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第八单元　化学反应与能量
第1节　化学反应与能量变化
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。
一、焓变　反应热
1．焓变
化学反应放出或吸收的能量，符号：________________，单位：____________。
2．吸热反应和放热反应
（1）从化学键的角度分析
（2）从能量守恒的角度分析
即时训练1 下列过程属于吸热过程的是__________、属于放热过程的是__________。
①反应物的总能量大于生成物的总能量　②ΔH＞0　③发生反应时，断开反应物的化学键吸收的总能量大于生成生成物时形成新化学键放出的总能量　④氢气燃烧　⑤NaOH＋HCl===NaCl＋H2O　⑥NH4Cl＋H2ONH3·H2O＋HCl　⑦NaOH固体溶于水　⑧电能转变为化学能　⑨化学能转变为光能　⑩工业合成氨
特别提示：（1）吸热反应、放热反应研究对象必须是化学反应。
（2）常见的放热反应有：①所有的燃烧反应，②酸碱中和反应，③金属与酸或水的反应，④大多数化合反应；常见的吸热反应有：①盐的水解、弱电解质的电离，②Ba（OH）2·8H2O与NH4Cl的反应，③C与CO2、C与H2O的反应，④大多数分解反应。
（3）化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应NH4Cl与Ba（OH）2在常温常压下即可进行，而很多放热反应需要在加热的条件下才能进行。
二、热化学方程式
1．定义：表示________________和______关系的化学方程式。
2．意义：表明化学反应中的____变化和____变化，如H2（g）＋O2（g）===H2O（g）　ΔH＝－241.8 kJ·mol－1表示的意义：发生上述反应生成1 mol H2O（g）后放出______ kJ的热量。
即时训练2 写出1 mol C（s）与适量水蒸气反应，生成CO（g）和H2（g），吸收131.5 kJ热量的热化学方程式：_____________________________________________________。
特别提示：对于可逆反应中反应热ΔH的意义。如SO2（g）＋O2（g）SO3（g）　ΔH＝－Q kJ·mol－1表示的意义是1 mol SO2（g）与 mol O2（g）完全反应生成1 mol SO3（g），放出Q kJ热量，反应热ΔH的数值与化学平衡的移动无关。实际实验中，1 mol SO2（g）与 mol O2（g）混合反应后放出的热量小于Q kJ。
三、燃烧热与中和热
1．燃烧热
（1）概念：101 kPa时，______mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量，单位______。
（2）注意：
①量——可燃物为1 mol；
②产物——元素完全燃烧时对应的稳定氧化物，C：______；H：______；S：______。
2．中和热
（1）概念：稀的______酸与稀的______碱中和时生成________水均放出的热量。
（2）注意：
①量——生成物为1 mol水；
②中和反应的对象——稀的强酸与稀的强碱溶液。弱酸或弱碱电离要吸收热量，所以它们参加中和反应生成1 mol水时放出的热量均小于57.3 kJ，浓硫酸或浓氢氧化钠溶液参加中和反应生成1 mol水时放出的热量均大于57.3 kJ。
3．中和热的测定
（1）装置如图
（2）注意事项
①碎泡沫塑料及泡沫塑料板的作用是________________________。
②为保证酸、碱完全中和，常使____稍稍过量。
③实验中若使用弱酸或弱碱，会使测得数值____。
即时训练3 （1）氢气的燃烧热为－283.0 kJ·mol－1表示的意义是_______________。
（2）稀硫酸与稀NaOH溶液反应、稀盐酸与稀Ba（OH）2溶液反应均生成1 mol H2O，放出的热量是否相等？答：_____________________________________________________。
（3）在中和热的测定中用到的玻璃仪器有：__________________________________。
特别提示：（1）反应热、燃烧热、中和热均有单位，单位均为kJ·mol－1。
（2）中和热是一定值ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，燃烧热、中和热的数值与参加反应的量的多少无关，但在分析时要注意反应物及生成物的状态及类别（强酸、强碱、弱酸、弱碱）。
四、盖斯定律
盖斯定律：不管化学反应是一步完成或分几步完成，其反应热是______，只与反应体系的____和____有关，而与反应途径无关。
如由A到B可以设计如下两个途径：
途径一：A→B
途径二：A→C→B
则焓变ΔH、ΔH1、ΔH2的关系为________________________。
即时训练4 已知Zn（s）＋O2（g）===ZnO（s）　ΔH＝－351.1 kJ·mol－1；Hg（l）＋O2（g）===HgO（s）　ΔH＝－90.7 kJ·mol－1，由此可知Zn（s）＋HgO（s）===ZnO（s）＋Hg（l）的反应热ΔH＝________________。
一、热化学方程式的书写及正误判断
热化学方程式是一种表示反应过程中的物质变化和能量变化的化学用语。与普通方程式相比，书写时除了要遵循化学方程式的要求外，还应注意以下四点：
1．注明物质的状态
反应物或产物的聚集状态不同，反应热ΔH不同，因此书写热化学方程式必须注明物质的聚集状态：气体（g）、固体（s）、液体（l）、稀溶液（aq）及同分异构体。
2．注意反应条件
反应热与测定条件有关，因此书写热化学方程式注明反应的温度和压强（若是101 kPa和25 ℃可不注明）。
3．注意ΔH的“－”和“＋”及单位
注明ΔH的“－”和“＋”及单位（kJ·mol－1），“＋”不能省略。
4．注意热化学方程式的计量数
热化学方程式的计量数只能表示物质的量，不能表示分子个数，所以可以是整数，也可以是分数。对于相同物质的反应，化学计量数不同，ΔH也不同。所以ΔH的数值要与方程式中的化学计量数相一致（多数条件下都需要依题所给数据进行计算而得ΔH）。
【例1－1】 下列热化学方程式或离子方程式中，正确的是（　　）。
A．甲烷的标准燃烧热为－890.3 kJ·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
B．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
C．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
D．在101 kPa时，2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式表示为2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
