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第19讲　化学能与热能
一、选择题
1．下列说法不正确的是(　　)
A．化学能可以转变成热能、电能等
B．化学反应必然伴随着能量变化
C．化学反应中的能量变化主要是由化学键的变化引起的
D．化学反应中能量变化的多少与反应物的质量无关
解析：选D。化学反应的实质是旧化学键断裂与新化学键形成，一定伴随着能量变化；化学变化过程中产生的能量可以转化为热能、电能等，且化学反应中，反应物的质量(或物质的量)的多少及物质的聚集状态，影响反应中能量变化的多少。
2．(2020·邢台高三期末)一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法中错误的是(　　)
A．氢能属于二次能源
B．图中能量转化的方式至少有6种
C．太阳能电池的供电原理与燃料电池相同
D．太阳能、风能、氢能都属于新能源
解析：选C。氢能属于二次能源，A项正确；图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能，电能转化为化学能、光能，化学能转化为电能等，B项正确；太阳能电池的供电原理是将太阳能转化为电能，而燃料电池的供电原理是将化学能转化为电能，所以二者供电原理不相同，C项错误；太阳能、风能、氢能都属于新能源，D项正确。
3．根据如图所示的反应，判断下列说法中错误的是(　　)
A．CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的能量
B．该反应的焓变大于零
C．该反应中既有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量
D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应
解析：选D。因为碳酸钙受热分解是吸热反应，所以CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量，焓变大于零，A、B项正确；在CaCO3中，Ca2＋和CO之间存在离子键，CO中C与O之间存在共价键，故反应中既有离子键断裂也有共价键断裂，断键吸收能量，成键放出能量，C项正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如碳的燃烧反应就是放热反应，D项错误。
4．已知反应：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3
2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s)　ΔH4
CO(g)＋CuO(s)===CO2(g)＋Cu(s)　ΔH5
下列说法正确的是(　　)
A．ΔH1＞0，ΔH3＜0
B．ΔH2＝ΔH1－ΔH3
C．ΔH2＜0，ΔH4＞0
D．ΔH5＝ΔH1＋ΔH4
解析：选B。将已知反应依次编号为①②③④⑤。反应①和反应③都是放热反应，因此ΔH1＜0，ΔH3＜0，故A错误；根据盖斯定律，由②＋③可得反应①，因此ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即ΔH2＝ΔH1－ΔH3，故B正确；反应②为吸热反应，因此ΔH2＞0，反应④为放热反应，因此ΔH4＜0，故C错误；根据盖斯定律，由×(③－④)可得反应⑤，因此ΔH5＝ΔH3－
ΔH4，故D错误。
5．(2020·邯郸教学质量检测)工业上，在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇，化学原理为CH2===CH2(g)＋H2O(g)===CH3CH2OH(g)　ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示：
化学键
C—H
C===C
H—O
C—C
C—O
键能/(kJ·mol－1)
413
615
463
348
351
下列说法中错误的是(　　)
A．上述合成乙醇的反应是加成反应
B．相同时间段内，反应中用三种物质表示的反应速率相等
C．碳碳双键的键能小于碳碳单键的键能的2倍
D．上述反应式中，ΔH＝－96
kJ·mol－1
解析：选D。题述反应式中，ΔH＝615
kJ·mol－1＋413
kJ·mol－1×4＋463
kJ·mol－1×2－348
kJ·mol－1－413
kJ·mol－1×5－463
kJ·mol－1－351
kJ·mol－1＝－34
kJ·mol－1，D项错误。
6．已知：①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)　ΔH1
②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH2
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3
则反应Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)的ΔH＝(　　)
A．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
B．ΔH1＋ΔH2－ΔH3
C．ΔH1＋2ΔH2＋2ΔH3
D．2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
解析：选A。根据盖斯定律，由①＋②×＋③×可得所求的热化学方程式，即ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
7．已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－890.3
kJ·mol－1；H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－285.8
kJ·mol－1。CO2与H2反应生成甲烷与液态水的热化学方程式为CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)　ΔH3，则ΔH3＝(　　)
A．－252.9
kJ·mol－1
B．＋252.9
kJ·mol－1
C．－604.5
kJ·mol－1
D．＋604.5
kJ·mol－1
解析：选A。将已知反应依次编号为①②，根据盖斯定律，由4×②－①可得所求热化学方程式，则ΔH3＝4ΔH2－ΔH1＝－252.9
kJ·mol－1。
8．火箭推进器常以联氨(N2H4)为燃料、过氧化氢为助燃剂。已知下列各物质反应的热化学方程式：
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH1＝－533.23
kJ·mol－1
H2O(g)===H2O(l)　ΔH2＝－44
kJ·mol－1
2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)
ΔH3＝－196.4
kJ·mol－1
则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为(　　)
A．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝＋817.63
kJ·mol－1
B．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－641.63
kJ·mol－1
C．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－641.63
kJ·mol－1
D．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－817.63
kJ·mol－1
解析：选B。将已知反应依次编号为①②③，联氨与过氧化氢反应生成液态水的反应热ΔH＝ΔH1＋ΔH3＋2×ΔH2＝－817.63
kJ·mol－1，生成气态水的反应热ΔH＝ΔH1＋ΔH3－2×ΔH2＝－641.63
kJ·mol－1，故B正确。
9．NO与CO在金属铑(Rh)的催化下发生反应2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)　ΔH，该反应过程经历如下两步：
反应Ⅰ：NO(g)＋CO(g)＋Rh(s)RhN(s)＋CO2(g)
ΔH1＝－33.44
kJ·mol－1
反应Ⅱ：RhN(s)＋NO(g)Rh(s)＋N2O　ΔH2＝－319.35
kJ·mol－1
如图所示为该反应在无催化剂(a)和有催化剂(b)时反应过程的能量变化对比图。下列有关判断正确的是(　　)
A．ΔH＝－285.91
kJ·mol－1
B．E1为反应2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)的活化能
C．E2为使用催化剂后降低的活化能
D．使用合适的催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率
解析：选D。根据盖斯定律，由反应Ⅰ＋反应Ⅱ可得2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝－352.79
kJ·mol－1，A项错误；E1为2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)不使用催化剂和使用催化剂的活化能之差，B项错误；E2为2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)的焓变，C项错误；使用合适的催化剂可降低反应的活化能，从而提高反应速率，D项正确。
10．(2020·河南豫北、豫南第一次联考)HBr被O2氧化依次由如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应组成，1
mol
HBr被氧化为Br2放出12.67
kJ热量，其能量与反应过程曲线如图所示。
(Ⅰ)HBr(g)＋O2(g)===HOOBr(g)
(Ⅱ)HOOBr(g)＋HBr(g)===2HOBr(g)
(Ⅲ)HOBr(g)＋HBr(g)===H2O(g)＋Br2(g)
下列说法中正确的是(　　)
A．三步反应均为放热反应
B．步骤(Ⅰ)的反应速率最慢
C．步骤(Ⅰ)中HOOBr比HBr和O2稳定
D．热化学方程式为4HBr(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2Br2(g)　ΔH＝－12.67
kJ·mol－1
解析：选B。放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，根据题图可知，第一步反应为吸热反应，A项错误；步骤(Ⅰ)为吸热反应，导致体系温度降低，反应速率减慢，其余反应均为放热反应，温度升高，反应速率加快，B项正确；步骤(Ⅰ)中HOOBr的能量比HBr和O2的总能量高，能量越高，物质越不稳定，C项错误；1
mol
HBr被氧化为Br2放出12.67
kJ热量，则热化学方程式为4HBr(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2Br2(g)　ΔH＝－50.68
kJ·mol－1，D项错误。
11．(2020·岳阳一模)研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)、②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是(　　)
A．反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应
B．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定
C．Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物
D．若转移1
mol电子，则消耗11.2
L
N2O
解析：选C。A项，反应①②均有元素化合价的升降，因此都是氧化还原反应，错误；B项，由题图可知，反应①②都是放热反应，总反应的化学反应速率由速率慢的反应①决定，错误；C项，Fe＋做催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是反应过程中产生的物质，因此是中间产物，正确；D项，由于没有指明外界条件，所以不能确定气体的体积，错误。
二、非选择题
12．请参考题中图表，根据要求回答下列问题：
(1)图Ⅰ是1
mol
NO2(g)和1
mol
CO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是________。
(2)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的热化学方程式如下：
①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)
ΔH＝＋49.0
kJ·mol－1
②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
ΔH＝－192.9
kJ·mol－1
又知③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44
kJ·mol－1，则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如表所示是部分化学键的键能参数：
化学键
P—P
P—O
OO
PO
键能/(kJ·mol－1)
a
b
c
x
已知白磷的燃烧热为d
kJ·mol－1，白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示，则表中x＝________(用含a、b、c、d的代数式表示)。
解析：(1)观察图像，E1应为反应的活化能，加入催化剂，反应的活化能减小，但ΔH不变。
(2)观察方程式，利用盖斯定律，将所给热化学方程式做如下运算：②×3－①×2＋③×2，即可求出甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式。
(3)白磷燃烧的化学方程式为P4＋5O2P4O10，结合题图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构，根据“反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式：6a＋5c－(4x＋12b)＝－d，据此可得x＝(d＋6a＋5c－12b)。
答案：(1)减小　不变
(2)CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－764.7
kJ·mol－1
(3)(d＋6a＋5c－12b)
13．(1)用CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应①为主反应，反应②和③为副反应。
①CaSO4(s)＋CO(g)CaS(s)＋CO2(g)
ΔH1＝－47.3
kJ·mol－1
②CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)
ΔH2＝＋210.5
kJ·mol－1
③CO(g)C(s)＋CO2(g)
ΔH3＝－86.2
kJ·mol－1
反应2CaSO4(s)＋7CO(g)CaS(s)＋CaO(s)＋6CO2(g)＋C(s)＋SO2(g)的ΔH＝________________________________________________________________________
(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
(2)已知：25
℃、101
kPa时，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s)　ΔH＝－520
kJ·mol－1
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297
kJ·mol－1
Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s)
ΔH＝－1
065
kJ·mol－1
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
(3)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂，它们与CO2可发生如下可逆反应：
①2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq)　ΔH1
②NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq)　ΔH2
③(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)　ΔH3
ΔH3和ΔH1、ΔH2之间的关系是ΔH3＝__________________________________。
(4)已知：
①WO2(s)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g)
ΔH＝＋66.0
kJ·mol－1
②WO2(g)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g)
ΔH＝－137.9
kJ·mol－1
则WO2(s)WO2(g)的ΔH＝_____________________________________________。
解析：(1)根据盖斯定律，由①×4＋②＋③×2得2CaSO4(s)＋7CO(g)CaS(s)＋CaO(s)＋6CO2(g)＋C(s)＋SO2(g)　ΔH＝4ΔH1＋ΔH2＋2ΔH3。
(2)将已知3个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由③－①－②得MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝(－1
065
kJ·mol－1)－(－520
kJ·mol－1)－(－297
kJ·mol－1)＝－248
kJ·mol－1。
(3)根据盖斯定律，反应③＝反应②×2－反应①，因此ΔH3＝2ΔH2－ΔH1。
(4)根据盖斯定律，由①－②可得WO2(s)WO2(g)　ΔH＝＋203.9
kJ·mol－1。
答案：(1)4ΔH1＋ΔH2＋2ΔH3
(2)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－248
kJ·mol－1
(3)2ΔH2－ΔH1
(4)＋203.9
kJ·mol－1
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第6章　化学反应与能量
第19讲　化学能与热能
01
练真题·明考向
02
课后达标检测
恒压
热效应
ΔH
kJ·mol－1
kJ/mol
＞
＜
＜
放热
＞
吸热
吸热
＞
＜
放热
参加反应物质的量
反应热
物质
能量
温度
压强
物质的量
×
√
×
√
×
√
＜
1
mol
1
mol
1
mol水
环形玻璃搅拌棒
温度计
保温、隔热，减少实验过程中的热量损失
3
小于
大于
×
×
×
×
×
√
√
始态和终态
反应的途径
×
√
√
本部分内容讲解结束
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学
考/纲/要/求>
核/心/素/养
了解焓变(ΔH)与反应热的含义。
2了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热变化观念今认识化学变化的本质是有新物质生成,并伴有能量的
转化;能多角度、动态地分析热化学方程式,运用热
平衡思想
反应、反应热等概念。
化学反应原理解决实际问题
3.了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式
证据推理与通过分析、推理等方法认识研究反应热的本质,建立
4.了解热化学方程式的含义,能正确书写热化学方程式。
模型认知盖斯定律模型
5.理解盖斯定律,并能运用盖斯定律进行有关反应焓变
的计算。
赞赏化学对社会发展的重大贡献,具有可持续发展意
6了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学科学态度与
社会责任识和绿色化学观念,能对与化学有关的社会热点问题
在解决能源危机中的重要作用。
做出正确的价值判断
伏态
O
反应过
状态I
状态Ⅱ
状态Ⅲ
表示CQ表示0刀07表示催化剂
34
反应物
E,=368
成物
反应过程
双孔泡沫塑料板
反应液
碎泡沫塑料
世
化
4)、
属于不可再生能源
石
石油
解决、开源节能:开发新能源和节
料
然气办法约现有能源
资源丰富
源
可以再生
太阳能C氢能)C风能
优点没有污染
她热的[洋生物质1或染很
,属于
清洁能源
△H
物
反应过程
反应
度/C
010203040506
反应过
放热
(液态
吸热
放热
放热
吸热
吸热
太
练真题·明考向
过渡态
Co
ChCOOH
选择性活化、催化剂⑦
○C
2)
○0
CH4第19讲　化学能与热能
　考点一　焓变　热化学方程式
[知识梳理]
一、反应热(焓变)
1．概念：在恒压条件下进行的反应的热效应。
符号为ΔH，单位为kJ·mol－1或kJ/mol。
2．表示方法
吸热反应：ΔH＞0；放热反应：ΔH＜0。
干冰和冰的升华以及液氨的汽化等过程均为物理变化，它们的热效应不是反应热。
二、吸热反应和放热反应
1．从两角度理解
(1)从物质具有的能量角度理解
ΔH＜0，放热反应　　　　　ΔH＞0，吸热反应
(2)从化学键角度理解
吸收能量E1
释放能量E2
[小结]　①化学键的断裂和形成是化学反应中能量变化的主要原因。
②物质具有的能量越低，该物质越稳定，断开物质内部的化学键就越难，其键能就越大。
2．常见的吸热反应和放热反应
(1)常见的吸热反应：大多数的分解反应、所有的水解反应、Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应、C与H2O(g)的反应、C与CO2的反应等。
(2)常见的放热反应：大多数的化合反应、酸碱中和反应、活泼金属与水的反应、较活泼金属与酸的反应、所有的燃烧反应、铝热反应、物质的缓慢氧化等。
三、热化学方程式
1．概念：表示参加反应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。
例如：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．书写要求
(1)注明反应的温度和压强(25
℃、101
kPa下进行的反应可不注明)。
(2)注明反应物和生成物的状态：固态(s)、液态(l)、水溶液(aq)、气态(g)。
(3)各物质的化学计量数只表示物质的物质的量，而不表示分子个数(或原子个数)，因此可以写成整数，也可以写成分数。
(4)不用标注“↑”“↓”。
(5)热化学方程式能反映该反应已完成的量。由于ΔH与反应物质的量有关，所以热化学方程式中物质的化学计量数必须与ΔH相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。当反应向逆反应方向进行时，其反应热与正反应的反应热的数值相等，符号相反。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(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)吸热反应在任何条件下都不能发生。(　　)
(4)吸热反应中，反应物化学键断裂吸收的总能量高于生成物形成化学键放出的总能量。(　　)
(5)同温同压下，反应H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同。(　　)
(6)可逆反应的ΔH表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√
2．如图表示某反应的能量变化，按要求回答下列问题：
(1)该反应是________(填“放热”或“吸热”)反应。
(2)该反应的ΔH＝________。
(3)使用催化剂________(填“能”或“不能”)影响该反应的反应热。
(4)曲线Ⅰ反应过程的逆反应的活化能可表示为________________。
答案：(1)放热　(2)E2－E1　(3)不能　(4)E3－E2
正确理解活化能与反应热的关系
(1)催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变的大小。
(2)在无催化剂的情况下，E1为正反应的活化能，E2为逆反应的活化能，E1＝E2＋ΔH。
演练一　化学反应中能量变化探析
1．化学反应①AB和②BC的反应过程中能量变化如图所示。下列有关该反应的叙述错误的是(　　)
A．反应①的ΔH1＞0
B．反应②在升高温度时，平衡向正反应方向移动
C．反应②的活化能小于反应①的活化能
D．总反应③AC的ΔH3＞0
解析：选B。A项，反应①中反应物的总能量小于生成物的总能量，所以反应①为吸热反应，即ΔH1＞0，正确；B项，反应②中反应物的总能量大于生成物的总能量，所以反应②为放热反应，升高温度时，平衡向逆反应方向移动，错误；C项，由题图可知，反应①的活化能大于反应②的活化能，正确；D项，总反应③中反应物的总能量小于生成物的总能量，所以总反应③为吸热反应，即ΔH3＞0，正确。
2．(2020·河北三市联考)某反应使用催化剂后，其反应过程中能量变化如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．总反应为放热反应
B．使用催化剂后，活化能不变
C．反应①是吸热反应，反应②是放热反应
D．ΔH＝ΔH1＋ΔH2
解析：选B。由题图可知，反应①是吸热反应，反应②是放热反应，总反应是放热反应，且ΔH＝ΔH1＋ΔH2，A、C、D项正确；催化剂能降低反应的活化能，B项错误。
3．科学家用X射线激光技术观察到CO与O在催化剂表面形成化学键的过程。反应过程的示意图如下：
下列说法正确的是(　　)
A．CO和O生成CO2是吸热反应
B．在该过程中，CO断键形成C和O
C．CO和O生成了具有极性共价键的CO2
D．状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O2反应的过程
解析：选C。由题图可知，状态Ⅲ的能量低于状态Ⅰ的能量，因此该过程放热，A项错误；由题图可知，该过程中CO的化学键没有断开，B项错误；CO与O生成的CO2具有极性共价键，C项正确；状态Ⅰ→状态Ⅲ表示CO与O反应生成CO2的过程，D项错误。
(1)焓变与反应发生的条件、反应进行是否彻底无关。
