还剩21页未读，
继续阅读
2020届高考化学二轮复习电化学基础学案
展开
题型四 电化学基础
高考命题规律
2020年高考必备
2015年
2016年
2017年
2018年
2019年
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
命题角度1
原电池原理与新型电池
11
11
11
11
12
11
12
13
命题角度2
电解原理及其应用
11
11
13
命题角度3
金属腐蚀及其防护
11
命题角度1原电池原理与新型电池
高考真题体验·对方向
1.(2019全国Ⅰ,12)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,示意图如右所示。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
答案 B
解析 该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
2.(2019全国Ⅲ,13)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,结构如右图所示。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
答案 D
解析 本题考查了二次电池的工作原理及电极反应式的书写与判断。三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项正确;根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH- -2e-ZnO(s)+H2O(l),C项正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项错误。
3.(2019天津,6)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下。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
答案 D
解析 根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B正确;充电时,b电极电极反应为Zn2++2e-Zn,每增重0.65 g转移0.02 mol e-,根据以上分析,可知溶液中有0.02 mol I-被氧化,C正确;充电时,阳极接电源正极,故D错误。
4.(2018全国Ⅲ,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( )
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-x2Li+(1-x2)O2
答案 D
解析 放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。
5.(2018全国Ⅱ,12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。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( )
A.放电时,ClO4-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-2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
答案 D
解析 放电时装置为原电池,阴离子向负极移动,A项正确;根据总反应可知,放电时二氧化碳在正极得电子被吸收,充电时又被释放出来,B项正确;放电时,负极上Na失电子,正极上CO2得电子,正极电极反应式为3CO2+4e-2CO32-+C,C项正确;充电时阴极反应式为Na++e-Na,D项错误。
6.(2017全国Ⅲ,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( )
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
答案 D
解析 A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为S8+2Li++2e-Li2S8、3Li2S8+2Li++2e-4Li2S6、2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4、Li2S4+2Li++2e-2Li2S2,故A正确;B项,原电池工作时,转移0.02 mol电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02 mol,质量减少0.14 g,正确;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,正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,错误。
7.(2016全国Ⅱ,11)Mg-AgCl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( )
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↑
答案 B
解析 Mg-AgCl海水电池中,Mg为活泼金属,作负极,发生反应:Mg-2e-Mg2+,A项正确;AgCl在正极反应:AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误;原电池中,阴离子向负极移动,C项正确;Mg可与H2O缓慢反应,D项正确。
8.(2016全国Ⅲ,11)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)42-。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)42-
D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)
答案 C
解析 充电时,阳离子移向阴极,A项错误;充电时的总反应为2Zn(OH)42-2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,c(OH-)增大,B项错误;放电时每消耗1 mol O2转移4 mol电子,D项错误。
9.(2015全国Ⅰ,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.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
答案 A
解析 C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
10.(2015天津,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 原电池反应为Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。Cu电极作正极,Cu2+在正极得电子,发生还原反应,A项错误;由于两半池中的阴离子SO42-不能透过半透膜,故c(SO42-)都不变,B项错误;甲池中由于生成Zn2+,而乙池中Cu2++2e-Cu,则乙池中的CuSO4部分变为ZnSO4,导致乙池中溶液总质量变大,C项正确;阴离子不能透过半透膜,D项错误。
典题演练提能·刷高分
1.(2019河南部分示范性高中联考)银-Ferrozine法检测甲醛(HCHO)的原理为:①在原电池装置中,氧化银能将甲醛充分氧化为CO2 ②Fe3+与产生的Ag定量反应生成Fe2+ ③Fe2+与Ferrozine形成有色配合物 ④测定溶液的吸光度(吸光度与溶液中有色物质的浓度成正比)。下列说法正确的是( )
A.①中,负极的电极反应式为2Ag2O+4H++4e-4Ag+2H2O
B.①中,溶液中的H+由正极移向负极
C.理论上消耗的甲醛与生成的Fe2+的物质的量之比为1∶4
D.④中,甲醛浓度越大,吸光度越小
答案 C
解析 ①中负极的电极反应式为HCHO-4e-+H2OCO2↑+4H+,正极的电极反应式为2Ag2O+4H++4e-4Ag+2H2O,A项错误;①中,溶液中的H+由原电池负极向正极移动,B项错误;根据电子守恒关系:HCHO~4Ag~4Fe2+,故理论上消耗的甲醛与生成的Fe2+的物质的量之比为1∶4,C项正确;甲醛浓度越大,理论上生成Fe2+越多,进而得到有色配合物的浓度也越大,溶液吸光度越大,D项错误。
2.(2019辽宁葫芦岛一模)据报道,我国已研制出“可充室温钠—二氧化碳电池”,电极材料为钠金属片和碳纳米管,电解液为高氯酸钠四甘醇二甲醚溶液,电池总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C,生成的固体Na2CO3沉积在碳纳米管上。下列叙述不正确的是( )
A.放电时钠金属片发生氧化反应
B.放电时吸收CO2,充电时释放CO2
C.放电时Na+向碳纳米管移动
D.放电时的负极反应为2Na+CO32--2e-Na2CO3
答案 D
解析 放电时钠金属片作负极,失去电子发生氧化反应,A项正确;放电时正极上吸收CO2气体,CO2中的C原子得到电子,被还原生成C单质,充电时C单质失去电子,与Na2CO3反应变为CO2气体,同时产生金属Na,B项正确;放电时Na+向正极碳纳米管方向移动,C项正确;放电时负极上的Na失去电子,负极反应为Na-e-Na+,D项错误。
3.(2019河北唐山一模)研究人员研发了一种“水电池”,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。在海水中,电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列有关“水电池”在海水中放电时的说法正确的是( )
A.正极反应式:Ag+Cl-+e-AgCl
B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移4 mol电子
C.Na+向“水电池”的负极移动
D.AgCl是氧化产物
答案 D
解析 该电池的正极反应为5MnO2+2e-Mn5O102-,负极反应为Ag+Cl--e-AgCl,A项错误;由电池总反应方程式可知,每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子,B项错误;电池放电过程中钠离子向正极移动,C项错误;负极上Ag失电子被氧化,故AgCl是氧化产物,D项正确。
4.(2019湖北部分重点中学第二次联考)高温时通过以下反应制备金属铝。用铝制作的“快速放电铝离子二次电池”的原理如下图所示(EMI+为有机阳离子)。
①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)3AlCl(g)+3CO(g) ΔH1=a kJ· mol-1
②3AlCl(g)2Al(l)+AlCl3(g) ΔH2=b kJ· mol-1
③Al2O3(s)+3C(s)2Al(l)+3CO(g) ΔH3
下列说法正确的是( )
A.该电池放电时的负极反应为Al-3e-+7AlCl4-4Al2Cl7-
B.ΔH2<0
C.该电池充电时石墨电极与电源负极相连
D.Al2O3(s)+3C(s)2Al(l)+3CO(g) ΔH3=(a-b) kJ· mol-1
答案 A
解析 放电时铝为负极,失电子被氧化生成Al3+,Al3+和AlCl4-反应生成Al2Cl7-,所以负极反应方程式为Al-3e-+7AlCl4-4Al2Cl7-,A正确;反应②3AlCl(g)2Al(l)+AlCl3(g)是分解反应,大多数分解反应是吸热反应,所以ΔH2>0,B项错误;放电时铝为负极被氧化,石墨电极为正极发生还原反应,充电时石墨电极作阳极发生氧化反应,所以该电池充电时石墨电极与电源正极相连,C项错误;根据盖斯定律:①+②=③,因此Al2O3(s)+3C(s)2Al(l)+3CO(g) ΔH3=(a+b)kJ· mol-1,D项错误。
5.(2019湖北名校联盟三模)我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图装置可进行脱硫,将硫化氢气体转化成硫沉淀。已知甲、乙池中发生的反应如图所示。下列说法正确的是( )
