子守恒和电荷守恒列关系式 （1）电子守恒：两极得失电子数相等 ①串联电路各支路转移的电子数相同，按支路算 ②并联电路总电子数等于支路电子数之和，按干路算 （2）电荷守恒：1个电子对应1个正电荷或负电荷 （3）常用关系式：O2~4e－~4Ag~2Cu~2H2~2Cl2~4OH－~4H+~Mn+ 2．电化学计算的物理公式 （1）电量公式：Q＝It＝nNAq＝nF （2）电能公式：W＝UIt＝UQ ①n——得失电子的物质的量（mol） ②NA——阿伏加德罗常数（6.02×1023mol－1） ③q——1个电子所带的电量（1.60×10－19C） ④I——电流强度（A） ⑤t——时间（s） ⑥F——法拉弟常数（96500C/mol） ⑦U——电压（V） ⑧W——电能（J） 3．几个注意问题 （1）气体体积相关计算时，必须注明标准状况 （2）计算含交换膜电化学装置中某一区域质量变化，注意离子的迁移 4． “隔膜”电解池的解题步骤 第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。 第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。 第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。 例1．某兴趣小组设计如图微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。下列有关描述正确的是(　D　) A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为2H＋＋2Cl－Cl2↑＋H2↑ B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红 C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－ D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极 例2．用如图所示的装置进行电解。通电一段时间，发现湿润的淀粉­KI试纸的C端变为蓝色。 (1)E为电源的____极，F为电源的____极。 (2)A中发生反应的化学方程式为_____________________________________________。 (3)在B中观察到的现象是___________________________________________________。 (4)D端的电极反应式为____________________________________。 例3．我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是（ ） A. b电极反应式为 B. 离子交换膜为阴离子交换膜 C. 电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜 D. 海水为电解池补水的速率为 【答案】D 【解析】由图可知，该装置为电解水制取氢气的装置，a电极与电源正极相连，为电解池的阳极，b电极与电源负极相连，为电解池的阴极，阴极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，电池总反应为2H2O2H2↑+O2↑，据此解答。b电极反应式为b电极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正确；该装置工作时阳极无Cl2生成且KOH浓度不变，阳极发生的电极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，为保持OH-离子浓度不变，则阴极产生的OH-离子要通过离子交换膜进入阳极室，即离子交换膜应为阴离子交换摸，故B正确；电解时电解槽中不断有水被消耗，海水中的动能高的水可穿过PTFE膜，为电解池补水，故C正确；由电解总反应可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率为，则补水的速率也应是，故D错误；故选D。 例4．下列说法正确的是    A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中向右侧电极移动 B．甲池通入的电极反应为 C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量固体能使溶液恢复到原浓度 D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体 【答案】D 【分析】由图可知，甲为原电池，甲醇通入极为负极，氧气通入极为正极，乙为电解池，石墨为阳极，Ag为阴极，丙为电解池，左侧Pt电极为阳极，右侧Pt电极为阴极，据此作答。 【解析】A．乙池中石墨电极为阳极，溶液中氢氧根离子放电生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，丙为电解池，阴离子向阳极(左侧Pt电极)移动，故A错误； B．在燃料电池甲池中，负极是甲醇发生失电子的氧化反应，在碱性电解质下的电极反应为CH3OH-6e-+8OH-=+6H2O，故B错误； C．电解池乙池中，电解后生成硫酸、铜和氧气，要想复原，要加入氧化铜，故C错误； D．