2018年高考化学江苏专版二轮专题复习三维讲义：十、反应原理重难（二）——电化学

十、反应原理重难(二)——电化学
高考题组(一)——江苏卷
1．(2015·江苏高考)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，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H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO
解析：选D　A选项，甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，错误；C选项，碳酸根离子应向负极移动，即向电极A移动，错误；D选项，电极B上氧气和二氧化碳得电子生成碳酸根离子，正确。
2．(2013·江苏高考)Mg-H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如图。该电池工作时，下列说法正确的是(　　)
A．Mg电极是该电池的正极
B．H2O2在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH增大
D．溶液中Cl－向正极移动
解析：选C　根据题意可知电池的总反应为Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O。Mg电极是该电池的负极，A错误。H2O2在正极发生还原反应，B错误。石墨电极的电极反应式为H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O，由于水电离出的H＋不断被消耗，所以该电极附近溶液的pH增大，C正确。在原电池中，阴离子向负极移动，D错误。
3．(2017·江苏高考·节选)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(重要成分为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)“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________________________________________________________________________。
(2)“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________。
解析：(1)电解Ⅰ过程中，石墨阳极上氧离子被氧化为氧气，在高温下，氧气与石墨发生反应生成气体，所以，石墨电极易消耗的原因是被阳极上产生的氧气氧化。(2)由图中信息可知，生成氧气的为阳极室，溶液中水电离的OH－放电生成氧气，破坏了水的电离平衡，碳酸根结合H＋转化为HCO，所以电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，阴极室氢氧化钠溶液浓度变大，说明水电离的H＋放电生成氢气而破坏水的电离平衡，所以阴极产生的物质A为H2。
答案：(1)石墨电极被阳极上产生的O2氧化
(2)4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑　H2
4．(2016·江苏高考·节选)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为________________________________________________________________________。
解析：混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O获得电子，被还原产生Cr3＋，则正极上发生的电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
答案：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O
高考题组(二)——全国卷
1．(2017·全国卷Ⅰ)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
解析：选C　依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，接近于0，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁作阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。
2．(2017·全国卷Ⅱ)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－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：选C　利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件作阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，阴极发生的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。
3．(2017·全国卷Ⅲ)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－===3Li2S4
B．电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 g
C．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
