2019高三化学二轮复习配套教案：第二篇题型五　电化学

题型五　电化学

(对应学生用书第17~18页)

1.(2018·全国Ⅰ卷,13)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++H2S2H++S+2EDTAFe2+

该装置工作时,下列叙述错误的是(　C　)

A.阴极的电极反应:CO2+2H++2e-CO+H2O

B.协同转化总反应:CO2+H2SCO+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。

2.(2018·全国Ⅱ卷,12)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+4Na2Na2CO3+C。下列说法错误的是(　D　)

A.放电时,Cl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-2C+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:4Na-4e-4Na+,正极反应:3CO2+4e-2C+C;充电时,阴(负)极:4Na++4e-4Na;阳(正)极: 2C+C-4e-3CO2↑,放电时,Cl向负极移动。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。

3.

(2018·全国Ⅲ卷,11)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Li2 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+2LiLi2O2-x。

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;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-x2Li+(1-)O2,D正确。

4.

(2017·全国Ⅰ卷,11)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(　C　)

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

解析:支撑海港码头基础的钢管桩应用电解原理防腐,钢管桩作为电解池的阴极被保护,高硅铸铁作为惰性辅助阳极起传递电流的作用。通电后,外电路电子从阳极高硅铸铁流出,流入直流电源的正极,从直流电源的负极流出,流入阴极钢管桩,通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,通入的保护电流根据环境条件变化进行调整。表述不正确的是C选项。

5.(2017·全国Ⅱ卷,11)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(　C　)

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

解析:此电解反应中O3发生氧化反应,所以Al作阳极,A正确;阴极反应为2H++2e-H2↑,所以可用不锈钢网作阴极,所以B正确,C错误;S带负电,所以向阳极移动,D正确。

1.电化学题型是一个常考不衰的重点题型,一般会结合生产实际考查电解及金属防护问题,结合新型电池考查原电池原理。

2.此类问题的解决,主要应该在氧化还原知识基础之上,充分运用电化学一般原理来综合处理,特别注意读题要仔细,要能抓住关键词来分析。

3.注意提高新型电池的读图能力。

考向1　原电池原理及应用

(对应学生用书第18~19页)

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-2C

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。

【例1】 (2017·全国Ⅲ卷,11)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+xS88Li2Sx(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

精讲精析:据题意本题属于二次电池问题,根据上面所述规律,应该先分析放电过程,且由于此电池不属于“燃料电池”,所以一般应先分析“负极”。根据电池反应,Li失电子作负极,所以负极为金属锂(电极b),电极a(掺有石墨烯的S8)为正极。根据元素化合价变化以及图中所给的Li+的移动可以写出负极反应式:Li-e-Li+,由于是“全固态电池”,所以Li2Sx应该没有发生电离(电离条件是溶于水或受热熔化),因此不能“拆”,所以电池反应总离子方程式就是题目所给的方程式16Li+xS88Li2Sx(2≤x≤8),用此方程减去负极反应式16Li-16e-16Li+,即得正极反应式为xS8+16Li++16e-8Li2Sx(2≤x≤8),但根据题目所给图示,应该是先产生Li2S8,把x换成8得此时的电极反应式为S8+2Li++2e-Li2S8,然后Li2S8会陆续转变为Li2S6、Li2S4、Li2S2,发生一系列电极反应,其中之一就是A项中反应,所以A正确;根据负极电极反应有如下关系式:Li~e-,外电路流过0.02 mol电子,负极反应的Li为 0.02 mol,即0.14 g,所以B正确;S8属于比较典型的非金属单质,很难导电,结合石墨可以导电的事实,判断C正确;图中所给的Li2S8→Li2S2一系列电极反应是接“用电器”时(即原电池放电)的情形,而D问的是充电,显然应该是逆向转化,即Li2S2的量越来越少,所以D错误。

【例2】 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-+2H2O2Zn(OH。下列说法正确的是(　C　)

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)

