专题11电化学基础（讲义）（原卷版）

专题11电化学基础01专题网络·思维脑图02考情分析·解密高考03高频考点·以考定法考点一原电池原理及其应用考点一原电池原理及其应用【高考解密】命题点01原电池的工作原理及其应用命题点02化学电源【技巧解密】【考向预测】考点二电解池原理及其应用【高考解密】命题点01电解池原理命题点02电解池原理的应用【技巧解密】【考向预测】考点三金属腐蚀与防护【高考解密】命题点01金属腐蚀的原理命题点02金属的防护原理【技巧解密】【考向预测】04核心素养·微专题微专题电化学离子交换膜的分析与应用考点考查内容考情预测原电池原理及其应用1、原电池的工作原理及其应用2、化学电源电化学内容是高考试卷中的常客，是氧化还原反应知识的应用和延伸，命题在继续加强基本知识考查的基础上，更加注重了试题题材的生活化、实用化、情境化，同时也加强了不同知识间的相互渗透与融合，试题的背景较为新颖，侧重考查分析判断、获取信息解答问题及计算能力。题型有以新型电池为背景的选择题和以电极反应式书写为主的填空题，通常考查的知识点是从闭合回路的形成角度分析原电池、电解池的工作原理，电极的判断，电极反应式的书写，电子的转移或电流的方向和溶液中离子的移动方向的判断，溶液pH的变化，离子交换膜作用，有关计算，理解原电池和电解池原理的实际应用等，难度一般偏大。解题时要求掌握“结合反应原理，根据元素化合价变化，正确判断电极发生的反应和书写电极反应方程式”的方法。预计2024年高考选择题中，仍然以某一个新型电池为背景考查电化学知识，结合物质的制备、废弃物的处理等内容进行考查，电极反应方程式的书写或正误判断、离子移动的方向、电极产物种类的判断及相关计算等仍是考查的重点。电解池原理及其应用1、电解池原理2、电解池原理的应用金属腐蚀与防护1、金属腐蚀的原理2、金属的防护原理考点一原电池原理及其应用命题点01原电池的工作原理及其应用典例01（2023·广东卷）负载有和的活性炭，可选择性去除实现废酸的纯化，其工作原理如图。下列说法正确的是()A．Ag作原电池正极B．电子由Ag经活性炭流向PtC．Pt表面发生的电极反应：O2+2H2O+4e=4OHD．每消耗标准状况下11.2L的O2，最多去除1molCl典例02（2022·山东卷）(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是()A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸C．乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e+4H+=Li++Co2++4OHD．若甲室Co2+减少200mg，乙室Co2+增加300mg，则此时已进行过溶液转移典例03（2021·广东卷）火星大气中含有大量CO2，一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极，碳纳米管为正极，放电时()A．负极上发生还原反应 B．CO2在正极上得电子C．阳离子由正极移向负极 D．将电能转化为化学能命题点02化学电源典例01（2023·全国新课标卷）一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2水溶液为电解质的电池，其示意图如下所示。放电时，Zn2+可插入V2O5层间形成·。下列说法错误的是()A．放电时V2O5为正极B．放电时Zn2+由负极向正极迁移C．充电总反应：·D．充电阳极反应：·典例02（2022·广东卷）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溶液的减小C．放电时NaCl溶液的浓度增大D．每生成1molCl2，电极a质量理论上增加23g典例03（2021·辽宁卷）如图，某液态金属储能电池放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是()A．放电时，M电极反应为B．放电时，Li+由M电极向N电极移动C．充电时，M电极的质量减小D．充电时，N电极反应为Li3Bi+3e=3Li++Bi1．“五类”依据判断原电池电极：(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反应的类型判断。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。在外电路中,电子由负极流向正极,电流由正极流向负极。(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．“三步”突破原电池电极反应式的书写：第一步：分析氧化还原反应根据氧化还原反应，分析元素化合价的升降，确定正负极反应物质及电子得失数目第二步：注意电解质溶液环境分析电解质溶液的酸碱性及离子参加反应的情况，确定电极反应，写出电极反应式第三步：合并正、负电极反应调整两极反应式中得失电子数目相等并叠加，消去电子，得出总反应式3．解答新型化学电源的步骤(1)判断电池类型→确认电池原理→核实电子、离子移动方向。(2)确定电池两极→判断电子、离子移动方向→书写电极反应和电池反应。(3)充电电池→放电时为原电池→失去电子的为负极反应。(4)电极反应→总反应离子方程式减去较简单一极的电极反应式→另一电极反应式。4．