2020版高考化学总复习第5章第2讲电解池、金属的腐蚀与防护教案鲁科版.docx

第2讲电解池、金属的腐蚀与防护2017级教学指导意见核心素养1.了解电解池的构成，理解电解池的工作原理及应用，并能设计简单的电解池。2.了解金属发生电化学腐蚀的原因并能解释相关现象，了解金属腐蚀的危害，选择、设计相关防腐措施。1.变化观念与平衡思想：认识化学变化的本质是有新物质生成，并伴有能量的转化；能多角度、动态地分析电解池中发生的反应，并运用电解池原理解决实际问题。2.科学态度与社会责任：肯定电解原理对社会发展的重大贡献，能对与电解有关的社会热点问题做出正确的价值判断。考点一电解原理学在课内1.电解与电解池名师点拨在电解池中反应可自发也可不自发，不自发的反应可发生，自发反应进行更快。2.构成条件(1)电源或一可作电源的原电池。(2)形成闭合回路电极用导线与电源相连后插入电解质溶液中或熔融电解质中。3.电解池工作原理示意图名师点拨(1)易错警示内电路中导电微粒为阴、阳离子，导线、电极上导电微粒为电子。(2)电子和离子的移动方向(惰性电极)4.阴、阳两极上放电顺序(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：注意：阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。常用放电顺序阴极：AgFe3Cu2H。(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。若是惰性电极作阳极，放电顺序为注意：常用放电顺序阳极：活性电极S2IBrClOH5.以惰性电极电解的几种类型注意：电解时溶液酸碱性口诀：氢出碱增，氧出酸增，氢氧失去，“酸”酸、“碱”碱、“中”中。类型电解质特点实例电极反应式电解方程式电解对象电解质溶液浓度的变化溶液pH变化电解质溶液复原的方法阴极阳极电解水型含氧酸H2SO44H4e=2H24OH4e=2H2OO22H2O2H2O2水增大减小加水可溶性强碱NaOH增大活泼金属含氧酸盐KNO3不变电解电解质型无氧酸HCl2H2e=H22Cl2e=Cl22HClH2Cl2电解质减小增大氯化氢不活泼金属无氧酸盐CuCl2Cu22e=Cu2Cl2e=Cl2CuCl2CuCl2氯化铜放H2生成碱型活泼金属无氧酸盐NaCl2H2e=H22Cl2e=Cl22NaCl2H2O2NaOHH2Cl2电解质和水生成新电解质增大氯化氢放O2生成酸型不活泼金属含氧酸盐CuSO42Cu24e=2Cu4OH4e=2H2OO22CuSO42H2O2Cu2H2SO4O2电解质和水生成新电解质减小CuO或CuCO3考在课外教材延伸判断正误(1)任何化学反应都可以设计成电解池反应。()(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。()(3)电解硫酸等溶液，H放电，溶液的pH逐渐增大。()(4)电解时，电解液中阳离子移向阳极，阴离子移向阴极。()(5)电解时，电子的移动方向为：电源负极阴极阳极电源正极。()(6)电解池的阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应。()(7)用铁作电极电解饱和食盐水时，阳极上Cl失电子变为Cl2。()(8)工业上采用电解MgCl2溶液冶炼金属镁。()拓展应用(1)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜阳极反应式：_；阴极反应式：_；总反应方程式：_。答案2Al6e3H2O=Al2O36H6H6e=3H22Al3H2OAl2O33H2(2)电解饱和食盐水装置如图所示阳极反应式：_阴极反应式：_总反应式：_答案2Cl2e=Cl22H2e=H2(2H2O2e=H22OH)2Cl2H2OCl2H22OHa.如将装置中右侧碳电极换成铁电极，对电极反应有无影响？_b.如果将装置中左侧碳电极换成铁电极，对电极反应有无影响？_。c.上述情况如对电极反应影响，请写出电极反应式及总反应式。阳极反应式：_阴极反应式：_总反应式：_答案a.无b.有c.Fe2e=Fe22H2e=H2(2H2O2e=H22OH)Fe2H=Fe2H2思维探究Cu不溶于稀硫酸，现欲使Cu溶于稀硫酸，可采取什么措施？答案Cu溶解为氧化反应，应采取氧化措施。方法1：设计成电解池，如图所示方法2：加入氧化剂如H2O2、O2等微热基础点巩固1.某小组为研究电化学原理，设计了甲、乙、丙三种装置(C1、C2、C3均为石墨)。下列叙述正确的是()A.甲、丙中化学能转化为电能，乙中电能转化为化学能B.C1、C2分别是阳极、阴极；锌片、铁片上都发生氧化反应C.C1上和C3上放出的气体相同，铜片上和铁片上放出的气体也相同D.甲中溶液的pH逐渐增大，丙中溶液的pH逐渐减小解析A项，甲没有外接电源，是将化学能转化为电能的装置，为原电池；乙、丙有外接电源，是将电能转化为化学能的装置，为电解池，错误。B项，C1、C2分别连接电源的正、负极，分别是电解池的阳极、阴极；锌片作负极发生氧化反应，铁片作阴极发生还原反应，错误。