- 电化学基础
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（1）甲醇可作为燃料电池的原料。以CH4和H2O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
I：CH4 ( g ) + H2O ( g )＝CO ( g ) + 3H2 ( g ) △H ＝+206．0 kJ·mol－1
II：CO ( g ) + 2H2 ( g )＝CH3OH ( g ) △H＝—129．0 kJ·mol－1
CH4(g)与H2O(g)反应生成CH3OH (g)和H2(g)的热化学方程式为 。
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co2+氧化成Co3+，然后以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。实验室用右图装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式 。
②写出除去甲醇的离子方程式 。
（3）写出以NaHCO3溶液为介质的Al—空气原电池的电极负极反应式，负极: 。
正确答案
（1）CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g）△H=+77．0 kJ•mol-1
（2）①Co2+-e-=Co3+ ②6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+
（3）Al-3e-+3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑
试题分析：（1）已知Ⅰ：CH4（g）+H2O（g）=CO（g）+3H2（g） △H=+206．0kJ•mol-1、Ⅱ：CO（g）+2H2（g）=CH3OH（g）△H=-129．0kJ•mol-1，则依据盖斯定律Ⅰ+Ⅱ得到CH4（g）+H2O（g）=CH3OH （g）+H2（g）△H=+77．0 kJ•mol-1；
（2）①通电后，将Co2+氧化成Co3+，电解池中阳极失电子发生氧化反应，电极反应为Co2+-e-=Co3+；
②以Co3+做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化，自身被还原为Co2+，结合原子守恒与电荷守恒可知，还原生成H+，配平书写离子方程式为：6Co3++CH3OH+H2O=CO2↑+6Co2++6H+；
（3）以NaHCO3溶液为介质的Al-空气原电池中铝做负极失电子发生氧化反应生成铝离子，在碳酸氢钠溶液中水解相互促进生成氢氧化铝和二氧化碳；负极的电极反应式：Al－3e-＋3HCO3-＝Al（OH）3↓＋3CO2↑。
现有如下两个反应:
A.NaOH+HCl
B.2FeCl3+Cu
(1)根据两反应本质,判断能否设计成原电池:
A. ,B. (填“能”或“不能”);
(2)如果不能,说明其原因 ;
(3)如果可以,则写出正、负极材料及其电极反应式,电解质溶液名称：
负极材料 ,电极反应式 电解质溶液名称 ,正极材料 ,电极反应式 。
正确答案
(10分) (1)不能；能 (2) A反应是非氧化还原反应
(3)铜；Cu- 2e-＝ Cu2+ ；氯化铁溶液；碳、铂、银；2Fe3+ + 2e-＝2 Fe2+
试题分析：原电池中有电子的定向运动，所以只有氧化还原反应才能设计成原电池。A是中和反应，不是氧化还原反应，不能设计成原电池。B是氧化还原反应，可以设计成原电池。由于原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。所以根据B中放热方程式可知，铜是还原剂，则铜作负极，正极的材料可以是碳或铂或银。铁离子得到电子，所以电解质容易应该是含有铁离子的可溶性盐溶液，因此可以性质氯化铁。
点评：该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题。试题基础性强，有利于调动学生的学习兴趣，激发学生的学习积极性和创造性。该题的关键是明确原电池的工作原理，并能灵活运用即可。
在由铜片、锌片和200mL稀硫酸组成的原电池中，若锌片中发生电化腐蚀，当铜片上共放出3.36L(标准状况)的气体时，H2SO4恰好用完，试计算：
⑴消耗锌的质量 ⑵通过导线的电子的物质的量 ⑶原硫酸的物质的量浓度。
正确答案
⑴9.75g⑵0.30mol ⑶ 0.75 mol·L－1
试题分析：生成氢气的物质的量是3.36L÷22.4L/mol＝0.15mol
则转移电子的物质的量是0.15mol×2＝0.3mol
则根据电子得失守恒可知，消耗锌的物质的量是0.3mol÷2＝0.15mol
所以消耗锌的质量是0.15mol×65g/mol＝9.75g
根据氢原子守恒可知，原硫酸的物质的量是0.15mol