化学电源(1)一次电池碱性锌锰干电池负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正极材料：碳棒电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－=2MnOOH＋2OH－总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O=2MnOOH＋Zn(OH)2锌银电池负极材料：Zn电极反应：Zn＋2OH－－2e－=Zn(OH)2正极材料：Ag2O电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－=2Ag＋2OH－总反应：Zn＋Ag2O＋H2O=Zn(OH)2＋2Ag(2)二次电池铅蓄电池是最常见的二次电池，总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)【特别提醒】分析可充电电池问题“三注意”(1)放电时是原电池反应，充电时是电解池反应。(2)充电电池需要注意的是充电、放电的反应不能理解为可逆反应。(3)充电时的电极反应与放电时的电极反应过程相反，充电时的阳极反应恰与放电时的正极反应相反，充电时的阴极反应恰与放电时的负极反应相反。故二次电池充电时，可充电电池的正极连接外接电源的正极，可充电电池的负极连接外接电源的负极。简单记为“正接正、负接负”。(4)充、放电时电解质溶液中离子移动方向的判断分析电池工作过程中电解质溶液的变化时，要结合电池总反应进行分析。①首先应分清电池是放电还是充电。②再判断出正、负极或阴、阳极。放电：阳离子→正极，阴离子→负极；充电：阳离子→阴极，阴离子→阳极；总之：阳离子→发生还原反应的电极；阴离子→发生氧化反应的电极。(5)书写化学电源的电极反应式和总反应方程式时，关键是抓住氧化产物和还原产物的存在形式。(3)燃料电池氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池：总反应式：2H2＋O2=2H2O①酸性介质负极：2H2－4e－=4H＋正极：O2＋4H＋＋4e－=2H2O②碱性介质负极：2H2＋4OH－－4e－=4H2O正极：O2＋2H2O＋4e－=4OH－③熔融的金属氧化物作介质负极：2H2－4e－＋2O2－=2H2O正极：O2＋4e－=2O2－④碳酸盐作介质负极：2H2－4e－＋2COeq\o\al(2－,3)=2H2O＋2CO2正极：O2＋4e－＋2CO2=2COeq\o\al(2－,3)(4)浓差电池1）在浓差电池中，为了限定某些离子的移动，常涉及到“离子交换膜”。①常见的离子交换膜阳离子交换膜只允许阳离子(包括H＋)通过阴离子交换膜只允许阴离子通过质子交换膜只允许H＋通过②离子交换膜的作用a.能将两极区隔离，阻止两极物质发生化学反应。b.能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。③离子交换膜的选择依据：离子的定向移动。2）“浓差电池”的分析方法浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差，离子均是由“高浓度”移向“低浓度”，依据阴离子移向负极区域，阳离子移向正极区域判断电池的正、负极，这是解题的关键。5.电解池中电极反应式的书写方法(1)书写步骤①首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。②分析确定溶液中所有阴阳离子并清楚放电顺序。③根据放电顺序分析放电产物。④根据电解质溶液的酸碱性确定电极反应式中是否有H＋、OH－或H2O参与；最后配平电极反应式。(2)介质对电极反应式的影响①在电解池电极方程式中，如果是H＋或OH－放电，则电解质溶液的酸碱性对电极反应式没有影响。②酸性溶液反应物或生成物中均没有OH－。③碱性溶液反应物或生成物中均没有H＋。(3)电极产物的溶解性对电极反应式的影响。电解MgCl2溶液时的阴极反应式应为：Mg2＋＋2H2O＋2e－=Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－=H2↑。总反应离子方程式为：Mg2＋＋2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))Mg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。不能把电解MgCl2溶液的离子方程式写成：2Cl－＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽视了生成难溶的Mg(OH)2。6.原电池电极上区pH变化规律（1）若电极反应消耗OH－(H＋)，则电极周围溶液的pH减小(增大)；（2）若电极反应生成H＋(OH－)，则电极周围溶液的pH减小(增大)。（3）若总反应的结果是消耗OH－(H＋)，则溶液的pH减小(增大)；（4）若总反应的结果是生成H＋(OH－)，则溶液的pH减小(增大)。（5）若两极消耗或生成的OH－(H＋)的物质的量相等，则溶液的pH变化规律视溶液的酸碱性及是否有水生成而定，应具体问题具体分析（如酸性燃料电池，由于生成水，pH增大）。考向01原电池的工作原理及其应用1．（2023·甘肃·统考二模）碳排放是影响气候变化的重要因素之一。最近科学家研发出一种有利于“碳中和”的新型电池系统，通过二氧化碳溶于水触发电化学反应产生电能和氢气，其工作原理如下图所示(钠超离子导体只允许Na+通过)。下列说法正确的是A．电池系统工作时电能转变成化学能B．