2020届二轮复习化学反应与能量学案（全国通用）

2020届二轮复习化学反应与能量学案（全国通用）

第2讲　化学反应与能量 ‎【考纲点击】　‎ ‎1.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。2.了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热、中和热、燃烧热等概念。3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。5.了解焓变(ΔH)与反应热的含义。6.理解盖斯定律，并能用盖斯定律进行有关反应焓变的计算。7.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。8.了解常见化学电源的种类及其工作原理。9.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。‎ 考点1　化学能与热能 ‎1.理解化学反应热效应的两种角度 ‎(1)从微观的角度说，是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值，如下图所示：‎ a表示旧化学键断裂吸收的能量；‎ b表示新化学键形成放出的能量；‎ c表示反应热。‎ ‎(2)从宏观的角度说，是反应物的总能量与生成物的总能量的差值，在上图中：‎ a表示活化能；‎ b表示活化分子结合成生成物所释放的能量；‎ c表示反应热。‎ ‎2.反应热的量化参数 ‎3.燃烧热、中和热的比较 燃烧热 中和热 相同点 能量变化 放热 ΔH及其单位 ΔH＜0，单位均为kJ·mol－1‎ 不同点 反应物的量 ‎1 mol 不一定为1 mol 生成物的量 不确定 生成液态水的物质的量为1 mol 反应热的含义 ‎25 ℃‎‎，101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量 在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O时所放出的热量 表示方法 燃烧热ΔH＝－a kJ·mol－1(a＞0)‎ 强酸与强碱反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1‎ ‎4.ΔH计算的几种方法 ‎(1)从宏观角度分析计算 ΔH＝H1(生成物的总能量)－H2(反应物的总能量)‎ ‎(2)从微观角度分析计算 ΔH＝E1(反应物的键能总和)－E2(生成物的键能总和)‎ ‎(3)从活化能角度分析计算 ΔH＝E1(正反应的活化能)－E2(逆反应的活化能)‎ ‎(4)根据盖斯定律计算 计算步骤 ‎(5)根据反应过程中的热量变化Q计算 ΔH＝＋(－) kJ·mol－1‎ 角度一　反应热的基本概念、能量图像 ‎1.(2018·北京理综，7)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如图。‎ 下列说法不正确的是(　　)‎ A.生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%‎ B.CH4―→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂 C.①→②放出能量并形成了C—C键 D.该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率 解析　由CO2和CH4制备CH3COOH的化学方程式为CO2＋CH4CH3COOH，反应中没有副产物生成，所以总反应的原子利用率为100%，A项正确；CH4分子中含有4个C—H键，而CH3COOH分子中含有3个C—H键，显然CH4―→CH3COOH过程中必有C—H键发生断裂，B项正确；观察反应的示意图可知，①→②过程中放出能量，且在此过程中形成了新化学键，即乙酸分子中的C—C键，C项正确；催化剂只能改变化学反应速率，而不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误。‎ 答案　D ‎2.[2015·海南化学，16(3)]由N2O和NO反应生成N2和NO2的能量变化如图所示，若生成1 mol N2，其ΔH＝________kJ·mol－1。‎ 答案　－139‎ 角度二　热化学方程式的书写与正误判断 ‎3.(2017·4月浙江选考)已知断裂1 mol H2(g)中的H—H键需要吸收436.4 kJ的能量，断裂1 mol O2(g)中的共价键需要吸收498 kJ的能量，生成H2O(g)中的1 mol H—O键能放出462.8 kJ的能量。下列说法正确的是(　　)‎ A.断裂1 mol H2O中的化学键需要吸收925.6 kJ的能量 B.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－480.4 kJ·mol－1‎ C.2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝471.6 kJ·mol－1‎ D.H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－240.2 kJ·mol－1‎ 解析　本题易错选A。1 mol H2O中2 mol H—O，断裂1 mol H2O(g)中的化学键吸收热量为2×462.8 kJ，A选项未说明H2O状态，故不正确；C、D中都为H2O(l)，根据题意，错误；B方程式中ΔH＝2×436.4 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－4×462.8 kJ·mol－1＝－480.4 kJ·mol－1，故正确。‎ 答案　B ‎4.(1)(2019·天津理综，10)硅粉与HCl在‎300 ℃‎时反应生成1 mol SiHCl3气体和H2，放出225 kJ热量，该反应的热化学方程式为____________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)(2016·天津理综)硅与氯两元素的单质反应生成1 mol Si的最高价化合物，恢复至室温，放热687 kJ，已知该化合物的熔、沸点分别为－‎69 ℃‎和‎58 ℃‎，写出该反应的热化学方程式____________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 解析　(1)该反应的热化学方程式为：Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH＝－225 kJ·mol－1。(2)Si与Cl2生成Si的最高价化合物为SiCl4，根据SiCl4的熔、沸点可知其室温下状态为液态，故该反应的热化学方程式为Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1。‎ 答案　(1)Si(s)＋3HCl(g)SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH＝－225 kJ·mol－1‎ ‎(2)Si(s)＋2Cl2(g)===SiCl4(l)　ΔH＝－687 kJ·mol－1‎ 角度三　盖斯定律、ΔH的计算 ‎5.(1)[2019·课标全国Ⅱ，27(1)]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：‎ 已知：(g)===(g)＋H2(g)‎ ΔH1＝100.3 kJ·mol－1　①‎ H2(g)＋I2(g)===2HI(g)‎ ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1　②‎ 对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　③‎ ΔH3＝________ kJ·mol－1。‎ ‎(2)[2019·北京理综，27(1)]甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。