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专题09 化学能与电能——备战2022年高考化学之突破教材实验热点
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专题09 化学能与电能
1．原电池
（1）双液锌铜原电池
实验装置
单液锌铜原电池 双液锌铜原电池
实验原理
铜片（正极）：Cu2++2e－Cu（还原反应）
锌片（负极）：Zn－2e−Zn2+（氧化反应）
实验用品
ZnSO4溶液、CuSO4溶液；锌片、铜片、大烧杯、导线、电流表、盐桥
实验步骤
用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察现象
实验现象
有盐桥存在时，锌片表面逐渐失去光泽，铜片上逐渐覆盖一层光泽的亮红色物质，电流计指针偏转。没有盐桥时，电流计指针回零，锌片和铜片上均无变化
实验结论
盐桥中的电解质将两个烧杯中的溶液连成一个通路，并使氧化反应和还原反应完全分开在两个不同的区域进行，避免了电流损耗
实验说明
①盐桥通常是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。
②若使用单液锌铜原电池实验，除了上述现象外，溶液的温度会略微升高，化学能转化为电能和热能
（2）原电池工作原理图解
在原电池内部，两电极浸入电解质溶液中，并通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。放电时，负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成闭合回路。具体原理示意图如下：
（2）对原电池装置的认识
①从反应角度认识原电池
原电池中有电流通过，因此其中一定存在电子的得失，其总反应一定是氧化还原反应。当原电池工作时，负极失电子被氧化，发生氧化反应；正极得电子被还原，发生还原反应。因此，只有氧化还原反应才能被设计成原电池，但是要注意，原电池中存在的氧化反应与还原反应是分开进行的。
②从能量角度认识原电池
氧化还原反应有放热反应和吸热反应，一般放热反应才能将化学能转变为电能，产生电流。
③从组成角度认识原电池
a．要有两个电极。这两个电极的活泼性一般是不同的，一般情况下，负极是活泼性较强的金属，正极是活泼性较弱的金属或能导电的材料（包括非金属或某些氧化物，如石墨、氧化铅等），但只要求负极能与电解质溶液自发发生氧化还原反应，与正极能否发生反应无关。
b．两电极必须插入电解质溶液中。非电解质由于不导电，不能参与形成原电池。
c．必须形成闭合回路。闭合回路的形式是多种多样的，最常见的是通过导电将正、负极相连，也可以将两种金属材料相接触再插入电解质溶液中，日常生活中的合金则是两种材料相互熔合在一起形成正、负极。因此在判断是否形成闭合回路时，不能只看是否有导线。如闭合回路可以有如下形式：
d．能自发地发生氧化还原反应，若不能自发发生反应，则不能形成原电池。而自发发生的氧化还原反应不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与电解质溶液中溶解的氧气反应，如将铁与碳棒插入硫酸铜溶液中与食盐水中的反应不一样。
④从转移角度认识原电池
原电池工作时，能够发生电子、离子的定向移动，能够形成外电路与内电路。在原电池中，外电路通过电子的定向移动形成电流，电子从负极流出，从正极流入，电流的方向与电子移动的方向相反；在原电池内部则由电解质溶液与电极构成内电路，内电路中的电流通过离子的定向移动来形成（阳离子移向正极，阴离子移向负极）。因此，电子的流向仅限在外电路，而电解质溶液中没有电子流过，但电流在内、外电路同时形成。
（5）原电池原理的应用
①比较不同金属的活泼性
比较方法：a．一般作负极的金属比作正极的金属活泼。b．一般电极质量减少，作负极，较活泼。
c．一般有气体生成、电极质量不断增加，作正极，较不活泼。
②加快反应速率
构成原电池往往能加快反应速率。如实验室制H2时，粗锌比纯锌反应快；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，反应速率加快。
③用于金属的防护
如要保护铁制闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌作负极，铁制闸门作正极，从而使铁制闸门受到保护。
④设计化学电源
设计原电池时要紧扣构成原电池的条件，首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应，然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料(负极是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。
2．电解池
（1）电解氯化铜溶液
实验装置
实验原理
阴极：Cu2++2e－Cu（还原反应）；阳极：2Cl－－2e－Cl2↑（氧化反应）；
总反应：CuCl2Cu+Cl2↑
实验用品
CuCl2溶液；碘化钾淀粉试纸、导线、电流表、U型管、直流电源、石墨电极
实验步骤
在U型管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极（阳极）附近。接通直流电源，观察U型管内的现象和试纸颜色的变化
实验现象
通电一段时间可观察到阳极碳棒附近有气泡产生，并有刺激性气味，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，证明产生的气体是氯气；阴极碳棒底部有红色的固体覆盖
实验结论
①CuCl2溶液在电流作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2；
②电解过程电能转化为化学能
（2）电解池工作原理图解
（3）电解池阴、阳极的判断
①由电源的正、负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。
②由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，则该电极发生氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，则该电极发生还原反应，为阴极。
③由反应类型判断：失去电子发生氧化反应的是阳极；得到电子发生还原反应的是阴极。
（4）电解产物的判断
①阳极产物的判断
a．若阳极由活性材料（除Pt、Au外的其他金属）做成，则阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子的反应；
b．若阳极由C、Pt、Au等惰性材料做成，则阳极反应是电解液中的阴离子在阳极失去电子被氧化的反应。阴离子失去电子能力的大小顺序为S2−＞I−＞Br−＞Cl−＞OH−＞含氧酸根离子。
②阴极产物的判断
阴极反应一般是溶液中的阳离子得到电子的还原反应，阳离子得到电子能力的大小顺序为Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
（4）电解原理的应用
①电解饱和食盐水——制取烧碱、氯气和氢气
阳极（石墨）：2Cl−−2e−Cl2↑（氧化反应）
阴极（铁或石墨）：2H＋＋2e− H2↑（还原反应）
总反应：2NaCl+ 2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑
②电镀
应用电解原理，在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
实例——电镀铜
阳极（铜片）：Cu−2e−Cu2+
阴极（待镀铁件）：Cu2++ 2e−Cu
③铜的精炼
阳极（粗铜）：Cu−2e−Cu2+(杂质金属的溶解：Fe−2e−Fe2+，Zn−2e−Zn2+，Ni−2e−Ni2+等)
阴极（纯铜）：Cu2++2e−Cu
④电冶金
a．电解熔融NaCl制取金属钠
NaCl在高温下熔融，并发生电离：NaClNa++Cl−。
通直流电后，阴极：2Na++2e−2Na，阳极：2Cl−−2e−Cl2↑，总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
b．电解熔融MgCl2制取金属镁
阴极：Mg2++2e−Mg，阳极：2Cl−−2e−Cl2↑，总反应：MgCl2(熔融)Mg+ Cl2↑
c．电解熔融Al2O3制取金属铝
阴极：4Al3++12e−4Al，阳极：6O2−−12e−3O2↑，总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
（1）二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示。
①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的________(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_______。
②a极区pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用______(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
（2）电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为_______。用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：
则D的化学式为_______；阳极的电极反应式为_______。
【答案】（1）正极 Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+ 增大 阳
（2）2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O KOH -e-=
【解析】
【分析】
（1）阳极与电源正极连接，失去电子，发生氧化反应；阴极连接电源负极，阴极发生还原反应，结合反应式判断溶液酸碱性的变化情况；
（2）MnO2、KOH、O2混合加热，发生氧化还原反应产生K2MnO4，电解K2MnO4溶液，阴极上水得到电子变为H2和OH-，阳极上失去电子，发生氧化反应产生。
【详解】
（1）①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。Cl-失去电子，发生氧化反应产生ClO2，则产生ClO2的电极为阳极，应连接电源的正极，阳极的电极反应式为：Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；
②b极为阳极，a极为阴极，水电离产生的H+得到电子发生还原反应产生H2，H+不断放电，使a电极区c(H+)减小，c(OH-)增大，因此溶液pH增大；
③根据图示可知，离子通过离子交换膜由阳极区进入到阴极区。由于阳极b电极上阴离子Cl-不断放电，使附近的阳离子浓度增大，为维持平衡，溶液中的阳离子通过交换膜进入到阴极区，故图中使用的离子交换膜是阳离子交换膜；
（2）根据题意可知MnO2、KOH、O2混合加热，发生氧化还原反应产生K2MnO4，根据电子守恒、原子守恒，可知生成物还有H2O，该反应的化学方程式为：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O。然后电解反应产生的K2MnO4溶液，在阳极区发生氧化反应：-e- =，在阴极上发生反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，离子交换膜为阳离子交换膜，阳极区的K+通过交换膜进入阴极区，则D物质是KOH溶液；阳极的电极反应式为-e-=。
