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2020届二轮复习 电化学基础 学案（全国通用）
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专题九 电化学基础
主干知识梳理
1.原电池工作原理示意图
(1)无论是装置Ⅰ还是装置Ⅱ，电子均不能通过电解质溶液。
(2)在装置Ⅰ中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化学能转化为热能，所以装置Ⅱ的能量转化率高。
2．电解池工作原理示意图
(1)与电源正极相连的为阳极；与电源负极相连的为阴极。
(2)电解液中阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。
(3)离子在两极上的放电顺序
①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。
②阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－。
3．金属腐蚀与防护的方法
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
(3)金属电化学保护的两种方法
4．燃料电池电极反应式书写类型
燃料电池的考查重点在不同条件下的电解质溶液中正极反应式的书写。具体类型如下：
在正确写出正极反应式的前提下，利用负极失电子的原理或依据“负极反应式＝总反应式－正极反应式”的方法，正确写出负极反应式。
实例分析：酸性介质(H2SO4)下的甲醇O2燃料电池
CH3OH在负极上失去电子，在酸性条件下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成水。
正极反应式：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O；
负极反应式：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋。
考点1 原电池工作原理及应用
例1 (2019·全国卷Ⅰ)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，示意图如下所示。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
[批注点拨]
[解析] 该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件，A正确；该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，B错误；右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区发生反应：N2＋6MV＋＋6H＋===2NH3＋6MV2＋，即N2得到电子生成NH3发生还原反应，质子(H＋)通过交换膜由负极区向正极区移动，C、D正确。
[答案] B
1．原电池的构成条件
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。
2．判断原电池正、负极的五种方法
3．原电池电极反应式的书写方法
(1)一般电极反应式的书写
(2)复杂电极反应式的书写
(2019·华大新高考联盟高三教学质量测评)“锌＋碘”新型安全动力电池有望取代目前广泛使用的“铅蓄电池”“锂电池”等，已知该电池的工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．该电池安全性高，且对环境友好
B．正极反应式为I＋2e－===3I－，电极a附近显红色
C．电子的移动方向为“Zn→电极a→电极b→石墨毡”
D．“回流通道”可以减缓电池两室的压差，避免电池受损
答案 C
解析 该电池对环境友好，且避免使用易燃的有机电解液，更加安全，故A正确；正极发生还原反应，反应式为I＋2e－===3I－，石墨电极a为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，显碱性，遇到酚酞显红色，故B正确；电子不能通过溶液，即电子移动的方向为“Zn→电极a，电极b→石墨毡”，故C错误；该新型电池充放电过程，会导致电池内离子交换膜的两边产生压差，所以“回流通道”的作用是减缓电池两室的压差，避免电池受损，故D正确。
2．(2019·A10联考段考)硫化氢的回收既解决了环境污染问题，也可变废为宝。其反应原理为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－632 kJ·mol－1。在酸性固体电解质环境下，硫化氢的处理原理图如图所示。下列说法正确的是( )
A．负载中电流自上而下流动
B．电极a的电极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋
C．电子由电极a经质子固体电解质膜流向电极b
D．1 mol H2S气体完全反应得到固体S2和水蒸气放热316 kJ
答案 B
解析 通H2S的一极电极a为负极，通氧气的一极电极b为正极，故电流从正极流出，故负载中电流的流向应该为自下而上流动，A错误；负极发生氧化反应，电极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，B正确；电子只能在电极和导线中流动，不能进入固体电解质，C错误；反应中水的状态是液态水，不是水蒸气，D错误。
考点2 电解池工作原理及应用
例2 (2019·全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
[批注点拨]
[解析] 由题图中H＋的移动方向知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L/mol＝5.6 L。
[答案] Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
1．阴、阳极的判断方法
(1)根据外接电源：与正极相连的为阳极，与负极相连的为阴极。
(2)根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。
(3)根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。
(4)根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
(5)根据电极产物：①阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；②阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。
2．电解池电极反应式的书写方法
特别说明：通常电极反应可以根据阳极材料和电解质溶液性质判断。但在高考题中往往需要结合题给信息进行判断。
3．电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等，通常有下列几种方法：
3．用如图所示装置除去含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 石墨作阳极，为惰性电极，由溶液中的Cl－放电，电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，铁作阴极，在碱性环境下发生2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A、B、C正确；pH为9～10的碱性溶液不可能是H＋参加反应，离子反应应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D错误。
4．(2019·湖南茶陵三中高三月考)双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如下图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是( )
