2025届高考化学一轮总复习第7章化学反应与能量课件(5份打包)

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2025届高考化学一轮总复习第7章化学反应与能量课件(5份打包)

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(共62张PPT)
第33讲 化学能与热能
1.知道常见的吸热反应和放热反应,了解反应热、焓变的概念以及反应热产生的原因。
2.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
3.了解燃烧热的含义和中和反应反应热的测定原理。
4.了解盖斯定律及其简单应用,能进行反应焓变的简单计算。
01
考点梳理 高效演练
考点一 反应热 焓变

1.反应热与焓变
(1)反应热:在等温条件下,化学反应体系____________或____________的热量。
(2)焓变
①焓(H):与内能有关的物理量。
②焓变(ΔH):ΔH=H(生成物)-H(反应物),单位为___________________。
③焓变与反应热的关系:等压条件下的反应热等于反应的焓变,常用________表示反应热,常用单位是__________________。
向环境释放
从环境吸收
kJ·mol-1(或kJ/mol)
ΔH
kJ·mol-1(或kJ/mol)
2.吸热反应与放热反应
(1)从焓(或能量)的高低角度理解。

物质能量变化与焓变的关系:ΔH=E(生成物的总能量)-E(反应物的总能量)。
(2)从化学键角度理解。

利用键能计算焓变(ΔH):ΔH=反应物键能之和-生成物键能之和。
(3)从常见反应类型的角度。
化合
分解
3.热化学方程式
(1)意义:表明了化学反应中的__________变化和________变化。例如,2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571.6 kJ·mol-1,表示在25℃和101 kPa下,_____________________________________________________________ __________________________。
物质
能量
2 mol气态H2与1 mol气态O2反应生成2 mol液态H2O时,放出571.6 kJ的热量
(2)书写。
①热化学方程式中必须注明反应物和生成物的_____________[固体(s)、液体(l)、气体(g)、水溶液(aq)],若为同素异形体,则还要注明名称。
②热化学方程式要注明反应时的温度和压强。如不注明,即表示在25 ℃和101 kPa下测定。
③热化学方程式中各物质前的化学计量数可以是________,也可以是________。当化学计量数改变时,其ΔH也____________的改变。
④要注明ΔH的符号(“+”代表________,“-”代表________)以及单位(____________)。
聚集状态
整数
分数
同等倍数
吸热
放热
kJ·mol-1
[易错秒判]
(1)氢氧化钠固体溶于水放出大量的热,故该过程是放热反应(  )
(2)放热反应不需要加热就能进行,吸热反应不加热就不能进行(  )
(3)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化,与反应是否可逆无关(  )
(4)吸热反应中,反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物化学键形成放出的总能量(  )
(5)活化能越大,表明化学反应吸收的能量越多(  )
(6)同温同压下,反应H2(g)+Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH相同(  )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)√ (5)× (6)√
一、能量—反应历程图示分析
1.科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下。
回答下列问题:
(1)从状态Ⅰ到状态Ⅲ为____________(填“吸热”或“放热”)反应。
(2)从状态Ⅰ到状态Ⅱ需要______________(填“吸收”或“释放”)能量,CO分子__________(填“需要”或“不需要”)断键形成C和O。
(3)从状态Ⅱ到状态Ⅲ形成的化学键是_______________________________。
(4)将相同物质的量的CO转化为CO2,CO与O反应比CO与O2反应放出的热量________(填“多”或“少”),可能的原因是__________________。
(5)由该反应过程可知,在化学反应中,旧化学键__________(填“一定”或“不一定”)完全断裂,但一定有新化学键的__________。
答案:(1)放热 (2)吸收 不需要 (3)碳氧双键(或C===O) (4)多 CO与O2反应生成CO2需要先吸收能量断裂O2分子中的共价键 (5)不一定 形成
2.(1)我国学者结合实验与计算机模拟结果,研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程,如下图所示,其中吸附在金催化剂表面上的物种用*标注。
水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正=________eV,写出该步骤的化学方程式:___________________。
解析:观察始态物质与终态物质的相对能量可知,终态物质的相对能量低于始态物质的相对能量,说明该反应是放热反应,ΔH小于0。过渡态物质的相对能量与其对应始态物质的相对能量相差越大,活化能越大,由题图可知,最大活化能E正=1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,该步始态物质为COOH*+H*+H2O*,产物为COOH*+2H*+OH*。
答案:小于 2.02 COOH*+H*+H2O*===COOH*+2H*+OH*(或H2O*===H*+OH*)
(2)(2022·新高考广东卷)铬及其化合物在催化、金属防腐等方面具有重要应用。 Cr2O3催化丙烷脱氢过程中,部分反应历程如下图,X(g)―→Y(g)过程的焓变为________________________________________(列式表示)。
解析:由题图可知,Y(g)的能量比X(g)的高,X(g)转化为Y(g)的反应为吸热反应,焓变为正值,反应共经历三个过程,均 为吸热过程,第一个过程的焓变为(E1-E2),第二个过程的焓变为ΔH,第三个过程的焓变为(E3-E4),根据盖斯定律,将三个过程的焓变相加即为X(g)转化为Y(g)过程的焓变。
答案:(E1-E2)+ΔH+(E3-E4)
二、反应热与键能的相关计算
3.几种化学键的键能数据见下表(亚硝酰氯的结构式为Cl—N===O):


则反应2NO(g)+Cl2(g)===2ClNO(g)的ΔH=________kJ·mol-1(用含a的代数式表示)。
答案:289-2a
化学键 N≡O Cl—Cl Cl—N N===O
键能/(kJ·mol-1) 630 243 a 607
答案:664.75 
(2)根据下图中的能量关系,可求得C—H的键能为__________。
解析:C(s)===C(g) ΔH1=+717 kJ·mol-1,2H2(g)===4H(g) ΔH2=+864 kJ·mol-1,C(s)+2H2(g)===CH4(g) ΔH3=-75 kJ·mol-1。根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能可得,-75 kJ·mol-1=(+717 kJ·mol-1)+(+864 kJ·mol-1)-4E(C—H),解得E(C—H)=414 kJ·mol-1。
答案:414 kJ·mol-1
[归纳总结]
熟记常见1 mol物质中的化学键数目
1 mol物质 CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2
(Si—O)
化学键数目 2NA 4NA 6NA 4NA
1 mol物质 石墨 (C—C) 金刚石 (C—C) S8 (S—S) Si
(Si—Si)
化学键数目 1.5NA 2NA 8NA 2NA
三、热化学方程式的书写
5.依据事实,写出下列反应的热化学方程式。
(1)合成氨反应常使用铁触媒提高反应速率。下图为有、无铁触媒时,反应的能量变化示意图。写出该反应的热化学方程式:_____________________。
从能量角度分析,铁触媒的作用是__________________________________。
(2)已知25 ℃、101 kPa时,1 mol 葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l),放出2 804 kJ热量,写出25 ℃、101 kPa时,CO2(g)与H2O(l)经光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的热化学方程式:___________。
(3)SiH4是一种无色气体,遇到空气能发生爆炸性自燃,生成SiO2和液态H2O。已知室温下2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ。SiH4自燃的热化学方程式为_________________________________________________________。
(4)NaBH4(s)与H2O(l)反应生成NaBO2(s)和H2(g),在25 ℃、101 kPa下,已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放热21.6 kJ,该反应的热化学方程式为________________________________________________________________。
答案:(1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-(a-b) kJ·mol-1 降低反应的活化能
(2)6CO2(g)+6H2O(l)===C6H12O6(s)+6O2(g) ΔH=+2 804 kJ·mol-1
(3)SiH4(g)+2O2(g)===SiO2(s)+2H2O(l) ΔH=-1 427.2 kJ·mol-1
(4)NaBH4(s)+2H2O(l)===NaBO2(s)+4H2(g) ΔH=-216 kJ·mol-1
考点二 中和反应反应热 燃烧热 能源

