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第3讲　电解池　金属的电化学腐蚀与防护
[考纲要求]　1.了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.理解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点一　电解的原理
1．电解定义
在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。
2．能量转化形式
电能转化为化学能。
3．电解池
(1)构成条件
①有与电源相连的两个电极。
②电解质溶液(或熔融盐)。
③形成闭合回路。
(2)电极名称及电极反应式(如图)
(3)电子和离子移动方向
①电子：从电源负极流向电解池的阴极；从电解池的阳极流向电源的正极。
②离子：阳离子移向电解池的阴极；阴离子移向电解池的阳极。
4．分析电解过程的思维程序
(1)首先判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。
(2)再分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的H＋和OH－)。
(3)然后排出阴、阳两极的放电顺序
阴极：阳离子放电顺序：Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水)>Al3＋>Mg2＋>
Na＋>Ca2＋>K＋。
阳极：活泼电极>S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。
注意　①阴极不管是什么材料，电极本身都不反应，一定是溶液(或熔融电解质)中的阳离子放电。②最常用、最重要的放电顺序是：阳极，Cl－>OH－；阴极：Ag＋>
Cu2＋>H＋。③电解水溶液时，K＋～Al3＋不可能在阴极放电，即不可能用电解水溶液的方法得到K、Ca、Na、Mg、Al等金属。
(4)分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。
(5)最后写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。深度思考
1．用分析电解过程的思维程序分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)
电解质(水溶液) 电极方程式 被电解的物质 总化学方程式或离子方程式 电解质浓度 溶液pH 电解质溶液复原
含氧酸(如H2SO4) 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 水 2H2OO2↑＋2H2↑ 增大 减小 加H2O
强碱(如NaOH) 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 水 2H2OO2↑＋2H2↑ 增大 增大 加H2O
活泼金属的含氧酸盐(如KNO3、Na2SO4) 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：4H＋＋4e－===2H2↑ 水 2H2OO2↑＋2H2↑ 增大 不变 加H2O
无氧酸(如HCl) ，除HF外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 酸 2HClCl2↑＋H2↑ 减小 增大 通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐(如CuCl2)，除氟化物外 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu 盐 CuCl2Cu＋Cl2↑ 减小 加CuCl2
活泼金属的无氧酸盐(如NaCl) 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑ 水和盐 2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－ 生成新电解质 增大 通入HCl气体
不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4) 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu 水和盐 2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ 生成新电解质 减小 加CuO或CuCO3
2.电解过程中放H2生碱型和放O2生酸型的实质是什么？
答案　放H2生碱型的实质是水电离出的H＋放电，破坏了水的电离平衡，使OH－浓度增大，放O2生酸型的实质是水电离出的OH－放电，破坏了水的电离平衡，使H＋浓度增大。
3．(1)上表中要使电解后的NaCl溶液复原，滴加盐酸可以吗？
(2)上表中要使电解后的CuSO4溶液复原，加入Cu(OH)2固体可以吗？
答案　电解质溶液的复原应遵循“从溶液中析出什么补什么”的原则，即从溶液中析出哪种元素的原子，则应按比例补入哪些原子。
(1)电解NaCl溶液时析出的是等物质的量的Cl2和H2，所以应通入氯化氢气体，加入盐酸会引入过多的水。
(2)同理，使CuSO4溶液复原应加入CuO，而加入Cu(OH)2也会使溶液的浓度降低。
4．在框图推断中若出现“A＋H2OB＋C＋D”的模式，则A一般可能为什么物质？
答案　CuSO4、NaCl(KCl)或AgNO3，要视其他条件而定。
题组一　电解原理和电解规律的考查
1．用惰性电极电解下列溶液，电解一段时间后，阴极质量增加，电解液的pH下降的是 (　　)
A．CuSO4 B．NaOH C．BaCl2 D．H2SO4
答案　A
解析　符合该题条件的电解质应为不活泼金属的含氧酸盐。
2．用铂电极电解一定浓度的下列物质的水溶液，在电解后的电解液中加适量水，能使溶液浓度恢复到电解前浓度的是 (　　)
A．NaCl B．Na2CO3 C．CuSO4 D．K2S
答案　B
解析　加适量水能使溶液恢复到电解前的浓度，则实际是电解水，故只有B项符合
条件。
3．右图为直流电源电解稀Na2SO4水溶液的装置。通电后在石墨电极a和b附近分别滴加几滴石蕊溶液。下列实验现象描述正确的是 (　　)
A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
答案　D
解析　SO、OH－移向b极，在b极OH－放电，产生O2，b极附近c(H＋)>c(OH－)，石蕊试液变红。Na＋、H＋移向a极，在a极H＋放电产生H2，a极附近c(OH－)>c(H＋)，石蕊试液变蓝。所以产生的气体体积a电极的大于b电极的；两种气体均为无色无味的气体。A、B均错。
题组二　电极反应式、电解总方程式的书写
4．按要求书写有关的电极反应式及总方程式。
(1)用惰性电极电解AgNO3溶液：
阳极反应式_____________________________________________________；
阴极反应式_____________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________。
(2)用惰性电极电解MgCl2溶液
阳极反应式______________________________________________________；
阴极反应式______________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________。
(3)用铁作电极电解NaCl溶液
阳极反应式______________________________________________________；
阴极反应式______________________________________________________；
总化学方程式____________________________________________________。
(4)用铜作电极电解盐酸溶液
阳极反应式_____________________________________________________；
阴极反应式_____________________________________________________；
总反应离子方程式________________________________________________。
答案　(1)4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋＋2H2O4Ag＋O2↑＋4H＋
(2)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(3)Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑
(4)Cu－2e－===Cu2＋
2H＋＋2e－===H2↑
Cu＋2H＋Cu2＋＋H2↑
5．Ⅰ.以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为________________________________________________________________________。
Ⅱ.用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3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　Ⅰ.2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
Ⅱ.Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3＋3CO2↑
解析　Ⅰ.依据信息阳极形成的氧化膜一定为Al2O3，Al失电子生成Al2O3，Al2O3中的氧是由水提供的，溶液显酸性，所以有H＋生成；Ⅱ.Al作阳极，失电子，生成Al3＋，Al3＋水解显酸性，溶液中的HCO水解显碱性，两者水解互相促进，生成Al(OH)3和CO2。
6．CuI是一种不溶于水的白色固体，可以由反应：2Cu2＋＋4I－===2CuI↓＋I2得到。现以石墨为阴极，以Cu为阳极电解KI溶液，通电前向电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。回答下列问题：
(1)阳极区的现象____________________________________________________。
(2)阳极电极反应式__________________________________________________。
答案　(1)铜电极逐渐溶解，有白色沉淀产生，溶液变为蓝色
(2)2Cu＋4I－－4e－===2CuI↓＋I2
　1.电解方程式的书写步骤
以写出用石墨作电极电解CuSO4溶液的电极反应式及总的电解方程式为例。
第一步：明确溶液中存在哪些离子。阳离子：Cu2＋、H＋；阴离子：OH－、SO。
第二步：判断阴阳两极附近离子种类及离子放电顺序。阴极：Cu2＋>H＋；阳极：
OH－>SO。
第三步：写电极反应式和总的电解方程式。阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。
根据得失电子数相等，两极反应式相加得总方程式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4。
2．规避电解池中方程式书写的3个易失分点
(1)书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。
(2)要确保两极电子转移数目相同，且注明条件“电解”。
(3)电解水溶液时，应注意放电顺序中H＋、OH－之后的离子一般不参与放电。
题组三　与酸、碱、盐的电解有关的实验设计
7．[2012·大纲全国卷Ⅱ，29(1)(2)(3)(4)(5)]如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，电解液中加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。(指示剂的pH变色范围：6.8～8.0，酸色—红色，碱色—黄色)
回答下列问题：
(1)下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是________(填编号)；
①A管溶液由红变黄；② B管溶液由红变黄；③ A管溶液不变色；④B管溶液不变色
(2)写出A管中发生反应的反应式：_____________________________________；
(3)写出B管中发生反应的反应式：_____________________________________；
(4)检验a管中气体的方法是___________________________________________
_____________________________________________________________________；
(5)检验b管中气体的方法是___________________________________________
____________________________________________________________________。
答案　(1)①④
(2)2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)　Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)
(4)用拇指按住管口，取出试管，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰
(5)用拇指按住管口，取出试管正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃
解析　(1)由于MgSO4是强酸弱碱盐，在水溶液中存在Mg2＋＋2H2O??Mg(OH)2＋2H＋水解平衡，因此水溶液呈酸性，电解前A、B管均显红色。铂丝是惰性电极，电解池中阴离子在阳极发生氧化反应，阳离子在阴极发生还原反应，在A管溶液中，铂丝作阴极，由于H＋的氧化性大于Mg2＋的氧化性，H＋先得电子被还原为H2，
Mg2＋与OH－生成Mg(OH)2沉淀，酸性减弱，随着水的电解，OH－浓度增大，颜色由红变黄。而在B管溶液中铂丝作阳极，OH－的还原性大于SO，OH－失电子，随着电解的进行，酸性增大，溶液不变色(始终为红色)。
(2)(3)由(1)可知，在A管中发生：
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑)
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
在B管中：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－===4H＋＋O2↑)
(4)(5)H2的常用检验方法是“爆鸣”法，即用拇指按住管口，取出试管a，管口靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有淡蓝色火焰；O2的常用检验方法是木条复燃法，用拇指按住管口，取出试管b正立，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内，木条复燃。
8．如图所示，用石墨电极电解氯化铜溶液。查阅资料可
知，CuCl显黄色，氯化铜溶液显蓝绿色或黄绿色；
向体积相同浓度分别为0.01 mol·L－1,0.05 mol·L－1,0.1
mol·L－1,0.5 mol·L－1的氯化铜溶液中加入NaCl至饱和，
对比发现。溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变。
请回答下列问题：
(1)阳极上的气体呈________色，检验该气体可用___________________________。
(2)写出电解的离子方程式：____________________________________________。
(3)实验时，装置中阴极溶液颜色由蓝绿色变为黄绿色，原因是__________________
______________________________________________________。
(4)取出阴极的石墨棒，发现表面有浅蓝色固体，试设计实验探究此浅蓝色固体的成分：_________________________________________________________________。
(5)为什么要设计连接后面的装置？______________________________________。
答案　(1)黄绿　湿润的淀粉 KI试纸
(2)Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑
(3)阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小
(4)取此浅蓝色固体于试管中，加入硫酸，若溶解且溶液变蓝色，则为Cu(OH)2
(5)因为阳极产生的氯气为有毒气体，故后面连接装置可以用于检验与吸收
解析　(1)阳极是阴离子放电，即Cl－放电产生Cl2，故颜色为黄绿色；检验Cl2可用湿润的淀粉 KI试纸，若试纸变蓝，则确定为氯气。
(2)电解氯化铜的离子方程式为Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
(3)由题目所给信息，Cu2＋与Cl－浓度比值逐渐增大，溶液的颜色由黄绿色向蓝绿色转变，故阴极Cu2＋放电后，Cu2＋与Cl－浓度比值减小而呈现黄绿色。
(4)随着反应的进行，Cu2＋浓度降低，此时有一部分H＋放电而使此区域OH－浓度增大，故此浅蓝色固体为Cu(OH)2。
(5)电解氯化铜时产生的氯气有毒，故后面连接装置既可用作检验电解产生的气体，又可用于吸收该有毒气体。
考点二　电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
(1)电极反应
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)
阴极反应式：2H＋＋2e－===H2↑(还原反应)
(2)总反应方程式：
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
离子反应方程式：2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑
(3)应用：氯碱工业制烧碱、氯气和氢气。
2．电镀
右图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件作阴极，镀层金属银作阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液等含镀层金属阳离子的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Ag－e－===Ag＋；
阴极：Ag＋＋e－===Ag。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
深度思考
1．(1)电解氯化钠溶液时，如何用简便的方法检验产物？
答案　阳极产物Cl2可以用淀粉 KI试纸检验，阴极产物H2可以通过点燃检验，NaOH可以用酚酞试剂检验。
(2)氯碱工业在生产过程中必须把阳极室和阴极室用离子交换膜隔开，原因是什么？
答案　防止H2和Cl2混合爆炸，防止Cl2与溶液中的NaOH反应。
2．电解精炼铜时，阳极泥是怎样形成的？
答案　粗铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种金属杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，金属活动性位于铜之前的金属杂质，如Zn、Fe、Ni等也会同时失去电子，但是它们的阳离子比铜离子难以还原，所以它们并不能在阴极析出，而只能以离子的形式留在电解液里。金属活动性位于铜之后的银、金等杂质，因为失去电子的能力比铜弱，难以在阳极失去电子变成阳离子而溶解，所以当阳极的铜等失去电子变成阳离子溶解之后，它们以金属单质的形式沉积在电解槽底部，形成阳极泥。
题组训练　电解原理的应用
1．工业废水中常含有一定量的Cr2O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe作电极电解含Cr2O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)3沉淀，达到净化目的。下列有关说法不正确的是(　　)
A．电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极
B．阴极附近的沉淀只有Cr(OH)3
C．阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋
6Fe3＋＋7H2O
D．消耗1 mol Cr2O，将有336 g Fe消耗，因此要定期更换铁电极
答案　B
解析　Fe作阳极，反应产生Fe2＋，Fe2＋与Cr2O发生氧化还原反应，Fe2＋被氧化为
Fe3＋，Cr2O被还原为Cr3＋；阴极是H＋得到电子，导致阴极附近溶液的碱性增强，
Fe3＋、Cr3＋都会变为Fe(OH)3、Cr(OH)3沉淀，B错误；消耗1 mol Cr2O，必消耗6
mol Fe2＋，根据Fe守恒，将有6 mol Fe消耗，质量336 g。
2．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
(1)实验室用惰性电极电解100 mL 0.1 mol·L－1 NaCl溶液，若阴阳两极均得到112 mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是______________(忽略反应前后溶液体积的变化)。
(2)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
(3)实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe(OH)2沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是__________(用元素符号表示)，总的反应式是______________________________________________________________________。
答案　(1)0.1 mol·L－1　(2)B
(3)Fe　Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑
解析　(1)n(H2)＝n(Cl2)＝0.005 mol，参加反应的n(NaCl)＝0.01 mol，说明NaCl恰好电解完毕，溶液变为NaOH溶液，n(NaOH)＝n(NaCl)＝0.01 mol，c(NaOH)＝0.1 mol·L－1。
(2)电解饱和氯化钠溶液的总反应：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，题目要求使Cl2被完全吸收，则氯气必须在下部的电极上产生，下部的电极是阳极，推出b为电源的正极，另一极为负极a。生成的Cl2与阴极区产生的NaOH反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，则消毒液的主要成分是NaClO、NaCl。
(3)题目要求通过电解法制取Fe(OH)2，电解质溶液是NaCl溶液，必须通过电极反应产生Fe2＋和OH－。根据电极发生反应的特点，选择铁作阳极，铁发生氧化反应产生Fe2＋；溶液中的阳离子Na＋、H＋向阴极移动，根据放电顺序，阴极H＋放电产生氢气，H＋来源水的电离，反应式2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－。在电场作用下，阳极产生的Fe2＋与阴极产生的OH－在定向移动的过程中相遇，发生复分解反应生成Fe(OH)2沉淀。将阳极反应式、阴极反应式叠加得到总的反应式：Fe＋2H2OFe(OH)2↓＋H2↑。
3．某小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
(1)该电解槽的阳极反应式为___________________________________________。
此时通过阴离子交换膜的离子数________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
(2)制得的氢氧化钾溶液从出口______(填“A”、“B”、“C”或“D”)导出。
(3)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因______________________
______________________________________________________________________。
(4)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的反应式为_________________________________________________________________。
答案　(1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于　(2)D
(3)H＋在阴极附近放电，引起水的电离平衡向右移动，使c(OH－)>c(H＋)
(4)O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析　溶液中的OH－在阳极失电子产生O2：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，所以在B口放出O2，从A口导出H2SO4。溶液中的H＋在阴极得到电子产生H2：2H＋＋2e－===H2↑，则从C口放出H2，从D口导出KOH溶液。因SO所带电荷数大于K＋所带电荷数，SO通过阴离子交换膜，K＋通过阳离子交换膜，所以通过阳离子交换膜的离子数大于通过阴离子交换膜的离子数。O2、H2、KOH溶液构成燃料电池时，O2在电池正极放电：O2＋4e－＋2H2O===4OH－。
