1选择题
为延长运动器械（如跑步机配重铁片）的使用寿命，工程上常采用牺牲阳极的阴极保护法：将比铁更活泼的金属（如锌块）与铁制器械相连，一同埋入潮湿土壤或浸入含电解质的环境中。下列关于该防护方法的说法正确的是
- A. 锌块作阴极，发生还原反应，从而保护铁
- B. 锌块作负极（阳极），发生氧化反应：Zn - 2e⁻ = Zn²⁺，铁作正极（阴极）被保护
- C. 电子由铁经潮湿土壤流向锌块
- D. 该方法中，铁作负极，Fe - 2e⁻ = Fe²⁺，锌块仅起导电作用
答案：B
解析：牺牲阳极的阴极保护法中，被保护金属（铁）与更活泼的金属（锌）相连形成原电池：活泼金属锌作负极（阳极），发生氧化反应 Zn - 2e⁻ = Zn²⁺；铁作正极（阴极），发生还原反应而被保护，故B正确。A错在把锌说成阴极——牺牲阳极法里被保护金属才是阴极（正极），牺牲的活泼金属是阳极（负极）；C错在电子流向：原电池中电子由负极（锌）经导线流向正极（铁），电子不能通过电解质溶液（溶液中靠离子定向移动导电），这正是最典型的易错点；D完全颠倒了正负极，铁若作负极则会被腐蚀，起不到保护作用。结论：原电池负极氧化、正极还原，活泼金属作负极被消耗。故选B。
2选择题
某校运动会后，校医用便携式电解装置为运动员处理器械消毒液（主要成分为 NaCl 溶液）：以惰性电极电解 NaCl 溶液，阳极区产生黄绿色气体，阴极区溶液变红（滴有酚酞）。下列关于该电解过程的说法正确的是
- A. 阳极与电源负极相连，发生还原反应，产生 H₂
- B. 阴极发生氧化反应，电极反应式为 2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑
- C. 阳极接电源正极，发生氧化反应：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑；阴极接电源负极，发生还原反应：2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻
- D. 电解过程中，电子由阳极经电解质溶液流向阴极
答案：C
解析：电解池的阳极与电源正极相连，发生氧化反应；阴极与电源负极相连，发生还原反应。惰性电极电解 NaCl 溶液时，阳极上 Cl⁻ 失电子被氧化：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑（黄绿色气体即 Cl₂）；阴极上水（或 H⁺）得电子被还原：2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻，生成的 OH⁻ 使酚酞变红，故C正确。A错在把阳极说成接负极、发生还原反应，方向全反；B错在把阴极说成氧化反应并写成 Cl₂ 生成——氧化反应发生在阳极；D错在电子流向：电子只在外电路由电源负极流向阴极、由阳极流回电源正极，电解质溶液中靠离子定向移动导电，电子不进入溶液。易错点：一是正负极与阴阳极混淆（原电池叫正负极，电解池叫阴阳极），二是电子流向误以为能穿过溶液。故选C。
3选择题
马拉松比赛中，运动员常使用便携式镁—海水电池为随身电子设备供电，同时通过饮用含电解质的运动饮料维持体内酸碱平衡。已知信息：该电池以镁片为负极、碳棒为正极，电解质为海水（含 NaCl 等），工作时镁片逐渐溶解，碳棒上有气泡生成；25℃ 时，某运动饮料样品的 pH = 3.0。下列说法正确的是（ ）
- A. 该电池工作时，碳棒（正极）上发生氧化反应，电子由碳棒经外电路流向镁片
- B. 该电池的总反应为 Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂↑（或写成 Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑），镁片发生氧化反应
- C. 该饮料样品中 c(H⁺) = 3.0×10⁻³ mol/L，故其 pH 计算有误，应为 2.5
- D. 若将镁片换成铜片，仍构成原电池，且铜片为负极，因为铜在海水中更容易被腐蚀
答案：B
解析：本题把原电池原理、电子流向与 pH 计算放进运动健康情境，考查知识迁移。
A 项：原电池中正极发生的是还原反应（此处 O₂ 或 H₂O/H⁺ 得电子），而非氧化反应；电子应由负极（镁片）流向正极（碳棒）。该项把「原电池负极氧化」错记为「正极氧化」，且电子流向写反，错误。
