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2020届二轮复习 增分攻略：电化学 学案（全国通用）
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专题六 电化学
研析最新考纲
洞悉命题热点
1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应式和总反应方程式。
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。
1.电极的判断、电极反应式的书写
2．离子或电子移动方向
3．电解质溶液的变化及简单计算
4．新型化学电源的工作原理
[全国卷]
1．(2019·全国卷Ⅰ)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H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
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：3H2＋N2===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MV＋－e－===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
2．(2019·全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
[解析] 该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
[答案] D
3．(2018·全国卷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：
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] 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＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，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
[省市卷]
1．(2019·江苏卷)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023
D．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
[解析] A项，该反应前后气体分子数减少，即熵减少，又反应能自发进行，说明该反应为放热反应，ΔH<0，正确；B项，负极上应是H2失去电子，错误；C项，11.2 L H2不是处于标准状况下，无法计算H2的物质的量，进而无法计算转移的电子数，错误；D项，反应的焓变等于反应物断裂旧共价键的键能之和减去生成物形成新共价键的键能之和，错误。
[答案] A
2．(2019·浙江卷)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是( )
A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
[解析] 铜锌原电池(电解质溶液为硫酸)中铜作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故铜电极附近H＋浓度降低，A项错误。
[答案] A
3．(2018·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)。
①
在Fe表面生成蓝色沉淀
②
试管内无明显变化
③
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
[解析] ②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。
[答案] D
考点一 原电池原理及应用
1．原电池基本模型
2．解决原电池问题基本流程
(1)分析电池内存在的氧化还原反应，若存在多个氧化还原反应还要分析先后顺序。
(2)画出双线桥，分析“半反应”；根据电极材料，电子、电流流动方向，离子移动方向或者题目所给图示分析出正负极。
(3)综合考虑电极材料、电解质特点以及题目所给的电池构造图写出正负极电极反应式。
3．原电池基本解题规律
(1)大部分电池一般先写负极电极反应式，燃料电池一般先写正极反应式；然后用总反应(离子方程式)减去负极(燃料电池为正极)电极反应式即得正极(燃料电池为负极)电极反应式。
(2)燃料电池常见的四种正极反应式
①酸性燃料电池：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②中碱性燃料电池：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③熔融碳酸盐燃料电池：O2＋2CO2＋4e－===2CO
④熔融氧化物燃料电池：O2＋4e－===2O2－
(3)可充电二次电池：先写放电(原电池)电极反应式，把放电电极反应式“颠倒过来”即是充电(电解)电极反应式。
(4)注意近些年一些非常规原电池问题时而有所考查，这些电池有浓差电池、温差电池、非氧化还原型原电池等，这些电池不符合原电池基本理论(高中所学原电池理论是基于自发的氧化还原反应理论)。遇到此类问题要根据题意进行分析，而不能死套我们所学的原电池理论。
4．原电池中正极和负极的5种判断方法
【典例1】 (2019·天津卷)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I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
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
[思路点拨]
[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－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－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Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===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
题组一：新型化学电池
1．(2019·洛阳市第一次联考)最近，科学家研发出了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．右边吸附层中发生了氧化反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．该电池总反应是H＋＋OH－===H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动、ClO向左移动
[解析] 由电子的流动方向可以得知左边吸附层为负极，发生氧化反应；右边吸附层为正极，发生还原反应，A错误；负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，B正确；正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，根据正、负极的反应可知总反应为OH－＋H＋===H2O，C正确；阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D正确。
[答案] A
2．(2019·唐山调研测试)中国科学院大连化学物理研究所发明了一种海水浓差电池，可用于发电及CO2的减排，其装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．该装置工作时化学能转化为电能
B．电极a为电池的负极
C．电池总反应可能为CO2＋OH－===HCO
D．该电池的副产品只有CaCl2、NaHCO3
[解析] 该装置是原电池，工作时化学能转化为电能，A项正确；原电池中，阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，故由图中H＋、Cl－流向可知，电极a为电池的负极，B项正确；该电池中负极发生的反应为H2－2e－===2H＋，H＋与Ca(OH)2中的OH－反应：H＋＋OH－===H2O，正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，此极的H＋来源于CO2与H2O反应生成的H2CO3，若只考虑H2CO3的一步电离：CO2＋H2O??H＋＋HCO，则将这些反应式进行叠加，得该电池总反应：CO2＋OH－===HCO，若考虑H2CO3的二步电离：CO2＋H2O??H＋＋HCO、HCO??H＋＋CO，则将这些反应式进行叠加，得该电池总反应：CO2＋2OH－===H2O＋CO，C项正确；从左侧起，第一、三极室产生CaCl2，二、四极室可能产生NaHCO3或Na2CO3或NaHCO3和Na2CO3的混合物，D项错误。
[答案] D
新型化学电源中电极反应式的正误判断
电化学知识是全国卷的必考内容，且绝大多数情况下是以选择题的形式命题，主要涉及新型电池的工作原理分析、电解原理的应用及电化学腐蚀与防护等内容。通过工作原理图考查电极反应式的书写或正误判断及电解后溶液中离子移动方向、溶液pH的变化等。破题难点是新型电池的电极反应式的正误判断，其方法为
(1)分析负极是否发生氧化反应，正极是否发生还原反应。
(2)检验电极反应式是否符合“三大守恒”，电极反应式本质上是特殊的离子方程式，要遵循质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒，另外，强酸、强碱、可溶性盐必须写成离子形式。
(3)检验电极反应式中的离子是否与电解质反应，酸性介质中不可能存在OH－，碱性介质中不可能存在H＋，原电池中C、H元素及O2在不同介质中发生反应后的具体存在形式如表所示：
电解质或电解质溶液
C
H
O2
酸溶液
CO2
H＋
H2O
碱溶液
CO
H2O
OH－
熔融碳酸盐
CO2
H2O
CO(有CO2参与反应)
能传导O2－的固体电解质
CO2
H2O
O2－
题组二：可充电电池
3．(2019·湖南省湘东六校联考)一种新型可充电电池的工作原理如图所示。总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。下列说法正确的是( )
A．放电时负极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl
B．放电时AlCl移向正极
C．充电时阳极反应为AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4)
D．电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原
[解析] 放电时，铝为负极，失去电子被氧化为Al2Cl，电极反应式为：Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，A错误。放电时，AlCl移向负极，B错误。充电时，阳极失去电子，发生氧化反应，石墨中碳元素的化合价没有发生变化，失去电子的是AlCl，电极反应式为：Cn＋AlCl－e－===Cn(AlCl4)，C正确。1 mol Cn(AlCl4)被还原仅转移1 mol电子，D错误。
[答案] C
4．(2019·南充市适应性考试)最近有科学家研发了一种新型锂空气电池，结构如图所示。已知：①电解质由离子液体(离子能够自由移动，非溶液)和二甲基亚砜[(CH3)2SO]混合制成，可促进过氧化锂生成；②碳酸锂薄层的作用是让锂离子进入电解质，并阻止其他化合物进入该电极；③二硫化钼起催化作用。该装置工作时，下列叙述不正确的是( )
A．放电时，a极发生氧化反应
B．放电时的总反应为：2Li＋O2===Li2O2
C．充电时，Li＋在电解质中由b极移向a极
D．充电时，b极的反应式：Li2O2＋2e－===2Li＋O
[解析] 结合题图和题意知，放电时a极为负极，发生氧化反应，A项正确；该电池放电时的总反应为锂和氧气反应生成Li2O2：2Li＋O2===Li2O2，B项正确；充电时a极为阴极，b极为阳极，根据充电时阳离子向阴极移动，可知Li＋在电解质中由b极移向a极，C项正确；充电时，b极为阳极，发生氧化反应：Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，D项错误。
[答案] D
可充电电池的答题4步骤
考点二 电解池原理及应用
1．构建电解池模型，类比分析电解基本原理
2．电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)。
(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。
3．电解的四大类型及规律
【典例2】 (2019·湖北4月联考)在一定条件下利用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)。已知该装置的电流效率η＝75%(η＝×100%)，下列说法不正确的是( )
