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专题4　反应热　电化学
纲 举 目 张
考向1　焓变(ΔH)与盖斯定律
1. (1)(2024·广东卷节选)酸催化下NaNO2与NH4Cl混合溶液的反应(反应a)，可用于石油开采中油路解堵。
①基态N原子价层电子的轨道表示式为______。
②反应a：NO(aq)＋NH(aq)===N2(g)＋2H2O(l)。
已知该反应及其能量关系如下：
则反应a的ΔH＝__________________________。
(2)(2023·湖南卷节选)苯乙烯的制备。已知下列反应的热化学方程式：
①C6H5C2H5(g)＋O2(g)===8CO2(g)＋5H2O(g)　ΔH1＝－4386.9kJ/mol
②C6H5CH===CH2(g)＋10O2(g)===8CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝－4263.1kJ/mol
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝－241.8kJ/mol
计算反应④C6H5C2H5(g)??H2(g)＋C6H5CH===CH2(g)的ΔH4＝____________kJ/mol。
(3)(2023·北京卷)二十世纪初，工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：
ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4；
ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。
结合反应过程中能量变化示意图(图1)，下列说法正确的是________(填字母)。
a. 活化能：反应ⅰ<反应ⅱ
b．ⅰ为放热反应，ⅱ为吸热反应
c. CO2(l)＋2NH3(l)===CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　ΔH＝E1－E4
图1
(4)(2022·广东卷)Cr2O3催化丙烷脱氢过程中，部分反应历程如图2，X(g)→Y(g)过程的焓变为________________________(列式表示)。
图2
(5)(2021·湖南卷节选)氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过氨热分解法制得到氢气。相关化学键的键能数据如下表所示：
化学键 N≡N H—H N—H
键能E/(kJ/mol) 946.0 436.0 390.8
在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：
①反应2NH3(g)??N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝______________ kJ/mol。
②已知该反应的ΔS＝198.9 J/(mol·K)，在下列哪些温度下反应能自发进行？________(填字母)。
A. 25 ℃ B. 125 ℃
C. 225 ℃ D. 325 ℃
考向2　化学反应进行的方向
2. (2022·湖南卷节选)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG＜0，则该反应可以自发进行。根据如图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是　____(填字母)。
A. C(s)＋O2(g)===CO2(g) B. 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C. TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D. TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===CO2(g)＋TiCl4(g)
考向3　原电池
3. (2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示，通过CuO催化消耗血糖发电，从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准，电池启动。血糖浓度下降至标准，电池停止工作(血糖浓度以葡萄糖浓度计)。
电池工作时，下列叙述错误的是( 　　)
A. 电池总反应为2C6H12O6＋O2===2C6H12O7
B. b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用
C. 消耗18 mg葡萄糖，理论上a电极有0.4 mmol 电子流入
D. 两电极间血液中的Na＋在电场驱动下的迁移方向为b→a
4. (2024·北京卷)酸性锌锰干电池的构造示意图如图。关于该电池及其工作原理，下列说法正确的是( 　　)
A. 石墨作电池的负极材料 B. 电池工作时，NH向负极方向移动
C. MnO2发生氧化反应 D. 锌筒发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋
考向4　电解池
5. (2024·湖南卷)在KOH水溶液中，电化学方法合成高能物质K4C6N16时，伴随少量O2生成，电解原理如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 电解时，OH－向Ni电极移动
B. 生成C6N的电极反应式：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋8H2O
C. 电解一段时间后，溶液pH升高
D. 每生成1 mol H2的同时，生成0.5 mol K4C6N16
6. (2024·湖北卷)我国科学家设计了一种双位点PbCu电催化剂，用H2C2O4和NH2OH电化学催化合成甘氨酸，原理如图，双极膜中H2O解离的H＋和OH－在电场作用下向两极迁移。已知在KOH溶液中，甲醛转化为HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－2－＋H2O。Cu电极上发生的电子转移反应为[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋H·。下列说法错误的是( 　　)
A. 电解一段时间后阳极区c(OH－)减小
B. 理论上生成1 mol H3N＋CH2COOH，双极膜中有4 mol H2O解离
C. 阳极总反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D. 阴极区存在反应：H2C2O4＋2H＋＋2e－===OHCCOOH＋H2O
7. (2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是( 　　)
