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第6题 新型电源、电解应用与金属腐蚀
复习建议：1课时(题型突破＋习题共1课时；以训练为主)
考向1 新型化学电源
1.2023年2月首条氢氧燃料电池公交示范线即将在广州公交集团投入运营，这标志着广州公交迈入氢能产业新时代，参看某种氢燃料电池原理图，下列说法不正确的是( )
A.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
B.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
C.氢燃料电池能量转换率比氢气直接燃烧高
D.氢燃料电池工作时，发出淡蓝色火焰
答案 D
解析 氢氧燃料电池的生成物是水，能量利用率高，而且不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内，所以选项A、B、C都是正确的；在燃料电池中氢气失去电子，并不和氧化剂直接接触，因此不会产生淡蓝色火焰，D不正确，答案选D。
2.(2023·重庆市第十一中学高三9月月考6)液流式铅蓄电池以可溶性的甲基磺酸铅[(CH3SO3)2Pb]代替硫酸作为电解质溶液，该电池充放电的总反应为2Pb2＋＋2H2OPb＋PbO2＋4H＋，下列说法正确的是( )
A.该电池放电时，两极质量均增加
B.放电时，正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
C.充电时，溶液中Pb2＋向阳极移动
D.充电时，阳极周围溶液的pH增大
答案 B
解析 A.电池放电时，负极反应式为Pb－2e－===Pb2＋，正极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，该电池放电时，两极质量均减少，故A错误；B.正极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，故B正确；C.充电时，溶液中Pb2＋向阴极移动，故C错误；D.充电时为电解池，阳极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋，pH减小，故D错误。故选B。
3． Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li
－O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
答案 C
解析 充电时光照光催化电极产生电子和空穴，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)，则充电时总反应为Li2O2===2Li＋O2，A正确；充电时，光照光催化电极产生电子和空穴，阴极反应与电子有关，阳极反应与空穴有关，故充电效率与光照产生的电子和空穴量有关，B正确；放电时，金属Li电极为负极，光催化电极为正极，Li＋从负极穿过离子交换膜向正极迁移，C错误；放电时总反应为2Li＋O2===Li2O2，则正极反应为O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2，D正确。
4．科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电
时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
答案 D
解析 由题给装置图可知，放电时负极锌失去电子后结合OH－生成Zn(OH)，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，A项正确；放电时，正极上CO2得电子生成HCOOH，CO2中C的化合价为＋4，HCOOH中C的化合价为＋2，1 mol CO2转化为1 mol HCOOH，转移2 mol电子，B项正确；充电时阴极上Zn(OH)参与反应得到锌，阳极上H2O参与反应得到氧气，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C项正确；充电时，阳极上发生失电子的氧化反应：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，氢氧根离子浓度降低，D项错误。
1.构建两大模型
(1)原电池基础模型
(2)可逆电池解题模型
关系图示
解题模型 例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。
2.抓住一个重点——原电池电极方程式的书写
(1)燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)
质子交换膜(酸性) H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－＋4H＋===2H2O
负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
正极 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
固态氧化物燃料电池 O2－ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－===2O2－
负极 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
