文档内容
[复习目标] 1.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能正确书写电极反应式和总
反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。3.了解金属发生电化学腐蚀的原因、
金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。
考点一 新型电池的分析应用
1．识别“交换膜”提取信息，书写电极反应式
(1)如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用，
以CO 和HO为原料制备HCOOH和O 的原理示意图。
2 2 2
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
(2)液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼(N H)为燃料的电池
2 4
装置如图所示。
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
2．辨析燃料电池不同“介质”，书写电极反应式
(1)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。①酸性介质，如HSO 溶液：
2 4
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
②碱性介质，如KOH溶液：
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
③熔融盐介质，如KCO：
2 3
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
④掺杂YO 的ZrO 固体作电解质，在高温下能传导O2－：
2 3 3
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
碱性介质 C―→CO
其余介质 C―→CO
2
酸性介质 H―→H＋
其余介质 H―→HO
2
(2)明确“充放电”书写电极反应式
①镍镉(Ni-Cd)可充电电池在现代生活中有广泛的应用。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＋2HOCd(OH) ＋2Ni(OH) 。
2 2 2
负极：________________________________________________________________________。
阳极：________________________________________________________________________。
②某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为 Li CoO ＋
1－x 2
LiC LiCoO ＋C (x＜1)。则：
x 6 2 6
负极：________________________________________________________________________。
正极：________________________________________________________________________。
锂离子电池充放电分析
常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO (M：Co、Ni、Mn等)
2
LiM O(M：Co、Ni、Mn等)
2 4
LiMPO(M：Fe等)
4
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LiC －xe－===xLi＋＋nC
x n
正极反应：Li MO ＋xLi＋＋xe－===LiMO
1－x 2 2总反应：Li MO ＋LiC nC＋LiMO 。
1－x 2 x n 2
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
说明 (1)无论是装置①还是装置②，电子均不能通过电解质溶液。
(2)在装置①中，由于不可避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu而使化学能转化为热能，
所以装置②的能量转化率高。
(3)盐桥的作用：原电池装置由装置①到装置②的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，
其中盐桥的作用有三种：a.隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；b.通过
离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷。
(4)离子交换膜作用：由装置②到装置③的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。离子交换
膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。
3．陌生原电池装置的知识迁移
(1)燃料电池(2)二次电池
(一)全国卷真题汇编
1.(2022·全国乙卷，12)Li-O 电池比能量高，在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。近
2
年来科学家研究了一种光照充电Li-O 电池(如图所示)。光照时，光催化电极产生电子(e－)和
2
空穴(h＋)，驱动阴极反应(Li＋＋e－===Li)和阳极反应(Li O ＋2h＋===2Li＋＋O)对电池进行充
2 2 2
电。下列叙述错误的是( )
A．充电时，电池的总反应为LiO===2Li＋O
2 2 2
B．充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C．放电时，Li＋从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D．放电时，正极发生反应：O＋2Li＋＋2e－===LiO
2 2 2
2．(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn-CO 水介质电池。电池示意图如下，
2
电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO 被转化为储氢物质甲酸等，为解决
2
环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是( )
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1 mol CO 转化为HCOOH，转移的电子数为2 mol
2
C．充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O↑＋4OH－＋2HO
2 2
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
3．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB )-空气电池如下图所示，其中在VB
2 2
电极发生反应：
VB ＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4HO
2 2
该电池工作时，下列说法错误的是( )
A．负载通过0.04 mol电子时，有0.224 L(标准状况)O 参与反应
2
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB ＋11O＋20OH－＋6HO===8B(OH)＋4VO
