2019届二轮复习 电化学原理及应用 学案（全国通用）

板块二　基本理论
专题五 　电化学原理及应用
命题热点提炼
三年考情汇总
核心素养链接
1.化学电源电极反应式的书写
2018·Ⅱ卷T12，Ⅲ卷T11
2017·Ⅲ卷T11
2016·Ⅱ卷T11，Ⅲ卷T11
1.变化观念——分析电解反应和原电池反应，关注化学变化中的能量转化。
2.创新意识——根据原电池原理，敢于设计新的化学电源。
3.模型认知——理解电化学的原理模型，分析解决问题。
4.社会责任——设计新型电源的意识，开发新能源，提倡绿色能源。
2.电解原理　金属的腐蚀与防护
2018·Ⅰ卷T13
2017·Ⅱ卷T11，ⅢT11
3.电化学原理在物质制备和废水处理中的综合应用
2018·Ⅰ卷T27(3)，Ⅲ卷T27(3)
2017·Ⅰ卷T11，Ⅱ卷T11
2016·Ⅰ卷T11
命题热点1　化学电源电极反应式的书写
■知识储备——核心要点填充
1．“Zn—CuSO4—Cu”原电池中，
(1)Zn作________极，发生________反应，电极反应式为________；
(2)电子从________极(填“Cu”或“Zn”，下同)流出，流向________极；
(3)溶液中Cu2＋移向________极(填“正”或“负”)，盐桥中的Cl－移向________极(填“正”或“负”)。
【答案】　(1)负　氧化　Zn－2e－===Zn2＋
(2)Zn　Cu　(3)正　负
2．书写常见电源的电极反应式
(1)碱性锌锰电池
总反应方程式：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnOOH。
负极：___________________________________________________。
正极：___________________________________________________。
(2)铅蓄电池
总反应方程式：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
负极：____________________________________________________。
正极：_____________________________________________________。
(3)锌铁高能碱性电池
总反应方程式：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
负极：___________________________________________________。
正极：_____________________________________________________。
(4)以CH3OH为燃料，写出下列几种介质的两极反应式
电池类型
导电离子
负极反应式
正极反应式
酸性燃料电池
H＋


碱性燃料电池
OH－


熔融碳酸盐燃料电池
CO


固态氧化物燃料电池
O2－


质子交换膜燃料电池
H＋


【答案】　(1)Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－
(2)Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)
PbO2(s)＋SO(aq)＋4H＋(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)
(3)Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－
(4)




3．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)反应CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热，故可把该反应设计成原电池，把其中的化学能转化为电能。 (　　)
(2)燃料电池的两极材料一般不参加电极反应，可以相同。 (　　)
(3)铅蓄电池在放电过程中，负极质量减小，正极质量增加。 (　　)
(4)某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液。 (　　)
(5)二次电池充电时，电池的负极应接电源的正极。 (　　)
【答案】　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
■真题再做——感悟考法考向
1．(2018·全国卷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，钠和负载碳钠米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋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
D　[电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。]
2.(2018·全国卷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＋O2
D　[根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为===2Li＋O2，D项正确。]
3．(2017·全国卷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
D　[A项，原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，a极发生的电极反应有S8＋2Li＋＋2e－===Li2S8、3Li2S8＋2Li＋＋2e－===4Li2S6、2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4、Li2S4＋2Li＋＋2e－===2Li2S2等。
B项，电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子时，氧化Li的物质的量为0.02 mol，质量为0.14 g。C项，石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性。D项，电池充电时电极a发生反应：2Li2S2－2e－===Li2S4＋2Li＋，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少。]
4．(2016·全国卷Ⅲ)锌—空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是(　　)
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
C　[充电时，发生电解池反应，K＋向阴极移动，A项错误；充电时，发生的反应是2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，反应后c(OH－)逐渐增大，B项错误；放电时，活泼金属Zn作负极，发生失电子的氧化反应生成Zn(OH)，C项正确；根据O2～4e－，则放电时电路中通过2 mol电子，消耗0.5 mol O2，其在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。]
[教师备选]
(2015·全国卷Ⅱ，节选)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)，Zn(NH3)2Cl2等，H＋可写为NH]　(2)0.05