1.中和反应反应热及其测定
(1)中和反应反应热。
在稀溶液中,强酸和强碱发生中和反应生成 ________________时所放出的热量。
1 mol H2O(l)
(3)测定装置
(4)实验步骤
①绝热装置组装→②量取一定体积酸、碱稀溶液→③测反应前酸、碱液温度→④混合酸、碱液测反应时最高温度→⑤重复2~3次实验→⑥求平均温度差(t终-t始)→⑦计算中和反应反应热ΔH。
(5)注意事项
①隔热层及杯盖的作用是保温、隔热,减少热量损失。
②为保证酸、碱完全中和,常采用碱稍过量(0.50 mol·L-1 盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液等体积混合)。
③实验时不能用铜丝搅拌器代替玻璃搅拌器,理由是铜丝导热性好,比用玻璃搅拌器误差大。
2.燃烧热
(1)燃烧热
①概念:在101 kPa时,________ mol纯物质______________生成指定产物时所放出的热量,单位是kJ/mol。
②意义:衡量燃料燃烧时放出热量的多少。
(2)对“完全燃烧”的理解
燃烧元素 C H S N
指定产物及状态 CO2(g) H2O(l) SO2(g) N2(g)
1
完全燃烧
3.能源及利用
[易错秒判]
(1)沼气和天然气的主要成分相同,都属于可再生能源(  )
(2)在测定中和反应反应热的实验中,可用金属搅拌器代替玻璃搅拌器(  )
(3)开发利用各种新能源,减少对化石燃料的依赖,可以降低空气中PM2.5的含量(  )
(4)在测定中和反应反应热的实验中,应把NaOH溶液分多次倒入(  )
(5)根据2H2(g)+O2(g)===2H2O(l) ΔH=-571 kJ·mol-1可知,氢气的燃烧热ΔH为 -571 kJ·mol-1(  )
(6)根据H+(aq)+OH-(aq)===H2O(l) ΔH=-57.3 kJ·mol-1可知,H2S溶液与 Ba(OH)2反应的ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1(  )
答案:(1)× (2)× (3)√ (4)× (5)× (6)×

解析:所给热化学方程式中有两处错误,一是中和反应反应热指的是反应生成1 mol H2O(l)时所放出的热量,二是当有BaSO4沉淀生成时,反应放出的热量会增加,即该反应生成1 mol H2O(l)时放出的热量大于57.3 kJ,A项错误;
燃烧热指的是在101 kPa时,1 mol 纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量,产物中的水应为液态,C项错误;
2 mol辛烷完全燃烧生成CO2(g) 和H2O(l),放出的热量为 11 036 kJ,且辛烷应为液态,D项错误。
2.已知在25 ℃、101 kPa下,C2H2(g)、甲醇(l)的燃烧热ΔH分别为-1 299.5 kJ·mol-1、-727 kJ·mol-1,则表示C2H2(g)、甲醇(l)燃烧热的热化学方程式分别为______________________________、___________________________。
答案:C2H2(g)+2.5O2(g)===2CO2(g)+H2O(l) ΔH=-1 299.5 kJ·mol-1
CH3OH(l)+1.5O2(g)===CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-727 kJ·mol-1
二、中和反应反应热的测定
3.利用如图所示装置测定中和反应反应热的实验步骤如下。
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸倒入小烧杯中,测出盐酸温度;②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,并用同一温度计测出其温度;③将NaOH溶液倒入小烧杯中,设法使之混合均匀,测得混合液的最高温度。
回答下列问题。
(1)NaOH溶液稍过量的原因是__________________________________。
(2)倒入NaOH溶液的正确操作是________(填字母,下同)。
A.沿玻璃棒缓慢倒入 B.分三次倒入
C.一次迅速倒入
(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是________。
A.用温度计小心搅拌 B.揭开杯盖用玻璃棒搅拌
C.轻轻地振荡烧杯 D.用套在温度计上的玻璃搅拌器轻轻地搅动
(4)现将一定量的稀氢氧化钠溶液、稀氢氧化钙溶液、稀氨水分别和1 L 1 mol·L-1的稀盐酸恰好完全反应,其反应热分别为ΔH1、ΔH2、ΔH3,三者的大小关系为_____________________________________________________。
(5)假设盐酸和氢氧化钠溶液的密度都是1 g·cm-3,又知中和反应后生成溶液的比热容c=4.18 J·g-1·℃-1。为了计算中和反应反应热,某学生实验记录数据如下。




依据该学生的实验数据计算,该实验测得的中和反应反应热ΔH=________________(结果保留一位小数)。
实验序号 起始温度t1/ ℃ 终止温度t2/ ℃
盐酸 氢氧化钠溶液 混合溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.5 20.6 23.6
答案:(1)确保盐酸被完全中和
(2)C
(3)D
(4)ΔH1=ΔH2<ΔH3
(5)-51.8 kJ·mol-1
考点三 盖斯定律 反应热的相关计算与比较

1.盖斯定律
(1)内容:一个化学反应,不管是一步完成的还是分几步完成的,其反应热是相同的。即在一定条件下,化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。
(2)意义:间接计算某些反应的反应热。
aΔH2
-ΔH2
ΔH1+ΔH2
<
<
<
<
一、盖斯定律的应用
1.(2024·茂名高三开学考试)以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的主要反应如下:
Ⅰ.CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) ΔH1=-49.5 kJ·mol-1
Ⅱ.CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) ΔH2=-90.4 kJ·mol-1
Ⅲ.CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH3
经计算ΔH3=________kJ·mol-1。
解析:分析三个热化学方程式,根据盖斯定律可得,反应Ⅲ=反应Ⅰ-反应Ⅱ,ΔH3=ΔH1 -ΔH2=(-49.5 kJ·mol-1)-(-90.4 kJ·mol-1)=+40.9 kJ·mol-1。
答案:+40.9
答案:2V2O5(s)+2SO2(g)===2VOSO4(s)+V2O4(s) ΔH=-351 kJ·mol-1
3.大气中的二氧化碳主要来自煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时,相关物质的燃烧热数据如下表。


25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)反应生成C6H6(l)的热化学方程式为__________。
物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l)
燃烧热ΔH/(kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5
答案:3H2(g)+6C(石墨,s)===C6H6(l) ΔH=+49.1 kJ·mol-1
[思维建模]
利用盖斯定律计算反应热的“四步骤”

5.室温下,将1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低,热效应为ΔH1,将1 mol 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。下列判断正确的是(  )
A.ΔH2>ΔH3 B.ΔH1<ΔH3
C.ΔH1+ΔH3=ΔH2 D.ΔH1+ΔH2>ΔH3

ΔH1>0,ΔH2<0,ΔH3=ΔH1-ΔH2,则ΔH1<ΔH3,B正确;
ΔH3=ΔH1-ΔH2,C错误;
ΔH1>0,ΔH2<0,ΔH1<ΔH3,故ΔH1+ΔH2<ΔH3,D错误。
02
真题研做 高考通关
1.(2023·新高考重庆卷)在银催化下,乙烯与氧气反应生成环氧乙烷(EO)和乙醛(AA)。根据图示,回答下列问题:

(1)中间体OMC生成吸附态EO(ads)的活化能为________kJ/mol。
(2)由EO(g)生成AA(g)的热化学方程式为___________。
答案:(1)83 (2)EO(g) AA(g) ΔH=-102 kJ/mol
2.(2023·新高考北京卷)二十世纪初,工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步:
ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4;
ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图,下列说法正确的是________(填序号)。
a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱ
b.反应ⅰ为放热反应,反应ⅱ为吸热反应
c.CO2(l)+2NH3(l)===CO(NH2)2(l)+H2O(l) ΔH=E1-E4
解析:a.反应ⅰ的活化能是E1,反应ⅱ的活化能是E3,E1答案:ab
3.(2023·高考全国乙卷改编)已知下列热化学方程式:
FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)+7H2O(g) ΔH1=a kJ·mol-1
FeSO4·4H2O(s)===FeSO4(s)+4H2O(g) ΔH2=b kJ·mol-1
FeSO4·H2O(s)===FeSO4(s)+H2O(g) ΔH3=c kJ·mol-1
则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH=___kJ·mol-1。
解析:将题中已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,由①+③-2×②可得FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s) ΔH=ΔH1+ΔH3-2ΔH2=(a+c-2b) kJ·mol-1。
答案:(a+c-2b)
4.(2023·浙江6月选考)水煤气变换反应是工业上的重要反应,可用于制氢。
水煤气变换反应:CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
该反应分两步完成:
3Fe2O3(s)+CO(g) 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
2Fe3O4(s)+H2O(g) 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2
则ΔH2=________kJ·mol-1。
解析:①CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH=-41.2 kJ·mol-1
②3Fe2O3(s)+CO(g) 2Fe3O4(s)+CO2(g) ΔH1=-47.2 kJ·mol-1
③2Fe3O4(s)+H2O(g) 3Fe2O3(s)+H2(g) ΔH2
根据盖斯定律,由①-②可得③,故ΔH2=ΔH-ΔH1=(-41.2 kJ·mol-1)-(-47.2 kJ·mol-1)=+6 kJ·mol-1。
答案:+6(共48张PPT)
第34讲 原电池 化学电源
1.从氧化还原反应的角度认识原电池的工作原理,能设计简单的原电池。
2.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。
3.能够书写常见化学电源的电极反应式和总反应方程式。
01
考点梳理 高效演练
考点一 原电池的工作原理及其应用