A．阴极室发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
C．若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2生成
D．电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol气体
答案 D
解析 电解池阴极处，是水解离成的H＋得到电子被还原，则在阴极处发生的反应为：2H＋＋2e－===H2↑，故A正确；电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，因此M为阳离子交换膜，N为阴离了交换膜，故B正确；电解时，溶液中的Cl－向阳极移动，若去掉双极膜(BP)，则Cl－会在阳极失去电子，生成Cl2，故C正确；由于有双极膜(BP)的存在，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，因此阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当电路中通过1 mol电子时，阴极得到0.5 mol H2，阳极得到0.25 mol O2，两极一共得到气体为0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol，故D错误。
考点3 二次电源的分析
例3 (2018·全国卷Ⅲ)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(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池，结构如图所示。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
[批注点拨]
[解析] 三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，A正确；二次电池充电时作为电解池，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；二次电池放电时作为原电池，负极发生氧化反应，元素化合价升高，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；二次电池放电时作为原电池，阴离子从正极区向负极区移动，D错误。
[答案] D
突破二次电池的五个角度
5．(2019·辽宁五校协作体高三联考)中科院深圳先进技术研究院成功研发了一种高效、低成本储能电池——“铝－石墨”双离子电池，电池总反应为Al＋xC＋Li＋＋PFAlLi＋CxPF6。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．放电时，PF向正极移动
B．放电时，负极反应为Al－3e－===Al3＋
C．充电时，两个电极增加的质量相等
D．充电时，阳极反应为xC＋PF－e－===CxPF6
答案 D
解析 放电时，阴离子PF向负极移动，A错误；结合总反应可知，放电时负极AlLi失去电子发生氧化反应，电极反应为AlLi－e－===Al＋Li＋，B错误；充电时阳极反应为xC＋PF－e－===CxPF6，D正确；充电时阴极反应为Al＋Li＋＋e－===AlLi，两极转移电子的物质的量虽然相等，但增加的质量不相等，阳极增加的是PF的质量，阴极增加的是Li＋的质量，C错误。
6．(2019·绵阳市高三第二次诊断性考试)我国科学家成功研制出新型铝－石墨烯(Cn)可充电电池，电解质为阳离子(EMIM＋)与阴离子(AlCl)组成的离子液体，该电池放电过程示意图如图。下列说法错误的是( )
A．放电时铝为负极，发生氧化反应
B．放电时正极的反应为：Cn＋AlCl－e－===Cn[AlCl4]
C．充电时石墨烯与电源的正极相连
D．充电时的总反应为：3Cn＋4Al2Cl===Al＋4AlCl＋3Cn[AlCl4]
答案 B
解析 放电时铝为负极，被氧化生成Al2Cl，发生氧化反应，A正确；放电时，正极发生还原反应，电极反应为Cn[AlCl4]＋e－===Cn＋AlCl，B错误；充电时，Cn为阳极，发生氧化反应，电极方程式为Cn＋AlCl－e－===Cn[AlCl4]，C正确；阳极发生氧化反应，电极反应为Cn＋AlCl－e－===Cn[AlCl4]，阴极发生还原反应，电极反应为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl，根据得失电子守恒可得充电时的总反应为：3Cn＋4Al2Cl===Al＋4AlCl＋3Cn[AlCl4]，D正确。
考点4 金属的腐蚀及其防护
例4 (2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
[批注点拨]
[解析] A对：外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。B对：被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩。C错：高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。D对：保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整。
[答案] C
1．金属腐蚀快慢的三个规律
(1)金属腐蚀类型的差异
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。
(2)电解质溶液的影响
对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
(3)活泼性不同的两金属与电解质溶液构成原电池时，一般活泼性差别越大，负极腐蚀越快。
2．金属防护方法、原理与效果
防护方法
原理
覆盖保护层(涂油漆、电镀等)
将金属与空气隔离开
形成合金
改变金属内部结构
外加电流的阴极保护法
使被保护的金属作电解池的阴极(阳极为惰性电极)
牺牲阳极的阴极保护法(连接更活泼的金属)
使被保护的金属作原电池的正极
防护效果：一般情况下，作电解池阴极(外加电流的阴极保护法)＞作原电池正极(牺牲阳极的阴极保护法)＞金属表面处理(覆盖保护层)
7．(2019·重庆第一中学高三期中)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．d为锌块，铁片不易被腐蚀
B．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
C．d为石墨，铁片腐蚀加快
D．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案 B
解析 若d为锌块，由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，A正确；d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，C正确；d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。
8．利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护，下列有关说法中错误的是( )
A．若开关K置于N处，则X不宜用Cu、Ag等作电极
B．若X为锌且开关K置于M处，此属于牺牲阳极的阴极保护法
C．若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于M处
D．在外加电流的阴极保护法中，铁件必须与电源负极相连
答案 C
解析 若开关K置于N处，此时构成了电解池，若X是铜、银，则阳极很快被腐蚀，从而导致铁失去了保护，阳极应使用惰性电极，才能达到长期保护的效果，A正确；若X为锌，开关K置于M处，Zn失去电子，发生氧化反应被腐蚀，铁件受到保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，B正确；铁比碳的还原性强，若X为碳棒，开关K置于M处，铁作负极，会加速被腐蚀，C错误；当铁件与电源负极相连时，负极向铁件提供电子，这样铁件就会受到保护，D正确。
