历年高考化学知识清单-专题10 电化学及其应用（讲）（原卷+解析版）

1专题十电化学及其应用考情解读1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是历年高考的热点内容。考查的主要知识点：原电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写和判断、电解产物的判断、金属的腐蚀和防护。对本部分知识的考查仍以选择题为主，在非选择题中电化学知识可能与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行命题。复习时，应注意：1．对基础知识扎实掌握，如电极反应式的书写、燃料电池的分析等。2．电化学问题的探究设计、实物图分析及新型电池的分析是近年来高考中的热点，通过在练习中总结和反思，提高在新情境下运用电化学原理分析解决实际问题的能力。重点知识艳理知识点一、原电池电极的判断以及电极方程式的书写1.原电池正、负极的判断方法：(1)由组成原电池的两极材料判断。一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。(5)电极增重或减轻。工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极(正极)放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。(6)有气泡冒出。2电极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。2．原电池电极反应式和总反应式的书写(1)题目给定原电池的装置图，未给总反应式：①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合介质判断出还原产物和氧化产物。③写出电极反应式(注意两极得失电子数相等)，将两电极反应式相加可得总反应式。(2)题目中给出原电池的总反应式：①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂参加的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意介质的反应。③若有一电极反应较难写出，可先写出较易写出的电极反应，然后再利用总反应式减去该电极反应即得到另一电极反应。说明：在书写电极反应式时要注意哪些方面？1．两极得失电子数目相等；2．电极反应式常用“＝”不用“→”表示；3．电极反应式中若有气体生成，需加“↑”;而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示；4．写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋或OH－或H2O；5．两电极反应、电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。知识点二、原电池工作原理的应用1．依据原电池原理比较金属活动性强弱(1)电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。(2)在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。(3)原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。2．根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。(1)电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的3其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如，在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。(2)电极材料的选择电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料。一般情况下，两个电极的构成分为4种情况：①活泼性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌作电池的负极，铜作电池的正极。②金属和非金属。例如，锌锰干电池中，锌片作电池的负极，石墨棒作电池的正极。③金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅板作电池的负极，二氧化铅作电池的正极。④惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt。知识点三、原电池正负极判断的方法1．由组成原电池的两极材料判断较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。2．根据电流方向或电子流向判断外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4．根据原电池中两极发生的反应判断原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。5．根据电极质量的变化判断原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。6．根据电极上有气泡产生判断原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活泼性较弱。7．根据某电极(X)附近pH的变化判断析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较强。知识点四、电池电极反应式的书写方法书写电极反应式前，我们应首先明确电池的正负极、电极材料和电解质溶液的性质，对于二次电池还要注意放电或充电的方向。(1)电极的判断对于普通电池，我们通常比较两个电极的金属活动性，通常金属活动性强的电极为电池的负极，金属活动性弱的电极或非金属(通常为石墨)为电池的正极。对于燃料电池，两个电极的材料通常相同，所以从电极材料上很难判断电池的正负极。判断电池正负极的方法，通常是利用电池总反应式，含化合价升高元素的反应物为电池的负极反应物，此电极为负极；含化合价降低元素的反应物通常为电池的正极反应物，此电极为电池的正极。(2)电极反应书写步骤例如，铅蓄电池其总反应式为：放电充电PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)其电极反应式的书写步骤为：放电时，为原电池原理，总反应式中已指明放电方向从左向右的过程，即可逆符号左边为反应物，右边为生成物。①由化合价的升降判断负、正极的反应物负极：Pb正极：PbO2②主产物负极：PbSO4正极：PbSO4③由化合价升降确定电子得失的数目负极2e－正极2e-④电极反应关系式负极：Pb－2e-⇒PbSO4正极：PbO2＋2e-⇒PbSO4⑤考虑电解质溶液，再利用电荷守恒、质量守恒调整反应式负极：Pb－2eSO42-＝PbSO4正极：PbO2＋2e4HSO42-＝PbSO4＋2H2O充电时，是总反应式的逆向过程，氧化剂、还原剂都为PbSO4分析反应过程阴极(发生还原反应或与外电源负极相连)反应过程：PbSO4阳极(发生氧化反应或与外电源正极相连)反应过程：PbSO4充电时电极反应阴极：PbSO4＋2ePb＋SO42-阳极：PbSO4＋2H2O－2ePbO2＋4HSO42-知识点五、电解质溶液的电解规律（惰性电极）1.