2020届一轮复习人教版原电池与电解池学案

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2020 届一轮复习人教版 原电池与电解池 学案 【考向解读】 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。 【命题热点突破一】原电池的工作原理及其应用 1．原电池正负极的判断 2．原电池电极反应式的书写 如果题目给定的是图示装置，先要分析正、负极，再根据反应规律去写电极 反应式；如果题目给定的是总反应式，可先分析此反应中的氧化反应或还原反应 (即分析有关元素的化合价变化情况)，再选择一个简单变化情况去写电极反应 式，另一极的电极反应式可直接写或将各反应式看作是数学中的代数式，用总反 应式减去已写出的电极反应式，即得结果。 【特别提醒】 (1)对于可充电电池的反应，需要看清楚“充电、放电”的方 向，放电过程应用原电池原理，充电过程应用电解池原理。(2)对于电解质溶液 中有离子参与的反应，要特别注意将参与反应的离子写入电极反应式中。 例 1、【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=8Li2Sx（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 0.02mol 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 【变式探究】【2016 年高考上海卷】图 1 是铜锌原电池示意图。图 2 中，x 轴表示实验 时流入正极的电子的物质的量，y 轴表示（ ） A．铜棒的质量 B．c(Zn2+) C．c(H+) D．c(SO42-) 【答案】C 【解析】该装置构成原电池，Zn 是负极，Cu 是正极。在正极 Cu 上溶液中的 H+获得电子 变为氢气，Cu 棒的质量不变，A 错误；由于 Zn 是负极，不断发生反应 Zn-2e-=Zn2+，所以溶 液中 c(Zn2+)增大，B 错误；由于反应不断消耗 H+，所以溶液的 c(H+)逐渐降低，C 正确；SO4 2- 不参加反应，其浓度不变，D 错误。 【点评】 书写原电池电极反应式要特别注意介质与电极生成物的反应：(1) 负极生成的金属离子与电解质溶液中的某些阴离子如 OH－、Cl－或 SO 2－ 4 反应生 成难溶物；(2)在碱性条件下负极生成的 CO2 或 H＋等与 OH－反应生成 CO 2－ 3 或 H2O； 在酸性条件下正极生成的 OH－与 H＋反应生成 H2O。 【变式探究】设计新型燃料电池是本世纪最富有挑战性的课题之一。 (1)有人制造了一种燃料电池，一个电极通入 O2(含有少量 CO2)，另一个电极 通入 CH4，电池的电解质是熔融的 K2CO3。该电池的负极反应式为 ____________________________，电池工作时，电解质里的 CO 2－ 3 (向________ 极移动(填“正”或“负”)。 (2)某科研小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图 10－3 所示的原电池装 置。该电池的负极反应式为 ________________________________________________，用该电池电解 CuCl2 溶 液，当产生 33.6 L Cl2(标准状况下)时，消耗甲醇的质量为________g。 【解析】 (1)CH4 在负极放电，生成 CO2 和 H2O，电极反应式为 CH4＋4CO 2－ 3 － 8e－===5CO2＋2H2O；熔融电解质中的阴离子向负极移动。 【答案】(1)CH4＋4CO 2－ 3 －8e－===5CO2＋2H2O 负 (2)CH3OH＋8OH－－6e－===CO 2－ 3 ＋6H2O 16 【命题热点突破二】电解原理及其应用 1．电解池中阴、阳极的确定及电极反应式的书写 分析问题的一般程序为：找电源(或现象)阴、阳极电极反应式 总反应式。连接电源正极的一极为阳极，阳极发生氧化反应；连接电源负极的一 极为阴极，阴极发生还原反应。 【特别注意】 书写电解池电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书 写总电解反应方程式时，要找出实际放电离子的来源，如果为弱电解质(如水) 要写出分子式。 2．电解时电极产物的判断 (1)阳极产物的判断 ①如果是活泼电极(金属活动性顺序表 Ag 以前包括 Ag)，则电极材料失电子， 电极被溶解，溶液中的阴离子不能失电子； ②如果是惰性电极(Pt、Au、石墨)，则要再看溶液中阴离子的失电子能力， 此时根据阴离子放电顺序进行判断，常见阴离子放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－ ＞OH－＞含氧酸根。 (2)阴极产物的判断 直接根据阳离子放电顺序进行判断，阳离子放电顺序与金属活动性顺序相 反，其中 Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。 3．电化学计算的基本方法 (1)根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、 相同电量等类型的计算，其依据是电路中通过的电子数相等。 (2)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总 反应式列出比例式计算。 (3)根据关系式计算：借助得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥 梁，建立计算所需的关系式。 【特别注意】混合溶液的电解要分清阶段，理清两极电解过程中的电子守恒。 如电解 CuSO4 溶液开始发生反应 2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，后来发生反应 2H2O2H2↑＋O2↑。 例 2、【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： D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动 【答案】C 【变式探究】【2016 年高考海南卷】某电池以 K2FeO4 和 Zn 为电极材料，KOH 溶液为电 解溶质溶液。下列说法正确的是（ ） A．Zn 为电池的负极 B．正极反应式为 2FeO42−+ 10H++6e−=Fe2O3+5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时向负极迁移 【答案】AD 【解析】根据化合价升降判断，Zn 化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4 为正极材 料，A 正确；KOH 溶液为电解质溶液，则正极反应式为 2FeO42− +6e−+8H2O =2Fe(OH)3+10OH−，B 错误；该 电池放电过程中电 解质溶液浓度减小，C 错误；电池工作时阴离子 OH−向负极迁移，D 正确。 【点评】 解答此类题目一般先要通过外接电源的正负极、电子的流动方向、 电极反应类型或反应现象确定电解池的阴阳极，再进而分析电极反应式的书写、 电解过程中的电子得失相等关系等。 【变式探究】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 2mol 电子，消耗氧气 22.4L（标准状况） 【答案】C 【命题热点突破三】电解规律及其应用 1．溶液中的电解规律 (1)无氧酸溶液电解就是它本身的电解。例如： (2)含氧酸的溶液电解时，实际上是水的电解。例如： (3)可溶性碱的溶液电解，实际上是水的电解。例如： (4)活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，也是水的电解。例如： (5)活泼金属的无氧酸盐溶液电解时，阴极有单质析出，一般是 H2，同时伴 随着阴极区呈碱性；阳极则往往析出非金属单质。例如电解饱和食盐水： (6)不活泼的金属无氧酸盐水溶液电解时，其结果是该盐的电解。例如电解 氯化铜溶液： (7)比氢不活泼的金属或中等活泼性的金属含氧酸盐溶液电解时，则阴极析 出金属，阳极得到氧气，阳极区酸性增强。例如： 以上的规律都是以惰性电极为例的，如改用金属(除 Au、Pt 等外)作电极时， 则是阳极金属溶解。 2．电解质溶液电解时(均为惰性电极)，pH 变化情况，电解液复原所需加入 物质及电解类型 (1)分解水型： 含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如 NaOH、H2SO4、K2SO4 等)的电解。 阴极：4H＋＋4e－＝2H2↑ 阳极：4OH－－4e－＝O2↑＋2H2O 总反应：2H2O2H2↑＋O2↑ 阴极产物：H2；阳极产物：O2。 电解质溶液复原加入物质：H2O。 pH 变化情况：原来酸性的溶液 pH 变小，原来碱性的溶液 pH 变大，强酸(含 氧酸)强碱的正盐溶液 pH 不变。 (3)放氢生碱型： 活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外)溶液的电解，如 NaCl、MgBr2 等。 阴极：2H＋＋2e－＝H2↑ 阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑ 总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 阴极产物：碱和 H2； 阳极产物：卤素等非金属单质。电解饱和食盐水的产物分别为 NaOH 和 H2 以 及 Cl2。 电解液复原通入物质为卤化氢。电解饱和食盐水，要使电解质溶液复原需通 入 HCl。 pH 变化情况：电解液 pH 显著变大。 (4)放氧生酸型： 不活泼金属的含氧酸盐溶液的电解，如 CuSO4、AgNO3 等。 阴极：2Cu2＋＋4e－＝Cu 阳极：4OH－－4e－＝O2↑＋2H2O 总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 阴极产物：析出不活泼金属单质； 阳极产物是该盐对应的含氧酸和氧气，本例中分别是 Cu 以及 H2SO4、O2。 电解液复原加入物质为不活泼金属的氧化物(金属价态与原盐中相同)。如电 解 CuSO4 溶液，复原需加入 CuO。 pH 变化情况：溶液 pH 显著变小。 例 3、【2017 海南】一种电化学制备 NH3 的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输 H+。下列叙述错误的是 A. Pb 电极 b 为阴极 B. 