用硫酸溶液替代有机电解液可增大电池工作效率C．b极区的电极反应式为2CO2+2H2O+2e=2+H2D．电池工作时每消耗2.24LCO2，a电极的质量会减少2.3g2．（2023·辽宁沈阳·东北育才学校校考模拟预测）用零价铁去除酸性水体中的是地下水修复研究的热点之一，下列有关叙述中错误的是铁粉还原水体中的反应原理(已知：形成了原电池)示意图足量铁粉还原水体中后，铁表面最终形态的示意图初始的水体中，分别加入、(足量)、(足量)和对的去除率(％)的对比图像A．甲图中作原电池的负极B．甲图中正极上发生的电极反应：C．零价铁去除的反应速率会随时间推移而减慢D．零价铁去除时加入的适量能直接还原，从而提高的去除率3．（2023·广东广州·统考二模）科学家研发了一种以Al和Pd@石墨烯为电极的Al电池，电池以离子液体作电解质，放电时在提供能量的同时实现了人工固氮，示意图如下。下列说法不正确的是A．充电时Al电极是阴极B．放电时离子浓度增大，离子浓度减少C．放电时正极反应为D．放电时电路中每通过6mol，电池总质量理论上增加28g4．（2023·辽宁大连·统考二模）某科研小组用电化学方法将转化为实现再利用，转化的基本原理如图所示，下列叙述正确的是A．光能全部转化成电能B．M上的电极反应方程式为C．该电池工作时溶液中移向N极D．若消耗标况下，溶液中转移的电子数目为5．（2023·河北唐山·统考三模）某研究所为硫酸工厂的尾气处理专门设计了SO2—空气质子交换膜燃料电池，以实现制硫酸、发电、环保的结合，电池示意图如下。下列说法正确的是(空气中氧气体积分数按20%计)A．该电池放电时质子从电极B移向电极AB．负极的电极反应为C．a端的电势高于b端D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和空气的体积比为2：5考向02化学电源1．（2023·四川·校联考模拟预测）某企业研发的钠离子电池“超钠F1”于2023年3月正式上市、量产。钠离子电池因原料和性能的优势而逐渐取代锂离子电池，电池结构如图所示。该电池的负极材料为NaxCy(嵌钠硬碳)，正极材料为Na2Mn[Fe(CN)6](普鲁士白)。在充、放电过程中，Na+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。下列说法不正确的是A．由于未使用稀缺的锂元素，量产后的钠离子电池的生产成本比锂离子电池的低B．放电时，负极的电极反应式为NaxCyxe=Cy+xNa+C．放电时，Na+移向电势较高的电极后得到电子发生还原反应D．充电时，每转移1mol电子，阳极的质量减少23g2．（2023·江苏扬州·扬州中学校考模拟预测）一种新型AC/LiMn2O4电池体系，在快速启动、电动车等领域具有广阔应用前景。其采用尖晶石结构的LiMn2O4作正极(可由Li2CO3和MnO2按物质的量比1：2反应合成)，高比表面积活性炭AC(石墨颗粒组成)作负极。充电、放电的过程如图所示：下列说法正确的是A．合成LiMn2O4的过程中可能有H2产生B．放电时正极的电极反应式为：LiMn2O4+xe=Li(1x)Mn2O4+xLi+C．充电时AC极应与电源负极相连D．可以用Li2SO4水溶液做电解液3．（2024·安徽·校联考模拟预测）复旦大学科研人员采用金属碳酸盐和独特的固固转换反应，设计出@石墨烯(ZZG)电极的概念电池，表现出91.3%的高锌利用率，且寿命长达2000次，其充电时的工作原理如图所示：下列说法正确的是A．放电时的电极电势：ZZG电极>镍基电极B．充电时阴极附近电解液中增大C．放电时移向镍基电极D．放电时当外电路中有2mol电子转移时，ZZG电极就会析出1mol固体4．（2023·河北唐山·统考模拟预测）浙江大学高超教授团队研究的水系双离子电池原理如下图所示，下列说法错误的是A．放电时a极附近溶液pH增大B．放电时b极的电极反应式为：C．充电时b极作阴极，发生还原反应D．充电时1molCu完全转化为Cu3(PO4)2，电池内部有6molNa+发生迁移5．（2023·河南新乡·统考一模）锌电池具有成本低、安全性强、可循环使用等优点。一种新型锌电池的工作原理如图所示(凝胶中允许离子生成或迁移)。下列说法错误的是A．基态锰原子价电子排布式为B．放电过程中，a极的电极反应式为C．放电过程中，转移时，b极消耗D．配离子中Zn采用的是杂化，该配离子为空间四面体结构考点二电解池原理及其应用命题点01电解池原理典例01（2023·广东卷）利用活性石墨电极电解饱和食盐水，进行如图所示实验。闭合K1，一段时间后()A．U型管两侧均有气泡冒出，分别是Cl2和O2 B．a处布条褪色，说明Cl2具有漂白性C．b处出现蓝色，说明还原性：ClID．断开K1，立刻闭合K2，电流表发生偏转典例01（2022·海南卷）一种采用H2O(g)和N2(g)为原料制备NH3(g)的装置示意图如下。下列有关说法正确的是()A．在b电极上，N2被还原B．金属Ag可作为a电极的材料C．改变工作电源电压，反应速率不变D．电解过程中，固体氧化物电解质中O2不断减少典例03（2021·海南卷）液氨中存在平衡：2NH3NH4++NH2。如图所示为电解池装置，以KNH2的液氨溶液为电解液，电解过程中a、b两个惰性电极上都有气泡产生。下列有关说法正确的是()A．b电极连接的是电源的负极 B．a电极的反应为2NH3+2e=H2+2NH2C．电解过程中，阴极附近K+浓度减小 D．