資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
2024年化學高考二輪復習
專題十 化學反應與電能
一、考綱解讀
考綱導向
1．原電池原理及其應用
2．電解池原理及其應用
3．金屬腐蝕與防護
4．離子交換膜的應用
命題分析
電化學內容是高考試卷中的常客，是氧化還原反應知識的應用和延伸，命題在繼續加強基本知識考查的基礎上，更加注重了試題題材的生活化、實用化、情境化，同時也加強了不同知識間的相互滲透與融合，試題的背景較為新穎，側重考查分析判斷、獲取信息解答問題及計算能力。題型有以新型電池為背景的選擇題和以電極反應式書寫為主的填空題，通常考查的知識點是從閉合回路的形成角度分析原電池、電解池的工作原理，電極的判斷，電極反應式的書寫，電子的轉移或電流的方向和溶液中離子的移動方向的判斷，溶液pH的變化，離子交換膜作用，有關計算，理解原電池和電解池原理的實際應用等，難度一般偏大。解題時要求掌握“結合反應原理，根據元素化合價變化，正確判斷電極發生的反應和書寫電極反應方程式”的方法。
預計2024年高考選擇題中，仍然以某一個新型電池為背景考查電化學知識，結合物質的制備、廢棄物的處理等內容進行考查，電極反應方程式的書寫或正誤判斷、離子移動的方向、電極產物種類的判斷及相關計算等仍是考查的重點。
二、知識點梳理
網絡圖
重點拓展
高頻考點一 原電池原理及其應用
1．“五類”依據判斷原電池電極：
(1)依據構成原電池兩極的電極材料判斷。一般是較活潑的金屬為負極,活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極。
(2)依據原電池兩極發生反應的類型判斷。負極發生氧化反應;正極發生還原反應。
(3)依據電子流動方向或電流方向判斷。在外電路中,電子由負極流向正極,電流由正極流向負極。
(4)依據原電池電解質溶液中離子的移動方向判斷。陽離子向正極移動,陰離子向負極移動。
(5)依據原電池鹽橋中離子的移動方向判斷。陽離子向正極移動,陰離子向負極移動。
2．“三步”突破原電池電極反應式的書寫：
第一步：分析氧化還原反應
根據氧化還原反應，分析元素化合價的升降，確定正負極反應物質及電子得失數目
第二步：注意電解質溶液環境
分析電解質溶液的酸堿性及離子參加反應的情況，確定電極反應，寫出電極反應式
第三步：合并正、負電極反應
調整兩極反應式中得失電子數目相等并疊加，消去電子，得出總反應式
3．解答新型化學電源的步驟
(1)判斷電池類型→確認電池原理→核實電子、離子移動方向。
(2)確定電池兩極→判斷電子、離子移動方向→書寫電極反應和電池反應。
(3)充電電池→放電時為原電池→失去電子的為負極反應。
(4)電極反應→總反應離子方程式減去較簡單一極的電極反應式→另一電極反應式。
4．化學電源
(1)一次電池
堿性鋅錳干電池 負極材料：Zn電極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正極材料：碳棒電極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
鋅銀電池 負極材料：Zn電極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正極材料：Ag2O電極反應：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(2)二次電池
鉛蓄電池是最常見的二次電池，總反應為Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
注意：分析可充電電池問題“五注意”
①放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。
②充電電池需要注意的是充電、放電的反應不能理解為可逆反應。
③充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電時的陽極反應恰與放電時的正極反應相反，充電時的陰極反應恰與放電時的負極反應相反。故二次電池充電時，可充電電池的正極連接外接電源的正極，可充電電池的負極連接外接電源的負極。簡單記為“正接正、負接負”。
④充、放電時電解質溶液中離子移動方向的判斷
分析電池工作過程中電解質溶液的變化時，要結合電池總反應進行分析。
a．首先應分清電池是放電還是充電。
b．再判斷出正、負極或陰、陽極。
放電：陽離子→正極，陰離子→負極；
充電：陽離子→陰極，陰離子→陽極；
總之：陽離子→發生還原反應的電極；陰離子→發生氧化反應的電極。
⑤書寫化學電源的電極反應式和總反應方程式時，關鍵是抓住氧化產物和還原產物的存在形式。
(3)燃料電池
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池：總反應式：2H2＋O2===2H2O
①酸性介質
負極：2H2－4e－===4H＋ 正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②堿性介質
負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③熔融的金屬氧化物作介質
負極：2H2－4e－＋2O2－===2H2O 正極：O2＋4e－===2O2－
④碳酸鹽作介質
負極：2H2－4e－＋2CO===2H2O＋2CO2 正極：O2＋4e－＋2CO2===2CO
(4)濃差電池
1）在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜”。
①常見的離子交換膜
陽離子交換膜 只允許陽離子(包括H＋)通過
陰離子交換膜 只允許陰離子通過
質子交換膜 只允許H＋通過
②離子交換膜的作用
a. 能將兩極區隔離，阻止兩極物質發生化學反應。
b. 能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
③離子交換膜的選擇依據：離子的定向移動。
2）“濃差電池”的分析方法
濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區域，陽離子移向正極區域判斷電池的正、負極，這是解題的關鍵。
5.電解池中電極反應式的書寫方法
(1)書寫步驟
①首先注意陽極是活性材料還是惰性材料。
②分析確定溶液中所有陰陽離子并清楚放電順序。
③根據放電順序分析放電產物。
④根據電解質溶液的酸堿性確定電極反應式中是否有H＋、OH－或H2O參與；最后配平電極反應式。
(2)介質對電極反應式的影響
①在電解池電極方程式中，如果是H＋或OH－放電，則電解質溶液的酸堿性對電極反應式沒有影響。
②酸性溶液反應物或生成物中均沒有OH－。
③堿性溶液反應物或生成物中均沒有H＋。
(3)電極產物的溶解性對電極反應式的影響。
電解MgCl2溶液時的陰極反應式應為：Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－===H2↑。
總反應離子方程式為：Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。
不能把電解MgCl2溶液的離子方程式寫成：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽視了生成難溶的Mg(OH)2。
6.原電池電極上區pH變化規律
（1）若電極反應消耗OH－(H＋)，則電極周圍溶液的pH減小(增大)；
（2）若電極反應生成H＋(OH－)，則電極周圍溶液的pH減小(增大)。
（3）若總反應的結果是消耗OH－(H＋)，則溶液的pH減小(增大)；
（4）若總反應的結果是生成H＋(OH－)，則溶液的pH減小(增大)。
（5）若兩極消耗或生成的OH－(H＋)的物質的量相等，則溶液的pH變化規律視溶液的酸堿性及是否有水生成而定，應具體問題具體分析（如酸性燃料電池，由于生成水，pH增大）。
高頻考點二 電解池原理及其應用
1．“五類”依據判斷電解池電極
判斷依據電極 電極材料 電極反應 電子流向 離子移向 電極現象
陽極 與電源正極相連 氧化反應 流出 陰離子移向 電極溶解或pH減小
陰極 與電源負極相連 還原反應 流入 陽離子移向 電極增重或pH增大
2．電解池電極反應式的書寫
（1）電極產物判斷
（2）電解池電極反應式的書寫模式：
注：①陽極陰離子放電次序：非惰性電極>S2->I->Br->Cl->OH->高價含氧酸根離子>F-
②陰極陽離子放電次序一般為：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
當然，微粒的濃度也會影響放電的順序，如電鍍鋅時，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放電次序 Zn2+>H+。
（3）電極反應方程式的書寫技巧：
分：分析電極材料是惰性電極如碳棒、Pt，還是活性電極（電極參與反應）。
析：分析溶液組成即溶液中有哪些離子。
判：判斷離子流向（陽離子移向陰極，陰離子移向陽極）。
斷：根據離子放電順序判斷反應的離子。
書：書寫電極反應方程式。
寫：書寫總反應方程式，放電離子來源物質=電極產物+剩余部分組合。
3．惰性電極電解電解質溶液的規律
放H2生堿型(以NaCl為例) 陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 電解后電解質溶液的復原電解后電解質溶液復原遵循“少什么補什么”原則，先讓析出的產物(氣體或沉淀)恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl氣體(不能加鹽酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固體；③CuCl2溶液：加CuCl2固體；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
陰極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
電解電解質型(以HCl為例) 陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑
電解水型(以H2SO4為例) 陽極反應式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
陰極反應式：4H＋＋4e－===2H2↑
放O2生酸型(以CuSO4為例) 陽極反應式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
陰極反應式：2Cu2＋＋4e－===2Cu
總離子方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
4．電解原理的應用
(1)電解飽和食鹽水。
陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) 陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應)
總反應方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