(2)充电(可逆)电池
镍电池 (传统) 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极 NiO2＋2e－＋2H2O=== Ni(OH)2＋2OH－
负极 Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
阳极 Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O
阴极 Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
锂离子 电池 (新型) 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正极 Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
负极 LixC6－xe－===xLi＋＋C6
阳极 LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
阴极 xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
考向2 电解原理在工农业生产中的应用
1．乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下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HO—OH＋2H＋＋2e－―→
HO—H＋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
答案 D
解析 由题图可知，在铅电极乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程，发生还原反应，则铅电极是电解装置的阴极，石墨电极发生氧化反应，反应为2Br－－2e－===Br2，是电解装置的阳极。由上述分析可知，Br－起到还原剂的作用，A错误；阳极上的反应式为2Br－－2e－===Br2，B错误；制得2 mol乙醛酸，实际上是左、右两侧各制得1 mol乙醛酸，共转移2 mol电子，故理论上外电路中迁移的电子为2 mol，C错误；电解装置中，阳离子移向阴极(即铅电极)，D正确。
2．沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这
一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
答案 D
解析 海水中存在大量的Cl－，在阳极Cl－放电生成Cl2，A叙述正确；阴极H2O放电生成H2和OH－，OH－与Cl2反应生成ClO－，因此管道中存在一定量的NaClO，B叙述正确；因为H2为可燃性气体，所以阴极生成的H2应及时通风稀释，安全地排入大气，C叙述正确；阴极产生OH－，因此会在阴极表面形成Mg(OH)2等积垢，需定期清理以保持良好的导电性，D叙述错误。
3.(2023·西安市长安一中第三次月考11)“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给天宫一号，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。如图为镍氢电池构造示意图(氢化物电极为储氢金属，可看做H2直接参加反应)。下列说法正确的是( )
A.充电时阴极区电解质溶液pH降低
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O
C.放电时NiOOH在电极上发生氧化反应
D.在使用过程中此电池要不断补充水
答案 B
解析 A.充电时阴极是水得到电子，生成OH－和氢气，所以溶液的pH增大，故A错误；B.阳极是失去电子的，所以充电时阳极反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，故B正确；C.放电时氢气在负极失去电子，发生氧化反应，NiOOH在正极得到电子，发生还原反应，故C错误；D.在反应中水是循环利用的，所以不需要补充水，故D错误；故选B。
4.[2023·永州市八县联考(12月)10]水系钠离子电池有成本低、寿命长、环保等诸多优势，未来有望代替锂离子电池和铅酸电池。一种水系钠离子电池放电和充电的工作原理示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A.放电时，电极N上的电势高于电极M上的电势
B.放电时，若导线中流过2 mol e，理论上有2 mol Na＋移入M电极区
C.充电时，光可以促进电子转移
D.充电时，阳极的电极反应式为3I－－2e－===I
答案 B
解析 由图中信息知，放电时，电极N为正极，I得电子变成I－，电极反应式为：I＋2e－===3I－；电极M为负极，S2－失去电子变为S，电极反应式为：4S2－－6e－===S；Na＋从M极向N极移动；充电时阳极的反应为：3I－－2e－===I；阴极反应为：S＋6e－===4S2－；光照可促进电子的转移，据此分析。A.由上述分析可知，放电时，电极N为正极，电极M为负极，电极N上的电势高于电极M上的电势，A正确；B.由分析可知，放电时，Na＋由M电极区移入N电极区，B错误；C.充电时，光可以促进I－在TiO2光电极上转移电子，C项正确；D.充电时，阳极上Ⅰ－失电子转化为I，电极反应式为3I－－2e－===I ，D项正确；答案选B。