丙池是电解池，左侧电极是阳极，开始生成氯气，电极反应式为2Cl--2e=Cl2↑，当氯离子消耗完以后，电极继续生成氧气，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，故左侧电极可能得到混合气体，故D正确； 故选D。 例5．回答下列问题： (1)图中甲装置为碱性燃料电池，其电极均为电极，装置乙中，C、D电极为电极，其表面均覆盖着，其电解液为稀溶液。 ①甲装置中能量的转化形式主要为 。 ②写出乙装置中D极的电极反应式 。 ③当有46g二甲醚参加反应时，电路中通过的电子的数目为 。 (2)钢铁锈蚀图如图丙所示： ①钢铁锈蚀的负极反应式为 。 ②钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应式为 。 (3)我国的科技人员为了消除的污染，利用原电池原理，变废为宝，设计由和来制备硫酸，设计装置如图丁所示，电极A、B为多孔的惰性材料，则A极为 (填“正极”或“负极”)，B极的电极反应式是 。 【答案】(1)化学能转化为电能 12NA (2) (3)正极 【解析】（1）由图可知，装置甲为二甲醚燃料电池，通入二甲醚的A电极为负极，通入氧气的B电极为正极，装置乙为电解池，与负极相连的D电极为阴极，与正极相连的C电极为阳极； ①由分析可知，装置甲为化学能转化为电能的二甲醚燃料电池； ②装置乙为电解池，与负极相连的D电极为阴极，硫酸铅在阴极得到电子发生还原反应生成铅和硫酸根离子，电极反应式为； ③由分析可知，通入二甲醚的A电极为负极，二甲醚碱性条件下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CH3OCH3＋16OH－－12e－=2CO＋11H2O，则当有46g二甲醚参加反应时，电路中通过的电子的数目为×12×NAmol—1=12NA； （2）①钢铁锈蚀时，铁做原电池的负极，碳为正极，铁在负极失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式为； ②钢铁发生吸氧腐蚀时，铁做原电池的负极，碳为正极，水分子作用下，氧气在正极得到电子发生还原反应生成氢氧根离子，电极反应式为； （3） 由图可知，该装置为原电池，通入氧气的A电极为正极，通入二氧化硫的B电极为负极，水分子作用下，二氧化硫在负极失去电子发生氧化反应生成硫酸根离子和氢离子，电极反应式为。 电化学中的“晶胞结构”分析应用 例1．镍钴锰三元材料中Ni为主要活泼元素，镍钴锰电极材料可表示为Li1－nNixCoyMnzO2，x＋y＋z＝1，通常简写为Li1－nMO2，Ni、Co、Mn三种元素分别显＋2、＋3、＋4价。下列说法正确的是(　　) A．放电时Ni元素最先失去电子 B．在Li1－nMO2材料中，若x∶y∶z＝2∶3∶5，则n＝0.3 C．可从充分放电的石墨电极中回收金属锂 D．充电时，当转移n mol电子，两极材料质量差为14n g 答案：B 解析：图为原电池时，A极LinC6，B极Li1－nMO2，隔膜中X通过，应该为Li＋，原电池中阳离子定向移动到正极，故B为正极，电极反应为Li1－nMO2＋ne－＋nLi＋===LiMO2；A为负极，电极反应为LinC6－ne－===nLi＋＋C6，电极总反应为Li1－nMO2＋LinC6===LiMO2＋C6；Ni、Co、Mn中金属性最强的为Mn，放电时Mn元素最先失去电子，选项A错误；在Li1－nNixCoyMnzO2中，x＋y＋z＝1，Ni、Co、Mn三种元素分别显＋2、＋3、＋4价，若x∶y∶z＝2∶3∶5，根据化合物中元素正负化合价的代数和为0可得：＋1×(1－n)＋(＋2×0.2)＋(＋3×0.3)＋(＋4×0.5)＋(－2)×2＝0，解得n＝0.3，选项B正确；B电极反应为Li1－nMO2＋ne－＋nLi＋===LiMO2，不能通过充分放电的石墨电极中回收金属锂，选项C错误；充电时阴极发生反应nLi＋＋C6＋ne－===LinC6，当转移n mol电子时，有n mol Li＋进入负极材料中，故理论上负极材料增加n mol Li，质量增加7n g，阳极LiMO2－ne－===Li1－nMO2＋nLi＋，质量减少7n g，故两极材料质量变化量相差为14n g，而无法确定两极质量差，选项D错误。 例2．LiFePO4的晶胞结构示意图如(a)所示。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和四面体。电池充放电时，LiFePO4脱出或嵌入Li＋形成结构示意图如(b)所示。下列说法正确的是(　　) A．每个Li1－xFePO4晶胞中Li＋个数为1－x B．图(b)中x＝0.187 5 C．图(b)中n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝3∶13 D．当FePO4转化为Li1－xFePO4时，每转移电子(1－x) mol，嵌入4(1－x) mol Li＋ 答案：B 解析：Li＋位于晶胞的顶点、侧面和棱上，故晶胞中Li＋个数＝8×＋3×＋3×＝个，A错误；对比(a)和 (b)晶胞结构可发现Li1－xFePO4比LiFePO4少了面心的一个Li＋和一个棱上的Li＋，由分析可知LiFePO4晶胞的化学式为Li4Fe4P4O16，(b)比(a)少Li＋＝×1＋1×＝0.75，则Li1－xFePO4晶胞为Li3.25Fe4P4O16 ，所以(1－x)∶1＝3.25∶4，x＝0.187 5，B正确；设Fe2＋ 、Fe3＋数目分别为x、y，则x＋y＝1，根据化学式中正负化合价绝对值相等，则(1－0.187 5)＋2x＋3y＋5＝4×2，解出x＝0.812 5，y＝0.187 5，则n(Fe2＋)∶n(Fe3＋)＝x∶y＝0.812 5∶0.187 5＝13∶3，C错误；FePO4转化为Li1－xFePO4电极反应式为：FePO4＋(1－x)e－＋(1－x)Li＋===Li1－xFePO4，每转移电子(1－x) mol，嵌入(1－x) mol Li＋，D错误。 