鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 金属的腐蚀与防护课后作业题

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修1第4节 金属的腐蚀与防护课后作业题，共16页。试卷主要包含了单选题，共15小题，非选择题，共5小题等内容，欢迎下载使用。

第四节金属的腐蚀与防护（五）
一、单选题，共15小题
1．有关电化学的说法中正确的是
A．原电池和电解池的阴极金属都不会腐蚀
B．不锈钢难生锈是因为合金中铁受保护
C．原电池的负极一定比正极金属活泼
D．原电池的负极质量一定减少，正极质量一定不变或增加
2．化学与生活密切相关，下列生活常识不能用对应的化学知识解释的是
选项
生活常识
化学知识
A
餐后要将洗浄的铁锅擦干
减缓铁的锈蚀
B
护肤品中添加丙三醇
丙三醇有吸水性
C
煮沸豆浆
主要将蛋白质转换为氨基酸
D
用热的纯碱溶液清洗油污
油脂在热的纯碱溶液中更易发生水解
A．A B．B C．C D．D
3．化学与生活、生产密切相关，下列有关叙述不正确的是
A．氢氧化铝、小苏打均可用作胃酸中和剂
B．过氧化钠可在呼吸面具或潜水艇中作为氧气的来源
C．ClO2具有强氧化性，可用作自来水的净水剂
D．在海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀速率
4．我国科学家最新研发的固体透氧膜提取金属钛工艺，装置如图所示。将TiO2熔于NaCl-NaF融盐体系，以石墨为阴极，覆盖氧渗透膜的多孔金属陶瓷涂层为阳极，固体透氧膜把阳极和熔融电解质隔开，只有O2-可以通过。下列说法不正确的是

A．a极是电源的正极，O2-在熔融盐中从右往左迁移
B．阳极电极反应式为2O2--4e-=O2↑
C．NaCl-NaF融盐的作用是降低熔化TiO2需要的温度
D．阳极每产生4.48L的O2，理论上能生成0.1mol钛
5．关于下列装置说法正确的是

A．装置①中，一段时间后左侧SO42－浓度增大
B．装置②中滴入酚酞，b极附近先变红
C．用装置③精炼铜时，c极为粗铜
D．装置④中在Fe电极附近滴入K3[Fe(CN)6]溶液，可验证Fe电极被保护
6．化学与生活密切相关，下列有关说法错误的是
A．新能源汽车的推广与使用，有助于减少光化学烟雾的产生
B．铁在潮湿的空气中放置，易发生化学腐蚀而生锈
C．氯气泄漏时，可用蘸有肥皂水的湿毛巾捂住口鼻疏散到安全区域
D．地球上99%的溴元素以Br- 的形式存在于海水中，溴化钠和溴化钾在医药上常用作镇静剂
7．下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)

A．图①中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图②和④的装置中Fe电极均被保护
C．图③中，开关闭合时，Fe的腐蚀速率减小
D．在③开关闭合的情况下，四个装置中的Fe腐蚀速率由快到慢的顺序是：④③①②
8．化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是(　　)

A．甲：可用Zn电极代替Cu电极作正极
B．乙：通入氧气的一极为正极
C．丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄
D．丁：原电池Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O中，PbO2发生还原反应作正极
9．化学电源在日常生活和高科技领域中应用广泛。下列说法错误的是
A．硅太阳能电池利用原电池原理实现能量转化
B．铅蓄电池在使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降
C．氢燃料电池客车与传统客车相比，能量转化效率高
D．支撑海港码头基础的钢管桩，可以用外加电流的阴极保护法防腐
10．下列说法正确的是（ ）
A．NaClO、CuSO4 使蛋白质变性的机理相同
B．氨水法脱硫既可以消除燃煤烟气中的SO2，同时还可以得到副产品硫酸铵
C．利用阴离子交换膜电解槽电解饱和食盐水可制得烧碱、氯气、氢气
D．常温下，NaHCO3 的水溶性大于 Na2CO3
11．可用于电动汽车的铝—空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解质溶液，铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是
A．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－=Al(OH)3↓
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解质溶液的碱性保持不变
D．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－=4OH－
12．下列有关金属电化学腐蚀的说法正确的是
A．铜既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀 B．铁只能发生析氢腐蚀
C．铜只能发生吸氧腐蚀 D．析氢腐蚀比吸氧腐蚀普遍
13．有一种银锌电池，其电极分别为Ag2O和Zn，电解质溶液为NaOH，其中Ag2O极电极反应式为Ag2O+H2O+2e-=2Ag+2OH-，根据上述反应式，下列说法正确的是
A．使用过程中，电子由Ag2O极经外路流向Zn极
B．使用过程中，溶液中氢氧根向Ag2O电极移动
C．使用过程中，电极正极溶液的pH增大
D．使用过程中，Zn电极发生还原反应，Ag2O电极发生氧化反应
14．钢铁在弱酸性介质中易发生析氢腐蚀（如图）。钢铁析氢腐蚀过程中，下列说法正确的是（ ）

