2019届高考化学二轮复习专题五化学反应与能量课件（115张）

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专题 五 　 化学反应与能量 [ 考纲要求 ] 　 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 (Δ H ) 与反应热的含义。 6. 理解盖斯定律，并能运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。 内容索引 考点一　化学能与热能 考点二　原电池原理及其应用 考点三　电解池原理及其应用 化学能与热能 考点一 ( 一 ) 反应热及其表示方法 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 。 核心知识透析 (2) 从宏观的角度说，是反应物自身的能量与生成物能量的差值， 在 右 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 —— 键能 反应热与键能的关系： 反应热： Δ H ＝ E 1 － E 2 或 Δ H ＝ E 4 － E 3 ，即 Δ H 等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。 3. 反应热的表示方法 —— 热化学方程式 热化学方程式书写或判断的注意事项。 (1) 注意 Δ H 的符号和单位： Δ H 的单位为 kJ·mol － 1 。 (2) 注意测定条件：绝大多数的反应热 Δ H 是在 25 ℃ 、 101 kPa 下测定的，此时可不注明温度和压强。 (3) 注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式化学计量数可以是整数，也可以是分数。 (4) 注意物质的聚集状态：气体用 “ g ” ，液体用 “ l ” ，固体用 “ s ” ，溶液用 “ aq ” 。热化学方程式中不用 “↑” 和 “↓” 。 (5) 注意 Δ H 的数值与符号：如果化学计量数加倍，则 Δ H 也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反 。 (6) 对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。 如： ① S( 单斜， s) ＋ O 2 (g) == =SO 2 (g) Δ H 1 ＝－ 297.16 kJ·mol － 1 ② S( 正交， s) ＋ O 2 (g) == =SO 2 (g) Δ H 2 ＝－ 296.83 kJ·mol － 1 ③ S( 单斜， s) == =S( 正交， s) Δ H 3 ＝－ 0.33 kJ·mol － 1 ( 二 ) 盖斯定律及其应用 1. 定律内容 一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应的始态和终态有关。 2. 常用关系式 热化学方程式 焓变之间的关系 a A == =B 　 Δ H 1 A == = 　 Δ H 2 Δ H 2 ＝ Δ H 1 或 Δ H 1 ＝ a Δ H 2 a A == =B 　 Δ H 1 B == = a A 　 Δ H 2 Δ H 1 ＝－ Δ H 2 Δ H ＝ Δ H 1 ＋ Δ H 2 1. 正误判断，正确的打 “√” ，错误的打 “×” ( 1 ) 如 图表示燃料燃烧反应的能量变化 ( 　　 ) (2016· 江苏， 10A) (2) 在 CO 2 中， Mg 燃烧生成 MgO 和 C 。该反应中化学能全部转化为 热能 ( 　　 ) (2015· 江苏， 4D) (3) 催化剂能改变反应的焓变 ( 　　 )( 2012· 江苏， 4B) 高考真题研究 × × × 答案 1 2 3 4 5 6 (4) 催化剂能降低反应的活化能 ( 　　 )( 2012· 江苏， 4C) (5) 同温同压下， H 2 (g) ＋ Cl 2 (g) == =2HCl(g) 在光照和点燃条件下的 Δ H 不同 ( 　　 ) (6)500 ℃ 、 30 MPa 下，将 0.5 mol N 2 (g) 和 1.5 mol H 2 (g) 置于密闭容器中充分反应生成 NH 3 (g) ，放热 19.3 kJ ，其热化学方程式为 N 2 (g) ＋ 3H 2 (g ) 　　　　　 2NH 3 (g ) 　 Δ H ＝－ 38.6 kJ·mol － 1 ( 　　 ) 答案 √ × × 1 2 3 4 5 6 2.(2016· 海南， 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： C 57 H 104 O 6 (s) ＋ 80O 2 (g) == =57CO 2 (g) ＋ 52H 2 O(l) 已知燃烧 1 kg 该化合物释放出热量 3.8 × 10 4 kJ ，油酸甘油酯的燃烧热 Δ H 为 A.3.8 × 10 4 kJ·mol － 1 B . － 3.8 × 10 4 kJ·mol － 1 C.3.4 × 10 4 kJ·mol － 1 D . － 3.4 × 10 4 kJ·mol － 1 答案 √ 1 2 3 4 5 6 3. [2015· 海南， 16(3)] 由 N 2 O 和 NO 反应生成 N 2 和 NO 2 的能量变化如图所示，若生成 1 mol N 2 ，其 Δ H ＝ ______kJ·mol － 1 。 答案 － 139 1 2 3 4 5 6 4.(1) [2015· 浙江理综， 28(1)] 乙苯催化脱氢制苯乙烯反应： 已知： 计算上述反应的 Δ H ＝ ____ kJ·mol － 1 。 化学键 C—H C—C C = =C H—H 键能 /kJ·mol － 1 412 348 612 436 124 答案 解析 解析　 设 “ 　　　　　 ” 部分的化学键键能为 a kJ·mol － 1 ，则 Δ H ＝ ( a ＋ 348 ＋ 412 × 5) kJ·mol － 1 － ( a ＋ 612 ＋ 412 × 3 ＋ 436) kJ·mol － 1 ＝ 124 kJ·mol － 1 。 1 2 3 4 5 6 (2)[2015· 全国卷 Ⅰ ， 28(3)] 已知反应 2HI(g) == =H 2 (g) ＋ I 2 (g) 的 Δ H ＝＋ 11 kJ·mol － 1 ,1 mol H 2 (g) 、 1 mol I 2 (g) 分子中化学键断裂时分别需要吸收 436 kJ 、 151 kJ 的能量，则 1 mol HI(g) 分子中化学键断裂时需吸收的能量为 _____kJ 。 299 答案 解析 解析　 形成 1 mol H 2 (g) 和 1 mol I 2 (g) 共放出 436 kJ ＋ 151 kJ ＝ 587 kJ 能量，设断裂 2 mol HI(g) 中化学键吸收 2 a kJ 能量，则有 2 a － 587 ＝ 11 ，得 a ＝ 299 。 [ 另解： Δ H ＝ 2 E (H—I) － E (H—H) － E (I—I) ， 2 E (H—I) ＝ Δ H ＋ E (H—H) ＋ E (I—I) ＝ 11 kJ·mol － 1 ＋ 436 kJ·mol － 1 ＋ 151 kJ·mol － 1 ＝ 598 kJ·mol － 1 ，则 E (H—I) ＝ 299 kJ·mol － 1 。 ] 1 2 3 4 5 6 失误防范 利用键能计算反应热，要熟记公式： Δ H ＝反应物总键能－生成物总键能，其关键是弄清物质中化学键的数目。在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。原子晶体： 1 mol 金刚石中含 2 mol C—C 键， 1 mol 硅中含 2 mol Si—Si 键， 1 mol SiO 2 晶体中含 4 mol Si—O 键；分子晶体： 1 mol P 4 中含有 6 mol P—P 键， 1 mol P 4 O 10 ( 即五氧化二磷 ) 中含有 12 mol P—O 键、 4 mol P == O 键， 1 mol C 2 H 6 中含有 6 mol C—H 键和 1 mol C—C 键。 1 2 3 4 5 6 5.