2 2 2
D．电流由复合碳电极经负载、VB 电极、KOH溶液回到复合碳电极
2
(二)2022新高考卷真题研究
4．(2022·湖南，8)海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图如下。
下列说法错误的是( )
A．海水起电解质溶液作用B．N极仅发生的电极反应：2HO＋2e－===2OH－＋H↑
2 2
C．玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D．该锂-海水电池属于一次电池
5．(2022·广东，16)科学家基于Cl 易溶于CCl 的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型
2 4
氯流电池，可作储能设备(如图)。充电时电极 a 的反应为 NaTi (PO ) ＋2Na＋＋2e－===
2 4 3
NaTi (PO )。下列说法正确的是( )
3 2 4 3
A．充电时电极b是阴极
B．放电时NaCl溶液的pH减小
C．放电时NaCl溶液的浓度增大
D．每生成1 mol Cl ，电极a质量理论上增加23 g
2
1．(2022·湘豫名校联考高三下学期模拟)锌-空气燃料电池的能量密度较高，广泛应用于需要
长时间在低电流下进行的设备，如助听器等，其装置示意图如图所示。下列说法正确的是(
)
A．放电时，A极为正极，电极反应式为O＋4e－===2O2－
2
B．放电时，电子由B极流出经外电路到达A极，再进入电解质溶液回到B极构成闭合回路
C．充电时，B极电极反应式为ZnO＋HO＋2e－===Zn＋2OH－
2
D．电池工作一段时间后，电解质溶液pH降低
2．(2022·河南省十所名校高中理综)研究发现，在肼(N H)酸性燃料电池中添加少量
2 4
Fe (SO ) 能持续大电流放电，工作原理如图所示。
2 4 3下列说法错误的是( )
A．交换膜M为质子交换膜
B．Fe3＋能够降低正极区反应的活化能
C．放电时正极区溶液的pH下降
D．负极反应式为NH－4e－===N↑＋4H＋
2 4 2
3．(2022·成都市高三第二次诊断)钠离子电池易获取，正负极材料均采用铝箔(可减少铜箔用
量)，因此钠离子电池理论成本低于锂离子电池。现有一种正极材料为 KFe (CN) ，固体电解
2 6
质为NaPS ，负极材料为NaTi O 的钠离子电池。下列有关叙述错误的是( )
3 4 2 3 7
A．正极KFe (CN) 中Fe的化合价为＋2、＋3
2 6
B．放电时，正极可能发生Fe (CN)＋e－===Fe (CN)
2 2
C．放电时，电子从负极流经固体电解质到达正极
D．充电时，阴极发生还原反应，并且Na＋增多
4．(2022·山西省高三下学期高考考前适应性测试)利用微生物电池处理有机废水同时也可实
现海水淡化。现以 NaCl 溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(含
CHCOO－的溶液)。下列说法错误的是( )
3
A．电极电势a极低于b极
B．当b极上产生11.2 L(标准状况)气体时，会有1 mol Cl－通过隔膜1C．a极反应为CHCOO－－8e－＋2HO===2CO↑＋7H＋
3 2 2
D．当电路中通过4 mol电子时，负极区溶液的质量理论上减少44 g
考点二 电解原理的分析应用
1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)电解质溶液导电发生化学变化( )
(2)电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化( )
(3)电解饱和食盐水，在阳极区得到NaOH溶液( )
(4)工业上可用电解MgCl 溶液、AlCl 溶液的方法制备Mg和Al( )
2 3
(5)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料( )
(6)用惰性电极电解CuSO 溶液，若加入0.1 mol Cu(OH) 固体可使电解质溶液复原，则整个
4 2
电路中转移电子数为0.4N ( )
A
2．按要求书写电极反应式
(1)用惰性电极电解NaCl溶液：
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解CuSO 溶液：
4
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
(3)铁作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液：
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
(4)用惰性电极电解熔融MgCl ：
2
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
3．复杂电极反应式的书写
(1)按要求书写电极反应式
①以铝材为阳极，在 HSO 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为
2 4
_____________________________________________________________________________。
②用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO 溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热
3
分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：________________________________。
③离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al Cl和AlCl组成的离子液体
2
作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
④用惰性电极电解KMnO 溶液能得到化合物KMnO ，则电极反应式为
2 4 4
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
⑤将一定浓度的磷酸二氢铵(NH HPO )、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为
4 2 4
阴 极 ， 电 解 析 出 LiFePO 沉 淀 ， 则 阳 极 反 应 式 为
4
_______________________________________。
(2)按要求书写电极反应式
①电解装置如图，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压
下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知：3I＋6OH－===IO＋5I－＋3HO
2 2
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
②可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO ，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使
2
吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意如图：
阳极：________________________________________________________________________。