(2)在化学反应中，反应物各原子之间的化学键不一定完全断裂。
演练二　依据键能或能量变化图计算焓变
4．已知1
g氢气完全燃烧生成液态水时放出143
kJ热量，18
g
水蒸气变成液态水时放出44
kJ热量。其他相关数据如下表：
化学键
O===O(g)
H—H(g)
H—O(g)
1
mol化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
496
436
x
则表中x为(　　)
A．920　
B．557
C．463
D．188
解析：选C。根据题意可得热化学方程式为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572
kJ·mol－1；而18
g水蒸气变成液态水时放出44
kJ热量，则2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH＝－484
kJ·mol－1，即－484
kJ·mol－1＝2×436
kJ·mol－1＋496
kJ·mol－1－4x
kJ·mol－1，解得x＝463。
5．根据如下能量关系示意图，判断下列说法正确的是(　　)
A．1
mol
C(s)与1
mol
O2(g)的能量之和为393.5
kJ
B．反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)中，生成物的总能量大于反应物的总能量
C．由C(s)→CO(g)的热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.2
kJ·mol－1
D．热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为10.1
kJ·mol－1
解析：选C。A项，由题图可知，1
mol
C(s)与1
mol
O2(g)的能量比1
mol
CO2(g)能量高393.5
kJ，错误；B项，2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)为放热反应，生成物的总能量小于反应物的总能量，错误；C项，由题图可知，1
mol
C(s)与0.5
mol
O2(g)反应生成1
mol
CO(g)放出的热量为393.5
kJ－282.9
kJ＝110.6
kJ，且物质的量与热量成正比，焓变为负值，则热化学方程式为2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221.2
kJ·mol－1，正确；D项，热值指一定条件下单位质量的物质完全燃烧所放出的热量，则CO的热值为≈10.1
kJ·g－1，错误。
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－生成物的总键能
2．常见1
mol物质中的化学键数目
1
mol物质
CO2(C＝O)
CH4(C—H)
N2H4(N—N、N—H)
P4
SiO2(Si—O)
石墨
金刚石
S8
Si
化学键数目
2NA
4NA
N—N：NAN—H：4NA
6NA
4NA
1.5NA
2NA
8NA
2NA
演练三　热化学方程式的书写
6．(教材改编题)依据信息写出下列反应的热化学方程式。
(1)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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)CuCl(s)与O2反应生成CuCl2(s)和一种黑色固体。在25
℃、101
kPa下，已知该反应每消耗1
mol
CuCl(s)，放热44.4
kJ，该反应的热化学方程式是_________________________
________________________________________________________________________。
(3)下图是1
mol
NO2和1
mol
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：_________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如图所示(假设该反应进行完全)。
试写出N2(g)和H2(g)反应生成NH3(l)的热化学方程式：__________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－1
427.2
kJ·mol－1
(2)4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s)　ΔH＝－177.6
kJ·mol－1
(3)NO2(g)＋CO(g)===CO2(g)＋NO(g)　ΔH＝－234
kJ·mol－1
(4)N2(g)＋3H2(g)??2NH3(l)　ΔH＝－2(c＋b－a)
kJ·mol－1
书写热化学方程式要“五查”
(1)查热化学方程式是否配平。
(2)查各物质的聚集状态是否正确。
(3)查ΔH的“＋”“－”符号是否正确。
(4)查反应热的单位是否为kJ·mol－1。
(5)查反应热的数值与化学计量数是否对应。
　考点二　燃烧热　中和热　能源
[知识梳理]
一、燃烧热和中和热的比较
燃烧热
中和热
相同点
能量变化
放热
ΔH及其单位
ΔH＜0，单位均为kJ·mol－1
不同点
反应物的量
1
mol可燃物
不一定为1
mol
生成物的量
不确定
生成水的物质的量为1__mol
反应热的含义
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
在稀溶液里，酸与碱发生中和反应生成1__mol水时所放出的热量
表示方法
燃烧热ΔH＝－a
kJ·mol－1(a＞0)
强酸与强碱反应的中和热ΔH＝－57.3
kJ·mol－1
二、中和热的测定
1．实验装置
2．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。
3．注意事项
(1)泡沫塑料板和碎泡沫塑料的作用是保温、隔热，减少实验过程中的热量损失。
(2)若采用的酸、碱浓度相等，为保证酸完全中和，采取的措施是碱体积稍过量。
(3)完成一次实验，需要测定
3次温度。
(4)实验中若用弱酸(或弱碱)代替强酸(或强碱)，因弱酸(或弱碱)电离出H＋(或OH－)需要吸收热量，故测定的中和热的数值小于57.3
kJ·mol－1；若用浓硫酸与强碱反应测定反应热，因浓硫酸稀释要放热，故测定的中和热的数值大于57.3
kJ·mol－1。
4．误差分析
(1)依据
看实验中有哪些因素能造成(t终－t始)出现误差。若(t终－t始)偏大，则|ΔH|偏大；若(t终－t始)偏小，则|ΔH|偏小。
(2)实例
50
mL
0.50
mol·L－1盐酸与50
mL
0.55
mol·L－1
NaOH溶液反应：
引起误差的实验操作
t终－t始
|ΔH|
保温措施不好
偏小
偏小
搅拌不充分
偏小
偏小
所用酸、碱浓度过大
偏大
偏大
用同浓度的氨水代替NaOH溶液
偏小
偏小
用同浓度的醋酸代替盐酸
偏小
偏小
用50
mL
0.50
mol·L－1NaOH溶液
偏小
偏小
三、能源
1．能源分类
2．解决能源问题的措施
(1)提高能源的利用效率：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。
(2)开发新能源：开发资源丰富、可以再生、没有污染或污染很小的新能源。
[自主检测]
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)S(s)＋O2(g)===SO3(g)　ΔH＝－315
kJ·mol－1(燃烧热)(ΔH的数值正确)。(　　)
(2)燃料电池中将甲醇蒸气转化为氢气的热化学方程式为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。(　　)
(3)已知101
kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH＝－221
kJ·mol－1，则C(s)的燃烧热为110.5
kJ·mol－1。(　　)
(4)NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3
kJ·mol－1(中和热)(ΔH的数值正确)。(　　)
(5)已知稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3
kJ·mol－1，则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。(　　)
(6)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。(　　)
(7)CO(g)的燃烧热是283.0
kJ·mol－1，则2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)　ΔH＝＋(2×283.0)
kJ·mol－1。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)√
演练一　燃烧热和中和热的理解
1．25
℃、101
kPa时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热为57.3
kJ·mol－1，辛烷的燃烧热为5
518
kJ·mol－1。下列热化学方程式书写正确的是(　　)
A．2H＋(aq)＋SO(aq)＋Ba2＋(aq)＋2OH－(aq)===BaSO4(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－57.3
kJ·mol－1
B．KOH(aq)＋H2SO4(aq)===K2SO4(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－57.3
kJ·mol－1
C．C8H18(l)＋O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(g)　ΔH＝－5
518
kJ·mol－1
D．2C8H18(g)＋25O2(g)===16CO2(g)＋18H2O(l)　ΔH＝－5
518
kJ·mol－1
解析：选B。A项，所给热化学方程式中有两个错误，一是中和热指反应生成1
mol
H2O(l)时所放出的热量，二是当有BaSO4沉淀生成时，反应放出的热量会增加，则生成1
mol
H2O(l)时放出的热量大于57.3
kJ，错误；C项，燃烧热指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，产物中的水应为液态水，错误；D项，当2
mol辛烷完全燃烧时，放出的热量为11
036
kJ，且辛烷应为液态，错误。
2．下列示意图表示正确的是(　　)
A．甲图表示Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋26.7
kJ·mol－1反应的能量变化
B．乙图表示碳的燃烧热
C．丙图表示实验的环境温度为20
℃，将物质的量浓度相等、体积分别为V1、V2的H2SO4、NaOH溶液混合，混合液的最高温度随V(NaOH)的变化(已知V1＋V2＝60
mL)
D．已知稳定性顺序：B＜A＜C，某反应由两步反应ABC
构成，反应过程中的能量变化曲线如丁图
解析：选D。A项，甲图表示放热反应，而Fe2O3(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋26.7
kJ·mol－1为吸热反应，错误；B项，碳完全燃烧生成CO2，且反应放热，故乙图不能表示碳的燃烧热，错误；C项，丙图中NaOH溶液体积V2为20
mL时温度最高，说明此时酸碱已经完全反应，又实验中始终保持V1＋V2＝60
mL，所以H2SO4溶液体积V1为40
mL，由酸碱中和关系式2NaOH～H2SO4可知，硫酸和氢氧化钠溶液浓度不同，和题干叙述不符，错误。
(1)有关燃烧热的判断，一看是否以1
mol可燃物为标准，二看是否生成稳定氧化物。
(2)有关中和热的判断，一看是否以生成1
mol
H2O(l)为标准，二看酸碱的强弱和浓度，应充分考虑弱酸、弱碱电离吸热，浓的酸碱稀释放热等因素。
演练二　中和热的测定
3．(教材改编题)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，并用同一温度计测出其温度；③将NaOH溶液倒入小烧杯中，设法使之混合均匀，测定混合液最高温度。
回答下列问题：
(1)写出该反应的热化学方程式[生成1
mol
H2O(l)时的反应热为－57.3
kJ/mol]：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)为什么所用NaOH溶液要稍过量？___________________________________
________________________________________________________________________。
(3)倒入NaOH溶液的正确操作是__________(填字母)。
A．沿玻璃棒缓慢倒入
B．分三次倒入
C．一次迅速倒入
(4)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是______(填字母)。
A．用温度计小心搅拌
B．揭开泡沫塑料板用玻璃棒搅拌
C．轻轻地振荡烧杯
D．用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒上下轻轻地搅动
(5)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________________。
(6)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)。
(7)________(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________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(2)在中和热的测定实验中为了确保一种反应物被完全中和，常常使加入的另一种反应物稍微过量。(3)为了减少热量损失，NaOH溶液应该一次迅速倒入。(4)使盐酸与NaOH溶液混合均匀的正确操作是用套在温度计上的环形玻璃搅拌棒上下轻轻地搅动。(5)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，它与盐酸反应时，一水合氨的电离要吸收热量，故反应放出的热量要少一些(比较大小时，注意ΔH的正负号)。(6)取三次实验的平均值代入公式计算即可。(7)硫酸与Ba(OH)2溶液反应生成BaSO4沉淀，沉淀的生成热会影响中和热的测定，故不能用Ba(OH)2溶液和硫酸代替氢氧化钠溶液和盐酸。
答案：(1)HCl(aq)＋NaOH(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－57.3
kJ·mol－1　(2)确保盐酸被完全中和　(3)C　(4)D　(5)ΔH1＝ΔH2＜ΔH3　(6)－51.8
kJ·mol－1　(7)不能　H2SO4与Ba(OH)2反应生成BaSO4沉淀，沉淀的生成热会影响中和热的测定
演练三　能源的开发和利用
4．(教材改编题)能源可分为一次能源和二次能源，直接从自然界取得的能源称为一次能源，一次能源经过加工、转换得到的能源称为二次能源。下列能源中属于一次能源的是(　　)
A．氢能
B．电能
C．核能
D．水煤气
解析：选C。A项，氢能是通过加工、转换得到的，为二次能源，错误；B项，电能是二次能源，错误；C项，核能又叫原子能，它可分为核聚变能和核裂变能两类，核燃料如氘、氚，它们均可直接从自然界取得，属于一次能源，正确；D项，水煤气是通过煤和水蒸气的反应制取的，是一氧化碳和氢气的混合气体，是二次能源，错误。
5．化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列说法正确的是(　　)
A．直接燃烧煤和将煤进行深加工后再燃烧的效率相同
B．我国在南海开采成功的可燃冰属于清洁能源
C．人们可以把放热反应释放的能量转化为其他可利用的能量，而吸热反应没有利用价值
D．地热能、风能、天然气和氢能都属于新能源
解析：选B。A项，将煤进行深加工后，脱硫处理、气化处理能很好地减少污染气体，提高燃烧效率，燃烧的效果更好，错误；C项，有时需要通过吸热反应吸收热量降低环境温度，吸热反应也有利用价值，如“摇摇冰”的上市就是利用了吸热反应原理，错误；D项，地热能、风能和氢能都属于新能源，天然气是化石燃料，不属于新能源，错误。
　考点三　盖斯定律　反应热的比较与计算
[知识梳理]
一、盖斯定律
1．内容：对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应热是相同的。即化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。
2．意义：间接计算某些反应的反应热。
3．应用
转化关系
反应热间的关系
aAB；AB
ΔH1＝aΔH2
AB
ΔH1＝－ΔH2
ΔH＝ΔH1＋ΔH2
二、反应热的比较
1．看物质状态
物质的气、液、固三态转化时的能量变化如下：
2．看ΔH的符号
比较反应热大小时不要只比较ΔH数值的大小，还要考虑其符号。
3．看化学计量数
当反应物与生成物的状态相同时，化学计量数越大，放热反应的ΔH越小，吸热反应的ΔH越大。
4．看反应的程度
对于可逆反应，参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。
三、利用盖斯定律计算反应热
1．运用盖斯定律的技巧——“三调一加”
一调：根据目标热化学方程式，调整已知热化学方程式中反应物和生成物的左右位置，改写已知的热化学方程式。
二调：根据改写的热化学方程式，调整相应ΔH的符号。
三调：调整中间物质的化学计量数及相应ΔH的数值。
一加：将调整好的热化学方程式及其ΔH相加。
2．运用盖斯定律的四个注意事项
(1)热化学方程式乘以某一个数时，反应热的数值必须也乘上该数。
(2)热化学方程式相加减时，物质之间相加减，反应热也必须相加减。
(3)将一个热化学方程式左右颠倒时，ΔH的“＋”“－”随之改变，但数值不变。
(4)同一物质的三态变化(固、液、气)，状态由固→液→气变化时，会吸热；反之会放热。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)已知相同条件下H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2，则ΔH1＜ΔH2。(　　)
(2)已知相同条件下2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH1，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(s)　ΔH2，则ΔH1＞ΔH2。(　　)
(3)C(石墨，s)===C(金刚石，s)　ΔH＞0，说明石墨比金刚石稳定。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)√
2．[2019·高考全国卷Ⅲ，28(2)]近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。Deacon发明的直接氧化法为4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)，可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g)　ΔH1＝＋83
kJ·mol－1
CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g)　ΔH2＝－20
kJ·mol－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g)　ΔH3＝－121
kJ·mol－1
则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由(①＋②＋③)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－116
kJ·mol－1。
答案：－116
演练一　反应热的比较
1．试比较下列各组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
则ΔH1________(填“＞”“＜”或“＝”，下同)ΔH2。
(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。
(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。
解析：(1)因为C(g)===C(l)　ΔH3＜0，根据盖斯定律，
ΔH3＝ΔH2－ΔH1＜0，ΔH2＜ΔH1。
(2)
ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，则ΔH3＝ΔH1－ΔH2，又ΔH3＜0，所以ΔH1＜ΔH2。
(3)根据常识可知，CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH3＜0，又因为ΔH2＋ΔH3＝ΔH1，所以ΔH2＞ΔH1。
答案：(1)＞　(2)＜　(3)＜
2．已知：①2CH3OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH1
②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH4
⑤CO(g)＋2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是(　　)
A．ΔH1＞0，ΔH2＜0
B．ΔH3＞ΔH4
C．ΔH1＝ΔH2＋2ΔH3－ΔH5
D．2ΔH5＋ΔH1＜0
解析：选D。A项，甲醇燃烧是放热反应，ΔH1＜0，错误；B项，H2O(g)===H2O(l)放出热量，反应③放出的热量多，ΔH小，故ΔH3＜ΔH4，错误；C项，根据盖斯定律，ΔH1＝ΔH2＋2ΔH3－2ΔH5，错误；D项，根据盖斯定律，由反应⑤×2＋反应①得2CO(g)＋4H2(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)　ΔH＝2ΔH5＋ΔH1，相当于CO、H2的燃烧，均为放热反应，故2ΔH5＋ΔH1＜0，正确。
演练二　利用盖斯定律计算反应热(书写热化学方程式)
3．在25
℃、101
kPa时，C(s)、H2(g)、CH3COOH(l)的燃烧热分别为393.5
kJ·mol－1、285.8
kJ·mol－1、870.3
kJ·mol－1，则2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)的反应热为(　　)
A．－488.3
kJ·mol－1　　　
B．＋488.3
kJ·mol－1
C．－191
kJ·mol－1
D．＋191
kJ·mol－1
解析：选A。由题知表示各物质燃烧热的热化学方程式分别为①C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－393.5
kJ·mol－1；②H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－285.8
kJ·mol－1；③CH3COOH(l)＋2O2(g)===2CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－870.3
kJ·mol－1。根据盖斯定律，由①×2＋②×2－③得2C(s)＋2H2(g)＋O2(g)===CH3COOH(l)，则反应热为(－393.5
kJ·mol－1)×2＋(－285.8
kJ·mol－1)×2－(－870.3
kJ·mol－1)＝－488.3
kJ·mol－1。
4．在1
200
℃时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应：
①H2S(g)＋O2(g)===SO2(g)＋H2O(g)　ΔH1
②2H2S(g)＋SO2(g)===S2(g)＋2H2O(g)　ΔH2
③H2S(g)＋O2(g)===S(g)＋H2O(g)　ΔH3
④2S(g)===S2(g)　ΔH4
则ΔH4的正确表达式为(　　)
A．ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)
B．ΔH4＝(3ΔH3－ΔH1－ΔH2)
C．ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)
D．ΔH4＝(ΔH1－ΔH2－3ΔH3)
解析：选A。根据盖斯定律，由反应①×＋反应②×－反应③×2＝反应④，则ΔH4＝ΔH1×＋ΔH2×－ΔH3×2＝(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)。
5．根据已知信息，按要求写出指定反应的热化学方程式。
(1)LiH可做飞船的燃料，已知下列反应：
①2Li(s)＋H2(g)===2LiH(s)　ΔH＝－182
kJ·mol－1
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－572
kJ·mol－1
③4Li(s)＋O2(g)===2Li2O(s)　ΔH＝－1
196
kJ·mol－1
试写出LiH在O2中燃烧的热化学方程式：__________________________________
________________________________________________________________________。
(2)工业上制取硝酸铵的流程如下所示：
已知：4NO(g)＋4NH3(g)＋O2(g)??4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1
745.2
kJ·mol－1
6NO(g)＋4NH3(g)??5N2(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1
925.2
kJ·mol－1
则反应Ⅰ的热化学方程式可表示为____________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)饮用水中的NO主要来自NH。已知在微生物的作用下，NH经过两步反应被氧化成NO。两步反应的能量变化示意图如下：
1
mol