A. 电极a连接电源负极
B. 加入Y的目的是补充NaBr
C. 电解总反应为Br－＋3H2OBrO＋3H2↑
D. 催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2
8. (2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图所示)，可用于湿法冶铁的研究。电解过程中，下列说法不正确的是( 　　)
A. 阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑
B. 阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高
C. 理论上每消耗1 mol Fe2O3，阳极室溶液减少213 g
D. 理论上每消耗1 mol Fe2O3，阴极室物质最多增加138 g
9. (2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时，采用高浓度的K＋抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率，装置如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 析氢反应发生在IrOx－Ti电极上
B. Cl－从Cu电极迁移到IrOx－Ti电极
C. 阴极发生的反应有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D. 每转移1 mol电子，阳极生成11.2 L气体(标准状况)
10. (2023·广东卷)用一种具有“卯榫”结构的双极膜组装电解池，如图所示，可实现大电流催化电解KNO3溶液制氨。工作时，H2O在双极膜界面处被催化解离成H＋和OH－，有利于电解反应顺利进行。下列说法不正确的是( 　　)
A. 电解总反应：KNO3＋3H2O===KOH＋NH3·H2O＋2O2↑
B. 每生成1 mol NH3·H2O，双极膜处有9 mol的H2O解离
C. 电解过程中，阳极室中KOH的物质的量不因反应而改变
D. 相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构可提高氨生成速率
考向5　可逆电池
11. (2024·安徽卷) 我国学者研发出一种新型水系锌电池，其示意图如下。该电池分别以Zn－TCPP (局部结构如标注框内所示)形成的稳定超分子材料和Zn为电极，以ZnSO4和KI混合液为电解质溶液。下列说法错误的是( 　　)
A. 标注框内所示结构中存在共价键和配位键
B. 电池总反应为I＋ZnZn2＋＋3I－
C. 充电时，阴极被还原的Zn2＋主要来自Zn－TCPP
D. 放电时，消耗0.65 g Zn，理论上转移0.02 mol 电子
12. (2024·全国甲卷)科学家使用δ－MnO2研制了一种MnO2－Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是( 　　)
A. 充电时，Zn2＋向阳极方向迁移
B. 充电时，会发生反应：Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C. 放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－
D. 放电时，Zn电极质量减少0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
13. (2023·福建卷)一种可在较高温下安全快充的铝－硫电池的工作原理如图，电解质为熔融氯铝酸盐(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔点为93 ℃的共熔物)，其中氯铝酸根起到结合或释放Al3＋的作用。电池总反应：2Al＋3xSAl2(Sx)3。下列说法错误的是( 　　)
A. AlnCl含4n个Al—Cl
B. AlnCl中同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个
C. 充电时，再生1 mol Al单质至少转移3 mol 电子
D. 放电时间越长，负极附近熔融盐中n值小的AlnCl浓度越高
考向6　金属的腐蚀与防护
14. (2024·湖北卷)2024年5月8日，我国第三艘航空母舰福建舰顺利完成首次海试。舰体表面需要采取有效的防锈措施，下列防锈措施不形成表面钝化膜的是( 　　)
A. 发蓝处理 B. 阳极氧化
C. 表面渗镀 D. 喷涂油漆
15. (2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用，其钢铁外壳镶嵌了锌块，以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是( 　　)
A. 钢铁外壳为负极 B. 镶嵌的锌块可永久使用
C. 该法为外加电流法 D. 锌发生反应：Zn－2e－===Zn2＋
1. (2024·广州期末)化学反应常伴随着热量的释放或吸收。下列说法正确的是( 　　)
A. 催化剂可降低反应的ΔH，加快反应速率
B. C(s，石墨)===C(s，金刚石)　ΔH＝＋1.9 kJ/mol，则石墨比金刚石稳定
C. H2的燃烧热为－285.8 kJ/mol，则H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－285.8 kJ/mol
D. 稀醋酸与NaOH稀溶液发生中和反应，生成1 mol H2O时放出的热量等于57.3 kJ
2. (2024·合肥二模)热电化学电池是一种新型的低成本低品位热富集体系，工作原理如图所示，含羧基的纳米颗粒在不同温度下溶胀或收缩，从而释放或吸收H＋驱动电极反应发生。下列说法错误的是( 　　)
A. 该电池工作时电子由热端经外电路流向冷端
B. 冷端的电极反应式为
C. 含羧基的纳米颗粒在热端溶胀释放H＋
D. 温差恒定，该体系会形成连续的反应和持续的电流
3. (2024·安庆二模)电催化氮还原反应法(NRR)是以水和氮气为原料，在常温常压下通过电化学方法催化合成氨气，其工作电极材料是由六亚甲基四胺(HMTA)与三氯化钒合成的二维钒基复合纳米材料(简称V－HMTA)。其工作原理如图所示，下列说法错误的是( 　　)
A. 石墨电极与外接电源正极相连
B. 工作电极V－HMTA具有较高的表面积，能提高单位时间内氨气的产率
C. 电路中通过0.06 mol电子时，两极共有0.035 mol气体逸出
D. 隔膜为质子交换膜
4. (2024·武汉调研)含硝酸盐废水和乙二醇共电解可生成氨气和乙醇酸，原理示意图如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. b为直流电源的负极
B. 每转移2 mol电子，理论上应生成5.6 L NH3
C. NO与乙二醇消耗的物质的量之比为1∶2
D. H＋通过质子交换膜向左迁移，左侧溶液pH下降