B 项：镁为活泼金属作负极，失电子被氧化：Mg - 2e⁻ = Mg²⁺；正极上水（或 H⁺）得电子生成 H₂，总反应为 Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂↑（酸性介质中可写 Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑）。负极发生氧化反应，正确。
C 项：pH = 3.0 表示 c(H⁺) = 10⁻³ mol/L = 1.0×10⁻³ mol/L，而不是 3.0×10⁻³ mol/L；把 pH 数值直接当成浓度数量级是典型易错点，该项说法错误。
D 项：铜不如镁活泼，镁—碳可构成原电池；若换成铜片浸在海水中，缺乏两个活泼性不同的电极与合适电势差，且铜的金属活动性弱于镁，铜不会作为负极被优先腐蚀，更不能说「铜更容易被腐蚀」，该项错误。
易错点归纳：① 正负极与阴阳极混淆（原电池只有正、负极）；② 电子流向记反（应为负极→正极）；③ pH 与 c(H⁺) 换算出错（pH = -lg c(H⁺)，pH = 3 对应 c(H⁺) = 10⁻³ mol/L）。故选B。
4填空题
马拉松等长时间耐力运动中，运动员常使用便携式氢氧燃料电池为随身电子设备供电。该电池以 H₂ 为燃料、O₂ 为氧化剂，电解质溶液为 KOH 溶液。已知信息：① 电池放电时，负极上 H₂ 失去电子；正极上 O₂ 得到电子；② 在碱性溶液中，H⁺ 不能大量存在，会与 OH⁻ 结合生成 H₂O；O₂ 得电子后生成 OH⁻。
请回答下列问题：
（1）该燃料电池工作时，将 ______ 能转化为电能；电子由 ______ 极流出（填“正”或“负”），经外电路流向 ______ 极。
（2）写出该电池负极的电极反应式：______。
（3）写出该电池正极的电极反应式：______。
（4）写出该电池的总反应式：______。
（5）若某运动员的设备工作时转移 2 mol 电子，则消耗 O₂ 的物质的量为 ______ mol。
答案：（1）化学；负；正。
（2）负极（氧化反应）：2H₂ + 4OH⁻ - 4e⁻ = 4H₂O。
（3）正极（还原反应）：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。
（4）总反应式：2H₂ + O₂ = 2H₂O。
（5）0.5 mol。由正极反应 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻ 可知，1 mol O₂ 对应 4 mol 电子，故转移 2 mol 电子时消耗 O₂ 为 2 mol ÷ 4 = 0.5 mol。
解析：本题把原电池知识迁移到运动健康情境中的氢氧燃料电池。核心结论是「原电池负极氧化、电解池阳极氧化」，本装置为原电池，故负极发生氧化反应（H₂ 失电子），正极发生还原反应（O₂ 得电子）。
易错点：① 正、负极与阴、阳极混淆——原电池只有正负极，电解池才有阴阳极；② 电子流向记反：电子由负极经外电路流向正极，溶液中靠离子定向移动导电，电子不会进入溶液；③ 书写电极反应式时忽略电解质环境，本题为碱性介质，负极产物 H⁺ 必须与 OH⁻ 结合写成 H₂O，若写成 H₂ - 2e⁻ = 2H⁺ 则错误；④ 把总反应 2H₂ + O₂ = 2H₂O 直接当作某个电极反应式；⑤ 计算时误用 2 mol 电子对应 1 mol O₂，实际由 O₂ ~ 4e⁻ 得 0.5 mol。
5解答题
为给户外运动场馆的照明供电，某校科技小组设计了一套“跑步发电”装置：运动者在跑步机上跑步带动直流发电机，给一个电解池供电，电解池内盛有 200 mL 饱和 NaCl 溶液，两电极均为惰性电极。
已知信息：① 阳极与电源正极相连，发生氧化反应；阴极与电源负极相连，发生还原反应；② 阳极区离子放电能力由强到弱为：S²⁻ > I⁻ > Cl⁻ > OH⁻ > 含氧酸根；③ 阴极区阳离子放电能力：Ag⁺ > Cu²⁺ > H⁺ > Na⁺。
回答下列问题：
（1）电解池的阳极与电源的哪一极相连？该电极上发生的是氧化反应还是还原反应？
（2）写出该电解池阳极、阴极的电极反应式。