考点三　应对电化学定量计算的三种方法
1．计算类型
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。
2．方法技巧
(1)根据电子守恒计算
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)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒定律关系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。
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(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，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
提示　在电化学计算中，还常利用Q＝I·t和Q＝n(e－)×NA×1.60×10－19C来计算电路中通过的电量。
题组一　电化学的有关基本计算
1．两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时，(设电解过程中阴极没有H2放出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为 (　　)
A．27 mg B．54 mg C．106 mg D．216 mg
答案　B
解析　首先结合离子放电顺序，弄清楚两极的反应：阳极4OH－－4e－===O2↑＋2H2O；阴极Ag＋＋e－===Ag，电解的总反应式为4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。由电解的总反应式可知，电解过程中生成的n(H＋)＝n(HNO3)＝n(Ag)＝
(10－3 mol·L－1－10－6 mol·L－1)×0.5 L≈5×10－4 mol，m(Ag)＝5×10－4 mol×108
g·mol－1＝0.054 g＝54 mg。
2．在如图中，甲烧杯中盛有100 mL 0.50 mol·L－1 AgNO3溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.25 mol·L－1 CuCl2溶液，A、B、C、D均为质量相同的石墨电极，如果电解一段时间后，发现A极比C极重1.9 g，则
(1)电源E为________极，F为________极。
(2)A极的电极反应式为_____________________________________________，
析出物质______ mol。
(3)B极的电极反应式为________________________________________________，
析出气体________ mL(标准状况)。
(4)C极的电极反应式为_____________________________________________，
析出的物质________ mol。
(5)D极的电极反应式为_____________________________________________，
析出气体________ mL(标准状况)。
(6)甲烧杯中滴入石蕊试液，________极附近变红，如果继续电离，在甲烧杯中最终得到______溶液。
答案　(1)负　正
(2)4Ag＋＋4e－===4Ag　0.025
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　140
(4)Cu2＋＋2e－===Cu　0.012 5
(5)2Cl－－2e－===Cl2↑　280
(6)B　HNO3
解析　由电解一段时间后A极比C极重，可知A极上有Ag析出，C极上有Cu析出，若A极上析出银的物质的量为n(Ag)，则C极上析出Cu的物质的量为n(Ag)，有关系式108 g·mol－1·n(Ag)－64 g·mol－1·n(Ag)×＝1.9 g，n(Ag)＝0.025 mol。
由此可知，两电解池内的电解质均是足量的，故两池电极反应式分别为：A极：
Ag＋＋e－===Ag；B极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；C极：Cu2＋＋2e－===Cu；D极：2Cl－－2e－===Cl2↑。A、C两极析出物质的物质的量分别为0.025 mol和0.012 5 mol；B极析出O2的体积为0.006 25 mol×22.4 L·mol－1＝0.14 L＝140 mL；D极析出Cl2的物质的量为0.012 5 mol×22.4 L·mol－1＝0.28 L＝280 mL。
题组二　分阶段电解的相关计算
3．500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6 mol·L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到2.24 L气体(标准状况下)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是 (　　)
A．原混合溶液中c(K＋)为0.2 mol·L－1
B．上述电解过程中共转移0.2 mol电子
C．电解得到的Cu的物质的量为0.05 mol
D．电解后溶液中c(H＋)为0.2 mol·L－1
答案　A
解析　石墨作电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24 L这个事实可推知上述电解过程中共转移0.4 mol电子，而在生成2.24 L H2的过程中转移0.2 mol电子，所以Cu2＋共得到0.4 mol－0.2 mol＝0.2 mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1 mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2 mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4 mol·L－1。
4．将等物质的量浓度的CuSO4和NaCl等体积混合后，用石墨
电极进行电解，电解过程中，溶液pH随时间t变化的曲线
如右图所示，则下列说法错误的是 (　　)
A．阳极先析出Cl2，后析出O2，阴极先产生Cu，后析出
H2
B．AB段阳极只产生Cl2，阴极只产生Cu
C．BC段表示在阴极上是H＋放电产生了H2
D．CD段相当于电解水
答案　C
解析　由于两种溶液的体积相等，物质的量浓度也相等，即溶质的物质的量相等，设CuSO4和NaCl的物质的量各1 mol，电解分3个阶段：[第一阶段]阳极：1 mol氯离子失1 mol电子，阴极：0.5 mol铜离子得1 mol电 子，因为铜离子水解使溶液显酸性，随着电解的进行，铜离子的浓度降低，酸性减弱，pH将增大。[第二阶段]阳极：1 mol氢氧根离子失1 mol电子(来源于水的电离)，阴极：0.5 mol铜离子再得1 mol电子，因为氢氧根离子消耗，使水溶液中氯离子浓度增大，pH迅速减小。[第三阶段]阳极：氢氧根离子失电子，阴极：氢离子得电子，它们都来源于水的电离，实质是电解水，导致溶液的体积减小，使溶液中氢离子浓度增大，pH继续减小。
5．(1)用惰性电极电解400 mL一定浓度的硫酸铜溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变化)，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol CuO后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________ mol。
(2)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH，电解过程中转移的电子为________ mol。
(3)如果向所得的溶液中加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和pH(不考虑CO2的溶解)，电解过程中转移的电子为________ mol。
答案　(1)0.2　(2)0.4　(3)0.6
解析　(1)电解硫酸铜溶液的反应方程式为2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑，从方程式可以看出，电解硫酸铜过程中只析出铜和释放出氧气，加入0.1 mol CuO可以使溶液恢复至原来状态，说明参与反应的硫酸铜只有0.1 mol，转移的电子为0.2 mol。(2)加入0.1 mol Cu(OH)2可以使溶液恢复至原来状态，说明电解过程中不仅硫酸铜被电解，而且有水被电解。0.1 mol Cu(OH)2可以看作是0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，则转移的电子为0.4 mol。(3)加入0.1 mol Cu2(OH)2CO3可以看作0.2 mol CuO、0.1 mol H2O和0.1 mol CO2，相当于有0.2 mol的硫酸铜和0.1 mol的水被电解，因此转移的电子为0.6 mol。
考点四　金属的腐蚀和防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。
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
条件 金属跟非金属单质直接接触 不纯金属或合金跟电解质溶液接触
现象 无电流产生 有微弱电流产生
本质 金属被氧化 较活泼金属被氧化
联系 两者往往同时发生，电化学腐蚀更普遍
(2)析氢腐蚀与吸氧腐蚀
以钢铁的腐蚀为例进行分析：
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性
电极反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋
正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
联系 吸氧腐蚀更普遍
　　　　　　　　　　　　　　　　　
铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。
3．金属的防护
(1)电化学防护
①牺牲阳极的阴极保护法—原电池原理
a．负极：比被保护金属活泼的金属；
b．正极：被保护的金属设备。
②外加电流的阴极保护法—电解原理
a．阴极：被保护的金属设备；
b．阳极：惰性金属。
(2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。
(3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。
深度思考
1．下列有关金属腐蚀的叙述正确的是 (　　)
A．金属越纯越不易被腐蚀
B．干燥环境下金属不被腐蚀
C．铜一定比铁难腐蚀
D．金属腐蚀有化学腐蚀和电化学腐蚀
答案　D
解析　A项，金属能不能被腐蚀主要取决于它的活泼性，而不是它的纯度，如纯钾易被腐蚀，不正确；B项，干燥环境下，如果遇到氯气，金属也可以发生化学腐蚀，故不正确；C项，如果遇到浓硝酸，铜比铁易腐蚀，不正确。
2．下列对几种常见的金属防腐方法的描述错误的是 (　　)
选项 方法 对相应方法的描述
A 改变金属内部的组成结构 此法实际上是将金属制成合金，增强抗腐蚀能力
B 在金属表面覆盖保护层 保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用
C 外加电流的阴极保护法 接外加直流电源构成电解池，被保护的金属作阴极
D 牺牲阳极的阴极保护法 构成原电池，被保护的金属作正极
答案　B
解析　如果镀层金属比被保护的金属活泼，破损后可构成原电池，仍然能在一定程度上保护金属，B错误。
题组一　对金属腐蚀快慢的考查
1．如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速度由快到慢的顺序为(　　)
A．②①③④⑤⑥ B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥ D．⑤③②④①⑥
答案　C
解析　①是Fe为负极，杂质碳为正极的原电池腐蚀，是铁的吸氧腐蚀，腐蚀较慢。其电极反应式：负极Fe－2e－===Fe2＋，正极2H2O＋O2＋4e－===4OH－。②③④均为原电池，③中Fe为正极，被保护；②④中Fe为负极，均被腐蚀，但Fe和Cu的金属活泼性差别大于Fe和Sn的，故Fe Cu原电池中Fe被腐蚀的较快。⑤是Fe接电源正极作阳极，Cu接电源负极作阴极的电解腐蚀，加快了Fe的腐蚀。⑥是Fe接电源负极作阴极，Cu接电源正极作阳极的电解腐蚀，防止了Fe的腐蚀。根据以上分析可知铁在其中被腐蚀由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
2．相同材质的铁在下图中各情形下最不易被腐蚀的是 (　　)
答案　C
解析　A中，食醋作电解质溶液，铁勺和铜盆是相互接触的两个金属极，形成原电池，铁是活泼金属作负极；B中，食盐水作电解质溶液，铁炒锅和铁铲都是铁碳合金，符合原电池形成的条件，铁是活泼金属作负极，碳作正极；C中，铜镀层将铁球覆盖，使铁被保护，所以铁不易被腐蚀；D中，酸雨作电解质溶液，铁铆钉和铜板分别作负极、正极，形成原电池。
　　　　 　　　判断金属腐蚀快慢的规律
(1)对同一电解质溶液来说，腐蚀速率的快慢：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
(2)对同一金属来说，在不同溶液中腐蚀速率的快慢：强电解质溶液中>弱电解质溶液中>非电解质溶液中。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，金属腐蚀越快。
题组二　对析氢腐蚀和吸氧腐蚀的考查
3．按如图所示装置，进行铁钉被腐蚀的实验，一周后观察(设水不蒸发)。
(1)若试管中液面上升，发生的是__________腐蚀，则正极反应式为
____________________________________________________________，
负极反应式为_______________________________________________。
要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是________。
(2)若试管中液面下降，发生的是__________腐蚀，正极反应式为_______________，
负极反应式为____________________________________________________。
要顺利完成此实验，所用的电解质溶液可以是______________________________。
答案　(1)吸氧　2H2O＋O2＋4e－===4OH－　Fe－2e－===Fe2＋　氯化钠溶液(或其他合理答案)
(2)析氢　2H＋＋2e－===H2↑　Fe－2e－===Fe2＋　稀硫酸(或其他合理答案)
解析　(1)试管中的液面上升，表明内部压强减小，即发生吸氧腐蚀，故正极反应式为2H2O＋O2＋4e－===4OH－，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；吸氧腐蚀的电解质溶液是中性或碱性溶液，如氯化钠溶液。(2)试管中的液面下降，表明发生了析氢腐蚀，则正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，负极反应式为Fe－2e－===Fe2＋；此时需要酸性电解质溶液，如稀硫酸等。
4．如图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4久置的
雨水和生铁片。实验时观察到：开始时导管内液面下降，一段时
间后导管内液面回升，略高于小试管内液面。下列说法正确的是
(　　)
A．生铁片中的碳是原电池的阳极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
答案　C
解析　生铁片中的碳是原电池的正极，A错；雨水酸性较强，开始时铁片发生化学腐蚀和析氢腐蚀，产生氢气，导管内液面下降，一段时间后铁片发生吸氧腐蚀，吸收氧气，导管内液面回升，B错；墨水回升时，铁片发生吸氧腐蚀，碳极为正极，电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，C对；铁片无论是发生析氢腐蚀还是吸氧腐蚀，具支试管内溶液pH均增大，D错。
1．(2012·山东理综，13)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是 (　　)
A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案　B
解析　A项，插入海水中的铁棒靠近液面的位置与氧气接触，易发生吸氧腐蚀；B项，开关由M改置于N时，Zn作负极，Cu Zn合金作正极，合金受到保护；C项，接通开关形成原电池，Zn作负极，Zn的腐蚀速率增大，但气体是在Pt电极上生成；D项，Zn MnO2干电池自放电腐蚀主要是Zn发生氧化反应而自放电。
2．(2012·海南，10)下列叙述错误的是 (　　)
A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱
B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液
D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀
答案　C
解析　选项A，生铁中的碳和铁可以在铁的表面构成无数微小的原电池，能加速铁的锈蚀；选项B，焊接处铁、锡形成无数微小原电池，加速铁的腐蚀；选项C，电镀时，镀层金属铜作阳极，铁制品作阴极，用铜盐溶液作电镀液；选项D，由于Zn比Fe活泼，故镶嵌锌块的铁管不易被腐蚀。
3．(2012·上海，14)右图装置中发生反应的离子方程式为Zn＋
2H＋―→Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是 (　　)
A．a、b不可能是同种材料的电极
B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸
C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸
D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸
答案　A
解析　若该装置为电解池，则a、b两电极的材料可以都为Zn，选项A错误；在保证阳极为Zn时，该电解池的电解质溶液可以为稀盐酸，选项B正确；在保证其中一电极的材料为Zn，另一电极的材料的活动性比Zn弱的情况下，该原电池的电解质溶液为稀盐酸或稀硫酸都可以，选项C、D正确。
4．(2012·浙江理综，10)以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如
下：
下列说法不正确的是 (　　)
A．在阴极室，发生的电极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O向右移动
C．该制备过程中总反应的化学方程式为4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑
D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d，则此时铬酸钾的转化率为1－
答案　D
解析　本题应结合电解的原理来具体分析、解决问题。
根据阴、阳离子的放电顺序可知，该电解池中的反应如下：
阴极：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－、阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阳极区K2CrO4溶液中存在平衡：2CrO＋2H＋??Cr2O＋H2O，H＋浓度增大，使该平衡右移生成Cr2O。故电解池中的总反应式可写成4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑。故A、B、C项均正确。
D项，设K2CrO4转化为K2Cr2O7的转化率为α，则：
　　　　　 2K2CrO4～K2Cr2O7
初始量 2 0
转化量 2α α
最终量 2－2α α
则有＝＝d
解得α＝2－d，D项错误。
5．(2012·安徽理综，11)某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开K2，闭合K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K1，闭合K2，发现电流表A指针偏转。
下列有关描述正确的是 (　　)
A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为
2H＋＋2Cl－Cl2↑＋H2↑
B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红
C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应式为Cl2＋2e－===2Cl－
D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极
答案　D
解析　解答本题时应特别注意，金属Cu在电解池和原电池中作何种电极。当断开K2，闭合K1时为电解池，由于两极都有气泡冒出，故相当于惰性电极电解饱和食盐水，故铜作阴极而石墨作阳极，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，电池总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－，A、B都错；当断开K1，闭合K2时组成原电池，铜作负极而石墨作正极，铜电极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，故C错而D正确。
6．[2012·重庆理综，29(3)]人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如下图。
①电源的负极为________(填“A”或“B”)。
②阳极室中发生的反应依次为____________、__________。
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将________；若两极共收集到气体13.44 L(标准状况)，则除去的尿素为________g(忽略气体的溶解)。
答案　①B　②2Cl－－2e－===Cl2↑　CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl
③不变　7.2
解析　①由图中产生Cl2极为阳极知A为正极，B为负极。
②阳极室发生反应2Cl－－2e－===Cl2↑。
由产物CO2、N2知CO(NH2)2在此室反应被氧化，CO(NH2)2―→CO2＋N2，发生还原反应的为Cl2。故方程式为CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl。
③阴极室2H＋＋2e－===H2↑。阳极室产生的H＋通过质子交换膜进入阴极室，从而使阴极室H＋浓度保持不变。pH与电解前相比不变。
两极共收集到的气体n(气体)＝＝0.6 mol
m[CO(NH2)2]＝＝7.2 g
7．[2012·新课标全国卷，36(3)]粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜
的电解过程中，粗铜板应是图中电极________(填图中的字母)；在
电极d上发生的电极反应式为__________；若粗铜中还含有Au、
Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为______________
__________________________________________________。
答案　c　Cu2＋＋2e－===Cu　Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2＋的形式进入电解液
解析　电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液，比铜活泼的金属失电子生成离子进入溶液，不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。
8．[2011·四川理综，26(5)]按右图电解NaCl的饱和溶液，
写出该电解池中发生反应的总反应方程式：________。
将充分电解后所得溶液逐滴加入到酚酞试液中，观察到
的现象是________。
答案　NaCl＋H2ONaClO＋H2↑　酚酞试液先变
红后褪色
解析　由于阳极是惰性电极，则电解饱和氯化钠溶液的方程式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，生成的Cl2与NaOH溶液发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，故总反应方程式为NaCl＋H2ONaClO＋H2↑，酚酞试液遇NaOH显红色后被HClO氧化褪色。
9．(2012·海南，16)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
回答下列问题：
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为___________________________、
____________________________________________________________________。
(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生，其中b电极上得到的是__________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为