例3．硫化锌是一种优良的宽带隙半导体锂离子电池负极材料，具有在充电的同时合金化反应的特点。在充电过程中负极材料晶胞的组成变化如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．当1 mol ZnmS完全转化为ZnnS时，转移电子数为2 mol B．在ZnmS体对角线的一维空间上会出现“ ”的排布规律 C．当ZnmS完全转化为LixZnyS时，每转移6 mol电子，生成3 mol LiZn(合金相) D．若Li2S的晶胞参数为a nm，则EF间的距离为a nm 答案：B 解析：ZnmS晶胞中，均摊的Zn2＋和S2－均为4个，m＝1，ZnnS中均摊的Zn2＋和S2－均为2个，n＝1，即化学式均为ZnS，故转化过程中只是原子的排列方式发生改变，价态没有发生变化，故转移的电子数为0，A错误；根据ZnmS结构，体对角线的一维空间上会出现“ ”的排布规律，B正确；当ZnmS完全转化为LixZnyS时，Li＋、Zn2＋转化为LiZn合金，生成1 mol LiZn转移3 mol电子，每转移6 mol电子，生成2 mol LiZn(合金相)，C错误；若Li2S的晶胞参数为a nm，将晶胞切三刀分为8个小立方体，则E在左后上立方体体心，则EF间的距离为 nm＝a nm，D错误。 例4．通过Zn2＋在MnO晶体(正极)中嵌入和脱嵌，实现电极材料充放电的原理如图所示。 下列说法正确的是(　　) A．①为MnO活化过程，其中Mn的价态不变 B．每个Mn0.610.39O晶胞中含有0.61个Mn2＋ C．②代表充电过程，③代表放电过程 D．每个Mn0.610.39O晶胞完全转化为ZnxMn0.610.39O晶胞，转移电子数为8x 答案：D 解析：MnO中Mn为＋2价，Mn0.610.39O中设Mn化合价为x，由化合物中正负化合价代数和为0知，0.61x－2×1＝0，解得x＝＋价，价态发生变化，A错误；Mn0.610.39O的1个晶胞中，O原子占据8个顶点，6个面心，O原子数为8×＋6×＝4，则1个晶胞中含有4×0.61Mn＋，B错误；由图知，②为Mn0.610.39O＋xZn2＋＋2xe－===ZnxMn0.610.39O，故为放电过程，Zn2＋在正极中嵌入，③为ZnxMn0.610.39O－2xe－===xZn2＋＋Mn0.610.39O，即Zn2＋在电极上脱嵌，故为充电过程，C错误；由B可知，每个Mn0.610.39O晶胞中含有4个O原子，由C中电极反应知，每个Mn0.610.39O晶胞完全转化为ZnxMn0.610.39O，转移电子为4×2x＝8x，D正确。 例5．磷酸铁锂电池在充放电过程中表现出了良好的循环稳定性，具有较长的使用寿命，放电时的反应为：LixC6＋Li1－xFePO4===6C＋LiFePO4。图1为某磷酸铁锂电池的切面，图2为LiFePO4晶胞充放电时Li＋脱出和嵌入的示意图。其中O围绕Fe和P分别形成正八面体和正四面体，它们通过共顶点、共棱形成空间链结构。下列说法错误的是(　　) A．放电时，负极反应：LixC6－xe－===xLi＋＋6C B．(a)过程中1 mol晶胞转移的电子数为NA C．(b)代表放电过程，Li＋脱离石墨，经电解质嵌入正极 D．充电时的阳极反应：LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋ 答案：B 解析：从总反应分析，LixC6变为C和Li＋为氧化反应，该极为原电池的负极。而Li1－xFePO4变为LiFePO4发生还原反应，它为原电池的正极。由上分析，放电的负极为LixC6－xe－===xLi＋＋6C，A项正确；a过程由于Fe2＋化合价升高为Fe3＋，为了平衡电荷Li＋脱嵌减少。从图看晶胞中减少了棱上1个和面心的一个Li＋总共减少＋＝，所以1 mol晶体中转移NA电子，B项错误；放电时，该材料在正极发生还原反应，即Fe由＋3变为＋2，为b过程，Li＋嵌入正极，C项正确；充电时的总反应为6C＋LiFePO4===LixC6＋Li1－xFePO4，阳极发生氧化反应为LiFePO4－xe－===Li1－xFePO4＋xLi＋，D项正确。 巩固提高： 1.中国科学院物理研究所发明了一种以对苯二甲酸二钠复合材料和硬碳(多孔形态，化学式为C)为电极材料的有机钠离子电池，其内部结构如下图所示，放电时，a电极发生如下变化： 下列说法错误的是（ ） A. 放电时，a电极电势高于b电极 B. 充电时，向b电极移动 C. 放电时，b电极的电极反应式为 D. 用该电池为一个60200mAh的充电宝充满电，a电极质量增加51.75g(，一个电子的电量，为) 1、C【分析】放电时，a电极发生反应：，说明Na+移向a电极，a电极为正极，b电极为负极，以此解答。 【详解】A．由分析可知，放电时，a电极为正极，b电极为负极，a电极电势高于b电极，A正确； B．由分析可知，放电时，a电极为正极，b电极为负极，则充电时，a电极为阳极，b电极为阴极，向阴极移动，B正确； C．由分析可知，放电时，a电极为正极，b电极为负极，电极方程式为：，C错误； D．a电极为正极，电极方程式为：+2e-+2Na+= ，a电极质量增加51.75g时，参与反应的n(Na+)= =2.25mol，转移2.25mol电子，充入电量为，D正确； 2.