(1)原电池原理模型

(2)电极反应式书写一般思路
①列物质标得失：按照负极发生氧化反应，正极发生还原反应，判断出电极反应物和产物，找出得失电子的数量。
②看环境配守恒：电极产物在电解质溶液的环境中，应能稳定存在，如碱性介质中生成的H＋应让其结合OH－生成水。电极反应式要遵守电荷守恒、质量守恒和得失电子守恒等，并加以配平。
③两式加验总式：两电极反应式相加，与总反应方程式对照验证。
(3)二次电池充电时连接模型

■模拟尝鲜——高考类题集训
1．(2018·西安八校联考)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，下列说法正确的是(　　)

A．HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应为HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋
B．电子从电极b流出，经外电路流向电极a
C．如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化
D．若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜
A　[根据题图知，在硫氧化菌作用下HS－转化为SO，发生氧化反应：HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，A项正确；电子从电极a流出，经外电路流向电极b，B项错误；如果将反应物直接燃烧，有部分化学能转化为热能和光能，能量的利用率降低，C项错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.4 mol H＋通过质子交换膜，D项错误。]
2．(2018·福建质检)某新型水系钠离子电池的工作原理如图所示。TiO2光电极能使电池在太阳光照射下充电，充电时Na2S4还原为Na2S。下列说法错误的是(　　)

A．充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能
B．放电时，a极为负极
C．充电时，阳极的电极反应式为3I－－2e－===I
D．M是阴离子交换膜
D　[根据题中信息“TiO2光电极能使电池在太阳光照射下充电”，可知充电时太阳能转化为电能，电能又转化为化学能，A项正确；根据充电时Na2S4还原为Na2S，可知充电时a极为阴极，则放电时a极为负极，B项正确；充电时a极为阴极，则b极为阳极，结合图示可知阳极的电极反应式为3I－－2e－===I，C项正确；放电时Na＋由a极移向b极，充电时Na＋又由b极移回a极，故M应为阳离子交换膜，D项错误。]
3．(2018·山西八校联考)硼化钒(VB2)—空气电池是目前储电能力最高的电池，电池示意图如图，该电池工作时发生的反应为4VB2＋11O2===4B2O3＋2V2O5。下列说法不正确的是(　　)

A．电极a为电池正极
B．图中选择性透过膜为阴离子透过膜
C．电池工作过程中，电极a附近区域pH减小
D．VB2极发生的电极反应为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O
C　[根据电池反应，O2发生还原反应，故通入空气的电极a为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A项正确；根据电池反应，VB2发生氧化反应转化为V2O5、B2O3，VB2极的电极反应式为2VB2＋22OH－－22e－===V2O5＋2B2O3＋11H2O，D项正确；根据负极反应和正极反应可知，正极上生成OH－，负极上消耗OH－，故该选择性透过膜为阴离子透过膜，B项正确；由正极反应式可知，电池工作过程中，电极a附近c(OH－)增大，pH增大，C项错误。]
4．(2018·日照三校联考)一种突破传统电池设计理念的镁—锑液态金属储能电池的工作原理如图所示，该电池所用液体密度不同，在重力作用下分为三层，工作时中间层熔融盐的组成及浓度不变。

