2018届二轮复习电化学基础学案（全国通用）(3)

2018届二轮复习电化学基础学案（全国通用）(3)

‎2018届二轮复习 电化学基础 ‎[高考关键词]　1.闭合回路、电子、离子运动。2.电极名称、电极反应式、总反应式的书写。3.原理的创新运用、新型电源、实现特殊反应。4.计算(电极质量变化、pH——电子数相关)。‎ ‎1．按如图所示装置进行实验，并回答下列问题。‎ ‎(1)判断装置的名称：A池为______，B池为________。‎ ‎(2)锌极为____极，Cu2＋在溶液中向________(填“Zn”或“Cu”)极运动。‎ ‎(3)电极反应式 正极________________________________________________________________________，‎ 负极________________________________________________________________________。‎ ‎(4)若溶液X为滴有酚酞的KCl溶液 ‎①石墨棒C1的电极反应式为____________________，石墨棒C2附近发生的实验现象为__________________________________，溶液中的K＋向__________(填“C1”或“C2”)电极移动；‎ ‎②当C2极析出224 mL 气体(标准状况时)，锌的质量变化________(填“增加”或“减少”)________g，此时B中溶液的体积为200 mL，则pH为________。‎ ‎(5)若溶液X为CuSO4溶液(足量)‎ ‎①B池中总反应的离子方程式为__________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________；‎ ‎②反应一段时间后，A池中Cu电极增重3.2 g，要使B池溶液恢复到起始状态，向溶液中加入适量的______，其质量为________g。‎ 答案　(1)原电池　电解池　(2)负　Cu ‎(3)Cu2＋＋2e－===Cu　Zn－2e－===Zn2＋‎ ‎(4)①2Cl－－2e－===Cl2↑　产生无色气泡，溶液变红　C2‎ ‎②减少　0.65　13　(5)①2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋　②CuO　4(或CuCO3　6.2)‎ ‎2.如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，放置数天后观察：‎ ‎(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于________(填“化学”或“电化学”)腐蚀。‎ ‎(2)若试管内液面上升，则原溶液呈__________性，发生__________腐蚀，正极反应式为________________________________________________________________________。‎ ‎(3)若试管内液面下降，则原溶液呈________________性，发生__________腐蚀，正极反应式为________________________。‎ 答案　(1)电化学 ‎(2)弱酸或中　吸氧　O2＋2H2O＋4e－===4OH－‎ ‎(3)较强的酸　析氢　2H＋＋2e－===H2↑‎ 高考题型1　原电池原理　新型化学电源 ‎1．Mg－AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　　)‎ A．负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋‎ B．正极反应式为Ag＋＋e－===Ag C．电池放电时Cl－由正极向负极迁移 D．负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑‎ 答案　B 解析　根据题意，Mg－海水－AgCl电池总反应式为Mg＋2AgCl===MgCl2＋2Ag。A项，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，正确；B项，正极反应式为2AgCl＋2e－===2Cl－＋ 2Ag，错误；C项，对原电池来说，阴离子由正极移向负极，正确；D项，由于镁是活泼金属，则负极会发生副反应Mg＋2H2O===Mg(OH)2＋H2↑，正确。‎ ‎2．金属(M)－空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为4M＋nO2＋2nH2O===4M(OH)n。‎ 已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是(　　)‎ A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面 B．比较Mg、Al、Zn三种金属空气电池，Al空气电池的理论比能量最高 C．M空气电池放电过程的正极反应式：4Mn＋＋nO2＋2nH2O＋4ne－===4M(OH)n D．在Mg－空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜 答案　C 解析　A项，采用多孔电极可以增大电极与电解质溶液的接触面积，且有利于氧气扩散至电极的表面，正确；B项，单位质量的Mg、Al、Zn释放的电子分别为 mol、 mol、 mol，显然铝的比能量比Mg、Zn高，正确；C项，电池放电过程正极O2得电子生成OH－，但负极生成的金属阳离子不能透过阴离子交换膜移至正极，故正极不能生成M(OH)n，反应式应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，错误；D项，为避免OH－移至负极而生成M(OH)n，可采用中性电解质及阳离子交换膜阻止OH－，正确。