阴极的反应式为：N2+6H++6e−=2NH3 C. H+由阳极向阴极迁移 D. 陶瓷可以隔离 N2 和 H2 【答案】A 【解析】此装置为电解池，总反应是 N2＋3H2=2NH3，Pd 电极 b 上是氢气发生反应，即 氢气失去电子化合价升高，Pd 电极 b 为阳极，A 错误；根据 A 选项分析，Pd 电极 a 为阴极， 反应式为 N2＋6H＋＋6e－=2NH3，B 正确；根据电解的原理，阴极上发生还原反应，即有阳极 移向阴极，C 正确；根据装置图，陶瓷隔离 N2 和 H2，D 正确。学 【变式探究】【2016 年高考北京卷】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、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， 破坏了水的电离的背面），故相当于电镀，即 m 上有铜析出，D 正确。 【变式探究】按如图 10－7 所示装置进行实验，并回答下列问题。 图 10－7 (1)判断装置的名称：A 池为__________，B 池为__________。 (2)锌极为____极，电极反应式为______，铜极为____极，电极反应式为 ______，石墨棒 C1 为_____极，电极反应式为___________，石墨棒 C2 附近发生 的实验现象为_________________________。 (3)当 C2 极析出 224 mL 气体(标准状态时，锌的质量变化(增加或减 少)________g，CuSO4 溶液的质量变化了(增加或减少了)________g。 【答案】(1)原电池 电解池 (2)负 Zn－2e－＝Zn2＋ 正 Cu2＋＋2e－＝Cu 阳 2Cl－－2e－＝Cl2↑ 有无色气体产生，附近溶液出现红色 (3)0.65 0.01 【解析】 A 池中 Zn、Cu 放入 CuSO4 溶液中构成原电池，B 池中两个电极均 为石墨电极，在以 A 为－64 g/mol)＝0.01 g。 【命题热点突破四】考查金属的腐蚀与防护 1．两比较 (1)析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性 正极反应 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 负极反应 Fe－2e－===Fe2＋ 其他反应 Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3 失去部分水转化为铁锈 (2)腐蚀快慢的比较 ①一般来说可用下列原则判断：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对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解 质溶液中。 ③活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。 ④对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率越快。 2．两种保护方法 (1)加防护层，如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀 的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金 属。 (2)电化学防护 ①牺牲阳极保护法——原电池原理：正极为被保护的金属；负极为比被保护 的金属活泼的金属； ②外加电流阴极保护法——电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电 极。 例 4、【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。 【变式探究】下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 ( ) A．图 a 中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重 B．图 b 中，开关由 M 改置于 N 时，CuZn 合金的腐蚀速率减小 C．图 c 中，接通开关时 Zn 腐蚀速率增大，Zn 上放出气体的速率也增大 D．图 d 中，ZnMnO2 干电池自放电腐蚀主要是由 MnO2 的氧化作用引起的 【答案】B 【拓展】构成原电池，当作负极时会加快金属的腐蚀。一般来说，金属腐蚀 快慢的顺序是：电解原理引起的腐蚀（作阳极）>原电池原理引起的腐蚀（作负 极）>一般的化学腐蚀；当金属受保护时，保护效果排序是：电解原理保护（作 阴极）>原电池原理保护（作正极）>一般的保护措施 。 【变式探究】利用下图装置进行实验，开始时，a、b 两处液面相平，密封 好，放置一段时间。下列说法不正确的是( ) A．a 管发生吸氧腐蚀，b 管发生析氢腐蚀 B．一段时间后，a 管液面高于 b 管液面 C．a 处溶液的 pH 增大，b 处溶液的 pH 减小 D．a、b 两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋ 解析：根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀， 其电极反应为 左边 负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 右边 负极：Fe－2e－===Fe2＋ 正极：2H＋＋2e－===H2↑ a 处、b 处的 pH 增大，C 错误。 