考點(diǎn)一　原電池工作原理及應(yīng)用1、原電池原理(1)只有放熱的自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)才能設(shè)計(jì)成原電池。 將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。典型的原電池裝置如圖所示： 　 (2)工作原理
2、原電池正、負(fù)極判斷的“五個(gè)角度”
3、原電池電極反應(yīng)式的書寫步驟（以二甲醚堿性燃料電池為例） （1）先確定某極的反應(yīng)物及生成物 （2）確定得（失）e-的數(shù)目 （3）平衡電荷 （4）配平
小結(jié)：不同的介質(zhì)中電極反應(yīng)式的書寫方法(1)中性溶液反應(yīng)物中若是H＋得電子或OH－失電子，H＋和OH－均來自于水的電離，但生成物中可能有H＋和OH－；水溶液中不能出現(xiàn)O2－；(2)酸性溶液反應(yīng)物、生成物中均無OH－；(3)堿性溶液反應(yīng)物、生成物中均無H＋。
練習(xí)1、(2019年全國(guó)Ⅰ卷,12)利用生物燃料電池原理研究室溫下氨的合成,電池工作時(shí)MV2+/MV+在電極與酶之間傳遞電子,示意圖如下所示。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨,該方法條件溫和,同時(shí)還可提供電能B.陰極區(qū),在氫化酶作用下發(fā)生反應(yīng)H2+2MV2+ = 2H++2MV+C.正極區(qū),固氮酶為催化劑,N2發(fā)生還原反應(yīng)生成NH3D.電池工作時(shí)質(zhì)子通過交換膜由負(fù)極區(qū)向正極區(qū)移動(dòng)
練習(xí)2、在混合導(dǎo)體透氧膜反應(yīng)器中只需一步就可同時(shí)制備氨合成氣(N2、H2)和液體燃料合成氣(CO、H2),其工作原理如圖所示,下列說法錯(cuò)誤的是(　　)A.膜Ⅰ側(cè)發(fā)生的反應(yīng)為H2O+2e- =H2↑+O2-、O2+4e- =2O2-B.膜Ⅱ側(cè)相當(dāng)于原電池的負(fù)極C.膜Ⅱ側(cè)發(fā)生的反應(yīng)為CH4+O2--2e-=2H2+COD.膜Ⅱ側(cè)每消耗1 ml CH4,膜Ⅰ側(cè)一定生成1 ml H2
4、有關(guān)燃料電池需注意的問題
(1)燃料電池的電極不參與反應(yīng),有很強(qiáng)的催化活性，起導(dǎo)電作用。(2)燃料電池中,在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)的是燃料(如H2、CH4、 CH3OH等)，在正極上參與反應(yīng)的是空氣或氧氣。(3)燃料電池是將一個(gè)完整的氧化還原反應(yīng)分為兩個(gè)半反應(yīng)，負(fù)極 發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，一般將兩個(gè)電極反應(yīng)中得失 電子換算為相同的數(shù)目，然后相加便得到總反應(yīng)的化學(xué)方程式。(4)燃料電池反應(yīng)中,負(fù)極材料不一定與電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)。 如燃料電池的負(fù)極為惰性電極時(shí),就不與電解質(zhì)溶液反應(yīng)。
練習(xí)3、微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示,下列說法正確的是(　　)
A. 電子從b流出，經(jīng)外電路流向aB. HS-在硫氧化菌作用下轉(zhuǎn)化為SO42-的反應(yīng)是 HS-+4H2O-8e-=SO42-+9H+C. 如果將反應(yīng)物直接燃燒，能量的利用率不會(huì)變化D. 若該電池電路中有0.4ml電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，則有0.5mlH+通過質(zhì)子交換膜
考點(diǎn)二 電解池工作原理及應(yīng)用1、電解池工作原理　