離子反應方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)應用：氯堿工業制燒堿、氫氣和氯氣
陽極：鈦網(涂有鈦、釕等氧化物涂層)。
陰極：碳鋼網。
陽離子交換膜：①只允許陽離子通過，能阻止陰離子和氣體通過。②將電解槽隔成陽極室和陰極室。
(2)電解精煉銅
(3)電鍍銅
(4)電冶金
利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等
總方程式 陽極、陰極反應式
冶煉鈉 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，2Na＋＋2e－===2Na
冶煉鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，Mg2＋＋2e－===Mg
冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑，4Al3＋＋12e－===4Al
5．有關電化學計算的三大方法
(1)根據電子守恒計算
用于串聯電路中電解池陰陽兩極產物、原電池正負兩極產物、通過的電量等類型的計算，其依據是電路中轉移的電子數相等。
(2)根據總反應式計算
先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列出比例式計算。
(3)根據關系式計算
根據得失電子守恒關系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。
如以通過4 mol e－為橋梁可構建如下關系式：
(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)
6．原電池、電解池、電鍍池判定
（1）若無外接電源，可能是原電池，然后根據原電池的形成條件判定；
（2）若有外接電源，兩極插入電解質溶液中，則可能是電解池或電鍍池，當陽極金屬與電解質溶液中的金屬離子相同則為電鍍池；
（3）若為無明顯外接電源的串聯電路，則應利用題中信息找出能發生自發氧化還原反應的裝置為原電池。
高頻考點三 金屬腐蝕與防護
1．影響金屬腐蝕的因素
(1)對于金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。
(2)電解質溶液對金屬的腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質溶液，都容易被腐蝕。
2．金屬腐蝕快慢的規律
(1)金屬腐蝕類型的差異：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕。
(2)電解質溶液的影響：對同一金屬來說，腐蝕的快慢(濃度相同)強電解質溶液＞弱電解質溶液＞非電解質溶液；對同一種電解質溶液來說，一般電解質溶液濃度越大，腐蝕越快；活潑性不同的兩金屬與電解質溶液構成原電池時，一般活潑性差別越大，負極腐蝕越快。
3．金屬電化腐蝕的類型
類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性
正極反應 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
負極反應 Fe－2e－===Fe2＋
其他反應 吸氧腐蝕更普遍，危害更大
4.金屬保護的方法
(1)加防護層，如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料；采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬。
(2)電化學防護：
1）犧牲陽極法：原電池原理，外接活潑金屬作負極(陽極)使被保護金屬作正極(陰極)。形成原電池時，被保護的金屬作正極，不發生化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發生化學反應受到腐蝕。負極要定期予以更換。
2）外加電流法：電解原理，被保護金屬作陰極，用惰性電極作輔助陽極。通電后強制電子流向被保護的金屬設備，使金屬表面腐蝕電流降至零或接近零。從而使金屬受到保護。
方法 犧牲陽極法 外加電流法
依據 原電池原理 電解池原理
原理 形成原電池時，被保護的金屬作正極，不發生化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發生化學反應受到腐蝕。負極要定期予以更換 將被保護的金屬與另一附加電極作為電解池的兩個電極，使被保護的金屬作陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護
應用 保護一些鋼鐵設備，如鍋爐內壁、船體外殼等裝上鎂合金或鋅塊 保護土壤、海水及水中的金屬設備
實例示意圖
高頻考點四 離子交換膜的應用
一、電化學中的隔膜
1．離子交換膜的概念
離子交換膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。使離子選擇性定向遷移(目的是平衡整個溶液的離子濃度或電荷)。
2．離子交換膜的作用
(1)能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止副反應的發生,避免影響所制取產品的質量;防止引發不安全因素。如在電解飽和食鹽水中,利用陽離子交換膜,防止陽極產生的氯氣進入陰極室與氫氧化鈉反應,導致所制產品不純;防止氯氣與陰極產生的氫氣混合發生爆炸。
(2)能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
(3)雙極膜：由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜的特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H＋和OH－的離子源。
(4)用于物質的制備、分離、提純等。
3．離子交換膜的類型
(1)陽離子交換膜 (只允許陽離子和水分子通過，阻止陰離子和氣體通過)
以鋅銅原電池為例，中間用陽離子交換膜隔開①負極反應式：Zn－2e－===Zn2＋②正極反應式：Cu2＋＋2e－===Cu③Zn2＋通過陽離子交換膜進入正極區④陽離子→透過陽離子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)
(2)陰離子交換膜 (只允許陰離子和水分子通過，阻止陽離子和氣體通過)
以Pt為電極電解淀粉 KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開①陰極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②陽極反應式：2I－－2e－===I2③陰極產生的OH－移向陽極與陽極產物反應：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O④陰離子→透過陰離子交換膜→電解池陽極(或原電池的負極)
(3)質子交換膜 (只允許H＋和水分子通過)
在微生物作用下電解有機廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2①陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑②陽極反應式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋③陽極產生的H＋通過質子交換膜移向陰極④H＋→透過質子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)
(4)雙極膜
雙極膜 由一張陽膜和一張陰膜復合制成。該膜特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并通過陽膜和陰膜分別向兩極區移動，作為H＋和OH－的離子源
4.離子交換膜選擇的依據：離子的定向移動。
5.離子交換膜類型的判斷（根據電解質溶液呈中性的原則,判斷交換膜的類型）
（1）首先寫出陰、陽兩極上的電極反應,依據電極反應確定該電極附近哪種離子剩余,
（2）根據溶液呈電中性,從而判斷出離子移動的方向,進而確定離子交換膜的類型。
如電解飽和食鹽水時,陰極反應為2H++2e-H2↑,則陰極區域破壞水的電離平衡,OH-有剩余,陽極區域的Na+穿過離子交換膜進入陰極室,與OH-形成NaOH溶液,故電解食鹽水時的離子交換膜是陽離子交換膜。
6.“離子交換膜”電解池的解題思路
(1)分清隔膜類型：即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜；
(2)寫出電極反應式：判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，據電荷平衡判斷離子遷移方向；
(3)分析隔膜作用：在產品制備中，隔膜作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險；
(4)利用定量關系進行計算：外電路電子轉移數＝通過隔膜的陰、陽離子帶的負或正電荷數。
二、隔膜在多室電解池中的應用
多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達到濃縮、凈化、提純及電化學合成的目的。
(1)兩室電解池
①制備原理：如工業上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿
陽極室中電極反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極室中的電極反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極區H＋放電，破壞了水的電離平衡，使OH－濃度增大，陽極區Cl－放電，使溶液中的c(Cl－)減小，為保持電荷守恒，陽極室中的Na＋通過陽離子交換膜與陰極室中生成的OH－結合，得到濃的NaOH溶液。利用這種方法制備物質，純度較高，基本沒有雜質。
②陽離子交換膜的作用：它只允許Na＋通過，而阻止陰離子(Cl－)和氣體(Cl2)通過。這樣既防止了兩極產生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產生的NaOH反應生成NaClO而影響燒堿的質量。
(2)三室電解池
利用三室電解裝置制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。
陰極的NO被還原為NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通過陽離子交換膜進入中間室；陽極的NO被氧化為NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通過陰離子交換膜進入中間室。根據電路中轉移電子數相等可得電解總反應：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，為使電解產物全部轉化為NH4NO3，補充適量NH3可以使電解產生的HNO3轉化為NH4NO3。
(3)多室電解池