下列说法不正确的是(　　)
A．放电时，Mg(液)层的质量减小
B．放电时，正极反应为Mg2＋＋2e－===Mg
C．该电池充电时，Mg­Sb(液)层发生还原反应
D．该电池充电时，Cl－向下层移动
C　[根据电流方向(由正极流向负极)可知，镁(液)层为原电池的负极，放电时，Mg(液)层的质量减小，A项正确；根据题意知，正极反应为熔融的Mg2＋得电子发生还原反应，电极反应式为Mg2＋＋2e－===Mg，B项正确；充电时镁(液)层为阴极，Mg­Sb(液)层为阳极，则Mg­Sb(液)层发生氧化反应，C项错误；充电时阴离子向阳极移动，即Cl－向下层移动，D项正确。]
[教师备选]
(2017·成都二模)浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝—石墨烯(Cn)电池(如图)。该电池分别以铝、石墨稀为电极，放电时，电池中导电离子的种类不变。已知能量密度＝。下列分析正确的是(　　)
A．放电时，Cn(石墨烯)为负极
B．放电时，Al2Cl在负极转化为AlCl
C．充电时，阳极反应为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl
D．以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度
D　[该电池以铝、石墨稀为电极，放电时铝为负极，Cn(石墨烯)为正极，A项错误；放电时负极上Al发生氧化反应，根据放电时电池中导电离子的种类不变，可知负极上发生反应：Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，AlCl在负极转化为Al2Cl，B项错误；充电时，阳极发生失电子的氧化反应，C项错误；根据能量密度＝，以轻金属为负极，负极质量小，有利于提高电池的能量密度，D项正确。]
[题后反思]　四步解决新型化学电源问题
(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)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。
命题热点2　电解原理　金属的腐蚀与防护
■知识储备——核心要点填充
1．以惰性电极电解下列物质，写出电极反应式或电解离子方程式。
(1)NaCl溶液
(2)CuSO4溶液
(3)浓度均为0.1 mol/L的NaCl与CuSO4的混合液，开始电解的阴、阳极反应式分别为____________________________________、
_____________________________________________________。
【答案】　(1)2H＋＋2e－===H2↑　2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2Cl－2OH－＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Cu2＋＋4e－===2Cu　4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
(3)Cu2＋＋2e－===Cu　2Cl－－2e－===Cl2↑
2．以Cu作阳极电解下列物质，写出电极反应式和电解的离子方程式。
(1)H2SO4溶液
(2)CuSO4溶液
【答案】　(1)2H＋＋2e－===H2↑　Cu－2e－===Cu2＋
Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
(2)Cu2＋＋2e－===Cu　Cu－2e－===Cu2＋
3．以惰性电极电解下列溶液(足量)，填写复原物质。
(1)NaOH溶液________。　 (2)KCl溶液________。
(3)AgNO3溶液________。　 (4)Na2SO4溶液________。
(5)CuCl2溶液________。　 (6)CuSO4溶液________。
【答案】　(1)H2O　(2)HCl　(3)Ag2O　(4)H2O　
(5)CuCl2　(6)CuO
4．钢铁遇到食盐水生锈，写出有关的电极反应式和化学方程式：__________
__________________________________________________________，
这种电化学腐蚀叫________。
【答案】　负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－；
Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2，
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O　吸氧腐蚀
■真题再做——感悟考法考向
1．(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
C　[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式为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。]
2．(2017·全国卷Ⅱ)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H2SO4­H2C2O4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Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
C　[A项：该电解池阳极发生的电极反应为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋，铝化合价升高失电子，所以待加工铝质工件应为阳极。B项，C项：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阴极可选用不锈钢网作电极。D项：电解质溶液中的阴离子向阳极移动。]
3．(2017·全国卷Ⅰ)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
C　[A项：外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。B项：被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩。C项：高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。D项：保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整。]

(1)电解池工作原理模型图

[注]　①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……
②阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根离子＞……
(2)金属电化学腐蚀与防护思维模型

■模拟尝鲜——高考类题集训
1．(2018·合肥二模)如图所示，装置(Ⅰ)是一种可充电电池，装置(Ⅱ)为两电极均为惰性电极的电解池。下列说法正确的是(　　)
A．闭合开关K时，电极B为负极，且电极反应式为2Br－－2e－===Br2
B．装置(Ⅰ)放电时，总反应式为2Na2S2＋Br2===Na2S4＋2NaBr
C．装置(Ⅰ)充电时，Na＋从左到右通过阳离子交换膜
D．该装置电路中有0.1 mol e－通过时，电极X上析出3.2 g Cu
B　[闭合开关K时，电极B上发生的电极反应式为Br2＋2e－===2Br－，发生还原反应，电极B为正极，A项错误；装置(Ⅰ)放电时，电极B上发生反应：Br2＋2e－===2Br－，电极A上发生反应：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，总反应式为2Na2S2＋Br2===Na2S4＋2NaBr，B项正确；装置(Ⅰ)充电时，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，则Na＋从右到左通过阳离子交换膜，C项错误；电极X为阴极，若阴极只发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，则电路中有0.1 mol e－通过时，理论上析出铜的物质的量为0.05 mol，但该电解质溶液中n(Cu2＋)＝0.4 mol·L－1×0.1 L＝0.04 mol，故阴极上水电离出的H＋也放电，析出铜的物质的量为0.04 mol，其质量为2.56 g，D项错误。]
2．(2018·合肥一模)LiOH常用于制备锂离子电池正极材料。工业上常利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。下列说法正确的是(　　)
A．a是电源的负极
B．B极区电解液为LiOH溶液
C．A电极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过交换膜
B　[B极产生H2，B极为电解池阴极，则b极为电源负极，A错误；B极产生H2，同时生成OH－，A极Cl－放电，Li＋移向B极，产生LiOH，B极区电解液为LiOH溶液，B正确；A电极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C错误；根据2H＋＋2e－===H2↑，电路中通过2 mol e－时，则有1 mol H2,2 mol Li＋通过交换膜，D错误。]
3．(2018·蓉城名校联考)重铬酸钾是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾(K2CrO4)(黄色)为原料，采用电化学法制备重铬酸钾(K2Cr2O7)(橙色)。制备装置如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．阳极室中溶液的颜色逐渐由黄色变为橙色
B．电解过程中阳极附近溶液的pH变小
C．K2CrO4在阳极区被氧化成K2Cr2O7
D．阴极每生成1 mol 气体，有2 mol带正电荷的阳离子从阳极室移向阴极室
C　[结合题给装置可判断惰性电极为阳极，不锈钢电极为阴极；阳极室中K2CrO4转化为K2Cr2O7，溶液由黄色逐渐变为橙色，A项正确；阳极室发生氧化反应，OH－失电子放电，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极附近溶液pH逐渐减小，B项正确；阳极室中H＋浓度增大，促使发生反应：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，反应前后Cr元素化合价没有发生变化，C项错误；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，每生成1 mol H2转移2 mol电子，为保持溶液呈电中性，有2 mol K＋从阳极室向阴极室移动，D项正确。]
4．某同学利用下图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。(已知Fe2＋遇K3[Fe(CN)6]溶液呈蓝色)