理论上两极产生的气体物质的量之比为1:1命题点02电解池原理的应用典例01（2023·浙江卷）在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图，下列说法正确的是()A．石墨电极为阴极，发生氧化反应B．电极A的电极反应：8H++TiO2+SiO2+8e=TiSi+4H2OC．该体系中，石墨优先于Cl参与反应D．电解时，阳离子向石墨电极移动典例02（2022·广东卷）以熔融盐为电解液，以含Cu、Mg和Si等的铝合金废料为阳极进行电解，实现Al的再生。该过程中()A．阴极发生的反应为M2e=Mg2+ B．阴极上Al被氧化C．在电解槽底部产生含Cu的阳极泥 D．阳极和阴极的质量变化相等典例03（2021·辽宁卷）利用(Q)与电解转化法从烟气中分离的原理如图。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．在M极被还原 D．分离出的从出口2排出1．“五类”依据判断电解池电极判断依据电极电极材料电极反应电子流向离子移向电极现象阳极与电源正极相连氧化反应流出阴离子移向电极溶解或pH减小阴极与电源负极相连还原反应流入阳离子移向电极增重或pH增大2．电解池电极反应式的书写（1）电极产物判断（2）电解池电极反应式的书写模式：注：①阳极阴离子放电次序：非惰性电极>S2>I>Br>Cl>OH>高价含氧酸根离子>F②阴极阳离子放电次序一般为：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+当然，微粒的浓度也会影响放电的顺序，如电镀锌时，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放电次序Zn2+>H+。（3）电极反应方程式的书写技巧：分：分析电极材料是惰性电极如碳棒、Pt，还是活性电极（电极参与反应）。析：分析溶液组成即溶液中有哪些离子。判：判断离子流向（阳离子移向阴极，阴离子移向阳极）。断：根据离子放电顺序判断反应的离子。书：书写电极反应方程式。写：书写总反应方程式，放电离子来源物质=电极产物+剩余部分组合。3．惰性电极电解电解质溶液的规律放H2生碱型(以NaCl为例)阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑电解后电解质溶液的复原电解后电解质溶液复原遵循“少什么补什么”原则，先让析出的产物(气体或沉淀)恰好完全反应，再将其化合物投入电解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl气体(不能加盐酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固体；③CuCl2溶液：加CuCl2固体；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－电解电解质型(以HCl为例)阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑电解水型(以H2SO4为例)阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋阴极反应式：4H＋＋4e－===2H2↑放O2生酸型(以CuSO4为例)阳极反应式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋阴极反应式：2Cu2＋＋4e－===2Cu总离子方程式：2Cu2＋＋2H2Oeq\o(=====,\s\up7(电解))2Cu＋4H＋＋O2↑4．电解原理的应用(1)电解饱和食盐水。阳极反应式：2Cl－－2e－=Cl2↑(氧化反应)阴极反应式：2H＋＋2e－=H2↑(还原反应)总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：①只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。②将电解槽隔成阳极室和阴极室。(2)电解精炼铜(3)电镀铜(4)电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等总方程式阳极、阴极反应式冶炼钠2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑，2Na＋＋2e－=2Na冶炼镁MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑2Cl－－2e－=Cl2↑，Mg2＋＋2e－=Mg冶炼铝2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(通电))4Al＋3O2↑6O2－－12e－=3O2↑，4Al3＋＋12e－=4Al5．有关电化学计算的三大方法(1)根据电子守恒计算用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4mole－为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)6．原电池、电解池、电镀池判定（1）若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件判定；（2）若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池，当阳极金属与电解质溶液中的金属离子相同则为电镀池；（3）若为无明显外接电源的串联电路，则应利用题中信息找出能发生自发氧化还原反应的装置为原电池。