_____________________________________________________________________；
(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为__________(法拉第常数F＝9.65×104 C · mol－1列式计算)，最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
答案　(1)O2＋2H2O＋4e－===4OH－
CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(2)H2　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(3)×8×9.65×104 C·mol－1
＝3.45×104 C　4
解析　(1)甲烷燃料电池中正极为O2被还原，负极为CH4被氧化，在碱性条件下生成CO，其电极反应分别为O2＋2H2O＋4e－===4OH－、CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O。
(2)闭合K后构成闭合回路，此时a、b分别为电解池的阳极和阴极，阴极为H＋得电子被还原，同时得到H2和NaOH，阳极为Cl－被氧化得到Cl2，该电解池中的总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(3)每个电池通入1 L CH4，电路中通过的电量为×8×9.65×104 C·mol－1＝3.45×104 C。
1．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是 (　　)
A．黄铜(铜锌合金)制作的铜锣易产生铜绿
B．镀锡铁制品和镀锌铁制品的镀层破损时，镀锡铁中铁的腐蚀速率更快
C．在轮船船体四周镶嵌锌块保护船体不受腐蚀的方法叫阳极电化学保护法
D．不锈钢有较强的抗腐蚀能力是因为在钢铁表面镀上了铬
答案　B
解析　铜锌合金在空气中可组成原电池，铜为正极得到保护，不易被腐蚀，A错误；镀锡铁与镀锌铁都可以组成原电池，由于铁的活泼性强于锡，铁为负极加快其腐蚀，而镀锌铁中铁为正极得到保护，B正确；C中的方法叫牺牲阳极的阴极保护法，C错误。
2．利用如图所示装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法不正确
的是 (　　)
A．若X为锌棒，开关K置于M处，可减缓铁的腐蚀
B．若X为锌棒，开关K置于M处，铁极发生氧化反应
C．若X为碳棒，开关K置于N处，可减缓铁的腐蚀
D．若X为碳棒，开关K置于N处，X极发生氧化反应
答案　B
解析　当金属作原电池正极、电解池阴极时，金属受到保护。A项，若X为锌棒，开关K置于M处，组成原电池，铁是原电池的正极，受到保护；B项，若X为锌棒，开关K置于M处，铁极是原电池正极，发生还原反应，错；若X为碳棒，开关K置于N处，组成电解池，铁作阴极，可减缓铁的腐蚀，X电极上则发生氧化反应，C、D项正确。
3．某课外活动小组用如图所示装置进行实验(电解液足量)。下列说法正确的是(　　)
A．图一中若开始实验时开关K与a连接，B极的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．图一中若开始实验时开关K与b连接，一段时间后向电解液中加适量稀盐酸可使电解液恢复到电解前的浓度
C．图二中若开始实验时开关K与a连接，电解液的浓度保持不变
D．图二中若开始实验时开关K与b连接，A极减少的质量等于B极增加的质量
答案　D
解析　图一中若开始实验时开关K与a连接，则形成原电池，B极的电极反应式应为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；图一中若开始实验时开关K与b连接，则形成电解池，铁棒作阴极，电解的总反应式为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，根据质量守恒可知一段时间后向电解液中通入适量的HCl可使电解液恢复到电解前的浓度，B错误；图二中若开始实验时开关K与a连接，则形成原电池，电池的总反应式为Fe＋2AgNO3===Fe(NO3)2＋2Ag，电解液的浓度减小，C错误；图二中若开始实验时开关K与b连接，相当于电镀装置，根据电镀原理可知D正确。
4．下列有关电化学装置完全正确的是 (　　)
A B C D
铜的精炼 铁上镀银 防止Fe被腐蚀 构成铜锌原电池
答案　C
解析　电解精炼铜时，应该用粗铜作阳极，纯铜作阴极，故A错误；铁上镀银时，应该用银作阳极，铁作阴极，故B错误；C是外加电流的阴极保护法，正确；铜锌原电池中，锌应插入硫酸锌溶液中，铜应插入硫酸铜溶液中，故D错误。
5．加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，
实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶
液，发生反应：3I2＋6KOH===5KI＋KIO3＋3H2O，将该溶
液加入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。
下列说法正确的是 (　　)
A．a电极发生还原反应
B．阳极反应式：I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O
C．阴极反应式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．电解过程中b电极附近溶液的pH减小
答案　B
解析　跟电源正极相连的为阳极，a电极是阳极，发生氧化反应，A项错误；阳极反应式为I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O，阴极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确，C错误；电解过程中b电极附近H＋被消耗，故其附近溶液的pH增大。
6．用a、b两个质量相等的Pt电极电解AlCl3和CuSO4的混合溶液[n(AlCl3)∶n(CuSO4)＝1∶9]。t1时刻a电极得到混合气体，其中Cl2在标准状况下为224 mL(忽略气体的溶解)；t2时刻Cu全部在电极上析出。下列判断正确的是 (　　)
A．a电极与电源的负极相连
B．t2时刻，两电极的质量相差3.84 g
C．电解过程中，溶液的pH不断增大
D．t2时刻后，b电极的电极反应是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
答案　B
解析　根据a电极得到Cl2，即2Cl－－2e－===Cl2↑，则电极a为阳极，与电源的正极相连；根据生成Cl2的体积可求得原混合溶液中含Cl－ 0.02 mol，故CuSO4为0.06 mol，t2时刻阴极b上Cu2＋完全析出，其电极质量增加0.06 mol×64 g·mol－1＝3.84 g，B项正确；Cl－和Cu2＋放电时，溶液pH不变，当OH－和Cu2＋放电时，溶液酸性增强；t2时刻后，a、b两极分别是OH－和H＋放电，溶液pH又保持不变，b电极的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
7．两串联的电解池，甲池盛有CuSO4溶液，乙池盛有一定量某硝酸盐的稀溶液，用惰性电极电解，当甲池的阴极上析出1.6 g Cu时，乙池的阴极上析出0.45 g固体，则乙池的溶质可能是 (　　)
A．Cu(NO3)2 B．Al(NO3)3
C．NH4NO3 D．Mg(NO3)2
答案　A
解析　从离子的放电顺序分析，分别电解Al(NO3)2、NH4NO3、Mg(NO3)2的溶液时，阴极都不会析出固体，只有电解Cu(NO3)2溶液时才会在阴极析出铜。
8．在25 ℃时，将两根铂电极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解，当电路中有a mol电子转移时，溶液中析出m g Na2SO4·10H2O晶体。若温度不变，在剩余溶液中溶质的质量分数为 (　　)
A.×100% B.×100%
C.×100% D.×100%
答案　D
解析　原溶液为饱和溶液，剩余溶液也为饱和溶液，因此电解析出的晶体和消耗的水构成的溶液仍为饱和溶液，三者的质量分数相等。根据2H2O2H2↑＋O2↑，转移a mol电子时，消耗的水为0.5a mol，溶质的质量分数为m×÷(m＋0.5a×18)×100%，D对。
9．已知在pH为4～5的溶液中，Cu2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。某同学拟用电解硫酸铜溶液的方法测定铜的相对原子质量。该同学向pH＝3.8的含有硫酸铁杂质的硫酸铜溶液中加入过量的黑色粉末X，充分搅拌后将滤液用如图所示装置电解，其中某电极增重a g，另一电极上产生标准状况下的气体V mL。下列说法正确的是 (　　)
A．黑色粉末X是铁粉
B．铜电极连接电源的正极
C．石墨电极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．铜的相对原子质量为
答案　C
解析　利用铁离子水解提纯硫酸铜，应向溶液中加入氧化铜，A项错误；B项，铜为阴极，铜在铜极析出，故铜极与电源的负极相连，B项错误；C项，石墨为阳极，OH－发生氧化反应，C项正确；D项，根据电子守恒，生成1 mol氧气，必有2 mol铜析出。n(Cu)＝×2 mol＝ mol，M(Cu)＝＝ g·mol－1，D项错误。
10．用惰性电极电解100 mL 4 mol·L－1 Cu(NO3)2溶液，一定时间后在阳极收集到标准状况下气体1.12 L。停止电解，向电解后的溶液中加入足量的铁粉，充分作用后溶液中的Fe2＋浓度为(设溶液的体积不变) (　　)
A．0.75 mol·L－1 B．3 mol·L－1
C．4 mol·L－1 D．3.75 mol·L－1
答案　D
解析　本题涉及的反应过程可分为两个阶段，第一个阶段是电解Cu(NO3)2溶液，第二个阶段是混合溶液与足量的铁粉反应，注意硝酸与足量铁粉反应是生成硝酸亚铁。电解后溶液中硝酸和硝酸铜分别为0.2 mol、0.3 mol，前者与足量的铁粉反应生成硝酸亚铁0.075 mol，后者与足量的铁粉反应生成0.3 mol硝酸亚铁。
11．按下图所示装置进行实验，并回答下列问题：
(1)判断装置的名称：A池为________，B池为______。
(2)锌极为______极，电极反应式为____________________________________；
铜极为______极，电极反应式为______________________________________；
石墨棒C1为____极，电极反应式为___________________________________；
石墨棒C2附近发生的实验现象为_____________________________________。
(3)当C2极析出224 mL气体(标准状况)时，锌的质量________(填“增加”或“减少”)______g，CuSO4溶液的质量________(填“增加”或“减少”)________g。
答案　(1)原电池　电解池
(2)负　Zn－2e－===Zn2＋　正　Cu2＋＋2e－===Cu　阳　2Cl－－2e－===Cl2↑　有无色气体产生，附近溶液出现红色　(3)减少　0.65　增加　0.01
解析　A池中Zn、Cu放入CuSO4溶液中构成原电池，B池中两个电极均为石墨电极，在以A为电源的情况下构成电解池，即A原电池带动B电解池。A池中Zn为负极，Cu为正极，B池中C1为阳极，C2为阴极，阴极区析出H2，周围OH－富集，酚酞变红，且n(H2)＝＝0.01 mol，故电路中转移电子的物质的量为0.01 mol×2＝0.02 mol，根据得失电子守恒，锌极有0.01 mol Zn溶解，即Zn极质量减少0.01 mol×65 g·mol－1＝0.65 g，铜极上有0.01 mol Cu析出，即CuSO4溶液增加了0.01 mol×(65 g·mol－1－64 g·mol－1)＝0.01 g。
12．某小组同学设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氧气、氢气、硫酸和氢氧化钾。
(1)X极与电源的________(填“正”或“负”)极相连，氢气从________(填“A”、“B”、“C”或“D”)口导出。
(2)离子交换膜只允许一类离子通过，则M为________(填“阴离子”或“阳离子”，下同)交换膜，N为________交换膜。
(3)若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池(石墨为电极)，则电池负极的反应式为____________________________________________________。
(4)若在标准状况下，制得11.2 L氢气，则生成硫酸的质量是____________，转移的电子数为____________。
答案　(1)正　C　(2)阴离子　阳离子　(3)H2－2e－＋2OH－===2H2O　(4)49 g　6.02×1023
解析　题图中左边加入含硫酸的水，暗示左边制硫酸，即OH－在阳极发生氧化反应，使左边溶液中H＋增多，为了使溶液呈电中性，硫酸钾溶液中的SO通过M交换膜向左边迁移，即M为阴离子交换膜，由此推知X为阳极，与电源正极相连，B出口产生氧气，A出口流出硫酸；同理，右侧加入含KOH的水，说明右边制备KOH溶液，H＋在Y极发生还原反应，说明Y极为阴极，与电源负极相连，右边溶液中OH－增多，硫酸钾溶液中K＋向右迁移，N为阳离子交换膜，所以C出口产生氢气，D出口流出KOH溶液。(3)若将制得的氢气和氧气在氢氧化钾溶液中构成原电池，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，负极反应式为2H2－4e－＋4OH－===4H2O。
(4)n(H2)＝0.5 mol,2H＋＋2e－===H2↑，得电子1 mol，X极的反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，根据得失电子守恒知，生成H＋的物质的量为1 mol，故生成0.5 mol H2SO4，m(H2SO4)＝49 g。
13．已知铅蓄电池的工作原理为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，现设计如图所示装置进行电解(电解液足量)，测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减小11.2 g。
请回答下列问题：
(1)A是铅蓄电池的________(填“正”或“负”)极，铅蓄电池的正极反应式为____________________________________________________________________。
(2)Ag电极上的反应式为______________________________________________，
析出的物质共________g。
(3)Cu电极上的反应式为________________________________________________，
CuSO4溶液的浓度__________(填“减小”、“增大”或“不变”)。
(4)如图表示电解时某个量(纵坐标x)随时间变化的曲线，这
个量x最有可能表示的是________(填序号)。
a．两个U形管中析出的气体体积
b．两个U形管中阳极质量的减少量
c．两个U形管中阴极质量的增加量
答案　(1)负　PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O
(2)2H＋＋2e－===H2↑　0.4
(3)Cu－2e－===Cu2＋　不变　(4)b
解析　根据在电解过程中铁电极质量减小可判断A是铅蓄电池的负极，B是铅蓄电池的正极。电解时Ag电极作阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，Fe电极作阳极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，左侧U形管中的总反应式为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑。Zn电极作阴极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，铜电极作阳极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。右侧U形管相当于电镀装置，电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变，根据上述分析可得答案。
14．硒是制光电池的一种原料，人体缺少硒就会得“克山病”，从电解精炼铜的阳极泥中提取硒的流程如下：
请回答下列问题：
(1)实验室中电解精炼铜的简易装置如图所示，请在图中标出电极
材料和电解液的名称。
(2)阳极泥中硒以Se、Ag2Se、Cu2Se等形式存在，Se和浓硫酸反应的化学方程式为_____________________________________________________________________。
(3)SeO2溶于水得H2SeO3(Ka1＝3.5×10－3，Ka2＝5.0×10－8)，亚硒酸溶液与SO2反应制硒的离子方程式为________________________________________________。
电解亚硒酸溶液可制得强酸H2SeO4，则电解时的阳极反应式为________________。
(4)上述硒的提取过程中存在的主要问题是_______________________________、
_____________________________________________________________________。
答案　(1)左侧：粗铜　右侧：纯铜　电解液：硫酸铜溶液
(2)Se＋2H2SO4(浓)SeO2↑＋2SO2↑＋2H2O
(3)H2SeO3＋2SO2＋H2O===Se＋2SO＋4H＋
H2SeO3－2e－＋H2O===SeO＋4H＋
(4)浓硫酸的腐蚀性强　焙烧过程中产生大量有毒气体SO2，污染环境(其他合理答案亦可)
解析　(1)电解精炼铜时粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液。(2)根据流程图可知硒的氧化产物为SeO2，浓硫酸的还原产物为SO2，由此可得出化学方程式。(3)根据题中提示H2SeO3是弱酸，在离子方程式中应写化学式。电解亚硒酸溶液时，阳极发生氧化反应生成硒酸。
15．25 ℃时，用两个质量相同的铜棒作电极，电解500 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，电解过程中，电解液的pH变化如表所示(假定溶液温度保持不变)。电解2 h后，取出电极，对电极进行干燥，并称量，测得两电极的质量差为9.6 g。已知，25 ℃时0.1 mol·L－1 CuSO4溶液的pH为4.17。
时间/h 0.5 1 1.5 2
pH 1.3 2.4 3.0 3.0
(1)实验刚开始阶段电解池阴极所发生反应的电极反应式为___________________。
(2)电解进行到1.5 h后，电解质溶液的pH不再发生变化的原因是______________；
用离子反应方程式表示0.1 mol·L－1 CuSO4溶液的pH为4.17的原因____________。
(3)电解进行的2 h中，转移电子的总物质的量________0.15 mol(填“<”、“＝”或“>”)。
(4)若欲使所得电解质溶液复原到500 mL 0.1 mol·L－1 H2SO4溶液，应对溶液进行怎样处理？________________________________________________________。
答案　(1)2H＋＋2e－===H2↑　(2)电解持续进行，H＋电解完后，电解过程发生转变，阳极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，电解质溶液的组成、浓度不再发生变化，溶液的pH也不再发生变化　Cu2＋＋2H2O??Cu(OH)2＋2H＋　(3)>　(4)向溶液中通入约0.05 mol H2S
解析　根据题意及表中数据可知，电解刚开始阶段，阳极反应式是Cu－2e－===
Cu2＋，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；随着电解的继续，溶液中Cu2＋的浓度增大，此时阳极反应不变，而H＋已被电解完，阴极反应则变成Cu2＋＋2e－===Cu；若电解过程中只有电镀铜的过程，阳极溶解的铜与阴极生成的铜质量相同，溶液的组成保持不变，则阳极铜的减少为9.6 g/2＝4.8 g，转移电子的物质的量为0.15 mol，而实际上先有H2产生，后有电镀铜的过程，故实际转移电子的物质的量大于0.15 mol；要使溶液复原则需要通入H2S，H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4。大题冲关滚动练之六——电化学原理综合应用题
1．铁和铁的化合物在工业生产和日常生活中都有广泛的用途。请回答下列问题：
(1)钢铁锈蚀是目前难以解决的现实问题，电化学腐蚀最为普遍。写出在潮湿空气中钢铁锈蚀时发生还原反应的电极反应式：________________________________。
铁锈的主要成分是____________(填写化学式)，将生锈的铁屑放入H2SO4溶液中充分溶解后，在溶液中并未检测出Fe3＋，用离子方程式说明原因：_____________________。
(2)爱迪生蓄电池的反应式为Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2；高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型净水剂。用如图装置可以制取少量高铁酸钠。
①此装置中爱迪生蓄电池的负极是________(填“a”或
“b”)，该电池工作一段时间后必须充电，充电时生成NiO2
的反应类型是__________。
②写出在用电解法制取高铁酸钠时，阳极的电极反应式
________________________________________________。
③你认为高铁酸钠作为一种新型净水剂的理由可能是
________。
A．高铁酸钠溶于水形成一种胶体，具有较强的吸附性
B．高铁酸钠具有强氧化性，能消毒杀菌
C．高铁酸钠在消毒杀菌时被还原生成Fe3＋，水解产生氢氧化铁胶体能吸附悬浮杂质
答案　(1)O2＋4e－＋2H2O===4OH－　Fe2O3·xH2O　2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋
(2)①a　氧化反应　②Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O　③BC
解析　(1)正极发生还原反应，在潮湿的空气中钢铁锈蚀正极反应式为O2＋2H2O＋
4e－===4OH－，铁锈的主要成分为Fe2O3的水合物，可表示为Fe2O3·xH2O。由于在生锈的钢铁中，Fe过量，当Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O反应后又发生2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋反应，所以检测不到Fe3＋。
(2)①在该电解池中，Fe一定做阳极，所以a为负极，b为正极，当充电时，Ni(OH)2生成NiO2，化合价升高，发生氧化反应。
②在FeO中Fe的化合价为＋6价，所以Fe应失去6e－，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O。
③Na2FeO4之所以能消毒净水，是因为Na2FeO4具有强氧化性，其还原产物Fe3＋能水解生成Fe(OH)3胶体。
2．＋6价铬易被人体吸收，可致癌；＋3价铬不易被人体吸收，毒性小。工业含铬废水的处理方法之一是将含＋6价铬的废水放入电解槽内，用铁作阳极，加入适量的NaCl后进行电解：阳极区生成的Fe2＋和Cr2O发生反应，生成的Fe3＋和Cr3＋在阴极区与OH－结合生成Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀除去。
(1)若阳极铁质量减少16.8 g，则理论上被还原的Cr2O的物质的量为________mol。
(2)在下图装置中，观察到图1装置铜电极上产生大量的无色气泡，而在图2装置中当开关K断开时，铬电极无现象，K闭合时，铬电极上产生大量无色气体，并变成红棕色气体。根据上述现象试推测金属铬的两个重要化学性质___________________、_____________________________。
答案　(1)0.05
(2)铬比铜活泼　铬在稀硝酸中可以发生钝化
解析　其反应原理为阳极：Fe－2e－===Fe2＋、阴极：2H＋＋2e－===H2↑，Cr2O＋
6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。
(1)·＝0.05 mol。
(2)图1中，Cr作负极，Cu作正极，Cr比铜活泼。图2中，Cr在稀硝酸中无明显现象，说明Cr在稀硝酸中钝化，而Cu不钝化，Cu失电子通过导线到达Cr电极，然后NO在Cr电极上得到电子，生成NO。
3．(1)某课外活动小组同学用下图1装置进行实验，试回答下列问题：
①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的________腐蚀。
②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为
_____________________________________________________________________。
　
图1　　　　　　　　　图2
(2)芒硝化学式为Na2SO4·10H2O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用上图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。
①该电解槽的阳极反应式为__________________。此时通过阴离子交换膜的离子数__________(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钠溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)________导出。