A．铁作正极
B．电能转化为化学能
C．电子向碳处转移
D．正极电极反应式为Fe-2e-=Fe2+
15．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
A．当镀锌铁制品镀层破损时，镀层不能对铁制品继续起保护作用。
B．铜表面会覆盖一层绿色的铜锈不是化学过程。
C．保护海轮外壳可以采用牺牲阳极的阴极保护法
D．保护地下输油钢管与外加直流电源的正极相连。


二、非选择题，共5小题
16．图是铜-锌原电池原理图：

(1)X极是__极(填正或负)发生____反应(填氧化或还原)。
(2)Y极的电极反应：___；原电池的总反应：___；电流的流动方向：___
17．被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点。如图所示为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。试回答下列问题：

（1）图中通过负载的电子流动方向为________(填“向左”或“向右”)。
（2）写出氢氧燃料电池工作时的电极反应和总反应。
正极：_____________________________________，
总反应：____________________________________。
（3）为了获得氢气，除了充分利用太阳能外，工业上利用石油产品与水在催化剂作用下制取氢气。写出C3H8和H2O反应生成H2和CO化学方程式____________________________。
（4）若将此燃料电池改为甲烷—空气燃料电池，该电池工作时的负极反应为______________________。
18．某实验小组同学进行如下实验，以检验化学反应中的能量变化。
（1）实验中发现，反应后①中的温度升高；②中的温度降低。由此判断铝条与盐酸的反应是__热反应，Ba(OH)2•8H2O与NH4Cl反应时，需要将固体研细其目的是_。反应过程__(填“①”或“②”)的能量变化可用图表示。

（2）为了验证Fe3+与Cu2+氧化性强弱，下列装置能达到实验目的是_(填序号)。

（3）将CH4设计成燃料电池，其利用率更高，装置如图所示(a、b为多孔碳棒)其中_(填A或B)处电极入口通甲烷，当消耗标况下甲烷33.6L时，假设能量转化率为90%，则导线中转移电子的物质的量为__mol。

（4）如图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。请回答下列问题：

①当电极c为Al、电极d为Cu、电解质溶液为稀硫酸时，写出该原电池正极的电极反应式为__。
②当电极c为Al、电极d为Mg、电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该原电池的负极反应式为__。
19．(1)今有反应2H2＋O2===2H2O，要构成燃料电池，则负极通入的应是________，正极通入的应是 ________，电极反应式分别为负极：__________________________、正极：________________。
(2)如把KOH改为稀H2SO4作电解液，则电极反应式分别为负极：__________、正极：______。
(3)如把H2改为甲烷，KOH溶液作电解液，则负极反应式为：______________________________。
20．铁及铁的化合物应用广泛，如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血剂等。
（1）写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式： 。
（2）若将（1）中的反应设计成原电池，请画出原电池的装置图，标出正、
负极，并写出电极反应式。
正极反应： 。
负极反应： 。
（3）腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，请参照下表给出的数据和药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤 。


