2023 高考化学二轮专题复习 专题7　电化学 专题复习

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　　专题7　电化学　
课标要求
命题角度
1.能分析、解释原电池和电解池的工作原理,能设计简单的原电池和电解池。
2.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。能利用电化学原理解释金属腐蚀现象,选择并设计防腐措施。
3.能举例说明化学在解决能源危机中的重要作用,能分析能源的利用对自然环境和社会发展的影响。能综合考虑化学变化中的物质变化和能量变化来分析、解决实际问题,如煤炭的综合利用、新型电池的开发等。
1.电极的判断;
2.电极或总反应方程式的书写;
3.电子或离子移动方向;
4.电解质溶液及电极的现象或变化及相关计算;
5.交换膜的有关判断及原因分析;
6.金属腐蚀的现象及防腐措施。
考点1　原电池　化学电源

角度1新型化学电源
1.(2022·湖南选择考)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图。下列说法错误的是 (　　)

A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:2H2O+2e-2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
解析:选B。锂-海水电池的总反应为2Li+2H2O2LiOH+H2↑,M极上Li失去电子发生氧化反应,则M电极为负极,电极反应为Li-e-Li+,N极为正极,电极主要反应为2H2O+2e-2OH-+H2↑。海水中含有丰富的电解质,如氯化钠、氯化镁等,可作为电解质溶液,A正确;N为正极,发生还原反应,海水是一个复杂的体系,里面存在的其他金属离子有可能放电,如锰离子等,B错误;Li为活泼金属,易与水反应,玻璃陶瓷能防止水和Li反应,也具有传导离子的功能,C正确;该电池不可充电,属于一次电池,D正确。
2.(2021·广东选择考)火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时 (　　)
A.负极上发生还原反应
B. CO2在正极上得电子
C.阳离子由正极移向负极
D. 将电能转化为化学能
解析:选B。根据题干信息可知,放电时总反应为4Na+3CO22Na2CO3+C。放电时负极上Na发生氧化反应失去电子生成Na+,故A错误;放电时正极为CO2得到电子生成C,故B正确;放电时阳离子由负极移向正极,故C错误;放电时装置为原电池,能量转化关系为化学能转化为电能,故D错误。

结合上题有关信息,分析下列说法错误的是 (　　)
A.由碳纳米管形成的气体通道会促进CO2的扩散
B.放电时,电子会通过固态电解质移向负极
C.该电池在能源存储和“碳中和”应用方面有“一石二鸟”的效果
D.用此电池电解饱和NaCl溶液,当消耗4.6 g钠时,阴极产生气体的体积为2.24 L(标准状况下)
解析:选B 。碳纳米管形成气体通道,增大接触面积,加快反应速率,促进CO2扩散,A正确;放电时,电子由负极经外电路流向正极,阴离子会通过固态电解质移向负极,B错误;该电池利用CO2为正极材料,一方面提高了CO2捕获的经济性,另一方面可以减少CO2的积累,能够实现能源存储和“碳中和”,C正确;电解饱和NaCl溶液阴极的电极反应式是2H2O+2e-2OH-+H2↑,反应每生成1 mol H2,转移2 mol电子,由得失电子数目守恒可知,消耗4.6 g钠时,阴极产生气体的体积是4.6 g23 g·mol-1×12×22.4 L·mol-1=2.24 L,D正确。
【自主总结】解答新型化学电源的步骤


角度2二次电池
3.(2022·广东选择考)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备。充电时电极a的反应为
NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3
下列说法正确的是 (　　)

A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g
解析:选C。充电时,电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-Na3Ti2(PO4)3,由图可知,a电极得电子为阴极,b电极为阳极,电极反应式为2Cl--2e-Cl2↑,放电时,a电极为负极,b电极为正极,故A错误;NaCl溶液显中性,pH不变,故B错误;放电时,a电极为负极,电极反应式为Na3Ti2(PO4)3-2e-NaTi2(PO4)3+2Na+,b电极为正极,电极反应式为Cl2+2e-2Cl-,NaCl溶液的浓度增大,故C正确;每生成1 mol Cl2,电路中转移2 mol电子,电极a质量理论上增加2 mol钠离子的质量,则增加的质量为2 mol×23 g·mol-1=46 g,故D错误。
4.(2021·辽宁选择考)如图,某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是 (　　)