考向01电解池原理1．（2023·广西南宁·南宁三中校联考模拟预测）如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图，下列说法正确的是A．甲池将化学能转化为电能，总反应为2CH3OH+3O2=2CO2+4H2OB．乙池中的Ag不断溶解C．反应一段时间后要使乙池恢复原状，可加入一定量CuO固体D．当甲池中有22.4LO2参与反应时，乙池中理论上可析出12.8g固体2．（2023·湖北·校联考模拟预测）科研团队开创了海水原位直接电解制氢的全新技术(如图所示)。该研究的关键点是利用海水侧和电解质侧的水蒸气压力差使海水自发蒸发，并以蒸汽形式通过透气膜扩散到电解质侧重新液化，即“液气液”水迁移机制，为电解提供淡水。下列叙述错误的是A．直接电解海水存在阳极易腐蚀问题B．液态水、阴离子分别不能通过膜a、膜bC．铅酸蓄电池做电源时，电极与N电极相连D．电解过程中，阴极区溶液可能不变3．（2023·贵州贵阳·统考三模）如图2所示是一种低电压下获得氢气和氧气的电化学装置。下列有关说法错误的是A．a电极为阳极，发生氧化反应B．M、N电极产生的气体物质的量之比为2∶1C．标况下生成2.24L的气体N，则有0.2NA的OH经隔膜从b移向aD．反应器I中反应为4[Fe(CN)6]3+4OH=4[Fe(CN)6]4+O2↑+2H2O4．（2023·湖北武汉·华中师大一附中校考模拟预测）将、和熔融制成燃料电池，模拟工业电解法来处理含废水，如图所示：电解过程中溶液发生反应：，Y是可循环使用的氧化物。下列说法不正确的是A．Y是B．Fe(Ⅰ)的电极反应式为C．若Fe(Ⅱ)电极改为Cu电极，电解结束时乙池中的产物会发生改变D．若石墨Ⅰ消耗46g，则乙池中可处理0.083mol5．（2023·天津南开·南开中学校考模拟预测）下列说法正确的是A．乙池中石墨电极表面有气泡产生，丙池中向右侧电极移动B．甲池通入的电极反应为C．反应一段时间后，向乙池中加入一定量固体能使溶液恢复到原浓度D．收集一段时间后丙池中两电极上产生的气体，左侧电极可能得到混合气体考向02电解池原理的应用1．（2023·江苏·统考二模）用电解法对酸性含氯氨氮废水进行无害化处理的过程如图所示。下列说法正确的是A．DSA电极与外接电源的负极连接B．发生的电极反应为：C．降解过程中应该控制条件避免发生反应②D．1molHO·和足量反应，转移的电子数为2．（2023·陕西榆林·统考模拟预测）电解HF和熔融KHF2的混合物(熔融混合物中常加入少量LiF或AlF3)制备单质氟，以电解槽内壁(镍铜合金)和石墨为电极，总反应为2KHF2＝2KF+F2↑+H2↑。下列有关电解制备单质氟的说法正确的是A．电解过程中，电解槽内壁与电源的正极相连B．石墨电极发生的电极反应为2F－+2e－＝F2↑C．电解过程中加入少量LiF或AlF3可以降低混合物的熔点，增强导电性D．电解一段时间后，加入一定量的固体KHF2可还原混合物的组成3．（2023·山东威海·威海市第一中学统考二模）将CO2转化为系列化工原料，越来越引起科研工作者的重视。光、电催化酶耦合反应器固定CO2原理如图所示。已知固碳酶在催化反应时需要辅助因子NAD(P)H提供还原力。下列说法错误的是

A．装置工作时，由光能、电能转化为化学能B．转化生成1mol得到6molC．当有2mol通过交换膜进入阴极室，一定生成1molHCOOHD．在电解液中添加并给反应器施加电压，有利于转换为NAD(P)H4．（2023·江西景德镇·统考二模）在电还原条件下由PVC{

}产生的氯离子可以直接用于串联电氧化氯化反应。PVC可用于常规回收DEHP(在电化学反应中可充当氧化还原介质，提高反应效率)，转化过程如图。下列叙述错误的是A．上述装置为将电能转化成化学能的装置B．电极d上发生还原反应C．上述转化的总反应方程式为

D．该装置工作时，氯离子向d极移动5．（2023·重庆沙坪坝·重庆八中校考二模）我国学者利用双膜三室电解法合成了，该方法的优点是能耗低、原料利用率高，同时能得到高利用。价值的副产品，其工作原理如图所示。下列说法错误的是A．b为电源负极，气体X为B．膜I、膜Ⅱ依次适合选用阴离子交换膜、阳离子交换膜C．电解过程中需及时补充NaClD．制得的同时NaOH溶液质量增加80g考点三金属腐蚀与防护命题点01金属腐蚀的原理典例01（2022·辽宁卷）镀锌铁钉放入棕色的碘水中，溶液褪色；取出铁钉后加入少量漂白粉，溶液恢复棕色；加入，振荡，静置，液体分层。下列说法正确的是A．褪色原因为被还原 B．液体分层后，上层呈紫红色C．镀锌铁钉比镀锡铁钉更易生锈 D．溶液恢复棕色的原因为被氧化典例02（2019·江苏卷）将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是()A．铁被氧化的电极反应式为Fe−3e−=Fe3+B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀典例03（2017·浙江卷）在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，放置一段时间后看到铁片上有铁锈出现，铁片腐蚀过程中发生的总化学方程式：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2，Fe(OH)2进一步被氧气氧化为Fe(OH)3，再在一定条件下脱水生成铁锈，其原理如图。