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第17讲　化学反应中的热效应
【课标要求】　1.了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2.了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3.了解焓变与反应热的含义。4.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。5.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。
考点1　焓变、热化学方程式
授课提示：对应学生用书第115页
1．焓变、反应热
(1)焓(H)
用于描述物质所具有能量的物理量。
(2)焓变(ΔH)
ΔH＝H
(生成物)－H(反应物)，单位kJ·mol－1。
(3)反应热
指当化学反应在一定温度下进行时，反应所放出或吸收的热量，通常用符号Q表示，单位kJ·mol－1。
(4)焓变与反应热的关系
对于等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量全部转化为热能，则有如下关系：ΔH＝Qp。
2．吸热反应和放热反应
(1)从反应物和生成物的总能量相对大小的角度理解。
(2)从化学键变化的角度理解
(3)记忆常见的吸热反应和放热反应
①吸热反应：大多数分解反应、盐的水解反应、Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl反应、C与H2O(g)反应、C与CO2反应。
②放热反应：大多数化合反应、中和反应、金属与酸的反应、所有的燃烧反应。
3．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。
如2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6
kJ·mol－1表示在25
℃、101
kPa条件下，2_mol_H2(g)和1_mol_O2(g)完全反应生成2_mol_H2O(l)，放出571.6_kJ的热量。
4．热化学方程式的书写
[提醒]　①区别于普通方程式：一般不注“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等。
②热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量。
③同素异形体转化的热化学方程式除了注明状态外，还要注明名称。
　(1)所有的燃烧反应都是放热反应，所以不需要加热就能进行。(　　)
(2)反应物的总能量低于生成物的总能量时，一定不能发生反应。(　　)
(3)一个反应的焓变因反应物的用量和反应条件的改变而发生改变。(　　)
(4)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。(　　)
(5)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。(　　)
(6)活化能越大，表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越高。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)√
　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)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
题组一　依据“反应过程——能量”图像，理清活化能与焓变的关系
1．反应A＋B―→C(ΔH＜0)分两步进行：①A＋B―→X(ΔH＞0)，②X―→C(ΔH＜0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是(　　)
解析：由A＋B―→X　ΔH＞0可知，X的能量比A和B的能量和大。由X―→C　ΔH＜0可知，C的能量比X的能量低，分析图像可知，D正确。
答案：D
2．NH3经一系列反应可以得到HNO3，如图所示。
Ⅲ中，降低温度，将NO2(g)转化为N2O4(l)，再制备浓硝酸。
已知：2NO2(g)?N2O4(g)　ΔH1
2NO2(g)?N2O4(l)　ΔH2
下列能量变化示意图中，正确的是________(填字母)。
解析：题目提到“降低温度，将NO2(g)转化为N2O4(l)，再制备浓硝酸”说明降温有利于NO2转化为N2O4，则该反应是放热反应，ΔH1<0，ΔH2<0，而等量的N2O4(g)的能量大于N2O4(l)的能量，所以A项正确。
答案：A
活化能与焓变的关系图解
①在无催化剂的情况下，E1为正反应活化能，E2为逆反应活化能，|ΔH|＝E1－E2；
②催化剂能降低反应所需活化能，但不影响焓变的大小。
题组二　利用键能计算焓变
3．(双选)已知：①1
mol晶体硅中含有2
mol
Si—Si键。②Si(s)＋O2(g)===SiO2(g)　ΔH，其反应过程与能量变化如图所示。
③
化学键
Si—O
O===O
Si—Si
断开1
mol共价键所需能量/kJ
460
500
176
下列说法中正确的是(　　)
A．晶体硅光伏发电是将太阳能转化为电能
B．二氧化硅稳定性小于硅的稳定性
C．ΔH＝－988
kJ·mol－1
D．ΔH＝(a－c)kJ·mol－1
解析：晶体硅光伏发电是将太阳能转化为电能，A项正确；根据化学键的键能判断，断裂1
mol二氧化硅中的Si—O键需要的能量为4×460
kJ＝1
840
kJ，断裂1
mol晶体硅中的Si—Si键需要的能量为2×176
kJ＝352
kJ，故二氧化硅的稳定性大于硅的稳定性，B项错误；Si(s)＋O2(g)===SiO2(s)　ΔH＝(176×2＋500－460×4)
kJ·mol－1＝－988
kJ·mol－1，C项正确；根据图中信息可知，ΔH＝－c
kJ·mol－1，D项错误。
答案：AC
4．工业上，在一定条件下利用乙烯和水蒸气反应制备乙醇；其化学方程式为CH2===CH2(g)＋H2O(g)―→CH3CH2OH(g)。已知几种共价键的键能如下：
化学键
C—H
C===C
H—O
C—C
C—O
键能/(kJ·mol－1)
413
615
463
348
351
请计算上述反应的ΔH＝________。
答案：－34
kJ·mol－1
利用键能计算反应热的方法
1．熟记反应热ΔH的计算公式
ΔH＝E(反应物的总键能之和)－E(生成物的总键能之和)
2．注意特殊物质中键数的判断
物质/(1
mol)
P4
C(金刚石)
Si
SiO2
键数/NA
6
2
2
4
题组三　热化学方程式的书写
5．(1)1
mol
CO气体完全燃烧生成CO2气体，放出283
kJ的热量，其热化学方程式为_____________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(2)1
g
H2气体完全燃烧生成液态水放出143
kJ热量，其热化学方程式为______
____________________________________________________________________。
(3)H2S的燃烧热ΔH＝－a
kJ·mol－1，写出H2S燃烧反应的热化学方程式：____
____________________________________________________________________。
(4)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自燃放出热量为89.2
kJ。SiH4自燃的热化学方程式为______________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(5)在25
℃、101
kPa下，一定质量的无水乙醇完全燃烧时放出热量Q
kJ，其燃烧生成的CO2用过量饱和石灰水吸收可得100
g
CaCO3沉淀，则乙醇燃烧的热化学方程式为________________________________________________________
____________________________________________________________________。
(6)如图是298
K、101
kPa时，N2与H2反应过程中能量变化的曲线图。该反应的热化学方程式为___________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案：(1)CO(g)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH＝－283
kJ·mol－1
(2)H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH＝－286
kJ·mol－1
(3)H2S(g)＋O2(g)===SO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－a