C项，C1和C3都是阳极，氯离子在阳极上失电子生成氯气，铜片上和铁片上都是氢离子得电子生成氢气，正确。D项，甲中正极和丙中阴极上都是氢离子得电子生成氢气，随着反应的进行，溶液的pH均增大，错误。答案C2.取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯做电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是()A.b电极是阴极B.a电极与电源的正极相连接C.电解过程中，水是氧化剂D.b电极附近溶液的pH变小解析电解饱和NaCl溶液，阳极生成Cl2，Cl2与水反应生成HClO和HCl，盐酸具有酸性，可使pH试纸变红色，HClO具有漂白性，HClO可将红色漂白，故内圆为白色，外圈为红色，可推出a为阳极，A项正确；a为阳极与电源正极相连，B项正确；电解过程中，H2O得电子，为氧化剂，C项正确；b电极附近有OH生成，pH增大，D项错误。答案D名师点拨阴、阳极的判断3.用惰性电极电解一定浓度的CuSO4溶液时，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑二氧化碳的溶解)。则电解过程中转移电子的物质的量为()A.0.4 mol B.0.5 molC.0.6 mol D.0.8 mol解析电解硫酸铜时，开始硫酸铜和水反应生成铜、氧气和硫酸，后来电解水生成氢气与氧气。如果只按照第一阶段的电解，反应后只需要加入氧化铜或碳酸铜即可恢复原电解质溶液。而题目中加入的是碱式碳酸铜，相当于加入了0.2 mol氧化铜和0.1 mol水，而0.1 mol水是第二阶段的反应所消耗的，该阶段转移了0.2 mol电子，第一阶段转移了0.4 mol电子，即一共转移了0.6 mol电子，C项正确。答案C名师点拨用惰性电极电解电解质溶液的复原措施电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“出来是什么加什么，出来多少加多少”的原则。一般加入阴极产物与阳极产物化合的产物。如用惰性电极电解CuSO4溶液(足量)一段时间后，若使溶液复原，应加入适量CuO或CuCO3，但不能加Cu(OH)2，因为加Cu(OH)2水的量增多了。能力点提升4.(2018山东聊城一模)锂液态多硫电池具有能量密度高、储能成本低等优点，以熔融金属锂、熔融硫和多硫化锂Li2Sx(2x8)分别作两个电极的反应物，固体Al2O3陶瓷(可传导Li)为电解质，其反应原理如图所示。下列说法错误的是()A.该电池比钠液态多硫电池的比能量高B.放电时，内电路中Li的移动方向为从a到bC.Al2O3的作用是导电、隔离电极反应物D.充电时，外电路中通过0.2 mol电子，阳极区单质硫的质量增加3.2 g解析A项，电池提供2 mol e电量时，该电池对应Li2Sx质量为(1432x)g，而钠液态多硫电池对应质量为(4632x)g，故该电池比能量高，正确；B项由图分析知a为负极，b为正极，Li从a极移向b极，正确；C项Al2O3为固体电解质，故能导电，同时将两极反应物隔开，正确；D项当外电路中通过0.2 mol e时，阳极区生成0.1x mol硫，故阳极区生成硫的质量为3.2x g，错误。答案D5.某模拟“人工树叶”电化学实验装置如图所示，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：3CO218H18e=C3H8O5H2O解析A项，该装置是电解池，在电解和光的作用下H2O在光催化剂的表面转化为O2和H，故该装置是将电能和光能转化为化学能，错误；B项，根据同种电荷相互排斥、异种电荷相互吸引的原则，该装置工作时，H从阳极b极区向阴极a极区迁移，正确；C项，该电解池的总反应式为：6CO28H2O2C3H8O9O2。根据总反应方程式可知，每生成1 mol O2，有 mol CO2被还原，其质量为 g，错误；D项，a电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为：3CO218H18e=C3H8O5H2O，错误。答案B6.(1)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Al33e=AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动(2)(2017江苏卷)电解熔融Al2O3时，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是_。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(1)C(2)石墨电极被阳极上产生的O2氧化4CO2H2O4e=4HCOO2H27.铅蓄电池在日常生活中应用广泛。回答下列问题：(1)铅蓄电池放电时的工作原理为PbPbO22H2SO4=2PbSO42H2O，现用如图装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题：A是铅蓄电池的_极。