【例1－2】 （1）由C、S形成的液态化合物CS20.2 mol在O2中完全燃烧，生成两种气态氧化物，298 K时放出热量215 kJ。该反应的热化学方程式为_____________________。
（2）我国两次成功发射“神舟”载人飞船，火箭用的燃料是液态的偏二甲肼（C2H8N2）和四氧化二氮，若0.1 mol液态偏二甲肼与液态N2O4完全反应，生成气态N2、H2O和CO2，同时放出a kJ热量，该反应的氧化剂是__________（填化学式）；试写出该反应的热化学方程式：__________________________________________________。
二、反应热的计算
1．盖斯定律
若一个化学方程式可由另外几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变ΔH即为这几个化学反应的焓变的代数和。如①H2（g）＋O2（g）===H2O（g）　ΔH1；②2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH2；③H2O（g）===H2O（l）　ΔH3；因为③＝×②－①，所以ΔH3＝×ΔH2－ΔH1。
2．根据化学键计算
ΔH＝反应物断键所吸收的能量总和－生成物成键所释放的能量总和。
3．根据反应物和生成物的能量计算
ΔH＝生成物具备的总能量－反应物具备的总能量。常见题型如下。
图Ⅰ：ΔH＝E2－E1＜0，该反应为放热反应；
图Ⅱ：ΔH＝E3－E1＜0，该反应为放热反应；
图Ⅲ：ΔH＝（508－600） kJ·mol－1＜0，该反应为放热反应。
4．利用热化学方程式进行相关量的计算
先写出热化学方程式，再根据热化学方程式所体现的物质之间、物质与反应热之间的关系，求算物质的量或反应热。
【例2－1】 （1）已知下列反应的热化学方程式为：C（s）＋O2（g）===CO2（g）　ΔH1＝－393.5 kJ·mol－1
CH3COOH（l）＋2O2（g）===2CO2（g）＋ 2H2O（l）　ΔH2＝－ 870.3 kJ·mol－1
H2（g）＋O2（g）===H2O（l）　ΔH3＝－285.8 kJ·mol－1
则2C（s）＋2H2（g）＋O2（g）===CH3COOH（l）的反应热ΔH为______。
（2）利用甲烷催化还原NO2：CH4（g）＋4NO2（g）===4NO（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－574 kJ·mol－1
CH4（g）＋4NO（g）===2N2（g）＋CO2（g）＋2H2O（g）　ΔH＝－1 160 kJ·mol－1
甲烷直接将NO2还原为N2的热化学方程式为_______________________________。
方法归纳
计算反应热时要注意：
（1）反应热与反应物、生成物的物质的量成正比；
（2）热化学方程式中物质相加减时，要注意物质状态及反应热的“＋”“－”；
（3）书写热化学方程式的逆反应时，ΔH的数值不变，但符号相反。
【例2－2】 已知：2H2（g）＋O2（g）===2H2O（l）　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，CH4（g）＋2O2（g）===CO2（g）＋2H2O（l）　ΔH＝－890 kJ·mol－1
现有H2与CH4的混合气体112 L（标准状况），使其完全燃烧生成CO2和H2O（l），若实验测得反应放热3 695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是（　　）。
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶3
1．（高考集萃）下列叙述中正确的是（　　）。
A．（2012安徽理综）科学家最近研究出一种环保、安全的储氢方法，其原理可表示为：NaHCO3＋H2===HCOONa＋H2O。储氢、释氢过程均无能量变化
B．（2012福建理综）2SO2（g）＋O2（g）===2SO3（g）和4SO2（g）＋2O2（g）===4SO3（g）的ΔH相等
C．（2012浙江理综）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
D．（2011北京理综）25 ℃、101 kPa下，已知：①2Na（s）＋O2（g）===Na2O（s）　ΔH1＝－414 kJ·mol－1　②2Na（s）＋O2（g）===Na2O2（s）　ΔH2＝－511 kJ·mol－1可知：Na2O2（s）＋2Na（s）===2Na2O（s）　ΔH＝ －317 kJ·mol－1
2．（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（　　）。
3．（2013山东枣庄期中）下列说法不正确的是（　　）。
A．反应是放热还是吸热必须看生成物和反应物所具有的总能量的相对大小
B．绿色植物进行光合作用时，将太阳能转化为化学能储存起来
C．吸热反应中由于反应物的总能量小于生成物的总能量，因而无利用价值
D．物质的化学能可以在一定条件下转化为热能、电能为人类所利用
4．（1）（2012课标全国理综）工业上利用天然气（主要成分为CH4）与CO2进行高温重整制备CO，已知CH4、H2和CO的燃烧热（ΔH）分别为－890.3 kJ·mol－1、－285.8 kJ·mol－1和－283.0 kJ·mol－1，则生成1 m3（标准状况）CO所需热量为__________；
（2）（2012广东理综）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。
（3）（2012海南化学）肼（N2H4）可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。
已知：①N2（g）＋2O2（g）===N2O4（l）　ΔH1＝ －19.5 kJ·mol－1
② N2H4（l）＋O2（g）===N2（g）＋2H2O（g）　ΔH2＝－534.2 kJ·mol－1
写出肼和N2O4 反应的热化学方程式______________________________________。
5．（1）（2012江苏化学）真空碳热还原氯化法可实现由铝土矿制备金属铝，其相关的热化学方程式如下：
Al2O3（s）＋AlCl3（g）＋3C（s）===3AlCl（g）＋3CO（g）　ΔH＝a kJ·mol－1
3AlCl（g）===2Al（l）＋AlCl3（g）　ΔH＝b kJ·mol－1
反应Al2O3（s）＋3C（s）===2Al（l）＋3CO（g）的ΔH＝________kJ·mol－1（用含a、b的代数式表示）。
（2）（2012北京理综）用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A，可实现氯的循环利用。反应A：4HCl＋O22Cl2＋2H2O
已知：i.反应A中， 4 mol HCl被氧化，放出115.6 kJ的热量。
ii.