(1)[2017· 天津， 7(3)]0.1 mol Cl 2 与焦炭、 TiO 2 完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成 TiO 2 · x H 2 O 的液态化合物，放热 4.28 kJ ，该反应的热化学方程式 为 ______________________________________________ ______________ 。 2Cl 2 (g) ＋ TiO 2 (s) ＋ 2C(s) == =TiCl 4 (l) ＋ 2CO(g) 　 Δ H ＝ 答案 － 85.6 kJ·mol － 1 1 2 3 4 5 6 (2)[2015· 天津理综， 7(4)] 随原子序数递增，八种短周期元素 ( 用字母 x 等表示 ) 原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如下图所示。 根据判断出的元素回答问题： 已知 1 mol e 的单质在足量 d 2 中燃烧，恢复至室温，放出 255.5 kJ 热量，写出该反应的热化学方程式： ______________________________________ ______ 。 2Na(s) ＋ O 2 (g)===Na 2 O 2 (s) 　 Δ H ＝－ 511 kJ·mol － 1 答案 1 2 3 4 5 6 (3) 晶体硅 ( 熔点 1 410 ℃ ) 是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下： 写出 SiCl 4 的电子式： __________ ； 在上述由 SiCl 4 制纯硅的反应中，测得 每生成 1.12 kg 纯硅需吸收 a kJ 热量，写出该反应的热化学方程式 ： _________ _________________________________________________ 。 SiCl 4 (g) 答案 1 2 3 4 5 6 (4)[2015· 安徽理综， 27(4)]NaBH 4 (s) 与水 (l) 反应生成 NaBO 2 (s) 和氢气 (g) ，在 25 ℃ 、 101 kPa 下，已知每消耗 3.8 g NaBH 4 (s) 放热 21.6 kJ ，该反应的热化学方程式 是 _______________________________________________ ______________ 。 NaBH 4 (s) ＋ 2H 2 O(l) == =NaBO 2 (s) ＋ 4H 2 (g ) 　 Δ H ＝ 答案 － 216 kJ·mol － 1 1 2 3 4 5 6 反思归纳 热化学方程式书写易出现的错误 (1) 未标明反应物或生成物的状态而造成错误。 (2) 反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出 “ ＋ ” 号，放热反应未标出 “ － ” 号，从而导致错误。 (3) 漏写 Δ H 的单位，或者将 Δ H 的单位写为 kJ ，从而造成错误。 (4) 反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。 (5) 对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是 1 mol 可燃物或生成 1 mol H 2 O(l) 而造成错误。 1 2 3 4 5 6 6.(1)[2018· 北京， 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 ： 2H 2 SO 4 (l) == =2SO 2 (g) ＋ 2H 2 O(g) ＋ O 2 (g) Δ H 1 ＝＋ 551 kJ·mol － 1 反应 Ⅲ ： S(s) ＋ O 2 (g) == =SO 2 (g) 　 Δ H 3 ＝－ 297 kJ·mol － 1 反应 Ⅱ 的热化学方程式： _______________________________________ __ _ ___________ 。 3SO 2 (g) ＋ 2H 2 O(g)===2H 2 SO 4 (l) ＋ S(s) 　 Δ H 2 ＝ － 254 kJ·mol － 1 答案 解析 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 (2)[2018· 江苏， 20(1)] 用水吸收 NO x 的相关热化学方程式如下： 2NO 2 (g) ＋ H 2 O(l) == =HNO 3 (aq) ＋ HNO 2 (aq) Δ H ＝－ 116.1 kJ·mol － 1 3HNO 2 (aq) == =HNO 3 (aq) ＋ 2NO(g) ＋ H 2 O(l) Δ H ＝ 75.9 kJ·mol － 1 反应 3NO 2 (g) ＋ H 2 O(l) == =2HNO 3 (aq) ＋ NO(g) 的 Δ H ＝ ________ kJ·mol － 1 。 － 136.2 答案 解析 解析　 将题给三个热化学方程式依次编号为 ① 、 ② 和 ③ ，根据盖斯定律可知， ③ ＝ ( ①× 3 ＋ ② ) /2 ，则 Δ H ＝ ( － 116.1 kJ·mol － 1 × 3 ＋ 75.9 kJ·mol － 1 )/ 2 ＝－ 136.2 kJ·mol － 1 。 1 2 3 4 5 6 (3)[2018· 全国卷 Ⅰ ， 28(2) ① ] 已知： 2N 2 O 5 (g) == =2N 2 O 4 (g) ＋ O 2 (g) 　 Δ H 1 ＝－ 4.4 kJ·mol － 1 2NO 2 (g) == =N 2 O 4 (g) 　 Δ H 2 ＝－ 55.3 kJ·mol － 1 则反应 N 2 O 5 (g) == =2NO 2 (g) ＋ O 2 (g ) 的 Δ H ＝ ______ kJ·mol － 1 。 ＋ 53.1 解析　 令 2N 2 O 5 (g) == =2N 2 O 4 (g) ＋ O 2 (g) 　 Δ H 1 ＝－ 4.4 kJ·mol － 1 　 a 2NO 2 (g) == =N 2 O 4 (g) 　 Δ H 2 ＝－ 55.3 kJ·mol － 1 　 b 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 将题给两个热化学方程式依次编号为 ① 、 ② ，根据盖斯定律，由 ①× 3 ＋ ② 可得： 4SiHCl 3 (g)===SiH 4 (g) ＋ 3SiCl 4 (g) ，则有 Δ H ＝ 3Δ H 1 ＋ Δ H 2 ＝ 3 × 48 kJ·mol － 1 ＋ ( － 30 kJ·mol － 1 ) ＝ 114 kJ·mol － 1 。 (4)[2018· 全国卷 Ⅲ ， 28(2)]SiHCl 3 在催化剂作用下发生反应： 2SiHCl 3 (g) == =SiH 2 Cl 2 (g) ＋ SiCl 4 (g) Δ H 1 ＝ 48 kJ·mol － 1 3SiH 2 Cl 2 (g) == =SiH 4 (g) ＋ 2SiHCl 3 (g) Δ H 2 ＝－ 30 kJ·mol － 1 则反应 4SiHCl 3 (g) == =SiH 4 (g) ＋ 3SiCl 4 (g) 的 Δ H 为 _____kJ·mol － 1 。 114 答案 解析 1 2 3 4 5 6 (5)[2018· 全国卷 Ⅱ ， 27(1) 节选 ]CH 4 —CO 2 催化重整反应为 CH 4 (g) ＋ CO 2 (g) == =2CO(g) ＋ 2H 2 (g) 。 已知： C(s) ＋ 2H 2 (g) == =CH 4 (g) 　 Δ H ＝－ 75 kJ·mol － 1 C(s) ＋ O 2 (g) == =CO 2 (g) 　 Δ H ＝－ 394 kJ·mol － 1 C(s) ＋ == =CO(g) 　 Δ H ＝－ 111 kJ·mol － 1 该催化重整反应的 Δ H ＝ _____kJ·mol － 1 。 