以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤(1)分析电解质溶液的组成，找出离子，并分为阴、阳两组。(2)分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式。(3)合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。2．反应类型(1)电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)溶液的电解。如：阴极：4H4e2H2↑,阳极：4OH4e2H2O＋O2↑,总反应：(2)自身分解型：无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物外，如HCl、CuCl2等)溶液的电解。如：阴极：Cu22eCu，阳极：2Cl2eCl2↑,(3)放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外，如NaCl、MgCl2等)溶液的电解。如：阴极：2H2eH2↑,阳极：2Cl2eCl2↑,(4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。如：阴极：2Cu24e2Cu，阳极：2H2O－4eO2↑+4H+,知识点六、原电池、电解池和电镀池的比较原电池定义将化学能转化成电能的装置将电能转变成化学能的应用电解原理，在某些金属表装置面镀上一层其他金属的装置装置举例形成条件①活动性不同的两个电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；③形成闭合回路直流电源；①两个电极接②两个电极插入电解质溶液；③形成闭合回路电源正①镀层金属接②电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称负极：较活泼金属；正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连的极(由外加电源决定)阳极：镀层金属；阴极：镀件(同电解池)电极反应负极：氧化反应，金属失电子；正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子；阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：金属电极失电子；阴极：电镀液中阳离子得电子电子流向导线负极――→正极导线导线导线电源负极――→导线导线电源正极――→阳极导线电源负极――→阴极电源正极导线――→――→阳极反应原理举例负极：Zn－2e－Zn2+正极：2H2eH2↑总反应：Zn＋2H＋Zn2H2↑阳极：2Cl2eCl2↑阴极：Cu22eCu总反应：Cu22Cl－Cu+Cl2↑阳极：Zn－2e－Zn2+阴极：Zn22eZn溶液中Zn2＋浓度不变主要应用金属的电化学腐蚀分析；牺牲阳极的阴极保护法；制造多种新的化学电源电解食盐水(氯碱工业)；电冶金(冶炼Na、Mg、Al)；精炼铜镀层金属为铬、锌、镍、银等，使被保护的金属抗腐蚀能力增强，增加美观和表面硬度实质使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移，形成电流使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程联系(1)同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。(2)同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算高频考点突攻高频考点一原电池原理与化学电源例1．(2019·课标全国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，示意图如图所示。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＋===2H2MV+C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【举一反三】(2019·天津理综，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图。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I2Br2e－===2IBr-B.放电时，溶液中离子的数目增大C.充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D.充电时，a电极接外电源负极【举一反三】【2017新课标3卷】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-=3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．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【方法技巧】电极反应式的书写方法1．一般电极反应式的书写2．复杂电池的电极反应式书写复杂的电极反应式＝总反应式－较简单电极的电极反应式。如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：CH4＋2O2＋2OH－===CO－＋3H2O……总反应式2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式用总反应式－正极反应式得负极反应式(CH4＋2O2＋2OH－)－(2O2＋4H2O＋8e－)===(CO－＋3H2O)－(8OH－)整理得：CH4＋10OH8e－===7H2O＋CO－……负极反应式【变式探究】某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是()9A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl-B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子高频考点二电解原理及其应用例2．(1)[2019·课标全国Ⅲ,28(4)]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，如图所示：负极区发生的反应有(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气L(标准状况)。(2)[2019·北京理综，27(2)]可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。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：。【举一反三】(2018·课标全国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：①EDTA－Fe2e－===EDTA－Fe3+②2EDTA－Fe3H2S===2HS＋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＋2H2e－===CO＋H2OB.协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC.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【举一反三】（2018年全国卷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。