A.甲池中得到H2O2的反应,H2O2既是氧化产物也是还原产物
B.电路中每转移0.2 mol电子,甲池溶液质量变化3.4 g,乙池溶液质量保持不变
C.光照时乙池电极上发生的反应为H2S+I3-3I-+S+2H+
D.甲池中碳棒上发生的电极反应为AQ+2H+-2e-H2AQ
答案 B
解析 根据图示可知在甲池中O2与H2AQ反应产生H2O2和AQ,O元素的化合价降低,H元素化合价没有变化,所以H2O2是还原产物,A项错误。根据图示可知电路中每转移0.2 mol电子,反应产生0.1 mol H2O2,同时有0.2 mol H+从乙池进入甲池,溶液质量增加3.4 g;而在乙池,H2S-2e-S↓+2H+,产生的H+通过全氟碳酸膜进入甲池,所以乙池溶液质量保持不变,B项正确。在乙池中,H2S失电子生成硫单质,I2单质得电子生成I-,发生的电池反应为H2S+I3-3I-+S↓+2H+,该反应不是电极反应,C项错误;甲池中碳棒为正极,正极上发生还原反应,电极反应为AQ+2H++2e-H2AQ,D项错误。
6.(2019河南洛阳模拟)以石墨负极(C)、LiFePO4正极组成的锂离子电池的工作原理如图所示(实际上正、负极材料是紧贴在锂离子导电膜两边的)。充放电时,Li+在正极材料上脱嵌或嵌入,随之在石墨中发生了LixC6的生成与解离。下列说法正确的是( )
A.锂离子导电膜应有保护成品电池安全性的作用
B.该电池工作过程中Fe元素化合价没有发生变化
C.放电时,负极材料上的反应为6C+xLi++xe-LixC6
D.放电时,正极材料上的反应为LiFePO4-xe-Li1-xFePO4+xLi+
答案 A
解析 根据题意描述,放电时,石墨为负极;充电时,石墨为阴极,石墨转化为LixC6,得到电子,石墨电极上发生还原反应。根据上述分析,总反应为LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6。
为了防止正负极直接相互接触,因此用锂离子导电膜隔开,锂离子导电膜起到保护成品电池安全性的作用,A项正确;根据总反应方程式LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6可知,LiFePO4与Li1-xFePO4中铁元素的化合价不同,否则不能构成原电池反应,B项错误;放电时,负极发生氧化反应,电极反应为LixC6-xe-6C+xLi+,C项错误;放电时,Li1-xFePO4在正极上得电子发生还原反应,电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,D项错误。
7.(2019河南开封一模)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。下列说法错误的是( )
A.放电时,负极的电极反应为Li-e-Li+
B.放电时,电子通过电解质从Li流向Fe2O3
C.充电时,Fe做阳极,电池逐渐摆脱磁铁吸引
D.充电时,阳极的电极反应为2Fe+3Li2O-6e-Fe2O3+6Li+
答案 B
解析 由图可知:该电池在充、放电时的反应为6Li+Fe2O33Li2O+2Fe;放电时负极发生氧化反应,正极发生还原反应;充电时阳极、阴极电极反应式与放电时的正极、负极电极反应式正好相反。
该电池在放电时Li为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式是Li-e-Li+,A项正确;放电时,电子通过外电路从负极Li流向正极Fe2O3,不能经过电解质,B项错误;充电时,Fe做阳极,失去电子,发生氧化反应,被氧化变为Fe2O3,Fe2O3不能被磁铁吸引,故电池逐渐摆脱磁铁吸引,C项正确;充电时,阳极失去电子,发生氧化反应,该电极反应式为2Fe-6e-+3Li2OFe2O3+6Li+,D项正确。
8.(2019河北石家庄教学质量检测)新型镁—锂双离子二次电池如图所示,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
答案 D
解析 放电时,左边镁为负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为Mg-2e-Mg2+;右边为正极得电子发生还原反应,电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,阳离子移向正极;充电时,外加电源的正极与正极相连,负极与负极相连。
放电时为原电池,原电池中阳离子移向正极,所以Li+由左向右移动,A项正确;放电时,右边电极为正极,得电子发生还原反应,电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,B项正确;充电时,外加电源的正极与正极相连,所以外加电源的正极与Y相连,C项正确;充电时,左室电极反应式为Mg2++2e-Mg,右侧将有1 mol Li+移向左室,所以导线上每通过1 mol e-,左室溶液质量减轻12 g-7 g=5 g,D项错误。
9.(2019陕西二模)C-Na2MnO4电池是科学家正在研发的新型钠离子电池中的一种,其充放电原理如图所示,放电时的总反应为xNa+Na2MnO4Na(2+x)MnO4。下列说法错误的是( )
A.放电时,左电极为负极,材料为金属钠
B.该电池可用Na2MnO4中性水溶液作为电解液
C.充电时,右电极与电源正极相连,发生氧化反应
D.充电时,阳极反应式为Na(2+x)MnO4-xe-xNa++Na2MnO4
答案 B
解析 放电时,钠离子流向右电极,说明左电极为负极,材料为金属钠,右电极为正极,A项正确;金属钠是活泼金属,极易与水发生反应,所以该电池不可用Na2MnO4中性水溶液作为电解液,B项错误;原电池中右电极为正极,充电时,右电极与电源正极相连,发生氧化反应,C项正确;充电时,阳极发生氧化反应,阳极反应式为Na(2+x)MnO4-xe-xNa++Na2MnO4,D项正确。
10.(2019四川达州二诊)碱性锌锰电池(电极材料为Zn和MnO2,电解质为KOH)有着很广泛的应用,其电池总反应为:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。下列有关碱性锌锰电池的说法正确的是( )
A.Zn为正极,MnO2为负极
B.工作时电子由MnO2极经外电路流向Zn极
C.负极的电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
D.工作时消耗1 mol MnO2,理论上生成氧化产物1 mol
答案 C
解析 由碱性锌锰电池的总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2可知,MnO2得电子被还原生成MnOOH,为正极,Zn失去电子,为负极,A项错误;电池工作时,外电路中电子由负极Zn经外电路流向正极MnO2,B项错误;Zn失去电子生成Zn(OH)2,电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,C项正确;电池正极的反应为2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-,根据电子守恒,工作时消耗1 mol MnO2,理论上生成氧化产物12 mol,D项错误。
11.氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作,装置如图所示。该电池工作时的总反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是( )
A.正极附近溶液的pH减小
B.电池工作时,H+通过质子交换膜向负极移动
C.消耗3.1 g氨硼烷,理论上通过内电路的电子为0.6 mol
D.负极电极反应为NH3·BH3+2H2O-6e-NH4++BO2-+6H+
答案 D
解析 H2O2在正极得到电子发生还原反应,电极反应式为3H2O2+6H++6e-6H2O,正极消耗氢离子,正极附近溶液的pH增大,故A错误;放电时,阳离子向正极移动,H+通过质子交换膜向正极移动,故B错误;负极电极反应式为NH3·BH3+2H2O-6e-NH4++BO2-+6H+,则消耗3.1 g 即0.1 mol氨硼烷,理论上通过外电路的电子为0.6 mol,故C错误、D正确。
12.锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A.放电时Li+由B极向A极移动
B.电池放电时总反应方程式为4Li+O2+2H2O4LiOH
C.电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D.电解液a可能为LiCl水溶液
答案 B
解析 A项,在原电池中,A是负极,B是正极,阳离子由负极向正极移动,即由A极向B极移动,故A错误;B项,原电池放电反应为自发的氧化还原反应,即4Li+O2+2H2O4LiOH,故B正确;C项,根据图示,LiOH由正极区流出,说明电解液a、b之间可采用阳离子交换膜,故C错误;D项,金属锂可以和水发生反应,电解质中不能含有水,故D错误。
命题角度2电解原理及其应用
高考真题体验·对方向
1.(2018全国Ⅰ,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。示意图如下所示,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:
①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+
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+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EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
答案 C
解析 根据图示可知,ZnO@石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2H++2e-CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2+H2SCO+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO@石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能稳定存在,D项正确。
2.(2017全国Ⅱ,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H2SO4-H2C2O4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
答案 C
解析 A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即SO42-向阳极移动,D项正确。
3.(2016全国Ⅰ,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SO42-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SO42-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
答案 B
解析 在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,故正极区pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,SO42-移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区电极反应可知C选项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D选项错误。
4.(2016北京,12)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A.a、d处:2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.b处:2Cl--2e-Cl2↑