所以稀硫酸的浓度是0.15mol÷0.2L＝0.75mol/L
点评：该题是基础性试题的考查，难度不大。试题基础性强，侧重对学生基础知识的巩固和训练，有利于培养学生的逻辑推理能力和规范答题能力，该题的关键是利用好几种守恒关系，即质量守恒定律、电子得失守恒和原子守恒等。
（1）现有如下两个反应：
（A）NaOH + HCl =" NaCl" + H2O （B）2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2
①根据两反应本质和特点，判断（A）和（B）分别能否设计成原电池 ；
②如果不能，说明其原因 。
（2）选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，电池的总反应为：Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu，分别写出电池两极的电极反应式，正极 ，负极 。
正确答案
（10分）（1）①（A）不能，（B）可以 （4分）
②（A）的反应是非氧化还原反应，没有电子转移（其他合理答案也给分）（2分）
（2）负极：Zn–2e-＝ Zn2+ （2分） 正极：Cu2+ + 2e-＝Cu （2分）
试题分析：（1）只有氧化还原反应才能设计成原电池，（A）的反应是非氧化还原反应，没有电子转移，不能设计成原电池。（B）反应是氧化还原反应，可以设计成原电池。
（2）原电池中较活泼的金属是负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，正极得到电子，发生还原反应。关键方程式可知，在反应中锌失去电子，是还原剂，做负极，电极反应式是Zn–2e-＝ Zn2+；正极得到电子，溶液中的铜离子子正极得到电子，电极反应式是Cu2+ + 2e-＝Cu。
点评：该题是高考中的常见考点，属于基础性试题的考查，难度不大。该题的关键是明确原电池的工作原理、构成条件以及电极反应式的书写、电极名称的判断，然后结合题意灵活运用即可，有利于培养学生的逻辑推理能力和规范答题能力。
(11分)依据氧化还原反应：2Ag+ (aq) + Cu(s) ="=" Cu2+ (aq) + 2Ag (s)设计的原电池如图所示。
请回答下列问题：
（1）电极X的材料是 ；电解质溶液Y是 ；
（2）银电极为电池的 极；银电极上发生的电极反应式 。
（3）外电路中的电子是从 电极流向 电极（填电极的材料）。
（4）利用反应Zn ＋ 2 FeCl3 ＝ ZnCl2 ＋ 2 FeCl2，设计一个原电池，在下面框图内画出有关的实验装置图：
正极的电极反应式为 。
正确答案
（1）铜（1分）；AgNO3溶液（1分）（2）正（1分）；Ag+ + e－＝Ag（2分）
（3）铜（1分）；银（1分）（4）
（1）根据总的反应式可知，铜失去电子，银离子得到电子，所以铜是负极。X电极插在硫酸铜溶液中，所以X电极是铜，因此电解质溶液Y是硝酸银。
（2）银电极为电池的正极，发生的电极反应式是Ag+ + e－＝Ag。
（3）由于在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。所以外电路中的电子是从铜电极流向银电极。
（4）根据反应Zn ＋ 2 FeCl3 ＝ ZnCl2 ＋ 2 FeCl2可知，锌是还原剂，失去电子，氯化铁是氧化剂得到电子。所以在原电池中锌是负极，正极材料可以是石墨或金属性弱于锌的金属等，而电解质溶液是氯化铁，所以装置图为
将锌片和铜片以下图所示两种方式分别插入同浓度稀硫酸中。
（1）以下叙述中，正确的是 （填标号）。
（2）装置乙中，总反应的离子方程式为 ；若导线上通过0.2 mol电子，消耗锌的质量为 g。
正确答案
（6分，每空2分）（1）B D （2）Zn + 2H+ ＝Zn2+ + H2↑ ； 6.5
试题分析：（1）根据装置图可判断，乙装置是原电池，发生电化学腐蚀。其中锌是负极，铜是正极。甲装置发生化学腐蚀，锌直接与稀硫酸反应，而铜不能反应，据此可以解答。
乙是原电池，其中铜是正极，溶液中的氢离子在正极放电放出氢气，故A错误；两个烧杯中都产生氢气，氢离子浓度都降低，所以溶液的pH均增大，故B正确；乙是原电池，其中铜是正极，锌是负极，C不正确；通过原电池发生的反应速率要快于化学反应，选项D正确，因此答案选BD。
（2）装置乙中，总反应的离子方程式为Zn + 2H+ ＝Zn2+ + H2↑。若导线上通过0.2 mol电子，则根据电极反应式Zn－2e－＝Zn2＋可知，消耗锌的物质的量是0.1mol，质量为0.1mol×65g/mol＝6.5g。
点评：该题是基础性试题的考查，难度不大。该题的关键是明确原电池的工作原理，特别是电极名称、电极反应式的书写，并能结合题意和装置图灵活运用即可。
(5分)某校研究性学习小组用相同大小的铜片和锌片为电极研究水果电池，得到的实验数据如下表所示：