利用“四室電滲析法”制備H3PO2(次磷酸)，其工作原理如圖所示。
電解稀硫酸的陽極反應：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，產生的H＋通過陽離子交換膜進入產品室，原料室中的H2PO穿過陰離子交換膜進入產品室，與H＋結合生成弱電解質H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通過陽離子交換膜進入陰極室。
(4)電滲析法
將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的原理：已知A為金屬活動順序表H之前的金屬，Bn－為含氧酸根離子
三、高頻考點突破
高頻考點一 原電池原理及其應用
典例精析
1．碳排放是影響氣候變化的重要因素之一。最近科學家研發出一種有利于“碳中和”的新型電池系統，通過二氧化碳溶于水觸發電化學反應產生電能和氫氣，其工作原理如下圖所示(鈉超離子導體只允許Na+通過)。下列說法正確的是（ ）
A．電池系統工作時電能轉變成化學能
B．用硫酸溶液替代有機電解液可增大電池工作效率
C．b極區的電極反應式為2CO2+2H2O+2e-=2+H2
D．電池工作時每消耗2.24LCO2，a電極的質量會減少2.3g
答案：C
解析：鈉為活潑金屬，發生氧化反應為負極，則b極為正極；
A．新型電池系統，通過二氧化碳溶于水觸發電化學反應產生電能和氫氣，故存在化學能轉化為電能的過程，A錯誤；B．鈉為活潑金屬，會和稀硫酸反應，故不能用硫酸溶液替代有機電解液，B錯誤；C．b極為正極，二氧化碳、水得到電子生成氫氣和碳酸氫根離子，電極反應式為2CO2+2H2O+2e-=2+H2，C正確；D．沒有標況，不能計算消耗二氧化碳的物質的量，不能計算電子轉移的量，D錯誤；故選C。
2．一種新型AC/LiMn2O4電池體系，在快速啟動、電動車等領域具有廣闊應用前景。其采用尖晶石結構的LiMn2O4作正極(可由Li2CO3和MnO2按物質的量比1：2反應合成)，高比表面積活性炭AC(石墨顆粒組成)作負極。充電、放電的過程如圖所示：
下列說法正確的是（ ）
A．合成LiMn2O4的過程中可能有H2產生
B．放電時正極的電極反應式為：LiMn2O4+xe-=Li(1-x)Mn2O4+xLi+
C．充電時AC極應與電源負極相連
D．可以用Li2SO4水溶液做電解液
答案：C
解析：A．和按物質的量比反應合成，Mn元素化合價降低，根據得失電子守恒，氧元素化合價升高，可能有產生，故A錯誤；B．放電時，鋰離子向正極移動，正極的得到電子發生還原反應，電極反應式為，故B錯誤；C．放電時AC作負極，則充電時AC極應與電源負極相連，故C正確；D．鋰會和水反應，該電池體系應該采用有機溶劑，故D錯誤；故選C。
變式訓練
3．用零價鐵去除酸性水體中的是地下水修復研究的熱點之一，下列有關敘述中錯誤的是（ ）
鐵粉還原水體中的反應原理(已知：形成了原電池)示意圖 足量鐵粉還原水體中后，鐵表面最終形態的示意圖 初始的水體中，分別加入、(足量)、(足量)和對的去除率(％)的對比圖像
A．甲圖中作原電池的負極
B．甲圖中正極上發生的電極反應：
C．零價鐵去除的反應速率會隨時間推移而減慢
D．零價鐵去除時加入的適量能直接還原，從而提高的去除率
答案：D
解析：A．甲圖中失電子發生氧化反應，鐵作原電池的負極，故A正確；B．甲圖中硝酸根離子得電子發生還原反應生成銨根離子，正極上發生的電極反應：，故B正確；C．根據圖乙，鐵表面形成不能導電的FeO(OH)，所以零價鐵去除的反應速率會隨時間推移而減慢，故C正確；D．根據圖丙，不能直接還原，故D錯誤；選D。
4．某企業研發的鈉離子電池“超鈉F1”于2023年3月正式上市、量產。鈉離子電池因原料和性能的優勢而逐漸取代鋰離子電池，電池結構如圖所示。該電池的負極材料為NaxCy(嵌鈉硬碳)，正極材料為Na2 Mn[ Fe(CN)6] (普魯士白)。在充、放電過程中，Na+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。
下列說法不正確的是（ ）
A．由于未使用稀缺的鋰元素，量產后的鈉離子電池的生產成本比鋰離子電池的低
B．放電時，負極的電極反應式為NaxCy-xe-= Cy+xNa+
C．放電時，Na+移向電勢較高的電極后得到電子發生還原反應
D．充電時，每轉移1mol電子，陽極的質量減少23g
答案：C
解析：由題意知此電池為二次電池，嵌鈉硬碳在放電時做負極，充電時做陰極。
A．鋰比鈉稀缺，鈉離電池生產成本低，A正確；B．負極材料為嵌鈉硬碳，相當于Na原子嵌在碳中，則NaxCy中的Na為0價，放電時為負極，Na失去電子，電極反應式為NaxCy-xe-= Cy+xNa+，B正確；C．正極電勢比負極高，Na+移向正極但不是Na+得電子，C錯誤；D．充電時陽極失去電子釋放出Na+，每轉移1mol電子，釋放1molNa+，Na+在陰極得電子變成NaxCy，所以陽極減少的質量就是1molNa+的質量即23g，D正確；故選C。
高頻考點二 電解池原理及其應用
典例精析
1．如圖是利用甲醇燃料電池進行電化學研究的裝置圖，下列說法正確的是（ ）
A．甲池將化學能轉化為電能，總反應為2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
B．乙池中的Ag不斷溶解
C．反應一段時間后要使乙池恢復原狀，可加入一定量CuO固體
D．當甲池中有22.4LO2參與反應時，乙池中理論上可析出12.8g固體
答案：C
解析：由圖可知，甲池為甲醇燃料原電池，是化學能轉化為電能的裝置，電解液為 KOH，甲醇發生氧化反應生成碳酸根離子，為負極；氧氣發生還原反應生成氫氧根離子，為正極，總反應為；則石墨電極為陽極、銀電極為陰極；
A．由分析可知，甲池將化學能轉化為電能，總反應為，A錯誤；B．銀電極為陰極，銅離子得到電子發生還原反應生成銅單質，B錯誤；C．乙池陽極水放電發生氧化反應生成氧氣，則乙池減少的為銅和氧元素，故反應一段時間后要使乙池恢復原狀，可加入一定量CuO固體，C正確；D．沒有標況，不能計算反應的氧氣的物質的量，不能計算乙池析出物質質量，D錯誤；故選C。
2．電解HF和熔融KHF2的混合物(熔融混合物中常加入少量LiF或AlF3)制備單質氟，以電解槽內壁(鎳銅合金)和石墨為電極，總反應為2KHF2＝2KF+F2↑+H2↑。下列有關電解制備單質氟的說法正確的是（ ）
A．電解過程中，電解槽內壁與電源的正極相連
B．石墨電極發生的電極反應為2F－ +2e－ ＝F2↑
C．電解過程中加入少量LiF或AlF3可以降低混合物的熔點，增強導電性
D．電解一段時間后，加入一定量的固體KHF2可還原混合物的組成
答案：C
解析：A．電解槽內壁由Ni、Cu合金構成，若與電源正極相連，則為陽極，Ni、Cu失去電子與總反應不符，A錯誤；B．石墨電極應為陽極，失去電子，B錯誤；C．LiF、AlF3的加入可降低混合物熔點，增強導電性，C正確；D．從固體熔融物中析出后，H2氣體則需要加HF還原混合物組成，D錯誤；故答案為：C。
變式訓練
3．科研團隊開創了海水原位直接電解制氫的全新技術(如圖所示)。該研究的關鍵點是利用海水側和電解質側的水蒸氣壓力差使海水自發蒸發，并以蒸汽形式通過透氣膜擴散到電解質側重新液化，即“液-氣-液”水遷移機制，為電解提供淡水。下列敘述錯誤的是（ ）
A．直接電解海水存在陽極易腐蝕問題
B．液態水、陰離子分別不能通過膜a、膜b
C．鉛酸蓄電池做電源時，電極與N電極相連
D．電解過程中，陰極區溶液可能不變
答案：B
解析：由圖可知，在電解過程中M極OH-放電失去電子生成O2，N極H2O得到電子生成H2，則M為陽極，電極方程式為：4OH--4e-=O2↑+2H2O，N為陰極，電極方程式為：2H2O+2e-=H2↑+2OH-，陽極區OH-濃度減小，為保證KOH濃度較高形成水蒸氣壓力差，陰極產生的OH-需要經過離子交換膜b進入陽極，膜b為陰離子交換膜，以此解答。
A．海洋環境中的鹽度、溫度、溶解氧等因素會影響金屬材料的化學反應，導致其受到腐蝕，直接電解海水存在陽極易腐蝕問題，故A正確；B．由題意可知，海水自發蒸發，并以蒸汽形式通過透氣膜擴散到電解質側重新液化，液態水不能通過膜a，膜b為陰離子交換膜，陰離子能通過膜b，故B錯誤；C．鉛酸蓄電池做電源時，Pb為負極，應該與陰極N電極相連，故C正確；D．電解過程中，陰極區電極方程式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，生成的OH-進入陽極區，陰極區溶液可能不變，故D正確；故選B。
4．用電解法對酸性含氯氨氮廢水進行無害化處理的過程如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．DSA電極與外接電源的負極連接
B．發生的電極反應為：
C．降解過程中應該控制條件避免發生反應②
D．1mol HO·和足量反應，轉移的電子數為
答案：C
解析：A．NH3在DSA電極轉化為N2，氮元素從-3價升高為0價，被氧化，該電極是電解池的陽極，與外接電源的正極相連，故A錯誤；B．由圖示知，Cl-在DSA電極表面轉化為Cl2電極反應式為：2 Cl--2e-=Cl2↑，故B錯誤；C．反應②中NH3轉化為，沒有達到氨氮廢水無害化處理的目的，所以，降解過程中應該控制條件避免發生反應②，故C正確；D．羥基自由基中氧元素為-1價，其還原產物中氧元素為-2價，一個HO·可得到一個電子，1mol HO·完全反應時轉移的電子數為6.02×1023，故D錯誤；故選C。
高頻考點三 金屬腐蝕與防護
典例精析
1．科學研究發現金屬生銹時，銹層內如果有硫酸鹽會加快金屬的腐蝕，其腐蝕原理如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）
A．鋼鐵的腐蝕中正極電極反應式為
B．酸雨地區的鋼鐵更易被腐蝕
C．生成反應的化學方程式為
D．硫酸鹽加速電子傳遞，有一定的催化劑作用
答案：C
解析：由圖可知鋼鐵發生吸氧腐蝕。
A．鋼鐵發生吸氧腐蝕時C作正極，氧氣在正極得電子，電極反應式為，A正確；B．酸性溶液可以加速鐵的銹蝕，B正確；C．不穩定，易被氧氣氧化生成，反應為，C錯誤；D．已知，銹層內如果有硫酸鹽會加快金屬的腐蝕，硫酸鹽能增加導電性，加速電子傳遞，有一定的催化劑作用，D正確；故選C。
2．港珠澳大橋的設計使用壽命高達120年，主要的防腐方法有：①鋼梁上安裝鋁片；②使用高性能富鋅(富含鋅粉)底漆；③使用高附著性防腐涂料；④預留鋼鐵腐蝕量。下列分析不合理的是（ ）
A．鋼鐵發生吸氧腐蝕時的負極反應式為：Fe-3e-=Fe3+
B．防腐過程中鋁和鋅均作為犧牲陽極，失去電子
C．防腐涂料可以防水、隔離O2，降低吸氧腐蝕速率
D．方法①②③只能減緩鋼鐵腐蝕，未能完全消除
答案：A
解析：A．鋼鐵發生吸氧腐蝕時的負極反應式為：Fe-2e-=Fe2+，故A錯誤；B．鋁和鋅的活潑性大于鐵，鋼鐵防腐過程中鋁和鋅均作為負極，失去電子，為犧牲陽極的陰極保護法，故B正確；C．防腐涂料可以防水、隔離O2，減少鐵與氧氣接觸，降低吸氧腐蝕速率，故C正確；D．鋼鐵防腐只能減緩鋼鐵腐蝕，未能完全消除鋼鐵腐蝕，故D正確；選A。
變式訓練
3．某實驗小組要定量探究鐵銹蝕的因素，設計如圖所示實驗裝置，檢查氣密性，將5 g鐵粉和2 g碳粉加入三頸燒瓶，時刻，加入2 mL飽和氯化鈉溶液后，再將一只裝有5 mL稀鹽酸的注射器插到燒瓶上，采集數據。下列說法錯誤的是（ ）