1.原电池的概念:把______能转化为______能的装置。其本质是发生____________反应。
化学

氧化还原
2.原电池的构成条件
一看反应 能发生______________的氧化还原反应(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)
二看电极 一般是活泼性不同的两个电极(金属或石墨)
三看 闭合回路 (1)电解质溶液
(2)两电极直接或间接接触
(3)两电极插入电解质溶液中
自发进行
3.原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
[说明] 盐桥的组成和作用
组成 装有含KCl饱和溶液的琼胶,离子可在其中自由移动
作用 a.连接内电路,_________________;b.__________________,使原电池不断产生电流
离子移向 阴离子移向________,阳离子移向______________
形成闭合回路
平衡电荷
负极
正极
4.原电池原理的应用
(1)设计制作化学电源。
负极
正极
电极材料
(2)比较金属的活动性强弱:在原电池中,负极一般是活动性________的金属,正极一般是活动性________的金属(或能导电的非金属),即活动性:负极>正极。
(3)增大化学反应速率:氧化还原反应形成原电池时,反应速率增大。
(4)用于金属的防护:将需要保护的金属制品作为原电池的________将受到保护。
较强
较弱
正极
[易错秒判]
(1)锌铜原电池中,盐桥可以换成导线(  )
(2)原电池工作时,溶液中的阳离子向负极移动,盐桥中的阳离子向正极移动(  )
(3)构成原电池两极的电极材料一定是活泼性不同的金属(  )
(4)两种活泼性不同的金属组成原电池的两极,活泼金属一定是负极(  )
(5)原电池中负极失去电子的总数一定等于正极得到电子的总数(  )
(6)由于CaO+H2O===Ca(OH)2可以放出大量的热,故可把该反应设计成原电池(  )
(7)实验室制备H2时,用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳(  )
答案:(1)× (2)×  (3)× (4)× (5)√ (6)× (7)√
一、原电池的工作原理
1.下列与甲、乙两套装置有关的说法正确的是(  )

A.甲、乙装置中,锌棒均为负极,发生氧化反应
B.甲装置中锌棒直接与稀硫酸接触,故其生成气泡的速率更大
C.甲、乙装置的电解质溶液中,阳离子均向碳棒定向迁移
D.乙装置中盐桥设计的优点是迅速平衡电荷,提高电池效率

2.某同学利用如下电池装置探究Fe2+的氧化性和还原性。电流表显示电子由铁电极流向石墨电极,石墨电极上未见Fe析出。下列分析不正确的是(  )

A.盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中
B.一段时间后两烧杯溶液中c(Fe2+)均增大
C.当两烧杯溶液中c(Fe2+)相等时,说明反应已停止
D.由该装置可知,Fe2+还原性小于Fe、氧化性小于Fe3+

解析:该原电池总反应式为Fe+2Fe3+===3Fe2+,负极为铁单质失电子生成亚铁离子,正极为铁离子得电子生成亚铁离子。A.铁电极失电子为负极,石墨电极为正极,阳离子从负极向正极移动,故盐桥中的阳离子进入右侧烧杯溶液中,A正确;
B.铁电极发生的反应为Fe-2e-===Fe2+,石墨电极发生的反应为 Fe3++e-===Fe2+,两侧均生成亚铁离子,故一段时间后两烧杯溶液中 c(Fe2+)均增大,B正确;
C.负极反应为Fe-2e-===Fe2+,正极反应为2Fe3++2e-===2Fe2+,设两边均为1 L溶液,一段时间后转移电子的物质的量为2x mol 时,两极溶液中亚铁离子浓度相等,则0.10+x=2x+0.05,解得x=0.05,右边消耗铁离子0.05 mol×2=0.1 mol<0.10 mol·L-1×1 L×2=0.2 mol,则反应仍能继续进行,C错误;
D.负极反应为Fe-2e-===Fe2+,正极反应为2Fe3++2e-===2Fe2+,总反应为Fe+2Fe3+===3Fe2+,反应中氧化剂为Fe3+,还原剂为Fe,Fe2+既是氧化产物也是还原产物,故Fe2+还原性小于Fe,氧化性小于Fe3+,D正确。
二、电极的判断与电极反应式的书写
3.有下图所示的四个装置,回答相关问题:
(1)图①中,Mg为__________极。
(2)图②中,Mg为__________极,写出负极反应式:____________,正极反应式:_________________,总反应的离子方程式:____________________。
(3)图③中,Fe为__________极,写出负极反应式:____________________,正极反应式:_____________,总反应的化学方程式:_______________。
(4)图④装置能否构成原电池?__________(填“能”或“否”)。若能构成原电池,正极为__________,电极反应式为____________(若不能构成原电池,后两问不用回答)。
三、原电池原理的应用
4.有M、N、P、E四种金属,已知:①M+N2+===N+M2+;②M、P用导线连接放入硫酸氢钠溶液中,M表面有大量气泡;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,电极反应为E2++2e-===E,N-2e-===N2+。四种金属的还原性由强到弱的顺序是_________________________________。
解析:①M置换出N,故M的还原性比N的强;②M、P用导线连接放入NaHSO4溶液中,M表面有大量气泡,故M是正极,P的还原性比M的强;③N、E用导线连接放入E的硫酸盐溶液中,N发生氧化反应生成N2+,故N的还原性比E的强。综上所述,还原性由强到弱的顺序为P>M>N>E。
答案:P>M>N>E
5.设计原电池装置证明Fe3+的氧化性比Cu2+的强。
(1)写出能说明氧化性Fe3+比Cu2+强的离子方程式:_____________________。
(2)若要将上述反应设计成原电池,电极反应式分别是
①负极:________________________________________。
②正极:___________________________________________。
(3)在下表中画出装置图,指出电极材料和电解质溶液。
①不含盐桥 ②含盐桥

答案:(1)2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+
(2)①Cu-2e-===Cu2+ ②2Fe3++2e-===2Fe2+
(3)



(答案合理即可)
①不含盐桥 ②含盐桥

考点二 化学电源

1.一次电池
一次电池即放电后不可再充电的电池。
(1)碱性锌锰电池。
负极:______________________________;
正极:MnO2+H2O+e-===MnO(OH)+OH-;
总反应:Zn+2MnO2+2H2O===Zn(OH)2+2MnO(OH)。
Zn+2OH--2e-===Zn(OH)2
(2)纽扣式锌银电池。
负极:Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O;
正极:Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-;
总反应:Zn+Ag2O===ZnO+2Ag。
2.二次电池
二次电池又称可充电电池或蓄电池,是一类放电后可以再充电而反复使用的电池。铅酸蓄电池是一种常见的二次电池,其充、放电过程如下:
3.燃料电池
一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转化为电能的化学电源。
(1)常见燃料。
除H2外,还有CO、水煤气(CO和H2)、烃类(如CH4)、醇类(如CH3OH)、醚类(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)电解质类型。
酸性溶液、碱性溶液、固体电解质(可传导O2-)、熔融碳酸盐,不同电解质会对总反应、电极反应有影响。
(3)应用举例(以甲烷为燃料,写出下列介质中的电极反应式)。
酸性溶液 正极反应式:_________________________________;
负极反应式:___________________________________
碱性溶液 正极反应式:________________________________;
负极反应式:__________________________________
固体氧化物(高温下能传导O2-) 正极反应式:_________________________________;
负极反应式:__________________________________
熔融碳酸盐(如熔融K2CO3,正极通入CO2) 正极反应式:________________________________;
负极反应式:_________________________________
2O2+8H++8e-===4H2O
CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+
2O2+4H2O+8e-===8OH-
2O2+8e-===4O2-
CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
[易错秒判]
(1)MnO2是碱性锌锰电池中的催化剂,可使锌锰电池的比能量更高(  )
(2)碱性锌锰电池中,1 mol Zn和1 mol MnO2放电转移电子数相等(  )
(3)铅酸蓄电池在放电过程中,负极质量减小,正极质量增大(  )
(4)可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应(  )
(5)可充电电池充电时,电池的正极应连接外接电源的负极(  )
(6)铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生氧化反应(  )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)√
一、化学电源的原理分析
1.(2024·广东高三调研)一种向外输出电能的同时又能使水土中重金属离子Cd2+变成沉淀而被除去的电化学装置,其工作原理如下图所示。下列说法正确的是(  )
A.锌棒为该装置的正极
B.电子从锌棒经水土移向碳棒
C.碳棒附近Cd2+转化为Cd而被除去
D.标准状况下,每消耗22.4 L O2,理论上最多能除去2 mol Cd2+

解析:由题图可知,Zn为负极,电极反应为Zn-2e-===Zn2+,石墨为正极,电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-,水土中的Cd2+与OH-反应生成Cd(OH)2沉淀而除去。A.由分析可知,锌棒为该装置的负极,A错误;
B.由分析可知,电子由锌棒经导线流向碳棒,但电子不能经过水土,B错误;
C.由分析可知,碳棒附近Cd2+转化为Cd(OH)2沉淀而被除去,C错误;
D.标准状况下,每消耗22.4 L(1 mol) O2,理论上可产生4 mol OH-,由离子方程式Cd2++2OH-===Cd(OH)2↓可知,最多能除去2 mol Cd2+,D正确。
2.(2024·广州大学附中检测)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时,通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,其装置如下图所示,其中的固体电解质是Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的是(  )
A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由
电极b流向电极a
B.电极b是正极,O2-由电极a流向电极b
C.电极a的反应式为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O
D.当固体电解质中有1 mol O2-通过时,转移4 mol电子

