人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含典例分析，巩固练习）：24【提高】《电化学基础》全章复习与巩固
文档属性
| 名称 | 人教版高中化学选修4教学讲义，复习补习资料（含典例分析，巩固练习）：24【提高】《电化学基础》全章复习与巩固 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 513.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2020-01-21 22:22:43 | ||
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文档简介
电化学》单元复习与巩固
【学习目标】
1、进一步了解原电池的工作原理，能写出其电极反应和电池反应方程式。
2、了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。
3、了解电解池的工作原理，知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金方面的应用。
4、能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防护金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。
【知识网络】
【典型例题】
类型一、电极反应式的书写
例1、铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O= Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是（ ）
A、电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B、电池放电时，负极反应为Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2
C、电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D、电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-=Ni2O3+3H2O
【思路点拨】根据放电时的总反应可判断溶液的酸碱性以及电极反应，注意充电时阳极反应与放电时正极反应存在对应关系。
【答案】C
【解析】由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子，Ni2O3做氧化剂得到电子，因此选项AB均正确；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所以电池放电时，负极反应为：Fe+2OH--2e-= Fe(OH)2，所以电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH-，因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，C不正确；同理分析选项D正确。
【总结升华】在书写电极反应时，注意元素化合价的变化及得失电子情况，需要特别注意的是正确判断溶液的酸碱性，防止酸性环境中生成氢氧根离子的情况等。
例2、（2019 湖北七市二模）绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如下图所示，下列说话正确的是（ ）
A、氧气应从c处通入，电极Y上发生的反应为O2+4e-+2H2O==4OH-
B、电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH增大
C、二甲醚应从b处加入，电极X上发生的反应为(CH3)2O—12e-+3H2O=2CO2+12H+
D、当该电池向外电路提供2mol电子时消耗O2约为11.2L
【思路点拨】本题考查原电池工作原理，题目难度不大，会书写电极反应式是解题的关键。
【答案】C
【解析】A、氧气应从c处通入，c为正极，反应式为O2+4e－+4H＋=2H2O，A错误；B、电池在放电过程中，二甲醚应从b处加入，电极X上发生的反应为(CH3)2O-12e－+3H2O=2CO2+12H＋，电极X周围溶液的pH减小，B错误；C正确，D、O2没有指明状态，D错误，选C。
【总结升华】电极反应式书写常见错误类型：①不能正确判断原电池正负极；②不能正确判断电极产物；③忽视电极产物和电解质溶液反应；④忽视了电解质的状态；⑤忽视了金属单质与阴、阳离子的放电顺序。
举一反三：
【变式1】氢能是最重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。
（1）氢气是清洁能源，其燃烧产物为 。
（2）NaBH4是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO2，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为 ，反应消耗1mol NaBH4时转移的电子数目为 。
（3）储氢还可借助有机物，如利用环已烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢。
（g）（g）+3H2（g）
在某温度下，向恒容密闭容器中加入环已烷，其起始浓度为amol?L﹣1，平衡时苯的浓度为bmol?L﹣1，该反应的平衡常数K= 。
（4）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。
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η= 。（η=×100%，计算结果保留小数点后1位。）
【答案】（1）H2O；
（2）NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑；4NA或2.408×1024；
（3）mol3?L﹣3；
（4）①A→D；
②C6H6+6H++6e﹣=C6H12；
③64.3%。
【解析】（1）氢气完全燃烧生成H2O；
（2）NaBH4与水反应生成NaBO2，且反应前后B的化合价不变，NaBO2中B元素化合价为+3价，所以NaBH4中H元素的化合价为﹣1价，所以H元素化合价由﹣1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒配平方程式为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑，反应消耗1mol NaBH4时转移的物质的量=1mol×4×（1﹣0）=4mol，所以转移电子数为4NA或2.408×1024；
（3）环己烷的起始浓度为amol?L﹣1，平衡时苯的浓度为bmol?L﹣1，同一容器中各物质反应的物质的量浓度之比等于其计量数之比，所以根据方程式知，环己烷的平衡浓度为（a﹣b）mol/L，氢气的浓度为3bmol/L，则平衡常数K=mol3?L﹣3==mol3?L﹣3；
（4）①根据图知，苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是负极、B是正极，电子从负极流向阴极，所以电子从A流向D；
②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C6H6+6H++6e﹣=C6H12；
③阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极上生成2.8mol氧气转移电子的物质的量=2.8mol×4=11.2mol，生成1mol氧气时生成2mol氢气，则生成2.8mol氧气时同时生成5.6mol氢气。
设参加反应的苯的物质的量是xmol，参加反应的氢气的物质的量是3xmol，剩余苯的物质的量为10mol×24%﹣xmol，反应后苯的含量==10%，
x=1.2，苯转化为环己烷转移电子的物质的量为1.2mol×6=7.2mol，则×100%=64.3%。
【变式2】下列叙述不正确的是（ ）。
A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀
C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e－＝4OH－
D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－＝Cl2↑
【答案】A
【解析】A项，铁表面镀锌是应用电解原理。镀件铁与电源的负极相连作阴极，镀层金属锌与电源的正极相连作阳极，A项错误；B项，船底镶嵌锌块是应用原电池原理，活泼金属作负极被氧化，铁作正极得到保护。
【总结升华】本题考查电化学基础知识，注意弄清化学反应原理。
类型二、燃料电池
例3 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是（ ）。
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O－24e－＝6CO2↑+24H+
C．放电过程中，H+从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L
【思路点拨】在燃料电池中，通入氧气的一极必然得电子而发生还原反应，通入燃料的一极必然失电子而发生氧化反应。注意电子转移的物质的量。
【答案】B
【解析】该燃料电池的原理为C6H12O6+6O2＝6CO2+6H2O，根据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负极为C6H12O6+6H2O－24e－＝6CO2↑+24H+，正极为6O2+24e－+24H+＝12H2O，从电极反应方程式易知H+应从负极区移向正极区，从总反应方程式可知每生成1 mol CO2消耗1 mol O2。
【总结升华】燃料电池的实质是使燃烧反应（总方程式）在两极上进行，燃料在负极失电子被氧化，O2在正极得电子被还原，再根据电解质（介质）可写出两极反应式。
举一反三：
【变式1】氢氧电池以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液。以下有数种说法：
①负极反应为O2+2H2O+4e-?4OH- ? ②负极反应为2H2+4OH-?- 4e-4H2O
③电池工作时正极区pH升高，负极区pH下降；④电池工作时溶液中的阴离子移向正极。
正确的组合是（ ）?
