1、1题型五 电化学1.(2018全国卷,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:EDTA Fe2+-e- EDTA Fe3+2EDTA Fe3+H2S 2H+S+2EDTA Fe2+该装置工作时,下列叙述错误的是( C )A.阴极的电极反应:CO 2+2H+2e- CO+H2OB.协同转化总反应:CO 2+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+/EDT
2、A Fe2+,溶液需为酸性解析:由题中信息可知,石墨烯电极发生氧化反应,为电解池的阳极,则 ZnO石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极,电势高,阴极接电源负极,电势低,故石墨烯上的电势比 ZnO石墨烯上的高,C 错误;由题图可知,电解时阴极反应式为 CO2+2H+2e- CO+H2O,A 正确。2.(2018全国卷,12)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:3CO 2+4Na 2Na2CO3+C。下列说法错误的是( D )A.放电时,Cl 向负极移动B.充电时释放 CO2,放电时
3、吸收 CO2C.放电时,正极反应为 3CO2+4e- 2C +C23D.充电时,正极反应为 Na+e- Na解析:根据电池的总反应知,放电时负极反应:4Na-4e - 4Na+,正极反应:3CO 2+4e- 2C+C;充电时,阴(负)极:4Na +4e- 4Na;阳(正)极: 2C +C-4e- 3CO2,放电时,Cl23 232向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知,充电时释放 CO2,放电时吸收 CO2。3.(2018全国卷,11)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时,O 2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( D )A.放电时,
4、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 Li2 2Li+(1- )O2解析:由题意知,放电时负极反应为 Li-e- Li+,正极反应为(2-x)O 2+4Li+4e- 2Li2O2-x(x=0 或 1),电池总反应为(1- )O2+2Li Li2O2-x。该电池放电时,金属锂为负极,多孔碳材料为正极,A 错误;该电池放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,B 错误;该电池放电时,电解质溶液中的 Li+向多孔碳材料区迁移,充电时电解质溶液中的 Li+向锂材料区迁移,C 错误;充电时的电池
5、总反应与放电时的电池总反应互为逆反应,故充电时电池总反应为 Li2O2-x 2Li+(1- )O2,D 正确。4.(2017全国卷,11)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( C )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:支撑海港码头基础的钢管桩应用电解原理防腐,钢管桩作为电解池的阴极被保护,高硅铸铁作为惰性辅助阳极起传递电流的作用。通电后,外电路电子从阳
6、极高硅铸铁流出,流入直流电源的正极,从直流电源的负极流出,流入阴极钢管桩,通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零,通入的保护电流根据环境条件变化进行调整。表述不正确的是 C 选项。5.(2017全国卷,11)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( C )A.待加工铝质工件为阳极B.可选用不锈钢网作为阴极3C.阴极的电极反应式为:Al 3+3e- AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动解析:此电解反应中 O3发生氧化反应,所以 Al 作阳极 ,A 正确;阴极反应为 2H+2e-0H2,所以可用不锈钢网作阴极
7、,所以 B 正确,C 错误;S 带负电,所以向阳极移动,D 正24确。1.电化学题型是一个常考不衰的重点题型,一般会结合生产实际考查电解及金属防护问题,结合新型电池考查原电池原理。2.此类问题的解决,主要应该在氧化还原知识基础之上,充分运用电化学一般原理来综合处理,特别注意读题要仔细,要能抓住关键词来分析。3.注意提高新型电池的读图能力。考向 1 原电池原理及应用(对应学生用书第 1819 页)1.原电池基本模型2.解决原电池问题基本流程(1)分析电池内存在的氧化还原反应,若存在多个氧化还原反应还要分析先后顺序。(2)画出双线桥,分析“半反应”;根据电极材料,电子、电流流动方向,离子移动方向或