新能源是当今的热门话题，储氢材料是新能源领域研究的中心之一、利用如图所示装置可实现有机物的储氢，下列有关说法正确的是 A．左侧装置工作时，盐桥内的K+向锌电极一端移动 B．电极C和电极D上发生的反应类型相同 C．气体X的主要成分是H2 D．H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应 2、D【解析】左侧铜锌原电池中，锌为负极，铜为正极，右侧电解池中，电极C为阴极，发生还原反应，电极D为阳极，发生氧化反应。 A．铜锌原电池工作时，锌为负极，铜为正极，阴离子向负极移动，盐桥中氯离子向锌电极一端移动，A错误； B．电极C发生还原反应，电极D发生氧化反应，反应类型不同，B错误； C．电极D为阳极，发生氧化反应，溶液中氢氧根离子放电，生成氧气，C错误； D．电解池工作时，阳离子从阳极室移向阴极室，H+透过高分子膜从右室进入左室，在电极C上发生还原反应，D正确； 3.羟基自由基（•OH）有极强的氧化性，其氧化性仅次于氟单质。我国科学家设计的一种能将苯酚（）氧化为和的原电池⑤电解池组合装置如图所示，该装置能实现发电、环保二位一体。下列说法正确的是（ ） A．该装置工作时，电流方向为电极b→Ⅲ室→Ⅱ室→Ⅰ室→电极a B．装置工作时，c极区溶液碱性明显增强 C．电极d的电极反应式为 D．当电极b上有0.6mol生成时，电极c、d两极共产生气体22.4L（标准状况） 3、A【解析】A根据装置图可知左边是原电池装置，右边是电解池装置，a电极上Cr元素从+6价变成+3价，化合价降低，得到电子，发生还原反应，则a为正极，b为负极； 苯酚废水在d处被氧化，d处水分子失去电子形成羟基自由基，发生氧化反应，则d为电解池阳极，c为电解池阴极。根据分析可知，a为正极，b为负极，该装置工作时，内电路电流由b极经Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ室流向a极，A正确； B电极c上的电极反应式为，与此同时，有从阳极室透过质子交换膜进入阴极室，因此c极区溶液碱性不会增强，B错误； C.电极d为阳极，电极反应式为，C错误； D.电极b的电极反应式为，电极c的电极反应式为，电极d上的电极反应式为，可进一步氧化苯酚，化学方程式为，当电极b上有0.6mol生成时，电极c、d两极共产生气体44.8L（标准状况），D项错误。 4.铅（Ⅳ）/铅（Ⅱ）—铁（II）/铁（Ⅲ）储能电池原理如图所示，储能时被氧化，下列说法正确的是 A. a膜为阳离子交换膜 B. 放电时正极质量减小 C. 放电时正极反应为 D. 充电总反应为 4、D【分析】由储能时硫酸铅被氧化可知，充电时，左侧电极为电解池的阳极，水分子作用下硫酸铅在阳极失去电子发生氧化反应生成二氧化铅和氢离子，电极反应式为，右侧电极为阴极，铁离子在阴极得到电子发生还原反应生成亚铁离子，电极反应式为，溶液中硫酸根离子通过阴离子交换膜a由右侧移向左侧，总反应为；放电时，左侧电极为正极，酸性条件下二氧化铅在正极得电子发生还原反应生成硫酸铅和水，右侧电极为负极，亚铁离子失电子发生氧化反应生成铁离子。 【详解】A．由分析可知，交换膜a为阴离子交换膜，故A错误； B．由分析可知，放电时，左侧电极为正极，酸性条件下二氧化铅在正极得到都发生还原反应生成硫酸铅和水，电极的质量增大，故B错误； C．由分析可知，放电时，左侧电极为正极，酸性条件下二氧化铅在正极得到都发生还原反应生成硫酸铅和水，电极反应式为，故C错误； D．由分析可知，充电总反应为，故D正确； 5. 下图是一种能将底物通过电化学转化为电能的微生物燃料电池，可以大大提高能量转化效率，以下说法不正确的是 A. 理论上，每消耗1mol，就有4mol B. 两种微生物的存在保证了S元素循环的作用 C. 负极电极反应式为： D. 升高温度，可以有效提高该电池的放电效率通过交换膜 5、D【分析】硫酸盐还原菌可以将有机物氧化成、和，由的移动方向可知，a是负极，在硫氧化菌作用下转化为，失电子发生氧化反应，反应式为：；b是正极，氧气得电子发生还原反应，反应式为：，两种细菌存在，循环作用把有机物氧化成，放出电子。【详解】A．正极的电极反应式为，1mol氧气参加时，有4mol电子转移，故有4mol通过，故A正确； B．硫氧化菌将氧化为，硫酸盐还原菌将还原为，恰好完成了S元素的循环，故B正确； C．由分析可知，a电极为负极，负极反应为：，故C正确； D．升高温度会把微生物杀死，导致该电池失活，故D不正确； 6.我国科学家设计可同时实现制备和海水淡化的新型电池，其工作原理如图所示。下列说法正确的是 A. 电极上的电势 B. d是阳离子交换膜 C. 电极上的电极反应式为 D. 工作过程中，正极区溶液的减小 6、C【分析】由图可知，电极a为原电池的正极，氢离子在正极得到电子发生还原反应生成氢气，电极反应式为2H++2e—=H2↑，电极b为负极，碱性条件下肼在负极失去电子发生氧化反应生成氮气和水，电极反应式为↑，原电池工作时，中间区域的氯化钠溶液中钠离子经阳离子交换膜c进入正极区，氯离子经阴离子交换膜d加入负极区； 【详解】A．由图中信息可知，电极为正极、电极为负极，正极电势较高，A错误； B．d是阴离子交换膜，以利于海水中的进入负极区，错误； C．肼转化为时发生的是失电子的氧化反应，正确； D．工作中正极区不断被消耗，溶液的不断增大，D错误； 7.我国科学家设计的一种三室电池既能净化污水，又能淡化海水，同时还可回收其中的能量，用葡萄糖溶液（足量，代替污水）氯化钠溶液（足量，代替海水）和100mL 1.1盐酸模拟工作原理的示意图如下，下列说法正确的是 A. 