‎ ‎①反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是______________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎②已知反应器中还存在如下反应：‎ ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　ΔH1‎ ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2‎ ⅲ.CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　ΔH3‎ ‎……‎ ⅲ为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用____________________________________________________________反应的ΔH。‎ ‎(3)[2018·天津理综，10(2)①]CO2与CH4经催化重整，制得合成气：‎ CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)‎ ‎①已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：‎ 化学键 C—H C===O H—H CO(CO)‎ 键能/kJ·mol－1‎ ‎413‎ ‎745‎ ‎436‎ ‎1 075‎ 则该反应的ΔH＝________。‎ 解析　(1)根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(100.3－11.0) kJ·mol－1＝＋89.3 kJ·mol－1。(2)①根据CH4与H2O反应生成H2、CO2的物质的量之比为4∶1，结合原子守恒可得反应的化学方程式为CH4＋2H2O(g)===4H2＋CO2。②根据盖斯定律，由ⅰ＋ⅱ－ⅲ或ⅰ－ⅱ－ⅲ可得C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)。(3)根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，该反应的ΔH＝(413×4＋745×2)kJ·mol－1－(1 075×2＋436×2)kJ·mol－1＝＋120 kJ·mol－1。‎ 答案　(1)89.3‎ ‎(2)①CH4＋2H2O(g)4H2＋CO2‎ ‎②C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)‎ ‎(3)＋120 kJ·mol－1‎ ‎6.(2014·新课标全国Ⅱ，13)室温下，将1 mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1 mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2，CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为：CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是(　　)‎ A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3‎ C.ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D.ΔH1＋ΔH2>ΔH3‎ 解析　根据题意，可知①CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)＋5H2O(l)　ΔH1>0，②CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH2<0，③CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)　ΔH3，根据盖斯定律有①＝②＋③，则ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即有ΔH3＝ΔH1－ΔH2>0。A项，由以上分析知，ΔH2<0，ΔH3>0，故有ΔH3>ΔH2‎ ‎，错误；B项，由于ΔH1>0，ΔH2<0，故有ΔH1<ΔH1－ΔH2＝ΔH3，正确；由以上分析ΔH3＝ΔH1－ΔH2，故C、D错误。‎ 答案　B ‎7.(2016·海南化学，6)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应：‎ C57H104O6(s)＋80O2(g)===57CO2(g)＋52H2O(l)‎ 已知燃烧‎1 kg该化合物释放出热量3.8×104 kJ，油酸甘油酯的燃烧热ΔH为(　　)‎ A.3.8‎‎×104 kJ·mol－1 B.－3.8×104 kJ·mol－1‎ C.3.4×104 kJ·mol－1 D.－3.4×104 kJ·mol－1 ‎ 解析　燃烧热是指‎25 ℃‎和101 kPa下1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量，则1 mol油酸甘油酯的燃烧热ΔH＝－＝－3.4×104 kJ·mol－1。‎ 答案　D 题组一　概念与图像 ‎1.(2019·成都调研)下列说法正确的是(　　)‎ A.锂电池使用时，能量只存在由化学能到电能的转化 B.已知P4(白、s)===4P(红、s)　ΔH＝－18.4 kJ·mol－1，故白磷比红磷稳定 C.H2在Cl2中燃烧：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)　ΔH＝－184.6 kJ·mol－1，则H2的燃烧热为184.6 kJ·mol－1‎ D.中和热测定时，其他不变，用醋酸代替盐酸测得的反应热ΔH偏大 解析　锂电池使用时，能量由化学能转化为电能和热能，A项错误；该反应为放热反应，说明白磷能量高红磷能量低，故红磷比白磷稳定，B项错误；氢气的燃烧热是指‎25 ℃‎、101 kPa时，1 mol氢气完全燃烧生成液态水时放出的热量，C项错误；测定中和热时，其他不变，若用醋酸代替盐酸，由于醋酸电离时吸收热量，则反应放出热量减小，但中和热为负值，因此反应热ΔH偏大，D项正确。‎ 答案　D ‎2.(2019·大联盟二次质检)如图为SO3分解反应的能量变化关系图。‎ 加入V2O5引起E1和E2变化，下表数据可能正确的是________(填代号)‎ E1/(kJ·mol－1)‎ E2/(kJ·mol－1)‎ A ‎592‎ ‎694‎ B ‎792‎ ‎490‎ C ‎492‎ ‎294‎ 解析　催化剂改变反应的活化能，E1、E2减小，但催化剂不改变反应的ΔH，故应选C。‎ 答案　C 题后悟道 能量变化关系图问题易错点 ‎(1)能量越低越稳定 ‎(2)催化剂 ‎①改变反应途径(参与反应)，改变活化能，改变反应速率，但不改变ΔH。‎ ‎②温度变化对催化剂的催化效果、选择性有影响。‎ 题组二　热化学方程式的书写与正误判断 ‎3.几种物质的能量关系如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A.C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－74.8 kJ·mol－1‎ B.CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝＋890.3 kJ·mol－1‎ C.2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－74.8 kJ·mol－1‎ D.E1在数值上等于1 mol CH4的总键能与2 mol H2总键能的差值 解析　根据图像可知①C(s)＋2H2(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－965.1‎ ‎ kJ·mol－1　②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1，B项错误；根据盖斯定律可知①－②即得到C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH＝－74.8 kJ·mol－1，A项正确；根据以上分析可知C项错误；E1在数值上等于1 mol CH4的总键能与1 mol碳和2 mol H2总键能的差值，D项错误。‎ 答案　A ‎4.