kJ·mol－1
(4)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－1
427.2
kJ·mol－1
(5)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－2Q
kJ·mol－1
(6)N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)ΔH＝－92
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。
题组四　反应机理的分析与应用
6．三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的反应进程中的能量变化如图所示。下列说法错误的是(　　)
A．三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的总反应速率由反应Ⅲ决定
B．三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的总反应属于取代反应
C.若三级氯丁烷在乙醇中发生相似的溶剂解，则反应Ⅰ的焓变ΔH1将增大
D．适当升温，三级溴丁烷在乙醇中溶剂解正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度
解析：A.总反应的速率由慢反应决定，反应Ⅰ的正反应活化能最大，反应速率最慢，即三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的总反应速率由反应Ⅰ决定，故A错误；B.三级溴丁烷在乙醇中溶剂解的总反应为(CH3)3CBr＋CH3CH2OH―→(CH3)3COCH2CH3＋HBr，反应类型为取代反应，故B正确；C.氯的非金属性比溴强，C—Cl键比C—Br键稳定，说明起始时三级氯丁烷的能量比三级溴丁烷能量低，则三级氯丁烷反应Ⅰ的焓变ΔH1比三级溴丁烷反应Ⅰ的焓变ΔH1大，故C正确；D.总反应为放热反应，升高温度，平衡逆移动，则适当升温，三级溴丁烷在乙醇中溶剂解正反应速率的增大程度小于其逆反应速率的增大程度，故D正确。
答案：A
7．(双选)乙炔在Pd表面选择加氢的反应机理(如图)。吸附在Pd表面的物种用
标注。下列说法不正确的是(　　)
A．上述吸附反应为吸热反应
B．C2H＋H
―→C2H只有化学键的形成过程
C．副反应生成的高聚物吸附在Pd的表面可能会使催化剂失活
D．该历程中最大能垒(活化能)为85
kJ·mol－1
解析：A.从反应机理图分析，该反应为放热反应，故A项错误；B.由图可知，该反应先吸热，后放热，故而不只有化学键的形成过程，故B项错误；C.副反应生成的高聚物吸附在Pd的表面可能会使催化剂失活，故C项正确；D.该历程中能垒(活化能)有三个，分别为：66
kJ·mol－1，85
kJ·mol－1，82
kJ·mol－1，故D项正确。
答案：AB
8．(2021·江苏省南通考试)我国科研人员已研制出Ti—H—Fe双温区催化剂，其中Ti—H区域和Fe区域的温度差可超过100
℃。Ti—H—Fe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用
标注。下列说法错误的是(　　)
A．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生
B．该历程中能量变化最大的是2.46
eV，是氮分子中氮氮三键的断裂过程
C．在高温区加快了反应速率，低温区提高了氨的产率
D．使用Ti—H—Fe双温区催化合成氨，不会改变合成氨反应的反应热
解析：A.①为催化剂吸附N2的过程，②为形成过渡态的过程，③为N2解离为N的过程，以上都需要在高温时进行，目的是加快反应速率；而④⑤为了增大平衡产率，需要在低温下进行，故A正确；B.由图可知，历程中能量变化最大的是2.46
eV，该过程为N2的吸附过程，氮氮三键没有断裂，故B错误；C.升高温度可提高反应速率，所以高温区加快了反应速率，但合成氨的反应为放热反应，所以低温区可提高氨的产率，故C正确；D.催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，但不能改变反应的始态和终态，即不能改变反应的反应热，故D正确。
答案：B
考点2　燃烧热、中和热、能源
1．燃烧热
(1)概念：在101
kPa时，1_mol纯物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的能量。
(2)意义：C的燃烧热为393.5
kJ·mol－1，表示在101
kPa
条件下，1_mol_C完全燃烧生成CO2气体时放出393.5_kJ热量。
(3)元素燃烧生成的稳定氧化物：
C―→CO2(g)、H―→H2O(l)、S―→SO2(g)。
2．中和热
(1)概念：在稀溶液中，酸跟碱发生中和反应生成1_mol_H2O(l)时的反应热。
(2)表示方法：强酸和强碱发生反应的中和热都约为57.3
kJ·mol－1，用热化学方程式表示为H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)__ΔH＝－57.3_kJ·mol－1。
(3)中和反应反应热的测定
①装置
②计算公式：ΔH＝－
kJ·mol－1
t1—起始温度，t2—混合溶液的最高温度。
③实验步骤
[提醒]　①泡沫塑料板和碎泡沫塑料(或纸条)的作用是保温、隔热，减少实验过程中的热量损失。
②为保证酸完全中和，采取的措施是碱稍过量。
3．能源
　(1)已知H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3
kJ·mol－1，则H2SO4和Ba(OH)2反应的反应热ΔH＝2×(－57.3)
kJ·mol－1。(　　)
(2)H2(g)的燃烧热是285.8
kJ·mol－1，则2H2O===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.6
kJ·mol－1。(　　)
(3)葡萄糖的燃烧热是2
800
kJ·mol－1，则C6H12O6(s)＋3O2(g)===3CO2(g)＋3H2O(l)　ΔH＝－1
400
kJ·mol－1。(　　)
(4)化石燃料在空气中燃烧过程中化学能全部转化为热能。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×
1．浓硫酸与稀NaOH溶液反应、稀醋酸与稀NaOH溶液反应所测得的中和热都是ΔH＝－57.3
kJ·mol－1吗？为什么？
______________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案：都不是，由于浓硫酸溶于水放热，所以浓硫酸与稀NaOH溶液反应所测得的中和热ΔH<－57.3
kJ·mol－1；由于醋酸是弱电解质，其电离要吸热，所以稀醋酸与稀NaOH溶液反应所测得的中和热ΔH>－57.3
kJ·mol－1
2．以50
mL
0.50
mol·L－1盐酸与50
mL
0.55
mol·L－1
NaOH反应为例，填写下表。(填“偏小”或“偏大”)
引起误差的实验操作
t终－t始
|ΔH|
保温措施不好
________
________
搅拌不充分
________
________
所用酸、碱浓度过大
________
________
用同浓度的氨水代替NaOH溶液
________
________
用同浓度的醋酸代替盐酸
________
________
用50
mL
0.50
mol·L－1
NaOH溶液
________
________
答案：(从左到右，从上到下)偏小　偏小　偏小　偏小　偏大　偏大　偏小　偏小　偏小　偏小　偏小　偏小
题组一　对燃烧热、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
答案：B
2．(1)2CO2(g)===2CO(g)＋O2(g)反应的ΔH＝＋2×283.0
kJ·mol－1，则CO(g)的燃烧热是_______________________________________________________。
(2)葡萄糖的燃烧热是2
800
kJ·mol－1，则表示葡萄糖燃烧热的热化学方程式为____________________________________________________________________。
(3)已知中和反应的中和热为57.3
kJ·mol－1。则Ba(OH)2和盐酸反应，表示中和热的热化学方程式为
___________________________________________________________________。
(4)油酸甘油酯(相对分子质量884)在体内代谢时可发生如下反应：
C57H104O6(s)＋80O2(g)===57CO2(g)＋52H2O(l)
已知燃烧1
kg该化合物释放出热量3.8×104
kJ。油酸甘油酯的燃烧热ΔH为________。
