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高考化学（重庆）二轮复习课件：专题九 电化学基础
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这是一份高考化学（重庆）二轮复习课件：专题九 电化学基础，共60页。PPT课件主要包含了专题九电化学基础，答案C，自发进行，设计的原电池为，答案D，答案B，燃料电池的分析思路，答案A，CuO或CuCO3，解题流程等内容，欢迎下载使用。
[最新考纲]1．了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
考点一 原电池的工作原理及新型化学电源的分析[重温真题·考情]1．(2014·北京理综，8)下列电池工作时，O2在正极放电的是( )。
解析 A项，锌锰电池正极上是MnO2得电子，错误；B项，氢燃料电池正极上是O2放电，正确；C项，铅蓄电池正极上是PbO2放电，错误；D项，镍镉电池正极上是NiO(OH)得电子，错误。答案 B
2．(2014·课标卷Ⅱ，12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )。
高考定位以新型化学电源为命题背景考查原电池的结构和工作原理的题型是高考的热点。通常考查的知识点是原电池电极的判断、电极和电池反应式的书写、电子的转移或电流方向的判断、电解质溶液中离子的移动方向及有关简单计算，在选择题和非选择题中均有考查。
[知能突破·考点]1．原电池的结构及工作原理
2．判定原电池的四个角度(1)观察电极——两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；(2)观察溶液——两极插入溶液中；(3)观察回路——形成闭合回路或两极直接接触；(4)观察本质——原电池反应是自发的氧化还原反应。
3．原电池原理的应用(1)用于金属的防护把被保护的金属制品与 金属连接在一起，被保护金属作 极，活泼金属作 极，从而使金属制品得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。(2)加快氧化还原反应的速率一个 的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率 。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
2．如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。
(1)若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为______，负极上的电极反应式为____________________________。(2)若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生______反应(填“氧化”或“还原”)，负极上的电极反应式为_____________。(3)若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为___________，正极上的电极反应式为___________________。(4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑___________________。
原电池正、负极判断的“五个角度”
——————[思维建模]—————
图Ⅰ 图Ⅱ
4．[2013·广东理综，33(2)]能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________________________________。(3)甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________。
解析 (1)根据题给条件和原电池的构成条件可得：①若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。②若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。③注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。
(2)由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。(3)带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。
答案 (1) (或其他合理答案)(2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出(3)甲 在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能
———————[总结归纳]———————
题组三 不同“介质”燃料电池电极反应式的书写5．据报道，以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为＋3价)和H2O2作原料的燃料电池可用作空军通信卫星电源，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )。
6．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示。(1)判断电极名称：电极(Ⅰ)为________，理由是_______________；电极(Ⅱ)为______，理由是____________。(2)微生物燃料电池需要选择合适的温度，理由是_______。