Ａ、①③④ B、②③ C、②④ D、①④
【答案】B
【解析】氢氧燃料电池可以看作是H2在O2中燃烧放出的热全部转化为电能，其总反应为2H2+O2＝2H2O。同时应该注意到，电解质溶液中的电解质会影响正、负极的电极反应。该燃料电池电解质为KOH，则负极反应为：2H2+4OH--4e-＝4H2O，正极反应为：O2+2H2O+4e-＝4OH-。负极反应消耗OH-，c(OH-)变小，pH下降；正极反应生成OH-，c(OH-)变大，pH升高。电池工作时，阴离子移向负极。
类型三、电解原理及其应用
例4 如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00％的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00％的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47％，乙中c电极质量增加。据此回答问题：
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：________
④电极c的质量变化是________g；
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：
甲溶液________； 乙溶液________； 丙溶液________；
（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
【思路点拨】图中三个装置属于串联，通电时各电极转移电子的物质的量必然相同。c电极质量增加说明电极上有Cu析出，即该电极上发生了还原，由此可判断c电板为阴极，对应M电极应该为电源的负极。
【答案】（1）①正 ②4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。
③水减少的质量：，
在标准状况下生成氧气的体积：。
④16 ⑤碱性增大，因为电解水后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大 酸性增大，因为阳极上OH－生成O2，H+浓度增大 酸、碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性
（2）能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应。
【解析】（1）乙中c电极质量增加，则c处发生的发应为：Cu2++2e－＝Cu，即c为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中为电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解的水的质量为x g。由电解前后溶质质量相等有100×10.00％=(100－x)×10.47％，得x=4.5 g，故为0.25 mol。由方程式2H2O＝2H2↑+O2↑可知，消耗2 mol H2O，转移4 mol电子，所以整个反应中转移0.5 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。甲中为NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电。即4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。转移0.5 mol电子，则生成O2为0.5／4=0.125 mol，标准状况下的体积为0.125 mol×22.4 L／mol=2.8 L。Cu2++2e－＝Cu，转移0.5 mol电子，则生成的m (Cu)=0.5／2×64=16 g。甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，碱性增大。乙中阴极为Cu2+放电，阳极为OH－放电，所以H+增多，故酸性增大。丙中为电解水，对于K2SO4而言。其pH几乎不变。（2）铜全部析出，可以继续电解H2SO4，有电解液即可电解。
【总结升华】有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式，列比例式求解；二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒，列等式求解。以电子守恒较为简便，应注意运用。
举一反三：
【变式1】（2019 北京高考）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；……
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
【答案】B
【解析】A项，d处试纸变蓝，为阴极，生成OH―，电极方程式为2H2O+2e―==H2↑+2OH―，故A正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中氢氧根和氯离子同时放电，故B错误；C项，c处为阳极，发生了反应：Fe―2e―==Fe2+，故C正确；D项，实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池（一个球两面为不同的两极），m为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极（n的背面），故相当于电镀，即m上有铜析出，故D正确。故选B。
类型四、金属的电化学腐蚀及防护
例5、下列有关纯铁的描述正确的是（ ）
A、熔点比生铁的低 B、与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快
C、在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀 D、在冷的浓硫酸中可钝化
【思路点拨】生铁属于合金，合金的熔点比成分金属低；生铁与盐酸反应时，构成原电池，反应速率比纯铁与盐酸反应快；生铁在潮湿环境中易发生吸气腐蚀。
【答案】D
【解析】考查有关原电池原理的应用，生铁是铁碳合金，具备构成原电池的两极，而纯铁不具备。A项错，合金比各成分金属熔点低；B项错，组成原电池可以加快化学反应的速率；C项错，组成原电池加快腐蚀速率；D项正确。
【总结升华】金属的电化学腐蚀与防护，属于电化学的重要应用之一。注意区分环境：在强的酸性环境中易发生析氢腐蚀，在中性或者弱碱性环境中易发生吸氧腐蚀。
举一反三：
【变式1】X、Y、Z、M代表四种金属，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）?
A、X>Z>Y>M B、X>Y>Z>M C、M>Z>X>Y D、X>Z>M>Y
【答案】A
类型五、电化学综合应用
例6 镍镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液。其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是（ ）。
A．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e－+OH－＝NiOOH+H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
【思路点拨】对于可充电电池的反应，注意区分放电和充电的条件，放电时为原电池，充电时为电解池。注意充电、放电时的电极反应。
【答案】A
【解析】电池充电时是电能转化为化学能，B错；充电时的阳极发生氧化反应（有元素化合价升高），从总反应中易判断A是正确的；从总反应式分析放电时Cd→Cd(OH)2，故附近碱性减弱，C错；从电子与离子形成的闭合回路易知OH－向负（Cd）极移动，D错。
【总结升华】充、放电电池中，充电和放电时的电极反应相反，具体对应关系为：充电时的阴极反应是放电时负极反应的逆反应，充电时的阳极反应是放电时正极反应的逆反应。
举一反三：
【变式1】北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C3H8），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C3H6）。
（1）丙烷脱氢可得丙烯。
已知：C3H8 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g)+H2 (g) ΔH1=+156.6 kJ·mol－1
CH3CH＝CH2 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g) ΔH2=+32.4 kJ·mol－1
则相同条件下，反应C3H8 (g)＝CH3CH＝CH2 (g)+H2 (g)的ΔH=________kJ·mol－1。
（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为________；放电时，CO32－移向电池的________（填“正”或“负”）极。
（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c (H2CO3)=1.5×10－5 mol·L－1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3－+H+的平衡常数K1=________。（已知：10－5.60=2.5×10－6）