氢氧化物开始沉淀时的pH

氢氧化物沉淀
完全时的pH

Fe3＋
Fe2＋

1.9
7.0

3.2
9.0

Cu2＋

4.7

6.7

提供的药品：Cl2浓H2SO4NaOH溶液 CuO Cu



（4）某科研人员发现劣质不锈钢在酸中腐蚀缓慢，但在某些盐溶液中腐蚀现象明显。请从上表提供的药品中选择两种（水可任选），设计最佳实验，验证劣质不锈钢易被腐蚀。有关反应的化学方程式 ； ；劣质不锈钢腐蚀的实验现象 。
参考答案
1．A
【详解】
A．原电池的正极即阴极，不容易被腐蚀，电解池的阴极金属不容易被腐蚀，故A正确；
B．不锈钢难生锈是因为内部结构发生改变而受保护，故B错误；
C．原电池如果是燃料电池，铂电极惰性电极，两极的金属活泼性相同，所以原电池负极金属不一定比正极金属的金属性活泼，故C错误；
D．原电池的负极可能只起导电作用，不一定参与反应，如燃料电池，故D错误。
答案选A。
2．C
【详解】
A．铁在潮湿环境中易发生吸氧腐蚀形成铁锈，水膜是形成铁碳-电解质溶液无数微小原电池的必要条件之一，所以餐后将洗净的铁锅擦干可减缓铁的锈蚀，故A正确，不符合题意；
B．丙三醇是含有羟基数目较多的多羟基醇，具有吸水性，可作护肤保湿剂，故B正确，不符合题意；
C．煮沸豆浆是蛋白质变质，故C错误，符合题意；
D．碳酸钠俗名纯碱，碳酸钠水解使溶液呈碱性，并且水解是吸热反应，温热的纯碱溶液碱性更强，油脂在碱性条件下能发生水解，并且碱性越强油脂水解程度越大，所以油脂在热的纯碱溶液中更易发生水解，故D正确，不符合题意；
故选C。
3．C
【详解】
A．碳酸氢钠俗名小苏打，氢氧化铝、碳酸氢钠的碱性较弱，并且能与盐酸反应，可用作胃酸中和剂，A正确；
B．过氧化钠能与水、二氧化碳反应生成氧气，可用作呼吸面具或潜水艇的供氧剂，B正确；
C．ClO2具有强氧化性，可使蛋白质变性，可用作自来水的杀菌、消毒剂，而不是作净水剂，C错误；
D．在海轮外壳上镶入锌块，Zn、Fe和海水能形成原电池，Zn作负极，Fe作正极，Fe电极上发生得电子的反应而被保护，D正确；
故合理选项是C。
4．D
【详解】
A．连接阳极的电源电极是正极，连接阴极的电源电极是负极，电解质中阴离子向阳极移动，所以a是正极、b是负极，O2-在熔融盐中从右往左迁移，A项正确；
B．阳极上氧离子失电子发生氧化反应，电极反应式为2O2--4e-=O2↑，B项正确；
C．NaCl-NaF融盐的温度较高，它能降低熔化TiO2需要的温度，从而减少能量损失，C项正确；
D．温度和压强未知，导致气体摩尔体积未知，无法计算氧气的物质的量，则无法计算生成钛的物质的量，D项错误；
故选D。
【点睛】
注意气体摩尔体积的适用范围及适用条件。
5．D
【解析】
【详解】
A．装置①是原电池，溶液中SO42-不参加反应，所以放电过程中硫酸根离子浓度不变，故A错误；
B．电解时，b是阳极、a是阴极，阳极上生成氯气、阴极上生成氢气，且阴极附近有NaOH生成，溶液呈碱性，所以a电极附近溶液呈红色，故B错误；
C．电解精炼粗铜时，粗铜作阳极、纯铜作阴极，所以d为粗铜，故C错误；
D．利用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+的不存在，可验证Fe电极被保护，故D错误；
答案为D。
6．B
【详解】
A．新能源汽车的推广与使用，可以减少汽油的使用，有助于减少光化学烟雾的产生，A选项正确；
B．铁在潮湿的空气中放置，会形成原电池，易发生电化学腐蚀而生锈，而不是化学腐蚀，B选项错误；
C．肥皂水显碱性，可以与氯气反应降低其毒性，因此氯气泄漏时，可用蘸有肥皂水的湿毛巾捂住口鼻疏散到安全区域，C选项正确；
D．地球上99％的溴元素以Br-的形式存在于海水中，溴的化合物可用于医学镇静剂，溴化钠和溴化钾在医药上常用作镇静剂，D选项正确；
答案选B。
7．D
【详解】
A选项，图①中，插入海水中的铁棒，在水和空气的交界处腐蚀越严重，故A错误；
B选项，图②中铁是阴极，受到保护，图④中Fe电极是阳极，受到腐蚀，故B错误；
C选项，图③中，开关闭合时，Fe作负极，腐蚀速度加快，故C错误；
D选项，在③开关闭合的情况下，①装置铁是一般的腐蚀，②装置铁为阴极，受到保护，③装置铁作负极，受到腐蚀加快，④装置是铁为阳极，加快腐蚀，腐蚀速率一般原则是电解池的阳极腐蚀 > 原电池负极的腐蚀 > 一般的腐蚀 > 原电池正极 > 电解池阴极，因此四个装置中的Fe腐蚀速率由快到慢的顺序是：④③①②，故D正确。
综上所述，答案为D。
【点睛】
金属腐蚀速率一般原则是电解池的阳极 > 原电池负极 > 一般的腐蚀 > 原电池正极 > 电解池阴极。