Cu电极的电极反应式是_，CuSO4溶液的浓度_(填“减小”“增大”或“不变”)。(2)铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为_；PbO2也可以石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液制取。阳极发生的电极反应式为_。(3)将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区，用铅蓄电池进行电解，电解过程中阳极区发生如下反应：S22e=S，(n1)SS2=S。电解时阴极的电极反应式：_。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成_。(4)Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其电解制法如图所示，请根据图示分析：Fe电极的电极反应为_，与铁电极相连的为电源的_极。解析(1)因电解过程中铁电极质量减少，判断A是电源负极，B是电源正极。右侧U形管相当于电镀装置，Zn电极作阴极，电极反应式为Cu22e=Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu2e=Cu2，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。(2)根据电子得失守恒可得PbOClO=PbO2Cl。用电解法制PbO2，Pb化合价态升高，PbO2应为阳极产物，即Pb22H2O2e=PbO24H。(3)阴极只有H得电子生成H2；反应物为S、H，产物有S，所以S中S的化合价既升高也降低，有H2S生成，配平即可。答案(1)负Cu2e=Cu2不变(2)PbOClO=PbO2ClPb22H2O2e=PbO24H(3)2H2e=H2S2H=(n1)SH2S(4)Fe8OH6e=FeO4H2O正名师点拨电解池电极反应分析及电极反应式的书写规律(1)放电物质首先分析阳极材料，如为活性电极(Pt，电极除外)，则电极本身放电。如为惰性电极，则分析电解液的成分，找全离子并分成阴、阳两组。结合放电顺序确定放电微粒。电解水溶液时，应注意放电顺序中H、OH之后的离子一般不参与放电，电镀除外。(2)放电产物依据放电规律判断分析介质，介质是否参与电极反应明确电解目的，、应服从电解目的(3)电极反应式，总反应式的书写书写电解池中电极反应式时，如果氢离子来自于水，那电极反应式书写水或氢离子都可以，但书写电解总反应方程时，要写水分子。书写电解质中电极反应式一般分三步：列物质，标得失 选离子、配电荷巧用水，配个数。在两极得失电子数相等时两式相加可得总式，复杂电极式总反应式简单电极式。注明“电解”或通电条件。高考真题体验8.2017江苏高考(节选)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_。解析电解Na2CO3溶液，实际上是电解水，观察电解池装置可知，阳极产物有NaHCO3和O2，则阳极反应式为4CO2H2O4e=4HCOO2，阴极发生还原反应，2H2O2e=H22OH，产物为H2。答案4CO2H2O4e=4HCOO2H29.(1)2018课标全国，27(3)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。(2)2018课标全国，27(3)KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式_。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)2018天津理综，10(3)O2辅助的AlCO2电池工作原理如图所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式：_。电池的正极反应式：6O26e=6O6CO26O=3C2O6O2反应过程中O2的作用是_。该电池的总反应式：_。解析(1)阳极发生氧化反应：2H2O4e=4HO2(或4OH4e=2H2OO2)，阳极室H向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应，析出H2，OH增多，Na由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增大。(2)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O2e=2OHH2或2H2e=H2。电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K通过阳离子交换膜。(3)该电池中Al作负极，电解质为含AlCl3的离子液体，故负极反应式为Al3e=Al3。