(3)写出该微生物燃料电池的电极反应式：电极(Ⅰ)反应式为______________；电极(Ⅱ)反应式为_____________。(4)“质子交换膜”允许溶液中H＋向______(电极名称)迁移，理由是__________________。(5)若该电池生成2.24 L CO2(标准状况)，转移电子的物质的量为______。(6)燃料电池中，助燃剂(氧化剂)不一定是氧气。例如，以铂为电极，氢气－氯气在KOH溶液中构成燃料电池，该燃料电池中负极反应式为__________________。燃料电池的总反应方程式为____________________。
解析 (1)根据图示知，电极(Ⅰ)区域：通入氧气，排出水。O2→H2O：氧元素由0价降至－2价，氧元素的化合价降低，发生还原反应。在原电池中，正极发生还原反应，故电极(Ⅰ)为正极；电极(Ⅱ)区域：在微生物作用下，葡萄糖转化成二氧化碳。C6H12O6→CO2，葡萄糖中碳元素的平均化合价为0，二氧化碳中碳元素的化合价为＋4价，碳元素的化合价升高，发生了氧化反应。在原电池中，负极发生氧化反应，电极(Ⅱ)为负极。
(2)微生物燃料电池工作效率由微生物的活性决定，在高温下微生物(主要由蛋白质组成)会发生变性，失去活性；温度太低也影响微生物的活性，导致电池工作效率低。(3)正极区，氧气得电子变成氧离子，氧离子与H＋结合生成水；负极区，葡萄糖失去电子，生成二氧化碳和H＋，正极、负极得失电子总数相等。(4)负极发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向正极，所以负极区带正电荷，正极区带负电荷，H＋向正极区迁移，即向电极(Ⅰ)区迁移。
———————[思维建模]——————
2．(1)[2014·重庆，11，(4)]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)。
(2)[2014·全国新课标Ⅰ，27(4)]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：_______________。
高考定位电解的原理及应用是高考的热点内容，常借助于电解在工农业生产中的实际应用考查电源正负极、电解池阴阳极的判断、电极和电解池反应式的书写、电极附近溶液酸碱性的变化，微粒的放电规律及电解质溶液中离子的移动方向、电解产物的判断及其有关简单计算等，多在选择题中出现，非选择题中也有考查。
[知能突破·考点]1．电解池的工作原理
2．正确判断电极产物(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的放电能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>H＋(水)。
3．电解规律(惰性电极)
4.电解质溶液的复原电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析，即“出来什么，加入什么”，一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入复原。
[题组训练·考能]题组一 电解原理及其规律1．图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板的质量增加，b极板处有无色、无臭气体放出，符合这一情况的是( )。
解析 通电后a极板的质量增加，表明溶液中的金属阳离子在a极板上放电而析出金属单质，故a极板是阴极，x极是负极，故C错；A中a极板上有Cu析出而增重，b极板上由于 OH－放电而放出无色、无臭的O2，故A正确；B中电解液为NaOH溶液，通电后a极板上应放出H2而不会增重，B错；D中b极板上Cl－放电生成黄绿色、有刺激性气味的Cl2，故D错。答案 A
2．(2014·重庆黔江中学模拟)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融的CaF2－CaO作电解质，利用如图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中，正确的是( )。
1．分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。2．剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。3．注意放电顺序。4．书写电极反应，注意得失电子守恒。
———————[失分防范]——————
题组二 电解质原理的工业应用3．[2011·重庆理综，29(3)]臭氧是一种强氧化剂，常用于消毒、灭菌等。O3可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。
4．(2014·北京理综，28)用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的溶液，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 ml·L－1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):
(1)用KSCN溶液检验出Fe3＋的现象是________________。(2)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：________________。(3)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。 (4)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NaCl溶液做对照实验，记录如下：
①NaCl溶液的浓度是________ml·L－1。②Ⅳ中检测Cl2的实验方法_________________________。③与Ⅱ对比，得出的结论(写出两点)：________________。
有关电解池电极反应式的书写及解题流程1．电极反应式书写
—————————[练后建模]————————
考点三 金属的腐蚀与防护[重温真题·考情]1．(2013·北京理综，7)下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( )。A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护栏表面涂漆C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块