①反应A的热化学方程式是______________________________________________。
②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”）________。
参考答案
基础梳理整合
一、1.ΔH　kJ·mol－1
2．(1)＜　＜　＞　＞　(2)放　＜　吸　＞
即时训练1
②③⑥⑧　①④⑤⑦⑨⑩
二、1.参加反应物质的量　反应热
2．物质　能量　241.8
即时训练2
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.5 kJ·mol－1
三、1.(1)1　kJ·mol－1　(2)CO2(g)　H2O(l)　SO2(g)
2．(1)强　强　1 mol
3．(2)隔热，防止热量散失　碱　偏小
即时训练3
答案：(1)1 mol气态氢气完全燃烧生成液态水放出的热量为283.0 kJ
(2)相等，因为反应的实质都是H＋＋OH－===H2O
(3)烧杯、温度计、量筒、环形玻璃搅拌棒
四、相同的　始态　终态　ΔH＝ΔH1＋ΔH2
即时训练4
－260.4 kJ·mol－1
核心归纳突破
【例1－1】 D　解析：燃烧热是指101 kPa时1 mol可燃物完全燃烧生成稳定氧化物时放出的热量，水液态稳定，A错误；ΔH表示1 mol氮气与3 mol氢气完全反应生成2 mol NH3时的反应热，但此反应为可逆反应，故投入0.5 mol的氮气，最终参加反应的氮气一定小于0.5 mol，B错误；中和热是稀的强酸与稀的强碱中和生成1 mol水放出的热量，与生成水的物质的量无关，C选项错误；2 g H2是1 mol氢气，D选项正确。
【例1－2】 答案：(1)CS2(l)＋O2(g)===CO2(g)＋SO2(g)　ΔH＝－215 kJ·mol－1
(2)N2O4　C2H8N2(l)＋2N2O4(l)===2CO2(g)＋4H2O(g)＋3N2(g)　ΔH＝－10a kJ·mol－1
解析：根据反应物书写热化学方程式，书写时注意物质的状态。
【例2－1】 答案：(1)－488.3 kJ·mol－1　(2)CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－867 kJ·mol－1
解析：(1)分析2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)热化学方程式，由反应物中有2C(s)＋2H2(g)可知第1个热化学方程式×2＋第3个热化学方程式×2，反应物中有CH3COOH(l)，可知再减去第2个热化学方程式，即得此热化学方程式，所以ΔH＝2ΔH1＋2ΔH3－ΔH2。
(2)首先写出甲烷与NO2反应的方程式 CH4(g)＋2NO2(g)===N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，然后分析可知所给热化学方程式相加后除以2，即得所求热化学方程式。
【例2－2】 B　解析：设H2、CH4的物质的量分别为x、y。则x＋y＝5 mol，＋890y＝3 695，解得x＝1.25 mol；y＝3.75 mol，两者比为1∶3，故选B项。
演练巩固提升
1．CD　解析：化学反应过程中一定伴随着能量的变化，A项错误；ΔH数值与热化学方程式中化学计量数有关，B选项错误。
2．D　解析：①A＋B→X　ΔH＞0，X具有的能量大于A、B能量总和，A、C错误，②X→C　ΔH＜0，A＋B→C　ΔH＜0，C具有的能量小于X具有的能量，也小于A、B能量总和，D正确，B错误。
3．C　解析：吸热反应一样具有利用价值，C错误。
4．答案：(1)5.52×103 kJ
(2)　正
(3)2N2H4(l) ＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－1 048.9 kJ·mol－1
解析：(1)首先依据燃烧热概念写出：①CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　 ΔH1＝－890.3 kJ·mol－1、②H2 (g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－285.8 kJ·mol－1、③CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＝－283.0 kJ·mol－1；再写出CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，①式－②式×2－③式×2即得CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)，所以ΔH＝ΔH1－2ΔH2－2ΔH3＝(－890.3＋285.8×2＋283.0×2)kJ·mol－1＝＋247.3 kJ·mol－1，生成1 m3 CO所需热量为×247.3 kJ·mol－1×≈5 520 kJ；(2)已知的第一个热化学方程式减去第二个热化学方程式可得4Li(s)＋2I2(s)===4LiI(s)　ΔH1－ΔH2。由于该反应中I2得电子，故碘电极作正极；(3)肼和N2O4 反应的热化学方程式2N2H4(l) ＋N2O4 (l)===2N2(g) ＋ 4H2O(g) 分析可知 ②×2－①即得此方程式，所以ΔH＝2×ΔH2－ΔH1。
5．答案：(1)a＋b
(2)①4HCl(g)＋O2(g)400 ℃,2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－115.6 kJ·mol－1　②31.9　强
解析：(1)上述两式相加即得Al2O3(s)＋3C(s)===2Al(l)＋3CO(g)；(2)由ΔH＝－(生成物键能之和－反应物键能之和)可得，E(H—O)－E(H—Cl)＝[115.6 kJ·mol－1＋498 kJ·mol－1－(2×243 kJ·mol－1)]÷4＝31.9 kJ·mol－1，键能越大化学键越稳定、越强，所以水中的H—O键比氯化氢中H—Cl强。

第2节　原电池　化学电源
1．了解原电池的工作原理，能写出电极反应和总反应。
2．了解常见化学电源的种类及其工作原理。
一、原电池的工作原理
1．概念
原电池是将______转变为____的装置。
2．工作原理
如图以铜锌原电池为例：
（1）在ZnSO4溶液中，锌片逐渐____，即Zn被____，锌原子____电子，形成________进入溶液，从锌片上释放出电子，经过导线流向____；溶液中的________从铜片上得电子，还原成为____并沉积在铜片上。
（2）电子流向：从____极流向____极。
（3）电流方向：从____极（____）流向____极（____）。
3．电极材料及反应式（以铜锌原电池为例）
电极名称
负极
正极
电极材料
电极名称
负极
正极
电极反应
反应类型
____反应
____反应
电池总反应
4．原电池的构成判断要三看
（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。
即时训练1 下列装置可以形成原电池的是____，并写出形成原电池的电极材料及电极反应：正极：___________、______________；负极：_______、____________；电解质溶液中的阴离子向_______极移动，阳离子向______极移动，形成电流。
二、常见的化学电源
1．一次电池（以碱性锌锰电池为例）
负极：材料____，电极反应__________________。
正极：材料MnO2，电极反应2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn（OH）2
2．二次电池（以铅蓄电池为例）
负极：材料____，电极反应：_______________________________________________。
正极：材料____，电极反应：_______________________________________________。
总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O
3．燃料电池（以氢氧燃料电池为例）
酸性
碱性
负极反应
正极反应
电池总反应
2H2＋O2===2H2O
即时训练2 （1）铜锌原电池中，负极发生氧化反应，电极失电子质量减小，是否所有的化学电源中负极电极材料均减小？答：__________________________。