答案：(1)283.0
kJ·mol－1
(2)C6H12O6(s)＋6O2(g)===6CO2(g)＋6H2O(l)　ΔH＝－2
800
kJ·mol－1
(3)OH－(aq)＋H＋(aq)===H2O(l)
ΔH＝－57.3
kJ·mol－1
(4)－3.4×104
kJ·mol－1
规范表示燃烧热、中和热(1)由于中和反应和燃烧均是放热反应，表示中和热和燃烧热可不带“－”号。如：某物质的燃烧热为ΔH＝－Q
kJ·mol－1或Q
kJ·mol－1。(2)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。(3)有关中和热的判断，一看是否以生成1
mol
H2O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。
题组二　中和反应反应热的测定
3．把温度为20
℃，浓度为1.0
mol/L的H2SO4溶液和2.2
mol/L的碱溶液各50
mL混合[溶液密度均为1
g/mL，比热容为4.18
kJ/(kg·℃)]轻轻搅动，测得酸碱混合液的温度变化数据如下：
反应物
起始温度t1
℃
终止温度t2
℃
H2SO4＋NaOH
20
33.6
H2SO4＋NH3·H2O
20
32.6
(1)反应NH3·H2O(aq)?NH(aq)＋OH－(aq)的焓变约为____________。
(2)计算上述两组实验测出的中和热：ΔH1＝__________
kJ/mol；ΔH2＝________
kJ/mol。
(3)由本题结论可预测将第1组中的1
mol/L的H2SO4溶液换成2
mol/L的CH3COOH溶液进行实验，测得的中和热数值________(填“大于”“小于”或“等于”)56.848。
答案：(1)4.2
kJ/mol　(2)－56.848　－52.668
(3)小于
题组三　能源的开发与利用
4．(2021·山西大同检测)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．天然气、水能属于一次能源，水煤气、电能属于二次能源
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：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，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。
答案：B
5.为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。
下列说法正确的是(　　)
A．H2O的分解反应是放热反应
B．氢能源已被普遍使用
C．2
mol
H2O具有的总能量低于2
mol
H2和1
mol
O2的能量
D．氢气不易贮存和运输，无开发利用价值
解析：水的分解是吸热反应，A错误；氢能源由于受贮存和运输等因素的限制，还未普遍使用，但有巨大的开发利用的价值，B、D错误。
答案：C
考点3　盖斯定律的应用
1．盖斯定律：不管化学反应分一步完成或几步完成，最终的反应热相同。化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关。
2．“盖斯定律”型反应热(焓变)的运算规则
热化学方程式
方程式系数关系
焓变之间的关系
反应Ⅰ：aA(g)===B(g)　ΔH1
Ⅰ＝－Ⅱ
ΔH1＝－ΔH2
反应Ⅱ：B(g)===aA(g)　ΔH2
反应Ⅰ：aA(g)===B(g)　ΔH1
Ⅰ＝a×Ⅱ
ΔH1＝a×ΔH2
反应Ⅱ：A(g)===1/aB(g)　ΔH2
－
ΔH＝ΔH1＋ΔH2或ΔH＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5
3.利用盖斯定律计算反应热的解题模型
第一步：察唯一。若目标热化学反应方程式中某物质只与一个已知热化学方程式共有，则选择此物质为参照物，以此参照物在目标热化学反应方程式中的位置及计量数确定已知热化学方程式的计量数、ΔH的改变量。若目标热化学反应方程式中某物质在多个已知的热化学方程式中出现，则在计算确定ΔH时，该物质暂时不考虑作为参照物。
第二步：调系数。将参照物在已知热化学反应中的计量数调整为与目标热化学反应方程式中相同。
第三步：定侧向。已知热化学反应方程式的某个或某几个物质与目标热化学反应方程式中的共有物质在同一边(同为反应物或生成物)，直接相加；反之，相减。
第四步：消无关。经过上述三个步骤处理后仍然出现与目标方程式无关的物质，再通过调用剩余的已知方程式，消除无关的物质。
第五步：做运算。将焓变代入，求出特定目标方程式的反应热或按题目要求书写目标热化学方程式。
概括为：察唯一、调系数、定侧向(同侧加、异侧减)、消无关、做运算。
[典例]　已知：反应Ⅰ：2N2O5(g)===2N2O4(g)＋O2(g)　ΔH1＝－4.4
kJ·mol－1
反应Ⅱ：2NO2(g)===N2O4(g)　ΔH2＝－55.3
kJ·mol－1
则反应N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
[解析]　目标热化学方程式为N2O5(g)===2NO2(g)＋O2(g)。
察唯一：N2O5(g)、O2(g)只出现在方程式Ⅰ，NO2(g)只出现在方程式Ⅱ。
调系数：调整第一个已知方程式系数与目标方程式中的N2O5、O2的系数一致，调整第二个已知方程式中的NO2的系数与目标方程式中的系数一致，即：第一个已知方程式Ⅰ系数乘以，第二个已知方程式Ⅱ系数乘以1，Ⅰ×，Ⅱ×1。
定侧向：同侧相加、异侧相减。
方程式Ⅰ中N2O5(g)与目标方程式同侧，方程式Ⅱ中NO2(g)的位置与目标方程式异侧；即：Ⅰ－Ⅱ。
做运算：Ⅰ－Ⅱ对两个已知方程式进行合并同类项的运算，恰好为目标方程式。确定多个已知方程式和目标方程式的关系为Ⅰ－Ⅱ＝目标方程式。将ΔH1、ΔH2代入，可得：ΔH＝－4.4
kJ·mol－1×－(－55.3
kJ·mol－1)＝＋53.1
kJ·mol－1。
[答案]　＋53.1
题组一　计算焓变
1．(2021·适应性测试河北卷)已知25
℃、101
kPa下，1
mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01
kJ
2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)
ΔH＝＋571.66
kJ·mol－1
C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH＝＋131.29
kJ·mol－1
则反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热为(　　)
A．ΔH＝－396.3
kJ·mol－1
B．ΔH＝－198.55
kJ·mol－1
C．ΔH＝－154.54
kJ·mol－1
D．ΔH＝－110.53
kJ·mol－1
解析：已知25
℃、101
kPa下，1
mol水蒸发为水蒸气需要吸热44.01
kJ，则H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.01
kJ·mol－1①、2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g)　ΔH＝＋571.66
kJ·mol－1②、C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)　ΔH＝＋131.29
kJ·mol－1③，根据盖斯定律③－×②＋①得C(s)＋O2(g)===CO(g)　ΔH＝＋131.29
kJ·mol－1－×571.66
kJ·mol－1＋44.01
kJ·mol－1＝－110.53
kJ·mol－1，则反应C(s)＋O2(g)===CO(g)的反应热为ΔH＝－110.53
kJ·mol－1，故D正确。
答案：D
2．LiH可作飞船的燃料，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：_______________________________
____________________________________________________________________。
解析：2LiH(s)===2Li(s)＋H2(g)　
ΔH＝＋182
kJ·mol－1
2Li(s)＋O2(g)===Li2O(s)　
ΔH＝－598
kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　
ΔH＝－286
kJ·mol－1
上述三式相加得：2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l)　ΔH＝－702
kJ·mol－1。
答案：2LiH(s)＋O2(g)===Li2O(s)＋H2O(l)　ΔH＝－702
kJ·mol－1
3．氨的合成是重要的化工生产之一。
工业上合成氨用的H2有多种制取方法：