A．A为电源的负极
B．E极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．b中环己烷增加2.8 mol
D．D极产生副产品H2
[思路点拨]
[解析] 根据题图知，电解池D电极上发生的反应是苯加氢还原，C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，D电极为阴极，A为电源的负极，A正确；E电极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B正确；阳极生成2.8 mol O2失去电子4×2.8 mol＝11.2 mol，生成的11.2 mol H＋经过高分子电解质膜移动至阴极，由于每产生1 mol环己烷消耗6 mol H＋，该装置的电流效率η＝75%，则b中生成环己烷的物质的量为11.2 mol×75%÷6＝1.4 mol，C错误；生成1.4 mol C6H12消耗H＋ 8.4 mol，多余的H＋在阴极发生还原反应2H＋＋2e－===H2↑，产生副产品H2，D正确。
[答案] C
题组一：电解原理及应用
1．(2019·保定一模)亚硝酸盐对人体健康的危害不亚于农药，可采用电解法除去。工业上用电解含Ce3＋、NO废水，将NO转化为N2而除去，其次是再生Ce4＋，其装置如图。下列说法正确的是( )
A．生成的Ce4＋从电解槽的c口流出
B．M极为阴极，发生还原反应
C．阴极上的电极反应为2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
D．除去1 mol NO，可再生2 mol Ce4＋
[解析] 根据H＋的移动方向判断出N极为电解池的阴极，M极为阳极。NO在阴极上得电子被还原为N2，Ce3＋在阳极上失电子被氧化为Ce4＋。生成的Ce4＋从电解槽的a口流出，A错误；M极为阳极，发生氧化反应，B错误；除去1 mol NO转移3 mol电子，可再生3 mol Ce4＋，D错误。
[答案] C
2．(2019·湖北省重点中学联考)重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性，是一种重要的化工原料，广泛应用于制革、印染、电镀等工业。以铬酸钾(K2CrO4)和氢氧化钾为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图所示。已知水溶液中存在平衡：2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O。下列说法正确的是( )
A．气体甲和乙分别为O2和H2
B．Fe电极的反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C．左池中KOH浓度减小
D．当铬酸钾的转化率达到80%时，右池中＝
[解析] 根据原理和装置图可知，图中右池中要实现CrO与Cr2O的转化，需要消耗H＋，所以推断出C电极为阳极，阳极电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；则Fe电极为阴极，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。气体甲和乙应分别为H2和O2，A、B项错误；K＋通过阳离子交换膜从右池移向左池，左池中KOH浓度增大，C项错误；右池中剩余K元素以K2CrO4和K2Cr2O7的形式存在，设开始时K2CrO4的物质的量是a mol，则铬酸钾的转化率为80%时有
2K2CrO4～K2Cr2 O7
起始物质的量(mol) a 0
转化物质的量(mol) 0.8a ×0.8
平衡物质的量(mol) a－0.8a ×0.8
则阳极区钾元素的物质的量n(K)＝ mol，铬元素的物质的量为a mol，＝＝，D项正确。
[答案] D
题组二：原电池和电解池的综合应用
3．(2019·武汉调研测试)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是( )
A．Y极的电极反应：Pb－2e－===Pb2＋
B．铅蓄电池工作时SO向Y极移动
C．电解池中发生的反应仅有2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑
D．每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有0.5 mol H2生成
[解析] 根据电解池中Fe电极上H2O转化为H2，发生还原反应，知Fe电极为阴极，故X极为负极，Y极为正极，Y极的电极反应为：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，A项错误；原电池中阴离子向负极移动，因此铅蓄电池工作时SO向X极移动，B项错误；根据图像可知Al电极上既有铝离子生成，又有氧气放出，说明铝电极上发生的氧化反应有两个：Al－3e－===Al3＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，因此电解池中发生的反应有2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑、2H2O2H2↑＋O2↑，C项错误；原电池负极发生反应：Pb－2e－＋SO===PbSO4，电解池阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，由图可知原电池和电解池串联，因此各电极上转移电子数相等，由此可得关系式：Pb～H2，每消耗103.5 g Pb，理论上阴极生成H2的物质的量n(H2)＝n(Pb)＝＝0.5 mol，D项正确。
[答案] D
4．(2019·重庆市七校联合考试)有关如图装置的叙述正确的是( )
A．断开K1闭合K2时，丙中化学能转化为电能，而甲和乙中电能转化为化学能
B．断开K1闭合K2时，若丙中溶液减轻13.5 g，则乙中碳棒上析出2.24 L气体
C．闭合K1断开K2时，甲和丙中溶液浓度均不变
D．闭合K1断开K2时，乙中溶液pH不变，所以滴入紫色石蕊试液无明显现象
[解析] A项，由甲中能发生自发的氧化还原反应可知甲为原电池，化学能转化为电能，乙和丙为电解池，电能转化为化学能，错误。B项，断开K1闭合K2时，乙和丙中发生的总反应分别为Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑、CuCl2Cu＋Cl2↑，当丙中溶液减轻13.5 g时，转移0.2 mol电子，乙中有0.1 mol H2产生，但由于未注明气体所处状态，所以气体体积无法确定，错误。C项，闭合K1断开K2时，甲、乙、丙均为电解装置，且甲和丙均为电镀装置，所以溶液浓度均不变，正确。D项，闭合K1断开K2时，乙中实际上是电解水，铜电极为阴极，反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极附近溶液显碱性，滴入紫色石蕊试液后溶液变蓝色；碳棒为阳极，反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电极附近显酸性，滴入紫色石蕊试液后溶液变红色，错误。
[答案] C
(1)没有外接电源时，多个“电池”连接在一起，能发生自发的氧化还原反应的装置是原电池，其余的为电解池。
(2)解题时注意电极附近pH变化与整个溶液pH变化的区别：电极变化看电极反应，整个溶液变化看总反应。
(3)电解池与外电源连接时，遵循“阴接负、阳接正”。若有多个电解装置串联，其电极分别按阴、阳极依次交替连接，不可颠倒。
考点三 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀快慢程度的判断方法
2．金属电化学保护的两种方法
【典例3】 (2019·河南郑州一中模拟测试)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，越靠近烧杯底端，铁棒腐蚀越严重
B．图b中，开关置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率较小
C．图b中，开关置于M时，Cu－Zn合金受到保护，是牺牲阳极的阴极保护法
D．图c中，接通开关时，Zn的腐蚀速率增大，Zn片上放出气体的速率也增大
[思路点拨] 分析时应从电解质溶液、氧气浓度、电极材料的活泼性入手，根据电化学原理逐项剖析，得出正确答案。
[解析] 本题考查金属的腐蚀及防护原理。图a中，插入海水中的铁棒，越靠近烧杯底端，铁棒与氧气接触越少，腐蚀程度越小，A错误；图b中，开关置于N时，Cu－Zn合金作正极，受到保护，腐蚀速率较小，B正确；图b中，开关置于M时，Cu－Zn合金作负极，被腐蚀，C错误；图c中，接通开关时，Zn的腐蚀速率增大，但氢气在Pt电极表面产生，D错误。
[答案] B
1．(2019·辽宁省五校协作体联合模拟考试)高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
[解析] 通电时，锌环与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，A项正确；通电时，铁帽为阴极，发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项正确；断电时，形成原电池，锌环为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，C项错误；断电时，形成原电池，铁帽为正极，此为牺牲阳极的阴极保护法，仍能防止铁帽被腐蚀，D项正确。
[答案] C
2．(2019·河北省九校第二次联考)某实验小组利用下列装置探究电解质溶液的浓度对金属腐蚀的影响：
装置
现象
电流计指针不发生偏转
电流计指针发生偏转
下列有关说法正确的是( )
A．装置Ⅰ中的铁片均不会发生任何腐蚀
B．铁片d上可能发生的电极反应为：Fe－3e－===Fe3＋
C．利用K3[Fe(CN)6]溶液可确定装置Ⅱ中的正、负极
D．铁片a、c所处的NaCl溶液的浓度相等，二者腐蚀速率相等
[解析] 装置Ⅰ中因为两烧杯中NaCl溶液的浓度相等，两边电势相等，所以电流计指针不发生偏转，但铁片a、b仍可发生普通的化学腐蚀，A项错误；铁片d上Fe发生反应生成Fe2＋，B项错误；装置Ⅱ中负极发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，故可利用K3[Fe(CN)6]溶液确定装置Ⅱ中的正、负极，C项正确；装置Ⅱ中明显产生了电流，电化学腐蚀比化学腐蚀要快得多，故铁片a、c的腐蚀速率不同，D项错误。
[答案] C
离子交换膜在电化学中的应用
近几年高考涉及交换膜装置的题很多，重点在避免副反应、分离提纯、提高电池效率、定量分析计算、反应物再生、工业制备等方面进行命题，且从单膜到多膜，单室到多室，渐趋复杂。
1．常见的离子交换膜
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子交换膜
阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极
阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜
阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极
阳离子和气体不能通过
质子交换膜
质子→移向电解池的阴极或原电池的正极
只允许H＋通过
2.离子交换膜的作用
(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。
(2)用于物质的分离、提纯等。
(3)用于物质的制备。
3．离子交换膜类型的判断
根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：
(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。
【典例】 (2019·安徽十校联考)硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===[B(OH)4]－，H3BO3可以通过电解的方法制备。电解Na[B(OH)4]溶液制备H3BO3的原理如图所示，下列叙述正确的是( )
A．通电片刻后，从左至右，各室的pH依次增大、不变、不变、减小
B．a膜、c膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜
C．理论上每生成1 mol H3BO3，两极室共产生标准状况下11.2 L气体
D．保持电流为3 A，电解60 min，制得H3BO3 6.2 g，则电流效率约为89%(法拉第常数为96500 C·mol－1；电流效率η＝×100%)
[解题流程]
第一步：
读题
①电解法制备
②电解质溶液为Na[B(OH)4]
第二步：
审题
①电解目的：B(OH)―→H3BO3
②转化方法：B(OH)＋H＋===H3BO3＋H2O
③判断膜类型：根据离子的定向移动方向判断
第三步：
解题
找准突破口，分析四个选项，判断正误