1．(2019·天津高考)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 根据题图，左侧a极发生I2Br－＋2e－===2I－＋Br－时，发生的是还原反应，右侧b极发生Zn－2e－===Zn2＋，可以得出总反应为I2Br－＋Zn===Zn2＋＋Br－＋2I－，故b为原电池负极，a为原电池正极。放电时，a极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时，由总反应可知离子数目增大，B正确；充电时，b极每增重0.65 g，被还原的Zn2＋的物质的量为0.01 mol，则消耗0.02 mol I－，C正确；充电时，a极发生氧化反应，作阳极，接电源正极，D错误。
2．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋
②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
答案 C
解析 CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①×2＋②即得到H2S－2e－===2H＋＋S，然后与阴极电极反应式相加得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确；石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性，D正确。
3．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳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，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C
D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na
答案 D
解析 放电时是原电池，ClO向负极移动，A正确；电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时是电解池，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO＋C－4e－===3CO2，D错误。
4．(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是( )
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2
答案 D
解析 放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处反应，说明电池内，Li＋向多孔碳材料电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳材料电极为正极，A错误。因为多孔碳材料电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极)，B错误。充电和放电时电池中离子的移动方向相反，放电时，Li＋向多孔碳材料电极移动，充电时向锂电极移动，C错误。根据图示和上述分析，可知放电时，电池的正极反应是O2与Li＋得电子转化为Li2O2－x，电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li＋，所以总反应为：2Li＋O2===Li2O2－x，充电时的反应与放电时的反应相反，所以充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D正确。
5．(2017·全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案 C
解析 C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
6．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
答案 D
解析 原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，电极反应可以为2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故A正确；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，质量为0.14 g，B正确；石墨烯能导电，可提高电极a的导电性，C正确；电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即生成Li2S2的量越少，D错误。
7．(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO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 该装置为电解池，H2O在正(阳)极区放电，生成O2和H＋，中间隔室中的阴离子SO通过cd膜移向正(阳)极，故正(阳)极区得到H2SO4，当电路中通过1 mol 电子时生成0.25 mol O2，正(阳)极区溶液pH减小，H2O在负(阴)极区放电，生成OH－和H2，负(阴)极区溶液pH增大，A、C、D错误；H2O在负(阴)极区放电生成H2和OH－，中间隔室中的阳离子Na＋通过ab膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到NaOH，而正(阳)极区可得到H2SO4，B正确。
8．(1)(2019·全国卷Ⅱ)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为________，总反应为_______________________________。
电解制备需要在无水条件下进行，原因为___________________________。
(2)(2019·北京高考)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是______________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：________________________________________。
(3)(2019·江苏高考)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：____________________________。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是___________________________________________________________________。
答案 (1)Fe电极 [Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
(2)①K1 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
(3)①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
②阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
解析 (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总方程式为。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
(2)①电解时，阴极产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