1.两大模型
(1)电解池基础模型(惰性电极电解CuCl2溶液)
(2)多室电解池解题模型(以三室电渗析法处理Na2SO4废水为例)
关系图示
解题模型 第一步：判断电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极 第二步：根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类 第三步：根据放电顺序写出电极反应式 第四步：根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
2.抓住一个重点——电解反应方程式的书写
(1)基本电极反应式的书写
用惰性电极电解NaCl溶液 总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)
用惰性电极电解CuSO4溶液 总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
阳极 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑)
阴极 2Cu2＋＋4e－===2Cu
用惰性电极电解熔融MgCl2 总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极 Mg2＋＋2e－===Mg
(2)提取“信息”书写电极反应式
铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜 总反应：2Al＋3H2O Al2O3＋3H2↑
阳极 2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
阴极 6H＋＋6e－===3H2↑
用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4 总反应：2MnO＋2H＋2MnO＋H2↑
阳极 2MnO－2e－===2MnO
阴极 2H＋＋2e－===H2↑
有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝 阳极 Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl
阴极 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl
(3)多膜电解池方程式书写[双膜三室吸收液(吸收了烟气中的SO2)]
阳极室 HSO－2e－＋H2O===SO＋3H＋或SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋
吸收液 Na＋穿过阳膜进入阴极室(左室)；HSO和SO穿过阴膜进入阳极室(右室)
阴极室 2H2O＋4e－===2OH－＋H2↑ HSO＋OH－===SO＋H2O
产品 阳极室 较浓的硫酸； 阴极室 左室亚硫酸钠
考向3 金属的腐蚀与防护
1.(2023·广州市执信中学高三月考10)下列叙述不正确的是( )
A.珠港澳大桥桥底镶嵌锌块，锌作负极，以防大桥被腐蚀
B.精炼铜工业中，当阳极通过的电子数为2NA，阴极析出的铜为1mol
C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.金属表面覆盖保护层，保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用
答案 D
解析 A.珠港澳大桥桥底镶嵌锌块，锌比铁活泼，锌失电子作负极，铁作正极，可防止大桥被腐蚀，A叙述正确；B.精炼铜工业中，溶液中的铜离子得电子生成单质铜，当阳极通过的电子数为2NA，阴极析出的铜为1 mol，B叙述正确；C.钢铁吸氧腐蚀的正极上，氧气得电子与溶液中的水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C叙述正确；D.金属表面覆盖保护层，保护层破损后，不一定完全失去了对金属的保护作用，如镀锌铁，锌层破坏后，锌作负极，继续保护铁，D叙述错误；答案为D。
2.(2023·北京通州区高三摸底14)将一块镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列说法正确的是( )
A.电子由镀层流向铁
B.铁片凹陷深处产生了较多OH－
C.镀层的金属性比铁弱
D.对铁进行了牺牲阳极的阴极保护
答案 C
解析 A.由图可知，铁片被腐蚀，说明铁做负极，电子由铁流向镀层金属，故A不选；B.铁皮作负极，失电子产生较多的Fe2＋，即铁皮凹陷处产生较多的Fe2＋，故B不选；C.构成原电池的条件之一就是有两个活性不同的电极，由图可知，铁片被腐蚀，说明铁做负极，所以镀层金属的金属性比铁弱，故选C；D.如果镀层金属的金属性比铁强，则铁为正极，镀层为负极，则为牺牲阳极保护阴极，但本题中镀层金属的金属性比铁弱，不属于牺牲阳极阴极保护法，故D不选；答案选C。
3.(2023·广东实验中学11月月考7)研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是( )
A.用装置①模拟研究时未见a上有气泡，说明铁没有被腐蚀
B.②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀
C.③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩
D.③中锌板换成性质稳定的银或铜板也能保护桥墩不被腐蚀
答案 C
解析 A.图①是吸氧腐蚀，a极上O2被还原生成OH－，而Fe是负极发生氧化反应生成Fe2＋，Fe被腐蚀，故A项错误；B.金属作电解池的阴极被保护，而桥墩与外加电源正极相连作阳极，被氧化腐蚀，故B错误；C.Zn比Fe活泼，Zn失电子被氧化，Fe被保护，③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩，故C正确；D.Ag或Cu的活泼性没有Fe强，Fe失电子而被腐蚀，故D错误；所以选C。
4.(2023·济南市学年高三下学期3月联考5)SiH4广泛用于微电子、光电子行业，用粗硅作原料熔融盐电解法制取硅烷原理如图，下列叙述正确的是( )
A.通入H2的一极为电解池的阳极，反应式为H2－2e－===2H＋
B.电解过程中，Li＋由粗硅一极向通入H2的一极迁移
C.为增强导电性，使用粗硅
D.粗硅上反应：Si＋4H＋＋4e－===SiH4↑
答案 B
解析 熔融盐LiH中，含有Li＋和H－，所以H2应转化为H－，从而得出通入H2的电极为阴极，粗硅为阳极。A.由以上分析知，通入氢气的电极为电解池的阴极，反应式为：H2＋2e－===2H－，A错误；B.电解过程中，通入氢气的一极为阴极，带负电荷，Li＋由粗硅一极向通入H2的一极迁移，B正确；C.粗硅为电解池的阳极，使用粗硅的主要目的不是为增强导电性，是为了降低生产成本，C错误；D.粗硅上反应式为：Si＋4H－－4e－===SiH4↑，D错误；故选B。
两种防护
解题模型 首先判断防护类型 其次根据原电池原理和电解池原理分析防腐原理 结合生活实际对选项做出合理判断
1．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(如图)。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
答案 C
解析 由充电时电极a的反应可知，充电时电极a发生还原反应，所以电极a是阴极，则电极b是阳极，故A错误；放电时电极反应和充电时相反，则放电时电极a的反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，NaCl溶液的pH不变，故B错误；放电时负极反应为Na3Ti2(PO4)3－2e－===NaTi2(PO4)3＋2Na＋，正极反应为Cl2＋2e－===2Cl－，反应后Na＋和Cl－浓度都增大，则放电时NaCl溶液的浓度增大，故C正确；充电时阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，阴极反应为NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3，由得失电子守恒可知，每生成1 mol Cl2，电极a质量理论上增加23 g·mol－1×2 mol＝46 g，故D错误。
2．一种利用金属氟化物的HF溶液作电解质的氢氧燃料电池装置如图所示：
装置工作时，下列说法错误的是( )
A．化学能转变为电能
B．负极电极反应式为H2－2e－===2H＋
C．理论上消耗n(H2)∶n(O2)＝2∶1
D．正极电极反应式为O2＋4e－＋12[(HF)3F]－===16[(HF)2F]－＋2H2O
答案 B
解析 如图所示氢氧燃料电池装置是将化学能转变为电能的装置，氢气在负极通入，失去电子后与[(HF)2F]－结合生成[(HF)3F]－；电池的正极通入氧气，氧气得电子后与[(HF)3F]－释放出来的H＋结合生成水，同时[(HF)3F]－转化成[(HF)2F]－并循环参与反应。A．氢氧燃料电池是将化学能转变为电能的装置，A正确；B．负极电极反应式为H2－2e－＋8[(HF)2F]－===6[(HF)3F]－，B错误；C．根据体系内得失电子总数相等，理论上消耗n(H2)∶n(O2)＝2∶1，C正确；D．正极电极反应式为O2＋4e－＋12[(HF)3F]－===16[(HF)2F]－＋2H2O，D正确。
3．通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡
固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入
Na2CO3溶液以获得Li2CO3
答案 C
解析 由电解示意图可知，电极B上Mn2＋转化为MnO2，锰元素化合价升高，失电子，则电极B为阳极，电极A为阴极，得电子，发生还原反应，A正确；电极B上Mn2＋失电子转化为MnO2，电极反应式为2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋，B正确；电极A电极反应式为2LiMn2O4＋6e－＋16H＋===2Li＋＋4Mn2＋＋8H2O，依据得失电子守恒，电解池总反应为2LiMn2O4＋4H＋===2Li＋＋Mn2＋＋3MnO2＋2H2O，反应生成了Mn2＋，Mn2＋浓度增大，C错误；电解结束后，可通过调节溶液pH将锰离子转化为沉淀除去，然后再加入碳酸钠溶液，从而获得碳酸锂，D正确。
4．利用(QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选
择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是( )
A．a为电源负极
B．溶液中Q的物质的量保持不变
C．CO2在M极被还原
D．分离出的CO2从出口2排出
答案 C
解析 结合题图信息，M极发生由Q()转化为QH2