A.放电时,M电极反应为Ni-2e-Ni2+
B.放电时,Li+由M电极向N电极移动
C.充电时,M电极的质量减小
D.充电时,N电极反应为Li3Bi+3e-3Li++Bi
解析:选B。由题干信息可知,放电时,M极由于Li比Ni更活泼,也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼,故M极作负极,电极反应为Li-e-Li+,N极为正极,电极反应为3Li++3e-+BiLi3Bi,据此分析解题。A.由分析可知,放电时,M电极反应为Li-e-Li+,A错误;B.由分析可知,放电时,M极为负极,N极为正极,故Li+由M电极向N电极移动,B正确;C.由二次电池的原理可知,充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程,M电极的电极反应为Li++e-Li,故电极质量增大,C错误;D.由二次电池的原理可知,充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程,充电时,N电极反应为Li3Bi-3e-3Li++Bi,D错误。
角度3燃料电池
5.(2021·山东等级考)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是 (　　)
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.放电过程中,KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L
解析:选C。碱性环境下,甲醇燃料电池总反应为2CH3OH+3O2+4KOH2K2CO3+6H2O;N2H4-O2清洁燃料电池总反应为N2H4+O2N2+2H2O;(CH3)2NNH2中C和N的化合价均为-2价,H元素化合价为+1价,所以根据氧化还原反应原理可推知其燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2+4O2+4KOH2K2CO3+N2+6H2O,据此结合原电池的工作原理分析解答。A.根据放电过程为原电池工作原理,钾离子均向正极移动,A错误;B.根据上述分析可知,N2H4-O2清洁燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,其他两种燃料电池根据总反应可知,KOH的物质的量减小,B错误;C.理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关,设消耗燃料的质量均为m g,则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是mg32 g·mol-1×6、mg32 g·mol-1×4、mg60 g·mol-1×16,通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大,C正确;D.根据转移电子数守恒和总反应式可知,消耗1 mol O2生成的氮气的物质的量为1 mol,在标准状况下为22.4 L,D错误。

(1)原电池工作时,阳离子向正极移动。
(2)碱性溶液中,CH3OH-O2燃料电池的总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,放电过程中,KOH物质的量减小(填“增大”“减小”或“不变”);N2H4-O2燃料电池的总反应为N2H4+O2===N2+2H2O,放电过程中,KOH物质的量不变(填“增大”“减小”或“不变”);(CH3)2NNH2-O2燃料电池的总反应为(CH3)2NNH2+4O2+4KOH===2K2CO3+N2+6H2O,放电过程中,KOH物质的量减小(填“增大”“减小”或“不变”)。即据电池总反应是否消耗KOH判断放电过程中KOH物质的量如何变化。
(3)1 g燃料燃烧耗氧量越大,电池的理论放电量越大。
6.(2022·河北选择考节选)氢能是极具发展潜力的清洁能源,以氢燃料为代表的燃料电池有良好的应用前景。
(1)氢氧燃料电池中氢气在　　　　(填“正”或“负”)极发生反应。 
(2)在允许O2-自由迁移的固体电解质燃料电池中,CnH2n+2放电的电极反应式为　　　　　　　　。 
解析:(1)燃料电池中的燃料在负极发生氧化反应,因此,氢氧燃料电池中氢气在负极发生反应。(2)在允许O2-自由迁移的固体电解质燃料电池中,CnH2n+2在负极发生氧化反应生成CO2和H2O,电极反应式为CnH2n+2-(6n+2)e-+ (3n+1) O2-nCO2+(n+1) H2O。
答案:(1)负　(2)CnH2n+2-(6n+2)e-+(3n+1)O2-nCO2+(n+1) H2O
【自主总结】燃料电池常见的四种正极反应式
不同电解质环境中O2得电子产物不同。
(1)酸性溶液:O2+4H++4e-2H2O
(2)中性或碱性溶液:O2+2H2O+4e-4OH-
(3)熔融碳酸盐:O2+2CO2+4e-2CO32-
(4)熔融氧化物:O2+4e-2O2-

1.原电池基础模型

2.二次电池解题模型

3.电极反应式的书写方法


角度1　新型化学电源
1.(2022·长沙模拟)“太阳水”电池装置如图所示,该电池由三个电极组成,其中a为TiO2电极,b为Pt电极,c为WO3电极,电解质溶液为pH=3的Li2SO4-H2SO4溶液。锂离子交换膜将电池分为A、B两个区,A区与大气相通,B区为封闭体系并有N2保护。下列关于该电池的说法正确的是(　　)

A.若用导线连接b、c,b电极附近pH增大,可实现太阳能向电能转化
B.若用导线连接b、c,c电极为正极,可实现HxWO3转化为WO3
C.若用导线连接a、c,则a为负极,该电极附近pH减小
D.若用导线连接a、c,则c电极的电极反应式为HxWO3-xe-WO3+xH+
解析:选C。用导线连接b、c,b电极发生O2→H2O,为正极,电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,b电极附近pH增大,可实现化学能向电能转化, A项错误;c电极为正极,则W的价态降低,发生WO3→HxWO3转化,B项错误;连接a、c时,a电极上H2O→O2,发生失电子的氧化反应,则a电极为负极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,生成H+,a电极附近pH减小,C项正确; c电极为正极,正极上发生得电子的还原反应,电极反应式为WO3+xH++xe-HxWO3,D项错误。
2.(2022·包头一模)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池,其工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)