8、者题目所给图示分析出正负极。(3)综合考虑电极材料、电解质特点以及题目所给的电池构造图写出正负极电极反应式。3.原电池基本解题规律(1)大部分电池一般先写负极电极反应式,燃料电池一般先写正极反应式;然后用总反应(离子方程式)减去负极(燃料电池为正极)电极反应式即得正极(燃料电池为负极)电极反应式。(2)燃料电池常见的四种正极反应式:酸性燃料电池:O 2+4H+4e- 2H2O中碱性燃料电池:O 2+2H2O+4e- 4OH-熔融碳酸盐燃料电池:O 2+2CO2+4e- 2C23熔融氧化物燃料电池:O 2+4e- 2O2-(3)可充电二次电池:先写放电(原电池)电极反应式,把放电电极反应式“颠倒
9、过来”即是充电(电解)电极反应式。(4)注意近些年一些非常规原电池问题时而有所考查,这些电池有浓差电池、温差电池、非氧化还原型原电池等,这些电池不符合原电池基本理论(高中所学原电池理论是基于自发的4氧化还原反应理论)。遇到此类问题要根据题意进行分析,而不能死套我们所学的原电池理论。【例 1】 (2017全国卷,11)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+xS 8 8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是( D )A.电池工作时,正极可发生反应:2Li 2S6+2Li+2e- 3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过
10、 0.02 mol 电子,负极材料减重 0.14 gC.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的量越多精讲精析:据题意本题属于二次电池问题,根据上面所述规律,应该先分析放电过程,且由于此电池不属于“燃料电池”,所以一般应先分析“负极” 。根据电池反应,Li 失电子作负极,所以负极为金属锂(电极 b),电极 a(掺有石墨烯的 S8)为正极。根据元素化合价变化以及图中所给的 Li+的移动可以写出负极反应式:Li-e - Li+,由于是“全固态电池”,所以 Li2Sx应该没有发生电离(电离条件是溶于水或受热熔化),因此不能“拆”,所以电池反应总离子方程式就是
11、题目所给的方程式 16Li+xS8 8Li2Sx(2x8),用此方程减去负极反应式16Li-16e- 16Li+,即得正极反应式为 xS8+16Li+16e- 8Li2Sx(2x8),但根据题目所给图示,应该是先产生 Li2S8,把 x 换成 8 得此时的电极反应式为 S8+2Li+2e- Li2S8,然后Li2S8会陆续转变为 Li2S6、Li 2S4、Li 2S2,发生一系列电极反应,其中之一就是 A 项中反应,所以 A 正确;根据负极电极反应有如下关系式:Lie -,外电路流过 0.02 mol 电子,负极反应的 Li 为 0.02 mol,即 0.14 g,所以 B 正确;S 8属于比
12、较典型的非金属单质,很难导电,结合石墨可以导电的事实,判断 C 正确;图中所给的 Li2S8Li 2S2一系列电极反应是接“用电器”时(即原电池放电)的情形,而 D 问的是充电,显然应该是逆向转化,即 Li2S2的量越来越少,所以 D 错误。【例 2】 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( C )24A.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)24D.放电时,电路中通过 2 mol 电子,
13、消耗氧气 22.4 L(标准状况)精讲精析:由于是燃料电池,所以根据前面所述规律,应该先写负极电极反应式,因为是碱性燃料电池,所以负极反应为 O2+2H2O+4e- 4OH-,用总方程式“2Zn+O 2+4OH-+2H2O 2Zn(OH”减掉“负极”得正极反应式为 2Zn+8OH-4e- 2Zn(OH ,化简即可判断 C 正确;根)24 )24据正极反应得关系式:O 24e-,所以通过 2 mol 电子时消耗氧气 0.5 mol(即标准状况下 11.2 L),所以 D 错误;电池反应“颠倒过来”即是充电反应,所以充电反应为2Zn(OH 2Zn+O2+4OH -+2H2O,显然充电时产生 OH-
14、,所以其浓度应该不断增大,所以 B)245错误;离子移动规律是:原电池中“正正负负即正离子(中学一般叫阳离子)移向正极,负离子(中学一般叫阴离子)移向负极”;电解池中是“正阴负阳”;据此判断“充电(电解池)”K +应该移向阴极,所以 A 错误。特别提醒:有些所谓的“燃料电池”,正极没有使用氧气或空气,则不能死搬硬套这一解题规律方法。1.(2016全国卷,11)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( B )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
15、(OH)2+H2解析:Mg AgCl 电池以海水为电解质溶液,其负极失电子发生氧化反应:Mg-2e - Mg2+,正极得电子发生还原反应:2AgCl+2e - 2Cl-+2Ag;电池放电时,电子由负极移向正极,Cl -则相应地由正极移向负极;负极为 Mg 失电子发生氧化反应,Mg 金属活泼性强,易与水反应,故负极会发生副反应 Mg+2H2O Mg(OH)2+H2。2.(2015全国卷,11)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 )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