精讲精析:由于是燃料电池,所以根据前面所述规律,应该先写负极电极反应式,因为是碱性燃料电池,所以负极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,用总方程式“2Zn+O2+4OH-+2H2O2Zn(OH”减掉“负极”得正极反应式为2Zn+8OH--4e-2Zn(OH,化简即可判断C正确;根据正极反应得关系式:O2~4e-,所以通过2 mol电子时消耗氧气0.5 mol(即标准状况下11.2 L),所以D错误;电池反应“颠倒过来”即是充电反应,所以充电反应为2Zn(OH2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,显然充电时产生OH-,所以其浓度应该不断增大,所以B错误;离子移动规律是:①原电池中“正正负负[即正离子(中学一般叫阳离子)移向正极,负离子(中学一般叫阴离子)移向负极]”;②电解池中是“正阴负阳”;据此判断“充电(电解池)”K+应该移向阴极,所以A错误。特别提醒:有些所谓的“燃料电池”,正极没有使用氧气或空气,则不能死搬硬套这一解题规律方法。

1.(2016·全国Ⅱ卷,11)MgAgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述错误的是(　B　)

A.负极反应式为Mg-2e-Mg2+

B.正极反应式为Ag++e-Ag

C.电池放电时Cl-由正极向负极迁移

D.负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑

解析:MgAgCl电池以海水为电解质溶液,其负极失电子发生氧化反应:Mg-2e-Mg2+,正极得电子发生还原反应:2AgCl+2e-2Cl-+2Ag;电池放电时,电子由负极移向正极,Cl-则相应地由正极移向负极;负极为Mg失电子发生氧化反应,Mg金属活泼性强,易与水反应,故负极会发生副反应Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑。

2.(2015·全国Ⅰ卷,11)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(　A　)

A.正极反应中有CO2生成

B.微生物促进了反应中电子的转移

C.质子通过交换膜从负极区移向正极区

D.电池总反应为C6H12O6+6O26CO2+6H2O

解析:负极发生氧化反应,生成CO2气体,A项错误;微生物电池中的化学反应速率较快,即微生物促进了反应中电子的转移,B项正确;原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,C项正确;电池总反应是C6H12O6与O2反应生成CO2和H2O,D项正确。

3.一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是(　D　)

A.反应CH4+H2O3H2+CO,每消耗1 mol CH4转移12 mol电子

B.电极A上H2参与的电极反应为H2+2OH--2e-2H2O

C.电池工作时,C向电极B移动

D.电极B上发生的电极反应为O2+2CO2+4e-2C

解析:A项,→,则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子,错误;该电池的传导介质为熔融的碳酸盐,所以A电极即负极上H2参与的电极反应为H2+C-2e-CO2+H2O,错误;C项,原电池工作时,阴离子移向负极,而B极是正极,错误;D项,B电极即正极上O2参与的电极反应为O2+2CO2+4e-2C,正确。

【教师用书备用】 最新发明的一种有望用在电动汽车上的锂—硫电池装置如图所示,用有机聚合物作电解质,已知放电时电池反应为Li2S6+10Li6Li2S。下列说法正确的是(　B　)

A.放电时,Li+向负极移动

B.充电时,阳极质量减小,阴极质量增加

C.放电时,正极的电极反应为-10e-6S2-

D.可用LiCl水溶液代替聚合物电解质

解析:在原电池中,阳离子向正极迁移,A项错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为6S2--10e-,阴极发生还原反应,电极反应式为Li++e-Li,B项正确;放电时,正极发生还原反应,电极反应式为+10e-6S2-,C项错误;由于Li是活泼金属,根据元素周期律,Na能与水反应,Li也应该能与水发生反应,则电解质中不能含水,D项错误。

考向2　电解池原理与应用

(对应学生用书第20~21页)

1.电解原理模型

2.离子放电顺序(惰性电极)

阳极:S2->I->Br->Cl->OH-(活泼电极作阳极时,放电的是阳极材料本身,注意Fe作阳极一般仅能失去2e-);

阴极:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Sn2+>Zn2+>Fe2+>H+(H2O)>Al3+。