C.c处发生了反应:Fe-2e-Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
答案 B
解析 A项,电解NaCl溶液,a、d处试纸变蓝,为H+放电生成H2,剩余OH-,使试纸变蓝,正确;B项,b处为阳极,b处变红,局部褪色,说明溶液中的Cl-和OH-均放电,错误;C项,实验一相当于两个串联电路,所以c处的Fe作阳极,故Fe失去电子生成Fe2+,正确;D项,根据实验一的原理知,实验二相当于三个串联电解池,每个铜珠的左、右两侧分别作为两个电极,其中m为阴极,n为阴极,右边的铜珠中,与n相对的一侧为阳极,其与m作电极构成的电解池中,电解时会存在Cu2+在m处放电生成Cu,正确。
5.(2015福建,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )
A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-C3H8O+5H2O
答案 B
解析 由模拟“人工树叶”电化学实验装置图知为电解装置,故为电能转化为化学能,A选项错误;b侧连接电源的正极为阳极,a侧连接电源的负极为阴极,在电解池中H+向阴极移动,B选项正确;右侧H2O→O2发生的是氧化反应,每生成1 mol O2,转移4 mol e-,C3H8O中碳的化合价是-2价,故3CO2→C3H8O,转移18 mol e-,依据得失电子守恒,反应中2CO2→3O2,生成1 mol O2消耗23 mol CO2,C选项错误;a电极发生的是还原反应:3CO2+18H++18e-C3H8O+5H2O,D选项错误。
6.(2015四川,4)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案 D
解析 若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。
典题演练提能·刷高分
1.(2019湖南衡阳第三次联考)如图所示,利用电化学原理与微生物工艺相组合的电解脱硝法,可除去引起水华的NO3-,反应原理是将NO3-还原为N2。下列说法正确的是( )
A.若加入的是NaNO3溶液,则导出的溶液呈碱性
B.镍电极上的电极反应式为:Ni-2e-Ni2+
C.电子由石墨电极流出,经溶液流向镍电极
D.若阳极生成0.1 mol气体,理论上可除去0.04 mol NO3-
答案 A
解析 石墨电极是阳极,阳极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极上发生的电极反应为2NO3-+6H2O+10e-N2↑+12OH-,两式合并可得总反应方程式:4NO3-+2H2O2N2↑+5O2↑+4OH-,所以导出的溶液呈碱性,A项正确;镍电极是阴极,电极反应是硝酸根离子得电子,而不是镍发生氧化反应,B项错误;电子不能经过溶液,C项错误;由电极反应2NO3-+6H2O+10e-N2↑+12OH-可知,生成1 mol氮气消耗2 mol的硝酸根离子,转移电子10 mol,若阳极生成0.1 mol气体(O2),转移电子0.4 mol,理论上可除去0.08 mol NO3-,D项错误。
2.(2019湖北四地七校联盟2月联考)某地海水中主要离子的含量如下表,现利用“电渗析法”进行淡化,技术原理如图所示(两端为惰性电极,阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是( )
离子
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
Cl-
SO42-
HCO3-
含量(mg·L-1)
9 360
83
200
1 100
16 000
1 200
118
A.甲室的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
B.海水淡化过程中易在戊室形成水垢
C.乙室和丁室中部分离子的浓度增大,淡水的出口为b
D.当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时,通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2 mol
答案 D
解析 由题图可知,甲室电极与电源正极相连,为阳极室,Cl-放电能力大于OH-,所以阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;戊室电极与电源负极相连,为阴极室,开始电解时,阴极上水得电子生成氢气,同时生成OH-,生成的OH-和HCO3-反应生成CO32-,Ca2+转化为CaCO3沉淀,OH-也可以和Mg2+生成Mg(OH)2沉淀,CaCO3和Mg(OH)2是水垢的主要成分,B项正确;阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过,电解时丙室中阴离子移向乙室,阳离子移向丁室,所以丙室中剩余物质主要是水,故淡水出口为b,C项正确;根据对B项的分析,戊室收集到的是H2,当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时,则电路中转移2 mol电子,通过甲室阳膜的离子为阳离子,由于既有+1价的阳离子,又有+2价的阳离子,所以通过甲室阳膜的离子的物质的量并不是2 mol,D项错误。
3.(2019河南平顶山一轮质量检测)某实验小组模拟光合作用,采用电解CO2和H2O的方法制备CH3CH2OH和O2的装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.铂极为阳极,发生氧化反应
B.电解过程中,H+由交换膜左侧向右侧迁移
C.阴极的电极反应式为2CO2+12H++12e-CH3CH2OH+3H2O
D.电路上转移2 mol电子时铂极产生11.2 LO2(标准状况)
答案 B
解析 CH3CH2OH中C为-2价,CO2发生还原反应,在铜电极区充入CO2。由电池符号知,铂极为阳极,发生氧化反应,A项正确;铂极的电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,氢离子由交换膜右侧向左侧迁移,B项错误;阴极上CO2得电子发生还原反应生成乙醇和水,C项正确;电路中转移2 mol电子时在铂电极上生成0.5 mol O2,D项正确。
注:—Ar代表苯环。
4.(2019福建毕业班质量检查)利用如右图所示装置,以NH3作氢源,可实现电化学氢化反应。下列说法错误的是( )
A.a为阴极
B.b电极反应式为2NH3-6e-N2+6H+
C.电解一段时间后,装置内H+数目增多
D.每消耗1 mol NH3,理论上可生成1.5 mol
答案 C
解析 从图中箭标方向“NH3→N2”可判断NH3在b电极上失去电子,发生氧化反应,b为阳极,则a为阴极,A项正确;从图中发现电解质中传导H+,故b电极反应式为2NH3-6e-N2+6H+,B项正确;从“Ar—CO—RAr—CH(OH)—R”即有机芳香类羰基化合物转化为醇类,发生了还原反应:Ar—CO—R+2H++2e-Ar—CH(OH)—R,根据电路中转移的电子数目相等可知,b极产生的H+与a极消耗的H+物质的量相等,C项错误,D项正确。
5.(2019四川攀枝花三模)电致变色玻璃以其优异的性能将成为市场的新宠。如图所示为五层膜的玻璃电致变色系统,其工作原理是在外接电源作用下,通过在膜材料内部发生氧化还原反应,实现对器件的光透过率进行多级可逆性调节。(已知:WO3和Li4Fe4[Fe(CN)6]3均为无色透明,LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3均为蓝色)下列有关说法正确的是( )
A.当B外接电源负极时,膜由无色变为蓝色
B.当B外接电源负极时,离子储存层发生反应为Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3
C.当A接电源的负极时,此时Li+得到电子被还原
D.当A接电源正极时,膜的透射率降低,可以有效阻挡阳光
答案 B
解析 当B接外接电源负极时,B为阴极,此时蓝色的Fe4[Fe(CN)6]3得电子并结合Li+生成Li4Fe4[Fe(CN)6]3,此物质为无色透明物质,故当B外接电源负极时,膜由蓝色变为无色,A项错误;当B外接电源负极时发生的电极反应为Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3,B项正确;A接电源负极,WO3得到电子被还原,C项错误;当A接电源正极B接外接电源负极时,B为阴极,此时蓝色的Fe4[Fe(CN)6]3得电子生成无色透明的Li4Fe4[Fe(CN)6]3,不能有效阻挡阳光,D项错误。
6.(2019河南九师联盟质量检测)C2H4及C2H2等均可用适当的羧酸盐采用Kolbe电解法得到。如图为制取C2H2的电解装置,该装置工作时,下列说法错误的是( )
A.该装置使电能转变为化学能
B.阴极周围溶液的pH不断升高
C.a电极上发生:-2e-HC≡CH↑+2CO2↑
D.制取乙烯可用CH3COOK溶液作阳极电解液
答案 D
解析 电解池中,与电源正极相连的是阳极,与电源负极相连的是阴极。故电极a是阳极,电极b是阴极。
该装置为电解池,是电能转变为化学能,A项正确;阴极与电源的负极相连,电解溶液中的阳离子发生还原反应。故阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极区溶液的pH不断升高,B项正确;电极a是阳极,发生氧化反应,阳极的电极反应式为-2e-HC≡CH↑+2CO2↑,C项正确;由Kolbe电解法原理可知,用CH3COOK溶液作阳极电解液得到的是乙烷,D项错误。
7.(2019湖北部分重点中学起点考试)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。其工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A.当电路中通过1 mol电子时,可得到1 mol H3BO3
B.将电源的正、负极反接,工作原理不变
C.阴极上的电极反应为2H2O-4e-O2+4H+
D.B(OH)4-穿过阴膜进入阴极室,Na+穿过阳膜进入产品室
答案 A
解析 阳极电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,阳极室中的氢离子通过阳膜进入产品室,原料室中的B(OH)4-穿过阴膜进入产品室,发生反应B(OH)4-+H+H2O+H3BO3获得产品。
电路中通过1 mol电子时,阳极上有1 mol H+生成,生成1 mol硼酸需要1 mol H+,所以电路中通过1 mol电子时,可得到1 mol H3BO3,A项正确;如果将电源的正、负极反接,工作原理发生变化,B项错误;电解时阴极发生得到电子的还原反应,电极反应式为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,C项错误;阳极电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,阳极室中的氢离子通过阳膜进入产品室,B(OH)4-穿过阴膜进入产品室,发生反应B(OH)4-+H+H2O+H3BO3,Na+穿过阳膜进入阴极室,D项错误。
8.(2019湖南益阳模拟)对废水中氮、磷元素的去除已经逐渐引起科研人员的广泛关注。采用两级电解体系对废水中硝态氮和磷进行降解实验取得了良好的去除效果。装置如图所示,由平板电极(除氮时a极为催化电极,b极为钛电极;除磷时a极为铁,b极为钛板)构成二维两级电解反应器。下列说法错误的是( )
A.a电极上的电势比b电极上的电势高
B.除氮时,b极的电极反应式为2NO3-+10e-+6H2ON2↑+12OH-
C.除磷的反应可能为Fe3++PO43-FePO4↓、3Fe2++2PO43-Fe3(PO4)2↓
D.钛极产生的气体能发生气浮作用,使溶液中颗粒物漂浮至表面而被去除
答案 B