16、向正极区D.电池总反应为 C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O解析:负极发生氧化反应,生成 CO2气体,A 项错误;微生物电池中的化学反应速率较快,即微生物促进了反应中电子的转移,B 项正确;原电池中阳离子向正极移动,阴离子向负极移动,C项正确;电池总反应是 C6H12O6与 O2反应生成 CO2和 H2O,D 项正确。3.一种熔融碳酸盐燃料电池原理如图所示。下列有关该电池的说法正确的是( D )A.反应 CH4+H2O 3H2+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- 2H2OC.电池工作时,C 向电极 B 移
17、动23D.电极 B 上发生的电极反应为 O2+2CO2+4e- 2C236解析:A 项, ,则该反应中每消耗 1 mol CH4转移 6 mol 电子,错误;该电池的传4 4 +2 导介质为熔融的碳酸盐,所以 A 电极即负极上 H2参与的电极反应为 H2+C -2e- CO2+H2O,错23误;C 项,原电池工作时,阴离子移向负极,而 B 极是正极,错误;D 项,B 电极即正极上 O2参与的电极反应为 O2+2CO2+4e- 2C ,正确。23【教师用书备用】 最新发明的一种有望用在电动汽车上的锂硫电池装置如图所示,用有机聚合物作电解质,已知放电时电池反应为 Li2S6+10Li 6Li2S。
18、下列说法正确的是( B )A.放电时,Li +向负极移动B.充电时,阳极质量减小,阴极质量增加C.放电时,正极的电极反应为 -10e- 6S2-26D.可用 LiCl 水溶液代替聚合物电解质解析:在原电池中,阳离子向正极迁移,A 项错误;充电时,阳极发生氧化反应,电极反应式为6S2-10e- ,阴极发生还原反应,电极反应式为 Li+e- Li,B 项正确;放电时,正极发26生还原反应,电极反应式为 +10e- 6S2-,C 项错误;由于 Li 是活泼金属,根据元素周期26律,Na 能与水反应,Li 也应该能与水发生反应,则电解质中不能含水,D 项错误。考向 2 电解池原理与应用(对应学生用书第
19、 2021 页)1.电解原理模型72.离子放电顺序(惰性电极)阳极:S 2-I-Br-Cl-OH-(活泼电极作阳极时,放电的是阳极材料本身,注意 Fe 作阳极一般仅能失去 2e-);阴极:Ag +Fe3+Cu2+H+(酸)Sn 2+Zn2+Fe2+H+(H2O)Al3+。3.电解原理应用、常见四种类型电解及电解质溶液复原(见一轮复习资料)。4.电解原理解题基本流程(1)先看阳极是否为“惰性电极”,若为活泼电极,则放电的就是阳极本身,直接写出阳极反应式;若为惰性电极,则根据阴离子放电顺序写出阳极反应式。(2)根据阳离子放电顺序写出阴极反应式。(3)根据阴阳极反应结合离子方程式书写规律,写出总反应
20、方程式。(4)根据电解总方程式以及阴阳极反应式进行相关计算或判断。【温馨提示】有些电解需要根据题意具体问题具体分析,不能生搬硬套。比如 Al 作阳极有些题目里可以写成 Al-3e- Al3+,而有些题目说是电解法在酸性介质中使 Al 表面形成一层氧化层,此时则应该写成 2Al+3H2O-6e- Al2O3+6H+。【例 1】 (2016全国卷,11)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 S 可通过离子24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( B )A.通电后中间隔室
21、的 S 离子向正极迁移,正极区溶液 pH 增大24B.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生成精讲精析:电解池中阴离子向正极移动,阳离子向负极移动,即 S 向正极区移动,Na +向负24极区移动,根据离子放电顺序,正极区(阳极)反应:4OH -4e- O2+2H 2O,负极区(阴极)反应:2H +2e- H2,由于氢氧根、氢离子均来自 H2O,离子方程式书写时水不能拆,所以把阳极反应变化为:4H 2O-4e- O2+2
22、H 2O+4H+,阴极电极反应式变化为 4H2O+4e- 2H2+4OH -,然后阴阳极电极反应相叠加得:8H 2O 2H2+O 2+6H 2O,化简得:2H 2O 2H2+O 2,也就是此电解类型为“电解水型” 。S 向正极区移动,Na +向负极区移动,正极区水电离的 OH-24发生氧化反应生成氧气,H +留在正极区,该极得到 H2SO4产品,溶液 pH 减小,负极区水电离的H+发生还原反应生成氢气,OH -留在负极区,该极得到 NaOH 产品,溶液 pH 增大,故 A、C 项错误,B 项正确;该电解池相当于电解水,根据电解水的方程式可计算出当电路中通过 1 mol 电子的电量时,会有 0.
