2020届二轮复习电化学原理及应用学案（全国通用）

2020届二轮复习电化学原理及应用学案（全国通用）

第7讲　电化学原理及应用 知识点　网络线　引领复习曙光现　‎ 释疑难　研热点　建模思维站高端　‎ 考点一　原电池原理及其应用　‎ ‎▼ 命题规律：‎ ‎1．题型：选择题、填空题。‎ ‎2．考向：考查原电池电极的判断、电极和电池反应式的书写、电子的转移或电流方向的判断、电解质溶液中离子的移动方向及有关简单计算。‎ ‎▼ 方法点拨：‎ ‎1．原电池工作原理 ‎2．原电池电极的判断 ‎3．原电池电极反应式的书写 ‎4．燃料电池电极反应式的书写方法 ‎(1)找位置、写式子：负极“还原剂－ne－―→氧化产物”；正极“氧化剂＋ne－―→还原产物”。燃料中的碳、氢元素及助燃剂氧气在酸性介质分别转化为CO2、H＋；O2转化为H2O。碱性介质分别转化为CO、H2O；O2转化为OH－。(2)查电荷，添离子：检查电极反应式的电荷是否守恒，若是在溶液中进行的反应，则可通过添加OH－或H＋的方法使电荷守恒，在酸性溶液中不添加OH－，在碱性溶液中不添加H＋。若是在熔融态电解质中进行的反应，则可添加熔融态电解质中的相应离子。(3)查原子，添物质：检查是否符合原子守恒，若是在溶液中进行的反应，可添加H2O使原子守恒。‎ ‎1．(1) O2辅助的Al—CO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。‎ 电池的负极反应式：__Al－3e－===Al3＋(或2Al－6e－===2Al3＋) __。电池的正极反应式：6O2＋6e－===6O 、6CO2＋6O===‎3C2O＋6O2。‎ 反应过程中O2的作用是__催化剂__。该电池的总反应式：__2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3__。‎ ‎(2)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图所示。‎ 电极A上H2参与的电极反应为：__H2＋CO－2e－===CO2＋H2O__。B上发生的电极反应为__O2＋2CO2＋4e－===2CO__。电池工作时，CO向电极__A__移动。‎ ‎(3)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。Fe 还原水体中NO的反应原理如图所示。‎ 作负极的物质是__铁__。正极的电极反应式是__NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O__。‎ ‎ 突破点拨 电池内部电流方向从负极到正极，故H＋从负极产生，流向正极参加正极反应。‎ 解析　(1)活泼金属作负极，负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3＋，方程式为：Al－3e－===Al3＋。根据电池的正极反应，氧气在第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到总反应为：2Al＋6CO2===Al2(C2O4)3。‎ ‎(2)A为负极，H2失电子，用CO配平电荷可得电极反应式为H2＋CO－2e－===CO2＋H2O，B为正极得电子，电极反应式为：O2＋2CO2＋4e－===2CO，根据外电路电子流动方向可以确定内电路中阴离子向负极移动。‎ ‎(3)由Fe还原水体中的NO的反应原理图可知，Fe被氧化作负极 ；正极是硝酸根离子被还原为NH，该溶液为酸性电解质溶液，结合元素和电荷守恒可知电极反应式为：NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O。‎ ‎【变式考法】 ‎ ‎(1)利用环境中细菌对有机质的催化降解能力，科学家开发出了微生物燃料电池，其装置如图所示，a、b为惰性电极。利用该装置可将污水中的有机物(以C6H12O6为例)经氧化而除去，从而达到净化水的目的。‎ a极电极反应式为__C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋__，若左侧有1 mol C6H12O6被消耗，则右侧溶液的质量增重__216__g。‎ ‎(2)一种突破传统电池设计理念的镁—锑液态金属二次电池工作原理如图所示：‎ 该电池由于密度的不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成不变。充电时，Cl－向__下__(填“上”或“下”)移动；放电时，正极的电极反应式为：__Mg2＋＋2e－===Mg__。‎ ‎(3)利用反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池的方法，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示， 写出正负极的电极反应式__负极：8NH3－24e－＋24OH－===4N2＋24H2O__，__正极：6NO2＋24e－＋12H2O===3N2＋24OH－__。‎ 解析　(1)燃料电池中C6H12O6在负极反应生成二氧化碳，电极反应式为C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，有24 mol H＋迁移到右侧，增重‎24 g，同时有6 mol O2进入溶液，增重‎192 g，所以共增重：‎216 g。(2)由图可知，该电池的负极是镁、正极是镁锑合金；充电时，镁是阴极、镁锑合金是阳极，所以C1－向下(阳极)移动；放电时，正极的电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg。(3)由反应6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O可知，反应中NO2为氧化剂，NH3为还原剂，则A为负极发生氧化反应，B为正极发生还原反应，再根据电荷守恒和元素守恒可以写出电极反应式。