247 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 将题给三个反应依次编号为 ① 、 ② 、 ③ ： C(s) ＋ 2H 2 (g) == =CH 4 (g) 　 Δ H ＝－ 75 kJ·mol － 1 ① C(s) ＋ O 2 (g) == =CO 2 (g) 　 Δ H ＝－ 394 kJ·mol － 1 ② 根据盖斯定律，由 ③× 2 － ① － ② 可得： CH 4 (g) ＋ CO 2 (g) == =2CO(g) ＋ 2H 2 (g) Δ H ＝ 247 kJ·mol － 1 。 1 2 3 4 5 6 答题模板 叠加法求焓变 步骤 1 　 “ 倒 ” 为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。 步骤 2 　 “ 乘 ” 为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘 。 1 2 3 4 5 6 步骤 3 　 “ 加 ” 上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也要相加。 1 2 3 4 5 6 1. 下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是 A.HCl 和 NaOH 反应的中和热 Δ H ＝－ 57.3 kJ·mol － 1 ，则 H 2 SO 4 和 Ca(OH) 2　 　 反应 的中和热 Δ H ＝ 2 × ( － 57.3) kJ·mol － 1 B.CO(g) 的燃烧热 Δ H ＝－ 283.0 kJ·mol － 1 ，则 2CO 2 (g) == =2CO(g) ＋ O 2 (g ) 　 反应 的 Δ H ＝＋ 2 × 283.0 kJ·mol － 1 C. 氢气的燃烧热 Δ H ＝－ 285.5 kJ·mol － 1 ，则电解水的热化学方程式 为 　 2H 2 O(l)　　　2H 2 (g ) ＋ O 2 (g) 　 Δ H ＝＋ 285.5 kJ·mol － 1 D.1 mol 甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热 考向题组集训 √ 答案 解析 解析　 在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成 1 mol 液态 H 2 O 时的反应热叫做中和热， 中和热是以生成 1 mol 液态 H 2 O 为基准的， A 项错误； 电解 2 mol 水吸收的热量和 2 mol H 2 完全燃烧生成液态水时放出的热量相等， Δ H 应为＋ 571.0 kJ·mol － 1 ， C 项错误； 在 101 kPa 时， 1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物 ( 水应为液态 ) 时所放出的热量是该物质的燃烧热， D 项错误。 解析 　 等质量的 N 2 O 4 (g) 具有的能量高于 N 2 O 4 (l) ，因此等量的 NO 2 (g) 生成 N 2 O 4 (l) 放出的热量多，只有 A 项符合题意。 2. 已知： 2NO 2 (g)  N 2 O 4 (g) 　 Δ H 1 2NO 2 (g)  N 2 O 4 (l) 　 Δ H 2 下列能量变化示意图中，正确的是 ____( 填字母 ) 。 A 答案 解析 失误防范 对比法理解反应热、燃烧热与中和热 “ 三热 ” 是指反应热、燃烧热与中和热，可以用对比法深化对这三个概念的理解，明确它们的区别和联系，避免认识错误。 (1) 化学反应吸收或放出的热量称为反应热，符号为 Δ H ，常用单位为 kJ·mol － 1 ，它只与化学反应的化学计量数、物质的聚集状态有关，而与反应条件无关。中学阶段研究的反应热主要是燃烧热和中和热 。 (2) 燃烧热：在 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。单位： kJ·mol － 1 。需注意： ① 燃烧热是以 1 mol 纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物放出的热量来定义的，因此在书写燃烧热的热化学方程式时，一般以燃烧 1 mol 纯物质为标准来配平其余物质的化学计量数； ② 燃烧产物必须是稳定的氧化物，如 C → CO 2 、 H 2 → H 2 O(l) 等 。 (3) 中和热：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成 1 mol 液态 H 2 O 时的反应热。需注意： ① 稀溶液是指物质溶于大量水中； ② 中和热不包括离子在水溶液中的生成热、物质的溶解热、电解质电离时的热效应； ③ 中和反应的实质是 H ＋ 和 OH － 化合生成 H 2 O ，即 H ＋ (aq) ＋ OH － (aq) == =H 2 O(l) 　 Δ H ＝－ 57.3 kJ·mol － 1 。 (4) 反应热是指反应完全时的热效应，所以对于可逆反应，其热量要小于反应完全时的热量 。 2Δ H 1 － 3Δ H 2 － Δ H 3 解析 　 令题干中三个热化学方程式分别为： ① 、 ② 、 ③ ，由盖斯定律可知 ①× 2 － ②× 3 － ③ 可得所求反应，故 Δ H ＝ 2Δ H 1 － 3Δ H 2 － Δ H 3 。 答案 解析 (2) [ 2017· 全国卷 Ⅰ ， 28(2)] 下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。 通过计算，可知系统 ( Ⅰ ) 和系统 ( Ⅱ ) 制氢的热化学方程式分别为 ________ ________________ __________________ 、 __________________________ ___________ ， 制得等量 H 2 所需能量较少的是 ________ 。 Δ H ＝ 286 kJ·mol － 1 H 2 S (g) == =H 2 (g) ＋ S(s) 　 Δ H ＝ 20 kJ·mol － 1 系统 ( Ⅱ ) H 2 O(l) 答案 解析 解析 　 令题干中的四个热化学方程式分别为 Δ H 1 ＝ 327 kJ·mol － 1 ② SO 2 (g) ＋ I 2 (s) ＋ 2H 2 O(l) == =2HI(aq) ＋ H 2 SO 4 (aq) Δ H 2 ＝－ 151 kJ·mol － 1 ③ 2HI(aq) == =H 2 (g) ＋ I 2 (s ) Δ H 3 ＝ 110 kJ·mol － 1 ④ H 2 S(g) ＋ H 2 SO 4 (aq) == =S(s) ＋ SO 2 (g) ＋ 2H 2 O(l) Δ H 4 ＝ 61 kJ·mol － 1 根据盖斯定律，将 ① ＋ ② ＋ ③ 可得，系统 ( Ⅰ ) 中的热化学方程式 ： 同理，将 ② ＋ ③ ＋ ④ 可得，系统 ( Ⅱ ) 中的热化学方程式： H 2 S(g) == =H 2 (g) ＋ S(s) 　 Δ H ＝ Δ H 2 ＋ Δ H 3 ＋ Δ H 4 ＝－ 151 kJ·mol － 1 ＋ 110 kJ·mol － 1 ＋ 61 kJ·mol － 1 ＝ 20 kJ·mol － 1 由所得两热化学方程式可知，制得等量 H 2 所需能量较少的是系统 ( Ⅱ ) 。 (3)[2016· 全国卷 Ⅱ ， 26(3)] ① 2O 2 (g) ＋ N 2 (g) == =N 2 O 4 (l) 　 Δ H 1 ② N 2 (g) ＋ 2H 2 (g) == =N 2 H 4 (l) 　 Δ H 2 ③ O 2 (g) ＋ 2H 2 (g) == =2H 2 O(g) 　 Δ H 3 ④ 2N 2 H 4 (l) ＋ N 2 O 4 (l) == =3N 2 (g) ＋ 4H 2 O(g) Δ H 4 ＝－ 1 048.9 kJ·mol － 1 上述反应热效应之间的关系式为 Δ H 4 ＝ __________________ ，联 氨和 N 2 O 4 可作为火箭推进剂的主要原因为 _____________________________ 。 