‎ ‎1．原电池原理 ‎(1)只有放热的氧化还原反应才能设计成原电池将化学能转化为电能。典型的原电池装置如图所示：‎ ‎(2)外电路：电子从负极流出，经导线流向正极。‎ 内电路：可简记作“正向正，负向负”。‎ 注意：电子不能通过溶液 外电路和内电路共同构成闭合回路，完成自发的氧化还原反应，使化学能自主地转化为电能。‎ ‎(3)原电池工作原理示意图 ‎2．电极反应式的书写方法 ‎(1)一般电极反应式的书写 ‎ ‎ ‎(2)复杂电池反应的电极反应式书写 复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式 如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：‎ CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O……总反应式 ‎2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式 CH4＋10OH－－8e－===7H2O＋CO……负极反应式 ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ 考向1　原电池工作原理 ‎1．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(SO)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。‎ ‎2．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2。下列说法中不正确的是(　　)‎ A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn B．负极发生的反应是Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2‎ C．工作时，负极区溶液碱性减弱，正极区溶液碱性增强 D．溶液中的OH－向正极移动，K＋、H＋向负极移动 答案　D 解析　根据总反应Ag2O＋Zn＋H2O===2Ag＋Zn(OH)2，分析各物质化合价发生的变化可知，Zn在负极上反应，Ag2O在正极上反应，电解质溶液为KOH溶液，所以负极反应式为Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－，在负极区OH－被消耗，碱性减弱，pH减小，正极区生成OH－，碱性增强，pH增大，溶液中OH－定向移动到负极。‎ 考向2　“盐桥”及“变态盐桥”电池 ‎3．下列有关铜锌原电池(下图)的叙述正确的是(　　)‎ A．正极反应为Zn－2e－===Zn2＋‎ B．取下盐桥，原电池仍可工作 C．在外电路中，电子从正极流向负极 D．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 答案　D 解析　锌比铜活泼，锌是负极，失去电子，A错误；取下盐桥，不能形成闭合回路，原电池不能再工作，B错误；在外电路中，电子从负极流向正极，C错误；正极是铜，溶液中的铜离子放电，总反应式为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，D正确。‎ ‎4．“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示，电极材料多孔Ni/NiCl2和金属钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是(　　)‎ A．电池反应中有NaCl生成 B．电池的总反应是金属钠还原三价铝离子 C．正极反应为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－‎ D．钠离子通过钠离子导体在两电极间移动 答案　B 解析　结合蓄电池装置图，利用原电池原理分析相关问题。A项，负极反应式为Na－e－===Na＋，正极反应式为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－，故电池反应中有NaCl生成；B项，电池的总反应是金属钠还原二价镍离子；C项，正极上NiCl2发生还原反应，电极反应式为NiCl2＋2e－===Ni＋2Cl－；D项，钠在负极失电子，被氧化生成Na＋，Na＋通过钠离子导体在两电极间移动。‎ ‎5．如图为钠硫高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，正极的电极反应式为__________________________________________；‎ M(由Na2O和Al2O3制得)的两个作用是__________________________________。‎ 答案　xS＋2e－===S　导电和隔绝Na、S的作用 解析　由方程式可知反应中Na被氧化，应为原电池负极，电极方程式为Na－e－===Na＋，正极上硫得电子发生还原反应，所以正极电极反应式为xS＋2e－===S；在该装置中M起到盐桥的作用，有导电和隔绝Na、S的作用。‎ 考向3　“介质”多变的燃料电池 ‎6．如图为氢氧燃料电池原理示意图，按照此图的提示，下列叙述不正确的是(　　)‎ A．a电极是负极 B．