③连接K1时，电极3反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O；当连接K2制O2时，电极3反应为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环使用。
(3)①已知参加反应的微粒有CO2，生成物的微粒有HCOO－，因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素，所以阴极的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－，而OH－可与溶液中的HCO反应生成CO，两者加合即为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或CO2直接与水电离出的H＋作用生成HCOO－，即阴极反应式为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－。
②阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的H＋与HCO反应而使HCO的浓度降低，同时部分K＋通过阳离子交换膜进入阴极区，因此电解一段时间后，KHCO3溶液浓度降低。
9．(2018·全国卷Ⅰ)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
答案 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
解析 阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根离子放电，则电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。阳极区氢离子浓度增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室的亚硫酸氢钠浓度增加。
10．(2018·全国卷Ⅲ)KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：
(1)KIO3的化学名称是________。
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：
“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是________。“滤液”中的溶质主要是________。“调pH”中发生反应的化学方程式为__________________________。
(3)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为__________，其迁移方向是________。
③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有________(写出一点)。
答案 (1)碘酸钾
(2)加热 KCl KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O(或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O)
(3)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ ②K＋ a到b
③产生Cl2易污染环境
解析 (1)根据氯酸钾(KClO3)可以推测KIO3为碘酸钾。
(2)将溶解在溶液中的气体排出的一般方法是将溶液加热，原因是气体的溶解度随温度上升而减小。第一步反应得到的产品中的氯气在“逐Cl2”时除去，根据图示，碘酸钾在最后得到，所以过滤时KH(IO3)2在滤渣中，所以滤液中的溶质主要为KCl。“调pH”的主要目的是将KH(IO3)2转化为KIO3，所以方程式为：
KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O(或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O)。
(3)①由图可知，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离出的氢离子得电子，反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。③KClO3氧化法的最大不足之处在于生产中会产生污染环境的氯气。
11．(2017·江苏高考)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。
阳极的电极反应式为______________________________________________，
阴极产生的物质A的化学式为________。
答案 4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
解析 阳极应是H2O电离出的OH－放电，生成O2和H＋，在Na2CO3溶液充足的条件下，H＋与CO反应生成HCO，故阳极的电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑；阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，所以物质A为H2。
2020还可能这么考
12．下图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是( )
A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋
B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋
C．放电时，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池
D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成17.40 g Na2S4
答案 C
解析 电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr，根据化合价变化可知，Na2S2在负极失电子，NaBr3在正极得电子，Na2S2在右罐，NaBr3在左罐。放电时，负极Na2S2失电子，则负极的电极反应式为2S－2e－===S，故A错误；充电时，阳极上Br－失电子转化为Br，则阳极的电极反应式为3Br－－2e－===Br，故B错误；电池放电为原电池，阳离子移向正极，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，故C正确；H2体积未说明是标准状况下，无法进行换算，故D错误。
13.有人设计了图示方法同时制备连二亚硫酸钠(Na2S2O4)和过二硫酸钠(Na2S2O8)，并获得中国专利。电解过程中，阴极室生成Na2S2O4，a极的电极反应式为______________，通过阳离子交换膜的离子主要是Na＋，其迁移方向是________。
答案 2SO－2e－===S2O 从阳极室到阴极室(或a到b)
解析 根据图示，电极a接电源的正极为阳极，发生氧化反应，SO失电子被氧化为S2O，则a极的电极反应式为2SO－2e－===S2O，根据电解原理，阳离子移向阴极，故Na＋的迁移方向是由a到b。
主干知识梳理
1.原电池工作原理示意图
(1)无论是装置Ⅰ还是装置Ⅱ，电子均不能通过电解质溶液。
(2)在装置Ⅰ中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化学能转化为热能，所以装置Ⅱ的能量转化率高。
2．电解池工作原理示意图
(1)与电源正极相连的为阳极；与电源负极相连的为阴极。
(2)电解液中阳离子移向阴极；阴离子移向阳极。
(3)离子在两极上的放电顺序
①阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋。
②阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－。