能力1　反应热　热化学方程式
1. 焓变ΔH的计算
ΔH与反应前后物质的能量 放热反应 吸热反应
ΔH＝∑E(生成物总和)－∑E(反应物总和)
ΔH与键能 ΔH＝∑(反应物键能总和)－∑(生成物键能总和)
ΔH与活化能 ΔH＝E(正反应活化能)－E(逆反应活化能)
ΔH与盖斯定律 利用盖斯定律求热化学方程式中的焓变ΔH＝____________________
[说明]
(1) 物质的能量越低越稳定。
(2) 1 mol常见物质中含有的化学键的物质的量如表所示：
物质 金刚石 硅 SiO2 P4
化学键 C—C Si—Si Si—O P—P
所含化学键的物质的量/mol 2 2 4 6
2. 常考归纳
(1)燃烧热中，反应物完全燃烧，生成指定的产物，如可燃物中C元素变为CO2(g)，H元素变为H2O(l)，硫元素变为SO2(g)，氮元素变为N2(g)等。
(2)实验测得，在25℃和101kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1 molH2O(g)时，放出57.3kJ的热量。
①中和反应中，若用弱酸代替强酸(或用弱碱代替强碱)，因电离吸热，放出的热量减少。
②中和反应中，若用浓硫酸(或NaOH固体)作反应物，放出热量增多。
③若是稀硫酸和Ba(OH)2反应，生成1 mol H2O(l)时所释放的热量会比57.3 kJ多，原因是H＋与OH－结合成1 mol H2O(l)的同时，Ba2＋和SO结合成BaSO4沉淀也会放热。
(3)热化学方程式的书写(写出图1、图2表示的热化学方程式)。
图1：________________________________________________________________________________。
图2：________________________________________________________________________________。
能力2　原电池与电解池的比较
1. 电池的判断
无外接电源的是原电池；有外接电源的是电解池。
2. 电极的判断
3. 举例
类型 原电池 电解池
原理 化学能转化为电能 电能转化为化学能
装置图分析
离子移动方向 阳离子移向正极，阴离子移向负极 阳离子移向阴极，阴离子移向阳极
电极反应 负极：Zn－2e－===Zn2＋正极：Cu2＋＋2e－===Cu 阴极：Cu2＋＋2e－===Cu阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
电池反应 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu CuCl2Cu＋Cl2↑
注意 电子经过导线，不经过电解质溶液；离子经过电解质溶液，不经过导线
能力3　电极反应式的书写
1. 原电池
(1) 氢氧燃料电池
负极反应式 正极反应式
酸性介质 H2－2e－===2H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性介质 H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2) 有机物燃料电池
①在酸性电池中，电极反应式用H＋平衡电荷，不能出现OH－。负极生成H＋，正极消耗H＋。
以CH4燃料电池为例 (电解液为H2SO4溶液)，写出电极反应式。
负极：______________________________________
正极：______________________________
电池总反应：________________________________
②在碱性电池中，电极反应式用OH－平衡电荷，不能出现H＋、CO2(应为CO)。负极消耗OH－，正极生成OH－。
以CH4燃料电池为例(电解液为KOH溶液)，写出电极反应式。
负极____________________________________________
正极：________________________________
电池总反应：____________________________________________
③熔融碳酸盐燃料电池(CO平衡电荷)。
负极：燃料失去电子， 生成CO2。
正极：氧气得到电子，生成CO。
以甲烷为例，写出电极反应式。
负极：____________________________________________
正极：__________________________________
电池总反应：________________________________
④熔融氧化物燃料电池(O2－平衡电荷)。
以甲烷为例，写出电极反应式。
负极：______________________________________
正极：______________________
电池总反应：________________________________
(3) 肼燃料电池
电解质 负极反应式 正极反应式
酸性介质 ______________________________ ______________________________
碱性介质 ________________________________________ ________________________________
熔融氧化物 ______________________________________ ______________________
熔融碳酸盐 ____________________________________________________ __________________________________
2. 电解池
(1)用惰性电极电解不同溶液类型
类型 实例 电极反应式 电解对象 溶液pH 溶质特点及作用
电解水 NaOH 阳极：__________________________________阴极：__________________________________ H2O 增大 不改变总反应，作用是增强溶液的导电性
H2SO4 阳极：________________________________阴极：________________________ H2O 减小
Na2SO4 阳极：________________________________阴极：__________________________________ H2O 不变
电解电解质 HCl 阳极：____________________________阴极：________________________ HCl 增大 溶质参与反应
放出H2生成碱 NaCl 阳极：____________________________阴极：__________________________________ Cl－和H2O 增大
放出O2生成酸 CuSO4 阳极：________________________________阴极：________________________ Cu2＋和H2O 减小 溶质和水均参与反应