解析 该装置为电解池,当除氮时,从图中可知b电极上发生的反应为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,故b电极为阴极,a电极为阳极,a电极上的电势比b电极上的电势高,A项正确;除氮时,因电解质溶液为酸性,故b极的电极反应为2NO3-+10e-+12H+H2↑+6H2O,B项错误;除磷时a极为铁,电极反应为Fe-2e-Fe2+,除磷反应为Fe3++PO43-FePO4↓、3Fe2++2PO43-Fe3(PO4)2↓,C项正确;钛极产生的气体形成细微的小气泡,有利于颗粒物漂浮至表面而被去除,D项正确。
9.(2019湖北武昌调研)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在,其中HCO3-占95%,利用图示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。下列说法正确的是( )
A.a室排出的是NaOH、Ca(OH)2等强碱性物质
B.b室发生的主要反应:2H++CO32-H2O+CO2↑
C.c室发生的反应为2H2O-4e-O2↑+4H+
D.装置中产生的O2和提取的CO2的体积比约为1∶4
答案 D
解析 a室电极与电源正极相连,是电解池阳极,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,H+通过阳离子交换膜进入b室,A项错误;a室生成的H+通过阳离子交换膜进入b室,与主要含碳粒子发生反应HCO3-+H+H2O+CO2↑,B项错误;c室电极与电源负极相连,是电解池阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,b室海水中阳离子通过离子交换膜进入c室,故c室排出的是NaOH、Ca(OH)2等强碱性物质,C项错误;据阳极反应和b室反应可知,装置中产生的O2和提取的CO2的体积比约为1∶4,D项正确。
10.(2019河北中原名校联盟)一种电催化合成氨的装置如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是( )
A.图中涉及的能量转化方式共有3种
B.两极产生的气体的物质的量之比是1∶1
C.电路中每通过1 mol电子,有1 mol H+迁移至a极
D.b极上发生的主要反应为N2+6H++6e-2NH3
答案 D
解析 该装置包含多种能量转化,主要能量转化有:太阳能→电能,风能→机械能→电能,电能→化学能,另外还可能有其他能量转化为热能等,A项错误。生成氧气的a极是电解池的阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+;生成氨气的b极是阴极,电极反应式为N2+6H++6e-2NH3;由得失电子数目守恒可知,两极生成氧气和氨气的理论物质的量之比是3∶4,B项错误。电解时,阳离子向阴极移动,H+应向b极迁移,C项错误。电解时,生成氨气的b极是阴极,阴极上氮气放电生成氨气,电极反应式为N2+6H++6e-2NH3,D项正确。
11.(2019广东深圳第二次调研)电解法处理CO2和SO2混合污染气的原理如下图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐,通电一段时间后,Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是( )
A.Ni电极表面发生了还原反应
B.阳极的电极反应为2O2--4e-O2
C.电解质中发生的离子反应有:2SO2+4O2-2SO42-
D.该过程实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环
答案 C
解析 由图示原理可知,Ni电极表面发生了还原反应,A项正确;阳极发生失电子的氧化反应,电极反应为2O2--4e-O2↑,B项正确;电解质中发生的离子反应有:2SO2+O2+2O2-2SO42-和CO2+O2-CO32-,C项错误;该过程中在SO42-和CO32-被还原的同时又不断生成SO42-和CO32-,实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环,D项正确。
12.(2019湘赣十四校联考第一次考试)乙醛酸()是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸,原理如下图所示。该装置中阴、阳两极为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法正确的是( )
A.若有2 mol H+通过质子交换膜,并完全参与了反应,则该装置中生成的乙醛酸为2 mol
B.M电极上的电极反应式为:OHC—CHO+2e-+H2OHOOC—CHO+2H+
C.M极与电源的负极相连
D.电解一段时间后,N极附近溶液的pH变小
答案 A
解析 电解过程中阳离子向阴极移动,由装置示意图可知,H+由左室移向右室,则M电极是电解池的阳极,氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,然后氯气在水溶液中将乙二醛氧化为乙醛酸,OHC—CHO+Cl2+H2OHOOC—CHO+2Cl-+2H+;N极为电解池的阴极,乙二酸在阴极得电子发生还原反应生成乙醛酸,电极反应式为HOOC—COOH+2H++2e-HOOC—CHO+H2O。
命题角度3金属腐蚀及其防护
高考真题体验·对方向
1.(2019江苏,10)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案 C
解析 题述条件下铁粉发生了吸氧腐蚀,Fe失电子生成Fe2+,A项错误;在铁的腐蚀过程中,化学能会转换为电能和热能,B项错误;活性炭与Fe、NaCl溶液构成原电池,可加快铁的腐蚀速率,C项正确;以水代替NaCl溶液,水虽是一种弱电解质,但也能使铁发生吸氧腐蚀,只是速率会变慢,D项错误。
2.(2017全国Ⅰ,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( )
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
答案 C
解析 外加电流的阴极保护法,使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e-O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;在外加电流的阴极保护法中,应依据环境条件变化调整电流大小。
3.(2016天津,3)下列叙述正确的是( )
A.使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)
B.金属发生吸氧腐蚀时,被腐蚀的速率与氧气浓度无关
C.原电池中发生的反应达平衡时,该电池仍有电流产生
D.在同浓度的盐酸中,ZnS可溶而CuS不溶,说明CuS的溶解度比ZnS的小
答案 D
解析 A项,催化剂不能改变化学反应的反应热,错误;B项,氧气浓度大,金属发生的吸氧腐蚀越快,错误;C项,原电池中发生反应达到平衡,在每一个电极上得、失电子数相同,电池中不再产生电流,错误。
4.(2015上海,14)研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是( )
A.d为石墨,铁片腐蚀加快
B.d为石墨,石墨上电极反应为:O2+2H2O+4e-4OH-
C.d为锌块,铁片不易被腐蚀
D.d为锌块,铁片上电极反应为:2H++2e-H2↑
答案 D
解析 d为石墨,则铁、碳—海水形成原电池,发生铁的吸氧腐蚀,从而加快铁片腐蚀,A项正确;d为石墨时是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确;d为锌片,则Zn、Fe和海水构成原电池,由于活泼性Zn>Fe,则锌作负极,铁片不易被腐蚀,C项正确;d为锌片时,铁片上的反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。
典题演练提能·刷高分
1.(2019山东济南莱芜期末)如图所示,在水槽中装入蒸馏水后,铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是( )
A.Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ B.Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ
C.Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ D.Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ
答案 B
解析 Ⅰ形成原电池,铁为负极,腐蚀较快;Ⅱ形成原电池,铁为正极,被保护,腐蚀慢;所以铁块腐蚀速率的大小顺序为Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ,B项正确。
2.(2019山东德州期末)2018年,国家文物局对北洋海军军舰“经远舰”进行海上考古,考古队为舰体焊接锌块以实施保护。下列判断不合理的是( )
A.焊接锌块后的负极反应:Fe-2e-Fe2+
B.上述保护方法中可用镁合金块代替锌块
C.腐蚀过程中的正极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
D.考古队采用的是牺牲阳极的阴极保护法
答案 A
解析 金属活动性Zn>Fe,所以焊接锌块后Zn为负极,负极反应为Zn-2e-Zn2+,A项符合题意;若用镁合金块代替锌块,由于Mg的活动性比Fe强,也可以保护Fe不被腐蚀,B项正确;海水为中性溶液,钢铁发生的是吸氧腐蚀,正极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-,C项正确;采用在舰体上焊接活泼金属的方法就是牺牲阳极的阴极保护法,D项正确。
3.(2019广东东莞二模)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,下列说法正确的是( )
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
答案 B
解析 阴极电极反应为H2O+2e-H2↑+OH-,A项错误;阳极锌失电子产生锌离子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,B项正确;该装置为外加电流的阴极保护法,C项错误;电解池中绝缘子表面产生的OH-向阳极移动,D项错误。
4.(2019贵州遵义航天高级中学最后一卷)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SO42-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2H2O+O2+4e-4OH-
B.SO42-与H2的反应可表示为4H2+SO42--8e-S2-+4H2O
C.钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe(OH)2
D.在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
答案 C
解析 由题图可以看出,正极上水发生还原反应生成H2,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,A项错误;SO42-与H2在厌氧细菌的催化作用下反应生成S2-和H2O,离子反应方程式为4H2+SO42-S2-+4H2O,B项错误;钢管腐蚀过程中,负极上Fe失电子发生氧化反应生成的Fe2+,与正极周围的S2-和OH-分别生成FeS和Fe(OH)2,C项正确;在钢管表面镀锌可减缓钢管的腐蚀,但镀铜后一旦镀层破损容易形成Fe-Cu原电池,会加速铁的腐蚀,D项错误。
题型四 电化学基础
高考命题规律
2020年高考必备
2015年
2016年
2017年
2018年
2019年
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
Ⅰ卷
Ⅱ卷
Ⅲ卷
命题角度1
原电池原理与新型电池
11
11
11
11