解析:电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,故A错误;
电极b上氧气得电子,生成O2-,而电极a需要O2-作为反应物,故O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),故B错误;
甲烷所在电极a为负极,电极反应为CH4+4O2--8e-===CO2+2H2O,故C正确;
1 mol O2得到4 mol电子生成2 mol O2-,故当固体电解质中有1 mol O2-通过时,转移2 mol 电子,故D错误。
3.以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(  )
A.放电过程中,K+均向负极移动
B.放电过程中,KOH物质的量均减小
C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料电池的理论放电量最大
D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4-O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L

解析:碱性环境下,CH3OH-O2燃料电池总反应为2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,N2H4-O2燃料电池总反应为N2H4+O2===N2+2H2O,(CH3)2NNH2中C和N元素的化合价均为-2价,H元素的化合价为+1价,根据氧化还原反应原理可推知,(CH3)2NNH2-O2燃料电池总反应为(CH3)2NNH2+4O2+4KOH===2K2CO3+N2+6H2O。A.放电过程为原电池工作原理,所以K+均向正极移动,A错误;
B.根据上述分析可知,N2H4-O2燃料电池的产物为氮气和水,其总反应中未消耗KOH,所以KOH的物质的量不变,另外两种燃料电池均消耗KOH,所以KOH的物质的量减小,B错误;
D.根据得失电子守恒和总反应式可知,消耗1 mol O2,理论上N2H4-O2燃料电池生成1 mol氮气,在标准状况下的体积为22.4 L,D错误。
二、二次电池的充、放电分析
4.某液态金属储能电池的示意图如下,放电时产生金属化合物Li3Bi。下列说法正确的是(  )
A.放电时,M极反应为Ni-2e-===Ni2+
B.放电时,Li+由M极向N极移动
C.充电时,M极的质量减小
D.充电时,N极反应为Li3Bi+3e-===3Li++Bi

解析:放电时,M极上的Li比Ni更活泼,也比N极上的Sb、Bi、Sn更活泼,故M极为负极,电极反应为Li-e-===Li+,N极为正极,电极反应为3Li++3e-+Bi===Li3Bi,Li+由M极向N极移动,A错误、B正确;
由可充电电池的原理可知,充电时和放电时同一电极上发生的反应互为逆过程,故充电时,M极的电极反应为Li++e-===Li,M极的质量增大,N极的电极反应为Li3Bi-3e-===3Li++Bi,C、D错误。
5.(2024·广东六校联考)某课题组以纳米Fe2O3作为电极材料制备锂离子电池(另一极为金属锂和石墨的复合材料),通过在室温条件下对锂离子电池进行循环充放电,成功地实现了对磁性的可逆调控(见下图)。下列说法不正确的是(  )
A.充电时,Fe2O3对应电极连接充
电电源的负极
B.正极的电极反应式:Fe2O3+6Li++6e-===3Li2O+2Fe
C.该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液
D.放电时,Fe2O3为电池,被还原为Fe,电池被磁铁吸引

解析:A.根据题图可知,放电时,Li被氧化为Li+,故金属锂和石墨的复合材料为负极,纳米Fe2O3为正极,故充电时纳米Fe2O3为阳极,与电源正极相连,A错误;
B.放电时,Fe2O3对应电极为正极,Fe2O3被还原为Fe,O元素转化为Li2O,根据得失电子守恒、质量守恒可得电极反应式为Fe2O3+6Li++6e-===3Li2O+2Fe,B正确;
C.Li为活泼金属,会与氢氧化钠溶液中的水反应,故该电池不能用氢氧化钠溶液作为电解质溶液,C正确;D.放电时,Fe2O3为正极,被还原为Fe,电池被磁铁吸引,D正确。
[思维建模]
二次电池原理分析的思维模型
02
真题研做 高考通关
1.(2023·新高考广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是(  )
A.Ag为原电池正极
B.电子由Ag经活性炭流向Pt
C.Pt表面发生的电极反应:O2+2H2O+4e-===4OH-
D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 mol Cl-

解析:O2在Pt极得电子发生还原反应,Pt为正极,Ag失电子发生氧化反应,Ag为负极,A错误;
电子由负极Ag经活性炭流向正极Pt,B正确;
溶液为酸性,故Pt表面发生的电极反应为O2+4H++4e-===2H2O,C错误;
负极反应为Ag-e-+Cl-===AgCl,每消耗标准状况下11.2 L的O2,转移2 mol电子,最多去除2 mol Cl-,D错误。
2.(2023·新高考辽宁卷)某低成本储能电池原理如图所示。下列说法正确的是(  )

储能过程为充电过程,电能转化为化学能,B项正确;
放电时阳离子向正极移动,左侧H+通过质子交换膜移向右侧,C项错误;

由总反应可知,充电时的总反应为Al2(Sx)3===2Al+3xS,再生1 mol Al单质至少转移3 mol电子,C正确;
4.(2023·高考新课标卷)一种以V2O5和Zn为电极、Zn(CF3SO3)2 水溶液为电解质的电池,其示意图如下所示。放电时,Zn2+可插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O。下列说法错误的是(  )
A.放电时V2O5电极为正极
B.放电时Zn2+由负极向正极迁移
C.充电总反应:xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D.充电阳极反应:ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O

解析:放电时Zn失去电子生成Zn2+,Zn电极为负极,V2O5电极为正极,A正确;
放电时,阳离子(Zn2+)移向正极,B正确;
放电时Zn2+插入V2O5层间形成ZnxV2O5·nH2O,放电总反应为xZn+V2O5+nH2O===ZnxV2O5·nH2O,故充电总反应为ZnxV2O5·nH2O===xZn+V2O5+nH2O,C错误;
充电时,V2O5电极为阳极,电极反应为ZnxV2O5·nH2O-2xe-===xZn2++V2O5+nH2O,D正确。(共31张PPT)
第35讲 新型化学电源
1.了解常考新型化学电源的类型,会分析新型化学电源的工作原理。
2.能根据原电池原理正确书写新型化学电源的电极反应式。
01
考点梳理 高效演练
考点一 锂电池与锂离子电池

1.锂电池
锂电池是一类由金属锂或锂合金负极材料和非水电解质溶液组成的电池。锂电池的负极材料是金属锂或锂合金,工作时金属锂失去电子被氧化为Li+,负极反应均为Li-e-===Li+,负极生成的Li+经过电解质溶液定向移动到正极。
2.锂离子二次电池
(1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理,替代了传统的“氧化—还原”理念;充放电时,Li+可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。
(2)锂离子电池充电时阴极反应一般为6C+xLi++xe-===LixC6;放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:LixC6-xe-===6C+xLi+。
(3)锂离子电池的正极材料一般为含Li+的化合物,目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。
1.(2024·湛江统考)下图是我国发明的超大容量锂硫电池的工作原理示意图。下列说法不正确的是(  )
A.放电时,该电池中电子通过外电路、
Li+通过内电路,均移向正极
B.正极的电极反应为
S8+16e-+16Li+===8Li2S
C.该电池的电解质为非水体系,通过传递Li+形成电流
D.充电时,金属锂片上发生氧化反应

解析:放电时,金属锂片为负极,Li元素化合价升高、失电子、发生氧化反应;充电时,金属锂片连接电源的负极,为阴极,Li+得电子、发生还原反应。放电时,该电池中电子通过外电路,Li+通过内电路,均移向正极,A正确;
正极上S8得到电子,转化为Li2S,电极反应为S8+16e-+16Li+===8Li2S,B正确;
锂能与水反应,电池中电解质溶液不能为水溶液,该电池的电解质为非水体系,通过传递Li+形成电流,C正确;
充电时,金属锂片为阴极,发生还原反应,D错误。
A.LiPON薄膜在充放电过程中质量发生变化
B.导电介质c可为Li2SO4溶液
C.放电时b极为正极,电极反应为
Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2
D.充电时,当外电路通过0.2 mol电子时,非晶硅薄膜上质量减少1.4 g

B项,由于2Li+2H2O===2LiOH+H2↑,故导电介质c中不能有水,不能为Li2SO4溶液,B错误;
C项,放电时b极为正极,电极反应为Li1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2,C正确;
D项,充电时,a极为阴极,电极反应为xLi++xe-+Si===LixSi,当外电路通过0.2 mol电子时,非晶硅薄膜上质量增加0.2 mol×7 g·mol-1=1.4 g,D错误。
考点二 微生物燃料电池

