1、 电化学及其应用电化学及其应用 1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。 2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。 3.理解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。 电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是历年高考的热点内容。考查的主要知识点：原电池和电 解池的工作原理、电极反应式的书写和判断、电解产物的判断、金属的腐蚀和防护。对本部分知识的考查 仍以选择题为主，在非选择题中电化学知识可能与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行 命题。复习时，应注意： 1对基础知识扎实掌握，如电极反应式的书写、燃料电池的分析等。 2电化学问题的探究
2、设计、实物图分析及新型电池的分析是近年来高考中的热点，通过在练习中总结 和反思，提高在新情境下运用电化学原理分析解决实际问题的能力。 知识点一、知识点一、 原电池电极的判断以及电极方程式的书写原电池电极的判断以及电极方程式的书写 1.原电池正、负极的判断方法： (1)由组成原电池的两极材料判断。 一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。 (2)根据电流方向或电子流动方向判断。 电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。 (3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。 在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 (4)根据原电池两极发生的变化来判断。 原电
3、池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。 (5)电极增重或减轻。 工作后， 电极质量增加， 说明溶液中的阳离子在电极(正极)放电， 电极活动性弱； 反之， 电极质量减小， 说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。 (6)有气泡冒出。 电极上有气泡冒出，是因为发生了析出 H2 的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。 2原电池电极反应式和总反应式的书写 (1)题目给定原电池的装置图，未给总反应式： 首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。 结合介质判断出还原产物和氧化产物。 写出电极反应式(注意两极得失电子数相等)，将两电极反应式相加可得总反应式。 (2)题目中给出原电池
4、的总反应式： 分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的 反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂参加的反应即为负极反应。 当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意介质的反应。 若有一电极反应较难写出，可先写出较易写出的电极反应，然后再利用总反应式减去该电极反应即 得到另一电极反应。 说明：在书写电极反应式时要注意哪些方面？ 1两极得失电子数目相等； 2电极反应式常用“”不用“”表示； 3电极反应式中若有气体生成，需加“” ；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号 表示； 4 写电极反应式时要保证电荷守恒
5、、 元素守恒， 可在电极反应式一端根据需要添加 H或 OH或 H2O； 5两电极反应、电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。 知识点二知识点二 、原电池工作原理的应用、原电池工作原理的应用 1依据原电池原理比较金属活动性强弱 (1)电子由负极流向正极， 由活泼金属流向不活泼金属， 而电流方向是由正极流向负极， 二者是相反的。 (2)在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。 (3)原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解， 质量减少。 2根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池 从理论
6、上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和 两个电极。 (1)电解质溶液的选择 电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的 其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)， 则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如，在铜锌硫酸构成的原电池中，负 极金属锌浸泡在含有 Zn2的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有 Cu2的溶液中。 (2)电极材料的选择 电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活 泼的金属