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：_________________________
_______________________________________________________________________。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为____________。已知H2的燃烧热为285.8 kJ·mol－1，则该燃料电池工作产生36 g液态H2O时，理论上有________ kJ的能量转化为电能。
答案　(1)①吸氧　②2Cl－＋2H2O2OH－＋H2↑＋Cl2↑　(2)①4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　小于　②D
③H＋放电促进水的电离，使OH－浓度增大　④H2－2e－＋2OH－===2H2O　571.6
解析　(1)①开关K与a连接，形成原电池，由于电解质溶液为饱和食盐水，铁发生吸氧腐蚀。②开关K与b连接，为石墨作阳极电解饱和食盐水，总反应的离子方程式为2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑。(2)①该电解槽中阳极为OH－放电，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。阳极OH－放电，因此SO向阳极迁移，阴极H＋放电，因此Na＋向阴极迁移，显然通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。②NaOH在阴极产生，因此从出口D导出。③通电开始后，阴极上H＋放电，促进水的电离，OH－浓度增大，因此pH增大。④碱性氢氧燃料电池中负极为H2放电，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，由于H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8
kJ·mol－1，当电池工作产生36 g液态H2O时，理论上转化的电能为285.8 kJ·mol－1×2 mol＝571.6 kJ。
4．如图装置，A、B中的电极为多孔的惰性电极；C、D为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b两极。若A、B中充满KOH溶液后倒立于KOH溶液的水槽中。切断K1，闭合K2、K3通直流电，回答下列问题：
(1)判断电源的正、负极：a为________极，b为________极。
(2)在湿的 Na2SO4溶液滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象______________
__________________________________________________________。
(3)写出电极反应式：
A极__________________________________________________________，
C极____________________________________________________________。
(4)若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合K1，则电流表的指针是否移动(填“是”或“否”)________，说明理由______________。
答案　(1)负　正
(2)紫色向D方向移动，两极有气体产生
(3)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　4H＋＋4e－===2H2↑
(4)是　组成氢氧燃料电池
解析　根据A、B中产生气体的体积判断，B中产生H2，A中产生O2，所以a为负极，b为正极，MnO向阳极移动，即向D移动，电极反应式为阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：4H＋＋4e－===2H2↑，所以两极均有气体产生，一段时间后，若断开K2、K3，关闭K1，则形成氢氧燃料电池，所以电流表指针会发生偏转。
5．某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探究。
Ⅰ.利用右图装置探究金属的防护措施，实验现象是锌电极
不断溶解，铁电极表面有气泡产生。
(1)写出负极的电极反应式
________________________________________________。
(2)某学生认为，铁电极可能参与反应，并对产物作出假设：
假设1：铁参与反应，被氧化生成Fe2＋
假设2：铁参与反应，被氧化生成Fe3＋
假设3：__________________________________________________________。
(3)为了探究假设1、2，他采取如下操作：
①取0.01 mol·L－1 FeCl3溶液2 mL于试管中，加入过量铁粉；
②取操作①试管的上层清液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；
③取少量正极附近溶液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，未见蓝色沉淀生成；
④取少量正极附近溶液加入2滴KSCN溶液，未见溶液变血红；
据②、③、④现象得出的结论是___________________________________________。
(4)该实验原理可应用于防护钢铁腐蚀，请再举一例防护钢铁腐蚀的措施___________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.利用右图装置作电解50 mL 0.5 mol·L－1的CuCl2溶液实验。
实验记录：
A．阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示：Cl2氧化性大于IO)；
B．电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。
(1)分析实验记录A中试纸颜色变化，用离子方程式解释：
①____________________________________________；
②____________________________________________。
(2)分析实验记录B中浅蓝色固体可能是__________(写化
学式)，试分析生成该物质的原因___________________。
答案　Ⅰ.(1)Zn－2e－===Zn2＋
(2)铁参与反应，被氧化生成Fe2＋和Fe3＋
(3)正极附近溶液不含Fe2＋和Fe3＋
(4)在钢铁表面刷一层油漆(其他合理答案均可)
Ⅱ.(1)①2I－＋Cl2===I2＋2Cl－　②5Cl2＋I2＋6H2O===10Cl－＋2IO＋12H＋
(2)Cu(OH)2　电解较长时间后，Cu2＋浓度下降，H＋开始放电，溶液pH增大，Cu2＋转化为Cu(OH)2沉淀
解析　Ⅰ.该装置形成铁、锌原电池，其负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，若正极铁参与反应，则生成Fe2＋或Fe3＋或Fe2＋、Fe3＋。
(3)根据实验现象推断，正极附近无Fe3＋、Fe2＋，说明正极Fe不参与反应。
(4)保护钢铁的电化学保护法之一就是牺牲阳极的阴极保护法，也可以覆盖一层保护层，如刷油漆，防止铁被腐蚀。
Ⅱ.反应原理为
(1)阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，然后Cl2＋2I－===I2＋2Cl－，5Cl2＋I2＋6H2O===10Cl－＋2IO＋12H＋。
(2)阴极：Cu2＋＋2e－===Cu，当Cu2＋放电完毕后，2H＋＋2e－===H2↑，致使该电极附近呈碱性，Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓。
6．某反应中反应物与生成物有：FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。
(1)将上述反应设计成的原电池如图甲所示，请回答下列问题：
①图中X溶液是____________；
②Cu电极上发生的电极反应式为__________________________________________；
③原电池工作时，盐桥中的____________(填“K＋”或“Cl－”)不断进入X溶液中。
(2)将上述反应设计成的电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙，请回答下列问题：
①M是__________极；
②图丙中的②线是______________的变化。
③当电子转移为2 mol时，向乙烧杯中加入________ L 5 mol·L－1 NaOH溶液才能使所有的金属阳离子沉淀完全。
(3)铁的重要化合物高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点。
①高铁酸钠生产方法之一是电解法，其原理为Fe＋2NaOH＋2H2ONa2FeO4＋3H2↑，则电解时阳极的电极反应式是__________________________________。
②高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为_______________________________________。
③Na2FeO4能消毒、净水的原因：_________________________________________。
答案　(1)①FeCl3、FeCl2　②Cu－2e－===Cu2＋　③K＋
(2)①负　②Fe2＋　③2.8
(3)①Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O
②2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O
③高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成的Fe3＋水解生成胶体，具有吸附悬浮物的净水作用
解析　根据反应物和生成物，该反应方程式：2FeCl3＋Cu===CuCl2＋2FeCl2，所以X应为FeCl3和FeCl2，在该电池中，Cu为负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，③在甲中，由于2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，正电荷减少，所以K＋不断地进入X溶液中。
(2)根据反应式，Cu应作阳极，所以N为正极，M为负极，①代表Fe3＋的变化，②代表Fe2＋的变化，③代表Cu2＋的变化。③根据2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，当转移2 mol电子时，有2 mol Fe3＋被还原，有1 mol Cu被氧化，所以溶液中应含有2 mol
Fe3＋，3 mol Fe2＋，1 mol Cu2＋，完全沉淀所需NaOH的物质的量为2 mol×3＋3 mol×2＋1 mol×2＝14 mol，其体积为＝2.8 L。
(3)①在Na2FeO4中，Fe为＋6，所以阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O。②2Fe(OH)3＋3ClO－＋4OH－===2FeO＋3Cl－＋5H2O。③Na2FeO4消毒、净水原理为FeO具有强氧化性，能消毒杀菌，生成的Fe3＋水解生成胶体具有吸附悬浮物的净水作用。第1讲　化学能与热能
[考纲要求]　1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出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，能用盖斯定律进行有关反应热的简单计算。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。
考点一　焓变与反应热
1．化学反应中的能量变化
(1)化学反应中的两大变化：物质变化和能量变化。
(2)化学反应中的两大守恒：质量守恒和能量守恒。
(3)化学反应中的能量转化形式：热能、光能、电能等。通常主要表现为热量的变化。
2．焓变、反应热
(1)定义：在恒压条件下进行的反应的热效应。
(2)符号：ΔH。
(3)单位：kJ·mol－1或kJ/mol。
3．吸热反应和放热反应
(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。
　
(2)从反应热的量化参数——键能的角度分析
(3)常见放热反应
①可燃物的燃烧；②酸碱中和反应；③大多数化合反应；④金属跟酸的置换反应；⑤物质的缓慢氧化。
(4)常见吸热反应
①大多数分解反应；②盐的水解和弱电解质的电离；
③Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应；④碳和水蒸气、C和CO2的反应。
深度思考
1．同质量的硫粉在空气中燃烧和在纯氧中燃烧，哪一个放出的热量多，为什么？
答案　在空气中燃烧放出的热量多，因在纯氧中燃烧火焰明亮，转化成的光能多，故放出的热量少。
2．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应 (　　)
(2)物质发生化学变化都伴有能量的变化 (　　)
(3)伴有能量变化的物质变化都是化学变化 (　　)
(4)吸热反应在任何条件都不能发生 (　　)
(5)Na转化为Na＋时，吸收的能量就是该过程的反应热 (　　)
(6)水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热 (　　)
答案　(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
解析　(5)(6)是物理变化过程，其能量变化不能称为反应热。
题组训练　反应热的基本计算方法
1．某反应过程中体系的能量变化如图所示，下列说法错误的是 (　　)
A．反应过程可表示为
B．E1为反应物的平均能量与过渡态的能量差，称为正反应的活化能
C．正反应的热效应为ΔH＝E1－E2<0，所以正反应为放热反应
D．此图中逆反应的热效应ΔH＝E1－E2<0，所以逆反应为放热反应
答案　D
解析　该图表示的正反应放热，ΔH为负值，逆反应吸热，ΔH为正值，D错误。
2．(2011·重庆理综，13)SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S—F键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol F—F、S—F键需要吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ，则S(s)＋3F2(g)===SF6(g)的反应热ΔH为________。
答案　－1 220 kJ·mol－1
解析　断裂1 mol S—S键吸收能量280 kJ，断裂3 mol F—F键吸收能量3×160 kJ，则吸收的总能量为Q吸＝280 kJ＋3×160 kJ＝760 kJ，释放的总能量为Q放＝330 kJ×6＝1 980 kJ，由反应方程式：S(s)＋3F2(g)===SF6(g)可知，ΔH＝760 kJ·mol－1－1 980 kJ·mol－1＝－1 220 kJ·mol－1。
3．通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱，也可用于估算化学反应的反应热(ΔH)，化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据，供计算使用。
化学键 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C
键能/kJ·mol－1 460 360 436 431 176 347
工业上的高纯硅可通过下列反应制取：SiCl4(g)＋2H2(g)===Si(s)＋4HCl(g)，该反应的反应热(ΔH)为________。
答案　＋236 kJ·mol－1
解析　SiCl4、H2和HCl分子中共价键的数目容易计算，而产物硅属于原子晶体，可根据原子晶体的结构计算晶体硅中的共价键的数目。1 mol晶体硅中所含的Si—Si键为2 mol，即制取高纯硅反应的反应热ΔH＝4×360 kJ·mol－1＋2×436 kJ·mol－1－(2×176 kJ·mol－1＋4×431 kJ·mol－1)＝＋236 kJ·mol－1。
1．熟记反应热ΔH的基本计算公式
ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量
ΔH＝反应物的总键能之和－生成物的总键能之和
2．规避两个易失分点
(1)旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任一个过程都不是化学变化。
(2)计算物质中键的个数时，不能忽略物质的结构，如1 mol晶体硅中含2 mol Si—Si键。1 mol SiO2中含4 mol Si—O键。
考点二　热化学方程式
1．概念
表示参与化学反应的物质的物质的量和反应热的关系的化学方程式。
2．意义
表明了化学反应中的物质变化和能量变化。
如：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
表示：2 mol氢气和1 mol氧气反应生成2 mol液态水时放出571.6 kJ的热量。
3．书写
(1)注明反应条件：反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的，可不注明。
(2)注明物质状态：常用s、l、g、aq分别表示固体、液体、气体、溶液。
(3)注意符号单位：ΔH应包括“＋”或“－”、数字和单位(kJ·mol－1)。
(4)注意守恒关系：①原子守恒和得失电子守恒；②能量守恒。(ΔH与化学计量数相对应)
(5)区别于普通方程式：一般不注“↑”、“↓”以及“点燃”、“加热”等。
(6)注意热化学方程式的化学计量数
热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。
深度思考
1．ΔH的单位“kJ·mol－1”的含义是什么？
答案　“kJ·mol－1”并不是指每摩尔具体物质反应时伴随的能量变化，而是指给定形式的具体反应的能量变化。如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1，此反应的反应热是指每摩尔反应[2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)]放出的热量为483.6 kJ。ΔH与化学反应方程式的写法有关，如H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1。另外反应热还与反应物的状态有关，如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1。
2．怎样理解可逆反应中的反应热？
答案　无论化学反应是否可逆，热化学方程式中的反应热ΔH都表示反应进行到底(完全转化)时的能量变化。如2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)　ΔH＝－196.64 kJ·mol－1，ΔH是指2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)完全转化为2 mol SO3(g)时放出的能量。若在相同的温度和压强下，向某容器中加入2 mol SO2(g)和1 mol O2(g)，反应达到平衡时放出的能量为Q，因反应不能完全转化为SO3(g)，故Q<196.64 kJ。
3．实验室用4 mol SO2与2 mol O2在一定条件下进行下列反应：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)　ΔH＝－196.64 kJ·mol－1，当放出314.624 kJ热量时，SO2的转化率为________。
答案　80%
解析　当放出热量为314.624 kJ时，参加反应的SO2的物质的量为×2 mol＝3.2 mol，故SO2的转化率为×100%＝80%。
题组一　热化学方程式的书写
1．依据事实，写出下列反应的热化学方程式。
(1)适量的N2和O2完全反应，每生成23 g NO2吸收16.95 kJ 热量。N2与O2反应的热化学方程式为_______________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)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____________
______________________________________________________________________。
(3)已知拆开1 mol H—H键、1 mol N—H键、1 mol N≡N键分别需要的能量是436 kJ、391 kJ、946 kJ，则N2与H2反应生成NH3的热化学方程式为__________________
______________________________________________________________________。
(4)在25 ℃、101 kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q kJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100 g CaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
答案　(1)N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)
ΔH＝＋67.8 kJ·mol－1
(2)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)
ΔH＝－1 427.2 kJ·mol－1
(3)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－92 kJ·mol－1
(4)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)
ΔH＝－2Q kJ·mol－1
解析　(1)23 g NO2的物质的量为0.5 mol，则生成2 mol NO2吸收的热量为67.8 kJ。
吸热反应ΔH为正值，故反应的热化学方程式为N2(g)＋2O2(g)===2NO2(g)　ΔH＝＋
67.8 kJ·mol－1。
(2)2 g SiH4自燃放出热量89.2 kJ,1 mol SiH4自燃放出热量1 427.2 kJ，故热化学方程式为SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 427.2 kJ·mol－1。
(3)N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝(946＋436×3－391×6)kJ·mol－1＝－92 kJ·mol－1。
(4)根据C原子守恒有：C2H5OH～2CO2～2CaCO3。生成100 g CaCO3沉淀，则乙醇为0.5 mol，据此可写出反应的热化学方程式。
2.右图是NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变
化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式：_____________________________________________
______________________________________________
_______________________。
答案　NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234 kJ·mol－1
解析　由图可知，产物总能量低于反应物总能量，该反应是放热反应，ΔH＝E1－E2＝134 kJ·mol－1－368 kJ·mol－1＝－234 kJ·mol－1。
题组二　热化学方程式的判断
3．实验测得：101 kPa时，1 mol H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ的热量；1 mol CH4完全燃烧生成液态水和CO2，放出890.3 kJ的热量。下列热化学方程式的书写正确的是 (　　)
①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝＋890.3 kJ·mol－1
②CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
③CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
A．仅有② B．仅有②④
C．仅有②③④ D．全部符合要求
答案　B
解析　写热化学方程式时要重点注意其与普通化学方程式不同的几点：(1)产物的稳定状态，H2O为液态，C的稳定化合物为CO2；(2)单位是kJ·mol－1，不是kJ；(3)数值，ΔH的数值要与方程式中计量系数保持一致；(4)符号，吸热用“＋”，放热用“－”。仅②④符合要求。
4．下列热化学方程式书写正确的是(ΔH的绝对值均正确) (　　)
A．S(s)＋O2(g)===SO3(g)
ΔH＝－315 kJ·mol－1(燃烧热)
B．NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－57.3 kJ·mol－1(中和热)
C．C2H5OH＋3O2===2CO2＋3H2O
ΔH＝－1 368.8 kJ·mol－1(反应热)
D．2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)
ΔH＝－483.6 kJ·mol－1(反应热)
答案　B
解析　选项A中根据燃烧热的定义可知产物应是SO2；选项C中热化学方程式没有标明各物质的聚集状态；选项D中ΔH应为正值。