3.电解原理应用、常见四种类型电解及电解质溶液复原(见一轮复习资料)。

4.电解原理解题基本流程

(1)先看阳极是否为“惰性电极”,若为活泼电极,则放电的就是阳极本身,直接写出阳极反应式;若为惰性电极,则根据阴离子放电顺序写出阳极反应式。

(2)根据阳离子放电顺序写出阴极反应式。

(3)根据阴阳极反应结合离子方程式书写规律,写出总反应方程式。

(4)根据电解总方程式以及阴阳极反应式进行相关计算或判断。

【温馨提示】有些电解需要根据题意具体问题具体分析,不能生搬硬套。比如Al作阳极有些题目里可以写成Al-3e-Al3+,而有些题目说是电解法在酸性介质中使Al表面形成一层氧化层,此时则应该写成2Al+3H2O-6e-Al2O3+6H+。

【例1】 (2016·全国Ⅰ卷,11)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S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(　B　)

A.通电后中间隔室的S离子向正极迁移,正极区溶液pH增大

B.该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品

C.负极反应为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

精讲精析:电解池中阴离子向正极移动,阳离子向负极移动,即S向正极区移动,Na+向负极区移动,根据离子放电顺序,正极区(阳极)反应:4OH--4e-O2↑+2H2O,负极区(阴极)反应:2H++2e-H2↑,由于氢氧根、氢离子均来自H2O,离子方程式书写时水不能拆,所以把阳极反应变化为:4H2O-4e-O2↑+2H2O+4H+,阴极电极反应式变化为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,然后阴阳极电极反应相叠加得:8H2O2H2↑+O2↑+6H2O,化简得:2H2O2H2↑+O2↑,也就是此电解类型为“电解水型”。S向正极区移动,Na+向负极区移动,正极区水电离的OH-发生氧化反应生成氧气,H+留在正极区,该极得到H2SO4产品,溶液pH减小,负极区水电离的H+发生还原反应生成氢气,OH-留在负极区,该极得到NaOH产品,溶液pH增大,故A、C项错误,B项正确;该电解池相当于电解水,根据电解水的方程式可计算出当电路中通过 1 mol电子的电量时,会有0.25 mol O2生成,D项错误。

【例2】 (2018·湖北黄冈模拟)某化学兴趣小组学生对塑料饭盒废弃物的水解液进行电渗析处理,同时得到对苯二甲酸。原理如图所示(H2A表示对苯二甲酸,A2-表示对苯二甲酸根离子),下列说法正确的是(　C　)

A.电极a为阴极,电极b产生氧气

B.通电一段时间后,硫酸溶液pH升高

C.A2-通过阴离子交换膜进入浓缩室

D.对200 mL 8.3 g/L的对苯二甲酸溶液通电一段时间后,浓度上升到0.1 mol/L,阴极产生气体体积为 4.48 L

精讲精析:首先观察电极材料为惰性电极,据图右侧极区含A2-,根据浓缩室H2A浓度增大,判断A2-从右侧极区经阴离子交换膜进入了浓缩室,由于阴离子移向阳极,所以a为阳极、b为阴极;根据离子放电顺序,阴极电极反应为2H++2e-H2↑,阳极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O,总电解反应为电解水型。由以上分析A错误;阳极区氢氧根放电,放氧生酸pH降低,所以B错误;阴极区氢离子放电导致电荷不守恒,多余的A2-通过阴离子交换膜进入浓缩室平衡电荷,所以C正确;D项由于没有限定“标准状况”,所以4.48 L无意义,因此D错误。注意:D项如有说明是“标准状况”,则应通过计算来判断正误。由于此题属于电解水型,相当于是溶液浓缩类计算,浓缩过程中水减少,溶质不变,8.3 g/L对苯二甲酸溶液换算成物质的量浓度约为0.05 mol/L,浓度提高一倍,则溶液体积减小一半(近似认为溶液体积减少就是水的体积),所以电解掉的水为100 mL(即 100 g),再根据总电解方程式:2H2O2H2↑+O2↑,生成H2的物质的量为≈5.6 mol氢气,5.6 mol H2标准状况下体积为125.44 L。这里要特别提醒,选择题里一般不会出现特别复杂的计算。如果发现某个选项需要特别复杂的计算,一般可以不予考虑该选项(通常会有比较简单的方法排除该选项)。