（3）写出电解饱和 NaCl 溶液的总化学方程式，并注明反应条件。
（4）若电解一段时间后，阳极区共收集到标准状况下 1.12 L 气体，求：① 电路中转移电子的物质的量；② 阴极区生成 NaOH 的物质的量（假定生成的 NaOH 全部留在阴极区）。
答案：（1）阳极与电源的正极相连，阳极上发生氧化反应。
（2）阳极：2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑；阴极：2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻。
（3）2NaCl + 2H₂O =(通电)= 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑。
（4）① 阳极产生的气体为 Cl₂，n(Cl₂) = 1.12 L ÷ 22.4 L/mol = 0.05 mol。由 2Cl⁻ - 2e⁻ = Cl₂↑ 可知，每生成 1 mol Cl₂ 转移 2 mol 电子，故 n(e⁻) = 2 × 0.05 mol = 0.1 mol。
② 阴极反应 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻，每转移 2 mol 电子生成 2 mol OH⁻，即 n(NaOH) = n(e⁻) = 0.1 mol。
解析：（1）易错点：把电解池的“阳极”与原电池的“正极”混淆。判断口诀：阳极接正极、发生氧化反应（阳氧），阴极接负极、发生还原反应。
（2）易错点：放电顺序记错，误写成 OH⁻ 在阳极放电生成 O₂。在饱和食盐水中 c(Cl⁻) 很大，Cl⁻ 先于 OH⁻ 放电；阴极 H⁺（来自水）先于 Na⁺ 放电，且必须写成 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻，不能只写 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，否则无法体现溶液碱性增强。
（3）易错点：漏写“通电”条件、漏标气体符号。
（4）易错点：① 误认为阳极气体是 O₂；② 忘记 Cl₂ 与电子的计量比为 1:2；③ 用气体体积直接当作物质的量，未除以 22.4 L/mol。本题气体在标准状况下给出，可用 Vₘ = 22.4 L/mol。
6解答题
马拉松比赛中，运动员随身携带一种“应急保温贴”，其发热原理是铁的电化学腐蚀：保温贴内装有铁粉、活性炭粉、食盐水和少量吸水性材料，混合后形成无数微小原电池。
已知信息：① 原电池中负极发生氧化反应，正极发生还原反应，电子由负极经外电路流向正极；② 在中性或弱碱性环境中，钢铁发生吸氧腐蚀，正极上 O₂ 得电子被还原。
回答下列问题：
（1）在该保温贴中，铁粉和活性炭粉分别充当原电池的哪一极？电子由哪一极流向哪一极？
（2）写出该原电池负极和正极的电极反应式（正极电极反应需体现 O₂ 与 H₂O 的参与）。
（3）简述保温贴中加入食盐水的作用。
（4）若保温贴中含铁粉 2.8 g（Fe 的摩尔质量为 56 g/mol），铁粉全部被氧化为 Fe²⁺，求：① 参加反应的 O₂ 在标准状况下的体积；② 生成 Fe(OH)₂ 的物质的量（忽略 Fe(OH)₂ 被进一步氧化）。
（5）某同学提出可用“牺牲阳极的阴极保护法”延长铁质栏杆的使用寿命，请说明该方法的原理，并举出一种可作为“牺牲阳极”的金属。
答案：（1）铁粉作负极（Fe 失电子被氧化），活性炭粉作正极；电子由铁粉（负极）经外电路流向活性炭粉（正极）。
（2）负极：Fe - 2e⁻ = Fe²⁺；正极：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。
（3）食盐水是电解质溶液，可增强溶液导电能力，加快原电池反应速率，从而加快铁粉氧化放热（食盐水本身不参与电极反应，但能显著提高反应速率）。
（4）n(Fe) = 2.8 g ÷ 56 g/mol = 0.05 mol。
① 由负极 Fe - 2e⁻ = Fe²⁺ 知，n(e⁻) = 2 × 0.05 mol = 0.1 mol。正极 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻，故 n(O₂) = 0.1 mol ÷ 4 = 0.025 mol，V(O₂) = 0.025 mol × 22.4 L/mol = 0.56 L。