答案：C 【高考真题解读】 1．【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 加强大的电流变化进行调整，D 正确。 2．【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： 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 3．【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=8Li2Sx（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 0.02mol 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。 4．【2017 江苏卷】下列说法正确的是 A．反应 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0 B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀 C．常温下，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10−12，pH=10 的含 Mg2+溶液中，c(Mg2+)≤5.6×10−4mol·L−1 D．常温常压下，锌与稀 H2SO4 反应生成 11.2LH2，反应中转移的电子数为 6.02×1023 【答案】BC 【解析】该反应气体的分子数减少了，所以是熵减的反应，△S<0，A 错误；锌比铁活 泼，形成原电池时锌做负极，所以可以减缓钢铁管道的腐蚀，B 正确；常温下，在 pH=10 的溶液中，c(OH-)=1mol/L，溶液中含 Mg2+浓度最大值为=5.6mol/L，C 正确；在锌和稀硫酸的 反应中每生成 1mol H2，电子转移的数目为 2mol e-，在常温常压下，11.2LH2 的物质的量不是 0.5mol，所以反应中转移的电子数不是 6.02，D 错误。 5．【2017 海南】一种电化学制备 NH3 的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输 H+。 下列叙述错误的是 A. Pb 电极 b 为阴极 B. 阴极的反应式为：N2+6H++6e−=2NH3 C. H+由阳极向阴极迁移 D. 陶瓷可以隔离 N2 和 H2 【答案】A 【解析】此装置为电解池，总反应是 N2＋3H2=2NH3，Pd 电极 b 上是氢气发生反应，即 氢气失去电子化和 H2，D 正确。 6．（2017 江苏）铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为 Al2O3，含 SiO2 和 Fe2O3 等 杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下： 注：SiO2 在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。 （1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为_______________。 （2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入 NaHCO3 溶液，溶液的 pH_____(填“增大”、“不变”或“减 小”)。 （3） “电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是 _______________。 （4）“电解Ⅱ”是电解 Na2CO3 溶液，原理如图所示。 阳极的电极反应式为_______________，阴极产生的物质 A 的化学式为 _______________。 （5）铝粉在 1000℃时可与 N2 反应制备 AlN。在铝粉中添加少量 NH4Cl 固体并充分混合， 有利于 AlN 的制备，其主要原因是_______________。 【答案】 Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 减小 石墨电极被阳极上产生的氧气氧化 4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑ H2 氯化铵分解产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜 【解析】结合流程及题中信息可知，铝土矿在碱溶时，其中的氧化铝和二氧化硅可溶于 强碱溶液，过 （1）氧化铝为两性氧化物，可溶于强碱溶液生成偏铝酸钠和水，离子方程式为 Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O 。 (2 为了提高铝土矿的浸取率，氢氧化钠溶液必须过量，所以过滤 I 所得滤液中含有氢氧 化钠，加入碳酸氢钠溶液后，氢氧化钠与碳酸氢钠发生反应生成碳酸钠和水，所以溶液的 pH 减小。 （3）电解 I 过程中，石墨阳极上氧离子被氧化为氧气，在高温下，氧气与石墨发生反 应生成气体，所以，石墨电极易消耗的原因是被阳极上产生的氧气氧化。 （4）由图中信息可知，生成氧气的为阳极室，溶液中水电离的 OH-放电生成氧气，破 坏了水的电离平衡，碳酸根结合 H+转化为 HCO3-，所以电极反应式为 4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑，阴极室氢氧化钠溶液浓度变大，说明水电离的 H+放电生成氢 气而破坏水的电离平衡生成大，所以阴极产生的物质 A 为 H2 。 （5）铝在常温下就容易与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜。氯化铵受热分解 产生的氯化氢能够破坏铝表面的氧化铝薄膜，所以加入少量的氯化铵有利于 AlN 的制备。 1．【2016 年高考北京卷】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、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， 破坏了水的电离的背面），故相当于电镀，即 m 上有铜析出，D 正确。 2．【2016 年高考海南卷】某电池以 K2FeO4 和 Zn 为电极材料，KOH 溶液为电解溶质溶液。 下列说法正确的是（ ） A．Zn 为电池的负极 B．正极反应式为 2FeO42−+ 10H++6e−=Fe2O3+5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时向负极迁移 【答案】AD 【解析】根据化合价升降判断，Zn 化合价只能上升，故为负极材料，K2FeO4 为正极材 料，A 正确；KOH 溶液为电解质溶液，则正极反应式为 2FeO42− +6e−+8H2O =2Fe(OH)3+10OH−，B 错误；该电池 放电过程中电解质溶液浓度减小，C 错误；电池工作时阴离子 OH−向负极迁移，D 正确。 3．【2016 年高考上海卷】图 1 是铜锌原电池示意图。图 2 中，x 轴表示实验时流入正极 的电子的物质的量，y 轴表示（ ） A．铜棒的质量 B．c(Zn2+) C．c(H+) D．c(SO42-) 【答案】C 【解析】该装置构成原电池，Zn 是负极，Cu 是正极。在正极 Cu 上溶液中的 H+获得电子 变为氢气，Cu 4．【2016 年高考四川卷】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(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是（ ） A．放电时，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。 5．【2016 年高考新课标Ⅰ卷】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 SO42－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 SO42－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 2 H2O–4e–=O2+4H+，负极区溶液 pH 降低 D．当电路中通过 1mol 电子的电量时，会有 0.5mol 的 O2 生成 【答案】B 【解析】根据同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引的原则，在电解池中阴离子会向正 电荷较多的阳破坏了附近的水的电离平衡，使溶液中 c(OH-)＞c(H+)，所以产生氢氧化钠，因 此该法在处理含 Na2SO4 废水时可以得到 NaOH 和 H2SO4 产品，B 正确；负极区氢离子得到电 子，使溶液中 c(OH-)＞c(H+)，所以负极区溶液 pH 升高，C 错误；当电路中通过 1mol 电子的 电量时，根据整个闭合回路中电子转移数目相等可知，反应产生氧气的物质的量 n(O2)=1mol ÷4=0.25mol，D 错误。 6．【2016 年高考新课标Ⅱ卷】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，电池总反应式为：Mg+2AgCl=MgCl2+2Ag，正极反应为：2AgCl+2e-= 2Cl-+ 2Ag，负极反应为：Mg-2e- =Mg2+，A 正确，B 错误；对原电池来说，阴离子由正极移向 负极，C 正确；由于 镁是活泼金属，则负极会发生副反应 Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑，D 正确。 7．【2016 年高考新课标Ⅲ卷】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 2mol 电子，消耗氧气 22.4L（标准状况） 【答案】C 【 解 析 】 充 电 时 阳 离 子 向 阴 极 移 动 ， A 错 误 ； 放 电 时 总 反 应 为 ： 2Zn+O2+4KOH+2H2O===2K2Zn(OH)4,， 8．