()的过程，从分子组成上看，该过程中是一个加氢的过程，属于还原反应，故M极为阴极，电极反应式为＋2H2O＋2e－===＋2OH－，则a极为电源负极，A项正确；N极为阳极，电极反应式为－2e－===＋2H＋，整个电解过程中溶液中Q的物质的量保持不变，B项正确；M极通入的烟气中的CO2能与OH－反应生成HCO，HCO移向阳极N极，与H＋反应生成CO2，从而实现CO2的分离，分离出的CO2从出口2排出，整个过程中CO2中各元素化合价保持不变，C项错误，D项正确。
5．如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当0．01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
答案 C
解析 根据题图，结合题意知，石墨电极Ⅱ上H2O发生氧化反应产生O2，故石墨电极Ⅱ是阳极，则b是电源的正极、a是电源的负极，A项正确；石墨电极Ⅱ上H2O放电产生O2和H＋：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，通电一段时间后，石墨电极Ⅱ附近溶液显酸性，能使石蕊显红色，B项正确；电解时，Cu2＋在石墨电极Ⅰ上放电生成Cu，左室中Cl－通过阴离子交换膜进入中间室，故CuCl2溶液的浓度减小，C项错误；由Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和阳极反应式可得Fe2O3～O2，故产生O2的体积是×0．01 mol×22．4 L·mol－1×103 mL·L－1＝336 mL，D项正确。
6．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，外自由表面为正极
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－
答案 B
解析 A．根据氧气得电子发生还原反应生成氢氧根离子，所以金属缝隙外自由表面为正极，金属缝隙内表面为负极，A正确；B．金属缝隙外自由表面为正极，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错误；C．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正确；D．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正确。
7．含可钝化金属的工业管道或反应器，由于会被内部溶液腐蚀，通过外接电源而钝化，称之为阳极保护法。下
图是某金属外接电势与电流密度的变化关系，有关说法正确的是( )
A．阳极保护法中受保护的金属外接电源的负极
B．电流密度越大，金属受保护程度越好
C．CFD区，金属受到保护
D．外接电势越高，对金属保护性越有效
答案 C
解析 A．金属通过外接电源而钝化的阳极保护法，指的是使受保护的金属作为阳极，通过外加电流使阳极钝化，腐蚀速率大幅度降低，所以，阳极保护法中受保护的金属外接电源的正极，错误；B．IM代表的是金属钝化的难易程度，即开始的时候电流密度越大，此时金属溶解，表示金属越难钝化，所以并非电流密度越大，金属受保护程度越好，错误；C．当外接电势超过EB后，金属开始钝化，从EC到ED都是金属钝化较稳定的范围，所以CFD区，金属受到保护，正确；D．外接电势超过ED后，电流密度又持续增加了，腐蚀速度又加快了，所以并非外接电势越高，对金属保护越有效，错误。
8．锌—空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时下
列说法不正确的是( )
A．多孔板的目的是增大与空气的接触面积
B．该电池的正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．该电池放电时K＋向石墨电极移动
D．外电路电子由Zn电极流向石墨电极再通过电解质溶液流回
Zn电极
答案 D
解析 A．石墨电极作为正极，多孔板可以增大与空气的接触面积，A正确；B．正极上氧气被还原，电解质显碱性，所以正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，B正确；C．石墨电极为正极，原电池中阳离子移向正极，即K＋向石墨电极移动，C正确；D．电子不能在电解质溶液中流动，D错误。
9.(2023·长沙市炎德英才第三次月考10)镓的化学性质与铝相似，电解精炼法提纯镓(Ga)的原理如图所示。已知：金属活动顺序Zn>Ga>Fe。下列说法错误的是( )
A.阳极泥的主要成分是铁和铜
B.阴极反应为Ga3＋＋3e－===Ga
C.若电压过高，阴极可能会产生H2导致电解效率下降
D.电流流向为：N极→粗Ga→NaOH(aq)→高纯Ga→M极
答案 B
解析 A.电解精炼时，粗镓作阳极，活泼的锌和镓优先失去电子被氧化溶解，杂质中的铁和铜沉积下来形成阳极泥，A正确；B.镓的化学性质与铝相似，具有两性，阳极镓失去电子在强碱性溶液中被氧化为GaO，阴极生成镓的反应为：GaO＋3e－＋2H2O===Ga＋4OH－，B错误；C.若电压过高，溶液中的氢离子可能在阴极得到电子生成氢气，从而导致电解效率下降，C正确；D.电流方向与电子流向相反，所以电流由直流电源正极，经电解池阳极、电解质溶液、阴极到直流电源负极，D正确；答案选B。
10.(2023·枣庄市高三上学期期末7)常压电化学法合成氨过程中用纳米Fe2O3做催化剂，其电解装置如图所示：熔融NaOH—KOH为电解液，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是( )