①用焦炭跟水反应：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；
②用天然气跟水蒸气反应：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)。
已知有关反应的能量变化如下图所示，且方法②的反应只能在高温条件下发生，则方法②中反应的ΔH＝____________kJ·mol－1。
解析：先抓三种物质，这三种物质既在目标热化学方程式里，且在已知图中只出现过1次，它们分别是图3的CH4、图1的CO、图2的H2。其中CH4在图3和②中都是反应物，位置相同，系数也相同，即＋(－c
kJ·mol－1)；CO的位置在图1和②中不同，系数相同，即－(－a
kJ·mol－1)；H2的位置在图2和②中不同，且目标热化学方程式中H2的系数是图2的3倍，即－(－3b
kJ·mol－1)。所以ΔH＝(－c
kJ·mol－1)－(－a
kJ·mol－1)－(－3b
kJ·mol－1)＝(a＋3b－c)kJ·mol－1。
答案：a＋3b－c
题组二　比较焓变的大小
4．已知①H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH1＝a
kJ/mol
②2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)　ΔH2＝b
kJ/mol
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l)　ΔH3＝c
kJ/mol
④2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH4＝d
kJ/mol
下列关系式正确的是(　　)
A．ad>0
C．2a＝b<0
D．2c＝d>0
解析：H2在O2中燃烧为放热反应，a、b、c、d都小于0，所以B、D均错误；反应①－③得H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝ΔH1－ΔH3＝(a－c)kJ/mol，而ΔH>0，即a－c>0，a>c，A错误；比较①②两个热化学方程式得b＝2a，C正确。
答案：C
5．(双选)室温下，将1
mol的CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将1
mol的CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2；CuSO4·5H2O受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2O(s)CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是(　　)
A．ΔH2<ΔH3
B．ΔH1<ΔH3
C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2
D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3
解析：由题干信息可得：①CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)＋5H2O(l)　ΔH1>0，②CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO(aq)　ΔH2<0，③CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)　ΔH3，根据盖斯定律可知，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，由于ΔH1>0，ΔH2<0，故ΔH3>ΔH1，B项正确，C、D项错误；ΔH3>0，ΔH2<0，故ΔH3>ΔH2，A项正确。
答案：AB
比较反应热大小的两个注意要点
注意点1
物质的气、液、固三态的变化与反应热关系：
注意点2.
比较反应热（ΔH）的大小时，应带符号比较。对于放热反应，放出的热量越多，ΔH反而越小。
1．(2020·新高考天津卷)理论研究表明，在101
kPa和298
K下，HCN
(g)?HNC
(g)异构化反应过程的能量变化如图所示。
下列说法错误的是(　　)
A．HCN比HNC稳定
B．该异构化反应的ΔH＝＋59.3
kJ·mol－1
C．正反应的活化能大于逆反应的活化能
D．使用催化剂，可以改变反应的反应热
解析：A对，HCN的能量低于HNC的能量，能量越低越稳定；B对，根据题图可知反应为吸热反应，能量差为59.3
kJ·mol－1；C对，正反应的活化能为186.5
kJ·mol－1，逆反应的活化能为186.5
kJ·mol－1－59.3
kJ·mol－1＝127.2
kJ·mol－1，故正反应活化能大于逆反应活化能；D错，催化剂只能改变反应速率，不影响反应热。
答案：D
2．(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。该历程表示意图如下。
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：催化剂只影响化学反应速率，不会使化学平衡发生移动，故不会提高反应物的平衡转化率，D不正确。
答案：D
3．(2019·高考全国卷Ⅰ)水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)]是重要的化工过程。
我国学者结合实验与计算机模拟结果，研究了在金催化剂表面上水煤气变换的反应历程，如图所示，其中吸附在金催化剂表面上的物种用
标注。
可知水煤气变换的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。该历程中最大能垒(活化能)E正＝________eV，写出该步骤的化学方程式_______________
____________________________________________________________________。
解析：根据图像，初始时反应物的总能量为0，反应后生成物的总能量为－0.72
eV，则ΔH＝－0.72
eV，即ΔH小于0。由图像可看出，反应的最大能垒在过渡态2，则此能垒E正＝1.86
eV－(－0.16
eV)＝2.02
eV。由过渡态2初始反应物COOH
＋H
＋H2O
和结束时生成物COOH
＋2H
＋OH
，可得反应的方程式为COOH
＋H
＋H2O
===COOH
＋2H
＋OH
(或H2O
===H
＋OH
)。
答案：小于　2.02　COOH
＋H
＋H2O
===COOH
＋2H
＋OH
(或H2O
===H
＋OH
)
4．(2019·高考北京卷)氢能源是最具应用前景的能源之一，高纯氢的制备是目前的研究热点。
甲烷水蒸气催化重整是制高纯氢的方法之一。
(1)反应器中初始反应的生成物为H2和CO2，其物质的量之比为4∶1，甲烷和水蒸气反应的方程式是______________________________________________
__________________________________________________________________。
(2)已知反应器中还存在如下反应：
ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)　　　ΔH1
ⅱ.CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　　　ΔH2
ⅲ.CH4(g)===C(s)＋2H2(g)　　　ΔH3
……
ⅲ为积炭反应，利用ΔH1和ΔH2计算ΔH3时，还需要利用_________________反应的ΔH。
解析：(1)已知反应物为CH4和H2O(g)，生成物为H2和CO2，且物质的量之比为4∶1，据此结合质量守恒定律即可写出化学方程式。
(2)根据盖斯定律，ⅰ式＋ⅱ式可得：CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g)　ΔH1＋ΔH2，则(ⅰ式＋ⅱ式)－ⅲ式可得：C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)　ΔH；ⅰ式－ⅱ式可得：CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1－ΔH2，则(ⅰ式－ⅱ式)－ⅲ式可得：C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH。因此，要求反应ⅲ式的ΔH3，还必须利用反应C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的ΔH。
答案：(1)CH4＋2H2O4H2＋CO2
(2)C(s)＋2H2O(g)===CO2(g)＋2H2(g)或C(s)＋CO2(g)===2CO(g)
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-第18讲　原电池　化学电源
