第四章 化学反应与电能（知识清单）化学人教版选择性必修1

该高中化学单元知识清单系统梳理了“化学反应与电能”核心内容，涵盖原电池、电解池、金属腐蚀与防护及化学电源四大知识范畴，搭建了从原理探究到应用实践的递进式学习支架。 清单通过“原理-应用-易错”三级架构呈现知识体系，设易错点专项突破如“原电池工作原理常见误区”，配电极反应式书写步骤等实用工具，培养科学思维与科学探究能力。设计“对比表格”“避错攻略”等，如金属腐蚀类型对比表，助力不同学生高效学习，教师可据此优化教学，提升复习针对性。

第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 一、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把________转化为________的装置。 (2)构成条件： 2．原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 溶液中的阳离子向________移动，阴离子向________移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象地描述为“________不下水，________不上岸”。 二、原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小________，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 3．设计原电池 三、化学电源的分类及特点 1．化学电源的分类 (1)一次电池：也叫作________，常见的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池。 (2)二次电池：又称为________或蓄电池，________是最常见的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。 (3)燃料电池：氢氧燃料电池等。 2．各类电池的特点 (1)一次电池：电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用，放电后不可再充电。 (2)二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，可多次重复使用。 (3)燃料电池：燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 3．一次电池——锌锰干电池 普通锌锰电池 碱性锌锰干电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极：________ 正极：________ 氯化铵和氯化锌溶液 负极：________ 正极：________ 氢氧化钾溶液 电极反应 碱性锌锰干电池的总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===________________ 负极：Zn＋2OH－－2e－===________________ 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===________________ 4．二次电池 (1)铅蓄电池的构造与工作原理 放电时 负极：________，正极：________，电解质溶液：________溶液。 负极：Pb＋SO－2e－===________________。 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===________________。 充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 总反应方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO4________________。 (2)常见锂离子电池的构造与工作原理 负极材料 正极材料 电解质溶液 嵌锂石墨(LixC6) 磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2) 锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 装置与工作原理 (以钴酸锂-石墨锂电池为例) 放电：总反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===6C＋LiCoO2 负极反应：LixC6－xe－===________________； 正极反应：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===________； 5．氢氧燃料电池的工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===________ 2H2－4e－＋4OH－==________ 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===________ O2＋4e－＋2H2O===________ 总反应 2H2＋O2===2H2O 第二节 电解池 一、电解原理 1．电解原理 (1)电解是________通过电解质溶液而在阴、阳两极发生________________反应的过程； (2)电解池是将________转化为________的装置； 构成条件为：必须连接有________电源，要有电极(阴、阳极)，以及电解质溶液或熔融电解质。 (3)电解质溶液的导电过程实质上就是其________过程。 ①在电解池中电子流向：电子由电源的________极→电解池的________极，再由电解质溶液→电解池的________极→电源________极。 ②溶液中离子的移动方向：溶液中阳离子向________极移动，阴离子向________极移动。 2．电解池与原电池的判断 有外加电源的装置一定是________池，无外加电源的装置一定是________池， 多池组合时， 一般是含有活泼金属的池为________池，其余都是在原电池带动下工作的________池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是________池，其余为________池。 3．电解池的阴、阳极的判断方法 4．电解时电极产物的判断 二、电解规律的探究 用惰性电极电解不同的电解质溶液时： 电解质的组成 无氧酸(除HF)、不活泼金属的无氧酸盐(F－除外) 不活泼金属的含氧酸盐、活泼金属的无氧酸盐 含氧酸、可溶性碱、活泼金属的含氧酸盐 被电解的物质 电解质本身 电解质和水都发生变化 电解水 实例 CuCl2、HBr、HCl NaCl、CuSO4、AgNO3 H2SO4、NaOH、KNO3 电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。 三、电解饱和食盐水 1．电解饱和食盐水的原理 电解饱和食盐水原理示意图 符号表征 阳极反应 2Cl－－2e－=Cl2↑ 阴极反应 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ 离子反应方程式 2Cl－＋2H2O________________ 总反应方程式 2NaCl＋2H2O________________ 2．氯碱工业生产流程 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做________工业。工业生产中，电解饱和食盐水的反应在________________中进行。 ①阳离子交换膜电解槽 ②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的________气与阳极产生的________气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。 四、电镀与铜的电解精炼 电镀 铜的电解精炼 定义 应用________原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金 利用________原理提纯铜 装置举例 形成条件 ①镀层金属做阳极接直流电源________极，镀件做阴极接直流电源________极 ②电镀液必须是含有__________的盐溶液 ③形成闭合回路 ①粗铜做_______极，纯铜做_____极 ②含______的盐溶液做电解质溶液 ③直流电源 ④形成闭合回路 电极反应 (以铁上镀锌为例) 阳极：Zn－2e－==Zn2＋ 阴极：Zn2＋＋2e－==Zn 阳极：Cu(粗铜)－2e－==Cu2＋(主要) 阴极：Cu2＋＋2e－==Cu(纯铜) 电解(镀)液浓度 ________ ________ 联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 五、电镀与电冶金 1．