2.電解池陰、陽極的判斷(1)根據(jù)所連接的外加電源判斷: 與直流電源正極相連的為陽極,與直流電源負(fù)極相連的為陰極。(2)根據(jù)電子流動(dòng)方向判斷: 電子流動(dòng)方向?yàn)閺碾娫簇?fù)極流向陰極,從陽極流向電源正極。(3)根據(jù)電解池里電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向判斷: 陽離子向陰極移動(dòng),陰離子向陽極移動(dòng)。(4)根據(jù)電解池兩極產(chǎn)物判斷(一般情況下) ①陰極上的現(xiàn)象是析出金屬(質(zhì)量增加)或有無色氣體(H2)放出。 ②陽極上的現(xiàn)象是電極質(zhì)量減小(活性電極作陽極)或有非金屬 單質(zhì)生成,呈氣態(tài)的有Cl2、O2。
3.準(zhǔn)確判斷放電順序,鎖定放電離子 首先判斷陰、陽極，分析陽極材料是惰性電極還是活潑電極。 其次分析電解質(zhì)水溶液的組成，找全離子并分陰、陽兩組 (不要忘記水溶液中的H＋和OH－)。 最后排出陰、陽兩極的放電順序(1)陽離子在陰極上的放電順序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+>……(2)陰離子在陽極上的放電順序:S2->I->Br->Cl->OH->……
4、以惰性電極電解一段時(shí)間后電解質(zhì)溶液復(fù)原所加的物質(zhì) (1)電解水型(溶質(zhì)為NaOH、H2SO4或Na2SO4)：加水； (2)電解電解質(zhì)型(溶質(zhì)為HCl或CuCl2)：加電解質(zhì)； (3)放氫生堿型(溶質(zhì)為NaCl等)：通HCl氣體； (4)放氧生酸型(溶質(zhì)為CuSO4或AgNO3等)：加氧化銅或Ag2O。
5、電解池中的三個(gè)易誤點(diǎn)(1)只有水被電解時(shí)，不要誤認(rèn)為溶液的pH不變或一定變化。若電解NaOH溶液，pH增大；電解H2SO4溶液,pH減?。浑娊釴a2SO4溶液，pH不變。(2)在電解食鹽水的過程中,剛開始陰極區(qū)顯堿性。不要錯(cuò)誤地認(rèn)為陰極上產(chǎn)生的OH-因帶負(fù)電荷，移向陽極，使陽極區(qū)顯堿性。(3)電解MgCl2和AlCl3溶液時(shí)，雖然放電離子和電解NaCl溶液一樣，但總的電解離子方程式不同。
練習(xí)4、人工腎臟可用電化學(xué)方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素[CO(NH2)2]。下列有關(guān)說法正確的是(　　)A.a極為電源的負(fù)極B.電解結(jié)束后,陰極室溶液的pH與電解前相比將升高C.除去尿素的反應(yīng)為CO(NH2)2+2Cl2+H2O=N2+CO2+4HClD.若兩極共收集到氣體0.6 ml,則除去的尿素為0.12 ml (忽略氣體溶解,假設(shè)氯氣全部參與反應(yīng))
練習(xí)5、環(huán)戊二烯可用于制備二茂鐵（Fe(C5H5)2，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為），后者廣泛應(yīng)用于航天、化工等領(lǐng)域中。二茂鐵的電化學(xué)制備原理如下圖所示，其中電解液為溶解有溴化鈉（電解質(zhì)）和環(huán)戊二烯的DMF溶液（DMF為惰性有機(jī)溶劑）。該電解池的陽極為____________，總反應(yīng)為__________________。電解制備需要在無水條件下進(jìn)行，原因?yàn)開________________________。
1、直接判斷 非常直觀明顯的裝置，如燃料電池、鉛蓄電池等裝置在電路中，則剩余裝置為電解池。如圖所示，A為原電池，B為電解池。
多池串聯(lián)裝置中電池類型的判斷方法
2、根據(jù)電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液判斷 原電池一般是兩種材料不同的電極；而電解池則一般都是兩個(gè)惰性電極。原電池中的電極材料和電解質(zhì)溶液能發(fā)生自發(fā)氧化還原反應(yīng)，電解池的電極材料一般不能和電解質(zhì)溶液自發(fā)反應(yīng)。如圖所示，B為原電池，A為電解池。