外电路中的电流方向为电极A→电极B B. 该电池的正极反应为 C. 常温下，当电路中有0.1mol 通过时，盐酸的pH＝2 D. 离子交换膜A可以是阳离子交换膜也可以是阴离子交换膜，但不能与离子交换膜B相同 7、B【分析】B极室通入氧气，氧气发生还原反应，则B是正极、A是负极； 【详解】A．电极A为负极，外电路中电子的流动方向为电极A→电极B，故A错误； B．电极B为正极，电解质溶液为盐酸，氧气得电子发生还原反应生成水，电极反应为，故B正确； C．电路中有0.1mol 通过时，减少了0.1mol，所以c(H+)=，盐酸的pH＝1，故C错误； D．B是正极、A是负极，为淡化海水，离子交换膜A为阴离子交换膜，离子交换膜B为阳离子交换膜，故D错误； 8.利用下图电池装置可验证不同化合价铁元素的相关性质。 已知：电池装置中，盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率(如下表)应尽可能地相近；两烧杯中溶液体积相等。下列说法正确的是 离子 Li+ Na+ Ca2+ K+ Cl- 4.07 5.19 6.59 7.62 4.61 7.40 7.91 8.27 A. 根据上表数据，盐桥中应选择KNO3作为电解质 B. 石墨电极上对应的电极反应式为： C. 反应一段时间后，当右池中时，左池中 D. 盐桥中的阴离子进入石墨电极一侧溶液中 8、C【分析】由题意和图知，铁电极为负极，电极反应式为，石墨电极为正极，电极反应式为，由此回答。 【详解】A．Fe2＋、Fe3＋能与反应，Ca2＋与不能大量共存，FeSO4、Fe2(SO4)3都属于强酸弱碱盐，水溶液呈酸性，酸性条件下能与Fe2＋反应，根据题意“盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应”，盐桥中阴离子不可以选择、，阳离子不可以选择Ca2＋，盐桥中阴、阳离子的迁移率（u∞）应尽可能地相近，根据表中数据，盐桥中应选择KCl作为电解质，A错误； B．由分析知，石墨电极为正极，电极反应式为，B错误； C．由图知，右池中原，发生反应为，现，即，在此过程中增加了0.10mol/L，转移的电子数为0.10mol/L，则由负极反应式知，左池中增加了0.05mol/L，即左池中，C正确； D．盐桥中的阴离子流向负极，由分析知，进入铁电极一侧溶液中，D错误； 9、高铁酸钠（Na2FeO4）是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是（　　） A. Fe为阳极，电极反应式：Fe－6e－ ＋8OH－= FeO42−＋4H2O B. 放电过程中，甲溶液NaOH浓度增大 C. 离子交换膜a是阳离子换膜 D. 当电路中通过1 mol电子的电量时，中间隔室中离子数目减少NA 9、D【解析】　由题可知，铁元素化合价升高，发生氧化反应，为阳极，电极反应式：Fe－6e－ ＋8OH－=FeO42−＋4H2O，A正确；铜电极为阴极，水得电子：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，生成氢气和氢氧根离子，导致阴极室溶液产生大量OH－，为了平衡电荷，中间隔室中的Na＋通过离子交换膜a，移向阴极室，故离子交换膜a为阳离子交换膜，所得溶液甲为NaOH浓溶液，B、C正确；铜电极上电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋ 2OH－，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成1 mol OH－，中间室有1 mol钠离子进入阴极室，同时有1 mol氢氧根离子进入阳极室，故中间隔室中离子数目减少2NA，D错误。 10、利用光能源可以将CO2转化为重要的化工原料C2H4（电解质溶液为稀硫酸），同时可为制备次磷酸（H3PO2）提供电能，其工作原理如图所示。下列说法错误的是（　　） A. Y极为阴极 B. 标准状况下，当Z极产生11.2 L O2时，可生成H3PO2的数目为1NA C. a、b、d为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜 D. W极的电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－=  C2H4＋4H2O 10、B【解析】　由图可知，左侧装置为原电池，其中Z极是负极，发生氧化反应2H2O－4e－= O2↑＋4H＋，W极是正极，发生还原反应2CO2＋12H＋＋12e－= C2H4＋4H2O，则与Z极相连的Y极为阴极，A、D正确；右侧装置为电解池，Y极与原电池负极（Z极） 连接，是电解池阴极，发生还原反应2H2O＋2e－= H2↑＋2OH－，X极与原电池正极（W极） 连接，是电解池阳极，发生氧化反应2H2O－4e－= O2↑＋4H＋，标准状况下，产生11.2 L O2（即0.5 mol）时，根据电极反应式，转移2 mol电子，X极上也应失去2 mol电子，从而生成2 mol H3PO2，B错误；电解质溶液中H＋由左到右穿过a膜，原料室中Na＋通过d膜进入N室保证电荷守恒，H2PO2−通过c膜进入产品室，M室中生成的H＋通过b膜进入产品室，C正确。 11、以铅蓄电池供电，利用双极膜（双极膜是一种复合膜，在直流电作用下，中间界面内水解离为H＋和OH－，并使其定向通过）电解制备磷酸和氢氧化钠的原理如图所示。下列说法正确的是（　） A. 电极a的电极反应式：Pb－2e－= Pb2＋ B. 