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第5讲 电化学原理及应用,【高考这样考】 1.(2015全国卷T11)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,【解析】选A。根据碳元素的化合价的变化，二氧化碳中碳元素的 化合价为最高价+4价，所以生成二氧化碳的反应为氧化反应，应在负 极生成，其电极反应式应为C6H12O6+6H2O-24e-=24H+6CO2，A错 误；在微生物的作用下，该装置为原电池装置，反应速率比化学反应速率快，所以微生物促进了反应的发生，B正确；原电池中阳离子(质 子)向正极移动，C正确；电池的总反应实质是葡萄糖的氧化反应，D 正确。,2.(2013新课标全国卷T10)银质器皿日久表面会逐渐变黑，这 是生成了Ag2S的缘故，根据电化学原理可进行如下处理，在铝质容器 中加入食盐溶液，再将变黑的银器浸入该溶液中，一段时间后发现黑 色会褪去，下列说法正确的是( ) A.处理过程中银器一直保持恒重 B.银器为正极，Ag2S被还原生成单质银 C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S=6Ag+Al2S3 D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl,【解析】选B。处理过程Ag2S变为单质银，质量减轻，A项错误。银 器为正极，正极发生还原反应，B项正确。Al2S3在溶液中不能稳定存 在，发生水解相互促进的反应生成氢氧化铝沉淀和硫化氢气体，C项 错误。黑色褪去的原因是Ag2S变为单质银，不能转化为氯化银沉淀。,【考纲要求】 1.了解原电池和电解池的工作原理，能写出电极反应式和电池反应 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、金属腐蚀的危害、防止金属腐 蚀的措施。,【考查特点】 1.客观题： (1)考查“式子”：电极反应式、电池反应方程式。 (2)考查“应用”：电化学原理在工业生产中的应用。 (3)考查“运动”：电子流向、阴阳离子移动方向。 (4)考查“量值”：转移电子数目、电极产物的量、pH变化。,2.主观题： (1)考查“原理”：原电池、电解池融合综合考查。 (2)考查“情境”：以新型化学电源为载体，考查电极反应式的书写，电子、离子的移动方向等。 (3)考查“应用”：电化学原理在金属腐蚀与防护方面的应用。,1.熟记关于电化学的四个“两”： (1)移动“两”方向。,阴,阳,阴,阳,(2)电解精炼、电镀“两”特点。 电解精炼：含杂质金属作_，纯金属作_，含被提纯金 属阳离子的电解质溶液作电解液。 电镀：镀层金属作_，待镀金属作_，含镀层金属阳离 子的电解质溶液作电解液。,阳极,阴极,阳极,阴极,(3)电化学腐蚀发生的“两”条件。 强酸性条件_腐蚀。 弱酸性、中性或碱性条件_腐蚀。 (4)电化学防护“两”方法。 牺牲阳极的阴极保护法原电池原理 在被保护的钢铁设备上装上若干较活泼金属如锌块，让被保护的 金属作原电池的_。 外加电流的阴极保护法电解池原理 用被保护的钢铁设备作_，惰性电极作_，外接直流电源。,析氢,吸氧,正极,阴极,阳极,2.原电池中常考的电极反应式： (1)氢氧燃料电池。 H2在电池的负极反应。 a.酸性介质：_； b.碱性介质：_。 O2在电池的正极反应。 a.酸性介质：_； b.中性或碱性介质：_。,2H2-4e-=4H+,2H2+4OH-4e-=4H2O,O2+4H+4e-=2H2O,O2+2H2O+4e-=4OH-,(2)钢铁电化学腐蚀。 负极反应：_。 正极反应。 a.析氢腐蚀：_； b.吸氧腐蚀：_。,Fe-2e-=Fe2+,2H+2e-=H2,O2+4e-+2H2O=4OH-,3.电解池中常考的反应： (1)电解饱和食盐水。 _。 (2)电解硫酸铜溶液。 _。 (3)电解精炼铜。 阳极：Cu(粗铜)-2e-=Cu2+(主要反应)； 阴极：Cu2+2e-=Cu(精铜)。,2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,2CuSO4+2H2O 2Cu+O2+2H2SO4,考点一 原电池原理与化学电源 【典例1】(2014新课标全国卷)2013年3月我国科学家报道了 如图所示的水溶液锂离子电池体系。下列叙述错误的是( ) A.a为电池的正极 B.电池充电反应为LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi C.放电时，a极锂的化合价发生变化 D.放电时，溶液中Li+从b向a迁移,【破题关键】 (1)该锂电池为水溶液体系。 (2)聚合物电解质能阻隔金属锂和水的反应。 (3)Li+快离子导体能传导Li+。 (4)放电时，负极是Li失电子，正极不可能是生成Li， 因为Li能与水发生反应。,【解析】选C。