12
11
12
13
命题角度2
电解原理及其应用
11
11
13
命题角度3
金属腐蚀及其防护
11
命题角度1原电池原理与新型电池
高考真题体验·对方向
1.(2019全国Ⅰ,12)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,示意图如右所示。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
答案 B
解析 该过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
2.(2019全国Ⅲ,13)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,结构如右图所示。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
答案 D
解析 本题考查了二次电池的工作原理及电极反应式的书写与判断。三维多孔海绵状Zn类似于活性炭,故表面积较大,可高效沉积ZnO,所沉积的ZnO分散度也高,A项正确;根据总反应式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2OZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充电时Ni(OH)2(s)在阳极上发生氧化反应Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-NiOOH(s)+H2O(l),B项正确;放电时Zn在负极上发生氧化反应Zn(s)+2OH- -2e-ZnO(s)+H2O(l),C项正确;在放电过程中,阴离子应向负极移动,D项错误。
3.(2019天津,6)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下。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
答案 D
解析 根据离子和电子的移动方向可知,a电极是正极,b电极是负极。放电时,负极电极反应为Zn-2e-Zn2+,正极电极反应为I2Br-+2e-2I-+Br-,显然A、B正确;充电时,b电极电极反应为Zn2++2e-Zn,每增重0.65 g转移0.02 mol e-,根据以上分析,可知溶液中有0.02 mol I-被氧化,C正确;充电时,阳极接电源正极,故D错误。
4.(2018全国Ⅲ,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( )
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-x2Li+(1-x2)O2
答案 D
解析 放电时,该电池中锂作负极,多孔碳材料作正极,A项错误;放电时,外电路电子由负极流向正极,即由锂电极流向多孔碳材料电极,B项错误;充电时,锂电极作阴极,多孔碳材料电极作阳极,电解质溶液中Li+应向锂电极区移动,C项错误;充电反应与放电反应相反:Li2O2-x2Li+(1-x2)O2,D项正确。
5.(2018全国Ⅱ,12)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。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( )
A.放电时,ClO4-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-2CO32-+C
D.充电时,正极反应为:Na++e-Na
答案 D
解析 放电时装置为原电池,阴离子向负极移动,A项正确;根据总反应可知,放电时二氧化碳在正极得电子被吸收,充电时又被释放出来,B项正确;放电时,负极上Na失电子,正极上CO2得电子,正极电极反应式为3CO2+4e-2CO32-+C,C项正确;充电时阴极反应式为Na++e-Na,D项错误。
6.(2017全国Ⅲ,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( )
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
答案 D
解析 A项,在该电池中电极a为正极,发生的反应依次为S8+2Li++2e-Li2S8、3Li2S8+2Li++2e-4Li2S6、2Li2S6+2Li++2e-3Li2S4、Li2S4+2Li++2e-2Li2S2,故A正确;B项,原电池工作时,转移0.02 mol电子时,被氧化的Li的物质的量为0.02 mol,质量减少0.14 g,正确;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,正确;D项,电池充电时由于Li+得到电子生成Li,则电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越少,错误。
7.(2016全国Ⅱ,11)Mg-AgCl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( )
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↑
答案 B
解析 Mg-AgCl海水电池中,Mg为活泼金属,作负极,发生反应:Mg-2e-Mg2+,A项正确;AgCl在正极反应:AgCl+e-Ag+Cl-,B项错误;原电池中,阴离子向负极移动,C项正确;Mg可与H2O缓慢反应,D项正确。
8.(2016全国Ⅲ,11)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)42-。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)42-
D.放电时,电路中通过2 mol电子,消耗氧气22.4 L(标准状况)
答案 C
解析 充电时,阳离子移向阴极,A项错误;充电时的总反应为2Zn(OH)42-2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,c(OH-)增大,B项错误;放电时每消耗1 mol O2转移4 mol电子,D项错误。
9.(2015全国Ⅰ,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.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
答案 A
解析 C6H12O6中C的平均化合价为0价,二氧化碳中C的化合价为+4价,所以生成二氧化碳的反应为氧化反应,故CO2在负极生成,A选项错误;在微生物的作用下,该装置为原电池装置,反应速率加快,所以微生物促进了反应的发生,B项正确;质子交换膜只允许质子(即H+)通过,原电池中阳离子向正极移动,C项正确;电池的总反应实质是C6H12O6的氧化反应,D项正确。
10.(2015天津,4)锌铜原电池装置如图所示,其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是( )
A.铜电极上发生氧化反应
B.电池工作一段时间后,甲池的c(SO42-)减小
C.电池工作一段时间后,乙池溶液的总质量增加
D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C
解析 原电池反应为Zn+CuSO4ZnSO4+Cu。Cu电极作正极,Cu2+在正极得电子,发生还原反应,A项错误;由于两半池中的阴离子SO42-不能透过半透膜,故c(SO42-)都不变,B项错误;甲池中由于生成Zn2+,而乙池中Cu2++2e-Cu,则乙池中的CuSO4部分变为ZnSO4,导致乙池中溶液总质量变大,C项正确;阴离子不能透过半透膜,D项错误。
典题演练提能·刷高分
1.(2019河南部分示范性高中联考)银-Ferrozine法检测甲醛(HCHO)的原理为:①在原电池装置中,氧化银能将甲醛充分氧化为CO2 ②Fe3+与产生的Ag定量反应生成Fe2+ ③Fe2+与Ferrozine形成有色配合物 ④测定溶液的吸光度(吸光度与溶液中有色物质的浓度成正比)。下列说法正确的是( )
A.①中,负极的电极反应式为2Ag2O+4H++4e-4Ag+2H2O
B.①中,溶液中的H+由正极移向负极
C.理论上消耗的甲醛与生成的Fe2+的物质的量之比为1∶4
D.④中,甲醛浓度越大,吸光度越小
答案 C
解析 ①中负极的电极反应式为HCHO-4e-+H2OCO2↑+4H+,正极的电极反应式为2Ag2O+4H++4e-4Ag+2H2O,A项错误;①中,溶液中的H+由原电池负极向正极移动,B项错误;根据电子守恒关系:HCHO~4Ag~4Fe2+,故理论上消耗的甲醛与生成的Fe2+的物质的量之比为1∶4,C项正确;甲醛浓度越大,理论上生成Fe2+越多,进而得到有色配合物的浓度也越大,溶液吸光度越大,D项错误。
2.(2019辽宁葫芦岛一模)据报道,我国已研制出“可充室温钠—二氧化碳电池”,电极材料为钠金属片和碳纳米管,电解液为高氯酸钠四甘醇二甲醚溶液,电池总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C,生成的固体Na2CO3沉积在碳纳米管上。下列叙述不正确的是( )
A.放电时钠金属片发生氧化反应
B.放电时吸收CO2,充电时释放CO2
C.放电时Na+向碳纳米管移动
D.放电时的负极反应为2Na+CO32--2e-Na2CO3
答案 D
解析 放电时钠金属片作负极,失去电子发生氧化反应,A项正确;放电时正极上吸收CO2气体,CO2中的C原子得到电子,被还原生成C单质,充电时C单质失去电子,与Na2CO3反应变为CO2气体,同时产生金属Na,B项正确;放电时Na+向正极碳纳米管方向移动,C项正确;放电时负极上的Na失去电子,负极反应为Na-e-Na+,D项错误。
3.(2019河北唐山一模)研究人员研发了一种“水电池”,这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。在海水中,电池总反应可表示为5MnO2+2Ag+2NaClNa2Mn5O10+2AgCl。下列有关“水电池”在海水中放电时的说法正确的是( )
A.正极反应式:Ag+Cl-+e-AgCl
B.每生成1 mol Na2Mn5O10转移4 mol电子
C.Na+向“水电池”的负极移动
D.AgCl是氧化产物
答案 D
解析 该电池的正极反应为5MnO2+2e-Mn5O102-,负极反应为Ag+Cl--e-AgCl,A项错误;由电池总反应方程式可知,每生成1 mol Na2Mn5O10转移2 mol电子,B项错误;电池放电过程中钠离子向正极移动,C项错误;负极上Ag失电子被氧化,故AgCl是氧化产物,D项正确。
4.(2019湖北部分重点中学第二次联考)高温时通过以下反应制备金属铝。用铝制作的“快速放电铝离子二次电池”的原理如下图所示(EMI+为有机阳离子)。
①Al2O3(s)+AlCl3(g)+3C(s)3AlCl(g)+3CO(g) ΔH1=a kJ· mol-1
②3AlCl(g)2Al(l)+AlCl3(g) ΔH2=b kJ· mol-1
③Al2O3(s)+3C(s)2Al(l)+3CO(g) ΔH3
下列说法正确的是( )
A.该电池放电时的负极反应为Al-3e-+7AlCl4-4Al2Cl7-
B.ΔH2<0
C.该电池充电时石墨电极与电源负极相连
D.Al2O3(s)+3C(s)2Al(l)+3CO(g) ΔH3=(a-b) kJ· mol-1
答案 A
解析 放电时铝为负极,失电子被氧化生成Al3+,Al3+和AlCl4-反应生成Al2Cl7-,所以负极反应方程式为Al-3e-+7AlCl4-4Al2Cl7-,A正确;反应②3AlCl(g)2Al(l)+AlCl3(g)是分解反应,大多数分解反应是吸热反应,所以ΔH2>0,B项错误;放电时铝为负极被氧化,石墨电极为正极发生还原反应,充电时石墨电极作阳极发生氧化反应,所以该电池充电时石墨电极与电源正极相连,C项错误;根据盖斯定律:①+②=③,因此Al2O3(s)+3C(s)2Al(l)+3CO(g) ΔH3=(a+b)kJ· mol-1,D项错误。