铁钉镀锌 电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作________，铁钉作________，接通6 V的直流电源，电镀20～25 min。 实验现象：阳极(锌片)质量________，电极反应式为________________，阴极质量________，电极反应式为________________。 2．电镀银装置 原理：金属材料电镀时，通常以________________制品为阴极，以________金属为阳极，用含有________________的溶液作电解质溶液。在直流电的作用下，镀层金属在待镀金属制品表面形成均匀、光亮而致密的镀层。 3．电冶金：对于比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，如工业上钠、镁的制取是通过电解熔融的________、________，而铝的制取是通过电解熔融的________。 第三节 金属的腐蚀与防护 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发________反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为________，金属发生________。 (2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接________而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生________反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较________ 水膜酸性很______或呈_____性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===________ O2＋4e－＋2H2O===________ 总反应 Fe＋2H＋==________ 2Fe＋O2＋2H2O===________ 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为________)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 3．金属腐蚀快慢比较 (1)在同一电解质溶液中：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。 (2)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。 (3)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____牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀____有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。 (4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越____。 条件 快慢顺序 腐蚀类型不同 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀(原电池原理的防护＞电解原理的防护) 同种金属 强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 同种电解质溶液 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 二、金属的防护 1．本质 阻止金属发生________反应。 2．方法 (1)加防护层，如在金属表面________________、________________、________________等。 (2)改变金属组成或结构，如制成合金等。 (3)电化学防护 方法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 原理 原电池原理 电解原理 被保护金属 作____极 作____极 构成 被保护金属、比被保护金属活泼的金属等 被保护金属、惰性电极及直流电源等 优、缺点 无需外加电源，但需要定期更换被腐蚀的金属 无需更换电极，但消耗电能 示意图 牺牲阳极的阴极保护法示意图 外加电流的阴极保护法示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 易错点01 没有理解原电池工作原理 【错因辨析】 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 (4)注意盐桥不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当于一个是原电池，一个是电解池。 (5)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。 (6)在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。 (7)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。 (8)负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。 (9)同一氧化还原反应，设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。 (10)电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应结合OH－生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。 (11)盐桥中的离子流向：盐桥中的阳离子(K＋)向正极区移动，阴离子(Cl－或NO)向负极区移动 (12)当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。 【对点训练】 1．据图分析，下列有关该原电池的叙述正确的是(　　) A．工作时，盐桥中的K＋会移向CuSO4溶液 B．取出盐桥后，检流计指针依然发生偏转 C．铜电极上有气泡逸出 D．反应前后铜电极的质量不变 2．锌铜原电池装置如图所示，盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶，下列说法不正确的是( ) A．Ⅱ中盐桥的作用是形成闭合回路，平衡溶液电荷 B．电池工作时，Ⅱ中盐桥内Cl-向右侧烧杯移动 C．Ⅰ和Ⅱ的反应原理均为：Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu D．Ⅱ中盐桥可用吸有KCl饱和溶液的滤纸条代替 【避错攻略】 (1)一般情况下，常采用以下方法判断原电池的正极和负极 判断方法 负极 正极 ①电极材料 较活泼金属 较不活泼金属或石墨 ②通入物 通入还原剂的电极 通入氧化剂的电极 ③两极反应类型 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极 ④电子流向 (或电流方向) 电子流出的电极 (或电流流入的电极) 电子流入的电极 (或电流流出的电极) ⑤离子流向 阴离子流向的电极 阳离子流向的电极 ⑥电极质量变化 质量减小的电极 质量增加的电极 ⑦有无气泡 — 有气泡产生的电极 (2)特殊情况 ①金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性Mg>Al；而在碱性溶液中，Al可以与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。 ②Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。 易错点02 不明确二次电池充放电原理 【错因辨析】 (1)混淆充放电的电极属性，误将放电时的负极直接对应充电时的阴极，实际上放电负极发生氧化反应，充电时需接外接电源负极发生还原反应，应为阴极，部分同学会错判为阳极。 (2)误判离子移动方向，不少人认为充电时阳离子仍向原正极移动，实际上充电作为电解池体系，阳离子只会向阴极移动，和放电时原电池的离子迁移方向完全相反。 (3)电极反应式书写出错，忽略放电与充电的环境差异，直接将放电负极反应式反向照搬为充电阳极反应，未考虑电解质中H⁺、OH⁻或配位离子的参与差异，导致产物完全错误。 (4)计算质量变化时出错，误将两电极总质量变化等同于单电极的质量增减，忽略放电时正极析出的部分离子会迁移到电解质中，总质量变化并非简单的单电极增量相加。 【对点训练】 1．