NH全部被氧化成NO的热化学方程式为_______________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)根据盖斯定律，由已知反应②×＋反应③×－反应①得2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l)　ΔH＝－702
kJ·mol－1。
(2)将已知的两个热化学方程式依次标记为①和②，根据盖斯定律，由①×5－②×4得4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1
025.2
kJ·mol－1。
答案：(1)2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l)　ΔH＝－702
kJ·mol－1
(2)4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－1
025.2
kJ·mol－1
(3)NH(aq)＋2O2(g)===NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l)　ΔH＝－346
kJ·mol－1
1．(2018·高考北京卷)我国科研人员提出了由CO2和CH4转化为高附加值产品CH3COOH的催化反应历程。该历程示意图如图。
下列说法不正确的是(　　)
A．生成CH3COOH总反应的原子利用率为100%
B．CH4→CH3COOH过程中，有C—H键发生断裂
C．①→②放出能量并形成了C—C键
D．该催化剂可有效提高反应物的平衡转化率
解析：选D。由CO2和CH4制备CH3COOH的化学方程式为CO2＋CH4CH3COOH，反应中没有副产物生成，所以总反应的原子利用率为100%，A项正确；CH4分子中含有4个C—H键，而CH3COOH分子中含有3个C—H键，显然CH4→CH3COOH过程中，有
C—H
键发生断裂，B项正确；观察反应的示意图可知，①→②过程中放出能量，且在此过程中形成了新化学键，即乙酸分子中的C—C键，C项正确；催化剂只能改变化学反应速率，而不影响化学平衡，不能提高反应物的平衡转化率，D项错误。
2．(1)[2019·高考全国卷Ⅱ，27(1)]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
已知：(g)===(g)＋H2(g)　ΔH1＝＋100.3
kJ·mol－1　①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH2＝－11.0
kJ·mol－1　②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g)　③　ΔH3＝________kJ·mol－1。
(2)(2018·高考天津卷)CO2与CH4经催化重整，制得合成气：
CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)
已知上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
C—H
C===O
H—H
C===←O(CO)
键能/(kJ·mol－1)
413
745
436
1
075
则该反应的ΔH＝________________。
(3)[2017·高考全国卷Ⅰ，28(2)]下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。
通过计算，可知系统(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为____________________、
________________________________________________________________________。
(4)[2017·高考全国卷Ⅲ，28(3)]已知：
As(s)＋H2(g)＋2O2(g)===H3AsO4(s)
　ΔH1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2
2As(s)＋O2(g)===As2O5(s)　ΔH3
则反应As2O5(s)
＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)的ΔH＝________。
解析：(1)根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝＋(100.3－11.0)
kJ·mol－1＝＋89.3
kJ·mol－1。
(2)根据ΔH＝反应物总键能－生成物总键能，该反应的ΔH＝(413×4＋745×2)
kJ·mol－1－(1
075×2＋436×2)
kJ·mol－1＝＋120
kJ·mol－1。
(4)将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①×2－②×3－③得As2O5(s)＋3H2O(l)===2H3AsO4(s)　ΔH＝2ΔH1－3ΔH2－ΔH3。
答案：(1)＋89.3　(2)＋120
kJ·mol－1
(3)H2O(l)===H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋286
kJ·mol－1　H2S(g)===H2(g)＋S(s)　ΔH＝＋20
kJ·mol－1
(4)2ΔH1－3ΔH2－ΔH3
一、选择题
1．下列说法不正确的是(　　)
A．化学能可以转变成热能、电能等
B．化学反应必然伴随着能量变化
C．化学反应中的能量变化主要是由化学键的变化引起的
D．化学反应中能量变化的多少与反应物的质量无关
解析：选D。化学反应的实质是旧化学键断裂与新化学键形成，一定伴随着能量变化；化学变化过程中产生的能量可以转化为热能、电能等，且化学反应中，反应物的质量(或物质的量)的多少及物质的聚集状态，影响反应中能量变化的多少。
2．(2020·邢台高三期末)一种生产和利用氢能的途径如图所示。下列说法中错误的是(　　)
A．氢能属于二次能源
B．图中能量转化的方式至少有6种
C．太阳能电池的供电原理与燃料电池相同
D．太阳能、风能、氢能都属于新能源
解析：选C。氢能属于二次能源，A项正确；图中涉及的能量转化方式有太阳能、风能、水能转化为电能，电能转化为化学能、光能，化学能转化为电能等，B项正确；太阳能电池的供电原理是将太阳能转化为电能，而燃料电池的供电原理是将化学能转化为电能，所以二者供电原理不相同，C项错误；太阳能、风能、氢能都属于新能源，D项正确。
3．根据如图所示的反应，判断下列说法中错误的是(　　)
A．CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的能量
B．该反应的焓变大于零
C．该反应中既有离子键断裂也有共价键断裂，化学键断裂吸收能量，化学键生成放出能量
D．由该反应可推出凡是需要加热才发生的反应均为吸热反应
解析：选D。因为碳酸钙受热分解是吸热反应，所以CO2(g)和CaO(s)的总能量大于CaCO3(s)的总能量，焓变大于零，A、B项正确；在CaCO3中，Ca2＋和CO之间存在离子键，CO中C与O之间存在共价键，故反应中既有离子键断裂也有共价键断裂，断键吸收能量，成键放出能量，C项正确；需要加热才发生的反应不一定为吸热反应，如碳的燃烧反应就是放热反应，D项错误。
4．已知反应：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
CO2(g)＋C(s)===2CO(g)　ΔH2
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH3
2Cu(s)＋O2(g)===2CuO(s)　ΔH4
CO(g)＋CuO(s)===CO2(g)＋Cu(s)　ΔH5
下列说法正确的是(　　)
A．ΔH1＞0，ΔH3＜0
B．ΔH2＝ΔH1－ΔH3
C．ΔH2＜0，ΔH4＞0
D．ΔH5＝ΔH1＋ΔH4
解析：选B。将已知反应依次编号为①②③④⑤。反应①和反应③都是放热反应，因此ΔH1＜0，ΔH3＜0，故A错误；根据盖斯定律，由②＋③可得反应①，因此ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，即ΔH2＝ΔH1－ΔH3，故B正确；反应②为吸热反应，因此ΔH2＞0，反应④为放热反应，因此ΔH4＜0，故C错误；根据盖斯定律，由×(③－④)可得反应⑤，因此ΔH5＝ΔH3－ΔH4，故D错误。
5．(2020·邯郸教学质量检测)工业上，在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇，化学原理为CH2===CH2(g)＋H2O(g)===CH3CH2OH(g)　ΔH。已知几种共价键的键能如下表所示：
化学键
C—H
C===C
H—O
C—C
C—O
键能/(kJ·mol－1)
413
615
463
348
351
下列说法中错误的是(　　)
A．上述合成乙醇的反应是加成反应
B．相同时间段内，反应中用三种物质表示的反应速率相等
C．碳碳双键的键能小于碳碳单键的键能的2倍
D．上述反应式中，ΔH＝－96
kJ·mol－1
解析：选D。题述反应式中，ΔH＝615
kJ·mol－1＋413
kJ·mol－1×4＋463
kJ·mol－1×2－348
kJ·mol－1－413
kJ·mol－1×5－463
kJ·mol－1－351
kJ·mol－1＝－34
kJ·mol－1，D项错误。
6．已知：①Cu(s)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋H2(g)　ΔH1
②2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)　ΔH2
③2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH3
则反应Cu(s)＋H2O2(l)＋2H＋(aq)===Cu2＋(aq)＋2H2O(l)的ΔH＝(　　)
A．ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
B．ΔH1＋ΔH2－ΔH3
C．ΔH1＋2ΔH2＋2ΔH3
D．2ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
解析：选A。根据盖斯定律，由①＋②×＋③×可得所求的热化学方程式，即ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3。
7．已知：CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－890.3
kJ·mol－1；H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH2＝－285.8
kJ·mol－1。CO2与H2反应生成甲烷与液态水的热化学方程式为CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(l)　ΔH3，则ΔH3＝(　　)
A．－252.9
kJ·mol－1
B．＋252.9
kJ·mol－1
C．－604.5
kJ·mol－1
D．＋604.5
kJ·mol－1
解析：选A。将已知反应依次编号为①②，根据盖斯定律，由4×②－①可得所求热化学方程式，则ΔH3＝4ΔH2－ΔH1＝－252.9
kJ·mol－1。
8．火箭推进器常以联氨(N2H4)为燃料、过氧化氢为助燃剂。已知下列各物质反应的热化学方程式：
N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH1＝－533.23
kJ·mol－1
H2O(g)===H2O(l)　ΔH2＝－44
kJ·mol－1
2H2O2(l)===2H2O(l)＋O2(g)
ΔH3＝－196.4
kJ·mol－1
则联氨与过氧化氢反应的热化学方程式可表示为(　　)
A．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝＋817.63
kJ·mol－1
B．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－641.63
kJ·mol－1
C．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(l)
ΔH＝－641.63
kJ·mol－1
D．N2H4(g)＋2H2O2(l)===N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－817.63
kJ·mol－1
解析：选B。将已知反应依次编号为①②③，联氨与过氧化氢反应生成液态水的反应热ΔH＝ΔH1＋ΔH3＋2×ΔH2＝－817.63
kJ·mol－1，生成气态水的反应热ΔH＝ΔH1＋ΔH3－2×ΔH2＝－641.63
kJ·mol－1，故B正确。
9．NO与CO在金属铑(Rh)的催化下发生反应2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)　ΔH，该反应过程经历如下两步：
反应Ⅰ：NO(g)＋CO(g)＋Rh(s)RhN(s)＋CO2(g)
ΔH1＝－33.44
kJ·mol－1
反应Ⅱ：RhN(s)＋NO(g)Rh(s)＋N2O　ΔH2＝－319.35
kJ·mol－1
如图所示为该反应在无催化剂(a)和有催化剂(b)时反应过程的能量变化对比图。下列有关判断正确的是(　　)
A．ΔH＝－285.91
kJ·mol－1
B．E1为反应2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)的活化能
C．E2为使用催化剂后降低的活化能
D．使用合适的催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率
解析：选D。根据盖斯定律，由反应Ⅰ＋反应Ⅱ可得2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)　ΔH＝ΔH1＋ΔH2＝－352.79
kJ·mol－1，A项错误；E1为2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)不使用催化剂和使用催化剂的活化能之差，B项错误；E2为2NO(g)＋CO(g)N2O(g)＋CO2(g)的焓变，C项错误；使用合适的催化剂可降低反应的活化能，从而提高反应速率，D项正确。
10．(2020·河南豫北、豫南第一次联考)HBr被O2氧化依次由如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三步反应组成，1
mol
HBr被氧化为Br2放出12.67
kJ热量，其能量与反应过程曲线如图所示。
(Ⅰ)HBr(g)＋O2(g)===HOOBr(g)
(Ⅱ)HOOBr(g)＋HBr(g)===2HOBr(g)
(Ⅲ)HOBr(g)＋HBr(g)===H2O(g)＋Br2(g)
下列说法中正确的是(　　)
A．三步反应均为放热反应
B．步骤(Ⅰ)的反应速率最慢
C．步骤(Ⅰ)中HOOBr比HBr和O2稳定
D．热化学方程式为4HBr(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2Br2(g)　ΔH＝－12.67
kJ·mol－1
解析：选B。放热反应中反应物的总能量高于生成物的总能量，根据题图可知，第一步反应为吸热反应，A项错误；步骤(Ⅰ)为吸热反应，导致体系温度降低，反应速率减慢，其余反应均为放热反应，温度升高，反应速率加快，B项正确；步骤(Ⅰ)中HOOBr的能量比HBr和O2的总能量高，能量越高，物质越不稳定，C项错误；1
mol
HBr被氧化为Br2放出12.67
kJ热量，则热化学方程式为4HBr(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2Br2(g)　ΔH＝－50.68
kJ·mol－1，D项错误。
11．(2020·岳阳一模)研究表明CO与N2O在Fe＋作用下发生反应的能量变化及反应历程如图所示，两步反应分别为①N2O＋Fe＋===N2＋FeO＋(慢)、②FeO＋＋CO===CO2＋Fe＋(快)。下列说法正确的是(　　)
A．反应①是氧化还原反应，反应②是非氧化还原反应
B．两步反应均为放热反应，总反应的化学反应速率由反应②决定
C．Fe＋使反应的活化能减小，FeO＋是中间产物
D．若转移1
mol电子，则消耗11.2
L
N2O
解析：选C。A项，反应①②均有元素化合价的升降，因此都是氧化还原反应，错误；B项，由题图可知，反应①②都是放热反应，总反应的化学反应速率由速率慢的反应①决定，错误；C项，Fe＋做催化剂，使反应的活化能减小，FeO＋是反应过程中产生的物质，因此是中间产物，正确；D项，由于没有指明外界条件，所以不能确定气体的体积，错误。
二、非选择题
12．请参考题中图表，根据要求回答下列问题：
(1)图Ⅰ是1
mol
NO2(g)和1
mol
CO(g)反应生成CO2和NO过程中的能量变化示意图，若在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1的变化是________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)，ΔH的变化是________。
(2)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的热化学方程式如下：
①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)
ΔH＝＋49.0
kJ·mol－1
②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
ΔH＝－192.9
kJ·mol－1
又知③H2O(g)===H2O(l)　ΔH＝－44
kJ·mol－1，则甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如表所示是部分化学键的键能参数：
化学键
P—P
P—O
OO
PO
键能/(kJ·mol－1)
a
b
c
x
已知白磷的燃烧热为d
kJ·mol－1，白磷及其完全燃烧的产物的结构如图Ⅱ所示，则表中x＝________(用含a、b、c、d的代数式表示)。
解析：(1)观察图像，E1应为反应的活化能，加入催化剂，反应的活化能减小，但ΔH不变。
(2)观察方程式，利用盖斯定律，将所给热化学方程式做如下运算：②×3－①×2＋③×2，即可求出甲醇蒸气燃烧生成液态水的热化学方程式。
(3)白磷燃烧的化学方程式为P4＋5O2P4O10，结合题图Ⅱ中白磷及其完全燃烧产物的结构，根据“反应热＝反应物键能总和－生成物键能总和”与燃烧热概念可得等式：6a＋5c－(4x＋12b)＝－d，据此可得x＝(d＋6a＋5c－12b)。
答案：(1)减小　不变
(2)CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－764.7
kJ·mol－1
(3)(d＋6a＋5c－12b)
13．(1)用CaSO4代替O2与燃料CO反应，既可提高燃烧效率，又能得到高纯CO2，是一种高效、清洁、经济的新型燃烧技术。反应①为主反应，反应②和③为副反应。
①CaSO4(s)＋CO(g)CaS(s)＋CO2(g)
ΔH1＝－47.3
kJ·mol－1
②CaSO4(s)＋CO(g)CaO(s)＋CO2(g)＋SO2(g)
ΔH2＝＋210.5
kJ·mol－1
③CO(g)C(s)＋CO2(g)
ΔH3＝－86.2
kJ·mol－1
反应2CaSO4(s)＋7CO(g)CaS(s)＋CaO(s)＋6CO2(g)＋C(s)＋SO2(g)的ΔH＝________________________________________________________________________
(用ΔH1、ΔH2和ΔH3表示)。
(2)已知：25
℃、101
kPa时，Mn(s)＋O2(g)===MnO2(s)　ΔH＝－520
kJ·mol－1
S(s)＋O2(g)===SO2(g)　ΔH＝－297
kJ·mol－1
Mn(s)＋S(s)＋2O2(g)===MnSO4(s)
ΔH＝－1
065
kJ·mol－1
SO2与MnO2反应生成无水MnSO4的热化学方程式是
________________________________________________________________________。
(3)捕碳技术(主要指捕获CO2)在降低温室气体排放中具有重要的作用。目前NH3和(NH4)2CO3已经被用作工业捕碳剂，它们与CO2可发生如下可逆反应：
①2NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)(NH4)2CO3(aq)　ΔH1
②NH3(l)＋H2O(l)＋CO2(g)NH4HCO3(aq)　ΔH2
③(NH4)2CO3(aq)＋H2O(l)＋CO2(g)2NH4HCO3(aq)　ΔH3
ΔH3和ΔH1、ΔH2之间的关系是ΔH3＝__________________________________。
(4)已知：
①WO2(s)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g)
ΔH＝＋66.0
kJ·mol－1
②WO2(g)＋2H2(g)W(s)＋2H2O(g)
ΔH＝－137.9
kJ·mol－1
则WO2(s)WO2(g)的ΔH＝_____________________________________________。
解析：(1)根据盖斯定律，由①×4＋②＋③×2得2CaSO4(s)＋7CO(g)??CaS(s)＋CaO(s)＋6CO2(g)＋C(s)＋SO2(g)　ΔH＝4ΔH1＋ΔH2＋2ΔH3。
(2)将已知3个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由③－①－②得MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝(－1
065
kJ·mol－1)－(－520
kJ·mol－1)－(－297
kJ·mol－1)＝－248
kJ·mol－1。
(3)根据盖斯定律，反应③＝反应②×2－反应①，因此ΔH3＝2ΔH2－ΔH1。
(4)根据盖斯定律，由①－②可得WO2(s)WO2(g)　ΔH＝＋203.9
kJ·mol－1。
答案：(1)4ΔH1＋ΔH2＋2ΔH3
(2)MnO2(s)＋SO2(g)===MnSO4(s)　ΔH＝－248
kJ·mol－1
(3)2ΔH2－ΔH1
(4)＋203.9
kJ·mol－1
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1第20讲　原电池　化学电源
一、选择题
1．(2020·广州模拟)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是(　　)
A．若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极
B．若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片
C．若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出
D．若X为Cu，Y为Zn，则锌片发生还原反应
解析：选C。Fe比Cu活泼，Fe做负极，电子从Fe流向Cu，故A、B错误；若X为Fe，Y为C，电解质为硫酸铜，则正极碳棒上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn做负极，发生氧化反应，故D错误。
2．(新题预测)在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是(　　)
A．该电池是一次电池
B．该电池工作时，电子由负极通过外电路流入正极
C．该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D．该电池工作时，外电路中每通过0.2
mol电子，锌的质量理论上减少3.25
g
解析：选D。电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以外电路中每通过0.2
mol电子，锌的质量理论上应减少6.5
g，所以D项错误。
3．根据下图判断，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
解析：选D。装置Ⅰ中的负极为Zn，A项错误；装置Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；阳离子向正极移动，装置Ⅰ中阳离子向左侧烧杯移动，C项错误。
4．某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　　)
A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋
C．外电路的电流方向为从b到a
D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
解析：选C。A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中Cr2O发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流方向为从b到a，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。
5．(2020·济南质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是(　　)
A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
解析：选C。a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极；以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋；电池总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小；根据电池总反应2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，等物质的量的CH4比H2消耗O2多。
6．可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是(　　)
A．镁为负极材料
B．正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－
C．电子从镁极流出，经电解质流向正极
D．每生成1
mol
MnF2时转移1
mol电子