A.惰性电极Ⅱ是电解池的阴极，发生氧化反应
B.产生2.24 L O2时，内电路转移的OH－数为0.4NA
C.惰性电极Ⅰ的电极反应式为2Fe＋3H2O－6e－===Fe2O3＋6H＋
D.电解过程中OH－向惰性电极Ⅱ的方向移动
答案 D
解析 A.根据分析可知电极Ⅱ为阳极，失电子发生氧化反应，A错误；B.温度和压强未知，无法确定2.24 L O2的物质的量，则无法确定转移电子数，B错误；C.根据分析可知惰性电极Ⅰ上Fe2O3被还原生成Fe，电极反应式为Fe2O3＋3H2O＋6e－===2Fe＋6OH－，C错误；D.电解池中阴离子向阳极移动，即向惰性电极Ⅱ的方向移动，D正确；综上所述答案为D。
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第6题 新型电源、电解应用与金属腐蚀
复习建议：1课时(题型突破＋习题共1课时；以训练为主)
考向1 新型化学电源
1.2023年2月首条氢氧燃料电池公交示范线即将在广州公交集团投入运营，这标志着广州公交迈入氢能产业新时代，参看某种氢燃料电池原理图，下列说法不正确的是( )
A.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源
B.氢氧燃料电池是一种不需要将还原剂和氧化剂全部储藏在电池内的新型发电装置
C.氢燃料电池能量转换率比氢气直接燃烧高
D.氢燃料电池工作时，发出淡蓝色火焰
2.(2023·重庆市第十一中学高三9月月考6)液流式铅蓄电池以可溶性的甲基磺酸铅[(CH3SO3)2Pb]代替硫酸作为电解质溶液，该电池充放电的总反应为2Pb2＋＋2H2OPb＋PbO2＋4H＋，下列说法正确的是( )
A.该电池放电时，两极质量均增加
B.放电时，正极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
C.充电时，溶液中Pb2＋向阳极移动
D.充电时，阳极周围溶液的pH增大
3． Li－O2电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近年来，科学家研究了一种光照充电Li
－O2电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应为Li2O2===2Li＋O2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应：O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
4．科学家近年发明了一种新型Zn－CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电
时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
1.构建两大模型
(1)原电池基础模型
(2)可逆电池解题模型
关系图示
解题模型 例：xMg＋Mo3S4MgxMo3S4。
2.抓住一个重点——原电池电极方程式的书写
(1)燃料电池(以CH3OH燃料电池为例，体会不同介质对电极反应的影响)
质子交换膜(酸性) H＋ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－＋4H＋===2H2O
负极 CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
碱性燃料电池 OH－ 总反应：2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O
正极 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
负极 CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
固态氧化物燃料电池 O2－ 总反应：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O
正极 O2＋4e－===2O2－
负极 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
(2)充电(可逆)电池
镍电池 (传统) 总反应：NiO2＋Fe＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2
正极 NiO2＋2e－＋2H2O=== Ni(OH)2＋2OH－
负极 Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2
阳极 Ni(OH)2＋2OH－－2e－===NiO2＋2H2O
阴极 Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－
锂离子 电池 (新型) 总反应：Li1－xCoO2＋LixC6LiCoO2＋C6(x<1)
正极 Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
负极 LixC6－xe－===xLi＋＋C6
阳极 LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
阴极 xLi＋＋xe－＋C6===LixC6
考向2 电解原理在工农业生产中的应用