‎ ‎2．某实验小组依据反应AsO＋2H＋＋2I－===AsO＋I2＋H2O设计电池如图1，探究pH对AsO氧化性的影响，测得输出电压与pH的关系如图2。下列有关叙述错误的是(　A　)‎ A．c点时，正极的电极反应为AsO＋2H＋＋2e－===AsO＋H2O B．b点时，反应处于化学平衡状态 C．a点时，盐桥中K＋向左移动 D．pH＞0.68时，氧化性I2＞AsO 解析　由图可知，c点时，电压小于0，即反应逆向进行，负极反应式为AsO－2e－＋H2O===AsO＋2H＋，选项A错误；b点时，电压为零，反应处于平衡状态，选项B正确；a点时，反应正向进行，乙中碘离子失电子，则乙中石墨电极为负极，原电池中阳离子向正极移动，所以盐桥中K＋向左移动，选项C正确；pH＞0.68时，电压小于0，反应逆向进行，碘单质作氧化剂，所以氧化性I2＞AsO，选项D正确。‎ ‎3．直接乙醇燃料电池(DEFC)具有很多优点，引起了人们的研究兴趣。现有以下三种乙醇燃料电池。‎ ‎(1)三种乙醇燃料电池中正极反应物均为__氧气__。‎ ‎(2)碱性乙醇燃料电池中，电极a上发生的电极反应式为__C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O__，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是__空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH__。‎ ‎(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b上发生的电极反应式为__O2＋4H＋＋4e－===2H2O__。‎ ‎(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO向电极__a__(填“a”或“b”)移动，电极b上发生的电极反应式为__O2＋2CO2＋4e－===2CO__。‎ 解析__(1)三种乙醇燃料电池中由于正极发生还原反应，所以正极反应物均为氧气。‎ ‎(2)碱性乙醇燃料电池中，乙醇中的C转化为CO，电极a上发生的电极反应式为C2H5OH＋16OH－－12e－===2CO＋11H2O，使用空气代替氧气，电池工作过程中碱性会不断下降，其原因是空气中的CO2会与KOH溶液反应，降低溶液的碱性，同时反应中也会消耗KOH。‎ ‎(3)酸性乙醇燃料电池中，电极b为正极，其上发生的电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O。‎ ‎(4)熔融盐乙醇燃料电池中若选择熔融碳酸钾为介质，电池工作时，CO向负极电极a移动，电极b上发生还原反应，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。‎ 电极反应式的书写 ‎(1)原电池中一般电极反应式的书写：‎ ‎(2)复杂的电极反应式＝总反应式－较简单一极的电极反应式。‎ 考点二　电解原理及其应用　‎ ‎▼ 命题规律：‎ ‎1．题型：选择题、填空题。‎ ‎2．考向：根据电解现象判断电源正、负极，并进一步考查离子移向，电极反应及简单计算。根据电源正、负极考查电解相关基础知识。电解原理在工农业生产中的应用。‎ ‎▼ 方法点拨：‎ ‎1．“5点”突破电解池原理应用问题 ‎(1)分清阴极、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)书写电极反应式——注意得失电子守恒。‎ ‎(4)正确判断电极反应和产物——①阳极如果是活性电极，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，溶液中阴离子的失电子能力(放电顺序)为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。‎ ‎②阴极产物根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋。‎ ‎(5)电解质恢复措施——电解后电解质溶液恢复用质量守恒法分析。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。‎ ‎2．电化学计算破题“三方法”‎ 原电池和电解池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、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法：‎ ‎(1)根据电子守恒计算 用于串联电路中阴阳两极产物、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 根据得失电子守恒定律建立已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。‎ ‎1．(1)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　。电解后，__a__室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。‎ ‎(2)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。‎ ‎①写出电解时阴极的电极反应式__2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑__。‎ ‎②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为__K＋__，其迁移方向是__a到b__。‎ ‎(3)某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4，考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置(如图)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答问题。