（2）给二次电池充电时，电极与外接电源的正、负极怎样连接？答：_____________。
一、原电池的工作原理
1．原理图示
2．注意点
（1）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。
（2）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。
（3）原电池的负极失去电子的总数等于正极得到电子的总数。
【例1－1】（2012河南开封四模）某汽车尾气分析仪以燃料电池为工作原理测定CO的浓度，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇氧化钠，其中O2－可以在固体介质NAMCON中自由移动。下列说法中正确的是（　　）。
A．传感器中通过的电流越大，尾气中CO的含量越低
B．工作时电子由电极a通过固体介质NAMCON流向电极b
C．工作时电极b作正极，O2－由电极a流向电极b
D．当固体电解质中有1 mol O2－通过时，电子转移2 mol
方法归纳
导线中的电流是从正极流向负极，而原电池内溶液中的电流（阳离子）正好相反，是从负极流向正极，阴离子从正极流向负极，这样才能形成闭合回路。
【例1－2】 铜锌原电池（如下图）工作时，下列叙述不正确的是（　　）。
A．撤掉盐桥不能形成闭合回路，所以不能形成原电池
B．电池反应为Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
C．在外电路中，电子从负极流向正极
D．盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
二、原电池电极正负的判断及书写
1．正、负极的判断
2．电极反应的书写步骤
3．电极反应的书写举例
（1）如果题目给定的是图示装置，没给总方程式，先分析正、负极，再根据正、负极反应规律去书写电极反应。
例如：
写电极反应分三步：
①分别找出氧化剂（H＋）和还原剂（Zn）（燃料电池如氢氧燃料电池，一般而言，燃料作还原剂，O2作氧化剂）。氧化剂在正极得电子，还原剂在负极失电子。
②结合介质判断氧化产物（Zn2＋）和还原产物（H2）。
③写出电极反应（注意两极得失电子数相等）。
负极：Zn－2e－===Zn2＋；
正极：2H＋＋2e－===H2↑。
（2）给出总反应，首先分析此反应中电子的得失，即氧化反应或还原反应，化合价升高、失电子、发生氧化反应，为原电池的负极；化合价降低、得电子、发生还原反应，为原电池的正极。
以铅蓄电池放电时的反应为例，总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O，电极反应的书写步骤如下：
负极：Pb－2e－===PbSO4Pb＋SO－2e－===PbSO4；
正极：PbO2＋2e－===PbSO4PbO2＋SO＋2e－===PbSO4 PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O（也可以用总反应减去负极反应得到正极反应）。
（3）书写电极反应应充分注意介质影响，水溶液中不能出现O2－。如图所示，电池反应为2H2＋O2===2H2O，两电极为石墨电极，写出在下列三种介质中的电极反应：
a．电解质是稀硫酸溶液（酸性溶液电极反应中一定无OH－）。
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
b．电解质是稀KOH溶液（碱性溶液电极反应中一定无H＋）。
负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
c．电解质是NaCl溶液（中性溶液反应物中无H＋和OH－）。
负极：2H2－4e－===4H＋；
正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
【例2－1】 现欲以下图所示装置用电化学原理将CO2、SO2转化为重要化工原料。
①若A为CO2，B为H2，C为CH3OH，则通入CO2的一极为______极，电极反应为________________________，电池反应为__________________________________。
②若A为SO2，B为O2，C为H2SO4，则负极的电极反应为____________________。
方法归纳
书写电极反应时，正负极的判断是关键，看两极与电解质溶液得、失电子而快速推断出正、负极，同时还应充分注意介质与电极生成物的反应：（1）负极生成的金属离子在碱性溶液中能与OH－反应生成难溶性碱，如在碱性条件下，钢铁腐蚀中负极生成的Fe2＋与溶液中的OH－结合生成Fe（OH）2；（2）在碱性条件下电极析出的CO2能与OH－反应生成CO等。
【例2－2】 （2012湖北武汉联考）下图是甲烷燃料电池原理示意图，请回答下列问题：
（1）电池的正极是______（填“a”或“b”）电极，负极上的电极反应是_________。
（2）电池工作一段时间后电解质溶液的pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。
三、原电池在化工、农业生产及科研中的应用
1．加快氧化还原反应速率
一个自发的氧化还原反应，设计成原电池时反应速率增大，例如Zn与稀硫酸反应时加入少量的CuSO4溶液能使产生氢气的速率加快。
2．比较金属活泼性强弱
金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比正极的活泼。
3．用于金属的防护
使被保护的金属制品作原电池的正极而得到保护。例如，保护铁质输水管或钢铁桥梁，可用导线将其和一块锌块相连，使Zn作原电池的负极。
4．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。
【例3】 已知电极材料：铁、铜、银、石墨、锌、铝；电解质溶液：CuCl2溶液、NaOH溶液、盐酸，按要求回答下列问题。
（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：___________________________________________ ______________________________________________________________________________。
（2）通常说的燃料电池都以铂为电极，将燃烧反应的化学能转化为电能，在燃料电池中，可燃物在____极反应，________在另一极反应。
（3）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，负极________________，正极__________________，并在方框内画出实验装置图。
1．（高考集萃）（1）（2012课标全国理综）与MnO2Zn电池类似，K2FeO4Zn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_________________________________________________________________。
（2）（2012海南化学）肼（N2H4）空气燃料电池是一种碱性电池，该电池放电时，负极的反应为____________。
（3）（2012山东理综）利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为_____________________________________。
（4）（2012天津理综）熔融状态下，Na和FeCl2能组成可充电电池（装置示意图如右），反应原理为：
2Na＋FeCl2Fe＋2NaCl
放电时，电池的正极反应为________________；充电时，______（写物质名称）电极接电源的负极；该电池的电解质为____________。
2．（2012北京理综，12）人工光合作用能够借助太阳能，用CO2和H2O制备化学原料。下图是通过人工光合作用制备HCOOH的原理示意图，下列说法不正确的是（　　）。
A．该过程是将太阳能转化为化学能的过程
B．催化剂a表面发生氧化反应，有O2产生
C．催化剂a附近酸性减弱，催化剂b附近酸性增强
D．催化剂b表面的反应是CO2 ＋2H＋＋2e－===HCOOH
3．（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