1．乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如下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HO—OH＋2H＋＋2e－―→
HO—H＋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
2．沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这
一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是( )
A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气
D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理
3.(2023·西安市长安一中第三次月考11)“天宫一号”飞行器在太空工作期间必须有源源不断的电源供应。其供电原理是：白天太阳能帆板发电，将一部分电量直接供给天宫一号，另一部分电量储存在镍氢电池里，供黑夜时使用。如图为镍氢电池构造示意图(氢化物电极为储氢金属，可看做H2直接参加反应)。下列说法正确的是( )
A.充电时阴极区电解质溶液pH降低
B.充电时阳极反应为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O
C.放电时NiOOH在电极上发生氧化反应
D.在使用过程中此电池要不断补充水
4.[2023·永州市八县联考(12月)10]水系钠离子电池有成本低、寿命长、环保等诸多优势，未来有望代替锂离子电池和铅酸电池。一种水系钠离子电池放电和充电的工作原理示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A.放电时，电极N上的电势高于电极M上的电势
B.放电时，若导线中流过2 mol e，理论上有2 mol Na＋移入M电极区
C.充电时，光可以促进电子转移
D.充电时，阳极的电极反应式为3I－－2e－===I
1.两大模型
(1)电解池基础模型(惰性电极电解CuCl2溶液)
(2)多室电解池解题模型(以三室电渗析法处理Na2SO4废水为例)
关系图示
解题模型 第一步：判断电极有外接电源→电解池；n→阳极，m→阴极 第二步：根据电极判断离子的移动方向和交换膜的种类 第三步：根据放电顺序写出电极反应式 第四步：根据电极反应式和离子移动方向确定电极反应物
2.抓住一个重点——电解反应方程式的书写
(1)基本电极反应式的书写
用惰性电极电解NaCl溶液 总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(或2H＋＋2e－===H2↑)
用惰性电极电解CuSO4溶液 总反应：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4
阳极 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋(或4OH－－4e－===2H2O＋O2↑)
阴极 2Cu2＋＋4e－===2Cu
用惰性电极电解熔融MgCl2 总反应：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
阳极 2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极 Mg2＋＋2e－===Mg
(2)提取“信息”书写电极反应式
铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜 总反应：2Al＋3H2O Al2O3＋3H2↑
阳极 2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
阴极 6H＋＋6e－===3H2↑
用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4 总反应：2MnO＋2H＋2MnO＋H2↑
阳极 2MnO－2e－===2MnO
阴极 2H＋＋2e－===H2↑
有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝 阳极 Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl
阴极 4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl
(3)多膜电解池方程式书写[双膜三室吸收液(吸收了烟气中的SO2)]
阳极室 HSO－2e－＋H2O===SO＋3H＋或SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋
吸收液 Na＋穿过阳膜进入阴极室(左室)；HSO和SO穿过阴膜进入阳极室(右室)
阴极室 2H2O＋4e－===2OH－＋H2↑ HSO＋OH－===SO＋H2O
产品 阳极室 较浓的硫酸； 阴极室 左室亚硫酸钠
考向3 金属的腐蚀与防护
1.(2023·广州市执信中学高三月考10)下列叙述不正确的是( )
A.珠港澳大桥桥底镶嵌锌块，锌作负极，以防大桥被腐蚀
B.精炼铜工业中，当阳极通过的电子数为2NA，阴极析出的铜为1mol
C.钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D.金属表面覆盖保护层，保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用