23、25 mol O2生成,D 项错误。8【例 2】 (2018湖北黄冈模拟)某化学兴趣小组学生对塑料饭盒废弃物的水解液进行电渗析处理,同时得到对苯二甲酸。原理如图所示(H 2A 表示对苯二甲酸,A 2-表示对苯二甲酸根离子),下列说法正确的是( C )A.电极 a 为阴极,电极 b 产生氧气B.通电一段时间后,硫酸溶液 pH 升高C.A2-通过阴离子交换膜进入浓缩室D.对 200 mL 8.3 g/L 的对苯二甲酸溶液通电一段时间后,浓度上升到 0.1 mol/L,阴极产生气体体积为 4.48 L精讲精析:首先观察电极材料为惰性电极,据图右侧极区含 A2-,根据浓缩室 H2A 浓度增大,判断 A
24、2-从右侧极区经阴离子交换膜进入了浓缩室,由于阴离子移向阳极,所以 a 为阳极、b 为阴极;根据离子放电顺序,阴极电极反应为 2H+2e- H2,阳极反应为 4OH-4e-O2+2H 2O,总电解反应为电解水型。由以上分析 A 错误;阳极区氢氧根放电,放氧生酸pH 降低,所以 B 错误;阴极区氢离子放电导致电荷不守恒,多余的 A2-通过阴离子交换膜进入浓缩室平衡电荷,所以 C 正确;D 项由于没有限定“标准状况”,所以 4.48 L 无意义,因此 D错误。注意:D 项如有说明是“标准状况”,则应通过计算来判断正误。由于此题属于电解水型,相当于是溶液浓缩类计算,浓缩过程中水减少,溶质不变,8.3
25、 g/L 对苯二甲酸溶液换算成物质的量浓度约为 0.05 mol/L,浓度提高一倍,则溶液体积减小一半(近似认为溶液体积减少就是水的体积),所以电解掉的水为 100 mL(即 100 g),再根据总电解方程式:2H 2O2H2+O 2,生成 H2的物质的量为 5.6 mol 氢气,5.6 mol H2标准状况下体积为 125.44 L。这里要特别提醒,选择题里一般不会出现特别复杂的计算。如果发现某个选项需要特别复杂的计算,一般可以不予考虑该选项(通常会有比较简单的方法排除该选项)。1.(2018安徽宿州模拟)如图为光伏发电电解甲基肼CH 3NHNH2制氢的装置示意图(电解池中交换膜仅阻止气体通
26、过,a、b 极均为惰性电极)。下列叙述中正确的是( D )A.N 型半导体为正极,P 型半导体为负极B.制氢装置溶液中电子从 a 极流向 b 极C.工作时,产生的 N2、H 2体积比为 13(同温同压)D.工作时,a 极的电极反应式为 CH3NHNH2+12OH-10e- C +N2+9H 2O23解析:a 极发生氧化反应,放出氮气,所以 a 是阳极,则 P 型半导体为正极,故 A 错误;电解质9溶液中没有电子流动,故 B 错误;根据阳极反应式:CH 3NHNH2+12OH-10e-C +N2+9H 2O,生成 1 mol 氮气转移 10 mol 电子,生成 1 mol 氢气转移 2 mol
27、电子,根据得失电子守恒,产生的 N2、H 2体积比为 15,故 C 错误;工作时,a 极是阳极,电极反应式为 CH3NHNH2+12OH-10e- C +N2+9H 2O,故 D 正确。232.(2018甘肃靖远模拟)利用电化学原理还原 CO2制取 ZnC2O4的装置如图所示(电解液不参加反应),下列说法正确的是( D )A.可用 H2SO4溶液作电解液B.阳离子交换膜的主要作用是增强导电性C.Pb 电极的电极反应式是 2CO2-2e- C224D.工作电路中每流过 0.02 mol 电子,Zn 电极质量减轻 0.65 g解析:锌在阳极失电子,发生 Zn-2e- Zn2+;Pb 电极上二氧化碳