解析：选C。由电池反应可知，镁失去电子，发生氧化反应，为负极，A项正确；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，为正极，B项正确；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项不正确；锰元素由＋3价降至＋2价，每生成1
mol
MnF2转移1
mol电子，D项正确。
7．(新题预测)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为LixyzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是(　　)
A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜
B．充电时，A为阴极，发生氧化反应
C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂
D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2
解析：选D。根据充电时电池总反应可知，放电时负极反应式为LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，将放电时负极、正极反应式左右颠倒，即分别得到充电时阴极、阳极反应式。放电时，A是负极、B是正极，Li＋向正极移动，则X是Li＋，允许阳离子通过的隔膜为阳离子交换膜，A项错误；充电时，A是阴极，发生还原反应，B项错误；充电时，石墨电极发生C→LiaC6的反应，充电后才能从中回收锂，C项错误。
8．(2020·雅安模拟)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4为燃料时，该电池工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．a为空气，b为CH4
B．CO向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．正极电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO
解析：选D。燃料电池中通入燃料的一极是负极，通入氧化剂的一极是正极，根据电子流向可知，左边电极是负极、右边电极是正极，所以a为CH4，b为空气，故A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则CO向负极移动，故B错误；电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，故C错误；正极上O2得到电子和CO2反应生成CO，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。
9．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高且平稳，使镁原电池成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列说法正确的是(　　)
A．电池放电时，正极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4
B．电池放电时，Mg2＋向负极迁移
C．电池充电时，阳极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg
D．电池充电时，阴极发生还原反应生成Mo3S4
解析：选A。电池放电时，正极发生还原反应，由电池反应可知，Mo3S4为正极，被还原，电极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4，A项正确；电池放电时，阳离子向正极移动，B项错误；电池充电时，阳极发生氧化反应，C项错误；电池充电时，阴极发生还原反应生成金属镁，D项错误。
10．(新题预测)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，这意味着对大气污染防治的要求比过去更高。二氧化硫 空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
解析：选D。放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极经过内电路移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；Pt2电极为正极，在酸性条件下，氧气在正极上得电子生成水，C错误；相同条件下，放电过程中负极发生氧化反应2SO2＋4H2O－4e－===2SO＋8H＋，正极发生还原反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，根据转移电子数相等可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。
11．(2020·湖南H11教育联盟联考)我国最近在太阳能光电催化 化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区移向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
解析：选A。该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区移向b极区，B项错误；a极上发生氧化反应，失电子，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由题图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。
二、非选择题
12．某兴趣小组做如下探究实验：
(1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为_____________。反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12
g，则导线中通过________mol电子。
(2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极的反应式为________________________________________________________________________，
这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则乙装置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)电极上的电极反应式为_____________________________________________________。
(4)将图Ⅱ乙装置中的CuCl2溶液改为400
mL
CuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增重1.28
g，则此时溶液的pH为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。
解析：(1)Fe是活性电极，失电子被氧化生成Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中Cu2＋在石墨电极得电子被还原生成Cu，故该原电池反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨做正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差12
g时电路中转移电子为x
mol，则有x
mol××56
g·mol－1＋x
mol××64
g·mol－1＝12
g，解得x＝0.2。(2)NH4Cl溶液中NH发生水解反应：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，使溶液呈酸性，故石墨电极(即正极)上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑。(3)其他条件不变，若将盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则甲装置为原电池，Fe做负极，Cu做正极；乙装置为电解池，则石墨(1)为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中Cl－在阳极放电生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(4)若将乙装置中的CuCl2溶液改为400
mL
CuSO4溶液，电解CuSO4溶液的总反应方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增重1.28
g(即析出0.02
mol
Cu)时，生成0.02
mol
H2SO4，则c(H＋)＝＝0.1
mol·L－1，pH＝－lg
0.1＝1，故此时溶液的pH为1。
答案：(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　0.2
(2)2H＋＋2e－===H2↑　酸性　NH＋H2ONH3·H2O＋H＋
(3)阴　2Cl－－2e－===Cl2↑　(4)1
13．(新题预测)(1)微生物燃料电池指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示：
①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是____________________________
________________________________________________________________________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源，基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。
①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为________________________________________________________。
③电路中每转移0.2
mol电子，理论上生成________
g
Pb。
(3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。
①a电极的电极反应式是___________________________________________________。
②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因：___________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式为HS－＋4H2O－8e－SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。
(2)③根据电池总反应可知，电路中每转移0.2
mol电子，生成
0.1
mol
Pb，即20.7
g。
(3)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极做负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②该燃料电池的总反应为4NH3＋3O2===N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。
答案：(1)①HS－＋4H2O－8e－SO＋9H＋
②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①正极　②Ca－2e－===Ca2+　③20.7
(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②电池反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH
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第6章　化学反应与能量
第20讲　原电池　化学电源
01
练真题·明考向
02
课后达标检测
较强
较弱
电解质
自发的氧化还原
Zn
Cu
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
氧化反应
还原反应
负极
正极
负
正
正
负
√
√
√
×
×
√
×
√
Zn
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－
KOH
Zn
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
Ag2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag
锂
8Li－8e－===8Li＋
碳
×
√
×
√
×
×
×
√
×
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学
考/纲/要/求
核/心/素/养
变化观念与}认识原电池反应的本质是自发的氧化还原反应;能多角度、动态地
理解原电池的构成、工作原理及应用
平衡思想分析原电池中物质的变化及能量的转换
能书写电极反应和总反应方程式
证据推理与能利用典型的原电池装置,分析原电池原理,建立解答原电池问
2.了解常见化学电源的种类及其工作
模型认知题的思维模型,并利用模型揭示其本质及规律
原理
科学态度与具有可持续发展意识和绿色化学观念,能对与原电池有关的社会
社会责任热点问题做出正确的价值判断与分析。
电流表
桥
液
盐桥
Z
电
电极
NaCl溶液
液
阳离子交换膜
+
锌粉和KOH
的混合物
a
°
Mno
2
,
g
金属外壳
属
极根
及
浸有KOH溶液
隔板
O2(正极
Pb(负极
太阳光
Ni(OH)2
材H
料「⑩.
NIO(OH)
Ni(OH2
K+
oH-
NiO(OH)
(KOH溶液)
载荷
有机电固体水性
孔碳
解液电解质电
电极a
质子固体电解质膜
载
HoO
电极b
练真题·明考向
电MV
MV
N
极
氢化酶
酶
庀保护层
份AN
线圈
用电器
Z
液|ZnB
ZnB
器溶液蔑B
液器
膜
泵
泵
电解液N
co
Na
Ni第20讲　原电池　化学电源
　考点一　原电池的工作原理及其应用
[知识梳理]
一、原电池的概念和构成条件
1．概念：原电池是把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件
电极
两电极为导体，且存在活动性差异，一般活动性较强的金属做负极，活动性较弱的金属或非金属导体做正极
溶液
有电解质溶液
回路
形成闭合回路，即满足：(1)两电极直接接触(靠在一起)或间接接触(用导线相连)；(2)两电极插入电解质溶液中
本质
自发的氧化还原反应
构成条件可概括为“两极一液一线一反应”。
二、原电池的工作原理(以锌铜原电池为例)
电极名称
负极
正极
电极材料
Zn
Cu
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(外电路)
由负极沿导线流向正极
离子流向(内电路)
阴离子向负极移动，阳离子向正极移动；盐桥(含饱和KCl溶液)中离子流向：K＋移向正极，Cl－移向负极
电池反应(离子方程式)
Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
两类装置的不同点
装置Ⅰ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋直接接触，化学能既转化为电能，又转化为热能，造成能量损耗
装置Ⅱ：还原剂Zn与氧化剂Cu2＋不直接接触，化学能仅转化为电能，避免能量损耗，故电流稳定，持续时间长
（1）盐桥原电池中半电池的构成条件：电极金属和其对应的盐溶液。一般不要任意替换成其他阳离子盐溶液，否则可能影响效果。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。
三、原电池工作原理的四个应用
应用
化学原理
比较金属的活动性强弱
原电池中，一般活动性较强的金属做负极，而活动性较弱的金属(或能导电的非金属)做正极，如有两种金属A和B，用导线将A和B连接后，插入稀硫酸中，一段时间后，若观察到A溶解，而B上有气泡逸出，则说明A做负极，B做正极，则一般情况下金属活动性：A＞B
续表
应用
化学原理
加快化学反应速率
由于形成了原电池，导致化学反应速率加快，如Zn与稀硫酸反应制氢气时，可向溶液中滴加少量CuSO4溶液，形成Cu Zn 稀硫酸原电池，加快反应速率
用于金属的防护
使需要保护的金属制品做原电池的正极而受到保护，如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁，可用导线将其与一块锌块相连，形成原电池，使锌做原电池的负极被损耗，铁做正极而受到保护
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
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)理论上说，任何自发的氧化还原反应都可设计成原电池。(　　)
(2)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极。(　　)
(3)用Mg、Al分别做电极，用NaOH溶液做电解质溶液，构成原电池，Mg为正极。(　　)
(4)在锌铜原电池中，因为有电子通过电解质溶液形成闭合回路，所以有电流产生。(　　)
(5)原电池工作时，溶液中的阳离子向负极移动，盐桥中的阳离子向正极移动。(　　)
(6)一般来说，带有盐桥的原电池比不带盐桥的原电池能量转换效率高。(　　)
(7)在原电池中，正极材料本身一定不参与电极反应，负极材料本身一定要发生氧化反应。(　　)
(8)实验室制备H2时，用粗锌(含Cu、Fe等)代替纯锌与盐酸反应效果更佳。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)√　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×　(8)√
2．在如图所示的8个装置中，属于原电池的是________。
解析：①中缺1个电极，且没有形成闭合回路；③没有形成闭合回路；⑤酒精为非电解质；⑧电极相同，且没有形成闭合回路。
答案：②④⑥⑦
演练一　原电池的工作原理
1．(经典题)课堂学习中，同学们利用铝条、锌片、铜片、导线、电流计、橙汁、烧杯等用品探究原电池的组成。下列结论错误的是(　　)
A．原电池是将化学能转化成电能的装置
B．原电池由电极、电解质溶液和导线等组成
C．图中电极a为铝条、电极b为锌片时，导线中会产生电流
D．图中电极a为锌片、电极b为铜片时，电子由铜片通过导线流向锌片
解析：选D。原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池由电极、电解质溶液和导线等组成，B正确；图中电极a为铝条、电极b为锌片时，构成原电池，导线中会产生电流，C正确；图中电极a为锌片、电极b为铜片时，锌片做负极，电子由锌片通过导线流向铜片，D错误。
2．下图中四种电池装置是依据原电池原理设计的，下列有关叙述错误的是(　　)
A．①中锌电极发生氧化反应
B．②中电子由a电极经导线流向b电极
C．③中外电路中电流由A电极流向B电极
D．④中LixC6做负极
解析：选C。在原电池中阴离子移向负极，所以③中A电极为负极，则外电路中电流应由B电极流向A电极。
3．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做负极，③④中Fe做负极
B．②中Mg做正极，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑
C．③中Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
D．④中Cu做正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑
解析：选B。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做负极；③中Fe在冷的浓硝酸中钝化，Cu和浓HNO3反应失去电子，故Cu做负极，A、C错；②中电池总反应为2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑，负极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2AlO＋4H2O，二者相减得到正极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑，B正确；④中Cu做正极，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，D错。
判断原电池正、负极的五种方法
[提示]　原电池的正极和负极与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，不要认为活泼金属一定做负极。
演练二　原电池工作原理的应用
4．(金属的防护)为保护地下钢管不受腐蚀，可采取的措施有(　　)
A．与石墨棒相连
B．与铜板相连
C．埋在潮湿、疏松的土壤中
D．与锌板相连
解析：选D。A项，石墨棒与铁构成原电池，铁活泼，失电子做负极，被腐蚀；B项，铜板与铁构成原电池，铁比铜活泼，铁失电子做负极，被腐蚀；C项，在潮湿、疏松的土壤中，铁与土壤中的碳、水、空气构成原电池，铁失电子做负极，被腐蚀；D项，锌板与铁构成原电池，锌比铁活泼，锌失电子做负极，锌被腐蚀，铁被保护。
5．(加快化学反应速率)等质量的两份锌粉a、b，分别加入过量的稀H2SO4中，同时向a中滴入少量的CuSO4溶液，如图表示产生H2的体积(V)与时间(t)的关系，其中正确的是(　　)
解析：选D。a中Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu，Zn的量减少，产生H2的量减少，但Zn、Cu和稀H2SO4形成原电池，加快了反应速率，D项图示符合要求。
6．(比较金属活动性)有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下：
实验装置
部分实验现象
a极质量减少；b极质量增加
b极有气体产生；c极无变化
d极溶解；c极有气体产生
外电路中电流从a极流向d极
由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　)
A．a>b>c>d　　
B．b>c>d>a
C．d>a>b>c
D．a>b>d>c
解析：选C。把四个实验从左到右分别编号为①②③④，则由实验①可知，a极质量减少，b极质量增加，则a做原电池负极，b做原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，金属的活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，c极有气体产生，则d做原电池负极，c做原电池正极，金属的活动性：d>c；由实验④可知，外电路中电流从a极流向d极，则d做原电池负极，a做原电池正极，金属的活动性：d>a。综上所述，四种金属的活动性：d>a>b>c。
7．(设计原电池)某校化学兴趣小组进行探究性活动：将氧化还原反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2设计成带盐桥的原电池。提供的试剂：FeCl3溶液、KI溶液；其他用品任选。回答下列问题：
(1)画出设计的原电池装置图，并标出电极材料、电极名称及电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极反应式为____________________________________________。
(3)反应达到平衡时，外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，当固体全部溶解后，则此时该溶液中的电极变为________(填“正”或“负”)极。
解析：(1)先分析氧化还原反应，找出正、负极反应，即可确定电极材料和正、负极区的电解质溶液。
(2)发生氧化反应的电极是负极，负极上I－失电子变成I2。
(3)反应达到平衡时，无电子移动，故无电流产生。
(4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体，平衡逆向移动，此时Fe2＋失电子，该溶液中的电极变成负极。
答案：(1)如下图(答案合理即可)
(2)2I－－2e－===I2　(3)无　(4)负
　考点二　化学电源及其工作原理
[知识梳理]
一、一次电池
1．碱性锌锰电池
(1)构造
(2)工作原理
电解质：KOH。
负极材料：Zn；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：MnO2；
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnO(OH)＋2OH－。
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnO(OH)＋Zn(OH)2。
2．纽扣式锌银电池
(1)构造
(2)工作原理
电解质：KOH。
负极材料：Zn；
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：Ag2O；
电极反应：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。
总反应：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
3．锂电池
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8Li＋3SOCl2===6LiCl＋Li2SO3＋2S。
(1)负极材料为锂，电极反应为8Li－8e－===8Li＋。
(2)正极材料为碳，电极反应为3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。
二、二次电池(又叫充电电池或蓄电池)
1．铅蓄电池
(1)构造
(2)工作原理
①总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)
②放电时——原电池
负极反应：Pb(s)＋SO(aq)－2e－===PbSO4(s)；