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨①EDTA-Fe2+-e-===EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S===2H++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+H2OB.协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+SC.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【方法技巧】1．正确判断电解产物(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H+(水)。2．恢复原态措施电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。3．突破电解定量计算的3种方法电解的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算等，无论哪种计算都可采用下列3种方法：方法一：根据总反应式先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。方法二：根据电子守恒用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数目相等。方法三：根据关系式根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系，得出计算所需的关系式。例如由关系式法通过4mole－为基准可构建电极产物之间的如下关系式：【变式探究】【2017新课标2卷】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-=AlD．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动高频考点三电解的计算例3．在1LK2SO4和CuSO4的混合溶液中c(SO－)＝2.0mol·L－1，用石墨电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4L(标准状况)气体，则原溶液中c(K＋)为()A．2.0mol·L－1B．1.C．1.0mol·L－1D．0.50mol·L－1【举一反三】某科研小组模拟“人工树叶”电化学装置如图所示，该装置能将H2O和CO2转化为糖类(C6H12O6)和O2，X、Y是特殊催化剂型电极。已知装置的电流效率等于生成产品所需的电子数与电路通过总电子数之比。下列说法不正确的是()A．该装置中Y电极发生氧化反应B．X电极的电极反应式为6CO2＋24e24H＋===C6H12O6＋6H2OC．理论上，每生成22.4LO2必有4molH＋由Y极区向X极区迁移D．当电路中通过3mol电子时生成18gC6H12O6，则该装置的电流效率为80%【变式探究】在如图所示的装置中，若通直流电5min时，铜电极质量增加2.16g。试回答下列问题：(1)电源中X电极为直流电源的极。(2)pH变化：A：，B：，C：(填“增大”、“减小”或“不变”)。(3)通电5min时，B中共收集224mL(标准状况下)气体，溶液体积为200mL，则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为(假设电解前后溶液体积无变化)。(4)若A中KCl足量且溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH为(假设电解前后溶液体积无变化)。高频考点四可充电电池例4.（2018年全国卷II）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CO2C.放电时，正极反应为：3CO2+4e−=2CO32－+CD.充电时，正极反应为：Na++e−=Na【变式探究】（2018年全国卷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+（1－）O2【特别提醒】可充电电池的答题4步骤【举一反三】某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是()A．放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移B．放电时，负极的电极反应式为LixC6-xe-=xLi++C6C．充电时，若转移1mole-，石墨C6电极将增重7xgD．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+高频考点五金属的腐蚀与防护例5．(2019·江苏化学，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【举一反三】（2018年北京卷）验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl①②③在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是A.对比②③,可以判定Zn保护了FeB.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法D.将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼【变式探究】【2017新课标1卷】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【方法技巧】1．金属腐蚀快慢程度的判断方法2．金属电化学保护的2种方法【变式探究】利用如图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是()A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀B．一段时间后，a管液面高于b管液面C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2+高频考点六高考新装置——“膜电池”例6.(2017·江苏高考节选)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如下图所示。阳极的电极反应式为,阴极产生的物质A的化学式为。___________________________【举一反三】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＋6O2===6CO2＋6H2O【变式探究】为了强化安全管理，某油库引进了一台空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法中不正确的是()A．石墨电极作正极，发生还原反应B．铂电极的电极反应式为C8H18＋16H2O－50e－===8CO2↑+50H+C．H＋由质子交换膜左侧向右侧迁移D．每消耗5.6LO2，电路中通过1mol电子【方法技巧】1．阳离子交换膜的使用原理阳离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带负电荷的基团，阳离子可以自由通过孔道，而阴离子移动到孔道处，受到孔道带负电荷基团的排斥而不能进入孔道中，因而不能通过交换膜。