[解析] M室中石墨电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，M室pH减小；N室中石墨电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，N室pH增大，A项错误。原料室中的[B(OH)4]－通过b膜进入产品室、Na＋通过c膜进入N室，M室中氢离子通入a膜进入产品室，则a膜、c膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，B项错误。产品室中发生的反应为[B(OH)4]－＋H＋===H3BO3＋H2O，理论上每生成1 mol H3BO3，M室生成1 mol H＋，转移电子1 mol，N室生成0.5 mol H2，M室生成0.25 mol O2，两极室共产生标准状况下16.8 L气体，C项错误。6.2 g H3BO3的物质的量为＝0.1 mol，则消耗的电荷量为0.1 mol×1×96500 C·mol－1＝9650 C，而电极上通过的总电荷量为3A×60×60 s＝10800 C，故η＝×100%≈89.4%，D项正确。
[答案] D
解答多膜电解装置的步骤
第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断隔膜允许哪种离子通过。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据阴阳极判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜的作用。在产品制备过程中，隔膜的作用主要是提高产品纯度，或避免产物因发生反应而造成危险。
1．(2019·山西名校质量检测)燃烧产生的尾气中含有一定量的NO。科学家们设计了一种间接电处理法除去其中NO的装置，如下图所示，它可以将NO转化为NH。下列说法正确的是( )
A．a连接电源的正极
B．图中的离子交换膜应为阴离子交换膜
C．当NO吸收柱中产生1 mol SO时，理论上处理的NO气体的体积为8.96 L(标准状况)
D．Pt电极B上发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
[解析] Pt电极A为阴极，则a应连接电源负极，A项错误；图中离子交换膜只允许氢离子通过，为阳离子交换膜，B项错误；反应中S从＋3价升至＋4价，失去e－，N从＋2价降到－3价，得到5e－，生成1 mol SO时，转移1 mol e－，消耗0.2 mol NO，其在标准状况下的体积为0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L，C项错误；Pt电极B上发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D项正确。
[答案] D
2．(2019·惠州调研测试)葡萄糖酸的金属络合物在碱性体系中被广泛用作金属离子的掩蔽剂。利用双极膜电解法由葡萄糖酸钠(C6H11O7Na)制备葡萄糖酸(C6H12O7)的原理如图所示(已知：在直流电源的作用下，膜堆中的双极膜内中间界面层发生水的电离，生成H＋和OH－)。下列说法不正确的是( )
A．b为阴极，A为阳离子交换膜
B．从Ⅰ、Ⅱ口的排出液中可得到葡萄糖酸
C．当转移2 mol电子时，在b极可收集到标准状况下22.4 L气体
D．如果用NaCl代替NaOH作为电解质溶液，总反应方程式不变
[解析] 结合题意和题图分析，Ⅰ、Ⅱ口的排出液中含有葡萄糖酸，A、B、C均为阳离子交换膜，根据电解池中阳离子向阴极移动，可知b极为阴极，则a极为阳极，电解质溶液为NaOH溶液，则阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，当电路中通过2 mol电子时，在b极可得到1 mol H2，其在标准状况下的体积为22.4 L，A、B、C项正确；电解时的总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑，若用NaCl代替NaOH作为电解质溶液，则阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解时的总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，D项错误。
[答案] D
专题强化训练(六)
能力练(20分钟)
一、选择题
1．(2019·开封市高三定位考试)根据图示判断下列说法错误的是( )
A．盐桥中的阳离子会移向a池
B．Fe为正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电池总反应为2Zn＋O2＋2H2O===2Zn2＋＋4OH－
D．该装置中通入的N2可用氩气来代替
[解析] 在原电池中，阳离子移向正极，所以盐桥中的阳离子移向a池，A项正确；Fe电极为正极，氧气在正极放电生成OH－，其电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项错误；Zn电极为负极，发生氧化反应，其电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋，由正、负电极反应式可得电池总反应为：2Zn＋O2＋2H2O===2Zn2＋＋4OH－，C项正确；氩气为不活泼气体，故可同N2一样用作该装置的保护气，D项正确。
[答案] B
2．(2019·合肥市教学质量检测一)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．放电时，溶液中OH－移向负极
B．放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
[解析] 根据原电池放电时阴离子向负极移动，知放电时OH－移向负极，A项正确；根据放电时总反应知，负极上Fe发生氧化反应转化为Fe(OH)2，负极反应为：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，B项正确；充电时的阴极反应与放电时的负极反应互为逆反应，故充电时阴极反应为：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，阴极附近c(OH－)增大，pH增大，C项错误；充电时阳极上发生氧化反应，Ni(OH)2转化为Ni2O3，D项正确。
[答案] C
3．(2019·湖南省四校调研联考)LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池的装置示意图，图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是( )
A．电池应选用阳离子交换膜，Na＋向A极区移动
B．电池A极区的电极反应式为：H2O2＋2e－===2OH－
C．每有1 mol NaBH4参加反应，转移电子数为4NA
D．要使LED发光二极管正常发光，图乙中的导线a应与图甲中的B极相连
[解析] A极上H2O2转化为OH－，发生还原反应：H2O2＋2e－===2OH－，则A极为正极，根据图示，Na＋能透过离子交换膜进入A极区生成NaOH，则离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确，B项正确；B极为负极，发生氧化反应：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，每有1 mol NaBH4参加反应，转移电子数为8NA，C项错误；根据LED发光二极管中电荷移动情况知，导线a应与负极相连，导线b应与正极相连，故图乙中的导线a应与图甲中的B极相连，D项正确。
[答案] C
4．(2019·郑州市质量预测二)如图为一种利用原电池原理设计测定O2含量的气体传感器示意图，RbAg4I5是只能传导Ag＋的固体电解质。O2可以通过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成Al2O3和I2，通过电池电位计的变化可以测得O2的含量。下列说法正确的是( )
A．正极反应为：3O2＋12e－＋4Al3＋===2Al2O3
B．协同总反应为：3O2＋4AlI3＋12Ag===2Al2O3＋12AgI
C．外电路通过0.01 mol电子时，消耗O2的体积为0.56 L
D．给传感器充电时，Ag＋向多孔石墨电极移动
[解析] O2通过聚四氟乙烯膜与AlI3发生反应：4AlI3＋3O2===2Al2O3＋6I2，此时Ag电极为负极，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，多孔石墨电极为正极，电极反应式为I2＋2e－＋2Ag＋===2AgI，A项错误；原电池总反应为I2＋2Ag===2AgI，协同总反应为4AlI3＋3O2＋12Ag===2Al2O3＋12AgI，B项正确；外电路通过0.01 mol电子时，消耗0.0025 mol O2，其在标准状况下的体积为0.056 L，C项错误；给传感器充电时，多孔石墨电极作阳极，Ag电极作阴极，Ag＋向阴极移动，D项错误。
[答案] B
5．(2019·黑龙江省重点中学第三次联考)H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚(CH3OCH3)－空气燃料电池。
下列推断正确的是( )
A．Y极充入二甲醚
B．电子移动方向：X→W→溶液→Z→Y
C．电解后，乙装置右池中c(NaOH)减小
D．Z极反应式为S2－－2e－===S
[解析] 据图分析甲为原电池，乙为电解池，电解池右侧有H2产生，则W极为阴极，Z极作阳极，连接的Y极为原电池的正极，发生还原反应，所以Y极应充入氧气，A项错误；电子不进入溶液，B项错误；乙装置右池中发生电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢氧化钠溶液浓度增大，C项错误；Z极电极反应为S2－－2e－===S，D项正确。
[答案] D
6．(2019·成都市摸底测试)下列有关电化学在生产、生活中的应用分析正确的是( )
A．图1：铁钉发生析氢腐蚀
B．图2：可以在铁件上镀铜
C．图3：溶液中c(Cu2＋)保持不变
D．图4：将输油管与电源负极相连可以防止腐蚀
[解析] 图1，电解质溶液若呈酸性，则铁钉发生析氢腐蚀，电解质溶液若呈碱性或中性，则铁钉发生吸氧腐蚀，A项错误；图2，在铁件上镀铜，铜片作阳极，应与电源正极相连，待镀铁件做阴极，应与电源负极相连，B项错误；图3，电解精炼铜时，阳极上锌先放电，铜后放电，而阴极上是Cu2＋放电，故电解质溶液中c(Cu2＋)减小，C项错误；图4采用外加电流的阴极保护法，将输油管与电源负极相连，输油管作阴极，可以防止腐蚀，D项正确。
[答案] D
7．(2019·黄石调研)如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，下列说法正确的是( )
A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体
[解析] 由题意和题图知，甲池为原电池，乙、丙池均为电解池，故甲池是化学能转化为电能的装置，乙、丙池是电能转化为化学能的装置，A项错误；结合甲池的总反应及甲池中的电解质溶液为KOH溶液，可知通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，B项错误；乙池中石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，乙池的总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中减少的是“2Cu＋O2↑”，因此加入CuO能使CuSO4溶液恢复到原浓度，C项错误；甲池通入O2的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，丙池的总反应为：MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑(转移2e－)，根据各电极上转移电子数目相同，可得关系式：O2～2Mg(OH)2，则甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2时，丙池中产生Mg(OH)2固体的质量为×2×58 g·mol－1＝1.45 g，D项正确。
[答案] D
二、非选择题
8．(2019·成都摸底测试)电解法处理氮氧化物废气有较高的环境效益和经济效益(图中电极均为石墨)。
(1)电解NO制备NH4NO3原理如图1所示。
①阳极为________(填“X”或“Y”)，Y的电极反应式为_________。
②为使电解产物完全转化为NH4NO3，需要补充的物质A的化学式为________。
(2)用图2装置进行模拟电解NO2气体实验，可回收硝酸。
①电解时NO2发生反应的电极反应式为________________。
②若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H＋为________mol。