7、材料。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料。 一般情况下，两个电极的构成分为 4 种情况： 活泼性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌作电池的负极，铜作电池的正极。 金属和非金属。例如，锌锰干电池中，锌片作电池的负极，石墨棒作电池的正极。 金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅板作电池的负极，二氧化铅作电池的正极。 惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，两根电极均可用 Pt。 知识知识点三、点三、原电池正负极判断的方法原电池正负极判断的方法 1由组成原电池的两极材料判断 较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。 2根据电流方向或电子流向判断 外
8、电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。 3根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断 在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。 4根据原电池中两极发生的反应判断 原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价 升降来判断。 5根据电极质量的变化判断 原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱； 反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。 6根据电极上有气泡产生判断 原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出 H2的反应，说明该电极为 正极，活
9、泼性较弱。 7根据某电极(X)附近 pH 的变化判断 析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的 pH 增大，因而原电池工作后，X 极附 近的 pH 增大了，说明 X 极为正极，金属活动性较强。 知识点知识点四、电池电极反应式的书写方法四、电池电极反应式的书写方法 书写电极反应式前，我们应首先明确电池的正负极、电极材料和电解质溶液的性质，对于二次电池还 要注意放电或充电的方向。 (1)电极的判断 对于普通电池，我们通常比较两个电极的金属活动性，通常金属活动性强的电极为电池的负极，金属 活动性弱的电极或非金属(通常为石墨)为电池的正极。 对于燃料电池，两个电极的材料通常相同，所以从
10、电极材料上很难判断电池的正负极。判断电池正负 极的方法，通常是利用电池总反应式，含化合价升高元素的反应物为电池的负极反应物，此电极为负极； 含化合价降低元素的反应物通常为电池的正极反应物，此电极为电池的正极。 (2)电极反应书写步骤 例如，铅蓄电池其总反应式为： PbO2(s)Pb(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l) 其电极反应式的书写步骤为：放电时，为原电池原理，总反应式中已指明放电方向从左向右的过程， 即可逆符号左边为反应物，右边为生成物。 由化合价的升降判断负、正极的反应物 负极：Pb 正极： PbO2 主产物 负极：PbSO4 正极：PbSO4 由化合价升降确定
11、电子得失的数目 负极：2e 正极：2e 电极反应关系式 负极：Pb2ePbSO4 正极：PbO22ePbSO4 考虑电解质溶液，再利用电荷守恒、质量守恒调整反应式 负极：Pb2eSO42-PbSO4 正极：PbO22e4HSO42-PbSO42H2O 充电时，是总反应式的逆向过程，氧化剂、还原剂都为 PbSO4 分析反应过程 阴极(发生还原反应或与外电源负极相连)反应过程：PbSO4 阳极(发生氧化反应或与外电源正极相连)反应过程：PbSO4 充电时电极反应 放电 充电 阴极：PbSO42ePbSO42- 阳极：PbSO42H2O2ePbO24HSO42- 知识点五、知识点五、电解质溶液的电解
12、规律（惰性电极）电解质溶液的电解规律（惰性电极） 1.以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤 (1)分析电解质溶液的组成，找出离子，并分为阴、阳两组。 (2)分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式。 (3)合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。 2反应类型 (1)电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如 NaOH、H2SO4、K2SO4等)溶液的电解。如： 阴极：4H4e2H2， 阳极：4OH4e2H2OO2， 总反应： (2)自身分解型：无氧酸(除 HF 外)、不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物外，如 HCl 、CuCl2等)溶液的电 解
13、。如： 阴极：Cu22eCu， 阳极：2Cl2eCl2， (3)放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外，如 NaCl、MgCl2等)溶液的电解。如： 阴极：2H2eH2， 阳极：2Cl2eCl2， (4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如 CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。如： 阴极：2Cu24e2Cu， 阳极：2H2O4eO24H， 知识点六、知识点六、原电池、电解池和电镀池的比较原电池、电解池和电镀池的比较 原电池 电解池 电镀池 定义 将化学能转化成电能的装置 将电能转变成化学能的 装置 应用电解原理，在某些金属表 面镀上一层其他金属的装置 装置举例 形成条件 活动性不同的两个