(2)电解的应用
①电冶金(冶炼钠、镁、铝)
冶炼金属 总反应 电极反应式
钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：____________________________阴极：______________________
镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：____________________________阴极：________________________
铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：________________________阴极：________________________
说明：电解NaCl、MgCl2溶液，得不到金属钠、金属镁
②粗铜精炼 (含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)
铜的电解精炼示意图 电极材料 阳极：________；阴极：________
电解质溶液 ________________
阳极反应式 ________________________、________________________、________________________、________________________
阴极反应式 ________________________
ⅰ.电解质溶液中的c(Cu2＋)：________(填“增大”“不变”或“减小”)；ⅱ.一般情况下，阳极金属减轻的质量______(填“＝”或“≠”)阴极金属增加的质量；ⅲ.比铜活泼的金属(Zn、Fe、Ni)失电子转化为离子留在溶液中，比铜不活泼的金属(Ag、Au)沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)
③电镀(以电镀银为例)
电极材料 阳极：镀层金属(银)；阴极：待镀金属制品
电镀液 含________的电解质溶液
电极反应式 阳极：______________________；阴极：______________________
ⅰ.电镀液中c(Ag＋)：________(填“增大”“不变”或“减小”)；ⅱ.阳极金属减轻的质量______(填“＝”或“≠”)阴极金属增加的质量
④氯碱工业
电极反应式 阳极：____________________________阴极：__________________________________
总反应 2NaCl＋2H2O____________________________
阳离子交换膜的作用 ⅰ.避免H2和Cl2混合引起爆炸；ⅱ.避免Cl2和NaOH反应，提高碱的纯度ⅲ.Na＋从左室向右室迁移
注意：少量NaOH的作用是增强溶液的导电性且不引入杂质；电解所用的食盐水要精制
3. 可逆电池
(1)铅酸蓄电池
装置图
电极反应式、反应类型等 ①负极：___________________________ _________(________反应)正极：___________________________________________________(________反应) ②阴极：____________________________________(接外电源的______极，________反应)阳极：________________________________ ____________________(接外电源的______极，________反应)
总反应 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
(2) 锂电池
电池类型 电池装置 放电过程的电极反应
①Li－CO2电池电池总反应：4 Li＋3CO22 Li2CO3＋C(隔膜只允许锂离子通过，向______极移动) 放电时，锂为负极，电极反应式：______________________CO2极为正极，电极反应式：________________________________________________
②LiFePO4－C电池电池总反应：Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C(隔膜只允许锂离子通过，向______极移动) 放电时，M为负极，电极反应式：__________________________________N为正极，电极反应式：________________________________________________
③全固态锂－硫电池电池总反应：16 Li＋xS88 Li2Sx(2≤x≤8)(Li＋移向正极a)a电极掺有石墨烯的目的：__________________ 放电时，电极b为负极，电极反应式： Li－e－===Li＋电极a为正极，电极反应式：__________________________________(2 Li＋＋3 Li2S8＋2e－===4 Li2S6、2 Li＋＋2 Li2S6＋2e－===3 Li2S4、2 Li＋＋Li2S4＋2e－===2 Li2S2 )
④锂－空气电池电池总反应：4 Li＋O2＋2H2O 4 LiOH(Li＋由A极向正极B移动) 放电时，A为负极，电极反应式：______________________B为正极，电极反应式：________________________________(电解液a不能是水溶液，因为金属锂可与水反应)
能力4　离子交换膜的作用
1. 离子交换膜的种类
种类 说明
阳离子交换膜 只允许阳离子通过
阴离子交换膜 只允许阴离子通过
质子交换膜 只允许H＋通过
锂离子交换膜 只允许Li＋通过
2. 离子交换膜的作用
作用 说明
平衡电荷 平衡两极区的电荷
避免反应 避免两极产物发生反应
形成浓差电池 形成交换膜两边电解质溶液浓度不同的浓差电池(离子迁移的方向是浓度大的向浓度小的方向迁移)
3. 举例说明
类型 装置特点 分析
根据产物及电源判断膜的种类 三室式电渗析法处理Na2SO4废水： ①阴极产生氢气：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；阳离子Na＋穿过______离子交换膜(填“阴”或“阳”，下同)进入______极区，平衡电荷②阳极产生氧气：2H2O－4e===O2↑＋4H＋；阴离子SO穿过______离子交换膜进入______极区，平衡电荷③离子交换膜的作用：平衡电荷；使产品____________(填化学式，下同)和__________分开
根据产物判断膜的种类