下列说法正确的是A．铁片发生还原反应而被腐蚀B．铁片腐蚀最严重区域应该是生锈最多的区域C．铁片腐蚀中负极发生的电极反应：2H2O＋O2＋4e－===4OH－D．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀命题点02金属的防护原理典例01（2022·广东卷）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是()A．加入AgNO3溶液产生沉淀 B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C．加入KSCN溶液无红色出现 D．加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成典例02（2021·全国乙卷）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NaClOC．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典例03（2020·江苏卷）将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在题图所示的情境中，下列有关说法正确的是()A．阴极的电极反应式为B．金属M的活动性比Fe的活动性弱C．钢铁设施表面因积累大量电子而被保护D．钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快1．影响金属腐蚀的因素(1)对于金属本性来说，金属越活泼，就越容易失去电子而被腐蚀。(2)电解质溶液对金属的腐蚀的影响也很大，如果金属在潮湿的空气中，接触腐蚀性气体或电解质溶液，都容易被腐蚀。2．金属腐蚀快慢的规律(1)金属腐蚀类型的差异：电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护措施的腐蚀。(2)电解质溶液的影响：对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液；对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，腐蚀越快；活泼性不同的两金属与电解质溶液构成原电池时，一般活泼性差别越大，负极腐蚀越快。3．金属电化腐蚀的类型类型析氢腐蚀吸氧腐蚀条件水膜呈酸性水膜呈弱酸性或中性正极反应2H＋＋2e－=H2↑O2＋2H2O＋4e－=4OH－负极反应Fe－2e－=Fe2＋其他反应吸氧腐蚀更普遍，危害更大4.金属保护的方法(1)加防护层，如在金属表面加上油漆、搪瓷、沥青、塑料、橡胶等耐腐蚀的非金属材料；采用电镀或表面钝化等方法在金属表面镀上一层不易被腐蚀的金属。(2)电化学防护：1）牺牲阳极法：原电池原理，外接活泼金属作负极(阳极)使被保护金属作正极(阴极)。形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换。2）外加电流法：电解原理，被保护金属作阴极，用惰性电极作辅助阳极。通电后强制电子流向被保护的金属设备，使金属表面腐蚀电流降至零或接近零。从而使金属受到保护。方法牺牲阳极法外加电流法依据原电池原理电解池原理原理形成原电池时，被保护的金属作正极，不发生化学反应受到保护；活泼金属作负极，发生化学反应受到腐蚀。负极要定期予以更换将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两个电极，使被保护的金属作阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护应用保护一些钢铁设备，如锅炉内壁、船体外壳等装上镁合金或锌块保护土壤、海水及水中的金属设备实例示意图考向01金属腐蚀的原理1．（2023·河南·校联考一模）科学研究发现金属生锈时，锈层内如果有硫酸盐会加快金属的腐蚀，其腐蚀原理如图所示。下列说法错误的是A．钢铁的腐蚀中正极电极反应式为B．酸雨地区的钢铁更易被腐蚀C．生成反应的化学方程式为D．硫酸盐加速电子传递，有一定的催化剂作用2．（2023·河北保定·统考一模）某实验小组要定量探究铁锈蚀的因素，设计如图所示实验装置，检查气密性，将5g铁粉和2g碳粉加入三颈烧瓶，时刻，加入2mL饱和氯化钠溶液后，再将一只装有5mL稀盐酸的注射器插到烧瓶上，采集数据。下列说法错误的是A．铁发生锈蚀的反应是放热反应B．温度降低是因为反应速率减慢了C．BC段压强减小是因为铁和氧气直接反应生成了氧化铁D．压强变大是因为发生了铁的析氢腐蚀3．（2023·广东惠州·统考模拟预测）下列现象与电化学腐蚀无关的是A．铜锌合金(黄铜)不易被腐蚀B．银质物品久置表面变黑C．附有银制配件的铁制品其接触处易生锈D．铁锅炒菜后未洗净擦干容易生锈4．（2023·上海闵行·统考二模）国产航母山东舰采用模块制造，然后焊接组装而成。实验室模拟海水和淡水对焊接金属材料的影响，结果如图所示。下列分析正确的是A．舰艇被腐蚀是因为形成了电解池B．甲是海水环境下的腐蚀情况C．被腐蚀时正极反应式为：Fe2e→Fe2＋D．焊点附近用锌块打“补丁”延缓腐蚀5．（2023·广东·广州市第二中学校联考三模）利用原电池原理可以避免金属腐蚀，某小组同学设计了如下图所示的实验方案来探究铁片的腐蚀情况。下列说法中正确的是A．甲中的铁片附近会出现蓝色B．甲中形成了原电池，锌片作正极C．