解析 A项，水中钢闸门连接电源的负极，即作为电化学保护装置的阴极，使其不发生失电子反应而被保护，正确；B项和C项都属于外加防护层的防腐方法，B、C两项不符合题意，错误；D项，属于牺牲阳极的阴极保护法，错误。答案 A
2．(2014·福建理综，24节选)铁及其化合物与生产、生活关系密切。右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。①该电化腐蚀称为________。②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是______(填字母)。
解析 ①海水接近于中性，则铁闸发生的是吸氧腐蚀。②表面海水中O2浓度较大，腐蚀的较快，故B点产生的铁锈最多。答案 ①吸氧腐蚀 ②B
高考定位有关金属的腐蚀与防护的考查在高考中也时有出现。多考查腐蚀的原理、腐蚀类型、电极反应式、常用的防护方法、以及金属腐蚀的快慢规律等，多以选择题形式出现，难度不大。
[知能突破·考点]1．析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
2.腐蚀快慢的比较①一般来说电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。②对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。③活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀 。④对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率 。
3．两种保护方法(1)加防护层如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料防护层；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或氧化物薄膜。(2)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理： 极为被保护的金属； 极为比被保护的金属活泼的金属；②外加电流的阴极保护法——电解原理； 极为被保护的金属， 极为惰性电极。
[题组训练·考能]题组一 金属的腐蚀的分析与判断 1．(2014·重庆永川中学模拟检测)下列关于化学腐蚀与电化学腐蚀的说法中，错误的是( )。A．均是被腐蚀的金属失去电子的过程B．均是需要有氧气参加的反应C．化学腐蚀与电化学腐蚀往往是同时发生的D．在无水环境中的腐蚀一般不属于电化学腐蚀
解析 如在化学腐蚀中，一些金属可直接被氯气、硫酸等腐蚀，B错误；电化学腐蚀通常需要有电解质溶液存在的条件下才能进行，D正确。答案 B
2．(2014·重庆云阳中学模拟)如图是用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图，若将该零件置于潮湿空气中，下列说法正确的是( )。
题组二 常见金属腐蚀的防护方法3．我国目前正在建造新型航母，已知航空母舰的主体是钢铁，如何减弱舰体的腐蚀成为急需攻克的一个课题，某同学设计如图实验，请根据铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中被腐蚀的快慢，判断在母舰舰体上最好嵌上的固体应为( )。A．碳 B．锌 C．铁 D．铜
解析 钢铁表面嵌上碳或铜时均会加速钢铁的腐蚀，嵌上铁起不到防腐蚀的效果，嵌上固体锌时，锌作负极，能起到保护铁的作用。答案 B
4．(2014·绵阳二诊)利用图中装置，可以模拟铁的电化学防护。下列有关说法正确的是 ( )。A．若X为碳棒，开关K置于M处，达到防护铁闸门的目的B．若X为碳棒，开关K置于N处比未闭合时铁闸门腐蚀得更快C．若X为碳棒，开关K置于N处，一段时间后，该海水中滴加K3[Fe(CN)6]溶液无明显现象D．若X为锌棒，开关K置于M处，一段时间后，该海水中滴加KSCN溶液，混合液显红色
解析 A项，若X为碳棒，开关K置于M处，则Fe、C、海水构成原电池，Fe失电子；若X为碳棒，K置于N处时构成电解池，铁闸门作阴极被保护，无Fe2＋产生，滴加K3[Fe(CN)6]溶液无明显现象，B错误，C正确；D项，若X为锌棒，开关K置于M处，构成原电池，锌作负极，铁闸门被保护无Fe2＋产生，所以溶液中也无Fe3＋，则滴加KSCN溶液无明显现象，错误。答案 C
1．干燥环境下以化学腐蚀为主，一般情况下以电化学腐蚀为主。2．铁作电极时，一般转化为Fe2＋。3．在分析原电池反应时，不可忽视金属腐蚀时正极有氧气参与，如Fe－C－NaCl溶液从能量的角度分析此装置不能形成原电池，但考虑到吸氧腐蚀，问题就能迎刃而解。
—————————[易错提醒]————————
2．(2012·海南化学，16)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为_________、_______。(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是____________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_________________________。(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为________(法拉第常数F＝9.65×104 C·ml－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
高考定位有关电化学的定量计算常见的命题角度有电极产物的计算、电解质溶液pH的计算及其电子转移的计算等，该考点常作为高考选择题中的一个选项或非选择题的一个填空，一般较为简单，且规律性、方法性较强。解题的关键是正确把握电极产物与电子转移的关系，利用电子转移守恒进行计算。