(2026·广西柳州高三联考)某新型钠离子二次电池用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液，其电极材料的导电聚合物中掺杂磺酸基以增强电化学活性，电池充电时工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．放电时，电极B为正极，质量增加 B．放电时，电极A的电极反应式为： C．充电过程中，外电路通过1 mol e-时，理论上两电极质量变化相差23 g D．充电一段时间后，阴极区附近的Na+浓度基本保持不变 2．(2026·云南卷，13)一种“双模式”锂电池工作原理如图。已知：Cl2只参与模式Ⅰ的充放电，其放电时反应方程式为SO2Cl2+Cl2+4Li=SO2+4LiCl。下列说法正确的是( ) A．充电时，模式Ⅱ的反应为2SO2Cl2+6Li=Li2S2O4+4LiCl B．充电时，若外电路通过1 mol电子，则石墨电极最多生成0.5mol Cl2 C．放电时，体系中的Li+向电池的锂电极迁移 D．放电时，分别消耗1molSO2Cl2，模式Ⅰ理论放电量大于模式Ⅱ 【避错攻略】 (1)放电是原电池反应，充电是电解池反应。 (2)判断电池放电时电极极性和材料，可先标出放电(原电池)总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。若判断电池充电时电极极性和材料，方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。 (3) 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 (4) 可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。 (5)放电(原电池)的负极及充电(电解池)的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化；放电(原电池)的正极及充电(电解池)的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。 (6)书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。 易错点03 没有掌握燃料电池工作原理 【错因辨析】 (1)误判电极属性，仅靠通入气体的先后顺序定正负极，忽略电子移动方向、气体氧化还原属性的核心判定依据，比如把通入氧化性气体的电极错判为负极。 (2)电极反应式书写出错，忽略电解质环境差异，在酸性条件下产物中随意出现OH⁻，碱性条件下产物中随意出现CO2，违背不同介质下的离子共存规则。 (3)混淆质子交换膜、阴离子交换膜的离子迁移路径，误将H⁺的移动方向写反，导致后续总反应推导完全偏离实际。 (4)忽略非氧燃料电池的特殊规律，默认氧化剂一定是O2，错把其他类型燃料电池的正极反应直接套用O2的标准还原反应式，得出错误的电子转移计量数和产物。 【对点训练】 1．(2026·海南省直辖县级单位高三模拟)微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产、生活废水处理并提供电能，系统内产电微生物由根沉积物和废水提供，其原理如图所示： 下列有关叙述正确的是( ) A．MFC-CW系统中电子由A极流向B极 B．此电池工作过程中H+移向厌氧下部 C．若电路中转移0.2mole-，则A极消耗1.12LO2 D．A极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O 2．一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示，电解质溶液呈酸性，该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮。下列叙述正确的是( ) A．电池工作时，H+的迁移方向为“缺氧阴极”→“厌氧阳极”和“好氧阴极”→“厌氧阳极” B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH减小 C．“好氧阴极”存在反应：NH4+＋8OH--6e-=NO2-＋6H2O D．“厌氧阳极”区质量减少14.4 g时，该电极输出电子1.2 mol 【避错攻略】 (1)燃料电池就是将燃料(如氢气、甲烷、乙醇等)氧化时，化学能直接转变为电能的装置。它由燃料、氧化剂、电极、电解质组成。在结构上具有正负极，且正负极被电解质分隔。所有燃料电池的基本形式为：将燃料和氧气(或空气)分别充入负极和正极，两者在电极的催化下发生化学反应，从而产生电流。 (2)燃料电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧的总反应一样。一般是氧气做氧化剂，可燃物为还原剂。据电池的基本原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，所以可燃物为负极反应物，氧气为正极反应物。 (3)根据燃烧反应的方程式书写电极反应式应遵循原子守恒、电子守恒及电荷守恒，注意电解质溶液参与电极反应，若电解质溶液为碱溶液，则正极反应式为：O2+2H2O+4e - =4OH-；若电解质溶液为酸溶液，则正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O；若电解质为熔融碳酸盐，则正极反应式为O2+4e- +2CO2=2CO32-。 易错点04 不能准确判断电解过程中电极产物 【错因辨析】 (1)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－==H2↑(或2H2O＋2e－==H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (2)电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。 (3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。 (4)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。 (5)书写电解化学方程式时，应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。 【对点训练】 1．下列对应的电极反应式中，正确的是( ) A．钢铁发生析氢腐蚀时，铁电极的电极反应式：Fe-3e-=Fe3+ B．用铁做阳极电极电解饱和食盐(足量)时，阳极的电极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑ C．碱性氢氧燃料电池负极的电极反应式：H2－2e-＋2OH-=2H2O D．粗铜精炼时，与电源正极相连的电极上的电极反应式：Cu2++2e-=Cu 2．(2026·安徽合肥高三联考)一种基于光、电等协同催化实现复杂生物相关分子的C-H键氟烷基化的电化学方法如图所示。下列说法错误的是( ) A．A电极的电势低于B电极的电势 B．图中表示H+ C．B电极的电极反应式包含 D．理论上生成，外电路中转移2 mol电子 【避错攻略】 (1)在惰性电极上离子的放电顺序 [注意]活泼电极是指除金、铂等惰性金属外的其他金属电极。 (2)电极反应式、电解方程式的书写 ①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 ②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。 ③然后排出阴、阳两极的放电顺序： 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞(后为熔融体放电顺序)Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 ④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 ⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。 易错点05 混淆电化腐蚀原理及防护方法 【错因辨析】 (1)腐蚀类型判断误区：误以为酸性环境一定发生析氢腐蚀，实际只有pH<4的强酸性环境才会发生析氢腐蚀，弱酸性、中性环境中氧气氧化性强于H⁺，金属只会发生吸氧腐蚀，后者也是自然界最普遍的腐蚀形式。 (2)镀层防护认知偏差：认为所有镀层破损后都能保护基底金属，实际只有镀层金属活泼性强于基底时(如镀锌铁)，破损后镀层作负极被腐蚀，才能保护基底；若镀层活泼性弱于基底(如镀锡铁)，破损后基底铁作负极，反而会加速腐蚀。 (3)电化学防护操作混淆：常记错外加电流法的电极连接，误将被保护金属接电源正极，正确操作是被保护金属必须接电源负极作阴极，才能避免金属失电子被氧化。 (4)腐蚀速率排序错误：混淆不同场景的腐蚀快慢，正确顺序为：钢铁作电解池阳极 > 钢铁作原电池负极 > 自然吸氧腐蚀 > 钢铁作原电池正极 > 钢铁作电解池阴极。 