锂离子电池中，b电极为Li，放电时，Li失电子为负 极，LiMn2O4得电子为正极，所以a为电池的正极，故A正确；充电 时，Li+在阴极得电子，LiMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为 LiMn2O4=Li1-xMn2O4+xLi，故B正确；放电时，a为正极，正极上 Li1-xMn2O4中锰元素得电子，所以锂的化合价不变，故C错误；放电 时，溶液中阳离子向正极移动，即溶液中Li+从b向a迁移，故D正确。,【互动探究】 (1)锂离子电池一般都是非水溶剂，为什么本题可以用水溶液作溶 剂？ 提示：负极有一层聚合物电解质，能阻止锂与水的反应。 (2)请写出正极的电极反应式。 提示：根据电池总反应式和负极反应式，可知正极反应式为 Li1-xMn2O4+xLi+xe-=LiMn2O4。,【思维建模】原电池中电极反应式的书写步骤及注意事项 (1)书写步骤。,(2)介质对电极反应式书写的影响。 中性溶液中，反应物若是H+得电子或OH-失电子，则H+或OH-均来自于水的电离。 酸性溶液反应物或生成物中均没有OH-。 碱性溶液反应物或生成物中均没有H+。 水溶液中不能出现O2-。,【题组过关】 1.(2015天津高考)锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换 膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是( ) A.铜电极上发生氧化反应 B.电池工作一段时间后，甲池的 减小 C.电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加 D.阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动， 保持溶液中电荷平衡,【解析】选C。由锌铜原电池原理可知，锌电极为负极，失电子，发 生氧化反应，铜电极为正极，得电子，发生还原反应，A项错误；阳 离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中 不变，B项错 误；电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换膜进入乙池，乙池中 Cu2+2e-=Cu，其溶液中的离子转换为Cu2+Zn2+，摩尔质量 M(Cu2+)M(Zn2+)，乙池溶液的总质量增加，C项正确；阳离子交换膜 只允许阳离子和水分子通过，电解过程中Zn2+由甲池通过阳离子交换 膜进入乙池保持溶液的电荷平衡，阴离子并不通过交换膜，D项错 误。,2.(2014大纲版全国卷)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展 起来的一种金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的 是( ) A.放电时正极反应为NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH- B.电池的电解液可为KOH溶液 C.充电时负极反应为MH+OH-=H2O+M+e- D.MH是一类储氢材料，其氢密度越大，电池的能量 密度越高,【解析】选C。首先确定该电池放电时的总反应为MH+NiOOH=M+Ni(OH)2，设储氢材料MH中M、H均为0价，MH作负极材料，而NiOOH作正极材料，正极反应式为NiOOH+H2O+e-=Ni(OH)2+OH-， 负极反应式为MH+OH-e-=H2O+M(充电时负极反应为其逆反应)，则A 项正确，C项错误；电池的电解液可为碱性溶液(KOH溶液)，不能为酸 性溶液(会与NiOOH反应)，B项正确；MH中氢密度越大，放电时放出的 电量越多，其电池的能量密度越高，D项正确。,【加固训练】1.(2015北京西城区二模)电化学气敏传感器可用于 监测环境中NH3的含量，其工作原理示意图如下。下列说法不正确的 是( ) A.O2在b电极上发生还原反应 B.溶液中OH-向a电极移动 C.反应消耗的NH3与O2的物质的量之比为45 D.负极的电极反应式为2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O,【解析】选C。左边NH3转化为N2，失电子，a为负极、b为正极。氧气 在b极发生还原反应，A正确；溶液中阳离子向正极迁移、阴离子向负 极迁移，B正确；NH3失去3个e-生成N2，O2得到4个电子生成OH-，根据 电子转移相等知消耗的NH3与O2物质的量之比为43，C错误；负极上 NH3失电子生成N2，根据电荷守恒、质量守恒配平，D正确。,2.(2015池州一模)如图所示是氢氧燃料电池的基本结构，将电极 a、b分别与负载连接后，电池就能正常工作。下列有关该燃料电池 工作时的叙述中，不正确的是( ) A.a电极一定是负极 B.