【课标要求】　1.理解原电池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应式和总反应方程式。2.了解常见化学电源的种类及其工作原理。
考点1　原电池的工作原理及应用
1．概念：把化学能转化为电能的装置。
2．构成条件
(1)有两个电极(大多数不同，也可能相同，如氢氧燃料电池等)；
(2)有电解质(电解质通常是溶液，也可能是熔融状态或固体电解质)；
(3)有闭合回路(首尾连通，教学时展示各种闭合回路)；
(4)有自发的氧化还原反应。
3．工作原理(以铜锌原电池为例)
(1)工作原理
电极名称
负极
正极
电极材料
锌片
铜片
电极反应
Zn－2e－===Zn2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
反应类型
氧化反应
还原反应
电子流向
由Zn沿导线流向Cu
盐桥中离子移向
盐桥含饱和KCl溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极
(2)盐桥的组成和作用
①盐桥中装有饱和的KCl、KNO3等溶液和琼胶制成的胶冻。
②盐桥的作用：a.连接内电路，形成闭合回路；b.平衡电荷，使原电池不断产生电流。
[提醒]　①电解质溶液中阴、阳离子的定向移动，与导线中电子的定向移动共同组成了一个完整的闭合回路。
②无论在原电池中还是在电解池中，电子均不能通过电解质溶液。
4．原电池原理的应用
(1)比较金属的活动性强弱：原电池中，负极一般是活动性较强的金属，正极一般是活动性较弱的金属(或非金属)。
(2)加快化学反应速率：氧化还原反应形成原电池时，反应速率加快。
(3)用于金属的防护：将需要保护的金属制品作原电池的正极而受到保护。
(4)设计制作化学电源
①首先将氧化还原反应分成两个半反应。
②根据原电池的工作原理，结合两个半反应，选择正、负电极材料以及电解质溶液。
1．下面装置中，能构成原电池的是________(填序号)。
答案：②④⑥⑦⑨
2．原电池正负极的判断方法
(1)由组成原电池的电极材料判断。一般是活动性较强的金属为________极，活动性较弱的金属或能导电的非金属为________极。
(2)根据电流方向或电子流动方向判断。电流由________极流向________极；电子由________极流向________极。
(3)根据原电池中电解质溶液内离子的移动方向判断。在原电池的电解质溶液内，阳离子移向________极，阴离子移向________极。
(4)根据原电池两极发生的变化来判断。原电池的________极失电子发生氧化反应，其________极得电子发生还原反应。
(5)根据现象判断。一般情况下，溶解的一极为________极，增重或有气体逸出的一极为________极。
答案：(1)负　正　(2)正　负　负　正　(3)正　负　(4)负　正　(5)负　正
[归纳提升]
原电池正、负极的判断
题组一　原电池的工作原理
1．如图所示装置中，观察到电流计指针偏转，M棒变粗，N棒变细，由此判断表中所列M、N、P物质，其中可以成立的是(　　)
M
N
P
A
Zn
Cu
稀H2SO4
B
Cu
Fe
稀HCl
C
Ag
Zn
AgNO3溶液
D
Zn
Fe
Fe(NO3)3溶液
　
解析：在装置中电流计指针发生偏转，说明该装置构成了原电池，根据正负极的判断方法，溶解的一极为负极，增重的一极为正极，所以M棒为正极，N棒为负极，且电解质溶液能析出固体，则只有C项正确。
答案：C
2．锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过。下列有关叙述正确的是(　　)
A.铜电极上发生氧化反应
B．电池工作一段时间后，甲池的c(SO)减小
C．电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加
D．阴阳离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡
解析：Zn作负极，Cu作正极，铜电极上发生还原反应，A项错误；负极发生的反应为Zn－2e－===Zn2＋，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，而该离子交换膜是阳离子交换膜，因此Zn2＋由甲池交换到乙池，故甲池中硫酸根离子浓度几乎不变，B、D项错误；铜电极上Cu2＋放电，Zn2＋通过阳离子交换膜进入乙池，C项正确。
答案：C
3．常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。
0～t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是______________，
溶液中的H＋向________极移动。t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是________________________________________________________
_____________________________________________________________。
答案：2H＋＋NO＋e－===NO2↑＋H2O　正　Al在浓HNO3中发生钝化，氧化膜阻止了Al的进一步反应
[归纳提升]
原电池工作原理简图
题组二　原电池原理的应用
4．(1)将过量的两份锌粉a、b分别加入一定量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液，请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
(2)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸，同时向a中加入少量的CuSO4溶液。请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
(3)将第(2)题中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液，其他条件不变，请画出产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系图像。
答案：
(1)　(2)　(3)
5．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。
请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。
答案：
归纳提升
画原电池装置图常见失分点
失分点1.不注明电极材料名称或元素符号。
失分点2.不画出电解质溶液(或画出但不标注)。
失分点3.误把盐桥画成导线。
失分点4.不能连成闭合回路。
题组三　聚焦“盐桥”原电池
6．控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I2设计成如图所示的原电池。下列判断不正确的是(　　)
A．反应开始时，乙中石墨电极上发生氧化反应
B．反应开始时，甲中石墨电极上Fe3＋被还原
C．电流表读数为零时，反应达到化学平衡状态
D．电流表读数为零后，在甲中溶入FeCl2固体，乙中的石墨电极为负极
解析：由图示结合原电池原理分析可知，Fe3＋得电子变成Fe2＋被还原，I－失去电子变成I2被氧化，所以A、B正确；电流表读数为零时，Fe3＋得电子速率等于Fe2＋失电子速率，反应达到平衡状态，C正确；D项，在甲中溶入FeCl2固体，平衡2Fe3＋＋2I－?2Fe2＋＋I2向左移动，I2被还原为I－，乙中石墨为正极，D不正确。
答案：D
7．(双选)如图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO＋2I－＋2H＋?AsO＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40%
NaOH溶液。
下列叙述中正确的是(　　)
A．甲组操作时，电流表(A)指针发生偏转
B．甲组操作时，溶液颜色变浅
C．乙组操作时，C1做正极
D．乙组操作时，C1上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－
解析：装置Ⅰ中的反应，AsO＋2I－＋2H＋?AsO＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表(A)指针不会发生偏转，但由于I2浓度增大，所以溶液颜色变深；向装置ⅡB烧杯中加入NaOH溶液，C2上发生：AsO－2e－＋2OH－===AsO＋H2O，电子沿导线到C1棒，I2＋2e－===2I－，所以C2为负极，C1为正极。
答案：CD
考点2　化学电源
一、一次电池：只能使用一次，不能充电复原继续使用
1．碱性锌锰干电池
总反应：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。
负极材料：Zn。
电极反应：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2。