乙中铜片附近会出现红色D．乙中的铜片上发生氧化反应考向02金属的防护原理1．（2023下·广东河源·高三统考开学考试）埋在土壤中的输油钢制管道容易被腐蚀。已知对管道1和管道2进行如图所示的电化学防护设计。下列说法错误的是A．对管道1进行防腐时，需要定期更换镁块B．管道1的电势低于Mg块C．区域②采用外加电流法D．区域②通入保护电流使管道2表面腐蚀电流接近于02．（2023·上海普陀·统考二模）为检验牺牲阳极的阴极保护法对钢铁防腐的效果，将镀层有破损的镀锌铁片放入硫酸酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后，取溶液分别实验，能说明铁片没有被腐蚀的是A．加入酸性KMnO4溶液紫红色不褪去 B．加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现C．加入KSCN溶液无红色出现 D．加入AgNO3溶液产生沉淀3．（2023·上海崇明·统考一模）用如图示的方法可以保护钢质闸门。下列说法正确的是A．当a、b间用导线连接时，X可以是锌棒，X上发生氧化反应B．当a、b间用导线连接时，X可以是锌棒，电子经导线流入XC．当a、b与外接电源相连时，a应连接电源的正极D．当a、b与外接电源相连时，阴极的电极反应式：2Cl2e=Cl2↑4．（2023·湖南衡阳·校联考三模）鎏金兽面纹鼎是湖南省博物馆收藏的珍贵文物。该文物为青铜器，其形制和纹饰与商代铜鼎相同。鎏金又称火法镀金，其工艺是将黄金溶于汞中形成的金汞齐均匀地涂到干净的金属器物表面，加热使汞挥发，黄金与金属表面固结，形成光亮的金黄色镀层。下列说法正确的是A．青铜比纯铜硬度小B．常温下的金汞齐是金属晶体C．鎏金兽面纹鼎应保存在干燥的环境中D．铜腐蚀后生成的铜绿为CuO5．（2023上·云南昆明·高三昆明市官渡区第二中学校考开学考试）港珠澳大桥的设计使用寿命高达120年，主要的防腐方法有：①钢梁上安装铝片；②使用高性能富锌(富含锌粉)底漆；③使用高附着性防腐涂料；④预留钢铁腐蚀量。下列分析不合理的是A．钢铁发生吸氧腐蚀时的负极反应式为：Fe3e=Fe3+B．防腐过程中铝和锌均作为牺牲阳极，失去电子C．防腐涂料可以防水、隔离O2，降低吸氧腐蚀速率D．方法①②③只能减缓钢铁腐蚀，未能完全消除微专题电化学离子交换膜的分析与应用命题点01原电池中的离子交换膜的分析与应用典例01（2023·辽宁卷）某低成本储能电池原理如下图所示。下列说法正确的是()A．放电时负极质量减小B．储能过程中电能转变为化学能C．放电时右侧通过质子交换膜移向左侧D．充电总反应：Pb+SO42+2Fe3+=PbSO4+2Fe2+典例02（2022·山东卷）(双选)设计如图装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定，借助其降解乙酸盐生成CO2，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO2转化为Co2+，工作时保持厌氧环境，并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质，右侧装置为原电池。下列说法正确的是()A．装置工作时，甲室溶液pH逐渐增大B．装置工作一段时间后，乙室应补充盐酸C．乙室电极反应式为LiCoO2+2H2O+e+4H+=Li++Co2++4OHD．若甲室Co2+减少200mg，乙室Co2+增加300mg，则此时已进行过溶液转移典例03（2021·湖南卷）锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：下列说法错误的是()A．放电时，N极为正极 B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小 C．充电时，M极的电极反应式为Zn2++2e═Zn D．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过命题点02电解池中的离子交换膜的分析与应用典例01（2023·湖北卷）我国科学家设计如图所示的电解池，实现了海水直接制备氢气技术的绿色化。该装置工作时阳极无生成且KOH溶液的浓度不变，电解生成氢气的速率为。下列说法错误的是A．b电极反应式为B．离子交换膜为阴离子交换膜C．电解时海水中动能高的水分子可穿过PTFE膜D．海水为电解池补水的速率为典例02（2022·河北卷）科学家研制了一种能在较低电压下获得氧气和氢气的电化学装置，工作原理示意图如图。下列说法正确的是A．电极b为阳极B．隔膜为阴离子交换膜C．生成气体M与N的物质的量之比为2：1D．反应器I中反应的离子方程式为4[Fe(CN)6]3—+4OH—4[Fe(CN)6]4—+O2↑+2H2O典例03（2021·天津卷）（2021·天津·统考高考真题）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．当完全溶解时，至少产生气体336mL(折合成标准状况下)一、电化学中的隔膜1．离子交换膜的概念离子交换膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。2．离子交换膜的作用(1)能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止副反应的发生,避免影响所制取产品的质量;防止引发不安全因素。