b电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑‎ C．氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 D．氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置 答案　B 解析　氢氧燃料电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，因此a电极上发生反应：2H2－4e－===4H＋，是负极；b电极上发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，是正极；氢氧燃料电池的能量转化率较高，且产物H2O是一种无污染物质，故该电池是一种具有应用前景的绿色电源。氢氧燃料电池中只要通入H2、O2就能工作，无需将H2、O2储藏在电池内部。‎ ‎7．科学家设想，N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A．通入N2的电极发生的电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH B．反应过程中溶液的pH会变大，故需要加入盐酸 C．该电池外电路电流从通入H2的电极流向通入N2的电极 D．通入H2的电极为负极，A为NH4Cl 答案　C 解析　A项，该电池的原理是合成氨，所以正极是氮气发生还原反应，电极反应式为N2＋6e－＋8H＋===2NH，正确；B项，反应过程中，H＋不断被消耗，pH变大，需要加入盐酸，正确；C项，该装置是原电池装置，电流由正极通过外电路流向负极，即由通入氮气的电极沿外电路流向通入氢气的电极，错误；D项，通入H2的电极为负极，A为NH4Cl，正确。‎ ‎8．固体氧化物燃料电池(SOFC)的工作原理如图所示，已知电池中电解质为熔融固体氧化物，O2－可以在其中自由移动。下列有关说法合理的是(　　)‎ A．电极b为电池负极，电极反应式为O2＋4e－===2O2－‎ B．固体氧化物的作用是让电子在电池内通过 C．若H2作为燃料气，接触面上发生的反应为H2＋OH－－2e－===H＋＋H2O D．若C2H4作为燃料气，接触面上发生的反应为C2H4＋6O2－－12e－===2CO2＋2H2O 答案　D 解析　负极应该发生氧化反应，b极应为电池正极，A错；电子在外电路中通过，O2－通过固体氧化物定向移动，B错；燃料在接触面上与O2－反应，失去电子，C错，D正确。‎ ‎9．一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O C．电池工作时，CO向电极B移动 D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO 答案　D 解析　A项，H4→O，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为O2＋4e－＋2CO2===2CO，正确。‎ 考向4　其他新电池 ‎10．锂锰电池的体积小，性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li＋通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．外电路的电流方向是由a极流向b极 B．电池正极反应式为MnO2＋e－＋Li＋===LiMnO2‎ C．可用水代替电池中的混合有机溶剂 D．每转移0.1 mol电子，理论上消耗Li的质量为3.5 g 答案　B 解析　Li是负极，MnO2是正极，且Li是活泼金属，能与水直接反应。‎ ‎11．研究人员研制出一种可在一分钟内完成充放电的超常性能铝离子电池，充放电时AlCl 和Al2Cl两种离子在Al电极上相互转化，其他离子不参与电极反应，其放电工作原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．放电时，有机阳离子向铝电极方向移动 B．充电时，铝电极连接外加电源的正极，石墨电极连接外加电源的负极 C．放电时负极的电极反应：Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl D．该电池的工作原理：3Cn＋4Al2Cl3CnAlCl4＋Al＋AlCl 答案　C 高考题型2　电解原理及应用 ‎1．用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)‎ A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 答案　B 解析　‎ A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n(右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m的右面得电子析出铜，正确。‎ ‎2．三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。‎ 下列叙述正确的是(　　)‎ A．通电后中间隔室的SO离子向正极迁移，正极区溶液pH增大 B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品 C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低 D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 答案　B 解析　电解池中阴离子向正极移动，阳离子向负极移动，即SO离子向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。