1．NaCl是我们生活中必不可少的物质。将NaCl固体溶于水，溶解过程如图1所示，下列说法不正确的是
A．图1中水合钠离子的图示不科学
B．NaCl溶液导电的原因是溶液中有自由移动的Na＋和Cl－
C．NaCl溶液通电后才发生电离
D．熔融NaCl通电后离子移动方向如图2
【答案】C
【解析】
A. Na+带正电荷，应该吸引带有部分负电荷的氧离子，所以水合Na+图应为，则图中水合Na+的图示不科学，故A正确；
B. NaCl是电离出阴阳离子而导电，因此氯化钠溶液导电的原因是溶液中有自由移动的Na＋和Cl－，故B正确；
C. NaCl溶于水，在水分子的作用下发生电离，电离不需要通电，故C错误；
D. 熔融NaCl通电后阳离子向阴极即向与电源负极相连的电极移动，阴离子向阳极移动即向与电源正极相连的电极移动，故D正确；故答案选C。
2．以石墨作电极，电解AgNO3溶液，可在两极分别得到Ag和O2，下列说法正确的是
A．氧化性：Ag+ > H+，还原性：NO> OH－
B．Ag附着在阳极：Ag+ + e－=Ag
C．电解过程中溶液的酸性将逐渐减弱
D．电路中每转移1mol电子，可生成1molAg和0.25molO2
【答案】D
【解析】
A. 根据放电顺序可知，氧化性：Ag+ > H+，还原性：OH－> NO ，A错误；
B. Ag附着在阴极，阴极上发生还原反应：Ag+ + e－=Ag，B错误；
C. 电解过程中阳极上氢氧根离子不断发生氧化反应生成氧气，阳极附近水的电离平衡被破坏，氢离子浓度增大，溶液的酸性将逐渐增强，C错误；
D. 根据电子转移守恒4Ag~O2~4e-可知，电路中每转移1mol电子，可生成1molAg和0.25molO2，D正确；
答案为D。
3．热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水 LiCl−KCl 混合物一旦受热熔融，电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为：PbSO4 + 2LiCl + Ca ＝ CaCl2 + Li2SO4 + Pb。关于该电池的下列说法中，不正确的是
A．负极的电极反应：Ca−2e－ ＝ Ca2+
B．放电时，K+向硫酸铅电极移动
C．硫酸铅作正极材料，LiCl为正极反应物
D．常温时，在正负极之间连上检流计，指针不偏转
【答案】C
【解析】
电池总反应为：PbSO4 + 2LiCl + Ca ＝ CaCl2 + Li2SO4 + Pb，Ca化合价升高，失去电子，作负极，PbSO4化合价降低，得到电子，作正极。
A．根据前面分析得到负极的电极反应：Ca−2e－ ＝ Ca2+，故A正确；
B．放电时，根据离子移动方向“同性相吸”，因此K+向正极(硫酸铅)移动，故B正确；
C．硫酸铅作正极材料，熔融的LiCl作为电解质，根据PbSO4 + 2LiCl + Ca ＝ CaCl2 + Li2SO4 + Pb信息，PbSO4为正极反应物，故C错误；
D．根据题中信息，电解质的无水 LiCl−KCl混合物一旦受热熔融，因此常温时，在正负极之间连上检流计，指针不偏转，故D正确。
综上所述，答案为C。
4．铅蓄电池的结构示意图如图所示，其充、放电时的电池反应为： Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O。下列说法正确的是
A．放电时Pb为负极，发生反应：Pb-2e-= Pb2+
B．放电时H+向正极移动，正极区域酸性增强
C．充电时PbO2与外电源的负极相连
D．充电时阳极发生反应：PbSO4-2e-+2H2O = PbO2+SO+4H＋
【答案】D
【解析】
【分析】
由铅蓄电池的总反应Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O可知，放电时，Pb被氧化，应为电池负极反应，电极反应式为Pb-2e-+SO=PbSO4，正极上PbO2得电子被还原，电极反应式为PbO2+ SO+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，在充电时，阳极上发生氧化反应，电极反应式和放电时的正极反应互为逆反应，阴极上发生还原反应，电极反应式和放电时的负极反应互为逆反应，由此解答；
【详解】
A．放电时，该原电池的负极材料是铅，铅失电子发生氧化反应，电极方程式为Pb+SO-2e-=PbSO4，故A错误；
B．原电池中阳离子向正极移动，所以放电时，溶液中的H+向正极区移动与PbO2反应生成水，则正极区域的溶液浓度减小，即酸性减弱，故B错误；
C．充电时为电解池，此时的PbO2外电源的正极相连，故C错误；
D．充电时，阳极上电极反应式为PbSO4-2e-+2H2O = PbO2+SO+4H+，故D正确；
故选D。
5．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是（ ）
A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn
B．正极发生的反应是Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH-
C．工作时，负极区溶液c(OH-)减小
D．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动
【答案】D
【解析】
A.根据总反应式Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2可知，放电时Zn元素化合价由0价变为+2价，所以负极上Zn失电子发生氧化反应，故A正确；
B.正极上Ag2O得电子发生还原反应，电极反应式为Ag2O+2e−+H2O===2Ag+2OH−，故B正确；
C.电解质溶液为KOH溶液，所以负极反应为Zn+2OH−−2e−===Zn(OH)2，在负极区， OH−被消耗导致氢氧根离子浓度减小，故C正确；
D.放电时，溶液中的OH−向负极移动，K+、H+向正极移动，故D项错误。答案选D。
6．控制合适的条件，将反应2Fe3+ + 2I-2Fe2+ + I2设计成如图所示原电池，下列判断不正确的是
A．反应开始时，电流方向是从甲池石墨棒流向乙池石墨棒
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
【答案】D
【解析】
【分析】
由总反应方程式得，I-被氧化，Fe3+被还原，因此甲中石墨为正极，乙中石墨为负极。
【详解】
A．乙中I-被氧化，Fe3+被还原，因此甲中石墨为正极，乙中石墨为负极，电流方向是从正经导线流向负极，所以从甲池石墨棒流向乙池石墨棒，故A项正确；
B．由总反应方程式知，Fe3+被还原成Fe2+，故B项正确；
C．当电流计为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，故C项正确；
D．加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，故D项错误；
故选D。
7．将如图所示实验装置的K闭合(已知：盐桥中装有琼脂凝胶，内含KCl)，下列判断正确的是
A．Cu电极上发生氧化反应
B．电子沿Zn→a→b→Cu路径移动
C．片刻后甲池中c(Cl-)增大
D．片刻后可观察到滤纸b处变红色
【答案】C
【解析】
甲、乙装置能自发的进行氧化还原反应，所以是原电池，锌易失电子作负极，铜作正极，则含有硫酸钠溶液的滤纸是电解池，a是阴极，b是阳极。
A．该原电池中锌作负极，铜作正极，正极上发生得电子的还原反应，该A错误；
B．电子从Zn→a，b→Cu路径流动，电子不进入电解质溶液，故B错误；
C．原电池中阴离子向负极移动，即盐桥中的Cl-移向甲烧杯，所以片刻后甲池中c（Cl-）增大，故C正确；
D．电解池中，a电极上氢离子放电生成氢气，同时a电极附近生成氢氧根离子，导致溶液碱性增强，所以a极变红色，故D错误；
故答案选C。
8．科学家近年发明了一种新型 Zn−CO2 水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体 CO2 被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为Zn - 2e- + 4OH- = Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2 转化为HCOOH， 转移的电子数为 2 mol
C．充电时，阳极溶液中 OH−浓度升高
D．充电时，电池总反应为2Zn(OH) = 2Zn + O2 +4OH- + 2H2O
【答案】C
【解析】
A. 放电时，Zn变成Zn(OH)发生氧化反应做负极，负极反应为：Zn - 2e- + 4OH- = Zn(OH)，故A选项正确；
B. 放电时，根据右侧可知，电极方程式为：2H++CO2+2e-=HCOOH，可知1mol二氧化碳转化为甲酸时，转移的电子数为2mol，故B选项正确；
C. 充电时，右侧为阳极，阳极生成氧气，电极方程式为：2H2O-4e-=O2+4H+，生成氢离子，所以氢氧根离子浓度降低，故C选项错误；
D. 根据题中图示可知，充电时电池的总反应为：2Zn(OH)= 2Zn+O2+4OH-+2H2O，故D选项正确；
故选：C。
9．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：
pH
2
4
6
6. 5
8
13. 5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
下列说法不正确的是
A．在pH＜4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．在pH＞6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．在pH＞14的溶液中，碳钢腐蚀的反应为O2+4OH-+4e-===2H2O
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢
【答案】C
【解析】
A. 当pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀，负极电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为：2H++2e-=H2↑，故A正确；
B. 当pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，负极电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故B正确；
C. 在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；
D. 将碱性溶液煮沸除去氧气后，正极上氧气生成氢氧根离子的速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，故D正确；故选C。
10．执法交警最常用的一种酒精检测仪的工作原理示意图如图所示，其反应原理为CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，被测者呼出气体中所含的酒精被输送到电池中反应产生微小电流，该电流经电子放大器放大后在液晶显示屏上显示其酒精含量。下列说法不正确的是（ ）
A．电解质溶液中的移向a电极
B．b为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．呼出气体中酒精含量越高，微处理器中通过的电流越大
D．a极上的电极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+
【答案】B
【解析】
【分析】
根据图示及总反应方程式可知，电解质溶液为酸性环境，氧气发生还原反应，b极为正极，a极为负极，CH3CH2OH发生氧化反应，据此解答。
【详解】