28、得电子发生还原反应:2CO2+2e- C2 ;金属锌可以和硫酸反应,离子交换膜允许部分离子通过,根据电极反应24式并结合电子守恒来回答问题。如果用硫酸溶液作电解液,溶液中氢离子会在阴极得电子生成氢气,影响 2CO2+2e- C2反应的发生,A 错误;用阳离子交换膜把阳极室和阴极室隔开,它具有选择透过性,只允24许氢离子透过,其他离子难以透过,B 错误;Pb 电极为阴极,发生还原反应:2CO 2+2e- C2,C 错误;锌电极为阳极,发生氧化反应:Zn-2e - Zn2+,当电路中每流过 0.02 mol 电子,24消耗锌的量为 0.01 mol,质量为 0.65 g,D 正确。3.(2018吉
29、林实验中学模拟)某镍冶炼车间排放的漂洗废水中含有一定浓度的 Ni2+和 Cl-,图甲是双膜三室电沉积法回收废水中的 Ni2+的示意图,图乙描述的是实验中阴极液 pH 与镍回收率之间的关系。下列说法不正确的是( D )10A.交换膜 a 为阳离子交换膜B.阳极反应式为 2H2O-4e- O2+4H +C.阴极液 pH=1 时,镍的回收率低主要是有较多的 H2生成D.浓缩室得到 1 L 0.5 mol/L 的盐酸时,阴极回收得到 11.8 g 镍解析:阳极区域是稀硫酸,阳极氢氧根离子失电子生成氧气,氢离子通过交换膜 a 进入浓缩室,所以交换膜 a 为阳离子交换膜,故 A 正确;阳极反应式为 2H2
30、O-4e- O2+4H+,故 B 正确;阴极发生还原反应,酸性强时主要是氢离子发生还原反应生成氢气,酸性弱时主要是 Ni2+发生还原反应生成 Ni,故 C 正确;浓缩室得到 1 L 0.5 mol/L 的盐酸时 ,转移电子 0.4 mol,阴极生成镍和氢气,所以阴极回收得到镍小于 11.8 g,故 D 不正确。【教师用书备用】 臭氧是常见的强氧化剂,广泛用于水处理系统。制取臭氧的方法很多,其中高压放电法和电解纯水法原理如图所示,下列有关说法不正确的是( D )A.高压放电法,反应的原理为 3O2 2O3B.高压放电出来的空气中,除含臭氧外还含有氮的氧化物C.电解纯水时,电极 b 周围发生的电极
31、反应有 6OH-6e- O3+3H 2O 和 4OH-4e-O2+2H 2OD.电解水时,H +由电极 a 经聚合电解质薄膜流向电极 b解析:由高压放电法原理图可知,氧气在放电的条件下生成臭氧,高压放电法反应的原理为3O2 2O3,故 A 正确;空气中含有氮气与氧气,在高压放电条件下可以反应生成 NO 等,故 B正确;由电解纯水法原理图可知,b 电极发生氧化反应,生成氧气、臭氧,同时有氢离子生成,电极 b 周围发生的电极反应有 3H2O-6e- O3+6H+或 6OH-6e- O3+3H 2O,2H2O-4e-O2+4H +或 4OH-4e- O2+2H 2O,故 C 正确;a 电极生成氢气,
32、H +在 a 电极放电,H +由电极 b 经聚合固体电解质膜流向电极 a,故 D 不正确。考向 3 电化学原理综合应用(对应学生用书第 2123 页)1.金属腐蚀与防护(1)金属腐蚀本质:金属没有负价,所以金属腐蚀本质就是金属失电子被氧化的过程:M-xe -Mx+。(2)金属腐蚀类型:化学腐蚀;电化学腐蚀(又分为原电池腐蚀、电解原理腐蚀)11(3)金属防腐原理:涂覆保护层:原理是隔离氧化剂与还原剂(金属);电化学保护:根据原电池、电解池原理知,原电池负极发生氧化反应、电解池阳极发生氧化反应,据此我们知道金属原电池腐蚀是因为被腐蚀金属作了负极,电解腐蚀是因为被腐蚀金属作了阳极。电化学保护原理也就
33、是让金属作原电池正极或作电解池阴极即可。其中利用原电池原理防护方法称牺牲阳极保护法,利用电解池原理防护方法称阴极电保护法;加入 Ni、Cr 把铁制成不锈钢改变金属内部结构。2.原电池、电解池串并联装置:这类题目要充分运用物理学科中的思想进行分析。3.电化学综合计算(1)注意串联的原电池或电解池各个电极放电量相等的基本等量关系。(2)注意能量与电量的不同,转移电量相同不代表消耗或释放能量相同。因为 I=q/t,所以W=I2Rt= R,电量 q 一定时,电功多少与时间 t 有关。2(3)电化学计算一般比较复杂,耗时较多,所以遇到此类问题时可把选项暂时放一放,或利用排除法进行筛选。【例 1】 (20