‎ 用惰性电极电解时，CrO能从浆液中分离出来的原因是__在直流电场作用下，CrO通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液__，分离后含铬元素的粒子是__CrO、Cr2O__；阴极室生成的物质为__NaOH和H2__(写化学式)。‎ ‎ 突破点拨 ‎(1)电极反应式书写思路：先确定反应物和生成物→再根据价态确定电子得失→再根据电荷守恒确定离子→再根据元素守恒，补齐物质。‎ ‎ (2)交换膜可让离子选择性通过，通常可根据电解结果或电极反应式确定通过交换膜的离子。‎ 解析　(1)阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。阳极区氢离子浓度增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。(2)①由图示，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离的氢离子得电子，反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。(3)电解时，CrO通过阴离子交换膜向阳极移动，从而从浆液中分离出来，因存在2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O，则分离后含铬元素的粒子是CrO、Cr2O ‎，阴极发生还原反应生成氢气和NaOH。‎ ‎【变式考法】 ‎ ‎(1)电解法制备：工业上用惰性电极电解NaHSO3溶液得到Na2S2O4。过程如图所示。‎ ‎①产品在__阴极__(填“阳极”或“阴极”)得到。‎ ‎②若不加隔膜，则连二亚硫酸钠产率降低，其原因是__见解析__。‎ ‎(2)电解法制备高锰酸钾的实验装置示意图如图所示(图中阳离子交换膜只允许K＋离子通过)“电解法”克服了“酸歧化法”理论产率偏低的问题，同时副产品KOH可用于软锰矿的焙烧。‎ ‎①a为__负__极(填“正”或“负”)，右室发生的电极反应方程式为__MnO－e－===MnO__。‎ ‎②若电解开始时阳极区溶液为‎1.0 L 0.40 mol·L－1K2MnO4溶液，电解一段时间后，右室中n(K)/n(Mn)为6：5，阴极区生成KOH的质量为__17.9_g__。‎ ‎(3)NO可用如图的电化学装置处理：‎ ‎①A为电源的__正__极；Ag－Pt电极的电极反应式为：__2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O__；‎ ‎②若膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)为‎14.4g，则电解过程中转移了__2__mol电子。‎ 解析　(1)①用惰性电极电解NaHSO3溶液得到Na2S2O4，反应过程中S元素的化合降低，被还原，应该在阴极上反应得到Na2S2O4。②若不加隔膜，则部分HSO 到阳极失电子发生氧化反应，也可能被阳极产生的氯气氧化，结果都会生成硫酸根离子，得不到连二亚硫酸钠，使连二亚硫酸钠产率下降。(2)①阳极失电子发生氧化反应，所以电极反应式为MnO－e－===MnO； ②根据阳极区反应MnO－e－===MnO，锰原子的物质的量不变，仍为‎1.0 L×0.40 mol/L＝0.4 mol，电解一段时间后，溶液中n(K)/n(Mn)＝6：5，所以反应后n(K)＝0.48 mol，则阳极区的K＋定向移动到阴极区的物质的量为0.4 mol×2－0.48 mol＝0.32 mol，所以阴极生成KOH的物质的质量为0.32 mol×‎56 g/mol＝‎17.9 g。(3)根据电化学降解NO的原理图可知，Ag/Pt电极上NO转化为N2，氮元素化合价从＋5降为0，被还原，作为阴极，发生还原反应2NO＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O；②设转移了X mol电子，阳极析出 mol O2，同时有X mol H＋进入阴极室，阳极室质量减少9X g；阴极室中放出0.1X mol N2(2.8X g)，同时有X mol H＋(X g)进入阴极室，因此阴极室质量减少1.8X g，故膜两侧电解液的质量变化差(Δm左－Δm右)＝9X g—1.8X g＝‎14.4 g，所以X＝2。‎ ‎2．用如下装置处理含KMnO4的废液，使Mn元素转化为MnO2沉淀，从而消除重金属污染，下列说法错误的是(　D　)‎ A．MnO处理完全后，实验结束时左侧可能会生成沉淀 B．右侧产生的Fe2＋沉淀MnO的离子方程式为：7H2O＋3Fe2＋＋MnO===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋‎ C．当电路中转移6 mol e－时，可以产生‎87 g MnO2沉淀 D．为了增大右侧溶液的导电性可以加稀硫酸造成强酸性环境 解析　根据题意并结合图示，铁电极为电解池的阳极，发生氧化反应生成Fe2＋，在弱酸性条件下Fe2＋与MnO发生氧化还原反应使Mn元素转化为MnO2沉淀。MnO处理完全后，阳极生成的Fe2＋会通过阳离子交换膜进入左侧，则左侧会生成Fe(OH)2沉淀，选项A正确；右侧产生的Fe2＋在弱酸性条件下将MnO还原为MnO2，本身被氧化为Fe(OH)3，所以离子方程式为：7H2O＋3Fe2＋＋MnO===3Fe(OH)3↓＋MnO2↓＋5H＋，选项B正确；根据阳极电极反应：Fe－2e－===Fe2＋，当电路中转移6 mol e－时，生成3 mol Fe2＋，根据Fe2＋沉淀MnO的离子方程式可知生成1 mol MnO2，质量为‎87 g，选项C正确；强酸性条件下，MnO与Fe2＋反应为：MnO＋5Fe2＋＋8H＋===Mn2＋＋5Fe3＋＋4H2O，则不能使Mn元素转化为MnO2沉淀，选项D错误。 ‎ ‎3．科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航空航天。如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导正极生成的O2－离子(O2＋4e－===2O2－)。‎ ‎(1)c电极为__正__极，d电极上的电极反应式为__CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O__。‎ ‎(2)如图2所示为用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a电极上的电极反应式为__4OH－－4e－===2H2O＋O2↑__。‎ 若a电极产生56 mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH＝__1__(不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入__ac__(填序号)。‎ a．CuO　　　　 b．Cu(OH)2‎ c．CuCO3　　　　 d．Cu2(OH)2CO3‎ 解析　(1)电流从正极流向负极，故c、d电极分别为正极、负极。燃料电池的负极为通入燃料的一极，故其电极反应式为CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O。a电极为电解池的阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；b电极为阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu，当阳极产生56 mL(标准状况)气体时，被电解的OH－的物质的量为×4＝0.01 mol，故溶液中c(H＋)＝＝0.1 mol·L－1，故溶液的pH＝1。此时阴极析出0.005 mol Cu，消耗0.005 mol Cu2＋。为恢复电解质溶液的原状，根据“出什么加什么”原理，只要相当于加入CuO即可，a项可以，b项Cu(OH)2可以拆为CuO·H2O，c项CuCO3拆为CuO·CO2，d项Cu2(OH)2CO3可拆为2CuO·H2O·CO2，其中c项也可选。‎ ‎(1)恢复电解前电解质的措施：一般加入阴极和阳极析出的气体或固体产物形成的化合物——减少什么，加入什么；‎ ‎(2)阳极反应一定要先看阳极材料是否为惰性电极；如果用到了非惰性电极，根据电解目的确定该电极是否参与反应，从而确定其是否作阳极；‎ ‎(3)交换膜选择：可以根据需要两极之间流动的离子来确定选择阳离子交换膜还是阴离子交换膜或者质子交换膜。‎ ‎(4)计算阴极区或者阳极区溶液质量变化时，既要考虑电极反应所引起的质量变化，也要注意溶液中两极之间离子定向流动导致的质量改变。‎ 考点三　金属的腐蚀与防护　‎ ‎▼ 命题规律：‎ ‎1．题型：选择题(主)、填空题(次)。‎ ‎2．考向：主要考查两种电化学腐蚀的区别及有关电极方程式的书写；常见的两种电化学防腐方法及金属腐蚀快慢的比较。‎ ‎▼ 方法点拨：‎ ‎1．金属腐蚀的“两种比较”‎ ‎(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 ‎2．金属电化学保护的两种方法 ‎1．(1)下列说法中正确的是(　ABD　)‎ ‎　　　‎ 图1　　　　　　　图2　　　　　　　图3‎ A．电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是牺牲阳极的阴极保护法 B．铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈 C．如图1所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中。 K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极阴极保护法 D．图2开关由M改置于N时，CuZn合金的腐蚀速率减小 E．图3接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大 ‎(2)如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。‎ ‎①该电化腐蚀称为__吸氧腐蚀__。‎ ‎②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是__B__(填字母)。‎ ‎ 突破点拨 ‎(1)两种金属的电化学保护法，核心区别为：使用外电源→外加电流阴极保护法；使用活泼金属→牺牲阳极阴极保护法； ‎ ‎(2)吸氧腐蚀时，氧气浓度越大，腐蚀越严重。‎ 解析　(1)镁比铁活泼，形成原电池时镁作负极失电子，铁被保护，选项A正确；锌比铁活泼， 形成原电池时锌作负极失电子，铁被保护 ，选项B正确；K2闭合时属于外加电流阴极保护法，选项C错误；开关由M改置于N时，锌做负极，CuZn合金的腐蚀速率减小，选项D正确；接通开关时形成原电池，使反应速率加快，H2在Pt电极上放出，选项E错误。(2) ①金属在中性和较弱的酸性条件下发生的是吸氧腐蚀。②发生吸氧腐蚀，越靠近液面接触到的O2越多，产生的铁锈就越多。‎ ‎【变式考法】 ‎ ‎(1)图中烧杯中盛的是天然水，铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是__③＞②＞①＞⑤＞④__。‎ ‎(2)铁生锈是生活中常见的现象，由于金属腐蚀每年会造成严重的经济损失。‎ 某课外小组同学为研究金属腐蚀的原因和条件，设计如图装置(U形管内装有红墨水)，试管内分别盛有食盐水和NH4Cl溶液。一段时间后，发现红墨水液面左高右低。试管甲内生铁块发生__吸氧腐蚀__(填“吸氧腐蚀”或“析氢腐蚀”)，试管乙内盛装的液体是__氯化铵溶液__。