A．电解质溶液中阴离子向负极移动，故移向a电极，A正确；
B．b为正极，电解质溶液为酸性环境，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，所以电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，B错误；
C．单位时间内，人呼出的气体中酒精含量越多，酒精失电子数越多，所以微处理器中通过的电流越大，C正确；
D．a极是负极，CH3CH2OH失电子发生氧化反应生成CH3COOH，所以a极的电极反应式为：CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+，D正确；
答案选B。
11．如图装置(Ⅰ)为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K+通过，该电池放电、充电时的电池反应为。装置(Ⅱ)为电解池的示意图当闭合开关K时，电极X附近溶液先变红。则闭合K时，下列说法正确的是( )
A．K+从右到左通过离子交换膜
B．电极A上发生的反应为I+2e-=3I-，
C．电极Y上发生的反应为2Cl--2e-=Cl2↑，
D．当有0.1molK+通过离子交换膜时，X电极上产生1.12L气体
【答案】C
【解析】
【分析】
当闭合开关K时，X附近溶液先变红，说明X极生成OH-，应为电解池的阴极， Y为电解池的阳极，则A为原电池的负极， B为原电池的正极，以此解答该题。
【详解】
A．原电池中阳离子向正极移动，即从左向右通过离子交换膜，故A错误；
B．A为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为2K2S2-2e-=K2S4+2K+，故B错误；
C．Y为电解池阳极，氯离子失电子发生氧化反应，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，故C正确；
D．未指明温度和压强，无法确定气体的体积，故D错误；
综上所述答案为C。
12．天津理工大学刘喜正等人利用Na2S2O4的生成和分解，研制出Na-SO2可充电电池，电解质溶液为乙二胺的乙醚溶液。该电池放电时的工作原理如图所示。下列关于放电时的说法正确的是（ ）
A．该装置是将电能转化为化学能
B．电子从Na极经电解质流向石墨极
C．石墨电极反应式为2Na++2SO2+2e-= Na2S2O4
D．若转移3mol电子，则消耗33.6L（标准状况下）SO2
【答案】C
【解析】
Na单质为活泼金属，所以Na电极为负极，发生氧化反应，石墨电极为正极，SO2在电极上得电子发生还原反应。
A．可充电电池放电时相当于原电池，能量变化为化学能转化为电能，A项错误；
B．电解质中没有电子流动，B项错误；
C．石墨极是正极，SO2在电极上得电子结合迁移到正极的Na+生成Na2S2O4，电极反应为2Na++2SO2+2e-= Na2S2O4，C项正确；
D．根据以上电极反应式，该电池中转移3mol电子，消耗3molSO2，标准状况下体积为67.2L，D项错误；
综上所述答案为C。
13．电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染，其中所含的+6价铬(以Cr2O形式存在)是主要污染物，可采用电解法将其除去。向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体，以Fe为阴、阳电极进行电解。经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，从而使废水中铬含量低于排放标准。装置如图所示。
已知：pH=3.2时Fe3+完全转化为Fe(OH)3；pH=5.6时Cr3+完全转化为Cr(OH)3
（1）向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体的作用是___________。
（2）B极上有大量氢气产生，电极反应为___________。
（3）结合化学用语分析酸性废水中Cr2O转化为Cr(OH)3的主要原因___________。
【答案】增强溶液的导电性 2H＋＋2e－＝H2↑ 6Fe2+＋Cr2O＋14H＋＝7H2O＋2Cr3+＋6Fe3+，酸性减弱，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3
【解析】
【分析】
根据信息得到B为阴极，酸中的氢离子得到电子产生氢气，阳极是铁失去电子变为亚铁离子，亚铁离子和Cr2O在酸性条件下反应生Cr3+、Fe3+，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3。
【详解】
（1）向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体的作用是增强溶液的导电性；故答案为：增强溶液的导电性。
（2）B极上有大量氢气产生，电极反应为2H＋＋2e－＝H2↑；故答案为：2H＋＋2e－＝H2↑。
（3）结合化学用语分析酸性废水中Cr2O转化为Cr(OH)3的主要原因6Fe2+＋Cr2O＋14H＋＝7H2O＋2Cr3+＋6Fe3+，酸性减弱，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3；故答案为：6Fe2+＋Cr2O＋14H＋＝7H2O＋2Cr3+＋6Fe3+，酸性减弱，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3。
【点睛】
该题主要考查学生思维逻辑性，阳极的铁失去电子变为亚铁离子，亚铁和重铬酸根反应生成铁离子、铬离子。
14．某小组同学利用原电池装置探究物质的性质。资料显示：原电池装置中，负极反应物的还原性越强，或正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大。
（1）同学们利用下表中装置进行实验并记录。
装置
编号
电极A
溶液B
操作及现象
Ⅰ
Fe
pH=2的H2SO4
连接装置后，石墨表面产生无色气泡；电压表指针偏转
Ⅱ
Cu
pH=2的H2SO4
连接装置后，石墨表面无明显现象；电压表指针偏转，记录读数为a
①同学们认为实验Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，其正极反应式是_____________。
②针对实验Ⅱ现象：甲同学认为不可能发生析氢腐蚀，其判断依据是_______；乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极的电极反应式是___________。
（2）同学们仍用上述装置并用Cu和石墨为电极继续实验，探究实验Ⅱ指针偏转原因及影响O2氧化性因素。
编号
溶液B
操作及现象
Ⅲ
经煮沸的pH=2的 H2SO4
溶液表面用煤油覆盖，连接装置后，电压表指针微微偏转，记录读数为b
Ⅳ
pH=2的H2SO4
在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为c；取出电极，向溶液中加入数滴浓Na2SO4溶液混合后，插入电极，保持O2通入，电压表读数仍为c
Ⅴ
pH=12的NaOH
在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为d
①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电压表读数为：c＞a＞b，请解释原因是_____________。
②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究_____________________对O2氧化性的影响；实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液的目的是_____________。
【答案】2H+ + 2e-=H2↑ 在金属活动性顺序中，Cu在H后，Cu不能置换出H2 O2 + 4H+ + 4e-=2H2O O2浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大 溶液的酸碱性 排除溶液中的Na+（或SO42-）对实验的可能干扰；
【解析】
（1）①同学们认为实验Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，即为溶液中的H+得电子生成H2，其正极反应式是2H+ + 2e-=H2↑。
②针对实验Ⅱ现象，甲同学考虑到：在金属活动顺序表中，Cu排在H的后面，所以他认为不可能发生析氢腐蚀。乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极是溶解在溶液中的O2得电子，电极反应式是O2 + 4H+ + 4e-=2H2O。
（2）①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，同样是pH=2的H2SO4溶液，只是溶解的O2量不同，导致电压表读数为：c＞a＞b，因此可以看出，氧气浓度越大，导电能力越强。
②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其变量是溶液pH的不同，因此其目的是探究溶液的酸碱性对O2氧化性的影响。实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液，结果溶液的导电能力未变，从而说明溶液中的Na+（或SO42-）对实验不产生干扰，也由此得出实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液的目的是排除溶液中的Na+（或SO42-）对实验的可能干扰。
15．Ⅰ．利用下列给出的试剂与材料，将氧化还原反应设计成一个带有盐桥的原电池。
试剂：溶液、溶液、溶液、溶液、蒸馏水等。
材料：锌棒、铁棒、铜棒、石墨棒、500mL烧杯2个、盐桥(装有含琼胶的KCl饱和溶液)等。
回答下列问题：
（1）选用________作正极，此电极的电极反应式是___________________________________________。
（2）在答题卡方框中画出一个符合上述要求的原电池的装置图(标出电解质溶液及外电路中电子流动方向)__________________。
Ⅱ．如图所示，E为浸过含酚酞的Na2SO4溶液的滤纸。A、B分别为铂片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多微孔的Ni制成的电极，在碱溶液中可视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。若在滤纸中央滴一滴紫色的KMnO4溶液，将开关K打开，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生，气体的体积见图。
请回答下列问题：
（1）R为________(填“正”或“负”)极。
（2）A附近溶液的现象是_________________________________________，
B附近发生的电极反应式为_____________________________________。
（3）滤纸上的紫色点向________(填“A”或“B”)方向移动。
（4）当C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间后，C、D中的气体逐渐减少，C中的电极为________(填“正”或“负”)极，电极反应式为__________________。
Ⅲ．若一开始Ⅱ中的电源选用了Ⅰ中自己设计的原电池，连接起来工作一段时间后，测得Ⅱ中C和D试管气体总体积为336mL（已折算成标准状况），则你设计的原电池Ⅰ的负极质量至少要减轻_________________克？（结果保留两位小数）