正极反应：PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)＋2e－===PbSO4(s)＋2H2O(l)。
③充电时——电解池
阴极反应：PbSO4(s)＋2e－===Pb(s)＋SO(aq)；
阳极反应：PbSO4(s)＋2H2O(l)－2e－===PbO2(s)＋4H＋(aq)＋SO(aq)。
2．二次电池的充放电规律
(1)充电时电极的连接：充电的目的是使电池恢复其供电能力，因此负极应与电源的负极相连以获得电子，可简记为“负接负后做阴极，正接正后做阳极”。
(2)工作时的电极反应式：同一电极上的电极反应式，在充电与放电时，形式上恰好是相反的；同一电极周围的溶液，充电与放电时pH的变化趋势也恰好相反。
三、“高效、环境友好”的燃料电池
1．氢氧燃料电池是目前最成熟的燃料电池，可分为酸性和碱性两种。
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
备注
燃料电池的电极不参与反应，有很强的催化活性，起导电作用
2.解答燃料电池题目的思维模型
3．解答燃料电池题目的几个关键点
(1)要注意介质是什么，是电解质溶液还是熔融盐或氧化物。
(2)通入负极的物质为燃料，通入正极的物质为氧气。
(3)通过介质中离子的移动方向，可判断电池的正负极，同时考虑该离子参与靠近一极的电极反应。
[自主检测]
判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2018·高考江苏卷)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能。(　　)
(2)太阳能电池不属于原电池。(　　)
(3)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(　　)
(4)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。(　　)
(5)碱性锌锰电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰电池的比能量提高、可储存时间加长。(　　)
(6)燃料电池工作时，燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。(　　)
(7)以葡萄糖为燃料的微生物燃料电池，放电过程中，H＋从正极区向负极区迁移。(　　)
(8)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.1
mol电子时，负极增重4.8
g。(　　)
(9)在碱性电解质溶液中，氢氧燃料电池的负极反应式为2H2－4e－===4H＋。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×　(7)×　(8)√　(9)×
演练一　根据图示理解化学电源
1．普通锌锰电池的简图如图所示，它用锌皮制成的锌筒做电极，中间插一根石墨棒，石墨棒顶端加一铜帽。在石墨棒周围填满二氧化锰和炭黑的混合物，并用离子可以通过的长纤维纸包裹做隔膜，隔膜外用氯化锌、氯化铵和淀粉等调成糊状做电解质溶液。该电池工作时的总反应为Zn＋2NH＋2MnO2===[Zn(NH3)2]2＋＋Mn2O3＋H2O。下列关于普通锌锰电池的说法中正确的是(　　)
A．当该电池电压逐渐下降后，利用电解原理能重新充电复原
B．电池负极反应式为2MnO2＋2NH＋2e－===Mn2O3＋2NH3＋H2O
C．原电池工作时，电子从负极通过外电路流向正极
D．外电路中每通过0.1
mol电子，锌的质量理论上减小6.5
g
解析：选C。普通锌锰电池是一次电池，不能充电复原，A项错误；根据原电池的工作原理，负极失电子，电极反应式为Zn－2e－＋2NH3===[Zn(NH3)2]2＋，B项错误；由负极的电极反应式可知，外电路中每通过0.1
mol电子，消耗锌的质量是65
g·mol－1×＝3.25
g，D项错误。
2．Li FeS2电池是目前电池中综合性能最好的一种电池，其结构如图所示。已知电池放电时的总反应为4Li＋FeS2===Fe＋2Li2S。下列说法正确的是(　　)
A．Li为电池的正极
B．电池工作时，Li＋向负极移动
C．正极的电极反应式为FeS2＋4e－===Fe＋2S2－
D．将熔融的LiCF3SO3改为LiCl的水溶液，电池性能更好
解析：选C。A项，由→LiS发生氧化反应，可知Li为电池的负极；B项，电池工作时，阳离子(Li＋)移向正极；D项，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故不能用LiCl的水溶液作为电解质溶液。
演练二　二次电池
3．(2020·安徽A10联盟联考)用氟硼酸(HBF4，属于强酸)溶液代替硫酸溶液做铅蓄电池的电解质溶液，可使铅蓄电池在低温下工作时的性能更优良，反应方程式为Pb＋PbO2＋4HBF42Pb(BF4)2＋2H2O，Pb(BF4)2为可溶于水的强电解质，下列说法中正确的是(　　)
A．放电时，负极反应为PbO2＋4HBF4－2e－===Pb(BF4)2＋2BF＋2H2O
B．充电时，当阳极质量减少23.9
g时转移0.2
mol电子
C．放电时，PbO2电极附近溶液的pH增大
D．充电时，Pb电极的电极反应式为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O
解析：选C。放电时，负极反应为Pb－2e－===Pb2＋，A项错误；充电时，阳极反应为Pb2＋－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋，当阳极质量增加23.9
g时转移0.2
mol电子，B项错误；放电时，正极反应为PbO2＋4H＋＋2e－===Pb2＋＋2H2O，PbO2电极附近溶液的pH增大，C项正确；充电时，Pb电极的电极反应式为Pb2＋＋2e－===Pb，D项错误。
4．镍镉(Ni Cd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充放电按下式进行：Cd＋2NiO(OH)＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法正确的是(　　)
A．充电时阳极反应：Ni(OH)2＋OH－－e－===H2O＋NiO(OH)
B．充电过程是化学能转化为电能的过程
C．放电时负极附近溶液中的OH－浓度不变
D．放电时电解质溶液中的OH－向正极移动
解析：选A。放电时Cd的化合价升高，Cd做负极，Ni的化合价降低，NiO(OH)做正极，则充电时Cd(OH)2做阴极，Ni(OH)2做阳极，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O，A项正确；充电过程是电能转化为化学能的过程，B项错误；放电时负极电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，Cd电极周围OH－的浓度减小，C项错误；放电时OH－向负极移动，D项错误。
5．(2020·最新预测)“天宫二号”飞行器白天靠太阳能帆板产生电流向镍氢电池充电，夜间镍氢电池向飞行器供电。镍氢电池的结构示意图如图所示。电池总反应为2Ni(OH)22NiO(OH)＋H2。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，NiO(OH)发生氧化反应
B．充电时，a电极附近的pH增大，K＋移向b电极
C．充电时，a电极的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．放电时，负极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－
解析：选C。放电时，NiO(OH)在正极上得电子变成Ni(OH)2，发生还原反应，A错误；充电时，a电极做阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，pH增大，K＋移向a电极，B错误，C正确；放电时，负极上H2放电，D错误。
演练三　燃料电池
6．(2020·惠州模拟)金属锂燃料电池是一种新型电池，比锂离子电池具有更高的能量密度。它无电时也无需充电，只需更换其中的某些材料即可，其工作示意图如下，下列说法正确的是(　　)
A．放电时，通入空气的一极为负极
B．放电时，电池反应为4Li＋O2===2Li2O
C．有机电解液可以是乙醇等无水有机物
D．在更换锂电极的同时，要更换水性电解液
解析：选D。A.放电时，Li电极为负极，错误；B.放电时，电池反应为4Li＋O2＋2H2O===4LiOH，错误；C.因为有锂存在，就不能用乙醇，锂和乙醇反应，错误；D.水性电解液中不断消耗水并有LiOH生成，随着反应的进行，形成LiOH的饱和溶液，不利于Li＋的流动，所以在更换锂电极的同时，要更换水性电解液，正确。
7．科学家设计出质子膜 H2S燃料电池，实现了利用H2S废气资源回收能量并得到单质硫。质子膜 H2S燃料电池的结构示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．电极a为电池的负极
B．电极b上发生的电极反应：O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．电路中每通过4
mol电子，正极消耗44.8
L
H2S
D．每17
g
H2S参与反应，有1
mol
H＋经质子膜进入正极区
解析：选C。该电池为燃料电池，根据燃料电池的特点，通入氧气的一极为正极，故电极b为电池的正极，电极a为电池的负极，A项正确；电极b为正极，氧气得电子生成水，B项正确；从装置图可以看出，电池总反应为2H2S＋O2===S2＋2H2O，电路中每通过4
mol电子，正极应该消耗1
mol
O2，负极应该消耗2
mol
H2S，但是题目中没有给定气体所处的状况，所以其体积不一定是44.8
L，C项错误；17
g
H2S即0.5
mol
H2S，每0.5
mol
H2S参与反应会消耗0.25
mol
O2，根据正极反应式O2＋4H＋＋4e－===2H2O可知，有1
mol
H＋经质子膜进入正极区，D项正确。
8．(2020·试题调研)Mg 次氯酸盐燃料电池的工作原理为
Mg＋ClO－＋H2O
===
Mg(OH)2＋Cl－。下列有关说法错误的是(　　)
A．镁做负极材料，发生氧化反应
B．放电时，所有阴离子都向负极迁移
C．负极反应式为Mg＋2OH－－2e－===Mg(OH)2
D．消耗12
g镁时转移1
mol电子
解析：选B。A项，从已知燃料电池的工作原理知，镁发生氧化反应，做负极材料，正确；B项，正极反应式为ClO－＋2e－＋H2O===Cl－＋2OH－，次氯酸根离子在正极参加反应，所以ClO－不会向负极迁移，错误；C项，由总反应式知，负极上镁被氧化生成氢氧化镁，正确；D项，12
g
Mg完全反应时转移1
mol电子，正确。
1．(2019·高考全国卷Ⅰ，12，6分)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析：选B。由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
2．(2019·高考全国卷Ⅲ，13，6分)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3D Zn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3D Zn NiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是(　　)
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的
ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为
Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为
Zn(s)＋2OH－(aq)
－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中
OH－
通过隔膜从负极区移向正极区
解析：选D。该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知，该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq)
－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
3．(2019·高考天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌 碘溴液流电池，其工作原理示意图如图。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。下列叙述不正确的是(　　)
A.
放电时，a电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－
B．放电时，溶液中离子的数目增大
C．充电时，b电极每增重0.65
g，溶液中有0.02
mol
I－被氧化
D．充电时，a电极接外电源负极
解析：选D。根据电池的工作原理示意图可知，放电时a电极上I2Br－转化为Br－和I－，电极反应为I2Br－＋2e－===2I－＋Br－，A项正确；放电时正极区I2Br－转化为Br－和I－，负极区Zn转化为Zn2＋，溶液中离子的数目增大，B项正确；充电时b电极发生反应Zn2＋＋2e－===Zn，b电极增重0.65
g时，转移0.02
mol
e－，a电极发生反应2I－＋Br－－2e－===I2Br－，根据各电极上转移电子数相同，则有0.02
mol
I－被氧化，C项正确；放电时a电极为正极，充电时，a电极为阳极，接外电源正极，D项错误。
4．(2018·高考全国卷Ⅱ，12，6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na CO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na
2Na2CO3＋C。下列说法错误的是(　　)
A．放电时，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－===
2CO＋C
D．充电时，正极反应为Na＋＋e－===
Na
解析：选D。电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放出CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。
一、选择题
1．(2020·广州模拟)某小组为研究原电池原理，设计如图装置，下列叙述正确的是(　　)
A．若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极
B．若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片
C．若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出
D．若X为Cu，Y为Zn，则锌片发生还原反应
解析：选C。Fe比Cu活泼，Fe做负极，电子从Fe流向Cu，故A、B错误；若X为Fe，Y为C，电解质为硫酸铜，则正极碳棒上析出Cu，故C正确；Zn比Cu活泼，Zn做负极，发生氧化反应，故D错误。
2．(新题预测)在超市里经常会看到一种外壳为纸层包装的电池，印有如图所示的文字。下列有关说法错误的是(　　)
A．该电池是一次电池
B．该电池工作时，电子由负极通过外电路流入正极
C．该电池含有的金属元素中毒性最大的是Hg
D．该电池工作时，外电路中每通过0.2
mol电子，锌的质量理论上减少3.25
g
解析：选D。电池工作时，锌失去电子，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，所以外电路中每通过0.2
mol电子，锌的质量理论上应减少6.5
g，所以D项错误。
3．根据下图判断，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
解析：选D。装置Ⅰ中的负极为Zn，A项错误；装置Ⅱ中的正极反应为2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；阳离子向正极移动，装置Ⅰ中阳离子向左侧烧杯移动，C项错误。
4．某学习小组的同学查阅相关资料知氧化性：Cr2O＞Fe3＋，设计了盐桥式的原电池，如图所示。盐桥中装有琼脂与饱和K2SO4溶液。下列叙述中正确的是(　　)
A．甲烧杯的溶液中发生还原反应
B．乙烧杯中发生的电极反应为2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋
C．外电路的电流方向为从b到a
D．电池工作时，盐桥中的SO移向乙烧杯
解析：选C。A项，甲烧杯中发生的反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，为氧化反应，错误；B项，乙烧杯中Cr2O发生还原反应，得到电子，错误；C项，a极为负极，b极为正极，外电路的电流方向为从b到a，正确；D项，SO向负极移动，即移向甲烧杯，错误。
5．(2020·济南质检)如图为以Pt为电极的氢氧燃料电池的工作原理示意图，稀H2SO4为电解质溶液。下列有关说法不正确的是(　　)
A．a极为负极，电子由a极经外电路流向b极
B．a极的电极反应式：H2－2e－===2H＋
C．电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)增大
D．若将H2改为CH4，消耗等物质的量的CH4时，O2的用量增多
解析：选C。a极通入的H2发生氧化反应，为负极，电子由a极经外电路流向b极；以稀H2SO4为电解质溶液时，负极的H2被氧化为H＋；电池总反应为2H2＋O2===2H2O，电池工作一段时间后，装置中c(H2SO4)减小；根据电池总反应2H2＋O2===2H2O，CH4＋2O2===CO2＋2H2O可知，等物质的量的CH4比H2消耗O2多。
6．可充电氟镁动力电池比锂电池具有更高的能量密度和安全性，其电池反应为Mg＋2MnF3===2MnF2＋MgF2。下列有关说法不正确的是(　　)
A．镁为负极材料
B．正极的电极反应式为MnF3＋e－===MnF2＋F－
C．电子从镁极流出，经电解质流向正极
D．每生成1
mol
MnF2时转移1
mol电子
解析：选C。由电池反应可知，镁失去电子，发生氧化反应，为负极，A项正确；电池反应中，三氟化锰发生还原反应，为正极，B项正确；电子由负极(镁极)流出经外电路流向正极，C项不正确；锰元素由＋3价降至＋2价，每生成1
mol
MnF2转移1
mol电子，D项正确。
7．(新题预测)三元电池成为我国电动汽车的新能源，其正极材料可表示为LixyzO2，且x＋y＋z＝1。充电时电池总反应为LiNixCoyMnzO2＋6C(石墨)===Li1－aNixCoyMnzO2＋LiaC6，其电池工作原理如图所示，两极之间有一个允许特定的离子X通过的隔膜。下列说法正确的是(　　)
A．允许离子X通过的隔膜属于阴离子交换膜
B．充电时，A为阴极，发生氧化反应
C．可从无法充电的废旧电池的石墨电极中回收金属锂
D．放电时，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2
解析：选D。根据充电时电池总反应可知，放电时负极反应式为LiaC6－ae－===6C(石墨)＋aLi＋，正极反应式为Li1－aNixCoyMnzO2＋aLi＋＋ae－===LiNixCoyMnzO2，将放电时负极、正极反应式左右颠倒，即分别得到充电时阴极、阳极反应式。放电时，A是负极、B是正极，Li＋向正极移动，则X是Li＋，允许阳离子通过的隔膜为阳离子交换膜，A项错误；充电时，A是阴极，发生还原反应，B项错误；充电时，石墨电极发生C→LiaC6的反应，充电后才能从中回收锂，C项错误。
8．(2020·雅安模拟)某种熔融碳酸盐燃料电池以Li2CO3、K2CO3为电解质，以CH4为燃料时，该电池工作原理如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．a为空气，b为CH4
B．CO向正极移动
C．此电池在常温时也能工作
D．正极电极反应式为2CO2＋O2＋4e－===2CO
解析：选D。燃料电池中通入燃料的一极是负极，通入氧化剂的一极是正极，根据电子流向可知，左边电极是负极、右边电极是正极，所以a为CH4，b为空气，故A错误；原电池放电时，阴离子向负极移动，则CO向负极移动，故B错误；电解质为熔融碳酸盐，需要高温条件，故C错误；正极上O2得到电子和CO2反应生成CO，电极反应式为O2＋2CO2＋4e－===2CO，故D正确。
9．镁及其化合物一般无毒(或低毒)、无污染，且镁原电池放电时电压高且平稳，使镁原电池成为人们研制绿色原电池的关注焦点。其中一种镁原电池的反应为xMg＋Mo3S4MgxMo3S4，下列说法正确的是(　　)
A．电池放电时，正极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4
B．电池放电时，Mg2＋向负极迁移
C．电池充电时，阳极反应为xMg2＋＋2xe－===xMg
D．电池充电时，阴极发生还原反应生成Mo3S4
解析：选A。电池放电时，正极发生还原反应，由电池反应可知，Mo3S4为正极，被还原，电极反应为Mo3S4＋2xe－＋xMg2＋===MgxMo3S4，A项正确；电池放电时，阳离子向正极移动，B项错误；电池充电时，阳极发生氧化反应，C项错误；电池充电时，阴极发生还原反应生成金属镁，D项错误。
10．(新题预测)十九大报告中提出要“打赢蓝天保卫战”，这意味着对大气污染防治的要求比过去更高。二氧化硫 空气质子交换膜燃料电池实现了制硫酸、发电、环保三位一体的结合，原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．该电池放电时质子从Pt2电极经过内电路移向Pt1电极
B．Pt1电极附近发生的反应为SO2＋2H2O－2e－===H2SO4＋2H＋
C．Pt2电极附近发生的反应为O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1
解析：选D。放电时为原电池，质子向正极移动，Pt1电极为负极，则该电池放电时质子从Pt1电极经过内电路移向Pt2电极，A错误；Pt1电极为负极，发生氧化反应，SO2被氧化为硫酸，电极反应为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，硫酸应当拆为离子形式，B错误；Pt2电极为正极，在酸性条件下，氧气在正极上得电子生成水，C错误；相同条件下，放电过程中负极发生氧化反应2SO2＋4H2O－4e－===2SO＋8H＋，正极发生还原反应O2＋4e－＋4H＋===2H2O，根据转移电子数相等可知，相同条件下，放电过程中消耗的SO2和O2的体积比为2∶1，D正确。
11．(2020·湖南H11教育联盟联考)我国最近在太阳能光电催化 化学耦合分解硫化氢研究中获得新进展，相关装置如图所示。下列说法中正确的是(　　)
A．该制氢工艺中光能最终转化为化学能
B．该装置工作时，H＋由b极区移向a极区
C．a极上发生的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋
D．a极区需不断补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液
解析：选A。该制氢工艺中光能转化为电能，最终转化为化学能，A项正确；该装置工作时，H＋由a极区移向b极区，B项错误；a极上发生氧化反应，失电子，所以a极上发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋，C项错误；由题图可知，a极区Fe2＋和Fe3＋可相互转化，故不需补充含Fe3＋和Fe2＋的溶液，D项错误。
二、非选择题
12．某兴趣小组做如下探究实验：
(1)图Ⅰ为依据氧化还原反应设计的原电池装置，该反应的离子方程式为_____________。反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12
g，则导线中通过________mol电子。
(2)如图Ⅰ，其他条件不变，若将CuCl2溶液换为NH4Cl溶液，石墨电极的反应式为________________________________________________________________________，
这是由于NH4Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因：________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如图Ⅱ，其他条件不变，将图Ⅰ中的盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则乙装置中石墨(1)为________(填“正”“负”“阴”或“阳”)极，乙装置中与铜丝相连的石墨(2)电极上的电极反应式为_____________________________________________________。
(4)将图Ⅱ乙装置中的CuCl2溶液改为400
mL
CuSO4溶液，一段时间后，若电极质量增重1.28
g，则此时溶液的pH为________(不考虑反应中溶液体积的变化)。
解析：(1)Fe是活性电极，失电子被氧化生成Fe2＋，石墨是惰性电极，溶液中Cu2＋在石墨电极得电子被还原生成Cu，故该原电池反应为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu。工作过程中，Fe做负极，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，铁电极质量减少；石墨做正极，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，石墨电极质量增加；设两电极质量相差12
g时电路中转移电子为x
mol，则有x
mol××56
g·mol－1＋x
mol××64
g·mol－1＝12
g，解得x＝0.2。(2)NH4Cl溶液中NH发生水解反应：NH＋H2ONH3·H2O＋H＋，使溶液呈酸性，故石墨电极(即正极)上发生的反应为2H＋＋2e－===H2↑。(3)其他条件不变，若将盐桥换成铜丝与石墨(2)相连成n形，则甲装置为原电池，Fe做负极，Cu做正极；乙装置为电解池，则石墨(1)为阴极，石墨(2)为阳极，溶液中Cl－在阳极放电生成Cl2，电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑。(4)若将乙装置中的CuCl2溶液改为400
mL