正极材料：碳棒。
电极反应：2MnO2＋2H2O＋2e－===2MnOOH＋2OH－。
2．纽扣式锌银电池
总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。
电解质是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－。
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)正极的电极反应为3SOCl2＋8e－===2S＋SO＋6Cl－。
二、二次电池：放电后能充电复原继续使用
　铅蓄电池总反应：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)
2PbSO4(s)＋2H2O(l)
(1)放电时——原电池
负极反应：Pb＋SO－2e－===PbSO4；
正极反应：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O。
(2)充电时——电解池
阴极反应：PbSO4＋2e－===Pb＋SO；
阳极反应：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO_。
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，分为酸性和碱性两种。
电池
酸性
碱性或中性
负极反应式
2H2－4e－===4H＋
2H2－4e－＋4OH－===4H2O
正极反应式
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
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
　(1)铅蓄电池放电时，正极与负极质量均增加。(　　)
(2)手机、电脑中使用的锂电池属于一次电池。(　　)
(3)若使反应Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋以原电池方式进行，可用锌铁做电极材料。(　　)
(4)碱性锌锰干电池是一次电池，其中MnO2是催化剂，可使锌锰干电池的比能量高、可储存时间长。(　　)
(5)燃料电池工作时燃料在电池中燃烧，然后热能转化为电能。(　　)
(6)铅蓄电池工作时，当电路中转移0.2
mol电子时，消耗0.1
mol
H2SO4。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
　可充电电池充电时电极与外接电源的正、负极如何连接？
答案：
题组一　传统一次电池
1．酸性锌锰干电池是一种一次性电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程中产生MnOOH。
(1)该电池的正极反应式为___________________________________________，
电池总反应的离子方程式为___________________________________________。
(2)维持电流强度为0.5
A，电池工作5分钟，理论上消耗锌________g
(已知F＝96
500
C·mol－1)。
解析：
(1)根据酸性锌锰干电池的构造可知，放电时，负极Zn失去电子生成Zn2＋，正极MnO2得到电子生成MnOOH，从而可写出正极和负极的电极反应式，然后在遵循得失电子守恒的前提下，将两极反应式加合可得电池总反应的离子方程式。(2)电池工作5分钟，通过的电量Q＝0.5
A×5
min×60
s·min－1＝150
C，则理论上消耗Zn的质量m(Zn)＝×65
g·mol－1≈0.05
g。
答案：(1)MnO2＋e－＋H＋===MnOOH
Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH
(2)0.05
题组二　传统二次电池
2．镉镍可充电电池的充、放电反应按下式进行：
Cd＋2NiO(OH)＋2H2O
Cd(OH)2＋2Ni(OH)2，由此判断错误的是(　　)
A．放电时，Cd作负极
B．充电时，正极上发生还原反应
C．电解质溶液为碱性溶液
D．放电时，负极反应为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2
解析：该原电池放电时，Cd元素化合价由0价变为＋2价，Cd失电子发生氧化反应而作负极，故A正确；充电时，正极是阳极，发生氧化反应，故B错误；放电时，正、负极上电极反应式分别为NiO(OH)＋e－＋H2O===Ni(OH)2＋OH－、Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2，根据电极反应式知，电解质溶液为碱性溶液，故C正确；放电时，Cd失电子发生氧化反应而作负极，电极反应式为Cd＋2OH－－2e－===Cd(OH)2，故D正确。
答案：B
3．铅蓄电池是典型的可充电电池，它的正、负极板是惰性材料，电池总反应式为Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO
2PbSO4＋2H2O。请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时：正极的电极反应式是______________________________________
___________________________________________________________________；
电解液中H2SO4的浓度将变________；当外电路通过1
mol电子时，理论上负极板的质量增加________
g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________，B电极上生成________，此时铅蓄电池的正极、负极的极性将________。
解析：(1)原电池里正极上得电子，负极上失电子。根据电池总反应式负极反应为
Pb＋SO－2e－===PbSO4　　质量增加
2
mol
96
g
1
mol
Δm
求得Δm＝48
g。
(2)电解池里与电源正极相连的电极(阳极)上失电子，与电源负极相连的电极(阴极)上得电子。则阳极反应为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；阴极反应为PbSO4＋2e－===Pb＋SO。根据图示，电解一段时间后，原PbO2极变成Pb，原Pb极变成PbO2，即铅蓄电池的正负极的极性对换。
答案：(1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O　小　48　(2)Pb　PbO2　对换
题组三　新型二次电池
4．(2020·河北省承德月考)用吸附了H2的碳纳米管等材料制作的二次电池的原理如图所示。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，甲电极为正极，OH－移向乙电极
B．放电时，乙电极反应为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiO(OH)＋H2O
C．充电时，电池的甲电极与直流电源的正极相连
D．电池总反应为H2＋2NiO(OH)
2Ni(OH)2
解析：A.放电时，该电池为原电池，电解质溶液中阴离子向负极移动，所以OH－向负极甲电极移动，A错误；B.放电时，乙电极为正极，得电子发生还原反应，电极反应为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，B错误；C.放电时，氢气在碳电极发生氧化反应，碳电极作负极；充电时，碳电极发生还原反应，作阴极，应与电源的负极相连，C错误；D.放电时，正极电极反应式为NiO(OH)＋H2O＋e－===Ni(OH)2＋OH－，负极电极反应式为H2＋2OH－－2e－===2H2O，两式相加得总反应：H2＋2NiO(OH)
2Ni(OH)2，D正确。
答案：D
题组四　锂离子电池
5．石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动的特性，而研发的新型可充放电电池，其反应式为LixC6＋Li1－xCoO2
C6＋LiCoO2，其工作原理如图所示。下列关于该电池的说法正确的是(　　)
A．充电时，Li＋嵌入LiCoO2中
B．放电时，LiCoO2极发生的电极反应为LiCoO2－xe－===Li1－xCoO2＋xLi＋
C．放电时负极反应式为Li－e－===Li＋
D．充电时，若转移1
mol
e－，石墨烯电极增重7
g
解析：根据电池反应式知，负极反应式为LixC6－xe－===C6＋xLi＋，正极反应式为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，B、C错误；充电时，阴极、阳极反应式与负极、正极反应式正好相反，石墨烯为阴极，C6发生还原反应生成LixC6，则Li＋向石墨烯移动，故A项错误；充电时，石墨烯电极的电极反应式为C6＋xLi＋＋xe－===LixC6，根据关系式xe－～C6～LixC6电极增重的实际质量为锂元素的质量，所以若转移1