（4）常温下，0.1 mol·L－1 NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c (H2CO3)________（填“＞”“=”或“＜”）c (CO32－)，原因是________（用离子方程式和必要的文字说明）。
【答案】（1）+124.2 （2）C3H8+5O2＝3CO2+4H2O 负
（3）4.2×10－7 mol·L－1 （4）＞ HCO3－CO32－+H+，
HCO3－+H2OH2CO3+OH－，溶液的pH大于8，所以HCO3－的水解程度大于电离程度
【解析】（1）由C3H8 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH(g)+H2 (g) ΔH1=+156.6 kJ·mol－1 ①
CH3CH＝CH2 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g) ΔH2=+32.4 kJ·mol－1 ②
①－②可以得到
C3H8 (g)＝CH3CH＝CH2 (g)+H2 (g)
ΔH=ΔH1－ΔH2=(+156.6 kJ·mol－1)－(+32.4 kJ·mol－1)=+124.2 kJ·mol－1
（2）电池反应为：C3H8+5O2＝3CO2+4H2O
原电池负极失电子，正极得电子，电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。
（3）由H2CO3H++HCO3－得平衡常数
，其pH=5.60，
则c (H+)=2.5×10－6 mol / L=c (HCO3－)。
因此。
（4）由于NaHCO3溶液中HCO3－的水解使pH大于8，又因HCO3－也存在电离，即存在两个平衡：
HCO3－+H2OOH－+H2CO3
HCO3－H++CO32－
由于c (H+)＜c (OH－)
因此c (H2CO3)＞c (CO32－)，即HCO3－的水解程度大于电离程度。
【总结升华】本题考查了热化学反应方程式焓变的求法、燃料电池反应方程式的书写及电解质溶液中离子的流向、弱电解质的电离平衡和盐类水解等知识，重点考查学生知识的运用能力。
【巩固练习】
一、选择题
1． 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
2．（2019 北京朝阳模拟）铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是（ ）。
A．负极电极反应式为：Fe-3e?-?=Fe?3+
B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)?2?+2H?2?O+O?2?=4Fe(OH)?3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
3．火法炼铜得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、金和银等），其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时（ ）。
A．粗铜接电源负极
B．杂质都将以单质形式沉积到池底
C．粗铜作阴极
D．纯铜片增重2.56 g，电路中通过电子的物质的量为0.08 mol
4．有关X、Y、Z、W四种金属的实验如下：
①
将X与Y用导线连接，浸入电解质溶液中，Y不易腐蚀
②
将片状的X、W分别投入等浓度盐酸中都有气体产生，W比X反应剧烈
③
用惰性电极电解等物质的量浓度的Y和Z的硝酸盐混合溶液，在阴极上首先析出单质Z
根据以上事实，下列判断或推测错误的是（ ）。
A．Z的阳离子氧化性最强
B．W的还原性强于Y的还原性
C．Z放入CuSO4溶液中一定有Cu析出
D．用Y、Z和稀硝酸可构成原电池，且Y作负极
5．某课外小组想制作一种小型环保型消毒液发生器，拟用图所示装置电解饱和氯化钠溶液，制备少量消毒液对宿舍消毒。在如图4-4的装置中，对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（ ）
A．a为正极，b为负极，NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极，NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极，HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极，HClO和NaCl
6．（2019 天津高考）下列叙述正确的是( )
A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(△H)
B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关
C．原电池中发生的反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
D．在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小
7．如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是（ ）。
A．逸出气体的体积a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近出现蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色
8．据报道，某公司最近研制了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现用镍氢电池或锂电池的10倍，有关此电池的叙述。错误的是（ ）。
A．正极电极反应式：O2+2H2O+4e－＝4OH－
B．负极电极反应式：CH3OH+6OH－－6e－＝CO2↑+5H2O
C．电池在使用过程中，电解质溶液的pH增大
D．当外电路通过1.2 mol电子时，理论上消耗甲醇6.4 g
9．对于如图所示装置的叙述正确的是（ ）。
A．这是一个原电池的装置，铁为正极，铂为负极
B．这是电解氢氧化钠溶液的装置，铁为阴极，铂为阳极
C．铂为正极，其电极反应为O2+2H2O+4e－＝4OH－
D．铁为负极，其电极反应为4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
10．如图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的NaCl饱和溶液，C（Ⅰ）、C（Ⅱ）为多孔石墨电极。断开S2，接通S1后，C（Ⅰ）附近溶液变红，两玻璃管中有气体生成。一段时间后（两玻璃管中液面未脱离电极），断开S1，接通S2，电流表的指针发生偏转。说明此时该装置形成了原电池，关于该原电池的叙述，正确的是（ ）。
A．C（Ⅰ）的电极名称是阴极
B．C（Ⅱ）的电极名称是负极
C．C（Ⅰ）的电极反应式是2H++2e－＝H2↑
D．C（Ⅱ）的电极反应式是Cl2+2e－＝2Cl－
11．电解KOH溶液时，若阴、阳两极分别为碳和铁，当生成0.1 mol Fe(OH)3沉淀时共消耗a mol H2O，产生6 L（标准状况）H2，则a和b分别为（ ）。
A．a=0.25，b=2.24 B．a=0.05 b=2.24
C．a=0.25，b=4.48 D．a=0.3，b=3.36
二、填空题
1．银锌电池广泛用作于各种电子仪器的电源。它的充电放电过程可表示为2Ag+Zn(OH)2Ag2O +Zn+H2O，回答下列有关问题：
（1）电池的放电过程是________（填“①”或“②”）。
（2）该电池属于________（填“酸”“碱”或“中”）性电池。
（3）反应①是________（填“放热”或“吸热”）反应。
（4）写出充电时的电极反应式：阳极：________。 阴极：________。
（5）充电时，电池的阳极应接电源的________极。
（6）试简述回收该种废电池的意义。
2．下图表示各物质之间的转化关系。已知：常温下D、E、F、I、J为气体，B、H、I、J都为氧化物且B在常温下为无色液体；C的焰色反应为黄色；M为红褐色的固体。
（1）基于反应①原理的化学工业称为________。
写出：A的电子式________，J的结构式________，M的化学式________。
（2）写出K和E反应的离子方程式________。写出F溶液和H反应的离子方程式________。
（3）已知由G分解得到的H、I、J三者的物质的量相等，则G的化学式为________。
3．（2019 北京朝阳二模）LiFePO4用于锂离子二次电池的电极材料，可由LiI和FePO4制备。
（1）FePO4难溶于水，制备方法如下：
Ⅰ.用稍过量的稀H2SO4溶解废铁屑，加热，搅拌，过滤；
Ⅱ.向滤液中加入一定量的H2O2；
Ⅲ.向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，过滤后经进一步处理得FePO4。
①Ⅰ中反应进行完全的现象是 。
② 用离子方程式说明H2O2的作用是 。
③ 已知：H2PO4- HPO42- + H+ ；HPO42- PO43-+ H+ 。
产生FePO4的离子方程式是 。
④ Na2HPO4溶液显碱性的原因是 。
（2）制备LiFePO4：将FePO4与LiI混合，在惰性气氛中加热，制得LiFePO4 。
化合物LiI中碘离子的作用是 。
（3）（3分）锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料（石墨作为金属锂的载体），电池反应为： FePO4(s) +Li(s) LiFePO4(s) ，装置如下：