2Δ H 3 － 2Δ H 2 － Δ H 1 反应放热量大、产生大量的气体 答案 解析 解析 　 对照目标热化学方程式中的反应物和生成物在已知热化学方程式中的位置和化学计量数，利用盖斯定律，故 Δ H 4 ＝ 2Δ H 3 － 2Δ H 2 － Δ H 1 ；联氨有强还原性， N 2 O 4 具有强氧化性，两者混合在一起易自发地发生氧化还原反应，反应放热量大并产生大量的气体，可为火箭提供很大的推进力。 (4)[2017· 海南， 14(2) 节选 ] 已知： ① 2NaOH(s) ＋ CO 2 (g)===Na 2 CO 3 (s) ＋ H 2 O(g) 　 Δ H 1 ＝－ 127.4 kJ·mol － 1 ② NaOH(s) ＋ CO 2 (g) == =NaHCO 3 (s) Δ H 2 ＝－ 131.5 kJ·mol － 1 反应 2NaHCO 3 (s) == =Na 2 CO 3 (s) ＋ H 2 O(g) ＋ CO 2 (g) 的 Δ H ＝ ______kJ·mol － 1 。 ＋ 135.6 答案 解析 解析 　 ① － 2 ×② 得到： 2NaHCO 3 (s)===Na 2 CO 3 (s) ＋ CO 2 (g) ＋ H 2 O(g) 　 Δ H ＝ ( － 127.4 ＋ 2 × 131.5) kJ·mol － 1 ＝＋ 135.6 kJ·mol － 1 。 (5)[2017· 北京， 26(1) ① ] 氯化过程： TiO 2 与 Cl 2 难以直接反应，加碳生成 CO 和 CO 2 可使反应得以进行。 已知： TiO 2 (s) ＋ 2Cl 2 (g ) == =TiCl 4 (g ) ＋ O 2 (g) Δ H 1 ＝＋ 175.4 kJ·mol － 1 2C(s) ＋ O 2 (g) == =2CO(g) 　 Δ H 2 ＝－ 220.9 kJ·mol － 1 沸腾炉中加碳氯化生成 TiCl 4 (g) 和 CO(g) 的热化学方程式： _____________ ______________________________________________ 。 答案 TiO 2 (s) ＋ 2Cl 2 (g ) ＋ 2C(s) == =TiCl 4 (g) ＋ 2CO(g) 　 Δ H ＝－ 45.5 kJ·mol － 1 (6)(2016· 江苏， 8) 通过以下反应均可获取 H 2 。下列有关说法正确的是 _____( 填字母 ) 。 ① 太阳光催化分解水制氢： 2H 2 O(l) == =2H 2 (g) ＋ O 2 (g) Δ H 1 ＝ 571.6 kJ·mol － 1 ② 焦炭与水反应制氢： C(s) ＋ H 2 O(g) == =CO(g) ＋ H 2 (g) Δ H 2 ＝ 131.3 kJ·mol － 1 ③ 甲烷与水反应制氢： CH 4 (g) ＋ H 2 O(g)===CO(g) ＋ 3H 2 (g) 　 Δ H 3 ＝ 206.1 kJ·mol － 1 A. 反应 ① 中电能转化为化学能 B. 反应 ② 为放热反应 C. 反应 ③ 使用催化剂， Δ H 3 减小 D. 反应 CH 4 (g) == =C(s) ＋ 2H 2 (g) 的 Δ H ＝ 74.8 kJ·mol － 1 D 答案 解析 解析 　 反应 ① 中是光能转化为化学能， A 错误； 反应 ② 中 Δ H ＞ 0 ，为吸热反应， B 错误； 催化剂只降低反应的活化能，不影响反应的焓变， C 错误； 根据盖斯定律，目标反应可由反应 ③ － ② 获得， Δ H ＝ 206.1 kJ·mol － 1 － 131.3 kJ·mol － 1 ＝ 74.8 kJ·mol － 1 ， D 正确。 原电池原理及其应用 考点二 1. 图解原电池工作原理 核心知识透析 2. 原电池装置图的升级考查 说明 　 (1) 无论是装置 ① 还是装置 ② ，电子均不能通过电解质溶液。 (2) 在装置 ① 中，由于不可避免会直接发生 Zn ＋ Cu 2 ＋ == =Zn 2 ＋ ＋ Cu 而使化学能转化为热能，所以装置 ② 的能量转化率高。 (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，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。 高考真题研究 角度一　燃料电池 1.(2012· 四川理综， 11) 一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为 CH 3 CH 2 OH － 4e － ＋ H 2 O == =CH 3 COOH ＋ 4H ＋ 。下列有关说法正确的是 A. 检测时，电解质溶液中的 H ＋ 向负极移动 B. 若有 0.4 mol 电子转移，则在标准状况下消耗 4.48 L 氧气 C. 电池反应的化学方程式 为 CH 3 CH 2 OH ＋ O 2 == =CH 3 COOH ＋ H 2 O D. 正极上发生的反应为 O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要向正极移动，故 A 错误； 因电解质溶液是酸性的，不可能存在 OH － ，故正极的反应式为 O 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － == =2H 2 O ，转移 4 mol 电子时消耗 1 mol O 2 ，则在标准状况下转移 0.4 mol 电子时消耗 2.24 L O 2 ，故 B 、 D 错误； 电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知 C 正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 2.(2015· 江苏， 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 B. 电极 A 上 H 2 参与的电极反应为 H 2 ＋ 2OH － 　 － 2e － == =2H 2 O √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 C 项，原电池工作时，阴离子移向负极，而 B 极是正极，错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 角度二　可逆电池 3.(2016· 全国卷 Ⅲ ， 11) 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 ＋ O 2 ＋ 4OH － ＋ 2H 2 O == = 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 － == = D. 放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L( 标准状况 ) 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 A 项，充电时，电解质溶液中 K ＋ 向阴极移动，错误； D 项， O 2 ～ 4e － ，故电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 0.5 mol ，标准状况下的体积为 11.2 L ，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 4.(2017· 全国卷 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 S 8 材料，电池反应为 16Li ＋ x S 8 == =8Li 2 S 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： 　2Li 2 S 6 ＋ 2Li ＋ ＋ 2e － == =3Li 2 S 4 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 Li 2 S 2 的量越多 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 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 S 8 → Li 2 S 8 → Li 2 S 6 → Li 2 S 4 → Li 2 S 2 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； 1 2 3 4 5 6 7 8 角度三　储 “ 氢 ” 电池 5.