mol
e－，电极增重为1
mol×7
g·mol－1＝7
g，故D项正确。
答案：D
6．(双选)铝?石墨双离子电池是一种全新的低成本高效能电池，反应原理为AlLi＋Cx(PF6)
Al＋xC＋Li＋＋PF。下列说法正确的是(　　)
A．放电时，外电路中电子向铝锂电极移动
B．充电时，应将石墨电极与电源负极相连
C．放电时，正极反应式为Cx(PF6)
＋e－===xC＋PF
D．充电时，若电路中转移1
mol电子，则阴极质量增加7
g
解析：根据反应总方程式可知，该装置放电过程中，锂元素化合价升高发生氧化反应，所以铝锂电极作负极，石墨电极作正极，则外电路电子向石墨电极移动，故A项错误；充电过程为放电过程的逆过程，石墨电极作为阳极与电源的正极相连，故B项错误；放电时正极发生还原反应，其电极反应式可表示为Cx(PF6)＋e－===xC＋PF，故C项正确；充电时，阴极锂离子发生还原反应，电极反应为：Al＋Li＋＋e－===AlLi，所以转移1
mol
e－，阴极电极从Al变为AlLi将增重1
mol×7
g·mol－1＝7
g，故D项正确。
答案：CD
　四步敲定高考新情景电池电极反应式的书写
　近几年高考中的新型电池种类繁多，“储氢电池”“高铁电池”“海洋电池”“燃料电池”“锂离子电池”等，这些新型电源常以选择题的形式呈现。解答这类考题，首先要理解常见的化学电源种类及原电池的工作原理，其次会判断正负电极或阴阳极，以及会书写电极反应式等，其中，电极反应式的书写要求较高，难度较大。
1．以CH3OH燃料电池的负极为例解读四步法
第一步，还原剂－ne－―→氧化产物：CH3OH－ne－―→CO2↑(注意电解质溶液呈碱性时：CH3OH－ne－―→CO)。
第二步，标变价算n值：n＝[4－(－2)]×1＝6。
第三步，根据电池情景用H＋、OH－、O2－、CO等阴、阳离子配平电荷；即在第二步的基础上观察方程式：CH3OH－6e－―→CO2↑左边有6个单位的正电荷。
(1)酸性电解质时右边加6个单位的H＋使电荷守恒：得CH3OH－6e－―→CO2↑＋6H＋；
(2)熔融氧化物为电解质时左边加3个单位的O2－使电荷守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－―→CO2↑；
(3)熔融碳酸盐为电解质时左边加3个单位的CO使电荷守恒：得CH3OH－6e－＋3CO―→4CO2↑；
(4)碱性电解质时，在第二步的基础上观察方程式：CH3OH－6e－===CO左边有6个单位的正电荷，右边有2个单位的负电荷，此时，左边加8个单位的OH－使电荷守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－―→CO。
第四步，用H2O等小分子配平原子。
(1)酸性电解质时左边加1个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋；
(2)熔融氧化物为电解质时右边加2个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O；
(3)熔融碳酸盐为电解质时右边加2个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O；
(4)碱性电解质时右边加6个单位的H2O分子使原子守恒：得CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O。
“四步法”书写电极反应式的步骤归纳如下：
第一步：书写负极(阳极)，还原性微粒－ne－―→氧化性产物；正极(阴极)：氧化性微粒＋ne－―→还原性产物。
第二步：标变价算n值，n＝(高价－低价)×变价原子个数。
第三步：根据电池情景用H＋、OH－、O2－、CO等阴、阳离子配平电荷。
第四步：用H2O等小分子配平原子。
2．已知总方程式，书写电极反应式的步骤与技巧
(1)书写步骤
①步骤一：在电池总反应式上标出电子转移的方向和数目(ne－)。
②步骤二：找出正、负极，失电子的电极为负极；确定溶液的酸碱性。
③步骤三：写电极反应式。
负极反应：还原剂－ne－―→氧化产物
正极反应：氧化剂＋ne－―→还原产物
(2)书写技巧
若某电极反应式较难写时，可先写出较易的电极反应式，用总反应式减去较易的电极反应式，即可得出较难写的电极反应式。
[考能突破练]
1．Mg?AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag＋2Cl－，试书写该电池的电极反应式：
负极：_______________________________________________________________
____________________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案：Mg－2e－===Mg2＋
2AgCl＋2e－===2Ag＋2Cl－
2．铝?空气海水电池：以铝板为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中的氧气与铝反应产生电流。
电池总反应为4Al＋3O2＋6H2O===4Al(OH)3；
负极：_______________________________________________________________
___________________________________________________________________；
正极：________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案：4Al－12e－===4Al3＋　3O2＋6H2O＋12e－===12OH－
3．某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池。放电时电池总反应为
Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)；
负极：______________________________________________________________
____________________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
4．一种碳纳米管能够吸附氢气，可作二次电池(如下图所示)的碳电极。该电池的电解质溶液为6
mol·L－1的KOH溶液。
写出放电时的正、负极电极反应式：
负极：________________________________________________________________
____________________________________________________________________；
正极：_______________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案：H2－2e－＋2OH－===2H2O
2NiO(OH)＋2H2O＋2e－===2Ni(OH)2＋2OH－
5．以甲烷燃料电池为例来分析不同的环境下电极反应式的书写。
(1)酸性介质(如H2SO4)
负极：______________________________________________________________；
正极：_____________________________________________________________；
总反应式：_________________________________________________________。
(2)碱性介质(如KOH)
负极：_____________________________________________________________；
正极：_____________________________________________________________；
总反应式：_______________________________________________________。
(3)固体电解质(高温下能传导O2－)
负极：____________________________________________________________；
正极：_____________________________________________________________；
总反应式：________________________________________________________。
(4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下
负极：____________________________________________________________；
正极：____________________________________________________________；