[解析] (1)①通过分析装置图1可知Y极上NO转化为NO，则该电极是阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋。②X电极反应式为NO＋6H＋＋5e－===NH＋H2O；生成一个NH需要得到5个电子，生成一个NO需要失去3个电子，根据转移电子相等知，生成的NH浓度小于NO浓度，要使NO完全转化为NH4NO3，应该加入NH3，所以加入的A为NH3。(2)①通过分析装置图2知左室为电解池的阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，右室为电解池的阳极，NO2发生氧化反应生成硝酸，电极反应式为NO2＋H2O－e－===NO＋2H＋。②根据阴、阳两极的电极反应式知若有标准状况下2.24 LNO2被吸收，转移电子0.1 mol，阴极区生成的OH－为0.1 mol，为维持电荷守恒通过阳离子交换膜的H＋为0.1 mol。
[答案] (1)①Y NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋ ②NH3
(2)①NO2＋H2O－e－===NO＋2H＋ ②0.1
拔高练(25分钟)
一、选择题
1．(2019·长春市质量监测一)下列有关四个常用电化学装置的叙述，正确的是( )
A．图Ⅰ所示电池中，MnO2是催化剂
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度保持不变
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度不断增大
D．图Ⅳ所示电池工作过程中，外电路中电子由锌极流向氧化银极
[解析] 图Ⅰ所示电池中MnO2是氧化剂，作正极，得电子，发生还原反应，A项错误；图Ⅱ所示铅蓄电池放电过程的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，放电过程中消耗H2SO4，生成H2O，使硫酸浓度减小，B项错误；图Ⅲ电解精炼铜的过程中，阳极粗铜中比铜活泼的金属优先失去电子，之后是铜失电子，阴极上Cu2＋得电子生成Cu，因此电解质溶液中Cu2＋浓度减小，C项错误；图Ⅳ所示电池工作过程中，外电路中电子由锌极流向氧化银极，D项正确。
[答案] D
2．(2019·武汉部分市级示范高中联考)在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SO与H2反应生成S2－，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe(OH)2
C．SO与H2的反应可表示为4H2＋SO－8e－S2－＋4H2O
D．在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
[解析] 由图可知，H2O生成H2，H的化合价降低，得电子，故正极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项错误；反应生成的OH－、S2－与Fe2＋可生成Fe(OH)2、FeS，B项正确；根据题中所给信息可知，SO与H2反应生成S2－，根据元素守恒可知，生成物中还有H2O，故反应式为4H2＋SOS2－＋4H2O，C项错误；钢管表面镀锌，锌会与铁形成原电池，锌比铁活泼，铁作正极，可减缓钢管的腐蚀；钢管表面镀铜，铜会与铁形成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，从而加速钢管的腐蚀，D项错误。
[答案] B
3．(2019·广东省六校第二次联考)“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是( )
A．该装置只涉及两种能量之间的转化
B．在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2＋和Cl－的还原性强弱
C．“水”电池内Na＋不断向正极移动
D．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl
[解析] “水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，A项错误；根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2＋被氧化，后是Cl－被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2＋、Cl－的还原性强弱，B项正确；“水”电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故C项正确；结合上述分析，可知Ⅱ为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，D项正确。
[答案] A
4．(2019·保定市调研考试)将以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池甲与盛有足量硫酸铜溶液的装置乙相连，起始电路接入状况如图，以电流强度0.1 A，通电10 min后，将电池的正、负极互换接入，移动滑动变阻器，以电流强度0.2 A，继续通电10 min，结束实验。
下列有关说法正确的是( )
A．葡萄糖在装置甲的正极参加反应，氧气在负极参加反应
B．在该电池反应中，每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳11.2 L
C．电池工作20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为2∶1
D．电池工作15分钟时，乙装置中铜棒的质量与起始通电前相等
[解析] 由题意可知，装置甲是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，A项错误；在该电池中，发生的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，则每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳22.4 L，B项错误；由题意知，0～10 min，铜棒与电源正极相连，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，碳棒与电源负极相连，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，通电10 min后将电池的正、负极互换接入，由于10～20 min时的电流强度是0～10 min时的2倍，则10～15 min碳棒上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,15 min时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态，15～20 min碳棒上发生反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，生成1 mol O2的同时析出2 mol Cu，则20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为4∶1，C项错误、D项正确。
[答案] D
5．(2019·石家庄质量检测)如图是新型镁－锂双离子二次电池，下列关于该电池的说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋由左向右移动
B．放电时，正极的电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
C．充电时，外加电源的正极与Y相连
D．充电时，导线上每通过1 mol e－，左室溶液质量减轻12 g
[解析] 放电时，化学能转化为电能，为原电池装置，Mg失电子作负极，电解液中阳离子向正极移动，即Li＋由左向右移动，A项正确；放电时，正极上Li1－xFePO4转化为LiFePO4，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，B项正确；充电时，外加电源的正极与原电池的正极相连，即与Y相连，C项正确；充电时，阴极发生反应：Mg2＋＋2e－===Mg，同时右室中的Li＋移向左室，则导线上每通过1 mol e－，左室溶液质量减少(12－7) g＝5 g，D项错误。
[答案] D
6．(2019·开封市高三定位考试)石墨烯基材料被看作是前景深远的高性能电极材料，能大幅度提升锂离子电池的充放电速度。某公司研发的石墨烯基锂离子电池的结构示意图如图所示，已知电池总反应为Li1－xFePO4·C60＋LixC60===LiFePO4·C60＋C60(x<1)，下列关于该电池的说法错误的是( )
A．石墨烯基锂离子电池的防燃爆电解液可能是LiCl溶液
B．放电时，若转移1 mol电子，涂层金属锂带负极的质量减少7 g
C．充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4·C60－xe－===Li1－xFePO4·C60＋xLi＋
D．石墨烯在该电池中有助于电子和离子的传导
[解析] Li与Na同主族，性质相似，能与水反应，故防燃爆电解液不能是水溶液，A项错误；放电时，涂层金属锂带作负极，失电子，电极反应式为LixC60－xe－===xLi＋＋C60，若转移1 mol电子，则减少1 mol Li，故负极的质量减少7 g，B项正确；充电时，阳极失去电子发生氧化反应，C项正确；石墨烯基材料能大幅度提升锂离子电池的充放电速度，故石墨烯在该电池中能促进离子和电子的传导，D项正确。
[答案] A
7．(2019·河北衡水中学一模)三元电池成为2019年我国电动汽车的新能源，其电极材料可表示为LiixC＋3oynzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是( )
A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜
B．充电时，A为阴极，Li＋被氧化
C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂
D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2
[解析] 根据LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6可知，x是Li＋，允许Li＋通过的隔膜属于阳离子交换膜，故A项错误；根据充电时电池总反应LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6可知，A上发生C(石墨)―→LiaC6的反应，是还原反应，A为阴极，Li＋没有发生氧化还原反应，故B项错误；根据充电时电池总反应可知，无法充电的废旧电池的石墨电极中没有锂元素，不能回收金属锂，故C项错误；放电时，总反应为Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6===LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)，正极发生还原反应，电极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，故D项正确。
[答案] D
二、非选择题
8．(2019·长沙重点中学联合考试)电化学对生活、生产都至关重要，请回答下列相关问题：
(1)一种可超快充电的新型铝电池，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，放电时负极Al的电极反应式为_________________。
(2)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图1所示。
图1
电极A上H2参与的电极反应为__________________________。电极B上发生的电极反应为__________________________。电池工作时，CO向电极________移动。
(3)镁—间二硝基苯电池对含有NO的工业废水进行降解的示意图如图2所示。已知：电池放电时，镁转化为氢氧化镁，间二硝基苯()则转化为间苯二胺()。则镁电极反应式为__________。石墨电极上发生的反应为______________，降解NO的电极反应式为____________________。理论上每消耗1 mol 间二硝基苯，有________mol NO被降解。
[解析] (1)由题意可知，放电时负极Al失去电子与AlCl结合生成Al2Cl，其电极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl。
(2)电极A上H2失电子，电解质中没有OH－，用CO平衡电荷可得电极反应式为H2＋CO－2e－===CO2＋H2O，电极B上O2得电子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。电极A为负极，电极B为正极，内电路中阴离子向负极移动。
[答案] (1)Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl
(2)H2＋CO－2e－===CO2＋H2O
O2＋2CO2＋4e－===2CO A
(3)Mg－2e－＋2H2O===Mg(OH)2＋2H＋
2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ 2.4
研析最新考纲
洞悉命题热点