8．A
【详解】
A．若用Zn代替Cu，由于金属活动性Zn＞Fe，所以Zn为负极，Fe为正极，A错误；
B．通入O2的电极为正极，通入H2的电极为负极，B正确；
C．在锌锰干电池中，Zn为负极，失去电子，发生氧化反应，变为Zn2+进入溶液，锌筒会变薄，C正确；
D．在丁中原电池Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O中，PbO2得到电子，发生还原反应，作原电池的正极，D正确；
故合理选项是A。
9．A
【详解】
A．硅太阳能电池是将太阳能转化为电能的装置，不属于原电池，故A错误；
B．铅蓄电池的总电极反应式：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，生成水，导致硫酸的浓度降低，酸性减弱，离子浓度减小，导电能力减弱，故B正确；
C．氢燃料电池原理为原电池，与传统客车相比，能量转化效率高，故C正确；
D．通电后，被保护的钢管做阴极，故D正确；
故答案为A。
10．B
【详解】
A．NaClO因强氧化性使蛋白质变性，而CuSO4因Cu2+使蛋白质变性，两者变性机理不同，故A错误；
B．氨水与二氧化硫发生反应，用氨水法处理燃煤烟气中的二氧化硫，既可消除其污染，又可得到副产品硫酸铵，故B正确；
C．氯碱工业中氯离子放电，则需要阳离子交换膜使阳离子移动到阴极，故C错误；
D．相同温度下，NaHCO3 的水溶性小于 Na2CO3，故D错误；
故答案为B。
11．D
【分析】
铝为活泼金属，既能与酸反应，又能与碱反应，铝空气燃料电池中，以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O，正极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，总反应为4Al+4OH-+3O2=4AlO2-+2H2O，据此分析解答。
【详解】
A．电池工作时，电子从负极沿导线流向正极，故A错误；
B．以NaOH溶液为电解液时，Al易失电子作负极，且铝失去电子后变为铝离子，在氢氧化钠的溶液中铝离子继续与过量的碱反应生成偏铝酸根，因此负极反应为：Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O，故B错误；
C．以NaOH溶液为电解液时，电池的总反应为：4Al+4OH-+3O2═4AlO2-+2H2O，反应中消耗氢氧根离子且生成水，所以溶液的pH降低，故C错误；
D．电解质溶液显碱性或中性，金属发生吸氧腐蚀，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，电极反应式为O2+2H2O+4e-═4OH-，故D正确；
答案选D。
12．C
【详解】
A．在金属活动性顺序表中，铜在氢之后，铜不能将氢气置换出，铜不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，A项错误；
B．在金属活动顺序表中，铁既可以发生析氢腐蚀也可以发生吸氧腐蚀，B项错误；
C．在金属活动性顺序表中，铜在氢之后，铜不能将氢气置换出，铜不能发生析氢腐蚀，只能发生吸氧腐蚀，C项正确；
D．在自然界中，吸氧腐蚀比析氢腐蚀普遍，D项错误；
答案选C。
13．C
【分析】
由Ag2O极电极反应式可知，Ag2O极为银锌电池的正极，Zn极为负极，Zn在负极上失去电子发生氧化反应生成氢氧化锌，电极反应式为Zn+2OH-—2e-=Zn（OH）2。
【详解】
A.电池工作时，电子由负极Zn极经外路流向正极Ag2O极，故A错误；
B.电池工作时，阴离子向负极移动，则溶液中氢氧根向Zn电极移动，故B错误；
C.由正极电极反应式可知，电池工作时，放电生成氢氧根离子，溶液的pH增大，C正确；
D.由Ag2O极电极反应式可知，Ag2O极为银锌电池的正极，得到电子发生还原反应，Zn极为负极，失去电子发生氧化反应，故D错误；
故选C。
14．C
【分析】
强酸性条件下，钢铁中C、Fe和酸构成原电池，Fe易失电子发生氧化反应而作负极、C作正极，正极上氢离子得电子发生还原反应。
【详解】
A．Fe易失电子发生氧化反应而作负极，故A错误；
B．化学能转化为电能，故B错误；
C．电子由负极出发经外电路向正极转移，即电子向碳处转移，故C正确；
D．正极反应式为2H＋+2e－=H2↑，负极电极反应式为Fe-2e-=Fe2+，故D错误；
故选C。
【点睛】