质子交换膜是阳离子交换膜的特例，仅允许质子(H＋)通过，其他离子不能通过。2．阴离子交换膜的使用原理阴离子交换膜有很多微孔，孔道上有许多带正电荷的基团，阴离子可以自由通过孔道，而阳离子移动到孔道处，受到孔道带正电荷基团的排斥而不能进入孔道中，因而不能通过交换膜。3．离子交换膜类型的判断方法依据电解质溶液呈电中性的原理，判断膜的类型，判断时首先要写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余；依据该电极附近电解质溶液满足电荷守恒原则，判断出离子移动的方向、进而确定离子交换膜的类型。例如离子交换膜法淡化海水的实验装置如图：阳极室中的电极反应为2Cl2e－===Cl2↑,剩余Na＋要维持阳极室内电荷守恒，则Cl－通过a膜进入阳极室，故a为阴离子交换膜，阴极室中的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑+2OH－反应生成OH－要维持阴极室内电荷守恒，则Na＋通过b膜进入阴极室，故b为阳离子交换膜。【变式探究】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．负极区反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低D．当电路中通过1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成真题感悟1．[2019新课标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NH3D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动2．[2019新课标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（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，结构如下图所示。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3．[2019天津]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0.65g，溶液中有0.02molI-被氧化D．充电时，a电极接外电源负极4．[2019江苏]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5.[2019浙江选考]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.Zn2+向Cu电极方向移动，Cu电极附近溶液中H+浓度增加B.正极的电极反应式为Ag2O＋2e−+H2O===2Ag＋2OH−C.锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D.使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降 6．[2019新课标Ⅱ节选]环戊二烯（）是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：（4）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。7．[2019新课标Ⅲ节选]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题：（4）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1mol电子，需消耗氧气 L（标准状况）。8．[2019北京节选]氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。（2）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：。9．[2019江苏节选]CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。（2）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▲。10．[2019浙江选考节选]水是“生命之基质”，是“永远值得探究的物质”。以铂阳极和石墨阴极设计电解池，通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8，再与水反应得到H2O2，其中生成的NH4HSO4可以循环使用。①阳极的电极反应式是。②制备H2O2的总反应方程式是。1.（2018年全国卷Ⅰ)硫酸亚铁锂（LiFePO4）电池是新能源汽车的动力电池之一。采用湿法冶金工艺回收废旧硫酸亚铁锂电池正极片中的金属，其流程如下：下列叙述错误的是A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用B.从“正极片”中可回收的金属元素有Al、Fe、LiC.“沉淀”反应的金属离子为Fe3+D.上述流程中可用硫酸钠代替碳酸钠2.（2018年全国卷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：①EDTA-Fe2+-e-＝EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S＝2H++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+H2OB.协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+SC.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3.（2018年全国卷II）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CO2C.放电时，正极反应为：3CO2+4e−=2CO32－+CD.充电时，正极反应为：Na++e−=Na4.（2018年全国卷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+（1－）O25.（2018年北京卷）验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下（烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液）。①②③在Fe表面生成蓝色沉淀试管内无明显变化试管内生成蓝色沉淀下列说法不正确的是A.对比②③,可以判定Zn保护了FeB.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法D.将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼1．【2017新课标1卷】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2．【2017新课标2卷】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-=AlD．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动3．【2017新课标3卷】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-=3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．