1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能写出电极反应式和总反应方程式。
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。
1.电极的判断、电极反应式的书写
2．离子或电子移动方向
3．电解质溶液的变化及简单计算
4．新型化学电源的工作原理
[全国卷]
1．(2019·全国卷Ⅰ)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H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
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：3H2＋N2===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MV＋－e－===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
2．(2019·全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D－Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D－Zn—NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。
下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中OH－通过隔膜从负极区移向正极区
[解析] 该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较大的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
[答案] D
3．(2018·全国卷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：
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] 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＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，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
[省市卷]
1．(2019·江苏卷)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是( )
A．一定温度下，反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)能自发进行，该反应的ΔH<0
B．氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023
D．反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)的ΔH可通过下式估算：ΔH＝反应中形成新共价键的键能之和－反应中断裂旧共价键的键能之和
[解析] A项，该反应前后气体分子数减少，即熵减少，又反应能自发进行，说明该反应为放热反应，ΔH<0，正确；B项，负极上应是H2失去电子，错误；C项，11.2 L H2不是处于标准状况下，无法计算H2的物质的量，进而无法计算转移的电子数，错误；D项，反应的焓变等于反应物断裂旧共价键的键能之和减去生成物形成新共价键的键能之和，错误。
[答案] A
2．(2019·浙江卷)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。
下列说法不正确的是( )
A．甲：Zn2＋向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H＋浓度增加
B．乙：正极的电极反应式为Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
[解析] 铜锌原电池(电解质溶液为硫酸)中铜作正极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，故铜电极附近H＋浓度降低，A项错误。
[答案] A
3．(2018·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)。
①
在Fe表面生成蓝色沉淀
②
试管内无明显变化
③
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是( )
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
[解析] ②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。
[答案] D
考点一 原电池原理及应用
1．原电池基本模型
2．解决原电池问题基本流程
(1)分析电池内存在的氧化还原反应，若存在多个氧化还原反应还要分析先后顺序。
(2)画出双线桥，分析“半反应”；根据电极材料，电子、电流流动方向，离子移动方向或者题目所给图示分析出正负极。
(3)综合考虑电极材料、电解质特点以及题目所给的电池构造图写出正负极电极反应式。
3．原电池基本解题规律
(1)大部分电池一般先写负极电极反应式，燃料电池一般先写正极反应式；然后用总反应(离子方程式)减去负极(燃料电池为正极)电极反应式即得正极(燃料电池为负极)电极反应式。
(2)燃料电池常见的四种正极反应式
①酸性燃料电池：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②中碱性燃料电池：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③熔融碳酸盐燃料电池：O2＋2CO2＋4e－===2CO
④熔融氧化物燃料电池：O2＋4e－===2O2－
(3)可充电二次电池：先写放电(原电池)电极反应式，把放电电极反应式“颠倒过来”即是充电(电解)电极反应式。
(4)注意近些年一些非常规原电池问题时而有所考查，这些电池有浓差电池、温差电池、非氧化还原型原电池等，这些电池不符合原电池基本理论(高中所学原电池理论是基于自发的氧化还原反应理论)。遇到此类问题要根据题意进行分析，而不能死套我们所学的原电池理论。
4．原电池中正极和负极的5种判断方法
【典例1】 (2019·天津卷)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I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
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
[思路点拨]
[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－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－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Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===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
题组一：新型化学电池
1．(2019·洛阳市第一次联考)最近，科学家研发出了“全氢电池”，其工作原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．右边吸附层中发生了氧化反应
B．负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O
C．该电池总反应是H＋＋OH－===H2O
D．电解质溶液中Na＋向右移动、ClO向左移动
[解析] 由电子的流动方向可以得知左边吸附层为负极，发生氧化反应；右边吸附层为正极，发生还原反应，A错误；负极的电极反应是H2－2e－＋2OH－===2H2O，B正确；正极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，根据正、负极的反应可知总反应为OH－＋H＋===H2O，C正确；阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，D正确。
[答案] A
2．(2019·唐山调研测试)中国科学院大连化学物理研究所发明了一种海水浓差电池，可用于发电及CO2的减排，其装置如图所示。下列说法错误的是( )
A．该装置工作时化学能转化为电能
B．电极a为电池的负极
C．电池总反应可能为CO2＋OH－===HCO
D．该电池的副产品只有CaCl2、NaHCO3
[解析] 该装置是原电池，工作时化学能转化为电能，A项正确；原电池中，阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，故由图中H＋、Cl－流向可知，电极a为电池的负极，B项正确；该电池中负极发生的反应为H2－2e－===2H＋，H＋与Ca(OH)2中的OH－反应：H＋＋OH－===H2O，正极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑，此极的H＋来源于CO2与H2O反应生成的H2CO3，若只考虑H2CO3的一步电离：CO2＋H2O??H＋＋HCO，则将这些反应式进行叠加，得该电池总反应：CO2＋OH－===HCO，若考虑H2CO3的二步电离：CO2＋H2O??H＋＋HCO、HCO??H＋＋CO，则将这些反应式进行叠加，得该电池总反应：CO2＋2OH－===H2O＋CO，C项正确；从左侧起，第一、三极室产生CaCl2，二、四极室可能产生NaHCO3或Na2CO3或NaHCO3和Na2CO3的混合物，D项错误。
[答案] D
新型化学电源中电极反应式的正误判断
电化学知识是全国卷的必考内容，且绝大多数情况下是以选择题的形式命题，主要涉及新型电池的工作原理分析、电解原理的应用及电化学腐蚀与防护等内容。通过工作原理图考查电极反应式的书写或正误判断及电解后溶液中离子移动方向、溶液pH的变化等。破题难点是新型电池的电极反应式的正误判断，其方法为
(1)分析负极是否发生氧化反应，正极是否发生还原反应。
(2)检验电极反应式是否符合“三大守恒”，电极反应式本质上是特殊的离子方程式，要遵循质量守恒、电荷守恒、得失电子守恒，另外，强酸、强碱、可溶性盐必须写成离子形式。
(3)检验电极反应式中的离子是否与电解质反应，酸性介质中不可能存在OH－，碱性介质中不可能存在H＋，原电池中C、H元素及O2在不同介质中发生反应后的具体存在形式如表所示：
电解质或电解质溶液
C
H
O2
酸溶液
CO2
H＋
H2O
碱溶液
CO
H2O
OH－
熔融碳酸盐
CO2
H2O
CO(有CO2参与反应)
能传导O2－的固体电解质
CO2
H2O
O2－
题组二：可充电电池
3．(2019·湖南省湘东六校联考)一种新型可充电电池的工作原理如图所示。总反应为Al＋3Cn(AlCl4)＋4AlCl4Al2Cl＋3Cn(Cn表示石墨)。下列说法正确的是( )
A．放电时负极反应为2Al－6e－＋7Cl－===Al2Cl
B．放电时AlCl移向正极
C．充电时阳极反应为AlCl－e－＋Cn===Cn(AlCl4)
D．电路中每转移3 mol电子，最多有1 mol Cn(AlCl4)被还原
[解析] 放电时，铝为负极，失去电子被氧化为Al2Cl，电极反应式为：Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，A错误。放电时，AlCl移向负极，B错误。充电时，阳极失去电子，发生氧化反应，石墨中碳元素的化合价没有发生变化，失去电子的是AlCl，电极反应式为：Cn＋AlCl－e－===Cn(AlCl4)，C正确。1 mol Cn(AlCl4)被还原仅转移1 mol电子，D错误。
[答案] C
4．(2019·南充市适应性考试)最近有科学家研发了一种新型锂空气电池，结构如图所示。已知：①电解质由离子液体(离子能够自由移动，非溶液)和二甲基亚砜[(CH3)2SO]混合制成，可促进过氧化锂生成；②碳酸锂薄层的作用是让锂离子进入电解质，并阻止其他化合物进入该电极；③二硫化钼起催化作用。该装置工作时，下列叙述不正确的是( )
A．放电时，a极发生氧化反应
B．放电时的总反应为：2Li＋O2===Li2O2
C．充电时，Li＋在电解质中由b极移向a极
D．充电时，b极的反应式：Li2O2＋2e－===2Li＋O
[解析] 结合题图和题意知，放电时a极为负极，发生氧化反应，A项正确；该电池放电时的总反应为锂和氧气反应生成Li2O2：2Li＋O2===Li2O2，B项正确；充电时a极为阴极，b极为阳极，根据充电时阳离子向阴极移动，可知Li＋在电解质中由b极移向a极，C项正确；充电时，b极为阳极，发生氧化反应：Li2O2－2e－===2Li＋＋O2↑，D项错误。
[答案] D
可充电电池的答题4步骤
考点二 电解池原理及应用
1．构建电解池模型，类比分析电解基本原理