14、电极(连 接)；电解质溶液(电极插入 其中并与电极自发反应)； 形 成闭合回路直流电源； 两个电极接两个电 极插入电解质溶液； 形成闭合回路电源正 极； 镀层金属接 电镀液必须含有镀层金属的 离子 电极名称 负极：较活泼金属； 正极： 较不活泼金属(或能导电 的非金属) 阳极：与电源正极相连 的极； 阴极：与电源负极相连 的极(由外加电源决定) 阳极：镀层金属；阴极： 镀件(同电解池) 电极反应 负极：氧化反应，金属失电子； 正极：还原反应，溶液中的阳 离子得电子 阳极：氧化反应， 溶液中的阴离子失电 子， 或电极金属失电子； 阴极：还原反应， 溶液中的阳离子得电子 阳极：金属电极失电子； 阴
15、极：电镀液中阳离子得电子 电子流向 负极 导线 正极 电源负极 导线 阴极 电源正极 导线 阳极 电源负极 导线 阴极电源正极 导线 阳极 反应原理 举例 负极：Zn2eZn2 正极：2H2eH2 总反应： Zn2HZn2H2 阳极：2Cl2e Cl2 阴极：Cu22eCu 总反应： Cu22ClCu Cl2 阳极：Zn2eZn2 阴极：Zn22eZn 溶液中 Zn2浓度不变 主要应用 金属的电化学腐蚀分析； 电解食盐水(氯碱工镀层金属为铬、锌、镍、银等， 电解 电解 牺牲阳极的阴极保护法； 制造多种新的化学电源 业)；电冶金(冶炼 Na、 Mg、Al)；精炼铜 使被保护的金属抗腐蚀能力增 强
16、，增加美观和表面硬度 实质 使氧化还原反应中的电子通过 导线定向转移，形成电流 使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原 反应的过程 联系 (1)同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。 (2)同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。 (3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时， 得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算 高频考点一高频考点一 原电池原理与化学电源原电池原理与化学电源 例 1(2019 课标全国，12)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时 MV2/MV在电极与酶之间
17、传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是( ) A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能 B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应 H22MV2=2H2MV C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成 NH3 D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 【解析】 由题图和题意知， 电池总反应是 3H2N2=2NH3。 该合成氨反应在常温下进行， 并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A 项正确；观察题图知，左边电极发 生氧化反应 MVe=MV2，为负极，不是阴极，B 项错误；正极区 N2在固氮酶作用下发生还 原反应生成 NH3，C 项正确；电池工作时，H通
18、过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移， D 项正确。 【答案】B 【举一反三】 (2019 天津理综，6)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电 池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确 的是( ) A.放电时，a 电极反应为 I2Br2e=2IBr B.放电时，溶液中离子的数目增大 C.充电时，b 电极每增重 0.65 g，溶液中有 0.02 mol I被氧化 D.充电时，a 电极接外电源负极 【解析】 根据电池的工作原理示意图， 可知放电时 a 电极上 I2Br转化为 Br和 I， 电极反应为 I2Br 2e=2IBr，A 项正
19、确；放电时正极区 I 2Br 转化为 Br和 I，负极区 Zn 转化为 Zn2，溶液中离子 的数目增大，B 项正确；充电时 b 电极发生反应 Zn22e=Zn，b 电极增重 0.65 g 时，转移 0.02 mol e， a 电极发生反应 2IBr2e=I2Br， 根据各电极上转移电子数相同， 则有 0.02 mol I被氧化， C 项正确； 放电时 a 电极为正极，充电时，a 电极为阳极，接外电源正极，D 项错误。 【答案】D 【举一反三】【2017 新课标 3 卷】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