[知能突破·考点]原电池和电解池的定量计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算，以及与转移电子关系的定量计算等。常见计算方法有：(1)根据电子守恒计算用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用该关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示 在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
[题组训练·考能] 1．按右图所示的装置进行电解实验，A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极的质量增加7.68 g，溶液的质量增加0.03 g，则铜锌合金中Cu、Zn原子的个数比为( )。 A．3∶1 B．4∶1 C．2∶1 D．任意比
2．如图所示，A池用石墨电极电解pH＝13氢氧化钠溶液(100 mL)，B池c电极为纯铜，d电极为粗铜(含有杂质Fe、Ag)，溶液是足量CuSO4溶液，通电一段时间后停止，A池a极产生的气体在标准状况下为2.24 L，则下列说法正确的是( )。A．d电极质量一定减少6.4 gB．c电极质量一定增加6.4 gC．A池pH不变D．A池溶液质量减少3.6 g
3．用惰性电极电解200 mL一定浓度的硫酸铜溶液，实验装置如图①所示，电解过程中的实验数据如图②所示，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。
(2)如果要使溶液恢复到电解前的状态，向溶液中加入0.8g CuO即可，则电解后溶液的pH为______。(3)如果向所得的溶液中加入0.1 ml Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为______ml。(4)如果向所得的溶液中加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为______ml。
(1)无“外接电源”的电解池的“串联”问题，主要是根据“原电池”的形成条件判断“电源”的正、负极，从而判断电解池阴、阳极。(2)有“外接电源”的电解池的“串联”问题，主要是根据“电极现象”判断阴、阳极，从而判断电源的正、负极，进一步判断其它“电解池”的阴、阳极。
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可充电电池的分析及电极反应式的书写技巧【示例】镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。有一种镁二次电池的反应为xMg＋M3S4 MgxM3S4。下列说法错误的是 ( )。
(2)充电电极反应书写充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。
总结简单电极先写出，复杂反应相减得。负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极。
课间活动请同学们注意安全
[最新考纲]1．了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3．理解金属发生电化学腐蚀的原因，金属腐蚀的危害，防止金属腐蚀的措施。
考点一 原电池的工作原理及新型化学电源的分析[重温真题·考情]1．(2014·北京理综，8)下列电池工作时，O2在正极放电的是( )。
解析 A项，锌锰电池正极上是MnO2得电子，错误；B项，氢燃料电池正极上是O2放电，正确；C项，铅蓄电池正极上是PbO2放电，错误；D项，镍镉电池正极上是NiO(OH)得电子，错误。答案 B
2．(2014·课标卷Ⅱ，12)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( )。
高考定位以新型化学电源为命题背景考查原电池的结构和工作原理的题型是高考的热点。通常考查的知识点是原电池电极的判断、电极和电池反应式的书写、电子的转移或电流方向的判断、电解质溶液中离子的移动方向及有关简单计算，在选择题和非选择题中均有考查。
[知能突破·考点]1．原电池的结构及工作原理
2．判定原电池的四个角度(1)观察电极——两极为导体且存在活泼性差异(燃料电池的电极一般为惰性电极)；(2)观察溶液——两极插入溶液中；(3)观察回路——形成闭合回路或两极直接接触；(4)观察本质——原电池反应是自发的氧化还原反应。
3．原电池原理的应用(1)用于金属的防护把被保护的金属制品与 金属连接在一起，被保护金属作 极，活泼金属作 极，从而使金属制品得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。(2)加快氧化还原反应的速率一个 的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率 。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
2．如图是某同学设计的一个简易的原电池装置，回答下列问题。
(1)若a为镁、b为CuCl2，则正极材料为______，负极上的电极反应式为____________________________。(2)若a为镁、b为NaOH，则Mg极上发生______反应(填“氧化”或“还原”)，负极上的电极反应式为_____________。(3)若a为铜、b为浓硝酸，则电流的方向为___________，正极上的电极反应式为___________________。(4)上述事实表明，确定原电池中电极的类型时，不仅要考虑电极材料本身的性质，还要考虑___________________。
原电池正、负极判断的“五个角度”
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图Ⅰ 图Ⅱ