3．金属腐蚀与防护的方法
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀的比较
(2)钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的比较
(3)金属电化学保护的两种方法
4．燃料电池电极反应式书写类型
燃料电池的考查重点在不同条件下的电解质溶液中正极反应式的书写。具体类型如下：
在正确写出正极反应式的前提下，利用负极失电子的原理或依据“负极反应式＝总反应式－正极反应式”的方法，正确写出负极反应式。
实例分析：酸性介质(H2SO4)下的甲醇O2燃料电池
CH3OH在负极上失去电子，在酸性条件下生成CO2气体，O2在正极上得到电子，在H＋作用下生成水。
正极反应式：3O2＋12H＋＋12e－===6H2O；
负极反应式：2CH3OH－12e－＋2H2O===2CO2↑＋12H＋。
考点1 原电池工作原理及应用
例1 (2019·全国卷Ⅰ)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，示意图如下所示。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
[批注点拨]
[解析] 该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件，A正确；该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋，B错误；右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区发生反应：N2＋6MV＋＋6H＋===2NH3＋6MV2＋，即N2得到电子生成NH3发生还原反应，质子(H＋)通过交换膜由负极区向正极区移动，C、D正确。
[答案] B
1．原电池的构成条件
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：①电解质溶液；②两电极直接或间接接触；③两电极插入电解质溶液中。
2．判断原电池正、负极的五种方法
3．原电池电极反应式的书写方法
(1)一般电极反应式的书写
(2)复杂电极反应式的书写
(2019·华大新高考联盟高三教学质量测评)“锌＋碘”新型安全动力电池有望取代目前广泛使用的“铅蓄电池”“锂电池”等，已知该电池的工作原理如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．该电池安全性高，且对环境友好
B．正极反应式为I＋2e－===3I－，电极a附近显红色
C．电子的移动方向为“Zn→电极a→电极b→石墨毡”
D．“回流通道”可以减缓电池两室的压差，避免电池受损
答案 C
解析 该电池对环境友好，且避免使用易燃的有机电解液，更加安全，故A正确；正极发生还原反应，反应式为I＋2e－===3I－，石墨电极a为阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，显碱性，遇到酚酞显红色，故B正确；电子不能通过溶液，即电子移动的方向为“Zn→电极a，电极b→石墨毡”，故C错误；该新型电池充放电过程，会导致电池内离子交换膜的两边产生压差，所以“回流通道”的作用是减缓电池两室的压差，避免电池受损，故D正确。
2．(2019·A10联考段考)硫化氢的回收既解决了环境污染问题，也可变废为宝。其反应原理为：2H2S(g)＋O2(g)===S2(s)＋2H2O(l) ΔH＝－632 kJ·mol－1。在酸性固体电解质环境下，硫化氢的处理原理图如图所示。下列说法正确的是( )
A．负载中电流自上而下流动
B．电极a的电极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋
C．电子由电极a经质子固体电解质膜流向电极b
D．1 mol H2S气体完全反应得到固体S2和水蒸气放热316 kJ
答案 B
解析 通H2S的一极电极a为负极，通氧气的一极电极b为正极，故电流从正极流出，故负载中电流的流向应该为自下而上流动，A错误；负极发生氧化反应，电极反应式为2H2S－4e－===S2＋4H＋，B正确；电子只能在电极和导线中流动，不能进入固体电解质，C错误；反应中水的状态是液态水，不是水蒸气，D错误。
考点2 电解池工作原理及应用
例2 (2019·全国卷Ⅲ)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如下图所示：
负极区发生的反应有________________________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
[批注点拨]
[解析] 由题图中H＋的移动方向知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1 mol O2，需转移4 mol电子，则转移1 mol电子时，应消耗 mol O2，标准状况下， mol O2的体积为 mol×22.4 L/mol＝5.6 L。
[答案] Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O 5.6
1．阴、阳极的判断方法
(1)根据外接电源：与正极相连的为阳极，与负极相连的为阴极。
(2)根据电流方向：从阴极流出，从阳极流入。
(3)根据电子流向：从阳极流出，从阴极流入。
(4)根据离子流向：阴离子移向阳极，阳离子移向阴极。
(5)根据电极产物：①阳极：电极溶解、逸出O2(或极区变酸性)或Cl2；②阴极：析出金属、逸出H2(或极区变碱性)。
2．电解池电极反应式的书写方法
特别说明：通常电极反应可以根据阳极材料和电解质溶液性质判断。但在高考题中往往需要结合题给信息进行判断。
3．电化学计算的基本方法
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液的pH计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等，通常有下列几种方法：
3．用如图所示装置除去含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 石墨作阳极，为惰性电极，由溶液中的Cl－放电，电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2O，铁作阴极，在碱性环境下发生2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，故A、B、C正确；pH为9～10的碱性溶液不可能是H＋参加反应，离子反应应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，D错误。
4．(2019·湖南茶陵三中高三月考)双极膜(BP)是阴、阳复合膜，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，作为H＋和OH－离子源。利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得淡水、NaOH和HCl，其工作原理如下图所示，M、N为离子交换膜。下列说法错误的是( )
A．阴极室发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
B．M为阳离子交换膜，N为阴离子交换膜
C．若去掉双极膜(BP)，阳极室会有Cl2生成
D．电路中每转移1 mol电子，两极共得到0.5 mol气体
答案 D
解析 电解池阴极处，是水解离成的H＋得到电子被还原，则在阴极处发生的反应为：2H＋＋2e－===H2↑，故A正确；电解时，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，因此M为阳离子交换膜，N为阴离了交换膜，故B正确；电解时，溶液中的Cl－向阳极移动，若去掉双极膜(BP)，则Cl－会在阳极失去电子，生成Cl2，故C正确；由于有双极膜(BP)的存在，在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－，因此阴极反应为2H＋＋2e－===H2↑，阳极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，当电路中通过1 mol电子时，阴极得到0.5 mol H2，阳极得到0.25 mol O2，两极一共得到气体为0.5 mol＋0.25 mol＝0.75 mol，故D错误。