3、根據(jù)電極反應(yīng)現(xiàn)象判斷 在某些裝置中根據(jù)電極反應(yīng)或反應(yīng)現(xiàn)象可判斷電極，并由此判斷電池類型，如圖所示，若C極溶解，D極上析出Cu，B極附近溶液變紅，A極上放出黃綠色氣體，則可知乙是原電池，D是正極，C是負(fù)極；甲是電解池，A是陽極，B是陰極。B、D極發(fā)生還原反應(yīng)，A、C極發(fā)生氧化反應(yīng)。
練習(xí)6、以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池,采用電解法制備Fe(OH)2,裝置如圖所示,其中電解池兩極材料分別為鐵和石墨,通電一段時(shí)間后,右側(cè)玻璃管中產(chǎn)生大量的白色沉淀。則下列說法正確的是(　　)A.石墨電極Ⅱ處的電極反應(yīng)式為O2+4e-=2O2-B.X是鐵電極C.電解池中每有1 ml Fe溶解,石墨Ⅰ處消耗H2 22.4 LD.若將電池兩極所通氣體互換,X、Y兩極材料也互換,實(shí)驗(yàn)方案 更合理
有關(guān)電解的三點(diǎn)說明(1)同一電解池的陰極、陽極電極反應(yīng)中得、失電子數(shù)相等。(2)書寫電極反應(yīng)式時(shí)需要考慮電解液(介質(zhì))的影響，不同的介質(zhì)中，電極反應(yīng)產(chǎn)物的存在形式不同，同樣從電極反應(yīng)式中產(chǎn)物的存在形式也可以知道該電池反應(yīng)的電解液(反應(yīng)環(huán)境)的相關(guān)信息。(3)串聯(lián)電路中的各個(gè)電極反應(yīng)得、失電子數(shù)相等。 在寫電極反應(yīng)式時(shí)，得、失電子數(shù)要相等，在計(jì)算電解產(chǎn)物的量時(shí)，應(yīng)按得、失電子相等。
考點(diǎn)三　金屬的電化學(xué)腐蝕與防護(hù)1．金屬的腐蝕：影響金屬腐蝕的因素包括金屬的本性和電解質(zhì)溶液兩個(gè)方面。就金屬本性來說，金屬越活潑，就越容易失去電子而被腐蝕。電解質(zhì)溶液對(duì)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(zhì)溶液，都容易被腐蝕。
(1)電解原理引起的腐蝕＞原電池原理引起的腐蝕＞ 化學(xué)腐蝕＞有防護(hù)腐蝕措施的腐蝕。
(2)對(duì)于同一金屬來說，腐蝕的快慢（濃度相同） 強(qiáng)電解質(zhì)溶液＞弱電解質(zhì)溶液＞非電解質(zhì)溶液
(3)活潑性不同的金屬活潑性差別越大，腐蝕越快。
(4)對(duì)于同一電解質(zhì)溶液來說，電解質(zhì)的濃度越大， 腐蝕越快。
2.電化學(xué)防護(hù)(1)犧牲陽極法——原電池原理 在被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備上裝若干較活潑金屬如鋅塊,讓被保護(hù)的金屬作原電池的正極 。(2)外加電流法——電解池原理 讓被保護(hù)的鋼鐵設(shè)備作陰極,惰性電極作陽極,外接直流電源。
3.其他方法 改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu),如制成不銹鋼;加涂防護(hù)層如噴油漆、涂油脂、噴鍍等方法。
練習(xí)7、港珠澳大橋設(shè)計(jì)壽命120年,對(duì)橋體鋼構(gòu)件采用了多種防腐方法。下列分析錯(cuò)誤的是(　　)A.防腐原理主要是避免發(fā)生反應(yīng)2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2B.鋼構(gòu)件表面噴涂環(huán)氧樹脂涂層,是為了隔絕空氣、水等防止 形成原電池C.采用外加電流保護(hù)法時(shí)需外接鎂、鋅等作輔助陽極D.鋼構(gòu)件可采用不銹鋼材料以減緩電化學(xué)腐蝕
1.放電時(shí)為原電池裝置,氧化劑一定在正極得電子，還原劑一定在負(fù)極失電子，進(jìn)而得到各個(gè)電極的反應(yīng)。2.充電時(shí)為電解池裝置，將原電池的正極反應(yīng)倒過來就是電解池的陽極反應(yīng)，將原電池的負(fù)極反應(yīng)倒過來就是電解池的陰極反應(yīng)。3.溶液中離子移動(dòng)方向的判斷：放電時(shí)，陰離子移向負(fù)極，陽離子移向正極；充電時(shí)，陰離子移向陽極,陽離子移向陰極。4.可充電電池充、放電時(shí)電池的接法
考點(diǎn)四 二次電池
練習(xí)8、高能LiFePO4電池,多應(yīng)用于公共交通。電池中間是聚合物的隔膜, 主要作用是在反應(yīng)過程中只讓Li+通過。該電池的原理為(1-x)LiFePO4+xFePO4+LixCn LiFePO4+nC,結(jié)構(gòu)如圖所示:下列說法不正確的是(　　)A.放電時(shí),正極的電極反應(yīng)式為xFePO4+xLi++xe- = xLiFePO4B.放電時(shí),電子由負(fù)極經(jīng)導(dǎo)線、用電器、導(dǎo)線到正極C.充電時(shí),陰極的電極反應(yīng)式為xLi++xe-+nC=LixCnD.充電時(shí),Li+向左移動(dòng)
練習(xí)10、如圖所示的C-NaMO2電池是科學(xué)家正在研發(fā)的鈉離子電池,據(jù)悉該電池可以將傳統(tǒng)鋰電池的續(xù)航能力提升7倍。該電池總反應(yīng)為NaMO2+nC Na(1-x)MO2+NaxCn,下列說法正確的是(　　)A.充電時(shí),左側(cè)電極為陽極B.電解質(zhì)可以選用無水乙醇C.放電時(shí),負(fù)極反應(yīng)式為 NaMO2-xe- =Na(1-x)MO2+xNa+D.充電時(shí),陽極反應(yīng)式為 nC+xNa++xe-=NaxCn。
教材回歸：己二腈的電解合成
丙烯腈電解偶聯(lián)法制己二腈
(1)工藝原理 丙烯腈電解偶聯(lián)法又稱丙烯腈直接電解加氫二聚法,電化學(xué)反應(yīng)如下
第一步,丙烯腈結(jié)合二個(gè)電子和一個(gè)氫質(zhì)子, 生成丙烯腈陰離子:
丙烯腈在陰極上氫化二聚分為三步：
第二步是形成的丙烯腈陰離子與丙烯腈反應(yīng)生成二聚陰離子:
第三步為二聚陰離子與氫質(zhì)子反應(yīng)生成己二腈:
此外,電解中還發(fā)生生成丙腈和重組分等的副反應(yīng)。
關(guān)注一：非水介質(zhì)中電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式
關(guān)注四：真實(shí)的電化學(xué)問題
A.c與b相連,d與a相連B.圖1電解槽中,Si優(yōu)先于Cu被氧化C.a極的電極反應(yīng)式為CH4-8e-+4O2-=CO2+2H2OD.相同時(shí)間下,通入CH4、O2的體積不同,會(huì)影響硅的提純速率
練習(xí)11、科學(xué)家發(fā)現(xiàn)對(duì)冶金硅進(jìn)行電解精煉提純可降低高純硅制備成本。相關(guān)電解槽裝置如圖1所示,用Cu-Si合金作硅源,在950 ℃下利用三層液熔鹽進(jìn)行電解精煉,并利用某CH4燃料電池(如圖2所示)作為電源。下列有關(guān)說法不正確的是(　　)
練習(xí)12、電解法處理CO2和SO2混合污染氣體的原理如圖所示,電解質(zhì)為熔融碳酸鹽和硫酸鹽,通電一段時(shí)間后,Ni電極表面形成摻雜硫的碳積層。下列說法錯(cuò)誤的是(　　)
A.Ni電極表面發(fā)生了還原反應(yīng)B.陽極反應(yīng)式為2O2--4e- = O2↑C.電解質(zhì)中發(fā)生的離子反應(yīng)有 2SO2 +4O2- =2SO42-D.該過程實(shí)現(xiàn)了電解質(zhì)中碳酸鹽 和硫酸鹽的自補(bǔ)充循環(huán)
練習(xí)13、我國(guó)成功研制的新型可充電AGDIB電池(鋁-石墨雙離子電池)采用石墨、鋁鋰合金作為電極材料,以常規(guī)鋰鹽和碳酸酯溶劑為電解液。電池總反應(yīng)為CxPF6+LiyAl= Cx+LiPF6+Liy-1Al,放電過程如圖所示,下列說法正確的是(　　)。
A.B極為負(fù)極,放電時(shí)鋁失電子B.充電時(shí),與外加電源負(fù)極相連一端的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)iyAl-e-=Li++Liy-1AlC.充電時(shí),A極的電極反應(yīng)式為Cx+PF6- -e- =CxPF6D.廢舊 AGDIB電池進(jìn)行“放電處理”時(shí),若轉(zhuǎn)移1 ml電子,石墨電極上可回收7 g Li單質(zhì)

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