2.(2023·北京通州区高三摸底14)将一块镀层破损的铁片置于海边潮湿环境中，一段时间后铁片如图所示。下列说法正确的是( )
A.电子由镀层流向铁
B.铁片凹陷深处产生了较多OH－
C.镀层的金属性比铁弱
D.对铁进行了牺牲阳极的阴极保护
3.(2023·广东实验中学11月月考7)研究金属桥墩腐蚀及防护是跨海建桥的重要课题。下列有关判断中正确的是( )
A.用装置①模拟研究时未见a上有气泡，说明铁没有被腐蚀
B.②中桥墩与外加电源正极连接能确保桥墩不被腐蚀
C.③中采用了牺牲阳极的阴极保护法保护桥墩
D.③中锌板换成性质稳定的银或铜板也能保护桥墩不被腐蚀
4.(2023·济南市学年高三下学期3月联考5)SiH4广泛用于微电子、光电子行业，用粗硅作原料熔融盐电解法制取硅烷原理如图，下列叙述正确的是( )
A.通入H2的一极为电解池的阳极，反应式为H2－2e－===2H＋
B.电解过程中，Li＋由粗硅一极向通入H2的一极迁移
C.为增强导电性，使用粗硅
D.粗硅上反应：Si＋4H＋＋4e－===SiH4↑
两种防护
解题模型 首先判断防护类型 其次根据原电池原理和电解池原理分析防腐原理 结合生活实际对选项做出合理判断
1．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(如图)。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
2．一种利用金属氟化物的HF溶液作电解质的氢氧燃料电池装置如图所示：
装置工作时，下列说法错误的是( )
A．化学能转变为电能
B．负极电极反应式为H2－2e－===2H＋
C．理论上消耗n(H2)∶n(O2)＝2∶1
D．正极电极反应式为O2＋4e－＋12[(HF)3F]－===16[(HF)2F]－＋2H2O
3．通过电解废旧锂电池中的LiMn2O4可获得难溶性的Li2CO3和MnO2，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡
固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2H2O＋Mn2＋－2e－===MnO2＋4H＋
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入
Na2CO3溶液以获得Li2CO3
4．利用(QH2)电解转化法从烟气中分离CO2的原理如图。已知气体可选
择性通过膜电极，溶液不能通过。下列说法错误的是( )
A．a为电源负极
B．溶液中Q的物质的量保持不变
C．CO2在M极被还原
D．分离出的CO2从出口2排出
5．如下所示电解装置中，通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐渐溶解，下列判断错误的是( )
A．a是电源的负极
B．通电一段时间后，向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出现红色
C．随着电解的进行，CuCl2溶液浓度变大
D．当0．01 mol Fe2O3完全溶解时，至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)
6．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，外自由表面为正极
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－
7．含可钝化金属的工业管道或反应器，由于会被内部溶液腐蚀，通过外接电源而钝化，称之为阳极保护法。下图是某金属外接电势与电流密度的变化关系，有关说法正确的是( )
A．阳极保护法中受保护的金属外接电源的负极
B．电流密度越大，金属受保护程度越好
C．CFD区，金属受到保护
D．外接电势越高，对金属保护性越有效
8．锌—空气电池(原理如图)适宜用作城市电动车的动力电源，该电池放电时Zn转化为ZnO。该电池工作时下
列说法不正确的是( )
A．多孔板的目的是增大与空气的接触面积
B．该电池的正极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
C．该电池放电时K＋向石墨电极移动
D．外电路电子由Zn电极流向石墨电极再通过电解质溶液流回
Zn电极
9.(2023·长沙市炎德英才第三次月考10)镓的化学性质与铝相似，电解精炼法提纯镓(Ga)的原理如图所示。已知：金属活动顺序Zn>Ga>Fe。下列说法错误的是( )
A.阳极泥的主要成分是铁和铜
B.阴极反应为Ga3＋＋3e－===Ga
C.若电压过高，阴极可能会产生H2导致电解效率下降
D.电流流向为：N极→粗Ga→NaOH(aq)→高纯Ga→M极
10.(2023·枣庄市高三上学期期末7)常压电化学法合成氨过程中用纳米Fe2O3做催化剂，其电解装置如图所示：熔融NaOH—KOH为电解液，Fe2O3在发生反应时生成中间体Fe。下列说法正确的是( )
A.惰性电极Ⅱ是电解池的阴极，发生氧化反应
B.产生2.24 L O2时，内电路转移的OH－数为0.4NA
C.惰性电极Ⅰ的电极反应式为2Fe＋3H2O－6e－===Fe2O3＋6H＋
D.电解过程中OH－向惰性电极Ⅱ的方向移动
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