阴极：________________________________________________________________________。
1．图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)2．正确判断电极产物
(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注
意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电
子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根离子。
(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：
Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)。
3．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
电解类型 电解质实例 溶液复原物质
电解水 NaOH、HSO 或NaSO 水
2 4 2 4
电解电解质 HCl或CuCl 原电解质
2
放氢生碱型 NaCl HCl气体
放氧生酸型 CuSO 或AgNO CuO或Ag O
4 3 2
注意 电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物
和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解 CuSO 溶液，Cu2＋完全放电之
4
前，可加入 CuO或CuCO 复原，而 Cu2＋完全放电之后，溶液中 H＋继续放电，应加入
3
Cu(OH) 或Cu (OH) CO 复原。
2 2 2 3
4．金属的腐蚀与电化学防护
5．陌生电解池装置图的知识迁移
(1)电解池(2)金属腐蚀
(一)全国卷真题汇编
1．(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合
成。图中的双极膜中间层中的HO解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。
2
下列说法正确的是( )
A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用
B．阳极上的反应式为： ＋2H＋＋2e－―→ ＋HO
2
C．制得2 mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1 mol电子
D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移
2．(2021·全国乙卷，12)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Cl 的反应
2
B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClO
C．阴极生成的H 应及时通风稀释安全地排入大气
2
D．阳极表面形成的Mg(OH) 等积垢需要定期清理
2(二)2022新高考卷真题研究
3．(2022·广东，10)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Mg－2e－===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
4．(2022·浙江6月选考，21)通过电解废旧锂电池中的LiMn O 可获得难溶性的LiCO 和
2 4 2 3
MnO ，电解示意图如下(其中滤布的作用是阻挡固体颗粒，但离子可自由通过。电解过程中
2
溶液的体积变化忽略不计)。下列说法不正确的是( )
A．电极A为阴极，发生还原反应
B．电极B的电极反应：2HO＋Mn2＋－2e－===MnO ＋4H＋
2 2
C．电解一段时间后溶液中Mn2＋浓度保持不变
D．电解结束，可通过调节pH除去Mn2＋，再加入NaCO 溶液以获得LiCO
2 3 2 3
5．(2022·海南，9)一种采用HO(g)和N(g)为原料制备NH (g)的装置示意图如下。
2 2 3
下列有关说法正确的是( )
A．在b电极上，N 被还原
2
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
6．(2022·湖北，14)含磷有机物应用广泛。电解法可实现由白磷直接制备Li[P(CN)]，过程
2
如图所示(Me为甲基)。下列说法正确的是( )A．生成1 mol Li[P(CN) ]，理论上外电路需要转移2 mol电子
2
B．阴极上的电极反应为：P＋8CN－－4e－===4[P(CN) ]－
4 2
C．在电解过程中CN－向铂电极移动
D．电解产生的H 中的氢元素来自于LiOH
2
7．(2022·山东，13改编)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CO ，将废旧锂离子电池的正极材料LiCoO (s)转化为Co2＋，工作时保持厌氧
2 2
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，乙室应补充水
C．乙室电极反应式为LiCoO ＋2HO＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－
2 2
D．若甲室Co2＋减少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，则此时已进行过溶液转移
1．(2022·太原市高三下学期模拟)我国科学家开发出一种双极制氢系统，在低电池电压下的
KOH介质中，可将醛类物质电催化转化为相应的羧酸盐和氢气，其工作原理如图所示。下
列说法不正确的是( )A．泡沫铜与直流电源的正极相连
B．制得1 mol氢气，理论上外电路中迁移了2 mol电子
C．高电压下不能实现双极制氢的原因可能是Cu被氧化从而使催化剂失活
D．泡沫铜电极上发生的反应可能为2R—CHO＋4OH－－2e－===2R—COO－＋H↑＋2HO
2 2
2．(2022·山东省烟台市、德州市高三一模)电解法处理含有Cl－、NO的酸性废水，其工作原
理及电极b中铁的化合物的催化机理如图所示，H表示氢原子。下列说法错误的是( )
A．电极b接电源负极
B．处理1 mol NO，电路中转移5 mol e－
C．HClO在阳极生成：Cl－＋HO－2e－===HClO＋H＋
2
D．H＋与NO反应的电极反应式为10H＋＋NO＋8e－===NH＋3HO
2
3．(2022·郑州市高三第二次质量预测)钛铁合金具有优异的性能，在航天和生物医学等领域
有广泛的应用。下图是以二氧化钛、氧化亚铁混合粉末压制的块体和石墨坩埚分别做电极材
料，以CaCl 熔盐为离子导体(不参与电极反应)制备钛铁合金的电解装置示意图。下列相关
2
说法正确的是( )
A．石墨坩埚连接直流电源的负极
B．通入Ar气主要是为了保护石墨坩埚不被氧化
C．TiO 发生的电极反应为TiO－4e－===Ti＋2O2－
2 2
D．每生成16.0 g TiFe 时，流出气体在标准状况下的体积大于4.48 L
2
4．电渗析法淡化海水装置示意图如图，电解槽中阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列，
将电解槽分隔成多个独立的间隔室，海水充满在各个间隔室中。通电后，一个间隔室的海水
被淡化，而其相邻间隔室的海水被浓缩，从而实现了淡水和浓缩海水分离。下列说法正确的
是( )A．离子交换膜b为阳离子交换膜
B．各间隔室的排出液中，①③⑤⑦为淡水
C．通电时，电极1附近溶液的pH比电极2附近溶液的pH变化明显
D．淡化过程中，得到的浓缩海水没有任何使用价值