34、18江西南昌模拟)下列装置由甲、乙两部分组成(如图所示),甲是将废水中乙二胺H 2N(CH2)2NH2氧化为环境友好物质形成的化学电源;乙是利用装置甲模拟工业电解法来处理含 Cr2 废水,电解过程中溶液发生反应:27Cr2 +6Fe2+14H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O。当电池工作时,下列说法错误的是( B )27A.甲中 H+透过质子交换膜由左向右移动B.乙池中 Fe 棒应与甲池中的 M 极相连C.M 极电极反应式:H 2N(CH2)2NH2+4H2O-16e- 2CO2+N 2+16H +D.若溶液中减少了 0.01 mol Cr2 ,则电路中至少转移了 0.06 mol 电子27精讲
35、精析: 根据图知,N 电极上氧气得电子生成水,该电极上得电子发生还原反应,为正极,M为负极,电解质溶液中阳离子向正极移动,即甲中 H+透过质子交换膜由左向右移动,A 正确;根据方程式知,乙中 Fe 失电子生成亚铁离子,则 Fe 作阳极,C 作阴极,阴极连接原电池负极,阳极连接原电池正极,则 Fe 与 N 极相连,B 错误;根据图知,M 电极上生成氢离子,甲是将废水中乙二胺氧化为环境友好物质形成的化学电源,生成含有 N 元素的物质是氮气,生成含有 C元素的物质是二氧化碳,因此电极反应式为 H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e- 2CO2+N 2+16H +,C正确;Cr 2 +6Fe2+1
36、4H+ 2Cr3+6Fe3+7H2O 中以 Fe 元素计算转移电子数=6(3-2)=6,即27消耗 1 mol Cr2 ,电路中至少转移了 6 mol 电子,所以溶液中减少了 0.01 mol Cr2 ,27 27则电路中至少转移了 0.06 mol 电子,D 正确。注意:D 需要计算,可以先不考虑该项,从三个12选项中加以考虑筛选,这样可以提高解题速度。【例 2】 (2018广东东莞模拟)近年来,我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀,防护原理如图。下列说法正确的是( B )A.阴极电极反应为 4OH-4e- O2+2H 2OB.阳极电极反应为
37、Zn-2e- Zn2+C.该装置为牺牲阳极的阴极保护法D.绝缘子表面产生的 OH-向阴极移动精讲精析:阴极电极反应为 2H2O+2e- H2+2OH -,选项 A 错误;阳极锌失电子产生锌离子,电极反应为 Zn-2e- Zn2+,选项 B 正确;该装置为外加电源的阴极保护法,选项 C 错误;电解池中绝缘子表面产生的 OH-向阳极移动,选项 D 错误。金属腐蚀与防护类型题目较为简单,做好此类题的关键是细心,四个选项都要仔细比对,权衡后作出最有把握的判断,绝不能匆匆一看就作出解答,不能轻视。1.(2018北京卷,12)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)。
38、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( D )A.对比,可以判定 Zn 保护了 FeB.对比,K 3Fe(CN)6可能将 Fe 氧化C.验证 Zn 保护 Fe 时不能用的方法D.将 Zn 换成 Cu,用的方法可判断 Fe 比 Cu 活泼解析:实验中加入 K3Fe(CN)6,溶液无明显变化,说明溶液中没有 Fe2+;实验中加入K3Fe(CN)6,生成蓝色沉淀,说明溶液中有 Fe2+,A 正确;对比可知,中 K3Fe(CN)6 可能将 Fe 氧化成 Fe2+,Fe2+再与 K3Fe(CN)6 反应生成蓝色沉淀,B 正确;由以上分析可知,验证 Zn 保护