② 由 Fe → Fe²⁺ → Fe(OH)₂，铁元素守恒可知 n[Fe(OH)₂] = n(Fe) = 0.05 mol。
（5）原理：将比铁更活泼的金属（如锌块、镁块）与铁质栏杆相连，构成原电池，活泼金属作负极（阳极）被氧化腐蚀，铁作正极（阴极）被保护，故称“牺牲阳极的阴极保护法”。可选用锌（Zn）或镁（Mg）等比铁活泼的金属。
解析：（1）易错点：把“正负极”与“阴阳极”混淆，或认为铁作正极。判断关键：负极发生氧化反应，Fe 失电子，故 Fe 为负极；活性炭仅提供导电的正极表面，本身不被消耗。
（2）易错点：① 正极误写成 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑（析氢腐蚀），题干已说明是中性环境下的吸氧腐蚀，应写 O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻；② 电荷不守恒，写成 O₂ + 2H₂O + 2e⁻ = 4OH⁻。
（3）易错点：误认为食盐水是反应物。食盐水的作用是增强导电性、加快腐蚀（放热）速率。
（4）易错点：① 电子与 O₂ 的计量关系搞错（4e⁻ ~ 1 O₂）；② 忘记换算标准状况体积；③ 用 Fe(OH)₂ 的摩尔质量算质量而题目求物质的量。
（5）易错点：把“牺牲阳极”与“外加电流的阴极保护法”混淆，后者需外接电源，本题方法是靠更活泼金属自身被氧化来保护铁。
7解答题
为提升运动员训练后的恢复效果，某体育科研小组设计了一套「电解—保温」装置，用以制备并储存氢气（供便携式氢氧燃料电池使用）。该装置用惰性电极电解 KOH 溶液：与电源正极相连的阳极上 OH⁻ 失去电子生成 O₂；与电源负极相连的阴极上 H₂O 得到电子生成 H₂ 和 OH⁻。
已知信息：① 阳极反应为 4OH⁻ - 4e⁻ = 2H₂O + O₂↑；② 阴极反应为 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻；③ 电解过程中无副反应，气体均在相同状况下测定；④ 铁制储气罐若长期接触潮湿空气会因电化学腐蚀而生锈，可在其表面连接一块更活泼的镁块加以保护。
请回答下列问题：
（1）该电解装置工作时，将 ______ 能转化为化学能；阳极与电源的 ______ 极相连，发生 ______ 反应（填“氧化”或“还原”）；阴极与电源的 ______ 极相连，发生 ______ 反应。
（2）电解时，电子由电源负极流向电解池的 ______ 极（填“阳”或“阴”）。
（3）写出电解 KOH 溶液的总反应式：______。
（4）若电解过程中共有 4 mol 电子通过外电路，求生成 H₂ 的物质的量以及在相同状况下生成 O₂ 的体积（标准状况下气体摩尔体积为 22.4 L/mol）。
（5）铁制储气罐的防护采用了牺牲阳极的阴极保护法。请判断镁块与铁罐中哪一个作负极（被腐蚀），并简述理由。
答案：（1）电；正；氧化；负；还原。
（2）阴。
（3）总反应式：2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑（条件：通电；电解质 KOH 只起增强导电性作用，未被消耗）。
（4）阴极反应 2H₂O + 2e⁻ = H₂↑ + 2OH⁻ 中，2 mol 电子对应 1 mol H₂，故转移 4 mol 电子生成 H₂ 的物质的量为 4 mol ÷ 2 = 2 mol。
阳极反应 4OH⁻ - 4e⁻ = 2H₂O + O₂↑ 中，4 mol 电子对应 1 mol O₂，故生成 O₂ 为 1 mol，标准状况下体积 V = 1 mol × 22.4 L/mol = 22.4 L。
（5）镁块作负极（被腐蚀）。镁比铁活泼，在该原电池中镁失去电子作负极（发生氧化反应而被消耗），铁作正极（阴极）受到保护，这就是牺牲阳极的阴极保护法。
解析：本题将电解池、原电池与金属防护三大电化学知识迁移到运动恢复的制氢保温情境中。核心记忆点：原电池负极氧化、电解池阳极氧化；与电源正极相连的是阳极（氧化），与电源负极相连的是阴极（还原）。