考点3 二次电源的分析
例3 (2018·全国卷Ⅲ)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(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZn—NiOOH二次电池，结构如图所示。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
[批注点拨]
[解析] 三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高，A正确；二次电池充电时作为电解池，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；二次电池放电时作为原电池，负极发生氧化反应，元素化合价升高，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；二次电池放电时作为原电池，阴离子从正极区向负极区移动，D错误。
[答案] D
突破二次电池的五个角度
5．(2019·辽宁五校协作体高三联考)中科院深圳先进技术研究院成功研发了一种高效、低成本储能电池——“铝－石墨”双离子电池，电池总反应为Al＋xC＋Li＋＋PFAlLi＋CxPF6。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．放电时，PF向正极移动
B．放电时，负极反应为Al－3e－===Al3＋
C．充电时，两个电极增加的质量相等
D．充电时，阳极反应为xC＋PF－e－===CxPF6
答案 D
解析 放电时，阴离子PF向负极移动，A错误；结合总反应可知，放电时负极AlLi失去电子发生氧化反应，电极反应为AlLi－e－===Al＋Li＋，B错误；充电时阳极反应为xC＋PF－e－===CxPF6，D正确；充电时阴极反应为Al＋Li＋＋e－===AlLi，两极转移电子的物质的量虽然相等，但增加的质量不相等，阳极增加的是PF的质量，阴极增加的是Li＋的质量，C错误。
6．(2019·绵阳市高三第二次诊断性考试)我国科学家成功研制出新型铝－石墨烯(Cn)可充电电池，电解质为阳离子(EMIM＋)与阴离子(AlCl)组成的离子液体，该电池放电过程示意图如图。下列说法错误的是( )
A．放电时铝为负极，发生氧化反应
B．放电时正极的反应为：Cn＋AlCl－e－===Cn[AlCl4]
C．充电时石墨烯与电源的正极相连
D．充电时的总反应为：3Cn＋4Al2Cl===Al＋4AlCl＋3Cn[AlCl4]
答案 B
解析 放电时铝为负极，被氧化生成Al2Cl，发生氧化反应，A正确；放电时，正极发生还原反应，电极反应为Cn[AlCl4]＋e－===Cn＋AlCl，B错误；充电时，Cn为阳极，发生氧化反应，电极方程式为Cn＋AlCl－e－===Cn[AlCl4]，C正确；阳极发生氧化反应，电极反应为Cn＋AlCl－e－===Cn[AlCl4]，阴极发生还原反应，电极反应为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl，根据得失电子守恒可得充电时的总反应为：3Cn＋4Al2Cl===Al＋4AlCl＋3Cn[AlCl4]，D正确。
考点4 金属的腐蚀及其防护
例4 (2017·全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
[批注点拨]
[解析] A对：外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流。B对：被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，电解池中外电路电子由阳极流向阴极，即从高硅铸铁流向钢管桩。C错：高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极。D对：保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整。
[答案] C
1．金属腐蚀快慢的三个规律
(1)金属腐蚀类型的差异
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀。
(2)电解质溶液的影响
对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。
(3)活泼性不同的两金属与电解质溶液构成原电池时，一般活泼性差别越大，负极腐蚀越快。
2．金属防护方法、原理与效果
防护方法
原理
覆盖保护层(涂油漆、电镀等)
将金属与空气隔离开
形成合金
改变金属内部结构
外加电流的阴极保护法
使被保护的金属作电解池的阴极(阳极为惰性电极)
牺牲阳极的阴极保护法(连接更活泼的金属)
使被保护的金属作原电池的正极
防护效果：一般情况下，作电解池阴极(外加电流的阴极保护法)＞作原电池正极(牺牲阳极的阴极保护法)＞金属表面处理(覆盖保护层)
7．(2019·重庆第一中学高三期中)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。下列有关说法错误的是( )
A．d为锌块，铁片不易被腐蚀
B．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－===H2↑
C．d为石墨，铁片腐蚀加快
D．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
答案 B
解析 若d为锌块，由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，A正确；d为锌块，由于电解质溶液为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，B错误；由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，C正确；d为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D正确。
8．利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护，下列有关说法中错误的是( )
A．若开关K置于N处，则X不宜用Cu、Ag等作电极
B．若X为锌且开关K置于M处，此属于牺牲阳极的阴极保护法
C．若X为碳棒，为减缓铁件的腐蚀，开关K应置于M处
D．在外加电流的阴极保护法中，铁件必须与电源负极相连
答案 C
解析 若开关K置于N处，此时构成了电解池，若X是铜、银，则阳极很快被腐蚀，从而导致铁失去了保护，阳极应使用惰性电极，才能达到长期保护的效果，A正确；若X为锌，开关K置于M处，Zn失去电子，发生氧化反应被腐蚀，铁件受到保护，该防护法称为牺牲阳极的阴极保护法，B正确；铁比碳的还原性强，若X为碳棒，开关K置于M处，铁作负极，会加速被腐蚀，C错误；当铁件与电源负极相连时，负极向铁件提供电子，这样铁件就会受到保护，D正确。
1．(2019·天津高考)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 根据题图，左侧a极发生I2Br－＋2e－===2I－＋Br－时，发生的是还原反应，右侧b极发生Zn－2e－===Zn2＋，可以得出总反应为I2Br－＋Zn===Zn2＋＋Br－＋2I－，故b为原电池负极，a为原电池正极。放电时，a极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A正确；放电时，由总反应可知离子数目增大，B正确；充电时，b极每增重0.65 g，被还原的Zn2＋的物质的量为0.01 mol，则消耗0.02 mol I－，C正确；充电时，a极发生氧化反应，作阳极，接电源正极，D错误。