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4．【2017江苏卷】下列说法正确的是A．反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的ΔH<0，ΔS>0B．地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀C．常温下，Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10−12，pH=10的含Mg2+溶液中，c(Mg2+)≤5.6×10−4mol·L−1D．常温常压下，锌与稀H2SO4反应生成11.2LH2，反应中转移的电子数为6.02×10235．【2017海南】一种电化学制备NH3的装置如图所示，图中陶瓷在高温时可以传输H+。下列叙述错误A.Pb电极b为阴极B.阴极的反应式为：N2+6H++6e−=2NH3C.H+由阳极向阴极迁移D.陶瓷可以隔离N2和H262017江苏）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。（1）“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为。（2）向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH(填“增大”、“不变”或“减小”)。（3）“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是。（4）“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。（5）铝粉在1000℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是。1．【2016年高考北京卷】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；ⅆⅆ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2．【2016年高考海南卷】某电池以K2FeO4和Zn为电极材料，KOH溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是()A．Zn为电池的负极B．正极反应式为2FeO42−+10H++6e−=Fe2O3+5H2OC．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变D．电池工作时OH-向负极迁移3．【2016年高考上海卷】图1是铜锌原电池示意图。图2中，x轴表示实验时流入正极的电子的物质的量，y轴表示()A．铜棒的质量B．c(Zn2+)C．c(H+)D．c(SO42-)4．【2016年高考四川卷】某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池的总反应为：Li1-xCoO2+LixC6=LiCoO2+C6(x<1)。下列关于该电池的说法不正确的是()A．放电时，Li+在电解质中由负极向正极迁移B．放电时，负极的电极反应式为LixC6-xe-=xLi++C6C．充电时，若转移1mole-，石墨C6电极将增重7xgD．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2-xe-=Li1-xCoO2+Li+5．【2016年高考新课标Ⅰ卷】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1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成6．【2016年高考新课标Ⅱ卷】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-=AgC．电池放电时Cl-由正极向负极迁移D．负极会发生副反应Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑7．【2016年高考新课标Ⅲ卷】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–+2H2O===2Zn(OH)-。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2-4C．放电时，负极反应为：Zn+4OH–-2e–===Zn(2-4D．放电时，电路中通过2mol电子，消耗氧气22.4L（标准状况）8．【2016年高考浙江卷】金属（M）–空气电池（如图）具有原料易得、能量密度高等优点，有望成为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为：4M+nO2+2nH2O=4M(OH)n。已知：电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法不正确的是()A．采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积，并有利于氧气扩散至电极表面B．比较Mg、Al、Zn三种金属–空气电池，Al–空气电池的理论比能量最高C．M–空气电池放电过程的正极反应式：4Mn++nO2+2nH2O+4ne–=4M(OH)nD．在M–空气电池中，为防止负极区沉积Mg(OH)2，宜采用中性电解质及阳离子交换膜9．【2016年高考浙江卷】（15分）催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平衡反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2（g）+3H2（g）CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-53.7kJ·mol-1ICO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH2II某实验室控制CO2和H2初始投料比为1:2.2，经过相同反应时间测得如下实验数据：【备注】Cat.1:Cu/ZnO纳米棒；Cat.2:Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醛的百分比已知：①CO和H2的标准燃烧热分别为-283.0kJ·mol-1和-285.8kJ·mol-1②H2O（l）===H2O（g）ΔH3=44.0kJ·mol-1请回答（不考虑温度对ΔH的影响研究证实，CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇，则生成甲醇的反应发生在极，该电极反应式10．【2016年高考天津卷】(14分)氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：（1）与汽油相比，氢气作为燃料的优点是(至少答出两点)。但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池，写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式：。