20、=8Li2Sx（2x8） 。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 0.02mol 电子，负极材料减重 0.14g 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 【答案】D 【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。外加强大的电流 可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A 正确；通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅 铸铁作阳极，因此电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B 正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸 铁不损耗，C 错
21、误；通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件 变化进行调整，D 正确。 【方法技巧】电极反应式的书写方法 1一般电极反应式的书写 2复杂电池的电极反应式书写 复杂的电极反应式总反应式较简单电极的电极反应式。 如 CH4碱性燃料电池负极反应式的书写： CH42O22OH=CO2 33H2O 总反应式 2O24H2O8e=8OH 正极反应式 用总反应式正极反应式得负极反应式 (CH42O22OH)(2O24H2O8e)=(CO2 33H2O)(8OH ) 整理得：CH410OH8e=7H2OCO2 3 负极反应式 【变式探究】 某原电池装置如图所示， 电池总反应
22、为 2AgCl2=2AgCl。 下列说法正确的是( ) A正极反应为 AgCle=AgCl B放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成 C若用 NaCl 溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变 D当电路中转移 0.01 mol e时，交换膜左侧溶液中约减少 0.02 mol 离子 【答案】D 【解析】在原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故由总反应式可知，负极反应为：2Ag 2e2Cl=2AgCl，正极反应为：Cl22e=2Cl，A 项错误；由于电解质溶液中含有大量 Cl，故放 电时， Ag在交换膜左侧即与 Cl反应生成 AgCl 沉淀， B 项错误； 用 NaCl 溶液代替盐酸， 电池
23、总反应不变， C 项错误； 电路中转移 0.01 mol e时， 交换膜左侧溶液有 0.01 mol Cl参与反应生成 AgCl 沉淀， 还有 0.01 mol H通过阳离子交换膜进入右侧溶液，故 D 项正确。 高频高频考点二考点二 电解原理及其应用电解原理及其应用 例 2(1)2019 课标全国，28(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用 碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示： 负极区发生的反应有_ (写反应方程式)。电路中转移 1 mol 电子，需消耗氧气_L(标准状况)。 (2)2019 北京理综，27(2)可利用太阳能光伏电池
24、电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开 关连接 K1或 K2，可交替得到 H2和 O2。 制 H2时， 连接_。 产生 H2的电极反应式是_。 改变开关连接方式，可得 O2。 结合和中电极 3 的电极反应式， 说明电极 3 的作用： _。 【解析】(1)负极区发生还原反应 Fe3e=Fe2，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反 应 4Fe2O24H=4Fe32H2O，由反应可知电路中转移 4 mol 电子消耗 1 mol O2，则转移 1 mol 电子 消耗氧气 1 4 mol，其在标准状况下的体积为 1 4 mol 22.4 L mol 15.6 L。(2)电解碱性电解液时，H 2O
25、 电离 出的 H在阴极得到电子产生 H2，根据题图可知电极 1 与电池负极连接，为阴极，所以制 H2时，连接 K 1， 产生 H2的电极反应式为 2H2O2e=H22OH。制备 O2时碱性电解液中的 OH失去电子生成 O 2， 连接 K2， O2在电极 2 上产生。 连接 K1时， 电极 3 为电解池的阳极， Ni(OH)2失去电子生成 NiOOH， 电极反应式为 Ni(OH)2eOH=NiOOHH2O，连接 K2时，电极 3 为电解池的阴极，电极反 应式为 NiOOHeH2O=Ni(OH)2OH，使电极 3 得以循环使用。 【答案】(1)Fe3e=Fe2，4Fe2O24H=4Fe32H2O
26、5.6 (2)K1 2H2O2e=H22OH 制 H2时，电极 3 发生反应：Ni(OH)2OHe =NiOOHH2O。制 O2时，上述电极反应逆向进行，使电极 3 得以循环使用 【举一反三】 (2018 课标全国，13)最近我国科学家设计了一种 CO2H2S 协同转化装置，实现对天 然气中 CO2和 H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO石墨烯(石墨烯包裹的 ZnO)和石 墨烯，石墨烯电极区发生反应为： EDTAFe2e=EDTAFe3 2EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2 该装置工作时，下列叙述错误的是( ) A.阴极的电极反应：CO22H2e=COH2O B