2．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋
②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
答案 C
解析 CO2在ZnO@石墨烯电极上转化为CO，发生得到电子的还原反应，为阴极，电极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①×2＋②即得到H2S－2e－===2H＋＋S，然后与阴极电极反应式相加得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确；石墨烯电极为阳极，与电源的正极相连，因此石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯电极上的高，C错误；由于铁离子、亚铁离子均易水解，所以如果采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性，D正确。
3．(2018·全国卷Ⅱ)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳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，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C
D．充电时，正极反应为：Na＋＋e－===Na
答案 D
解析 放电时是原电池，ClO向负极移动，A正确；电池的总反应为3CO2＋4Na2Na2CO3＋C，因此充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确；放电时是原电池，正极是二氧化碳得到电子转化为碳，反应为：3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时是电解池，正极与电源的正极相连，作阳极，发生失去电子的氧化反应，反应为2CO＋C－4e－===3CO2，D错误。
4．(2018·全国卷Ⅲ)一种可充电锂－空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是( )
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2
答案 D
解析 放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处反应，说明电池内，Li＋向多孔碳材料电极移动，因为阳离子移向正极，所以多孔碳材料电极为正极，A错误。因为多孔碳材料电极为正极，外电路电子应该由锂电极流向多孔碳材料电极(由负极流向正极)，B错误。充电和放电时电池中离子的移动方向相反，放电时，Li＋向多孔碳材料电极移动，充电时向锂电极移动，C错误。根据图示和上述分析，可知放电时，电池的正极反应是O2与Li＋得电子转化为Li2O2－x，电池的负极反应是单质Li失电子转化为Li＋，所以总反应为：2Li＋O2===Li2O2－x，充电时的反应与放电时的反应相反，所以充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D正确。
5．(2017·全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案 C
解析 C错：阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
6．(2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为：16Li＋xS8===8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是( )
A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多
答案 D
解析 原电池工作时，Li＋向正极移动，则a为正极，正极上发生还原反应，电极反应可以为2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，故A正确；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，质量为0.14 g，B正确；石墨烯能导电，可提高电极a的导电性，C正确；电池充电时间越长，转移电子数越多，生成的Li和S8越多，即生成Li2S2的量越少，D错误。
7．(2016·全国卷Ⅰ)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO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 该装置为电解池，H2O在正(阳)极区放电，生成O2和H＋，中间隔室中的阴离子SO通过cd膜移向正(阳)极，故正(阳)极区得到H2SO4，当电路中通过1 mol 电子时生成0.25 mol O2，正(阳)极区溶液pH减小，H2O在负(阴)极区放电，生成OH－和H2，负(阴)极区溶液pH增大，A、C、D错误；H2O在负(阴)极区放电生成H2和OH－，中间隔室中的阳离子Na＋通过ab膜移向负(阴)极，故负(阴)极区可得到NaOH，而正(阳)极区可得到H2SO4，B正确。
8．(1)(2019·全国卷Ⅱ)环戊二烯可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为________，总反应为_______________________________。
电解制备需要在无水条件下进行，原因为___________________________。
(2)(2019·北京高考)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如下。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。
①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是______________。
②改变开关连接方式，可得O2。
③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：________________________________________。
(3)(2019·江苏高考)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：____________________________。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是___________________________________________________________________。
答案 (1)Fe电极 [Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑] 水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
(2)①K1 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ ③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用
(3)①CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
②阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
解析 (1)由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁作电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总方程式为。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