（5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OH−FeO42−+3H2↑,工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42−,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。①电解一段时间后，c(OH−)降低的区域在(填“阴极室”或“阳极室”)。②电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是。③c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：。专题十电化学及其应用考情解读1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.理解金属发生电化学腐蚀的原因。了解金属腐蚀的危害和防止金属腐蚀的措施。电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，是历年高考的热点内容。考查的主要知识点：原电池和电解池的工作原理、电极反应式的书写和判断、电解产物的判断、金属的腐蚀和防护。对本部分知识的考查仍以选择题为主，在非选择题中电化学知识可能与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行命题。复习时，应注意：1．对基础知识扎实掌握，如电极反应式的书写、燃料电池的分析等。2．电化学问题的探究设计、实物图分析及新型电池的分析是近年来高考中的热点，通过在练习中总结和反思，提高在新情境下运用电化学原理分析解决实际问题的能力。重点知识梳理知识点一、原电池电极的判断以及电极方程式的书写1.原电池正、负极的判断方法：(1)由组成原电池的两极材料判断。一般是活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由正极流向负极；电子由负极流向正极。(3)根据原电池里电解质溶液内离子的流动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向正极，阴离子移向负极。(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的负极失电子发生氧化反应，其正极得电子发生还原反应。(5)电极增重或减轻。工作后，电极质量增加，说明溶液中的阳离子在电极(正极)放电，电极活动性弱；反之，电极质量减小，说明电极金属溶解，电极为负极，活动性强。(6)有气泡冒出。电极上有气泡冒出，是因为发生了析出H2的电极反应，说明电极为正极，活动性弱。2．原电池电极反应式和总反应式的书写(1)题目给定原电池的装置图，未给总反应式：①首先找出原电池的正、负极，即分别找出氧化剂和还原剂。②结合介质判断出还原产物和氧化产物。③写出电极反应式(注意两极得失电子数相等)，将两电极反应式相加可得总反应式。(2)题目中给出原电池的总反应式：①分析原电池总反应式中各元素的化合价变化情况，找出氧化剂及其对应的还原产物，氧化剂发生的反应即为正极反应；找出还原剂及其对应的氧化产物，还原剂参加的反应即为负极反应。②当氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物由多种元素组成时，还应注意介质的反应。③若有一电极反应较难写出，可先写出较易写出的电极反应，然后再利用总反应式减去该电极反应即得到另一电极反应。说明：在书写电极反应式时要注意哪些方面？1．两极得失电子数目相等；2．电极反应式常用“＝”不用“→”表示；3．电极反应式中若有气体生成，需加“↑”;而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示；4．写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋或OH－或H2O；5．两电极反应、电池总反应的三个方程式，若已知其中两个，可由方程式的加减得到第三个。知识点二、原电池工作原理的应用1．依据原电池原理比较金属活动性强弱(1)电子由负极流向正极，由活泼金属流向不活泼金属，而电流方向是由正极流向负极，二者是相反的。(2)在原电池中，活泼金属作负极，发生氧化反应；不活泼金属作正极，发生还原反应。(3)原电池的正极通常具备特定的现象：有气体生成，或电极质量增加或不变等；负极通常不断溶解，质量减少。2．根据原电池原理，把各种氧化还原反应设计成电池从理论上讲，任何一个自发的氧化还原反应，都可以设计成原电池。关键是选择合适的电解质溶液和两个电极。(1)电解质溶液的选择电解质是使负极放电的物质。因此电解质溶液一般要能够与负极发生反应。或者电解质溶液中溶解的其他物质能与负极发生反应(如空气中的氧气)。但如果两个半反应分别在两个容器中进行(中间连接盐桥)，则左右两个容器中的电解质溶液选择与电极材料相同的阳离子。如，在铜—锌—硫酸构成的原电池中，负极金属锌浸泡在含有Zn2＋的电解质溶液中，而正极铜浸泡在含有Cu2＋的溶液中。(2)电极材料的选择电池的电极必须导电。电池中的负极必须能够与电解质溶液反应，容易失去电子，因此负极一般是活泼的金属材料。正极和负极之间只有产生电势差，电子才能定向移动，所以正极和负极不用同一种材料。一般情况下，两个电极的构成分为4种情况：①活泼性不同的两种金属。例如，锌铜原电池中，锌作电池的负极，铜作电池的正极。②金属和非金属。例如，锌锰干电池中，锌片作电池的负极，石墨棒作电池的正极。③金属和化合物。例如，铅蓄电池中，铅板作电池的负极，二氧化铅作电池的正极。④惰性电极。例如，氢氧燃料电池中，两根电极均可用Pt。知识点三、原电池正负极判断的方法1．由组成原电池的两极材料判断较活泼的金属为负极，较不活泼的金属或能导电的非金属为正极。2．根据电流方向或电子流向判断外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极。3．根据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断在原电池电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极。4．根据原电池中两极发生的反应判断原电池中，负极总是发生氧化反应，正极总是发生还原反应。若给出一个总方程式，则可根据化合价升降来判断。5．根据电极质量的变化判断原电池工作后，某一电极质量增加，说明溶液中的阳离子在该电极上放电，该极为正极，活泼性较弱；反之，如果某一电极质量减轻，则该电极溶解，为负极，活泼性较强。6．根据电极上有气泡产生判断原电池工作后，如果某一电极上有气体产生，通常是因为该电极发生了析出H2的反应，说明该电极为正极，活泼性较弱。7．根据某电极(X)附近pH的变化判断析氢或吸氧的电极反应发生后，均能使该电极附近电解质溶液的pH增大，因而原电池工作后，X极附近的pH增大了，说明X极为正极，金属活动性较强。知识点四、电池电极反应式的书写方法书写电极反应式前，我们应首先明确电池的正负极、电极材料和电解质溶液的性质，对于二次电池还要注意放电或充电的方向。(1)电极的判断对于普通电池，我们通常比较两个电极的金属活动性，通常金属活动性强的电极为电池的负极，金属活动性弱的电极或非金属(通常为石墨)为电池的正极。对于燃料电池，两个电极的材料通常相同，所以从电极材料上很难判断电池的正负极。判断电池正负极的方法，通常是利用电池总反应式，含化合价升高元素的反应物为电池的负极反应物，此电极为负极；含化合价降低元素的反应物通常为电池的正极反应物，此电极为电池的正极。(2)电极反应书写步骤例如，铅蓄电池其总反应式为：放电充电PbO2(s)＋Pb(s)＋2H2SO4(aq)放电充电2PbSO4(s)＋2H2O(l)其电极反应式的书写步骤为：放电时，为原电池原理，总反应式中已指明放电方向从左向右的过程，即可逆符号左边为反应物，右边为生成物。