电化学(2)[典例1](2017·全国卷Ⅲ)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16Li＋x S8===8Li2S x(2≤x≤8)。
下列说法错误的是()A．电池工作时，正极可发生反应：2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4B．电池工作时，外电路中流过mol电子，负极材料减重0.14 gC．石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D．电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多[解析]原电池工作时，正极发生一系列得电子的还原反应，即：Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2，其中可能有2Li2S6＋2Li＋＋2e－===3Li2S4，A项正确；该电池工作时，每转移mol电子，负极有mol Li(质量为0.14 g)被氧化为Li＋，则负极质量减少0.14 g，B项正确；石墨烯能导电，利用石墨烯作电极，可提高电极a的导电性，C项正确；充电过程中，Li2S2的量逐渐减少，当电池充满电时，相当于达到平衡状态，电池中Li2S2的量趋于不变，故不是电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多，D项错误。
[答案] D[针对训练]1．世界某着名学术刊物近期介绍了一种新型中温全瓷铁-空气电池，其结构如图所示。
下列有关该电池放电时的说法正确的是()A．a极发生氧化反应B．正极的电极反应式为FeO x＋2x e－===Fe＋x O2－C．若有22.4 L(标准状况)空气参与反应，则电路中有4 mol电子转移D．铁表面发生的反应为x H2O(g)＋Fe===FeO x＋x H2解析：选D a极通入空气，O2在该电极发生得电子的还原反应，A错误；O2在正极发生反应，电极反应式为O2＋4e－===2O2－，B错误；由B项分析可知，电路中有4 mol电子转移时正极上消耗1 mol O2，在标准状况下的体积为22.4 L，则通入空气的体积约为22.4 L×5＝112 L，C错误；由图可知，铁表面H2O(g)参与反应生成H2，则发生的反应为x H2O(g)＋Fe===FeO x＋x H2，D正确。
题型二带离子交换膜的化学电源[典例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(N2H4)为燃料的电池装置如图所示，该电池用空气中的氧气作为氧化剂，KOH溶液作为电解质溶液。
下列关于该电池的叙述正确的是() A．b电极上发生氧化反应B．a电极反应式：N2H4＋4OH－－4e－===N2↑＋4H2OC．放电时，电流从a电极经过负载流向b电极D．其中的离子交换膜需选用阳离子交换膜[解析]A项，b电极上发生还原反应，错误；C项，放电时，电子从a电极经过负载流向b电极，错误；D项，其中的离子交换膜需选用阴离子交换膜，错误。
[答案] B[题后悟道][2．用Na2SO3溶液吸收硫酸工业尾气中的二氧化硫，将所得的混合液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱硫法。
其中阴、阳离子交换膜组合循环再生机理如图所示，则下列有关说法中不正确的是()A．X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极B．阳极区pH增大C．图中的b>aD．该过程中的产品主要为H2SO4和H2解析：选B A项，由图示可知Pt(Ⅰ)极上H＋→H2，发生还原反应，故Pt(Ⅰ)为阴极，X为直流电源的负极，Y为直流电源的正极，正确；B项，Pt(Ⅱ)为阳极，在阳极，SO2－3、HSO－3被氧化为H2SO4，SO2－3＋H2O－2e－===2H＋＋SO2－4，HSO－3＋H2O－2e－===3H＋＋SO2－4，溶液的酸性增强，pH减小，错误；C项，由上面的分析可知，阳极有H2SO4生成，故b>a，正确；D项，阳极产物为H2SO4，阴极产物为H2，正确。
题型三可逆电池[典例3](2016·全国卷Ⅲ)锌－空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)2－4。
下列说法正确的是()A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)[解析]A项，充电时装置为电解池，溶液中的阳离子向阴极移动。
B项，充电时的总反应为放电时的逆反应：2Zn(OH)2－4===2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O，c(OH－)逐渐增大。
C项，放电时负极失电子发生氧化反应，由放电时的总反应可知，负极反应式为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)2－4。
D项，由放电时的总反应可知，电路中通过2 mol电子时，消耗mol O2，其体积为11.2 L(标准状况)。
[答案] C[题后悟道]有关可逆电池的解题思路[3．(2016·四川高考)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Li1CoO2＋Li x C6===LiCoO2＋C6(x＜1)。
下列关于该电池的说法不－x正确的是()A．放电时，Li＋在电解质中由负极向正极迁移B．放电时，负极的电极反应式为Li x C6－x e－===x Li＋＋C6C．充电时，若转移1 mol e－，石墨(C6)电极将增重7x gD．充电时，阳极的电极反应式为LiCoO2－x e－===Li1－x CoO2＋x Li＋解析：选C A．原电池中阳离子由负极向正极迁移，正确；B.放电时，负极发生氧化反应，电极反应式为Li x C6－x e－===x Li＋＋C6，正确；C.充电时，若转移1 mol电子，石墨电极质量将增重7 g，错误；D.充电时阳极发生氧化反应，电极反应式为LiCoO2－x e－===Li1－x CoO2＋x Li＋，正确。