A．鐵發生銹蝕的反應是放熱反應
B．溫度降低是因為反應速率減慢了
C．BC段壓強減小是因為鐵和氧氣直接反應生成了氧化鐵
D．壓強變大是因為發生了鐵的析氫腐蝕
答案：C
解析：A．由溫度曲線可知，鐵發生銹蝕的反應是放熱反應，溫度升高，A正確；B．溫度降低是因為裝置中氧氣被消耗，導致鐵被銹蝕反應速率減慢了，B正確；C．BC段壓強減小是因為鐵在氧氣、水共同作用下反應生成了鐵銹，鐵銹主要成分為氧化鐵，C錯誤；D．壓強變大是因為注射器中鹽酸被壓入三頸燒瓶中，鹽酸和鐵生成氫氣，發生了鐵的析氫腐蝕，D正確；故選C。
4．鎏金獸面紋鼎是湖南省博物館收藏的珍貴文物。該文物為青銅器，其形制和紋飾與商代銅鼎相同。鎏金又稱火法鍍金，其工藝是將黃金溶于汞中形成的金汞齊均勻地涂到干凈的金屬器物表面，加熱使汞揮發，黃金與金屬表面固結，形成光亮的金黃色鍍層。下列說法正確的是（ ）
A．青銅比純銅硬度小
B．常溫下的金汞齊是金屬晶體
C．鎏金獸面紋鼎應保存在干燥的環境中
D．銅腐蝕后生成的銅綠為CuO
答案：C
解析：A．合金的硬度比成分金屬的大，即青銅比純銅硬度大，A錯誤；B．晶體是指具有規則幾何外形的固體，常溫下的金汞齊是液態物質，不是金屬晶體，B錯誤；C．銅制鎏金獸面紋鼎可能會發生電化學腐蝕，將鎏金獸面紋鼎保存在干燥的環境中，有利于減緩腐蝕，C正確；D．銅綠為堿式碳酸銅，其化學組成一般可表示為Cu2(OH)2CO3，D錯誤；故答案為：C。
高頻考點四 離子交換膜的應用
典例精析
1．實驗室可利用如圖所示微生物電池將污水中的轉化為無毒無害的物質并產生電能(M、N均為石墨電極)。有關該電池工作時的說法，不正確的是（ ）
A．該電池在微生物作用下將化學能轉化為電能
B．負極的電極反應式為
C．當外電路轉移時，有個質子通過質子交換膜由乙室流向甲室
D．電勢N>M
答案：C
解析：該電池在微生物作用下將污水中的轉化為無毒無害的物質并產生電能，則M為負極，失去電子被氧化，生成氮氣和二氧化碳，N為正極，O2得到電子被還原，據此分析解答。
A．該電池是原電池，電池在微生物作用下將化學能轉化為電能，A正確；B．負極上失去電子，發生氧化反應，產生、，電極反應式為：，B正確；C．放電過程中由甲室流向乙室，C錯誤；D．正極電勢高于負極電勢，D正確；故選C。
2．我國學者設計如圖所示裝置，將氯堿工業和硬水軟化協同處理，同時制備工業硫酸和氫氧化鈉。圖中雙極膜中間層的水解離為H+和OH-，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法錯誤的是（ ）
A．膜p適合選擇陰離子交換膜
B．溶液Y適合選擇稀硫酸
C．硬水中生成、沉淀
D．相同時間內，理論上兩極上生成氣體的物質的量相等
答案：B
解析：由裝置功能和信息知，左端電極為陰極，水電離出的在該電極上得電子生成和，與生成沉淀、與反應生成后生成沉淀，同時硬水中通過膜進入溶液，雙極膜中水解離出的進入溶液，達到制備工業硫酸的目的；右端電極為陽極，飽和食鹽水中在該電極上失電子生成，同時通過膜進入溶液，雙極膜中水解離出的也進入溶液而達到制備的目的。
A．膜適合選擇陰離子交換膜，正確；B．溶液適合選擇稀溶液，B錯誤；C．硬水中生成、沉淀，C正確；D．由電子守恒，相同時間內，理論上兩極生成和的物質的量相等，D正確；故選B。
變式訓練
3．將銅棒插入濃、稀溶液中(裝置如圖)、觀察到電流計指針發生偏轉，一段時間后，浸入濃溶液的銅棒變粗。下列說法不正確的是（ ）
A．銅棒變粗的反應：
B．導線中電子移動的方向：b→a
C．隨著反應的進行，濃、稀溶液的濃度逐漸接近
D．的氧化性隨增大而增強，Cu的還原性隨增大而減弱
答案：B
解析：浸入濃溶液的銅棒變粗，說明該電極有銅析出，則b側電極做正極，電極反應為：，a側電極做負極，電極反應：。
A．據分析銅棒變粗的反應：，故A正確；B．導線中電子移動的方向由負極移向正極，即：a→b，故B錯誤；C．隨著反應的進行，右側不斷消耗，左側不斷生成，濃、稀溶液的濃度逐漸接近，故C正確；D．據分析對比可知，的氧化性隨增大而增強，Cu的還原性隨增大而減弱，故D正確；故選B。
4．某研究機構使用Li-SO2Cl2電池作為電源電解制備，其工作原理如圖所示。已知電池反應為，下列說法錯誤的是（ ）
A．電池中C電極的電極反應式為
B．電池的e極連接電解池的h極
C．膜a、c是陽離子交換膜，膜b是陰離子交換膜
D．生成時，理論上電解池中不銹鋼電極附近溶液質量增加46克
答案：D
解析：根據電池反應為2Li+SO2Cl2=2LiCl+SO2↑可知，放電時Li元素化合價由0價變為+1價，失去電子，所以Li電極是負極，則碳棒是正極，正極是SO2Cl2中+6價的硫得電子、發生還原反應，結合方程式書寫電極反應；電解池中，Ni電極失去電子生成Ni2+，通過膜a進入產品室Ⅱ室，所以g電極為陽極、與鋰-磺酰氯（Li-SO2Cl2）電池的正極C棒相接，H2PO由原料室III室通過膜b進入產品室II室，與Ni2+生成Ni（H2PO2）2，h電極為陰極，與原電池的e電極相接，H2O或H+發生得電子的還原反應，電極反應式為2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑，Na+通過膜c進入IV室，形成閉合回路，所以膜a、c是陽離子交換膜，膜b是陰離子交換膜。
A．由圖示可知，Li電極為負極，發生氧化反應，則C電極為正極，發生得電子的還原反應，電極反應式為SO2Cl2+2e =2Cl +SO2↑，A正確；B．原電池中Li電極為負極，C電極為正極，電解池中，Ni電極失去電子生成Ni2+，即g電極為陽極，則h電極為陰極，接原電池的e極，B正確；C．電解池中，Ni電極失去電子生成Ni2+，通過膜a進入產品室II室，H2PO由原料室III室通過膜b進入產品室II室，在產品室II室中與Ni2+生成Ni（H2PO2）2，Na+通過膜c進入IV室，形成閉合回路，所以膜a、c都是陽離子交換膜，b是陰離子交換膜，C正確；D．電解池中不銹鋼電極即h電極為陰極，電極上H2O或H+發生得電子的還原反應，電極反應式為：，生成時，電路中轉移2mol電子，同時2molNa+通過膜c進入IV室，理論上電解池中不銹鋼電極附近溶液質量增加(23×2- 2)g=44g，D錯誤；故選D。
四、考場演練
1．（2024·浙江·高考真題）破損的鍍鋅鐵皮在氨水中發生電化學腐蝕，生成和，下列說法不正確的是（ ）
A．氨水濃度越大，腐蝕趨勢越大
B．隨著腐蝕的進行，溶液變大
C．鐵電極上的電極反應式為：
D．每生成標準狀況下，消耗
答案：C
解析：A．氨水濃度越大，越容易生成，腐蝕趨勢越大，A正確；
B．腐蝕的總反應為Zn+4NH3 H2O=+H2↑+2H2O+2OH-，有OH-離子生成，溶液變大，B正確；
C．該電化學腐蝕中Zn作負極，Fe作正極，正極上氫離子得電子生成氫氣，鐵電極上的電極反應式為：，C錯誤；
D．根據得失電子守恒，每生成標準狀況下，轉移電子數為，消耗，D正確；
故選C
2．（2023·河北·高考真題）我國科學家發明了一種以和為電極材料的新型電池，其內部結構如下圖所示，其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時，電極材料轉化為。下列說法錯誤的是（ ）
A．充電時，b電極上發生還原反應
B．充電時，外電源的正極連接b電極
C．放電時，①區溶液中的向②區遷移
D．放電時，a電極的電極反應式為
答案：B
解析：
放電時，電極材料轉化為，電極反應 -2ne-= +2nK+，是原電池的負極，陽離子增多需要通過陽離子交換膜進入②區；二氧化錳得到電子變成錳離子，是原電池的正極，電極反應：，陽離子減少，多余的陰離子需要通過陰離子交換膜進入②區，故③為堿性溶液是電極，①為酸性溶液是二氧化錳電極。
A．充電時，b電極上得到電子，發生還原反應，A正確；
B．充電時，外電源的正極連接a電極相連，電極失去電子，電極反應為，B錯誤；
C．放電時，①區溶液中多余的向②區遷移，C正確；
D．放電時，a電極的電極反應式為，D正確；
故選：B。
3．（2023·福建·高考真題）一種可在較高溫下安全快充的鋁-硫電池的工作原理如圖，電解質為熔融氯鋁酸鹽(由和形成熔點為的共熔物)，其中氯鋁酸根起到結合或釋放的作用。電池總反應：。下列說法錯誤的是（ ）
A．含個鍵
B．中同時連接2個原子的原子有個
C．充電時，再生單質至少轉移電子
D．放電時間越長，負極附近熔融鹽中n值小的濃度越高
答案：D
解析：放電時鋁失去電子生成鋁離子做負極，硫單質得到電子做正極，充電時鋁離子得到電子生成鋁發生在陰極，硫離子失去電子生成硫單質發生在陽極，依此解題。
A．的結構為，所以含個鍵，A正確；
B．由的結構可知同時連接2個原子的原子有個，B正確；
C．由總反應可知充電時，再生單質需由鋁離子得到電子生成，所以至少轉移電子，C正確；
D．由總反應可知放電時間越長，負極鋁失去電子生成的鋁離子越多所以n值大的濃度越高，D錯誤；
故選D。
4．（2023·重慶·高考真題）電化學合成是一種綠色高效的合成方法。如圖是在酸性介質中電解合成半胱氨酸和煙酸的示意圖。下列敘述錯誤的是（ ）
A．電極a為陰極
B．從電極b移向電極a
C．電極b發生的反應為：
D．生成半胱氨酸的同時生成煙酸
答案：D
解析：該裝置是電解池，電極b上3-甲基吡啶轉化為煙酸過程中‘加氧少氫’，發生氧化反應，則b為陽極，a為陰極，陰極電極反應式為 +2e-+2H+=2 ；
A．a極上硫元素化合價升高，a為陰極，A正確；
B．電解池中陽離子移向陰極，則H+移向a電極，B正確；
C．電極b上3-甲基吡啶轉化為煙酸過程中發生氧化反應，在酸性介質中電極反應式為： ，C正確；
D．根據電子守恒可得關系式： ~6e-~6 ，因此生成6mol半胱氨酸的同時生成煙酸，D錯誤；
故選：D。
5．（2023·海南·高考真題）利用金屬Al、海水及其中的溶解氧可組成電池，如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．b電極為電池正極
B．電池工作時，海水中的向a電極移動
C．電池工作時，緊鄰a電極區域的海水呈強堿性
D．每消耗1kgAl，電池最多向外提供37mol電子的電量
答案：A
解析：鋁為活潑金屬，發生氧化反應為負極，則石墨為正極；
A．由分析可知，b電極為電池正極，A正確；
B．電池工作時，陽離子向正極移動，故海水中的向b電極移動，B錯誤；
C．電池工作時，a電極反應為鋁失去電子生成鋁離子，鋁離子水解顯酸性，C錯誤；
D．由C分析可知，每消耗1kgAl（為），電池最多向外提供mol電子的電量，D錯誤；
故選A。
6．（2023·廣東·高考真題）用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解溶液制氨。工作時，在雙極膜界面處被催化解離成和，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是（ ）
A．電解總反應：
B．每生成，雙極膜處有的解離
C．電解過程中，陽極室中的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
答案：B
解析：由信息大電流催化電解溶液制氨可知，在電極a處放電生成，發生還原反應，故電極a為陰極，電極方程式為，電極b為陽極，電極方程式為，“卯榫”結構的雙極膜中的H＋移向電極a，OH－移向電極b。