解析：选D　原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移0.02 mol电子，负极有0.02 mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。
4．(2016·全国卷Ⅱ)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－===Ag
C．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↑
解析：选B　Mg-AgCl电池的电极反应：负极Mg－2e－===Mg2＋，正极2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－，A项正确，B项错误。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，阴离子移向负极，C项正确。Mg是活泼金属，能和H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，D项正确。
5.(2016·全国卷Ⅰ)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2H2O－4e－===O2＋4H＋，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：选B　A项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于生成H＋，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高。D项
正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1 mol电子的电量时，生成0.25 mol O2。
6．(2016·全国卷Ⅲ)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
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析：选C　A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大。C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)。D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗0.5 mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。
[把脉高考]
考什么
(1)考查原电池的工作原理及其电极反应式的书写、离子移动方向的判定电子、电流的流向等。
(2)考查电解产物的判断及电池反应方程式的书写、离子移动方向的判定、电子、电流的流向等。
(3)以可充电电池为载体进行考查电极反应式的书写、离子移动方向的判定等。
(4)以金属的腐蚀与防护为背景进行考查。
怎么考
电化学是氧化还原反应知识的应用和延伸，高考中一是以选择题的形式呈现，二是在非选择题中电化学知识与工业生产、环境保护、新科技、新能源知识相结合进行命制。
考法一　原电池的工作原理及其应用
1．(2017·南通、泰州一模)锌—空气电池(原理如下图)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正确的是(　　)
A．氧气在石墨电极上发生氧化反应
B．该电池的负极反应为Zn＋H2O－2e－===ZnO＋2H＋
C．该电池放电时OH－向石墨电极移动
D．该电池充电时应将Zn电极与电源负极相连
解析：选D　氧气在石墨电极上发生还原反应，A错误；因为电解质溶液显碱性，故电极反应不可能有H＋产生，B错误；电池放电时，溶液中的阴离子向负极(Zn极)移动，C错误；由于Zn极是原电池的负极，充电时作为电解池的阴极，与电源的负极相连，D正确。
2．(2017·连云港、宿迁、徐州三模)依据Cd(Hg)＋Hg2SO4===3Hg＋Cd2＋＋SO反应原理，设计出韦斯顿标准电池，其简易装置如下图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．电池工作时Cd2＋向电极B移动
B．电极A上发生反应Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SO
C．电极B上发生反应Cd(Hg)－4e－===Hg2＋＋Cd2＋
D．反应中每生成a mol Hg转移3a mol电子
解析：选B　根据电池总反应式可知，放电时Cd在负极失电子，故B为负极，电极反应式为Cd－2e－===Cd2＋，生成的Cd2＋移向A极，A、C错误；正极上Hg2SO4得电子生成Hg，电极反应式为Hg2SO4＋2e－===2Hg＋SO，当生成a mol Hg时，转移a mol电子，B正确，D错误。
3．(2017·江苏高考押题)一种三室微生物燃料电池污水净化系统原理如下图所示，图中有机废水中的有机物可用C6H10O5表示。有关说法正确的是(　　)
A．b电极为该电池的负极
B．b电极附近溶液的pH 减小
C．a电极反应式：C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋
D．中间室：Na＋移向左室，Cl－移向右室
解析：选C　A项，b电极上硝酸根离子生成N2应该是发生还原反应，错误；B项，b电极反应式：2NO＋10e－＋6H2O===N2＋12OH－故该电极附近溶液的pH增大，错误；D项，原电池工作时阳离子向右室移动，阴离子向左室移动，错误。
1．原电池正负极判断的5依据