2．电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)。
(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根。
3．电解的四大类型及规律
【典例2】 (2019·湖北4月联考)在一定条件下利用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)。已知该装置的电流效率η＝75%(η＝×100%)，下列说法不正确的是( )
A．A为电源的负极
B．E极的电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．b中环己烷增加2.8 mol
D．D极产生副产品H2
[思路点拨]
[解析] 根据题图知，电解池D电极上发生的反应是苯加氢还原，C6H6＋6H＋＋6e－===C6H12，D电极为阴极，A为电源的负极，A正确；E电极为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，B正确；阳极生成2.8 mol O2失去电子4×2.8 mol＝11.2 mol，生成的11.2 mol H＋经过高分子电解质膜移动至阴极，由于每产生1 mol环己烷消耗6 mol H＋，该装置的电流效率η＝75%，则b中生成环己烷的物质的量为11.2 mol×75%÷6＝1.4 mol，C错误；生成1.4 mol C6H12消耗H＋ 8.4 mol，多余的H＋在阴极发生还原反应2H＋＋2e－===H2↑，产生副产品H2，D正确。
[答案] C
题组一：电解原理及应用
1．(2019·保定一模)亚硝酸盐对人体健康的危害不亚于农药，可采用电解法除去。工业上用电解含Ce3＋、NO废水，将NO转化为N2而除去，其次是再生Ce4＋，其装置如图。下列说法正确的是( )
A．生成的Ce4＋从电解槽的c口流出
B．M极为阴极，发生还原反应
C．阴极上的电极反应为2NO＋8H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
D．除去1 mol NO，可再生2 mol Ce4＋
[解析] 根据H＋的移动方向判断出N极为电解池的阴极，M极为阳极。NO在阴极上得电子被还原为N2，Ce3＋在阳极上失电子被氧化为Ce4＋。生成的Ce4＋从电解槽的a口流出，A错误；M极为阳极，发生氧化反应，B错误；除去1 mol NO转移3 mol电子，可再生3 mol Ce4＋，D错误。
[答案] C
2．(2019·湖北省重点中学联考)重铬酸钾(K2Cr2O7)具有强氧化性，是一种重要的化工原料，广泛应用于制革、印染、电镀等工业。以铬酸钾(K2CrO4)和氢氧化钾为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置如图所示。已知水溶液中存在平衡：2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O。下列说法正确的是( )
A．气体甲和乙分别为O2和H2
B．Fe电极的反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C．左池中KOH浓度减小
D．当铬酸钾的转化率达到80%时，右池中＝
[解析] 根据原理和装置图可知，图中右池中要实现CrO与Cr2O的转化，需要消耗H＋，所以推断出C电极为阳极，阳极电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；则Fe电极为阴极，阴极电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。气体甲和乙应分别为H2和O2，A、B项错误；K＋通过阳离子交换膜从右池移向左池，左池中KOH浓度增大，C项错误；右池中剩余K元素以K2CrO4和K2Cr2O7的形式存在，设开始时K2CrO4的物质的量是a mol，则铬酸钾的转化率为80%时有
2K2CrO4～K2Cr2 O7
起始物质的量(mol) a 0
转化物质的量(mol) 0.8a ×0.8
平衡物质的量(mol) a－0.8a ×0.8
则阳极区钾元素的物质的量n(K)＝ mol，铬元素的物质的量为a mol，＝＝，D项正确。
[答案] D
题组二：原电池和电解池的综合应用
3．(2019·武汉调研测试)某化学课外活动小组拟用铅蓄电池进行电絮凝净水的实验探究，设计的实验装置如图所示，下列叙述正确的是( )
A．Y极的电极反应：Pb－2e－===Pb2＋
B．铅蓄电池工作时SO向Y极移动
C．电解池中发生的反应仅有2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑
D．每消耗103.5 g Pb，理论上电解池阴极上有0.5 mol H2生成
[解析] 根据电解池中Fe电极上H2O转化为H2，发生还原反应，知Fe电极为阴极，故X极为负极，Y极为正极，Y极的电极反应为：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O，A项错误；原电池中阴离子向负极移动，因此铅蓄电池工作时SO向X极移动，B项错误；根据图像可知Al电极上既有铝离子生成，又有氧气放出，说明铝电极上发生的氧化反应有两个：Al－3e－===Al3＋、2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，因此电解池中发生的反应有2Al＋6H2O2Al(OH)3＋3H2↑、2H2O2H2↑＋O2↑，C项错误；原电池负极发生反应：Pb－2e－＋SO===PbSO4，电解池阴极发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，由图可知原电池和电解池串联，因此各电极上转移电子数相等，由此可得关系式：Pb～H2，每消耗103.5 g Pb，理论上阴极生成H2的物质的量n(H2)＝n(Pb)＝＝0.5 mol，D项正确。
[答案] D
4．(2019·重庆市七校联合考试)有关如图装置的叙述正确的是( )
A．断开K1闭合K2时，丙中化学能转化为电能，而甲和乙中电能转化为化学能
B．断开K1闭合K2时，若丙中溶液减轻13.5 g，则乙中碳棒上析出2.24 L气体
C．闭合K1断开K2时，甲和丙中溶液浓度均不变
D．闭合K1断开K2时，乙中溶液pH不变，所以滴入紫色石蕊试液无明显现象
[解析] A项，由甲中能发生自发的氧化还原反应可知甲为原电池，化学能转化为电能，乙和丙为电解池，电能转化为化学能，错误。B项，断开K1闭合K2时，乙和丙中发生的总反应分别为Cu＋2H2OCu(OH)2＋H2↑、CuCl2Cu＋Cl2↑，当丙中溶液减轻13.5 g时，转移0.2 mol电子，乙中有0.1 mol H2产生，但由于未注明气体所处状态，所以气体体积无法确定，错误。C项，闭合K1断开K2时，甲、乙、丙均为电解装置，且甲和丙均为电镀装置，所以溶液浓度均不变，正确。D项，闭合K1断开K2时，乙中实际上是电解水，铜电极为阴极，反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电极附近溶液显碱性，滴入紫色石蕊试液后溶液变蓝色；碳棒为阳极，反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，电极附近显酸性，滴入紫色石蕊试液后溶液变红色，错误。
[答案] C
(1)没有外接电源时，多个“电池”连接在一起，能发生自发的氧化还原反应的装置是原电池，其余的为电解池。
(2)解题时注意电极附近pH变化与整个溶液pH变化的区别：电极变化看电极反应，整个溶液变化看总反应。
(3)电解池与外电源连接时，遵循“阴接负、阳接正”。若有多个电解装置串联，其电极分别按阴、阳极依次交替连接，不可颠倒。
考点三 金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀快慢程度的判断方法
2．金属电化学保护的两种方法
【典例3】 (2019·河南郑州一中模拟测试)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，越靠近烧杯底端，铁棒腐蚀越严重
B．图b中，开关置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率较小
C．图b中，开关置于M时，Cu－Zn合金受到保护，是牺牲阳极的阴极保护法
D．图c中，接通开关时，Zn的腐蚀速率增大，Zn片上放出气体的速率也增大
[思路点拨] 分析时应从电解质溶液、氧气浓度、电极材料的活泼性入手，根据电化学原理逐项剖析，得出正确答案。
[解析] 本题考查金属的腐蚀及防护原理。图a中，插入海水中的铁棒，越靠近烧杯底端，铁棒与氧气接触越少，腐蚀程度越小，A错误；图b中，开关置于N时，Cu－Zn合金作正极，受到保护，腐蚀速率较小，B正确；图b中，开关置于M时，Cu－Zn合金作负极，被腐蚀，C错误；图c中，接通开关时，Zn的腐蚀速率增大，但氢气在Pt电极表面产生，D错误。
[答案] B
1．(2019·辽宁省五校协作体联合模拟考试)高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是( )
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
[解析] 通电时，锌环与电源正极相连，作阳极，发生氧化反应，A项正确；通电时，铁帽为阴极，发生还原反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B项正确；断电时，形成原电池，锌环为负极，发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，C项错误；断电时，形成原电池，铁帽为正极，此为牺牲阳极的阴极保护法，仍能防止铁帽被腐蚀，D项正确。
[答案] C
2．(2019·河北省九校第二次联考)某实验小组利用下列装置探究电解质溶液的浓度对金属腐蚀的影响：
装置
现象
电流计指针不发生偏转
电流计指针发生偏转
下列有关说法正确的是( )
A．装置Ⅰ中的铁片均不会发生任何腐蚀
B．铁片d上可能发生的电极反应为：Fe－3e－===Fe3＋
C．利用K3[Fe(CN)6]溶液可确定装置Ⅱ中的正、负极
D．铁片a、c所处的NaCl溶液的浓度相等，二者腐蚀速率相等
[解析] 装置Ⅰ中因为两烧杯中NaCl溶液的浓度相等，两边电势相等，所以电流计指针不发生偏转，但铁片a、b仍可发生普通的化学腐蚀，A项错误；铁片d上Fe发生反应生成Fe2＋，B项错误；装置Ⅱ中负极发生反应：Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液生成蓝色沉淀，故可利用K3[Fe(CN)6]溶液确定装置Ⅱ中的正、负极，C项正确；装置Ⅱ中明显产生了电流，电化学腐蚀比化学腐蚀要快得多，故铁片a、c的腐蚀速率不同，D项错误。
[答案] C
离子交换膜在电化学中的应用
近几年高考涉及交换膜装置的题很多，重点在避免副反应、分离提纯、提高电池效率、定量分析计算、反应物再生、工业制备等方面进行命题，且从单膜到多膜，单室到多室，渐趋复杂。
1．常见的离子交换膜
种类
允许通过的离子及移动方向
说明
阳离子交换膜
阳离子→移向电解池的阴极或原电池的正极
阴离子和气体不能通过
阴离子交换膜
阴离子→移向电解池的阳极或原电池的负极
阳离子和气体不能通过
质子交换膜
质子→移向电解池的阴极或原电池的正极
只允许H＋通过
2.离子交换膜的作用
(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。
(2)用于物质的分离、提纯等。
(3)用于物质的制备。
3．离子交换膜类型的判断
根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：
(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。
(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。
【典例】 (2019·安徽十校联考)硼酸(H3BO3)为一元弱酸，已知H3BO3与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H3BO3＋OH－===[B(OH)4]－，H3BO3可以通过电解的方法制备。电解Na[B(OH)4]溶液制备H3BO3的原理如图所示，下列叙述正确的是( )
A．通电片刻后，从左至右，各室的pH依次增大、不变、不变、减小
B．a膜、c膜为阴离子交换膜，b膜为阳离子交换膜
C．理论上每生成1 mol H3BO3，两极室共产生标准状况下11.2 L气体
D．保持电流为3 A，电解60 min，制得H3BO3 6.2 g，则电流效率约为89%(法拉第常数为96500 C·mol－1；电流效率η＝×100%)
[解题流程]
第一步：
读题
①电解法制备
②电解质溶液为Na[B(OH)4]
第二步：
审题
①电解目的：B(OH)―→H3BO3
②转化方法：B(OH)＋H＋===H3BO3＋H2O
③判断膜类型：根据离子的定向移动方向判断
第三步：
解题
找准突破口，分析四个选项，判断正误