本题考查钢铁的析氢腐蚀，明确析氢腐蚀及吸氧腐蚀区别是解本题关键，知道钢铁发生析氢腐蚀及吸氧腐蚀的条件，会正确书写各个电极上电极反应式，易错点C，注意电子不经过内电路转移。
15．C
【详解】
A．锌比铁活泼，当镀锌铁制品镀层破损时，锌、铁形成原电池后，Zn为负极被氧化，镀层依然能对铁制品继续起保护作用，故A错误；
B．绿色的铜锈主要成分为碱式碳酸铜，铜表面覆盖一层绿色的铜锈的过程中有新的物质生成，属于化学过程，故B错误；
C．在海轮外壳连接锌块，锌比铁活泼，锌为负极，保护外壳不受腐蚀，为牺牲阳极的阴极保护法，故C正确；
D．与外加直流电源的正极相连则为阳极，阳极发生氧化反应，铁在阳极失电子，加速了钢管的腐蚀，故D错误；
综上所述答案为C。
16．负极 氧化 2H++2e－=H2↑ Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑ 由Y到X
【分析】
电极材料分别为铜和锌，电解质溶液为稀硫酸，所以电池总反应为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑，则Zn为负极，Cu为正极。
【详解】
(1)原电池中电子从负极经外电路流向正极，所以X为负极，失电子发生氧化反应；
(2)Y为原电池的正极，氢离子在铜电极上得电子被氧化成氢气，电极反应式为2H++2e－=H2↑；电池总反应为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；电流方向与电子流向相反，即由Y到X。
17．向右 2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 2H2＋O2===2H2O C3H8＋3H2O==3CO＋7H2 CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
【解析】
【分析】
在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极化合价升高，失电子，是负极；通入氧气的电极化合价降低，得电子，是正极。在甲烷—空气燃料电池中，通入甲烷的电极化合价升高，失电子，是负极，产物是碳酸根离子。
【详解】
（1）电子由负极流向正极，故通过负载的电子流动方向为向右；
（2）在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，工作时正极电极反应方程式：2H2O＋O2＋4e－=4OH－。总反应是氢气和氧气反应生成水，总反应方程式：2H2＋O2===2H2O；
（3）该反应中反应物是C3H8和H2O，产物是CO和H2，反应条件是高温、催化剂，所以方程式为C3H8＋3H2O==3CO＋7H2；
（4） 若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，电池总离子反应方程式为CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O，则通入甲烷的电极为负极，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O。
【点睛】
注意碱性环境下，甲烷燃料电池的负极产物为CO32-，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O。
18．放 扩大接触面积，提高反应速率 ① ② A 10.8 2H++2e-═H2↑ Al+4OH-﹣3e-=AlO2-+2H2O
【详解】
（1）反应①温度升高，说明是放热反应；反应②将固体研细，可以增大接触面积，提高反应速率；示意图中的反应物的总能量高于生成物的总能量，为放热反应的能量变化图，与①吻合；故答案为：放；扩大接触面积，提高反应速率；①；
（2）①的总反应为：Fe+2Fe3+=3Fe2+，Fe3+的氧化性强于Fe2+，不符合，①错误；
②的总反应为：Cu+2Fe3+=Cu2++2Fe2+，Fe3+的氧化性强于Cu2+，符合，②正确；
③的总反应为：Cu+4H++2NO3-=Cu2++2H2O+2NO2↑，NO3-的氧化性强于Cu2+，不符合，③错误；
④的总反应为：Fe+Cu2+=Cu+Fe2+，Cu2+的氧化性强于Fe2+，不符合，④错误；
答案为：②；
（3）根据示意图，a极失电子，则a极为负极，b极为正极，燃料通入燃料电池的负极，所以，A处电极入口通甲烷，负极的反应式为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，，n=10.8mol，故答案为：A；10.8；