(2014· 浙江理综， 11) 镍氢电池 (NiMH) 目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。 NiMH 中的 M 表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是： Ni(OH) 2 ＋ M == =NiOOH ＋ MH 已知： 6NiOOH ＋ NH 3 ＋ H 2 O ＋ OH － == =6Ni(OH) 2 ＋ 下列说法正确的是 A.NiMH 电池放电过程中 ， 正极的电极反应式为 NiOOH ＋ H 2 O ＋ e － ===Ni(OH) 2 ＋ 　 OH － B . 充电过程中 OH － 从阳极向阴极迁移 C. 充电过程中阴极的电极反应式： H 2 O ＋ M ＋ e － == =MH ＋ OH － ， H 2 O 中 的 　 H 被 M 还原 D.NiMH 电池中可以用 KOH 溶液、氨水等作为 电解质溶液 √ 答案 解析 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 A 项，放电过程中， NiOOH 得电子，化合价降低，发生还原反应，正确； B 项，充电过程中发生电解反应， OH － 从阴极向阳极迁移，错误； C 项，充电过程中 H ＋ 得电子，生成 H ，进入储氢合金， Ni(OH) 2 中的＋ 2 价 Ni 失电子生成 NiOOH ，所以 H 2 O 的 H 被＋ 2 价的 Ni 还原，错误； D 项， NiMH 在 KOH 溶液、氨水中会发生氧化还原反应，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 角度四　其他新型电池 6.(2018· 全国卷 Ⅰ ， 13) 最近我国科学家设计了一种 CO 2 ＋ H 2 S 协同转化装置，实现对天然气中 CO 2 和 H 2 S 的高效去除。示意图 如 右 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： ① EDTA- Fe 2 ＋ － e － == = EDTA- Fe 3 ＋ ② 2EDTA- Fe 3 ＋ ＋ H 2 S===2H ＋ ＋ S ＋ 2EDTA- Fe 2 ＋ 1 2 3 4 5 6 7 8 该装置工作时，下列叙述错误的是 A. 阴极的电极反应： CO 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － == =CO ＋ H 2 O B. 协同转化总反应： CO 2 ＋ H 2 S == =CO ＋ H 2 O ＋ S C. 石墨烯上的电势比 ZnO@ 石墨烯上的低 D. 若采用 Fe 3 ＋ /Fe 2 ＋ 取代 EDTA- Fe 3 ＋ / EDTA -Fe 2 ＋ ，溶液需为酸性 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则 ZnO@ 石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比 ZnO@ 石墨烯上的高， C 项错误； 由题图可知，电解时阴极反应式为 CO 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － == =CO ＋ H 2 O ， A 项正确； 将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为 CO 2 ＋ H 2 S == =CO ＋ H 2 O ＋ S ， B 项正确； Fe 3 ＋ 、 Fe 2 ＋ 只能存在于酸性溶液中， D 项正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 7.(2018· 全国卷 Ⅲ ， 11) 一种可充电锂 — 空气电池如图所示。当电池放电时， O 2 与 Li ＋ 在多孔碳材料电极处生成 Li 2 O 2 － x ( x ＝ 0 或 1) 。下列说法正确的 是 A. 放电时，多孔碳材料电极为负极 B. 放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极 C. 充电时，电解质溶液中 Li ＋ 向多孔碳材料区迁移 D. 充电时，电池总反应为 Li 2 O 2 － x == =2Li ＋ (1 － )O 2 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极， A 项错误； 该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极， B 项错误； 该电池放电时，电解质溶液中 Li ＋ 向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的 Li ＋ 向锂材料区迁移， C 项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 8.(2018· 全国卷 Ⅱ ， 12) 我国科学家研发了一种室温下 “ 可呼吸 ” 的 Na—CO 2 二次电池。将 NaClO 4 溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为 3CO 2 ＋ 4Na  2Na 2 CO 3 ＋ C 。下列说法错误的 是 A. 放电时 ， 向 负极移动 B. 充电时释放 CO 2 ，放电时吸收 CO 2 C. 放电时，正极反应为 3CO 2 ＋ 4e － == = ＋ C D. 充电时，正极反应为 Na ＋ ＋ e － == = Na 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 根据电池的总反应知，放电时负极反应： 4Na － 4e － == =4Na ＋ 充电时，阴极： 4Na ＋ ＋ 4e － == =4Na 1 2 3 4 5 6 7 8 题组一　辨析 “ 介质 ” 书写电极反应式 1. 按要求书写不同 “ 介质 ” 下甲醇燃料电池的电极反应式。 (1) 酸性介质，如 H 2 SO 4 溶液： 负极 ： 。 正极 ： 。 (2) 碱性介质，如 KOH 溶液： 负极 ： 。 正极 ： 。 考向题组集训 答案 CH 3 OH － 6e － ＋ H 2 O == =CO 2 ＋ 6H ＋ 1 2 3 4 5 6 (3) 熔融盐介质，如 K 2 CO 3 ： 负极 ： 。 正极 ： 。 (4) 掺杂 Y 2 O 3 的 ZrO 3 固体作电解质，在高温下能传导 O 2 － ： 负极 ： 。 正极 ： 。 答案 CH 3 OH － 6e － ＋ 3O 2 － == =CO 2 ＋ 2H 2 O 1 2 3 4 5 6 题组二　明确 “ 充、放电 ” 书写电极反应式 2. 镍镉 (Ni—Cd) 可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为 KOH 溶液，其充、放电按下式进行： Cd ＋ 2NiOOH ＋ 2H 2 O Cd(OH) 2 ＋ 2Ni(OH) 2 。 负极 ： 。 阳极 ： 。 答案 Cd － 2e － ＋ 2OH － == =Cd(OH) 2 2Ni(OH) 2 ＋ 2OH － － 2e － == =2NiOOH ＋ 2H 2 O 1 2 3 4 5 6 3 . 如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。 如 右 图 是通过人工光合作用，以 CO 2 和 H 2 O 为原料制备 HCOOH 和 O 2 的原理示意图 。 负极 ： 。 正极 ： 。 答案 2H 2 O － 4e － == =O 2 ＋ 4H ＋ 2CO 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － ===2HCOOH 题组三　识别 “ 交换膜 ” 提取信息，书写电极反应式 1 2 3 4 5 6 4. 