　“五看”法判断热化学方程式的正误
(1)看方程式是否配平；
(2)看各物质的聚集状态是否正确；
(3)看ΔH的“＋”、“－”符号是否正确；
(4)看反应热的单位是否为kJ·mol－1；
(5)看反应热的数值与化学计量数是否对应。
考点三　燃烧热和中和热
1．燃烧热
(1)概念：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，叫做该物质的燃烧热。燃烧热的单位一般用kJ·mol－1表示。
燃烧热的限定词有恒压(101 kPa时)、可燃物的物质的量(1 mol)、完全燃烧、稳定的氧化物等，其中的“完全燃烧”，是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：C→CO2(g)，H→H2O(l)，S→SO2(g)等。
(2)表示的意义：例如C的燃烧热为393.5 kJ·mol－1，表示在101 kPa时，1 mol C完全燃烧放出393.5 kJ的热量。
(3)书写热化学方程式：燃烧热是以1 mol物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在书写它的热化学方程式时，应以燃烧1 mol物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如：
C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l)　ΔH＝－5 518 kJ·mol－1，即C8H18的燃烧热为5 518 kJ·mol－1。
(4)燃烧热的计算：可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为Q放＝n(可燃物)×ΔH
式中：Q放为可燃物燃烧反应放出的热量；n为可燃物的物质的量；ΔH为可燃物的燃烧热。
2．中和热
(1)概念：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成1_mol液态H2O时的反应热叫中和热。
(2)注意几个限定词：①稀溶液；②产物是1 mol液态H2O；③用离子方程式可表示为OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)
ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
(3)中和热的测定
①测定原理
ΔH＝
c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1；n为生成H2O的物质的量。
②装置如图(在横线上填出仪器的名称)
深度思考
1．装置中碎泡沫塑料(或纸条)及泡沫塑料板的作用是什么？
答案　保温、隔热，减少实验过程中热量的损失。
2．怎样才能保证酸、碱完全反应？
答案　使碱稍稍过量。
3．怎样用环形玻璃搅拌棒搅拌溶液，不能用铜丝搅拌棒代替的理由是什么？
答案　实验时应用环形玻璃搅拌棒上下搅动；因为铜传热快，热量损失大，所以不能用铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒。
4．本实验中用稍过量的NaOH的原因教材中说是为保证盐酸完全被中和。试问：在反应中若因为有放热现象，而造成少量HCl在反应中挥发，则测得的中和热________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
答案　偏小
题组一　燃烧热、中和热的含义及表达
1．已知反应：
①101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221 kJ·mol－1
②稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
下列结论正确的是 (　　)
A．碳的燃烧热大于110.5 kJ·mol－1
B．反应①的反应热为221 kJ·mol－1
C．98%的浓硫酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水的中和热为－57.3 kJ·mol－1
D．稀醋酸与稀氢氧化钠溶液反应生成1 mol水时放出57.3 kJ的热量
答案　A
解析　燃烧热是指在101 kPa时，1 mol纯物质完全燃烧生成稳定氧化物时所放出的热量。反应①中的碳不是1 mol，而且产物CO也不是碳燃烧生成的最稳定氧化物，CO可以继续燃烧放热，故碳的燃烧热应大于反应①放出热量的一半；B项中表示“反应热”的数据前必须带“－”；C项中描述的是中和热，数据前不应带“－”且放出的热量应大于57.3 kJ；D项中的反应热包括H＋与OH－反应放出的热量和稀醋酸电离吸收的热量，所以放出的热量要小于57.3 kJ。
2．下列关于热化学反应的描述中正确的是 (　　)
A．已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH＝2×(－57.3) kJ·mol－1
B．燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式是CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
ΔH＝－192.9 kJ·mol－1，则CH3OH(g)的燃烧热为192.9 kJ·mol－1
C．H2(g)的燃烧热是285.8 kJ·mol－1，则2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1
D．葡萄糖的燃烧热是2 800 kJ·mol－1，则C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 400 kJ·mol－1
答案　D
解析　本题考查热化学方程式的有关知识，关键在于明确有关反应热的各种概念及热化学方程式的书写方法及正误判断。H2SO4和Ba(OH)2反应时还生成BaSO4沉淀，故反应热还应包括BaSO4沉淀的生成热，A错；甲醇蒸气的燃烧热是1 mol CH3OH(g)完全燃烧生成液态水和二氧化碳所放出的热量，B错；燃烧热的定义是1 mol纯物质完全燃烧生成稳定的化合物所放出的热量，C错；葡萄糖的燃烧热是2 800
kJ·mol－1，故C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1 400 kJ·mol－1，D正确。
　反应热答题规范指导
(1)用“焓变(ΔH)”表示反应热时，ΔH>0表示吸热，ΔH<0表示放热，因而，ΔH后所跟数值需要带“＋”、“－”符号。
(2)描述反应热时，无论是用“反应热”、“焓变”表示还是用ΔH表示，其后所跟数值需要带“＋”、“－”符号。
(3)由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和热和燃烧热时可不带“－”号。
题组二　中和热测定误差分析和数据处理
3．利用如图所示装置测定中和热的实验步骤如下：
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
另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，测得混合液最高温度。回答下列问题：
(1)为什么所用NaOH溶液要稍过量？__________________
_____________________________________________________________________。
(2)倒入NaOH溶液的正确操作是__________(填序号)。
A．沿玻璃棒缓慢倒入
B．分三次少量倒入
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________(填序号)。
A．用温度计小心搅拌
B．揭开硬纸片用玻璃棒搅拌
C．轻轻地振荡烧杯
D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动
(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，则ΔH1、ΔH2、ΔH3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。为了计算中和热，某学生实验记录数据如下：
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
依据该学生的实验数据计算，该实验测得的中和热ΔH＝__________(结果保留一位小数)。
(6)________(填“能”或“不能”)用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸，理由是____________________________________________________________。
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　(6)不能　H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热
解析　(1)在中和热的测定实验中为了确保反应物被完全中和，常常使加入的一种反应物稍微过量一些。
(2)为了减小热量损失，倒入NaOH溶液应该一次迅速倒入。
(3)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作：用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒轻轻地搅动。
(4)稀氢氧化钠溶液和稀氢氧化钙溶液中溶质都完全电离，它们的中和热相同，稀氨水中的溶质是弱电解质，它与盐酸的反应中一水合氨的电离要吸收热量，故中和热要小一些(注意中和热与ΔH的关系)。
(5)取三次实验的平均值代入公式计算即可。
(6)因为硫酸与Ba(OH)2溶液反应生成BaSO4沉淀的生成热会影响反应的反应热，故
不能用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸。
考点四　有关反应热的比较、计算
1．ΔH的比较
比较ΔH的大小时需考虑正负号，对放热反应，放热越多，ΔH越小；对吸热反应，吸热越多，ΔH越大。
2．反应热的有关计算
(1)根据热化学方程式计算：反应热与反应物的物质的量成正比。
(2)根据盖斯定律求算
应用盖斯定律进行简单计算时，关键在于设计反应过程，同时注意：
①参照新的热化学方程式(目标热化学方程式)，结合原热化学方程式(一般2～3个)进行合理“变形”，如热化学方程式颠倒、乘除以某一个数，然后将它们相加、减，得到目标热化学方程式，求出目标热化学方程式的ΔH与原热化学方程式之间ΔH的换算关系。
②当热化学方程式乘、除以某一个数时，ΔH也应相应地乘、除以某一个数；方程式进行加减运算时，ΔH也同样要进行加减运算，且要带“＋”“－”符号，即把ΔH看作一个整体进行运算。
③将一个热化学方程式颠倒书写时，ΔH的符号也随之改变，但数值不变。
④在设计反应过程中，会遇到同一物质的三态(固、液、气)的相互转化，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。
(3)根据物质燃烧放热的数值计算：Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH|
说明　方法(2)常用于判断物质能量的大小关系及稳定性。
深度思考
试比较下列三组ΔH的大小
(1)同一反应，生成物状态不同时
A(g)＋B(g)===C(g)　ΔH1<0
A(g)＋B(g)===C(l)　ΔH2<0
ΔH1____ΔH2(填“>”、“<”或“＝”，下同)。
答案　>
解析　因为C(g)===C(l)　ΔH3<0
则ΔH3＝ΔH2－ΔH1，ΔH2<ΔH1。
(2)同一反应，反应物状态不同时
S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH1<0
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH2<0
则ΔH1____ΔH2。
答案　<
解析　
ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3<0，所以ΔH1<ΔH2。
(3)两个有联系的不同反应相比
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1<0
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2<0
则ΔH1____ΔH2。
答案　<
解析　根据常识可知CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3<0，又因为ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，
所以ΔH2>ΔH1。
题组一　反应热大小的比较和计算
1．下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是 (　　)
①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH4
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH7
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s)　ΔH8
A．① B．④ C．②③④ D．①②③
答案　C
解析　本题主要考查对“ΔH”的理解，明确“ΔH”既有“＋”、“－”，又有数值大小。碳与氧气反应放热，即ΔH1<0，ΔH2<0，CO再与O2作用时又放热，所以ΔH1<ΔH2；等量的固态硫变为气态硫蒸气时吸收热量，故在与O2作用产生同样多的SO2时，气态硫放出的热量多，即ΔH3>ΔH4；发生同样的燃烧反应，物质的量越多，放出的热量越多，故ΔH5>ΔH6；碳酸钙分解吸收热量，ΔH7>0，CaO与H2O反应放出热量，ΔH8<0，显然ΔH7>ΔH8。故本题答案为C。
2．由氢气和氧气反应生成1 mol水蒸气放热241.8 kJ，写出该反应的热化学方程式：_____________________________________________________________________。
若1 g水蒸气转化成液态水放热2.444 kJ，则反应2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)的ΔH＝________kJ·mol－1，氢气的燃烧热为__________kJ·mol－1。
答案　H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1　－571.6　285.8
解析　书写热化学方程式时注意：化学计量数改变时，ΔH也同等倍数的改变，故生成水蒸气的热化学方程式可写成：H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－241.8
kJ·mol－1或2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.6 kJ·mol－1等多种形式。36 g的水蒸气变成36 g液态水时放热36 g×2.444 kJ·g－1＝88 kJ，所以2 mol H2燃烧生成2 mol H2O(l)时，ΔH＝－483.6 kJ·mol－1－88 kJ·mol－1＝－571.6 kJ·mol－1。氢气的燃烧热为1 mol H2燃烧生成1 mol H2O(l)时放出的热量，ΔH＝－＝－285.8 kJ·mol－1。
规避反应热大小比较的易失分点：在比较反应热(ΔH)的大小时，带符号比较。对于放热反应，放出的热量越多，ΔH反而越小。
题组二　盖斯定律的应用
3．已知下列热化学方程式
Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)
ΔH1＝－25 kJ·mol－1 ①
3Fe2O3(s)＋CO(g)===2Fe3O4(s)＋CO2(g)
ΔH2＝－47 kJ·mol－1 ②
Fe3O4(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO2(g)
ΔH3＝＋19 kJ·mol－1 ③
写出FeO(s)被CO还原成Fe和CO2的热化学方程式________________________
______________________________________________________________________。
答案　FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g)
ΔH＝－11 kJ·mol－1
解析　依据盖斯定律：化学反应不管是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。FeO与CO反应方程式：FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO2(g)，通过观察可以发现，此反应可用题给的三个反应来表示：×[3×①－(2×③＋②)]，可得该反应的反应热：ΔH＝[3ΔH1－(2ΔH3＋ΔH2)]＝×[3×(－25 kJ·mol－1)－(19 kJ·mol－1×2－47 kJ·mol－1)]＝－11 kJ·mol－1。
4．已知H2SO4(aq)与Ba(OH)2(aq)反应的ΔH＝－1 584.2 kJ·mol－1；HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH＝－55.6 kJ·mol－1。则生成BaSO4(s)的反应热等于 (　　)
A．－1 528.6 kJ·mol－1 B．－1 473 kJ·mol－1
C．＋1 473 kJ·mol－1 D．＋1 528.6 kJ·mol－1
答案　B
解析　H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)
ΔH1＝－55.6 kJ·mol－1 ①
Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)　ΔH2 ②
2H＋(aq)＋2OH－(aq)＋Ba2＋(aq)＋SO(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH3＝－1 584.2 kJ·mol－1 ③
根据盖斯定律知，ΔH3＝2ΔH1＋ΔH2，
ΔH2＝－1 473 kJ·mol－1。
　利用盖斯定律书写热化学方程式
考点五　能源
1．概念
能提供能量的自然资源。
2．发展阶段
柴草时期→化石能源时期→多能源结构时期。
3．分类
(1)化石燃料
①种类：煤、石油、天然气。
②特点：蕴藏量有限，且不能再生。
(2)新能源
①种类：太阳能、氢能、风能、地热能、海洋能和生物质能等。
②特点：资源丰富，可以再生，没有污染或污染很小。
4．能源问题
(1)我国目前使用的主要能源是化石燃料，它们的蕴藏量有限，而且不能再生，最终将会枯竭。
(2)化石燃料的大量使用带来严重的环境污染问题。
5．解决能源问题的措施
(1)提高能源的使用效率
①改善开采、运输、加工等各个环节。
②科学控制燃烧反应，使燃料充分燃烧。
一是保证燃烧时有适当过量的空气，如鼓入空气、增大O2浓度等。
二是保证燃料与空气有足够大的接触面积，如将固体粉碎成粉末，使液体喷成雾状等。
(2)开发新的能源
开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
深度思考
1．2012年哥本哈根气候大会，是被称作“人类拯救地球的最后一次机会”的联合国气候变化大会。下列措施有利于节能减排、改善环境质量的是 (　　)
①回收再利用废弃的塑料、金属、纸制品及玻璃等资源
②发展低碳经济、循环经济，开发推广太阳能、水能、风能等能源，减少煤、石油等化石燃料的使用　③使用填埋法处理未经分类的生活垃圾　④推广使用燃煤脱硫技术，防治SO2污染　⑤研制开发新型燃料电池汽车，减少机动车尾气污染
A．①②④⑤ B．①②⑤
C．①②③④ D．③④⑤
答案　A
解析　未经分类的生活垃圾使用填埋法处理的措施不仅污染环境，还造成资源浪费，③不正确。
2．能源分类相关图如右图所示，下列四组选项中，全部符合图中阴
影部分的能源是 (　　)
A．煤炭、石油、沼气
B．水能、生物能、天然气
C．太阳能、风能、潮汐能
D．地热能、海洋能、核能
答案　C
1．判断正误，正确的划“√”，错误的划“×”
(1)使用太阳能热水器、沼气的利用、玉米制乙醇都涉及到生物质能的利用 (×)
(2012·浙江理综，7C)
解析　太阳能热水器的使用不属于生物质能的利用。
(2)石油、煤、天然气、可燃冰、植物油都属于化石燃料 (×)
(2012·浙江理综，7D)
解析　植物油不属于化石燃料。
(3)开发核能、太阳能等新能源，推广甲醇汽油，使用无磷洗涤剂都可直接降低碳排放 (×)
(2012·浙江理综，7B)
解析　无磷洗涤剂与碳的排放不相关。
(4)甲烷的标准燃烧热为－890.3kJ·mol－1，则甲烷燃烧的热化学方程式可表示为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－890.3 kJ·mol－1 (×)
(2012·浙江理综，12A)
解析　水的状态错误。
(5)500 ℃、300 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH2(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－38.6kJ·mol－1(×)
(2012·浙江理综，12B)
解析　合成氨反应为可逆反应，并不能完全转化。
(6)化学反应有新物质生成，并遵循质量守恒定律和能量守恒定律 (√)
(2011·浙江理综，7A)
解析　化学变化遵循能量和质量守恒。
(7)实验测得环己烷(l)、环己烯(l)和苯(l)的标准燃烧热分别为－3 916 kJ·mol－1、－3 747 kJ·mol－1和－3 265 kJ·mol－1，可以证明在苯分子中不存在独立的碳碳双键(√)
(2011·浙江理综，12C)
解析　由盖斯定律，根据环己烷和环己烯的燃烧热，则1 mol环己烷失去2 mol H即1 mol H2燃烧的反应热之和为－3 916 kJ·mol－1＋3 747 kJ·mol－1＝－169 kJ·mol－1；根据环己烷和苯的燃烧热，则1 mol环己烷失去6 mol H即3 mol H2燃烧的反应热之和为－3 916 kJ·mol－1＋3 265 kJ·mol－1＝－651 kJ·mol－1，若苯分子中存在独立的碳碳双键，则两处的反应热之比为1∶3；而显然二者的反应热之比不为1∶3，说明苯分子中不存在独立的碳碳双键。
(8)已知：Fe2O3(s)＋3C(石墨)===2Fe(s)＋3CO(g)
ΔH＝489.0 kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
C(石墨)＋O2(g)===CO2(g)
ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
则4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)
ΔH＝－1 641.0 kJ·mol－1(√)
(2011·浙江理综，12D)
解析　运用盖斯定律，将第三个反应×6－第一个反应×2－第二个反应×6，可得目标反应，则ΔH＝－393.5 kJ·mol－1×6－489.0 kJ·mol－1×2－(－283.0 kJ·mol－1)×6＝－1 641.0 kJ·mol－1。
(9)利用太阳能在催化剂参与下分解水制氢是把光能转化为化学能的绿色化学方法
(√)
(2012·浙江理综，7A)
解析　利用太阳能分解水制氢，氢气是清洁能源，符合绿色化学要求。
2．(2012·重庆理综，12)肼(H2NNH2)是一种高能燃料，有关化学反应的能量变化如下图所示。已知断裂1 mol化学键所需的能量(kJ)：N≡N为942、O===O为500、N—N为154，则断裂1 mol N—H键所需的能量(kJ)是 (　　)
A．194 B．391 C．516 D．658
答案　B
解析　由题图可知ΔH3＝－(ΔH2－ΔH1)＝－[－2 752 kJ·mol－1－(－534 kJ·mol－1)]＝＋2 218 kJ·mol－1，断裂1 mol N—H键所需能量＝(2 218 kJ－500 kJ－154 kJ)×＝391 kJ。
3．(2012·大纲全国卷，9)反应 A＋B―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X (ΔH ＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
答案　D
解析　根据反应物和生成物能量的高低来分析、解决问题。化学反应都伴随能量变化，当反应物的总能量高于生成物的总能量时，该反应为放热反应；当反应物的总能量低于生成物的总能量时，该反应为吸热反应。反应①的ΔH>0，为吸热反应，故可排除A项和C项。反应②的ΔH<0，为放热反应，B项错误，故选D。
4．(2012·课标全国卷，11)已知：HCN(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH＝－12.1 kJ·mol－1；HCl(aq)与NaOH(aq)反应的ΔH＝－55.6 kJ·mol－1。则HCN在水溶液中电离的ΔH等于(　　)
A．－67.7 kJ·mol－1 B．－43.5 kJ·mol－1
C．＋43.5 kJ·mol－1 D．＋67.7 kJ·mol－1
答案　C
解析　根据题意可得如下热化学方程式：HCN(aq)＋OH－(aq)===CN－(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－12.1 kJ·mol－1，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－55.6 kJ·mol－1，依据盖斯定律得到：HCN(aq)===H＋(aq)＋CN－(aq)
ΔH＝(－12.1 kJ·mol－1)－(－55.6 kJ·mol－1)＝＋43.5 kJ·mol－1。
5．[2012·北京理综，26(1)]已知反应A：4HCl＋O22Cl2＋2H2O
ⅰ.反应A中， 4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的热量。
ⅱ.