(1)依据构成原电池两极的电极材料判断，一般是较活泼的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金属为正极。
(2)依据原电池两极发生的变化判断，原电池的负极发生氧化反应；正极发生还原反应。
(3)依据电子流动方向或电流方向判断，电子流动方向：由负极流向正极；电流方向：由正极流向负极。
(4)依据原电池电解质溶液中离子的移动方向判断，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
(5)依据原电池盐桥中离子的移动方向判断，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
2．原电池电极反应式、总反应式书写的3步骤
考法二　电解池的工作原理及其应用
4．(2017·南通全真模拟)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3CO2＋16H＋－18e－===C3H8O＋4H2O
解析：选B　A项，该装置是电解池装置，是将电能转化为化学能，所以该装置将光能和电能转化为化学能，错误；B项，a与电源负极相连，所以a是阴极，而电解池中H＋向阴极移动，所以H＋从阳极b极区向阴极a极区迁移，正确；C项，电池总的方程式为6CO2＋8H2O2C3H8O＋9O2，即生成9 mol的氧气，阴极有6 mol的二氧化碳被还原，也就是生成1 mol的氧气，阴极有 mol的二氧化碳被还原，所以被还原的二氧化碳为29.3 g，错误；D项，a电极发生还原反应，电极反应式为3CO2＋18H＋＋18e－===C3H8O＋5H2O，错误。
5．(2017·苏州一模)铅蓄电池在现代生活中有广泛应用，其电极材料是Pb和PbO2，电解液是硫酸。现用铅蓄电池电解硫酸钠稀溶液一段时间后，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是(　　)
A．蓄电池放电时，每消耗0.1 mol PbO2，生成0.1 mol PbSO4
B．电解硫酸钠溶液时的阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后若硫酸钠溶液中没有晶体析出，则c(Na2SO4)不变
D．蓄电池放电一段时间后其电解液中H2SO4的浓度、密度都变大
解析：选B　铅蓄电池放电总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4=== 2PbSO4＋2H2O，每消耗0.1 mol PbO2，生成0.2 mol PbSO4，A项错误。OH－失电子能力大于SO，电解硫酸钠溶液时的阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，B项正确。电解一段时间后硫酸钠溶液中没有晶体析出，但电解消耗水，则c(Na2SO4)变大。C项错误。据铅蓄电池放电总反应Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，可知其电解液中H2SO4的浓度、密度都变小，D项错误。
1．电解池的电极反应及其放电顺序
(1)阳离子在阴极上的放电顺序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……
(2)阴离子在阳极上的放电顺序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞……
2．判断电解池阴阳极的4方法
(1)根据所连接的外加电源判断，与直流电源正极相连的为阳极，与直流电源负极相连的为阴极。
(2)根据电子流动方向判断，电子流动方向为：电源负极流向阴极，阳极流向电源正极。
(3)根据电解池电解质溶液中离子的移动方向判断，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动。
(4)根据电解池两极产物判断，一般情况下：
①阴极上的现象是：析出金属(质量增加)或有无色气体(H2)放出；
②阳极上的现象是：有非金属单质生成，呈气态的有Cl2、O2或电极质量减小(活性电极作阳极)。
3．电解池中电极反应式的书写步骤
考法三　可充电电池
6．(2017·南京市、盐城一模)最近我国科学家发明 “可充电钠－二氧化碳电池”(如下图)，放电时电池总反应为4Na＋3CO2===2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)
A．充电时，钠箔与外接电源的负极相连
B．电池工作温度可能在200 ℃以上
C．放电时，Na＋向正极移动
D．放电时，正极的电极反应为4Na＋＋3CO2＋4e－===2Na2CO3＋C
解析：选B　由放电时的化学方程式可知，钠箔作负极，故充电时作阴极，与电源的负极相连，A正确；四甘醇、二甲醚都易挥发，钠的熔点低，故电池工作的温度不能太高，B错误；放电时阳离子向正极移动，C正确；放电时正极上CO2得电子生成C，D正确。
7．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为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＋＋C6
C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x g
D．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
解析：选C　A项，放电时，原电池中阳离子由负极向正极迁移，正确；B项，放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为LixC6－xe－===xLi＋＋C6，正确；C项，充电时，若转移1 mol电子，石墨电极质量将增重7 g，错误；D项，充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，正确。