A．由分析中陰陽極電極方程式可知，電解總反應為，故A正確；
B．每生成，陰極得8mole－，同時雙極膜處有8mol進入陰極室，即有8mol的解離，故B錯誤；
C．電解過程中，陽極室每消耗4mol，同時有4mol通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，故C正確；
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于被催化解離成和，可提高氨生成速率，故D正確；
故選B。
7．（2023·北京·高考真題）回收利用工業廢氣中的和，實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是
A．廢氣中排放到大氣中會形成酸雨
B．裝置a中溶液顯堿性的原因是的水解程度大于的電離程度
C．裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的和
D．裝置中的總反應為
答案：C
解析：A．是酸性氧化物，廢氣中排放到空氣中會形成硫酸型酸雨，故A正確；
B．裝置a中溶液的溶質為，溶液顯堿性，說明的水解程度大于電離程度，故B正確；
C．裝置a中溶液的作用是吸收氣體，與溶液不反應，不能吸收，故C錯誤；
D．由電解池陰極和陽極反應式可知，裝置b中總反應為，故D正確；
選C。
8．（2023·浙江·高考真題）氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是（ ）
A．電極A接電源正極，發生氧化反應
B．電極B的電極反應式為：
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
答案：B
解析：A．電極A是氯離子變為氯氣，化合價升高，失去電子，是電解池陽極，因此電極A接電源正極，發生氧化反應，故A正確；
B．電極B為陰極，通入氧氣，氧氣得到電子，其電極反應式為：，故B錯誤；
C．右室生成氫氧根，應選用陽離子交換膜，左邊的鈉離子進入到右邊，在右室獲得濃度較高的溶液，故C正確；
D．改進設計中增大了氧氣的量，提高了電極B處的氧化性，通過反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗，故D正確。
綜上所述，答案為B。
9．（2023·湖北·高考真題）我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為。下列說法錯誤的是（ ）
A．b電極反應式為
B．離子交換膜為陰離子交換膜
C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜
D．海水為電解池補水的速率為
答案：D
解析：由圖可知，該裝置為電解水制取氫氣的裝置，a電極與電源正極相連，為電解池的陽極，b電極與電源負極相連，為電解池的陰極，陰極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，陽極反應為4OH--4e-=O2↑+2H2O，電池總反應為2H2O2H2↑+O2↑，據此解答。
A．b電極反應式為b電極為陰極，發生還原反應，電極反應為2H2O+2e-=H2↑+2OH-，故A正確；
B．該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH濃度不變，陽極發生的電極反應為4OH--4e-=O2↑+2H2O，為保持OH-離子濃度不變，則陰極產生的OH-離子要通過離子交換膜進入陽極室，即離子交換膜應為陰離子交換摸，故B正確；
C．電解時電解槽中不斷有水被消耗，海水中的動能高的水可穿過PTFE膜，為電解池補水，故C正確；
D．由電解總反應可知，每生成1molH2要消耗1molH2O，生成H2的速率為，則補水的速率也應是，故D錯誤；
答案選D。
10．（2023·遼寧·高考真題）某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：
答案：B
解析：該儲能電池放電時，Pb為負極，失電子結合硫酸根離子生成PbSO4，則多孔碳電極為正極，正極上Fe3+得電子轉化為Fe2+，充電時，多孔碳電極為陽極，Fe2+失電子生成Fe3+，PbSO4電極為陰極，PbSO4得電子生成Pb和硫酸。
A．放電時負極上Pb失電子結合硫酸根離子生成PbSO4附著在負極上，負極質量增大，A錯誤；
B．儲能過程中，該裝置為電解池，將電能轉化為化學能，B正確；
C．放電時，右側為正極，電解質溶液中的陽離子向正極移動，左側的H+通過質子交換膜移向右側，C錯誤；
D．充電時，總反應為PbSO4+2Fe2+=Pb++2Fe3+，D錯誤；
故答案選B。
11．（2024·福建漳州·三模）為高效綠色氧化劑，一種利用電催化法制備的方法如圖所示：
下列有關說法正確的是（ ）
A．催化電極的電勢高于石墨電極的電勢
B．a為，b為
C．催化電極上的電極反應式：
D．若電源用鉛蓄電池，每制得，鉛蓄電池正極質量增加32g
答案：C
解析：右側催化電極上P變為Q，發生還原反應，為陰極，電極反應式為，氧氣再將Q氧化為P，自身還原為H2O2；左側為陽極，b為H+，a為OH-；
A．催化電極為陰極，石墨電極為陽極，故石墨電極的電勢高于催化電極，故A錯誤；
B．由上述分析可知，b為H+，a為OH-；故B錯誤；
C．由上述分析可知，陰極的電極反應式為：，故C正確；
D．由上述分析可知，每制得，需轉移2mol電子，鉛蓄電池的正極反應式為：PbO2+2e-+4H++SO=PbSO4+2H2O，正極質量增加64g，故D錯誤。
答案選C。
12．（2024·陜西西安·一模）微生物脫鹽池的a極上加入了呼吸細菌，工作時可將工業廢水中的有機污染物轉化為，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．工作時，極發生還原反應，電子從極流向極
B．膜為陰離子交換膜，脫鹽室最終可得到淡鹽水
C．極上消耗氣體，則通過膜的離子的物質的量為
D．若有機物的分子式為，則極的電極反應式為
答案：D
解析：a極上加入了呼吸細菌，工作時可將工業廢水中的有機污染物轉化為，則a極為負極，發生氧化反應，則M為陰離子交換膜， 經過M膜的離子為Cl-和SO，b極為正極，發生還原反應，N為陽離子交換膜，經過N膜的離子為Na+和Ca2+；
A．根據電極轉化關系可知，a極為負極、b極為正極，因此工作時，a極發生氧化反應，電流從b極流向a極，A錯誤；
B．陰離子向a極遷移，陽離子向b極遷移，因此N為陽離子交換膜，M為陰離子交換膜，B錯誤；
C．若b極上消耗標準狀況下O2，則外電路中通過2mole-，此時通過陽離子交換膜的電荷數為2mol，經過N膜的離子為Na+和Ca2+，其所帶電荷數不同，故此離子數目無法確定，C錯誤；
D．若有機物的分子式為，則極失電子生成CO2，電極反應式為，D正確；
故選D。
13．（2024·上海·三模）在銅基配合物的催化作用下，利用電化學原理可將轉化為碳基燃料(包括CO、烷烴和羧酸等)，其裝置原理如圖所示。
（1）圖中生成甲酸的電極反應式為 。
（2）當有0.4mol通過質子交換膜時，理論上最多生成HCOOH的質量為 。
答案：13． 14．9.2g
解析：由圖可知，Pt電極氧元素價態升高失電子，Pt電極為陽極，電極反應式為，石墨烯電極為陰極，電極反應式為：；
（1）根據分析可知，生成甲醇的石墨烯電極反應式為：；
（2）當有0.4mol通過質子交換膜時，轉移0.4mol電子，生成0.2molHCOOH，質量為；。
14．（2024·上海閔行·二模）我國科學家研發的水系可逆Zn-CO2電池可吸收利用CO2.將兩組正離子、負離子復合膜反向放置分隔兩室電解液充、放電時，復合膜間的H2O解離成H+和OH—，工作原理如圖所示：
(1)HCOOH分子中，σ鍵和π鍵的數目之比為 。
(2)充電時復合膜中向多孔Pd納米片極移動的離子是 ，放電時正極的電極反應式為 。
(3)下列說法中正確的是___ __。
A．放電時鋅做陽極
B．充電時多孔Pd納米片極發生還原反應
C．Na2[Zn(OH)4]中只存在離子鍵和配位鍵
D．Zn(OH)可在足量稀硫酸中轉化為Zn2+
答案：(1)4：1(2)OH- ；CO2+2H++2e—=HCOOH(3)D
解析：由圖可知，a膜是釋放出氫離子的陽離子交換膜，b膜是釋放出氫氧根離子的陰離子交換膜，放電時，鋅電極為原電池的負極，堿性條件下鋅在負極失去電子發生氧化反應生成四羥基合鋅離子，電極反應式為Zn+4OH——2e—= Zn(OH)，多孔鈀納米片為正極，酸性條件下二氧化碳在正極得到電子發生還原反應生成甲酸，電極反應式為CO2+2H++2e—=HCOOH；充電時，與直流電源負極相連的鋅電極為陰極，四羥基合鋅離子在陰極得到電子發生還原反應生成鋅和氫氧根離子，多孔鈀納米片為陽極，堿性條件下甲酸在陽極失去電子發生氧化反應生成二氧化碳和水。
（1）甲酸分子中單鍵為σ鍵，雙鍵中含有1個σ鍵和1個π鍵，所以分子中σ鍵和π鍵的數目之比為4：1，故答案為：4：1；
（2）由圖可知，充電時復合膜中氫氧根離子移向向多孔鈀納米片極，由分析可知，放電時，多孔鈀納米片為正極，酸性條件下二氧化碳在正極得到電子發生還原反應生成甲酸，電極反應式為CO2+2H++2e—=HCOOH，故答案為：OH—；CO2+2H++2e—=HCOOH；
（3）A．由分析可知，放電時，鋅電極為原電池的負極，故錯誤；
B．由分析可知，充電時多孔鈀納米片為陽極，堿性條件下甲酸在陽極失去電子發生氧化反應生成二氧化碳和水，故錯誤；
C．由化學式可知，Na2[Zn(OH)4]中存在離子鍵、極性共價鍵和配位鍵，故錯誤；
D．溶液中的四羥基合鋅離子能與硫酸溶液中的氫離子反應生成鋅離子和水，故正確；
故選D。
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2024年化學高考二輪復習
專題十 化學反應與電能
一、考綱解讀
考綱導向
1．原電池原理及其應用
2．電解池原理及其應用
3．金屬腐蝕與防護
4．離子交換膜的應用
命題分析
電化學內容是高考試卷中的常客，是氧化還原反應知識的應用和延伸，命題在繼續加強基本知識考查的基礎上，更加注重了試題題材的生活化、實用化、情境化，同時也加強了不同知識間的相互滲透與融合，試題的背景較為新穎，側重考查分析判斷、獲取信息解答問題及計算能力。題型有以新型電池為背景的選擇題和以電極反應式書寫為主的填空題，通常考查的知識點是從閉合回路的形成角度分析原電池、電解池的工作原理，電極的判斷，電極反應式的書寫，電子的轉移或電流的方向和溶液中離子的移動方向的判斷，溶液pH的變化，離子交換膜作用，有關計算，理解原電池和電解池原理的實際應用等，難度一般偏大。解題時要求掌握“結合反應原理，根據元素化合價變化，正確判斷電極發生的反應和書寫電極反應方程式”的方法。
預計2024年高考選擇題中，仍然以某一個新型電池為背景考查電化學知識，結合物質的制備、廢棄物的處理等內容進行考查，電極反應方程式的書寫或正誤判斷、離子移動的方向、電極產物種類的判斷及相關計算等仍是考查的重點。
二、知識點梳理
網絡圖
重點拓展
高頻考點一 原電池原理及其應用
1．“五類”依據判斷原電池電極：
(1)依據構成原電池兩極的電極材料判斷。一般是較活潑的金屬為負極,活潑性較弱的金屬或能導電的非金屬為正極。