5.(2019湖北名校联盟三模)我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图装置可进行脱硫,将硫化氢气体转化成硫沉淀。已知甲、乙池中发生的反应如图所示。下列说法正确的是( )
A.甲池中得到H2O2的反应,H2O2既是氧化产物也是还原产物
B.电路中每转移0.2 mol电子,甲池溶液质量变化3.4 g,乙池溶液质量保持不变
C.光照时乙池电极上发生的反应为H2S+I3-3I-+S+2H+
D.甲池中碳棒上发生的电极反应为AQ+2H+-2e-H2AQ
答案 B
解析 根据图示可知在甲池中O2与H2AQ反应产生H2O2和AQ,O元素的化合价降低,H元素化合价没有变化,所以H2O2是还原产物,A项错误。根据图示可知电路中每转移0.2 mol电子,反应产生0.1 mol H2O2,同时有0.2 mol H+从乙池进入甲池,溶液质量增加3.4 g;而在乙池,H2S-2e-S↓+2H+,产生的H+通过全氟碳酸膜进入甲池,所以乙池溶液质量保持不变,B项正确。在乙池中,H2S失电子生成硫单质,I2单质得电子生成I-,发生的电池反应为H2S+I3-3I-+S↓+2H+,该反应不是电极反应,C项错误;甲池中碳棒为正极,正极上发生还原反应,电极反应为AQ+2H++2e-H2AQ,D项错误。
6.(2019河南洛阳模拟)以石墨负极(C)、LiFePO4正极组成的锂离子电池的工作原理如图所示(实际上正、负极材料是紧贴在锂离子导电膜两边的)。充放电时,Li+在正极材料上脱嵌或嵌入,随之在石墨中发生了LixC6的生成与解离。下列说法正确的是( )
A.锂离子导电膜应有保护成品电池安全性的作用
B.该电池工作过程中Fe元素化合价没有发生变化
C.放电时,负极材料上的反应为6C+xLi++xe-LixC6
D.放电时,正极材料上的反应为LiFePO4-xe-Li1-xFePO4+xLi+
答案 A
解析 根据题意描述,放电时,石墨为负极;充电时,石墨为阴极,石墨转化为LixC6,得到电子,石墨电极上发生还原反应。根据上述分析,总反应为LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6。
为了防止正负极直接相互接触,因此用锂离子导电膜隔开,锂离子导电膜起到保护成品电池安全性的作用,A项正确;根据总反应方程式LiFePO4+6CLi1-xFePO4+LixC6可知,LiFePO4与Li1-xFePO4中铁元素的化合价不同,否则不能构成原电池反应,B项错误;放电时,负极发生氧化反应,电极反应为LixC6-xe-6C+xLi+,C项错误;放电时,Li1-xFePO4在正极上得电子发生还原反应,电极反应为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,D项错误。
7.(2019河南开封一模)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(如图)。下列说法错误的是( )
A.放电时,负极的电极反应为Li-e-Li+
B.放电时,电子通过电解质从Li流向Fe2O3
C.充电时,Fe做阳极,电池逐渐摆脱磁铁吸引
D.充电时,阳极的电极反应为2Fe+3Li2O-6e-Fe2O3+6Li+
答案 B
解析 由图可知:该电池在充、放电时的反应为6Li+Fe2O33Li2O+2Fe;放电时负极发生氧化反应,正极发生还原反应;充电时阳极、阴极电极反应式与放电时的正极、负极电极反应式正好相反。
该电池在放电时Li为负极,失去电子,发生氧化反应,电极反应式是Li-e-Li+,A项正确;放电时,电子通过外电路从负极Li流向正极Fe2O3,不能经过电解质,B项错误;充电时,Fe做阳极,失去电子,发生氧化反应,被氧化变为Fe2O3,Fe2O3不能被磁铁吸引,故电池逐渐摆脱磁铁吸引,C项正确;充电时,阳极失去电子,发生氧化反应,该电极反应式为2Fe-6e-+3Li2OFe2O3+6Li+,D项正确。
8.(2019河北石家庄教学质量检测)新型镁—锂双离子二次电池如图所示,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
答案 D
解析 放电时,左边镁为负极,失电子发生氧化反应,电极反应式为Mg-2e-Mg2+;右边为正极得电子发生还原反应,电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,阳离子移向正极;充电时,外加电源的正极与正极相连,负极与负极相连。
放电时为原电池,原电池中阳离子移向正极,所以Li+由左向右移动,A项正确;放电时,右边电极为正极,得电子发生还原反应,电极反应式为Li1-xFePO4+xLi++xe-LiFePO4,B项正确;充电时,外加电源的正极与正极相连,所以外加电源的正极与Y相连,C项正确;充电时,左室电极反应式为Mg2++2e-Mg,右侧将有1 mol Li+移向左室,所以导线上每通过1 mol e-,左室溶液质量减轻12 g-7 g=5 g,D项错误。
9.(2019陕西二模)C-Na2MnO4电池是科学家正在研发的新型钠离子电池中的一种,其充放电原理如图所示,放电时的总反应为xNa+Na2MnO4Na(2+x)MnO4。下列说法错误的是( )
A.放电时,左电极为负极,材料为金属钠
B.该电池可用Na2MnO4中性水溶液作为电解液
C.充电时,右电极与电源正极相连,发生氧化反应
D.充电时,阳极反应式为Na(2+x)MnO4-xe-xNa++Na2MnO4
答案 B
解析 放电时,钠离子流向右电极,说明左电极为负极,材料为金属钠,右电极为正极,A项正确;金属钠是活泼金属,极易与水发生反应,所以该电池不可用Na2MnO4中性水溶液作为电解液,B项错误;原电池中右电极为正极,充电时,右电极与电源正极相连,发生氧化反应,C项正确;充电时,阳极发生氧化反应,阳极反应式为Na(2+x)MnO4-xe-xNa++Na2MnO4,D项正确。
10.(2019四川达州二诊)碱性锌锰电池(电极材料为Zn和MnO2,电解质为KOH)有着很广泛的应用,其电池总反应为:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2。下列有关碱性锌锰电池的说法正确的是( )
A.Zn为正极,MnO2为负极
B.工作时电子由MnO2极经外电路流向Zn极
C.负极的电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2
D.工作时消耗1 mol MnO2,理论上生成氧化产物1 mol
答案 C
解析 由碱性锌锰电池的总反应:Zn+2MnO2+2H2O2MnOOH+Zn(OH)2可知,MnO2得电子被还原生成MnOOH,为正极,Zn失去电子,为负极,A项错误;电池工作时,外电路中电子由负极Zn经外电路流向正极MnO2,B项错误;Zn失去电子生成Zn(OH)2,电极反应为Zn+2OH--2e-Zn(OH)2,C项正确;电池正极的反应为2MnO2+2H2O+2e-2MnOOH+2OH-,根据电子守恒,工作时消耗1 mol MnO2,理论上生成氧化产物12 mol,D项错误。
11.氨硼烷(NH3·BH3)电池可在常温下工作,装置如图所示。该电池工作时的总反应为NH3·BH3+3H2O2NH4BO2+4H2O。下列说法正确的是( )
A.正极附近溶液的pH减小
B.电池工作时,H+通过质子交换膜向负极移动
C.消耗3.1 g氨硼烷,理论上通过内电路的电子为0.6 mol
D.负极电极反应为NH3·BH3+2H2O-6e-NH4++BO2-+6H+
答案 D
解析 H2O2在正极得到电子发生还原反应,电极反应式为3H2O2+6H++6e-6H2O,正极消耗氢离子,正极附近溶液的pH增大,故A错误;放电时,阳离子向正极移动,H+通过质子交换膜向正极移动,故B错误;负极电极反应式为NH3·BH3+2H2O-6e-NH4++BO2-+6H+,则消耗3.1 g 即0.1 mol氨硼烷,理论上通过外电路的电子为0.6 mol,故C错误、D正确。
12.锂空气电池放电时的工作原理如图所示。下列叙述正确的是( )
A.放电时Li+由B极向A极移动
B.电池放电时总反应方程式为4Li+O2+2H2O4LiOH
C.电解液a、b之间可采用阴离子交换膜
D.电解液a可能为LiCl水溶液
答案 B
解析 A项,在原电池中,A是负极,B是正极,阳离子由负极向正极移动,即由A极向B极移动,故A错误;B项,原电池放电反应为自发的氧化还原反应,即4Li+O2+2H2O4LiOH,故B正确;C项,根据图示,LiOH由正极区流出,说明电解液a、b之间可采用阳离子交换膜,故C错误;D项,金属锂可以和水发生反应,电解质中不能含有水,故D错误。
命题角度2电解原理及其应用
高考真题体验·对方向
1.(2018全国Ⅰ,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。示意图如下所示,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:
①EDTA-Fe2+-e-EDTA-Fe3+
②2EDTA-Fe3++H2S2H++S+2EDTA-Fe2+
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+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EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
答案 C
解析 根据图示可知,ZnO@石墨烯电极上发生还原反应,则该电极为阴极,电极反应式为CO2+2H++2e-CO+H2O,A项正确;根据题干信息及图中两电极上的反应可知,该电化学装置(电解池)中的总反应为CO2+H2SCO+S+H2O,B项正确;石墨烯作阳极,ZnO@石墨烯作阴极,阳极上的电势应高于阴极上的电势,C项错误;若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性,否则Fe3+、Fe2+可形成沉淀,且H2S和S不能稳定存在,D项正确。
2.(2017全国Ⅱ,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H2SO4-H2C2O4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
答案 C
解析 A项,根据题意“铝表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜”,即铝失去电子发生氧化反应变为氧化铝,因此待加工铝质工件为阳极,A正确;B项,阴极上电极材料本身不反应,只传导电流可以选用不锈钢网作为阴极,B正确;阴极的电极反应式为2H++2e-H2↑,C错误;D项,电解过程中阴离子移向阳极,即SO42-向阳极移动,D项正确。
3.(2016全国Ⅰ,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SO42-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SO42-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
答案 B
解析 在负极区发生的电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,在正极区发生的电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,故正极区pH减小,A选项错误;Na+移向负极区,生成NaOH,SO42-移向正极区,生成H2SO4,B选项正确;根据负极区电极反应可知C选项错误;每通过1 mol 电子,有0.25 mol O2生成,D选项错误。
4.(2016北京,12)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝;b处变红,局部褪色;c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生;n处有气泡产生;……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是( )
A.a、d处:2H2O+2e-H2↑+2OH-
B.b处:2Cl--2e-Cl2↑