‎ ‎1．电解池工作原理(阳极为惰性电极)示意图 ‎2．电解池中电极反应式的书写步骤 ‎3．“六点”突破电解应用题 ‎(1)分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。‎ ‎(2)剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。‎ ‎(3)注意放电顺序。‎ ‎(4)书写电极反应式，注意得失电子守恒。‎ ‎(5)正确判断产物 ‎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S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)>含氧酸根>F－。‎ ‎②阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>Na＋。‎ ‎(6)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Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。‎ 考向1　电解原理及通常应用 ‎1．根据如图判断，下列说法正确的是(　　)‎ A．甲电极附近溶液pH会升高 B．甲极生成氢气，乙极生成氧气 C．当有0.1 mol电子转移时，乙电极产生1.12 L气体 D．图中b为阴离子交换膜、c为阳离子交换膜，利用该装置可以制硫酸和氢氧化钠 答案　D 解析　甲为阳极，放氧生酸，电极附近H＋浓度增大；乙为阴极，产生H2；C项未指明标准状况，错。‎ ‎2．观察下列几个装置示意图，有关叙述正确的是(　　)‎ A．装置①中阳极上析出红色固体 B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连 C．装置③中外电路电子由a极流向b极 D．装置④中所连的X是外接电源的正极 答案　C 解析　电解CuCl2溶液时，阳极产生氯气，阴极析出红色的铜，A项错误；电镀时，镀层金属作阳极，连电源的正极，待镀铁制品作阴极，连电源的负极，B项错误；装置③中，通入氢气的a极是负极，通入氧气的b极是正极，在外电路中，电子由a极经电流表流向b极，C项正确；装置④是利用电解原理防腐，钢闸门应是被保护的电极，为阴极，所连的X电极是外接电源的负极，D项错误。‎ ‎3．碘盐中添加的碘酸钾在工业上可用电解KI溶液制取，电极材料是石墨和不锈钢，化学方程式是KI＋3H2OKIO3＋3H2↑。有关说法不正确的是(　　)‎ A．石墨作阳极，不锈钢作阴极 B．I－在阳极放电，H＋在阴极放电 C．电解过程中电解质溶液的pH变小 D．电解过程中转移3 mol e－时，理论上可制得KIO3 107 g 答案　C 解析　A项，根据方程式可知碘离子失去电子，水电离出的氢离子得到电子转化为氢气。电解池中阳极反应失去电子，阴极反应得到电子，所以该电解池中阳极是惰性电极，则石墨作阳极，不锈钢作阴极，正确；B项，I－在阳极放电，H＋在阴极放电，正确；C项，电解时氢离子放电，溶液中剩余氢氧根离子，因此溶液的碱性增强，则pH变大，错误；D项，根据方程式可知生成1 mol碘酸钾转移6 mol电子，则电解过程中转移3 mol e－时，理论上可制得KIO3的质量是×214 g·mol－1＝107 g，正确。‎ 考向2　电解原理的不寻常应用 ‎4．将铝件与另一种材料作电极，以某种溶液作电解液进行电解，通电后在铝件与电解液的接触面上逐渐形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量使Al(OH)3分解，从而在铝件表面形成一层较厚的氧化膜。某校课外兴趣小组根据上述原理，以铝件和铁棒为电极，一定浓度的NaHCO3溶液为电解液进行实验。‎ ‎(1)铝件表面形成Al(OH)3的电极反应式是_________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)电解过程中，必须使电解液pH保持相对稳定(不能太大，也不能太小)的原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)用NaHCO3溶液作电解液，会减缓阴极区溶液pH的增大，能说明这一原理的离子方程式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)Al－3e－＋3HCO===Al(OH)3↓＋3CO2↑‎ ‎(2)Al(OH)3、Al2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的Al2O3薄膜溶解　(3)HCO＋OH－===CO＋H2O 解析　因为铝要生成Al(OH)3，铝件应作阳极，铁棒作阴极，NaHCO3溶液为电解液。由于Al(OH)3、Al2O3具有两性，电解液的酸性或碱性过强，都会使所形成的Al(OH)3或Al2O3‎ 薄膜溶解。碳酸氢钠能与碱反应：HCO＋OH－===CO＋H2O，所以会减缓阴极区溶液pH的增大。‎ ‎5．甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。实验室用下图装置模拟上述过程：‎ ‎(1)写出阳极的电极反应式____________________。