若x是H+，则H+将从a电极通过离子 交换膜移向b电极 C.若x是O2-，则生成的水将从d口流出 D.溶液中的电流方向是从b流向a,【解析】选D。氢氧燃料电池是以H2和O2反应生成水为基础的，反应中H2发生氧化反应，O2发生还原反应，从题中图示可知a电极为电源的负极，b电极为正极，A项正确；原电池中阳离子(H+)移向正极，B项正确；阴离子移向负极，即向a电极移动与负极产生的H+反应生成水，C项正确；溶液中电流从a流向b，D项错误。,考点二 电解原理 【典例2】(1)2015山东高考29(1)利用LiOH和钴氧化物可制备 锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理 钴渣获得。 利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶 液。B极区电解液为_溶液(填化学式)，阳极电极反应式为 _，电解过程中Li+向_电极迁移 (填“A”或“B”)。,(2)2015北京高考27(4)利用如图所示装置从海水中提取CO2， 有利于减少环境温室气体含量。 结合方程式简述提取CO2的原理：_。 用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。处理 至合格的方法是_。,【破题关键】(1)根据电极产物及电解质溶液来判断电极A、 电极B分别为阳极、阴极。 (2)阳离子(交换)膜只允许阳离子通过。 (3)与电源正极相连的是阳极，阳极发生氧化反应。,【解析】(1)B极区产生H2，同时生成LiOH，则B极区电解液为LiOH溶 液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极 上Cl-失去电子，则阳极电极反应式为2Cl-2e-=Cl2；根据电流 方向，电解过程中Li+向B电极迁移。,(2)a室是阳极室，发生氧化反应：2H2O-4e-=O2+4H+，出去的 海水pH6，显酸性，表明反应后溶液由碱性变为酸性，a室中的H+通 过阳离子交换膜进入b室，发生反应： +H+=CO2+H2O。 c室是阴极室，发生还原反应：2H2O+2e-=2OH-+H2，即c室生成 碱，然后用碱液将从b室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH。,答案：(1)LiOH 2Cl-2e-=Cl2 B (2)a室发生的反应：2H2O-4e-=O2+4H+，H+通过阳离子交换膜 从a室进入b室，发生反应： +H+=CO2+H2O c室发生的反应：2H2O+2e-=2OH-+H2，用c室排出的碱液将从b 室排出的酸性海水调至接近装置入口海水的pH,【思维建模】 (1)有关电解池的分析思路。,(2)电解池中电极反应式的书写步骤。,【题组过关】 1.(2015四川高考)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN- 时，控制溶液pH为910，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,【解析】选D。A选项石墨作阳极，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；D选项pH为 910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-。,2.(2015安阳二模)甲醇(CH3OH)是一种有毒物质，检测甲醇含量的 测试仪工作原理示意图如下。下列说法正确的是( ) A.该装置将电能转化为化学能 B. a电极发生的电极反应为CH3OH-6e-+H2O=CO2+6H+ C.当电路中有1 mol电子转移时，正极区n(H+)增加1 mol D.将酸性电解质溶液改为碱性电解质溶液该测试仪不可能产生电流,【解析】选B。该装置为原电池，是将化学能转化为电能的装置，故A 错误；a电极是负极，发生的电极反应为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+， 故B正确；正极的电极反应是O2+4H+4e-=2H2O，当电路中有1 mol电 子转移时，正极区n(H+)减少1 mol，故C错误；将酸性电解质溶液改为 碱性电解质溶液，该测试仪还是原电池，同样可以产生电流，故D错 误。,【加固训练】1.(2015临沂一模)若图1是在金属锌板上贴上一张用某溶液浸湿的滤纸，图2是NaBH4/H2O2燃料电池，则下列说法中正确的是( ),A.图2电池在放电过程中，正极区的电极反应为 -8e-+8OH-= +6H2O B.若用稀硫酸浸湿滤纸并用导线将a、b相连，则有电子从b极流出通 过导线流向a极 C.若用硫酸钠和紫色石蕊的混合溶液浸湿滤纸并用导线将a、b相连， 则可看到铅笔芯C点处浸有紫色石蕊的滤纸变蓝，此处发生电极反应 为O2+2H2O+4e-=4OH- D.