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 (N 2 H 4 ) 为燃料的电池装置如图所示 。 负极 ： 。 正极 ： 。 答案 N 2 H 4 － 4e － ＋ 4OH － ===N 2 ＋ 4H 2 O O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － 1 2 3 4 5 6 题组四　锂离子电池电极反应式书写 5. 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 Li 1 － x CoO 2 ＋ Li x C 6 == =LiCoO 2 ＋ C 6 ( x ＜ 1) 。则： 负极： ______________________ ， 正极： _______________________________ 。 答案 Li x C 6 － x e － == = x Li ＋ ＋ C 6 Li 1 － x CoO 2 ＋ x e － ＋ x Li ＋ == =LiCoO 2 1 2 3 4 5 6 方法归纳 锂离子电池充放电分析 常见的锂离子电极材料 正极材料： LiMO 2 (M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 ) LiM 2 O 4 (M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 ) LiMPO 4 (M ： Fe 等 ) 负极材料：石墨 ( 能吸附锂原子 ) 负极反应： Li x C n － x e － == = x Li ＋ ＋ n C 正极反应： Li 1 － x MO 2 ＋ x Li ＋ ＋ x e － == =LiMO 2 1 2 3 4 5 6 题组五　可逆反应电极反应式书写 6. 控制适合的条件，将反应 2Fe 3 ＋ ＋ 2I －  2Fe 2 ＋ ＋ I 2 设计成如下图所示的原电池。回答下列问题 ： (1) 反应开始时，负极为 ____ 中 的石墨 ( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) ， 电极反应式 为 ______________ 。 (2) 电流表读数为 ___ 时 ，反应达到 化学平衡 状态。 (3) 当达到化学平衡状态时，在甲中加入 FeCl 2 固体 ，此时负极为 ____ 中的石墨 ( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) ，电极反应式为 ____________________ 。 答案 乙 2I － － 2e － == =I 2 零 甲 2Fe 2 ＋ － 2e － == =2Fe 3 ＋ 1 2 3 4 5 6 电解池原理及其应用 考点三 1. 图解电解池工作原理 ( 阳极为惰性电极 ) 核心知识透析 2. 正确判断电极产物 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 Fe 2 ＋ ，而不是 Fe 3 ＋ ) ；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 S 2 － ＞ I － ＞ Br － ＞ Cl － ＞ OH － ( 水 ) 。 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 ＋ ＞ Hg 2 ＋ ＞ Fe 3 ＋ ＞ Cu 2 ＋ ＞ H ＋ ＞ Pb 2 ＋ ＞ Fe 2 ＋ ＞ Zn 2 ＋ ＞ H ＋ ( 水 ) 。 3. 对比掌握电解规律 ( 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 、 H 2 SO 4 或 Na 2 SO 4 水 电解电解质 HCl 或 CuCl 2 原电解质 放氢生碱型 NaCl HCl 气体 放氧生酸型 CuSO 4 或 AgNO 3 CuO 或 Ag 2 O 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 CuSO 4 溶液， Cu 2 ＋ 完全放电之前，可加入 CuO 或 CuCO 3 复原，而 Cu 2 ＋ 完全放电之后，应加入 Cu(OH) 2 或 Cu 2 (OH) 2 CO 3 复原。 4. 正误判断，下列说法正确的打 “√” ，错误的打 “×” (1) 电解质溶液导电发生化学变化 ( 　　 ) (2) 电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化 ( 　　 ) (3) 电解饱和食盐水，在阳极区得到 NaOH 溶液 ( 　　 ) (4) 工业上可用电解 MgCl 2 溶液、 AlCl 3 溶液的方法制备 Mg 和 Al ( 　　 ) (5) 电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料 ( 　　 ) (6) 用惰性电极电解 CuSO 4 溶液，若加入 0.1 mol Cu(OH) 2 固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为 0.4 N A ( 　　 ) √ × × × √ √ 角度一　利用电解原理处理污染 1.[2016· 天津理综， 10(5)] 化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的 Na 2 FeO 4 ，同时获得氢气： Fe ＋ 2H 2 O ＋ 2OH － 　　　　　 ＋ 3H 2 ↑ ，工作原理 如图 1 所示。装置通电后，铁电极附近生成 紫红色 　　 　 ， 镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知： Na 2 FeO 4 只在强碱性条件下稳定，易被 H 2 还原。 高考真题研究 1 2 3 4 5 6 解析　 根据题意，镍电极有气泡产生是 H ＋ 得电子生成 H 2 ，发生还原反应，则铁电极上 OH － 被消耗且无补充，溶液中的 OH － 减少，因此电解一段时间后， c (OH － ) 降低的区域在阳极室。 ① 电解一段时间后， c (OH － ) 降低的区域在 _______( 填 “ 阴极室 ” 或 “ 阳极室 ” ) 。 阳极室 答案 解析 1 2 3 4 5 6 解析　 H 2 具有还原性，根据题意： Na 2 FeO 4 只在强碱性条件下稳定，易被 H 2 还原。因此，电解过程中，需将阴极产生的气体及时排出，防止 Na 2 FeO 4 与 H 2 反应使产率降低。 ② 电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因 ： _____________ ____________________ 。 防止 Na 2 FeO 4 答案 解析 与 H 2 反应使产率降低 1 2 3 4 5 6 解析　 根据 题意 Na 2 FeO 4 只在强碱性条件下稳定，在 M 点： c (OH － ) 低， Na 2 FeO 4 稳定性差，且反应慢；在 N 点： c (OH － ) 过高，铁电极上有 Fe(OH) 3 生成，使 Na 2 FeO 4 产率降低。 ③ c (Na 2 FeO 4 ) 随初始 c (NaOH) 的变化如图 2 ，任选 M 、 N 两点中的一点，分析 c (Na 2 FeO 4 ) 低于最高值的原因 ： _________________________________ _______________________________________________________________________ 。 M 点： c (OH － ) 低， Na 2 FeO 4 稳定性差， 答案 解析 且反应慢 [ 或 N 点： c (OH － ) 过高，铁电极上有 Fe(OH) 3 生成，使 Na 2 FeO 4 产率降低 ] 1 2 3 4 5 6 角度二　利用电解原理制备物质 ( 一 ) “ 单膜 ” 电解池 2.