如在电解饱和食盐水中,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应,导致所制产品不纯;防止氯气与阴极产生的氢气混合发生爆炸。(2)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。(3)双极膜：由一张阳膜和一张阴膜复合制成的阴、阳复合膜。该膜的特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并分别通过阳膜和阴膜，作为H＋和OH－的离子源。(4)用于物质的制备、分离、提纯等。3．离子交换膜的类型(1)阳离子交换膜(只允许阳离子和水分子通过，阻止阴离子和气体通过)以锌铜原电池为例，中间用阳离子交换膜隔开①负极反应式：Zn－2e－=Zn2＋②正极反应式：Cu2＋＋2e－=Cu③Zn2＋通过阳离子交换膜进入正极区④阳离子→透过阳离子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)(2)阴离子交换膜(只允许阴离子和水分子通过，阻止阳离子和气体通过)以Pt为电极电解淀粉­KI溶液，中间用阴离子交换膜隔开①阴极反应式：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－②阳极反应式：2I－－2e－=I2③阴极产生的OH－移向阳极与阳极产物反应：3I2＋6OH－=IOeq\o\al(－,3)＋5I－＋3H2O④阴离子→透过阴离子交换膜→电解池阳极(或原电池的负极)(3)质子交换膜(只允许H＋和水分子通过)在微生物作用下电解有机废水(含CH3COOH)，可获得清洁能源H2①阴极反应式：2H＋＋2e－=H2↑②阳极反应式：CH3COOH－8e－＋2H2O=2CO2↑＋8H＋③阳极产生的H＋通过质子交换膜移向阴极④H＋→透过质子交换膜→原电池正极(或电解池的阴极)(4)双极膜双极膜由一张阳膜和一张阴膜复合制成。该膜特点是在直流电的作用下，阴、阳膜复合层间的H2O解离成H＋和OH－并通过阳膜和阴膜分别向两极区移动，作为H＋和OH－的离子源4.离子交换膜选择的依据：离子的定向移动。5.离子交换膜类型的判断（根据电解质溶液呈中性的原则,判断交换膜的类型）（1）首先写出阴、阳两极上的电极反应,依据电极反应确定该电极附近哪种离子剩余,（2）根据溶液呈电中性,从而判断出离子移动的方向,进而确定离子交换膜的类型。如电解饱和食盐水时,阴极反应为2H++2eH2↑,则阴极区域破坏水的电离平衡,OH有剩余,阳极区域的Na+穿过离子交换膜进入阴极室,与OH形成NaOH溶液,故电解食盐水时的离子交换膜是阳离子交换膜。6.“离子交换膜”电解池的解题思路(1)分清隔膜类型：即交换膜属于阳膜、阴膜或质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜；(2)写出电极反应式：判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，据电荷平衡判断离子迁移方向；(3)分析隔膜作用：在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险；(4)利用定量关系进行计算：外电路电子转移数＝通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。二、隔膜在多室电解池中的应用多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性，即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过，将电解池分为两室、三室、多室等，以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。(1)两室电解池①制备原理：如工业上利用如图两室电解装置制备烧碱阳极室中电极反应：2Cl－－2e－=Cl2↑，阴极室中的电极反应：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，阴极区H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，阳极区Cl－放电，使溶液中的c(Cl－)减小，为保持电荷守恒，阳极室中的Na＋通过阳离子交换膜与阴极室中生成的OH－结合，得到浓的NaOH溶液。利用这种方法制备物质，纯度较高，基本没有杂质。②阳离子交换膜的作用：它只允许Na＋通过，而阻止阴离子(Cl－)和气体(Cl2)通过。这样既防止了两极产生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和阴极产生的NaOH反应生成NaClO而影响烧碱的质量。(2)三室电解池利用三室电解装置制备NH4NO3，其工作原理如图所示。阴极的NO被还原为NHeq\o\al(＋,4)：NO＋5e－＋6H＋=NHeq\o\al(＋,4)＋H2O，NHeq\o\al(＋,4)通过阳离子交换膜进入中间室；阳极的NO被氧化为NOeq\o\al(－,3)：NO－3e－＋2H2O=NOeq\o\al(－,3)＋4H＋，NOeq\o\al(－,3)通过阴离子交换膜进入中间室。根据电路中转移电子数相等可得电解总反应：8NO＋7H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))3NH4NO3＋2HNO3，为使电解产物全