①该电池不能用电解质水溶液，原因是 。
②充电时，b极的电极反应式是 。
4．面对日益加剧的能源危机，我国《能源发展纲要》中倡导大力发展替代能源，如风能、电能等，要大力开发电动自行车、电动摩托车、电动汽车。回答下列问题：
（1）下列物质中可以作为燃料电池的负极反应物的是（ ）。
A．CH4 B．H2 C．C2H5OH D．CO2
（2）若用CH4作燃料，氢氧化钾溶液作电解质溶液，写出负极上的电极反应式________。电池工作时的总反应式为________。
（3）电池工作时，负极附近溶液的pH________（填“升高”“降低”或“不变”），溶液中KOH的物质的量浓度________（填“增大”“不变”或“减小”）。
（4）某温度下的饱和Na2SO4溶液的溶解度为25 g，用甲烷燃料电池进行电解，当阳极产生3.36 L（标准状况）气体时，电路中通过电子的物质的量为_______，消耗甲烷的物质的量为_______，此时，析出Na2SO4·10H2O的质量为________。
【参考答案与解析】
1．C
【解析】A、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；
B、充电时，Li+在阴极得电子，Li1﹣xMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为LiMn2O4=Li1﹣xMn2O4+xLi，故B正确；
C、放电时，a为正极，正极上LiMn2O4中Mn元素得电子，所以锂的化合价不变，故C错误；
D、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；
故选C。
2．A
【解析】根据图片知，水中溶解了氧气，铜、铁和水构成了原电池，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极，发生吸氧腐蚀。 A、负极上Fe失去电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-3e?-?=Fe?2+?，故A错误； B、负极上发生的电极反应式为：Fe-2e?-=Fe?2+，正极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁，反应方程式为：4Fe(OH)?2?+2H2O+O2?=4Fe(OH)?3?，故B正确； C、该原电池中铜作正极，原电池放电时，负极失电子容易被腐蚀，正极被保护，所以铜不被腐蚀，故C正确； D、该原电池放电时，外电路上电子从负极铁流向正极铜，故D正确； 故选A。
3．D
【解析】电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，阴极上的反应为Cu2++2e－＝Cu，每析出0.04 mol Cu，必然转移0.08 mol电子。
4．C
【解析】由①②③可分别得到金属活泼性为：X＞Y，W＞X，Y＞Z，综合可得四种金属的活泼性为：
W＞X＞Y＞Z，所以选项A、B、D都正确。Z和Cu的活泼性无法比较，选项C错。
5．B
【解析】这是使用惰性电极电解饱和氯化钠溶液的实验，其中发生的反应是2NaCl+2H2O2NaOH+ H2↑+Cl2↑，副反应为2NaOH+Cl2＝NaCl+NaClO+H2O，则可推知使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，其主要成分是NaClO和NaCl，NaClO溶液起消毒作用。电解过程中阴极产生H2，结合装置图示，消毒液发生器的液体A处空间充满的是H2，故电源a极是负极，b为正极。
6．D
【解析】A项催化剂能降低反应的活化能从而改变反应速率，但不改变化学平衡，则不能改变反应的反应热，故A错误；B项金属发生吸氧腐蚀时，氧气浓度越大，腐蚀的速率越快，故B错误；C项原电池中发生的反应达平衡时，各组分浓度不再改变，电子转移总量为0，该电池无电流产生，故C错误；D项在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小，故D正确。故选D。
7．D
【解析】电解稀Na2SO4水溶液，其本质是电解水，
b极为阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
a极为阴极：4H++4e－＝2H2↑
a极逸出气体为氢气，b极逸出气体为氧气，二者都是无色无味的气体，且a极氢气的体积约是b极氧气的体积的2倍，则A、B均错误；a极氢离子得电子，所以a极附近氢氧根离子浓度增大，呈碱性，遇石蕊试液变蓝色；b极氢氧根离子放电，致使b极附近氢离子浓度增大，呈酸性，遇石蕊试液变红色，则C错，D正确。
8．C
【解析】使正、负极的得失电子守恒，则正极生成12OH－的同时负极消耗12OH－，又因为反应生成4H2O，所以pH减小。
9．C
【解析】从题图所示可以看出没有外加电源，所以不可能是电解池，B错误；再看其完全符合构成原电池的条件，但金属活泼性铁大于铂，所以A错误；在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子变成阳离子，发生氧化反应，所以D错误。而在正极，溶液中钠离子和H+得电子能力都不如通入空气中的氧气得电子能力强，所以正极应为氧气发生还原反应，生成OH－。
10．D
【解析】断开S2，接通S1，该装置是电解装置，C（Ⅰ）附近溶液变红，说明是H+放电后留下了OH－，即C（Ⅰ）是阴极，C（Ⅱ）是阳极，断开S1，接通S2，则原装置中的H2、Cl2构成燃料电池，则C（Ⅰ）是负极，C（Ⅱ）是正极，故选项A、B均不正确；C项，形成原电池时，C（Ⅰ）极电极反应式为：H2－2e－+2OH－＝2H2O；D项正确。
11．A
【解析】阳极：Fe－2e－＝Fe2+；阴极：2H++2e－＝H2↑，
溶液中Fe2++2OH－＝Fe(OH)2↓
0.2 mol 0.1 mol
4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3
0.1 mol 0.05 mol 0.1 moI
则 a=0.2+0.05=0.25。
b=0.1×22.4=2.24。
二、填空题
1．（1）② （2）碱 （3）吸热
（4）2Ag+2OH－－2e－＝Ag2O+H2O Zn(OH)2+2e－＝Zn+2OH－
（5）正
（6）可减少重金属Ag+对环境的污染，又可将Ag回收利用。
2．（1）氯碱工业 O＝C＝O Fe(OH)3
（2）2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl－ FeO+2H+＝Fe2++H2O
（3）FeC2O4
3．（1）① 不再产生气泡
② 2Fe2+ + 2H+ + H2O2 = 2Fe3+ + 2H2O
③ Fe3+ + 2HPO42- = FePO4↓+ H2PO4-
④ 由于HPO42-可以电离：HPO42- PO43- + H+ ，又可以水解：HPO42- +H2O
H2PO4- + OH-，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。
（2）作还原剂
（3）① 金属Li可与水发生反应（或2Li + 2H2O ＝2LiOH + H2↑）
② LiFePO4 － e- = Li+ + FePO4
【解析】（1）用稍过量的稀H2SO4溶解废铁屑，滤液中主要溶质为FeSO4，向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成Fe3+，向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，过滤后经进一步处理得FePO4。
①稀H2SO4溶解废铁屑时，有氢气产生，当反应完全时，则不再产生气泡。
②向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成Fe3+，过氧化氢被还原为水，离子方程式为：2Fe2++2H++H2O2== 3Fe3++2H2O。
③向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，Fe3+消耗PO43―，使平衡HPO42―PO43―+H+右移，氢离子浓度增大，使平衡H2PO4―HPO42―+H+左移，则溶液中H2PO4―浓度增大，产生FePO4的离子方程式是：Fe3++2HPO42―==FePO4↓+H2PO4―。
④Na2HPO4溶液显碱性的原因是由于HPO42―可以电离：HPO42―PO43－+H+，又可以水解：HOP42―+H2OH2PO4―+OH―，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。
（2）将FePO4与LiI混合，在惰性气氛中加热，制得LiFePO4，铁元素的化合价从+3价降到+2价，得到电子，说明化合物LiI中碘离子失去电子作还原剂。
（3）①金属Li可与水发生反应（或2Li+2H2O==2LiOH+H2↑），故应为非水材料。
②根据锂离子电池的电池反应式为：FePO4（s）+Li（s）LiFePO4（s），可知，放电时，Li的化合价升高，被氧化，a为原电池的负极，负极的电极反应工：Li―e―==Li+；充电时，反应逆向进行，b为阳极，阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为LiFePO4―e―==Li++FePO4。
4．（1）A、B、C