CuSO4溶液，电解CuSO4溶液的总反应方程式为2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，当电极质量增重1.28
g(即析出0.02
mol
Cu)时，生成0.02
mol
H2SO4，则c(H＋)＝＝0.1
mol·L－1，pH＝－lg
0.1＝1，故此时溶液的pH为1。
答案：(1)Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu　0.2
(2)2H＋＋2e－===H2↑　酸性　NH＋H2ONH3·H2O＋H＋
(3)阴　2Cl－－2e－===Cl2↑　(4)1
13．(新题预测)(1)微生物燃料电池指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置。某微生物燃料电池的工作原理如图所示：
①HS－在硫氧化菌作用下转化为SO的反应式是____________________________
________________________________________________________________________。
②若维持该微生物电池中两种细菌的存在，则电池可以持续供电，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)PbSO4热激活电池可用作火箭、导弹的工作电源，基本结构如图所示，其中作为电解质的无水LiCl KCl混合物受热熔融后，电池即可瞬间输出电能。该电池总反应为PbSO4＋2LiCl＋Ca===CaCl2＋Li2SO4＋Pb。
①放电过程中，Li＋向________(填“负极”或“正极”)移动。
②负极反应式为________________________________________________________。
③电路中每转移0.2
mol电子，理论上生成________
g
Pb。
(3)氨氧燃料电池具有很大的发展潜力。氨氧燃料电池工作原理如下图所示。
①a电极的电极反应式是___________________________________________________。
②一段时间后，需向装置中补充KOH，请依据反应原理解释原因：___________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①酸性环境中反应物为HS－，产物为SO，利用质量守恒和电荷守恒进行配平，电极反应式为HS－＋4H2O－8e－SO＋9H＋；②从质量守恒角度来说，HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子。
(2)③根据电池总反应可知，电路中每转移0.2
mol电子，生成
0.1
mol
Pb，即20.7
g。
(3)①a电极是通入NH3的电极，失去电子，发生氧化反应，所以该电极做负极，电极反应式是2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O；②该燃料电池的总反应为4NH3＋3O2===N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，为了维持碱的浓度不变，所以要补充KOH。
答案：(1)①HS－＋4H2O－8e－SO＋9H＋
②HS－、SO浓度不会发生变化，只要有两种细菌存在，就会循环把有机物氧化成CO2放出电子
(2)①正极　②Ca－2e－===Ca2+　③20.7
(3)①2NH3－6e－＋6OH－===N2＋6H2O
②电池反应为4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，有水生成，使得溶液逐渐变稀，所以要补充KOH
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1第21讲　电解池　金属腐蚀与防护
一、选择题
1．(2020·济南高三模拟)四个电解装置都以Pt做电极，它们分别装有如下电解质溶液，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是(　　)
选项
A
B
C
D
电解质溶液
HCl
AgNO3
KOH
BaCl2
pH变化
减小
增大
增大
不变
解析：选C。电解盐酸，溶质HCl的量减少，溶剂的量不变，所以酸性减弱，pH增大，A项错误；电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气，溶液酸性增强，pH减小，B项错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，溶质的量不变，溶剂减少，碱性增强，pH增大，C项正确；电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气，溶液碱性增强，pH增大，D项错误。
2．(2020·哈尔滨高三一模)观察如图装置，下列说法正确的是(　　)
A．a、b接电流表，该装置一定为原电池
B．a、b接直流电源，该装置一定为电解池
C．a、b接直流电源，铁可能不易被腐蚀
D．a、b接电流表或接直流电源，铁都可能是负极
解析：选C。A项，a、b接电流表，若液体c为非电解质溶液，不满足原电池的构成条件，不能形成原电池，错误；B项，若液体c为非电解质溶液，溶液不导电，所以不能发生电解，即不是电解池，错误；C项，若该装置是电解池，Fe与负极相连时做阴极被保护，即铁可能不易被腐蚀，正确；D项，接直流电源时，该装置可能为电解池，Fe可能做阴极或阳极，错误。
3．(2020·贵阳高三调研)在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：一艘名叫“阿那吉纳”号的货轮满载着精铜砂，在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是(　　)
A．精铜砂装载过多导致沉船
B．运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大，超过船的承载能力
C．在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀
D．在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作为阳极而被氧化腐蚀
解析：选C。在潮湿的环境中，Cu、Fe形成原电池加快了轮船的腐蚀。
4．(教材改编题)电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　)
A．电解时以硫酸铜溶液做电解液，精铜做阳极
B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应
C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
解析：选C。A项，精铜应做阴极；B项，粗铜应做阳极，与电源正极相连；D项，Fe、Zn比Cu活泼，在阳极先放电，不会形成阳极泥。
5．锌元素对婴儿及青少年的智力和身体发育有重要的作用，被称为生命火花。利用恒电势电解NaBr溶液间接将葡萄糖[CH2OH(CHOH)4CHO]氧化为葡萄糖酸[CH2OH(CHOH)4COOH]，进而制取葡萄糖酸锌，装置如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．钛网与直流电源的正极相连，发生还原反应
B．石墨电极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．电解过程中硫酸钠溶液浓度保持不变
D．生成葡萄糖酸的化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O===CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr
解析：选A。根据题意和题图可知，在钛网上NaBr转化为溴单质，失电子，发生氧化反应，钛网做阳极，故与电源正极相连，A错误；石墨电极做阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；电解过程中左侧发生反应：2Br－－2e－===Br2、CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O===CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr，右侧发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，左侧产生的H＋通过质子交换膜不断向右侧提供被消耗的H＋，故硫酸钠溶液浓度保持不变，C、D正确。
6．(2020·沧州高三质量监测)以铅蓄电池为电源，通过电解法制备酒石酸(C4H6O6，简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极，a、b为离子交换膜)：
下列叙述不正确的是(　　)
A．N极的电极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O
B．b为阴离子交换膜
C．阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区溶液pH增大
D．铅蓄电池中消耗2
mol
H2SO4时，理论上生成2
mol
RH2
解析：选D。电解的目的为制备RH2，则装置右侧为产品室，若原料室中的R2－通过阴离子交换膜进入产品室与H＋结合，则可制得RH2，所以电极B上应为H2O电离出的OH－放电，生成O2和H＋，即电极B为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b为阴离子交换膜，N为正极，M为负极，电极A为阴极。N为铅蓄电池正极，电极反应为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，A项正确；根据上述分析可知，b为阴离子交换膜，B项正确；阴极应为H2O电离出的H＋放电，生成H2和OH－，故电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－浓度增大，pH增大，C项正确；铅蓄电池放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，当电池中消耗2
mol
H2SO4时，电路中转移2
mol
e－，根据电极B上的电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，转移2
mol
e－，产品室有2
mol
H＋生成，又R2－＋2H＋===RH2，所以理论上可生成1
mol
RH2，D项错误。
7．(经典题)下列关于如图所示装置说法正确的是(　　)
A．装置中电子移动的途径是负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClO
C．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁
D．若M是海水，该装置是通过牺牲阳极的阴极保护法使铁不被腐蚀
解析：选B。装置中电子移动的途径是负极→Fe，石墨→正极，电子不能在溶液中传递，A错误；若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阴极产生的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B正确；若M为FeCl2溶液，石墨为阳极，发生氧化反应，不可能实现石墨上镀铁，C错误；若M是海水，该装置是电解池，是通过外加电流的阴极保护法使铁不被腐蚀，而不是牺牲阳极的阴极保护法，D错误。
8．(2020·德州高三模拟)高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．装置中，f极为光伏电池的正极
B．阴极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4浓溶液
D．若转移2
mol电子，理论上生成100.5
g
HClO4
解析：选C。根据内电路中“阴阳相吸”判断，电解池中阳离子(Na＋)向阴极移动，即右侧为阴极区，f极为光伏电池的负极，A错误；阳极“放氧生酸”，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，得到HClO4浓溶液，阴极“放氢生碱”，电极反应为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，得到较浓的NaOH溶液，B错误，C正确；由阳极反应式知，转移2
mol电子时，生成2
mol
HClO4，质量为201
g，D错误。
9．(2020·天星高三联考)锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池，其成本低，便于大量推广，且对环境无污染。已知电池的总反应为V2O5＋xLiLixV2O5，下列说法正确的是(　　)
A．放电时，Li＋向负极移动
B．充电时,阳极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋
C．放电时,负极失重7.0
g，则转移2
mol电子
D．该电池以Li、V2O5为电极，酸性溶液做介质
解析：选B。放电时，Li＋向正极移动，A项错误；充电时,阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B项正确；放电时，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，每消耗1
mol
Li(7.0
g)转移1
mol电子，C项错误；Li是活泼金属，会与酸性溶液反应产生H2，因而该电池介质不能是酸性溶液，D项错误。
10．(2020·广东五校诊断)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是(　　)
A．乙装置中溶液颜色会变浅
B．铁电极应与Y相连接
C．M电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋
D．当N电极消耗0.25
mol气体时，铜电极质量减少16
g
解析：选C。乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属做阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项错误；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C项正确；根据N电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O以及铜电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则当N电极消耗0.25
mol
O2时，铜电极质量减少0.25
mol×2×64
g·mol－1＝32
g，D项错误。
二、非选择题
11．知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。
(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。
(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子方程式为__________________________。
(3)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。下图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。
①阳极产生ClO2的电极反应式：___________________________________________
________________________________________________________________________。
②当阴极产生标准状况下112
mL气体时，通过阳离子交换膜的离子的物质的量为________。
解析：(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极附近产生NaOH。
(2)要制取“84”消毒液，应创造氯气和氢氧化钠反应生成NaClO的环境，为了使反应更充分，则下面电极生成氯气，上面电极附近有NaOH生成，上面电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极。
(3)①依据题干信息，阳极上Cl－被氧化为ClO2，根据电子守恒和电荷守恒，写出电极反应式。②电极上得到或失去一个电子，电解质溶液中必然有一个阳离子通过阳离子交换膜。
答案：(1)H2　右
(2)负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑
(3)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
②0.01
mol
12．Ⅰ.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。图1是高铁电池的模拟实验装置：
(1)该电池放电时正极的电极反应式为_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向________(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。
(3)图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.电解制取KIO3
电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应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，电解槽用水冷却。电解时，阳极上发生反应的电极反应式为____________________________；
电解过程中阴极附近溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：Ⅰ.(1)根据题图1可知，该电池中C做正极，正极上FeO发生还原反应：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－。(3)根据题图2可知，高铁电池具有使用时间长、工作电压稳定的优点。
Ⅱ.阳极附近的阴离子有碘离子、碘酸根离子和氢氧根离子，电解过程中阳极上碘离子失去电子生成碘酸根离子，电极反应式为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O；阴极上氢离子放电生成氢气，所以阴极附近水的电离平衡被破坏，溶液中的氢氧根离子浓度增大，pH变大。
答案：Ⅰ.(1)FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－　(2)右　左　(3)使用时间长、工作电压稳定
Ⅱ.I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O　变大
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第6章　化学反应与能量
第21讲　电解池　金属腐蚀与防护
01
练真题·明考向
02
课后达标检测
电流
氧化反应
还原反应
电能
化学能
电源
电解质溶液
熔融电解质
闭合回路
阳极
阴极
阳极
阴极
失去
失去
得到
氧化
还原
粗
不变
变小
阳极泥
失去电子
金属阳离子
氧化反应
电解质溶液
无
有微弱
失去
氧化
电化学
强
弱
中性
原电池
负
正
电解
阴
阳
本部分内容讲解结束
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学
考纲/要/求
核/心/素/养
理解电解池的构成、工作原理及应用,能书写电极变化观念与认识化学变化的本质是有新物质生成,并伴有能量的
转化;能多角度、动态地分析电解池中发生的反应,
平衡思想
反应和总反应方程式
并运用电解原理解决实际问题。
=-=-------------+
了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害
科学态度今肯定电解原理对社会发展的重大贡献,具有可持续
以及防止金属腐蚀的措施。
发展意识和绿色化学观念,能对与电解有关的社会
社会责任
热点问题做出正确的价值判断。
电
电源
电子
反应
电解质AB
反应
熔融或
溶于水
阳离子
A+、B-阴离子
阴极
H±OH
2+
e
cl
极
电极
阳离子交换
物质A
NH4NO3浓溶
极
O
电源
a
Br
DME
Fe2+
盐桥
稀硫酸
磷酸)甩解质
属催化剂的多孔电极NaO
NaC溶
图乙
Fe(含碳)
06
练真题·明考向
伏电
DTA-Fe
○
○
大第21讲　电解池　金属腐蚀与防护
　考点一　电解原理
[知识梳理]
一、电解和电解池
1．电解：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．电解池：将电能转化为化学能的装置。
3．电解池的构成
(1)有与电源相连的两个电极。
(2)电解质溶液(或熔融电解质)。
(3)形成闭合回路。
二、电解池的工作原理
电子和离子的移动方向
(1)电子：从电源的负极流出后，流向电解池的阴极；从电解池的阳极流出后流向电源的正极。
(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。
三、阴、阳极的判断及电极反应式的书写步骤
1．阴、阳极的判断
(1)根据外接电源的正、负极判断
电源正极连接阳极，电源负极连接阴极。
(2)根据电极产物判断
电极溶解、逸出O2(或电极区变酸性)或逸出Cl2的一极为阳极；析出金属或逸出H2(或电极区变碱性)的一极为阴极。
2．电极反应式的书写步骤
(1)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－)。
(2)排出阴、阳两极的放电顺序
①阳极
活性电极：金属做阳极(Pt、Au除外)，金属本身被电解；
惰性电极(Pt、Au、石墨等)：还原性强的离子先放电，放电顺序为S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>含氧酸根离子。
②阴极(放电顺序与电极材料无关)
氧化性强的离子先放电，放电顺序为Ag＋>Fe3＋>Cu2＋>H＋(酸中)>Fe2＋>Zn2＋>H＋(水中)。
（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、最重要的放电顺序为阳极：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。
(3)写出两极电极反应式
①阳极：活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。
②阴极：溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。
(4)写出电解总反应式
在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应方程式。
活泼阳极失电子后得到的离子可能会与电解质溶液中的离子继续发生复杂的反应，因此最终的氧化产物一般需要根据题目中的信息确定。例如，铁做阳极时，其氧化产物可能是Fe2＋、Fe（OH）2或FeO等。
四、用惰性电极电解电解质溶液的规律
类型
实例
电极反应式和总反应式
溶液pH变化
溶液复原方法
电解水型
含氧酸
H2SO4
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴极：4H＋＋4e－===2H2↑总反应：2H2O2H2↑＋O2↑
减小
加水
强碱
NaOH
增大
活泼金属的含氧酸盐
KNO3
不变
电解电解质型
无氧酸(氢氟酸除外)
HCl
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑总反应：2HClH2↑＋Cl2↑
增大
通入HCl气体
不活泼金属的无氧酸盐
CuCl2
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Cu2＋＋2e－===Cu总反应：CuCl2Cu＋Cl2↑
－
加CuCl2固体
放氢生碱型
活泼金属的无氧酸盐
NaCl
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑总反应：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH
增大
通入HCl气体
放氧生酸型
不活泼金属的含氧酸盐
AgNO3
阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag总反应：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3
减小
加入Ag2O固体
电解质溶液的复原
若要使电解后的溶液恢复到原状态，应遵循“出什么加什么”(即一般加入阴极产物与阳极产物形成的化合物)的原则。如用惰性电极电解盐酸(足量)一段时间后，若要使溶液复原，应通入HCl气体而不能加入盐酸。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)电解质溶液的导电过程就是电解质溶液被电解的过程。(　　)
(2)某些不能自发进行的氧化还原反应，通过电解可以实现。(　　)
(3)电解池中，电子从电源的负极流向电解池的阳极。(　　)
(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜做阳极。(　　)
(5)电解CuCl2溶液，阴极逸出的气体能够使湿润的淀粉 碘化钾试纸变蓝色。(　　)
(6)电解盐酸、硫酸等溶液，H＋放电，溶液的pH均增大。(　　)
(7)电解KNO3溶液时，随着电解的进行，溶液的pH逐渐减小。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×　(7)×
2．[2019·高考全国卷Ⅲ，28(4)]在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上，科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案，主要包括电化学过程和化学过程，如图所示：
负极区发生的反应有_________________________________________________________
