专题04 电化学-2020年高考化学十年真题精解(全国Ⅰ卷)(解析版)

专题04电化学
2020年考纲
考点2020考纲要求
1、理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。

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、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。

III
III III
本节考向题型研究汇总
题型考向
考点
/考向考试要求
选择题电化学知识综合应用III
填空题电极反应式、计算III 考向题型研究（一）原电池
1．（2013·全国I·T10）银质器皿日久表面会逐渐变黑，这是生成了Ag2S的缘故。

根据电化学原理可进行如下处理：在铝质容器中加入食盐溶液，再将变黑的银器漫入该溶液中，一段时间后发现黑色会褪去。

下列说法正确的是（）
A．处理过程中银器一直保持恒重
B．银器为正极，Ag2S被还原生成单质银
C．该过程中总反应为2Al+3Ag2S=6Ag+A12S3
D．黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
【答案】B
【解析】根据题意，首先这个过程是电化学过程，而在整个过程中并未有外接电源，所以判断为原电池过程。

原电池过程一定有一个自发的氧化还原反应，我们根据题意可以寻找到氧化剂和还原剂以及应该发生的反应。

首先，还原剂应该是金属Al，氧化剂是Ag2S，产物自然是Ag和A12S3，发生置换反应，但是考虑到该反应是在溶液中进行，而A12S3在水溶液中发生双水解，生成Al(OH)3和H2S，所以最终总方程式为：2Al+3Ag2S+6H2O=6Ag+2Al(OH)3↓+3H2S↑，其中氧化剂Ag2S所在电极为正极，即银器所在极为正极，Al所在极为负极。

综上所述，B正确。

1．（2019·全国I·T12）利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2+/MV+在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。

下列说法错误的是
A.相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B.阴极区，在氢化酶作用下发生反应H 2+2MV2+2H++2MV+
C.正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
【答案】B
【解析】由生物燃料电池的示意图可知，左室MV+失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—=MV2+，所以左室电极为燃料电池的负极，左室区因为发生氧化反应也可称为阳极区，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+；右室MV2+
得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—=MV+，所以右室电极为燃料电池的正极，右室区
因为发生还原反应也可称为阴极区，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，反应的方程式为N2+6H++6MV+=6MV2++NH3，电池工作时，氢离子作为阳离子通过交换膜由负极向正极移动。

由此可知，A项、相比现有工业合成氨，该方法选用酶作催化剂，条件温和，同时利用MV+和MV2+的相互转化，化学能转化为电能，故可提供电能，故A正确；B项左室为阳极区，MV+在负极失电子发生氧化反应生成MV2+，电极反应式为MV+—e—=MV2+，放电生成的MV2+在氢化酶的作用下与H2反应生成H+和MV+，反应的方程式为H2+2MV2+=2H++2MV+，故B错误；C项右室为阴极区，MV2+在正极得电子发生还原反应生成MV+，电极反应式为MV2++e—=MV+，放电生成的MV+与N2在固氮酶的作用下反应生成NH3和MV2+，故C正确；D项、电池工作时，氢离子（即质子）通过交换膜由负极向正极移动，故D正确。

2、（2015·全国I·T11）
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．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向正极区
D．电池总反应为C6H12O6＋6O2＝6CO2＋6H2O
【答案】A
【解析】根据题意该装置是把化学能转化为电能装置。

所以是原电池装置，所以我们先要判断自发的氧化还原反应是什么，根据左右室提供的物质，可知左室葡萄糖是还原剂，所在电极为负极，发生氧化反应：C6H12O6－24e－＋6H2O===6CO2＋24H＋；右室氧气是氧化剂，所在电极为正极，发生还原反应：O2＋4e －＋4H＋===2H2O。

H＋作为阳离子应该从负极经质子交换膜运动到正极,电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O。

由分析可知：A项中CO2应该在负极产生，故A不正确。

B项中根据题干可知微生物电池是指在微生
物作用下将化学能转化为电能的装置，所以微生物促进了反应中电子的转移，故B正确。

C项中质子是阳离子，阳离子由负极区移向正极区，故C正确。

D项中电池总反应为C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D 正确。

1．（2012·全国新课标·T26（4））与MnO2—Zn电池类似，K2FeO4—Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。

【答案】FeO42-+3e-+4H2O=Fe(OH)3+5OH-；2FeO42-+8H2O+3Zn=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4OH-
【解析】其实首先写大体物质，高铁酸根被还原为Fe3+，然后再写出转移的电子数，根据电荷守衡，因为溶液是碱性的，所以FeO42-中铁元素变为产物Fe(OH)3，氧元素只能结合H2O变为OH-，而一个Fe3+结合3个OH-生成，所以还需要生成5个OH-；因为负极反应式为Zn-2e-=Zn2+，所以最后一个方程式只需要综合得失电子守衡，将正、负极反应加合就可以得出正确答案。

2．（2013·全国新课标·T28（5））二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度等于甲醇直接燃料电池（5.93kW•h•kg-1）。

若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生个电子的能量；该电池的理论输出电压为1.20V，能量密度E=（列式计算。