下列说法不合理的是(　　)
A．①区Cu电极上产生气泡，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液后出现蓝色，Fe被腐蚀
B．②区Cu电极附近滴加酚酞后变成红色，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色，Fe被腐蚀
C．③区Zn电极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液未出现蓝色，Fe被保护
D．④区Zn电极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色，Fe被腐蚀
A　[①区发生吸氧腐蚀，Cu为正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，Cu电极上不产生气泡，A项错误；②区Cu为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Cu电极附近溶液碱性增强，滴加酚酞后变成红色，Fe为阳极，被腐蚀，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色，B项正确；③区Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Fe为正极，得到保护，C项正确；④区Zn为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，Fe作阳极，被腐蚀，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，Fe电极附近滴加K3[Fe(CN)6]溶液出现蓝色，D项正确。]
命题热点3　电化学原理在物质制备和废水处理中的综合应用
■真题再做——感悟考法考向
1．(2018·全国卷Ⅰ，节选)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_______________________________________________________________
__________________________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

【解析】　阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3，故a室中NaHSO3浓度增加。
【答案】　2H2O－4e－===4H＋＋O2↑　a
2．(2018·全国卷Ⅲ，节选)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：

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__________________________
_________________________________________________________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________，其迁移方向是________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有________________________________(写出一点)。
【解析】　(1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。(3)根据工艺流程分析，KClO3氧化法生成的Cl2有毒，且在调pH时加入KOH的量不易控制，另外，生成的KIO3中杂质较多。
【答案】　(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑　(2)K＋　由a到b　(3)产生Cl2，易污染环境
3．(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。

下列叙述正确的是(　　)
A．通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
B　[A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。]
4．(2014·全国卷Ⅰ，节选)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。H3PO2也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

(1)写出阳极的电极反应式______________________________________。
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因______________________________
___________________________________________________________。
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质。该杂质产生的原因是_________________________________________________________。
【解析】　(1)阳极发生氧化反应，在反应中OH－失去电子，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。
(2)H2O放电产生H＋，H＋进入产品室，原料室中的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应：H＋＋H2POH3PO2。
(3)如果撤去阳膜，H2PO或H3PO2可能被氧化。
【答案】　(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2
(3)PO　H2PO或H3PO2被氧化
[题后反思]　

[注]　在多交换膜的池中，离子迁移遵循电荷守恒，离子的迁移数目可能不相等。
■模拟尝鲜——高考类题集训
1．(2018·河南天一大联考)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是(　　)

A．电极a为粗铜，电极b为精铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
D　[由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为32 g，D项正确。]
2．(2018·武汉调研)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(　　)