A.电池工作时,将太阳能转化为电能
B.X电极为电池的负极
C.Y电极发生的电极反应为I3-+2e-3I-
D.当电池工作从开始到结束时,电解质溶液中I-和I3-的浓度分别会发生很大变化
解析:选D。电池工作时,太阳光使Ru(Ⅱ)失电子转化为Ru(Ⅲ),发生氧化反应,将太阳能转化为电能,选项A正确;X电极电子流岀,发生氧化反应,为电池的负极,选项B正确;Y电极电子流入,发生还原反应,电极反应为I3-+2e-3I-,选项C正确; 电池工作时,I3-+2e-3I-,生成的I-又可与Ru(Ⅲ)反应重新生成I3-,整个过程电解质溶液中I-和I3-的浓度基本不变,选项D错误。
角度2　二次电池
3.(2022·临沂二模)一种新型无隔膜可充电电池Zn/MnO2,水系电池以锌箔、石墨毡为集流体,ZnSO4和MnSO4的混合液作电解质溶液,工作原理如图所示。

下列说法正确的是 (　　)
A.过程Ⅰ为充电过程,A接电源的正极
B.为增强电池效率,可向电解液中加入硫酸以增强溶液的导电性
C.过程Ⅱ为放电过程,石墨毡极的电极反应式为Mn2+-2e-+2H2OMnO2+4H+
D.放电时,当外电路转移2 mol e-时,两电极质量变化的差值为22 g
解析:选D。过程Ⅰ为充电过程,A为电源负极,充电时接电源的负极,A项错误;向电解液中加入硫酸,硫酸与锌反应,消耗电极材料,B项错误;过程Ⅱ为放电过程,石墨毡为正极,电极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O ,C项错误;放电时即过程Ⅱ,锌箔作负极,电极反应式为Zn-2e-Zn2+,石墨毡为正极,电极反应式为MnO2+4H++2e-Mn2++2H2O,当外电路有2 mol电子转移时,负极减少65 g,正极减少87 g,两极质量变化差为87 g-65 g=22 g,D项正确。
4.(2022·菏泽一模)第一代钠离子电池的工作原理为Na1-mMnO2+NamCnNaMnO2+Cn,其装置如图所示,负极为碳基材料(NamCn),利用钠离子在正负极之间嵌脱过程实现充放电,下列说法正确的是 (　　)

A.放电时,电子由a极经过导线移向b极
B.充电时,若转移1 mol e-,碳基材料电极将增重23m g
C.放电时a极反应式为Na1-mMnO2+mNa++me-NaMnO2
D.用该电池电解精炼铜,当电池中迁移1 mol Na+时,理论上可获得64 g纯铜
解析:选C。由题干信息可知,碳基材料为负极b,放电时,电子由负极b极经过导线移向正极a极,A错误;充电时,碳基材料电极反应为Cn+mNa++me-NamCn,则若转移1 mol e-,碳基材料电极将增重23 g,B错误;放电时a极反应式为Na1-mMnO2+mNa++me-NaMnO2 ,C正确;用该电池电解精炼铜,根据Cu2++2e-Cu可知,当电池中迁移1 mol Na+时,即电路上将转移1 mol e-,理论上可获得0.5 mol×64 g·mol-1=32 g纯铜,D错误。
角度3　燃料电池
5.(2022·南京二模) 电厂尾气经处理得到较纯的SO2,可用于原电池法生产硫酸,其工作原理如图所示。电池工作时,下列说法不正确的是 (　　)

A.电极b为正极
B.溶液中H+由a极区向b极区迁移
C.电极a的电极反应式:SO2-2e-+2H2O4H++SO42-
D.a极消耗SO2与b极消耗O2两者物质的量相等
解析:选D。该装置为原电池,根据装置图,SO2转化成较浓硫酸,S元素的化合价升高,电极a为负极,电极b为正极,A项正确;H+从a极移向b极区,B项正确;SO2转化成较浓硫酸,S元素的化合价升高,电极反应式为SO2-2e-+2H2O4H++SO42-,C项正确;负极反应式为SO2-2e-+2H2O4H++SO42-,正极反应式为O2+4e-+4H+2H2O,根据电荷守恒,a极消耗SO2与b极消耗O2两者物质的量之比为2∶1,D项错误。
6.(2022·惠州一模)可用于检测CO的某气敏传感器的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)