能量密度=电池输出电能/燃料质量，1kW•h=3.6×106J）。

【答案】CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+
{[1.2×（1000/46）×12×96500]/1}/3.6×106=8.29KW·h·Kg-1
【解析】二甲醚作为原电池负极原料，其氧化产物是CO2，而二甲醚中两个碳原子的平均化合价为-2价，产物CO2中C为+4价，所以1个二甲醚分子可以提供12个电子，由于电解质为酸性，所以二甲醚中的氢元素应该成为H+，所以电极反应式为：CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2+12H+。

首先我们需要计算电池的输出电能，我们假设负极有1000g二甲醚参加反应，因为1mol电子电量为96500C，而1mol二甲醚反应提供12mol电子，所以1000g二甲醚提供的电子电量为[（1000×46）×12×96500]C，电能E=U×Q=1.2×[（1000×46）×12×96500]J，最终根据定义我们可以分析得出计算式为：{[1.2×（1000/46）×12×96500]/1}/3.6×106=8.29KW·h·Kg-1
3．（2011·全国新课标·T27（5））在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。

理想状态下，该燃料电池消耗1mol甲醇所能产生的最大电能为702.1KJ,则该燃料电池的理论效率为________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）
【答案】(5)2CH3OH(g)+2H2O–12e-=2CO2+12H+3O2++12H++12e-=6H2O96.6%
【解析】这是一个典型的燃料电池的电极反应的书写。

由于题目给定电解质溶液为酸性，所以作为还原剂的甲醇在负极被氧化得到CO2，甲醇中的氢原子只能以H+形式存在，所以负极的反应式应该是：2 CH3OH(g)+2H2O–12e-=2CO2+12H+；作为氧化剂的O2应该在正极被还原得到H2O，所以正极的反应式应该是：3O2++12H++12e-=6H2O。

电池的理论效率的计算可由消耗1mol甲醇所能产生的最大电能与其燃烧热之比即可求得。

（CH3OH(l)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l)△H=-726.5kJ·mol-1）702.1/726.5=96.6%。

关于电化学知识，是每年高考必考知识点，其中原电池原理出现几率占这几年出现的50%，其实和近些年的热点---能源问题有很大关系，那么如何进行复习呢？如果装置中无电源，则一定是原电池过程，我们可以根据以下几步完成分析：1、根据题意或者装置图找到所给物质以及电极材料，这些物质中一定存在一个自发进行的氧化还原反应；2、根据物质我们写出方程式，找出氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物，那么在负极一定发生还原剂---氧化产物的过程，正极一定发生氧化剂---还原产物的过程；3、根据电解质溶液的酸碱性我们可以得到电极反应式。

当然，以下基本电池是我们必须进行分析和记忆的。

1、Zn---Cu（H2SO4）
2、Fe---Cu（CuSO4）
3、碱性锌锰电池
4、铅蓄电池
5、氢氧燃料电池（酸性介质和碱性介质）
6、甲醇燃料电池（酸性和碱性介质），其他新型电池都是以这些电池为原理设计的。

书写电极反应式有哪些注意事项呢？
1．两极得失电子数目相等；
2．电极反应式常用“＝”不用“→”表示；
3．电极反应式中若有气体生成，需加“↑”；而弱电解质或难溶物均以分子式表示，其余以离子符号表示；
4．写电极反应式时要保证电荷守恒、元素守恒，可在电极反应式一端根据需要添加H＋或OH－或H2O；
最后，我们需要注意的是：阳离子移向正极，阴离子移向负极。

考向题型研究（二）电解过程
1．（2016·全国乙卷·T11）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SO2－4可通过离子交换膜，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()
A．通电后中间隔室的SO2－4离子向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．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1mol电子的电量时，会有0.5mol的O2生成
【答案】B
【解析】A项连接电源正极的区域发生氧化反应，即2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，生成H＋，所以在正极区（阳极区）阳离子增多，而根据题意只有Na＋和SO2－4可通过离子交换膜，所以只能是阴离子SO2－4向正极区（阳极区）移动，那么生成的H＋会使正极区（阳极区）溶液的pH减小，所以A项错误；B项连接电源负极的负极区（阴极区）发生的还原反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴离子增多，中间隔室的Na＋向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4，所以正确；C项由B项分析可知，负极区产生OH－，负极区溶液的pH升高，所以错误；D项正极区发生的反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，当电路中通过1mol 电子的电量时，生成0.25mol O2，所以错误。

1．（2018·全国I·T13）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@石墨稀(石墨稀包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTA-Fe2＋－e－===EDTA-Fe3＋
②2（EDTA-Fe3＋）＋H2S===2H＋＋S＋2（EDTA-Fe2＋）
该装置工作时，下列叙述错误的是()
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S
C．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＋）/（EDTA-Fe2＋），溶液需为酸性
【答案】C
【解析】根据装置图中物质的转化关系分析可知，右边电极上首先发生（EDTA-Fe2＋）失电子生成（EDTA-Fe3＋），发生了氧化反应，所以石墨烯电极为阳极，阳极与光伏电池的正极连接，之后发生化学反应（EDTA-Fe3＋）将H2S氧化成S，本身被还原成（EDTA-Fe2＋），（EDTA-Fe3＋）和（EDTA-Fe2＋）可循环使用；CO2得电子发生还原反应生成CO，故ZnO@石墨烯电极为阴极。

根据以上分析，A项阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；B项我们可以结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；C项中石墨烯作阳极，连接电源正极，ZnO@石墨烯为阴极，连接电源负极，所以石墨烯的电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；
D项中如果电解质溶液换为Fe3＋、Fe2＋，这两种离子在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。

1．（2014·全国I·T27（4））(H3PO2)也可以通过电解的方法制备。

工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：
①写出阳极的电极反应式
②分析产品室可得到H3PO2的原因
③早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是杂质。

该杂质产生的原因是：
【答案】①2H2O－4e－===O2↑＋4H＋②阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2—穿过阴膜进入产品室，与反应生成H3PO2③产生PO43—；H2PO2—或H3PO2在阳极被产生的O2氧化产生PO43—。

【解析】①阳极室的电极为惰性电极，所以只能是溶液中的阴离子放电，而溶液中的阴离子有SO4—，以及水电离产生的OH—，根据粒子放电顺序只能是OH—放电。

所以电极反应式为：2H2O－4e－===O2↑＋4H ＋，当然也可以写成4OH—-4e—=O2↑+2H2O。

②电解过程中，阴离子要运动到阳极，阳离子要运动到阴极，同时还需要考虑离子交换膜的情况，根据题意，阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2—穿过阴膜进入产品室，与反应生成H3PO2③如果将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，那么阳极产生的O2就会把H2PO2—或
H3PO2氧化生成PO43—。

2．（2018·全国I·T27（3））制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。

阳极的电极反应式为________。

电解后，________室的NaHSO3浓度增加。

将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。

【答案】(3)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑a
【解析】阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。

阴极发生还原反应，析出H2，OH－增多，Na＋由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增大。

如果我们在装置图或者题意中确定有电源，则该过程一定为电解过程，此时，我们第一需要关注阳极材料，若为活泼电极（Ag及Ag前金属）则阳极必为金属失电子，阴极为阳离子得电子；若阴阳极均为惰性电极，则基本是阴离子在阳极放电失电子，阳离子在阴极放电得电子，其放电顺序：阳离子Ag+（Ag）>Cu2+（Cu）>H+（H2），阴离子为S2—（S）>I—（I2）>Br—（Br2）>Cl—（Cl2）>OH—（O2），当然有些题中告诉的产物我们应该灵活应对。

同时我们应该熟记以下几种电解过程：
(1)电解水型：含氧酸、强碱、活泼金属的含氧酸盐(如NaOH、H2SO4、K2SO4等)溶液的电解。

如：
阴极：4H＋＋4e－＝2H2↑，
阳极：4OH－－4e－＝2H2O＋O2↑，
总反应：
(2)自身分解型：无氧酸(除HF外)、不活泼金属的无氧酸盐(除氟化物外，如HCl、CuCl2等)溶液的电
解。

如：
阴极：Cu2＋＋2e－＝Cu，
阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑，
(3)放氢生碱型：活泼金属的无氧酸盐(氟化物除外，如NaCl、MgCl2等)溶液的电解。

如：
阴极：2H＋＋2e－＝H2↑，
阳极：2Cl－－2e－＝Cl2↑，
(4)放氧生酸型：不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4、AgNO3等)溶液的电解。

如：
阴极：2Cu2＋＋4e－＝2Cu，
阳极：2H2O－4e－＝O2↑＋4H＋，
关于计算，本质上两个方面，一是注意多种离子存在于溶液中的放点先后顺序，二是注意阴阳极反应的得失电子守恒。

考向题型研究（三）其他
1．（2011新标理综，T11）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
【答案】C
【解析】根据电池的总反应，由元素的化合价的升降判断，Fe失去电子，发生了氧化反应生成Fe(OH)2故为负极，Ni2O3得到电子，发生了还原反应生成Ni(OH)2为正极。

电池充电时电极反应与放电时的反应相反，阴极上Fe(OH)2发生了还原反应产生OH-，阴极附近溶液的pH升高，故C错。

2．（2017·全国I·T11）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()
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
【答案】C
【解析】A项中外加电流可以抑制金属电化学腐蚀产生的电流，正确。

B项中被保护的钢管桩作阴极，高硅铸铁作阳极，即属于外加电流的阴极保护法，同时高硅铸铁是惰性电极，不会腐蚀，正确。

C项中高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不是作为损耗阳极，错误。

D项中保护电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，应根据环境条件变化进行调整，正确。

这种主要有两种考查形式：
一、充电电池，本质上放电过程是原电池过程，充电过程是电解过程，只要按照上述方式进行理解即可。

二、金属的腐蚀与防护，注意两种方法的判断，牺牲阳极的阴极保护法和外加电源的阴极保护法，本质上也是看电路中是否有电源加以区分。

综上所述，电化学的基础是氧化还原反应，只有熟练掌握氧化还原反应才能正确快速解答电化学问题，另外我们还应该对1mol电子所带电量（法拉第常数：96500C/mol）有所记忆就能基本解决电化学在高考中的问题。