①H2O的电子式是____________。
②反应A的热化学方程式是_____________________________________________。
③断开1 mol H—O 键与断开 1 mol H—Cl 键所需能量相差约为________kJ，H2O中H—O 键比HCl中H—Cl键(填“强”或“弱”)________。
答案　①HH　②4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－115.6 kJ·mol－1
③32　强
解析　①H2O为共价化合物，其电子式为HH。②根据4 mol HCl被氧化放出115.6 kJ的热量，又结合反应条件为400 ℃，故其热化学方程式为4HCl(g)＋O2(g)2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－115.6 kJ·mol－1。③根据②的热化学反应方程式和O2、Cl2的键能可知，断裂4 mol H—Cl键与1 mol O===O键需吸收的能量比生成2 mol Cl—Cl键和4 mol H—O键放出的能量少115.6 kJ，故4 mol H—O键的键能比4 mol H—Cl键的键能大：115.6 kJ＋498 kJ－2×243 kJ＝127.6 kJ，故断开1 mol H—O键与断开1 mol H—Cl键所需能量相差约为127.6 kJ÷4≈32 kJ；根据H—O键键能大于H—Cl键键能可知，H—O键比H—Cl键强。
6．[2011·四川理综，29(1)]已知1 g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ热量，FeS2燃烧反应的热化学方程式为______________________________________________________。
答案　4FeS2(s)＋11O2(g)===8SO2(g)＋2Fe2O3(s)　ΔH＝－3 408 kJ·mol－1
解析　根据1 g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ的热量，可求得1 mol FeS2完全燃烧放出的热量为852 kJ，则该反应的热化学方程式为4FeS2(s)＋11O2(g)===8SO2(g)＋2Fe2O3(s)　ΔH＝－3 408 kJ·mol－1。
7．[2012·广东理综，31(4)]碘也可用作心脏起搏器电源——锂碘电池的材料。
该电池反应为2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)　ΔH
已知：4Li(s)＋O2(g)===2Li2O(s)　ΔH1
4LiI(s)＋O2(g)===2I2(s)＋2Li2O(s)　ΔH2
则电池反应的ΔH＝__________；碘电极作为该电池的________极。
答案　(ΔH1－ΔH2)　正
解析　已知：①4Li(s)＋O2(g)===2Li2O(s)　ΔH1
②4LiI(s)＋O2(g)===2I2(s)＋2Li2O(s)　ΔH2
据盖斯定律，
由(①－②)可得：2Li(s)＋I2(s)===2LiI(s)
ΔH＝(ΔH1－ΔH2)。
由电池反应可知，I2得电子被还原，则碘电极作为该电池的正极。
8．[2011·山东理综，28(2)]已知：2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)
ΔH＝－196.6 kJ·mol－1
2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)　ΔH＝－113.0 kJ·mol－1
则反应NO2(g)＋SO2(g)??SO3(g)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
答案　－41.8
解析　设所给的两个反应方程式分别标注为2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)　ΔH1＝－196.6 kJ·mol－1、2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)　ΔH2＝－113.0 kJ·mol－1，所求总反应方程式的ΔH为ΔH3，ΔH3＝＝
＝－41.8 kJ·mol－1。
1．下列有关焓变与反应热的说法，正确的是 (　　)
A．反应热和焓变的单位都是kJ
B．如果反应是在恒温恒压条件下进行的，此时的反应热与焓变相等
C．如果反应是在恒温恒容条件下进行的，此时的反应热与焓变相等
D．任何化学反应的反应热均可通过实验直接测定
答案　B
解析　反应热和焓变的单位都是kJ·mol－1，A错误；恒温恒压时的反应热与焓变相等，B正确，C错误；有些反应的反应热不能通过实验直接测定，如C不完全燃烧生成CO，故D错误。
2．对热化学方程式C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1最准确的理解是 (　　)
A．碳和水反应吸收131.3 kJ热量
B．1 mol碳和1 mol水反应生成一氧化碳和氢气，同时放出131.3 kJ热量
C．1 mol碳和1 mol水蒸气反应生成1 mol CO和1 mol H2，同时吸收131.3 kJ热量
D．1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.1 kJ
答案　C
解析　热化学方程式的系数表示物质的量，故A、D错误；B的说法不准确，未强调“水蒸气”，且应为吸收热量。
3．已知下列各反应均为放热反应，同温同压下，下列各热化学方程式中的ΔH最小的是 (　　)
A．2A(l)＋B(l)===2C(g)　ΔH1
B．2A(g)＋B(g)===2C(g)　ΔH2
C．2A(g)＋B(g)===2C(l)　ΔH3
D．2A(l)＋B(l)===2C(l)　ΔH4
答案　C
解析　等物质的量的反应物，气态时所具有的能量高于液态时所具有的能量。根据ΔH＝生成物的总能量－反应物的总能量，可知选项C的ΔH数值最小。
4．已知热化学方程式(Q1、Q2均为正值)：
C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝－Q1 kJ·mol－1，
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－Q2 kJ·mol－1，有关上述反应的叙述错误的是(　　)
A．Q1B．生成物总能量均高于反应物总能量
C．由1 mol C反应生成1 mol CO气体时放出Q1 kJ热量
D．1 mol CO2气体具有的能量大于1 mol干冰具有的能量
答案　B
解析　1 mol碳完全燃烧生成CO2放出的热量大于1 mol碳不完全燃烧生成CO放出的热量，Q1、Q2均为正值，故Q2>Q1，A项正确；两反应均为放热反应，故生成物总能量均低于反应物总能量，B项错误；生成1 mol CO气体时放出Q1 kJ热量，C项正确；等物质的量的同种物质，气态时所具有的能量高于固态时所具有的能量，D项正确。
5．下列说法正确的是 (　　)
A．已知a g乙烯气体充分燃烧时生成1 mol CO2和液态水，放出b kJ的热量，则表示乙烯燃烧热的热化学方程式为2C2H4(g)＋6O2(g)===4CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝－4b kJ·mol－1
B．已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g)　ΔH＝－270 kJ·mol－1，则1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量小于270 kJ
C．500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭的容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ·mol－1
D．已知：①C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5 kJ·mol－1，②C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－395.0 kJ·mol－1，则C(s，金刚石)===C(s，石墨)　ΔH＝－1.5 kJ·mol－1
答案　D
解析　表示乙烯燃烧热的热化学方程式中C2H4(g)的化学计量数应为1，A错；气体变为液体时要放出热量，所以1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出的热量大于270 kJ，B错；此反应为可逆反应，投入0.5 mol的氮气，最终参加反应的氮气一定小于0.5 mol，因此热化学方程式中ΔH应小于－38.6 kJ·mol－1，选项C不正确；D中由②－①可知正确。
6．已知：
①N2(g)＋O2(g)===2NO(g)　ΔH1＝＋180 kJ·mol－1
②N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH2＝－92.4 kJ·mol－1
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH3＝－483.6 kJ·mol－1
下列说法正确的是 (　　)
A．反应②中的能量变化如图所示，则ΔH2＝E1－E3
B．H2的燃烧热为241.8 kJ·mol－1
C．由反应②知在温度一定的条件下，在一恒容密闭容器中通入1 mol N2和3 mol H2，反应后放出的热量为Q1 kJ，若通入2 mol N2和6 mol H2反应后放出的热量为Q2 kJ，则184.8>Q2>2Q1
D．氨的催化氧化反应为4NH3(g)＋5O2(g)===4NO(g)＋6H2O(g)　
ΔH＝＋906 kJ·mol－1
答案　C
7．氧气(O2)和臭氧(O3)是氧元素的两种同素异形体，已知热化学方程式：
4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s)　ΔH1 ①
4Al(s)＋2O3(g)===2Al2O3(s)　ΔH2 ②
3O2(g)===2O3(g)　ΔH3 ③
则 (　　)
A．ΔH1－ΔH2＝ΔH3 B．ΔH1＋ΔH2＝ΔH3
C．ΔH2－ΔH1＝ΔH3 D．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＝0
答案　A
解析　根据盖斯定律可知，①－②＝③，所以ΔH1－ΔH2＝ΔH3。
8．已知：常温下，0.01 mol·L－1 MOH溶液的pH为10，MOH(aq)与H2SO4(aq)反应生成1 mol正盐的ΔH＝－24.2 kJ·mol－1，强酸与强碱的稀溶液的中和热为ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。则MOH在水溶液中电离的ΔH为 (　　)
A．－69.4 kJ·mol－1 B．－45.2 kJ·mol－1
C．＋69.4 kJ·mol－1 D．＋45.2 kJ·mol－1
答案　D
解析　依题意，MOH是弱碱：MOH(aq)＋H＋(aq)===M＋(aq)＋H2O(l)　ΔH1＝－12.1 kJ·mol－1①，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH2＝－57.3 kJ·mol－1②，根据盖斯定律，由①－②得：MOH(aq)??M＋(aq)＋OH－(aq)　ΔH＝(－12.1＋57.3) kJ·mol－1＝＋45.2 kJ·mol－1。
9．甲醇质子交换膜燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的两种反应原理是
①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)
ΔH1＝＋49.0 kJ·mol－1
②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
ΔH2＝－192.9 kJ·mol－1
根据上述反应，下列说法正确的是 (　　)
A．反应①中的能量变化如图所示
B．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
C．1 mol CH3OH充分燃烧放出的热量为192.9 kJ
D．可推知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－483.8 kJ·mol－1
答案　D
解析　A项，反应①为吸热反应，图示能量变化关系错误；B项，从题中反应①②来看，CH3OH转变成H2可能吸热，也可能放热；反应②中生成物H2可以继续燃烧，即1 mol CH3OH充分燃烧放出的热量要大于192.9 kJ；根据盖斯定律可判断D项正确。
10．碳是形成化合物种类最多的元素，其单质及化合物是人类生产生活的主要能源物质。请回答下列问题：
(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如下：　ΔH＝＋88.6 kJ·mol－1
则M、N相比，较稳定的是____________。
(2)已知CH3OH(l)的燃烧热为238.6 kJ·mol－1，CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，则a______238.6(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)使Cl2和H2O(g)通过灼热的炭层，生成HCl和CO2，当有1 mol Cl2参与反应时释放出145 kJ热量，写出该反应的热化学方程式：______________________________。
(4)火箭和导弹表面的薄层是耐高温物质。将石墨、铝粉和二氧化钛按一定比例混合在高温下煅烧，所得物质可作耐高温材料，4Al(s)＋3TiO2(s)＋3C(s)===2Al2O3(s)＋3TiC(s)　ΔH＝－1 176 kJ·mol－1，则反应过程中，每转移1 mol电子放出的热量为____________。
答案　(1)M　(2)<
(3)2Cl2(g)＋2H2O(g)＋C(s)===4HCl(g)＋CO2(g)　ΔH＝－290 kJ·mol－1
(4)98 kJ
解析　(1)M转化为N是吸热反应，所以N的能量高，不稳定。
(2)甲醇燃烧生成CO2(g)和H2(g)属于不完全燃烧，放出的热量少，故a<238.6。
(4)所给反应中转移12个电子，故每转移1 mol电子放出的热量为1 176 kJ÷12＝98 kJ。
11．过渡态理论认为：化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的，而是从反应物到生成物的过程中经过一个高能量的过渡态。如图1是1 mol NO2与1 mol CO恰好反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图。
(1)试写出NO2和CO反应的热化学方程式：_______________________________
______________________________________________________________________。
该反应的活化能是________kJ·mol－1。
(2)在密闭容器中进行的上述反应是可逆反应，则其逆反应的热化学方程式为________________________________________________________________________，
该反应的活化能为________kJ·mol－1。
(3)图2是某学生模仿图1画出的NO(g)＋CO2(g)===NO2(g)＋CO(g)的能量变化示意图。则图中E3＝________kJ·mol－1，E4＝________kJ·mol－1。
答案　(1)NO2(g)＋CO(g)===NO(g)＋CO2(g)
ΔH＝－234 kJ·mol－1　134
(2)NO(g)＋CO2(g)===NO2(g)＋CO(g)
ΔH＝＋234 kJ·mol－1　368
(3)368　234
解析　(1)图中E1是活化能，即该反应的活化能为134 kJ·mol－1。生成物和反应物之间的能量差即为反应热。
(2)可逆反应的逆反应的反应热应该与正反应的数值相等，但符号相反。
(3)E3即为逆反应的活化能，E4是反应物与生成物的能量之差。
12．断开1 mol AB(g)分子中的化学键使其分别生成气态A原子和气态B原子所吸收的能量称为A—B键的键能。下表列出了一些化学键的键能E：
化学键 H—H Cl—Cl O===O C—Cl C—H O—H H—Cl
E/kJ·mol－1 436 247 x 330 413 463 431
请回答下列问题：
(1)如图表示某反应的能量变化关系，则此反应为
__________(填“吸热”或“放热”)反应，其中ΔH＝
______________(用含有a、b的关系式表示)。
(2)若图示中表示反应H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　
ΔH＝－241.8 kJ·mol－1，则b＝________kJ·mol－1，x＝__________。
(3)历史上曾用“地康法”制氯气，这一方法是用CuCl2作催化剂，在450 ℃利用空气中的氧气跟氯化氢反应制氯气。反应的化学方程式为_____________________。
若忽略温度和压强对反应热的影响，根据上题中的有关数据，计算当反应中有1 mol电子转移时，反应的能量变化为______________。
答案　(1)放热　(a－b) kJ·mol－1　(2)926　496.4　(3)O2＋4HCl2Cl2＋2H2O　放出能量31.4 kJ
解析　(1)反应物的能量高于生成物，因此是放热反应。反应热为反应物与生成物的能量之差，即ΔH＝(a－b)kJ·mol－1。
(2)b表示H、O原子结合为气态水时的能量变化，其数值为463×2＝926；436＋x－926＝－241.8，则x＝496.4。
(3)根据题意易写出方程式。反应的ΔH＝(496.4＋431×4－247×2－463×4)
kJ·mol－1＝－125.6 kJ·mol－1，则转移1 mol电子时反应放出的能量为31.4 kJ。
13．(1)已知单质硫在通常条件下以S8(斜方硫)的形式存在，而在蒸气状态时，含有S2、S4、S6及S8等多种同素异形体，其中S4、S6和S8具有相似的结构特点，其结构如下图所示：
①在一定温度下，测得硫蒸气的平均摩尔质量为80 g·mol－1，则该蒸气中S2分子的体积分数不小于__________。
②若已知硫氧键的键能为d kJ·mol－1，氧氧键的键能为e kJ·mol－1，S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－a kJ·mol－1，则S8分子硫硫键的键能为____________。
(2)下表是部分化学键的键能数据：
化学键 P—P P—O O===O P===O
键能(kJ·mol－1) 198 360 498 X
①已知白磷的燃烧热为2 982 kJ·mol－1，白磷(P4)、P4O6、P4O10结构如下图所示，
则上表中X＝________；
②0.5 mol白磷(P4)与O2完全反应生成固态P4O6，放出的热量为________kJ。
答案　(1)①75%　②(2d－a－e) kJ·mol－1
(2)①585　②819
解析　(1)①本题用极值法讨论，因为＝80 g·mol－1，所以当混合气体中只含有S2和S4时，S2的体积分数最小，设S2的体积分数为x，则
＝80 g·mol－1
x＝，即75%。
②设硫硫键的键能为x kJ·mol－1，则：
－a kJ·mol－1＝×8·x kJ·mol－1＋e kJ·mol－1－2d kJ·mol－1，x＝(2d－a－e)kJ·mol－1。
(2)①由题意可知P4＋5O2===P4O10，ΔH＝－2 982 kJ·mol－1。根据图示知，1 mol P4含有6 mol P—P键，1 mol P4O10含12 mol P—O键，4 mol P===O键，根据键能与反应热关系，反应热等于反应物总键能与产物总键能之差，断裂1 mol共价键吸收的能量与生成1 mol该共价键放出的能量数值相等。有198 kJ·mol－1×6＋498
kJ·mol－1×5－360 kJ·mol－1×12－4X＝－2 982 kJ·mol－1，X＝585 kJ·mol－1。
②P4＋3O2===P4O6,1 mol P4O6含有12 mol P—O键，反应热为ΔH＝198 kJ·mol－1×6＋498 kJ·mol－1×3－360 kJ·mol－1×12＝－1 638 kJ·mol－1,0.5 mol白磷(P4) 与O2完全反应生成固态P4O6放出的热量为1 638 kJ·mol－1×0.5 mol＝819 kJ。第2讲　原电池　化学电源
[考纲要求]　1.了解原电池的工作原理，能写出电极反应和电池反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点一　原电池及其工作原理
1．概念
把化学能转化为电能的装置。
2．工作原理
以锌铜原电池为例
电极名称 负极 正极
电极材料 锌片 铜片
电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型 氧化反应 还原反应
电子流向 由Zn沿导线流向Cu
盐桥中离子移向 盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
3．原电池的构成条件
(1)一看反应：看是否有能自发进行的氧化还原反应发生(一般是活泼性强的金属与电解质溶液反应)。
(2)二看两电极：一般是活泼性不同的两电极。
(3)三看是否形成闭合回路，形成闭合回路需三个条件：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。
题组一　原电池工作原理的考查
1．下列装置中能构成原电池产生电流的是 (　　)
答案　B
解析　A项，电极相同不能构成原电池；C项，酒精不是电解质溶液，不能构成原电池；D项，锌与电解质溶液不反应，无电流产生。
2．有关电化学知识的描述正确的是 (　　)
A．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，把其中的化学能转化为电能
B．某原电池反应为Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥中可以是装有含琼胶的KCl饱和溶液
C．原电池的两极一定是由活动性不同的两种金属组成
D．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池
答案　D
解析　CaO＋H2O===Ca(OH)2不是氧化还原反应，KCl和AgNO3反应生成AgCl沉淀易阻止原电池反应的发生；作电极的不一定是金属，如石墨棒也可作电极。
　规避原电池工作原理的4个易失分点
(1)只有放热的氧化还原反应才能通过设计成原电池将化学能转化为电能。
(2)电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
(3)无论在原电池还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
(4)原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。
题组二　原电池正、负极的判断
3．下列有关原电池的说法中正确的是 (　　)
A．在内电路中，电子由正极流向负极
B．在原电池中，相对较活泼的金属作负极，不活泼的金属作正极
C．原电池工作时，正极表面一定有气泡产生
D．原电池工作时，可能会伴随着热能变化
答案　D
解析　A项，内电路中不存在电子的移动；B项，若是由铝、镁、氢氧化钠溶液构
成的原电池，则负极是铝；C项，若是由锌、铜、硫酸铜溶液构成的原电池，则正
极表面析出铜，没有气泡产生。
4．分析下图所示的四个原电池装置，其中结论正确的是 (　　)
A．①②中Mg作负极，③④中Fe作负极
B．②中Mg作正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
答案　B
解析　②中Mg不与NaOH溶液反应，而Al能和NaOH溶液反应失去电子，故Al是负极；③中Fe在浓硝酸中易钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子作负极，A错，C错。②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确。④中Cu是正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===
4OH－，D错。
　原电池正、负极判断方法
说明　原电池的正极与负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要形成活泼电极一定作负极的思维定势。
考点二　原电池原理的应用
1．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池正极而得到保护。例如，要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁等，可用导线将其与一块锌块相连，使锌作原电池的负极。
2．设计制作化学电源
(1)首先将氧化还原反应分成两个半反应。
(2)根据原电池的反应特点，结合两个半反应找出正、负极材料和电解质溶液。
3．比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。
4．加快氧化还原反应的速率
一个自发进行的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大。例如，在Zn与稀H2SO4反应时加入少量CuSO4溶液能使产生H2的反应速率加快。
题组训练　原电池原理的应用
1．电工经常说的一句口头禅：“铜接铝，瞎糊弄”，所以电工操作上规定不能把铜导线与铝导线连接在一起使用，说明原因：
______________________________________________________________________。
答案　铜、铝接触在潮湿的环境中形成原电池，加快了铝的腐蚀，易造成电路断路
2．请运用原电池原理设计实验，验证Cu2＋、Fe3＋氧化性的强弱。请写出电极反应式，负极______________________________________________________________，
正极_______________________________________________________________，
并在方框内画出实验装置图，要求用烧杯和盐桥，并标出外电路电子流向。
答案　Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
3．有A、B、C、D、E五块金属片，进行如下实验：①A、B用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，A极为负极；②C、D用导线相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，电流由D→导线→C；③A、C相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，C极产生大量气泡；④B、D相连后，同时浸入稀H2SO4溶液中，D极发生氧化反应；⑤用惰性电极电解含B离子和E离子的溶液，E先析出。据此，判断五种金属的活动性顺序是
(　　)
A．A>B>C>D>E B．A>C>D>B>E
C．C>A>B>D>E D．B>D>C>A>E
答案　B
解析　金属与稀H2SO4溶液组成原电池，活泼金属为负极，失去电子发生氧化反应，较不活泼的金属为正极，H＋在正极电极表面得到电子生成H2，电子运动方向由负极→正极，电流方向则由正极→负极。在题述原电池中，A B原电池，A为负极；C D原电池，C为负极；A C原电池，A为负极；B D原电池，D为负极；E先析出，E不活泼。综上可知，金属活动性：A>C>D>B>E。
4．把适合题意的图像填在横线上(用A、B、C、D表示)
(1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。
(2)将过量的两份锌粉a、b分别加入定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________
(3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，则图像是________。
答案　(1)A　(2)B　(3)C
解析　加入CuSO4溶液，Zn置换出Cu，形成原电池，加快反应速率，(1)a中Zn减少，H2体积减小；(2)中由于H2SO4定量，产生H2的体积一样多；(3)当把CuSO4溶液改成CH3COONa溶液时，由于CH3COO－＋H＋??CH3COOH，a中c(H＋)减少，反应速率减小，但产生H2的体积不变，所以C项正确。
　改变Zn与H＋反应速率的方法