1.(2018·安徽宿州模拟)如图为光伏发电电解甲基肼[CH3—NH—NH2]制氢的装置示意图(电解池中交换膜仅阻止气体通过,a、b极均为惰性电极)。下列叙述中正确的是(　D　)

A.N型半导体为正极,P型半导体为负极

B.制氢装置溶液中电子从a极流向b极

C.工作时,产生的N2、H2体积比为1∶3(同温同压)

D.工作时,a极的电极反应式为CH3—NH—NH2+12OH--10e-C+N2↑+9H2O

解析:a极发生氧化反应,放出氮气,所以a是阳极,则P型半导体为正极,故A错误;电解质溶液中没有电子流动,故B错误;根据阳极反应式:CH3—NH—NH2+12OH--10e-C+N2↑+9H2O,生成1 mol氮气转移10 mol电子,生成1 mol氢气转移2 mol电子,根据得失电子守恒,产生的N2、H2体积比为1∶5,故C错误;工作时,a极是阳极,电极反应式为CH3—NH—NH2+12OH--10e-C+N2↑+9H2O,故D正确。

2.

(2018·甘肃靖远模拟)利用电化学原理还原CO2制取ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应),下列说法正确的是(　D　)

A.可用H2SO4溶液作电解液

B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性

C.Pb电极的电极反应式是2CO2-2e-C2

D.工作电路中每流过0.02 mol电子,Zn电极质量减轻0.65 g

解析:锌在阳极失电子,发生Zn-2e-Zn2+;Pb电极上二氧化碳得电子发生还原反应:2CO2+2e-C2;金属锌可以和硫酸反应,离子交换膜允许部分离子通过,根据电极反应式并结合电子守恒来回答问题。

如果用硫酸溶液作电解液,溶液中氢离子会在阴极得电子生成氢气,影响2CO2+2e-C2反应的发生,A错误;用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开,它具有选择透过性,只允许氢离子透过,其他离子难以透过,B错误;Pb电极为阴极,发生还原反应:2CO2+2e-C2,C错误;锌电极为阳极,发生氧化反应:Zn-2e-Zn2+,当电路中每流过0.02 mol电子,消耗锌的量为0.01 mol,质量为0.65 g,D正确。

3.(2018·吉林实验中学模拟)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的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a为阳离子交换膜

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的H2生成

D.浓缩室得到1 L 0.5 mol/L的盐酸时,阴极回收得到11.8 g镍

解析:阳极区域是稀硫酸,阳极氢氧根离子失电子生成氧气,氢离子通过交换膜a进入浓缩室,所以交换膜a为阳离子交换膜,故A正确;阳极反应式为2H2O-4e-O2+4H+,故B正确;阴极发生还原反应,酸性强时主要是氢离子发生还原反应生成氢气,酸性弱时主要是Ni2+发生还原反应生成Ni,故C正确;浓缩室得到1 L 0.5 mol/L 的盐酸时,转移电子0.4 mol,阴极生成镍和氢气,所以阴极回收得到镍小于11.8 g,故D不正确。

【教师用书备用】 臭氧是常见的强氧化剂,广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多,其中高压放电法和电解纯水法原理如图所示,下列有关说法不正确的是(　D　)

A.高压放电法,反应的原理为3O22O3

B.高压放电出来的空气中,除含臭氧外还含有氮的氧化物

C.电解纯水时,电极b周围发生的电极反应有6OH--6e-O3↑+3H2O和4OH--4e-O2↑+2H2O

D.电解水时,H+由电极a经聚合电解质薄膜流向电极b

解析:由高压放电法原理图可知,氧气在放电的条件下生成臭氧,高压放电法反应的原理为3O22O3,故A正确;空气中含有氮气与氧气,在高压放电条件下可以反应生成NO等,故B正确;由电解纯水法原理图可知,b电极发生氧化反应,生成氧气、臭氧,同时有氢离子生成,电极b周围发生的电极反应有3H2O-6e-O3+6H+或6OH--6e-O3↑+3H2O,2H2O-4e-O2↑+4H+或4OH--4e-O2↑+2H2O,故C正确;a电极生成氢气,H+在a电极放电,H+由电极b经聚合固体电解质膜流向电极a,故D不正确。