27、.协同转化总反应：CO2H2S=COH2OS 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】阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为 CO2 2e2H=COH2O，A 项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为 CO 2 H2S=SCOH2O，B 项正确；石墨烯作阳极，其电势高于 ZnO石墨烯的，C 项错误；Fe3、 Fe2在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D 项正确。 【答案】C 【举一反三】 （2018 年全国卷）最近我国科学家设计了一种 CO2
28、+H2S 协同转化装置，实现对天然气 中 CO2和 H2S 的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为 ZnO石墨烯（石墨烯包裹的 ZnO）和石墨 烯，石墨烯电极区发生反应为： EDTA-Fe2+-e-=EDTA-Fe3+ 2EDTA-Fe3+H2S=2H+S+2EDTA-Fe2+ 该装置工作时，下列叙述错误的是 A. 阴极的电极反应：CO2+2H+2e-CO+H2O B. 协同转化总反应：CO2+H2SCO+H2O+S C. 石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的低 D. 若采用 Fe3+/Fe2+取代 EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+，溶液需为酸性 【答案】C 【解析】该装置属于电解池，
29、CO2在 ZnO石墨烯电极上转化为 CO，发生得到电子的还原反应，为阴 极，石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，据此解答。CO2在 ZnO石墨烯电极上转化为 CO，发 生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为 CO2+H+2eCO+H2O，A正确；根据石墨烯电极上发生 的电极反应可知+即得到 H2S2e2H+S，因此总反应式为 CO2+H2SCO+H2O+S，B 正确；石墨烯 电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯电极上的高，C 错误；由于铁离子、 亚铁离子均易水解，所以如果采用 Fe3/Fe2取代 EDTA-Fe3/EDTA-Fe2，溶液需要酸性，D 正确。
30、 【方法技巧】 1正确判断电解产物 (1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳 极溶解生成 Fe2，而不是 Fe3)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为 S2IBrClOH(水)。 (2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：AgHg2Fe3Cu2HPb2Fe2Zn2 H(水)。 2恢复原态措施 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化 合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解 CuSO4溶液，Cu2完全放电之前，可加入 CuO 或 CuCO3复原， 而 C
31、u2完全放电之后，应加入 Cu(OH)2或 Cu2(OH)2CO3复原。 3突破电解定量计算的 3 种方法 电解的计算包括两极产物的定量计算、溶液 pH 的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算等，无 论哪种计算都可采用下列 3 种方法： 方法一：根据总反应式 先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。 方法二：根据电子守恒 用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子 数目相等。 方法三：根据关系式 根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系，得出计算所需的关系式。 例如由关系式法通过 4 mol e为基准可构建电极产物之
32、间的如下关系式： 【变式探究】【2017 新课标 2 卷】用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解 质溶液一般为 24224 H SOH C O 混合溶液。下列叙述错误的是 A待加工铝质工件为阳极 B可选用不锈钢网作为阴极 C阴极的电极反应式为： 3 Al3eAl D硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【答案】C 【解析】根据原理可知，Al 要形成氧化膜，化合价升高失电子，因此铝为阳极，A 正确；不锈钢网接 触面积大，能增加电解效率，B 正确；阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是 H放电，即 2H 2e=H2，C 错误；根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，D 正确。 高
33、频考点三高频考点三 电解的计算电解的计算 例 3在 1 L K2SO4和 CuSO4的混合溶液中 c(SO2 4)2.0 mol L 1，用石墨电极电解此溶液，当通电一 段时间后，两极均收集到 22.4 L(标准状况)气体，则原溶液中 c(K)为( ) A2.0 mol L1 B1.5 mol L1 C1.0 mol L1 D0.50 mol L1 【答案】A 【解析】由于两极均可产生气体，所以阳极是阴离子 OH放电得到 O2，阴极是 Cu2和 H放电得到 Cu 和 H2，由得失电子守恒可知：2n(O2)n(Cu2)n(H2)， 而 n(O2)n(H2)22.4 L/(22.4 L mol1)