A.工作过程中化学能转化为电能
B.工作一段时间后溶液的pH几乎不变
C.电极Ⅰ上发生反应:CO-2e-+H2OCO2+2H+
D.电极Ⅱ上发生反应:O2+2H2O+4e-4OH-
解析:选D。该装置属于原电池装置,工作过程中化学能转化为电能,故A正确;电池的总反应为2CO+O22CO2,工作一段时间后溶液的pH几乎不变,故B正确; 由图可知,CO在负极上失去电子生成二氧化碳,则通CO的电极反应式为CO-2e-+H2OCO2+2H+,故C正确;氧气在正极上得电子,电极Ⅱ为正极,酸性环境中电极反应式为O2+4H++4e-2H2O,故D错误。
加固训练
　　(2022·石家庄二模)电致变色材料在飞机的舷窗和智能太阳镜等方面具有广泛应用。一种新一代集电致变色功能和储能功能于一体的电子器件的工作原理如图所示,放电时该器件的透光率逐渐增强。

　下列说法错误的是 (　　)
A.放电时,Li+移向a极
B.充电时,b极接外电源的负极
C.充电时,a极的电极反应式:LiFePO4-e-FePO4+Li+
D.以该器件为电源精炼铜,当a、b两极质量变化差为14 g时,理论上可生成64 g精铜
解析:选D。电池放电时器件的透光率逐渐增强,说明a电极由FePO4转化为透明的LiFePO4,阳离子向正极移动,即Li+移向a极,A项正确;充电时b接外电源的负极,B项正确;充电时,a极物质由LiFePO4转化为FePO4,电极方程式为LiFePO4-e-FePO4+Li+,C项正确;以该电源精炼铜,当生成64 g精铜时,反应中转移了2 mol电子,则原电池a极质量增加2 mol锂,即增加14 g,b极质量减少2 mol锂,即减少14 g,a、b两极质量变化差为28 g,D项错误。
考点2　电解原理及应用

角度1 电解原理
1.(2022·广东选择考)以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,实现Al的再生。该过程中 (　　)
A.阴极发生的反应为Mg-2e-Mg2+
B.阴极上Al被氧化
C.在电解槽底部产生含Cu的阳极泥
D.阳极和阴极的质量变化相等
解析:选C。以熔融盐为电解液,以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解,电极反应式为Al-3e-Al3+,Mg-2e-Mg2+,Cu活泼性比Al差,不能失电子,在电解槽底部产生含Cu的阳极泥,Al作阴极,电极反应式为Al3++3e-Al,故A错误;阴极铝离子得电子被还原生成Al,故B错误;Cu活泼性比Al差,不能失电子,在电解槽底部产生含Cu的阳极泥,故C正确;阳极Al、Mg等放电,同时产生含Cu的阳极泥,阴极铝离子得电子生成Al,两极质量变化不相等,故D错误。
2.(2021·海南等级考)液氨中存在平衡:2NH3NH4++NH2-。如图所示为电解池装置,以KNH2的液氨溶液为电解液,电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是 (　　)

A.b电极连接的是电源的负极
B.a电极的反应为2NH3+2e-H2↑+2NH2-
C.电解过程中,阴极附近K+浓度减小
D.理论上两极产生的气体物质的量之比为1∶1
解析:选B。根据图示可知:在b电极上产生N2,N元素化合价升高,失去电子,发生氧化反应,所以b电极为阳极,连接电源的正极,A错误;电极a上产生H2,H元素化合价降低得到电子,发生还原反应,所以a电极为阴极,电极反应式为2NH3+2e-H2↑+2NH2-,B正确;电解过程中,阴极附近产生NH2-,使附近溶液中阴离子浓度增大,为维持溶液电中性,阳离子K+会向阴极区定向移动,最终导致阴极附近K+浓度增大,C错误;每反应产生1 mol H2,转移2 mol电子,每反应产生1 mol N2,转移6 mol电子,故阴极产生H2与阳极产生的N2的物质的量的比是3∶1,D错误。

(1)b极产物为N2,N元素化合价升高,发生氧化反应,b是阳极,b电极连接电源的正极,NH2-在b极放电,电极反应为6NH2--6e-===N2↑+4NH3。
(2)a为阴极,发生还原反应,NH3在阴极放电,电极反应为2NH3+2e-===H2↑+2NH2-。
(3)电解过程中阳离子向阴极区移动。
角度2　电解原理的应用
3.(2021·全国甲卷)乙醛酸是一种重要的化工中间体,可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H+和OH-,并在直流电场作用下分别向两极迁移,下列说法正确的是 (　　)