4．（2012大纲全国理综，11）①②③④四种金属片两两相连浸入稀硫酸中都可组成原电池；①②相连时，外电路电流从②流向①；①③相连时，③为正极；②④相连时，②上有气泡逸出；③④相连时，③的质量减少。据此判断这四种金属活动性由大到小的顺序是（　　）。
A．①③②④ B．①③④②
C．③④②① D．③①②④
5．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中不正确的是（　　）。
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
6．（1）已知CH3OH（l）的燃烧热为－726.5 kJ·mol－1，在直接以甲醇为燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应为____________、正极的反应为____________________。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）。
（2）下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。
参考答案
基础梳理整合
一、1.化学能　电能
2．(1)溶解　氧化　失　Zn2＋　Cu　Cu2＋　Cu　(2)负　正　(3)正　Cu　负　Zn
3．锌　铜　Zn－2e－===Zn2＋　Cu2＋＋2e－===Cu　氧化　还原　Cu2＋＋Zn===Zn2＋＋Cu
即时训练1
B　Ag　2Ag＋＋2e－===2Ag　Cu　Cu－2e－===Cu2＋　负　正
二、1.Zn　Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2
2．Pb　Pb－2e－＋SO===PbSO4　PbO2　PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O
3．2H2－4e－===4H＋　2H2－4e－＋4OH－===4H2O　O2＋4e－＋4H＋===2H2O　O2＋4e－＋2H2O===4OH－
即时训练2
(1)不是，如氢氧燃料电池正负极质量不变
(2)正极接正极、负极接负极
核心归纳突破
【例1－1】 D　解析：电流越大说明反应速率越快，反应物CO浓度越大，A选项错误；电解质导电的原因是因为电解质中含有自由移动的离子，所以电子不能在电解质中通过，B选项错误；a为负极、b为正极，阴离子应该由正极流向负极，C选项错误。
【例1－2】 D　解析：左烧杯中Zn失电子形成Zn2＋，使溶液中的Zn2＋浓度增大，右烧杯中Cu2＋得电子，溶液中的Cu2＋浓度减小，所以盐桥中的负电荷向左移动，正电荷K＋向右移动，以维持两烧杯的电中性；也可以从电流方向解答，外电路电流从正极流向负极，可认为原电池内溶液中的电流从负极流向正极，形成闭合回路，正电荷的流向就是电流的方向，所以K＋向右移动。
【例2－1】 答案：(1)①正　CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O　CO2＋3H2===CH3OH＋H2O
②SO2－2e－＋2H2O===4H＋＋SO
解析：(1)此装置为原电池，电解质溶液显酸性。①H2中H化合价升高为负极，电极反应为H2－2e－===2H＋，CO2一极为正极，产物为CH3OH，碳的化合价由＋4价降低为－2价，电极反应为CO2＋6e－＋6H＋===CH3OH＋H2O。②负极SO2中硫化合价升高2，生成H2SO4。
【例2－2】 答案：(1)b　CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O　(2)减小
解析：氧气作正极，得电子在碱性条件下生成OH－，其电极反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，燃料CH4失电子，在碱性条件下生成CO，可得CH4－8e－―→CO，依据电荷守恒前面加10个OH－，CH4＋10OH－－8e－―→CO，最后用水配平，CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O，由负极电极反应和正极反应可知电池反应为CH4＋2OH－＋2O2===CO＋3H2O；由总反应可知整个电解质溶液的pH减小。
【例3】 答案：(1)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)负　助燃物　(3)Cu－2e－===Cu2＋　2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
解析：(2)可燃物被氧化失电子，在电源负极发生反应。
演练巩固提升
1．答案：(1)FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－　3Zn＋2FeO＋8H2O===3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4OH－
(2)N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O
(3)4H＋＋O2＋4e－===2H2O
(4)Fe2＋＋2e－===Fe　钠　βAl2O3
解析：(1)正极发生得电子的还原反应，碱性条件下1个FeO得到3个电子生成Fe(OH)3，即FeO＋3e－―→Fe(OH)3，依据电荷守恒后面加5个OH－，即FeO＋3e－―→Fe(OH)3＋5OH－，依据氢原子守恒得FeO＋3e－＋4H2O―→Fe(OH)3＋5OH－，最后用氧原子检查是否正确；负极反应为Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2，根据得失电子守恒两电极反应变为2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－、3Zn－6e－＋6OH－===3Zn(OH)2，相加即得电池反应；(2)负极燃料(N2H4)失电子生成N2，碱性条件下用OH－配平；(3)氧气在正极得电子，在酸性条件下生成H2O，最后用H＋配平即可；(4)放电时正极发生还原反应，应该是Fe2＋得电子，电极反应式为Fe2＋＋2e－===Fe，充电时Na＋得电子，为电解池的阴极，接电源的负极，该电池中βAl2O3为导电介质。
2．C　解析：首先标化合价，看价变化，O2―→HOOH，CO2中C的化合价降低，得电子，由图示装置中电子转移的方向可知催化剂a表面发生失电子的反应，催化剂b表面发生得电子的反应，所以在催化剂b表面发生的电极反应为CO2＋2H＋＋2e－===HCOOH；在a表面H2O失电子生成O2，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，由电极反应可知a极附近酸性增强，b极附近酸性减弱，C错误
3．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，为负极，Cu电极上发生还原反应，为正极，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；b接电源正极为阳极，在此极溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不能变红色，故D错误。
4．B　解析：由原电池原理判断金属活动性，外电路电流从②流向①，②为正极，金属活动性①＞②；①③相连，③为正极，金属活动性①＞③；②④相连，②上有气泡(H2)逸出，②为正极，金属活动性④＞②；③④相连，③质量减少，则金属活动性③＞④，即金属活动性顺序为①＞③＞④＞②，B正确。
5．C　解析：因为放电时的反应中有氢氧化物生成，故电解质溶液呈碱性，因为铁的化合价升高，镍的化合价降低，故铁是负极，氧化镍是正极，故A和B均正确；充电时的阴极反应为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，此时阴极附近的pH增大，C错误；根据所给的放电时的电池反应可推知D正确。
6．答案：(1)CH3OH－6e－＋H2O===CO2＋6H＋　O2＋6H＋＋6e－===3H2O　96.6%
(2)xS＋2e－===S(或2Na＋＋xS＋2e－===Na2Sx)　导电(或作电解质)；隔离钠与硫　4.5