根据浓差电池中离子的迁移方向判断膜的种类 随着反应进行，左右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流将减小，电流计指针偏转幅度逐步变小。当左右两侧离子浓度相等时，电池将停止工作、不再有电流产生，此时溶液中左、右边硝酸银溶液的物质的量浓度相等 ①正、负电极均为Ag单质，左池为AgNO3稀溶液，右池为AgNO3浓溶液。只有两边AgNO3溶液浓度不同，才能形成浓差电池②离子交换膜的作用是不允许________穿过，只允许__________穿过。所以是______离子交换膜。负极Ag失电子变成Ag＋，为了平衡电荷，正极区多余的__________就穿过交换膜向负极移动
能力5　金属的腐蚀与防护
1. 金属的腐蚀类型
类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 酸性较强 弱酸性、中性、碱性
负极 Fe－2e－===Fe2＋
正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
说明 ①吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍；②2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
2. 金属的保护方法
(1) 改变金属材料的组成：把Ni、Cr等加入金属中制成不锈钢
(2) 在金属表面覆盖保护层：电镀、涂油脂、喷油漆、覆盖搪瓷、包裹塑料等。
(3) 电化学保护法
原理 保护方法 举例 说明
原电池原理 牺牲阳极法 将被保护的金属作原电池正极(阴极)；活泼金属作________(阳极)，阳极要定期予以更换
电解池原理 外加电流法 将被保护的金属与电源________相连，作电解池的________；另一附加惰性电极与电源________相连，作电解池的________(辅助阳极)
类型1　焓变
例1　(2024·东莞)化学反应过程中伴随着能量变化。
(1)有机物M经过太阳光光照可转化成N，转化过程如下。已知：转化的ΔH＝＋88.6 kJ/mol。
则M、N相比，较稳定的是______。
(2)25 ℃、101 kPa下，液态甲醇(CH3OH)的燃烧热为726.5 kJ/mol。已知：H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.0 kJ/mol，写出该条件下甲醇燃烧生成水蒸气的热化学方程式：____________________________ __________________________________________________________________。
(3)单斜硫和正交硫转化为SO2的能量变化图如图。
32 g单斜硫转化为正交硫的反应热为ΔH＝______________kJ/mol，单斜硫比正交硫的稳定性______(填“强”或“弱”)。
(4)H2和I2在一定条件下能发生反应：H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH＝－a kJ/mol
已知：
a、b、c均大于0，则断开1 mol H—I所需能量为______kJ/mol。
类型2　盖斯定律
例2　(1)(2024·广州二模)天然气(含CH4、CO2、H2S等)的脱硫和重整制氢综合利用，具有重要意义。用Fe2O3干法脱硫涉及的反应如下：
Fe2O3(s)＋3H2S(g)===Fe2S3(s)＋3H2O(g)　ΔH1
Fe2O3(s)＋3H2S(g)===2FeS(s)＋S(s)＋3H2O(g)　ΔH2
2Fe2S3(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)＋6S(s)　ΔH3
4FeS(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)＋4S(s)　ΔH4
反应2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)的ΔH5＝__________________________________(写出一个代数式即可)。
(2)(2024·广州三模)CO2转化成可利用的化学能源的“负碳”研究对解决环境、能源问题意义重大。以CO2、H2为原料合成CH3OH涉及的反应如下：
反应ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
反应ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ/mol
反应ⅲ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3＝－90.0 kJ/mol
计算反应ⅰ的ΔH1＝____________________________。
类型3　原电池原理
例3　(2024·济南一模)我国科学家发现，利用如下装置可以将邻苯二醌类物质转化为邻苯二酚类物质，已知双极膜(膜a、膜b)中间层中的H2O可解离为H＋和OH－。下列说法错误的是( 　　)
A. 电极电势：M＜N
B. M极电极反应式为B2H6＋14OH－－12e－===2BO＋10H2O
C. 工作一段时间后，装置中需要定期补充H2SO4和NaOH
D. 制取0.2 mol邻苯二酚类物质时，理论上有0.8 mol OH－透过膜a
类型4　电解池原理
例4　(2024·黑吉辽卷)“绿色零碳”氢能前景广阔。为解决传统电解水制“绿氢”阳极电势高、反应速率缓慢的问题，科技工作者设计耦合HCHO高效制H2的方法，装置如图所示。部分反应机理如下：
下列说法错误的是( 　　)
A. 相同电量下H2理论产量是传统电解水的1.5倍
B. 阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C. 电解时OH－通过阴离子交换膜向b极方向移动
D. 阳极反应式：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑
类型5　可逆电池
例5　(2024·河北卷)我国科技工作者设计了如图所示的可充电Mg－CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1,3－丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是( 　　)
A. 放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移
D. 放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2
类型6　电化学的应用
例6　(2024·肇庆一检)NOx是汽车尾气中的主要污染物之一，通过NOx传感器可监测NOx的含量，其工作原理如图所示。下列说法正确的是( 　　)
A. 该装置将电能转化为化学能
B. Pt电极为负极
C. 外电路中，电子从Pt电极流出
D. NiO电极的电极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2
类型7　金属的腐蚀与防护