[解析] M室中石墨电极为阳极，电解时阳极上水失电子生成O2和H＋，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，M室pH减小；N室中石墨电极为阴极，电解时阴极上水得电子生成H2和OH－，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，N室pH增大，A项错误。原料室中的[B(OH)4]－通过b膜进入产品室、Na＋通过c膜进入N室，M室中氢离子通入a膜进入产品室，则a膜、c膜为阳离子交换膜，b膜为阴离子交换膜，B项错误。产品室中发生的反应为[B(OH)4]－＋H＋===H3BO3＋H2O，理论上每生成1 mol H3BO3，M室生成1 mol H＋，转移电子1 mol，N室生成0.5 mol H2，M室生成0.25 mol O2，两极室共产生标准状况下16.8 L气体，C项错误。6.2 g H3BO3的物质的量为＝0.1 mol，则消耗的电荷量为0.1 mol×1×96500 C·mol－1＝9650 C，而电极上通过的总电荷量为3A×60×60 s＝10800 C，故η＝×100%≈89.4%，D项正确。
[答案] D
解答多膜电解装置的步骤
第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断隔膜允许哪种离子通过。第二步，写出电极反应式，判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据阴阳极判断离子迁移方向。第三步，分析隔膜的作用。在产品制备过程中，隔膜的作用主要是提高产品纯度，或避免产物因发生反应而造成危险。
1．(2019·山西名校质量检测)燃烧产生的尾气中含有一定量的NO。科学家们设计了一种间接电处理法除去其中NO的装置，如下图所示，它可以将NO转化为NH。下列说法正确的是( )
A．a连接电源的正极
B．图中的离子交换膜应为阴离子交换膜
C．当NO吸收柱中产生1 mol SO时，理论上处理的NO气体的体积为8.96 L(标准状况)
D．Pt电极B上发生的电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
[解析] Pt电极A为阴极，则a应连接电源负极，A项错误；图中离子交换膜只允许氢离子通过，为阳离子交换膜，B项错误；反应中S从＋3价升至＋4价，失去e－，N从＋2价降到－3价，得到5e－，生成1 mol SO时，转移1 mol e－，消耗0.2 mol NO，其在标准状况下的体积为0.2 mol×22.4 L·mol－1＝4.48 L，C项错误；Pt电极B上发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，D项正确。
[答案] D
2．(2019·惠州调研测试)葡萄糖酸的金属络合物在碱性体系中被广泛用作金属离子的掩蔽剂。利用双极膜电解法由葡萄糖酸钠(C6H11O7Na)制备葡萄糖酸(C6H12O7)的原理如图所示(已知：在直流电源的作用下，膜堆中的双极膜内中间界面层发生水的电离，生成H＋和OH－)。下列说法不正确的是( )
A．b为阴极，A为阳离子交换膜
B．从Ⅰ、Ⅱ口的排出液中可得到葡萄糖酸
C．当转移2 mol电子时，在b极可收集到标准状况下22.4 L气体
D．如果用NaCl代替NaOH作为电解质溶液，总反应方程式不变
[解析] 结合题意和题图分析，Ⅰ、Ⅱ口的排出液中含有葡萄糖酸，A、B、C均为阳离子交换膜，根据电解池中阳离子向阴极移动，可知b极为阴极，则a极为阳极，电解质溶液为NaOH溶液，则阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，当电路中通过2 mol电子时，在b极可得到1 mol H2，其在标准状况下的体积为22.4 L，A、B、C项正确；电解时的总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑，若用NaCl代替NaOH作为电解质溶液，则阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，电解时的总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，D项错误。
[答案] D
专题强化训练(六)
能力练(20分钟)
一、选择题
1．(2019·开封市高三定位考试)根据图示判断下列说法错误的是( )
A．盐桥中的阳离子会移向a池
B．Fe为正极，电极反应式为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电池总反应为2Zn＋O2＋2H2O===2Zn2＋＋4OH－
D．该装置中通入的N2可用氩气来代替
[解析] 在原电池中，阳离子移向正极，所以盐桥中的阳离子移向a池，A项正确；Fe电极为正极，氧气在正极放电生成OH－，其电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B项错误；Zn电极为负极，发生氧化反应，其电极反应式为：Zn－2e－===Zn2＋，由正、负电极反应式可得电池总反应为：2Zn＋O2＋2H2O===2Zn2＋＋4OH－，C项正确；氩气为不活泼气体，故可同N2一样用作该装置的保护气，D项正确。
[答案] B
2．(2019·合肥市教学质量检测一)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．放电时，溶液中OH－移向负极
B．放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
[解析] 根据原电池放电时阴离子向负极移动，知放电时OH－移向负极，A项正确；根据放电时总反应知，负极上Fe发生氧化反应转化为Fe(OH)2，负极反应为：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2，B项正确；充电时的阴极反应与放电时的负极反应互为逆反应，故充电时阴极反应为：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，阴极附近c(OH－)增大，pH增大，C项错误；充电时阳极上发生氧化反应，Ni(OH)2转化为Ni2O3，D项正确。
[答案] C
3．(2019·湖南省四校调研联考)LED系列产品是一类新型节能产品。图甲是NaBH4/H2O2燃料电池的装置示意图，图乙是LED发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是( )
A．电池应选用阳离子交换膜，Na＋向A极区移动
B．电池A极区的电极反应式为：H2O2＋2e－===2OH－
C．每有1 mol NaBH4参加反应，转移电子数为4NA
D．要使LED发光二极管正常发光，图乙中的导线a应与图甲中的B极相连
[解析] A极上H2O2转化为OH－，发生还原反应：H2O2＋2e－===2OH－，则A极为正极，根据图示，Na＋能透过离子交换膜进入A极区生成NaOH，则离子交换膜为阳离子交换膜，A项正确，B项正确；B极为负极，发生氧化反应：BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，每有1 mol NaBH4参加反应，转移电子数为8NA，C项错误；根据LED发光二极管中电荷移动情况知，导线a应与负极相连，导线b应与正极相连，故图乙中的导线a应与图甲中的B极相连，D项正确。
[答案] C
4．(2019·郑州市质量预测二)如图为一种利用原电池原理设计测定O2含量的气体传感器示意图，RbAg4I5是只能传导Ag＋的固体电解质。O2可以通过聚四氟乙烯膜与AlI3反应生成Al2O3和I2，通过电池电位计的变化可以测得O2的含量。下列说法正确的是( )
A．正极反应为：3O2＋12e－＋4Al3＋===2Al2O3
B．协同总反应为：3O2＋4AlI3＋12Ag===2Al2O3＋12AgI
C．外电路通过0.01 mol电子时，消耗O2的体积为0.56 L
D．给传感器充电时，Ag＋向多孔石墨电极移动
[解析] O2通过聚四氟乙烯膜与AlI3发生反应：4AlI3＋3O2===2Al2O3＋6I2，此时Ag电极为负极，电极反应式为Ag－e－===Ag＋，多孔石墨电极为正极，电极反应式为I2＋2e－＋2Ag＋===2AgI，A项错误；原电池总反应为I2＋2Ag===2AgI，协同总反应为4AlI3＋3O2＋12Ag===2Al2O3＋12AgI，B项正确；外电路通过0.01 mol电子时，消耗0.0025 mol O2，其在标准状况下的体积为0.056 L，C项错误；给传感器充电时，多孔石墨电极作阳极，Ag电极作阴极，Ag＋向阴极移动，D项错误。
[答案] B
5．(2019·黑龙江省重点中学第三次联考)H2S转化是环保和资源利用的研究课题。将烧碱吸收H2S后的溶液加入如图装置，可以回收单质硫，甲为二甲醚(CH3OCH3)－空气燃料电池。
下列推断正确的是( )
A．Y极充入二甲醚
B．电子移动方向：X→W→溶液→Z→Y
C．电解后，乙装置右池中c(NaOH)减小
D．Z极反应式为S2－－2e－===S
[解析] 据图分析甲为原电池，乙为电解池，电解池右侧有H2产生，则W极为阴极，Z极作阳极，连接的Y极为原电池的正极，发生还原反应，所以Y极应充入氧气，A项错误；电子不进入溶液，B项错误；乙装置右池中发生电极反应2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，氢氧化钠溶液浓度增大，C项错误；Z极电极反应为S2－－2e－===S，D项正确。
[答案] D
6．(2019·成都市摸底测试)下列有关电化学在生产、生活中的应用分析正确的是( )
A．图1：铁钉发生析氢腐蚀
B．图2：可以在铁件上镀铜
C．图3：溶液中c(Cu2＋)保持不变
D．图4：将输油管与电源负极相连可以防止腐蚀
[解析] 图1，电解质溶液若呈酸性，则铁钉发生析氢腐蚀，电解质溶液若呈碱性或中性，则铁钉发生吸氧腐蚀，A项错误；图2，在铁件上镀铜，铜片作阳极，应与电源正极相连，待镀铁件做阴极，应与电源负极相连，B项错误；图3，电解精炼铜时，阳极上锌先放电，铜后放电，而阴极上是Cu2＋放电，故电解质溶液中c(Cu2＋)减小，C项错误；图4采用外加电流的阴极保护法，将输油管与电源负极相连，输油管作阴极，可以防止腐蚀，D项正确。
[答案] D
7．(2019·黄石调研)如图所示，其中甲池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，下列说法正确的是( )
A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化为电能的装置
B．甲池通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋2H2O===CO＋8H＋
C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量Cu(OH)2固体能使CuSO4溶液恢复到原浓度
D．甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2，此时丙池中理论上最多产生1.45 g固体
[解析] 由题意和题图知，甲池为原电池，乙、丙池均为电解池，故甲池是化学能转化为电能的装置，乙、丙池是电能转化为化学能的装置，A项错误；结合甲池的总反应及甲池中的电解质溶液为KOH溶液，可知通入CH3OH的电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，B项错误；乙池中石墨电极为阳极，Ag电极为阴极，乙池的总反应为：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，溶液中减少的是“2Cu＋O2↑”，因此加入CuO能使CuSO4溶液恢复到原浓度，C项错误；甲池通入O2的电极反应式为：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，丙池的总反应为：MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋H2↑＋Cl2↑(转移2e－)，根据各电极上转移电子数目相同，可得关系式：O2～2Mg(OH)2，则甲池中消耗280 mL(标准状况下)O2时，丙池中产生Mg(OH)2固体的质量为×2×58 g·mol－1＝1.45 g，D项正确。
[答案] D
二、非选择题
8．(2019·成都摸底测试)电解法处理氮氧化物废气有较高的环境效益和经济效益(图中电极均为石墨)。
(1)电解NO制备NH4NO3原理如图1所示。
①阳极为________(填“X”或“Y”)，Y的电极反应式为_________。
②为使电解产物完全转化为NH4NO3，需要补充的物质A的化学式为________。
(2)用图2装置进行模拟电解NO2气体实验，可回收硝酸。
①电解时NO2发生反应的电极反应式为________________。
②若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H＋为________mol。