【答案】石墨棒 Fe3++e- =Fe2+ 负 溶液变红 2H2O-4e-=O2↑+4H+ B 负 H2＋2OH－－2e－=2H2O 0.64
【解析】
【分析】
利用反应设计原电池时，从价态变化切入，Cu由0价升高为+2价，则Cu作负极材料，Fe3+由+3价降低为+2价，则电解质中应含有可溶性铁盐，同时还需考虑到，正极材料若为金属，其金属活动性应比Cu弱。分析电池组的电极时，应从电解KOH溶液的电解池中电极产物入手，体积大的气体为H2，此电极(M)为阴极，体积小的气体为O2，此电极(N)为阳极。由C、D极气体的体积计算消耗Cu电极的质量时，应利用得失电子守恒建立关系式。
【详解】
Ⅰ．（1）由以上分析知，正极应选用石墨棒，此电极中，溶液中的Fe3+得电子生成Fe2+，电极反应式是Fe3++e- =Fe2+。答案为：石墨棒；Fe3++e- =Fe2+；
（2）符合上述要求的原电池的装置图中，一个电极为Cu，电解质为CuCl2溶液，另一个电极为石墨棒，电解质为FeCl3溶液，即为：。答案为：；
Ⅱ．（1）由分析知，C试管中生成H2，则M电极为阴极，R为负极。答案为：负；
（2）A为阴极，发生反应2H2O+2e-=2OH-+H2↑，生成的OH-使酚酞变红色，则附近溶液的现象是溶液变红，B极为阳极，发生的电极反应式为2H2O-4e-==O2↑+4H+。答案为：溶液变红；2H2O-4e-=O2↑+4H+；
（3）带负电荷，应向阳极移动，则滤纸上的紫色点向B方向移动。答案为：B；
（4） C中H2失电子，M电极为负极，在此电极，H2得电子后的产物与OH-反应生成H2O，电极反应式为H2＋2OH－－2e－=2H2O。答案为：负；H2＋2OH－－2e－=2H2O；
Ⅲ．Ⅱ中C和D试管气体总体积为336mL（已折算成标准状况），则C电极生成H2224mL(标况)，物质的量为=0.01mol，依据得失电子守恒，可与Cu建立如下关系式：Cu——H2，则Cu电极至少要减轻的质量为0.01mol×64g/mol=0.64克。答案为：0.64。
【点睛】
因为线路中会出现电量的损耗，所以电池实际供应的电量应比理论计算多，所耗负极金属的质量也应比理论计算多。
16．某小组同学利用下图所示装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验：
装置
分别进行的操作
现象
i. 连好装置一段时间后，向烧杯中滴加酚酞
ii. 连好装置一段时间后，向烧杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液
铁片表面产生蓝色沉淀
（1）小组同学认为以上两种检验方法，均能证明铁发生了吸氧腐蚀。
①实验 i 中的现象是_____。
②用化学用语解释实验i中的现象：_____。
（2）查阅资料：K3[Fe(CN)6]具有氧化性。
①据此有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是_____。
②进行下列实验，在实验几分钟后的记录如下：
实验
滴管
试管
现象
0.5 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]
溶液
iii. 蒸馏水
无明显变化
iv. 1.0 mol·L-1NaCl溶液
铁片表面产生大量蓝色沉淀
v. 0.5 mol·L-1Na2SO4溶液
无明显变化
a．以上实验表明：在_____条件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应。
b．为探究Cl-的存在对反应的影响，小组同学将铁片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗净) 后再进行实验 iii，发现铁片表面产生蓝色沉淀。此补充实验表明 Cl-的作用是_____。
（3）有同学认为上述实验仍不严谨。为进一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性对实验 ii 结果的影响，又利用（2）中装置继续实验。其中能证实以上影响确实存在的是_____(填 字母序号)。
实验
试剂
现象
A
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
B
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和 NaCl 混合溶液(未除O2)
产生蓝色沉淀
C
铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl 混合溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
D
铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除 O2)
产生蓝色沉淀
【答案】碳棒附近溶液变红 O2+4e-+2H2O=4OH- K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2＋，会干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2＋的检验 Cl-存在 Cl-破坏了铁片表面的氧化膜 AC
【解析】
【分析】
根据图像可知，该装置为原电池装置，铁作负极，失电子生成亚铁离子；C作正极氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，正极附近显红色。要验证K3Fe(CN)6具有氧化性，则需要排除其它氧化剂的干扰，如氧气、铁表面的氧化膜等，据此分析解答。
【详解】
（1）①实验i中，发生吸氧腐蚀，碳棒为正极，发生O2得电子生成OH-的反应，从而使碳棒附近溶液变红；
②正极氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-；
（2）①有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是既然K3[Fe(CN)6]具有氧化性，可能氧化Fe为亚铁离子，影响实验结果；
②a．对比试验iv和v，溶液中的Na+、SO42-对铁的腐蚀无影响，Cl-使反应加快；实验表明：在Cl-存在的条件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应；
b．用稀硫酸酸洗后，铁片表面的氧化膜被破坏，再进行实验iii，铁片表面产生蓝色沉淀，则Cl-的作用与硫酸相同，也是破坏铁表面的氧化膜；
（3）A．已除O2的铁片不能发生吸氧腐蚀，只能发生铁片、K3[Fe(CN)6]溶液的反应，从而表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2+，故A符合题意；
B．酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)，同时满足两个反应发生的条件，既可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，也可能是铁片发生了吸氧腐蚀，故B不合题意；
C．铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)，不能发生吸氧腐蚀，只能是Cl-破坏氧化膜，然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，C符合题意；
D．铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2+，也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，故D不合题意；
答案为AC。
【点睛】
钢铁在中性或碱性溶液中发生吸氧腐蚀，铁失电子发生氧化反应做负极，正极是氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子；钢铁在酸性或碱性溶液中发生析氢腐蚀，正极是氢离子得电子发生还原反应生成氢气。
17．实验室有如下材料：铜片、铁片、石墨棒、CuCl2溶液、FeCl3溶液、导线、电流表、盐桥(装有琼脂-KCl的U形管)、烧杯等。甲同学设计了如图1的原电池装置，但乙同学发现甲同学设计的原电池装置效率不高，电流在短时间内就会衰减，为解决以上问题，将原电池设计成了带盐桥的装置，如图2所示。
图1 图2
（1）①事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是___________（填序号，下同）。
a．C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>0
b．2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH<0
c．NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH<0
②甲同学设计的原电池，若将石墨棒改为铁片，则总电极反应式是否改变，若是，写出改变后总的电极反应式，若否，请写出理由：________________________________。
③乙同学设计的原电池电极反应与甲的相同，但电池的效率高很多。乙同学设计的原电池两电极分别为：a是_______（填“铜片”“铁片”或“石墨棒”，下同），b是_______。负极的电极反应式为___________________，正极的电极反应式为____________________。
（2）关于乙同学设计的原电池，下列说法中错误的是____________。
a．实验过程中，左侧烧杯中Cl−浓度增大
b．实验过程中取出盐桥，原电池不能继续工作
c．电子通过盐桥从右侧烧杯进入左侧烧杯中
【答案】（1）①b
②2FeCl3+Fe3FeCl2（或2Fe3++Fe3Fe2+）
③铜片 石墨棒 Cu－2e－Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－2Fe2＋
（2）c
【解析】（1）①根据题中信息，设计成原电池的反应通常是放热反应，排除a，根据已学知识，原电池反应必是自发进行的氧化还原反应，排除c。
②若将石墨棒改为铁片，则铁的活泼性强于铜，总电极反应发生改变。
③因为乙同学设计的原电池总电极反应与甲同学的相同，均为Cu+2Fe3＋2Fe2＋+Cu2＋，因此两电极为铜片和石墨棒，再根据电解液即可确定两电极的材料。
（2）该原电池的工作原理是Cu+2Fe3＋ Cu2＋+2Fe2＋，盐桥起形成闭合回路和平衡电荷的作用，因此当电池工作时，盐桥中的Cl−向负极移动，因此左侧烧杯中Cl−的浓度将增大，a正确。当取出盐桥，不能形成闭合回路，电池处于断路状态，不能继续工作，b正确。电子只能通过导线传递，盐桥传递的是离子，c错误。
18．脱除烟气中SO2有电化学法及液相催化氧化法等。
（1）Dennis等设计的电化学膜法脱除SO2的工艺如图-1所示。
多孔阳极上发生的电极反应为____；多孔阴极一侧发生的反应包括：
2S2O+2e－=3SO+SO2(g) 、____和2SO3 +2SO= 2S2O。
（2）研究FeSO4液相催化氧化脱硫的实验流程如图-2所示，循环槽中循环液的pH变化如图-3所示(起始时在脱硫塔中加入9LFeSO4溶液并向循环槽中鼓入空气5min)。
①图-2中设置分析取样点A和B的目的是____。
②脱硫塔中发生的主要反应为____；循环槽中产生的气体为____。
③图-3中430min后脱硫率基本稳定在93.5%左右的原因是____。
【答案】2SO- 4e－= 2SO3↑+ O2↑ 2SO2 (g) + O2(g)2SO3(g) 监测气样中SO2含量数据，便于计算脱硫率 2SO2+2H2O+O22H2SO4[或2FeSO4+SO2+O2=Fe2(SO4)3和Fe2(SO4)3+SO2+2H2O = 2FeSO4+2H2SO4] H2 SO2在FeSO4催化下产生硫酸的速率与铁屑和硫酸反应消耗硫酸的速率基本保持动态平衡