考向3　电化学原理综合应用

(对应学生用书第21~23页)

1.金属腐蚀与防护

(1)金属腐蚀本质:金属没有负价,所以金属腐蚀本质就是金属失电子被氧化的过程:M-xe-Mx+。

(2)金属腐蚀类型:①化学腐蚀;②电化学腐蚀(又分为原电池腐蚀、电解原理腐蚀)

(3)金属防腐原理:①涂覆保护层:原理是隔离氧化剂与还原剂(金属);②电化学保护:根据原电池、电解池原理知,原电池负极发生氧化反应、电解池阳极发生氧化反应,据此我们知道金属原电池腐蚀是因为被腐蚀金属作了负极,电解腐蚀是因为被腐蚀金属作了阳极。电化学保护原理也就是让金属作原电池正极或作电解池阴极即可。其中利用原电池原理防护方法称牺牲阳极保护法,利用电解池原理防护方法称阴极电保护法;③加入Ni、Cr把铁制成不锈钢改变金属内部结构。

2.原电池、电解池串并联装置:这类题目要充分运用物理学科中的思想进行分析。

3.电化学综合计算

(1)注意串联的原电池或电解池各个电极放电量相等的基本等量关系。

(2)注意能量与电量的不同,转移电量相同不代表消耗或释放能量相同。因为I=q/t,所以W=I2Rt=R,电量q一定时,电功多少与时间t有关。

(3)电化学计算一般比较复杂,耗时较多,所以遇到此类问题时可把选项暂时放一放,或利用排除法进行筛选。

【例1】 (2018·江西南昌模拟)下列装置由甲、乙两部分组成(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;乙是利用装置甲模拟工业电解法来处理含Cr2废水,电解过程中溶液发生反应:Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O。当电池工作时,下列说法错误的是(　B　)

A.甲中H+透过质子交换膜由左向右移动

B.乙池中Fe棒应与甲池中的M极相连

C.M极电极反应式:H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+

D.若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则电路中至少转移了0.06 mol电子

精讲精析: 根据图知,N电极上氧气得电子生成水,该电极上得电子发生还原反应,为正极,M为负极,电解质溶液中阳离子向正极移动,即甲中H+透过质子交换膜由左向右移动,A正确;根据方程式知,乙中Fe失电子生成亚铁离子,则Fe作阳极,C作阴极,阴极连接原电池负极,阳极连接原电池正极,则Fe与N极相连,B错误;根据图知,M电极上生成氢离子,甲是将废水中乙二胺氧化为环境友好物质形成的化学电源,生成含有N元素的物质是氮气,生成含有C元素的物质是二氧化碳,因此电极反应式为H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+,C正确;Cr2+6Fe2++14H+2Cr3++6Fe3++7H2O中以Fe元素计算转移电子数=6×(3-2)=6,即消耗1 mol Cr2,电路中至少转移了6 mol电子,所以溶液中减少了0.01 mol Cr2,则电路中至少转移了0.06 mol电子,D正确。注意:D需要计算,可以先不考虑该项,从三个选项中加以考虑筛选,这样可以提高解题速度。

【例2】 (2018·广东东莞模拟)近年来,我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图。下列说法正确的是(　B　)

A.阴极电极反应为4OH--4e-O2↑+2H2O

B.阳极电极反应为Zn-2e-Zn2+

C.该装置为牺牲阳极的阴极保护法

D.绝缘子表面产生的OH-向阴极移动

精讲精析:阴极电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,选项A错误;阳极锌失电子产生锌离子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,选项B正确;该装置为外加电源的阴极保护法,选项C错误;电解池中绝缘子表面产生的OH-向阳极移动,选项D错误。金属腐蚀与防护类型题目较为简单,做好此类题的关键是细心,四个选项都要仔细比对,权衡后作出最有把握的判断,绝不能匆匆一看就作出解答,不能轻视。