【对点训练】 1．(2026·广东深圳高三联考)碳钢作为海洋工程中的常见材料，其电化学腐蚀过程易受微生物影响。某碳钢在混合微生物介质中的腐蚀机理如图所示。下列说法错误的是( ) A．a区为负极区 B．b区的电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH- C．菌a、菌b参与的转化过程，铁元素不一定均被氧化 D．图中附着于碳钢的混合菌会加速碳钢的腐蚀 2．(2026·云南卷，7)化学护坝体，劳动保安全，某水电站坝体维护示意图如下，下列说法错误的是( ) A．黏土是生产水泥的主要原料之一 B．MgSiF6与Ca(OH)2的反应属于氧化还原反应 C．聚四氟乙烯的合成： D．利用Zn板保护钢闸门时，需定期检查、更换 【避错攻略】 (1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。 (2)金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。 (3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。 (4)两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。 易错点06 不清楚“交换膜”在电化学中的应用 【错因辨析】 (1)混淆膜的类型与透过粒子：误将质子交换膜等同于普通阳离子交换膜，忽略质子膜仅允许H⁺通过，其他阳离子无法穿过；还常错认为阴离子交换膜能让所有带电粒子通行，实际它会完全阻挡阳离子和气体分子。 (2)离子迁移方向判断错误：电解池场景下，不少人记错离子移动规律，误以为阳离子会向阳极移动、阴离子向阴极移动，实际阳离子仅向阴极迁移，阴离子仅向阳极迁移。 (3)忽略交换膜的实际作用：答题时容易遗漏核心功能，比如忘记阳离子交换膜能隔离两极产物，既避免H2和Cl2混合爆炸，又防止Cl2与阴极生成的NaOH反应污染产品；也常忽略膜的核心作用是维持溶液电中性，保障电化学反应持续进行。 (4)电极反应与膜的匹配失误：计算电子转移对应的产物量时，常忽略膜对离子的定向导流作用，误判多室电解装置中产品的生成位置，导致pH变化、产物产量的计算结果出错。 【对点训练】 1．(2026·广东卷，16)一种利用电解还原CO2同时实现海水脱盐的装置如图，电解液在Ⅰ和Ⅳ室间循环，初始电解液为NaHCO3溶液，膜①~③为阳离子或阴离子交换膜。下列说法错误的是( ) A．①为阳离子交换膜，②为阴离子交换膜 B．阳极反应为4OH--4e-=O2↑＋2H2O C．电解一段时间后，Ⅲ室海水中盐的浓度降低 D．电解过程中，Ⅰ室电解液的pH在一段时间内可保持稳定 2．(2026·河南卷，12)一种多组串联的电化学装置可以同时产生H2和Cl2，其工作原理如图所示。其中a1~an均为Ag/AgCl电极，每组装置左侧均为高浓度盐酸，右侧均为低浓度盐酸。该装置工作时仅在石墨电极与铂电极上产生气体。 下列说法错误的是( ) A．工作时，铂电极上产生H2 B．工作时，电极a1、a3、an-1的质量均减小 C．定期互换直接相连的Ag/AgCl电极，并恢复溶液浓度，整个装置可再次运行 D．将盐酸换为对应浓度NaCl溶液，使用阳离子交换膜，每组装置启动时均生成NaOH 【避错攻略】 (1)离子交换膜是由高分子特殊材料制成。离子交换膜分四类： ①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。 ②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 ③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 ④双极膜，由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-的离子源。 (2)应用原理 ①阳(阴)离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带负(正)电荷的基团，阳(阴)离子可以自由通过孔道，而阴(阳)离子移动到孔道处，受到孔道带负(正)电荷基团的排斥而不能进入孔道中，因而不能通过交换膜。 ②质子交换膜是阳离子交换膜的特例，仅允许质子(H＋)通过，其他离子不能通过。 ③交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第四章 化学反应与电能 第一节 原电池 一、原电池的工作原理 1．原电池的构成条件 (1)定义：能把化学能转化为电能的装置。 (2)构成条件： 2．原电池的工作原理(以锌铜原电池为例) 溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，电子只能在导线中流动而不能在溶液中流动，离子只能在溶液中移动而不能在导线中移动，原电池的内电路和外电路分别通过离子的移动和电子的流动而形成闭合回路，可形象地描述为“电子不下水，离子不上岸”。 二、原电池原理的应用 1．加快氧化还原反应的速率 构成原电池的反应速率比直接接触的反应速率快，例如，在锌与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液，CuSO4与锌发生置换反应生成Cu，从而形成Cu－Zn微小原电池，加快产生H2的速率。 2．比较金属活动性强弱 3．设计原电池 三、化学电源的分类及特点 1．化学电源的分类 (1)一次电池：也叫作干电池，常见的一次电池有普通锌锰电池、碱性锌锰电池、纽扣式银锌电池。 (2)二次电池：又称为充电电池或蓄电池，铅蓄电池是最常见的二次电池。目前已开发出镍镉电池、镍氢电池、银锌电池、锂电池和锂离子电池等新型二次电池。 (3)燃料电池：氢氧燃料电池等。 2．各类电池的特点 (1)一次电池：电池中发生氧化还原反应的物质大部分被消耗后就不能再使用，放电后不可再充电。 (2)二次电池：又称充电电池或蓄电池，放电后可以再充电，可多次重复使用。 (3)燃料电池：燃料电池的氧化剂和还原剂不是储藏在电池内部，而是在工作时不断从外部输入，同时将电极反应产物不断排出电池，因此燃料电池能连续不断地提供电能。 3．一次电池——锌锰干电池 普通锌锰电池 碱性锌锰干电池 装置 电极材料及电解质溶液 负极：锌筒 正极：石墨棒 氯化铵和氯化锌溶液 负极：锌粉 正极：二氧化锰 氢氧化钾溶液 电极反应 碱性锌锰干电池的总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 正极：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－ 4．二次电池 (1)铅蓄电池的构造与工作原理 放电时 负极：Pb，正极：PbO2，电解质溶液：H2SO4溶液。 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4。 正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。 充电时 铅蓄电池的充电反应是放电反应的逆过程。 总反应方程式：Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O。 (2)常见锂离子电池的构造与工作原理 负极材料 正极材料 电解质溶液 嵌锂石墨(LixC6) 磷酸铁锂(LiFePO4)或钴酸锂(LiCoO2) 锂离子的载体，如六氟磷酸锂(LiPF6)的碳酸酯无水溶液 装置与工作原理 (以钴酸锂-石墨锂电池为例) 放电：总反应：LixC6＋Li(1－x)CoO2===6C＋LiCoO2 负极反应：LixC6－xe－===6C＋xLi＋； 正极反应：Li(1－x)CoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2； 5．氢氧燃料电池的工作原理 酸性电解质(H2SO4) 碱性电解质(KOH) 负极反应 2H2－4e－===4H＋ 2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 2H2＋O2===2H2O 第二节 电解池 一、电解原理 1．电解原理 (1)电解是电流通过电解质溶液而在阴、阳两极发生氧化还原反应的过程； (2)电解池是将电能转化为化学能的装置； 构成条件为：必须连接有直流电源，要有电极(阴、阳极)，以及电解质溶液或熔融电解质。 (3)电解质溶液的导电过程实质上就是其电解过程。 ①在电解池中电子流向：电子由电源的负极→电解池的阴极，再由电解质溶液→电解池的阳极→电源正极。 ②溶液中离子的移动方向：溶液中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。 2．电解池与原电池的判断 有外加电源的装置一定是电解池，无外加电源的装置一定是原电池， 多池组合时， 一般是含有活泼金属的池为原电池，其余都是在原电池带动下工作的电解池；若最活泼的电极相同时，则两极间活泼性差别较大的是原电池，其余为电解池。 