A.KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B.阳极上的反应式为:+2H++2e-+H2O
C.制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了1 mol电子
D.双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移
解析:选D。A.根据图示,石墨电极发生反应:2Br--2e-Br2、OHC—CHO+Br2+H2OHOOC—CHO+2HBr,总反应为OHC—CHO-2e-+H2OHOOC—CHO+2H+,因此KBr不只是起到电解质的作用,还参与了电极反应,故A错误;B.石墨电极为阳极,阳极上发生氧化反应,电极反应为OHC—CHO-2e-+H2OHOOC—CHO+2H+,故B错误;C.根据阳极反应:OHC—CHO-2e-+H2OHOOC—CHO+2H+、阴极反应:HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,可得总反应OHC—CHO+HOOC—COOH2HOOC—CHO(转移电子数为2e-),故制得2 mol乙醛酸,理论上外电路中迁移了2 mol电子,故C错误;D.根据阴极(铅电极)反应,双极膜中间层的H+在外电场作用下向阴极(铅电极)迁移,故D正确。

结合上题信息及电池装置图,分析下列说法错误的是 (　　)
A.石墨电极与电源正极相连
B.OH-向铅电极移动
C.该电解装置的总反应为OHC—CHO+
　HOOC—COOH2HOOC—CHO
D.若用铅酸蓄电池提供电源,当制得2 mol乙醛酸时铅酸蓄电池的正极将产生 2 mol水
解析:选B。由题意和图示可知,在石墨电极发生氧化反应,石墨电极为阳极且与电源的正极相连,A正确;阴极反应为HOOC—COOH+2e-+2H+HOOC—CHO+H2O,双极膜中间层的H+在外电场作用下向阴极(铅电极)迁移,结合题意OH-向石墨电极移动, B错误;由图示可得该电化学装置的总反应为OHC—CHO+HOOC—COOH2HOOC—CHO, C正确;由总反应可知制备2 mol乙醛酸时需转移2 mol电子,则结合铅酸蓄电池正极反应 PbO2+4H++SO42-+2e- PbSO4+2H2O,转移2 mol电子时将产生 2 mol水,D正确。
4.(2021·广东选择考)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是 (　　)

A.工作时,Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大
B.生成1 mol Co,Ⅰ室溶液质量理论上减少16 g
C.移除两交换膜后,石墨电极上发生的反应不变
D.电解总反应:2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+
解析:选D。由图可知,该装置为电解池,石墨电极为阳极,水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和氢离子,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,Ⅰ室中阳离子电荷数大于阴离子电荷数,放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动,钴电极为阴极,钴离子在阴极得到电子发生还原反应生成钴,电极反应式为Co2++2e-Co,Ⅲ室中阴离子电荷数大于阳离子电荷数,氯离子通过阴离子交换膜由Ⅲ室向Ⅱ室移动,电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co +O2↑+4H+。由分析可知,放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动,使Ⅱ室中氢离子浓度增大,溶液pH减小,故A错误;由分析可知,阴极生成1 mol钴,阳极有1 mol水放电,则Ⅰ室溶液质量减少18 g,故B错误;移除离子交换膜,氯离子的放电能力强于水,氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气,则移除离子交换膜,石墨电极的电极反应会发生变化,故C错误;由分析可知,电解的总反应的离子方程式为2Co2++2H2O2Co+O2↑+4H+,故D正确。
5.(2021·山东等级考17(4))利用膜电解技术(装置如图所示),以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑。则Na2Cr2O7在　　　　(填“阴”或“阳”)极室制得,电解时通过膜的离子主要为　　　　　　　　。 

解析:由4Na2CrO4+4H2O2Na2Cr2O7+4NaOH+2H2↑+O2↑可知,电解过程中实质是电解水,阳极上OH-失去电子生成H2O和O2,阴极上H+得到电子生成H2,由2CrO42-+H2OCr2O72-+2OH-可知,Cr2O72-在c(OH-)减小的电极室中制得,即Na2Cr2O7在阳极室产生;电解过程中,阳极室中c(OH-)减小,CrO42-水解平衡正向移动,c(CrO42-)减小,c(Cr2O72-)增大,故Na+通过离子交换膜移向阴极。
答案:阳　Na+

1.电解池基础模型

2.电极反应式及总反应方程式的书写步骤[以惰性电极电解Cu(NO3)2溶液为例]


3.有关电解的一般四大规律
(1)电解后溶液复原的“一个原则”
遵循“少什么加什么、少多少加多少”原则。
(2)电解精炼过程中的“两不等”
①浓度不等:电解质溶液浓度电解前后不等;
②质量不等:阴极增重与阳极减重不等。
(3)电镀过程中的“三个一”
①一多:阴极上有镀层金属沉积;
②一少:阳极上有镀层金属溶解;
③一不变:电镀液的浓度不变。
(4)电解后电极附近溶液变化的“三种情况”
①碱性:产物只有H2无O2,阴极生成碱;
②酸性:产物只有O2无H2,阳极生成酸;
③浓度变大:产物n(O2)∶n(H2)=1∶2,溶液浓度可能变大。