1.(2018·北京卷,12)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)。

下列说法不正确的是(　D　)

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:实验②中加入K3[Fe(CN)6],溶液无明显变化,说明溶液中没有Fe2+;实验③中加入K3[Fe(CN)6],生成蓝色沉淀,说明溶液中有Fe2+,A正确;对比①②可知,①中 K3[Fe(CN)6] 可能将Fe氧化成Fe2+,Fe2+再与 K3[Fe(CN)6] 反应生成蓝色沉淀,B正确;由以上分析可知,验证Zn保护Fe时,可以用②③做对比实验,不能用①的方法,C正确; K3[Fe(CN)6] 可将单质铁氧化为Fe2+,Fe2+与 K3[Fe(CN)6] 生成蓝色沉淀,附着在Fe表面,无法判断铁比铜活泼,D不正确。

2.(2018·北京东城区模拟)利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。

下列说法不正确的是(　B　)

A.上述正极反应均为O2+2H2O+4e-4OH-

B.在不同溶液中,Cl-是影响吸氧腐蚀速率的主要因素

C.向实验④中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快

D.在300 min内,铁钉的平均吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液

解析:铁钉发生电化学吸氧腐蚀的正极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,故A正确;通过图像中曲线对比可以看出,N的存在是影响吸氧腐蚀速率的主要因素,氯离子对吸氧腐蚀速率影响不大,故B不正确;根据图像,N存在会加快吸氧腐蚀速率,所以向实验④中加入少量(NH4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快,故C正确;N水解溶液显酸性,结合图像可知酸性溶液中铁钉的平均吸氧腐蚀速率大于中性溶液,故D正确。

3.(2018·山东济南模拟)为实现节能减排,氯碱工业中相关物料的传输与转化关系如图所示(电极均为惰性电极,图中未标出)。下列说法中正确的是(　C　)

A.A1区域为阴极区,电解过程中,溶液pH增大

B.B2区域中发生的电极反应为O2+4H++4e-2H2O

C.若两池中所用离子膜类型相同,则a<b

D.利用整套装置最终获得的产品是氢气、氧气和烧碱

解析:在电解池中生成的物质只能是氢氧化钠、氢气和氯气,由图示得到Y要进入燃料电池,所以Y为氢气,X为氯气。则A1区域为电解池的阳极区,选项A错误;燃料电池的电解质溶液为氢氧化钠溶液,所以正极上应该是氧气得电子生成氢氧根离子的反应,选项B错误;电解饱和食盐水应该用阳离子交换膜,所以燃料电池中也是阳离子交换膜,在B装置中就是Na+透过阳离子交换膜由左向右进入装置B2区域中,同时B2中应该是氧气得电子生成氢氧根离子,所以B2区域中氢氧化钠浓度会增大,选项C正确;整套装置中的氢气在燃料电池中被消耗了,所以氢气不是最终产物,选项D错误。

【教师用书备用】 利用电化学原理将有机废水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]转化为无毒物质的原理示意图如图1所示,同时利用该装置再实现镀铜工艺示意图如图2所示,当电池工作时,下列说法正确的是(　C　)

A.图1中H+透过质子交换膜由右向左移动

B.工作一段时间后,图2中CuSO4溶液浓度减小

C.当Y电极消耗0.5 mol O2时,铁电极增重64 g

D.X电极反应式:H2N(CH2)2NH2+4H2O+16e-2CO2↑+N2↑+16H+

解析:图1是原电池,Y电极上氧气被还原生成水,所以Y是正极,氢离子移向正极,H+透过质子交换膜由左向右移动,故A错误;图2是电镀池,CuSO4溶液浓度不变,故B错误;当Y电极消耗0.5 mol O2时,转移电子 2 mol,根据转移电子数,铁电极生成1 mol铜,电极增重64 g,故C正确;X是负极,失电子发生氧化反应,电极反应式是 H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2↑+N2↑+16H+,故D错误。