产品室2制备的产品是磷酸 C. 当电路中通过4 mol电子时，电极c上产生1 mol O2 D. M膜为阳离子交换膜，N膜为阴离子交换膜 11、C【解析】　由图可知，电极a是铅蓄电池的负极，电极反应为Pb+SO42−－2e－=PbSO4，A错误；电解池工作时，原料室中的H2PO4−通过M膜进入产品室1，与双极膜产生的H＋反应生成H3PO4，M膜为阴离子交换膜，原料室中钠离子通过N膜进入产品室2得到氢氧化钠，N膜为阳离子交换膜，B、D错误；电路中通过4 mol电子时，电极c上产生氧气的物质的量为1 mol，C正确。 12.最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为 ①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋ ②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋ 该装置工作时，下列叙述错误的是 （ C ) A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低 D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性 【解析】本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应①可知该极发生氧化反应，为阳极，则ZnO@石墨烯为阴极。阴极的电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确；装置工作时涉及三个反应，Fe2＋与Fe3＋的转化循环进行，总反应为CO2与H2S之间的反应，根据得失电子守恒可知总反应为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确；石墨烯与电源正极相连，ZnO@石墨烯与电源负极相连，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C错误；Fe2＋、Fe3＋均在酸性环境中稳定存在，D正确。 13.全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋xS8===8 Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是 A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4 B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性 D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多 【解析】A项，在该电池中电极a为正极，发生的反应依次为 S8＋2Li＋＋2e－===Li2S8； 3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6； 2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4； Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2，故A正确；原电池工作中转移0.02 mol电子时，被氧化的Li的物质的量为0.02 mol，质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；电池充电时由于Li＋得到电子生成Li，则电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，D项错误。 14.H3BO3可以通过电解NaB(OH)4溶液的方法制备，其工作原理如图。下列叙述错误的是 A．M室发生的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ B．N室中：a%＜b% C．Ⅱ膜为阴膜，产品室发生反应的化学原理为强酸制弱酸 D．理论上每生成1 mol产品，阴极室可生成标准状况下5.6 L气体 答案：D 【解析】A项，M室为阳极室，发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，正确；B项，N室为阴极室，溶液中水电离的H＋得电子发生还原反应，生成H2，促进水的电离，溶液中OH－浓度增大，即a%＜b%，正确；C项，阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的B(OH)穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3BO3，则Ⅱ膜为阴膜，正确；D项，每生成1 mol产品，转移电子数目为1 mol，阴极室生成0.5 mol H2，其标准状况下为11.2 L气体，错误。 15.锂-碘电池应用于心脏起搏器，使用寿命超过10 年，负极是锂，正极是聚2-乙烯吡（P2VP） 和I2 复合物，工作原理2Li+P2VP•nI2=2LiI+P2VP•（n-1）I2，下列叙述错误的是（　　） A. 该电池是电解质为非水体系的二次电池 B. 工作时向正极移动 C. 正极反应式为 D. 