若用KI-淀粉溶液浸湿滤纸，同时用导线将a、b分别与A、B电极相 连，若看到铅笔芯C点处出现变蓝现象，则b极连接的是燃料电池的A 极,【解析】选C。 失去电子，是负极反应式，A错误；锌与稀硫酸反 应，图1装置相当于原电池，a与负极相连，b与正极相连，电子从a极 流出，通过导线流向b极，B错误；导线直接将a、b相连，构成原电 池，发生吸氧腐蚀，C处石蕊变蓝色，说明生成了OH-，C正确；C点 变蓝，发生反应2I-+2e-=I2，为阳极反应，则b接电源的正极B 极，D错误。,2.(2014广东高考)某同学组装了如图所示的电化学装置。电极为 Al，其他电极均为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：Cu2+2e-=Cu,【解析】选A。电极是原电池的负极，电极是原电池的正极，电 极是电解池的阳极，电极是电解池的阴极，故电流方向：电极 电极，A正确；电极发生氧化反应，B错误；电极是原 电池的正极，发生还原反应，有单质铜析出，C错误；电极是电解 池的阳极，发生氧化反应，电极反应为Cu-2e-=Cu2+，D错误。,考点三 电化学计算 【典例3】2014重庆高考T11(4)一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。,(1)导线中电子转移方向为_。(用A、D表示) (2)生成目标产物的电极反应式为_。 (3)该储氢装置的电流效率=_。 (= 100%，计算结果保留小数点后1位),【破题关键】 (1)根据左侧由苯生成环己烷的反应是还原反应，判断电源的正负极。 (2)由右侧生成2.8 mol气体计算电解过程中转移的电子数。 (3)根据电流效率的定义，需计算生成目标产物消耗的电子数和转移 的电子总数。,【解析】(1)根据题干图示苯环己烷知发生还原反应，则D是阴极， 电子转移方向为AD；(2)苯得到电子生成环己烷是目标产物(储 氢)，反应为C6H6+6H+6e-=C6H12；(3)阳极生成2.8 mol气体应该是 氧气，转移电子2.8 mol4=11.2 mol，设阴极消耗苯的物质的量为 xmol，转移电子6xmol，生成环己烷xmol，根据得失电子相等，阴极 还生成氢气(11.2-6x)2 mol，(2.4-x)/10+(11.2-6x)2=0.1，x=1.2，因此储氢装置的电流效率=(6x/11.2)100%=64.3%。 答案：(1)AD (2)C6H6+6H+6e-=C6H12 (3)64.3%,【方法归纳】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： 常见微粒间的计量关系式为4e-4H+4OH-4Cl-4Ag+2Cu2+ 2H2O22Cl24Ag2Cu。,【题组过关】 1.(2015武汉一模)生物燃料电池是以有机物为燃料，直接或间接利 用酶作为催化剂的一类特殊的燃料电池，其能量转化效率高，是一种 真正意义上的绿色电池，其工作原理如图所示。下列有关说法正确的 是( ),A.O2在C2电极上得电子，被氧化 B.电子由C2极经外电路流向C1极 C.每转移6 mol电子，理论上生成22.4 L CO2 D.C1极的电极反应式为C2H5OH+3H2O-12e-=2CO2+12H+ 【解析】选D。A项，O2在C2电极上得电子，被还原；B项，电子由负 极(C1极)经外电路流向正极(C2极)；C项，根据负极上 每转移6 mol电子，理论上生成标准状况下22.4 L CO2；D项，C1极上 乙醇发生氧化反应，生成CO2。,2.(2014上海高考)如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl 溶液的U形管中。下列分析正确的是( ) A.K1闭合，铁棒上发生的反应为2H+2e-=H2 B.K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高 C.K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲 阳极的阴极保护法 D.K2闭合，电路中通过0.002NA个电子时， 两极共产生0.001 mol气体,【解析】选B。K1闭合形成原电池，铁作负极，失电子被腐蚀，石墨电极是正极，氧气得电子变为OH-，pH逐渐升高，A错误、B正确；K2闭合，铁棒作阴极被保护，不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，C错误；K2闭合形成电解池，两极分别产生氯气和氢气，电路中通过0.002NA个电子时，每极上产生0.001 mol气体，共0.002 mol气体，D错误。,【加固训练】1.(2015金华一模)用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将 所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH同时得到某种副产物， 其原理如图所示(电极材料为石墨)。