理解充、放电，准确剖析电化学原理
根据原电池原理分析
对于可充电电池，放电时为原电池，符合原电池工作原理，负极发生氧化反应，正极发生还原反应；外电路中电子由负极流向正极，内电路中阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。
根据电解池原理分析
可充电电池充电时为电解池，阳极发生氧化反应，阴极发生还原反应；充电时电池的“＋”极与外接直流电源的正极相连，电池的“－”极与外接直流电源的负极相连。
考法四　串联电化学装置
8．某同学组装了如图所示的电化学装置。电极Ⅰ为Al，其他电极均为Cu，则(　　)
A．电流方向：电极Ⅳ→?→电极Ⅰ
B．电极Ⅰ发生还原反应
C．电极Ⅱ逐渐溶解
D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu
解析：选A　首先应根据图示判断左边两池通过盐桥构成原电池，产生电流对右边硫酸铜溶液进行电解(相当于精炼铜)。电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极，所以电流方向：电极Ⅳ→?→电极Ⅰ(电流方向与电子流动方向相反)，A正确。电极Ⅰ上铝失电子发生氧化反应，B错误。电极Ⅱ上有铜析出，C错误。电极Ⅲ的电极反应：Cu－2e－===Cu2＋，D错误。
9．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，即保持污水的pH 在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)3胶体，Fe(OH)3胶体具有吸附作用，可吸附水中的污物而使其沉淀下来，起到净水的作用，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．石墨电极上发生氧化反应
B．为增强污水的导电能力，可向污水中加入适量乙醇
C．根据图示，物质A为CO2
D．甲烷燃料电池中CO向空气一极移动
解析：选C　A项，甲烷燃料电池中，通入甲烷的电极是负极，与负极相连的石墨电极是阴极，阴极上发生还原反应，错误；B项，乙醇是非电解质， 不能增强污水的导电能力，错误；C项，根据图示，甲烷燃料电池中用熔融碳酸盐作电解质，正极反应为2CO2＋O2＋4e－===2CO，物质A为CO2，正确；D项，在燃料电池中，阴离子移向负极，所以CO向甲烷一极移动，错误。
串联电化学装置的分析方法
第一步：多池串联装置中电池类型的判断
(1)根据电池装置直接判断
非常直观明显的装置，如燃料电池、铅蓄电池等在电路中，则其他装置为电解池。
(2)根据电池中的电极材料和电解质溶液判断
原电池一般是两种不同的金属电极或一个为金属电极另一个碳棒作电极；而电解池则一般都是两个惰性电极，如两个铂电极或两个碳棒。原电池中的电极材料和电解质溶液之间能发生自发的氧化还原反应，电解池的电极材料一般不能和电解质溶液自发反应。
(3)根据电极反应现象判断
在某些装置中根据电极反应或反应现象可判断电极，并由此判断电池类型。
第二步：利用相关概念进行分析判断
在确定了原电池和电解池后，利用有关概念作分析和判断，如电极的判断、电极反应方程式的书写、实验现象的描述、溶液中离子的移动方向、pH的变化及电解质溶液的恢复等。只要按照各自的规律分析即可。
第三步：串联装置中的数据处理
原电池和电解池综合装置的有关计算的根本依据就是电子转移守恒，分析时要注意两点：①串联电路中各支路电流相等；②并联电路中总电流等于各支路电流之和。
考法五　金属的腐蚀与防护
10．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是(　　)
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起时，钢管不易被腐蚀
D．钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
解析：选B　钢管与电源正极相连，则钢管作阳极，发生氧化反应而被腐蚀，A项错误；铁遇冷浓硝酸表面钝化，在表面生成一层致密的氧化膜保护内部不被腐蚀，B项正确；钢管与铜管露天堆放在一起，形成原电池时钢管作负极，发生氧化反应而被腐蚀，C项错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，D项错误。
11．用如图装置研究电化学原理，下列分析中错误的是(　　)
选项
连接
电极材料
分析
a
b
A
K1K2
石墨
铁
模拟铁的吸氧腐蚀
B
K1K2
锌
铁
模拟钢铁防护中牺牲阳极的阴极保护法
C
K1K3
石墨
铁
模拟电解饱和食盐水
D
K1K3
铁
石墨
模拟钢铁防护中外加电流的阴极保护法
解析：选D　A项，在中性条件下，铁作负极失电子，石墨作正极，正极上氧气得电子生成氢氧根离子，则铁发生吸氧腐蚀，正确；B项，Zn、Fe形成原电池，Zn作负极被腐蚀，Fe作正极被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法，正确；C项，Fe作阴极，阴极上氢离子得电子，石墨作阳极，阳极上氯离子失电子，电解氯化钠溶液生成氢气、氯气和氢氧化钠，正确；D项，Fe与正极相连，Fe作阳极，Fe失电子被腐蚀，Fe不能被保护，错误。
电化学原理在金属腐蚀与防护中的应用
(1)金属腐蚀快慢的判断原则
一般来说，电解池原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的腐蚀。
(2)金属的电化学防护方法
①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理：正极为被保护的金属；负极为比被保护的金属活泼的金属；