（1）该实验的目的是探究水果种类和_______________对水果电池电流大小的影响。
（2）上图所示的装置中，做负极的材料是_______（填“铜片”或“锌片”），该装置能将______转变为电能。
（3）能表明水果种类对电流大小有影响的实验编号是________和__________。
（4）请你再提出一个可能影响水果电池电流大小的因素：__________________________。
正确答案
⑴电极间距离 (1分) ⑵锌片 (1分) 化学能 (1分)
⑶②③ (1分)（两空都对才给分）
⑷电极材料（电极插入水果的深度、电极插入水果的面积、同种水果的成熟程度等其他合理答案均给分) (1分)
（1）根据实验过程可以判断，实验目的是探究水果种类和电极间距离对水果电池电流大小的影响。
（2）原电池较活泼的金属作负极，锌比铜活泼，所以锌是负极，铜是正极。原电池是把化学能转化为电能的装置。
（3）实验②③中电极间距离相等，但水果种类不同，所以②③是探究水果种类对电流大小影响的。
（4）本题属于开放性试题，影响电流大小的因素可以是电极材料、电极插入水果的深度、电极插入水果的面积、同种水果的成熟程度等。
（8分）被誉为改变未来世界的十大新科技之一的燃料电池具有无污染、无噪音、高效率的特点．下图为氢氧燃料电池的结构示意图，
电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒．当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流．试回答下列问题：
（1） 写出氢氧燃料电池工作时正极电极反应方程式： ___________ 。
（2）如果该氢氧燃料电池每转移0.1mol电子，消耗标准状况下___________L氧气。
（3） 若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，负极反应式为___________________。 电池总离子反应方程式为_______________________________。
正确答案
（1）2H2O＋O2＋4e－=4OH－； （2）0.56L；
（3）CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O； CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O
试题分析：（1）在氢氧燃料电池中，通入氢气的电极是负极，通入氧气的电极是正极，工作时正极电极反应方程式：2H2O＋O2＋4e－=4OH－；（2）在整个闭合回路中电子转移数目相等。由于每mol的氧气反应时得到电子4mol.n(e-)=0.1mol。所以n(O2)=0.025mol.在标准状况下其体积为0.025mol.× 22.4L/mol= 0.56L；（3） 若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，则通入甲烷的电极为负极，负极反应式为CH4＋10OH－－8e－=CO32-＋7H2O；正极的电极反应式是：2H2O＋O2＋4e－=4OH－电池总离子反应方程式为CH4＋2O2＋2OH－=CO32-＋3H2O。
有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1的H2SO4溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
（1）写出甲中正极的电极反应式_____________________________。
（2）乙中负极为________，总反应的离子方程式：
______________________________________________________。
（3）如果甲与乙同学均认为“构成原电池的电极材料如果都是金属，则构成负极材料的金属应比构成正极材料的金属活泼”，则甲会判断出________活动性更强，而乙会判断出________活动性更强。（填写元素符号）
（4）由此实验得出的下列结论中，正确的有________。
正确答案
（1）2H＋＋2e－=H2↑
（2）Al 2Al＋2OH－＋2H2O=2AlO2-＋3H2↑
（3）Mg Al
（4）AD
甲同学依据的化学反应原理是Mg＋H2SO4=MgSO4＋H2↑，乙同学依据的化学反应原理是2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑。但是由于Al与碱的反应是一特例，不可作为判断金属性强弱的依据。所以判断一个原电池的正负极应依据实验事实。
将铜、锌通过导线连接，置于硫酸中，请回答下列问题：
(1)以下叙述正确的是 _______ 。（多项选择）
(2)若反应过程中有0.2mol电子发生转移，则生成的氢气在标准状况下的体积为____________L.