  微生物燃料电池是一种利用微生物将有机化合物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是在负极室厌氧环境下,有机化合物在微生物作用下分解并释放出电子和质子,电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递,并通过外电路传递到正极形成电流,而质子通过质子交换膜传递到正极,氧化剂(一般为氧气)在正极得到电子被还原与质子结合成水。
1.(2024·汕头金禧中学高三月考)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置,其工作原理如下图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是(  )
A.正极反应中有CO2生成
B.微生物促进了反应中电子的转移
C.质子通过质子交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O

解析:A.由题图可知,负极上C6H12O6失电子和H2O反应生成CO2和H+,电极反应式为C6H12O6+6H2O-24e-===6CO2↑+24H+,正极上O2得电子和H+反应生成水,电极反应式为O2+4e-+4H+===2H2O,故CO2在负极产生,故A错误;
B.葡萄糖在微生物的作用下分解,此过程中化学能转化为电能,形成原电池,有电流产生,故微生物促进了反应中电子的转移,故B正确;
C.由A项分析可知,负极区产生了H+,根据原电池中阳离子向正极移动可知,质子(H+)通过质子交换膜从负极区移向正极区,故C正确;
D.电池总反应式为C6H12O6+6O2===6CO2+6H2O,故D正确。

解析:A.由题图可知,处理废水过程中,附着微生物的石墨电极上反应物为CH4,生成物为CO2,C元素化合价从-4 价升高为+4价,失去电子,为负极,A项正确;
B.微生物在高温下会死亡,所以处理废水时,不宜在高温下进行,B项正确;


D.在附着微生物的石墨电极上CH4被氧化为CO2气体,电极反应式为CH4-8e-+2H2O===CO2+8H+,溶液pH减小,D项错误。
考点三 液流循环电池

  液流循环电池是正、负极电解质溶液分开、各自循环的一种高性能蓄电池,具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。它通过正、负极电解质溶液活性物质发生可逆氧化还原反应(即价态的可逆变化)实现电能和化学能的相互转化。充电时,阳极(正极)发生氧化反应使活性物质价态升高,阴极(负极)发生还原反应使活性物质价态降低,放电过程与之相反。与一般固态电池不同的是,液流电池的正极和(或)负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中,通过泵和管路输送到电池内部进行反应。

根据题图可知,电池工作时,膜a、膜b之间生成NaOH,膜a为阳离子交换膜,膜b为阴离子交换膜,故B错误;
连接电源时,阳极反应式为4OH--4e-===O2↑+2H2O,电路中通过2 mol电子,消耗2 mol NaOH,所以消耗NaOH的质量为80 g,故D错误。
2.(2024·佛山顺德区高三质检)2023年我国首个兆瓦级铁铬液流电池储能项目在内蒙古成功运行。电池利用溶解在盐酸中的铁、铬离子价态差异进行充放电,工作原理如下图所示。下列有关叙述不正确的是(  )
A.阴极在充电过程中可能会产生H2
B.接输电网时,a极的电极电势高于b极的
C.充电时,阳极的电极反应为
Fe2+-e-===Fe3+
D.放电时,每1 mol Cl-移向b极,
c(Fe3+)减少1 mol/L

解析:由题图可知,充电时,左侧亚铁离子失去电子发生氧化反应生成铁离子,a为阳极;右侧三价铬离子得到电子发生还原反应生成二价铬离子,b为阴极;放电时该装置为原电池。A.阴极在充电过程中,氢离子可能得到电子发生还原反应生成H2,A正确;
B.由分析可知,a为阳极,接输电网的正极,a极的电极电势高于b极的,B正确;
C.由分析可知,充电时,阳极上Fe2+失电子生成Fe3+,电极反应为Fe2+-e-===Fe3+,C正确;
D.放电时,该装置为原电池,阴离子向负极(b极)移动,故每1 mol Cl-移向b极,就有1 mol铁离子参与反应,但溶液体积未知,故不确定铁离子减少的浓度,D错误。
考点四 浓差电池

  浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差,离子均是由“高浓度”移向“低浓度”,依据阴离子移向负极区域,阳离子移向正极区域判断电池的正、负极,这是解题的关键。
1.浓差电池中的电动势是由于电池中存在浓度差而产生的。某浓差电池的工作原理示意图如下,该电池从浓缩海水中提取LiCl的同时又获得了电能。下列有关该电池的说法错误的是(  )
A.电池工作时,Li+通过离子导体移向Y极区
B.电流由X极通过外电路流向Y极
C.正极发生的反应为2H++2e-===H2↑
D.Y极每生成1 mol Cl2,X极区得到 2 mol LiCl

解析:X极上H+发生还原反应:2H++2e-===H2↑,X极为正极,Y极上Cl-发生氧化反应:2Cl--2e-===Cl2↑,Y极是负极,电池工作时,Li+通过离子导体移向X极区,A项错误、C项正确;
在外电路中电流由正极流向负极,B项正确;
Y极每生成1 mol Cl2,转移2 mol电子,有2 mol Li+向正极移动,故X极区得到2 mol LiCl,D项正确。
2.利用同种气体在两极浓度不同而产生电势差可设计成气体浓差电池,利用浓差电池可测定混合气体中某气体含量。实验室通过氧气浓差电池测定空气中氧气含量的工作原理示意图如下,其中在参比电极上通入纯氧气,测量电极上通入空气。下列说法错误的是(  )
A.熔融ZrO2、CaO混合物可用于传递O2-
B.工作时,电子由测量电极经外电路流向参比电极
C.工作时,用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确
D.相同压强下,电势差越大,空气中氧气含量越高

解析:A.纯氧气在反应中得到电子发生还原反应转化为O2-,故参比电极为正极,负极上O2-失电子生成氧气,熔融金属氧化物电离出的氧离子向负极定向移动可用于传递O2-,A正确;
B.电子由负极经外电路流向正极,故工作时,电子由测量电极经外电路流向参比电极,B正确;
C.由工作原理知,负极上氧离子失去电子发生氧化反应会不断生成氧气,混合气体中氧气浓度增大,故用初期读数计算所得空气中氧气含量更准确,C正确;
D.两极氧气浓度差越大,两极电势差越大,故相同压强下,电势差越大,空气中氧气含量越低,D错误。
02
真题研做 高考通关
1.(2022·新高考湖南卷)海水电池在海洋能源领域备受关注,一种锂-海水电池构造示意图如图,下列说法错误的是(  )
A.海水起电解质溶液作用
B.N极仅发生的电极反应:
2H2O+2e-===2OH-+H2↑
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池

2.(2022·新高考广东卷)科学家基于Cl2易溶于CCl4的性质,发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池,可作储能设备(如图)。充电时电极a的反应为NaTi2(PO4)3+2Na++2e-===Na3Ti2(PO4)3。
下列说法正确的是(  )
A.充电时电极b是阴极
B.放电时NaCl溶液的pH减小
C.放电时NaCl溶液的浓度增大
D.每生成1 mol Cl2,电极a质量理论上增加23 g

解析:由充电时电极a的反应可知,电极a上发生还原反应,电极a为阴极,电极b为阳极,A项错误;
放电时,负极上Na3Ti2( PO4)3发生氧化反应释放出Na+,正极上Cl2发生还原反应生成Cl-,NaCl溶液的浓度增大,但溶液一直呈中性,故放电时NaCl溶液的pH不变,B项错误、C项正确;
充电时,每生成1 mol Cl2,转移2 mol电子,由题干电极a的反应可知,有2 mol Na+参与反应,电极a质量理论上增加46 g,D项错误。
3.(2022·高考全国乙卷)Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好应用前景。近年来,科学家研究了一种光照充电Li-O2电池结构,如下图所示。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-===Li)和阳极反应(Li2O2+2h+===2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(  )
A.充电时,电池的总反应为Li2O2===2Li+O2
B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关
C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移
D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-===Li2O2

解析:充电时为电解池,由题目信息知,光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),电子通过外电路转移到锂电极发生反应Li++e-===Li,光催化电极上发生反应Li2O2+2h+===2Li++O2,总反应为Li2O2===2Li+O2,因此充电效率与光照产生的电子和空穴量有关,A、B项正确;
放电时,阳离子移向正极,因此放电时,Li+从负极穿过离子交换膜向正极迁移,C项错误;
放电时,正极发生还原反应,电极反应式为O2+2e-+2Li+===Li2O2,D项正确。(共55张PPT)
第36讲 电解池 金属的腐蚀与防护
1.理解电解池的构成和工作原理,能书写电极反应和总反应。
2.掌握氯碱工业、电解精炼、电镀、电冶金等的反应原理。
3.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。
01
考点梳理 高效演练
考点一 电解原理