39、Fe 时,可以用做对比实验,不能用的方法,C 正确; K3Fe(CN)6 可将单质铁氧化为 Fe2+,Fe2+与 K3Fe(CN)6 生成蓝色沉淀,附着在 Fe 表面,无法判断铁比铜活泼,D不正确。2.(2018北京东城区模拟)利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀。实验装置 实验编号 浸泡液 pH13 1.0 mol/L NH4Cl 5 0.5 mol/L (NH4)2SO4 5 1.0 mol/L NaCl 7 0.5 mol/L Na2SO4 7氧气浓度随时间的变化下列说法不正确的是( B )A.上述正极反应均为 O2+2H2O+4e- 4OH-B.在不同溶液中,Cl -是影响吸氧腐
40、蚀速率的主要因素C.向实验中加入少量(NH 4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快D.在 300 min 内,铁钉的平均吸氧腐蚀速率酸性溶液大于中性溶液解析:铁钉发生电化学吸氧腐蚀的正极反应为 O2+2H2O+4e- 4OH-,故 A 正确;通过图像中曲线对比可以看出,N 的存在是影响吸氧腐蚀速率的主要因素,氯离子对吸氧腐蚀速率影响不大,故 B 不正确;根据图像,N 存在会加快吸氧腐蚀速率,所以向实验中加入少量(NH 4)2SO4固体,吸氧腐蚀速率加快,故 C 正确;N 水解溶液显酸性,结合图像可知酸性溶液中铁钉的平均吸氧腐蚀速率大于中性溶液,故 D 正确。3.(2018山东济南模拟)为实现节能减
41、排,氯碱工业中相关物料的传输与转化关系如图所示(电极均为惰性电极,图中未标出)。下列说法中正确的是( C )A.A1区域为阴极区,电解过程中,溶液 pH 增大B.B2区域中发生的电极反应为 O2+4H+4e- 2H2OC.若两池中所用离子膜类型相同,则 abD.利用整套装置最终获得的产品是氢气、氧气和烧碱解析:在电解池中生成的物质只能是氢氧化钠、氢气和氯气,由图示得到 Y 要进入燃料电池,所以 Y 为氢气,X 为氯气。则 A1区域为电解池的阳极区,选项 A 错误;燃料电池的电解质溶液为氢氧化钠溶液,所以正极上应该是氧气得电子生成氢氧根离子的反应,选项 B 错误;电解饱和食盐水应该用阳离子交换膜
42、,所以燃料电池中也是阳离子交换膜,在 B 装置中就是 Na+透过阳离子交换膜由左向右进入装置 B2区域中,同时 B2中应该是氧气得电子生成氢氧根离子,所以 B2区域中氢氧化钠浓度会增大,选项 C 正确;整套装置中的氢气在燃料电池中被消耗了,所以氢气不是最终产物,选项 D 错误。【教师用书备用】 利用电化学原理将有机废水中的乙二胺H 2N(CH2)2NH2转化为无毒物质的原理示意图如图 1 所示,同时利用该装置再实现镀铜工艺示意图如图 2 所示,当电池工作14时,下列说法正确的是( C )A.图 1 中 H+透过质子交换膜由右向左移动B.工作一段时间后,图 2 中 CuSO4溶液浓度减小C.当
43、Y 电极消耗 0.5 mol O2时,铁电极增重 64 gD.X 电极反应式:H 2N(CH2)2NH2+4H2O+16e- 2CO2+N 2+16H +解析:图 1 是原电池,Y 电极上氧气被还原生成水,所以 Y 是正极,氢离子移向正极,H +透过质子交换膜由左向右移动,故 A 错误;图 2 是电镀池,CuSO 4溶液浓度不变,故 B 错误;当 Y 电极消耗 0.5 mol O2时,转移电子 2 mol,根据转移电子数,铁电极生成 1 mol 铜,电极增重 64 g,故C 正确;X 是负极,失电子发生氧化反应,电极反应式是 H2N(CH2)2NH2+4H2O-16e-2CO2+N 2+16H +,故 D 错误。