角度1电解原理
1.一种新型电解水制氢气技术采用全固态电池结构体系。在电解水时,水蒸气(混有少量H2)从电解池的氢电极通入,其装置原理如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A.氢电极、氧电极分别连接电源正极、负极
B.氢电极发生的反应:2H2O+2e-H2↑+2OH-
C.多孔电极的结构有利于气体的扩散和传输
D.当电解2 mol H2O时,则电解质中1 mol O2-由氢电极向氧电极迁移
解析:选C。电解水时产生氢气发生在氢电极,应是得电子的反应,为电解池阴极,与电源的负极连接,相反氧电极与电源的正极连接,A错误;固体电解质传导O2-,因此氢电极的电极反应为H2O+2e-H2↑+O2-,B错误;两侧多孔氢电极和氧电极有利于气体的扩散和传输,C正确;当电解2 mol H2O时,转移4 mol e-,则电解质中2 mol O2-由氢电极向氧电极迁移,D错误。
2.(2022·泰安一模)氨气是一种优良的小分子储氢载体。利用太阳能电池电解NH3得到高纯H2的装置如图所示。下列说法正确的是 (　　)

A.该装置工作时,只发生两种形式能量的转化
B.电解过程中OH-由b极区向a极区迁移
C.电解时b极区溶液中n(KOH)减少
D.电解过程中1 mol NH3参与反应,得到3×6.02×1023个电子
解析:选B。该装置工作时,实现了光能转化为电能,电能转化为化学能,化学能转化为热能等,故A错误;电解池中,左侧消耗NH3生成N2,发生氧化反应是阳极,消耗了OH-,右侧水中H+得电子生成H2,发生还原反应,是阴极,电极反应中生成OH-,故OH-从右向左移动,由b极区向a极区迁移,故B正确;b是阴极,电极反应中生成OH-,电解时b极区溶液中n(KOH)不变,故C错误;阳极是NH3失电子发生氧化反应生成N2,则电极反应式为6OH-+2NH3-6e-N2+6H2O,电解过程中1 mol NH3参与反应,失去3×6.02×1023个电子,故D错误。
角度2　电解原理的应用
3.(2022·枣庄一模)我国科学家设计如图装置实现了分步电解制氢、制氧,下列说法正确的是 (　　)


A.c接电源正极,b接电源负极
B.闭合K2,Y极发生氧化反应,H+向Y电极移动
C.闭合K1,Y极电极反应式为PTO+4e-+4H+PTOH4
D.该电池实现了PTO、PTOH4的循环利用,且硫酸的浓度保持不变
解析:选C。当闭合K1,Y极为阴极,c接电源负极,则当闭合K2,Y极作阳极, b接电源正极,A项错误;闭合K2,Y极作阳极,电极反应式为PTOH4-4e-PTO+4H+,Y极发生氧化反应,电解池中阳离子移向阴极,即H+向RuO2/IrO2-Ti电极移动,B项错误;当闭合K1,Y极为阴极,电极反应式为PTO+4H++4e-PTOH4,C项正确;该电池实现了PTO、PTOH4的循环利用,同时电解了H2O,即水少了,则硫酸的浓度增大,D项错误。
4.次磷酸(H3PO2)是一种在精细磷化工中发挥重要作用的产品,它可作为还原剂用于化学电镀,也可用于阻止磷酸树脂的变色,还可用作酯化的催化剂等。一种以次磷酸钠为原料通过电渗析法制备次磷酸的装置如图所示,下列说法错误的是 (　　)

A.M极与电源的正极相连
B.离子交换膜2为阴离子交换膜
C.当M、N两极共产生气体224 mL(标准状况下)时,产品室增重0.66 g
D.离子交换膜1可有效防止次磷酸的氧化
解析:选C。电解过程中左侧生成的H+透过阳膜进入产品室,原料室中H2PO2-透过阴膜进入产品室,所以M极与电源的正极相连,故A正确;原料室中H2PO2-透过阴膜进入产品室,离子交换膜2为阴离子交换膜,故B正确;气体1为阳极产物,反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,气体2为阴极产物,反应式为2H2O+2e-H2↑+2OH-,相同时间内,两极产生的气体1与气体2的体积比为1∶2,共产生224 mL(标准状况下)气体,产品室增重0.22422.4×13×4×66 g=0.88 g,故C错误;阳极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+ ,生成的氧气被离子交换膜1隔开,防止次磷酸的氧化,故D正确。
加固训练
　　1.(2022·广州二模)四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作光刻显影剂。以四甲基碳酸氢铵[(CH3)4NHCO3]水溶液为原料,电解制备(CH3)4NOH的装置如图所示。下列说法不正确的是 (　　)