【2016 年高考浙江卷】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 M–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】多孔电极可以增加氧气与电极的接触，使氧气充分反应，A 正确；24 克镁失 去 2 摩尔电子，27 克铝失去 3 摩尔电子，65 克锌失去 2 摩尔电子，所以铝-空气电池的理论 比能量最高，B 正确；根据题给放电的总反应 4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n，氧气在正极得电子， 由于有阴离子交换膜，正极反应式为 O2+2H2O+4e–=4OH−，C 错误；负极是金属失去电子生 成金属阳离子，因为镁离子或铝离子或锌离子都可以和氢氧根离子反应生成氢氧化物沉淀， 说明应采用中性电解质或阳离子交换膜，防止正极产生的氢氧根到负极区反应，D 正确。 9．【2016 年高考浙江卷】（15 分）催化还原 CO2 是解决温室效应及能源问题的重要手段 之一。研究表明，在 Cu/ZnO 催化剂存在下，CO2 和 H2 可发生两个平衡反应，分别生成 CH3OH 和 CO。反应的热化学方程式如下： CO2（g）+3 H2（g） CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJ·mol-1 I CO2（g）+ H2（g） CO（g）+H2O（g）ΔH2 II 某实验室控制 CO2 和 H2 初始投料比为 1:2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据： 【备注】Cat.1:Cu/ZnO 纳米棒；Cat.2:Cu/ZnO 纳米片；甲醇选择性：转化的 CO2 中生成 甲醛的百分比 已知：①CO 和 H2 的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1 和-285.8kJ·mol-1 ②H2O（l） H2O（g） ΔH3=44.0kJ·mol-1 请回答（不考虑温度对ΔH 的影响）： （5）研究证实，CO2 也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生 在 极，该电极反应式是 。 【答案】 （5）阴 CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O 【解析】（5）二氧化碳变甲醇，碳元素的化合价降低，得到电子，说明其在阴极反应， 其电极反应为： CO2+6H++6e-==CH3OH+H2O 10．【2016 年高考天津卷】(14 分)氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储 存和应用三个环节。回答下列问题： （1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是_________(至少答出两点)。但是氢气直接燃 烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：____________。 （5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的 Na2FeO4，同时获 得氢气：Fe+2H2O+2OH−FeO42−+3H2↑，工作原理如图 1 所示。装置通电后，铁电极附近生成 紫红色的 FeO42−，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物 质。已知：Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，易被 H2 还原。 ①电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在_______(填“阴极室”或“阳极室”)。 ②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_______。 ③c( Na2FeO4)随初始 c(NaOH)的变化如图 2，任选 M、N 两点中的一点，分析 c(Na2FeO4) 低于最高值的原因：_____________。 【答案】 （1）污染小；可再生；来源广；资源丰富；燃烧热值高；H2+2OH--2e-=2H2O （5）①阳极室 ②防止 Na2FeO4 与 H2 反应使产率降低 ③M 点：c(OH-)低，Na2FeO4 稳定性差，且反应慢(或 N 点：c(OH-)过高，铁电极上有氢 氧化铁生成，使 Na2FeO4 产率降低)。 【解析】（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点有污染小；可再生；来源广；资源丰 富；燃烧热值高 (2)①H2(g)+A(l)=B(l) ΔH1，②O2(g)+B(l)=A(l)+H2O2(l) ΔH2，两反应的ΔS＜0， 根据ΔG=ΔH−TΔS，因为均为两反应自发反应，因此ΔH 均小于 0，将①+②得：H2(g)+ O2(g)= H2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH1＜0，故答案为：＜； （3）MHx(s)+yH2(g)MHx+2y(s) ΔH<0，该反应属于气体的物质的量发生变化的反应。a. 平衡时气体的物质的量不变，压强不变，正确；b.