3．电解池的阴、阳极的判断方法 4．电解时电极产物的判断 二、电解规律的探究 用惰性电极电解不同的电解质溶液时： 电解质的组成 无氧酸(除HF)、不活泼金属的无氧酸盐(F－除外) 不活泼金属的含氧酸盐、活泼金属的无氧酸盐 含氧酸、可溶性碱、活泼金属的含氧酸盐 被电解的物质 电解质本身 电解质和水都发生变化 电解水 实例 CuCl2、HBr、HCl NaCl、CuSO4、AgNO3 H2SO4、NaOH、KNO3 电解后溶液的复原，从溶液中放出的气体和生成的沉淀，按照原子个数比组成具体物质再加入溶液即可。遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则。 三、电解饱和食盐水 1．电解饱和食盐水的原理 电解饱和食盐水原理示意图 符号表征 阳极反应 2Cl－－2e－=Cl2↑ 阴极反应 2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－ 离子反应方程式 2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ 总反应方程式 2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋NaOH 2．氯碱工业生产流程 烧碱、氯气都是重要的化工原料，习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。工业生产中，电解饱和食盐水的反应在离子交换膜电解槽中进行。 ①阳离子交换膜电解槽 ②阳离子交换膜的作用：只允许Na＋等阳离子通过，不允许Cl－、OH－等阴离子及气体分子通过，可以防止阴极产生的氢气与阳极产生的氯气混合发生爆炸，也能避免氯气与阴极产生的氢氧化钠反应而影响氢氧化钠的产量。 四、电镀与铜的电解精炼 电镀 铜的电解精炼 定义 应用电解原理在某些金属或非金属材料表面镀上一层其他金属或合金 利用电解原理提纯铜 装置举例 形成条件 ①镀层金属做阳极接直流电源正极，镀件做阴极接直流电源负极 ②电镀液必须是含有镀层金属离子的盐溶液 ③形成闭合回路 ①粗铜做阳极，纯铜做阴极 ②含Cu2＋的盐溶液做电解质溶液 ③直流电源 ④形成闭合回路 电极反应 (以铁上镀锌为例) 阳极：Zn－2e－==Zn2＋ 阴极：Zn2＋＋2e－==Zn 阳极：Cu(粗铜)－2e－==Cu2＋(主要) 阴极：Cu2＋＋2e－==Cu(纯铜) 电解(镀)液浓度 不变 减小 联系 电镀池和电解精炼池是特定条件下的电解池 五、电镀与电冶金 1．铁钉镀锌 电镀操作：用烧杯作电镀槽，加入电镀液，用锌片作阳极，铁钉作阴极，接通6 V的直流电源，电镀20～25 min。 实验现象：阳极(锌片)质量减少，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，阴极质量增多，电极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn。 2．电镀银装置 原理：金属材料电镀时，通常以待镀金属制品为阴极，以镀层金属为阳极，用含有镀层金属离子的溶液作电解质溶液。在直流电的作用下，镀层金属在待镀金属制品表面形成均匀、光亮而致密的镀层。 3．电冶金：对于比较活泼的金属，常用电解其熔融盐的方法制取，如工业上钠、镁的制取是通过电解熔融的氯化钠、氯化镁，而铝的制取是通过电解熔融的氧化铝。 第三节 金属的腐蚀与防护 一、金属的腐蚀 1．金属的腐蚀 (1)概念：金属或合金与周围的气体或液体发生氧化还原反应而引起损耗的现象。其实质是金属原子失去电子变为阳离子，金属发生氧化反应。 (2)根据与金属接触的气体或液体不同，金属腐蚀可分为两类： ①化学腐蚀：金属与其表面接触的一些物质(如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀。腐蚀的速率随温度升高而加快。 ②电化学腐蚀：当不纯的金属与电解质溶液接触时会发生原电池反应，比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀。 2．钢铁的电化学腐蚀 类别 项目　　 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 图形描述 条件 水膜酸性较强 水膜酸性很弱或呈中性 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 后续反应 最终生成铁锈(主要成分为Fe2O3·xH2O)，反应如下：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O 联系 通常两种腐蚀同时存在，但后者更普遍 3．金属腐蚀快慢比较 (1)在同一电解质溶液中：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。 (2)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。 (3)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>牺牲阳极的阴极保护法引起的金属腐蚀>有外加电流的阴极保护法引起的金属腐蚀。 (4)对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀速率越快。 条件 快慢顺序 腐蚀类型不同 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀(原电池原理的防护＞电解原理的防护) 同种金属 强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液 活泼性不同的两金属 活泼性差别越大，活泼性强的金属腐蚀越快 同种电解质溶液 电解质溶液浓度越大，腐蚀越快 二、金属的防护 1．本质 阻止金属发生氧化反应。 2．方法 (1)加防护层，如在金属表面涂油或油漆、覆盖塑料、镀不活泼金属等。 (2)改变金属组成或结构，如制成合金等。 (3)电化学防护 方法 牺牲阳极的阴极保护法 外加电流的阴极保护法 原理 原电池原理 电解原理 被保护金属 作正极 作阴极 构成 被保护金属、比被保护金属活泼的金属等 被保护金属、惰性电极及直流电源等 优、缺点 无需外加电源，但需要定期更换被腐蚀的金属 无需更换电极，但消耗电能 示意图 牺牲阳极的阴极保护法示意图 外加电流的阴极保护法示意图 联系 被保护的金属都因为电子的流入而免遭腐蚀 易错点01 没有理解原电池工作原理 【错因辨析】 (1)原电池闭合回路的形成有多种方式，可以是导线连接两个电极，也可以是两电极相接触。 (2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。 (3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。 (4)注意盐桥不能用一根导线连接，因为导线是不能传递阴阳离子的。用导线连接后相当于一个是原电池，一个是电解池。 (5)只有自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池。 (6)在原电池中活泼性强的金属不一定作负极，但负极一定发生氧化反应。 (7)电子不能通过电解质溶液，溶液中的离子不能通过盐桥。 (8)负极失去的电子总数一定等于正极得到的电子总数。 (9)同一氧化还原反应，设计成原电池反应的速率一定比直接发生氧化还原反应的速率快。 (10)电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应结合OH－生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒及电子得失守恒。 (11)盐桥中的离子流向：盐桥中的阳离子(K＋)向正极区移动，阴离子(Cl－或NO)向负极区移动 (12)当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。 【对点训练】 1．据图分析，下列有关该原电池的叙述正确的是(　　) A．工作时，盐桥中的K＋会移向CuSO4溶液 B．取出盐桥后，检流计指针依然发生偏转 C．铜电极上有气泡逸出 D．反应前后铜电极的质量不变 【答案】A　 【解析】在该原电池中，Zn作负极，Cu作正极，阳离子移向正极，A项正确；取出盐桥后，不能构成原电池，故检流计指针不发生偏转，B项错误；Cu电极为正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－=Cu，无气泡逸出，且铜电极的质量增加，C、D项错误。 2．锌铜原电池装置如图所示，盐桥中装有含KCl饱和溶液的琼胶，下列说法不正确的是( ) A．Ⅱ中盐桥的作用是形成闭合回路，平衡溶液电荷 B．电池工作时，Ⅱ中盐桥内Cl-向右侧烧杯移动 C．Ⅰ和Ⅱ的反应原理均为：Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu D．