写出下列反应的热化学方程式 ‎(1)0.3 mol气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在O2中燃烧，生成固态B2O3和液态水，放出649.5 kJ热量，则该反应的热化学方程式为 ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)肼(N2H4)是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5 kJ热量，则肼燃烧的热化学方程式为 ‎____________________________________________________________。‎ ‎(3)0.1 mol Cl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·xH2O的液态化合物，放热4.28 kJ，该反应的热化学方程式为____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 答案　(1)B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)　ΔH＝－2 165 kJ·mol－1‎ ‎(2)N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－534 kJ·mol－1‎ ‎(3)2Cl2(g)＋TiO2(s)＋‎2C(s)===TiCl4(l)＋2CO(g)　ΔH＝－85.6 kJ·mol－1‎ 易错防范 书写热化学方程式的几个易错点 ‎(1)注意对应物质的状态 ‎(2)注意对应物质的计量系数 ‎(3)注意反应的可逆性对反应过程中热量变化的影响 ‎(4)注意反应进行的方向 题组三　盖斯定律、ΔH的计算 ‎5.(1)[2018·北京理综，27(1)]近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：‎ 反应Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g)‎ ΔH＝＋551 kJ·mol－1‎ 反应Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297 kJ·mol－1‎ 反应Ⅱ的热化学方程式：_____________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ ‎(2)(2019·山东青岛一模)有效除去大气中的SO2和氮氧化物，是打赢蓝天保卫战的重中之重。用NaOH溶液吸收热电企业产生的废气时，涉及如下转化：‎ 由图甲关系可得ΔH4＝________。‎ ‎(3)(2019·山东泰安一模)资源化利用碳及其化合物具有重要意义。CO是高炉炼铁的重要还原剂，炼铁时发生的主要反应有：‎ Ⅰ.Fe2O3(s)＋‎3C(s)2Fe(s)＋3CO(g)　ΔH＝489 kJ·mol－1‎ Ⅱ.Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝－27 kJ·mol－1‎ Ⅲ.C(s)＋CO2(g)2CO(g)　ΔH＝x kJ·mol－1‎ 试计算，x＝________。反应Ⅲ中，正反应的活化能________(填“大于”、“小于”或“等于”)逆反应的活化能。‎ 解析　(1)由于反应Ⅱ是二氧化硫的歧化反应，且由题意可知其氧化产物和还原产物分别为H2SO4和S，根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应Ⅱ的化学方程式为：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)。根据盖斯定律，反应I与反应Ⅲ的热化学方程式相加得：2H2SO4(l)＋S(s)===3SO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋254 kJ·mol－1，所以反应Ⅱ的热化学方程式为：3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1。‎ ‎(2)由图甲知ΔH1＋ΔH2＝ΔH3＋ΔH4，故ΔH4＝ΔH1＋ΔH2－ΔH3。‎ ‎(3)由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ结合盖斯定律分析知 x＝(ΔHⅠ－ΔHⅡ)×＝[489－(－27)]× ‎＝＋172 kJ·mol－1。由ΔHⅢ＝＋172 kJ·mol－1＞0‎ 可知该反应为吸热反应，正反应的活化能大于逆反应的活化能。‎ 答案　(1)3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)　ΔH2＝－254 kJ·mol－1‎ ‎(2)ΔH1＋ΔH2－ΔH3　(3)＋172 kJ·mol－1　大于 题后悟道 应对雾霾污染、改善空气质量需要从多方面入手，如开发利用清洁能源。甲醇是一种可再生的清洁能源，具有广阔的开发和应用前景。‎ 已知：①CH3OH(g)＋H2O(l)===CO2(g)＋3H2(g)　ΔH＝＋93.0 kJ·mol－1‎ ‎②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－192.9 kJ·mol－1‎ ‎③CH3OH(g)===CH3OH(l)　ΔH＝－38.19 kJ·mol－1‎ 则表示CH3OH燃烧热的热化学方程式为________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 思维模型 盖斯定律计算ΔH的思维模型 ‎6.(1)[2015·浙江理综，28(1)]已知：乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：‎ ‎＋H2(g)‎ 化学键 C—H C—C C===C H—H 键能(kJ·mol－1)‎ ‎412‎ ‎348‎ ‎612‎ ‎436‎ 计算上述反应的ΔH＝________ kJ·mol－1。‎ ‎(2)(2019·教育大联盟一模)已知‎2C8H18(l)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(g)　ΔH1＝－10 244 kJ·mol－1‎ N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH2‎ ‎2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)　ΔH3＝－746 kJ·mol－1‎ ‎①若H2O(l)===H2O(g)　ΔH4＝＋44 kJ·mol－1，则表示辛烷燃烧热的热化学方程式为____________________________________________________________。‎ ‎②部分化学键键能数据如下：‎ 化学键 O===O C===O CO E/(kJ·mol－1)‎ ‎494‎ ‎799‎ ‎1 076‎ ΔH2＝________kJ·mol－1。‎ 解析　(1)设“”部分的化学键键能为a kJ·mol－1，则ΔH＝(a＋348＋412×5) kJ·mol－1－(a＋612＋412×3＋436) kJ·mol－1＝＋124 kJ·mol－1。‎ ‎(2)①表示辛烷燃烧热的热化学方程式为 C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH 由分析知ΔH＝ΔH1×－9×ΔH4＝(－10 224 kJ·mol－1)×－44 kJ·mol－1×9＝－5 518 kJ·mol－1‎ ‎②由表中数据可知2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，ΔH5＝(2×1 076＋494－2×2×799) kJ·mol－1＝－550 kJ·mol－1‎ 由盖斯定律分析知ΔH2＝ΔH5－ΔH3＝－550 kJ·mol－1－(－746) kJ·mol－1＝＋196 kJ·mol－1‎ 答案　(1)＋124　(2)①C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1　②＋196‎ 易错防范 以键能计算ΔH ‎(1)公式ΔH＝∑反应物键能－∑生成物键能。‎ ‎(2)注意键的种类、个数。‎ ‎(3)注意同分异构体如乙醇与甲醚，同素异形体如金刚石与石墨中共价键的不同情况。‎ ‎(4)常见物质中化学键的数目(1 mol为基准)。