该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点 【解析】解：A、该电池是电解质为非水体系的一次电池，故A错误； B、原电池中阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以工作时Li+向正极移动，故B正确； C、锂碘电池的正极发生得电子的还原反应，该电极的电极反应式为：P2VP•nI2+2Li++2e-=P2VP•（n-1）I2+2LiI，故C正确； D、该电池的电势低，放电缓慢，使用寿命比较长，该电池具有全时间工作、体积小、质量小、寿命长等优点，故D正确。 16.复旦大学王永刚的研究团队制得一种柔性水系锌电池,该可充电电池以锌盐溶液作为电解液,其原理如图所示。下列说法不正确的是 A．放电时,N极发生还原反应 B．充电时,Zn2+向M极移动 C．放电时,每生成1 mol PTO- Zn2+ ,M极溶解Zn的质量为260 g D．充电时,N极的电极反应式为2PTO+8e- +4Zn2+=PTO- Zn2+ 【答案】D 放电时，金属Zn发生失电子的氧化反应生成Zn2+，即M电极为负极，则N电极为正极，电极反应式为2PTO+8e-+4Zn2+═PTO-Zn2+；充电时，外加电源的正极连接原电池的正极N，外加电源的负极连接原电池的负极。 A. 该原电池中，放电时M电极为负极，N电极为正极，正极得电子发生还原反应，故A正确； B. 充电时，原电池的负极M连接外加电源的负极作阴极，电解质中阳离子Zn2+移向阴极M，故B正确； C. 放电时，正极反应式为2PTO+8e-+4Zn2+═PTO-Zn2+，负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，电子守恒有4Zn～PTO-Zn2+，所以每生成1molPTO-Zn2+，M极溶解Zn的质量=65g/mol×4mol=260g，故C正确； D. 充电时，原电池的正极N连接外加电源的正极作阳极，发生失电子的氧化反应，电极反应式为PTO-Zn2+-8e-=2PTO+4Zn2+，故D错误； 17．电解合成1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法中不正确的是 A．该装置工作时，阳极的电极反应是CuCl(s)+Cl--e-=CuCl2 B．液相反应为CH2=CH2+2CuCl2=ClCH2CH2Cl+2CuCl(s) C．X、Y依次为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D．该装置总反应为CH2=CH2+2NaCl+2H2OClCH2CH2Cl+2NaOH+H2↑ 【答案】C 由图可知，左边电极失电子，铜元素化合价升高，为阳极，发生反应为：CuCl(s)+Cl--e-=CuCl2； 右边电极得电子，氢元素化合价降低，为阴极，发生反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-。 【详解】 A．由分析可知，阳极的电极反应是CuCl(s)+Cl--e-=CuCl2，A正确； B．由图可知，液相反应为CH2=CH2+2CuCl2=ClCH2CH2Cl+2CuCl(s)，B正确； C．Cl-透过X膜在左边电极反应，故X膜为阴离子交换膜，Na+透过Y膜和右边电极附近产生的OH-结合得到NaOH，故Y为阳离子交换膜，C错误； D．结合装置图可知，该装置总反应为CH2=CH2+2NaCl+2H2O ClCH2CH2Cl+2NaOH+H2↑，D正确。 18.一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。 下列说法中正确的是(　　) A．放电时负极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl B．放电时AlCl移向正极 C．充电时阳极反应为AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4) D．电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原 【解析】熔融盐中Cl－是以AlCl4－形式存在，放电时负极反应式为Al－3e－＋7AlCl4－=== 4Al2Cl7－，A项错误；放电时，AlCl4-向负极移动，B项错误；放电时石墨电极与电源的正极相连，反应式为Cn(AlCl4)＋e－===AlCl4－＋Cn，充电时，石墨电极为阳极发生氧化反应生成Cn(AlCl4)：AlCl4－－e－＋Cn===Cn(AlCl4)，则电路中通过3 mol电子，最多有3 molCn(AlCl4)被还原，C项正确、D项错误。 19.液流电池是电化学储能领域的一个研究热点，其优点是储能容量大、使用寿命长。下图为一种中性/ Fe液流电池的结构及工作原理图。下列有关说法错误的是( ) A．充电时A电极连电源负极 B．放电时正极电极反应为：Fe(CN)63-+e-= Fe(CN)64- C．放电时负极区离子浓度增大，正极区离子浓度减小 D．充电时阴极电极反应：ZnBr42-+2e-= Zn+4Br- 【答案】C 【解析】由图可知，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为Zn+4Br--2e-= ZnBr42-，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)63-+e-= Fe(CN)64-；充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为ZnBr42-+2e-= Zn+4Br-，电极B与正极相连，做电解池阳极，六氰合亚铁酸根离子在阳极失去电子发生氧化反应生成六氰合铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)64--e-= Fe(CN)63-。