（3）如果把稀硫酸换成硫酸铜溶液，请写出铜电极的电极反应方程式： ____________。
正确答案
（1） C，D （2） 2.24 （3）Cu2+ +2e－＝Cu
（1）铜、锌通过导线连接，置于硫酸中，则构成原电池。在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，溶液中的氢离子在正极得到电子，被还原，发生还原反应，生成氢气。纯锌片换成含有杂质的锌，则锌和杂质将构成原电池，电子直接在锌片表面被氢离子得到，即流向铜片的电子减少，所以铜片上产生气泡的速率变慢。
（2）根据正极的电极反应式2H＋＋2e－=H2↑可知，生成氢气是0.1mol，其体积在标准状况下的为2.24L。
（3）如果把稀硫酸换成硫酸铜溶液，则正极上铜离子得到电子，被还原生成铜析出，电极反应式为Cu2+ +2e－＝Cu。
（8分）由A、B、C、D四种金属按下表中装置进行实验。
根据实验现象回答下列问题：
(1)装置甲中负极的电极反应式是_______________________________________。
(2)装置乙中正极的电极反应式是_______________________________________。
(3)装置丙中溶液的pH________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)四种金属活泼性由强到弱的顺序是________。
正确答案
(1)A－2e－===A2＋ (2)Cu2＋＋2e－==="Cu" (3)变大 (4)D＞A＞B＞C
试题分析：（1）二价金属A不断溶解，这说明A电极是负极，所以电极反应式是A－2e－===A2＋。
（2）C的质量增加，上面C电极是正极，溶液中的铜离子放电析出铜单质，所以正极反应式是Cu2＋＋2e－===Cu。
（3）A上有气体产生，所以A是原电池的正极，溶液中的氢离子放电，因此溶液的pH增大。
（4）由于在原电池中，较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极。因此四种金属活泼性由强到弱的顺序是D＞A＞B＞C。
点评：在原电池中较活泼的金属作负极，失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极上，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应，据此可以判断原电池的正负极。
在盛有500mL 1.4mol/L H2SO4溶液的大烧杯中。用锌、铜作电极，用导线连接形成原电池，当电极锌消耗6.5g时，试完成：
(1)写出电极反应式：负极______________________；正极_______________________。
(2)电极上共析出氢气的质量为 克。
正确答案
（1）Zn — 2e- = Zn2+ 2H+ + 2e- = H2↑ （2）0.2
（1）电极反应：负极：Zn — 2e- = Zn2+ 正极：2H+ + 2e- = H2↑
(2) 电极锌消耗6.5g，即0.1mol锌反应，生成0.1mol氢气，所以析出氢气的质量为0.2g
在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如下图所示。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。
根据上述实验完成：
(1)阳极上的电极反应式为________________。
(2)阴极上的电极反应式为________________。
(3)原上层液体是________。
(4)原下层液体是________。
(5)搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是________________。
(6)要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是________，现象是________________。
正确答案
(1)2I--2e-
(2)2H++2e-
(3)KI(或NaI等)水溶液
(4)CCl4(或CHCl3等)
(5)I2在CCl4中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分I2都转移到CCl4中
(6)焰色反应 透过蓝色钴玻璃观察火焰呈紫色(其他合理答案也可。例如，若③中答NaI水溶液，这里答火焰呈黄色)
(1)使用惰性电极(石墨)电解溶液时，阳极上离子按照I-、Br-、Cl-、OH-顺序失电子，结合题目给出的“下层液体呈紫红色”，可知这里是I-失电子生成I2。所以阳极反应是：2I--2e-