1.电解与电解池
电流
氧化还原

化学
电源
反应
2.图解电解池的构成及工作原理(以电解CuCl2溶液为例)
氧化
2Cl--
2e-===Cl2↑
还原
Cu2++2e-
===Cu
3.电解中的放电规律
(1)阳极放电规律。
①活性电极(除Au、Pt外的金属材料为电极),电极材料本身失电子,生成金属阳离子。
②惰性电极(Pt、Au、石墨),要依据阴离子的放电顺序加以判断。
阴离子的放电顺序:S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子。S2-、I-、Br-、Cl-放电,产物分别是S、I2、Br2、Cl2;若OH-放电,则得到O2。
(2)阴极放电规律。
阳离子放电顺序:Ag+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+。
①在溶液中Al3+、Mg2+、Na+、Ca2+、K+等不会在阴极上放电,但在熔融状态下会放电。
②若金属阳离子(Fe3+除外)放电,则得到相应金属单质;若H+放电,则得到H2。
(3)用惰性电极电解各类电解质溶液的规律
类型 电极反应特点 实例 电极反应式 溶液 pH变化 溶液复
原方法
电解水型 阴极:H2O电离出的H+(碱或盐溶液中)或酸电离出的H+放电生成H2 阳极:H2O电离出的OH- (酸或盐溶液 中)或碱电离出的OH-放电生成O2 含氧酸 H2SO4 阳极:_____________________ 极:_______________________ 总反应:___________________ ____ _______
强碱 NaOH 阳极:_____________________ 阴极:____________________ 总反应:___________________ ____ 活泼金 属的含 氧酸盐 KNO3 阳极:_____________________ 阴极:____________________ 总反应:___________________ ____ 2H2O-4e-===4H++O2↑
4H++4e-===2H2↑
4OH--4e-===2H2O+O2↑
4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
2H2O-4e-===4H++O2↑
4H2O+4e-===2H2↑+4OH-
减小
增大
不变
加水
类型 电极反 应特点 实例 电极反应式 溶液 pH变化 溶液复
原方法
电解电解质型 电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电 无氧酸 (氢氟酸除外) HCl 阳极:__________________ 阴极:__________________ 总反应:________________________ ____ ______________
不活泼金属的无氧酸盐 CuCl2 阳极:__________________ 阴极:__________________ 总反应:________________________ - ______________
2Cl--2e-===Cl2↑
2H++2e-===H2↑
增大
通入HCl
气体
2Cl--2e-===Cl2↑
Cu2++2e-===Cu
加CuCl2
固体
类型 电极反 应特点 实例 电极反应式 溶液 pH变化 溶液复
原方法
放氢生碱型 阴极:H2O放出H2生成碱 阳极:电解质阴离子放电 活泼金属的无氧酸盐 NaCl 阳极:________________ 阴极: ______________________ 总反应:____________________________________________ ______ _________________
2Cl--2e-===Cl2↑
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
H2↑+Cl2↑+2OH-
增大
通入
HCl
气体
类型 电极反 应特点 实例 电极反应式 溶液 pH变化 溶液复
原方法
放氧生酸型 阴极:电解质阳离子放电 阳极:H2O放出O2生成酸 不活泼金属的含氧酸盐 AgNO3 阳极:______________________ 阴极:______________________ 总反应:____________________________________________ ____ __________________
2H2O-4e-===4H++O2↑
4Ag++4e-===4Ag
4Ag+O2↑+4H+
减小
加入Ag2O固体
答案:(1)√ (2)× (3)√  (4)√ (5)× (6)√
1.用石墨作为电极,电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示,通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列叙述正确的是(  )
A.逸出气体的体积:电极A<电极B
B.一电极逸出无味的气体,另一电极逸出有
刺激性气味的气体
C.电极A附近溶液呈红色,电极B附近溶液呈蓝色
D.电解一段时间后,将全部电解液转移到同一烧杯中,充分搅拌后溶液呈中性

解析:用惰性电极电解Na2SO4溶液,电极A为阴极,电极B为阳极。在电极B上H2O放电产生O2和H+,电极B附近 c(H+)>c(OH-),石蕊溶液变红;在电极A上H2O放电产生H2和OH-,电极A附近c(OH-)>c(H+),石蕊溶液变蓝,产生H2和O2的体积之比为2∶1。
2.如图所示,x、y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色无味的气体放出,符合这一情况的是(  )
选项 a极板 b极板 x电极 z
A 锌 石墨 负极 CuSO4 B 石墨 石墨 负极 NaOH C 银 铁 正极 AgNO3 D 铜 石墨 负极 CuCl2 √
解析:由题意知,a极板质量增加,a应为阴极,b为阳极,x为电源负极,y为电源正极。电解CuSO4溶液时,a极板有Cu附着,b极板有O2放出,A项符合题意;
电解NaOH溶液时,a极板质量无变化,B项不符合题意;
阳极为Fe,为活性电极,电解时Fe在阳极放电溶解,无气体生成,C项不符合题意;
电解CuCl2溶液时,Cl-在阳极放电生成Cl2,Cl2为黄绿色有刺激性气味的气体,D项不符合题意。
3.在下图所示的装置中,通直流电5 min时,铜电极的质量增加2.16 g。回答下列问题。
(1)电源中X为直流电源的__________极。
(2)pH变化:A__________(填“增大”“减小”或“不变”,下同),B__________,C__________。
(3)通电5 min时,B中共收集到224 mL(标准状况下)气体,溶液体积为200 mL,则通电前CuSO4溶液中溶质的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)常温下,若A中KCl足量且溶液的体积也是200 mL,电解后,溶液的pH为________(设电解前后溶液体积无变化)。
答案:(1)负 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol·L-1 (4)13
[方法技巧]
电化学计算中常用的三种方法
(1)根据总反应计算:
先写出电极反应,再写出总反应,最后根据总反应列出比例式计算。
(2)根据电子守恒计算:
①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算,其依据是电路中转移的电子数相等;
②用于混合溶液中电解的分阶段计算。
(3)根据关系式计算:
根据得失电子守恒建立起已知量与未知量之间的桥梁,构建计算所需的关系式。
如以电路中通过4 mol e-为桥梁可构建以下关系式:

(式中M为金属,n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
考点二 电解原理的应用

1.氯碱工业
习惯上把电解饱和食盐水的工业生产叫做氯碱工业。
(1)反应原理。
阳极:____________________(________反应)。
阴极:_____________________________(________反应)。
总反应离子方程式:_______________________________________________。
2Cl--2e-===Cl2↑
氧化
2H2O+2e-===H2↑+2OH-
还原
(2)离子交换膜法的生产过程。
①a、b、c、d加入或流出的物质依次是__________________________、H2O(含少量NaOH)、____________、____________;X、Y分别为________、________。
②阳离子交换膜的作用是阻止__________进入阳极室与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O,阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
精制饱和NaCl溶液
淡盐水
NaOH溶液
Cl2
H2
OH-
2.电镀铜和电解精炼铜
类型 电镀铜 电解精炼铜
示意图
电极 材料 阳极:镀层金属铜片 阴极:待镀金属铁件 阳极:______铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)
阴极:纯铜

类型 电镀铜 电解精炼铜
电极反应 阳极 ___________________ Zn-2e-===Zn2+、
Fe-2e-===Fe2+、
Ni-2e-===Ni2+、
________________
阴极 ________________________ 电解质溶液的浓度变化 CuSO4溶液的浓度_____________ CuSO4溶液的浓度__________
注:电解精炼铜时,粗铜中的Ag、Au等不反应,沉积在电解池底部形成____________ Cu-2e-===Cu2+
Cu-2e-===Cu2+
Cu2++2e-===Cu
基本不变
变小
阳极泥
3.电冶金
利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
类型 总反应化学方程式 电极反应
冶炼 钠 ___________________________ 阳极:__________________;
阴极:__________________
冶炼 镁 ____________________________ 阳极:__________________;
阴极:___________________
冶炼 铝 ____________________________ 阳极:___________________;
阴极:____________________
2Cl--2e-===Cl2↑
2Na++2e-===2Na
2Cl--2e-===Cl2↑
Mg2++2e-===Mg
6O2--12e-===3O2↑
4Al3++12e-===4Al
[易错秒判]
(1)电解饱和食盐水时,两个电极均不能用金属材料(  )
(2)在镀件上电镀铜时,可以用惰性材料为阳极,用硫酸铜溶液为电解液(  )
(3)根据得失电子守恒可知,电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等(  )
(4)电解冶炼镁、铝通常电解熔融的MgCl2和Al2O3,也可以电解熔融的MgO和AlCl3(  )
(5)用Zn为阳极,Fe为阴极,ZnCl2溶液为电解质溶液,由于放电顺序H+>Zn2+,不可能在铁上镀锌(  )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)×
1.下图是工业电解饱和食盐水的装置示意图,下列说法不正确的是(  )