下列说法不正确的是( ),A.b电极上的主反应是 -2e-+H2O= +2H+ B.若D是混合气体，则可能含有SO2、O2等成分 C.a电极发生还原反应，当有1 mol Na+通过阳离子交换膜时， a极生成11.2 L气体 D.A溶液是稀NaOH溶液，作用是增强溶液的导电性；C是较浓 的硫酸溶液,【解析】选C。电解池中的阴离子移向阳极，根据题图中的 流向 右边知b是阳极，阳极发生氧化反应，A正确；生成硫酸，硫酸浓度增 大，故C是较浓的硫酸溶液，阴极是水发生还原反应生成氢气，氢氧 化钠不参加反应，D正确；若D是混合气体，则可能含有SO2、O2等成 分，其中SO2来自 与酸反应，氧气来自阳极产物，B正确；没有给 出气体所处的外界条件，不能根据体积求算物质的量，C错误。,2.(2015石家庄一模)某小组用下图装置进行实验，下列说法正确的 是( ) A.盐桥中的电解质可以用KCl B.闭合K，外电路电流方向为Fe电极石墨电极 C.闭合K，石墨电极上只生成铜 D.导线中流过0.15 mol电子时，加入5.55 g Cu2(OH)2CO3，CuSO4溶液 可恢复原组成,【解析】选D。由于KCl能和AgNO3产生沉淀，因此盐桥中的电解质不 能用KCl，故A错误；闭合K，铁比银活泼为负极，与铁相连的石墨为 阴极，所以外电路电流方向为石墨电极Fe电极，故B错误；闭合K， 与铁相连的石墨为阴极，发生还原反应首先Cu2+2e-=Cu，析出 Cu，后发生2H+2e-=H2，放出氢气，故C错误；CuSO4溶液中 n(Cu2+)=0.05 mol，完全消耗时转移电子数为0.1 mol，导线中流过 0.15 mol电子说明水也参与了电解，电解CuSO4的总反应 2Cu2+2H2O=2Cu+O2+4H+，溶液中减少的是2Cu和O2(相当于 2CuO)，需要补充0.05 mol CuO，电解水的总反应2H2O=2H2+O2，,转移电子数为0.05 mol，因此消耗0.025 mol 的H2O，Cu2(OH)2CO3可写为2CuOH2OCO2，所以加入0.025 mol即0.025 mol222 gmol-1=5.55 g Cu2(OH)2CO3，CuSO4溶液可恢复原组成，故D正确。,考点四 电化学原理的应用 【典例4】(1)2014福建高考T24(1)铁及其化合物与生产、生活关系密切。 下图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。,该电化腐蚀称为_。 图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是_(填字母)。,(2)2014广东高考T 32(5)石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成如下防腐示意图，并作相应标注。,【破题关键】 (1)腐蚀最严重的区域是“负极区”，生锈最严重的区域是“正极区”，也就是氧气浓度最大的区域。 (2)若将石墨与铜件直接相连，形成原电池，则铜作负极被氧化，故只能采用电解的方法保护。,【解析】(1)根据实验室研究海水(中性环境或偏碱性环境)对铁闸不 同部位腐蚀情况的剖面示意图，可以确定发生的为铁的吸氧腐蚀；而 生成铁锈最多的是海水中氧气浓度最大的地方(二价铁离子被氧化为 三价铁离子)，因此符合的区域为B区域。 (2)防腐示意图为,答案：(1)吸氧腐蚀 B (2),【方法归纳】 (1)金属腐蚀快慢的判断方法。 根据构成原电池的材料判断。 两极材料的活泼性相差越大，氧化还原反应的速率越快，金属被腐蚀 的速率就越快。 根据金属所接触的电解质强弱判断。 活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强 电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。,一般来说金属的腐蚀快慢顺序为电解池的阳极原电池的负极化学腐蚀原电池的正极电解池的阴极。 对同一种电解质溶液来说，电解质溶液的浓度越大，腐蚀越快。 (2)防腐效果的比较。 外接电源的阴极保护法牺牲阳极的阴极保护法一般保护层防护法未加措施防护。,【题组过关】 1.将NaCl溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a)已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴之下氧气含量比边缘少。下列说法正确的是( ),A.液滴中的Cl由(a)区向(b)区迁移 B.液滴边缘是正极区，发生的电极反应为O2+2H2O+4e-=4OH- C.液滴下的Fe因发生还原反应而被腐蚀，生成的Fe2+由(a)区向(b)区 迁移，与(b)区的OH形成Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D.