开始时两个试管中腐蚀的速率大小关系为：甲__<__乙(填“>”“ <”或“＝”)。‎ ‎(3)某同学进行下列实验：‎ 操作 现象 取一块打磨过的生铁片，在其表面滴1滴含酚酞和K3[Fe(CN)6]的食盐水 放置一段时间后，生铁片上出现如图所示“斑痕”。其边缘处为红色，中心区域为蓝色，在两色环交界处出现铁锈 其中中心区域和边缘处分别发生的反应的离子方程为：__Fe－2e－===Fe2＋__、__3Fe2＋＋2[Fe(CN)6]3－===Fe3[Fe(CN)6]2↓__O2＋2H2O＋4e－===4OH－__。‎ 解析　(1)作原电池负极、电解池阳极的金属被腐蚀，而作原电池正极、电解池阴极的金属被保护，且作原电池负极的金属腐蚀速率小于作阳极的金属腐蚀速率。①中只有一种金属，所以不能构成原电池；②为原电池，铁作负极，被腐蚀；③是电解池，铁作阳极，加速被腐蚀，且腐蚀速率大于铁作负极；④ 是电解池，铁作阴极被保护；⑤为原电池 ，铁作正极被保护，但保护效果不及作电解池的阴极；则铁被腐蚀快慢顺序是③＞②＞①＞⑤＞④。 (2)食盐水中性，发生吸氧腐蚀，试管中气体减少，液面上升；NH4Cl溶液呈酸性，发生析氢腐蚀，试管中气体增多，液面下降。现在发现红墨水液面左高右低，所以左边为吸氧腐蚀，试管乙内盛装的液体是氯化铵溶液；一般情况下，析氢腐蚀速率要比吸氧腐蚀速率快。(3)食盐水中发生吸氧腐蚀，由于中心区域为蓝色，说明有Fe2＋生成，电极反应为：Fe－2e－===Fe2＋；边缘处酚酞显红色，说明有OH－生成，电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===OH－。‎ ‎2．图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。‎ ‎(1)腐蚀过程中，负极是__c__(填图中字母“a”“b”或“c”)；‎ ‎(2)环境中的Cl－扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，其离子方程式为__2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓__；‎ ‎(3)若生成‎4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为__0.448__L(标准状况)。‎ 解析　 (1)根据图示，腐蚀过程中，铜失电子生成Cu2＋，则负极是铜，选c；(2)根据上述分析，正极产物是OH－，负极产物为Cu2＋，环境中的Cl－扩散到孔口，与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3Cl，则离子方程式为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓；(3)‎4.29 g Cu2(OH)3Cl的物质的量为4.29/241.5＝0.02 mol，根据铜原子守恒，Cu2＋的物质的量为0.04 mol，负极反应为：2Cu＋4e－===2Cu2＋，正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，根据正负极放电量相等，则理论上耗氧体积为0.02 mol×‎22.4 L·mol－1＝‎0.448 L。‎ ‎3．某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。‎ ‎(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：‎ 编号 实验目的 碳粉/g 铁粉/g 醋酸/%‎ ‎①‎ 为以下实验作参照 ‎0.5‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎②‎ 醋酸浓度的影响 ‎0.5‎ ‎__2.0__‎ ‎36.0‎ ‎③‎ ‎__碳粉含量的影响__‎ ‎0.2‎ ‎2.0‎ ‎90.0‎ ‎(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了__吸氧腐蚀__，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了__还原反应__(“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是__2H2O＋O2＋4e－===4OH－(或4H＋＋O2＋4e－===2H2O)__。‎ ‎(3)该小组对图2中0～t1时压强变大的原因提出了如下假设，请你完成假设二：‎ 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体；‎ 假设二：__反应放热，温度升高，体积膨胀__。‎ 解析　(1)探究影响化学反应速率因素的实验，每次只能改变一个变量，故有②中铁的量不变，为‎2.0 g；③中改变了碳粉的质量，故为探究碳粉的量对速率的影响。(2)压强与气体的物质的量成正比，从图中可以看出，气体的量先增加，后减少，故为吸氧腐蚀；活泼金属做负极，故碳为正极，发生还原反应。(3)从体积的影响因素着手，温度升高，体积增大。‎ 答案　‎ 享资源　练类题　弯道超越显功力　‎ 二次电源问题 考向预测 二次电源问题是电化学中重要的命题模型，既能考查考生电解池原理、原电池原理的知识，又能考查考生应用知识解决综合问题的能力，因此备受命题者的青睐 解题关键 分析建模 失分防范 ‎(1)对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动；‎ ‎(2)可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时原“＋”极与外接直流电源的正极相连，原“－”极与外接直流电源的负极相连 ‎【预测】 镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高而平稳，使镁原电池越来越成为人们研制绿色原电池的焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。