正极为多孔碳电极，根据正极反应式，得正极总反应为6CO26e=3C2O，O2不参与正极的总反应，故O2为催化剂。将负极反应式：2Al6e=2Al3和正极反应式：6CO26e=3C2O相加，可得该电池的总反应式为2Al6CO2=Al2(C2O4)3。答案(1)2H2O4e=4HO2(或4OH4e=2H2OO2)a(2)2H2O2e=2OHH2(或2H2e=H2)K由a到b(3)Al3e=Al3(或2Al6e=2Al3)催化剂2Al6CO2=Al2(C2O4)3考点二电解原理的应用学在课内1.电解饱和食盐水(1)原理(2)装置装置离子交换膜阳极钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)阴极碳钢网阳离子交换膜只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过将电解槽隔成阳极室和阴极室名师点拨NaOH的产生位置：阴极室。如去掉阳离子交换膜，让阴极室与阳极室产物充分反应，总反应式为NaClH2ONaClOH2。2.电镀铜3.电解精炼铜4.电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)2NaCl22Cl2e=Cl22Na2e=2Na冶炼镁MgCl2(熔融)MgCl22Cl2e=Cl2Mg22e=Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al3O26O212e=3O24Al312e=4Al考在课外教材延伸判断正误(1)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。()(2)用惰性电极电解饱和食盐水，阴极逸出的气体可使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。()(3)用惰性电极电解MgCl2溶液所发生反应的离子方程式为2Cl2H2OCl2H22OH。()(4)在镀件上电镀铜时，镀件应连接电源的正极。()(5)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。()(6)用Zn作阳极，Fe作阴极；ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序HZn2，不可能在铁上镀锌。()(7)粗铜电解精炼时，若电路中通过2 mol e，阳极减少64 g。()(8)工业上采用电解MgCl2溶液法冶炼金属镁。()(9)用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时，阳极电极反应式为2Cl2e=Cl2。()拓展应用如图是一个用铂丝作电极，电解稀MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.88.0，酸性红色，碱性黄色)回答下列问题：(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是_(填序号)。A管溶液由红变黄B管溶液由红变黄A管溶液不变色B管溶液不变色(2)写出A管中发生反应的反应式_。(3)检验b管中气体的方法是_。答案(1)(2)2H2e=H2(或2H2O2e=2OHH2)，Mg22OH=Mg(OH)2(3)用拇指按住管口，取出试管正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃思维探究电解过程中A中CuSO4溶液浓度_，而B中CuSO4溶液浓度_，试分析其原因是_。答案逐渐减小基本不变A中阳极反应：Zn2e=Zn2等及Cu2e=Cu2、阴极反应：Cu22e=Cu；阳极生成Cu2的量少于阴极消耗Cu2的量，溶液中Cu2减小。B中阳极反应：Cu2e=Cu2、阴极反应Cu22e=Cu；阳极生成Cu2的量与阴极生成Cu2的量相等，溶液中Cu2不变基础点巩固1.电浮选凝聚法处理污水的原理如图所示。电解过程生成的胶体能使污水中的悬浮物凝聚成团而除去，电解时阳极也会产生少量气体。下列说法正确的是()A.可以用铝片或铜片代替铁片B.阳极产生的气体可能是O2C.电解过程中H向阳极移动D.若污水导电能力较弱，可加入足量硫酸解析电解原理是铁作阳极发生氧化反应生成Fe2，阴极水中H放电生成H2，阳极区生成胶体吸附水中悬浮杂质沉降而净水。A项，铜盐无净水作用，错误；B项，阳极可能有少量OH放电，正确；C项，H在阴极放电，错误；D项，加入的硫酸会与胶体反应，错误。答案B2.在电解液不参与反应的情况下，采用电化学法还原CO2可制备ZnC2O4，原理如图所示。下列说法正确的是()A.电解结束后电解液中Zn2增大B.电解液应为ZnSO4溶液C.Pt极反应式为2CO22e=C2OD.当通入44 g CO2时，溶液中转移1 mol电子解析因为右室Zn失去电子生成Zn2，溶液中的Zn2通过阳离子交换膜进入左室，根据电荷守恒，阴离子浓度不变，Zn2不变，A项错误；右室生成的Zn2通过阳离子交换膜进入左室与生成的C2O结合为ZnC2O4，因此，电解液为稀的ZnC2O4溶液，不含杂质，电解液只要是含Zn2的易溶盐溶液即可，B项错误；Pt极反应式为2CO22e=C2O，C项正确；当通入44 g CO2时，外电路中转移1 mol电子，溶液中不发生电子转移，D项错误。