该反应为可逆反应，吸收 y mol H2 需要 大于 1 mol 的 MHx，错误；c.降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大，正确；d. 向容器内通入少量氢气，相当于增大压强，平衡正向移动，v(放氢)＜v(吸氢)，错误；故选 ac； （4）利用太阳能直接分解水制氢，是将光能转化为化学能，故答案为：光能转化为化 学能； （5）①根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶 液中的氢氧根离子减少，因此电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在阳极室，故答案为：阳 极室； ②氢气具有还原性，根据题意 Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，易被 H2 还原。电解过程 中，须将阴极产生的气体及时排出，防止 Na2FeO4 与 H2 反应使产率降低，故答案为：防止 Na2FeO4 与 H2 反应使产率降低； ③根据题意 Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定，在 M 点，c(OH-)低，Na2FeO4 稳定性差，且 反应慢，在 N 点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使 Na2FeO4 产率降低，故答案为： M 点：c(OH-)低，Na2FeO4 稳定性差，且反应慢(或 N 点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生 成，使 Na2FeO4 产率降低)。 1．(2015·天津理综，4，6 分)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 2－ 4 )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 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 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。 答案 C 2．(2015·北京理综，12，6 分)在通风厨中进行下列实验： 步 骤 现 象 Fe 表面产生大量 无色气泡，液面上方变 为红棕色 Fe 表面产生少量 红棕色气泡后，迅速停 止 Fe、Cu 接触后，其 表面均产生红棕色气 泡 下列说法不正确的是( ) A．Ⅰ中气体由无色变为红棕色的化学方程式：2NO＋O2===2NO2 B．Ⅱ中的现象说明 Fe 表面形成致密的氧化膜，阻止 Fe 进一步反应 C．对比Ⅰ、Ⅱ中的现象，说明稀 HNO3 的氧化性强于浓 HNO3 D．针对Ⅲ中的现象，在 Fe、Cu 之间连接电流计，可判断 Fe 是否被氧化 解析 A 项，铁与稀硝酸反应生成 NO，NO 与空气中 O2 反应生成 NO2，2NO＋ O2===2NO2，正确；B 项， 答案 C 3．(2015·课标全国卷Ⅰ，11，6 分)微生物电池是指在微生物的作用下将化 学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误 的是( ) A．正极反应中有 CO2 生成 B．微生物促进了反应中电子的转移 C．质子通过交换膜从负极区移向正极区 D．电池总反应为 C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O 解析 由题意可知，微生物电池的原理是在微生物作用下 O2 与 C6H12O6 发生氧 化还原反应，将化学能转化为电能，B 正确；氧气在正极反应，由于质子交换膜 只允许 H＋通过，则正极反应为：O2＋4e－＋4H＋===2H2O，没有 CO2 生成，A 项错误； 负极发生反应：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋，H＋在负极区生成，移向正极 区，在正极被消耗，C 项正确；总反应为：C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，D 项正确。 答案 A 4．(2015·江苏化学，10，2 分)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＋H2O 催化剂 3H2＋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 2－ 3 向电极 B 移动 D．电极 B 上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO 2－ 3 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 CO2===2CO 2－ 3 ，正确。 答案 D 5．(2014·北京理综，8，6 分)下列电池工作时，O2 在正极放电的是( ) A.锌锰电池 B.氢燃料电池 C.铅蓄电池 D.镍镉电池 解析 氢燃料电池中，负极上 H2 放电，正极上 O2 放电，A、C、D 中均不存在 O2 放电，故选 B。 答案 B 6．