若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，则负 极发生的电极反应为Cu-2e-=Cu2+,【解析】选B。液滴边缘O2多，发生正极反应O2+2H2O+4e-=4OH-。 液滴下的Fe发生负极反应：Fe-2e-=Fe2+，为腐蚀区(a)。Cl-由(b) 区向(a)区迁移，A错误，B正确；液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐 蚀，C错误；Cu不如Fe活泼，作正极，负极反应为Fe-2e-Fe2+，D错 误。,2.(2014安徽高考)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐 蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部， 塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。,(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：,(2)编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中 压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了_腐蚀，请在 图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发 生了_(填“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是 _。,(3)该小组对图2中0t1时压强变大的原因提出了如下假设， 请你完成假设二： 假设一：发生析氢腐蚀产生了气体； 假设二：_； ,(4)为验证假设一，某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验方案验证假设一，写出实验步骤和结论。,【解析】(1)实验是探究醋酸浓度的影响，因此醋酸浓度不同，其 他条件相同，即铁粉的质量为2.0 g，实验是探究碳粉的量对反应 的影响。 (2)t2时压强减小，则是发生了吸氧腐蚀，碳是正极，发生还原反 应：O2+4e-+2H2O=4OH-或4H+O2+4e-=2H2O，电子流向是铁 碳： 。,(3)压强变大可能是产生了气体、温度升高等，因此假设二是反应放热。 (4)假设一的验证有多种方法，如测量瓶内的压强增大或点燃气体，并在火焰上方罩一个干而冷的烧杯，观察到火焰呈蓝色，烧杯内壁有小水珠出现则证明气体为氢气。 药品用量和操作同编号实验(多孔橡皮塞增加进、出导管)； 通入氩气排尽装置中的空气； 滴入醋酸，同时测量瓶内的压强变化，如果瓶内压强增大，则假设一成立，否则不成立。(答案合理即可),答案：(1)2.0 碳粉含量的影响 (2)吸氧 还原 O2+4e-+2H2O=4OH-(或4H+O2+4e-=2H2O) (3)反应放热，温度升高，体积膨胀 (4)药品用量和操作同编号实验(多孔橡皮塞增加进、出导管)； 通入氩气排净瓶内空气； 滴入醋酸溶液，同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化， 检验Fe2+等)。,【加固训练】1.铁生锈是一种常见的自然现象，其主要的化学反应 方程式为4Fe+3O2+Xh2o=2Fe2O3xH2O。下图为一放在水槽中的铁 架，水位高度如图。最容易生锈的铁架横杆是( ) A. B. C. D.,【解析】选C。处铁生锈属于吸氧腐蚀。处没有和电解质溶液接 触，不能构成原电池，锈腐速率较慢；处已与电解质溶液接 触，但处含O2较少，所以处腐蚀最快。,2.(2015邯郸一模)对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿 命。 (1)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极 电极反应式为_。 (2)镀铜可防止铁制品腐蚀，电镀时用铜而不用石墨作阳极的原因是 _。 在此过程中，两个电极上质量的变化值：阴极_阳极(填 “”“”或“=”)。,(3)利用下图所示的装置，可以模拟铁的电化学防护。若X为碳棒， 为减缓铁的腐蚀，开关K应置于_(填“M”或“N”)处。若X 为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为_。,【解析】(1)阳极铝被氧化成Al2O3，反应过程中有水参加，故电极反 应式为2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+。 (2)电镀时，为保证阴极上只有铜析出，就要确保电镀过程中溶液中 有足够多的Cu2+，因此阳极就需要不断地溶解铜，以补充电镀液中的 Cu2+。 (3)铁被保护，可以作原电池的正极或电解池的阴极。故若X为碳棒， 开关K应置于N处，Fe作阴极受到保护；若X为锌，开关K置于M处，铁 作正极，这种电化学防护法称为牺牲阳极的阴极保护法。,答案：(1)2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+ (2)能向电镀液中不断补充Cu2+，使电镀液中的Cu2+浓度保持恒定 = (3)N 牺牲阳极的阴极保护法,新型化学电源 【典题示例】(2015江苏高考T10)一种熔融碳酸盐燃料电池 原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是 ( ),D,A反应CH4H2O 3H2CO， 每消耗1 mol CH4转移12 mol 电子 B电极A上H2参与的电极反应为 H22OH-2e-=2H2O C电池工作时， 向电极B移动 D电极B上发生的电极反应为 O22CO24e-= ,【审题指导】抽丝剥茧 溯本求源,【类题通法】 1.审题： 明确新型原电池的电解质环境和需要解答的问题。 2.析题正确解题的关键： 分析已知条件和目标问题之间的关系，还有哪些中间条件需要推断。 解答原电池题目应明确以下问题： (1)电池类型：可充电电池首先明确放电方向是原电池，充电方向是电解池。 (2)电极名称：放电时是电池，为正极、负极；充电时为电解池，为阳极、阴极。,(3)电极材料和电极反应：电极反应物、电极产物及其状态，电极材料是否参与电极反应；电子或电流的流动方向，离子的移动方向。 (4)电解质溶液：电解质溶液是否参与电池反应；电解质溶液是否与电极产物反应。 (5)反应式：电极反应式和电池总反应式。 (6)反应的量的关系：电极质量的变化、电极产物的量、转移电子的量。,3.解题正确解题的步骤： 该过程实际上就是写出析题过程的结论。2中所列的问题可能是已知 的，也可能是未知的，也可能是所求问题，要根据具体情况进行分 析。结合原电池原理和电子守恒求出结果。 4.检查正确解题的保证： 最后要对照试题进行认真的检查核对，避免失误。,【即时训练】 1.(2015宿迁一模)某种新型质子交换膜二甲醚燃料电池的工作 原理如图所示，该电池具有较高的安全性，电池总反应式为CH3OCH3+3O22CO2+3H2O。下列说法不正确的是( ),A.a极为电池的负极 B.电池工作时电流由b极沿导线经灯泡到a极 C.电池正极的电极反应式为4H+O2+4e-=2H2O D.电池工作时，1 mol二甲醚被氧化时有6 mol电子发生转移,【解析】选D。由电池总反应式可知，二甲醚发生氧化反应， 为负极反应物，氧气发生还原反应，为正极反应物，所以a 为负极，b为正极，A项正确；工作时，电子由a极沿导线经 灯泡到b极，电流则由b极沿导线经灯泡到a极，B项正确；负 极反应式为CH3OCH3-12e-+3H2O=2CO2+12H+，正极反应式为 4H+O2+4e-=2H2O，C项正确；电池工作时，1 mol二甲醚被 氧化的同时有12 mol电子发生转移，D项不正确。,2.(2015福州一模)磷酸燃料电池是目前较为成熟的燃料电池， 其基本组成和反应原理如下：,下列说法不正确的是( ) A.在改质器中主要发生的反应为CxHy+xH2O xCO+(x+ )H2 B.移位反应器中CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H0。 温度越高，CO转化率越大 C.负极排出的气体主要是CO2 D.该电池正极的电极反应为O2+4H+4e-=2H2O,【解析】选B。由题图可知，CxHy和H2O通过改质器后，生成CO和H2， A正确；根据移位反应器中CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g) H0 知，该反应是放热反应，升高温度，抑制一氧化碳的转化，故B错 误；燃料电池中，负极上燃料失去电子发生氧化反应，二氧化碳是 废气，所以排出的气体是二氧化碳，故C正确；燃料电池中，正极 上氧化剂得电子和氢离子反应生成水，电极反应式为 O2+4H+4e-=2H2O，故D正确。,【加固训练】Harbermann等设计出利用Desulfovibrio desulfurcan 菌种生成的硫化物作为介体的微生物燃料电池，电池内部有质子通 过，该系统不经任何维护可连续运行5年。该电池的负极反应式为 S2-+4H2O-8e-= +8H+。有关该电池的下列说法中正确的是( ) A.若有1.12 L氧气参与反应，则有0.2 mol电子发生转移 B.质子由正极移向负极 C.该电池的总反应为S2-+2O2= D.正极的电极反应为2O2+8e-+4H2O=8OH-,【解析】选C。A项没有注明标准状况，错误；质子应由负极移向正 极，B错误；正极的电极反应式为2O2+8H+8e-=4H2O，D错误。,
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