‎ 金刚石 C—C　2 mol　石墨C—C　 mol SiO2 Si—O　4mol　P4　P—P 6 mol 考点2　原电池原理及其应用 ‎1.原电池工作原理图 ‎2.原电池装置升级考查图 ‎(1)装置①②③中，电子均不能通过电解质溶液(或内电路)。‎ ‎(2)装置①中，不可能避免会直接发生Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋，化学能部分转化为热能，能量转化率比装置②低。断开K1后，装置①中会发生Zn＋Cu2＋==‎ ‎=Cu＋Zn2＋，不如装置②稳定。‎ ‎(3)盐桥的作用：原电池装置由装置①到装置②的变化是由盐桥连接两个“半电池装置”，其中盐桥的作用有三种：a.隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；b.通过离子的定向移动，构成闭合回路；c.平衡电极区的电荷。‎ ‎(4)离子交换膜作用：由装置②到装置③的变化是“盐桥”变成“质子交换膜”。离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循原电池中离子迁移方向。‎ 角度一　燃料电池 ‎1.(2015·江苏化学，10)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是(　　)‎ A.反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子 B.电极A上H2参与的电极反应为：H2＋2OH－－2e－===2H2O C.电池工作时，CO向电极B移动 D.电极B上发生的电极反应为：O2＋2CO2＋4e－===2CO 解析　A项，H4→O，则该反应中每消耗1 mol CH4转移6 mol电子，错误；该电池的传导介质为熔融的碳酸盐，所以A电极即负极上H2参与的电极反应为：H2－2e－＋CO===CO2＋H2O，错误；C项，原电池工作时，阴离子移向负极，而B极是正极，错误；D项，B电极即正极上O2参与的电极反应为：O2＋4e－＋2CO2===2CO，正确。‎ 答案　D 角度二　可逆电池 ‎2.(2019·天津理综，6)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)‎ A.放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－‎ B.放电时，溶液中离子的数目增大 C.充电时，b电极每增重‎0.65 g，溶液中有0.02 mol I－被氧化 D.充电时，a电极接外电源负极 解析　根据电池的工作原理示意图，可知放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重‎0.65 g时，转移0.02 mol e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02 mol I－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。‎ 答案　D ‎3.(2017·课标全国Ⅲ，11)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＋xS8===8Li2Sx(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－===3Li2S4‎ B.电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重‎0.14 g C.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　A项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中Li＋移动方向可知，电极a为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的还原反应，正确；B项，电池工作时负极电极方程式为：Li－e－===Li＋，当外电路中流过0.02 mol电子时，负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol，其质量为‎0.14 g，正确；C项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极a的导电能力，正确；D项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为8Li2Sx16Li＋xS8(2≤x≤8)，故Li2S2的量会越来越少，错误。‎ 答案　D 角度三　新型电池 ‎4.(2019·课标全国Ⅰ，12)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，示意图如图所示。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H2＋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 解析　由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。‎ 答案　B ‎5.(2018·浙江自选)锂(Li)－空气电池的工作原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)‎ A.金属锂作负极，发生氧化反应 B.Li＋通过有机电解质向水溶液处移动 C.正极的电极反应：O2＋4e－===2O2－‎ D.电池总反应：4Li＋O2＋2H2O===4LiOH 解析　正极氧气得到了电子后与水结合形成氢氧根，电极方程式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，故C项错误；在锂－空气电池中，金属锂失去电子，发生氧化反应，为负极，故A项正确；在负极Li失去电子变成了Li＋，会通过有机电解质向水溶液处(正极)移动，故B项正确；负极的反应式为Li－e－===Li＋，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，电池的总反应则为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，故D项正确。‎ 答案　C 题组一　燃料电池 ‎1.熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池，具有效率高、噪音低、无污染、燃料多样化、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，是未来的绿色电站。某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质、以CH4为燃料时，该电池工作原理如图。下列说法正确的是(　　)‎ A.Li＋、K＋移向左侧电极 B.外电路中电子由右侧电极移向左侧电极 C.通入1 mol气体A时，左侧电极上生成5 mol CO2‎ D.相同条件下，通入气体B与气体C的体积比为2∶1‎ 解析　该原电池为甲烷燃料电池，通入燃料的电极为负极，通入氧化剂的电极为正极，负极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，负极上产生的二氧化碳可以为正极所利用，所以左侧是负极，右侧是正极。原电池放电时，阳离子向正极移动，Li＋、K＋向右侧电极移动，A错误；外电路中电子由负极流向正极，即从左侧电极移向右侧电极，B错误；负极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O，正极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，通入1 mol CH4气体时，左侧电极上生成5 mol CO2，C正确；相同条件下，通入气体B与气体C的体积比为1∶2，D错误。‎ 答案　C ‎2.(2019·辽宁铁岭五校联考)微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)‎ A.电子从电极b流出，经外电路流向电极a B.HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应为HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋‎ C.如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化 D.若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H＋通过质子交换膜 解析　b电极通入氧气，是正极，a电极是负极，电子从a流出，经外电路流向b，A错误；a电极是负极，发生失去电子的氧化反应，即HS－在硫氧化菌作用下转化为SO，电极反应是HS－＋4H2O－8e－===SO＋9H＋，B正确；如果将反应物直接燃烧，会有部分化学能转化为光能，因此能量的利用率会变化，C错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，根据电荷守恒可知有0.4 mol H＋通过质子交换膜与0.1 mol氧气结合转化为水，D错误。‎ 答案　B ‎3.甲烷、氧气燃料电池电极反应式的书写。‎ ‎(1)酸性介质中，如以硫酸为电解质溶液，负极反应：____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________、‎ 正极反应：____________________________________________________________。‎ ‎(2)碱性介质中，如以KOH溶液为电解质溶液，负极反应：____________________________________________________________、‎ 正极反应：____________________________________________________________。‎ ‎(3)熔融盐介质，如以熔融K2CO3为电解质，负极反应：‎ ‎____________________________________________________________、‎ 正极反应(同时充入CO2)：_____________________________________。‎ ‎(4)掺杂Y2O3的ZrO2固体作电解质(含可自由移动的O2－)，负极反应：____________________________________________________________、‎ 正极反应：____________________________________________________________。‎ 答案　(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋‎ ‎2O2＋8H＋＋8e－===4H2O ‎(2)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O ‎2O2＋4H2O＋8e－===8OH－‎ ‎(3)CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O ‎2O2＋4CO2＋8e－===4CO ‎(4)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O ‎2O2＋8e－===4O2－‎ 题后悟道 新型化学电源中电极反应式的书写三步骤 题组二　可逆电池 ‎4.(2019·潍坊一模)石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性而研发的新型可充放电电池，其反应式为LixC6＋Li1－xCoO2C6＋LiCoO2，其工作原理如图所示。下列关于该电池的说法正确的是(　　)‎ A.充电时，Li＋嵌入LiCoO2中 B.放电时，LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋‎ C.放电时负极反应为：Li－e－===Li＋‎ D.充电时，若转移1 mol e－，石墨烯电极增重‎7 g 解析　A项，充电时LiCoO2电极上发生LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋，LiCoO2释放Li＋，错误；B项，放电时LiCoO2电极发生Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2，错误；C项，放电时负极反应LixC6－xe－===xLi＋＋C6，错误；D项，充电时，若转移1 mol e－，则有1 mol Li＋放电，石墨烯电极增重‎7 g，正确。‎ 答案　D ‎5.(2019·山东潍坊二模)新型锌碘液流电池具有能量密度高、循环寿命长等优势，其工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A.放电时电流从石墨电极流向锌电极 B.充电时阳极反应式为：3I－－2e－===I C.若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜，放电时正负极也随之改变 D.放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大 解析　A项，由电极材料可知锌为负极，石墨为正极，电流从石墨电极流向锌电极，正确；B项，充电时，左侧为阳极，电极反应式为3I－－2e－===I，正确；C项，改变离子交换膜，电极不变，错误；D项，放电时，左侧电极反应式为I＋2e－===3I－，为使溶液呈电中性，Zn2＋通过阳离子交换膜从右侧移动到左侧，左侧离子总浓度增大，正确。‎ 答案　C 题后悟道 有关可逆电池的解题思路 题组三　新型电池 ‎6.(2019·广州调研)一种钌(Ru)基配合物光敏染料敏化太阳能电池的示意图如下，电池工作时发生的反应为：‎ RuⅡRuⅡ*(激发态)‎ RuⅡ*―→RuⅢ＋e－‎ I＋2e－―→3I－‎ ‎2RuIII＋3I－―→2RuII＋I 下列关于该电池的叙述错误的是(　　)‎ A.电池中镀Pt导电玻璃为正极 B.电池工作时，I－在镀Pt导电玻璃上放电 C.电池工作时，电解质中I－和I浓度不会减少 D.电池工作时，是将太阳能转化为电能 解析　根据电池工作时电子从透明导电玻璃流入镀Pt导电玻璃，则透明导电玻璃为负极，镀Pt导电玻璃为正极，A项正确；电池工作时，镀Pt导电玻璃为正极，电极反应为I＋2e－===3I－，正极上为I放电，B项错误；根据电池工作时发生的反应可知，I在正极上得电子被还原为I－，后I－又被RuⅢ氧化为I，I和I－相互转化，电解质中I－和I浓度不会减少，C项正确。电池工作时，是将太阳能转化为电能，D项正确。‎ 答案　B ‎7.(2019·河北衡水中学一模)垃圾假单胞菌株能够在分解有机物的同时分泌物质产生电能，其原理如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.电流由左侧电极经过负载后流向右侧电极 B.放电过程中，正极附近pH变小 C.若1 mol O2参与电极反应，有4 mol H＋穿过质子交换膜进入右室 D.负极电极反应为H2PCA＋2e－===PCA＋2H＋‎ 解析　A项，由电极上的转化O2→H2O，有机物→CO2＋H2O可判断出左侧为负极，右侧为正极，电流方向为从右侧流向左侧，错误；B项，正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，消耗H＋，c(H＋)减小，pH增大，错误；C项，1 mol O2参与反应转移电子数为4 mol，有4 mol H＋通过质子交换膜进入右室，正确；D项负极发生氧化反应失电子，错误。‎ 答案　C 题后悟道 原电池中正极和负极的5种判断方法 考点3　电解池原理及其应用 ‎1.电解池工作原理图解 ‎2.正确判断电极产物的突破方法 ‎(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁作阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)＞含氧酸根离子。‎ ‎(2)阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断：‎ Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)‎ ‎3.掌握电解规律(阳极为惰性电极)‎ 电解类型 电解质实例 溶液复原物质 电解水 NaOH、H2SO4或Na2SO4‎ 水 电解电解质 HCl或CuCl2‎ 原电解质 放氢生碱型 NaCl HCl气体 放氧生酸型 CuSO4或AgNO3‎ CuO或Ag2O 注意　电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，可加入适量水复原。