Ⅱ中盐桥可用吸有KCl饱和溶液的滤纸条代替 【答案】B 【解析】A．由原电池的工作原理可知，Ⅱ中盐桥的作用是通过阴阳离子的定向移动形成闭合回路，维持平衡溶液中的电荷守恒，故A正确；B．由图可知，Ⅱ中锌为原电池的负极，铜为正极，则电池工作时，Ⅱ中盐桥内氯离子向左侧烧杯移动，故B错误；C．由原电池的工作原理可知，Ⅰ和Ⅱ的反应原理均为Zn + Cu2+ == Zn2+ + Cu，故C正确；D．若用吸有氯化钾饱和溶液的滤纸条代替盐桥，也能起到通过阴阳离子的定向移动形成闭合回路，维持平衡溶液中的电荷守恒的作用，所以Ⅱ中盐桥可用吸有氯化钾饱和溶液的滤纸条代替，故D正确；故选B。 【避错攻略】 (1)一般情况下，常采用以下方法判断原电池的正极和负极 判断方法 负极 正极 ①电极材料 较活泼金属 较不活泼金属或石墨 ②通入物 通入还原剂的电极 通入氧化剂的电极 ③两极反应类型 发生氧化反应的电极 发生还原反应的电极 ④电子流向 (或电流方向) 电子流出的电极 (或电流流入的电极) 电子流入的电极 (或电流流出的电极) ⑤离子流向 阴离子流向的电极 阳离子流向的电极 ⑥电极质量变化 质量减小的电极 质量增加的电极 ⑦有无气泡 — 有气泡产生的电极 (2)特殊情况 ①金属的活动性受所处环境的影响。如Mg、Al的活动性：在中性或酸性溶液中活动性Mg>Al；而在碱性溶液中，Al可以与OH－反应，而Mg不反应，所以Mg与Al用导线连接后放入NaOH溶液中，Al是负极，Mg是正极。 ②Fe、Cu相连，浸入稀HNO3中，Fe作负极；浸在浓HNO3中，Cu作负极(Fe发生钝化)。 易错点02 不明确二次电池充放电原理 【错因辨析】 (1)混淆充放电的电极属性，误将放电时的负极直接对应充电时的阴极，实际上放电负极发生氧化反应，充电时需接外接电源负极发生还原反应，应为阴极，部分同学会错判为阳极。 (2)误判离子移动方向，不少人认为充电时阳离子仍向原正极移动，实际上充电作为电解池体系，阳离子只会向阴极移动，和放电时原电池的离子迁移方向完全相反。 (3)电极反应式书写出错，忽略放电与充电的环境差异，直接将放电负极反应式反向照搬为充电阳极反应，未考虑电解质中H⁺、OH⁻或配位离子的参与差异，导致产物完全错误。 (4)计算质量变化时出错，误将两电极总质量变化等同于单电极的质量增减，忽略放电时正极析出的部分离子会迁移到电解质中，总质量变化并非简单的单电极增量相加。 【对点训练】 1．(2026·广西柳州高三联考)某新型钠离子二次电池用溶解了NaPF6的二甲氧基乙烷作电解质溶液，其电极材料的导电聚合物中掺杂磺酸基以增强电化学活性，电池充电时工作原理如图所示。下列说法正确的是( ) A．放电时，电极B为正极，质量增加 B．放电时，电极A的电极反应式为： C．充电过程中，外电路通过1 mol e-时，理论上两电极质量变化相差23 g D．充电一段时间后，阴极区附近的Na+浓度基本保持不变 【答案】D 【解析】充电时，电极A上的有机物失去Na+，N元素化合价升高，发生氧化反应，故电极A为电解池阳极，电极B为电解池阴极，对应电源左侧为正极、右侧为负极。放电时为原电池，电极A为正极，电极B为负极。充电时阳极反应为选项B所示的失电子脱Na+反应，阴极反应为xNa＋+Cy+xe-=NaxCy ，放电时两极反应为充电对应电极反应的逆反应。A项，放电时电极B为负极，发生反应NaxCy－xe-=xNa＋+Cy ，失去Na+质量减小，A错误；B项，放电时电极A为正极，发生得电子的还原反应，电极反应为充电阳极反应的逆反应，应得到电子，B错误；C项，充电过程中，外电路通过1 mol e-时，阳极A失去1 mol Na+质量减少23 g，阴极B得到1 mol Na+质量增加23 g，两电极质量变化相差23g+23g=46g，C错误；D项，充电时，阳极生成的Na+通过隔膜迁移到阴极区，阴极区消耗的Na+与迁移过来的Na+物质的量相等，故阴极区附近的Na+浓度基本保持不变，D正确；故选 D。 2．(2026·云南卷，13)一种“双模式”锂电池工作原理如图。已知：Cl2只参与模式Ⅰ的充放电，其放电时反应方程式为SO2Cl2+Cl2+4Li=SO2+4LiCl。下列说法正确的是( ) A．充电时，模式Ⅱ的反应为2SO2Cl2+6Li=Li2S2O4+4LiCl B．充电时，若外电路通过1 mol电子，则石墨电极最多生成0.5mol Cl2 C．放电时，体系中的Li+向电池的锂电极迁移 D．放电时，分别消耗1molSO2Cl2，模式Ⅰ理论放电量大于模式Ⅱ 【答案】D 【解析】SO2Cl2中S元素为+6价，由此可知模式I放电过程中石墨电极上S元素化合价降低，发生还原反应，为正极，锂电极为负极，充电过程中石墨电极为阳极，锂电极为阴极。A项，充电时，模式II阴极上LiCl得到电子生成Li，阳极上Li2S2O4失去电子生成SO2Cl2，根据守恒关系可知模式II的反应为Li2S2O4+LiCl=2SO2Cl2+6Li，A项错误；B项，模式I充电时总反应为SO2+4LiCl=SO2Cl2+Cl2+4Li，充电过程中Li元素化合价降低，S元素及部分Cl元素化合价升高，因此外电路通过1mol电子，石墨阳极上最多生成0.25mol Cl2，B项错误；C项，放电时，Li+移向正极，即石墨电极，C项错误；D项，放电时，模式I的总反应与转移电子关系为SO2Cl2+Cl2+4Li=4LiCl+SO2-4e-，模式II的总反应与转移电子关系为2SO2Cl2+6Li=Li2S2O4+4LiCl-6e-，由此可知分别消耗1molSO2Cl2，模式Ⅰ理论放电量大于模式Ⅱ，D项正确；故选D。 【避错攻略】 (1)放电是原电池反应，充电是电解池反应。 (2)判断电池放电时电极极性和材料，可先标出放电(原电池)总反应式电子转移的方向和数目，失去电子的一极为负极，该物质即为负极材料；得到电子的一极为正极，该物质即为正极材料。若判断电池充电时电极极性和材料，方法同前，失去电子的一极为阳极，该物质即为阳极材料；得到电子的一极为阴极，该物质即为阴极材料。 (3) 放电时，阴离子移向负极，阳离子移向正极；充电时，阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。 (4) 可充电电池用完后充电时，原电池的负极与外电源的负极相连，原电池的正极与外电源的正极相连。 (5)放电(原电池)的负极及充电(电解池)的阳极均失去电子，发生了氧化反应，其变价元素被氧化；放电(原电池)的正极及充电(电解池)的阴极均得到电子，发生了还原反应，其变价元素被还原。 (6)书写可充电电池电极反应式，一般都是先书写放电的电极反应式。书写放电的电极反应式时，一般要遵守三步：先标出原电池总反应式电子转移的方向和数目，指出参与负极和正极反应的物质；写出一个比较容易书写的电极反应式(书写时一定要注意电极产物是否与电解质溶液共存)；在电子守恒的基础上，总反应式减去写出的电极反应式即得另一电极反应式。充电的电极反应与放电的电极反应过程相反，充电的阳极反应为放电正极反应的逆过程，充电的阴极反应为放电负极反应的逆过程。 易错点03 没有掌握燃料电池工作原理 【错因辨析】 (1)误判电极属性，仅靠通入气体的先后顺序定正负极，忽略电子移动方向、气体氧化还原属性的核心判定依据，比如把通入氧化性气体的电极错判为负极。 (2)电极反应式书写出错，忽略电解质环境差异，在酸性条件下产物中随意出现OH⁻，碱性条件下产物中随意出现CO2，违背不同介质下的离子共存规则。 (3)混淆质子交换膜、阴离子交换膜的离子迁移路径，误将H⁺的移动方向写反，导致后续总反应推导完全偏离实际。 (4)忽略非氧燃料电池的特殊规律，默认氧化剂一定是O2，错把其他类型燃料电池的正极反应直接套用O2的标准还原反应式，得出错误的电子转移计量数和产物。 【对点训练】 1．(2026·海南省直辖县级单位高三模拟)微生物燃料电池(MFC)耦合人工湿地(CW)系统可用于生产、生活废水处理并提供电能，系统内产电微生物由根沉积物和废水提供，其原理如图所示： 下列有关叙述正确的是( ) A．MFC-CW系统中电子由A极流向B极 B．此电池工作过程中H+移向厌氧下部 C．若电路中转移0.2mole-，则A极消耗1.12LO2 D．A极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O 【答案】D 【解析】由图可知，厌氧下部的B极上CH3COO-失电子生成CO2，发生氧化反应，B为负极；好氧上部的A极上O2得电子，发生还原反应，A为正极。A项，原电池中电子由负极(B极)经外电路流向正极(A极)，系统中电子由B极流向A极，A错误；B项，原电池中阳离子向正极移动，正极A极位于好氧上部，因此H+移向好氧上部，B错误；C项，题干未说明气体处于标准状况下，无法根据电子转移物质的量计算消耗O2的体积，C错误；D项，A极为正极，O2得电子与H+结合生成H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，D正确；故选D。 2．一种双阴极微生物燃料电池装置如图所示，电解质溶液呈酸性，该装置可以同时进行硝化和反硝化脱氮。