（2）CH4－8e－+10OH－＝CO32－+7H2O CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O
（3）降低 减小
（4）0.6 mol 0.075 mol 4.5 g
【解析】燃料电池的负极反应物是一些易燃物质，如H2、CH4、CH3OH、C2H5OH等。当用CH4作燃料时，CH4在负极上失电子生成含+4价C的化合物，当电解质溶液呈酸性时，产物是CO2，当电解质溶液呈碱性时，产物是CO32－。第（4）问中阳极上产生O2 3.36 L（0.15 mol），由电极反应式：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑知，电路中通过了0.15 mol×4=0.6 mol电子，消耗甲烷的物质的量（根据CH4失8e－）：，消耗掉H2O：。设析出Na2SO4·10H2O的质量为x，则有：
，x=4.5 g。
【学习目标】
1、进一步了解原电池的工作原理，能写出其电极反应和电池反应方程式。
2、了解常见的化学电源的种类及其工作原理，知道它们在生产、生活和国防中的实际应用。
3、了解电解池的工作原理，知道电解在氯碱工业、电镀、电冶金方面的应用。
4、能解释金属发生电化学腐蚀的原因，认识金属腐蚀的危害，知道防护金属腐蚀的方法，并能从实验探究中获得体会。
【知识网络】
【典型例题】
类型一、电极反应式的书写
例1、铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe+Ni2O3+3H2O= Fe(OH)2+2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是（ ）
A、电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B、电池放电时，负极反应为Fe+2OH--2e-=Fe(OH)2
C、电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D、电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e-=Ni2O3+3H2O
【思路点拨】根据放电时的总反应可判断溶液的酸碱性以及电极反应，注意充电时阳极反应与放电时正极反应存在对应关系。
【答案】C
【解析】由放电时的反应可以得出铁做还原剂失去电子，Ni2O3做氧化剂得到电子，因此选项AB均正确；充电可以看作是放电的逆过程，即阴极为原来的负极，所以电池放电时，负极反应为：Fe+2OH--2e-= Fe(OH)2，所以电池充电过程时阴极反应为Fe(OH)2+2e-= Fe+2OH-，因此电池充电过程中，阴极附近溶液的pH会升高，C不正确；同理分析选项D正确。
【总结升华】在书写电极反应时，注意元素化合价的变化及得失电子情况，需要特别注意的是正确判断溶液的酸碱性，防止酸性环境中生成氢氧根离子的情况等。
例2、（2019 湖北七市二模）绿色电源“二甲醚-氧气燃料电池”的工作原理如下图所示，下列说话正确的是（ ）
A、氧气应从c处通入，电极Y上发生的反应为O2+4e-+2H2O==4OH-
B、电池在放电过程中，电极X周围溶液的pH增大
C、二甲醚应从b处加入，电极X上发生的反应为(CH3)2O—12e-+3H2O=2CO2+12H+
D、当该电池向外电路提供2mol电子时消耗O2约为11.2L
【思路点拨】本题考查原电池工作原理，题目难度不大，会书写电极反应式是解题的关键。
【答案】C
【解析】A、氧气应从c处通入，c为正极，反应式为O2+4e－+4H＋=2H2O，A错误；B、电池在放电过程中，二甲醚应从b处加入，电极X上发生的反应为(CH3)2O-12e－+3H2O=2CO2+12H＋，电极X周围溶液的pH减小，B错误；C正确，D、O2没有指明状态，D错误，选C。
【总结升华】电极反应式书写常见错误类型：①不能正确判断原电池正负极；②不能正确判断电极产物；③忽视电极产物和电解质溶液反应；④忽视了电解质的状态；⑤忽视了金属单质与阴、阳离子的放电顺序。
举一反三：
【变式1】氢能是最重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。
（1）氢气是清洁能源，其燃烧产物为 。
（2）NaBH4是一种重要的储氢载体，能与水反应生成NaBO2，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为 ，反应消耗1mol NaBH4时转移的电子数目为 。
（3）储氢还可借助有机物，如利用环已烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢。
（g）（g）+3H2（g）
在某温度下，向恒容密闭容器中加入环已烷，其起始浓度为amol?L﹣1，平衡时苯的浓度为bmol?L﹣1，该反应的平衡常数K= 。
（4）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。
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η= 。（η=×100%，计算结果保留小数点后1位。）
【答案】（1）H2O；
（2）NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑；4NA或2.408×1024；
（3）mol3?L﹣3；
（4）①A→D；
②C6H6+6H++6e﹣=C6H12；
③64.3%。
【解析】（1）氢气完全燃烧生成H2O；
（2）NaBH4与水反应生成NaBO2，且反应前后B的化合价不变，NaBO2中B元素化合价为+3价，所以NaBH4中H元素的化合价为﹣1价，所以H元素化合价由﹣1价、+1价变为0价，再结合转移电子守恒配平方程式为NaBH4+2H2O=NaBO2+4H2↑，反应消耗1mol NaBH4时转移的物质的量=1mol×4×（1﹣0）=4mol，所以转移电子数为4NA或2.408×1024；
（3）环己烷的起始浓度为amol?L﹣1，平衡时苯的浓度为bmol?L﹣1，同一容器中各物质反应的物质的量浓度之比等于其计量数之比，所以根据方程式知，环己烷的平衡浓度为（a﹣b）mol/L，氢气的浓度为3bmol/L，则平衡常数K=mol3?L﹣3==mol3?L﹣3；
（4）①根据图知，苯中的碳得电子生成环己烷，则D作阴极，E作阳极，所以A是负极、B是正极，电子从负极流向阴极，所以电子从A流向D；
②该实验的目的是储氢，所以阴极上发生的反应为生产目标产物，阴极上苯得电子和氢离子生成环己烷，电极反应式为C6H6+6H++6e﹣=C6H12；
③阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阳极上生成2.8mol氧气转移电子的物质的量=2.8mol×4=11.2mol，生成1mol氧气时生成2mol氢气，则生成2.8mol氧气时同时生成5.6mol氢气。
设参加反应的苯的物质的量是xmol，参加反应的氢气的物质的量是3xmol，剩余苯的物质的量为10mol×24%﹣xmol，反应后苯的含量==10%，
x=1.2，苯转化为环己烷转移电子的物质的量为1.2mol×6=7.2mol，则×100%=64.3%。
【变式2】下列叙述不正确的是（ ）。
A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀
C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2+2H2O+4e－＝4OH－
D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－＝Cl2↑
【答案】A
【解析】A项，铁表面镀锌是应用电解原理。镀件铁与电源的负极相连作阴极，镀层金属锌与电源的正极相连作阳极，A项错误；B项，船底镶嵌锌块是应用原电池原理，活泼金属作负极被氧化，铁作正极得到保护。
【总结升华】本题考查电化学基础知识，注意弄清化学反应原理。
类型二、燃料电池
例3 以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池结构示意图如图所示。关于该电池的叙述正确的是（ ）。
A．该电池能够在高温下工作
B．电池的负极反应为：C6H12O6+6H2O－24e－＝6CO2↑+24H+
C．放电过程中，H+从正极区向负极区迁移
D．在电池反应中，每消耗1 mol氧气，理论上能生成标准状况下CO2气体L
【思路点拨】在燃料电池中，通入氧气的一极必然得电子而发生还原反应，通入燃料的一极必然失电子而发生氧化反应。注意电子转移的物质的量。
【答案】B
【解析】该燃料电池的原理为C6H12O6+6O2＝6CO2+6H2O，根据总反应方程式可书写出电极反应方程式，负极为C6H12O6+6H2O－24e－＝6CO2↑+24H+，正极为6O2+24e－+24H+＝12H2O，从电极反应方程式易知H+应从负极区移向正极区，从总反应方程式可知每生成1 mol CO2消耗1 mol O2。
【总结升华】燃料电池的实质是使燃烧反应（总方程式）在两极上进行，燃料在负极失电子被氧化，O2在正极得电子被还原，再根据电解质（介质）可写出两极反应式。
举一反三：
【变式1】氢氧电池以氢气作还原剂，氧气作氧化剂，电极为多孔镍，电解质溶液为30%的氢氧化钾溶液。以下有数种说法：
①负极反应为O2+2H2O+4e-?4OH- ? ②负极反应为2H2+4OH-?- 4e-4H2O
③电池工作时正极区pH升高，负极区pH下降；④电池工作时溶液中的阴离子移向正极。
正确的组合是（ ）?