(如加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3可使溶液复原，适用于电解生成nCu∶nO2＝1∶1的情况)‎ 角度一　利用电解原理处理污染 ‎1.(2018·课标全国Ⅰ，13)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@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：‎ ‎①EDTA－Fe2＋－e－===EDTA－Fe3＋‎ ‎②2EDTA－Fe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTA－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 解析　阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；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；石墨烯作阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋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。‎ 答案　C ‎2.(2015·四川理综，4)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－＋H2O C.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　Cl－在阳极发生氧化反应生成ClO－，水电离出的H＋‎ 在阴极发生还原反应生成H2，又由于电解质溶液呈碱性，故A、B、C项正确；D项，溶液呈碱性，离子方程式中不能出现H＋，正确的离子方程式为2CN－＋5ClO－＋H2O===N2↑＋2CO2↑＋5Cl－＋2OH－，错误。‎ 答案　D 角度二　利用电解原理制备物质 ‎(一)无隔膜电解池 ‎3.(1)[2019·课标全国Ⅲ，28(4)]在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：‎ 负极区发生的反应有___________________________________________‎ ‎(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。‎ ‎(2)[2019·北京理综，27(2)]可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接K1或K2，可交替得到H2和O2。‎ ‎①制H2时，连接________。产生H2的电极反应式是 ‎____________________________________________________________。‎ ‎②改变开关连接方式，可得O2。‎ ‎③结合①和②中电极3的电极反应式，说明电极3的作用：____________________________________________________________。‎ 解析　(1)负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4 mol电子消耗1 mol O2，则转移1 mol电子消耗氧气 mol，其在标准状况下的体积 为 mol×‎22.4 L·mol－1＝‎5.6 L。(2)①电解碱性电解液时，H2O电离出的H＋在阴极得到电子产生H2，根据题图可知电极1与电池负极连接，为阴极，所以制H2时，连接K1，产生H2的电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。③制备O2时碱性电解液中的OH－失去电子生成O2，连接K2，O2在电极2上产生。连接K1时，电极3为电解池的阳极，Ni(OH)2失去电子生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2－e－＋OH－===NiOOH＋H2O，连接K2时，电极3为电解池的阴极，电极反应式为NiOOH＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－，使电极3得以循环使用。‎ 答案　(1)Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6‎ ‎(2)①K1　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－　③制H2时，电极3发生反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O。制O2时，上述电极反应逆向进行，使电极3得以循环使用 ‎(二)“单膜”电解池 ‎4.[2018·课标全国Ⅲ，27(3)①②]KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。‎ ‎(1)写出电解时阴极的电极反应式_____________________________________。‎ ‎(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________________，其迁移方向是________。‎ 解析　(1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑或2H＋＋2e－===H2↑。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。‎ 答案　(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑(或2H＋＋2e－===H2↑)　(2)K＋　由a到b ‎(三)“双膜”电解池 ‎5.(2016·课标全国Ⅰ，11)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SO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SO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1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成 解析　电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO离子向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项错误，B正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，错误。‎ 答案　B 角度三　“多池组合”电解池 ‎6.(2016·北京理综，12)用石墨电极完成下列电解实验。‎ 实验一 实验二 装置 现象 a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化 两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生；……‎ 下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)‎ A.a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ B.b处：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C.c处发生了反应：Fe－2e－===Fe2＋‎ D.根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜 解析　‎ A项，a、d处试纸变蓝，说明溶液显碱性，是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子剩余造成的，正确；B项，b处变红，局部褪色，说明是溶液中的氯离子放电生成氯气同时与H2O反应生成HClO和H＋，Cl－－2e－＋H2O===HClO＋H＋，错误；C项，c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，正确；D项，实验一中ac形成电解池，bd形成电解池，所以实验二中形成3个电解池，n(右面)有气泡生成，为阴极产生氢气，n的另一面(左面)为阳极产生Cu2＋，Cu2＋在m处得电子析出铜，正确。