(2)依據原電池兩極發生反應的類型判斷。負極發生氧化反應;正極發生還原反應。
(3)依據電子流動方向或電流方向判斷。在外電路中,電子由負極流向正極,電流由正極流向負極。
(4)依據原電池電解質溶液中離子的移動方向判斷。陽離子向正極移動,陰離子向負極移動。
(5)依據原電池鹽橋中離子的移動方向判斷。陽離子向正極移動,陰離子向負極移動。
2．“三步”突破原電池電極反應式的書寫：
第一步：分析氧化還原反應
根據氧化還原反應，分析元素化合價的升降，確定正負極反應物質及電子得失數目
第二步：注意電解質溶液環境
分析電解質溶液的酸堿性及離子參加反應的情況，確定電極反應，寫出電極反應式
第三步：合并正、負電極反應
調整兩極反應式中得失電子數目相等并疊加，消去電子，得出總反應式
3．解答新型化學電源的步驟
(1)判斷電池類型→確認電池原理→核實電子、離子移動方向。
(2)確定電池兩極→判斷電子、離子移動方向→書寫電極反應和電池反應。
(3)充電電池→放電時為原電池→失去電子的為負極反應。
(4)電極反應→總反應離子方程式減去較簡單一極的電極反應式→另一電極反應式。
4．化學電源
(1)一次電池
堿性鋅錳干電池 負極材料：Zn電極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正極材料：碳棒電極反應：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2
鋅銀電池 負極材料：Zn電極反應：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2正極材料：Ag2O電極反應：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－總反應：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
(2)二次電池
鉛蓄電池是最常見的二次電池，總反應為Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)＋2H2O(l)
注意：分析可充電電池問題“五注意”
①放電時是原電池反應，充電時是電解池反應。
②充電電池需要注意的是充電、放電的反應不能理解為可逆反應。
③充電時的電極反應與放電時的電極反應過程相反，充電時的陽極反應恰與放電時的正極反應相反，充電時的陰極反應恰與放電時的負極反應相反。故二次電池充電時，可充電電池的正極連接外接電源的正極，可充電電池的負極連接外接電源的負極。簡單記為“正接正、負接負”。
④充、放電時電解質溶液中離子移動方向的判斷
分析電池工作過程中電解質溶液的變化時，要結合電池總反應進行分析。
a．首先應分清電池是放電還是充電。
b．再判斷出正、負極或陰、陽極。
放電：陽離子→正極，陰離子→負極；
充電：陽離子→陰極，陰離子→陽極；
總之：陽離子→發生還原反應的電極；陰離子→發生氧化反應的電極。
⑤書寫化學電源的電極反應式和總反應方程式時，關鍵是抓住氧化產物和還原產物的存在形式。
(3)燃料電池
氫氧燃料電池是目前最成熟的燃料電池：總反應式：2H2＋O2===2H2O
①酸性介質
負極：2H2－4e－===4H＋ 正極：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
②堿性介質
負極：2H2＋4OH－－4e－===4H2O 正極：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
③熔融的金屬氧化物作介質
負極：2H2－4e－＋2O2－===2H2O 正極：O2＋4e－===2O2－
④碳酸鹽作介質
負極：2H2－4e－＋2CO===2H2O＋2CO2 正極：O2＋4e－＋2CO2===2CO
(4)濃差電池
1）在濃差電池中，為了限定某些離子的移動，常涉及到“離子交換膜”。
①常見的離子交換膜
陽離子交換膜 只允許陽離子(包括H＋)通過
陰離子交換膜 只允許陰離子通過
質子交換膜 只允許H＋通過
②離子交換膜的作用
a. 能將兩極區隔離，阻止兩極物質發生化學反應。
b. 能選擇性地允許離子通過，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
③離子交換膜的選擇依據：離子的定向移動。
2）“濃差電池”的分析方法
濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區域，陽離子移向正極區域判斷電池的正、負極，這是解題的關鍵。
5.電解池中電極反應式的書寫方法
(1)書寫步驟
①首先注意陽極是活性材料還是惰性材料。
②分析確定溶液中所有陰陽離子并清楚放電順序。
③根據放電順序分析放電產物。
④根據電解質溶液的酸堿性確定電極反應式中是否有H＋、OH－或H2O參與；最后配平電極反應式。
(2)介質對電極反應式的影響
①在電解池電極方程式中，如果是H＋或OH－放電，則電解質溶液的酸堿性對電極反應式沒有影響。
②酸性溶液反應物或生成物中均沒有OH－。
③堿性溶液反應物或生成物中均沒有H＋。
(3)電極產物的溶解性對電極反應式的影響。
電解MgCl2溶液時的陰極反應式應為：Mg2＋＋2H2O＋2e－===Mg(OH)2↓＋H2↑，而不是2H＋＋2e－===H2↑。
總反應離子方程式為：Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑。
不能把電解MgCl2溶液的離子方程式寫成：2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑，忽視了生成難溶的Mg(OH)2。
6.原電池電極上區pH變化規律
（1）若電極反應消耗OH－(H＋)，則電極周圍溶液的pH減小(增大)；
（2）若電極反應生成H＋(OH－)，則電極周圍溶液的pH減小(增大)。
（3）若總反應的結果是消耗OH－(H＋)，則溶液的pH減小(增大)；
（4）若總反應的結果是生成H＋(OH－)，則溶液的pH減小(增大)。
（5）若兩極消耗或生成的OH－(H＋)的物質的量相等，則溶液的pH變化規律視溶液的酸堿性及是否有水生成而定，應具體問題具體分析（如酸性燃料電池，由于生成水，pH增大）。
高頻考點二 電解池原理及其應用
1．“五類”依據判斷電解池電極
判斷依據電極 電極材料 電極反應 電子流向 離子移向 電極現象
陽極 與電源正極相連 氧化反應 流出 陰離子移向 電極溶解或pH減小
陰極 與電源負極相連 還原反應 流入 陽離子移向 電極增重或pH增大
2．電解池電極反應式的書寫
（1）電極產物判斷
（2）電解池電極反應式的書寫模式：
注：①陽極陰離子放電次序：非惰性電極>S2->I->Br->Cl->OH->高價含氧酸根離子>F-
②陰極陽離子放電次序一般為：Ag+>Hg2+>Cu2+>H+>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>Al3+>Mg2+>Na+
當然，微粒的濃度也會影響放電的順序，如電鍍鋅時，溶液中C(Zn2+)>C(H+),放電次序 Zn2+>H+。
（3）電極反應方程式的書寫技巧：
分：分析電極材料是惰性電極如碳棒、Pt，還是活性電極（電極參與反應）。
析：分析溶液組成即溶液中有哪些離子。
判：判斷離子流向（陽離子移向陰極，陰離子移向陽極）。
斷：根據離子放電順序判斷反應的離子。
書：書寫電極反應方程式。
寫：書寫總反應方程式，放電離子來源物質=電極產物+剩余部分組合。
3．惰性電極電解電解質溶液的規律
放H2生堿型(以NaCl為例) 陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑ 電解后電解質溶液的復原電解后電解質溶液復原遵循“少什么補什么”原則，先讓析出的產物(氣體或沉淀)恰好完全反應，再將其化合物投入電解后的溶液中即可。如：①NaCl溶液：通HCl氣體(不能加鹽酸)；②AgNO3溶液：加Ag2O固體；③CuCl2溶液：加CuCl2固體；④KNO3溶液：加H2O；⑤CuSO4溶液：加CuO或CuCO3[不能加Cu2O、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3]。
陰極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
電解電解質型(以HCl為例) 陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑
陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑
電解水型(以H2SO4為例) 陽極反應式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
陰極反應式：4H＋＋4e－===2H2↑
放O2生酸型(以CuSO4為例) 陽極反應式：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
陰極反應式：2Cu2＋＋4e－===2Cu
總離子方程式：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋4H＋＋O2↑
4．電解原理的應用
(1)電解飽和食鹽水。
陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應) 陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應)
總反應方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
離子反應方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)應用：氯堿工業制燒堿、氫氣和氯氣
陽極：鈦網(涂有鈦、釕等氧化物涂層)。
陰極：碳鋼網。
陽離子交換膜：①只允許陽離子通過，能阻止陰離子和氣體通過。②將電解槽隔成陽極室和陰極室。
(2)電解精煉銅
(3)電鍍銅
(4)電冶金
利用電解熔融鹽的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等
總方程式 陽極、陰極反應式
冶煉鈉 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，2Na＋＋2e－===2Na
冶煉鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 2Cl－－2e－===Cl2↑，Mg2＋＋2e－===Mg
冶煉鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 6O2－－12e－===3O2↑，4Al3＋＋12e－===4Al
5．有關電化學計算的三大方法
(1)根據電子守恒計算
用于串聯電路中電解池陰陽兩極產物、原電池正負兩極產物、通過的電量等類型的計算，其依據是電路中轉移的電子數相等。
(2)根據總反應式計算
先寫出電極反應式，再寫出總反應式，最后根據總反應式列出比例式計算。
(3)根據關系式計算
根據得失電子守恒關系建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。