34、1.0 mol，所以 n(Cu2)n(O2)1.0 mol，c(Cu2)1.0 mol L1，原 溶液中存在电荷守恒：c(K)2c(Cu2)2c(SO2 4)，所以 c(K )2 2.0 mol L12 1.0 mol L1 2.0 mol L1。 【举一反三】某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示，该装置能将 H2O 和 CO2转化为糖类 (C6H12O6)和 O2，X、Y 是特殊催化剂型电极。已知装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路通过 总电子数之比。下列说法不正确的是( ) A该装置中 Y 电极发生氧化反应 BX 电极的电极反应式为 6CO224e24H=C6H12O66H
35、2O C理论上，每生成 22.4 L O2必有 4 mol H由 Y 极区向 X 极区迁移 D当电路中通过 3 mol 电子时生成 18 g C6H12O6，则该装置的电流效率为 80% 【答案】C 【解析】 A 项，根据装置图知， Y 电极与电源的正极相连， Y 电极为阳极， 发生氧化反应，正确； B 项， X 电极为阴极，发生还原反应，根据 X 电极上的反应物及产物可写出阴极的电极反应式，正确；C 项，22.4 L O2没有指明是在标准状况下，错误；D 项，n(C6H12O6) 18 g 180 gmol10.1 mol，生成 0.1 mol 葡萄糖消耗 2.4 mol 电子，故该装置的电
36、流效率为 2.4 mol 3 mol100%80%，正确。 【变式探究】在如图所示的装置中，若通直流电 5 min 时，铜电极质量增加 2.16 g。试回答下列问 题： (1)电源中 X 电极为直流电源的_极。 (2)pH 变化： A： _， B： _， C： _(填增大、 减小或不变)。 (3)通电 5 min 时，B 中共收集 224 mL(标准状况下)气体，溶液体积为 200 mL，则通电前 CuSO4溶 液的物质的量浓度为_(假设电解前后溶液体积无变化)。 (4)若 A 中 KCl 足量且溶液的体积也是 200 mL，电解后，溶液的 pH 为_(假设电解前 后溶液体积无变化)。 【解析
37、】(1)三个装置是串联的电解池。电解 AgNO3溶液时，Ag在阴极发生还原反应变为 Ag，所 以质量增加的铜电极是阴极，则银电极是阳极，Y 是正极，X 是负极。(2)电解 KCl 溶液生成 KOH，溶 液 pH 增大；电解 CuSO4溶液生成 H2SO4，溶液 pH 减小；电解 AgNO3溶液，银为阳极，不断溶解， Ag浓度基本不变，pH 不变。(3)通电 5 min 时，C 中析出 0.02 mol Ag，电路中通过 0.02 mol 电子。B 中共收集 0.01 mol 气体，若该气体全为氧气，则电路中需通过 0.04 mol 电子，电子转移不守恒。因此， B 中电解分为两个阶段，先电解
38、CuSO4溶液，生成 O2，后电解水，生成 O2和 H2，B 中收集到的气体 是 O2和 H2的混合物。设电解 CuSO4溶液时生成 O2的物质的量为 x，电解 H 2O 时生成 O2的物质的量 为 y，则 4x4y0.02 mol(电子转移守恒)，x3y0.01 mol(气体体积之和)，解得 xy0.002 5 mol， 所以 n(CuSO4)2 0.002 5 mol0.005 mol，c(CuSO4 ) 0.005 mol 0.2 L 0.025 mol L1。(4)通电 5 min 时，A 中放出 0.01 mol H2，溶液中生成 0.02 mol KOH，c(OH)0.02 mol
39、 0.2 L0.1 mol L1，pH13。 【答案】(1)负 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol L1 (4)13 高频高频考点考点四四 可充电电池可充电电池 例 4.（2018 年全国卷 II）我国科学家研发了一种室温下可呼吸的 NaCO2二次电池。将 NaClO4溶 于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为：3CO2+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是 A. 放电时，ClO4向负极移动 B. 充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2 C. 放电时，正极反应为：3CO2+4e 2CO32+C D. 充电时，正极反应为：Na+eNa
40、【答案】D 【解析】原电池中负极发生失去电子的氧化反应，正极发生得到电子的还原反应，阳离子向正极移动， 阴离子向负极移动， 充电可以看作是放电的逆反应， 据此解答。 放电时是原电池， 阴离子 ClO4向负极移动， A 正确；电池的总反应为 3CO2+4Na2Na2CO3+C，因此充电时释放 CO2，放电时吸收 CO2，B 正确； 放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2+4e2CO32+C，C 正确；充电时是 电解，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为 2CO32+C4e3CO2，D 错 误。 【变式探究】 （2018 年全国卷）一种可充电锂-空
41、气电池如图所示。当电池放电时，O2与 Li+在多孔碳 材料电极处生成 Li2O2-x（x=0 或 1） 。下列说法正确的是 A. 放电时，多孔碳材料电极为负极 B. 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C. 充电时，电解质溶液中 Li+向多孔碳材料区迁移 D. 充电时，电池总反应为 Li2O2-x=2Li+（1 ）O2 【答案】D 【解析】放电时，O2与 Li+在多孔碳电极处反应，说明电池内，Li+向多孔碳电极移动，因为阳离子移 向正极，所以多孔碳电极为正极，A 错误。因为多孔碳电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳 电极（由负极流向正极） ，B 错误。充电和放电时电池中离子的