解析:右侧电极是电解池阴极,左侧电极是电解池阳极,溶液中的氯离子在阳极失电子生成氯气,A项正确;
右侧电极是阴极,溶液中的水在阴极得到电子发生还原反应生成氢气和氢氧根离子,离子交换膜是阳离子交换膜,只允许阳离子通过,B项正确;
该装置是电解池,是将电能转化为化学能的装置,D项正确。
2.若要在铜片上镀银,下列叙述中正确的是(  )
①将铜片接在电源的正极
②将银片接在电源的正极
③在铜片上发生的反应是Ag++e-===Ag
④在银片上发生的反应是2H2O-4e-===O2↑+4H+
⑤可用CuSO4溶液作为电解质溶液
⑥可用AgNO3溶液作为电解质溶液
A.①③⑥   B.②③⑥
C.①④⑤ D.②③④⑥

解析:根据电镀原理,若要在铜片上镀银,铜为电解池的阴极,与电源负极相连,电解质溶液中的银离子得到电子发生还原反应生成银;银为电解池的阳极,与电源正极相连,银失电子发生氧化反应生成银离子;电解质溶液为硝酸银溶液。
3.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性:Fe2+<Ni2+< Cu2+)(  )
A.阳极发生还原反应,电极反应为Ni2++2e-===Ni
B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等
C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+
D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt

解析:电解时,阳极Zn、Fe、Ni失去电子,发生氧化反应,A项错误;
因氧化性:Ni2+>Fe2+>Zn2+,故阴极的电极反应为Ni2++2e-===Ni,阳极质量减少是因为Zn、Fe、Ni溶解,而阴极质量增加是因为Ni析出,二者质量不相等,B项错误;
电解后溶液中存在的阳离子除Fe2+和Zn2+外,还有Ni2+和H+,C项错误。
考点三 金属的腐蚀与防护

1.金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子,发生________反应。
氧化
2.金属腐蚀的类型
(1)化学腐蚀与电化学腐蚀。
类型 化学腐蚀 电化学腐蚀
概念 金属与其表面接触的一些物质 (如O2、Cl2、SO2等)直接反应而引起的腐蚀 当不纯的金属与____________接触时会发生原电池反应,比较活泼的金属发生氧化反应而被腐蚀
现象 ______电流产生 ________电流产生
本质 金属被________ 较活泼的金属被______
联系 二者往往同时发生,但______腐蚀更普遍 电解质溶液
有微弱

氧化
氧化
电化学
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀(以钢铁制品锈蚀为例)。
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 ________环境 钢铁表面吸附的水膜酸性很______或呈______性,但溶有一定量的氧气
电极反应 负极 ________________________ 正极 _________________ ______________________
总反应 Fe+2H+===Fe2++H2↑ 2Fe+O2+2H2O===2Fe(OH)2
联系 ________腐蚀更普遍 酸性


Fe-2e-===Fe2+
2H++2e-===H2↑
O2+2H2O+4e-===4OH-
吸氧
3.金属的防护
(1)改变金属材料的组成,如制成合金等。
(2)在金属表面覆盖保护层,如在金属表面喷涂油漆、矿物性油脂或覆盖搪瓷、塑料、电镀、发蓝或表面钝化等。
(3)电化学保护法。
①牺牲阳极法——____________原理
a.________:比被保护金属活泼的金属;
b.________:被保护的金属设备。
②外加电流法——________原理
a.________:被保护的金属设备;
b.________:惰性电极。
原电池
负极
正极
电解
阴极
阳极
[易错秒判]
(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈的腐蚀原理相同(  )
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物(  )
(3)钢铁发生电化学腐蚀时,负极铁失去电子生成Fe3+(  )
(4)在金属表面覆盖保护层,若保护层破损,则完全失去了对金属的保护作用(  )
(5)牺牲阳极法利用原电池原理,能有效地保护金属,不易被腐蚀(  )
(6)把金属铬、镍等加入普通钢中能增强钢铁的耐腐蚀性(  )
(7)钢铁的发蓝处理能增强其耐腐蚀性(  )
答案:(1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)√
1.(2024·华南师范大学附中月考)下列防止金属腐蚀的方法属于电化学防护的是(  )
A.船体表面刷漆
B.加入铬、锰、硅等制成不锈钢
C.自行车链条涂油
D.水中的钢闸门连接电源的负极
解析:水中的钢闸门连接电源的负极,是外加电流法,是防止金属腐蚀的电化学方法,D项符合题意。

2.关于研究生铁的锈蚀实验,下列分析不正确的是(  )
序号 ① ② ③
实验
现象 8小时未观察到明显锈蚀 8小时未观察到明显锈蚀 1小时观察到明显锈蚀
A.①中,NaCl溶液中溶解的O2不足以使生铁片明显锈蚀
B.②中,生铁片未明显锈蚀的原因之一是缺少H2O 
C.③中正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-
D.对比①②③,说明苯能隔绝O2

解析:①是密闭体系,NaCl溶液中溶解的O2较少,不足以使生铁片明显锈蚀,A项正确;
苯属于非电解质,②中无电解质溶液,不满足电化学腐蚀的条件,B项正确;
根据③中现象,铁在中性环境下发生吸氧腐蚀,正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-,C项正确;
①③NaCl溶液中均溶解有氧气,③中观察到明显锈蚀的现象,说明苯不能隔绝O2,D项错误。
3.(2024·广州高三阶段测试)全世界每年都因钢铁锈蚀造成巨大的损失,为了保护地下的钢铁输水管所采取的措施如下图所示。下列说法不正确的是(  )

A.钢铁发生吸氧腐蚀的正极反应为O2+2H2O+4e-===4OH-
B.导线与Zn块连接为牺牲阳极法
C.钢铁输水管经导线应连接外接电源的负极
D.导线与Cu块连接也可保护钢铁输水管

解析:A.钢铁发生吸氧腐蚀,正极上为氧气得电子结合H2O生成OH-,电极反应式为O2+2H2O+4e-===4OH-,A正确;
B.导线与Zn块连接为牺牲阳极法,B正确;
C.钢铁输水管经导线应连接外接电源的负极,为外加电流法,C正确;
D.Cu的活泼性比Fe的弱,导线与Cu块连接不能保护钢铁输水管,D错误。
02
真题研做 高考通关
1.(2023·新高考广东卷)利用活性石墨电极电解饱和食盐水,进行如下图所示实验。闭合K1,一段时间后,下列说法正确的是(  )
A.U形管两侧均有气泡冒出,分别是Cl2和O2
B.a处布条褪色,说明Cl2具有漂白性
C.b处出现蓝色,说明还原性:Cl->I-
D.断开K1,立刻闭合K2,电流表指针发生偏转

B.U形管左侧生成氯气,氯气与水反应生成HClO,故a处布条褪色,说明HClO具有漂白性,B错误;
C.b处出现蓝色,发生反应Cl2+2KI===I2+2KCl,说明还原性:I->Cl-,C错误;
D.断开K1,立刻闭合K2,此时构成H2-Cl2燃料电池,导线中有电子通过,电流表指针发生偏转,D正确。
2.(2023·新高考辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如下图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(  )
A.b端电势高于a端电势
B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2
C.电解后海水pH下降
D.阳极发生:
Cl-+H2O-2e-===HClO+H+

3.(2022·新高考广东卷)为检验牺牲阳极法对钢铁防腐的效果,将镀层有破损的镀锌铁片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段时间后,取溶液分别实验,能说明铁片没有被腐蚀的是(  )
A.加入AgNO3溶液产生沉淀
B.加入淀粉碘化钾溶液无蓝色出现
C.加入KSCN溶液无红色出现
D.加入K3[Fe(CN)6]溶液无蓝色沉淀生成

解析:若铁片被腐蚀,则溶液中含有Fe2+,向溶液中加入 K3[Fe(CN)6]溶液,反应生成蓝色的KFe[Fe(CN)6] 沉淀,D项正确;
A项只能说明溶液中含有Cl-,B、C项只能说明溶液中无Fe3+,三者均不能说明铁片没有被腐蚀。

解析:废气中SO2排放到大气中会形成硫酸型酸雨,故A正确;
装置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2气体,CO2与NaHCO3溶液不反应,不能吸收CO2,故C错误;
5.(2023·浙江1月选考)在熔融盐体系中,通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi),电解装置示意图如下。下列说法正确的是(  )
A.石墨电极为阴极,发生氧化反应
B.电极A的电极反应:
8H++TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4H2O
C.该体系中,石墨优先于Cl-参与反应
D.电解时,阳离子向石墨电极移动

解析:由题图可知,石墨电极参与反应生成CO,故为阳极,电极反应为C-2e-+O2-===CO↑;电极A为阴极,电极反应为TiO2+SiO2+8e-===TiSi+4O2-。石墨电极为阳极,发生氧化反应,A项错误;
该电解池的电解质为熔融盐,不存在H+,B项错误;
根据阳极上生成CO可知,石墨优先于Cl-参与反应,C项正确;
石墨电极为阳极,阴离子(O2-)向石墨电极移动,D项错误。(共30张PPT)
第37讲 多池、多室的电化学装置
1.会判断多池装置中的原电池和电解池,能根据电化学原理进行正确分析。
2.了解离子交换膜的分类及特点,能够根据电化学原理分析“膜”在装置中的作用。
01
考点梳理 高效演练
考点一 多池串联的两大模型