4．[2013·广东理综，33(2)]能量之间可相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池甲的装置示意图(见上图)，并作相应标注，要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极__________________________________。(3)甲乙两种原电池可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________。
解析 (1)根据题给条件和原电池的构成条件可得：①若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)组成原电池，Zn作负极，Cu作正极，Zn插入到ZnSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。②若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)组成原电池，Fe作负极，Cu作正极，Fe插入到FeSO4(aq)中，Cu插入到CuSO4(aq)中。③注意，画图时要注意电极名称，电极材料，电解质溶液名称(或化学式)，并形成闭合回路。
(2)由于金属活动性Zn＞Fe＞Cu，锌片或铁片作负极，由于Zn或Fe直接与CuSO4溶液接触，工作一段时间后，负极逐渐溶解，表面有红色固体析出。(3)带有盐桥的甲原电池中负极没有和CuSO4溶液直接接触，二者不会直接发生置换反应，化学能不会转化为热能，几乎全部转化为电能；而原电池乙中的负极与CuSO4溶液直接接触，两者会发生置换反应，部分化学能转化为热能，化学能不可能全部转化为电能。
答案 (1) (或其他合理答案)(2)电极逐渐溶解，表面有红色固体析出(3)甲 在甲装置中，负极不和Cu2＋接触，避免了Cu2＋直接与负极发生反应而使化学能转化为热能
———————[总结归纳]———————
题组三 不同“介质”燃料电池电极反应式的书写5．据报道，以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为＋3价)和H2O2作原料的燃料电池可用作空军通信卫星电源，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )。
6．以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构如图所示。(1)判断电极名称：电极(Ⅰ)为________，理由是_______________；电极(Ⅱ)为______，理由是____________。(2)微生物燃料电池需要选择合适的温度，理由是_______。
(3)写出该微生物燃料电池的电极反应式：电极(Ⅰ)反应式为______________；电极(Ⅱ)反应式为_____________。(4)“质子交换膜”允许溶液中H＋向______(电极名称)迁移，理由是__________________。(5)若该电池生成2.24 L CO2(标准状况)，转移电子的物质的量为______。(6)燃料电池中，助燃剂(氧化剂)不一定是氧气。例如，以铂为电极，氢气－氯气在KOH溶液中构成燃料电池，该燃料电池中负极反应式为__________________。燃料电池的总反应方程式为____________________。
解析 (1)根据图示知，电极(Ⅰ)区域：通入氧气，排出水。O2→H2O：氧元素由0价降至－2价，氧元素的化合价降低，发生还原反应。在原电池中，正极发生还原反应，故电极(Ⅰ)为正极；电极(Ⅱ)区域：在微生物作用下，葡萄糖转化成二氧化碳。C6H12O6→CO2，葡萄糖中碳元素的平均化合价为0，二氧化碳中碳元素的化合价为＋4价，碳元素的化合价升高，发生了氧化反应。在原电池中，负极发生氧化反应，电极(Ⅱ)为负极。
(2)微生物燃料电池工作效率由微生物的活性决定，在高温下微生物(主要由蛋白质组成)会发生变性，失去活性；温度太低也影响微生物的活性，导致电池工作效率低。(3)正极区，氧气得电子变成氧离子，氧离子与H＋结合生成水；负极区，葡萄糖失去电子，生成二氧化碳和H＋，正极、负极得失电子总数相等。(4)负极发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向正极，所以负极区带正电荷，正极区带负电荷，H＋向正极区迁移，即向电极(Ⅰ)区迁移。
———————[思维建模]——————
2．(1)[2014·重庆，11，(4)]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)。
(2)[2014·全国新课标Ⅰ，27(4)]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：_______________。
高考定位电解的原理及应用是高考的热点内容，常借助于电解在工农业生产中的实际应用考查电源正负极、电解池阴阳极的判断、电极和电解池反应式的书写、电极附近溶液酸碱性的变化，微粒的放电规律及电解质溶液中离子的移动方向、电解产物的判断及其有关简单计算等，多在选择题中出现，非选择题中也有考查。
[知能突破·考点]1．电解池的工作原理
2．正确判断电极产物(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的放电能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Pb2＋>Fe2＋>H＋(水)。
3．电解规律(惰性电极)
4.电解质溶液的复原电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析，即“出来什么，加入什么”，一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入复原。
[题组训练·考能]题组一 电解原理及其规律1．图中x、y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板的质量增加，b极板处有无色、无臭气体放出，符合这一情况的是( )。