题型四电解原理在环保、新材料制备中的应用[典例4](2015·四川高考)用右图所示装置除去含CN－、Cl－废水中的CN－时，控制溶液pH为9～10，阳极产生的ClO－将CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是()A．用石墨作阳极，铁作阴极B．阳极的电极反应式：Cl－＋2OH－－2e－===ClO－＋H2OC．阴极的电极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－D．除去CN－的反应：2CN－＋5ClO－＋2H＋===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋H2O [解析]A项，若铁作阳极，则铁失电子生成Fe2＋，则CN－无法除去，故铁只能作阴极，正确；B项，阳极Cl－放电生成ClO－，Cl的化合价升高，故在阳极发生氧化反应，又已知该溶液呈碱性，正确；C项，阳离子在电解池的阴极得电子发生还原反应，在碱性条件下，H2O提供阳离子(H＋)，正确；D项，由于溶液是碱性条件，故除去CN－发生的反应为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，错误。
[答案] D[针对训练]4．(2017·广州模拟)用电化学法制备LiOH的实验装置如图，采用惰性电极，a口导入LiCl溶液，b口导入LiOH溶液，下列叙述正确的是() A．通电后阳极区溶液pH增大B．阴极区的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2OC．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有mol的Cl2生成D．通电后Li＋通过交换膜向阴极区迁移，LiOH浓溶液从d口导出解析：选D A项，左端为阳极，Cl－放电生成Cl2，Cl2溶于水，生成酸，pH减小，错误；B项，右端是阴极区得到电子，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH －＋H2↑，错误；C项，2Cl－－2e－===Cl2，通过1 mol电子，得到mol Cl2，错误；D项，根据电解原理，阳离子通过阳离子交换膜，从阳极区向阴极区移动，LiOH浓溶液从d口导出，正确。
题型五新环境下金属的腐蚀与防护[典例5](2015·上海高考)研究电化学腐蚀及防护的装置如图所示。
下列有关说法错误的是()A．d为石墨，铁片腐蚀加快B．d为石墨，石墨上电极反应为O2＋2H2O＋4e－―→4OH－C．d为锌块，铁片不易被腐蚀D．d为锌块，铁片上电极反应为2H＋＋2e－―→H2↑[解析]A．由于活动性：Fe>石墨，所以铁、石墨及海水构成原电池，Fe 为负极，失去电子被氧化变为Fe2＋进入溶液，溶解在海水中的氧气在正极石墨上得到电子被还原，比没有形成原电池时的速率快，正确。
为石墨，由于是中性电解质，所以发生的是吸氧腐蚀，石墨上氧气得到电子，发生还原反应，电极反应为O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，正确。
C.若d为锌块，则由于金属活动性：Zn>Fe，Zn为原电池的负极，Fe为正极，首先被腐蚀的是Zn，铁得到保护，铁片不易被腐蚀，正确。
为锌块，由于电解质为中性环境，发生的是吸氧腐蚀，在铁片上电极反应为O2＋2H2O＋4e－―→4OH－，错误。
[答案] D[针对训练]5．城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。
原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。
下列有关说法不正确的是()A．该装置能够将电能转化为化学能B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜解析：选B A项，该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，正确；B项，左端是阳极，腐蚀得更快，错误；C项，如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，所以发生的是吸氧腐蚀，正确；D项，根据题意，此种腐蚀较慢，所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，正确。
[课堂练——练熟方法]1．MCFC型燃料电池可同时供应电和水蒸气，其工作温度为600～700 ℃，所用燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3。
已知该电池的总反应为2H2＋O2===2H2O，下列有关该电池的说法正确的是()A．该电池的正极反应式为4OH－＋4e－===O2↑＋2H2OB．该电池的负极反应式为H2－2e－===2H＋C．放电时OH－向负极移动D．当生成1 mol H2O时，转移2 mol电子解析：选D该燃料电池的燃料为H2，电解质为熔融的K2CO3，总反应为2H2＋O2===2H2O，负极反应式为2H2＋2CO2－3－4e－===2H2O＋2CO2，正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO2－3，故A、B均错误；电解质中移动的阴离子为CO2－3，不是OH－，故C错误；根据负极反应式知，生成1 mol H2O时转移2 mol 电子，故D正确。