解析：(1)首先判断化合价变化，CH3OH→CO2化合价升高6，所以失去6个电子CH3OH－6e－―→CO2，溶液显酸性，用H＋配，CH3OH－6e－―→CO2＋6H＋，然后用H2O配平即可；效率为×100%；(2)首先标化合价，S化合价降低，S为正极得2个电子，xS＋2e－===S；此电池提供2 mol电子，消耗2 mol Na为46 g，铅蓄电池负极为Pb，提供2 mol电子，消耗1 mol Pb为207 g，所以当消耗相同质量的负极物质时，钠硫电池放电是铅蓄电池的207/46＝4.5倍。

第3节　电解池　金属的电化学腐蚀与防护
1．了解电解池的工作原理，能写出电极反应和电池反应。
2．理解金属发生电化学腐蚀的原因，了解金属腐蚀的危害，知道防止金属腐蚀的措施。
一、电解池的工作原理
1．电解定义
使电流通过电解质溶液或熔融电解质而在______两极引起________反应的过程叫做电解。
注意：电解不同于电解质的电离，电离是电解的前提；电解质溶液导电的过程，就是电解质溶液的电解过程。
2．电解池
将____能转化为____能的装置叫做电解池。电解池是由____电源、固体电极材料以及电解质溶液或熔融电解质组成的。
3．原理图示
即时训练1 下图图____是原电池，图____是电解池，图①中Zn板为____极；电子由电源____极到Zn电极，在Zn电极与溶液中的____结合生成____，发生____反应；溶液中的Cu2＋、H＋向____板移动，SO、OH－向____电极移动，____在C电极____电子生成____，发生____反应。
特别提示：溶液导电的过程一定发生化学反应——氧化还原反应。
二、电解原理的应用
1．电解饱和食盐水
（1）电极反应：阳极：____________；
阴极：________________。
（2）电池总反应：__________________________。
（3）应用：工业制______、______、______。
2．电解精炼铜
（1）阳极：材料：______；电极反应：__________________________________________ _________________________________________________________________________。
（2）阴极：材料：__________；电极反应：____________________。
（3）电解液：________。
3．电镀池（如铁上镀铜）
（1）阳极：材料：__________；电极反应：________________________________。
（2）阴极：材料：__________；电极反应：________________________________。
（3）电解液：______________。
4．电冶金
冶炼Na、Mg、Al等活泼金属必须用电解法，原理：Mn＋＋ne－===M，如：
（1）电解熔融的NaCl冶炼金属钠：
①阳极反应：________________；
②阴极反应：________________；
③电池总反应：______________。
（2）电解熔融的Al2O3冶炼金属铝：
①阳极反应：__________________；
②阴极反应：__________________；
③电池总反应：________________。
即时训练2 下列图示中关于铜电极的连接错误的是（　　）。
特别提示：电解精炼铜实际上是电镀铜的一个特例（往精铜上镀铜）。注意：①电解精炼铜时，由于阳极和阴极发生的电极反应不同，所以两极质量变化不同，但得失电子一定相同；②精炼过程中电解质溶液浓度变化——硫酸铜溶液的浓度逐渐减小，而电镀过程中电解质溶液浓度基本不变。
三、金属的腐蚀与防护
1．金属腐蚀的本质
金属原子____电子变为金属阳离子，金属发生____反应。
2．化学腐蚀与电化学腐蚀
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
概念
金属与接触到的干燥气体（如O2、Cl2等）或非电解质液体等直接发生化学反应引起的腐蚀
不纯金属与电解质溶液接触，会形成__________，____________的金属失去电子被氧化腐蚀
特点
__________电流产生
______电流产生
普遍性
金属的______腐蚀比较普遍，而且危害性大，腐蚀速率快
　　3.钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜酸性
负极反应
正极反应
电池反应
其他反应
_______________________________________________、Fe（OH）3→Fe2O3·xH2O（铁锈）
普遍性
____腐蚀更普遍
4．金属腐蚀由快到慢的规律
电解池的阳极＞原电池的负极＞化学腐蚀＞原电池的正极＞电解池的阴极。
5．金属的防护
一般有三条途径：
（1）改变金属内部组成结构，可以增强金属耐腐蚀的能力，如不锈钢。
（2）在金属表面覆盖一层保护层，如油脂、油漆、搪瓷、塑料、电镀金属、氧化成致密的氧化膜，以断绝金属与外界物质接触，达到耐腐蚀的效果。
（3）电化学保护法：牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。
即时训练3 下列叙述中正确的是______。
A．生铁比纯铁容易生锈与电化学腐蚀有关
B．将钢铁与电源的正极相连可以起到保护钢铁的作用
C．为保护地下钢管不受腐蚀，可使它与铜板相连
D．海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀
E．钢铁析氢腐蚀与吸氧腐蚀均属于电化学腐蚀
F．金属被腐蚀的本质是金属发生了氧化反应
一、原电池、电解池的判断规律
1．从能量的角度分析
原电池：化学能转变为电能的装置。
电解池：电能转变为化学能的装置。
应用：由化学反应方程式设计原电池、电解池要从能量的角度分析。我们只能把能自发进行的放热的氧化还原反应设计成原电池，而只要是氧化还原反应（不论吸热还是放热）理论上均可设计成电解池，如Cu＋2HCl===CuCl2＋H2↑只能设计成电解池（如装置图A）；Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑既能设计成电解池（如装置图B），也能设计成原电池（如装置图C）。
2．从装置图的角度分析
原电池：若无外接电源，可能是原电池，然后根据原电池的形成条件分析判定，主要思路是“三看”。
先看电极：两极是导体且活泼性不同。
再看溶液：两极插入电解质溶液中。
后看回路：形成闭合回路或两极接触。
电解池：若有外接电源，两极插入电解质溶液中，则可能是电解池或电镀池。当阳极金属与电解池溶液中的金属阳离子相同则为电镀池，其余情况为电解池。
【例1】 图中，两电极上发生的电极反应如下：a极：2H＋＋2e－===H2↑，b极：Fe－2e－===Fe2＋，则以下说法不正确的是（　　）。
A．该装置可能是电解池
B．溶液pH变大
C．a、b可能是同种电极材料
D．该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能
二、电解池的两极
1．确定阴、阳极的一般方法
判断方法
阳极
阴极
质量
减小
增大
电极反应
得失电子
失电子
得电子
化合价
升高
降低
反应类型
氧化反应
还原反应
电流
导线中
电子流出
电子流入
电解质溶液中
阳离子移离
阳离子移向
阴离子移向
阴离子移离
记忆技巧
原电池和电解池电极的判断是解题的关键，为了方便记忆，我们可采取口诀或谐音的方法记忆。
（1）原电池，正负极；电解池，阴阳极；
失去电子负（原电池）阳（电解池）极；
发生氧化定无疑。
（2）还可以用谐音帮助记忆：
阴得阳失；阳氧阴还。
2．电极反应的书写步骤及方法
电解池电极反应的书写可总结为五步：一判、二看、三分、四写、五平。
一判：判断阴、阳极。
二看：阳极要看清电极材料。对于铁、铝、铜、银等活泼电极，则阳极金属电极失电子变成阳离子进入溶液（Fe变成Fe2＋），阴离子不失电子；如果是惰性电极（Pt、Au、石墨等）材料，应是溶液中的阴离子失电子。
三分：将离子分成阳离子组、阴离子组（注意：水溶液中一定不要丢掉H＋、OH－），阳离子向阴极移动，在阴极得电子；阴离子向阳极移动，在阳极失电子。根据得失电子能力对离子排序，得电子能力：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋；失电子能力：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根。
四写：由放电顺序及信息确定放电产物和电极反应。
五平：依据质量守恒、电荷守恒进行配平。
3．分析实验现象