例7　(2024·浙江卷6月)金属腐蚀会对设备产生严重危害，腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。下图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图：
下列说法正确的是( 　　)
A. 图1、图2中，阳极材料本身均失去电子
B. 图2中，外加电压偏高时，钢闸门表面可发生反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 图2中，外加电压保持恒定不变，有利于提高对钢闸门的防护效果
D. 图1、图2中，当钢闸门表面的腐蚀电流为零时，钢闸门、阳极均不发生化学反应
1. (2024·湖南卷)近年来，我国新能源产业得到了蓬勃发展。下列说法错误的是( 　　)
A. 理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点
B. 氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点
C. 锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌，充电时锂离子从正极脱嵌
D. 太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置
2. (2024·湖北名校联考)为了保护环境、充分利用铅资源，科学家设计了如下的H2－铅化合物燃料电池实现铅单质的回收。
下列有关说法错误的是( 　　)
A. 正极区溶液pH升高，负极区溶液pH降低
B. 电子流向：电极b→负载→电极a
C. 正极区电极反应式为HPbO＋H2O＋2e－===Pb＋3OH－
D. 为了提高Pb的回收率，离子交换膜为阴离子交换膜
3. (2024·福州三模)我国科学家利用铜催化剂催化电解碱性甲醛溶液实现阴阳两极同时制氢，其原理如图所示。电解过程中，电极b上同时产生H2与HCOO－的物质的量之比为1∶2。下列说法错误的是( 　　)
A. 电极a连接电源的负极
B. 电极b上的电极反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
C. 电解过程中a、b两极产生H2的体积比为1∶1
D. 电解过程共收集到H2 22.4 L(标准状况)，则通过阴离子交换膜的OH－为2 mol
4. (2024·芜湖二模)金属腐蚀现象普遍存在，采取有效措施防止金属腐蚀尤为重要。下列措施达不到金属防护目的的是( 　　)
A. 锅炉内壁安装镁合金 B. 向普通钢中加入铬、镍等金属
C. 钢闸门与外接电源的正极相连 D. 用化学方法在钢铁表面进行发蓝处理
专题4　反应热　电化学
【高考溯源】
1. (1)①　②ΔH1－ΔH2－ΔH3＋ΔH4
(2)＋118　(3)ab　(4)E1－E2＋ΔH＋E3－E4　(5)①＋90.8　②CD
【解析】 (1)②结合已知图示可得：
Ⅰ. NaNO2(s)＋NH4Cl(s)===N2(g)＋NaCl(s)＋2H2O(l)　ΔH1；
Ⅱ. NaNO2(s)===Na＋(aq)＋NO(aq)　ΔH2；
Ⅲ. NH4Cl(s)===NH(aq)＋Cl－(aq)　ΔH3；
Ⅳ. NaCl(s)===Na＋(aq)＋Cl－(aq)　ΔH4。
反应a可由反应Ⅰ－反应Ⅱ－反应Ⅲ＋反应Ⅳ得到，则反应a的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＋ΔH4。(2)根据盖斯定律知，由①－(②＋③)可得④，则ΔH4＝ΔH1－(ΔH2＋ΔH3)＝{－4 386.9－[(－4 263.1)＋(－241.8)]} kJ/mol＝＋118 kJ/mol。(5)①ΔH＝反应物键能和－生成物键能和＝[2×390.8×3－(946.0＋436.0×3)]kJ/mol＝＋90.8 kJ/mol。②ΔH－TΔS＜0时，正反应能自发进行，其中ΔH＝＋90.8 kJ/mol，ΔS＝198.9 J/(mol·K)，则T＞＝≈456.5 K＝183.5 ℃，C、D正确。
2. C　【解析】 由图可知，600 ℃时，ΔG＞0的仅有反应TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)，根据盖斯定律，反应TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由A和C项中反应相加得到，由此判断其ΔG＜0，反应自发进行。
3. C　【解析】 a极上O2发生还原反应生成OH－，则a极为正极，正极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b极为负极，负极反应式为2CuO＋C6H12O6===Cu2O＋C6H12O7、Cu2O－2e－＋2OH－===2CuO＋H2O。每消耗一分子葡萄糖会转移2个电子，18 mg葡萄糖物质的量为0.1 mmol，转移电子物质的量为0.2 mmol，理论上a电极流入0.2 mmol电子，C错误。
4. D　【解析】 酸性锌锰干电池，锌筒为负极，石墨电极为正极，负极发生失电子的氧化反应：Zn－2e－===Zn2＋，A错误、D正确；原电池工作时，阳离子向正极(石墨电极)方向移动，B错误；MnO2发生得电子的还原反应，C错误。
5. B　【解析】 结合图示和题干信息，右侧Ni电极为阴极，发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，左侧Pt电极为阳极，主要发生反应：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋8H2O，同时发生副反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(题干中有信息“伴随少量O2生成”，且图上也显示有O2生成)。电解池工作时，阴离子移向阳极，即OH－向Pt电极移动，A错误；将两电极反应式相加，电池发生的总反应主要为2C3N8H4＋4OH－C6N＋2H2↑＋4H2O，其次是2H2O2H2↑＋O2↑，电解一段时间后，由于消耗OH－且生成水，溶液pH降低，C错误；每生成1 mol H2，转移2 mol e－，若阳极只发生生成K4C6N16的反应，根据得失电子守恒，生成0.5 mol K4C6N16，但阳极还有副反应发生，副反应生成O2 ，故生成K4C6N16的物质的量小于0. 5 mol，D错误。
6. B　【解析】 根据题目信息可知，阳极反应式：[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋H·，H·转化为H2 ，其总反应式为2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑，因此Cu电极为阳极，PbCu电极为阴极，阴极反应式：7H＋＋NH2OH＋H2C2O4＋6e－===H3N＋CH2COOH＋3H2O。阳极失去2 mol电子，消耗4 mol OH－，双极膜会迁移2 mol OH－ ，因此阳极c(OH－)减小，A正确；根据阴极反应式可知生成1 mol H3N＋CH2COOH时转移6 mol电子，则双极膜分解6 mol水，B错误；Pb电极上H2C2O4转化为乙醛酸，存在H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHC—COOH＋H2O，D 正确。