‎ 答案　B ‎7.(2014·广东理综，11)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则(　　)‎ A.电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B.电极Ⅰ发生还原反应 C.电极Ⅱ逐渐溶解 D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 解析　分析图可知：左侧两个烧杯的装置形成原电池，且Ⅰ为负极，Ⅱ为正极，而最右边的装置为电解池，因此，该装置中电子流向：电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ，则电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ，A正确；电极Ⅰ发生氧化反应，B错误；电极Ⅱ的电极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，有铜析出，C错误；电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应为Cu－2e－===Cu2＋，D错误。‎ 答案　A 角度四　金属的腐蚀与防护 ‎8.(2017·课标全国Ⅰ，11)支撑海港码头基础的防腐技术，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 解析　钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，错误。‎ 答案　C ‎9.(2018·北京理综，12)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。‎ ‎①‎ ‎②‎ ‎③‎ 在Fe表面生成蓝色沉淀 试管内无明显变化 试管内生成蓝色沉淀 下列说法不正确的是(　　)‎ A.对比②③，可以判定Zn保护了Fe B.对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化 C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法 D.将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼 解析　②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe作负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋‎ 是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活泼性，D项错误。‎ 答案　D 题组一　电解池电解方程式的书写 ‎1.基本电极反应式的书写 按要求书写电极反应式 ‎(1)用惰性电极电解NaCl溶液：‎ 阳极：____________________________________________________________。‎ 阴极：____________________________________________________________。‎ ‎(2)用惰性电极电解CuSO4溶液：‎ 阳极：____________________________________________________________。‎ 阴极：____________________________________________________________。‎ ‎(3)铁作阳极，石墨作阴极电解NaOH溶液：‎ 阳极：____________________________________________________________。‎ 阴极：____________________________________________________________。‎ 答案　(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎(2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)　2Cu2＋＋4e－===2Cu ‎(3)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2　2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ ‎2.提取“信息”，明确电解目的，书写电极反应式 ‎(1)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，则电极反应式为 阳极：____________________________________________________________。‎ 阴极：____________________________________________________________。‎ ‎(2)用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为 阳极：____________________________________________________________。‎ 阴极：____________________________________________________________。‎ 答案　(1)Al－3e－＋7AlCl===4Al2Cl　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl ‎(2)2MnO－2e－===2MnO　2H＋＋2e－===H2↑‎ ‎3.根据“交换膜”结合信息、书写电极反应式 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　4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(或2H2O－4e－===O2↑＋4H＋)　a 题组二　利用电解原理处理污染 ‎4.(2019·山东济宁质检)世界水产养殖协会介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质的方法，其原理如图所示，电极C1、C2为惰性电极，下列说法正确的是(　　)‎ A.C1极上发生还原反应 B.C1极上的电势比C2极上的高 C.若有1 mol NO被还原，则有1 mol H＋通过质子膜迁移至阴极区 D.若有机物为葡萄糖(C6H12O6)，则1 mol葡萄糖被完全氧化时，理论上电极流出20 mol e－‎ 解析　由C1电极有机物→CO2、C2电极NO→N2分析可知，C1为阳极，C2为阴极。A项，C1极发生氧化反应，错误；B项，C1极比C2极电势高，正确；C项，1 mol NO→N2，转移5 mol e－，对应5 mol H＋，错误；D项，1 mol C6H12O6→6 m ol CO2，转移24 mol e－，错误。‎ 答案　B ‎5.(2019·山东聊城一模)电解絮凝净水可用如图装置模拟探究，下列叙述正确的是(　　)‎ A.电子从X极经电解液流入Y极 B.铝电极表面的反应有：Al－3e－===Al3＋，4OH－－4e－===O2↑＋2H2O C.Y的电极反应：Pb－2e－＋SO===PbSO4‎ D.电路每通过2 mol电子，理论上电解池阴极上有‎22.4 L H2生成 解析　由右池可知铝电极处发生Al→Al3＋、OH－→O2，故该极为阳极，Fe电极为阴极，B项正确；经分析知X为负极，Y为正极，Y电极上发生PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O，C项错误；电子不能流经电解液，A项错误；‎22.4 L H2未注明为标准状况，D项错误。‎ 答案　B 题后悟道 电解池解题思维模型 题组三　利用电解原理制备物质 ‎6.锌—铈液流电池体系作为氧化还原液流电池中的新生一代，有着诸多的优势，如开路电位高、污染小等。