(1)加入Cu或CuSO4，形成原电池，加快反应速率，加入Cu不影响Zn的量，但加入CuSO4，Zn的量减少，是否影响产生H2的量，应根据Zn、H＋的相对量多少判断。
(2)加入强碱弱酸盐，由于弱酸根与H＋反应，使c(H＋)减小，反应速率减小，但不影响产生H2的量。
考点三　化学电源
1．碱性锌锰干电池——一次电池
总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
正极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－；
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
2．锌银电池——一次电池
负极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2；
正极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3．二次电池(可充电电池)
铅蓄电池是最常见的二次电池，负极材料是Pb，正极材料是PbO2。
(1)放电时的反应
①负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；
②正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O；
③总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。
(2)充电时的反应
①阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；
②阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；
③总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。
4．燃料电池
氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分酸性和碱性两种。
种类 酸性 碱性
负极反应式 2H2－4e－===4H＋ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O
正极反应式 O2＋4e－＋4H＋===2H2O O2＋2H2O＋4e－===4OH－
电池总反应式 2H2＋O2===2H2O
深度思考
1．可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？
答案
2．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正负极极板是惰性材料，请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时电解液中H2SO4的浓度将变
_______________________________________________________；
当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按右图连接，电解一段时间后，
则在A电极上生成________，B电极上生成____________，此时铅
蓄电池的正负极的极性将________。
答案　(1)小 　48　(2)Pb　PbO2　对换
解析　(1)放电时为原电池，正极为PbO2，其电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。从电池总反应式可知，随着电池放电，H2SO4不断被消耗，因此，其浓度逐渐变小；由Pb＋SO－2e－===PbSO4可知，当外电路通过1 mol e－时，理论上负极板有0.5 mol Pb变为0.5 mol PbSO4，即质量增加96 g·mol－1×0.5 mol＝48 g。(2)当完全放电耗尽PbO2和Pb时，两极均变为PbSO4，再按图中通电——电解时，A极板发生反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO，B极板发生反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO。此时铅蓄电池的正负极的极性将对换。
3．(1)氢氧燃料电池以KOH溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH_______________________________________________。
(填“减小”、“增大”或“不变”)
(2)氢氧燃料电池以H2SO4溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将________，溶液的pH______________________________________________。
(填“减小”、“增大”或“不变”)
答案　(1)减小　减小　(2)减小　增大
题组一　化学电源中电极反应式的书写
1．Li SOCl2电池可用于心脏起搏器。该电池的电极材料分别为锂和碳，电解液是LiAlCl4 SOCl2。电池的总反应可表示为4Li＋2SOCl2===4LiCl＋S＋SO2↑。
请回答下列问题：
(1)电池的负极材料为__________，发生的电极反应为________________________。
(2)电池正极发生的电极反应为_________________________________________。
答案　(1)锂　Li－e－===Li＋
(2)2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑
解析　分析反应的化合价变化，可知Li失电子，被氧化，为还原剂，SOCl2得电子，被还原，为氧化剂。
(1)负极材料为Li(还原剂)，Li－e－===Li＋；
(2)正极反应式可由总反应式减去负极反应式得到：2SOCl2＋4e－===4Cl－＋S＋SO2↑。
2．铝 空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3
负极：______________________________________________________________；
正极：______________________________________________________________。
答案　4Al－12e－===4Al3＋
3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
化学电源中电极反应式书写的一般程序
“加减法”书写电极反应式
(1)先确定原电池的正负极，列出正负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。
(2)注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且O2生成OH－，若电解质溶液为酸性，则H＋必须写入正极反应式中，O2生成水。
(3)正负极反应式相加得到电池反应的总反应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。
题组二　不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响
3．以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法：
(1)酸性条件
燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
燃料电池正极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O ②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________________________。
(2)碱性条件
燃料电池总反应式：CH4＋2O2＋2NaOH===Na2CO3＋3H2O ①
燃料电池正极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ ②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：______________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
燃料电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
燃料电池正极反应式：O2＋4e－===2O2－ ②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：_____________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下
电池总反应式：CH4＋2O2===CO2＋2H2O ①
正极电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO ②
①－②×2，得燃料电池负极反应式：____________________________________。
答案　(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
(2)CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
(3)CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
(4)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O
燃料电池电极反应式的书写
根据燃料电池的特点，一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同，其实，我们只要熟记以下四种情况：
(1)酸性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
(2)碱性电解质溶液环境下电极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)环境下电极反应式：O2＋4e－===2O2－
(4)熔融碳酸盐(如：熔融K2CO3)环境下电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
第三步：根据电池总反应式和正极反应式写出电池的负极反应式
电池的总反应和正、负极反应之间有如下关系：电池的总反应式＝电池正极反应式＋电池负极反应式
故根据第一、二步写出的反应，有：电池的总反应式－电池正极反应式＝电池负极反应式，注意在将两个反应式相减时，要约去正极的反应物O2。
考点四　盐桥原电池的专题突破
1．盐桥的组成和作用
(1)盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
(2)盐桥的作用：①连接内电路，形成闭合回路；②平衡电荷，使原电池不断产生电流。
2．单池原电池和盐桥原电池的对比
图1和图2两装置的相同点：正负极、电极反应、总反应、反应现象。
负极：Zn－2e－===Zn2＋
正极：Cu2＋＋2e－===Cu
总反应：Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋
不同点：图1中Zn在CuSO4溶液中直接接触Cu2＋，会有一部分Zn与Cu2＋直接反应，该装置中既有化学能和电能的转化，又有一部分化学能转化成了热能，装置的温度会升高。
图2中Zn和CuSO4溶液在两个池子中，Zn与Cu2＋不直接接触，不存在Zn与
Cu2＋直接反应的过程，所以仅是化学能转化成了电能，电流稳定，且持续时间长。
关键点：盐桥原电池中，还原剂在负极区，而氧化剂在正极区。
深度思考
1．能用金属代替盐桥吗？
答案　不可以，在电路接通的情况下，这个盐桥只是整个回路的一部分，随时要保持电中性，琼胶作为盐桥因其中含有两种离子，可以与溶液中的离子交换，从而达到传导电流的目的，而且琼胶本身可以容纳离子在其中运动；若用金属作盐桥(已经不能叫做盐桥了)，电子流向一极后不能直接从另一极得到补充，必然趋势就是向另一极释放金属阳离子或者溶液中的金属阳离子在电子流出的那一极得电子析出金属，从而降低了整个电池的电势。所以，光有自由电子是不够的，应该有一个离子的通道即“盐桥”。
2．在有盐桥的铜锌原电池中，电解质溶液的选择为什么要与电极材料的阳离子相同？如Zn极对应的是硫酸锌，能不能是氯化铜或者氯化钠？
答案　可以的，如果该溶液中溶质的阳离子对应的金属单质比电极强的话没有问题。反正这边发生的反应只是Zn的溶解而已。但是如果比电极弱的话，例如硫酸铜，锌就会置换出铜，在表面形成原电池，减少供电量。使用盐桥就是为了避免这种情况，至于电解液要跟电极相同那只是一个做题的技巧，具体问题具体分析就行。
题组一　有关原电池原理的考查
1．某原电池构造如下图所示。下列有关叙述正确的是 (　　)
A．在外电路中，电子由银电极流向铜电极
B．取出盐桥后，电流表的指针仍发生偏转
C．外电路中每通过0.1 mol电子，铜的质量理论上减小6.4 g
D．原电池的总反应式为Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2
答案　D
解析　Cu作负极，Ag作正极，电极反应式分别为
负极：Cu－2e－===Cu2＋
正极：2Ag＋＋2e－===2Ag
总反应式：Cu＋2AgNO3===2Ag＋Cu(NO3)2，D正确。
2．如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是(实验过程中，不考虑两球的浮力变化)(　　)
A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低
B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高
C．当杠杆为导体时，A端低B端高
D．当杠杆为导体时，A端高B端低
答案　C
解析　当杠杆为导体时，构成原电池，Fe作负极，Cu作正极，电极反应式分别为
负极：Fe－2e－===Fe2＋
正极：Cu2＋＋2e－===Cu
铜球增重，铁球质量减轻，杠杆A低B高。
题组二　可逆反应与原电池的工作原理
3．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－??2Fe2＋＋I2设计成如下图所示的原电池。下列判断不正确的是 (　　)
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流计读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
答案　D
解析　由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流计读数为零时Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态；D项在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－??2
Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
4．已知在酸性条件下发生的反应为AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I2＋H2O，在碱性条件下发生的反应为AsO＋I2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－。设计如图装置(C1、C2均为石墨电极)，分别进行下述操作：
Ⅰ.向B烧杯中逐滴加入浓盐酸
Ⅱ.向B烧杯中逐滴加入40% NaOH溶液
结果发现电流表指针均发生偏转。
试回答下列问题：
(1)两次操作中指针为什么发生偏转？
(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？试用化学平衡移动原理解释之。
(3)操作Ⅰ过程中C1棒上发生的反应为___________________________________；
(4)操作Ⅱ过程中C2棒上发生的反应为___________________________________。
(5)操作Ⅱ过程中，盐桥中的K＋移向______烧杯溶液(填“A”或“B”)。
答案　(1)两次操作中均能形成原电池，化学能转变成电能。
(2)(Ⅰ)加酸，c(H＋)增大，AsO得电子，I－失电子，所以C1极是负极，C2极是正极。(Ⅱ)加碱，c(OH－)增大，AsO失电子，I2得电子，此时，C1极是正极，C2极是负极。故发生不同方向的反应，电子转移方向不同，即电流表指针偏转方向不同。
(3)2I－－2e－===I2
(4)AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O
(5)A
解析　由于酸性条件下发生反应AsO＋2I－＋2H＋===AsO＋I2＋H2O，碱性条件下发生反应AsO＋I2＋2OH－===AsO＋H2O＋2I－都是氧化还原反应。而且满足构成原电池的三大要素：①不同环境中的两电极(连接)；②电解质溶液(电极插入其中并与电极自发反应)；③形成闭合回路。
当加酸时，c(H＋)增大，C1：2I－－2e－===I2，这是负极；C2：AsO＋2H＋＋2e－===AsO＋H2O，这是正极。
当加碱时，c(OH－)增大，C1：I2＋2e－===2I－，这是正极；C2：AsO＋2OH－－2e－===AsO＋H2O，这是负极。
当氧化剂得电子速率与还原剂失电子速率相等时，可逆反应达到化学平衡状态，电流表指针示数为零；当电流表指针往相反方向偏转，暗示电路中电子流向相反，说明化学平衡移动方向相反。
1．( 2011·海南，12改编)根据下图，下列判断中正确的是 (　　)
A．烧杯a中的溶液pH升高
B．烧杯b中发生还原反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2
答案　A
解析　由题给原电池装置可知，电子经过导线，由Zn电极流向Fe电极，则O2在Fe电极发生还原反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，烧杯a中c(OH－)增大，溶液的pH升高。烧杯b中，Zn发生氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋。
2．(2011·福建理综，11)研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是 (　　)
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH－向正极移动
D．总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑
答案　C
解析　根据题给信息知锂水电池的总反应为2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，D正确；在反应中氢元素的化合价降低，因此H2O作氧化剂，同时又起到溶剂的作用，A正确；放电时正极反应为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B正确；正极周围聚集大量
OH－，因此溶液中的阳离子Li＋向正极移动，负极周围聚集大量Li＋，因此溶液中的阴离子OH－向负极移动，C错误。
3．(2011·新课标全国卷，11)铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2
下列有关该电池的说法不正确的是 (　　)
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3、负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
答案　C
解析　由铁镍蓄电池放电时的产物全部是碱可知，电解液为碱性溶液，放电时负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故Fe为负极，Ni2O3为正极，A正确；放电时，Fe失电子被氧化，负极反应式为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，B正确；充电时，阴极发生还原反应，电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，pH增大，C错误；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O，D正确。
4．(2012·福建理综，9)将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是 (　　)
A．Cu电极上发生还原反应
B．电子沿 Zn→a→b→Cu 路径流动
C．片刻后甲池中c(SO)增大
D．片刻后可观察到滤纸b点变红色
答案　A
解析　将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。
5．[2012·海南，13(4)]肼—空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应式为 __________________________________________________________。
答案　N2H4＋4OH－－4e－===4H2O＋N2↑
解析　该燃料电池中N2H4在负极发生氧化反应，其电极反应式为N2H4＋4OH－－
4e－===4H2O＋N2↑。
6. [2012·新课标全国卷，26(4)节选]与MnO2 Zn电池类似，K2FeO4 Zn也可以组成碱性电池，K2FeO4在电池中作为正极材料，其电极反应为______________，该电池总反应的离子方程式为____________________________________________________。
答案　FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－
2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－
解析　正极发生还原反应，K2FeO4被还原为Fe3＋，由于是碱性环境，故生成Fe(OH)3，电极反应式为FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－；负极发生氧化反应，由于是碱性环境，Zn被氧化生成Zn(OH)2，电极反应式为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，两电极反应式相加得2FeO＋3Zn＋8H2O===2Fe(OH)3＋3Zn(OH)2＋4OH－。
7．[2011·新课标全国卷，27(5)]在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为________、正极的反应式为________。理想状态下，该燃料电池消耗1 mol甲醇所能产生的最大电能为702.1 kJ，则该燃料电池的理论效率为____(燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比，甲醇的燃烧热ΔH＝－726.5 kJ·mol－1)。
答案　CH3OH＋H2O－6e－===CO2＋6H＋　3/2O2＋6e－＋6H＋===3H2O　96.6%
解析　负极上甲醇失电子，在酸性条件下与水结合生成氢离子：CH3OH＋H2O－
6e－===CO2＋6H＋。正极电极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O。该电池的理论效率为×100%≈96.6%。
8．[2011·山东理综，29(2)]如图为钠硫高能电池的结构示意图。该
电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na＋xS===Na2Sx，
正极的电极反应式为________。M(由Na2O和Al2O3制得)的两
个作用是________。与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极
活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的___________
倍。
答案　xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　离子导电(导电或电解质)和隔离钠与硫　4.5
解析　正极上硫得电子被还原：xS＋2e－===S；M的两个作用：作固体电解质和隔膜(隔离钠与硫)；钠硫电池和铅蓄电池的负极分别为Na和Pb，则消耗等质量的Na和Pb时，钠硫电池的放电量(转移电子数)是铅蓄电池的＝4.5倍。
9．[2012·江苏，20(3)]铝电池性能优越，Al AgO电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为________________________________________。
答案　2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O
解析　由铝电池原理图可知，Al作负极，AgO/Ag作正极，电池反应式为2Al＋3AgO＋2NaOH===2NaAlO2＋3Ag＋H2O。
1．关于原电池的叙述正确的是 (　　)
A．原电池工作时，电极上不一定都发生氧化还原反应
B．某可逆电流充、放电时的反应式为Li1－xNiO2＋xLiLiNiO2，放电时此电池
的负极材料是Li1－xNiO2
C．铅、银和盐酸构成的原电池工作时，铅板上有5.175 g铅溶解，正极上就有1 120 mL(标准状况)气体析出
D．在理论上可将反应CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH<0设计成原电池
答案　D
解析　A中原电池工作时电极上一定都发生氧化还原反应；B中电池放电时，负极材料是Li；C中通过计算知正极上生成的气体在标准状况下应为560 mL。
2．将两金属A、B分别用导线相连接，并同时插入电解质溶液中，发现A极的质量增加，则下列说法正确的是 (　　)
A．金属活动性：A>B
B．A极是正极，电解质溶液可以是盐酸
C．B极是负极
D．要判断A极与B极是正极还是负极，还需考虑电解质溶液
答案　C
解析　A极质量增加，故A极是正极，B极是负极；若电解质溶液是盐酸，则A极的表面有氢气产生，没有金属析出。
3．一种新型燃料电池，以镍板为电极插入KOH溶液中，分别向两极通入乙烷(C2H6)和氧气，其中某一电极反应式为C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O。有关此电池的推断不正确的是 (　　)
A．通入氧气的电极为正极
B．参加反应的O2与C2H6的物质的量之比为7∶2
C．放电一段时间后，KOH的物质的量浓度将下降
D．放电一段时间后，正极区附近溶液的pH减小
答案　D
解析　A项，通入乙烷的一极为负极，通入氧气的一极为正极，正确；B项，1 mol乙烷参与反应时转移14 mol电子，则参与反应的氧气的量为＝ mol，故正确；C项，根据电极反应式或总反应方程式可知，氢氧化钾被消耗，故正确；D项，放电时正极产生OH－，则pH增大，D错。
4．由NO2、O2、熔融盐NaNO3组成的燃料电池如图所示，在
使用过程中石墨Ⅰ电极反应生成一种氧化物Y，下列有关
说法正确的是 (　　)
A．石墨Ⅰ极为正极，石墨Ⅱ极为负极
B．Y的化学式可能为NO
C．石墨Ⅰ极的电极反应式为NO2＋NO－e－===N2O5
D．石墨Ⅱ极上发生氧化反应
答案　C
解析　A项，氧气在反应中被还原，所以石墨Ⅱ是正极，石墨Ⅰ是负极，故不正确；B项，Y是NO2被氧化后的产物，则为N2O5，故不正确；D项，石墨Ⅱ极上发生的是还原反应。
5．如图所示为某原电池的结构示意图，下列说法不正确的是(盐桥
中装满用饱和KCl溶液和琼胶做成的冻胶) (　　)
A．该原电池的总反应式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
B．该电池工作时，Cu2＋在电极上得到电子，发生还原反应
C．若用此电池电解饱和氯化钠溶液制取Cl2，当铜电极的质量减少6.4 g时，产生氯气的体积为2.24 L(折算为标准状况)
D．电池工作过程中，电子由铜电极经过电流表流向石墨电极
答案　B
解析　由原电池的结构示意图可知总反应式为2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋。其电极反应式分别为
负极(铜电极)：Cu－2e－===Cu2＋(氧化反应)
正极(石墨电极)：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋(还原反应)
电池工作过程中，电子由负极(铜电极)经过电流表流向正极(石墨电极)。根据电子守恒知消耗的铜、生成的氯气与转移的电子数之间的关系为Cu～2e－～Cl2，当铜电极的质量减少6.4 g时，产生氯气的体积为2.24 L(折算为标准状况)。
6．综合如图判断，下列说法正确的是 (　　)