‎ ‎(2)写出除去甲醇的离子方程式___________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　(1)Co2＋－e－===Co3＋　(2)6Co3＋＋CH3OH＋H2O===6Co2＋＋CO2↑＋6H＋‎ ‎6．[2014·新课标全国卷Ⅰ，27(4)]H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：‎ ‎①写出阳极的电极反应式_______________________________________________。‎ ‎②分析产品室可得到H3PO2的原因__________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_______杂质。该杂质产生的原因是_________________________________。‎ 答案　①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ ‎②阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2‎ ‎③PO　H2PO或H3PO2被氧化 解析　①阳极发生氧化反应，在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。‎ ‎②H2O放电产生H＋，H＋进入产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应：H＋＋H2POH3PO2。‎ ‎③如果撤去阳膜，H2PO或H3PO2可能被氧化。‎ 高考题型3　电化学原理的综合应用 ‎1．锌－空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)‎ A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动 B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小 C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH) D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)‎ 答案　C 解析　A项，充电时，电解质溶液中K＋向阴极移动，错误；B项，充电时，总反应方程式为2Zn(OH)2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，所以电解质溶液中c(OH－)逐渐增大，错误；C项，在碱性环境中负极Zn失电子生成的Zn2＋将与OH―结合生成Zn(OH)，正确；D项，O2～4e－，故电路中通过2 mol电子，消耗氧气0.5 mol，在标准状况下体积为11.2 L，错误。‎ ‎2．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。‎ 图1　　　　　　　　　图2‎ ‎0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是___________________________，‎ 溶液中的H＋向________极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案　2H＋＋NO＋e－===NO2↑ ＋ H2O　正 常温下铝在浓HNO3中发生钝化，氧化物薄膜阻止了铝的进一步反应 解析　0～t1时，Al表面被氧化发生钝化，Al作负极，Cu作正极，正极反应为2H＋＋NO＋e－===NO2↑ ＋ H2O；原电池工作时，阳离子向正极做定向移动；t1时铝表面在浓HNO3中全部钝化后，氧化膜阻止了铝的进一步氧化，然后铜作负极，电流方向发生变化。‎ ‎1．金属腐蚀原理及防护方法总结 ‎(1)常见的电化学腐蚀有两类：‎ ‎①形成原电池时，金属作负极，大多数是吸氧腐蚀；‎ ‎②形成电解池时，金属作阳极。‎ ‎(2)金属防腐的电化学方法：‎ ‎①原电池原理——牺牲阳极的阴极保护法：与较活泼的金属相连，较活泼的金属作负极被腐蚀，被保护的金属作正极。‎ 注意：此处是原电池，牺牲了负极保护了正极，但习惯上叫做牺牲阳极的阴极保护法。‎ ‎②电解池原理——外加电流的阴极保护法：被保护的金属与原电池负极相连，形成电解池，作阴极。‎ ‎2．多池“串联”问题的解题思路 ‎(1)无外接电源的多池装置分析技巧 ‎①先判断原电池，简单方法是寻找最活泼金属，确定最活泼金属所在装置为原电池，其余为电解池；还可以根据题目信息确定，能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。‎ ‎②确定电极策略：与原电池负极相连为阴极，串联装置中电极是交替出现的，即相邻电解装置的电极为阴、阳极相连。‎ ‎③简单计算策略：多池串联装置中相同时间内各电极得失电子数相等。‎ ‎(2)有外接电源的多池装置分析技巧 ‎①有外接电源时，全部为电解池(包括电镀池和精炼池)。②确定电极策略：与电源负极相连的是阴极，根据“电解池串联时阴、阳极交替出现”原则正推电极，也可以通过装置某极变化、现象反推电极。‎ ‎③计算时要善用电子守恒。‎ ‎3．可充电电池的反应规律 ‎(1)可充电电池有充电和放电两个过程，放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。‎ ‎(2)放电时的负极反应和充电时的阴极反应、放电时的正极反应和充电时的阳极反应互为逆反应。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。