C.c处发生了反应:Fe-2e-Fe2+
D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
答案 B
解析 A项,电解NaCl溶液,a、d处试纸变蓝,为H+放电生成H2,剩余OH-,使试纸变蓝,正确;B项,b处为阳极,b处变红,局部褪色,说明溶液中的Cl-和OH-均放电,错误;C项,实验一相当于两个串联电路,所以c处的Fe作阳极,故Fe失去电子生成Fe2+,正确;D项,根据实验一的原理知,实验二相当于三个串联电解池,每个铜珠的左、右两侧分别作为两个电极,其中m为阴极,n为阴极,右边的铜珠中,与n相对的一侧为阳极,其与m作电极构成的电解池中,电解时会存在Cu2+在m处放电生成Cu,正确。
5.(2015福建,11)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是( )
A.该装置将化学能转化为光能和电能
B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移
C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e-C3H8O+5H2O
答案 B
解析 由模拟“人工树叶”电化学实验装置图知为电解装置,故为电能转化为化学能,A选项错误;b侧连接电源的正极为阳极,a侧连接电源的负极为阴极,在电解池中H+向阴极移动,B选项正确;右侧H2O→O2发生的是氧化反应,每生成1 mol O2,转移4 mol e-,C3H8O中碳的化合价是-2价,故3CO2→C3H8O,转移18 mol e-,依据得失电子守恒,反应中2CO2→3O2,生成1 mol O2消耗23 mol CO2,C选项错误;a电极发生的是还原反应:3CO2+18H++18e-C3H8O+5H2O,D选项错误。
6.(2015四川,4)用右图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10,阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是( )
A.用石墨作阳极,铁作阴极
B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2O
C.阴极的电极反应式:2H2O+2e-H2↑+2OH-
D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案 D
解析 若铁作阳极,则铁失电子生成Fe2+,则CN-无法除去,故铁只能作阴极,A项正确;Cl-要生成ClO-,Cl的化合价升高,故在阳极发生氧化反应,又已知该溶液为碱性条件,故B项正确;阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应,碱性条件下,H2O提供阳离子H+,故C项正确;由于溶液是碱性条件,故除去CN-发生的反应为2CN-+5ClO-+H2ON2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-,D项错误。
典题演练提能·刷高分
1.(2019湖南衡阳第三次联考)如图所示,利用电化学原理与微生物工艺相组合的电解脱硝法,可除去引起水华的NO3-,反应原理是将NO3-还原为N2。下列说法正确的是( )
A.若加入的是NaNO3溶液,则导出的溶液呈碱性
B.镍电极上的电极反应式为:Ni-2e-Ni2+
C.电子由石墨电极流出,经溶液流向镍电极
D.若阳极生成0.1 mol气体,理论上可除去0.04 mol NO3-
答案 A
解析 石墨电极是阳极,阳极反应为4OH--4e-2H2O+O2↑,阴极上发生的电极反应为2NO3-+6H2O+10e-N2↑+12OH-,两式合并可得总反应方程式:4NO3-+2H2O2N2↑+5O2↑+4OH-,所以导出的溶液呈碱性,A项正确;镍电极是阴极,电极反应是硝酸根离子得电子,而不是镍发生氧化反应,B项错误;电子不能经过溶液,C项错误;由电极反应2NO3-+6H2O+10e-N2↑+12OH-可知,生成1 mol氮气消耗2 mol的硝酸根离子,转移电子10 mol,若阳极生成0.1 mol气体(O2),转移电子0.4 mol,理论上可除去0.08 mol NO3-,D项错误。
2.(2019湖北四地七校联盟2月联考)某地海水中主要离子的含量如下表,现利用“电渗析法”进行淡化,技术原理如图所示(两端为惰性电极,阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是( )
离子
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
Cl-
SO42-
HCO3-
含量(mg·L-1)
9 360
83
200
1 100
16 000
1 200
118
A.甲室的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑
B.海水淡化过程中易在戊室形成水垢
C.乙室和丁室中部分离子的浓度增大,淡水的出口为b
D.当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时,通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为2 mol
答案 D
解析 由题图可知,甲室电极与电源正极相连,为阳极室,Cl-放电能力大于OH-,所以阳极的电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,A项正确;戊室电极与电源负极相连,为阴极室,开始电解时,阴极上水得电子生成氢气,同时生成OH-,生成的OH-和HCO3-反应生成CO32-,Ca2+转化为CaCO3沉淀,OH-也可以和Mg2+生成Mg(OH)2沉淀,CaCO3和Mg(OH)2是水垢的主要成分,B项正确;阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过,电解时丙室中阴离子移向乙室,阳离子移向丁室,所以丙室中剩余物质主要是水,故淡水出口为b,C项正确;根据对B项的分析,戊室收集到的是H2,当戊室收集到22.4 L(标准状况)气体时,则电路中转移2 mol电子,通过甲室阳膜的离子为阳离子,由于既有+1价的阳离子,又有+2价的阳离子,所以通过甲室阳膜的离子的物质的量并不是2 mol,D项错误。
3.(2019河南平顶山一轮质量检测)某实验小组模拟光合作用,采用电解CO2和H2O的方法制备CH3CH2OH和O2的装置如图所示。下列说法不正确的是( )
A.铂极为阳极,发生氧化反应
B.电解过程中,H+由交换膜左侧向右侧迁移
C.阴极的电极反应式为2CO2+12H++12e-CH3CH2OH+3H2O
D.电路上转移2 mol电子时铂极产生11.2 LO2(标准状况)
答案 B
解析 CH3CH2OH中C为-2价,CO2发生还原反应,在铜电极区充入CO2。由电池符号知,铂极为阳极,发生氧化反应,A项正确;铂极的电极反应为2H2O-4e-4H++O2↑,氢离子由交换膜右侧向左侧迁移,B项错误;阴极上CO2得电子发生还原反应生成乙醇和水,C项正确;电路中转移2 mol电子时在铂电极上生成0.5 mol O2,D项正确。
注:—Ar代表苯环。
4.(2019福建毕业班质量检查)利用如右图所示装置,以NH3作氢源,可实现电化学氢化反应。下列说法错误的是( )
A.a为阴极
B.b电极反应式为2NH3-6e-N2+6H+
C.电解一段时间后,装置内H+数目增多
D.每消耗1 mol NH3,理论上可生成1.5 mol
答案 C
解析 从图中箭标方向“NH3→N2”可判断NH3在b电极上失去电子,发生氧化反应,b为阳极,则a为阴极,A项正确;从图中发现电解质中传导H+,故b电极反应式为2NH3-6e-N2+6H+,B项正确;从“Ar—CO—RAr—CH(OH)—R”即有机芳香类羰基化合物转化为醇类,发生了还原反应:Ar—CO—R+2H++2e-Ar—CH(OH)—R,根据电路中转移的电子数目相等可知,b极产生的H+与a极消耗的H+物质的量相等,C项错误,D项正确。
5.(2019四川攀枝花三模)电致变色玻璃以其优异的性能将成为市场的新宠。如图所示为五层膜的玻璃电致变色系统,其工作原理是在外接电源作用下,通过在膜材料内部发生氧化还原反应,实现对器件的光透过率进行多级可逆性调节。(已知:WO3和Li4Fe4[Fe(CN)6]3均为无色透明,LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3均为蓝色)下列有关说法正确的是( )
A.当B外接电源负极时,膜由无色变为蓝色
B.当B外接电源负极时,离子储存层发生反应为Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3
C.当A接电源的负极时,此时Li+得到电子被还原
D.当A接电源正极时,膜的透射率降低,可以有效阻挡阳光
答案 B
解析 当B接外接电源负极时,B为阴极,此时蓝色的Fe4[Fe(CN)6]3得电子并结合Li+生成Li4Fe4[Fe(CN)6]3,此物质为无色透明物质,故当B外接电源负极时,膜由蓝色变为无色,A项错误;当B外接电源负极时发生的电极反应为Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3,B项正确;A接电源负极,WO3得到电子被还原,C项错误;当A接电源正极B接外接电源负极时,B为阴极,此时蓝色的Fe4[Fe(CN)6]3得电子生成无色透明的Li4Fe4[Fe(CN)6]3,不能有效阻挡阳光,D项错误。
6.(2019河南九师联盟质量检测)C2H4及C2H2等均可用适当的羧酸盐采用Kolbe电解法得到。如图为制取C2H2的电解装置,该装置工作时,下列说法错误的是( )
A.该装置使电能转变为化学能
B.阴极周围溶液的pH不断升高
C.a电极上发生:-2e-HC≡CH↑+2CO2↑
D.制取乙烯可用CH3COOK溶液作阳极电解液
答案 D
解析 电解池中,与电源正极相连的是阳极,与电源负极相连的是阴极。故电极a是阳极,电极b是阴极。
该装置为电解池,是电能转变为化学能,A项正确;阴极与电源的负极相连,电解溶液中的阳离子发生还原反应。故阴极的电极反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,阴极区溶液的pH不断升高,B项正确;电极a是阳极,发生氧化反应,阳极的电极反应式为-2e-HC≡CH↑+2CO2↑,C项正确;由Kolbe电解法原理可知,用CH3COOK溶液作阳极电解液得到的是乙烷,D项错误。
7.(2019湖北部分重点中学起点考试)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。其工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)。下列说法正确的是( )
A.当电路中通过1 mol电子时,可得到1 mol H3BO3
B.将电源的正、负极反接,工作原理不变
C.阴极上的电极反应为2H2O-4e-O2+4H+
D.B(OH)4-穿过阴膜进入阴极室,Na+穿过阳膜进入产品室
答案 A
解析 阳极电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,阳极室中的氢离子通过阳膜进入产品室,原料室中的B(OH)4-穿过阴膜进入产品室,发生反应B(OH)4-+H+H2O+H3BO3获得产品。
电路中通过1 mol电子时,阳极上有1 mol H+生成,生成1 mol硼酸需要1 mol H+,所以电路中通过1 mol电子时,可得到1 mol H3BO3,A项正确;如果将电源的正、负极反接,工作原理发生变化,B项错误;电解时阴极发生得到电子的还原反应,电极反应式为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,C项错误;阳极电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,阴极电极反应为4H2O+4e-2H2↑+4OH-,阳极室中的氢离子通过阳膜进入产品室,B(OH)4-穿过阴膜进入产品室,发生反应B(OH)4-+H+H2O+H3BO3,Na+穿过阳膜进入阴极室,D项错误。