（4）①电极c为Al、电极d为Cu、电解质溶液为稀硫酸时，构成Al-Cu-H2SO4原电池，Cu作正极，H+在正极得电子生成H2，电极反应式为：2H++2e-=H2↑，故答案为：2H++2e-=H2↑；
②电极c为Al、电极d为Mg，电解质溶液为氢氧化钠溶液时，构成Al-Mg-NaOH原电池，Al作负极，电极反应式为：Al+4OH-﹣3e-=AlO2-+2H2O，故答案为：Al+4OH-﹣3e-=AlO2-+2H2O。
【点睛】
（4）②Al-Mg-NaOH原电池的总反应为Al和NaOH溶液反应，Al失电子，H2O得电子，所以Al作负极。
19． H2 O2 2H2＋4OH－－4e－===4H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 2H2－4e－===4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
【解析】(1)根据电池反应式可知在反应中H2被氧化，O2被还原．H2应该在负极上反应，O2应该在正极上反应，又因为是碱性溶液，不可能有H+参加或生成，故负极的电极反应为H2-2e-+2OH-=2H2O，正极的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：H2；O2；H2-2e-+2OH-=2H2O；O2+2H2O+4e-=4OH-；
(2)若将电解质溶液换为酸性溶液，此时应考虑不可能有OH-生成，故负极的电极反应为H2-2e-=2H+，正极的电极反应为O2+4H++4e-=2H2O，故答案为：H2-2e-=2H+；O2+4H++4e-=2H2O；
(3)如把H2改为甲烷，KOH溶液做电解质，氧气在正极得到电子生成氢氧根离子，则正极为2O2+4H2O+8e-=8OH-，甲烷失电子在碱溶液中反应，甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐，此时不会有CO2放出；负极为CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O，故答案为：CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O。
点睛：本题考查原电池的工作原理，需要先考虑原电池反应所依据的氧化还原反应，再考虑产物与电解质溶液的反应。本题的难点为(3)，要注意甲烷在负极失电子发生氧化反应在碱溶液中生成碳酸盐，不能放出二氧化碳。
20．（1）2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋
（2）装置图

正极反应：Fe3＋＋e－=Fe2＋（或2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋）
负极反应：Cu=Cu2＋＋2e－（或Cu－2e－=Cu2＋）
（3）①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋；②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7；③过滤[除去Fe（OH）3]
（4）CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O CuSO4＋Fe=FeSO4＋Cu 不锈钢表面有紫红色物质生成
【解析】
（2）根据2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋氧化还原反应和原电池的工作原理进行设计，铜作负极，石墨作正极，FeCl3作电解质溶液。
（3）先通入足量Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋，Cl2＋2Fe2＋=2Fe3＋＋2Cl－，再加入CuO来调节溶液的pH至3.2～4.7，使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀，过滤达到除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的目的。
（4）根据题中信息，选两种药品为CuO，浓H2SO4，水。
CuO＋H2SO4=CuSO4＋H2O
Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4
现象为：不锈钢表面有紫红色物质生成。