下列叙述正确的是( ) A．电池工作时，H+的迁移方向为“缺氧阴极”→“厌氧阳极”和“好氧阴极”→“厌氧阳极” B．电池工作时，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH减小 C．“好氧阴极”存在反应：NH4+＋8OH--6e-=NO2-＋6H2O D．“厌氧阳极”区质量减少14.4 g时，该电极输出电子1.2 mol 【答案】D 【解析】“厌氧阳极”(即该燃料电池的负极)上，C6H12O6失去电子生成CO2和H+，电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑＋24H＋；“缺氧阴极”(即该燃料电池的正极之一)上，NO3-得到电子生成NO2，NO2再得到电子生成N2，电极反应式分别为NO3-+2H++e-=NO2↑＋H2O 、2NO2＋8H++8e-=N2↑＋4H2O ，“好氧阴极”(即该燃料电池的正极之二)上，O2得到电子生成H2O，电极反应式为O2＋4H＋＋4e-=2H2O，同时O2还能氧化NH4+生成NO2-，NO2-还可以被O2氧化为NO3-，离子方程式分别为2NH4++3O2=2NO2-＋2H2O+4H+ 、2NO2-+O2=2NO3-。A项，燃料电池中，阳离子由负极移向正极，电池工作时，“厌氧阳极”产生的H+通过质子交换膜向“缺氧阴极”和“好氧阴极”迁移，A错误；B项，由分析可知，电池工作时，“缺氧阴极”上消耗的H+多于从“厌氧阳极”迁移过来的H+，且反应生成水，则c(H+)减小，“缺氧阴极”电极附近的溶液pH增大，B错误；C项，由题干可知，电解质溶液呈酸性，且NH4+被O2氧化为NO2-正确方程式为NH4+＋2H2O-6e-=NO2-＋8H+，C错误；D项，“厌氧阳极”的电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-=6CO2↑＋24H＋，1molC6H12O6参与反应消耗6molH2O，输出24 mol电子，“厌氧阳极”区质量减少，故“厌氧阳极”区质量减少14.4 g时，该电极输出电子1.2 mol，D正确；故选D。 【避错攻略】 (1)燃料电池就是将燃料(如氢气、甲烷、乙醇等)氧化时，化学能直接转变为电能的装置。它由燃料、氧化剂、电极、电解质组成。在结构上具有正负极，且正负极被电解质分隔。所有燃料电池的基本形式为：将燃料和氧气(或空气)分别充入负极和正极，两者在电极的催化下发生化学反应，从而产生电流。 (2)燃料电池在放电时发生的总反应和燃料燃烧的总反应一样。一般是氧气做氧化剂，可燃物为还原剂。据电池的基本原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，所以可燃物为负极反应物，氧气为正极反应物。 (3)根据燃烧反应的方程式书写电极反应式应遵循原子守恒、电子守恒及电荷守恒，注意电解质溶液参与电极反应，若电解质溶液为碱溶液，则正极反应式为：O2+2H2O+4e - =4OH-；若电解质溶液为酸溶液，则正极反应式为O2+4H++4e-=2H2O；若电解质为熔融碳酸盐，则正极反应式为O2+4e- +2CO2=2CO32-。 易错点04 不能准确判断电解过程中电极产物 【错因辨析】 (1)书写电解池的电极反应式时，可以用实际放电的离子表示，但书写电解池的总反应时，弱电解质要写成分子式。如用惰性电极电解食盐水时，阴极反应式为2H＋＋2e－==H2↑(或2H2O＋2e－==H2↑＋2OH－)；总反应离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑。 (2)电解水溶液时，应注意放电顺序，位于H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。 (3)Fe3＋在阴极上放电时生成Fe2＋而不是得到单质Fe。 (4)判断电解产物、书写电极反应式以及分析电解质溶液的变化时首先要注意阳极是活性材料还是惰性材料。 (5)书写电解化学方程式时，应看清是电解电解质的水溶液还是熔融电解质。Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋只有在熔融状态下才放电。 【对点训练】 1．下列对应的电极反应式中，正确的是( ) A．钢铁发生析氢腐蚀时，铁电极的电极反应式：Fe-3e-=Fe3+ B．用铁做阳极电极电解饱和食盐(足量)时，阳极的电极反应式：2Cl--2e-=Cl2↑ C．碱性氢氧燃料电池负极的电极反应式：H2－2e-＋2OH-=2H2O D．粗铜精炼时，与电源正极相连的电极上的电极反应式：Cu2++2e-=Cu 【答案】C 【解析】A．钢铁发生析氢腐蚀时，铁电极为原电池的负极，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式应为Fe-2e-=Fe2+，故A错误；B．铁做阳极电极电解饱和食盐水时，阳极上，铁失去电子发生氧化反应生成亚铁离子，电极反应式应为Fe-2e-=Fe2+，故B错误；C．碱性氢氧燃料中，通入氢气的电池为燃料电池的负极，碱性条件下，氢气在负极失去电子发生氧化反应生成水，电极反应式为H2－2e-＋2OH-=2H2O，故C正确；D．粗铜精炼时，与电源正极相连的电极为粗铜，粗铜中的锌、铁、铜在阳极失去电子发生氧化反应生成金属阳离子，故D错误；故选C。 2．(2026·安徽合肥高三联考)一种基于光、电等协同催化实现复杂生物相关分子的C-H键氟烷基化的电化学方法如图所示。下列说法错误的是( ) A．A电极的电势低于B电极的电势 B．图中表示H+ C．B电极的电极反应式包含 D．理论上生成，外电路中转移2 mol电子 【答案】A 【解析】由图可知，该装置为电解池，在A电极上Fe(II)失去电子转化为Fe(III)，为阳极，发生氧化反应，B电极为阴极，发生还原反应得到电子生成气体X为H2， 电极反应式为：2+2e-=H2+2。A项，由分析可知，A电极为阳极，B电极为阴极，在电解池中，阳极连接电源正极，电势较高；阴极连接电源负极，电势较低，所以A电极的电势应高于B电极的电势，A错误；B项，由图可知，·CF2R+-e-+X，由原子守恒和电荷守恒可知，图中X表示H+，B正确；C项，由图可知，B电极上，得到电子生成H2和，电极反应式为：2+2e-=H2+2，C正确；D项，由图可知，·CF2R得到1个电子生成，在阴极得到1个电子生成循环使用，则理论上生成，外电路中转移2 mol电子，D正确；故选A。 【避错攻略】 (1)在惰性电极上离子的放电顺序 [注意]活泼电极是指除金、铂等惰性金属外的其他金属电极。 (2)电极反应式、电解方程式的书写 ①首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。 ②再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴离子、阳离子两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。 ③然后排出阴、阳两极的放电顺序： 阴极：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞(后为熔融体放电顺序)Al3＋＞Mg2＋＞Na＋＞Ca2＋＞K＋。 阳极：活泼电极＞S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子。 ④分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。 ⑤最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式，并注明“电解”条件。 易错点05 混淆电化腐蚀原理及防护方法 【错因辨析】 (1)腐蚀类型判断误区：误以为酸性环境一定发生析氢腐蚀，实际只有pH<4的强酸性环境才会发生析氢腐蚀，弱酸性、中性环境中氧气氧化性强于H⁺，金属只会发生吸氧腐蚀，后者也是自然界最普遍的腐蚀形式。 (2)镀层防护认知偏差：认为所有镀层破损后都能保护基底金属，实际只有镀层金属活泼性强于基底时(如镀锌铁)，破损后镀层作负极被腐蚀，才能保护基底；若镀层活泼性弱于基底(如镀锡铁)，破损后基底铁作负极，反而会加速腐蚀。 (3)电化学防护操作混淆：常记错外加电流法的电极连接，误将被保护金属接电源正极，正确操作是被保护金属必须接电源负极作阴极，才能避免金属失电子被氧化。 (4)腐蚀速率排序错误：混淆不同场景的腐蚀快慢，正确顺序为：钢铁作电解池阳极 > 钢铁作原电池负极 > 自然吸氧腐蚀 > 钢铁作原电池正极 > 钢铁作电解池阴极。 【对点训练】 1．(2026·广东深圳高三联考)碳钢作为海洋工程中的常见材料，其电化学腐蚀过程易受微生物影响。某碳钢在混合微生物介质中的腐蚀机理如图所示。下列说法错误的是( ) A．a区为负极区 B．b区的电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH- C．菌a、菌b参与的转化过程，铁元素不一定均被氧化 D．