易错点：① 阴阳极与正负极混淆，或误认为「阳极接电源负极」；② 电子流向错误：电子只能经外电路由电源负极流向阴极、由阳极流回电源正极，溶液中不存在自由电子，靠离子定向移动导电；③ 写总反应式时把 KOH 写进反应物或生成物，实际上电解 KOH 溶液实质是电解水，2H₂O = 2H₂↑ + O₂↑；④ 电子与气体的对应关系算错，应记 H₂ ~ 2e⁻、O₂ ~ 4e⁻，4 mol 电子得 2 mol H₂ 和 1 mol O₂，标准状况下 O₂ 为 22.4 L；⑤ 牺牲阳极的阴极保护法中误认为被保护金属作负极，实际是更活泼的金属（镁）作负极被腐蚀，被保护的铁作正极（阴极）而被保护。
8解答题
为延长运动器械的使用寿命并降低维护成本，某体育器材厂对铁制器械的防腐处理及配套供能装置进行了研究。请回答下列问题：
(1) 器械上的铁质部件在潮湿空气中会发生吸氧腐蚀，写出该腐蚀过程中正极的电极反应式（电极材料为碳，电解质溶液为中性）。
(2) 为保护铁质器械，工人将一小块镁合金片与铁质部件紧贴并一同埋入潮湿土壤中。请说明该防护方法的名称，并解释镁合金片所起的作用。
(3) 为给场馆内的电子计时器供电，某同学设计了如下原电池：以镁片为负极、铜片为正极，两电极插入稀硫酸溶液中，用导线连接后电流表指针偏转。已知信息：该原电池工作时，镁片逐渐溶解，铜片上有无色气泡产生。
① 写出负极的电极反应式；
② 写出该原电池的总反应方程式；
③ 指出电子在外电路中的流向，并说明正极上发生的是氧化反应还是还原反应。
(4) 该同学还想利用电解原理，将铜片上附着的少量银镀层回收为单质银。已知信息：以惰性电极为阳极、待处理的铜片为阴极，电解质溶液为 AgNO₃ 溶液。
① 写出阴极的电极反应式；
② 若电路中通过 0.02 mol 电子，计算阴极上析出银的质量（M(Ag) = 108 g/mol）。
答案：(1) 正极（碳）上 O₂ 得电子发生还原反应：O₂ + 2H₂O + 4e⁻ = 4OH⁻。
(2) 该方法称为牺牲阳极的阴极保护法。镁比铁活泼，镁合金片作为更活泼的金属（负极/阳极）优先失去电子被氧化而损耗，铁作为被保护金属（正极/阴极）不失去电子而得到保护。
(3) ① 负极（镁）发生氧化反应：Mg - 2e⁻ = Mg²⁺。
② 正极反应为 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑，总反应：Mg + 2H⁺ = Mg²⁺ + H₂↑（或 Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑）。
③ 电子由负极（镁片）经外电路流向正极（铜片）；正极发生的是还原反应（H⁺ 得电子被还原为 H₂）。
(4) ① 阴极（铜片）上 Ag⁺ 得电子被还原：Ag⁺ + e⁻ = Ag。
② 由 Ag⁺ + e⁻ = Ag 可知，析出 1 mol Ag 需 1 mol 电子，则 n(Ag) = n(e⁻) = 0.02 mol，m(Ag) = 0.02 mol × 108 g/mol = 2.16 g。
解析：本题以体育器材防腐与场馆供电为情境，考查原电池、电解池及金属的腐蚀与防护，核心规律是「原电池负极氧化，电解池阳极氧化」。
(1) 易错点：中性或弱酸性环境下吸氧腐蚀的正极反应写成 2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑（那是析氢腐蚀）；或忘记 O₂ 需与 H₂O 一起参与反应、配平不平（电荷与原子均要守恒）。
(2) 易错点：把「牺牲阳极的阴极保护法」与「外加电流的阴极保护法」混淆；表述时说反活泼性顺序，误认为铁保护镁。关键：更活泼的金属（Mg）作负极（阳极）被氧化，被保护金属（Fe）作正极（阴极）。
(3) 易错点：① 把正负极与阴阳极混淆，原电池只有正极、负极（电解池才用阴极、阳极）；② 电子流向写成「由正极流向负极」，实际电子由负极流向正极（电流方向与电子流向相反）；③ 误判正极发生氧化反应，正极发生的是还原反应。
(4) 易错点：① 混淆阴阳极——电解池阴极接电源负极、发生还原反应，阳极接电源正极、发生氧化反应；② 计算时忘记 Ag⁺ 与电子是 1:1 关系，或算成 0.04 mol；注意有效数字与单位（g）。
综合结论：牢记「原电池负极氧化，电解池阳极氧化」，电子均由发生氧化反应的一极经外电路流向发生还原反应的一极。