解析 通电后a极板的质量增加，表明溶液中的金属阳离子在a极板上放电而析出金属单质，故a极板是阴极，x极是负极，故C错；A中a极板上有Cu析出而增重，b极板上由于 OH－放电而放出无色、无臭的O2，故A正确；B中电解液为NaOH溶液，通电后a极板上应放出H2而不会增重，B错；D中b极板上Cl－放电生成黄绿色、有刺激性气味的Cl2，故D错。答案 A
2．(2014·重庆黔江中学模拟)研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融的CaF2－CaO作电解质，利用如图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂还原二氧化钛制备金属钛。下列说法中，正确的是( )。
1．分清阴、阳极，与电源正极相连的为阳极，与电源负极相连的为阴极，两极的反应为“阳氧阴还”。2．剖析离子移向，阳离子移向阴极，阴离子移向阳极。3．注意放电顺序。4．书写电极反应，注意得失电子守恒。
———————[失分防范]——————
题组二 电解质原理的工业应用3．[2011·重庆理综，29(3)]臭氧是一种强氧化剂，常用于消毒、灭菌等。O3可由臭氧发生器(原理如图)电解稀硫酸制得。
4．(2014·北京理综，28)用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的溶液，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 ml·L－1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):
(1)用KSCN溶液检验出Fe3＋的现象是________________。(2)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：________________。(3)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。 (4)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NaCl溶液做对照实验，记录如下：
①NaCl溶液的浓度是________ml·L－1。②Ⅳ中检测Cl2的实验方法_________________________。③与Ⅱ对比，得出的结论(写出两点)：________________。
有关电解池电极反应式的书写及解题流程1．电极反应式书写
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考点三 金属的腐蚀与防护[重温真题·考情]1．(2013·北京理综，7)下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是( )。A．水中的钢闸门连接电源的负极B．金属护栏表面涂漆C．汽车底盘喷涂高分子膜D．地下钢管连接镁块
解析 A项，水中钢闸门连接电源的负极，即作为电化学保护装置的阴极，使其不发生失电子反应而被保护，正确；B项和C项都属于外加防护层的防腐方法，B、C两项不符合题意，错误；D项，属于牺牲阳极的阴极保护法，错误。答案 A
2．(2014·福建理综，24节选)铁及其化合物与生产、生活关系密切。右图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。①该电化腐蚀称为________。②图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是______(填字母)。
解析 ①海水接近于中性，则铁闸发生的是吸氧腐蚀。②表面海水中O2浓度较大，腐蚀的较快，故B点产生的铁锈最多。答案 ①吸氧腐蚀 ②B
高考定位有关金属的腐蚀与防护的考查在高考中也时有出现。多考查腐蚀的原理、腐蚀类型、电极反应式、常用的防护方法、以及金属腐蚀的快慢规律等，多以选择题形式出现，难度不大。
[知能突破·考点]1．析氢腐蚀和吸氧腐蚀的比较
2.腐蚀快慢的比较①一般来说电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。②对同一金属来说，腐蚀的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。③活泼性不同的两种金属，活泼性差别越大，腐蚀 。④对同一种电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀的速率 。
3．两种保护方法(1)加防护层如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料防护层；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属或氧化物薄膜。(2)电化学防护①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理： 极为被保护的金属； 极为比被保护的金属活泼的金属；②外加电流的阴极保护法——电解原理； 极为被保护的金属， 极为惰性电极。
[题组训练·考能]题组一 金属的腐蚀的分析与判断 1．(2014·重庆永川中学模拟检测)下列关于化学腐蚀与电化学腐蚀的说法中，错误的是( )。A．均是被腐蚀的金属失去电子的过程B．均是需要有氧气参加的反应C．化学腐蚀与电化学腐蚀往往是同时发生的D．在无水环境中的腐蚀一般不属于电化学腐蚀
解析 如在化学腐蚀中，一些金属可直接被氯气、硫酸等腐蚀，B错误；电化学腐蚀通常需要有电解质溶液存在的条件下才能进行，D正确。答案 B
2．(2014·重庆云阳中学模拟)如图是用铁铆钉固定两个铜质零件的示意图，若将该零件置于潮湿空气中，下列说法正确的是( )。
题组二 常见金属腐蚀的防护方法3．我国目前正在建造新型航母，已知航空母舰的主体是钢铁，如何减弱舰体的腐蚀成为急需攻克的一个课题，某同学设计如图实验，请根据铁处于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种不同的环境中被腐蚀的快慢，判断在母舰舰体上最好嵌上的固体应为( )。A．碳 B．锌 C．铁 D．铜