[解析] (1)①通过分析装置图1可知Y极上NO转化为NO，则该电极是阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋。②X电极反应式为NO＋6H＋＋5e－===NH＋H2O；生成一个NH需要得到5个电子，生成一个NO需要失去3个电子，根据转移电子相等知，生成的NH浓度小于NO浓度，要使NO完全转化为NH4NO3，应该加入NH3，所以加入的A为NH3。(2)①通过分析装置图2知左室为电解池的阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，右室为电解池的阳极，NO2发生氧化反应生成硝酸，电极反应式为NO2＋H2O－e－===NO＋2H＋。②根据阴、阳两极的电极反应式知若有标准状况下2.24 LNO2被吸收，转移电子0.1 mol，阴极区生成的OH－为0.1 mol，为维持电荷守恒通过阳离子交换膜的H＋为0.1 mol。
[答案] (1)①Y NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋ ②NH3
(2)①NO2＋H2O－e－===NO＋2H＋ ②0.1
拔高练(25分钟)
一、选择题
1．(2019·长春市质量监测一)下列有关四个常用电化学装置的叙述，正确的是( )
A．图Ⅰ所示电池中，MnO2是催化剂
B．图Ⅱ所示电池放电过程中，硫酸浓度保持不变
C．图Ⅲ所示装置工作过程中，电解质溶液中Cu2＋浓度不断增大
D．图Ⅳ所示电池工作过程中，外电路中电子由锌极流向氧化银极
[解析] 图Ⅰ所示电池中MnO2是氧化剂，作正极，得电子，发生还原反应，A项错误；图Ⅱ所示铅蓄电池放电过程的总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，放电过程中消耗H2SO4，生成H2O，使硫酸浓度减小，B项错误；图Ⅲ电解精炼铜的过程中，阳极粗铜中比铜活泼的金属优先失去电子，之后是铜失电子，阴极上Cu2＋得电子生成Cu，因此电解质溶液中Cu2＋浓度减小，C项错误；图Ⅳ所示电池工作过程中，外电路中电子由锌极流向氧化银极，D项正确。
[答案] D
2．(2019·武汉部分市级示范高中联考)在潮湿的深层土壤中，钢管主要发生厌氧腐蚀，有关厌氧腐蚀的机理有多种，其中一种理论为厌氧细菌可促使SO与H2反应生成S2－，加速钢管的腐蚀，其反应原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．正极的电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
B．钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe(OH)2
C．SO与H2的反应可表示为4H2＋SO－8e－S2－＋4H2O
D．在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
[解析] 由图可知，H2O生成H2，H的化合价降低，得电子，故正极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A项错误；反应生成的OH－、S2－与Fe2＋可生成Fe(OH)2、FeS，B项正确；根据题中所给信息可知，SO与H2反应生成S2－，根据元素守恒可知，生成物中还有H2O，故反应式为4H2＋SOS2－＋4H2O，C项错误；钢管表面镀锌，锌会与铁形成原电池，锌比铁活泼，铁作正极，可减缓钢管的腐蚀；钢管表面镀铜，铜会与铁形成原电池，铁比铜活泼，铁作负极，从而加速钢管的腐蚀，D项错误。
[答案] B
3．(2019·广东省六校第二次联考)“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为：5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是( )
A．该装置只涉及两种能量之间的转化
B．在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2＋和Cl－的还原性强弱
C．“水”电池内Na＋不断向正极移动
D．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl
[解析] “水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，A项错误；根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2＋被氧化，后是Cl－被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2＋、Cl－的还原性强弱，B项正确；“水”电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，故C项正确；结合上述分析，可知Ⅱ为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，D项正确。
[答案] A
4．(2019·保定市调研考试)将以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池甲与盛有足量硫酸铜溶液的装置乙相连，起始电路接入状况如图，以电流强度0.1 A，通电10 min后，将电池的正、负极互换接入，移动滑动变阻器，以电流强度0.2 A，继续通电10 min，结束实验。
下列有关说法正确的是( )
A．葡萄糖在装置甲的正极参加反应，氧气在负极参加反应
B．在该电池反应中，每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳11.2 L
C．电池工作20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为2∶1
D．电池工作15分钟时，乙装置中铜棒的质量与起始通电前相等
[解析] 由题意可知，装置甲是以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，葡萄糖在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应，A项错误；在该电池中，发生的总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，则每消耗1 mol氧气理论上能生成标准状况下二氧化碳22.4 L，B项错误；由题意知，0～10 min，铜棒与电源正极相连，发生反应Cu－2e－===Cu2＋，碳棒与电源负极相连，发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，通电10 min后将电池的正、负极互换接入，由于10～20 min时的电流强度是0～10 min时的2倍，则10～15 min碳棒上发生反应Cu－2e－===Cu2＋，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu,15 min时乙装置中铜棒即可恢复到起始通电前的状态，15～20 min碳棒上发生反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，铜棒上发生反应Cu2＋＋2e－===Cu，生成1 mol O2的同时析出2 mol Cu，则20 min时，乙装置电极析出固体和电极上产生气体的质量之比为4∶1，C项错误、D项正确。
[答案] D
5．(2019·石家庄质量检测)如图是新型镁－锂双离子二次电池，下列关于该电池的说法不正确的是( )
A．放电时，Li＋由左向右移动
B．放电时，正极的电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
C．充电时，外加电源的正极与Y相连
D．充电时，导线上每通过1 mol e－，左室溶液质量减轻12 g
[解析] 放电时，化学能转化为电能，为原电池装置，Mg失电子作负极，电解液中阳离子向正极移动，即Li＋由左向右移动，A项正确；放电时，正极上Li1－xFePO4转化为LiFePO4，电极反应式为Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4，B项正确；充电时，外加电源的正极与原电池的正极相连，即与Y相连，C项正确；充电时，阴极发生反应：Mg2＋＋2e－===Mg，同时右室中的Li＋移向左室，则导线上每通过1 mol e－，左室溶液质量减少(12－7) g＝5 g，D项错误。
[答案] D
6．(2019·开封市高三定位考试)石墨烯基材料被看作是前景深远的高性能电极材料，能大幅度提升锂离子电池的充放电速度。某公司研发的石墨烯基锂离子电池的结构示意图如图所示，已知电池总反应为Li1－xFePO4·C60＋LixC60===LiFePO4·C60＋C60(x<1)，下列关于该电池的说法错误的是( )
A．石墨烯基锂离子电池的防燃爆电解液可能是LiCl溶液
B．放电时，若转移1 mol电子，涂层金属锂带负极的质量减少7 g
C．充电时，阳极的电极反应式为LiFePO4·C60－xe－===Li1－xFePO4·C60＋xLi＋
D．石墨烯在该电池中有助于电子和离子的传导
[解析] Li与Na同主族，性质相似，能与水反应，故防燃爆电解液不能是水溶液，A项错误；放电时，涂层金属锂带作负极，失电子，电极反应式为LixC60－xe－===xLi＋＋C60，若转移1 mol电子，则减少1 mol Li，故负极的质量减少7 g，B项正确；充电时，阳极失去电子发生氧化反应，C项正确；石墨烯基材料能大幅度提升锂离子电池的充放电速度，故石墨烯在该电池中能促进离子和电子的传导，D项正确。
[答案] A
7．(2019·河北衡水中学一模)三元电池成为2019年我国电动汽车的新能源，其电极材料可表示为LiixC＋3oynzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是( )
A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜
B．充电时，A为阴极，Li＋被氧化
C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂
D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2
[解析] 根据LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6可知，x是Li＋，允许Li＋通过的隔膜属于阳离子交换膜，故A项错误；根据充电时电池总反应LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6可知，A上发生C(石墨)―→LiaC6的反应，是还原反应，A为阴极，Li＋没有发生氧化还原反应，故B项错误；根据充电时电池总反应可知，无法充电的废旧电池的石墨电极中没有锂元素，不能回收金属锂，故C项错误；放电时，总反应为Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6===LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)，正极发生还原反应，电极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，故D项正确。
[答案] D
二、非选择题
8．(2019·长沙重点中学联合考试)电化学对生活、生产都至关重要，请回答下列相关问题：
(1)一种可超快充电的新型铝电池，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，放电时负极Al的电极反应式为_________________。
(2)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如图1所示。
图1
电极A上H2参与的电极反应为__________________________。电极B上发生的电极反应为__________________________。电池工作时，CO向电极________移动。
(3)镁—间二硝基苯电池对含有NO的工业废水进行降解的示意图如图2所示。已知：电池放电时，镁转化为氢氧化镁，间二硝基苯()则转化为间苯二胺()。则镁电极反应式为__________。石墨电极上发生的反应为______________，降解NO的电极反应式为____________________。理论上每消耗1 mol 间二硝基苯，有________mol NO被降解。
[解析] (1)由题意可知，放电时负极Al失去电子与AlCl结合生成Al2Cl，其电极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl。
(2)电极A上H2失电子，电解质中没有OH－，用CO平衡电荷可得电极反应式为H2＋CO－2e－===CO2＋H2O，电极B上O2得电子，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO。电极A为负极，电极B为正极，内电路中阴离子向负极移动。
[答案] (1)Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl
(2)H2＋CO－2e－===CO2＋H2O
O2＋2CO2＋4e－===2CO A
(3)Mg－2e－＋2H2O===Mg(OH)2＋2H＋
2NO＋6H2O＋10e－===N2↑＋12OH－ 2.4
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