Ａ、①③④ B、②③ C、②④ D、①④
【答案】B
【解析】氢氧燃料电池可以看作是H2在O2中燃烧放出的热全部转化为电能，其总反应为2H2+O2＝2H2O。同时应该注意到，电解质溶液中的电解质会影响正、负极的电极反应。该燃料电池电解质为KOH，则负极反应为：2H2+4OH--4e-＝4H2O，正极反应为：O2+2H2O+4e-＝4OH-。负极反应消耗OH-，c(OH-)变小，pH下降；正极反应生成OH-，c(OH-)变大，pH升高。电池工作时，阴离子移向负极。
类型三、电解原理及其应用
例4 如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00％的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00％的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
（1）接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4浓度为10.47％，乙中c电极质量增加。据此回答问题：
①电源的N端为________极；
②电极b上发生的电极反应为________；
③列式计算电极b上生成的气体在标准状况下的体积：________
④电极c的质量变化是________g；
⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因：
甲溶液________； 乙溶液________； 丙溶液________；
（2）如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？
【思路点拨】图中三个装置属于串联，通电时各电极转移电子的物质的量必然相同。c电极质量增加说明电极上有Cu析出，即该电极上发生了还原，由此可判断c电板为阴极，对应M电极应该为电源的负极。
【答案】（1）①正 ②4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。
③水减少的质量：，
在标准状况下生成氧气的体积：。
④16 ⑤碱性增大，因为电解水后，水量减少，溶液中NaOH浓度增大 酸性增大，因为阳极上OH－生成O2，H+浓度增大 酸、碱性大小没有变化，因为K2SO4是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性
（2）能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应。
【解析】（1）乙中c电极质量增加，则c处发生的发应为：Cu2++2e－＝Cu，即c为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中为电解K2SO4溶液相当于电解水，设电解的水的质量为x g。由电解前后溶质质量相等有100×10.00％=(100－x)×10.47％，得x=4.5 g，故为0.25 mol。由方程式2H2O＝2H2↑+O2↑可知，消耗2 mol H2O，转移4 mol电子，所以整个反应中转移0.5 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移电子数是相等的。甲中为NaOH，相当于电解H2O，阳极b处为阴离子OH－放电。即4OH－－4e－＝2H2O+O2↑。转移0.5 mol电子，则生成O2为0.5／4=0.125 mol，标准状况下的体积为0.125 mol×22.4 L／mol=2.8 L。Cu2++2e－＝Cu，转移0.5 mol电子，则生成的m (Cu)=0.5／2×64=16 g。甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，碱性增大。乙中阴极为Cu2+放电，阳极为OH－放电，所以H+增多，故酸性增大。丙中为电解水，对于K2SO4而言。其pH几乎不变。（2）铜全部析出，可以继续电解H2SO4，有电解液即可电解。
【总结升华】有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的pH、物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种：一是根据电解方程式或电极反应式，列比例式求解；二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒，列等式求解。以电子守恒较为简便，应注意运用。
举一反三：
【变式1】（2019 北京高考）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；……
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
【答案】B
【解析】A项，d处试纸变蓝，为阴极，生成OH―，电极方程式为2H2O+2e―==H2↑+2OH―，故A正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中氢氧根和氯离子同时放电，故B错误；C项，c处为阳极，发生了反应：Fe―2e―==Fe2+，故C正确；D项，实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池（一个球两面为不同的两极），m为电解池的阴极，另一球朝m的一面为阳极（n的背面），故相当于电镀，即m上有铜析出，故D正确。故选B。
类型四、金属的电化学腐蚀及防护
例5、下列有关纯铁的描述正确的是（ ）
A、熔点比生铁的低 B、与相同浓度的盐酸反应生成氢气的速率比生铁的快
C、在潮湿空气中比生铁容易被腐蚀 D、在冷的浓硫酸中可钝化
【思路点拨】生铁属于合金，合金的熔点比成分金属低；生铁与盐酸反应时，构成原电池，反应速率比纯铁与盐酸反应快；生铁在潮湿环境中易发生吸气腐蚀。
【答案】D
【解析】考查有关原电池原理的应用，生铁是铁碳合金，具备构成原电池的两极，而纯铁不具备。A项错，合金比各成分金属熔点低；B项错，组成原电池可以加快化学反应的速率；C项错，组成原电池加快腐蚀速率；D项正确。
【总结升华】金属的电化学腐蚀与防护，属于电化学的重要应用之一。注意区分环境：在强的酸性环境中易发生析氢腐蚀，在中性或者弱碱性环境中易发生吸氧腐蚀。
举一反三：
【变式1】X、Y、Z、M代表四种金属，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解Y2+离子和Z2+离子共存的溶液时，Y先析出；又知M2+离子的氧化性强于Y2+离子。则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）?
A、X>Z>Y>M B、X>Y>Z>M C、M>Z>X>Y D、X>Z>M>Y
【答案】A
类型五、电化学综合应用
例6 镍镉可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液。其充、放电按下式进行：Cd+2NiOOH+2H2OCd(OH)2+2Ni(OH)2，有关该电池的说法正确的是（ ）。
A．充电时阳极反应：Ni(OH)2－e－+OH－＝NiOOH+H2O
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液的碱性不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
【思路点拨】对于可充电电池的反应，注意区分放电和充电的条件，放电时为原电池，充电时为电解池。注意充电、放电时的电极反应。
【答案】A
【解析】电池充电时是电能转化为化学能，B错；充电时的阳极发生氧化反应（有元素化合价升高），从总反应中易判断A是正确的；从总反应式分析放电时Cd→Cd(OH)2，故附近碱性减弱，C错；从电子与离子形成的闭合回路易知OH－向负（Cd）极移动，D错。
【总结升华】充、放电电池中，充电和放电时的电极反应相反，具体对应关系为：充电时的阴极反应是放电时负极反应的逆反应，充电时的阳极反应是放电时正极反应的逆反应。
举一反三：
【变式1】北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C3H8），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C3H6）。
（1）丙烷脱氢可得丙烯。
已知：C3H8 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g)+H2 (g) ΔH1=+156.6 kJ·mol－1
CH3CH＝CH2 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g) ΔH2=+32.4 kJ·mol－1
则相同条件下，反应C3H8 (g)＝CH3CH＝CH2 (g)+H2 (g)的ΔH=________kJ·mol－1。
（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为________；放电时，CO32－移向电池的________（填“正”或“负”）极。
（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c (H2CO3)=1.5×10－5 mol·L－1。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3HCO3－+H+的平衡常数K1=________。（已知：10－5.60=2.5×10－6）