42、移动方向应该相反，放电时，Li+向多孔碳电 极移动，充电时向锂电极移动，C 错误。根据图示和上述分析，电池的正极反应应该是 O2与 Li+得电子转化 为 Li2O2-X， 电池的负极反应应该是单质 Li 失电子转化为 Li+， 所以总反应为： 2Li + (1 )O2 Li2O2-X， 充电的反应与放电的反应相反，所以为 Li2O2-X 2Li + (1)O2， D 正确。 【特别提醒】可充电电池的答题 4 步骤 【举一反三】某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为： Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+ C6(x1)。下列关于该电池的说法不正确的是（ ） A放电
43、时，Li+在电解质中由负极向正极迁移 B放电时，负极的电极反应式为 LixC6-xe-= xLi+ C6 C充电时，若转移 1mole-，石墨 C6电极将增重 7xg D充电时，阳极的电极反应式为 LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+ 【答案】C 【解析】 放电时，阳离子向正极移动，A 正确；放电时，负极失去电子，B 正确；充电时，若转移 1mol 电子，则石墨电极上溶解 1/xmol C6，电极质量减少，C 错误；充电时阳极失去电子，为原电池的正极的逆 反应，D 正确。 高频高频考点考点五五 金属的腐蚀与防护金属的腐蚀与防护 例 5(2019 江苏化学，10)将铁粉和活性炭的混合
44、物用 NaCl 溶液湿润后，置于如图所示 装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( ) A.铁被氧化的电极反应式为 Fe3e=Fe3 B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能 C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀 D.以水代替 NaCl 溶液，铁不能发生吸氧腐蚀 【解析】A 项，铁和炭的混合物用 NaCl 溶液湿润后构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成 Fe2 ，电极反应式为 Fe2e=Fe2，错误；B 项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还可转化为热能 等，错误；C 项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D 项，用水代替 NaCl 溶液，Fe 和炭也可以构 成原电池，Fe
45、 失去电子，空气中的 O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。 【答案】C 【举一反三】 （2018 年北京卷） 验证牺牲阳极的阴极保护法， 实验如下 （烧杯内均为经过酸化的 3%NaCl 溶液） 。 在 Fe 表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确 的是 A. 对比，可以判定 Zn 保护了 Fe B. 对比，K3Fe(CN)6可能将 Fe 氧化 C. 验证 Zn 保护 Fe 时不能用的方法 D. 将 Zn 换成 Cu，用的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼 【答案】D 【解析】对比，Fe 附近的溶液中加入 K3Fe（CN）6无明显变化，Fe 附近的溶液中不含 Fe2
46、+， Fe 附近的溶液中加入 K3Fe （CN）6产生蓝色沉淀， Fe 附近的溶液中含 Fe2+， 中 Fe 被保护， A 正确； 加入 K3Fe （CN） 6在 Fe 表面产生蓝色沉淀， Fe 表面产生了 Fe 2+， 对比的异同， 可能是 K 3Fe （CN） 6将 Fe 氧化成 Fe 2+， B 正确； 对比， 加入 K 3Fe （CN）6在 Fe 表面产生蓝色沉淀， 也能检验出 Fe 2+， 不能用的方法验证 Zn 保护 Fe，C 正确；由实验可知 K3Fe（CN）6可能将 Fe 氧化成 Fe2+，将 Zn 换成 Cu 不能用的方法证明 Fe 比 Cu 活泼，D 错误。 【变式探究】 【2017 新课标 1 卷】 支撑海港码头基础的钢管桩， 常用外加电流的阴极保护法进行防腐， 工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是 A通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零 B通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩 C高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流 D通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整 【答案】C 【解析】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。外加强大的电流 可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A 正确；通电后，被保护的钢