②外加电流的阴极保护法——电解原理：阴极为被保护的金属，阳极为惰性电极。
1．(2017·苏锡常镇二模)“碳呼吸电池”是一种新型能源装置，其工作原理如下图。下列说法正确的是(　　)
A．该装置是将电能转变为化学能
B．正极的电极反应：C2O－2e－===2CO2↑
C．每得到1 mol草酸铝，电路中转移3 mol电子
D．利用该技术可捕捉大气中的CO2
解析：选D　该装置为原电池，能将化学能转变为电能，A错误；正极上是CO2得电子生成C2O，B错误；每得到1 mol Al2(C2O4)3，转移6 mol电子，C错误；由于该电池能消耗CO2，故可以用于捕捉大气中的CO2，D正确。
2．(2017·苏州一模)用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3 溶液、导线和盐桥(盛有KNO3-琼脂的U形管)构成一个原电池，见下图。以下有关该原电池的叙述正确的是(　　)
①在外电路上，电流由铜电极流向银电极
②正极反应：Ag＋＋e－===Ag
③盐桥中的NO移向AgNO3溶液，K＋移向Cu(NO3)2溶液
④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的总反应相同
A．①②　　　　　　　　 B．②③
C．②④ D．③④
解析：选C　由于活泼性：Cu>Ag，故Cu电极为电源的负极，电流由银电极流向铜电极，①错误；正极是Ag，电极反应式为Ag＋＋e－===Ag，②正确；原电池中，阴离子移向负极，阳离子移向正极，③错误；该原电池反应的原理是Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，④正确。
3．(2017·泰州一模)一种用于驱动潜艇的液氨－液氧燃料电池原理示意如图，下列有关该电池说法正确的是(　　)
A．该电池工作时，每消耗22.4 L NH3转移3 mol电子
B．电子由电极A经外电路流向电极B
C．电池工作时，OH－向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
解析：选B　A选项，NH3的温度压强未知，不能计算转移的电子数，错误。液氨－液氧燃料电池中，液氨转化为氮气，化合价升高，发生氧化反应，电极A应为负极，电极B应为正极，电池工作时，OH－向电极A移动，C选项错误。介质环境为NaOH溶液，电极B上发生的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D选项错误。
4.(2017·江苏高考押题)某柔性燃料电池(以甲醇为燃料，酸性介质)结构示意如图。下列有关说法正确的是(　　)
A．电池工作时，电子由A电极经外电路流向B电极
B．电池工作时，减少的化学能完全转化为电能
C．A电极发生的电极反应为
CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋
D．B电极每消耗1 mol O2，电池中减少4 mol H＋
解析：选AC　由图可知，以甲醇为燃料，酸性介质的燃料电池的反应方程式为2CH3OH ＋3O2===2CO2＋4H2O，A项，电池工作时，电子由A电极(负极)经外电路流向B电极(正极)，正确； B项，电池工作时，减少的化学能除转化为电能外，还有部分化学能转化为热能，错误；C项，A电极为负极，发生的电极反应为CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋ ，正确；D项，从总的反应方程式看，H＋没有消耗，错误。
5．(2017·南通一模)某浓差电池的原理如图所示，该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．电子由X极通过外电路移向Y极
B．电池工作时，Li＋通过离子导体移向右室
C．负极发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑
D．Y极每生成1 mol Cl2，左室得到2 mol LiCl
解析：选D　X极有H2生成，Y极有Cl2生成，则X极为正极，Y极为负极，电子由Y极通过外电路移向X极，A选项错误。电池工作时，Li＋通过离子导体移向正极，即移向左室，B选项错误。负极发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，C选项错误。据电荷守恒可知Y极每生成1 mol Cl2，左室得到2 mol LiCl，D选项正确。
6.用如图所示装置(熔融CaF2-CaO作电解质)获得金属钙，并用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是(　　)
A．电解过程中，Ca2＋向阳极移动
B．阳极的电极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑
C．在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量减少
D．若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是Pb电极
解析：选B　电子从外接电源负极流出，经导线到阴极，吸引溶液中的阳离子，即阳离子向阴极移动，选项A错误。阳极有CO2生成，熔融CaF2-CaO作电解质，则阳极反应式为C＋2O2－－4e－===CO2↑，B选项正确。2Ca＋TiO2===Ti＋2CaO，在制备金属钛前后，整套装置中CaO的总量增加，C选项错误。铅蓄电池PbO2是正极，Pb为负极，若用铅蓄电池作该装置的供电电源，“＋”接线柱是PbO2电极，D选项错误。