解析 钢铁表面嵌上碳或铜时均会加速钢铁的腐蚀，嵌上铁起不到防腐蚀的效果，嵌上固体锌时，锌作负极，能起到保护铁的作用。答案 B
4．(2014·绵阳二诊)利用图中装置，可以模拟铁的电化学防护。下列有关说法正确的是 ( )。A．若X为碳棒，开关K置于M处，达到防护铁闸门的目的B．若X为碳棒，开关K置于N处比未闭合时铁闸门腐蚀得更快C．若X为碳棒，开关K置于N处，一段时间后，该海水中滴加K3[Fe(CN)6]溶液无明显现象D．若X为锌棒，开关K置于M处，一段时间后，该海水中滴加KSCN溶液，混合液显红色
解析 A项，若X为碳棒，开关K置于M处，则Fe、C、海水构成原电池，Fe失电子；若X为碳棒，K置于N处时构成电解池，铁闸门作阴极被保护，无Fe2＋产生，滴加K3[Fe(CN)6]溶液无明显现象，B错误，C正确；D项，若X为锌棒，开关K置于M处，构成原电池，锌作负极，铁闸门被保护无Fe2＋产生，所以溶液中也无Fe3＋，则滴加KSCN溶液无明显现象，错误。答案 C
1．干燥环境下以化学腐蚀为主，一般情况下以电化学腐蚀为主。2．铁作电极时，一般转化为Fe2＋。3．在分析原电池反应时，不可忽视金属腐蚀时正极有氧气参与，如Fe－C－NaCl溶液从能量的角度分析此装置不能形成原电池，但考虑到吸氧腐蚀，问题就能迎刃而解。
—————————[易错提醒]————————
2．(2012·海南化学，16)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
回答下列问题：(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为_________、_______。(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是____________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为_________________________。(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为________(法拉第常数F＝9.65×104 C·ml－1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
高考定位有关电化学的定量计算常见的命题角度有电极产物的计算、电解质溶液pH的计算及其电子转移的计算等，该考点常作为高考选择题中的一个选项或非选择题的一个填空，一般较为简单，且规律性、方法性较强。解题的关键是正确把握电极产物与电子转移的关系，利用电子转移守恒进行计算。
[知能突破·考点]原电池和电解池的定量计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算，以及与转移电子关系的定量计算等。常见计算方法有：(1)根据电子守恒计算用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 ml e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用该关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。提示 在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
[题组训练·考能] 1．按右图所示的装置进行电解实验，A极是铜锌合金，B极为纯铜，电解质中含有足量的铜离子。通电一段时间后，若A极恰好全部溶解，此时B极的质量增加7.68 g，溶液的质量增加0.03 g，则铜锌合金中Cu、Zn原子的个数比为( )。 A．3∶1 B．4∶1 C．2∶1 D．任意比
2．如图所示，A池用石墨电极电解pH＝13氢氧化钠溶液(100 mL)，B池c电极为纯铜，d电极为粗铜(含有杂质Fe、Ag)，溶液是足量CuSO4溶液，通电一段时间后停止，A池a极产生的气体在标准状况下为2.24 L，则下列说法正确的是( )。A．d电极质量一定减少6.4 gB．c电极质量一定增加6.4 gC．A池pH不变D．A池溶液质量减少3.6 g
3．用惰性电极电解200 mL一定浓度的硫酸铜溶液，实验装置如图①所示，电解过程中的实验数据如图②所示，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积(标准状况)。
(2)如果要使溶液恢复到电解前的状态，向溶液中加入0.8g CuO即可，则电解后溶液的pH为______。(3)如果向所得的溶液中加入0.1 ml Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为______ml。(4)如果向所得的溶液中加入0.1 ml Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为______ml。
(1)无“外接电源”的电解池的“串联”问题，主要是根据“原电池”的形成条件判断“电源”的正、负极，从而判断电解池阴、阳极。(2)有“外接电源”的电解池的“串联”问题，主要是根据“电极现象”判断阴、阳极，从而判断电源的正、负极，进一步判断其它“电解池”的阴、阳极。
———————[失误防范]———————
可充电电池的分析及电极反应式的书写技巧【示例】镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，镁电池放电时电压高且平稳，因此成为人们研制绿色电池所关注的重点。有一种镁二次电池的反应为xMg＋M3S4 MgxM3S4。下列说法错误的是 ( )。
(2)充电电极反应书写充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应为放电时的正极反应的逆过程，充电时的阴极反应为放电时的负极反应的逆过程。
总结简单电极先写出，复杂反应相减得。负极颠倒得阴极，正极颠倒得阳极。
课间活动请同学们注意安全
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