‎ ‎(3)可充电电池充电时原负极必然要发生还原反应(生成原来消耗的物质)，即作阴极，连接电源的负极；同理，原正极连接电源的正极，作阳极。简记为负连负，正连正。‎ 考向1　金属的腐蚀与防护 ‎1．下列铁制品(铁钉或钢铁管道)易被腐蚀的是(　　)‎ A B C D 答案　D 解析　A项，此图中铁和碳构成了电解池，而铁作阴极被保护，故不易被腐蚀，A错误；B项，此图中镁和铁制输水管构成了原电池，而镁作负极被腐蚀，输水管作正极被保护，故不易腐蚀，B错误；C项，此图中铁管道和锌构成了原电池，锌作负极被腐蚀，铁管道作正极被保护，不易被腐蚀，C错误。‎ ‎2．对如图装置(铁的防护)的分析正确的是(　　)‎ A．甲装置是牺牲阳极的阴极保护法 B．乙装置是牺牲阳极的阴极保护法 C．一段时间后甲、乙装置中pH均增大 D．甲、乙装置中铁电极的电极反应式均为2H＋＋2e－===H2↑‎ 答案　B 解析　‎ A项，甲装置中C为阳极，阳极上氯离子失电子，Fe为阴极，阴极上氢离子得电子，属于外加电源的阴极保护法，故A错误；B项，乙装置中Zn为负极，Fe为正极，正极上氧气得电子，Fe不参加反应，Fe被保护，所以是牺牲阳极的阴极保护法，故B正确；C项，甲装置中电解氯化钠生成氢氧化钠，溶液的pH增大，乙装置中负极Zn失电子，正极氧气得电子，最终生成氢氧化锌，溶液的pH几乎不变，故C错误；D项，乙中正极上氧气得电子生成氢氧根离子，所以Fe电极上没有氢气生成，故D错误。‎ ‎3．钢铁防护方法有多种，下图中的方法描述正确的是(　　)‎ A．b为电源负极 B．该方法是牺牲阳极的阴极保护法 C．电子流向：a→钢铁闸门→辅助电极→b→a D．电源改用导线连接进行防护时，辅助电极发生氧化反应 答案　D 解析　从图示可知，由于有外加电源，故此为外加电源的阴极保护法，B错误；A项，在外加电源的阴极保护法中，钢铁作电解池的阴极，即a为电源的负极，则b为电源的正极，故A错误；‎ C项，在电解池中，电子由电解池的阳极→电源的正极→电源的负极→电解池的阴极，即电子要由辅助电极→b→a→钢铁闸门，故C错误；D项，电源改用导线连接进行防护时，即牺牲阳极的阴极保护法，则辅助电极要作负极，发生氧化反应，故D正确。‎ 考向2　串联装置中的电化学问题 ‎4．肼(分子式为N2H4，又称联氨)具有可燃性，在氧气中完全燃烧生成氮气，可用作燃料电池的燃料。‎ 由题图信息可知下列叙述不正确的是(　　)‎ A．甲为原电池，乙为电解池 B．b电极的电极反应式为O2＋4e－===2O2－‎ C．d电极的电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu D．c电极质量变化128 g时，理论消耗标准状况下的空气约为112 L 答案　B 解析　由题图信息可知，甲为乙中的电解提供能量，A项不符合题意；水溶液中不可能存在O2－，B项符合题意；d电极与负极相连，发生还原反应，生成Cu，C项不符合题意；铜质量减少128 g，减少的物质的量为2 mol，故转移4 mol电子，由N2H4＋O2===N2＋2H2O可知，N元素的化合价由－2升高到0，故转移4 mol电子时，参与反应的O2的物质的量为1 mol，即消耗空气的物质的量约为＝5 mol，即标准状况下的体积为5 mol×22.4 L·mol－1＝112 L，D项不符合题意。‎ ‎5．已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题。‎ ‎(1)A是铅蓄电池的________极，铅蓄电池正极反应式为________________________，放电过程中电解液的密度________(填“减小”、“增大”或“不变”)。‎ ‎(2)Ag电极的电极反应式是______________________，该电极的电极产物共________ g。‎ ‎(3)Cu电极的电极反应式是___________________________________________，‎ CuSO4溶液的浓度________(填“减小”、“增大”或“不变”)。‎ ‎(4)如图表示电解进行过程中某个量(纵坐标x)随时间变化曲线，则x表示________。‎ a．各U形管中产生的气体的体积 b．各U形管中阳极质量的减少量 c．各U形管中阴极质量的增加量 答案　(1)负　PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O　减小 ‎(2)2H＋＋2e－===H2↑　0.4‎ ‎(3)Cu－2e－===Cu2＋　不变 ‎(4)b 解析　根据在电解过程中铁电极质量的减少可判断A是电源的负极，B是电源的正极，电解时Ag极作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Fe作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，左侧U形管中总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变，根据上述分析可得答案。‎ 考向3　二次电池的充电与放电 ‎6．镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是 Ni(OH)2＋M===NiOOH＋MH 已知：6NiOOH＋NH3＋H2O＋OH－===6Ni(OH)2＋NO 下列说法正确的是(　　)‎ A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－‎ B．