8.(2019湖南益阳模拟)对废水中氮、磷元素的去除已经逐渐引起科研人员的广泛关注。采用两级电解体系对废水中硝态氮和磷进行降解实验取得了良好的去除效果。装置如图所示,由平板电极(除氮时a极为催化电极,b极为钛电极;除磷时a极为铁,b极为钛板)构成二维两级电解反应器。下列说法错误的是( )
A.a电极上的电势比b电极上的电势高
B.除氮时,b极的电极反应式为2NO3-+10e-+6H2ON2↑+12OH-
C.除磷的反应可能为Fe3++PO43-FePO4↓、3Fe2++2PO43-Fe3(PO4)2↓
D.钛极产生的气体能发生气浮作用,使溶液中颗粒物漂浮至表面而被去除
答案 B
解析 该装置为电解池,当除氮时,从图中可知b电极上发生的反应为2NO3-+10e-+12H+N2↑+6H2O,故b电极为阴极,a电极为阳极,a电极上的电势比b电极上的电势高,A项正确;除氮时,因电解质溶液为酸性,故b极的电极反应为2NO3-+10e-+12H+H2↑+6H2O,B项错误;除磷时a极为铁,电极反应为Fe-2e-Fe2+,除磷反应为Fe3++PO43-FePO4↓、3Fe2++2PO43-Fe3(PO4)2↓,C项正确;钛极产生的气体形成细微的小气泡,有利于颗粒物漂浮至表面而被去除,D项正确。
9.(2019湖北武昌调研)溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在,其中HCO3-占95%,利用图示装置从海水中提取CO2,有利于减少环境温室气体含量。下列说法正确的是( )
A.a室排出的是NaOH、Ca(OH)2等强碱性物质
B.b室发生的主要反应:2H++CO32-H2O+CO2↑
C.c室发生的反应为2H2O-4e-O2↑+4H+
D.装置中产生的O2和提取的CO2的体积比约为1∶4
答案 D
解析 a室电极与电源正极相连,是电解池阳极,电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+,H+通过阳离子交换膜进入b室,A项错误;a室生成的H+通过阳离子交换膜进入b室,与主要含碳粒子发生反应HCO3-+H+H2O+CO2↑,B项错误;c室电极与电源负极相连,是电解池阴极,电极反应为2H2O+2e-H2↑+2OH-,b室海水中阳离子通过离子交换膜进入c室,故c室排出的是NaOH、Ca(OH)2等强碱性物质,C项错误;据阳极反应和b室反应可知,装置中产生的O2和提取的CO2的体积比约为1∶4,D项正确。
10.(2019河北中原名校联盟)一种电催化合成氨的装置如图所示。该装置工作时,下列说法正确的是( )
A.图中涉及的能量转化方式共有3种
B.两极产生的气体的物质的量之比是1∶1
C.电路中每通过1 mol电子,有1 mol H+迁移至a极
D.b极上发生的主要反应为N2+6H++6e-2NH3
答案 D
解析 该装置包含多种能量转化,主要能量转化有:太阳能→电能,风能→机械能→电能,电能→化学能,另外还可能有其他能量转化为热能等,A项错误。生成氧气的a极是电解池的阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+;生成氨气的b极是阴极,电极反应式为N2+6H++6e-2NH3;由得失电子数目守恒可知,两极生成氧气和氨气的理论物质的量之比是3∶4,B项错误。电解时,阳离子向阴极移动,H+应向b极迁移,C项错误。电解时,生成氨气的b极是阴极,阴极上氮气放电生成氨气,电极反应式为N2+6H++6e-2NH3,D项正确。
11.(2019广东深圳第二次调研)电解法处理CO2和SO2混合污染气的原理如下图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐,通电一段时间后,Ni电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是( )
A.Ni电极表面发生了还原反应
B.阳极的电极反应为2O2--4e-O2
C.电解质中发生的离子反应有:2SO2+4O2-2SO42-
D.该过程实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环
答案 C
解析 由图示原理可知,Ni电极表面发生了还原反应,A项正确;阳极发生失电子的氧化反应,电极反应为2O2--4e-O2↑,B项正确;电解质中发生的离子反应有:2SO2+O2+2O2-2SO42-和CO2+O2-CO32-,C项错误;该过程中在SO42-和CO32-被还原的同时又不断生成SO42-和CO32-,实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环,D项正确。
12.(2019湘赣十四校联考第一次考试)乙醛酸()是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸,原理如下图所示。该装置中阴、阳两极为惰性电极,两极室均可产生乙醛酸,其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法正确的是( )
A.若有2 mol H+通过质子交换膜,并完全参与了反应,则该装置中生成的乙醛酸为2 mol
B.M电极上的电极反应式为:OHC—CHO+2e-+H2OHOOC—CHO+2H+
C.M极与电源的负极相连
D.电解一段时间后,N极附近溶液的pH变小
答案 A
解析 电解过程中阳离子向阴极移动,由装置示意图可知,H+由左室移向右室,则M电极是电解池的阳极,氯离子在阳极上失电子发生氧化反应生成氯气,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,然后氯气在水溶液中将乙二醛氧化为乙醛酸,OHC—CHO+Cl2+H2OHOOC—CHO+2Cl-+2H+;N极为电解池的阴极,乙二酸在阴极得电子发生还原反应生成乙醛酸,电极反应式为HOOC—COOH+2H++2e-HOOC—CHO+H2O。
命题角度3金属腐蚀及其防护
高考真题体验·对方向
1.(2019江苏,10)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后,置于如图所示装置中,进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A.铁被氧化的电极反应式为Fe-3e-Fe3+
B.铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C.活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D.以水代替NaCl溶液,铁不能发生吸氧腐蚀
答案 C
解析 题述条件下铁粉发生了吸氧腐蚀,Fe失电子生成Fe2+,A项错误;在铁的腐蚀过程中,化学能会转换为电能和热能,B项错误;活性炭与Fe、NaCl溶液构成原电池,可加快铁的腐蚀速率,C项正确;以水代替NaCl溶液,水虽是一种弱电解质,但也能使铁发生吸氧腐蚀,只是速率会变慢,D项错误。
2.(2017全国Ⅰ,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( )
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
答案 C
解析 外加电流的阴极保护法,使被保护的钢管桩上无腐蚀电流,A项正确;通电后,高硅铸铁为惰性阳极,钢管桩为阴极,外电路电子从阳极流向阴极,B项正确;由于高硅铸铁为惰性阳极,因此应是海水中的OH-失电子,2H2O-4e-O2↑+4H+,因此阳极材料不被损耗,C项错误;在外加电流的阴极保护法中,应依据环境条件变化调整电流大小。
3.(2016天津,3)下列叙述正确的是( )
A.使用催化剂能够降低化学反应的反应热(ΔH)
B.金属发生吸氧腐蚀时,被腐蚀的速率与氧气浓度无关
C.原电池中发生的反应达平衡时,该电池仍有电流产生
D.在同浓度的盐酸中,ZnS可溶而CuS不溶,说明CuS的溶解度比ZnS的小
答案 D
解析 A项,催化剂不能改变化学反应的反应热,错误;B项,氧气浓度大,金属发生的吸氧腐蚀越快,错误;C项,原电池中发生反应达到平衡,在每一个电极上得、失电子数相同,电池中不再产生电流,错误。
4.(2015上海,14)研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是( )
A.d为石墨,铁片腐蚀加快
B.d为石墨,石墨上电极反应为:O2+2H2O+4e-4OH-
C.d为锌块,铁片不易被腐蚀
D.d为锌块,铁片上电极反应为:2H++2e-H2↑
答案 D
解析 d为石墨,则铁、碳—海水形成原电池,发生铁的吸氧腐蚀,从而加快铁片腐蚀,A项正确;d为石墨时是正极,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,B项正确;d为锌片,则Zn、Fe和海水构成原电池,由于活泼性Zn>Fe,则锌作负极,铁片不易被腐蚀,C项正确;d为锌片时,铁片上的反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D项错误。
典题演练提能·刷高分
1.(2019山东济南莱芜期末)如图所示,在水槽中装入蒸馏水后,铁块腐蚀速率的大小顺序正确的是( )
A.Ⅰ>Ⅱ>Ⅲ B.Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ
C.Ⅱ>Ⅰ>Ⅲ D.Ⅱ>Ⅲ>Ⅰ
答案 B
解析 Ⅰ形成原电池,铁为负极,腐蚀较快;Ⅱ形成原电池,铁为正极,被保护,腐蚀慢;所以铁块腐蚀速率的大小顺序为Ⅰ>Ⅲ>Ⅱ,B项正确。
2.(2019山东德州期末)2018年,国家文物局对北洋海军军舰“经远舰”进行海上考古,考古队为舰体焊接锌块以实施保护。下列判断不合理的是( )
A.焊接锌块后的负极反应:Fe-2e-Fe2+
B.上述保护方法中可用镁合金块代替锌块
C.腐蚀过程中的正极反应:O2+2H2O+4e-4OH-
D.考古队采用的是牺牲阳极的阴极保护法
答案 A
解析 金属活动性Zn>Fe,所以焊接锌块后Zn为负极,负极反应为Zn-2e-Zn2+,A项符合题意;若用镁合金块代替锌块,由于Mg的活动性比Fe强,也可以保护Fe不被腐蚀,B项正确;海水为中性溶液,钢铁发生的是吸氧腐蚀,正极反应式是O2+2H2O+4e-4OH-,C项正确;采用在舰体上焊接活泼金属的方法就是牺牲阳极的阴极保护法,D项正确。
3.(2019广东东莞二模)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,下列说法正确的是( )
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
答案 B
解析 阴极电极反应为H2O+2e-H2↑+OH-,A项错误;阳极锌失电子产生锌离子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,B项正确;该装置为外加电流的阴极保护法,C项错误;电解池中绝缘子表面产生的OH-向阳极移动,D项错误。
4.(2019贵州遵义航天高级中学最后一卷)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SO42-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2H2O+O2+4e-4OH-
B.SO42-与H2的反应可表示为4H2+SO42--8e-S2-+4H2O
C.钢管腐蚀的直接产物中含有FeS、Fe(OH)2
D.在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀
答案 C
解析 由题图可以看出,正极上水发生还原反应生成H2,电极反应式为2H2O+2e-2OH-+H2↑,A项错误;SO42-与H2在厌氧细菌的催化作用下反应生成S2-和H2O,离子反应方程式为4H2+SO42-S2-+4H2O,B项错误;钢管腐蚀过程中,负极上Fe失电子发生氧化反应生成的Fe2+,与正极周围的S2-和OH-分别生成FeS和Fe(OH)2,C项正确;在钢管表面镀锌可减缓钢管的腐蚀,但镀铜后一旦镀层破损容易形成Fe-Cu原电池,会加速铁的腐蚀,D项错误。
相关资料
更多