下列说法错误的是(　　)‎ A．放电时Mg2＋向正极迁移 B．充电时阳极反应为Mo3S－2xe－===Mo3S4‎ C．充电时Mo3S4发生氧化反应 D．放电时负极反应为xMg－2xe－===xMg2＋‎ ‎ 思维导航 ‎ 规范答题：放电时阳离子向正极移动，选项A正确；充电时阳极发生氧化反应，所以Mo3S失去电子生成Mo3S4，选项B正确；充电时Mo3S4是生成物，选项C错误；放电时负极发生氧化反应，Mg失去电子生成Mg2＋，选项D正确。‎ 答案： C ‎【变式考法】 ‎ 我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na－CO2二次电池。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(　D　)‎ A．放电时，ClO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－===2CO＋C D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na 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ClO向负极移动，选项A正确；电池的总反应为3CO2＋4Na??2Na2CO3＋C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，选项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＋4e－===2CO＋C，选项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2CO＋C－4e－===3CO2，选项D错误。 ‎ 电化学原理及应用 ‎1．一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法错误的是(　C　)‎ A．氢能属于二次能源 B．图中能量转化的方式至少有6种 C．太阳能电池的供电原理与燃料电池相同 D．太阳能、风能、氢能都属于新能源 解析　氢能是利用太阳能等产生的，故属于二次能源，选项A正确；图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能，电能与化学能的相互转化，电能与光能、热能的转化等，选项B正确；太阳能电池的供电原理实际是热能转化为电能，而燃料电池的供电原理是将化学能转化为电能，所以二者是不相同的，选项C错误；太阳能、风能、氢能都属于新能源，选项D正确。‎ ‎2．气体的自动化检测中常常应用原电池原理的传感器。下图为电池的工作示意图：气体扩散进入传感器，在敏感电极上发生反应，传感器就会接收到电信号。下表列出了待测气体及敏感电极上部分反应产物。则下列说法中正确的是(　B　)‎ 待测气体 部分电极反应产物 NO2‎ NO Cl2‎ HCl CO CO2‎ H2S H2SO4‎ A．上述气体检测时，敏感电极均作电池正极 B．检测Cl2和NO2体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同 C．检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同 D．检测H2S时，对电极充入空气，对电极上的电极反应式为O2＋4e－＝2O2－‎ 解析　还原剂失电子发生氧化反应的电极是负极、氧化剂得电子发生还原反应的电极是正极，根据待测气体和反应产物可知，部分气体中元素化合价上升，部分气体中元素的化合价下降，所以敏感电极不一定都做电池正极，选项A错误；1 mol Cl2和NO2‎ 得到电子的物质的量都为2 mol，则检测Cl2和NO2体积分数相同的两份空气样本时，传感器上产生的电流大小相同，选项B正确；产生的电流大小与失电子多少有关，检测H2S和CO体积分数相同的两份空气样本时，硫化氢失去电子数大于CO，所以产生电流大小不同，选项C错误；检测硫化氢时，硫化氢生成硫酸，硫元素化合价由－2变为＋6而发生氧化反应，则其所在电极为负极，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，选项D错误。‎ ‎3．近年来，我国在航空航天事业上取得了令人瞩目的成就，科学家在能量的转化，航天器的零排放作出了很大的努力，其中为了达到零排放的要求，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，设计了一种装置(如图)实现了能量的转化，总反应方程式为2CO2＝2CO＋O2。关于该装置下列说法正确的是(　B　)‎ A．装置中离子交换膜为阳离子交换膜 B．CO2参与X电极的反应方程式：CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－‎ C．N型半导体为正极，P型半导体为负极 D．外电路每转移2 mol电子，Y极生成气体‎22.4 L(标准状况)‎ 解析　由图可知左侧为太阳能转化为电能的装置，右侧为电解装置，根据左侧电子移动方向可知：X为阴极，所以OH－应该往Y极移动，因此离子交换膜应该为阴离子交换膜，选项A错误；X为阴极，发生还原反应，根据总反应方程式2CO2===2CO＋O2可知，X极发生的反应为：CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－，选项B正确；由于电子从P移向N，所以N为负极，选项C错误；Y极电极反应式为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以外电路每转移2 mol电子，Y极生成标准状况下气体体积为‎11.2 L，选项D错误。‎ ‎4．一种可充电锂－空气电池如图所示。