1.两大模型装置
(1)外接电源与电解池的串联。

A、B为两个串联电解池,相同时间内,各电极得失电子数相等。
(2)原电池与电解池的串联。





甲、乙两装置示意图中,A均为原电池,B均为电解池。
2.串联装置的思维流程

解析:A.锌为活泼金属,失去电子发生氧化反应,a极为负极、b极为正极,c极为阴极、d极为阳极,A正确;
B.Zn-NO2 电池总反应为锌和二氧化氮反应生成亚硝酸锌:Zn+2NO2===Zn(NO2)2,B正确;
C.c极区为阴极区,亚硝酸根离子发生还原反应生成NH3,消耗H+且生成H2O,故溶液的pH增大,C正确;
2.某兴趣小组的同学用如下装置研究有关电化学的问题。当闭合该装置的电键时,观察到电流表的指针发生了偏转。
请回答下列问题。
(1)甲池为__________(填“原电池”“电解池”或“电镀池”),通入CH3OH电极的电极反应为___________________________________。
(2)乙池中A(石墨)电极的名称为________(填“正极”“负极”“阴极”或“阳极”),总反应为_______________________________________。
(3)当乙池中B极质量增加5.40 g时,甲池中理论上消耗O2的体积(标准状况下)为________mL,丙池中________(填“C”或“D”)极析出________g铜。
(4)电键闭合一段时间后,甲池中溶液的pH将________
(填“增大”“减小”或“不变”,下同);若丙池中电极不变,将电解质溶液换成NaCl溶液,溶液的pH将________。
考点二 多室电化学装置——离子交换膜电解池

1.离子交换膜的分类和作用
2.离子交换膜电解池的解题步骤
第一步,分清离子交换膜类型。即离子交换膜属于阳膜、阴膜、质子膜或双极膜中的哪一种,判断允许哪种离子通过离子交换膜。
第二步,写出电极反应式。判断离子交换膜两侧的离子变化,推断电荷变化,根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步,分析离子交换膜的作用。在产品制备中,离子交换膜的作用主要是提高产品纯度,避免产物之间发生反应,或避免产物因发生反应而造成危险。
1.(2024·南粤名校联考)利用光能分解水的装置如图所示,在直流电场作用下,双极膜将水解离为H+和OH-,并实现其定向通过。下列说法正确的是(  )
A.光电池装置是将化学能转化为光能
B.当电路中通过2 mol电子时,
双极膜中水的质量减少18 g
C.阳极区发生的电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑
D.再生池中发生的反应为2V3++H2===2V2++2H+

解析:由题图可知,光电池左侧为电子的流出极,故电解池左侧为阴极,电极反应式为V3++e-===V2+,右侧为阳极,电极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑。A.由题图可知,光电池装置将光能转化为电能,再利用电解池将电能转化为化学能,最终达到分解水的目的,选项A错误;
B.双极膜可将水解离为H+和OH-,根据阳极区的电极反应式4OH--4e-===2H2O+O2↑可知,当电路中通过2 mol电子时,双极膜中水减少2 mol,质量为36 g,选项B错误;
C.阳极区发生的电极反应为4OH--4e-===2H2O+O2↑,选项C正确;
D.由装置图可知,再生池中发生的反应为2V2++2H+===2V3++H2↑,选项D错误。
2.(2024·华南师范大学附中高三月考)LiOH是生产航空航天润滑剂的原料。清华大学首创三室膜电解法制备氢氧化锂,其模拟装置如下图所示。下列有关说法正确的是(  )
A.a极为电源的负极,Y极上发生氧化反应
B.X极的电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑
C.膜1为阳离子交换膜,膜2为阴离子交换膜
D.每转移2 mol电子,理论上生成24 g LiOH

解析:该电解池实质是电解水,根据题图可知,X极导出的是浓硫酸,则X极应为水放电生成H+和O2,为阳极,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,气体1为O2;Y极导出的是浓LiOH,则Y极是水放电生成H2和OH-,为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,气体2为H2。A.根据分析可知,X极为阳极,所以a极为正极,b极为负极,则Y极为阴极,发生还原反应,A错误;
B.根据分析可知,X极上水失去电子发生氧化反应生成O2,电极反应式为2H2O-4e-===4H++O2↑,B正确;
D.Y极为阴极,电极反应式为2H2O+2e-===2OH-+H2↑,每转移2 mol电子,理论上有2 mol Li+向Y极迁移形成2 mol LiOH,其质量是48 g,D错误。
02
真题研做 高考通关

B.每生成 1 mol NH3·H2O,阴极得8 mol e-,同时双极膜处有8 mol H+进入阴极室,即有8 mol 的H2O解离,故B错误;
C.电解过程中,阳极室每消耗 4 mol OH-,同时有4 mol OH-通过双极膜进入阳极室,KOH的物质的量不因反应而改变,故C正确;
D.相比于平面结构双极膜,“卯榫”结构具有更大的膜面积,有利于H2O被催化解离成H+和 OH-,可提高氨生成速率,故D正确。
2.(2023·高考全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应可提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如下图所示。下列说法正确的是(  )

A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上
B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极
C.阴极发生的反应有:2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O
D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况)

3.(2022·新高考山东卷改编)设计如下图所示的装置回收金属钴。保持细菌所在环境pH稳定,借助其降解乙酸盐生成CO2,将废旧锂离子电池的正极材料 LiCoO2(s)转化为Co2+,工作时保持厌氧环境,并定时将乙室溶液转移至甲室。已知电极材料均为石墨材质,右侧装置为原电池。下列说法不正确的是(  )
A.装置工作时,甲室溶液pH逐渐减小
B.装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸
C.乙室电极反应为
LiCoO2+2H2O+e-===Li++Co2++4OH-
D.若甲室 Co2+减少200 mg,乙室Co2+增加300 mg,则此时已进行过溶液转移

解析:根据题意知,右侧装置为原电池,细菌所在电极为负极,LiCoO2所在电极为正极;左侧装置为电解池,细菌所在电极为阳极,另一电极为阴极。装置工作时,左侧装置中,细菌所在电极(阳极)上CH3COO-失去电子被氧化为CO2:CH3COO--8e-+2H2O===2CO2↑+7H+,甲室中Co2+在阴极上得到电子被还原为Co单质:Co2++2e-===Co,乙酸盐溶液中的阳离子以及生成的H+通过阳膜进入甲室,甲室溶液pH逐渐减小,A正确;
右侧装置中,细菌所在电极上的电极反应与左侧装置中相同,乙室中LiCoO2得到电子被还原为Co2+,电解质溶液显酸性,电极反应为 LiCoO2+e-+4H+===Li++Co2++2H2O,乙酸盐溶液中的阳离子以及生成的H+通过阳膜进入乙室,总体上H+被消耗而减少,故装置工作一段时间后,乙室应补充盐酸,B正确,C错误;
4.(2021·新高考天津卷)如下图所示的电解装置中,通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,下列判断错误的是(  )

A.a是电源的负极
B.通电一段时间后,向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色
C.随着电解的进行,CuCl2溶液浓度变大
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,至少产生气体336 mL(折合成标准状况下)

解析:通电后石墨电极Ⅱ上有O2生成,Fe2O3逐渐溶解,说明石墨电极Ⅱ为阳极,b为电源的正极,a为电源的负极,石墨电极Ⅰ为阴极。A.由分析可知,a是电源的负极,故A正确;
B.石墨电极Ⅱ为阳极,通电一段时间后,产生氧气和氢离子,所以向石墨电极Ⅱ附近滴加石蕊溶液,出现红色,故B正确;
C.随着电解的进行,铜离子在阴极得电子生成铜单质,所以CuCl2溶液浓度变小,故C错误;
D.当0.01 mol Fe2O3完全溶解时,消耗氢离子的物质的量为 0.06 mol,根据阳极的电极反应2H2O-4e-===O2↑+4H+可知,产生氧气的物质的量为0.015 mol,在标准状况下的体积为336 mL,故D正确。

解析:由题图可知,在铅电极上乙二酸变成乙醛酸是去氧的过程,发生还原反应,铅电极是电解装置的阴极;石墨电极上发生氧化反应,电极反应为2Br--2e-===Br2,是电解装置的阳极。由分析可知,Br-参与了电极反应,KBr不只起电解质的作用,A错误;
阳极上的电极反应为2Br--2e-===Br2,B错误;
制得2 mol乙醛酸,实际上是左、右两侧各制得1 mol 乙醛酸,共转移2 mol电子,故理论上外电路中迁移的电子的物质的量为2 mol,C错误;
电解装置中,阳离子移向阴极,故双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移,D正确。

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