【解析】
【分析】
将含有二氧化硫的烟气从多空阴极通入电池中，二氧化硫在五氧化二钒催化作用下生成三氧化硫，三氧化硫通过空气吹扫从多空阳极排出已达到除二氧化硫的目的。将烟气从A点通入脱硫塔中，烟气中的二氧化硫会在循环液硫酸亚铁的催化作用下生成硫酸，硫酸会进入循环池，在循环池中加入铁粉，铁粉与硫酸反应有生成硫酸亚铁，达到脱硫的效果。
【详解】
（1）多孔阳极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为2SO- 4e－= 2SO3↑+ O2↑，故答案为：2SO- 4e－= 2SO3↑+ O2↑；
多孔阴极发生还原反应，S2O得电子，含有SO2的烟气在五氧化二钒的催化下，与氧气反应生成三氧化硫，化学反应式为SO2+O2SO3，故答案为：SO2+O2SO3；
（2） ① 由于A点是进样口，B点是出样口，计算A、B两点的差值就可以算出二氧化硫的含量，便于计算脱硫率，故答案为：监测气样中SO2含量数据，便于计算脱硫率；
②脱硫塔中进入烟气，硫酸亚铁被空气鼓入到脱硫塔中，脱硫塔中在亚铁离子催化作用下二氧化硫和水和氧气发生反应，反应方程式为2SO2+2H2O+O22H2SO4，硫酸亚铁和二氧化硫和氧气发生反应，二氧化硫具有还原性，可以将硫酸铁又还原成硫酸亚铁，化学方程式为：2FeSO4+SO2+O2=Fe2(SO4)3和Fe2(SO4)3+SO2+2H2O = 2FeSO4+2H2SO4，循环槽中加入铁粉，铁粉与硫酸反应生成氢气，所以在循环槽中产生的气体为H2；
③硫酸是在硫酸亚铁催化二氧化硫产生的，铁粉和硫酸反应有生成了硫酸亚铁，当二者的化学反应速率相等时，所以在430min后脱硫率基本稳定在93.5%左右，故答案为：SO2在FeSO4催化下产生硫酸的速率与铁屑和硫酸反应消耗硫酸的速率基本保持动态平衡。
1．原电池
（1）双液锌铜原电池
实验装置
单液锌铜原电池 双液锌铜原电池
实验原理
铜片（正极）：Cu2++2e－Cu（还原反应）
锌片（负极）：Zn－2e−Zn2+（氧化反应）
实验用品
ZnSO4溶液、CuSO4溶液；锌片、铜片、大烧杯、导线、电流表、盐桥
实验步骤
用一个充满电解质溶液的盐桥，将置有锌片的ZnSO4溶液和置有铜片的CuSO4溶液连接起来，然后将锌片和铜片用导线连接，并在中间串联一个电流表，观察现象。取出盐桥，观察现象
实验现象
有盐桥存在时，锌片表面逐渐失去光泽，铜片上逐渐覆盖一层光泽的亮红色物质，电流计指针偏转。没有盐桥时，电流计指针回零，锌片和铜片上均无变化
实验结论
盐桥中的电解质将两个烧杯中的溶液连成一个通路，并使氧化反应和还原反应完全分开在两个不同的区域进行，避免了电流损耗
实验说明
①盐桥通常是装有饱和KCl琼脂溶胶的U形管，溶液不致流出来，但离子则可以在其中自由移动。
②若使用单液锌铜原电池实验，除了上述现象外，溶液的温度会略微升高，化学能转化为电能和热能
（2）原电池工作原理图解
在原电池内部，两电极浸入电解质溶液中，并通过阴、阳离子的定向移动形成内电路。放电时，负极上的电子通过导线流向正极，再通过溶液中的离子形成的内电路构成闭合回路。具体原理示意图如下：
（2）对原电池装置的认识
①从反应角度认识原电池
原电池中有电流通过，因此其中一定存在电子的得失，其总反应一定是氧化还原反应。当原电池工作时，负极失电子被氧化，发生氧化反应；正极得电子被还原，发生还原反应。因此，只有氧化还原反应才能被设计成原电池，但是要注意，原电池中存在的氧化反应与还原反应是分开进行的。
②从能量角度认识原电池
氧化还原反应有放热反应和吸热反应，一般放热反应才能将化学能转变为电能，产生电流。
③从组成角度认识原电池
a．要有两个电极。这两个电极的活泼性一般是不同的，一般情况下，负极是活泼性较强的金属，正极是活泼性较弱的金属或能导电的材料（包括非金属或某些氧化物，如石墨、氧化铅等），但只要求负极能与电解质溶液自发发生氧化还原反应，与正极能否发生反应无关。
b．两电极必须插入电解质溶液中。非电解质由于不导电，不能参与形成原电池。
c．必须形成闭合回路。闭合回路的形式是多种多样的，最常见的是通过导电将正、负极相连，也可以将两种金属材料相接触再插入电解质溶液中，日常生活中的合金则是两种材料相互熔合在一起形成正、负极。因此在判断是否形成闭合回路时，不能只看是否有导线。如闭合回路可以有如下形式：
d．能自发地发生氧化还原反应，若不能自发发生反应，则不能形成原电池。而自发发生的氧化还原反应不一定是电极与电解质溶液反应，也可能是电极与电解质溶液中溶解的氧气反应，如将铁与碳棒插入硫酸铜溶液中与食盐水中的反应不一样。
④从转移角度认识原电池
原电池工作时，能够发生电子、离子的定向移动，能够形成外电路与内电路。在原电池中，外电路通过电子的定向移动形成电流，电子从负极流出，从正极流入，电流的方向与电子移动的方向相反；在原电池内部则由电解质溶液与电极构成内电路，内电路中的电流通过离子的定向移动来形成（阳离子移向正极，阴离子移向负极）。因此，电子的流向仅限在外电路，而电解质溶液中没有电子流过，但电流在内、外电路同时形成。
（5）原电池原理的应用
①比较不同金属的活泼性
比较方法：a．一般作负极的金属比作正极的金属活泼。b．一般电极质量减少，作负极，较活泼。
c．一般有气体生成、电极质量不断增加，作正极，较不活泼。
②加快反应速率
构成原电池往往能加快反应速率。如实验室制H2时，粗锌比纯锌反应快；或向溶液中滴入几滴硫酸铜溶液，反应速率加快。
③用于金属的防护
如要保护铁制闸门，可用导线将其与锌块相连，使锌作负极，铁制闸门作正极，从而使铁制闸门受到保护。
④设计化学电源
设计原电池时要紧扣构成原电池的条件，首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应，然后根据原电池的电极反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料(负极是失电子的物质，正极用比负极活动性差的金属或导电的非金属如石墨)及电解质溶液。
2．电解池
（1）电解氯化铜溶液
实验装置
实验原理
阴极：Cu2++2e－Cu（还原反应）；阳极：2Cl－－2e－Cl2↑（氧化反应）；
总反应：CuCl2Cu+Cl2↑
实验用品
CuCl2溶液；碘化钾淀粉试纸、导线、电流表、U型管、直流电源、石墨电极
实验步骤
在U型管中注入CuCl2溶液，插入两根石墨棒作电极，把湿润的碘化钾淀粉试纸放在与直流电源正极相连的电极（阳极）附近。接通直流电源，观察U型管内的现象和试纸颜色的变化
实验现象
通电一段时间可观察到阳极碳棒附近有气泡产生，并有刺激性气味，湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，证明产生的气体是氯气；阴极碳棒底部有红色的固体覆盖
实验结论
①CuCl2溶液在电流作用下发生了化学变化，分解生成了Cu和Cl2；
②电解过程电能转化为化学能
（2）电解池工作原理图解
（3）电解池阴、阳极的判断
①由电源的正、负极判断：与电源负极相连的是电解池的阴极；与电源正极相连的是电解池的阳极。
②由电极现象确定：通常情况下，在电解池中某一电极若不断溶解或质量不断减少，则该电极发生氧化反应，为阳极；某一电极质量不断增加或电极质量不变，则该电极发生还原反应，为阴极。
③由反应类型判断：失去电子发生氧化反应的是阳极；得到电子发生还原反应的是阴极。
（4）电解产物的判断
①阳极产物的判断
a．若阳极由活性材料（除Pt、Au外的其他金属）做成，则阳极反应是阳极金属失去电子而被氧化成阳离子的反应；
b．若阳极由C、Pt、Au等惰性材料做成，则阳极反应是电解液中的阴离子在阳极失去电子被氧化的反应。阴离子失去电子能力的大小顺序为S2−＞I−＞Br−＞Cl−＞OH−＞含氧酸根离子。
②阴极产物的判断
阴极反应一般是溶液中的阳离子得到电子的还原反应，阳离子得到电子能力的大小顺序为Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
（4）电解原理的应用
①电解饱和食盐水——制取烧碱、氯气和氢气
阳极（石墨）：2Cl−−2e−Cl2↑（氧化反应）
阴极（铁或石墨）：2H＋＋2e− H2↑（还原反应）
总反应：2NaCl+ 2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑
②电镀
应用电解原理，在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。
实例——电镀铜
阳极（铜片）：Cu−2e−Cu2+
阴极（待镀铁件）：Cu2++ 2e−Cu
③铜的精炼
阳极（粗铜）：Cu−2e−Cu2+(杂质金属的溶解：Fe−2e−Fe2+，Zn−2e−Zn2+，Ni−2e−Ni2+等)
阴极（纯铜）：Cu2++2e−Cu
④电冶金
a．电解熔融NaCl制取金属钠
NaCl在高温下熔融，并发生电离：NaClNa++Cl−。
通直流电后，阴极：2Na++2e−2Na，阳极：2Cl−−2e−Cl2↑，总反应：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。
b．电解熔融MgCl2制取金属镁
阴极：Mg2++2e−Mg，阳极：2Cl−−2e−Cl2↑，总反应：MgCl2(熔融)Mg+ Cl2↑
c．电解熔融Al2O3制取金属铝
阴极：4Al3++12e−4Al，阳极：6O2−−12e−3O2↑，总反应：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
电化学方法是化工生产及生活中常用的一种方法。回答下列问题：
（1）二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺如图所示。
①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。产生ClO2的电极应连接电源的________(填“正极”或“负极”)，对应的电极反应式为_______。
②a极区pH______(填“增大”“减小”或“不变”)。
③图中应使用______(填“阴”或“阳”)离子交换膜。
（2）电解K2MnO4溶液制备KMnO4。工业上，通常以软锰矿(主要成分是MnO2)与KOH的混合物在铁坩埚(熔融池)中混合均匀，小火加热至熔融，即可得到绿色的K2MnO4，化学方程式为_______。用镍片作阳极(镍不参与反应)，铁板为阴极，电解K2MnO4溶液可制备KMnO4。上述过程用流程图表示如下：
则D的化学式为_______；阳极的电极反应式为_______。
【答案】（1）正极 Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+ 增大 阳
（2）2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O KOH -e-=
【解析】
【分析】
（1）阳极与电源正极连接，失去电子，发生氧化反应；阴极连接电源负极，阴极发生还原反应，结合反应式判断溶液酸碱性的变化情况；
（2）MnO2、KOH、O2混合加热，发生氧化还原反应产生K2MnO4，电解K2MnO4溶液，阴极上水得到电子变为H2和OH-，阳极上失去电子，发生氧化反应产生。
【详解】
（1）①图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO2。Cl-失去电子，发生氧化反应产生ClO2，则产生ClO2的电极为阳极，应连接电源的正极，阳极的电极反应式为：Cl--5e-+2H2O=ClO2↑+4H+；
②b极为阳极，a极为阴极，水电离产生的H+得到电子发生还原反应产生H2，H+不断放电，使a电极区c(H+)减小，c(OH-)增大，因此溶液pH增大；