答案C3.(2018山东济南一模)全钒液流储能电池一次性充电后，续航能力可达1 000 km，而充电时只需35 min，被誉为“完美电池”，其原理如图所示(已知V2呈紫色，V3呈绿色)。电池放电时，左槽溶液质量增加。下列说法正确的是()A.充电时的阴极反应为VO2He=VO2H2OB.放电时的正极反应为V3e=V2C.放电过程中，右槽溶液由紫色变为绿色D.若负载为用石墨电极电解食盐水的装置，生成4 g NaOH时该电池中消耗0.1 mol H解析放电时，左槽溶液质量增加可推知H移向左槽，故放电时左侧为正极，右侧为负极。充电时，左侧为阳极，右侧为阴极。A项充电时阴极反应式为V3e=V2，错误；B项放电时正极反应式为VOe2H=VO2H2O，错误；C项放电过程中右槽V2转变为V3，故溶液颜色由紫色变为绿色，正确；D项电解食盐水生成4 g NaOH时，电路中转移0.1 mol e，由VOe2H=VO2H2O可知消耗0.2 mol H，错误。答案C4.(1)(2018聊城一模节选)将粗品PbO溶解在HCl和NaCl的混合溶液中，得到含Na2PbCl4的电解液，电解Na2PbCl4溶液生成Pb的装置如图所示：阴极的电极反应式为_；当有2.07 g Pb生成时，通过质子交换膜的n(H)_。(2)(2018吉林长春一模节选)利用“NaCO2”电池将CO2变废为宝。我国科研人员研制出的可充电“NaCO2”电池，以钠箔和多壁碳纳米管(MWCNT)为电极材料，总反应为4Na3CO22Na2CO3C。放电时该电池“吸入”CO2，其工作原理如图所示：放电时，正极的电极反应式为_。若生成的Na2CO3和C全部沉积在电极表面，当转移0.2 mol e时，两极的质量差为_g。解析(1)由电解目的电解Na2PbCl4溶液生成Pb可知在阴极反应式为：PbCl2e=Pb4Cl。当有2.07 g Pb生成时，电路中通过的电量为0.02 mol e故通过质子交换膜的n(H)0.02 mol。(2)由总反应式4Na3CO22Na2CO3C可知正极反应为3CO24e4Na=2Na2CO3C当转移0.2 mol e时，负极失重：0.2234.6(g)，正极增重0.11060.051211.2(g)，故两极质量差为11.24.615.8(g)。答案(1)PbCl2e=Pb4Cl0.02 mol(2)3CO24e4Na=2Na2CO3C15.8名师点拨电解计算的三种方法如可以通过4 mol e为桥梁构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)注意：涉及气体时一定要注意气体状态为标准状况。能力点提升5.某太阳能电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是()A.光照时，b极的电极反应式为VO2eH2O=VO2HB.光照时，每转移2 mol电子，有2 mol H由a极区经质子交换膜向b极区迁移C.夜间a极的电极反应式为V3e=V2D.硅太阳能电池供电原理与该电池相同解析由图中e移动方向可知b为负极，a为正极。A项，光照时b极发生VO2eH2O=VO2H，正确；B项，H移动方向为b极区到a极区，错误；C项，夜间a极应发生氧化反应，电极反应式为V2e=V3，错误；D项，该电池供电时发生氧化还原反应，与硅太阳能电池工作原理不同，错误。答案A6.用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，下列有关说法不正确的是()A.X为直接电源的负极，Y为直流电源的正极B.阳极的电极反应式为4OH4e=2H2OO2C.图中的baD.该过程中的产品主要为H2SO4和H2解析根据Na和SO、HSO的移动方向可知Pt()为阴极，电极反应式为2H2e=H2，Pt()为阳极，电极反应式为SO2eH2O=SO2H。答案B高考真题体验7.(2018课标全国，13)最近我国科学家设计了一种CO2H2S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：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A.阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB.协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC.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，溶液需为酸性解析阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO22e2H=COH2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2H2S=SCOH2O，B项正确；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO石墨烯的，C项错误；Fe3、Fe2在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。答案C8.(2016课标全国，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2H2O4e=O24H，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生成解析电解池中阴离子向阳极(即正极)移动，阳离子向阴极(即负极)移动，即SO离子向正极区移动，Na 向负极区移动，正极区水电离的OH发生氧化反应生成氧气，H留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H发生还原反应生成氢气，OH留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。答案B“多池组合”装置提升学生模型认知素养素养说明：电化学在高考中属于必考内容。近几年多池组合在高考中出现频度较高。综合考查化学反应中的能量变化、氧化还原反应、化学计算等知识。通过数学建模解答电化学中电极判断、电极反应式、现象、电解液的恢复、电量守恒计算等问题，从而提升学生的模型认知素养。题组训练题型一外加电源型1.(2016北京理综，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，局部退色；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：2H2O2e=H22OHB.b处：2Cl2e=Cl2C.c处发生了反应：Fe2e=Fe2D.根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜解析A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部退色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H，Cl2eH2O=HClOH，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n(右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(左面)为阳极产生Cu2，Cu2在m的右面得电子析出铜，正确。答案B2.用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液，a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)PbO2(s)2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)2H2O(l)，通电时a电极质量增加，下列说法正确的是()A.电路中通过1 mol电子时，Y电极质量增加48 gB.放电时铅蓄电池负极的电极反应式为PbO2(s)4H(aq)SO(aq)2e=PbSO4(s)2H2O(l)C.c，d电极产生气体的物质的量之比为12D.X极为负极解析铅蓄电池为外加电源。由a极质量增加可知a为阴极，由此可知X为正极，Y为负极，b为阳极，c为阴极，d为阳极，故D项错误。A项，Y极电极反应式为Pb2eSO=PbSO4，转移1 mol e时，增重48 g，正确；B项负极上发生氧化反应失e，错误；C项，c、d两极上产生气体分别为H2、O2，二者物质的量之比为21，错误。答案A题型二无外加电源型3.(2014广东理综，11)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极为Al，其他均为Cu，则()A.电流方向：电极电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应：Cu22e=Cu解析分析图可知：左侧两个烧杯的装置形成原电池，且为负极，为正极，而最右边的装置为电解池，因此，该装置中电子流向：电极电极，则电流方向：电极电极，A正确；电极发生氧化反应，B错误；电极的电极反应为Cu22e=Cu，有铜析出，C错误；电极为电解池的阳极，其电极反应为Cu2e=Cu2，D错误。答案A4.我国预计在2020年前后建成自己的载人空间站。为了实现空间站的零排放，循环利用人体呼出的CO2并提供O2，我国科学家设计了一种装置(如下图)，实现了“太阳能电能化学能”转化，总反应方程式为2CO2=2COO2。关于该装置的下列说法中正确的是()A.图中N型半导体为正极，P型半导体为负极B.图中离子交换膜为阳离子交换膜C.反应完毕，该装置中电解质溶液的碱性增强D.