7.(2017·南京、盐城一模)最近中美研究人员发明了一种可快速充放电的铝离子电池，该电池电解质为离子液体{AlCl3/[EMIM]Cl}，放电时有关离子转化如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，负极发生：2AlCl－e－===Al2Cl＋Cl－
B．放电时，电路中每流过3 mol电子，正极减少27 g
C．充电时，泡沫石墨极与外电源的负极相连
D．充电时，阴极发生：4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl
解析：选D　放电时，活泼的金属铝是负极，铝发生氧化反应生成铝离子，铝离子与AlCl结合生成Al2Cl，所以电极反应式为Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl，A错误；放电时，正极上AlCl进入溶液，负极上Al失电子，则电路中每流过3 mol电子，负极减少27 g，B错误；充电时正极与外接电源的正极相连，则泡沫石墨极与外电源的正极相连，C错误；充电时，Al2Cl在阴极得电子发生还原反应，即阴极发生：4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl，D正确。
8．(2017·南京三模)锂空气电池充放电基本原理如图所示，下列说法不正确的是(　　)
A．充电时，锂离子向阴极移动
B．充电时阴极电极反应式为Li＋＋e－===Li
C．放电时正极电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．负极区的有机电解液可以换成水性电解液
解析：选D　充电时的原理是电解池原理，电解质中的阳离子移向阴极，即锂离子向阴极移动，故A正确；充电时阴极上发生得电子的还原反应，即Li＋＋e－===Li，故B正确；放电时原理是原电池原理，正极上发生得电子的还原反应O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C正确；金属锂可以和水之间发生反应，所以负极区的有机电解液不可以换成水性电解液，故D错误。
9.(2017·苏锡常镇二模)硼氢化钠(NaBH4)和H2O2作原料的燃料电池，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图。下列说法正确的是(　　)
A．电极a为正极，b为负极
B．放电时，Na＋从b极区移向a极区
C．电极b上发生的电极反应为H2O2＋2e－===2OH－
D．每生成1 mol BO转移6 mol电子
解析：选C　电极a上BH转化成BO，据平均标价法硼元素化合价由－5价变成＋3价，化合价升高，发生氧化反应，所以电极a为负极，b为正极，A项错误。 放电时，Na＋应从a极区移向b极区，B项错误。据电极b上双氧水发生得到电子的还原反应及守恒可知，C项正确。负极电极反应式为BH＋8OH－－8e－===BO＋6H2O，即1 mol BH转化成BO，每生成1 mol BO转移8 mol电子，D项错误。
10．(2017·南通、泰州、扬州三模)一种矾—多卤化物电池结构示意图如下图所示，电池和储液罐均存储有反应物和酸性电解质溶液。电池中发生的反应为2VCl2＋BrCl2VCl3＋Br－。下列说法正确的是(　　)
A．VCl2存储在正极储液罐内
B．放电时H＋从负极区移至正极区
C．充电时电池的负极与电源的正极相连
D．充电时阳极反应为Br－＋2Cl－－2e－===BrCl
解析：选BD　根据电池反应式可知，在反应中V元素化合价升高，故VCl2存储在负极储液罐中，A错误；放电时阳离子向正极移动，B正确；充电时电池的负极与电源的负极相连，C错误；根据电池反应式，充电时阳极上Br－失电子生成BrCl，D正确。
11．电化学在处理环境污染方面发挥了重要的作用。
(1)(2017·南京、盐城一模)据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如图1所示。
电解时其中b极上生成乙烯的电极反应式为__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)(2017·常州一模)利用电解原理可将NO还原为N2，装置见图2，高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H＋)为介质，金属钯薄膜作电极。
钯电极A为____极，电极反应式为_______________________________________。
(3)(2017·扬州一模)脱去冶金工业排放烟气中SO2的方法有多种。离子膜电解法：利用硫酸钠溶液吸收SO2，再用惰性电极电解。将阴极区溶液导出，经过滤分离硫黄后，可循环吸收利用，装置如图3所示，则阴极的电极反应式为___________________________，
阳极产生气体的化学式为________。
解析：(1)b电极与电源的负极相连为阴极，该极通入了CO2，故在该电极上CO2得电子后结合迁移过来的H＋生成乙烯，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。(2)因为A电极上NO得电子后结合进入的H＋生成N2和H2O，故A电极为阴极，电极反应式为2NO＋4H＋＋4e－===N2＋2H2O。(3)由于阴极生成了硫黄，则在阴极上SO2得电子后结合H＋生成单质硫的同时生成了H2O，电极反应式为SO2＋4H＋＋4e－===S↓＋2H2O；在阳极上只能OH－失电子生成O2，故产生的气体为O2。
答案：(1)2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
(2)阴　2NO＋4H＋＋4e－===N2＋2H2O
(3)SO2＋4H＋＋4e－===S↓＋2H2O或H2SO3＋4H＋＋4e－===S↓＋3H2O　O2