（4）常温下，0.1 mol·L－1 NaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c (H2CO3)________（填“＞”“=”或“＜”）c (CO32－)，原因是________（用离子方程式和必要的文字说明）。
【答案】（1）+124.2 （2）C3H8+5O2＝3CO2+4H2O 负
（3）4.2×10－7 mol·L－1 （4）＞ HCO3－CO32－+H+，
HCO3－+H2OH2CO3+OH－，溶液的pH大于8，所以HCO3－的水解程度大于电离程度
【解析】（1）由C3H8 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH(g)+H2 (g) ΔH1=+156.6 kJ·mol－1 ①
CH3CH＝CH2 (g)＝CH4 (g)+HC≡CH (g) ΔH2=+32.4 kJ·mol－1 ②
①－②可以得到
C3H8 (g)＝CH3CH＝CH2 (g)+H2 (g)
ΔH=ΔH1－ΔH2=(+156.6 kJ·mol－1)－(+32.4 kJ·mol－1)=+124.2 kJ·mol－1
（2）电池反应为：C3H8+5O2＝3CO2+4H2O
原电池负极失电子，正极得电子，电解质溶液中阴离子移向负极，阳离子移向正极。
（3）由H2CO3H++HCO3－得平衡常数
，其pH=5.60，
则c (H+)=2.5×10－6 mol / L=c (HCO3－)。
因此。
（4）由于NaHCO3溶液中HCO3－的水解使pH大于8，又因HCO3－也存在电离，即存在两个平衡：
HCO3－+H2OOH－+H2CO3
HCO3－H++CO32－
由于c (H+)＜c (OH－)
因此c (H2CO3)＞c (CO32－)，即HCO3－的水解程度大于电离程度。
【总结升华】本题考查了热化学反应方程式焓变的求法、燃料电池反应方程式的书写及电解质溶液中离子的流向、弱电解质的电离平衡和盐类水解等知识，重点考查学生知识的运用能力。
【巩固练习】
一、选择题
1． 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
2．（2019 北京朝阳模拟）铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀原理如图所示，下列有关说法中，不正确的是（ ）。
A．负极电极反应式为：Fe-3e?-?=Fe?3+
B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)?2?+2H?2?O+O?2?=4Fe(OH)?3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
3．火法炼铜得到的粗铜中含有多种杂质（如锌、金和银等），其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时（ ）。
A．粗铜接电源负极
B．杂质都将以单质形式沉积到池底
C．粗铜作阴极
D．纯铜片增重2.56 g，电路中通过电子的物质的量为0.08 mol
4．有关X、Y、Z、W四种金属的实验如下：
①
将X与Y用导线连接，浸入电解质溶液中，Y不易腐蚀
②
将片状的X、W分别投入等浓度盐酸中都有气体产生，W比X反应剧烈
③
用惰性电极电解等物质的量浓度的Y和Z的硝酸盐混合溶液，在阴极上首先析出单质Z
根据以上事实，下列判断或推测错误的是（ ）。
A．Z的阳离子氧化性最强
B．W的还原性强于Y的还原性
C．Z放入CuSO4溶液中一定有Cu析出
D．用Y、Z和稀硝酸可构成原电池，且Y作负极
5．某课外小组想制作一种小型环保型消毒液发生器，拟用图所示装置电解饱和氯化钠溶液，制备少量消毒液对宿舍消毒。在如图4-4的装置中，对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（ ）
A．a为正极，b为负极，NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极，NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极，HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极，HClO和NaCl
6．（2019 天津高考）下列叙述正确的是( )
A．使用催化剂能够降低化学反应的反应热(△H)
B．金属发生吸氧腐蚀时，被腐蚀的速率和氧气浓度无关
C．原电池中发生的反应达到平衡时，该电池仍有电流产生
D．在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小
7．如图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加一滴石蕊试液，下列实验现象中正确的是（ ）。
A．逸出气体的体积a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近出现蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近出现红色
8．据报道，某公司最近研制了一种由甲醇和氧气以及强碱作电解质溶液的新型手机电池，电量可达现用镍氢电池或锂电池的10倍，有关此电池的叙述。错误的是（ ）。
A．正极电极反应式：O2+2H2O+4e－＝4OH－
B．负极电极反应式：CH3OH+6OH－－6e－＝CO2↑+5H2O
C．电池在使用过程中，电解质溶液的pH增大
D．当外电路通过1.2 mol电子时，理论上消耗甲醇6.4 g
9．对于如图所示装置的叙述正确的是（ ）。
A．这是一个原电池的装置，铁为正极，铂为负极
B．这是电解氢氧化钠溶液的装置，铁为阴极，铂为阳极
C．铂为正极，其电极反应为O2+2H2O+4e－＝4OH－
D．铁为负极，其电极反应为4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
10．如图所示装置，两玻璃管中盛满滴有酚酞溶液的NaCl饱和溶液，C（Ⅰ）、C（Ⅱ）为多孔石墨电极。断开S2，接通S1后，C（Ⅰ）附近溶液变红，两玻璃管中有气体生成。一段时间后（两玻璃管中液面未脱离电极），断开S1，接通S2，电流表的指针发生偏转。说明此时该装置形成了原电池，关于该原电池的叙述，正确的是（ ）。
A．C（Ⅰ）的电极名称是阴极
B．C（Ⅱ）的电极名称是负极
C．C（Ⅰ）的电极反应式是2H++2e－＝H2↑
D．C（Ⅱ）的电极反应式是Cl2+2e－＝2Cl－
11．电解KOH溶液时，若阴、阳两极分别为碳和铁，当生成0.1 mol Fe(OH)3沉淀时共消耗a mol H2O，产生6 L（标准状况）H2，则a和b分别为（ ）。
A．a=0.25，b=2.24 B．a=0.05 b=2.24
C．a=0.25，b=4.48 D．a=0.3，b=3.36
二、填空题
1．银锌电池广泛用作于各种电子仪器的电源。它的充电放电过程可表示为2Ag+Zn(OH)2Ag2O +Zn+H2O，回答下列有关问题：
（1）电池的放电过程是________（填“①”或“②”）。
（2）该电池属于________（填“酸”“碱”或“中”）性电池。
（3）反应①是________（填“放热”或“吸热”）反应。
（4）写出充电时的电极反应式：阳极：________。 阴极：________。
（5）充电时，电池的阳极应接电源的________极。
（6）试简述回收该种废电池的意义。
2．下图表示各物质之间的转化关系。已知：常温下D、E、F、I、J为气体，B、H、I、J都为氧化物且B在常温下为无色液体；C的焰色反应为黄色；M为红褐色的固体。
（1）基于反应①原理的化学工业称为________。
写出：A的电子式________，J的结构式________，M的化学式________。
（2）写出K和E反应的离子方程式________。写出F溶液和H反应的离子方程式________。
（3）已知由G分解得到的H、I、J三者的物质的量相等，则G的化学式为________。
3．（2019 北京朝阳二模）LiFePO4用于锂离子二次电池的电极材料，可由LiI和FePO4制备。
（1）FePO4难溶于水，制备方法如下：
Ⅰ.用稍过量的稀H2SO4溶解废铁屑，加热，搅拌，过滤；
Ⅱ.向滤液中加入一定量的H2O2；
Ⅲ.向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，过滤后经进一步处理得FePO4。
①Ⅰ中反应进行完全的现象是 。
② 用离子方程式说明H2O2的作用是 。
③ 已知：H2PO4- HPO42- + H+ ；HPO42- PO43-+ H+ 。
产生FePO4的离子方程式是 。
④ Na2HPO4溶液显碱性的原因是 。
（2）制备LiFePO4：将FePO4与LiI混合，在惰性气氛中加热，制得LiFePO4 。
化合物LiI中碘离子的作用是 。
（3）（3分）锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料（石墨作为金属锂的载体），电池反应为： FePO4(s) +Li(s) LiFePO4(s) ，装置如下：
①该电池不能用电解质水溶液，原因是 。
②充电时，b极的电极反应式是 。
4．面对日益加剧的能源危机，我国《能源发展纲要》中倡导大力发展替代能源，如风能、电能等，要大力开发电动自行车、电动摩托车、电动汽车。回答下列问题：