锌—铈液流电池放电时的工作原理如图所示，其中，b电极为惰性材料，不参与电极反应。下列有关说法正确的是(　　)‎ A.放电时，电池的总反应式为2Ce4＋＋Zn===Zn2＋＋2Ce3＋‎ B.充电时，a极发生氧化反应，b极发生还原反应 C.充电时，当电路中通过0.1 mol电子时，b极增加‎14 g D.选择性离子膜为阴离子交换膜，能阻止阳离子通过 解析　锌—铈液流电池工作时，放电时锌是负极，负极发生电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极上发生得电子的还原反应：Ce4＋＋e－===Ce3＋，电池的总反应式为2Ce4＋＋Zn===Zn2＋＋2Ce3＋，故A正确；充电时a是阴极，发生得电子的还原反应，b极是阳极，发生氧化反应，故B错误；充电时，b极是阳极，发生氧化反应，Ce3＋－e－===Ce4＋，电极质量不变，故C错误。根据两极反应情况，为保证两极间互不影响，交换膜应选择质子交换膜，故D项错误。‎ 答案　A ‎7.(2019·山东济宁一模)双极膜电渗析一步法盐制酸碱的技术进入到了工业化阶段，某科研小组研究采用BMED膜堆(如图所示)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法正确的是(　　)‎ A.电极Y连接电源的正极，发生还原反应 B.Ⅰ口排出的是混合碱，Ⅱ口排出的是淡水 C.电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生 D.a左侧膜为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜 解析　由H＋、OH－的移动方向可知电极X为阳极，电极Y为阴极。A项，电极Y为阴极，连接电源的负极，错误；D项，a左侧膜为阴离子交换膜，错误；B项，Ⅰ口排出物质为酸，Ⅱ口排出物质为淡水，错误；C项，用Na2SO4溶液作电解液，电解过程中H＋、OH－放电，产生H2、O2，不会对环境造成污染，正确。‎ 答案　C ‎8.(2019·山东潍坊二模)利用电解方法也可以实现铈的回收。‎ ‎(1)在酸性条件下电解Ce2O3(如图)：阳极电极反应式为 ‎____________________________________________________________，‎ 离子交换膜为________(填“阴”或“阳”)离子交换膜。‎ ‎(2)电解产物Ce(SO4)2是重要的氧化剂，将其配成标准溶液，在酸性条件下能测定工业盐中NaNO2的含量，写出发生反应的离子方程式____________________________________________________________‎ ‎____________________________________________________________。‎ 解析　阳极发生氧化反应，Ce2O3→Ce4＋，故阳极反应式为Ce2O3－2e－＋6H＋===2Ce4＋＋3H2O，Ce4＋在阳极生成，而产品Ce(SO4)2在阴极得到，故Ce4＋需从左侧移动到右侧，故应选阳离子交换膜。‎ 答案　(1)Ce2O3－2e－＋6H＋===2Ce4＋＋3H2O　阳 ‎(2)2Ce4＋＋NO＋H2O===2Ce3＋＋NO＋2H＋‎ 题后悟道 ‎)‎ 题组四　“多池组合”电解池 ‎9.(2019·合肥质检)图甲为一种新型污水处理装置，该装置可利用一种微生物将有机废水的化学能直接转化为电能，图乙是一种用惰性电极电解饱和食盐水的消毒液发生器。下列说法不正确的是(　　)‎ A.图甲的X点要与图乙中的a极连接 B.图乙中b极的电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑‎ C.当N极消耗1 mol气体时，有2 mol H＋通过离子交换膜 D.若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极反应为：(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋‎ 解析　图甲中N极上O2转化为H2O，发生还原反应，则N极为正极，M极为负极，图乙通过电解饱和食盐水获得消毒液，则a极析出H2，b极析出Cl2，a极为阴极，b极为阳极，电解池的阳极与电源正极相连，电解池的阴极与电源负极相连，故X点与a极相连，A项正确；图乙中b极析出氯气，电极反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，B项正确；根据O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当N极消耗1 mol气体时，转移4 mol电子，故有4 mol H＋通过离子交换膜，C项错误；若有机废水中主要含有淀粉，则图甲中M极上淀粉转化为CO2，电极反应为：(C6H10O5)n＋7nH2O－24ne－===6nCO2↑＋24nH＋，D项正确。‎ 答案　C ‎10.(2019·山东潍坊一模)碳呼吸电池是2016年十大创新技术之一。利用碳呼吸电池为钠硫电池充电的实验装置如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A.a极为多孔碳电极 B.充电时，Na＋通过固体氧化铝陶瓷向N极移动 C.充电过程中每得到1 mol Al2(C2O4)3，N极上可生成3x mol S单质 D.随着反应的进行，碳呼吸电池中C2O浓度不断减小 解析　A项，由钠硫电池的结构知充电时M为阴极，应接电源的负极——Al电极，错误；B项，充电时，Na＋向阴极移动，移向M极，错误；C项，充电时，每生成1 mol Al2(C2O4)3转移电子6 mol，由S－2e－===xS可知N极上生成3x mol S，正确；D项，碳呼吸电池的总反应方程式为4Al＋12CO2===2Al2(C2O4)3，C2O浓度不变，错误。‎ 答案　C 题后悟道 多池串联装置中的电极判断 ‎(1)有外接电源——依据电源的正、负极判断。‎ ‎(2)无外接电源——①燃料电池作电源。依据燃料电池的正、负极判断；②一般原电池作电源。最活泼的金属电极电势最低，为负极。依此进行判断。‎ ‎(‎ ‎3)位置相同(左侧或右侧等)的电极名称相同。即分别按阴、阳交替排列，不能颠倒。‎ ‎(4)串联电路中，每一个电极上转移电子数相等。‎ 题组五　金属的腐蚀与防护 ‎11.(2019·辽宁五校联合一模)高压直流电线路的瓷绝缘子经日晒雨淋容易出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)‎ A.通电时，锌环是阳极，发生氧化反应 B.通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－‎ C.断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn D.断电时，仍能防止铁帽被腐蚀 解析　A项，由电源正、负极可知锌环为阳极，正确；B项，通电时，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，正确；C项，断电时，锌环为负极，反应式为Zn－2e－===Zn2＋，错误；D项，断电时，锌环为负极，铁帽为正极，受到保护，正确。‎ 答案　C ‎12.下列叙述错误的是(　　)‎ A.合理处理废旧电池有利于保护环境和资源再利用[2018·课标全国Ⅰ，7(A)]‎ B.电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是牺牲阳极的阴极保护法[2018·课标全国Ⅲ，7(D)]‎ C.电解精炼铜的阳极反应：Cu2＋＋2e－===Cu[2018·北京理综，8(D)]‎ D.铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈[2018·天津理综，3(B)]‎ 解析　废旧电池中含有的金属、电解质溶液会对水体和土壤等造成污染，处理废旧电池有利于资源再利用，同时能够降低环境污染，保护环境，A项正确；活泼金属镁易失去电子，形成原电池时为负极，电热水器内胆(Ag)被保护，此为牺牲阳极的阴极保护法，B项正确。电解精炼铜时，阳极发生氧化反应，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋‎ ‎，C项错误；铁管镀锌层局部破损后，与电解质溶液接触形成原电池，该原电池中，锌为负极，被腐蚀，而铁管为正极，被保护，因此铁管不易生锈，D项正确。‎ 答案　C