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(　D　)‎ 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 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，选项A错误；因为多孔碳电极为正极，电子在外电路应该由锂电极流出，再流向多孔碳电极(由负极流向正极)，选项B错误；充电和放电时电池中离子的移动方向应该相反，放电时，Li＋向多孔碳电极移动，充电时向锂电极移动，选项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，选项D正确。‎ ‎5．下列装置由甲、乙部分组成(如图所示)，甲是将废水中乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化为环境友好物质形成的化学电源。当电池工作时，下列说法正确的是(　D　)‎ A．电子的流动方向M→Fe→CuSO4溶液→Cu－N B．M极电极反应式：H2N(CH2)2NH2＋16OH－－16e－===2CO2↑＋N2↑＋12H2O C．当N极消耗‎5.6 L O2时，则铁极增重‎32 g D．一段时间后，乙中CuSO4溶液浓度基本保持不变 解析　根据题给信息知，甲图中装置是将化学能转化为电能的原电池，M是负极，N是正极，电解质溶液为酸性溶液；乙部分是在铁上镀铜，则铁为阴极与负极相连，铜为阳极与正极相连，电子不能通过溶液，选项A错误；H2N(CH2)2NH2在负极M上失电子发生氧化反应，生成氮气、二氧化碳和水，电极反应式为H2N(CH2)2NH2＋4H2O－16e－===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，选项B错误；未注明是否为标准状况，无法计算5.6LO2的物质的量，选项C错误；乙部分是在铁上镀铜，电解液浓度基本不变，选项D正确。‎ ‎6．一种生物电化学方法脱除水体中NH的原理如下图所示：‎ 下列说法正确的是(　B　)‎ A．装置工作时，化学能转变为电能 B．装置工作时，a极周围溶液pH 降低 C．装置内工作温度越高，NH脱除率一定越大 D．电极b 上发生的反应之一是：2NO－2e－===N2↑＋3O2↑‎ 解析　该装置是把电能转化为化学能，选项A错误；a极为阳极，电极反应为NH＋2H2O－6e－===NO＋8H＋，所以a极周围溶液的pH减小，选项B正确；该装置是在细菌生物作用下进行的，所以温度过高，导致细菌死亡，NH脱除率会减小，选项C错误；b极上反应式为2NO＋12H＋＋10e－===N2＋6H2O，选项D错误。‎ ‎7．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(　D　)‎ 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　原电池中电解质阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，选项A正确；电池工作时负极电极方程式为：Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为‎0.14 g，选项B正确；石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，选项C正确；电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少，选项D错误。‎ ‎8．微生物燃料电池在净化废水的同时能获得能源或得到有价值的化学产品，图2‎ 为其工作原理，图1为废水中Cr2O离子浓度与去除率的关系。下列说法不正确的是(　C　)‎ ‎　‎ A．若有机物为葡萄糖，则M极电极反应式为：C6H12O6(葡萄糖)－24e－＋6H2O＝6CO2↑＋24H＋‎ B．电池工作时，N极附近溶液pH增大 C．处理1 mol Cr2O时有6 mol H＋从交换膜左侧向右侧迁移 D．Cr2O离子浓度较大时，可能会造成还原菌失活 解析　由图可知，该电池中有机物在微生物作用下发生氧化反应生成二氧化碳，M电极为负极；氧气和Cr2O被还原，N电极为正极。若有机物为葡萄糖，则根据电子得失守恒以及电荷守恒可得电极反应式：C6H12O6(葡萄糖)－24e－＋6H2O===6CO2↑＋24H＋，选项A正确；电池工作时，N极电极反应式为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O，故N附近溶液pH增大，选项B正确；由于右侧除了Cr2O得电子，还有一定量的氧气得到电子，故处理1 mol Cr2O需要6 mol电子，但从交换膜左侧向右侧迁移的H＋的物质的量大于6 mol，选项C错误；由图1可知，Cr2O离子浓度较大时，其去除率几乎为0，因为其有强氧化性会造成还原菌的蛋白质变性而失活，选项D正确。‎ ‎9．某镍冶炼车间排放的漂洗废水中含有一定浓度的Ni2＋和Cl－，图甲是双膜三室电沉积法回收废水中Ni2＋的示意图，图乙描述的是实验中阴极液pH与镍回收率之间的关系。下列说法不正确的是(　D　)‎ ‎　‎ A．交换膜b为阴离子交换膜 B．阳极反应式为2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋‎ C．阴极液pH＝1时，镍的回收率低主要是有较多H2生成 D．浓缩室得到‎1 L 0.5 mol/L盐酸时，阴极回收得到‎11.8 g镍 解析　由图可知浓缩室中盐酸浓度增大，所以废水中Cl－应该经过交换膜b进入浓缩室，而硫酸溶液中的H＋应该经过交换膜a进入浓缩室，所以a、b分别为阳离子交换膜与阴离子交换膜，选项A正确；阳极发生氧化反应，为溶液中OH－放电产生O2∶4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，也可以写成：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，选项B正确；阴极上主要发生：Ni2＋＋2e－===Ni，但是如果溶液pH太小，c(H＋)较大，可能发生：2H＋＋2e－===H2↑，而使镍的回收率低，选项C正确；浓缩室得到‎1 L 0.5 mol/L盐酸时，则有0.4 mol Cl－进入浓缩室，电路上有0.4 mol电子通过，如果阴极只有Ni2＋放电，则会析出0.2 mol Ni，即‎11.8 g镍，但是由于阴极还发生了2H＋＋2e－===H2↑，所以得到镍的质量小于‎11.8 g，选项D错误。‎ ‎10．(1)用原电池原理可以除去酸性废水中的三氯乙烯、AsO，其原理如图所示(导电壳内部为纳米零价铁)。‎ 在除污过程中，纳米零价铁中的Fe为原电池的__负__极 (填“正”或“负”)，写出C2HCl3在其表面被还原为乙烷的电极反应式为__C2HCl3＋5H＋＋8e－===C2H6＋‎3C1－__。‎ ‎(2)根据2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O 设计图示装置，以惰性电极电解Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7，图中右侧电极与电源的__正极__极相连，其电极反应式为　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)　。透过交换膜的离子为__Na＋__，该离子移动的方向为__b→a__ (填“a→b”或“b→a”)。‎ ‎(3)含有氮的的氧化物NOx尾气也可用电解法进行处理，其装置图如下(C1、C2均为碳棒)：‎ ‎①与铅蓄电池中二氧化铅电极相连的应该是：__C1__(C1、C2)，②写出C2电极反应式：__2NOx＋4xe－＋4xH＋===N2↑＋2xH2O__。③若右侧溶液质量增加‎18 g，则铅蓄电池中有__207__g铅放电。‎ 解析　(1)由图可知，纳米零价铁中Fe失电子作负极，C2HCl3在其表面被还原为乙烷，根据电荷守恒和原子守恒，该电极反应式为：C2HCl3＋5H＋＋8e－===C2H6＋‎3C1－。(2)根据2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O 反应可知：右侧b内溶液中氢离子浓度增大，平衡右移，说明溶液中氢氧根离子失电子变为氧气，发生氧化反应，该极为阳极，与电源的正极相连接，因此图中右侧电极与电源的正极相连；其电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；根据图示可知透过交换膜的离子为Na＋；钠离子向阴极移动，即向电解池的左侧a方向移动，即b→a。(3)由图可知C2发生NOx→N2↑，氮元素被还原，故C2为阴极接铅蓄电池负极即Pb电极，故PbO2电极接C1；C1电极反应为：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，C2电极反应为：2NOx＋4xe－＋4xH＋===N2↑＋2xH2O，设铅蓄电池中有y g Pb放电，则电路上有×2 mol e－通过，则有×2 mol H＋流向右侧，右侧通过电极反应增重：×2×，即×2×＝18，故y＝‎207 g。‎ ‎11．某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题：‎ ‎(1)电源A极的名称是__正极__(正极或负极)。‎ ‎(2)电解一段时间后，甲装置中要加入‎80 g CuO和3 mol H2O才能恢复至通电前的状态，则电路上通过的电子个数为__8NA__。‎ ‎(3) 假如乙装置的溶液体积为‎2 L，食盐水足量，若溶液的pH从7变成14，则两极总共产生的气体在标准状态下为__44.8__L。如果此时将电路断开，将EF直接相连，电路上有电流产生，两极电极反应式分别为：E__Cl2＋2e－===2Cl－__，F__H2－2e－＋2OH－===2H2O__ 。‎ ‎(4)欲用丙装置给铜镀银，G应该是__银__(填“铜”或“银”)，电镀液的主要成分是__AgNO3__(填化学式)。‎ ‎(5)欲用丙装置精炼铜，G应该是__粗铜__(填“粗铜”或“精铜”)，电解一段时间后电解液中的铜离子浓度 __减小__(填“增大”或“不变”或“减小”)，假如粗铜中杂质只有铁和锌，精炼结束后溶液总质量不变，则铁和锌的物质的量之比为__1∶8__。‎ ‎(6)装置丁中的现象是__X极附近红褐色变浅，Y极附近红褐色变深__。‎ 解析　(1)向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色，说明该极上氢离子放电，所以该电极是阴极，A是电源的正极。(2)甲装置中要加入‎80 g CuO氧化铜和3 mol H2O 才能恢复至通电前的状态，可见阴极先析出铜，后产生氢气，阳极产生氧气，由加入的氧化铜和水的量可知，电解过程中产生的氧气为2 mol，所以电路上有8 mol电子通过；(3)电解饱和氯化钠溶液离子方程式：2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－，由pH变化可知产生的n(OH－)＝2 mol，所以产生的Cl2和H2各1 mol，标准状态下，共‎44.8 L。将电路断开，将EF直接相连，电路上有电流产生，说明产生的Cl2和H2形成了原电池，据此可以写出两极电极反应式。(4)欲用丙装置给铜镀银，阴极为铜，阳极应该是银，电镀液的主要成分是AgNO3溶液。(5)精炼铜时，阳极应为粗铜，阴极应为精铜，电解质溶液为铜盐。由于粗铜中的铁和锌均比铜活泼，所以二者均溶解，相当于发生了：Cu2＋＋Fe===Fe2＋＋Cu，Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu，根据溶液总质量不变可求出铁和锌的物质的量之比。(6)胶体可以发生电泳，且氢氧化铁胶粒带正电荷，据此可知丁中的现象。‎