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－1盐酸时，阴极回收得到11.8 g镍
D　[根据反应初始阶段阴极液(废水)的pH不断增大，说明阴极区c(H＋)不断减小，因此浓缩室中H＋不能通过交换膜b进入阴极区，故交换膜b为阴离子交换膜，A项正确；阳极上水电离出的OH－发生氧化反应，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，B项正确；阴极液pH＝1时，溶液中c(H＋)较大，镍的回收率低，说明阴极上以H＋放电为主，有较多H2生成，C项正确；浓缩室得到1 L 0.5 mol·L－1盐酸时，进入浓缩室的n(H＋)＝(0.5－0.1)mol·L－1×1 L＝0.4 mol，由于阴极上反应式：2H＋＋2e－===H2↑，Ni2＋＋2e－===Ni，根据各电极上转移的电子数相等，则发生还原反应的Ni2＋小于0.2 mol，其质量小于59 g·mol－1×0.2 mol＝11.8 g，D项错误。]
3．工业上常用铁和石墨作电极，电解K2MnO4溶液来制备KMnO4，具体流程如下：

下列说法错误的是(　　)
A．电解时，石墨为阳极
B．阳极的电极反应式为MnO－e－===MnO
C．每生成11.2 L B，有NA个K＋通过离子交换膜从阳极室进入阴极室
D．熔融时反应的化学方程式为2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O
C　[根据题意，电解时MnO变为MnO，说明MnO在阳极失电子，发生氧化反应，由于石墨为惰性电极，与电源正极相连时不失去电子，所以电解时石墨为阳极，A项正确；阳极的电极反应式为MnO－e－===MnO，B项正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故B为H2，K＋通过离子交换膜从阳极室进入阴极室得到KOH溶液，故D为KOH，C项未指明H2所处的状态，无法判断K＋的数目，C项错误；熔融时的反应物为KOH、MnO2、O2，生成物为K2MnO4和H2O，反应的化学方程式为2MnO2＋4KOH＋O22K2MnO4＋2H2O，D项正确。]
4．(2018·昆明质检)铈(Ce)是镧系金属元素。空气污染物NO通常用含Ce4＋的溶液吸收，生成HNO2、NO，再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质，同时生成Ce4＋，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．H＋由右室进入左室
B．Ce4＋从电解槽的c口流出，且可循环使用
C．阴极的电极反应式：2HNO2＋6H＋＋6e－===N2↑＋4H2O
D．若用甲烷燃料电池作为电源，当消耗标准状况下33.6 L 甲烷时，理论上可转化2 mol HNO2
C　[电解池工作时，H＋由左室进入右室，参与阴极反应，A项错误；溶液中Ce4＋为氧化产物，应从电解槽的a口流出，且可循环使用，B项错误；HNO2在阴极发生还原反应，电极反应式为2HNO2＋6H＋＋6e－===N2↑＋4H2O，C项正确；标准状况下33.6 L CH4的物质的量为1.5 mol，甲烷燃料电池工作时消耗1.5 mol CH4转移12 mol电子，结合阴极的电极反应式，可知理论上能转化4 mol HNO2，D项错误。]
5．(2018·烟台模拟)(1)工业上使用下图装置，采用石墨作电极电解Na2CrO4溶液，使Na2CrO4转化为Na2Cr2O7，其转化原理为___________________________
__________________________________________________________。

(2)CrO3和K2Cr2O7均易溶于水，它们是工业废水造成铬污染的主要原因。要将Cr6＋转化为Cr3＋常见的处理方法是电解法。
将含Cr2O的废水通入电解槽内，用铁作阳极，在酸性环境中，加入适量的NaCl进行电解，使阳极生成的Fe2＋和Cr2O发生反应，其离子方程式为_______________________________________________________________
___________________________________________________________。
阴极上Cr2O、H＋、Fe3＋都可能放电。若Cr2O放电，则阴极的电极反应式为_________________________________________________________；
若H＋放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，已知：常温下，，则阴极区溶液pH的范围为________。
【解析】　(2)阳极生成的Fe2＋和Cr2O发生反应，其离子方程式为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。若Cr2O放电，则阴极的电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O；若H＋放电，则阴极区形成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀，根据题意，若生成Cr(OH)3则10－6 mol·L－1＜c(OH－)＜10－4 mol·L－1，则阴极区溶液pH的范围为8＜pH＜10。
【答案】　(1)阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，使c(H＋)增大，从而导致反应2CrO＋2H＋===Cr2O＋H2O发生
(2)Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O　Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O　8＜pH＜10
[题后反思]　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。