12．(1)(2017·南通、扬州、泰州二模)电解法处理含氮氧化物废气，可回收硝酸，具有较高的环境效益和经济效益。实验室模拟电解法吸收NOx的装置如图1所示(图中电极均为石墨电极)。
若用NO2气体进行模拟电解法吸收实验。
①写出电解时NO2发生反应的电极反应式：_____________________________________
________________________________________________________________________。
②若有标准状况下2.24 L NO2被吸收，通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H＋为________mol。
(2)(2017·苏锡常镇二模)电解硝酸工业的尾气NO可制备NH4NO3，其工作原理如图2。
①阴极的电极反应式为___________________________________________________。
②将电解生成的HNO3全部转化为NH4NO3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为________。
解析：(1)由图1可知电解时NO2发生反应可回收HNO3，据电荷守恒和原子个数守恒，结合介质环境可得电极反应式NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋，标准状况下2.24 L NO2即0.1 mol参加反应，转移电子数为0.1 mol，阴极生成H2消耗H＋为0.1 mol，则通过阳离子交换膜(只允许阳离子通过)的H＋为0.1 mol。
(2)由图2可知阴极NO转化成NH，且介质环境为酸性，据电荷守恒和原子个数守恒可得NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，同理可得阳极电极反应式NO＋2H2O－3e－===NO＋4H＋，总反应为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3,8 mol NO生成2 mol HNO3，生成的2 mol HNO3必将消耗2 mol NH3，则通入的NH3与实际参加反应的NO的物质的量之比至少为1∶4。
答案：(1)①NO2－e－＋H2O===NO＋2H＋　②0.1
(2)①NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O　②1∶4
13．锂的化合物用途广泛。Li3N是非常有前途的储氢材料；LiFePO4、Li2FeSiO4等可以作为电池的正极材料。
回答下列问题：
(1)将锂在纯氮气中燃烧可制得Li3N，其反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)氮化锂在氢气中加热时可得到氨基锂(LiNH2)，其反应的化学方程式为Li3N＋2H2LiNH2＋2LiH，氧化产物为________(填化学式)。在270 ℃时，该反应可逆向进行放出H2，因而氮化锂可作为储氢材料，储存氢气最多可达Li3N质量的________%(精确到0.1)。
(3)将Li2CO3、FeC2O4·2H2O和SiO2粉末均匀混合，在800 ℃的氩气中烧结6小时制得Li2FeSiO4，写出反应的化学方程式：________________________________________。
制备Li2FeSiO4的过程必须在惰性气体氛围中进行，其原因是__________________。
(4)将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，阳极的电极反应为__________________________________。
(5)磷酸亚铁锂电池充放电过程中，发生LiFePO4与Li1－xFePO4之间的转化，电池放电时负极发生的反应为LixC6－xe－===xLi＋＋6C，写出电池放电时反应的化学方程式：________________________________________________________________________。
解析：(1)反应物为金属锂和氮气，生成物为Li3N，因此其反应的化学方程式为6Li＋N22Li3N。(2)分析给出的化学方程式中三种元素的化合价，N、Li两种元素在反应前后化合价不变，而H从H2中的0价转化为LiNH2中的＋1价和LiH中的－1价，故LiNH2为氧化产物。由给出的化学方程式知，35 g(1 mol)Li3N最多可储存氢气4 g(2 mol)，故储存氢气最多可达Li3N质量的11.4%。(3)根据给出的反应物Li2CO3、FeC2O4·2H2O、SiO2，生成物之一Li2FeSiO4及反应条件，结合化学反应中的元素守恒可知生成物还有H2O、CO2及CO，由此可写出反应的化学方程式。对比反应物FeC2O4·2H2O和生成物Li2FeSiO4可知反应前后Fe的化合价没有变化，且为＋2价，故在惰性气体氛围中进行的目的是防止＋2价铁被氧化。(4)铁作阳极，Fe发生氧化反应，电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，然后发生离子反应：Fe2＋＋Li＋＋H2PO===LiFePO4↓＋2H＋。(5)分析题给信息可知LiFePO4为电池放电时的生成物，故Li1－xFePO4为反应物，因此放电时电池反应的化学方程式为Li1－xFePO4＋LixC6===LiFePO4＋6C。
答案：(1)6Li＋N22Li3N
(2)LiNH2　11.4
(3)Li2CO3＋FeC2O4·2H2O＋SiO2Li2FeSiO4＋CO↑＋2CO2↑＋2H2O　防止二价铁被氧化
(4)Fe＋H2PO＋Li＋－2e－===LiFePO4＋2H＋
(5)Li1－xFePO4＋LixC6===LiFePO4＋6C