（1）分析电极及电极区的pH及实验现象时，要从电极反应入手，如电解CuSO4溶液，阳极发生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，OH－浓度减小，酸性增强；
（2）分析电解质溶液中的pH及实验现象时，要从电池反应入手，如电解CuSO4溶液，2CuSO4＋2H2O===2Cu＋2H2SO4＋O2↑，所以整个电解质溶液中酸性增强。
【例2－1】（1）KIO3可用电解的方法制得，原理是：以石墨为阳极，以不锈钢为阴极，在一定温度和碱性条件下电解KI溶液。总反应方程式为KI＋3H2O===KIO3＋3H2↑，则阳极的电极反应为_____________；阴极附近pH______（填“增大”“减小”或“不变”）。
（2）科学家P.Tatapudi等人首先使用在酸性条件下用惰性电极电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产生，其电极反应为__________________________；阴极附近的氧气则生成过氧化氢，其电极反应为_______________________________________________。
方法归纳
（1）电极反应的书写首先根据题干要求及信息大胆写出反应物和生成物，然后根据“阴得阳失”加上得失电子数目，最后根据电解质溶液酸碱性补上H＋、OH－或H2O，依据电荷守恒配平。
（2）注意运用H＋、OH－、H2O进行配平：电解池电极反应中，如果是H＋、OH－放电，不论溶液酸碱性则一定写H＋、OH－得、失电子，其他情况下酸性溶液中一定不能存在OH－，同理在碱性溶液中一定不能存在H＋。
（3）判断电极附近溶液pH变化，可以通过一般经验进行判断：不论原电池还是电解池，如果pH发生变化，一般失电子的电极pH减小，得电子的电极pH增大。
【例2－2】 Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其电解制法如图所示，请根据图示分析：Fe电极的电极反应为__________________________，与铁电极相连的为电源的__________极。
三、电解类型及有关计算
1．用惰性电极电解电解质溶液
类型
电极反应特点
实例
电解对象
电解质浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
NaOH
水
增大
增大
水
H2SO4
水
增大
减小
水
Na2SO4
水
增大
不变
水
电解电解质型
电解质电离出的阴、阳离子分别在两极放电
HCl
电解质
减小
增大
氯化氢
CuCl2
电解质
减小
略增大
氯化铜
放H2生碱型
阴极：H2O放H2生碱
阳极：电解质阴离子放电
NaCl
电解质和水
生成新
电解质
增大
氯化氢
放O2生酸型
阴极：电解质阳离子放电
阳极：H2O放O2生酸
CuSO4
电解质和水
生成新
电解质
减小
氧化铜
2.有关电化学的计算
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测定的计算、根据电荷量求产物的量与根据产物的量求电荷量的计算等。无论哪类计算，均可概括为下列三种方法：
（1）根据电子守恒法计算：用于串联电路、阴阳两极产物、正负两极产物、相同电荷量等类型的计算，其依据是阴、阳极得失电子数相等。
（2）根据总反应计算：先写出电极反应，再写出总反应式，最后根据总反应列比例式计算。
（3）根据关系式计算：根据得失电子守恒关系建立已知量与未知量之间的桥梁，建立计算所需的关系式。
【例3－1】 （2012吉林实验中学模拟）A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子为Na＋、Ag＋、NO、SO、Cl－，在如图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、B、C三种溶液，电极均为石墨电极。接通电源，经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了10.8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如图所示。据此回答下列问题：
（1）M为电源的________极（填“正”或“负”），甲、乙两个烧杯中的电解质分别为__________、__________（填写化学式）。
（2）计算电极f上生成气体的物质的量为________ mol。
（3）写出乙烧杯中的电解反应方程式：____________________________________。
（4）若电解后甲溶液的体积为10 L，则该溶液的pH为________。
【例3－2】（2012江西南昌调研测试）将质量相等的银片和铂片分别作为阳极和阴极用来电解硝酸银溶液。
i．以电流为1 A通电10 min；
ii.10 min后，反接电源，以电流为2 A继续通电10 min；下列图像分别表示银电极质量、铂电极质量、电解池产生气体质量和电解时间的关系图。其中正确的是（　　）。
A．①③ B．①②③
C．②③④ D．①②③④
1．（高考集萃）下列叙述中不正确的是（　　）。
A．（2012山东理综）电解NaCl溶液得到22.4 L H2（标准状况），理论上需要转移NA个电子（NA表示阿伏加德罗常数）
B．（2012广东理综）自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致
C．（2012浙江理综）在“镀锌铁皮的镀层厚度的测定”实验中，将镀锌铁皮放入稀硫酸，待产生氢气的速率突然减小，可以判断锌镀层已反应完全
D．（2012江苏化学）镀铜铁制品镀层受损后，铁制品比受损前更容易生锈
2．（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，CuZn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，ZnMnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
3．（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
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－
5．（1）（2012山东理综）以CuSO4为电解质溶液进行粗铜（含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法中正确的是__________。
a．电能全部转化为化学能
b．粗铜接电源正极，发生氧化反应
c．溶液中Cu2＋向阳极移动
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
（2）（2012北京理综）用NaOH溶液吸收SO2，当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生。再生示意图如下：
①HSO在阳极放电的电极反应是__________________________________________。
②当阴极室中溶液pH升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理：____________________________。
（3）（2012重庆理综）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素[CO（NH2）2]，原理如图所示。
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）。
参考答案
基础梳理整合
一、1.阴、阳　氧化还原
2．电　化学　直流
3．正　氧化　负　还原
即时训练1
②　①　阴　负　Cu2＋　Cu　还原　Zn　C　OH－　失　O2　氧化
二、1.(1)2Cl－－2e－===Cl2↑　2H＋＋2e－===H2↑
(2)2NaCl＋2H2O通电,2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
(3)烧碱　氯气　氢气
2．(1)粗铜　Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋
(2)精铜　Cu2＋＋2e－===Cu
(3)CuSO4溶液
3．(1)铜　Cu－2e－===Cu2＋