①由化合价的升降判断负、正极的反应物负极：Pb正极：PbO2②主产物负极：PbSO4正极：PbSO4③由化合价升降确定电子得失的数目负极2e－正极2e-④电极反应关系式负极：Pb－2e-⇒PbSO4正极：PbO2＋2e-⇒PbSO4⑤考虑电解质溶液，再利用电荷守恒、质量守恒调整反应式负极：Pb－2eSO42-＝PbSO4正极：PbO2＋2e4HSO42-＝PbSO4＋2H2O充电时，是总反应式的逆向过程，氧化剂、还原剂都为PbSO4分析反应过程阴极(发生还原反应或与外电源负极相连)反应过程：PbSO4阳极(发生氧化反应或与外电源正极相连)反应过程：PbSO4充电时电极反应阴极：PbSO4＋2ePb＋SO42-阳极：PbSO4＋2H2O－2ePbO2＋4HSO42-知识点五、电解质溶液的电解规律（惰性电极）1.以惰性电极电解电解质溶液，分析电解反应的一般方法和步骤(1)分析电解质溶液的组成，找出离子，并分为阴、阳两组。(2)分别对阴、阳离子排出放电顺序，写出两极上的电极反应式。(3)合并两个电极反应式，得出电解反应的总化学方程式或离子方程式。2．反应类型(1)电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)溶液的电解。如：阴极：4H4e2H2↑,阳极：4OH4e2H2O＋O2↑,总反应：(2)自身分解型：无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物外，如HCl、CuCl2等)溶液的电解。如：阴极：Cu22eCu，阳极：2Cl2eCl2↑,(3)放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外，如NaCl、MgCl2等)溶液的电解。如：阳极：2Cl2eCl2↑,(4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。如：阴极：2Cu24e2Cu，阳极：2H2O－4e－＝O2↑+4H+,知识点六、原电池、电解池和电镀池的比较原电池定义将化学能转化成电能的装置将电能转变成化学能的装置应用电解原理，在某些金属表面镀上一层其他金属的装置装置举例形成条件①活动性不同的两个电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；③形成闭合回路直流电源；①两个电极接②两个电极插入电解质溶液；③形成闭合回路电源正①镀层金属接②电镀液必须含有镀层金属的离子电极名称负极：较活泼金属；正极：较不活泼金属(或能导电的非金属)阳极：与电源正极相连阴极：与电源负极相连的极(由外加电源决定)阳极：镀层金属；阴极：镀件(同电解池)电极反应负极：氧化反应，金属失电子；正极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：氧化反应，溶液中的阴离子失电子，或电极金属失电子；阴极：还原反应，溶液中的阳离子得电子阳极：金属电极失电子；阴极：电镀液中阳离子得电子电子流向负极正极电源负极阴极电源正极阳极电源负极阴极电源正极阳极反应原理举例负极：Zn－2e－Zn2+正极：2H2eH2↑总反应：Zn＋2H＋Zn2H2↑阳极：2Cl2eCl2↑阴极：Cu22eCu总反应：Cu22Cl－Cu+Cl2↑阳极：Zn－2e－Zn2+阴极：Zn22eZn溶液中Zn2＋浓度不变主要应用金属的电化学腐蚀分析；电解食盐水(氯碱工镀层金属为铬、锌、镍、银等，牺牲阳极的阴极保护法；制造多种新的化学电源业)；电冶金(冶炼Na、Mg、Al)；精炼铜使被保护的金属抗腐蚀能力增强，增加美观和表面硬度实质使氧化还原反应中的电子通过导线定向转移，形成电流使电流通过电解质溶液，而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程联系(1)同一原电池的正、负极发生的电极反应得、失电子数相等。(2)同一电解池的阴极、阳极发生的电极反应中得、失电子数相等。(3)串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。上述三种情况下，在写电极反应式时，得、失电子数要相等，在计算电解产物的量时，应按得、失电子数相等计算高频者点突破高频考点一原电池原理与化学电源例1．(2019·课标全国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，示意图如图所示。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＋===2H2MV+C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动【解析】由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV+-e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。【答案】B【举一反三】(2019·天津理综，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图。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I2Br2e－===2IBr-B.放电时，溶液中离子的数目增大C.充电时，b电极每增重0.65g，溶液中有0.02molI－被氧化D.充电时，a电极接外电源负极【解析】根据电池的工作原理示意图，可知放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－电极反应为I2Br-+2e－===2IBrA项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I负极区Zn转化为Zn2溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn22e－===Zn，b电极增重0.65g时，转移0.02mole-,a电极发生反应2IBr2e－===I2Br根据各电极上转移电子数相同，则有0.02molI－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。【答案】D【举一反三】【2017新课标3卷】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-=3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过0.02mol电子，负极材料减重0.14gC．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】本题使用的是外加电流的阴极保护法，钢管柱与电源的负极相连，被保护。外加强大的电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，从而保护钢管柱，A正确；通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，因此电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩，B正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，C错误；通过外加电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，因此通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整，D正确。