A.工作时原料室(CH3)4N+向Ⅱ室迁移
B.Ⅰ室可得到H2和CO2
C.当外电路中有1 mol电子通过时,理论上能生成1 mol (CH3)4NOH
D.电解总反应:4(CH3)4NHCO3+2H2O4(CH3)4NOH+2H2↑+O2↑+4CO2↑
解析:选B。Ⅱ室中负电荷增多,(CH3)4N+向Ⅱ室迁移,与氢氧根离子结合生成(CH3)4NOH, A项正确;左侧惰性电极为阳极,电极反应式为2H2O-4e-O2↑+4H+,原料室中碳酸氢根离子向Ⅰ室中迁移,氢离子与碳酸氢根离子反应生成二氧化碳,Ⅰ室中得到氧气和二氧化碳,B项错误;由阴极反应可知,转移1 mol电子,生成1 mol氢氧根离子,1 mol (CH3)4N+向Ⅱ室迁移,与氢氧根离子结合生成1 mol(CH3)4NOH,C项正确;由两极反应可知,电解时的总反应为4(CH3)4NHCO3+2H2O4(CH3)4NOH+2H2↑+O2↑+4CO2↑,D项正确。
2.(2022·济宁二模) 1,5-戊二胺()是生产新型聚酰胺产品的重要原料。利用双极膜(BPM,在直流电场的作用下,双极膜复合层间的H2O解离成H+和OH-,可透过相应的离子交换膜)电渗析产碱技术可将生物发酵液中的1,5-戊二胺硫酸盐(含和SO42-)转换为1,5-戊二胺,实现无害化提取,工作原理如图所示。下列说法错误的是 (　　)

A.m为阳离子交换膜、n为阴离子交换膜
B.电解过程中,图中两处Na2SO4溶液的溶质种类和物质的量均不变
C.a极区产生22.4 L(标准状况)气体,理论上产生2 mol 1,5-戊二胺
D.该技术实现了酸性和碱性物质的同时生产
解析:选A。由题意可知生物发酵液中的　应透过n膜进入产品室中与氢氧根离子反应生成 ,因此n膜为阳离子交换膜,生物发酵液中的SO42-透过m膜进入左侧与BPM双极膜生成的氢离子结合生成硫酸,因此m膜应为阴离子交换膜,A项错误;图中两处Na2SO4溶液中的阴阳离子均不能透过双极膜,右侧双极膜中生成的氢离子进入右侧,在b电极上得电子生成氢气,左侧双极膜生成的氢氧根离子进入左侧,在a极上失电子生成氧气和水,因此溶质种类和物质的量均不变,B项正确;a极上发生反应:4OH--4e-O2↑+2H2O,产生22.4 L(标准状况)气体时转移的电子为4 mol,同时进入产品室中的氢氧根离子为4 mol,+2OH-+2H2O,消耗4 mol OH-产生的1,5-戊二胺为2 mol,C项正确;该技术同时得到了硫酸和1,5-戊二胺实现了酸性和碱性物质的同时生产,D项正确。
考点3　金属的腐蚀与防护

1.(2022·广东选择考)为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是 (　　)
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成
解析:选D。镀锌铁片被腐蚀后一定会有亚铁离子生成,检验铁片是否腐蚀只需检验亚铁离子。将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中,加入硝酸银溶液一定会生成沉淀,不能说明铁片没有被腐蚀,故A错误;加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现,说明溶液中没有氧化性强于碘离子的物质如铁离子,有可能含有亚铁离子,不能说明铁片没有被腐蚀,故B错误;加入KSCN溶液无红色出现,只能证明溶液中没有铁离子,有可能含有亚铁离子,不能说明铁片没有被腐蚀,故C错误;加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成,说明溶液中不含有亚铁离子,说明铁片没有被腐蚀,故D正确。
2.(真题组合)下列说法错误的是 (　　)
A.(2021·辽宁等级考1A改编)生铁比纯铁易生锈
B.(2021·湖南选择考2D)镀锌铁皮的镀层破损后,铁皮会加速腐蚀
C.(2021·广东选择考4D)公园的钢铁护栏涂刷多彩防锈漆是因为钢铁与潮湿空气隔绝可防止腐蚀
D.(2021·浙江6月选考10D)将生铁进一步炼制减少含碳量,能得到耐腐蚀的钢
解析:选B。由于生铁发生电化学腐蚀,而纯铁只能发生化学腐蚀,故生铁比纯铁易生锈,A正确;镀锌的铁皮镀层破损后构成原电池,锌作负极,铁作正极被保护,铁皮不易被腐蚀,B错误;钢铁在潮湿的空气中易发生吸氧腐蚀,在护栏上涂漆可以隔绝钢铁与潮湿空气,防止钢铁腐蚀,C正确;生铁含碳量高,无论是铁的吸氧腐蚀还是析氢腐蚀,都会形成原电池结构而加快腐蚀的速率,钢的含碳量比生铁低,耐腐蚀性强,因此将生铁进一步炼制可以减少含碳量,能得到耐腐蚀的钢,D正确。