人体呼出的气体参与X电极的反应：CO22eH2O=CO2OH解析根据题图中左边电源内负电荷的移向，可知N型半导体为负极，P型半导体为正极，A错误；N型半导体为负极，X极为电解池的阴极，电极反应为：CO22eH2O=CO2OH，生成的氢氧根离子通过离子交换膜在Y极参加反应，所以图中的离子交换膜为阴离子交换膜，B错误，D正确；总反应方程式为2CO2=2COO2，根据总反应可知，反应前后电解质溶液的碱性不变，C错误。答案D名师点拨“多池组合”电池分析电极判断(1)有外加电源：各池均为电解池，电源正极阳极，电源负极阴极，电极位置相同，作用也相同。(2)无外加电源：其一为原电池，其余为电解池。a.燃料电池为原电池，其余为电解池。电极判断同上。b.一般金属电极其中最活泼的金属为原电池的负极，另一极为正极，其余为电解池，电极判断同上。c.光电池只需确定电子或阴、阳离子的移动方向即可判断阴、阳极。计算，闭合回路中电量守恒。突破一点，其余据此就可解决。活页作业A组基础巩固题1.常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液，电解一段时间后，下列有关电解质溶液变化的说法正确的是()A.电解质溶液的浓度增大，pH减小B.电解质溶液的浓度增大，pH增大C.电解质溶液的浓度减小，pH减小 D.电解质溶液的浓度不变，pH不变解析NaHSO4=NaHSO，溶液呈酸性，常温下用惰性电极电解NaHSO4溶液实质是电解水，因此NaHSO4溶液的浓度增大，H增大，pH减小，故A项正确。答案A2.某研究性学习小组用如图装置研究不同能量之间的转化问题。下列说法正确的是()A.断开开关S1，闭合开关S2，化学能转化为电能，电能转化为光能等B.断开开关S1，闭合开关S2，此时构成的装置属于电解池C.断开开关S2，闭合开关S1，此时构成的装置属于原电池D.断开开关S2，闭合开关S1，化学能转化为电能解析从装置图可知断开开关S1，闭合开关S2，构成原电池，化学能转化为电能，电能转化为光能等，A项正确，B项错误；断开开关S2，闭合开关S1，此时构成的装置属于电解池，C、D两项错误。答案A3.(2018山东潍坊检测)下列说法正确的是()A.图(a)中，随着电解的进行，溶液中H的浓度越来越小B.图(b)中，Mg电极作电池的负极C.图(c)中，发生的反应为CoCd2=CdCo2D.图(d)中，K分别与M、N连接时，Fe电极均受到保护解析图(a)中，有外加电源，是电解池，电解硫酸溶液实质上是电解水，硫酸浓度增大，溶液中H的浓度越来越大，A错误；(b)图装置是原电池，Al和NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，Mg与NaOH溶液不反应，则Al电极是原电池的负极，Mg电极作原电池的正极，B错误；图(c)是原电池，据图可知，Cd为负极，失去电子，Co2在正极得电子发生还原反应，则发生的反应为CdCo2=Cd2Co，C错误；图(d)中，K与M连接时构成电解池，Fe与电源负极相连得到保护，K与N相连时形成原电池，Zn比Fe活泼，Fe作原电池的正极得到保护，D正确。答案D4.某同学设计如图所示装置，探究氯碱工业原理，下列说法正确的是()A.石墨电极与直流电源负极相连B.用湿润淀粉KI试纸在铜电极附近检验气体，试纸变蓝色C.氢氧化钠在石墨电极附近产生，Na向石墨电极迁移D.铜电极的反应式为2H2e=H2解析若该装置是探究氯碱工业原理，则Cu电极应该与电源的负极连接，石墨电极与直流电源正极相连，A项错误；Cu电极为阴极，在阴极发生反应：2H2e=H2；在阳极C电极上发生反应：2Cl2e=Cl2；所以用湿润淀粉KI试纸在碳电极附近检验气体，试纸变蓝色，B项错误；由于Cu电极为阴极，在阴极发生反应：2H2e=H2；破坏了附近的水的电离平衡，最终在Cu电极附近氢氧化钠产生，Na向铜电极迁移，C项错误；铜电极的反应式为2H2e=H2，D项正确。答案D5.电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法，其原理如图所示。已知海水中含Na、Cl、Ca2、Mg2、SO等离子，电极为惰性电极。下列叙述中正确的是()A.B膜是阴离子交换膜B.通电后，海水中阳离子往a电极处运动C.通电后，a电极的电极反应式为4OH4e=O22H2OD.通电后，b电极区周围会出现少量白色沉淀解析根据海水中离子成分及离子放电顺序知，通电后阳极是氯离子放电，阴极是氢离子放电，电解过程中，海水中阳离子通过B膜进入阴极区，所以B膜是阳离子交换膜(海水中阴离子通过A膜进入阳极区)，b电极(阴极)区周围OH浓度增大，与镁离子反应生成白色沉淀。答案D6.锂空气电池是一种新型的二次电池，其放电时的工作原理如图所示，下列说法正确的是()A.正极区产生的LiOH可回收利用B.电池中的有机电解液可以用稀盐酸代替C.该电池放电时，正极的反应式为O24H4e=2H2OD.该电池充电时，阴极发生氧化反应：Lie=Li解析金属Li在负极发生氧化反应生成Li，Li向正极移动，与正极区生成的OH结合形成LiOH，从分离出的LiOH中可以回收Li而循环使用，故正极区产生的