(2014·课标全国卷Ⅱ，12，6 分)2013 年 3 月我国科学家报道了如图所示 的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( ) A．a 为电池的正极 B．电池充电反应为 LiMn2O4===Li1－xMn2O4＋xLi C．放电时，a 极锂的化合价发生变化 D．放电时，溶液中 Li＋从 b 向 a 迁移 解析 由图可知，b 极(Li 电极)为负极，a 极为正极，放电时，Li＋从负极(b) 向正极(a)迁移，A 项、D 项正确；该电池放电时，负极：xLi－xe－===xLi＋，正 极：Li1－xMn2O4＋xLi＋＋xe－===LiMn2O4，a 极 Mn 元素的化合价发生变化，C 项错误； 由放电反应可得充电时的反应，B 项正确。 答案 C 7．(2014·福建理综，11，6 分)某原电池装置如图所示，电池总反应为 2Ag ＋Cl2===2AgCl。 下列说法正确的是 ( ) A．正极反应为 AgCl＋e－===Ag＋Cl－ 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 解析 A 项，Pt 为正极发生还原反应：Cl2＋2e－===2Cl－，错误；B 项，放电 时，左侧的电极反应阳离子交换膜转移到右侧，故左侧溶液中约减少 0.02 mol 离子，正确。 答案 D 8．(2014·浙江理综，11，6 分)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 － 2 下列说法正确的是 ( ) A．NiMH 电池放电过程中，正极的电极反应式为：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 解析 充电时，电池正极发生氧化反应，A 项正确；充电时 OH－离子从阴极向 阳极移动，B 项错误；充 答案 A 9．(2014·天津理综，6，6 分)已知：锂离子电池的总反应为： LixC＋Li1－xCoO2C＋LiCoO2 锂硫电池的总反应为：2Li＋SLi2S 有关上述两种电池说法正确的是( ) A．锂离子电池放电时，Li＋向负极迁移 B．锂硫电池充电时，锂电极发生还原反应 C．理论上两种电池的比能量相同 D．下图表示用锂离子电池给锂硫电池充电 解析 A 项，在原电池内部，阳离子应移向正极；二次电池充电过程为电解 的过程，阴极发生还原反应，B 项正确；C 项，比能量是指这种电池单位质量或 单位体积所能输出的电能，当二者质量相同时，转移电子的物质的量不相等，即 比能量不同；D 项，左边装置已经是放完电的电池，应为锂硫电池给锂离子电池 充电。 答案 B 10．(2015·福建理综，11，6 分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示， 该装置能将 H2O 和 CO2 转化为 O2 和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( ) A．该装置将化学能转化为光能和电能 B．该装置工作时，H＋从 b 极区向 a 极区迁移 C．每生成 1 mol O2，有 44 g CO2 被还原 D．a 电极的反应为：3CO2＋18H＋－18e－===C3H8O＋5H2O 解析 A 项，该装置是电解池，在电解和光的作用下 H2O 在光催化剂的表面转 化为 O2 和 H＋，故该装项，a 电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：3CO2 ＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，错误。 答案 B 11．(2015·四川理综，4，6 分)用右图所示装置除去含 CN－、Cl－废水中的 CN －时，控制溶液 pH 为 9～10，阳极产生的 ClO－将 CN－氧化为两种无污染的气体。 下列说法不正确的是( ) A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O C．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ D．除去 CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O 解析 Cl－在阳极发生氧化反应生成 ClO－，水电离出的 H＋在阴极发生还原反 应生成 H2，又由于电解质溶液呈碱性，故 A、B、C 项正确；D 项，溶液呈碱性， 离子方程式中不能出现 H＋，正确的离子方程式为 2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2 ↑＋5Cl－＋2OH－，错误。 答案 D 12．(2015·浙江理综，11，6 分)在固态金属氧化物电解池中，高温共电解 H2O、CO2 混合气体制备 H2 和 CO 是一种新的能源利用方式，基本原理如图所示。 下列说法不正确的是( ) A．X 是电源的负极 B．阴极的电极反应式是：H2O＋2e－===H2＋O2－、CO2＋2e－===CO＋O2－ C．总反应可表示为：H2O＋CO2H2＋CO＋O2 D．阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是 1∶1 解析 由水和二氧化碳生成氢气和一氧化碳发生还原反应，此极上得到电子， 应为阴极，故 X 极为电 答案 D