③根据图示可知，离子通过离子交换膜由阳极区进入到阴极区。由于阳极b电极上阴离子Cl-不断放电，使附近的阳离子浓度增大，为维持平衡，溶液中的阳离子通过交换膜进入到阴极区，故图中使用的离子交换膜是阳离子交换膜；
（2）根据题意可知MnO2、KOH、O2混合加热，发生氧化还原反应产生K2MnO4，根据电子守恒、原子守恒，可知生成物还有H2O，该反应的化学方程式为：2MnO2+4KOH+O22K2MnO4+2H2O。然后电解反应产生的K2MnO4溶液，在阳极区发生氧化反应：-e- =，在阴极上发生反应：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，离子交换膜为阳离子交换膜，阳极区的K+通过交换膜进入阴极区，则D物质是KOH溶液；阳极的电极反应式为-e-=。
1．NaCl是我们生活中必不可少的物质。将NaCl固体溶于水，溶解过程如图1所示，下列说法不正确的是
A．图1中水合钠离子的图示不科学
B．NaCl溶液导电的原因是溶液中有自由移动的Na＋和Cl－
C．NaCl溶液通电后才发生电离
D．熔融NaCl通电后离子移动方向如图2
【答案】C
【解析】
A. Na+带正电荷，应该吸引带有部分负电荷的氧离子，所以水合Na+图应为，则图中水合Na+的图示不科学，故A正确；
B. NaCl是电离出阴阳离子而导电，因此氯化钠溶液导电的原因是溶液中有自由移动的Na＋和Cl－，故B正确；
C. NaCl溶于水，在水分子的作用下发生电离，电离不需要通电，故C错误；
D. 熔融NaCl通电后阳离子向阴极即向与电源负极相连的电极移动，阴离子向阳极移动即向与电源正极相连的电极移动，故D正确；故答案选C。
2．以石墨作电极，电解AgNO3溶液，可在两极分别得到Ag和O2，下列说法正确的是
A．氧化性：Ag+ > H+，还原性：NO> OH－
B．Ag附着在阳极：Ag+ + e－=Ag
C．电解过程中溶液的酸性将逐渐减弱
D．电路中每转移1mol电子，可生成1molAg和0.25molO2
【答案】D
【解析】
A. 根据放电顺序可知，氧化性：Ag+ > H+，还原性：OH－> NO ，A错误；
B. Ag附着在阴极，阴极上发生还原反应：Ag+ + e－=Ag，B错误；
C. 电解过程中阳极上氢氧根离子不断发生氧化反应生成氧气，阳极附近水的电离平衡被破坏，氢离子浓度增大，溶液的酸性将逐渐增强，C错误；
D. 根据电子转移守恒4Ag~O2~4e-可知，电路中每转移1mol电子，可生成1molAg和0.25molO2，D正确；
答案为D。
3．热激活电池(又称热电池)可用作火箭、导弹的工作电源。一种热激活电池的基本结构如图所示，其中作为电解质的无水 LiCl−KCl 混合物一旦受热熔融，电池瞬间即可输出电能。该电池总反应为：PbSO4 + 2LiCl + Ca ＝ CaCl2 + Li2SO4 + Pb。关于该电池的下列说法中，不正确的是
A．负极的电极反应：Ca−2e－ ＝ Ca2+
B．放电时，K+向硫酸铅电极移动
C．硫酸铅作正极材料，LiCl为正极反应物
D．常温时，在正负极之间连上检流计，指针不偏转
【答案】C
【解析】
电池总反应为：PbSO4 + 2LiCl + Ca ＝ CaCl2 + Li2SO4 + Pb，Ca化合价升高，失去电子，作负极，PbSO4化合价降低，得到电子，作正极。
A．根据前面分析得到负极的电极反应：Ca−2e－ ＝ Ca2+，故A正确；
B．放电时，根据离子移动方向“同性相吸”，因此K+向正极(硫酸铅)移动，故B正确；
C．硫酸铅作正极材料，熔融的LiCl作为电解质，根据PbSO4 + 2LiCl + Ca ＝ CaCl2 + Li2SO4 + Pb信息，PbSO4为正极反应物，故C错误；
D．根据题中信息，电解质的无水 LiCl−KCl混合物一旦受热熔融，因此常温时，在正负极之间连上检流计，指针不偏转，故D正确。
综上所述，答案为C。
4．铅蓄电池的结构示意图如图所示，其充、放电时的电池反应为： Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O。下列说法正确的是
A．放电时Pb为负极，发生反应：Pb-2e-= Pb2+
B．放电时H+向正极移动，正极区域酸性增强
C．充电时PbO2与外电源的负极相连
D．充电时阳极发生反应：PbSO4-2e-+2H2O = PbO2+SO+4H＋
【答案】D
【解析】
【分析】
由铅蓄电池的总反应Pb + PbO2 + 2H2SO42PbSO4 + 2H2O可知，放电时，Pb被氧化，应为电池负极反应，电极反应式为Pb-2e-+SO=PbSO4，正极上PbO2得电子被还原，电极反应式为PbO2+ SO+2e-+4H+=PbSO4+2H2O，在充电时，阳极上发生氧化反应，电极反应式和放电时的正极反应互为逆反应，阴极上发生还原反应，电极反应式和放电时的负极反应互为逆反应，由此解答；
【详解】
A．放电时，该原电池的负极材料是铅，铅失电子发生氧化反应，电极方程式为Pb+SO-2e-=PbSO4，故A错误；
B．原电池中阳离子向正极移动，所以放电时，溶液中的H+向正极区移动与PbO2反应生成水，则正极区域的溶液浓度减小，即酸性减弱，故B错误；
C．充电时为电解池，此时的PbO2外电源的正极相连，故C错误；
D．充电时，阳极上电极反应式为PbSO4-2e-+2H2O = PbO2+SO+4H+，故D正确；
故选D。
5．银锌电池广泛用作各种电子仪器的电源，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，总反应式为Ag2O+Zn+H2O=2Ag+Zn(OH)2，下列说法中不正确的是（ ）
A．原电池放电时，负极上发生反应的物质是Zn
B．正极发生的反应是Ag2O+2e−+H2O=2Ag+2OH-
C．工作时，负极区溶液c(OH-)减小
D．溶液中OH-向正极移动，K+、H+向负极移动
【答案】D
【解析】
A.根据总反应式Ag2O+Zn+H2O===2Ag+Zn(OH)2可知，放电时Zn元素化合价由0价变为+2价，所以负极上Zn失电子发生氧化反应，故A正确；
B.正极上Ag2O得电子发生还原反应，电极反应式为Ag2O+2e−+H2O===2Ag+2OH−，故B正确；
C.电解质溶液为KOH溶液，所以负极反应为Zn+2OH−−2e−===Zn(OH)2，在负极区， OH−被消耗导致氢氧根离子浓度减小，故C正确；
D.放电时，溶液中的OH−向负极移动，K+、H+向正极移动，故D项错误。答案选D。
6．控制合适的条件，将反应2Fe3+ + 2I-2Fe2+ + I2设计成如图所示原电池，下列判断不正确的是
A．反应开始时，电流方向是从甲池石墨棒流向乙池石墨棒
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3+被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中石墨电极为负极
【答案】D
【解析】
【分析】
由总反应方程式得，I-被氧化，Fe3+被还原，因此甲中石墨为正极，乙中石墨为负极。
【详解】
A．乙中I-被氧化，Fe3+被还原，因此甲中石墨为正极，乙中石墨为负极，电流方向是从正经导线流向负极，所以从甲池石墨棒流向乙池石墨棒，故A项正确；
B．由总反应方程式知，Fe3+被还原成Fe2+，故B项正确；
C．当电流计为零时，说明没有电子发生转移，反应达到平衡，故C项正确；
D．加入Fe2+，导致平衡逆向移动，则Fe2+失去电子生成Fe3+，作为负极，故D项错误；
故选D。
7．将如图所示实验装置的K闭合(已知：盐桥中装有琼脂凝胶，内含KCl)，下列判断正确的是
A．Cu电极上发生氧化反应
B．电子沿Zn→a→b→Cu路径移动
C．片刻后甲池中c(Cl-)增大
D．片刻后可观察到滤纸b处变红色
【答案】C
【解析】
甲、乙装置能自发的进行氧化还原反应，所以是原电池，锌易失电子作负极，铜作正极，则含有硫酸钠溶液的滤纸是电解池，a是阴极，b是阳极。
A．该原电池中锌作负极，铜作正极，正极上发生得电子的还原反应，该A错误；
B．电子从Zn→a，b→Cu路径流动，电子不进入电解质溶液，故B错误；
C．原电池中阴离子向负极移动，即盐桥中的Cl-移向甲烧杯，所以片刻后甲池中c（Cl-）增大，故C正确；
D．电解池中，a电极上氢离子放电生成氢气，同时a电极附近生成氢氧根离子，导致溶液碱性增强，所以a极变红色，故D错误；
故答案选C。
8．科学家近年发明了一种新型 Zn−CO2 水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体 CO2 被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是
A．放电时，负极反应为Zn - 2e- + 4OH- = Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2 转化为HCOOH， 转移的电子数为 2 mol
C．充电时，阳极溶液中 OH−浓度升高
D．充电时，电池总反应为2Zn(OH) = 2Zn + O2 +4OH- + 2H2O
【答案】C
【解析】
A. 放电时，Zn变成Zn(OH)发生氧化反应做负极，负极反应为：Zn - 2e- + 4OH- = Zn(OH)，故A选项正确；
B. 放电时，根据右侧可知，电极方程式为：2H++CO2+2e-=HCOOH，可知1mol二氧化碳转化为甲酸时，转移的电子数为2mol，故B选项正确；
C. 充电时，右侧为阳极，阳极生成氧气，电极方程式为：2H2O-4e-=O2+4H+，生成氢离子，所以氢氧根离子浓度降低，故C选项错误；
D. 根据题中图示可知，充电时电池的总反应为：2Zn(OH)= 2Zn+O2+4OH-+2H2O，故D选项正确；
故选：C。
9．一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下：
pH
2
4
6
6. 5
8
13. 5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2+
Fe3O4
Fe2O3
下列说法不正确的是
A．在pH＜4的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀
B．在pH＞6的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
C．在pH＞14的溶液中，碳钢腐蚀的反应为O2+4OH-+4e-===2H2O
D．在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢
【答案】C
【解析】
A. 当pH＜4溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀，负极电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为：2H++2e-=H2↑，故A正确；
B. 当pH＞6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，负极电极反应式为：Fe-2e-=Fe2+，正极上电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故B正确；
C. 在pH＞14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应O2+2H2O+4e-=4OH-，故C错误；
D. 将碱性溶液煮沸除去氧气后，正极上氧气生成氢氧根离子的速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，故D正确；故选C。
10．执法交警最常用的一种酒精检测仪的工作原理示意图如图所示，其反应原理为CH3CH2OH+O2=CH3COOH+H2O，被测者呼出气体中所含的酒精被输送到电池中反应产生微小电流，该电流经电子放大器放大后在液晶显示屏上显示其酒精含量。下列说法不正确的是（ ）