7. B　【解析】 电极b上Br－发生氧化反应生成BrO，电极b为阳极，阳极反应式为Br－－6e－＋6OH－===BrO＋3H2O，电极a为阴极，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，催化反应为2BrO2Br－＋3O2↑。电极a为阴极，连接电源负极，A正确；根据电极反应式，每转移6 mol电子，阴极消耗6 mol H2O，而阳极生成3 mol H2O，所以加入Y的目的为补充H2O，B错误；结合阴阳两极电极反应式可得电解总反应式为Br－＋3H2OBrO＋3H2↑，C正确；根据催化反应离子方程式可得n(O2)∶n(Br－)＝3∶2，D正确。
8. C　【解析】 左侧铁为阴极，阴极反应式为Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－，阴极区溶液中OH－浓度逐渐升高，右侧电极为阳极，阳极上氯离子放电生成氯气：2Cl－－2e－===Cl2↑，A、B正确；理论上每消耗1 mol Fe2O3，转移6 mol电子，生成3 mol氯气，同时有6 mol Na＋由阳极移向阴极，阳极室溶液减少质量＝3 mol×71 g/mol＋6 mol×23 g/mol＝351 g，阴极室物质最多增加6 mol×23 g/mol＝138 g，C错误、D正确。
9. C　【解析】 该装置为电解池，与直流电源正极相连的IrOx－Ti电极为电解池的阳极，电极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，铜电极为阴极，电极反应式为2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，电解池工作时，氢离子通过质子交换膜由阳极室进入阴极室。析氢反应为还原反应，应在阴极发生，即在铜电极上发生，A错误；离子交换膜为质子交换膜，只允许氢离子通过，Cl－不能通过，B错误；水在阳极失去电子发生氧化反应生成氧气和H＋，每转移1mol电子，生成0.25molO2，在标准状况下体积为5.6L，D错误。
10. B　【解析】 催化电解 KNO3溶液制氨可知，在电极a处KNO3放电生成NH3，则发生还原反应，故电极a为阴极，电极反应式为NO＋8e－＋7H2O===NH3·H2O＋9OH－，电极b为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则电解总反应为KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，A正确；每生成1 mol NH3·H2O，阴极得8 mol e－，同时双极膜处有8 mol的H2O解离，B错误；电解过程中，阳极室每消耗4 mol OH－，同时有4 mol OH－通过双极膜进入阳极室，KOH的物质的量不因反应而改变，C正确；相比于平面结构双极膜，“卯榫”结构具有更大的膜面积，有利于H2O被催化解离成H＋和OH－，可提高氨生成速率，D正确。
11. C　【解析】 该装置为水系锌电池，左边电极为Zn，作负极，发生的反应为Zn－2e－===Zn2＋，右边电极中I转化为I－，为正极，发生的反应为I＋2e－===3I－。标注框内所示结构中存在C—C 与C—N，属于共价键，N与Zn2＋之间形成配位键，A正确；电池总反应为I＋ZnZn2＋＋3I－，B正确；充电时溶液中的Zn2＋优先在阴极被还原，Zn2＋主要来自电解质溶液，C错误；0.65 g Zn为0.01 mol，依据Zn～2e－，电路转移0.02 mol电子，D正确。
12. C　【解析】 放电时，Zn电极为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，MnO2电极为正极，电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－、2MnO2＋2e－＋Zn2＋===ZnMn2O4；充电时，Zn电极为阴极，阴极反应式为Zn2＋＋2e－===Zn，MnO2电极为阳极，电极反应式为MnOOH－e－＋OH－===MnO2＋H2O、ZnMn2O4－2e－===2MnO2＋Zn2＋，充电时，阳离子移向阴极，A、B错误，C正确；放电时，Zn电极质量减少0.65 g(即0.01 mol)，转移电子物质的量为0.020 mol，若只生成MnOOH，则生成MnOOH的物质的量为0.020 mol, 但还有少量ZnMn2O4生成，所以生成MnOOH的物质的量小于0.020 mol，D错误。
13. D　【解析】 放电时为原电池，S在正极得电子发生还原反应，钨丝为正极，铝为负极。AlnCl的结构为，所以1个AlnCl中含4n个Al—Cl，A正确：由AlnCl的结构可知同时连接2个Al原子的Cl原子有(n－1)个，B正确；充电时，在阴极Al3＋得电子生成Al，发生还原反应，Al～3e－，阴极生成1 mol Al单质时，需要转移电子的物质的量为3 mol，C正确；由总反应可知放电时间越长，负极铝失去电子生成的Al3＋越多，所以负极附近n值大的AlnCl浓度越高，D错误。
14. D　【解析】 发蓝处理可使钢铁表面形成致密氧化膜，A正确；通过电解使阳极金属失电子发生氧化反应，生成致密氧化膜，B正确；表面渗镀在金属表面形成钝化膜，C正确；喷涂油漆是将油漆作为涂层附着在金属表面，没有和金属发生反应，因此无法形成钝化膜，D错误。
15. D　【解析】 钢铁外壳镶嵌锌块防腐蚀属于牺牲阳极法，钢铁外壳和锌块组成原电池，钢铁外壳作正极被保护，A、C错误；镶嵌的锌块作原电池负极，发生的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，属于损耗电极，需要定期更换，B错误、D正确。
【模考前沿】
1. B　【解析】 催化剂可以改变反应速率，但不能改变反应的焓变，A错误；石墨转化为金刚石为吸热反应，可知金刚石的能量比石墨的能量高，所以石墨比金刚石稳定，B正确；表示氢气的燃烧热的热化学方程式中水为液态，C错误；电离过程需吸收能量，CH3COOH是一元弱酸，故稀醋酸与NaOH稀溶液反应生成1 mol水，放出的热量小于57.3 kJ，D错误。
2. C　【解析】 由图可知，原电池工作时冷端→，发生加氢反应(还原反应)，热端→，发生去氢反应(氧化反应)，即冷端为正极，热端为负极，正极反应式为＋2H＋＋2e－―→ ，负极反应式为－2e－―→＋2H＋，原电池工作时电子由热端经外电路流向冷端，A、B正确；含羧基的纳米颗粒在热端收缩吸收H＋驱动电极反应发生，C错误；含羧基的纳米颗粒在不同温度下溶胀或收缩，从而释放或吸收H＋驱动电极反应发生，则温差恒定时该电池能持续工作，形成连续的反应和持续的电流，D正确。