(2)铁　Cu2＋＋2e－===Cu
(3)CuSO4溶液
4．(1)①2Cl－－2e－===Cl2↑　②Na＋＋e－===Na　③2NaCl(熔融)通电,2Na＋Cl2↑
(2)①6O2－－12e－===3O2↑　②4Al3＋＋12e－===4Al　③2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
即时训练2
C
三、1.失去　氧化
2．原电池　较活泼　无　有微弱　电化学
3．酸性较强　酸性较弱或中性　Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑　O2＋2H2O＋4e－===4OH－　Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2　4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3　吸氧
即时训练3
ADEF
核心归纳突破
【例1】 D　解析：该装置可能是电解池，a为阴极，b为阳极；也可能是原电池，a为正极，b为负极，A正确、D错误；依据a极的电极反应，可知不论是电解池，还是原电池，溶液c(H＋)均减小，B正确；如果是电解池，a、b可能是Fe电极材料，C正确。
【例2－1】 答案：(1)I－－6e－＋6OH－===IO＋3H2O　增大
(2)3H2O－6e－===O3↑＋6H＋　O2＋2H＋＋2e－===H2O2
解析：(1)给出总反应的电极反应的书写方法：首先依据“阴得阳失”可知阳极I－－6e－―→IO，溶液显碱性，依据电荷守恒前面加上6个OH－得I－－6e－＋6OH－―→IO，然后用水配平氢原子个数，最后用氧原子检查是否正确；(2)无总反应，首先依据信息找出反应物、生成物及其电子得失情况。如阳极：H2O失去电子生成O3,3H2O－6e－―→O3，然后用H＋配平前后电荷可得3H2O－6e－===O3↑＋6H＋；阴极：O2得电子生成H2O2，O2＋2e－―→H2O2，然后依据电荷守恒前面加2个H＋，最后用O检查是否正确。
【例2－2】 答案：Fe＋8OH－－6e－===FeO＋4H2O　正
解析：首先分析化合价，铁作阳极Fe－6e－―→FeO，依电解质溶液可知用OH－配平电荷，Fe－6e－＋8OH－―→FeO，用水配平H，Fe－6e－＋8OH－―→FeO＋4H2O，最后用O检查是否配平。
【例3－1】 答案：(1)负　NaCl　AgNO3
(2)0.025
(3)4AgNO3＋2H2O通电,4Ag＋O2↑＋4HNO3
(4)12
解析：由c电极质量增加可知c电极的电极反应为Ag＋＋e－===Ag，c为阴极，所以a、b、c、d、e、f分别为阴极、阳极、阴极、阳极、阴极、阳极，M、N分别为负极、正极；乙烧杯中为AgNO3溶液，阳极发生4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，电池反应为4Ag＋＋2H2O通电,4Ag＋O2↑＋4H＋，电解过程中pH减小；由pH变化可知A、C分别为NaCl、Na2SO4；生成n(Ag)＝0.1 mol，所以转移0.1 mol电子，依据f电极电极反应4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，可知生成0.025 mol O2，依据甲池中的电池反应2Cl－＋2H2O通电,Cl2↑＋H2↑＋2OH－，可知生成n(OH－)＝0.1 mol，c(OH－)＝0.01 mol·L－1，c(H＋)＝1×10－12mol·L－1，pH＝－lgc(H＋)＝12。
【例3－2】 A　解析：一开始银作阳极失电子形成Ag＋，质量减少；铂作阴极，Ag＋在阴极得电子生成银单质，所以铂电极质量增加；反接后银作阴极，质量增加，铂上的银失电子，质量减少，当银反应完后，由于铂是惰性电极，所以OH－失电子产生氧气，再从电流和时间关系可得出①③正确。
演练巩固提升
1．A　解析：A选项，根据电解NaCl溶液的阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑，产生标准状况下22.4 L H2，转移2NA个电子，错误。
2．B　解析：图a中，烧杯底端的海水中含氧量比较少，故越靠近底端，铁棒发生吸氧腐蚀的速率应该减小，A项错误；图b中，当开关置于N时，左边的锌与合金形成了原电池，并且合金作正极，合金的腐蚀速率减小，B项正确；图c中，接通开关后，形成原电池，生成氢气的速率增大，但是氢气是在Pt电极上放出的，C项错误；图d中，在放电时应该是MnO2发生还原反应，D项错误。
3．D　解析：由题意知，断开K2，闭合K1时，两极均有气泡产生，则说明铜电极没有参与反应，则铜电极一定作阴极，石墨电极作阳极，所以总反应的离子方程式应为2Cl－＋2H2O通电,Cl2↑＋H2↑＋2OH－，铜电极附近溶液变红，故A、B项均错误；断开K1，闭合K2时，氯气在石墨电极上得到电子生成Cl－，氢气在铜电极上失去电子生成氢离子，所以此时石墨电极作正极，铜电极作负极，故C错误，D项正确。
4．D　解析：因放电顺序H＋＞K＋，故阴极电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；由于阳极的电极材料是惰性电极，故该电解池的阳极电极反应为：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，由于反应生成了H＋，增大了H＋的浓度，故平衡2CrO＋2H＋＋H2O正向移动，溶液颜色由黄色变为橙色，故A、B项正确；将上述电极反应合并可知C项正确；由总反应方程式4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋O2↑和电解装置可知，电解过程中阳极室的K＋通过阳离子交换膜进入阴极室，从而生成KOH。现设K2CrO4的起始物质的量为1 mol，转化的K2CrO4的物质的量为x，根据电解方程式可知生成的KOH的物质的量为x，阳极室剩余K＋物质的量为2 mol－x，阳极室中Cr的物质的量为1 mol，由题意得：＝d，解得x＝(2－d) mol，故铬酸钾的转化率为2－d，D项不正确。
5．答案：(1)bd　
(2)①HSO－2e－＋H2O===SO＋3H＋
②H＋在阴极得电子生成H2，溶液中的c(H＋)降低，促使HSO电离生成SO，且Na＋进入阴极室，吸收液得以再生
(3)①B　②2Cl－－2e－===Cl2↑　CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl　③不变　7.2
解析：(1)在电解过程中，不可能存在能量的完全转化，部分电能还可能转化为热能等，a项错误；阳离子向阴极移动，c选项错误。
(2)阳极发生氧化反应，所以HSO在阳极失去电子生成SO和H＋。
(3)根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律和本题图中的电极产物H2和Cl2可以判断出A为电源的正极，B为电源的负极，故阳极室中发生的反应依次为：2Cl－－2e－===Cl2↑，CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl；
③阴极反应为：6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑(或6H＋＋6e－===3H2↑)
阳极反应为：6Cl－－6e－===3Cl2↑
CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl
根据上述反应可以看出在阴、阳极上产生的OH－、H＋的数目相等，阳极室中反应产生的H＋通过质子交换膜进入阴极室与OH－恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；由上述电极反应可以看出，转移6 mol e－时，阴极产生3 mol H2，阳极产生1 mol N2和1 mol CO2，故电解收集到的13.44 L气体中V(N2)＝V(CO2)＝＝2.688 L，即n(N2)＝n(CO2)＝0.12 mol。
根据方程式CO(NH2)2＋3Cl2＋H2O===N2＋CO2＋6HCl可知生成0.12 mol N2所消耗的CO(NH2)2的物质的量也为0.12 mol，其质量为：m[CO(NH2)2]＝0.12 mol×60 g·mol－1＝7.2 g。

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