图中附着于碳钢的混合菌会加速碳钢的腐蚀 【答案】B 【解析】A项，a区Fe失电子生成Fe2+ ，发生氧化反应，为负极区，A正确；B项，由图可知b区O2 发生得电子的还原反应生成OH-，电极反应为 O2+2H2O+4e-=4OH-，B错误；C项，菌a作用下Fe3O4转化为Fe2+ 时，部分+3价Fe化合价降低被还原，因此铁元素不一定均被氧化，C正确；D项，混合菌可促进碳钢电化学腐蚀过程持续进行，会加速碳钢的腐蚀，D正确；故选B。 2．(2026·云南卷，7)化学护坝体，劳动保安全，某水电站坝体维护示意图如下，下列说法错误的是( ) A．黏土是生产水泥的主要原料之一 B．MgSiF6与Ca(OH)2的反应属于氧化还原反应 C．聚四氟乙烯的合成： D．利用Zn板保护钢闸门时，需定期检查、更换 【答案】B 【解析】A项，水泥的主要原料是石灰石(CaCO3)和黏土，黏土提供硅、铝等元素，是水泥生产的核心原料之一，A正确；B项，根据图示，MgSiF6与Ca(OH)2反应方程式可表示为：MgSiF6+2Ca(OH)2=MgF2+2CaF2+SiO2+2H2O，反应前后，各元素化合价均未发生变化，没有电子转移，属于非氧化还原反应，B错误；C项，聚四氟乙烯由四氟乙烯(CF2=CF2)通过加聚反应合成，双键打开形成高分子链，反应方程式为：，C正确；D项，该防护方法为牺牲阳极法(牺牲负极保护法)，Zn的金属活动性比Fe强，作为原电池的负极，会不断被氧化腐蚀，而钢闸门(Fe)作为正极被保护，随着反应进行，Zn板会逐渐消耗，因此需要定期检查、更换Zn板，保证防护效果，D正确；故选B。 【避错攻略】 (1)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁去电子生成Fe2＋，而不是生成Fe3＋。 (2)金属腐蚀时，电化学腐蚀与化学腐蚀往往同时存在，但前者更普遍，危害也更严重。 (3)铜暴露在潮湿的空气中发生的是化学腐蚀，而不是电化学腐蚀，生成铜绿的化学成分是Cu2(OH)2CO3。 (4)两种保护方法的比较 外加电流的阴极保护法比牺牲阳极的阴极保护法保护效果好。 易错点06 不清楚“交换膜”在电化学中的应用 【错因辨析】 (1)混淆膜的类型与透过粒子：误将质子交换膜等同于普通阳离子交换膜，忽略质子膜仅允许H⁺通过，其他阳离子无法穿过；还常错认为阴离子交换膜能让所有带电粒子通行，实际它会完全阻挡阳离子和气体分子。 (2)离子迁移方向判断错误：电解池场景下，不少人记错离子移动规律，误以为阳离子会向阳极移动、阴离子向阴极移动，实际阳离子仅向阴极迁移，阴离子仅向阳极迁移。 (3)忽略交换膜的实际作用：答题时容易遗漏核心功能，比如忘记阳离子交换膜能隔离两极产物，既避免H2和Cl2混合爆炸，又防止Cl2与阴极生成的NaOH反应污染产品；也常忽略膜的核心作用是维持溶液电中性，保障电化学反应持续进行。 (4)电极反应与膜的匹配失误：计算电子转移对应的产物量时，常忽略膜对离子的定向导流作用，误判多室电解装置中产品的生成位置，导致pH变化、产物产量的计算结果出错。 【对点训练】 1．(2026·广东卷，16)一种利用电解还原CO2同时实现海水脱盐的装置如图，电解液在Ⅰ和Ⅳ室间循环，初始电解液为NaHCO3溶液，膜①~③为阳离子或阴离子交换膜。下列说法错误的是( ) A．①为阳离子交换膜，②为阴离子交换膜 B．阳极反应为4OH--4e-=O2↑＋2H2O C．电解一段时间后，Ⅲ室海水中盐的浓度降低 D．电解过程中，Ⅰ室电解液的pH在一段时间内可保持稳定 【答案】C 【解析】由题图可知，CO2在电极a上反应转化为CO，C元素化合价降低，故电极a为阴极，阴极反应为CO2+H2O+2e-=CO＋2OH-，生成的OH-与电解液中的HCO3-/发生反应HCO3-+OH-═CO32--+H2O。电极b为阳极，H2O电离出的OH-在阳极放电，阳极反应为4OH--4e-=O2↑＋2H2O，H2O电离出的 H+发生反应 H++CO32-- ═HCO3-。若③为阴离子交换膜，结合电流方向可知，Ⅲ室海水中的Cl-会向右通过膜③迁移至Ⅳ室中，并在电极b上放电生成Cl2，故③应为阳离子交换膜，以阻止Cl-通过，据此可知实现脱盐的海水不是Ⅲ室海水，而是Ⅱ室海水，则①为阳离子交换膜，②为阴离子交换膜，Ⅱ室海水中的Na+向左通过膜①迁移至Ⅰ室中，Ⅱ室海水中的Cl-向右通过膜②迁移至Ⅲ室中，Ⅳ室电解液中的 H+向左通过膜③迁移至Ⅲ室中，故电解一段时间后，Ⅱ室海水中盐的浓度降低，Ⅲ室海水中盐的浓度升高。A项，由分析知，①为阳离子交换膜，②为阴离子交换膜，A正确；B项，由分析知，电极b为阳极，H2O电离出的OH-在阳极放电，阳极反应为4OH--4e-=O2↑＋2H2O，B正确；C项，由分析知，电解一段时间后，Ⅱ室海水中盐的浓度降低，Ⅲ室海水中盐的浓度升高，C错误；D项，根据前述分析，Ⅰ室中阴极反应生成的OH-与电解液中的HCO3-/反应生成CO32--，形成HCO3-/CO32--缓冲体系，有利于Ⅰ室电解液的pH在一段时间内保持稳定，D项正确；故选C。 2．(2026·河南卷，12)一种多组串联的电化学装置可以同时产生H2和Cl2，其工作原理如图所示。其中a1~an均为Ag/AgCl电极，每组装置左侧均为高浓度盐酸，右侧均为低浓度盐酸。该装置工作时仅在石墨电极与铂电极上产生气体。 下列说法错误的是( ) A．工作时，铂电极上产生H2 B．工作时，电极a1、a3、an-1的质量均减小 C．定期互换直接相连的Ag/AgCl电极，并恢复溶液浓度，整个装置可再次运行 D．将盐酸换为对应浓度NaCl溶液，使用阳离子交换膜，每组装置启动时均生成NaOH 【答案】D 【解析】整个装置中，中间串联的是原电池，左右两边是电解池，石墨电极为阳极，发生氧化反应：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl2↑，铂电极为阴极，发生还原反应：2H+ + 2e⁻ = H2↑。在原电池装置中，a2~an-1均为Ag/AgCl电极，偶数电极为负极，电极反应：Ag - e⁻ + Cl⁻ = AgCl，奇数电极为正极，电极反应：AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻。A项，铂电极是阴极，H+在阴极得电子生成H2：2H+ + 2e⁻ = H2↑，A正确；B项，工作时，电极a1为阴极，电极反应：AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻，a3、an-1等奇数电极为正极，电极反应：AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻，均是AgCl转化为Ag，质量减小，B正确；C项，在装置运行过程中：左侧高浓度盐酸中，Cl⁻被消耗，同时H+通过质子交换膜迁移到右侧，最终，左侧盐酸浓度降低，右侧盐酸浓度升高；且a1、a3、…、an-1电极质量减小，a2、a4、…、an电极质量增加。若定期将直接相连的Ag/AgCl电极互换，并恢复两侧盐酸浓度，可使装置恢复到初始状态，再次运行，C正确；D项，将盐酸换为NaCl溶液、使用阳离子交换膜时，阳极反应：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl2↑；阴极反应2H2O+2e-=H2↑＋2OH-，Na+会通过阳离子交换膜向阴极移动，在铂电极附近生成NaOH。但中间的装置中，Ag/AgCl电极发生反应：Ag - e⁻ + Cl⁻ = AgCl和AgCl + e⁻ = Ag + Cl⁻，不会生成NaOH，D错误；故选D。 【避错攻略】 (1)离子交换膜是由高分子特殊材料制成。离子交换膜分四类： ①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。 ②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。 ③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。 ④双极膜，由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H+和OH-并分别通过阴膜和阳膜，作为H+和OH-的离子源。 (2)应用原理 ①阳(阴)离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带负(正)电荷的基团，阳(阴)离子可以自由通过孔道，而阴(阳)离子移动到孔道处，受到孔道带负(正)电荷基团的排斥而不能进入孔道中，因而不能通过交换膜。 ②质子交换膜是阳离子交换膜的特例，仅允许质子(H＋)通过，其他离子不能通过。 ③交换膜隔离两种电解质溶液，避免负极材料与能发生反应的电解质溶液直接接触，能提高电流效率。在这种装置中，交换膜起到盐桥作用，且优于盐桥(盐桥需要定时替换或再生)。通过限制离子迁移，使指定离子在溶液中定向移动形成闭合回路，完成氧化剂和还原剂在不接触条件下发生氧化还原反应。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $