2019届二轮复习化学能与电能(电化学)学案（全国通用）

2019届二轮复习化学能与电能(电化学)学案（全国通用）

专题九　化学能与电能(电化学)‎ ‎[储知识·要点回扣]‎ ‎■思维深化——做一做 ‎1．按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。‎ ‎(1)酸性介质，如H2SO4溶液：‎ 负极：_________________________________________________________。‎ 正极：_____________________________________________________。‎ ‎(2)碱性介质，如KOH溶液：‎ 负极：_______________________________________________________。‎ 正极：___________________________________________________________。‎ ‎(3)熔融盐介质，如K2CO3：‎ 负极：___________________________________________________________。‎ 正极：___________________________________________________________。‎ ‎(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体为电解质，在高温下能传导O2－：‎ 负极：________________________________________________________________。‎ 正极：____________________________________________________________。‎ 答案：(1)CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋‎ O2＋6e－＋6H＋===3H2O ‎(2)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O O2＋6e－＋3H2O===6OH－‎ ‎(3)CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O O2＋6e－＋3CO2===3CO ‎(4)CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O O2＋6e－===3O2－‎ ‎2．镍镉( NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充电、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。‎ 放电时：‎ 负极：___________________________________________________________。‎ 正极：____________________________________________________________。‎ 答案：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2‎ ‎2NiOOH＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－‎ ‎3．如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。‎ 负极：____________________________________________________________。‎ 正极：_____________________________________________________________。‎ 答案：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋‎ ‎2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH ‎4．按要求书写电极反应式 ‎(1)用惰性电极电解NaCl溶液：‎ 阳极：_____________________________________________________。‎ 阴极：_____________________________________________________。‎ ‎(2)用惰性电极电解CuSO4溶液 阳极：__________________________________________________________。‎ 阴极：__________________________________________________________。‎ ‎(3)以铁为阳极，石墨为阴极，电解NaOH溶液 阳极：__________________________________________________________。‎ 阴极：__________________________________________________________。‎ ‎(4)用惰性电极电解熔融MgCl2‎ 阳极：_________________________________________________________________。‎ 阴极：_________________________________________________________________。‎ 答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎(2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)　Cu2＋＋2e－===Cu ‎(3)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎(4)2Cl－－2e－===Cl2↑　Mg2＋＋2e－===Mg ‎5．按要求书写电极反应式 ‎(1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)以Al单质为阳极，石墨为阴极，NaHCO3溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：_______________________________。‎ ‎(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为：‎ 阳极：______________________________________________________________。‎ 答案：(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋‎ ‎(2)Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3↓＋3CO2↑‎ ‎(3)Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl ‎[探高考·真题鉴赏]‎ ‎1．(2018·全国高考卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，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：‎ ‎①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋‎ ‎②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋‎ 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＋H2S===CO＋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EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性 解析：由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C错误。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确。将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确。Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D正确。‎ 答案：C ‎2.(2018·全国高考卷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，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：根据电池的总反应知，放电时负极反应为4Na－4e－===4Na＋。正极反应为3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时，阴(负)极反应为4Na＋＋4e－===4Na，阳(正)极为2CO＋C－4e－===3CO2↑，D错误；放电时，ClO向负极移动，A正确；根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确。‎ 答案：D ‎3．(2015·全国高考卷Ⅱ)酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生MnOOH。回收处理该废电池可以得到多种化工原料。回答下列问题：‎ ‎(1)该电池的正极反应式为_____________________________________________，‎ 电池反应的离子方程式为___________________________________________。‎ ‎(2)维持电流强度为‎0.5 A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________ g。(已知F＝96 ‎500 C·mol－1)‎ 解析：(1)酸性锌锰干电池外壳为金属锌，锌是负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。中间是碳棒，碳棒是正极，二氧化锰得到电子，则正极电极反应式为MnO2＋e－＋H＋‎ ‎===MnOOH，总反应式为Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH。‎ ‎(2)维持电流强度为‎0.5 A，电池工作5分钟，则通过的电量是‎150 C，因此通过电子的物质的量是＝1.554×10－3mol，锌在反应中失去2个电子，则理论上消耗Zn的质量是×‎65 g·mol－1＝‎0.05 g。‎ 答案：(1)MnO2＋e－＋H＋===MnOOH Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH ‎{注：式中Zn2＋可写为[Zn(NH3)4]2＋，Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NH}　(2)0.05‎ ‎[研考纲·聚焦素养]‎ 最新考纲 ‎1．理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。‎ ‎2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。‎ ‎3．了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。‎ 核心素养 ‎1．变化观念与平衡思想：认识电化学反应的本质是氧化还原反应，能多角度、动态分析电化学反应，并运用电化学原理解决实际问题。‎ ‎2．证据推理与模型认知：能运用原电池、电解池模型示意图解释电极及电池反应现象，揭示“放电”“充电”“电解”时现象的本质与规律。‎ ‎3．科学探究与创新意识：能够发现和提出有探究价值的新型化学电源、环境污染与防治等电化学问题，确定探究目的，设计探究方案，进行实验探究，能根据实验现象总结规律，并勇于提出自己的独到见解。‎ ‎4．科学精神与社会责任：具有可持续发展意识和绿色化学观念，研究新型高效、绿色化学电源，能对与电化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。‎ ‎[题型突破·通法悟道]　　　　　　　　　　　　　　　　摆题型示例　巧取应考宝典 题型一　电化学原理 ‎[研——题型探究]‎ ‎►角度一　原电池原理 ‎1．(2018·南昌模拟)氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作，装置如图所示。该电池工作时的总反应为：NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。下列说法正确的是(　　)‎ A．正极附近溶液的pH减小 B．电池工作时，H＋通过质子交换膜向负极移动 C．消耗‎3.1 g氨硼烷，理论上通过内电路的电子为0.6 mol D．负极电极反应为：NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋‎ 解析：根据电池总反应，正极上H2O2发生还原反应：H2O2＋2e－＋2H＋===2H2O，正极附近c(H＋)减小，溶液pH增大，A项错误；原电池工作时，阳离子向正极移动，故H＋通过质子交换膜向正极移动，B项错误；NH3·BH3转化为NH4BO2，N的化合价不变，B的化合价升高，根据NH3·BH3NH4BO2，消耗3.1 g氨硼烷(0.1mol)，反应中转移0.6 mol电子，但电子不通过内电路，C项错误；根据电池总反应，负极上氨硼烷发生氧化反应：NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋，D项正确。‎ 答案：D ‎►角度二　化学电源 ‎2．(2017·全国高考卷Ⅲ)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0.02 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：电池工作时，电极a为正极，得到电子，由题图可知，工作过程中可发生反应2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4；外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗0.02 mol Li，即减重0.14 g；石墨烯可导电，能提高电极a的导电性；放电时Li2S8不断转化为Li2S2，充电时Li2S2不断转化为Li2S8，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多；故D不正确，A、B、C均正确。‎ 答案：D ‎[题型建模]　解答新型化学电源的步骤 ‎(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。‎ ‎(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。‎ ‎(3)可充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。‎ ‎(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。►角度三　电解池原理 ‎3．(2018·福州模拟)科研人员设计一种电化学反应器，以Na2SO4溶液为电解质，负载纳米MnO2的导电微孔钛膜和不锈钢为电极材料。这种电催化膜反应器可用于正丙醇合成丙酸，装置示意图如图。以下叙述错误的是(　　)‎ A．微孔钛膜作阴极 B．使用Na2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性 C．丙醇转化为丙酸的电极反应式为：CH3CH2CH2OH＋H2O－4e－===CH3CH2COOH＋4H＋‎ D．反应器工作时料槽中正丙醇分子向电催化膜移动 解析：微孔钛膜与电源正极相连，作阳极，A项错误；Na2SO4为强电解质，使用Na2SO4溶液是为了在电解开始时增强溶液导电性，B项正确；丙醇转化为丙酸，发生氧化反应：CH3CH2CH2OH＋H2O－4e－===CH3CH2COOH＋4H＋，C项正确；反应器工作时，正丙醇发生氧化反应，根据阳极上发生氧化反应，知正丙醇分子向电催化膜移动，D项正确。‎ 答案：A ‎4．用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装 置 现 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；‎ 两个石墨电极附近有气泡产生；n 象 c处无明显变化 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 解析：根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2O??HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。‎ 答案：B ‎[题型建模]　“电解装置”解题流程 ‎[练——即学即用]‎ ‎1．(2018·兰州模拟)如图为“甲醇燃料电池”的工作原理示意图，下列有关说法正确的是(　　)‎ A．该燃料电池工作过程中电流方向从a极流向b极 B．该燃料电池工作时电路中通过1 mol电子，消耗的O2的体积为‎5.6 L C．Pt(a)电极的反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋‎ D．该燃料电池工作时H＋由b极室向a极室移动，电解质溶液的pH增大 解析：根据图示可知，通入CH3OH的电极a为负极，通入空气的电极b 为正极，燃料电池工作时电流从正极b流向负极a，A项错误；正极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，则燃料电池工作时电路中通过1 mol电子，消耗0.25 mol O2，因没有给出O2所处条件，故无法确定O2的体积，B项错误；CH3OH在Pt(a)极上发生氧化反应，电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋，C项正确；燃料电池工作时阳离子向正极移动，即H＋从a极室向b极室移动，D项错误。‎ 答案：C ‎2．(2018·全国高考卷Ⅲ)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(　　)‎ 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：由题意知，放电时负极反应为Li－e－===Li＋，正极反应为(2－x)O2＋4Li＋＋4e－===2Li2O2－x(x＝0或1)，电池总反应为(1－)O2＋2Li===Li2O2－x。充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为Li2O2－x===2Li＋(1－)O2，D正确。该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极，A错误。该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极，B错误。该电池放电时，电解质溶液中的Li＋向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的Li＋向锂材料区迁移，C错误。‎ 答案：D ‎3．(2018·郑州模拟)利用光伏电池与膜电解法制备Ce(SO4)2 溶液的装置如图所示，下列说法不正确的是(　　)‎ A．该离子交换膜为阴离子交换膜，SO由右池向左池迁移 B．电解池中发生的总反应为Cu2＋＋2Ce3＋===Cu＋2Ce4＋‎ C．该装置工作时的能量转化形式只有两种 D．由P电极向N电极转移0.1 mol电子时，阳极室生成‎33.2 g Ce(SO4)2‎ 解析：电解池左池中Ce2(SO4)3转化为Ce(SO4)2，溶液中SO的量增多，因此该离子交换膜允许SO通过，为阴离子交换膜，SO由右池向左池迁移，A项正确；电解池中左池发生氧化反应：Ce3＋－e－===Ce4＋，则右池发生还原反应：Cu2＋＋2e－===Cu，电解池总反应为2Ce3＋＋Cu2＋===2Ce4＋＋Cu，B项正确；该装置工作时光伏电池将太阳能转化为电能，电解池将电能转化为化学能，但电能同时还会转化为热能，C项错误；根据阳极反应：Ce3＋－e－===Ce4＋，转移0.1 mol电子时，生成0.1 mol Ce(SO4)2，其质量为0.1 mol×332 g·mol－1＝33.2 g，D项正确。‎ 答案：C 题型二　离子交换膜在电化学中的应用 ‎1．某混合物浆液含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(如图所示)，使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。‎ 用惰性电极电解时，CrO能从浆液中分离出来的原因是________________，分离后含铬元素的粒子是________________；阴极室生成的物质为____________________(写化学式)。‎ 解析：惰性电极电解混合物的浆液时，Na＋移向阴极，CrO移向阳极。Al(OH)3、MnO2在固体混合物中，当加入NaOH时，Al(OH)3转化为AlO，通入CO2转化为Al(OH)3沉淀，再加热分解为Al2O3，最后熔融电解生成Al。在直流电源的作用下，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和Cr2O；由于阴极是溶液中的H＋得电子生成氢气，所以阴极室生成的物质为NaOH和H2。‎ 答案：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 拓展思考 CrO和Cr2O　NaOH和H2‎ ‎(1)写出阳极反应式：_________________________________________。‎ ‎(2)常温下，Na2SO4足量，当电路中通过0.1 mol电子的电量时，阴极区附近溶液的pH为________(设溶液体积为‎1 L，反应前后不变)。‎ 提示：(1)阳极上放电离子是OH－，4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。‎ ‎(2)13。当电路中通过0.1 mol电子的电量时，阴极发生反应2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，可得n(OH－)＝0.1 mol，则溶液的pH为13。‎ ‎　2．溶于海水中的CO2主要以HCO的形式存在。利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。‎ ‎(1)结合方程式简述提取CO2的原理：__________________________________。‎ ‎(2)用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)a室是阳极室，发生氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，出去的海水pH<6，显酸性，表明反应后溶液由碱性变为酸性，a室中的H＋通过阳离子交换膜进入b室，发生反应：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O。‎ ‎(2)c室是阴极室，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，即c室生成碱，然后用碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH。‎ 答案：(1)a室发生的反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，H＋通过阳离子交换膜从a室进入b室，发生反应：HCO＋H＋===CO2↑＋H2O ‎(2)c室发生的反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH ‎[题型建模]‎ ‎　(1)膜的作用：阳离子交换膜允许阳离子通过，不允许阴离子通过；阴离子交换膜允许阴离子通过，不允许阳离子通过；质子交换膜允许质子通过而避免不同电极区域内某些离子间的反应。‎ ‎　(2)阴、阳离子交换膜的判断 ‎①看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电流流向等，明确阴、阳离子的移动方向。‎ ‎②根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题意中给出的制备、电解物质等信息，找出物质生成或消耗的电极区域，确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。3.科学家研制出了一种新型的锂空气电池，其工作原理如图所示。关于该电池的说法中不正确的是(　　)‎ A．随着电极反应的不断进行，正极附近的电解液pH不断升高 B．可将有机电解液改为水溶液 C．放电时，当有‎22.4 L O2(标准状况下)被还原时，溶液中有4 mol Li＋从左槽移动到右槽 D．电池总反应方程式为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH 解析：该锂电池中，正极上的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，正极附近的电解液pH会升高，故A正确；Li属于活泼金属，能与水反应，不能将有机电解液改为水溶液，B错误；放电时，当有22.4 L O2(标准状况下)被还原时，根据正极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，会转移电子4 mol，即溶液中有4 mol Li＋从左槽(负极)移动到右槽，故C正确；由图示可知，正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，电池总反应方程式为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH。‎ 答案：B ‎4．我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，我国科学家设计了一种装置(如图)，实现了“太阳能电能化学能”转化，总反应方程式为2CO2===2CO＋O2。关于该装置的下列说法中正确的是(　　)‎ A．图中N型半导体为正极，P型半导体为负极 B．图中离子交换膜为阳离子交换膜 C．反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强 D．人体呼出的气体参与X电极的反应：CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－‎ 解析：根据题图中左边电源内负电荷的移向，可知N型半导体为负极，P型半导体为正极，A错误；N型半导体为负极，X极为电解池的阴极，电极反应为CO2＋2e－＋H2O===CO＋2OH－，生成的氢氧根离子通过离子交换膜在Y 极参加反应，所以图中的离子交换膜为阴离子交换膜，B错误，D正确；总反应为2CO2===2CO＋O2，所以反应前后溶液的pH并不变化，C不正确。‎ 答案：D 借用题链，透析新情境下电极放电顺序 ‎[解题模板]‎ ‎1．(2017·江苏高考卷节选)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。‎ ‎“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________。‎ 解析：阳极应是H2O电离出的OH－放电，生成O2和H＋，在Na2CO3溶液充足的条件下，H＋与CO反应生成HCO，故阳极的电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑；阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，所以物质A为H2。‎ 答案：4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2‎ ‎2．(2016·全国高考卷Ⅰ改编)NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂，也常用来漂白织物等，其一种生产工艺如下：‎ 写出“电解”时阴极反应的电极反应式________________________________。‎ 解析：结合流程可知，电解时阳极Cl－失去电子生成Cl2，阴极ClO2得电子生成ClO。‎ 答案：ClO2＋e－===ClO ‎[题链演练]‎ ‎[题链1]　用FeCl3溶液吸收H2S，得到单质硫；过滤后，再以石墨为电极，在一定条件下电解滤液。‎ 电解池中H＋在阴极放电产生H2，阳极的电极反应为________________。‎ 答案：Fe2＋－e－===Fe3＋‎ ‎[题链2]　用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 mol/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值)：‎ 序号 电压/V 阳极现象 检验阳极产物 Ⅰ x≥a 电极附近出现黄色，有气泡产生 有Fe3＋、有Cl2‎ Ⅱ a＞x≥b 电极附近出现黄色，无气泡产生 有Fe3＋、无Cl2‎ Ⅲ b＞x＞0‎ 无明显变化 无Fe3＋、无Cl2‎ ‎(1)Ⅰ中，Fe3＋产生的原因可能是Cl－在阳极放电，生成的Cl2将Fe2＋氧化。写出有关反应：________________________________________________________________________。‎ ‎(2)由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电，原因是Fe2＋具有________性。‎ ‎(3)Ⅱ中虽未检验出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的0.2 mol/L NaCl溶液做对照实验，记录如下：‎ 序号 电压/V 阳极现象 检验阳极产物 Ⅳ a＞x≥c 无明显变化 有Cl2‎ Ⅴ c＞x≥b 无明显变化 无Cl2‎ 与Ⅱ对比，得出的结论：____________________________________________________(写出两点)。‎ 答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－　(2)还原　(3)①控制电压c>x≥b，可以实现Fe2＋先于Cl－放电。②控制电压a>x≥c，产生Fe3＋的两种原因都成立 ‎[题链3]　某同学通过改变浓度研究“2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I‎2”‎反应中Fe3＋和Fe2＋的相互转化。‎ 实验如下：‎ ‎(1)根据氧化还原反应的规律，该同学推测i中Fe2＋向Fe3＋转化的原因：外加Ag＋使c(I－)降低，导致I－的还原性弱于Fe2＋，且用如图装置(a、b均为石墨电极)进行实验验证。当指针归零(反应达到平衡)后，向U形管左管滴加0.01 mol/L AgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是_____________________________________________。‎ ‎(2)按照以上原理，该同学用上图装置进行实验，证实了ⅱ中Fe2＋向Fe3＋转化的原因，①转化原因是________________。②与(1)实验对比，不同的操作是________________。‎ ‎(3)实验Ⅰ中，还原性：I－>Fe2＋；而实验Ⅱ中，还原性：Fe2＋>I－，得出的结论是________________________________________________________________________。‎ 答案：(1)左管产生黄色沉淀，指针向左偏转 ‎(2)①Fe2＋随浓度增大，还原性增强，使Fe2＋还原性强于I－　②向U形管右管中滴加1 mol/L FeSO4溶液 ‎(3)该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向 ‎[题链阐释]‎ 题链1‎ 题链2‎ 题链3‎ 知识 内容 ‎①FeCl3溶液与H2S气体的反应②电解FeCl2、HCl混合溶液 电解实验中不同电压条件下Fe2＋、Cl－还原性强弱的比较 不同浓度条件下Fe2＋、I－的还原性强弱 解题 难点 ‎①反应产物FeCl2与FeS的判断 由实验现象推理实验结论 ‎②Fe2＋、Cl－的放电顺序 可逆反应的平衡移动验证不同浓度微粒还原性强弱(旧实验新结论，视角新颖)‎ 思维 突破 课堂教学规律：①FeS易溶于盐酸 ‎②Fe2＋还原性强于Cl－‎ 突破课堂已学(Fe2＋还原性强于Cl－)结论 突破课堂已学(平衡移动的本质是正逆速率的不同程度改变)结论 化学 观念 ‎①酸性强弱观 ‎②还原性强弱观 ‎③反应的先后观 ‎①外界条件(如电压)可影响微粒还原性强弱 ‎②真实的电解实验中有可能还原性不同的微粒同时放电 真实的自然规律应该适合不同理论的解释，结论应该是一致的 学科交叉——计算电化学能量转化效率问题的突破策略 装置、过程和效率是电化学研究的三驾马车，作为电化学重要组成的效率问题，教材中出现了比能量和比功率的定义，但很少引起关注，思则有备，有备无患，及时修复知识体系的漏洞，避免失分是非常重要的。‎ 策略一：厘清法拉第常数与阿伏加德罗常数的关系 ‎1个电子电量是1.6×10－‎19C,1 mol电子数约为6.02×1023,1 mol电子所带电量的绝对值即F＝6.02×1023 mol－1×1.6×10－‎19 C＝96 ‎320 C/mol，试题中经常提供的数值为F＝96 ‎500 C/mol。‎ 电源或电池提供电量Q＝I·t(注意单位：电流强度为A，时间为s)，n(e－)＝。‎ 若试题中没有提供法拉第常数，可以将电量除以1个电子所带的电量得到电子个数，再除以阿伏加德罗常数得到电子物质的量，‎ 即n(e－)＝。‎ ‎[例1]　以石墨为电极，用电流强度为I(安培)的直流电电解足量RCly的水溶液，t min后，精确测得电极上析出n g金属R，设金属R的摩尔质量为M g/mol，则阿伏加德罗常数的计算式可表示为(每个电子电量：1.6×10－‎19C)(　　)‎ A．NA＝ B．NA＝ C．NA＝ D．NA＝ 解析：阴极析出金属，电极反应式为 Ry＋＋ye－===R M g y mol n g n(e－)‎ 将n(e－)＝代入＝，‎ 整理得NA＝。‎ 答案：C 策略二：利用题中新定义信息逆向求解 ‎1．比能量：电池单位质量或单位体积所输出电能的多少[单位：(W·h)/kg或(W·h)/L]。‎ 单位质量或体积指表达式中质量或体积处在分母位置，从单位看是kg或L。电池理论产生的电能处在表达式的分子位置，计算公式W＝U×I×t＝U×Q＝P×t，其中W是电功，单位为焦耳(J)；U是电压，单位为伏特(V)；I是电流，单位为安培(A)；t是时间，单位为秒(s)；Q是电量，单位为库仑(C)，P是功率，单位为瓦(W)，1 kW·h＝3.6×106 J。‎ ‎2．比功率：电池单位质量或单位体积所输出功率的大小[单位：(W)/kg或(W)/L]，P＝UI。‎ ‎3．电流利用效率＝×100%，负载利用电量是通过电解计算出转移电子物质的量，电池输出电量是电流表和钟表测定值Q＝I·t，再通过法拉第常数将Q转化为电子物质的量。‎ ‎[例2]　二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg－1)。电解质为酸性，该电池的理论输出电压为1.20 V，能量密度E＝________(列式计算。能量密度＝，已知F＝96 ‎500 C/mol,1 kW·h＝3.6×106 J)。‎ 解析：由能量密度定义表达式和单位可知，求解的关键问题是求出电池输出电能即电功。假设消耗1 kg的CH3OCH3，依据W＝U×Q,1 mol CH3OCH3中2NA个－2价碳被氧化为＋4价CO2，转移12 mol电子，1 kg CH3OCH3反应产生的电量Q＝×12×96 500 C/mol，W＝U×Q＝1.2 V××12×96 500 C/mol，所得电功单位是J，需要换算成 kW·h，W＝1.2 V××12×96 500 C/mol÷3.6×106 J/(kW·h)，‎ 能量密度＝ ‎＝ ‎＝8.39(kW·h)/kg。‎ 答案：8.39(kW·h)/kg 策略三：两类相关能量转化效率的计算 类型一：理论物质消耗和析出的相关计算 ‎[例3]　有一个铅蓄电池最初有‎100 g Pb和‎100 g PbO2，加入过量的硫酸，发生如下反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。理论上，一个电池可以放电到其中一个电极完全耗尽为止。假如不再充电，电池工作到反应完全，若该电池放电电流为‎1.00 A。通过计算求：‎ ‎(1)正、负极的电极材料中，________极先消耗完。‎ ‎(2)理论上该电池放电最长时间是多少小时？(已知F＝96 ‎500 C/mol)‎ 解析：(1)Pb被氧化作负极，n(Pb)＝＝0.483 mol，PbO2被还原作正极，n(PbO2)＝＝0.418 mol，n(Pb)＞n(PbO2)，正极先消耗完。‎ ‎(2)Q＝n(e－)·F＝0.418 mol×2×96 ‎500 C/mol，‎ Q＝I×t，t＝＝＝22.41 h 答案：(1)正　(2)22.41 h 类型二：能量转化效率的相关计算 ‎[例4]　若用放电电流强度I＝‎2.0 A的电池工作10 min，电解精炼铜得到铜‎0.32 g，则电流利用效率为________(保留小数点后一位)。(已知：F＝96 ‎500 C/mol，电流利用效率＝×100%)‎ 解析：通过电流利用效率表达式可知，负载利用电量用来电解精炼，电池输出电量是电流表和钟表测定值。电解精炼铜得到铜0.32 g时，n(Cu)＝＝0.005 mol，电解消耗的电量Q＝2×0.005 mol×96 500 C/mol＝965 C。据放电的电流强度I＝2.0 A，电池工作10 min，计算得电池的输出电量Q＝I·t＝2.0 A×10×60 s＝1 200 C，电流利用效率＝×100% ≈80.4%。‎ 答案：80.4%‎ ‎[例5]　储氢可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢： ＋3H2(g)，一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。该储氢装置的电流效率η＝________(η＝×100%，计算结果保留小数点后一位)。‎ 解析：根据策略二逆向求解，首先求算阴极生成目标产物环己烷转移的电子数，阴极除生成环己烷外，还生成H2：2H＋＋2e－===H2↑，设阴极生成的环己烷为n(C6H12)，生成氢气为n(H2)，生成的环己烷与消耗苯的物质的量相等，剩余苯的物质的量为2.4 mol－n(C6H12)，根据剩余的苯所占的物质的量分数列出等式：[n(H2)＋n(C6H12)＋2.4 mol－n(C6H12)]×25%＝2.4 mol－n(C6H12)。阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，生成2.8 mol氧气，失去11.2 mol电子。电解过程中通过阴、阳极转移的电子数目相等，列出等式2n(H2)＋ 6n (C6H12)＝11.2 mol，解得n(H2)＝0.8 mol、n(C6H12)＝1.6 mol。生成1 mol环己烷需要3 mol H2，消耗6 mol电子，1.6 mol环己烷转移9.6 mol电子。η＝×100%＝×100%≈85.7%。‎ 答案：85.7%‎ ‎[限时规范训练]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单独成册 ‎1.下列关于如图所示电化学装置的分析正确的是(　　)‎ A．若X为直流电源，Y为铜棒，接正极，则为Fe棒上镀铜 B．若X为直流电源，Y为碳棒，接负极，则Fe棒被保护 C．若X为电流计，Y为锌棒，则SO移向Fe棒 D．若X为导线，Y为铜棒，则Fe棒发生还原反应 解析：若X为直流电源，Y为铜棒，接正极，则为Fe棒上镀铜的装置，故A正确；若X为直流电源，Y为碳棒，接负极，则Fe为阳极，发生氧化反应而被腐蚀，故B错误；若X为电流计，Y为锌棒，装置为原电池，Zn为负极，阴离子SO移向Zn，故C错误；若X为导线，Y为铜棒，则装置为原电池，活泼金属Fe作负极发生氧化反应，故D错误。‎ 答案：A ‎2．(2018·太原模拟)用如图所示的实验装置进行电化学实验，下列判断正确的是(　　)‎ A．若X为铝片，Y为镁片，Z为NaOH，将开关K置于B处，则Y为原电池的负极 B．若X为铜片，Y为铁片，Z为CuSO4，将开关K置于A处可实现在铁片上镀铜 C．若X为铁片，Y为锌片，Z为NaCl，将开关K置于A或B处均可减缓铁的腐蚀 D．若X、Y均为碳棒，Z为NaOH，将开关K置于A处，Y极发生氧化反应 解析：开关K置于B处构成原电池，Al与NaOH溶液反应，则X为原电池的负极，A项错误。开关K置于A处构成电解池，Cu为阳极，Fe为阴极，该装置能实现铁片上镀铜，B项正确。X为铁片，Y为锌片，开关K置于A处时构成电解池，Fe为阳极，会加速铁的腐蚀；开关K置于B处构成原电池，锌片为负极，可减缓铁的腐蚀，C项错误。X、Y均为碳棒，NaOH溶液为电解液，开关K置于A处构成电解池，阴极Y上发生还原反应，D项错误。‎ 答案：B ‎3．一种新型金属氢化物镍电池(MHNi电池，MH为贮氢材料)的工作原理如图所示。下列有关说法正确的是(　　)‎ A．隔膜为阴离子交换膜 B．电池的电解液可为硫酸溶液 C．充电时阳极反应为H2O＋M＋e－===MH＋OH－‎ D．放电时负极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O 解析：由工作原理图可知，MH在负极发生反应MH－e－＋OH－===M＋H2O，NiOOH在正极发生反应NiOOH＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，则充电时阴极反应为H2O＋M＋e－===MH＋OH－，阳极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，故C、D均错误；Ni(OH)2能溶于硫酸溶液，故B错误。‎ 答案：A ‎4．(2018·石家庄模拟)锂空气充电电池有望成为电池行业的“明日之星”，其工作原理如图所示。下列叙述正确的是(　　)‎ A．有机电解质可用Li2SO4溶液代替 B．电池工作时，正极的电极反应式为2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，‎ C．充电时，多孔电极应与电源负极相连 D．电池充电时间越长，电池中Li2O2含量越多 解析：因为Li与水反应，故不能用Li2SO4溶液作电解质溶液，A项错误；由题图可知，正极的电极反应为2Li＋＋O2＋2e－===Li2O2，B项正确；充电时，多孔电极应与电源正极相连，C项错误；电池充电时间越长，Li2O2转化为Li的量越多，则Li2O2的含量越少，D项错误。‎ 答案：B ‎5.(2018·广州模拟)一种电解法合成氨的装置如图所示，该法借助高质子导电性的SCY陶瓷，用吸附在它内外表面上的金属Pd多晶薄膜作电极，实现了‎570 ℃‎、常压下高转化率合成氨。下列叙述正确的是(　　)‎ A．阴极的电极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH B．该装置工作时，H＋从a极区向b极区迁移 C．每生成1 mol NH3，有‎3 g H2被氧化 D．该装置实现了在常温常压下高转化率合成氨 解析：该装置的原理是电解法合成氨，阴极上发生还原反应：N2＋6e－＋6H＋===2NH3，A项错误；由图示可知，电极a上N2转化为NH3，发生了还原反应，故电极a为阴极，电极b为阳极，根据电解池中阳离子向阴极移动，知该装置工作时，H＋从b极区向a极区迁移，B项错误；根据电解总反应：N2＋3H22NH3可知，每生成1 mol NH3，被氧化的H2为1.5 mol，其质量为3 g，C项正确；该装置实现了570 ℃、常压下高转化率合成氨，D项错误。‎ 答案：C ‎6．厨房垃圾发酵液通过电渗析法处理，同时得到乳酸的原理如图所示(图中HA表示乳酸分子，A－表示乳酸根离子)。下列说法正确的是(　　)‎ A．通电后，阳极附近pH增大 B．电子从负极经电解质溶液回到正极 C．通电后，A－通过阴离子交换膜从阴极进入浓缩室 D．当电路中通过2 mol电子的电量时，会有1 mol O2生成 解析：由图示判断左侧惰性电极为阳极，右侧惰性电极为阴极，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，氢离子浓度增大，pH减小，A错误；电子从电源的负极到电解池的阴极，由阳极回到电源的正极，电子不能进入电解质溶液，B错误；氢离子由阳极室进入浓缩室，A－由阴极室进入浓缩室，从而得到乳酸，C正确；由电极反应式2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，当电路中通过2 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成，D错误。‎ 答案：C ‎7．(2018·南昌模拟)电化学在日常生活中用途广泛。图甲是镁次氯酸钠燃料电池，电池总反应为Mg＋ClO－＋H2O===Cl－＋Mg(OH)2；图乙是含Cr2O的工业废水的处理装置。下列说法正确的是(　　)‎ A．图甲中发生的氧化反应是Mg2＋＋ClO－＋H2O＋2e－===Cl－＋Mg(OH)2‎ B．图乙中惰性电极棒上有O2放出 C．图乙中Cr2O向惰性电极移动，与该极附近的OH－结合转化成Cr(OH)3除去 D．若图甲中‎3.6 g镁产生的电量用于图乙中的废水处理，理论上图乙中有‎8.4 g阳极材料参与反应 解析：A项，图甲中发生氧化反应的是镁电极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，错误。B项，图乙中惰性电极是阴极，不会放出O2，错误。C项，电解池中阴离子移向阳极，Cr2O应向Fe电极移动，与阳极生成的Fe2＋发生氧化还原反应生成Cr3＋，进而形成Cr(OH)3沉淀除去，错误。D项，由Mg～2e－、Fe～2e－可知：n(Mg)＝n(Fe)，则＝ ‎，所以m(Fe)＝8.4 g，正确。‎ 答案：D ‎8．(1)工业上可通过电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示。阳极的电极反应式为__________________________________________________________________；‎ 其中可循环使用的物质是_______________________________________________。‎ ‎(2)电解法处理氮氧化合物是目前大气污染治理的一个新思路，原理是将NOx在电解池中分解成无污染的N2除去，如图所示，两电极间是固体氧化物电解质，在一定条件下可自由传导O2－，若NOx为NO，则电解池阴极反应式为___________________________________________________________。‎ 解析：(1)电解池中阳极失去电子，则根据装置图可知阳极是铁电极，铁失去电子转化为高铁酸盐，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O；由于水电离的H＋在阴极放电：2H＋＋2e－===H2↑，c(OH－)增大，Na＋通过阳离子交换膜进入阴极区，使阴极区c(NaOH)增大，故氢氧化钠可以循环使用。‎ ‎(2)电解池的阴极发生得电子的反应，根据“NOx在电解池中分解成无污染的N‎2”‎，则阴极反应为2NO＋4e－===N2＋2O2－。‎ 答案：(1)Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O　NaOH溶液 ‎(2)2NO＋4e－===N2＋2O2－‎ ‎9．(1)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示：‎ ‎①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是________________________________________________________________________。‎ ‎(2)钴酸锂电池的正极采用钴酸锂(LiCoO2)，负极采用金属锂和碳的复合材料，该电池充放电时的总反应式：LiCoO2＋‎6CLi1－xCoO2＋LixC6，写出放电时负极的电极反应式________________________________________________________________________。‎ ‎(3)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源。基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiClKCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。‎ ‎①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。‎ ‎②负极反应式为_______________________________________________。‎ ‎③电路中每转移0.2 mol电子，理论上生成________ g Pb。‎ 解析：(1)①酸性环境中反应物为HS－产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。‎ ‎(2)放电时，负极上发生氧化反应，碳单质可以看作是盛放锂单质的容器，结合电池充放电时的总反应式：LiCoO2＋‎6CLi1－xCoO2＋LixC6，可知放电时Li化合价升高，得到放电时负极的电极反应式为LixC6－xe－===‎6C＋xLi＋。‎ ‎(3)根据方程式，电路中每转移0.2 mol电子，生成0.1 mol Pb，即‎20.7 g。‎ 答案：(1)①HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋‎ ‎②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子 ‎(2)LixC6－xe－===‎6C＋xLi＋‎ ‎(3)①正极　②Ca＋2Cl－－2e－===CaCl2　③20.7‎ ‎10．(1)高铁酸钾( K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。如图1是高铁电池的模拟实验装置：‎ 图1‎ 图2‎ ‎①该电池放电时正极的电极反应式为____________________________________；‎ 若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，理论上消耗Zn________g(已知F＝96 500 C·mol－1)。‎ ‎②盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向________(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。‎ ‎③图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)有人设想以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，电池正极的电极反应式是___________________________A是____________。‎ ‎(3)利用原电池工作原理测定汽车尾气中CO的浓度，其装置如图所示。该电池中O2－可以在固体介质NASICON(固溶体)内自由移动，工作时O2－的移动方向________(填“从a到b”或“从b到a”)，负极发生的电极反应式为________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 解析：(1)①放电时高铁酸钾为正极，正极发生还原反应，电极反应式为FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－；若维持电流强度为1 A，电池工作十分钟，转移电子的物质的量为1×10×60÷96 500＝0.006 217 6( mol)。理论上消耗Zn的质量0.006 217 6 mol÷2×65 g·mol－1≈0.2 g(已知F＝96 500C·mol－1)。‎ ‎②电池工作时，阴离子移向负极，阳离子移向正极，所以盐桥中氯离子向右移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向左移动。‎ ‎③由题图可得出高铁电池的优点有使用时间长、工作电压稳定。‎ ‎(2)该电池的本质反应是合成氨反应，电池中氢气失去电子，在负极发生氧化反应，氮气得电子在正极发生还原反应，则正极反应式为N2＋8H＋＋6e－===2NH，氨气与HCl反应生成氯化铵，则电解质溶液为氯化铵溶液。‎ ‎(3)工作时电极b为正极，O2－由电极b移向电极a；该装置是原电池，通入一氧化碳的电极a是负极，负极上一氧化碳失去电子发生氧化反应，电极反应式为CO＋O2－－2e－===CO2。‎ 答案：(1)①FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3↓＋5OH－　0.2　②右　左 ‎③使用时间长、工作电压稳定 ‎(2)N2＋8H＋＋6e－===2NH　氯化铵 ‎(3)从b到a　CO＋O2－－2e－===CO2‎