A．装置Ⅰ和装置Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
B．装置Ⅰ和装置Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．装置Ⅰ和装置Ⅱ中盐桥中的阳离子均向右侧烧杯移动
D．放电过程中，装置Ⅰ左侧烧杯和装置Ⅱ右侧烧杯中溶液的pH均增大
答案　D
解析　装置Ⅰ中，由于Zn比Fe活泼，所以Zn作原电池的负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋；Fe作正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。由于正极有OH－生成，因此溶液的pH增大。装置Ⅱ中，Fe作负极，电极反应式为Fe－2e－===
Fe2＋；Cu作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。正极由于不断消耗H＋，所以溶液的pH逐渐增大。据此可知A、B皆错，D正确。在原电池的电解质溶液中，阳离子移向正极，所以C错误。
7．实验发现，298 K时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋
立即被还原成Fe2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了
如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是 (　　)
A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋
B．左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去
C．该电池铂电极上有气泡出现
D．该电池总反应为3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋
答案　B
解析　该电池的总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，所以左烧杯Pt为正极，电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，右烧杯Zn为负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋。由于左烧杯中的Fe3＋被还原为Fe2＋，所以左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去。
8．甲醇燃料电池是目前开发最成功的燃料电池之一，这种燃料电池由甲醇、空气(氧气)、KOH(电解质溶液)构成。电池的总反应式为2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O。则下列说法正确的是 (　　)
A．电池放电时通入空气的电极为负极
B．电池放电时负极的电极反应式为CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
C．由于CO水解显碱性，电池放电时，电解质溶液的pH逐渐增大
D．电池放电时每消耗1 mol CH3OH转移6 mol电子
答案　D
解析　该燃料电池为原电池，从化合价判断，氧气在正极参与反应，A错；甲醇在电池的负极参与反应，电极反应式为CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O，B错；从电池的总反应式可知，反应过程中OH－浓度降低，溶液的pH减小，C错；从电极反应来看，每消耗1 mol CH3OH转移6 mol电子，D正确。
9．可用于电动汽车的铝 空气燃料电池，通常以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液，铝合金为负极，通入空气的一极为正极。下列说法正确的是 (　　)
A．以NaCl溶液或NaOH溶液为电解液时，正极反应都为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．以NaOH溶液为电解液时，负极反应为Al＋3OH－－3e－===Al(OH)3↓
C．以NaOH溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的pH保持不变
D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极
答案　A
解析　本题中电解质溶液显中性或碱性时，该燃料电池的正极反应均为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正确；铝作负极，Al失去电子变为Al3＋，在NaOH溶液中Al3＋与过量的OH－反应生成AlO，因此负极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O，B错误；以NaOH溶液为电解液时，该燃料电池的总反应为4Al＋3O2＋4OH－===4AlO＋2H2O，反应过程中消耗了OH－，所以电解液的pH降低，C错误；燃料电池工作时，电子通过外电路从负极流向正极，D错误。
10．近日，中美联合研究小组通过共同努力，采用廉价的钠离子，同
时使用纳米氧化锰和锂材料作电极制作出了钠离子充电电池，其
工作示意图如图所示。关于该电池的说法中正确的是 (　　)
A．放电时A极作正极
B．放电时Na＋向负极移动
C．充电时是将化学能转化为电能
D．充电时B极为阳极，发生氧化反应
答案　D
解析　电池放电时，化学能转变为电能，A极是电子流出的一极，发生氧化反应，作负极，A错；在原电池中，阳离子向正极移动，B错；充电是电能转化为化学能的过程，B极为阳极，发生氧化反应，C错，D对。
11.如图所示，在不同的电解质溶液中可以组成不同的电池。
(1)①当电解质溶液为稀硫酸时，Fe电极是________(填“正”或
“负”)极，其电极反应式为______________________________。
②当电解质溶液为NaOH溶液时，Al电极是________(填“正”或
“负”)极，其电极反应式为_______________________________。
(2)若把铝改为锌，电解质溶液为浓硝酸，则Fe电极是________(填“正”或“负”)极，其电极反应式为___________________________________________________。
答案　(1)①正　2H＋＋2e－===H2↑
②负　Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
(2)正　NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O
解析　(1)①电解质溶液是稀硫酸时，Al电极是负极，Fe电极是正极，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。②当电解质溶液是NaOH溶液时，铝与NaOH溶液反应，而Fe不反应，故铝作原电池的负极，电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。
(2)把铝改为锌，用浓硝酸作电解质溶液，铁遇浓硝酸发生钝化，则Fe电极是正极，
Zn电极是负极，Fe电极上的电极反应式为NO＋2H＋＋e－===NO2↑＋H2O。
12．氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。如图所示为电池示意图，该
电池电极表面均匀地镀一层细小的铂粉，铂吸附气体的能力强，
性质稳定。
请回答下列问题：
(1)氢氧燃料电池能量转化的主要形式是__________，在导线中
电子流动的方向为__________(用a、b表示)。
(2)负极反应式为_________________________________________________。
(3)电极表面镀铂粉的原因为_______________________________________。
(4)该电池工作时，H2和O2连续由外部供给，电池可连续不断地提供电能，因此大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料，吸氢和放氢原理如下：
Ⅰ.2Li＋H22LiH
Ⅱ.LiH＋H2O===LiOH＋H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是__________，反应Ⅱ中的氧化剂是__________。
②已知LiH固体的密度为0.82 g·cm－3。用锂吸收224 L(标准状况)H2，生成的LiH体积与被吸收的H2体积之比为__________。
③由②生成的LiH与H2O反应放出的H2用作电池燃料，若能量的转化率为80%，则导线中通过电子的物质的量为________mol。
答案　(1)化学能转化为电能　由a到b
(2)H2＋2OH－－2e－===2H2O
(3)增大电极单位面积吸附H2、O2的分子数，可加快反应速率
(4)①Li　H2O　②8.6×10－4　③32
解析　本题考查电化学知识。(1)原电池原理是将化学能转化成电能。该燃料电池的总反应方程式为2H2＋O2===2H2O，其中H元素从0价升至＋1价，失去电子，即电子从a流向b。(2)负极为失去电子的一极，即H2失电子生成H＋，由于电解质溶液是碱性的，故电极反应式左右两边应各加上OH－。(3)铂粉的接触面积大，可以加快反应速率。(4)由题给两个方程式可知，Li从0价升至＋1价，作还原剂。H2O中的H由＋1价降至H2中的0价，作氧化剂。由反应Ⅰ知，当吸收10 mol H2时，生成20 mol LiH，V(LiH)＝m/ρ＝20×7.9/(0.82×103)≈192.68×10－3(L)。V(LiH)/V(H2)＝192.68×10－3 L/224 L≈8.6×10－4。20 mol LiH可生成20 mol H2，实际参加反应的H2的物质的量为20×80%＝16 (mol)，1 mol H2转移2 mol电子，所以16 mol H2转移32 mol电子。
13．(1)分析如图所示的四个装置，回答下列问题：
①装置a和b中铝电极上的电极反应式分别为______________________________
________________、___________________________________________________。
②装置c中产生气泡的电极为________电极(填“铁”或“铜”)，装置d中铜电极上的电极反应式为__________________________________________________。
(2)观察如图所示的两个装置，图1装置中铜电极上产生大量的无色气泡，图2装置中铜电极上无气体产生，而铬电极上产生大量的有色气体。根据上述现象试推测金属铬具有的两种重要化学性质为_____________________________________、
____________________________________________________________________。
答案　(1)①2H＋＋2e－===H2↑
Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O
②铁　O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)金属铬的活动性比铜的强且能和稀硫酸反应生成H2　金属铬易被稀硝酸钝化
解析　(1)在稀H2SO4溶液中，镁比铝活泼，铝电极作正极，正极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。在NaOH溶液中，铝比镁活泼，铝电极作负极，负极的电极反应式为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。在浓硝酸中，铁被钝化，铁电极作正极，正极上发生NO的还原反应，产生气泡。装置d相当于金属铁发生吸氧腐蚀，铜电极作正极，正极的电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
(2)由图1可知还原性Cr>Cu，但在稀硝酸中却出现了反常，结合稀硝酸的氧化性，不难推测铬被稀硝酸钝化，导致活性降低。
14．某研究性学习小组根据反应2KMnO4＋10FeSO4＋8H2SO4===2MnSO4＋5Fe2(SO4)3＋K2SO4＋8H2O设计如下原电池，其中甲、乙两烧杯中各物质的物质的量浓度均为1 mol·L－1，溶液的体积均为200 mL，盐桥中装有饱和K2SO4溶液。
回答下列问题：
(1)此原电池的正极是石墨________(填“a”或“b”)，发生________反应。
(2)电池工作时，盐桥中的SO移向________(填“甲”或“乙”)烧杯。
(3)两烧杯中的电极反应式分别为
甲________________________________________________________________，
乙________________________________________________________________。
(4)若不考虑溶液的体积变化，MnSO4浓度变为1.5 mol·L－1，则反应中转移的电子为________mol。
答案　(1)a　还原
(2)乙
(3)MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O
5Fe2＋－5e－===5Fe3＋
(4)0.5
解析　(1)根据题目提供的总反应方程式可知，KMnO4作氧化剂，发生还原反应，故石墨a是正极。(2)电池工作时，SO向负极移动，即向乙烧杯移动。(3)甲烧杯中的电极反应式为MnO＋5e－＋8H＋===Mn2＋＋4H2O；乙烧杯中的电极反应式为5Fe2＋－5e－===5Fe3＋。(4)溶液中的MnSO4浓度由1 mol·L－1变为1.5 mol·L－1，由于溶液的体积未变，则反应过程中生成的MnSO4的物质的量为0.5 mol·L－1×0.2 L＝0.1 mol，转移的电子为0.1 mol×5＝0.5 mol。
15．全钒液流电池是一种活性物质呈循环流动液态的电池，目前钒电池技术已经趋近成熟。下图是钒电池基本工作原理示意图：
请回答下列问题：
(1)硫酸在电池技术和实验室中具有广泛的应用，在传统的铜锌原电池中，硫酸是____________，实验室中配制硫酸亚铁时需要加入少量硫酸，硫酸的作用是____________。
(2)钒电池是以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子(V2＋、V3＋、VO2＋、
VO)为正极和负极电极反应的活性物质，电池总反应为VO2＋＋V3＋＋H2O
V2＋＋VO＋2H＋。放电时的正极反应式为_______________________________，
充电时的阴极反应式为______________________________________________。
放电过程中，电解液的pH________(填“升高”、“降低”或“不变”)。
(3)钒电池基本工作原理示意图中“正极电解液”可能是________。
a．VO、VO2＋混合液 b．V3＋、V2＋混合液
c．VO溶液 d．VO2＋溶液
e．V3＋溶液 f．V2＋溶液
(4)能够通过钒电池基本工作原理示意图中“隔膜”的离子是_______________。
答案　(1)电解质溶液　抑制硫酸亚铁的水解
(2)VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O　V3＋＋e－===V2＋　升高
(3)acd　(4)H＋
解析　(1)传统的铜锌原电池中，锌与酸反应生成氢气，故硫酸为电解质溶液；硫酸亚铁容易水解，且水解显酸性，加入少量硫酸，可以抑制其水解变质。
(2)正极反应是还原反应，由电池总反应可知放电时的正极反应为VO＋2H＋＋e－===VO2＋＋H2O；充电时，阴极反应为还原反应，故为V3＋得电子生成V2＋的反应。
(3)充电时阳极反应式为VO2＋＋H2O－e－===VO＋2H＋，故充电完毕的正极电解液为VO溶液，而放电完毕的正极电解液为VO2＋溶液，故正极电解液可能是选项acd。
(4)充电和放电过程中，正极电解液与负极电解液不能混合，起平衡电荷作用的是加入的酸，故H＋可以通过隔膜。排查落实练十　化学反应与能量
一、概念正误判断
1．HCl和NaOH反应的中和热ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，则H2SO4和Ca(OH)2反应的中和热ΔH＝2×(－57.3) kJ·mol－1 (×)
2．CO(g)的燃烧热是283.0 kJ·mol－1，则反应2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)的反应热ΔH＝2×283.0 kJ·mol－1 (√)
3．1 mol甲烷燃烧生成气态水和CO2所放出的热量是甲烷的燃烧热 (×)
4．应用盖斯定律，可计算某些难以直接测量的反应焓变 (√)
5．同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同 (×)
6．某反应的ΔH＝＋100 kJ·mol－1，则正反应活化能不小于100 kJ·mol－1 (√)
7．500 ℃、30 MPa下，将0.5 mol N2和1.5 mol H2置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3 kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－38.6 kJ·mol－1 (×)
8．根据电流方向或电子流向可判断原电池正负极；外电路中，电流由正极流向负极，电子由负极流向正极 (√)
9．根据两极发生的反应类型可判断原电池的正负极：负极上总是发生氧化反应，正极上总是发生还原反应 (√)
10．电解池的工作原理：电解池中与直流电源正极相连的是阳极，阳极发生氧化反应；
与电源负极相连的是阴极，阴极发生还原反应。通电时，电子的流向为负极―→阴
极―→电解质―→阳极―→正极(×)
二、热化学方程式的书写
1．沼气是一种能源，它的主要成分是CH4，常温下，0.5 mol CH4完全燃烧生成CO2(g)和液态水时，放出445 kJ热量，则热化学方程式为CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l) ΔH＝－890 kJ·mol－1。
2．已知H2S完全燃烧生成SO2(g)和H2O(l)，H2S的燃烧热为a kJ·mol－1，写出H2S燃烧的热化学方程式2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－2a kJ·mol－1。
3．已知H—H键能436 kJ·mol－1，H—N键能391 kJ·mol－1，N≡N键能945.6 kJ·mol－1，试写出N2和H2反应生成NH3的热化学方程式N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。
4．已知N2(g)＋H2(g)===N(g)＋3H(g)
ΔH1＝＋a kJ·mol－1
N(g)＋3H(g)===NH3(g)　ΔH2＝－b kJ·mol－1
NH3(g)===NH3(l)　ΔH3＝－c kJ·mol－1
写出N2(g)和H2(g)反应生成液氨的热化学方程式N2(g)＋3H2(g)===2NH3(l)　ΔH＝－2(b＋c－a) kJ·mol－1。
5．已知：①HF(aq)＋OH－(aq)===F－(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－67.7 kJ·mol－1
②H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)
ΔH＝－57.3 kJ·mol－1
试写出HF电离的热化学方程式HF(aq)??F－(aq)＋H＋(aq)　ΔH＝－10.4 kJ·mol－1。
6．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中，只存在S—F键，已知1 mol S(s)转化为
气态硫原子吸收能量280 kJ，F—F键能为160 kJ·mol－1，S—F键能为330 kJ·mol－1，
试写出S(s)和F2(g)反应生成SF6(g)的热化学方程式S(s)＋3F2(g)===SF6(g)　ΔH＝－1
220 kJ·mol－1。
三、电池电极反应式或总反应式的书写
1．铝—镍电池(负极—Al，正极—Ni，电解液—NaCl溶液、O2)
负极：4Al－12e－===4Al3＋；
正极：3O2＋6H2O＋12e－===12OH－；
总反应式：4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3。
2．镁—铝电池(负极—Al，正极—Mg，电解液—KOH溶液)
负极：2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O；
正极：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－；
总反应离子方程式：2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。
3．锂电池一型(负极—Li，正极—石墨，电解液—LiAlCl4—SOCl2)
已知电池总反应式：4Li＋2SOCl2===SO2↑＋4LiCl＋S。试写出正、负极反应式：
负极：4Li－4e－===4Li＋；
正极：2SOCl2＋4e－===SO2↑＋S＋4Cl－。
4．铁—镍电池(负极—Fe，正极—NiO2，电解液—KOH溶液)
已知Fe＋NiO2＋2H2OFe(OH)2＋Ni(OH)2，则：
负极：Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2；
正极：NiO2＋2H2O＋2e－===Ni(OH)2＋2OH－。
阴极：Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－；
阳极：Ni(OH)2－2e－＋2OH－===NiO2＋2H2O。
5．LiFePO4电池(正极—LiFePO4，负极—Li，含Li＋导电固体为电解质)
已知FePO4＋LiLiFePO4，则
负极：Li－e－===Li＋；
正极：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4。
阴极：Li＋＋e－===Li；
阳极：LiFePO4－e－===FePO4＋Li＋。
6．高铁电池(负极—Zn，正极—石墨，电解质为浸湿的固态碱性物质)
已知：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH，则：
负极：3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2；
正极：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－。
阴极：3Zn(OH)2＋6e－===3Zn＋6OH－；
阳极：2Fe(OH)3－6e－＋10OH－===2FeO＋8H2O。
7．氢氧燃料电池
(1)电解质是KOH溶液(碱性电解质)
负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。
(2)电解质是H2SO4溶液(酸性电解质)
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O；
总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。
(3)电解质是NaCl溶液(中性电解质)
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－；
总反应方程式：2H2＋O2===2H2O。
8．甲烷燃料电池(铂为两极、正极通入O2和CO2、负极通入甲烷、电解液有三种)
(1)电解质是熔融碳酸盐(K2CO3或Na2CO3)
正极：2O2＋8e－＋4CO2===4CO；
负极：CH4－8e－＋4CO===5CO2↑＋2H2O；
总反应方程式：CH4＋2O2===CO2↑＋2H2O。
(2)酸性电解质(电解液为H2SO4溶液)
正极：2O2＋8e－＋8H＋===4H2O；
负极：CH4－8e－＋2H2O===CO2↑＋8H＋；
总反应方程式：CH4＋2O2===CO2↑＋2H2O。
(3)碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液)
正极：2O2＋8e－＋4H2O===8OH－；
负极：CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O；
总反应方程式：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O。
9．甲醇燃料电池
(1)碱性电解质(铂为两极、电解液为KOH溶液)
正极：3O2＋12e－＋6H2O===12OH－；
负极：2CH3OH－12e－＋16OH－===2CO＋12H2O；
总反应方程式：2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O。
(2)酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液)
正极：3O2＋12e－＋12H＋===6H2O；
负极：2CH3OH－12e－＋2H2O===12H＋＋2CO2；
总反应方程式：2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O。
10．CO燃料电池(总反应方程式均为2CO＋O2===2CO2)
(1)熔融盐(铂为两极、Li2CO3和Na2CO3的熔融盐作电解质，CO为负极燃气，空气与CO2的混合气为正极助燃气)
正极：O2＋4e－＋2CO2===2CO；
负极：2CO＋2CO－4e－===4CO2。
(2)酸性电解质(铂为两极、电解液为H2SO4溶液)
正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O；
负极：2CO－4e－＋2H2O===2CO2＋4H＋。
四、电解池电极反应式的书写
1．用惰性电极电解下列溶液
(1)NaCl溶液
阴极：2H＋＋2e－===H2↑；
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
总反应式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(2)CuSO4溶液
阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu；
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；
总反应式：2CuSO4＋2H2O2Cu＋2H2SO4＋O2↑。
2．用惰性电极电解下列熔融态物质
(1)MgCl2
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：Mg2＋＋2e－===Mg；
总反应式：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
(2)Al2O3
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al；
总反应式：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
3．用铜作电极电解下列溶液
(1)H2O
阴极：2H＋＋2e－===H2↑；
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
总反应式：Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑。
(2)H2SO4溶液
阴极：2H＋＋2e－===H2↑；
阳极：Cu－2e－===Cu2＋；
总反应式：Cu＋H2SO4CuSO4＋H2↑。
(3)NaOH溶液
阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；
阳极：Cu－2e－＋2OH－===Cu(OH)2↓；
总反应式：Cu＋2H2OCu(OH)2↓＋H2↑。
4．用Al作电极电解下列溶液
(1)H2SO4溶液
阴极：6H＋＋6e－===3H2↑；
阳极：2Al－6e－===2Al3＋；
总反应式：2Al＋3H2SO4Al2(SO4)3＋3H2↑。
(2)NaOH溶液
阴极：6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－；
阳极：2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O；
总反应式：2Al＋2H2O＋2NaOH2NaAlO2＋3H2↑。

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