A项，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，故A正确；B项，放电时，电极B为正极，六氰合铁酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成六氰合亚铁酸根离子，电极反应式为Fe(CN)63-+e-= Fe(CN)64-，故B正确；C项，放电时，电极A为液流电池的负极，锌在溴离子作用下失去电子发生氧化反应生成四溴合锌离子，电极反应式为Zn+4Br--2e-= ZnBr42-，由电极反应式可知，放电时负极区离子浓度减小，故C错误；D项，充电时，A电极连电源负极，做电解池的阴极，四溴合锌离子在阴极得到电子发生还原反应生成锌和溴离子，电极反应式为ZnBr42-+2e-= Zn+4Br-，故D正确；故选C。 20.葡萄糖酸钙是一种重要的补钙剂，工业上以葡萄糖、碳酸钙为原料，在溴化钠溶液中采用间接电氧化反应制备葡萄糖酸钙，其阳极区反应过程如下： 下列说法错误的是( ) A. 溴化钠起催化和导电作用 B. 每生成葡萄糖酸钙，理论上电路中转移了电子 C. 葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物 D. 葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应 【详解】A．由图中信息可知，溴化钠是电解装置中的电解质，其电离产生的离子可以起导电作用，且在阳极上被氧化为，然后与反应生成和，再和葡萄糖反应生成葡萄糖酸和，溴离子在该过程中的质量和性质保持不变，因此，溴化钠在反应中起催化和导电作用，A说法正确； B．由A中分析可知，2mol在阳极上失去2mol电子后生成1mol，1mol与反应生成1mol，1mol与1mol葡萄糖反应生成1mol葡萄糖酸，1mol葡萄糖酸与足量的碳酸钙反应可生成0.5 mol葡萄糖酸钙，因此，每生成1 mol葡萄糖酸钙，理论上电路中转移了4 mol电子，B说法不正确； C．葡萄糖酸分子内既有羧基又有羟基，因此，其能通过分子内反应生成含有六元环状结构的酯，C说法正确； D．葡萄糖分子中的1号C原子形成了醛基，其余5个C原子上均有羟基和H；醛基上既能发生氧化反应生成羧基，也能在一定的条件下与氢气发生加成反应生成醇，该加成反应也是还原反应；葡萄糖能与酸发生酯化反应，酯化反应也是取代反应；羟基能与其相连的C原子的邻位C上的H（）发生消去反应；综上所述，葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应，D说法正确； 综上所述，本题选B 21.用可再生能源电还原时，采用高浓度的抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如下图所示。下列说法正确的是 ( ) A. 析氢反应发生在电极上 B. 从电极迁移到电极 C. 阴极发生的反应有： D. 每转移电子，阳极生成气体(标准状况) 【分析】由图可知，该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx-Ti电极为电解池的阳极，水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e—=O2↑+4H+，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式为2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O、2CO2+12H++12e−=C2H5OH+3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。 【详解】A．析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，故A错误； B．离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl-不能通过，故B错误； C．由分析可知，铜电极为阴极，酸性条件下二氧化碳在阴极得到电子发生还原反应生成乙烯、乙醇等，电极反应式有2CO2+12H++12e−=C2H4+4H2O，故C正确； D．水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子，电极反应式为2H2O-4e—=O2↑+4H+，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标况下体积为5.6L，故D错误； 答案选C。 22. 回收利用工业废气中的和，实验原理示意图如下。 下列说法不正确的是( ) A. 废气中排放到大气中会形成酸雨 B. 装置a中溶液显碱性的原因是的水解程度大于的电离程度 C. 装置a中溶液的作用是吸收废气中的和 D. 装置中的总反应为 【详解】A．是酸性氧化物，废气中排放到空气中会形成硫酸型酸雨，故A正确； B．装置a中溶液的溶质为，溶液显碱性，说明的水解程度大于电离程度，故B正确； C．装置a中溶液的作用是吸收气体，与溶液不反应，不能吸收，故C错误； D．由电解池阴极和阳极反应式可知，装置b中总反应为，故D正确； 1 学科网（北京）股份有限公司 $