(2)①电解时，阴极产生H2，即电极1产生H2，此时开关连接K1，阴极H2O得电子生成H2，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。
③连接K1时，电极3反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O；当连接K2制O2时，电极3反应为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－。由以上电极反应可看出，不同的连接方式，可使电极3循环使用。
(3)①已知参加反应的微粒有CO2，生成物的微粒有HCOO－，因此参加阴极反应的其他微粒中肯定含有H元素，所以阴极的电极反应式为CO2＋H2O＋2e－===HCOO－＋OH－，而OH－可与溶液中的HCO反应生成CO，两者加合即为CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO或CO2直接与水电离出的H＋作用生成HCOO－，即阴极反应式为CO2＋H＋＋2e－===HCOO－。
②阳极的电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成的H＋与HCO反应而使HCO的浓度降低，同时部分K＋通过阳离子交换膜进入阴极区，因此电解一段时间后，KHCO3溶液浓度降低。
9．(2018·全国卷Ⅰ)制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_____________________。电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
答案 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
解析 阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根离子放电，则电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑。阳极区氢离子浓度增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根离子浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室的亚硫酸氢钠浓度增加。
10．(2018·全国卷Ⅲ)KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：
(1)KIO3的化学名称是________。
(2)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：
“酸化反应”所得产物有KH(IO3)2、Cl2和KCl。“逐Cl2”采用的方法是________。“滤液”中的溶质主要是________。“调pH”中发生反应的化学方程式为__________________________。
(3)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。
①写出电解时阴极的电极反应式________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为__________，其迁移方向是________。
③与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有________(写出一点)。
答案 (1)碘酸钾
(2)加热 KCl KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O(或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O)
(3)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ ②K＋ a到b
③产生Cl2易污染环境
解析 (1)根据氯酸钾(KClO3)可以推测KIO3为碘酸钾。
(2)将溶解在溶液中的气体排出的一般方法是将溶液加热，原因是气体的溶解度随温度上升而减小。第一步反应得到的产品中的氯气在“逐Cl2”时除去，根据图示，碘酸钾在最后得到，所以过滤时KH(IO3)2在滤渣中，所以滤液中的溶质主要为KCl。“调pH”的主要目的是将KH(IO3)2转化为KIO3，所以方程式为：
KH(IO3)2＋KOH===2KIO3＋H2O(或HIO3＋KOH===KIO3＋H2O)。
(3)①由图可知，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离出的氢离子得电子，反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。③KClO3氧化法的最大不足之处在于生产中会产生污染环境的氯气。
11．(2017·江苏高考)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。
阳极的电极反应式为______________________________________________，
阴极产生的物质A的化学式为________。
答案 4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
解析 阳极应是H2O电离出的OH－放电，生成O2和H＋，在Na2CO3溶液充足的条件下，H＋与CO反应生成HCO，故阳极的电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑；阴极的电极反应式为4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，所以物质A为H2。
2020还可能这么考
12．下图是一种正投入生产的大型蓄电系统。放电前，被膜隔开的电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr。下列叙述正确的是( )
A．放电时，负极反应为3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋
B．充电时，阳极反应为2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋
C．放电时，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池
D．用该电池电解饱和食盐水，产生2.24 L H2时，b池生成17.40 g Na2S4
答案 C
解析 电解质为Na2S2和NaBr3，放电后分别变为Na2S4和NaBr，根据化合价变化可知，Na2S2在负极失电子，NaBr3在正极得电子，Na2S2在右罐，NaBr3在左罐。放电时，负极Na2S2失电子，则负极的电极反应式为2S－2e－===S，故A错误；充电时，阳极上Br－失电子转化为Br，则阳极的电极反应式为3Br－－2e－===Br，故B错误；电池放电为原电池，阳离子移向正极，Na＋经过离子交换膜，由b池移向a池，故C正确；H2体积未说明是标准状况下，无法进行换算，故D错误。
13.有人设计了图示方法同时制备连二亚硫酸钠(Na2S2O4)和过二硫酸钠(Na2S2O8)，并获得中国专利。电解过程中，阴极室生成Na2S2O4，a极的电极反应式为______________，通过阳离子交换膜的离子主要是Na＋，其迁移方向是________。
答案 2SO－2e－===S2O 从阳极室到阴极室(或a到b)
解析 根据图示，电极a接电源的正极为阳极，发生氧化反应，SO失电子被氧化为S2O，则a极的电极反应式为2SO－2e－===S2O，根据电解原理，阳离子移向阴极，故Na＋的迁移方向是由a到b。
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