1.判断金属腐蚀快慢的方法

2.依据“介质”判断电化学腐蚀类型的方法


1.在金属Pt、Cu和铱(Ir)的催化作用下,密闭容器中的H2可高效转化酸性溶液中的硝态氮(NO3-)以达到消除污染的目的。其工作原理的示意图如图。下列说法不正确的是 (　　)

A.Ir的表面发生反应:H2+N2ON2+H2O
B.导电基体上的负极反应:H2-2e-2H+
C.若导电基体上只有单原子铜,也能消除含氮污染物
D.若导电基体上的Pt颗粒增多,有利于增大溶液中的含氮量
解析:选C。由原理的示意图可知,Ir的表面氢气和N2O发生反应生成N2和H2O,化学方程式为H2+N2ON2+H2O,A项正确;根据图示可知导电基体上,氢气为负极发生氧化反应,电极反应式为H2-2e-2H+,B项正确; 若导电基体上只有单原子铜,不能形成原电池,硝酸根离子被还原为一氧化氮,所以不能消除含氮污染物,C项错误;若导电基体上的Pt颗粒增多,则NO3-会更多转化成铵根离子,增大了溶液中的含氮量,D项正确。
2.

利用物质由高浓度向低浓度自发扩散的能量可制成浓差电池。在海水中的不锈钢制品,缝隙处氧浓度比海水低,易形成浓差电池而发生缝隙腐蚀。缝隙处腐蚀机理如图所示。下列说法不正确的是 (　　)
A.金属缝隙内表面为负极,外表面为正极
B.缝隙内溶液pH增大,加快了缝隙内腐蚀速率
C.为了维持电中性,海水中大量Cl-进入缝隙
D.正极的电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-
解析:选B。根据氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子,所以金属缝隙外表面为正极,金属缝隙内表面为负极,A项正确;金属缝隙外表面为正极,生成氢氧根离子,缝隙外溶液pH增大,加快了缝隙内腐蚀速率,B项错误;阴离子由正极向负极移动,所以大量Cl-进入缝隙维持电中性,C项正确;正极为氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子,电极反应为O2+2H2O+4e-4OH-,D项正确。
加固训练
(2022·湛江一模)在船体的钢铁外壳上镶嵌锌块可以有效避免船体遭受腐蚀。下列说法不正确的是 (　　)
A.锌块作原电池的负极
B.钢铁在海水中易发生吸氧腐蚀
C.电子由船体钢铁外壳向锌块移动
D.在海水中阳离子向船体钢铁外壳移动
解析:选C。牺牲阳极法安装活泼金属作原电池负极,被保护的钢铁作正极,A项正确;海水接近中性,易发生吸氧腐蚀,B项正确;原电池中电子从负极经外电路流向正极,锌块为负极,钢铁为正极,C项错误;原电池电解质中阳离子向正极移动,船体钢铁为正极,D项正确。
考点4　“膜”化学

角度1 “单”膜电池
1.(2022·山东等级考改编)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法不正确的是(　　)

A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐减小
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e-Li++Co2++4OH-
D.若甲室Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移
解析:选C。右侧装置为原电池,则左侧装置为电解池,右侧乙室发生转化:LiCoO2(s)→Co2+,发生还原反应,故乙室为正极室,乙室电极反应式为LiCoO2+4H++e-Li++Co2++2H2O,则左侧细菌电极室为负极室,可知左池甲室为阴极室、细菌电极室为阳极室,阴极室电极反应式为Co2++2e-Co,阳极室电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,氢离子、金属阳离子通过阳膜移向甲室,根据电子转移守恒可知,甲室Co2+减少a g,则乙室Co2+增加2a g。甲室电极反应式为Co2++2e-Co,阳极室电极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,氢离子、金属阳离子通过阳膜移向甲室,甲室溶液pH逐渐减小,故A正确;乙室中负极反应式为CH3COO-+2H2O-8e-2CO2↑+7H+,总反应为8LiCoO2+25H++CH3COO-8Li++8Co2++14H2O+2CO2↑,装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸,故B正确;电解质溶液为酸性,不可能生成氢氧根离子,乙室电极反应式为LiCoO2+4H++e-Li++Co2++2H2O,故C错误;甲室电极反应式为Co2++2e-Co,乙室电极反应式为2LiCoO2+8H++2e-2Li++2Co2++4H2O,根据电子转移守恒,可知没有进行溶液转移时,乙室Co2+增加质量是甲室Co2+减少质量的2倍,而实际二者倍数为 300 mg200 mg=1.5