(2)电解时，阴极发生得电子反应，溶液中能得电子变成气体的只有H+，生成H2。所以负极反应是：2H++2e-
(3)两种无色的互不相溶的中性液体，一为水溶液，一为有机溶剂。根据对电解过程的分析，反应会产生I2，最后I2会被有机溶剂萃取。因为最后下层液体呈紫红色，所以有机溶剂密度比水大。上层的水溶液应该为含I-的盐溶液，例如KI溶液、NaI溶液等。下层液体为CCl4、CHCl3等密度比水大的有机溶剂。
(4)见(3)的分析。
(5)I2在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度，所以绝大部分I2都转移到有机溶剂中，有机溶剂显示出紫红色。
(6)可以通过焰色反应来检验。若前面填KI，则这里正确的方法是：用铂丝蘸取少量溶液放在无色火焰上灼烧，透过蓝色钴玻璃可观察火焰呈紫色(其他合理答案也可。例如，若③中答NaI水溶液，这里答火焰呈黄色)。
（12分）铅蓄电池是典型的可充型电池，它的正负极格板是惰性材料，电池总反应式为：Pb+PbO2+4H++2SO42-2PbSO4+2H2O回答下列问题（不考虑氢、氧的氧化还原）
（1）放电时：正极的电极反应式是 ；电解液中H2SO4的浓度将变________，当外电路通过1mol电子时，理论上负极板的质量增加 g。
（2）在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成__________，B电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将____________。
正确答案
（1）PbO2 + 2e－ + 4H+ +SO42－ = PbSO4 + 2H2O 小 48
（2）Pb PbO2 对换
考查原电池和电解池的判断及有关计算。
（1）放电相当于原电池，充电相当于电解池。原电池中正极是得到电子，发生还原反应的，根据总反应式可知铅是负极，二氧化铅是正极。所以蓄电池中正极电极反应式为PbO2 + 2e－ + 4H+ +SO42－＝ PbSO4 + 2H2O。放电时消耗硫酸，因此硫酸浓度将减小。负极电极反应式为Pb－2e－+SO42－＝ PbSO4，所以通过1mol电子时，负极质量增加为0.5mol×303g/mol－0.5mol×207g/mol＝48g。
（2）根据装置图可判断A和电源的负极相连，作阴极，得到电子发生还原反应，电极反应式为PbSO4＋2e－＝Pb+SO42－。B和电源的正极相连，作阳极，失去电子发生氧化反应，电极反应式为PbSO4－2e－+ 2H2O = PbO2 + 4H+ +SO42－。所以A极生成铅，B极生成二氧化铅，因此蓄电池的正负极的极性将对换。
科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。如图1所示装置中，以稀土金属材料作惰性电极，在两极上分别通入CH4和空气，其中固体电解质是掺杂了Y2O3的ZrO2固体，它在高温下能传导阳极生成的O2－离子(O2＋4e－―→2O2－)。
(1)c电极的名称为 ，d电极上的电极反应式为 。
(2)如图2所示用惰性电极电解100 mL 0.5 mol·L－1CuSO4溶液，a电极上的电极反应式为 ，若a电极产生56 mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH＝ (不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入 (填序号)。
a．CuO b．Cu(OH)2
c．CuCO3 d．Cu2(OH)2CO3
正确答案
(1)正极 CH4＋4O2－－8e－=CO2↑＋2H2O
(2)4OH－－4e－=2H2O＋O2↑ 1 ac
(1)原电池中电流的方向是从正极流向负极，故c电极为正极；d电极为负极，通入的气体为甲烷，d电极反应式为：CH4＋4O2－－8e－=CO2＋2H2O。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液时，阳极(a电极)反应式：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑；阴极反应式：2Cu2＋＋4e－=2Cu，
n(O2)＝
线路中转移电子的物质的量为2.5×10－3 mol×4＝0.01 mol，溶液中c(H＋)＝
pH＝－lg 0.1＝1。加入CuO或CuCO3与溶液中的H＋反应，可使电解质溶液恢复到电解前的状态。
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