A．电解质溶液中的移向a电极
B．b为正极，电极反应式为O2+2H2O+4e-=4OH-
C．呼出气体中酒精含量越高，微处理器中通过的电流越大
D．a极上的电极反应式为CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+
【答案】B
【解析】
【分析】
根据图示及总反应方程式可知，电解质溶液为酸性环境，氧气发生还原反应，b极为正极，a极为负极，CH3CH2OH发生氧化反应，据此解答。
【详解】
A．电解质溶液中阴离子向负极移动，故移向a电极，A正确；
B．b为正极，电解质溶液为酸性环境，正极上氧气得电子和氢离子反应生成水，所以电极反应式为O2+4e-+4H+=2H2O，B错误；
C．单位时间内，人呼出的气体中酒精含量越多，酒精失电子数越多，所以微处理器中通过的电流越大，C正确；
D．a极是负极，CH3CH2OH失电子发生氧化反应生成CH3COOH，所以a极的电极反应式为：CH3CH2OH+H2O-4e-=CH3COOH+4H+，D正确；
答案选B。
11．如图装置(Ⅰ)为一种可充电电池的示意图，其中的离子交换膜只允许K+通过，该电池放电、充电时的电池反应为。装置(Ⅱ)为电解池的示意图当闭合开关K时，电极X附近溶液先变红。则闭合K时，下列说法正确的是( )
A．K+从右到左通过离子交换膜
B．电极A上发生的反应为I+2e-=3I-，
C．电极Y上发生的反应为2Cl--2e-=Cl2↑，
D．当有0.1molK+通过离子交换膜时，X电极上产生1.12L气体
【答案】C
【解析】
【分析】
当闭合开关K时，X附近溶液先变红，说明X极生成OH-，应为电解池的阴极， Y为电解池的阳极，则A为原电池的负极， B为原电池的正极，以此解答该题。
【详解】
A．原电池中阳离子向正极移动，即从左向右通过离子交换膜，故A错误；
B．A为负极，失电子发生氧化反应，电极反应式为2K2S2-2e-=K2S4+2K+，故B错误；
C．Y为电解池阳极，氯离子失电子发生氧化反应，电极反应为2Cl--2e-=Cl2↑，故C正确；
D．未指明温度和压强，无法确定气体的体积，故D错误；
综上所述答案为C。
12．天津理工大学刘喜正等人利用Na2S2O4的生成和分解，研制出Na-SO2可充电电池，电解质溶液为乙二胺的乙醚溶液。该电池放电时的工作原理如图所示。下列关于放电时的说法正确的是（ ）
A．该装置是将电能转化为化学能
B．电子从Na极经电解质流向石墨极
C．石墨电极反应式为2Na++2SO2+2e-= Na2S2O4
D．若转移3mol电子，则消耗33.6L（标准状况下）SO2
【答案】C
【解析】
Na单质为活泼金属，所以Na电极为负极，发生氧化反应，石墨电极为正极，SO2在电极上得电子发生还原反应。
A．可充电电池放电时相当于原电池，能量变化为化学能转化为电能，A项错误；
B．电解质中没有电子流动，B项错误；
C．石墨极是正极，SO2在电极上得电子结合迁移到正极的Na+生成Na2S2O4，电极反应为2Na++2SO2+2e-= Na2S2O4，C项正确；
D．根据以上电极反应式，该电池中转移3mol电子，消耗3molSO2，标准状况下体积为67.2L，D项错误；
综上所述答案为C。
13．电镀行业产生的酸性含铬废水对环境有污染，其中所含的+6价铬(以Cr2O形式存在)是主要污染物，可采用电解法将其除去。向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体，以Fe为阴、阳电极进行电解。经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，从而使废水中铬含量低于排放标准。装置如图所示。
已知：pH=3.2时Fe3+完全转化为Fe(OH)3；pH=5.6时Cr3+完全转化为Cr(OH)3
（1）向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体的作用是___________。
（2）B极上有大量氢气产生，电极反应为___________。
（3）结合化学用语分析酸性废水中Cr2O转化为Cr(OH)3的主要原因___________。
【答案】增强溶液的导电性 2H＋＋2e－＝H2↑ 6Fe2+＋Cr2O＋14H＋＝7H2O＋2Cr3+＋6Fe3+，酸性减弱，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3
【解析】
【分析】
根据信息得到B为阴极，酸中的氢离子得到电子产生氢气，阳极是铁失去电子变为亚铁离子，亚铁离子和Cr2O在酸性条件下反应生Cr3+、Fe3+，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3。
【详解】
（1）向酸性含铬废水中加入适量NaCl固体的作用是增强溶液的导电性；故答案为：增强溶液的导电性。
（2）B极上有大量氢气产生，电极反应为2H＋＋2e－＝H2↑；故答案为：2H＋＋2e－＝H2↑。
（3）结合化学用语分析酸性废水中Cr2O转化为Cr(OH)3的主要原因6Fe2+＋Cr2O＋14H＋＝7H2O＋2Cr3+＋6Fe3+，酸性减弱，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3；故答案为：6Fe2+＋Cr2O＋14H＋＝7H2O＋2Cr3+＋6Fe3+，酸性减弱，Cr3+、Fe3+水解生成Cr(OH)3、Fe(OH)3。
【点睛】
该题主要考查学生思维逻辑性，阳极的铁失去电子变为亚铁离子，亚铁和重铬酸根反应生成铁离子、铬离子。
14．某小组同学利用原电池装置探究物质的性质。资料显示：原电池装置中，负极反应物的还原性越强，或正极反应物的氧化性越强，原电池的电压越大。
（1）同学们利用下表中装置进行实验并记录。
装置
编号
电极A
溶液B
操作及现象
Ⅰ
Fe
pH=2的H2SO4
连接装置后，石墨表面产生无色气泡；电压表指针偏转
Ⅱ
Cu
pH=2的H2SO4
连接装置后，石墨表面无明显现象；电压表指针偏转，记录读数为a
①同学们认为实验Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，其正极反应式是_____________。
②针对实验Ⅱ现象：甲同学认为不可能发生析氢腐蚀，其判断依据是_______；乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极的电极反应式是___________。
（2）同学们仍用上述装置并用Cu和石墨为电极继续实验，探究实验Ⅱ指针偏转原因及影响O2氧化性因素。
编号
溶液B
操作及现象
Ⅲ
经煮沸的pH=2的 H2SO4
溶液表面用煤油覆盖，连接装置后，电压表指针微微偏转，记录读数为b
Ⅳ
pH=2的H2SO4
在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为c；取出电极，向溶液中加入数滴浓Na2SO4溶液混合后，插入电极，保持O2通入，电压表读数仍为c
Ⅴ
pH=12的NaOH
在石墨一侧缓慢通入O2并连接装置，电压表指针偏转，记录读数为d
①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的电压表读数为：c＞a＞b，请解释原因是_____________。
②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其目的是探究_____________________对O2氧化性的影响；实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液的目的是_____________。
【答案】2H+ + 2e-=H2↑ 在金属活动性顺序中，Cu在H后，Cu不能置换出H2 O2 + 4H+ + 4e-=2H2O O2浓度越大，其氧化性越强，使电压值增大 溶液的酸碱性 排除溶液中的Na+（或SO42-）对实验的可能干扰；
【解析】
（1）①同学们认为实验Ⅰ中铁主要发生了析氢腐蚀，即为溶液中的H+得电子生成H2，其正极反应式是2H+ + 2e-=H2↑。
②针对实验Ⅱ现象，甲同学考虑到：在金属活动顺序表中，Cu排在H的后面，所以他认为不可能发生析氢腐蚀。乙同学认为实验Ⅱ中应发生吸氧腐蚀，其正极是溶解在溶液中的O2得电子，电极反应式是O2 + 4H+ + 4e-=2H2O。
（2）①丙同学比较实验Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，同样是pH=2的H2SO4溶液，只是溶解的O2量不同，导致电压表读数为：c＞a＞b，因此可以看出，氧气浓度越大，导电能力越强。
②丁同学对Ⅳ、Ⅴ进行比较，其变量是溶液pH的不同，因此其目的是探究溶液的酸碱性对O2氧化性的影响。实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液，结果溶液的导电能力未变，从而说明溶液中的Na+（或SO42-）对实验不产生干扰，也由此得出实验Ⅳ中加入Na2SO4溶液的目的是排除溶液中的Na+（或SO42-）对实验的可能干扰。
15．Ⅰ．利用下列给出的试剂与材料，将氧化还原反应设计成一个带有盐桥的原电池。
试剂：溶液、溶液、溶液、溶液、蒸馏水等。
材料：锌棒、铁棒、铜棒、石墨棒、500mL烧杯2个、盐桥(装有含琼胶的KCl饱和溶液)等。
回答下列问题：
（1）选用________作正极，此电极的电极反应式是___________________________________________。
（2）在答题卡方框中画出一个符合上述要求的原电池的装置图(标出电解质溶液及外电路中电子流动方向)__________________。
Ⅱ．如图所示，E为浸过含酚酞的Na2SO4溶液的滤纸。A、B分别为铂片，压在滤纸两端，R、S为电池的电极。M、N是用多微孔的Ni制成的电极，在碱溶液中可视为惰性电极。G为电流计，K为开关。C、D和电解池中都充满浓KOH溶液。若在滤纸中央滴一滴紫色的KMnO4溶液，将开关K打开，接通电源一段时间后，C、D中有气体产生，气体的体积见图。
请回答下列问题：
（1）R为________(填“正”或“负”)极。
（2）A附近溶液的现象是_________________________________________，
B附近发生的电极反应式为_____________________________________。
（3）滤纸上的紫色点向________(填“A”或“B”)方向移动。
（4）当C、D中的气体产生到一定量时，切断外电源并接通开关K，经过一段时间后，C、D中的气体逐渐减少，C中的电极为________(填“正”或“负”)极，电极反应式为__________________。
Ⅲ．若一开始Ⅱ中的电源选用了Ⅰ中自己设计的原电池，连接起来工作一段时间后，测得Ⅱ中C和D试管气体总体积为336mL（已折算成标准状况），则你设计的原电池Ⅰ的负极质量至少要减轻_________________克？（结果保留两位小数）
【答案】石墨棒 Fe3++e- =Fe2+ 负 溶液变红 2H2O-4e-=O2↑+4H+ B 负 H2＋2OH－－2e－=2H2O 0.64
【解析】
【分析】
利用反应设计原电池时，从价态变化切入，Cu由0价升高为+2价，则Cu作负极材料，Fe3+由+3价降低为+2价，则电解质中应含有可溶性铁盐，同时还需考虑到，正极材料若为金属，其金属活动性应比Cu弱。分析电池组的电极时，应从电解KOH溶液的电解池中电极产物入手，体积大的气体为H2，此电极(M)为阴极，体积小的气体为O2，此电极(N)为阳极。由C、D极气体的体积计算消耗Cu电极的质量时，应利用得失电子守恒建立关系式。
【详解】
Ⅰ．（1）由以上分析知，正极应选用石墨棒，此电极中，溶液中的Fe3+得电子生成Fe2+，电极反应式是Fe3++e- =Fe2+。答案为：石墨棒；Fe3++e- =Fe2+；
（2）符合上述要求的原电池的装置图中，一个电极为Cu，电解质为CuCl2溶液，另一个电极为石墨棒，电解质为FeCl3溶液，即为：。答案为：；
Ⅱ．（1）由分析知，C试管中生成H2，则M电极为阴极，R为负极。答案为：负；
（2）A为阴极，发生反应2H2O+2e-=2OH-+H2↑，生成的OH-使酚酞变红色，则附近溶液的现象是溶液变红，B极为阳极，发生的电极反应式为2H2O-4e-==O2↑+4H+。答案为：溶液变红；2H2O-4e-=O2↑+4H+；
（3）带负电荷，应向阳极移动，则滤纸上的紫色点向B方向移动。答案为：B；
（4） C中H2失电子，M电极为负极，在此电极，H2得电子后的产物与OH-反应生成H2O，电极反应式为H2＋2OH－－2e－=2H2O。答案为：负；H2＋2OH－－2e－=2H2O；
Ⅲ．Ⅱ中C和D试管气体总体积为336mL（已折算成标准状况），则C电极生成H2224mL(标况)，物质的量为=0.01mol，依据得失电子守恒，可与Cu建立如下关系式：Cu——H2，则Cu电极至少要减轻的质量为0.01mol×64g/mol=0.64克。答案为：0.64。
【点睛】
因为线路中会出现电量的损耗，所以电池实际供应的电量应比理论计算多，所耗负极金属的质量也应比理论计算多。
16．某小组同学利用下图所示装置进行铁的电化学腐蚀原理的探究实验：
装置
分别进行的操作
现象
i. 连好装置一段时间后，向烧杯中滴加酚酞
ii. 连好装置一段时间后，向烧杯中滴加K3[Fe(CN)6]溶液
铁片表面产生蓝色沉淀
（1）小组同学认为以上两种检验方法，均能证明铁发生了吸氧腐蚀。
①实验 i 中的现象是_____。
②用化学用语解释实验i中的现象：_____。
（2）查阅资料：K3[Fe(CN)6]具有氧化性。
①据此有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是_____。
②进行下列实验，在实验几分钟后的记录如下：
实验
滴管
试管
现象
0.5 mol·L-1 K3[Fe(CN)6]
溶液
iii. 蒸馏水
无明显变化
iv. 1.0 mol·L-1NaCl溶液
铁片表面产生大量蓝色沉淀
v. 0.5 mol·L-1Na2SO4溶液
无明显变化
a．以上实验表明：在_____条件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应。
b．为探究Cl-的存在对反应的影响，小组同学将铁片酸洗(用稀硫酸浸泡后洗净) 后再进行实验 iii，发现铁片表面产生蓝色沉淀。此补充实验表明 Cl-的作用是_____。
（3）有同学认为上述实验仍不严谨。为进一步探究K3[Fe(CN)6]的氧化性对实验 ii 结果的影响，又利用（2）中装置继续实验。其中能证实以上影响确实存在的是_____(填 字母序号)。
实验
试剂
现象
A
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
B
酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和 NaCl 混合溶液(未除O2)
产生蓝色沉淀
C
铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl 混合溶液(已除O2)
产生蓝色沉淀
D
铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除 O2)
产生蓝色沉淀
【答案】碳棒附近溶液变红 O2+4e-+2H2O=4OH- K3[Fe(CN)6]可能氧化Fe生成Fe2＋，会干扰由于电化学腐蚀负极生成Fe2＋的检验 Cl-存在 Cl-破坏了铁片表面的氧化膜 AC
【解析】
【分析】
根据图像可知，该装置为原电池装置，铁作负极，失电子生成亚铁离子；C作正极氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，正极附近显红色。要验证K3Fe(CN)6具有氧化性，则需要排除其它氧化剂的干扰，如氧气、铁表面的氧化膜等，据此分析解答。
【详解】
（1）①实验i中，发生吸氧腐蚀，碳棒为正极，发生O2得电子生成OH-的反应，从而使碳棒附近溶液变红；
②正极氧气得电子与水反应生成氢氧根离子，电极反应式O2+4e-+2H2O=4OH-；
（2）①有同学认为仅通过ii中现象不能证明铁发生了电化学腐蚀，理由是既然K3[Fe(CN)6]具有氧化性，可能氧化Fe为亚铁离子，影响实验结果；
②a．对比试验iv和v，溶液中的Na+、SO42-对铁的腐蚀无影响，Cl-使反应加快；实验表明：在Cl-存在的条件下，K3[Fe(CN)6]溶液可以与铁片发生反应；
b．用稀硫酸酸洗后，铁片表面的氧化膜被破坏，再进行实验iii，铁片表面产生蓝色沉淀，则Cl-的作用与硫酸相同，也是破坏铁表面的氧化膜；
（3）A．已除O2的铁片不能发生吸氧腐蚀，只能发生铁片、K3[Fe(CN)6]溶液的反应，从而表明K3[Fe(CN)6]能与铁作用生成Fe2+，故A符合题意；
B．酸洗后的铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(未除O2)，同时满足两个反应发生的条件，既可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，也可能是铁片发生了吸氧腐蚀，故B不合题意；
C．铁片、K3[Fe(CN)6]和NaCl混合溶液(已除O2)，不能发生吸氧腐蚀，只能是Cl-破坏氧化膜，然后K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，C符合题意；
D．铁片、K3[Fe(CN)6]和盐酸混合溶液(已除O2) 反应产生蓝色沉淀，可能是铁片与盐酸直接反应生成Fe2+，也可能是K3[Fe(CN)6]与铁作用生成Fe2+，故D不合题意；
答案为AC。
【点睛】
钢铁在中性或碱性溶液中发生吸氧腐蚀，铁失电子发生氧化反应做负极，正极是氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子；钢铁在酸性或碱性溶液中发生析氢腐蚀，正极是氢离子得电子发生还原反应生成氢气。
17．实验室有如下材料：铜片、铁片、石墨棒、CuCl2溶液、FeCl3溶液、导线、电流表、盐桥(装有琼脂-KCl的U形管)、烧杯等。甲同学设计了如图1的原电池装置，但乙同学发现甲同学设计的原电池装置效率不高，电流在短时间内就会衰减，为解决以上问题，将原电池设计成了带盐桥的装置，如图2所示。
图1 图2
（1）①事实证明，能设计成原电池的反应通常是放热反应，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是___________（填序号，下同）。
a．C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g) ΔH>0
b．2H2(g)+O2(g)2H2O(l) ΔH<0
c．NaOH(aq)+HCl(aq)NaCl(aq)+H2O(l) ΔH<0
②甲同学设计的原电池，若将石墨棒改为铁片，则总电极反应式是否改变，若是，写出改变后总的电极反应式，若否，请写出理由：________________________________。
③乙同学设计的原电池电极反应与甲的相同，但电池的效率高很多。乙同学设计的原电池两电极分别为：a是_______（填“铜片”“铁片”或“石墨棒”，下同），b是_______。负极的电极反应式为___________________，正极的电极反应式为____________________。
（2）关于乙同学设计的原电池，下列说法中错误的是____________。
a．实验过程中，左侧烧杯中Cl−浓度增大
b．实验过程中取出盐桥，原电池不能继续工作
c．电子通过盐桥从右侧烧杯进入左侧烧杯中
【答案】（1）①b
②2FeCl3+Fe3FeCl2（或2Fe3++Fe3Fe2+）
③铜片 石墨棒 Cu－2e－Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－2Fe2＋
（2）c
【解析】（1）①根据题中信息，设计成原电池的反应通常是放热反应，排除a，根据已学知识，原电池反应必是自发进行的氧化还原反应，排除c。
②若将石墨棒改为铁片，则铁的活泼性强于铜，总电极反应发生改变。
③因为乙同学设计的原电池总电极反应与甲同学的相同，均为Cu+2Fe3＋2Fe2＋+Cu2＋，因此两电极为铜片和石墨棒，再根据电解液即可确定两电极的材料。
（2）该原电池的工作原理是Cu+2Fe3＋ Cu2＋+2Fe2＋，盐桥起形成闭合回路和平衡电荷的作用，因此当电池工作时，盐桥中的Cl−向负极移动，因此左侧烧杯中Cl−的浓度将增大，a正确。当取出盐桥，不能形成闭合回路，电池处于断路状态，不能继续工作，b正确。电子只能通过导线传递，盐桥传递的是离子，c错误。
18．脱除烟气中SO2有电化学法及液相催化氧化法等。
（1）Dennis等设计的电化学膜法脱除SO2的工艺如图-1所示。
多孔阳极上发生的电极反应为____；多孔阴极一侧发生的反应包括：
2S2O+2e－=3SO+SO2(g) 、____和2SO3 +2SO= 2S2O。
（2）研究FeSO4液相催化氧化脱硫的实验流程如图-2所示，循环槽中循环液的pH变化如图-3所示(起始时在脱硫塔中加入9LFeSO4溶液并向循环槽中鼓入空气5min)。
①图-2中设置分析取样点A和B的目的是____。
②脱硫塔中发生的主要反应为____；循环槽中产生的气体为____。
③图-3中430min后脱硫率基本稳定在93.5%左右的原因是____。
【答案】2SO- 4e－= 2SO3↑+ O2↑ 2SO2 (g) + O2(g)2SO3(g) 监测气样中SO2含量数据，便于计算脱硫率 2SO2+2H2O+O22H2SO4[或2FeSO4+SO2+O2=Fe2(SO4)3和Fe2(SO4)3+SO2+2H2O = 2FeSO4+2H2SO4] H2 SO2在FeSO4催化下产生硫酸的速率与铁屑和硫酸反应消耗硫酸的速率基本保持动态平衡
【解析】
【分析】
将含有二氧化硫的烟气从多空阴极通入电池中，二氧化硫在五氧化二钒催化作用下生成三氧化硫，三氧化硫通过空气吹扫从多空阳极排出已达到除二氧化硫的目的。将烟气从A点通入脱硫塔中，烟气中的二氧化硫会在循环液硫酸亚铁的催化作用下生成硫酸，硫酸会进入循环池，在循环池中加入铁粉，铁粉与硫酸反应有生成硫酸亚铁，达到脱硫的效果。
【详解】
（1）多孔阳极发生失电子的氧化反应，其电极反应式为2SO- 4e－= 2SO3↑+ O2↑，故答案为：2SO- 4e－= 2SO3↑+ O2↑；
多孔阴极发生还原反应，S2O得电子，含有SO2的烟气在五氧化二钒的催化下，与氧气反应生成三氧化硫，化学反应式为SO2+O2SO3，故答案为：SO2+O2SO3；
（2） ① 由于A点是进样口，B点是出样口，计算A、B两点的差值就可以算出二氧化硫的含量，便于计算脱硫率，故答案为：监测气样中SO2含量数据，便于计算脱硫率；
②脱硫塔中进入烟气，硫酸亚铁被空气鼓入到脱硫塔中，脱硫塔中在亚铁离子催化作用下二氧化硫和水和氧气发生反应，反应方程式为2SO2+2H2O+O22H2SO4，硫酸亚铁和二氧化硫和氧气发生反应，二氧化硫具有还原性，可以将硫酸铁又还原成硫酸亚铁，化学方程式为：2FeSO4+SO2+O2=Fe2(SO4)3和Fe2(SO4)3+SO2+2H2O = 2FeSO4+2H2SO4，循环槽中加入铁粉，铁粉与硫酸反应生成氢气，所以在循环槽中产生的气体为H2；
③硫酸是在硫酸亚铁催化二氧化硫产生的，铁粉和硫酸反应有生成了硫酸亚铁，当二者的化学反应速率相等时，所以在430min后脱硫率基本稳定在93.5%左右，故答案为：SO2在FeSO4催化下产生硫酸的速率与铁屑和硫酸反应消耗硫酸的速率基本保持动态平衡。
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