充电过程中OH－离子从阳极向阴极迁移 C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e－===MH＋OH－，H2O中的H被M还原 D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液 答案　A 解析　A项，由NiMH充电的总反应方程式知，其逆反应为放电时的总反应，正极发生还原反应：NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，正确；B项，充电时相当于电解池，阴离子(OH－)向阳极移动，错误；C项，由于MH中M与H均为0价，反应前后M的化合价没有变化，故H2O中的H是由于电解而被还原，并不是被M还原，错误；D项，由信息可知NiOOH与KOH溶液、氨水反应，故电解质溶液不能用KOH溶液、氨水，错误。‎ ‎7．ICAO(联合国国际民用航空组织)2月22日颁布临时禁令，从4月1日起，将禁止客机运输载有锂离子电池的物品，也就是说，未来手机、笔记本电脑等含有锂离子电池的设备将不得作为行李托运。目前市场上经常见到的锂离子电池的负极材料是金属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导Li＋的高分子材料。这种锂离子电池的电池反应为Li＋2Li0.35NiO22Li0.85NiO2。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A．放电时，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋‎ B．充电时，Li0.85NiO2既发生氧化反应又发生还原反应 C．放电过程中Li＋向负极移动 D．该电池属于二次电池 答案　C 解析　电池的负极是锂，电极反应式为Li－e－===Li＋，A项不符合题意；充电时，发生反应的物质只有一种，故其既发生氧化反应又发生还原反应，B项不符合题意；放电过程中，Li＋带正电，向正极移动，C项符合题意；该电池是可充电电池，能反复使用，属于二次电池，D项不符合题意。‎ 考向4　化学反应中的能量变化综合考查 ‎8．肼(N2H4)又称联氨，广泛用于火箭推进剂、有机合成及燃料电池等方面，NO2的二聚体N2O4是火箭中常用的氧化剂。请回答下列问题：‎ 图1‎ ‎(1)肼燃料电池的原理如图1所示，左边电极上发生反应的电极反应式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)火箭常用N2O4作氧化剂，肼作燃料，已知：‎ ‎①N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH1＝－67.7 kJ·mol－1；‎ ‎②N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－534.0 kJ·mol－1；‎ ‎③2NO2(g)N2O4(g)　ΔH3＝－52.7 kJ·mol－1。‎ 气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式为______________。‎ ‎(3)联氨在工业生产中常以氨和次氯酸钠为原料获得，也可在高锰酸钾作催化剂条件下，用尿素[CO(NH2)2]和次氯酸钠、氢氧化钠溶液反应获得，尿素法反应的离子方程式为________________________________________________________________________。‎ ‎(4)某模拟“人工树叶”的电化学实验装置如图2所示，该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。该装置工作时，H＋‎ 从________(填字母，后同)极区向________极区迁移，将电能转化为________能，每生成1 mol O2，有________ g CO2被还原(小数点后保留1位数字)。‎ ‎(5)图3中甲装置为C3H8O的燃料电池(电解质溶液为KOH溶液)装置，该同学想在乙装置中实现铁上镀铜，则f处通________，写出电极c上的电极反应式：________________________。‎ 图2‎ 图3‎ 答案　(1)N2H4－4e－＋4OH－===N2＋4H2O ‎(2)2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－947.6 kJ·mol－1‎ ‎(3)CO(NH2)2＋ClO－＋2OH－N2H4↑＋CO＋Cl－＋H2O ‎(4)b　a　化学　29.3‎ ‎(5)O2　C3H8O－18e－＋24OH－===3CO＋16H2O 解析　(1)由图1可知燃料电池左边是N2H4生成N2和H2O，N化合价升高，N2H4失去电子发生氧化反应。(2)由盖斯定律知，②×2－①－③可得2N2H4(g)＋N2O4(g)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－947.6 kJ·mol－1。(3)ClO－作氧化剂，被尿素还原成Cl－，尿素则被氧化为联氨，再根据原子个数守恒，即可写出离子方程式。(4)由图2知，该装置为电解池，将电能转化为化学能，该装置工作时，在b极(阳极)H2O失去电子被氧化为O2，同时产生H＋，H＋从b极区向a极(阴极)区移动，由得失电子守恒知，每生成1 mol O2转移4 mol e－，每消耗1 mol CO2转移6 mol e－，则被还原的CO2的质量为 mol×44 g·mol－1≈29.3 g。(5)由图3可知，在Fe极上镀Cu，则Fe为阴极，Cu为阳极，则与Cu相连的燃料电池的d极为正极，所以f处通入O2‎ ‎。燃料电池的c极为负极，e处通入C3H8O，C3H8O被氧化为CO。‎