(写反应方程式)。电路中转移1
mol电子，需消耗氧气________L(标准状况)。
解析：负极区发生还原反应Fe3＋＋e－===Fe2＋，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O，由反应可知电路中转移4
mol电子消耗1
mol
O2，则转移1
mol电子消耗
mol氧气，其在标准状况下的体积为
mol×22.4
L·mol－1＝5.6
L。
答案：Fe3＋＋e－===Fe2＋、4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6
演练一　电解规律及电极产物的判断
1．(经典题)用石墨做电极，电解稀Na2SO4溶液的装置如图所示，通电后在石墨电极A和B附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列有关叙述正确的是(　　)
A．相同条件下，逸出气体的体积：A电极＜B电极
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出有刺激性气味气体
C．A电极附近呈红色，B电极附近呈蓝色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到同一烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
解析：选D。SO、OH－移向B电极，在B电极上OH－放电产生O2，B电极附近c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液变红，Na＋、H＋移向A电极，在A电极上H＋放电产生H2，A电极附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液变蓝，C项错误；相同条件下，A电极产生的气体体积大于B电极，A项错误；两种气体均为无色无味的气体，B项错误；用惰性电极电解Na2SO4溶液的实质是电解水，电解后的溶液全部转移到同一烧杯中，充分搅拌后，溶质仍为Na2SO4，溶液呈中性，D项正确。
2．(2020·河南豫南九校质量检测)如图所示，在一定电压下用惰性电极电解由等物质的量浓度的FeCl2、HCl组成的混合溶液。已知在此电压下，阴、阳离子根据放电顺序，都可能在阳极放电，下列分析正确的是(　　)
A．C1电极上的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
B．C1电极处溶液首先变棕黄色
C．C2电极上可依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑
D．当C1电极上有2
g物质生成时，就会有2NA个电子通过溶液发生转移
解析：选C。C1电极与电源的负极相连，做阴极，溶液中的H＋在阴极放电，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，A错误；C1电极上H＋放电生成H2，C2电极与电源的正极相连，做阳极，Fe2＋的还原性强于Cl－，则依次发生的电极反应为Fe2＋－e－===Fe3＋、2Cl－－2e－===Cl2↑，故C2电极处溶液首先变棕黄色，B错误，C正确；电子只能通过导线传递，不能通过溶液传递，D错误。
3．若用惰性电极电解CuSO4溶液一段时间后，需加入98
g
Cu(OH)2固体，才能使电解质溶液复原，则这段时间，整个电路中转移的电子数为________。
解析：方法一：98
g
Cu(OH)2的物质的量为1
mol，相当于电解了1
mol
CuSO4后，又电解了1
mol水，所以转移的电子数为2NA＋2NA＝4NA。
方法二：可以认为整个电路中转移的电子数与Cu(OH)2中的O2－失电子数相等，共4NA。
答案：4NA
演练二　电解池中电极反应式和电解总反应式的书写
4．按要求书写电极反应式和总反应方程式。
(1)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：______________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用Al做电极电解NaOH溶液
阳极反应式：____________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________；
总反应离子方程式：_____________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)以铝材为阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：___________________________________________________________；
阴极反应式：__________________________________________________________；
总反应方程式：_________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2H2O＋2e－===H2↑＋Mg(OH)2↓
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(3)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋　6H＋＋6e－===3H2↑　2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
5．整合有效信息书写电极反应式或总反应式。
(1)硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。
将用烧碱吸收H2S后所得的溶液加入如图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S2－－2e－===S；(n－1)S＋S2－===S。
①写出电解时阴极的电极反应式：___________________________________________
________________________________________________________________________。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式为________________________________________________________________________。
(2)电解NO制备NH4NO3，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是________，说明理由：_______________________________________
________________________________________________________________________。
(3)[2019·高考全国卷Ⅱ，27(4)]环戊二烯()可用于制备二茂铁[Fe(C5H5)2，结构简式为]，后者广泛应用于航天、化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示，其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)和环戊二烯的DMF溶液(DMF为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为________，总反应为________________________________________
________________________________________________________________________。
电解制备需要在无水条件下进行，原因为____________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)①电解时，阴极区溶液中的阳离子放电，即水溶液中的H＋放电生成H2。②由题给反应可知，阳极区生成了S，加入稀硫酸生成S单质和H2S气体。
(2)根据电解NO制备NH4NO3的工作原理示意图可知，阴极反应式为3NO＋15e－＋18H＋===3NH＋3H2O，阳极反应式为5NO－15e－＋10H2O===5NO＋20H＋，总反应式为8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3，为了使电解产生的HNO3全部转化为NH4NO3，应补充NH3。
(3)结合图示电解原理可知，Fe电极发生氧化反应，为阳极；在阴极上有H2生成，故电解时的总反应为Fe＋2===＋H2↑或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑。结合相关反应可知，电解制备需要在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2，从而阻碍二茂铁的生成。
答案：(1)①2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
②S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
(2)NH3　根据总反应：8NO＋7H2O3NH4NO3＋2HNO3可知，电解产生HNO3，故应补充NH3使其转化为NH4NO3
(3)Fe电极　Fe＋2===＋H2↑[或Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间产物Na的生成；水会电解生成OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
演练三　电化学的计算
6．(电解的基本计算)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
解析：选B。两极反应：阳极2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；阴极4Ag＋＋4e－===4Ag，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(Ag)＝n(HNO3)＝n(H＋)＝(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。
7．(电解的分阶段计算)500
mL
KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(NO)＝0.6
mol·L－1，用石墨做电极电解此溶液，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
解析：选A。用石墨做电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。从阳极收集到O2的体积为2.24
L可推知上述电解过程中共转移0.4
mol
电子，而阴极在生成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，则电解前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)，则电解前c(K＋)＝0.2
mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4
mol·L－1。
8．(原电池与电解池串联)某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则下列说法正确的是(　　)
A．电流方向：电极Ⅳ→→电极Ⅰ
B．电极Ⅰ发生还原反应
C．电极Ⅱ逐渐溶解
D．电路中每转移0.2
mol电子，电极Ⅲ上析出6.4
g
Cu
解析：选A。当多个池串联时，两电极材料活泼性相差大的为原电池，其他池为电解池，由此可知图示中甲、乙组成原电池，电极Ⅰ为负极，电极Ⅱ为正极；丙为电解池，电极Ⅲ为阳极，电极Ⅳ为阴极。A.电子移动方向：电极Ⅰ→→电极Ⅳ，电流方向与电子移动方向相反，A正确。B.原电池负极在工作中失去电子，被氧化，发生氧化反应，B错误。C.原电池正极得电子，铜离子在电极Ⅱ上得电子，生成铜单质，该电极质量逐渐增大，C错误。D.电解池中阳极为活性电极时，电极本身失电子，形成离子进入溶液中，电极Ⅲ为电解池的阳极，其电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，不会析出Cu，D错误。
9．(电解池间串联)(2020·承德高三质检)如图装置所示，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极，甲、乙中溶液的体积和浓度都相同(假设通电前后溶液体积不变)，A、B为外接直流电源的两极。将直流电源接通后，F极附近呈红色。
请回答：
(1)B极是电源的________，一段时间后，甲中溶液颜色________；丁中X极附近的颜色变浅，Y极附近的颜色变深，这表明____________________________________________，
在电场作用下向Y极移动。
(2)若甲、乙装置中的C、D、E、F电极均只有一种单质生成时，对应单质的物质的量之比为________________________________________________________________________。
(3)现用丙装置给铜件镀银，则H应该是________(填“镀层金属”或“镀件”)，电镀液是________溶液。当乙装置中溶液的pH是13时(此时乙装置中溶液体积为500
mL)，丙装置中镀件上析出银的质量为________，甲装置中溶液的pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
(4)若将C电极换为铁，其他装置都不变，则甲装置中发生总反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
解析：(1)F极附近呈红色，说明F极是阴极，E极是阳极，则A极为电源的正极，B极为电源的负极。甲装置中因Cu2＋放电使溶液颜色变浅。丁装置中Y极附近颜色变深，说明Fe(OH)3胶体粒子向阴极移动，即
Fe(OH)3胶体粒子带正电荷。(2)C、D、E、F的电极产物分别为O2、Cu、Cl2、H2，由于电路中通过的电量相等，所以其物质的量之比为1∶2∶2∶2。(3)乙装置中溶液pH＝13，生成
n(NaOH)＝0.1
mol·L－1×0.5
L＝0.05
mol，电路中通过的电子的物质的量为0.05
mol，所以丙装置中镀件上析出银的质量为0.05
mol×108
g·mol－1＝5.4
g。(4)当活泼金属做阳极时，金属先于溶液中的阴离子放电而溶解，故甲装置中发生总反应的离子方程式为Fe＋Cu2＋Fe2＋＋Cu。
答案：(1)负极　变浅　氢氧化铁胶体粒子带正电荷
(2)1∶2∶2∶2
(3)镀件　AgNO3　5.4
g　变小
(4)Fe＋Cu2＋Cu＋Fe2＋
1．电化学的三种计算方法
　
如以电路中通过4
mol
e－为桥梁可构建以下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值，熟记电极反应式，灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。
2．常见串联装置
模型一　原电池与电解池的串联(如图)
显然甲、乙两图中，装置A均为原电池，装置B均为电解池。
模型二　电解池间的串联(如图)
装置A、B为两个串联电解池，相同时间内，各电极得失电子数相等。
3．串联装置的解题流程
　
　考点二　电解原理的应用
[知识梳理]
1．氯碱工业
阳极反应式：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反应)。
阴极反应式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－(还原反应)。
总反应化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
2．电镀与电解精炼
电镀铜
电解精炼铜
示意图
电极材料
阳极：镀层金属铜阴极：待镀金属铁
阳极：粗铜(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等杂质)阴极：纯铜
电极反应
阳极
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋
阴极
Cu2＋＋2e－===Cu
电解质溶液的浓度变化
CuSO4溶液的浓度不变
CuSO4溶液的浓度变小
注：电解精炼铜时，粗铜中的Ag、Au等不反应，沉积在电解池底部形成阳极泥
3.电冶金：利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al等。
总反应化学方程式
阳极、阴极反应式
冶炼钠
2NaCl(熔融)__2Na＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2Na＋＋2e－===2Na
冶炼镁
MgCl2(熔融)__Mg＋Cl2↑
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
冶炼铝
2Al2O3(熔融)__4Al＋3O2↑
阳极：6O2－－12e－===3O2↑阴极：4Al3＋＋12e－===4Al
冶炼镁不可用MgO做原料；冶炼铝不可用AlCl3做原料。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)在镀件上电镀铜时，镀件与电源的正极连接。(　　)
(2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(　　)
(3)冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。(　　)
(4)电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。(　　)
(5)用Zn做阳极，Fe做阴极，ZnCl2溶液做电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×
2．(教材改编题)完成下列各小题：
(1)电解饱和食盐水过程中，阳离子交换膜的作用为____________________________
________________________________________________________________________。
(2)电解过程中A中CuSO4溶液浓度__________，而B中CuSO4溶液浓度____________。
(3)如图电解的目的是在铝表面形成一层致密的氧化膜。
阳极反应式：_____________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________。
答案：(1)只允许阳离子通过，阻碍Cl2分子、阴离子通过，防止Cl2和NaOH反应
(2)逐渐减小　基本不变
(3)2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
(1)电解或电镀时，电极质量减少的电极必为金属电极——阳极；电极质量增加的电极必为阴极，即溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。
(2)在电解原理的几个常见应用中，电镀铜和电解精炼铜比较相似，但注意区别：电镀铜过程中，溶液中离子浓度不变；电解精炼铜过程中，由于粗铜中含有Zn、Fe、Ni等活泼金属，反应过程中失去电子形成阳离子存在于溶液中，而阴极上只有Cu2＋被还原，所以溶液中的阳离子浓度会发生变化，同时阴、阳两极的质量的变化值也不相等。
演练一　电解原理的常规应用
1．利用如图所示装置模拟电解原理在工业生产中的应用。下列说法正确的是(　　)
A．氯碱工业中，X电极上的反应式是4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
B．电解精炼铜时，Z溶液中的Cu2＋浓度不变
C．在铁片上镀铜时，Y是纯铜
D．制取金属镁时，Z是熔融的氯化镁
解析：选D。氯碱工业中，阳极上Cl－放电生成Cl2；电解精炼铜时，阳极上粗铜中的Zn、Fe、Ni、Cu放电而溶解，阴极上只有Cu2＋放电析出Cu，电解质溶液中Cu2＋浓度变小；在铁片上镀铜时，阴极(Y)应该是铁片，阳极(X)是纯铜。
2．(教材改编题)金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋＜Ni2＋＜Cu2＋)(　　)
A．阳极发生还原反应，其电极反应式为Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极减少的质量与阴极增加的质量相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt
解析：选D。阳极发生氧化反应，A错；Fe、Zn的还原性大于Ni，阳极的电极反应为Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋，阴极的电极反应为Ni2＋＋2e－===Ni，比较两电极反应，因Fe、Zn、Ni的相对原子质量不相等，当两极通过的电量相等时，阳极减少的质量与阴极增加的质量不相等，B错；电解法制备高纯镍，以含有Ni2＋的溶液做电解质溶液，因Ni2＋的氧化性大于Fe2＋和Zn2＋，所以电解后溶液中的金属阳离子有Fe2＋、Zn2＋和Ni2＋，C错；Cu、Pt还原性小于Ni，所以不反应，D正确。
演练二　利用电解原理制备物质
3.(2020·试题调研)Na2S2O8具有强氧化性，在石油行业中有重要用途，工业上可利用电解法制备，工作原理如图所示，电极材料是石墨且电子由外电路流入C(2)，下列说法正确的是(　　)
A．C(1)电极接电源负极，发生还原反应
B．阴极上的电极反应式为2SO－2e－===S2O
C．电解一段时间后，溶液的pH减小
D．刚开始电解时，两电极上消耗的放电离子的物质的量相等
解析：选D。电子由外电路流入C(2)，说明C(2)为阴极，发生还原反应，则C(1)电极接电源正极，发生氧化反应，A项错误；SO→S2O，部分氧元素由－2价变为－1价，化合价升高，SO失电子，在阳极上发生氧化反应：2SO－2e－===S2O，B项错误；H＋在阴极上发生还原反应生成氢气：2H＋＋2e－===H2↑，溶液pH增大，C项错误；根据电极反应式可知，转移2
mol电子时，两电极上分别消耗2
mol
SO和2
mol
H＋，D项正确。
4．高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型绿色水处理剂。工业上可用电解浓NaOH溶液制备Na2FeO4，其工作原理如图所示，两端隔室中离子不能进入中间隔室。下列说法错误的是(　　)
A．阳极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O
B．甲溶液可循环利用
C．离子交换膜a是阴离子交换膜
D．当电路中通过2
mol电子的电量时，会有1
mol
H2生成
解析：选C。由题意知Cu是阴极，Fe是阳极。A项，阳极发生氧化反应，电极反应式：Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，正确；B项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，甲溶液为浓的氢氧化钠溶液，可循环利用，正确；C项，电解池中阳离子向阴极移动，通过离子交换膜a的是Na＋，故a为阳离子交换膜，错误；D项，阴极发生还原反应，水电离出的氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，当电路中通过2
mol电子的电量时，会有1
mol
H2生成，正确。
演练三　利用电解原理治理污染
5．某些无公害免农药果园利用如图所示电解装置，进行果品的安全生产，解决了农药残留所造成的生态及健康危害问题。下列说法正确的是(　　)
A．a为直流电源的负极，与之相连的电极为阴极
B．离子交换膜为阴离子交换膜
C．酸性水具有强氧化性，能够杀菌
D．阴极反应式为H2O＋2e－===H2↑＋O2－
解析：选C。由题图可推知b为直流电源的负极，a为直流电源的正极，与a相连的电极为阳极，A项错误；右侧生成OH－，K＋穿过离子交换膜移到右侧，即该离子交换膜为阳离子交换膜，B项错误；阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，生成的Cl2与水反应：Cl2＋H2O??HCl＋HClO，故酸性水中含HClO，具有强氧化性，能够杀菌，C项正确；水溶液中不可能存在O2－，应生成OH－，D项错误。
6．SO2和NOx是主要大气污染物，利用下图装置可同时吸收SO2和NO。下列有关说法错误的是(　　)
A．a极为直流电源的负极，与其相连的电极发生还原反应
B．阴极得到2
mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2
mol
C．吸收池中发生反应的离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO
D．阳极的电极反应式为SO2＋2e－＋2H2O===SO＋4H＋
解析：选D。A项，阴极发生还原反应，HSO得电子生成S2O，a是直流电源的负极，正确；B项，阴极发生还原反应，电极反应式为2HSO＋2e－＋2H＋===S2O＋2H2O，阴极得到2
mol电子时，通过阳离子交换膜的H＋为2
mol，正确；C项，吸收池中S2O与NO发生氧化还原反应生成N2和HSO，离子方程式为2NO＋2S2O＋2H2O===N2＋4HSO，正确；D项，阳极发生失去电子的氧化反应，电极反应式为SO2－2e－＋2H2O===SO＋4H＋，错误。
　考点三　金属的腐蚀与防护
[知识梳理]
一、金属腐蚀的本质
金属原子失去电子变为金属阳离子，发生氧化反应。
二、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
金属与接触到的干燥气体(如O2、Cl2、SO2等)或非电解质液体(如石油)等直接发生化学反应
不纯金属或合金跟电解质溶液接触，发生原电池反应
现象
无电流产生
有微弱电流产生
本质
金属原子失去电子而被氧化
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
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
（1）钢铁的吸氧腐蚀更普遍。
（2）铁锈的形成：4Fe（OH）2＋O2＋2H2O===4Fe（OH）3，2Fe（OH）3===Fe2O3·xH2O（铁锈）＋（3－x）H2O。