如以通過4 mol e－為橋梁可構建如下關系式：
(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)
6．原電池、電解池、電鍍池判定
（1）若無外接電源，可能是原電池，然后根據原電池的形成條件判定；
（2）若有外接電源，兩極插入電解質溶液中，則可能是電解池或電鍍池，當陽極金屬與電解質溶液中的金屬離子相同則為電鍍池；
（3）若為無明顯外接電源的串聯電路，則應利用題中信息找出能發生自發氧化還原反應的裝置為原電池。
高頻考點三 金屬腐蝕與防護
1．影響金屬腐蝕的因素
(1)對于金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。
(2)電解質溶液對金屬的腐蝕的影響也很大，如果金屬在潮濕的空氣中，接觸腐蝕性氣體或電解質溶液，都容易被腐蝕。
2．金屬腐蝕快慢的規律
(1)金屬腐蝕類型的差異：電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞化學腐蝕＞有防護措施的腐蝕。
(2)電解質溶液的影響：對同一金屬來說，腐蝕的快慢(濃度相同)強電解質溶液＞弱電解質溶液＞非電解質溶液；對同一種電解質溶液來說，一般電解質溶液濃度越大，腐蝕越快；活潑性不同的兩金屬與電解質溶液構成原電池時，一般活潑性差別越大，負極腐蝕越快。
3．金屬電化腐蝕的類型
類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性
正極反應 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
負極反應 Fe－2e－===Fe2＋
其他反應 吸氧腐蝕更普遍，危害更大
4.金屬保護的方法
(1)加防護層，如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料；采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬。
(2)電化學防護：
1）犧牲陽極法：原電池原理，外接活潑金屬作負極(陽極)使被保護金屬作正極(陰極)。形成原電池時，被保護的金屬作正極，不發生化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發生化學反應受到腐蝕。負極要定期予以更換。
2）外加電流法：電解原理，被保護金屬作陰極，用惰性電極作輔助陽極。通電后強制電子流向被保護的金屬設備，使金屬表面腐蝕電流降至零或接近零。從而使金屬受到保護。
方法 犧牲陽極法 外加電流法
依據 原電池原理 電解池原理
原理 形成原電池時，被保護的金屬作正極，不發生化學反應受到保護；活潑金屬作負極，發生化學反應受到腐蝕。負極要定期予以更換 將被保護的金屬與另一附加電極作為電解池的兩個電極，使被保護的金屬作陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護
應用 保護一些鋼鐵設備，如鍋爐內壁、船體外殼等裝上鎂合金或鋅塊 保護土壤、海水及水中的金屬設備
實例示意圖
高頻考點四 離子交換膜的應用
一、電化學中的隔膜
1．離子交換膜的概念
離子交換膜又叫隔膜，由高分子特殊材料制成。使離子選擇性定向遷移(目的是平衡整個溶液的離子濃度或電荷)。
2．離子交換膜的作用
(1)能將兩極區隔離，阻止兩極區產生的物質接觸，防止副反應的發生,避免影響所制取產品的質量;防止引發不安全因素。如在電解飽和食鹽水中,利用陽離子交換膜,防止陽極產生的氯氣進入陰極室與氫氧化鈉反應,導致所制產品不純;防止氯氣與陰極產生的氫氣混合發生爆炸。
(2)能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。
(3)雙極膜：由一張陽膜和一張陰膜復合制成的陰、陽復合膜。該膜的特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并分別通過陽膜和陰膜，作為H＋和OH－的離子源。
(4)用于物質的制備、分離、提純等。
3．離子交換膜的類型
(1)陽離子交換膜 (只允許陽離子和水分子通過，阻止陰離子和氣體通過)
以鋅銅原電池為例，中間用陽離子交換膜隔開①負極反應式：Zn－2e－===Zn2＋②正極反應式：Cu2＋＋2e－===Cu③Zn2＋通過陽離子交換膜進入正極區④陽離子→透過陽離子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)
(2)陰離子交換膜 (只允許陰離子和水分子通過，阻止陽離子和氣體通過)
以Pt為電極電解淀粉 KI溶液，中間用陰離子交換膜隔開①陰極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－②陽極反應式：2I－－2e－===I2③陰極產生的OH－移向陽極與陽極產物反應：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O④陰離子→透過陰離子交換膜→電解池陽極(或原電池的負極)
(3)質子交換膜 (只允許H＋和水分子通過)
在微生物作用下電解有機廢水(含CH3COOH)，可獲得清潔能源H2①陰極反應式：2H＋＋2e－===H2↑②陽極反應式：CH3COOH－8e－＋2H2O===2CO2↑＋8H＋③陽極產生的H＋通過質子交換膜移向陰極④H＋→透過質子交換膜→原電池正極(或電解池的陰極)
(4)雙極膜
雙極膜 由一張陽膜和一張陰膜復合制成。該膜特點是在直流電的作用下，陰、陽膜復合層間的H2O解離成H＋和OH－并通過陽膜和陰膜分別向兩極區移動，作為H＋和OH－的離子源
4.離子交換膜選擇的依據：離子的定向移動。
5.離子交換膜類型的判斷（根據電解質溶液呈中性的原則,判斷交換膜的類型）
（1）首先寫出陰、陽兩極上的電極反應,依據電極反應確定該電極附近哪種離子剩余,
（2）根據溶液呈電中性,從而判斷出離子移動的方向,進而確定離子交換膜的類型。
如電解飽和食鹽水時,陰極反應為2H++2e-H2↑,則陰極區域破壞水的電離平衡,OH-有剩余,陽極區域的Na+穿過離子交換膜進入陰極室,與OH-形成NaOH溶液,故電解食鹽水時的離子交換膜是陽離子交換膜。
6.“離子交換膜”電解池的解題思路
(1)分清隔膜類型：即交換膜屬于陽膜、陰膜或質子膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過隔膜；
(2)寫出電極反應式：判斷交換膜兩側離子變化，推斷電荷變化，據電荷平衡判斷離子遷移方向；
(3)分析隔膜作用：在產品制備中，隔膜作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險；
(4)利用定量關系進行計算：外電路電子轉移數＝通過隔膜的陰、陽離子帶的負或正電荷數。
二、隔膜在多室電解池中的應用
多室電解池是利用離子交換膜的選擇透過性，即允許帶某種電荷的離子通過而限制帶相反電荷的離子通過，將電解池分為兩室、三室、多室等，以達到濃縮、凈化、提純及電化學合成的目的。
(1)兩室電解池
①制備原理：如工業上利用如圖兩室電解裝置制備燒堿
陽極室中電極反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極室中的電極反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陰極區H＋放電，破壞了水的電離平衡，使OH－濃度增大，陽極區Cl－放電，使溶液中的c(Cl－)減小，為保持電荷守恒，陽極室中的Na＋通過陽離子交換膜與陰極室中生成的OH－結合，得到濃的NaOH溶液。利用這種方法制備物質，純度較高，基本沒有雜質。
②陽離子交換膜的作用：它只允許Na＋通過，而阻止陰離子(Cl－)和氣體(Cl2)通過。這樣既防止了兩極產生的H2和Cl2混合爆炸，又避免了Cl2和陰極產生的NaOH反應生成NaClO而影響燒堿的質量。
(2)三室電解池
利用三室電解裝置制備NH4NO3，其工作原理如圖所示。
陰極的NO被還原為NH：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O，NH通過陽離子交換膜進入中間室；陽極的NO被氧化為NO：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋，NO通過陰離子交換膜進入中間室。根據電路中轉移電子數相等可得電解總反應：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，為使電解產物全部轉化為NH4NO3，補充適量NH3可以使電解產生的HNO3轉化為NH4NO3。
(3)多室電解池
利用“四室電滲析法”制備H3PO2(次磷酸)，其工作原理如圖所示。
電解稀硫酸的陽極反應：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，產生的H＋通過陽離子交換膜進入產品室，原料室中的H2PO穿過陰離子交換膜進入產品室，與H＋結合生成弱電解質H3PO2；電解NaOH稀溶液的陰極反應：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－，原料室中的Na＋通過陽離子交換膜進入陰極室。
(4)電滲析法
將含AnBm的廢水再生為HnB和A(OH)m的原理：已知A為金屬活動順序表H之前的金屬，Bn－為含氧酸根離子
三、高頻考點突破
高頻考點一 原電池原理及其應用
典例精析
1．碳排放是影響氣候變化的重要因素之一。最近科學家研發出一種有利于“碳中和”的新型電池系統，通過二氧化碳溶于水觸發電化學反應產生電能和氫氣，其工作原理如下圖所示(鈉超離子導體只允許Na+通過)。下列說法正確的是（ ）
A．電池系統工作時電能轉變成化學能
B．用硫酸溶液替代有機電解液可增大電池工作效率
C．b極區的電極反應式為2CO2+2H2O+2e-=2+H2
D．電池工作時每消耗2.24LCO2，a電極的質量會減少2.3g
2．一種新型AC/LiMn2O4電池體系，在快速啟動、電動車等領域具有廣闊應用前景。其采用尖晶石結構的LiMn2O4作正極(可由Li2CO3和MnO2按物質的量比1：2反應合成)，高比表面積活性炭AC(石墨顆粒組成)作負極。充電、放電的過程如圖所示：
下列說法正確的是（ ）
A．合成LiMn2O4的過程中可能有H2產生
B．放電時正極的電極反應式為：LiMn2O4+xe-=Li(1-x)Mn2O4+xLi+
C．充電時AC極應與電源負極相連
D．可以用Li2SO4水溶液做電解液
變式訓練
3．用零價鐵去除酸性水體中的是地下水修復研究的熱點之一，下列有關敘述中錯誤的是（ ）
鐵粉還原水體中的反應原理(已知：形成了原電池)示意圖 足量鐵粉還原水體中后，鐵表面最終形態的示意圖 初始的水體中，分別加入、(足量)、(足量)和對的去除率(％)的對比圖像
A．甲圖中作原電池的負極
B．甲圖中正極上發生的電極反應：
C．零價鐵去除的反應速率會隨時間推移而減慢
D．零價鐵去除時加入的適量能直接還原，從而提高的去除率
4．某企業研發的鈉離子電池“超鈉F1”于2023年3月正式上市、量產。鈉離子電池因原料和性能的優勢而逐漸取代鋰離子電池，電池結構如圖所示。該電池的負極材料為NaxCy(嵌鈉硬碳)，正極材料為Na2 Mn[ Fe(CN)6] (普魯士白)。在充、放電過程中，Na+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。
下列說法不正確的是（ ）
A．由于未使用稀缺的鋰元素，量產后的鈉離子電池的生產成本比鋰離子電池的低
B．放電時，負極的電極反應式為NaxCy-xe-= Cy+xNa+
C．放電時，Na+移向電勢較高的電極后得到電子發生還原反應
D．充電時，每轉移1mol電子，陽極的質量減少23g
高頻考點二 電解池原理及其應用
典例精析
1．如圖是利用甲醇燃料電池進行電化學研究的裝置圖，下列說法正確的是（ ）
A．甲池將化學能轉化為電能，總反應為2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O
B．乙池中的Ag不斷溶解
C．反應一段時間后要使乙池恢復原狀，可加入一定量CuO固體
D．當甲池中有22.4LO2參與反應時，乙池中理論上可析出12.8g固體
2．電解HF和熔融KHF2的混合物(熔融混合物中常加入少量LiF或AlF3)制備單質氟，以電解槽內壁(鎳銅合金)和石墨為電極，總反應為2KHF2＝2KF+F2↑+H2↑。下列有關電解制備單質氟的說法正確的是（ ）
A．電解過程中，電解槽內壁與電源的正極相連
B．石墨電極發生的電極反應為2F－ +2e－ ＝F2↑
C．電解過程中加入少量LiF或AlF3可以降低混合物的熔點，增強導電性
D．電解一段時間后，加入一定量的固體KHF2可還原混合物的組成
變式訓練
3．科研團隊開創了海水原位直接電解制氫的全新技術(如圖所示)。該研究的關鍵點是利用海水側和電解質側的水蒸氣壓力差使海水自發蒸發，并以蒸汽形式通過透氣膜擴散到電解質側重新液化，即“液-氣-液”水遷移機制，為電解提供淡水。下列敘述錯誤的是（ ）
A．直接電解海水存在陽極易腐蝕問題
B．液態水、陰離子分別不能通過膜a、膜b
C．鉛酸蓄電池做電源時，電極與N電極相連
D．電解過程中，陰極區溶液可能不變
4．用電解法對酸性含氯氨氮廢水進行無害化處理的過程如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．DSA電極與外接電源的負極連接
B．發生的電極反應為：
C．降解過程中應該控制條件避免發生反應②
D．1mol HO·和足量反應，轉移的電子數為
高頻考點三 金屬腐蝕與防護
典例精析
1．科學研究發現金屬生銹時，銹層內如果有硫酸鹽會加快金屬的腐蝕，其腐蝕原理如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）
A．鋼鐵的腐蝕中正極電極反應式為
B．酸雨地區的鋼鐵更易被腐蝕
C．生成反應的化學方程式為
D．硫酸鹽加速電子傳遞，有一定的催化劑作用
2．港珠澳大橋的設計使用壽命高達120年，主要的防腐方法有：①鋼梁上安裝鋁片；②使用高性能富鋅(富含鋅粉)底漆；③使用高附著性防腐涂料；④預留鋼鐵腐蝕量。下列分析不合理的是（ ）
A．鋼鐵發生吸氧腐蝕時的負極反應式為：Fe-3e-=Fe3+
B．防腐過程中鋁和鋅均作為犧牲陽極，失去電子
C．防腐涂料可以防水、隔離O2，降低吸氧腐蝕速率
D．方法①②③只能減緩鋼鐵腐蝕，未能完全消除
變式訓練
3．某實驗小組要定量探究鐵銹蝕的因素，設計如圖所示實驗裝置，檢查氣密性，將5 g鐵粉和2 g碳粉加入三頸燒瓶，時刻，加入2 mL飽和氯化鈉溶液后，再將一只裝有5 mL稀鹽酸的注射器插到燒瓶上，采集數據。下列說法錯誤的是（ ）
A．鐵發生銹蝕的反應是放熱反應
B．溫度降低是因為反應速率減慢了
C．BC段壓強減小是因為鐵和氧氣直接反應生成了氧化鐵
D．壓強變大是因為發生了鐵的析氫腐蝕
4．鎏金獸面紋鼎是湖南省博物館收藏的珍貴文物。該文物為青銅器，其形制和紋飾與商代銅鼎相同。鎏金又稱火法鍍金，其工藝是將黃金溶于汞中形成的金汞齊均勻地涂到干凈的金屬器物表面，加熱使汞揮發，黃金與金屬表面固結，形成光亮的金黃色鍍層。下列說法正確的是（ ）
A．青銅比純銅硬度小
B．常溫下的金汞齊是金屬晶體
C．鎏金獸面紋鼎應保存在干燥的環境中
D．銅腐蝕后生成的銅綠為CuO
高頻考點四 離子交換膜的應用
典例精析
1．實驗室可利用如圖所示微生物電池將污水中的轉化為無毒無害的物質并產生電能(M、N均為石墨電極)。有關該電池工作時的說法，不正確的是（ ）
A．該電池在微生物作用下將化學能轉化為電能
B．負極的電極反應式為
C．當外電路轉移時，有個質子通過質子交換膜由乙室流向甲室
D．電勢N>M
2．我國學者設計如圖所示裝置，將氯堿工業和硬水軟化協同處理，同時制備工業硫酸和氫氧化鈉。圖中雙極膜中間層的水解離為H+和OH-，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法錯誤的是（ ）
A．膜p適合選擇陰離子交換膜
B．溶液Y適合選擇稀硫酸
C．硬水中生成、沉淀
D．相同時間內，理論上兩極上生成氣體的物質的量相等
變式訓練
3．將銅棒插入濃、稀溶液中(裝置如圖)、觀察到電流計指針發生偏轉，一段時間后，浸入濃溶液的銅棒變粗。下列說法不正確的是（ ）
A．銅棒變粗的反應：
B．導線中電子移動的方向：b→a
C．隨著反應的進行，濃、稀溶液的濃度逐漸接近
D．的氧化性隨增大而增強，Cu的還原性隨增大而減弱
4．某研究機構使用Li-SO2Cl2電池作為電源電解制備，其工作原理如圖所示。已知電池反應為，下列說法錯誤的是（ ）
A．電池中C電極的電極反應式為
B．電池的e極連接電解池的h極
C．膜a、c是陽離子交換膜，膜b是陰離子交換膜
D．生成時，理論上電解池中不銹鋼電極附近溶液質量增加46克
四、考場演練
1．（2024·浙江·高考真題）破損的鍍鋅鐵皮在氨水中發生電化學腐蝕，生成和，下列說法不正確的是（ ）
A．氨水濃度越大，腐蝕趨勢越大
B．隨著腐蝕的進行，溶液變大
C．鐵電極上的電極反應式為：
D．每生成標準狀況下，消耗
2．（2023·河北·高考真題）我國科學家發明了一種以和為電極材料的新型電池，其內部結構如下圖所示，其中①區、②區、③區電解質溶液的酸堿性不同。放電時，電極材料轉化為。下列說法錯誤的是（ ）
A．充電時，b電極上發生還原反應
B．充電時，外電源的正極連接b電極
C．放電時，①區溶液中的向②區遷移
D．放電時，a電極的電極反應式為
3．（2023·福建·高考真題）一種可在較高溫下安全快充的鋁-硫電池的工作原理如圖，電解質為熔融氯鋁酸鹽(由和形成熔點為的共熔物)，其中氯鋁酸根起到結合或釋放的作用。電池總反應：。下列說法錯誤的是（ ）
A．含個鍵
B．中同時連接2個原子的原子有個
C．充電時，再生單質至少轉移電子
D．放電時間越長，負極附近熔融鹽中n值小的濃度越高
4．（2023·重慶·高考真題）電化學合成是一種綠色高效的合成方法。如圖是在酸性介質中電解合成半胱氨酸和煙酸的示意圖。下列敘述錯誤的是（ ）
A．電極a為陰極
B．從電極b移向電極a
C．電極b發生的反應為：
D．生成半胱氨酸的同時生成煙酸
5．（2023·海南·高考真題）利用金屬Al、海水及其中的溶解氧可組成電池，如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．b電極為電池正極
B．電池工作時，海水中的向a電極移動
C．電池工作時，緊鄰a電極區域的海水呈強堿性
D．每消耗1kgAl，電池最多向外提供37mol電子的電量
6．（2023·廣東·高考真題）用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池(下圖)，可實現大電流催化電解溶液制氨。工作時，在雙極膜界面處被催化解離成和，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是（ ）
A．電解總反應：
B．每生成，雙極膜處有的解離
C．電解過程中，陽極室中的物質的量不因反應而改變
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
7．（2023·北京·高考真題）回收利用工業廢氣中的和，實驗原理示意圖如下。
下列說法不正確的是
A．廢氣中排放到大氣中會形成酸雨
B．裝置a中溶液顯堿性的原因是的水解程度大于的電離程度
C．裝置a中溶液的作用是吸收廢氣中的和
D．裝置中的總反應為
8．（2023·浙江·高考真題）氯堿工業能耗大，通過如圖改進的設計可大幅度降低能耗，下列說法不正確的是（ ）
A．電極A接電源正極，發生氧化反應
B．電極B的電極反應式為：
C．應選用陽離子交換膜，在右室獲得濃度較高的溶液
D．改進設計中通過提高電極B上反應物的氧化性來降低電解電壓，減少能耗
9．（2023·湖北·高考真題）我國科學家設計如圖所示的電解池，實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無生成且KOH溶液的濃度不變，電解生成氫氣的速率為。下列說法錯誤的是（ ）
A．b電極反應式為
B．離子交換膜為陰離子交換膜
C．電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜
D．海水為電解池補水的速率為
10．（2023·遼寧·高考真題）某低成本儲能電池原理如下圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．放電時負極質量減小
B．儲能過程中電能轉變為化學能
C．放電時右側通過質子交換膜移向左側
D．充電總反應：
11．（2024·福建漳州·三模）為高效綠色氧化劑，一種利用電催化法制備的方法如圖所示：
下列有關說法正確的是（ ）
A．催化電極的電勢高于石墨電極的電勢
B．a為，b為
C．催化電極上的電極反應式：
D．若電源用鉛蓄電池，每制得，鉛蓄電池正極質量增加32g
12．（2024·陜西西安·一模）微生物脫鹽池的a極上加入了呼吸細菌，工作時可將工業廢水中的有機污染物轉化為，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是（ ）
A．工作時，極發生還原反應，電子從極流向極
B．膜為陰離子交換膜，脫鹽室最終可得到淡鹽水
C．極上消耗氣體，則通過膜的離子的物質的量為
D．若有機物的分子式為，則極的電極反應式為
13．（2024·上海·三模）在銅基配合物的催化作用下，利用電化學原理可將轉化為碳基燃料(包括CO、烷烴和羧酸等)，其裝置原理如圖所示。
（1）圖中生成甲酸的電極反應式為 。
（2）當有0.4mol通過質子交換膜時，理論上最多生成HCOOH的質量為 。
14．（2024·上海閔行·二模）我國科學家研發的水系可逆Zn-CO2電池可吸收利用CO2.將兩組正離子、負離子復合膜反向放置分隔兩室電解液充、放電時，復合膜間的H2O解離成H+和OH—，工作原理如圖所示：
(1)HCOOH分子中，σ鍵和π鍵的數目之比為 。
(2)充電時復合膜中向多孔Pd納米片極移動的離子是 ，放電時正極的電極反應式為 。
(3)下列說法中正確的是___ __。
A．放電時鋅做陽極
B．充電時多孔Pd納米片極發生還原反應
C．Na2[Zn(OH)4]中只存在離子鍵和配位鍵
D．Zn(OH)可在足量稀硫酸中轉化為Zn2+
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