3. D　【解析】 石墨电极为阳极，电极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，工作电极为阴极，电极反应式为N2＋6e－＋6H＋===2NH3。石墨电极是阳极，与外接电源正极相连，A正确；工作电极V－HMTA具有较高的表面积，能提高单位时间内氨气的产率，B正确；氨气和氧气在水中都有一定的溶解度，电路中通过0.06 mol电子时，两极逸出的气体的物质的量之和小于0. 035 mol，C错误；阳极产生的H＋通过隔膜迁移到阴极参与反应，则隔膜为质子交换膜，D正确。
4. C　【解析】 左侧电极NO发生还原反应生成氨气，则左侧电极为阴极，电极反应式为NO＋8e－＋9H＋===NH3↑＋3H2O，右侧为阳极，电极反应式为HOCH2CH2OH－4e－＋H2O===HOCH2COOH＋4H＋。与b相连的电极发生氧化反应，故b为直流电源的正极，A错误；根据电极反应式，每转移2 mol电子，理论上应生成0.25 mol NH3，题目未给出标准状况的条件，无法使用22. 4 L/mol 计算气体体积，B错误；根据电极反应式，当转移电子数相等时，消耗的NO与乙二醇物质的量之比为1∶2，C正确；根据电极反应，虽然阳极生成的H＋通过质子交换膜向左迁移，但左侧消耗H＋更多，且有NH3和H2O生成，故左侧溶液pH增大，D错误。
【举题固法】
例1　(1) M　(2) CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－638.5 kJ/mol　(3) －0.33　弱　(4)
【解析】(1) M转化为N为吸热反应，故M所具有的能量较低，M较稳定。(2) 在25 ℃、101 kPa下，由甲醇的燃烧热可知：①CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－726.5 kJ/mol；②H2O(l)===H2O(g)　ΔH2＝＋44.0 kJ/mol，根据盖斯定律，①＋2×②可得：CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝ΔH1＋2×ΔH2＝－638.5 kJ/mol。(3) 由图可知：ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(－297.16 ＋296.83 )kJ/mol＝－0.33 kJ/mol，因为ΔH＜0，故单斜硫的能量大于正交硫，正交硫更稳定。(4) 设1 mol H—I断裂吸收的能量为x，ΔH＝反应物的键能总和－生成物的键能总和，则有：b＋c－2x＝－a，解得：x＝。
例2　(1)ΔH1＋ΔH3或ΔH2＋ΔH4
(2)－48.8 kJ/mol
例3　C　【解析】 左侧为原电池负极，发生氧化反应：B2H6＋14OH－－12e－===2BO＋10H2O；右侧为正极，电极电势：M＜N，A、B正确；双极膜内产生的H＋移向N极，OH－移向M极，根据电极反应式和电荷变化(与电路中转移电子数相等)可知，需要定期补充H2O和NaOH，C错误；制取0.2 mol邻苯二酚类物质时，转移0.8 mol e－，理论上有0.8 mol OH－通过膜a，D正确。
例4　A　【解析】 根据题目信息可知，电解过程b极HCHO转变为HCOO－，失去电子，因此b极为阳极，a极为阴极，由于a极区为KOH溶液，因此H2O在阴极得电子生成H2和OH－，阳极反应式：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑；阴极反应式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。相同电量即转移相同电子数，传统电解水仅有一个电极产生H2，该装置两极同时产生H2，当转移1 mol电子时，传统电解水产生0.5 mol H2，本装置两极共产生1 mol H2，因此理论产量是传统电解水的2倍，A错误；电解池使用阴离子交换膜，阴极产生的OH－向阳极移动，C正确。
例5　C　【解析】 由题可知，放电时CO2还原产物为MgC2O4，所以多孔碳纳米管电极为正极，Mg电极为负极。放电时，初始反应物为Mg和CO2，因此总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4，A正确；充电时，多孔碳纳米管电极连接电源的正极，B正确；充电时，电池中的Mg电极连接电源的负极作阴极，电子流向Mg电极，C错误；放电时，正极反应为2CO2 ＋2e－＋Mg2＋===MgC2O4，转移1 mol 电子，消耗1 mol CO2，D正确。
例6　D　【解析】 该装置为原电池，将化学能转化为电能，A错误；由离子的定向移动可知NiO极为原电池的负极，Pt极为原电池的正极，B错误；NiO电极是负极，电子从负极通过外电路流向正极，C错误；NiO电极上是一氧化氮失去电子和氧离子结合生成二氧化氮，其电极反应式为NO＋O2－－2e－===NO2，D正确。
例7　B　【解析】 图2中是惰性辅助阳极，阳极材料本身不失去电子，A错误；图2中通电后应不断调整外加电压，强制电子流向钢闸门，使其表面腐蚀电流降至0，C错误；当钢闸门表面的腐蚀电流为0时阳极发生化学反应，D错误。
【能力评价】
1. D　【解析】 太阳能电池是一种将太阳能或光能转化为电能的装置，D错误。
2. D　【解析】 该装置为燃料电池，能实现Pb单质回收，H2在右侧失去电子，因此b为负极，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O，a为正极，电极反应式为HPbO＋H2O＋2e－===Pb＋3OH－。依据电极反应式，正极区产生OH－，pH升高，负极区消耗OH－，pH降低，A正确：电极a为正极，电子从负极(电极b)经过导线流入正极(电极a)，B正确；由于左侧电解质溶液中含有HPbO，若用阴离子交换膜，则HPbO会迁移至右侧溶液中，不利于Pb的回收，所以应该用阳离子交换膜，D错误。
3. D　【解析】 电极a上H2O转化成H2，故电极a是阴极，连接电源的负极，A正确；由电极b上HCHO转化成H2和HCOO－，且H2和HCOO－的物质的量之比为1∶2，溶液呈碱性，因此电极反应式为2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，B正确；电解过程中电极a上产生一个H2分子，H2O得到2个电子，电极b上产生一个H2分子，HCHO失去2个电子，因此电解过程中a、b两极产生H2的体积在相同条件下是一样的，C正确；电解过程共收集到22.4 L H2(标准状况)，H2物质的量为1 mol，由选项C可知a电极和b电极上分别产生了0.5 mol氢气，则通过阴离子交换膜的OH－为1 mol，D错误。
4. C　【解析】 采用外加电流法保护金属时，被保护的金属作阴极，所以钢闸门应与电源的负极相连，C错误。

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