三、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
①负极：比被保护金属活泼的金属；
②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
①阴极：被保护的金属设备；
②阳极：惰性金属或石墨。
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。
[自主检测]
1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2018·高考天津卷)铁管镀锌层局部破损后，铁管仍不易生锈。(　　)
(2)(2017·高考江苏卷)地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀。(　　)
(3)因空气中CO2的存在，金属表面形成一层酸膜，所以大多数金属发生的是析氢腐蚀。(　　)
(4)钢铁水闸可用牺牲阳极或外加电流的阴极保护法防止其腐蚀。(　　)
(5)若在海轮外壳上附着一些铜块，则可以减缓海轮外壳的腐蚀。(　　)
(6)自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致。(　　)
(7)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)√　(5)×　(6)√　(7)×
2．(2019·高考江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(　　)
A．铁被氧化的电极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．铁腐蚀过程中化学能全部转化为电能
C．活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D．以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
解析：选C。A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁做负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还有少部分转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。
根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀
正确判断介质溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液中发生吸氧腐蚀；NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液中发生析氢腐蚀。
演练一　金属腐蚀的原理及腐蚀快慢的比较
1．(2020·武汉高三质检)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是(　　)
A．图1中，铁钉易被腐蚀
B．图2中，滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液，没有蓝色沉淀出现
C．图3中，燃气灶的中心部位容易生锈，主要是由于高温下铁发生化学腐蚀
D．图4中，用牺牲镁块的方法来防止地下钢铁管道的腐蚀，镁块相当于原电池的正极
解析：选C。A项，图1中，铁钉处于干燥环境中，不易被腐蚀；B项，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋，Fe2＋与K3[Fe(CN)6]反应生成Fe3[Fe(CN)6]2蓝色沉淀；D项为牺牲阳极的阴极保护法，镁块相当于原电池的负极。
2．(2020·安阳高三一模)为了减少钢管因锈蚀造成的损失，某城市拟用如图方法保护埋在酸性土壤中的钢管。下列有关说法中错误的是(　　)
A．在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀
B．在潮湿的酸性土壤中，电子由金属棒M通过导线流向钢管
C．在潮湿的酸性土壤中，H＋向金属棒M移动，抑制H＋与铁的反应
D．金属棒M与钢管用导线连接后可使钢管表面的腐蚀电流接近于零
解析：选C。在潮湿的酸性土壤中，钢管主要发生析氢腐蚀，A项正确；在潮湿的酸性土壤中，金属棒M做负极，可以保护钢管不被腐蚀，电子由负极金属棒M通过导线流向正极钢管，B项正确；在潮湿的酸性土壤中，H＋向正极钢管移动，H＋在正极得电子产生氢气，C项错误；金属棒M与钢管用导线连接后保护埋在酸性土壤中的钢管，可使钢管表面的腐蚀电流接近于零，D项正确。
3．(经典题)如图所示，各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　)
A．②①③④⑤⑥　　　　　
B．⑤④③①②⑥
C．⑤④②①③⑥
D．⑤③②④①⑥
解析：选C。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。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的金属活动性差别大于Fe和Sn的，故Fe Cu原电池中Fe被腐蚀的速率较快。⑤是Fe接电源正极做阳极，Cu接电源负极做阴极的电解腐蚀，Fe被腐蚀的速率最快。⑥是Fe接电源负极做阴极，Cu接电源正极做阳极的电解腐蚀，Fe被保护，且保护效果比③好。根据以上分析可知，铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为⑤>④>②>①>③>⑥。
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，腐蚀速率越快。
(4)对同一种电解质溶液来说，一般电解质溶液浓度越大，金属腐蚀速率越快。
演练二　金属防护措施的设计与选择
4．(2017·高考全国卷Ⅰ，11，6分)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(　　)
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：选C。依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流是指铁失去电子形成的电流，其接近于零，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁做阳极，阳极上发生氧化反应，主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错
误；应根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。
5．利用如图装置可以模拟铁的电化学防护。下列说法错误的是(　　)
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
解析：选B。若X为锌棒，开关K置于M处，锌做负极，铁做正极被保护，A项正确，B项错误；若X为碳棒，开关K置于N处，铁连接电源负极做阴极被保护，C项正确；X连接电源正极做阳极被氧化，D项正确。
6．我国多条高压直流电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀，防护原理如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．通电时，锌环是阳极，发生氧化反应
B．通电时，阴极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．断电时，锌环上的电极反应为Zn2＋＋2e－===Zn
D．断电时，仍能防止铁帽被腐蚀
解析：选C。通电时，锌环与电源的正极相连，为阳极，发生氧化反应，A项正确；断电时，Zn比铁活泼，做负极，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，C项错误。
1．(2018·高考全国卷Ⅰ，13，6分)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如图所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为
①EDTA Fe2＋－e－===
EDTA Fe3＋
②2EDTA Fe3＋＋H2S===
2H＋＋S＋2EDTA Fe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是(　　)
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===
CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===
CO＋H2O＋S
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTA Fe3＋/EDTA Fe2＋，溶液需为酸性
解析：选C。阴极发生还原反应，氢离子由交换膜右侧向左侧迁移，阴极的电极反应式为CO2＋2e－＋2H＋===CO＋H2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应为CO2＋H2S===S＋CO＋H2O，B项正确；石墨烯做阳极，其电势高于ZnO@石墨烯的，C项错误；Fe3＋、Fe2＋在碱性或中性介质中会生成沉淀，它们只稳定存在于酸性较强的介质中，D项正确。
2．(2017·高考全国卷Ⅱ，11，6分)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4 H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是(　　)
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：选C。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件做阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。
3．(2018·高考北京卷)验证牺牲阳极的阴极保护法，实验如下(烧杯内均为经过酸化的3%NaCl溶液)。
①
②
③
在Fe表面生成蓝色沉淀
试管内无明显变化
试管内生成蓝色沉淀
下列说法不正确的是(　　)
A．对比②③，可以判定Zn保护了Fe
B．对比①②，K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化
C．验证Zn保护Fe时不能用①的方法
D．将Zn换成Cu，用①的方法可判断Fe比Cu活泼
解析：选D。②中Zn做负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe做正极被保护，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，试管内无明显变化。但③中没有Zn保护Fe，Fe在酸性环境中发生析氢腐蚀，Fe做负极被氧化生成Fe2＋，所以取出的少量Fe附近的溶液中滴入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，对比②③可知Zn保护了Fe，A项正确；①与②的区别在于：前者是将铁氰化钾溶液直接滴入烧杯中，而后者是在取出的少量Fe附近的溶液中滴加铁氰化钾溶液，①中出现了蓝色沉淀，说明有Fe2＋生成。对比分析可知，可能是铁氰化钾氧化Fe生成了Fe2＋，B项正确；通过上述分析可知，验证Zn保护Fe时不能用①的方法，C项正确；若将Zn换成Cu，铁氰化钾仍会将Fe氧化为Fe2＋，在铁的表面同样会生成蓝色沉淀，所以无法判断Fe2＋是不是负极产物，即无法判断Fe与Cu的活动性，D项错误。
4．[2018·高考全国卷Ⅲ，27(3)①②]KIO3可采用“电解法”制备，装置如图所示。
(1)写出电解时阴极的电极反应式：_______________________________________。
(2)电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为________________________________，
其迁移方向是________。
解析：(1)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。
答案：(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
(2)K＋　由a到b
一、选择题
1．(2020·济南高三模拟)四个电解装置都以Pt做电极，它们分别装有如下电解质溶液，电解一段时间后，测定其pH变化，所记录的结果正确的是(　　)
选项
A
B
C
D
电解质溶液
HCl
AgNO3
KOH
BaCl2
pH变化
减小
增大
增大
不变
解析：选C。电解盐酸，溶质HCl的量减少，溶剂的量不变，所以酸性减弱，pH增大，A项错误；电解硝酸银溶液生成硝酸、金属银和氧气，溶液酸性增强，pH减小，B项错误；电解氢氧化钾溶液的实质是电解水，溶质的量不变，溶剂减少，碱性增强，pH增大，C项正确；电解氯化钡溶液得到氢氧化钡、氢气和氯气，溶液碱性增强，pH增大，D项错误。
2．(2020·哈尔滨高三一模)观察如图装置，下列说法正确的是(　　)
A．a、b接电流表，该装置一定为原电池
B．a、b接直流电源，该装置一定为电解池
C．a、b接直流电源，铁可能不易被腐蚀
D．a、b接电流表或接直流电源，铁都可能是负极
解析：选C。A项，a、b接电流表，若液体c为非电解质溶液，不满足原电池的构成条件，不能形成原电池，错误；B项，若液体c为非电解质溶液，溶液不导电，所以不能发生电解，即不是电解池，错误；C项，若该装置是电解池，Fe与负极相连时做阴极被保护，即铁可能不易被腐蚀，正确；D项，接直流电源时，该装置可能为电解池，Fe可能做阴极或阳极，错误。
3．(2020·贵阳高三调研)在世界海运史上曾发生过这样一个悲剧：一艘名叫“阿那吉纳”号的货轮满载着精铜砂，在向日本海岸行驶时突然发生大面积漏水，最终沉没。坚硬的钢制船体为什么会突然漏水呢？事后的事故调查结果表明导致沉船的原因与船上的精铜砂密切相关。下列对此调查结论的理解正确的是(　　)
A．精铜砂装载过多导致沉船
B．运输途中铜与空气中的氧气发生氧化反应导致质量增大，超过船的承载能力
C．在潮湿的环境中，船体与铜构成了原电池，加速了作为负极的船体的腐蚀
D．在潮湿的环境中，船体与铜构成了电解池，钢制船体作为阳极而被氧化腐蚀
解析：选C。在潮湿的环境中，Cu、Fe形成原电池加快了轮船的腐蚀。
4．(教材改编题)电解法精炼含有Fe、Zn、Ag等杂质的粗铜。下列叙述正确的是(　　)
A．电解时以硫酸铜溶液做电解液，精铜做阳极
B．粗铜与电源负极相连，发生氧化反应
C．阴极上发生的反应是Cu2＋＋2e－===Cu
D．电解后Fe、Zn、Ag等杂质会沉积在电解槽底部形成阳极泥
解析：选C。A项，精铜应做阴极；B项，粗铜应做阳极，与电源正极相连；D项，Fe、Zn比Cu活泼，在阳极先放电，不会形成阳极泥。
5．锌元素对婴儿及青少年的智力和身体发育有重要的作用，被称为生命火花。利用恒电势电解NaBr溶液间接将葡萄糖[CH2OH(CHOH)4CHO]氧化为葡萄糖酸[CH2OH(CHOH)4COOH]，进而制取葡萄糖酸锌，装置如图所示，下列说法错误的是(　　)
A．钛网与直流电源的正极相连，发生还原反应
B．石墨电极上的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C．电解过程中硫酸钠溶液浓度保持不变
D．生成葡萄糖酸的化学方程式为CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O===CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr
解析：选A。根据题意和题图可知，在钛网上NaBr转化为溴单质，失电子，发生氧化反应，钛网做阳极，故与电源正极相连，A错误；石墨电极做阴极，发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，B正确；电解过程中左侧发生反应：2Br－－2e－===Br2、CH2OH(CHOH)4CHO＋Br2＋H2O===CH2OH(CHOH)4COOH＋2HBr，右侧发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，左侧产生的H＋通过质子交换膜不断向右侧提供被消耗的H＋，故硫酸钠溶液浓度保持不变，C、D正确。
6．(2020·沧州高三质量监测)以铅蓄电池为电源，通过电解法制备酒石酸(C4H6O6，简写为RH2)的原理如图所示(A、B为惰性电极，a、b为离子交换膜)：
下列叙述不正确的是(　　)
A．N极的电极反应式为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O
B．b为阴离子交换膜
C．阴极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阴极区溶液pH增大
D．铅蓄电池中消耗2
mol
H2SO4时，理论上生成2
mol
RH2
解析：选D。电解的目的为制备RH2，则装置右侧为产品室，若原料室中的R2－通过阴离子交换膜进入产品室与H＋结合，则可制得RH2，所以电极B上应为H2O电离出的OH－放电，生成O2和H＋，即电极B为阳极，电极反应为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，b为阴离子交换膜，N为正极，M为负极，电极A为阴极。N为铅蓄电池正极，电极反应为PbO2＋2e－＋SO＋4H＋===PbSO4＋2H2O，A项正确；根据上述分析可知，b为阴离子交换膜，B项正确；阴极应为H2O电离出的H＋放电，生成H2和OH－，故电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，OH－浓度增大，pH增大，C项正确；铅蓄电池放电时总反应为Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，当电池中消耗2
mol
H2SO4时，电路中转移2
mol
e－，根据电极B上的电极反应2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，转移2
mol
e－，产品室有2
mol
H＋生成，又R2－＋2H＋===RH2，所以理论上可生成1
mol
RH2，D项错误。
7．(经典题)下列关于如图所示装置说法正确的是(　　)
A．装置中电子移动的途径是负极→Fe→M溶液→石墨→正极
B．若M为NaCl溶液，通电一段时间后，溶液中可能有NaClO
C．若M为FeCl2溶液，可以实现石墨上镀铁
D．若M是海水，该装置是通过牺牲阳极的阴极保护法使铁不被腐蚀
解析：选B。装置中电子移动的途径是负极→Fe，石墨→正极，电子不能在溶液中传递，A错误；若M为NaCl溶液，通电一段时间后，阴极产生的NaOH与阳极产生的Cl2发生反应生成NaCl和NaClO，所以溶液中可能有NaClO，B正确；若M为FeCl2溶液，石墨为阳极，发生氧化反应，不可能实现石墨上镀铁，C错误；若M是海水，该装置是电解池，是通过外加电流的阴极保护法使铁不被腐蚀，而不是牺牲阳极的阴极保护法，D错误。
8．(2020·德州高三模拟)高氯酸在化工生产中有广泛应用，工业上以NaClO4为原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．装置中，f极为光伏电池的正极
B．阴极的电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．d处得到较浓的NaOH溶液，c处得到HClO4浓溶液
D．若转移2
mol电子，理论上生成100.5
g
HClO4
解析：选C。根据内电路中“阴阳相吸”判断，电解池中阳离子(Na＋)向阴极移动，即右侧为阴极区，f极为光伏电池的负极，A错误；阳极“放氧生酸”，电极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，得到HClO4浓溶液，阴极“放氢生碱”，电极反应为4H2O＋4e－===4OH－＋2H2↑，得到较浓的NaOH溶液，B错误，C正确；由阳极反应式知，转移2
mol电子时，生成2
mol
HClO4，质量为201
g，D错误。
9．(2020·天星高三联考)锂钒氧化物电池的能量密度远远超过其他材料电池，其成本低，便于大量推广，且对环境无污染。已知电池的总反应为V2O5＋xLiLixV2O5，下列说法正确的是(　　)
A．放电时，Li＋向负极移动
B．充电时,阳极的电极反应式为LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋
C．放电时,负极失重7.0
g，则转移2
mol电子
D．该电池以Li、V2O5为电极，酸性溶液做介质
解析：选B。放电时，Li＋向正极移动，A项错误；充电时,阳极发生氧化反应，电极反应式是LixV2O5－xe－===V2O5＋xLi＋，B项正确；放电时，负极的电极反应式为Li－e－===Li＋，每消耗1
mol
Li(7.0
g)转移1
mol电子，C项错误；Li是活泼金属，会与酸性溶液反应产生H2，因而该电池介质不能是酸性溶液，D项错误。
10．(2020·广东五校诊断)如图甲是一种利用微生物将废水中的尿素(H2NCONH2)的化学能直接转化为电能，并生成环境友好物质的装置，同时利用此装置的电能在铁上镀铜，下列说法中正确的是(　　)
A．乙装置中溶液颜色会变浅
B．铁电极应与Y相连接
C．M电极反应式：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋
D．当N电极消耗0.25
mol气体时，铜电极质量减少16
g
解析：选C。乙装置为电镀装置，电镀液的浓度不变，因此溶液颜色不变，A项错误；电镀时，待镀金属做阴极，与电源负极相连，而N电极上O2转化为H2O发生还原反应，N电极为正极，B项错误；M电极为负极，发生氧化反应：H2NCONH2＋H2O－6e－===CO2↑＋N2↑＋6H＋，C项正确；根据N电极反应式：O2＋4H＋＋4e－===2H2O以及铜电极反应式：Cu－2e－===Cu2＋，各电极上转移电子数相等，可得关系式：O2～2Cu，则当N电极消耗0.25
mol
O2时，铜电极质量减少0.25
mol×2×64
g·mol－1＝32
g，D项错误。
二、非选择题
11．知识的梳理和感悟是有效学习的方法之一。某学习小组将有关“电解饱和食盐水”的相关内容进行梳理，形成如下问题(显示的电极均为石墨)。
(1)图1中，电解一段时间后，气球b中的气体是________(填化学式)，U形管________(填“左”或“右”)边的溶液变红。
(2)利用图2制作一种环保型消毒液发生器，电解可制备“84”消毒液的有效成分，则c为电源的________极；该发生器中反应的总离子方程式为__________________________。
(3)二氧化氯(ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。下图是目前已开发出用电解法制取ClO2的新工艺。
①阳极产生ClO2的电极反应式：___________________________________________
________________________________________________________________________。
②当阴极产生标准状况下112
mL气体时，通过阳离子交换膜的离子的物质的量为________。
解析：(1)图1中，根据电子流向知，左边电极是电解池阳极，右边电极是电解池阴极，阳极上氯离子放电生成氯气，阴极上氢离子放电生成氢气，同时阴极附近产生NaOH。
(2)要制取“84”消毒液，应创造氯气和氢氧化钠反应生成NaClO的环境，为了使反应更充分，则下面电极生成氯气，上面电极附近有NaOH生成，上面电极生成氢气，为阴极，则c为负极，d为正极。
(3)①依据题干信息，阳极上Cl－被氧化为ClO2，根据电子守恒和电荷守恒，写出电极反应式。②电极上得到或失去一个电子，电解质溶液中必然有一个阳离子通过阳离子交换膜。
答案：(1)H2　右
(2)负　Cl－＋H2OClO－＋H2↑
(3)①Cl－－5e－＋2H2O===ClO2↑＋4H＋
②0.01
mol
12．Ⅰ.高铁酸盐在能源、环保等方面有着广泛的用途。高铁酸钾(K2FeO4)不仅是一种理想的水处理剂，而且高铁电池的研制也在进行中。图1是高铁电池的模拟实验装置：
(1)该电池放电时正极的电极反应式为_______________________________________
________________________________________________________________________。
(2)盐桥中盛有饱和KCl溶液，此盐桥中氯离子向________(填“左”或“右”)移动；若用阳离子交换膜代替盐桥，则钾离子向________(填“左”或“右”)移动。
(3)图2为高铁电池和常用的高能碱性电池的放电曲线，由此可得出高铁电池的优点有________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
Ⅱ.电解制取KIO3
电解前，先将一定量的精制碘溶于过量氢氧化钾溶液，溶解时发生反应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，电解槽用水冷却。电解时，阳极上发生反应的电极反应式为____________________________；
电解过程中阴极附近溶液pH________(填“变大”“变小”或“不变”)。
解析：Ⅰ.(1)根据题图1可知，该电池中C做正极，正极上FeO发生还原反应：FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－。(3)根据题图2可知，高铁电池具有使用时间长、工作电压稳定的优点。
Ⅱ.阳极附近的阴离子有碘离子、碘酸根离子和氢氧根离子，电解过程中阳极上碘离子失去电子生成碘酸根离子，电极反应式为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O；阴极上氢离子放电生成氢气，所以阴极附近水的电离平衡被破坏，溶液中的氢氧根离子浓度增大，pH变大。
答案：Ⅰ.(1)FeO＋4H2O＋3e－===Fe(OH)3＋5OH－　(2)右　左　(3)使用时间长、工作电压稳定
Ⅱ.I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O　变大
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