（1）下列物质中可以作为燃料电池的负极反应物的是（ ）。
A．CH4 B．H2 C．C2H5OH D．CO2
（2）若用CH4作燃料，氢氧化钾溶液作电解质溶液，写出负极上的电极反应式________。电池工作时的总反应式为________。
（3）电池工作时，负极附近溶液的pH________（填“升高”“降低”或“不变”），溶液中KOH的物质的量浓度________（填“增大”“不变”或“减小”）。
（4）某温度下的饱和Na2SO4溶液的溶解度为25 g，用甲烷燃料电池进行电解，当阳极产生3.36 L（标准状况）气体时，电路中通过电子的物质的量为_______，消耗甲烷的物质的量为_______，此时，析出Na2SO4·10H2O的质量为________。
【参考答案与解析】
1．C
【解析】A、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；
B、充电时，Li+在阴极得电子，Li1﹣xMn2O4在阳极失电子，电池充电反应为LiMn2O4=Li1﹣xMn2O4+xLi，故B正确；
C、放电时，a为正极，正极上LiMn2O4中Mn元素得电子，所以锂的化合价不变，故C错误；
D、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；
故选C。
2．A
【解析】根据图片知，水中溶解了氧气，铜、铁和水构成了原电池，较活泼的金属作负极，较不活泼的金属作正极，发生吸氧腐蚀。 A、负极上Fe失去电子发生氧化反应，电极反应式为：Fe-3e?-?=Fe?2+?，故A错误； B、负极上发生的电极反应式为：Fe-2e?-=Fe?2+，正极上的电极反应式为：O2+2H2O+4e-=4OH-，亚铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁，反应方程式为：4Fe(OH)?2?+2H2O+O2?=4Fe(OH)?3?，故B正确； C、该原电池中铜作正极，原电池放电时，负极失电子容易被腐蚀，正极被保护，所以铜不被腐蚀，故C正确； D、该原电池放电时，外电路上电子从负极铁流向正极铜，故D正确； 故选A。
3．D
【解析】电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，阴极上的反应为Cu2++2e－＝Cu，每析出0.04 mol Cu，必然转移0.08 mol电子。
4．C
【解析】由①②③可分别得到金属活泼性为：X＞Y，W＞X，Y＞Z，综合可得四种金属的活泼性为：
W＞X＞Y＞Z，所以选项A、B、D都正确。Z和Cu的活泼性无法比较，选项C错。
5．B
【解析】这是使用惰性电极电解饱和氯化钠溶液的实验，其中发生的反应是2NaCl+2H2O2NaOH+ H2↑+Cl2↑，副反应为2NaOH+Cl2＝NaCl+NaClO+H2O，则可推知使Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，其主要成分是NaClO和NaCl，NaClO溶液起消毒作用。电解过程中阴极产生H2，结合装置图示，消毒液发生器的液体A处空间充满的是H2，故电源a极是负极，b为正极。
6．D
【解析】A项催化剂能降低反应的活化能从而改变反应速率，但不改变化学平衡，则不能改变反应的反应热，故A错误；B项金属发生吸氧腐蚀时，氧气浓度越大，腐蚀的速率越快，故B错误；C项原电池中发生的反应达平衡时，各组分浓度不再改变，电子转移总量为0，该电池无电流产生，故C错误；D项在同浓度的盐酸中，ZnS可溶而CuS不溶，说明CuS的溶解度比ZnS的小，故D正确。故选D。
7．D
【解析】电解稀Na2SO4水溶液，其本质是电解水，
b极为阳极：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑
a极为阴极：4H++4e－＝2H2↑
a极逸出气体为氢气，b极逸出气体为氧气，二者都是无色无味的气体，且a极氢气的体积约是b极氧气的体积的2倍，则A、B均错误；a极氢离子得电子，所以a极附近氢氧根离子浓度增大，呈碱性，遇石蕊试液变蓝色；b极氢氧根离子放电，致使b极附近氢离子浓度增大，呈酸性，遇石蕊试液变红色，则C错，D正确。
8．C
【解析】使正、负极的得失电子守恒，则正极生成12OH－的同时负极消耗12OH－，又因为反应生成4H2O，所以pH减小。
9．C
【解析】从题图所示可以看出没有外加电源，所以不可能是电解池，B错误；再看其完全符合构成原电池的条件，但金属活泼性铁大于铂，所以A错误；在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子变成阳离子，发生氧化反应，所以D错误。而在正极，溶液中钠离子和H+得电子能力都不如通入空气中的氧气得电子能力强，所以正极应为氧气发生还原反应，生成OH－。
10．D
【解析】断开S2，接通S1，该装置是电解装置，C（Ⅰ）附近溶液变红，说明是H+放电后留下了OH－，即C（Ⅰ）是阴极，C（Ⅱ）是阳极，断开S1，接通S2，则原装置中的H2、Cl2构成燃料电池，则C（Ⅰ）是负极，C（Ⅱ）是正极，故选项A、B均不正确；C项，形成原电池时，C（Ⅰ）极电极反应式为：H2－2e－+2OH－＝2H2O；D项正确。
11．A
【解析】阳极：Fe－2e－＝Fe2+；阴极：2H++2e－＝H2↑，
溶液中Fe2++2OH－＝Fe(OH)2↓
0.2 mol 0.1 mol
4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3
0.1 mol 0.05 mol 0.1 moI
则 a=0.2+0.05=0.25。
b=0.1×22.4=2.24。
二、填空题
1．（1）② （2）碱 （3）吸热
（4）2Ag+2OH－－2e－＝Ag2O+H2O Zn(OH)2+2e－＝Zn+2OH－
（5）正
（6）可减少重金属Ag+对环境的污染，又可将Ag回收利用。
2．（1）氯碱工业 O＝C＝O Fe(OH)3
（2）2Fe2++Cl2＝2Fe3++2Cl－ FeO+2H+＝Fe2++H2O
（3）FeC2O4
3．（1）① 不再产生气泡
② 2Fe2+ + 2H+ + H2O2 = 2Fe3+ + 2H2O
③ Fe3+ + 2HPO42- = FePO4↓+ H2PO4-
④ 由于HPO42-可以电离：HPO42- PO43- + H+ ，又可以水解：HPO42- +H2O
H2PO4- + OH-，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。
（2）作还原剂
（3）① 金属Li可与水发生反应（或2Li + 2H2O ＝2LiOH + H2↑）
② LiFePO4 － e- = Li+ + FePO4
【解析】（1）用稍过量的稀H2SO4溶解废铁屑，滤液中主要溶质为FeSO4，向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成Fe3+，向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，过滤后经进一步处理得FePO4。
①稀H2SO4溶解废铁屑时，有氢气产生，当反应完全时，则不再产生气泡。
②向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成Fe3+，过氧化氢被还原为水，离子方程式为：2Fe2++2H++H2O2== 3Fe3++2H2O。
③向含Fe3+的溶液加入Na2HPO4溶液，Fe3+消耗PO43―，使平衡HPO42―PO43―+H+右移，氢离子浓度增大，使平衡H2PO4―HPO42―+H+左移，则溶液中H2PO4―浓度增大，产生FePO4的离子方程式是：Fe3++2HPO42―==FePO4↓+H2PO4―。
④Na2HPO4溶液显碱性的原因是由于HPO42―可以电离：HPO42―PO43－+H+，又可以水解：HOP42―+H2OH2PO4―+OH―，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。
（2）将FePO4与LiI混合，在惰性气氛中加热，制得LiFePO4，铁元素的化合价从+3价降到+2价，得到电子，说明化合物LiI中碘离子失去电子作还原剂。
（3）①金属Li可与水发生反应（或2Li+2H2O==2LiOH+H2↑），故应为非水材料。
②根据锂离子电池的电池反应式为：FePO4（s）+Li（s）LiFePO4（s），可知，放电时，Li的化合价升高，被氧化，a为原电池的负极，负极的电极反应工：Li―e―==Li+；充电时，反应逆向进行，b为阳极，阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为LiFePO4―e―==Li++FePO4。
4．（1）A、B、C
（2）CH4－8e－+10OH－＝CO32－+7H2O CH4+2O2+2KOH＝K2CO3+3H2O
（3）降低 减小
（4）0.6 mol 0.075 mol 4.5 g
【解析】燃料电池的负极反应物是一些易燃物质，如H2、CH4、CH3OH、C2H5OH等。当用CH4作燃料时，CH4在负极上失电子生成含+4价C的化合物，当电解质溶液呈酸性时，产物是CO2，当电解质溶液呈碱性时，产物是CO32－。第（4）问中阳极上产生O2 3.36 L（0.15 mol），由电极反应式：4OH－－4e－＝2H2O+O2↑知，电路中通过了0.15 mol×4=0.6 mol电子，消耗甲烷的物质的量（根据CH4失8e－）：，消耗掉H2O：。设析出Na2SO4·10H2O的质量为x，则有：
，x=4.5 g。