[2018· 全国卷 Ⅲ ， 27(3) ①② ]KIO 3 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： _______ __________________ 。 答案 解析 2H 2 O ＋ 解析　 电解液是 KOH 溶液，阴极的电极反应式为 2H 2 O ＋ 2e － == =2OH － ＋ H 2 ↑ 。 2e － == =2OH － ＋ H 2 ↑ 1 2 3 4 5 6 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 _____ ____ 。 答案 解析 K ＋ 由 a 到 b 1 2 3 4 5 6 ( 二 ) “ 双膜 ” 电解池 3.[2018· 全国卷 Ⅰ ， 27(3)] 制备 Na 2 S 2 O 5 也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中 SO 2 碱吸收液中含有 NaHSO 3 和 Na 2 SO 3 。阳极的电极反应式为 __________ ______________ 。电解 后， __ _ _ 室 的 NaHSO 3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到 Na 2 S 2 O 5 。 解析　 阳极上阴离子 OH － 放电，电极反应式为 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ ，电解过程中 H ＋ 透过阳离子交换膜进入 a 室，故 a 室中 NaHSO 3 浓度增加。 2H 2 O － 4e － == =4H ＋ ＋ O 2 ↑ a 答案 解析 1 2 3 4 5 6 4. 用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO 2 ，将所得的 Na 2 SO 3 溶液进行电解，可循环再生 NaOH ，同时得到 H 2 SO 4 ，其原理如下图所示 ( 电极材料为石墨 ) 。 (1) 图中 a 极要连接电源的 ____( 填 “ 正 ” 或 “ 负 ” ) 极， C 口流出的物质是 _____ 。 答案 解析 负 硫酸 1 2 3 4 5 6 所以从 C 口流出的是 H 2 SO 4 。在阴极区，由于 H ＋ 放电，破坏水的电离平衡， c (H ＋ ) 减小， c (OH － ) 增大，生成 NaOH ，碱性增强，从 B 口流出的是浓度较大的 NaOH 溶液。 阴极： 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － 1 2 3 4 5 6 答案 (3) 电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因： ________ ___________________________________________________________________________ 。 H ＋ ＋ OH － ，在阴极 H ＋ 放电生成 H 2 ， c (H ＋ ) 减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强 1 2 3 4 5 6 答案 ( 三 ) “ 多膜 ” 电解池 5.[2014· 新课标全国卷 Ⅰ ， 27(4)]H 3 PO 2 也可用电渗析法制备。 “ 四室电渗析法 ” 工作原理如图所示 ( 阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通 过 ) ： ① 写出阳极的电极反应式： __________ ______________ 。 == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ 2H 2 O － 4e － 解析　 阳极发生氧化反应，在反应中 OH － 失去电子，电极反应式为 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ 。 解析 1 2 3 4 5 6 答案 ② 分析产品室可得到 H 3 PO 2 的原因： _______________________________ _______________________________________________________ 。 解析 阳极室的 H ＋ 穿过阳膜扩散至产品室 ， 原料室的 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成 H 3 PO 2 1 2 3 4 5 6 答案 ③ 早期采用 “ 三室电渗析法 ” 制备 H 3 PO 2 ：将 “ 四室电渗析法 ” 中阳极室的稀硫酸用 H 3 PO 2 稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有 ______ 杂质 。该杂质产生的原因是 _____________________ 。 解析 1 2 3 4 5 6 答案 角度三　电化学学科交叉计算 6. Ⅰ .[2015· 全国卷 Ⅱ ， 26(1)(2)] 酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、 MnO 2 、 ZnCl 2 和 NH 4 Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH 。 (1) 该电池的正极反应式为 _______________________ _ __ ； 电池反应的离子方程式为 ________________________________________ _______________________________________________________ 。 (2) 维持电流强度为 0.5 A ，电池工作 5 分钟，理论上消耗锌 _____g 。 ( 已知 F ＝ 96 500 C·mol － 1 ) MnO 2 ＋ H ＋ ＋ e － == =MnOOH 2MnO 2 ＋ Zn ＋ 2H ＋ == =2MnOOH ＋ Zn 2 ＋ [ 注： 0.05 1 2 3 4 5 6 Ⅱ . 新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子 (O 2 － ) 在其间通过。如图所示，其中多孔电极不参与电极反应。 答案 (1) 该电池的负极反应式为 _________ _______________________ _ 。 (2) 如果用该电池作为电解装置，当有 16 g 甲醇发生反应时，则理论上提供的电量表达式为 ___________________ ______________________________________C(1 个电子的电量为 1.6 × 10 － 19 C) 。 CH 3 OH － 0.5 mol × 6 × 1.6 × 6e － ＋ 3O 2 － == =CO 2 ＋ 2H 2 O 10 － 19 C × 6.02 × 10 23 mol － 1 ( 或 2.890 × 10 5 ) 1 2 3 4 5 6 Ⅲ . 以 CH 4 (g) 为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀 H 2 SO 4 作电解质溶液，其负极电极反应式为 ____________________________ ， 已知该电池的能量转换效率为 86.4% ，甲烷的燃烧热为－ 890.3 kJ·mol － 1 ，则该电池的比能量 为 ________kW·h·kg － 1 ( 结果保留 1 位小数，比能量 ＝ ，1 kW·h ＝ 3. 6 × 10 6 J) 。 答案 CH 4 － 8e － ＋ 2H 2 O == =CO 2 ＋ 8H ＋ 13.4 解析 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 方法技巧 学科交叉的主要计算公式 化学与物理结合的计算，主要涉及两个公式： (1) Q ＝ It ＝ n (e － ) F ， F 计算时一般取值 96 500 C·mol － 1 。 (2) W ＝ UIt 。 