【方法技巧】电极反应式的书写方法1．一般电极反应式的书写2．复杂电池的电极反应式书写复杂的电极反应式＝总反应式－较简单电极的电极反应式。如CH4碱性燃料电池负极反应式的书写：CH4＋2O2＋2OH－===CO3H2O……总反应式2O2＋4H2O＋8e－===8OH－……正极反应式用总反应式－正极反应式得负极反应式(CH4＋2O2＋2OH－)－(2O2＋4H2O＋8e－)===(CO－＋3H2O)－(8OH－)整理得：CH4＋10OH8e－===7H2O＋CO－……负极反应式【变式探究】某原电池装置如图所示，电池总反应为2Ag＋Cl2===2AgCl。下列说法正确的是()A．正极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl-B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变D．当电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液中约减少0.02mol离子【答案】D【解析】在原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故由总反应式可知，负极反应为：2Ag-2e2Cl－===2AgCl，正极反应为：Cl2＋2e－===2ClA项错误；由于电解质溶液中含有大量Cl故放电时，Ag＋在交换膜左侧即与Cl－反应生成AgCl沉淀，B项错误；用NaCl溶液代替盐酸，电池总反应不变，C项错误；电路中转移0.01mole－时，交换膜左侧溶液有0.01molCl－参与反应生成AgCl沉淀，还有0.01molH＋通过阳离子交换膜进入右侧溶液，故D项正确。高频考点二电解原理及其应用例2．(1)[2019·课标全国Ⅲ,28(4)]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，如图所示：负极区发生的反应有(写反应方程式)。电路中转移1mol电子，需消耗氧气L(标准状况)。(2)[2019·北京理综，27(2)]可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。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：。【解析】(1)负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2O2＋4H＋===4Fe32H2O，由反应可知电路中转移4mol电子消耗1molO2，则转移1mol电子消耗氧气mol，其在标准状况下的体积为mol×22.4L·mol－1＝5.6L。(2)①电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑+2OH－。③制备O2时碱性电解液中的OH－失去电子生成O2，连接K2，O2在电极2上产生。连接K1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2－eOH－===NiOOH＋H2O，连接K2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH＋e-+H2O===Ni(OH)2＋OH－，使电极3得以循环使用。【答案】(1)Fe3e－===Fe24Fe2O2＋4H＋===4Fe32H2O5.6(2)①K12H2O＋2e－===H2↑+2OH-③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OHe－===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【举一反三】(2018·课标全国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：①EDTA－Fe2e－===EDTA－Fe3+②2EDTA－Fe3H2S===2HS＋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＋2H2e－===CO＋H2OB.协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋SC.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【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CO2＋2e-+2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，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】C【举一反三】（2018年全国卷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。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯（石墨烯包裹的ZnO）和石墨①EDTA-Fe2+-e-===EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S===2H++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+H2OB.协同转化总反应：CO2+H2S＝CO+H2O+SC.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】该装置属于电解池，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，石墨烯电极为阳极，发生失去电子的氧化反应，据此解答。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+H＋+2eCO+H2O，A正确；根据石墨烯电极上发生的电极反应可知①+②即得到H2S－2e－2H＋+S，因此总反应式为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EDTA-Fe3＋/EDTA-Fe2＋，溶液需要酸性，D正确。【方法技巧】1．正确判断电解产物(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋>Hg2＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋>Pb2＋>Fe2＋>Zn2＋>H+(水)。2．恢复原态措施电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3复原。3．突破电解定量计算的3种方法电解的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算等，无论哪种计算都可采用下列3种方法：方法一：根据总反应式先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列比例式计算。方法二：根据电子守恒用于串联电路的阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数目相等。方法三：根据关系式根据得失电子守恒建立已知量与未知量之间的关系，得出计算所需的关系式。例如由关系式法通