1 2 3 4 5 6 题组一　电解池电极反应式书写集训 ( 一 ) 基本电极反应式的书写 1. 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 CuSO 4 溶液： 阳极： 。 阴极： 。 考向题组集训 答案 2Cl － － 2e － == =Cl 2 ↑ 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ 4OH － － 4e － == =2H 2 O ＋ O 2 ↑ ( 或 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ ) 2Cu 2 ＋ ＋ 4e － == =2Cu 1 2 3 4 5 6 (3) 铁作阳极，石墨作阴极电解 NaOH 溶液： 阳极 ： 。 阴极 ： 。 (4) 用惰性电极电解熔融 MgCl 2 ： 阳极 ： 。 阴极 ： 。 答案 Fe － 2e － ＋ 2OH － == =Fe(OH) 2 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － 2Cl － － 2e － == =Cl 2 ↑ Mg 2 ＋ ＋ 2e － == =Mg 1 2 3 4 5 6 ( 二 ) 提取 “ 信息 ” 书写电极反应式 2. 按要求书写电极反应式 (1) 以铝材为阳极，在 H 2 SO 4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式 为 。 (2) 用 Al 单质作阳极，石墨作阴极， NaHCO 3 溶液作电解液进行电解，生成难溶物 R ， R 受热分解生成化合物 Q ，写出阳极生成 R 的电极反应式 ： 。 答案 2Al － 6e － ＋ 3H 2 O == =Al 2 O 3 ＋ 6H ＋ 1 2 3 4 5 6 答案 阳极 ： 。 阴极 ： 。 (4) 用惰性电极电解 K 2 MnO 4 溶液能得到化合物 KMnO 4 ，则电极反应式 为 阳极 ： 。 阴极 ： 。 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ 1 2 3 4 5 6 答案 (5) 将一定浓度的磷酸二氢铵 (NH 4 H 2 PO 4 ) 、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为阴极，电解析出 LiFePO 4 沉淀，则阳极反应式 为 。 1 2 3 4 5 6 ( 三 ) 根据 “ 交换膜 ” 利用 “ 信息 ” 书写电极反应式 3. 按要求书写电极反应式： (1) 电解装置如图，电解槽内装有 KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅 。 已知： 3I 2 ＋ 6OH － == = ＋ 5I － ＋ 3H 2 O 阳极 ： 。 阴极 ： 。 答案 2I － － 2e － == =I 2 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － 1 2 3 4 5 6 (2) 可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的 SO 2 ，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用 ( 电极均为石墨电极 ) ，并生成化工原料硫酸。其工作示意图如下： 答案 阳极 ： 。 阴极 ： 。 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ ( 或 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － ) 1 2 3 4 5 6 题组二　金属腐蚀与防护 ( 一 ) 两种腐蚀的比较 4. 利用下图装置进行实验，开始时， a 、 b 两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是 答案 解析 A.a 处发生吸氧腐蚀， b 处发生析氢腐蚀 B. 一段时间后， a 处液面高于 b 处液面 C.a 处溶液的 pH 增大， b 处溶液的 pH 减小 D.a 、 b 两处具有相同的电极反应式： Fe － 2e － 　 == = Fe 2 ＋ √ 1 2 3 4 5 6 解析 　 根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为 左边　负极： Fe － 2e － == =Fe 2 ＋ 正极： O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － 右边　负极： Fe － 2e － == =Fe 2 ＋ 正极： 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ a 、 b 处溶液的 pH 均增大， C 错误。 1 2 3 4 5 6 5. 结合图判断，下列叙述正确的是 答案 解析 A. Ⅰ 和 Ⅱ 中正极均被保护 B. Ⅰ 和 Ⅱ 中负极反应均是 Fe － 2e － 　 == = Fe 2 ＋ C. Ⅰ 和 Ⅱ 中正极反应均是 O 2 ＋ 2H 2 O 　 ＋ 4e － == =4OH － D. Ⅰ 和 Ⅱ 中分别加入少量 K 3 [Fe(CN) 6 ] 溶液均有蓝色沉淀 √ 1 2 3 4 5 6 解析　 根据原电池形成的条件， Ⅰ 中 Zn 比 Fe 活泼， Zn 作负极， Fe 为正极，保护了 Fe ； Ⅱ 中 Fe 比 Cu 活泼， Fe 作负极， Cu 为正极，保护了 Cu ， A 项正确； Ⅰ 中负极为锌，负极发生氧化反应，电极反应为 Zn － 2e － == =Zn 2 ＋ ， B 项错误； Ⅰ 中发生吸氧腐蚀，正极为 O 2 得电子生成 OH － ， Ⅱ 中为酸化的 NaCl 溶液，发生析氢腐蚀，在正极上发生还原反应，电极反应为 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ ， C 项错误； [Fe(CN) 6 ] 3 － 是稳定的配合物离子，与 Fe 2 ＋ 发生反应： 3Fe 2 ＋ ＋ 2[Fe(CN) 6 ] 3 － == =Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 ↓ ，故加入少量 K 3 [Fe(CN) 6 ] 溶液有蓝色沉淀是 Fe 2 ＋ 的性质 ， Ⅰ 装置 中不能生成 Fe 2 ＋ ， Ⅱ 装置中负极铁失电子生成 Fe 2 ＋ ， D 项错误。 1 2 3 4 5 6 ( 二 ) 腐蚀类型与防护方法 6.(2017· 全国卷 Ⅰ ， 11) 支撑海港码头基础的钢管桩，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 答案 解析 √ 1 2 3 4 5 6 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。 1 2 3 4 5 6 方法归纳 1. 金属腐蚀快慢的三个规律 (1) 金属腐蚀类型的差异 电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞有防护腐蚀措施的腐蚀。 (2) 电解质溶液的影响 ① 对同一金属来说，腐蚀的快慢 ( 浓度相同 ) ：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质溶液。 ② 对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。 (3) 活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快 。 1 2 3 4 5 6 2. 两种腐蚀与三种保护 (1) 两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀 ( 关键在于电解液的 pH) 。 (2) 三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法 。 1 2 3 4 5 6