总反应式：________________________________________________________。
答案：(1)CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋8e－＋8H＋===4H2O
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(2)CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O
2O2＋8e－＋4H2O===8OH－
CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O
(3)CH4－8e－＋4O2－===CO2＋2H2O
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
(4)CH4－8e－＋4CO===5CO2＋2H2O
2O2＋8e－＋4CO2===4CO
CH4＋2O2===CO2＋2H2O
1．(2020·高考全国卷Ⅲ)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是(　　)
A．负载通过0.04
mol电子时，有0.224
L(标准状况)O2参与反应
B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高
C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO
D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极
解析：根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－===VO＋2B(OH)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O===4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O===8B(OH)＋4VO，C正确；负载通过0.04
mol电子时，有0.01
mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224
L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误；电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极，D正确。
答案：B
2．(2020·高考全国卷Ⅰ)科学家近年发明了一种新型Zn?CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料。放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。
下列说法错误的是(　　)
A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)
B．放电时，1
mol
CO2转化为HCOOH，转移的电子数为2
mol
C.充电时，电池总反应为2Zn(OH)===2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O
D．充电时，正极溶液中OH－浓度升高
解析：由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－===Zn(OH)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1
mol
CO2转化为HCOOH，转移电子2
mol，B项正确；由装置示意图可知充电时正极(阳极)产生O2，负极(阴极)产生Zn，C项正确；充电时正极(阳极)上发生反应2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。
答案：D
3．(2019·高考全国卷Ⅰ)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：A对：该反应中，可产生电流，反应条件比较温和，没有高温高压条件。B错：该生物燃料电池中，左端电极反应式为MV＋－e－===MV2＋，则左端电极是负极，应为负极区，在氢化酶作用下，发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋。C对：右端电极反应式为MV2＋＋e－===MV＋，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应。D对：原电池中，内电路中H＋通过交换膜由负极区向正极区移动。
答案：B
4．(2019·高考全国卷Ⅲ)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：A对：三维多孔海绵状Zn为多孔结构，具有较高的表面积，所沉积的ZnO分散度高。B对：二次电池充电时作为电解池使用，阳极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，阳极反应为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)。C对：二次电池放电时作为原电池使用，负极发生氧化反应，元素化合价升高，原子失去电子，由电池总反应可知负极反应为Zn(s)＋2OH－(aq)－2e－===ZnO(s)＋H2O(l)。D错：二次电池放电时作为原电池使用，阴离子从正极区向负极区移动。
答案：D
5．(2018·高考全国卷Ⅱ)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：根据电池的总反应知，放电时负极反应为4Na－4e－===4Na＋，正极反应为3CO2＋4e－===2CO＋C，C正确；充电时，阴(负)极反应为4Na＋＋4e－===4Na，阳(正)极反应为2CO＋C－4e－===3CO2↑，D错误；放电时，ClO向负极移动，A正确；根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放CO2，放电时吸收CO2，B正确。
答案：D
6．(2019·高考全国卷Ⅲ)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：由题图知，左端的电极反应为Fe3＋＋e－===Fe2＋，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl－2e－===Cl2＋2H＋，应为阳极，接电源正极，负极产生的Fe2＋进一步被O2氧化生成Fe3＋，则4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；由此可知，每消耗1
mol
O2，需转移4
mol电子，则转移1
mol电子时，应消耗
mol
O2，标准状况下，
mol
O2的体积为
mol×22.4
L/mol＝5.6
L。
答案：Fe3＋＋e－===Fe2＋，4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O　5.6
7．(2016·高考北京卷)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO)已成为环境修复研究的热点之一。
Fe还原水体中NO的反应原理如图所示。
(1)作负极的物质是________。
(2)正极的电极反应式是_________________________________________________________。
答案：(1)铁　(2)NO＋8e－＋10H＋===NH＋3H2O
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-第19讲　电解池　金属的电化学腐蚀与防护
【课标要求】　1.理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害、防止金属腐蚀的措施。
考点1　电解的原理
授课提示：对应学生用书第128页
1．电解
2．电解池的组成和工作原理(惰性电极电解CuCl2溶液)
总反应的离子方程式：
Cu2＋＋2Cl－Cu＋Cl2↑。
3．放电顺序(一般情况下)
(1)阴极：(与电极材料无关)。氧化性强的先放电，放电顺序：
(2)阳极：若是活性电极作阳极，则活性电极首先失电子，发生氧化反应。
若是惰性电极作阳极，放电顺序为
eq
\o(―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――→,\s\up7(S2－、I－、Br－、Cl－、OH－、含氧酸根离子（NO、SO、CO）、F－),\s\do5(放电由易到难))
　(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)直流电源跟电解池连接后，电子从电源负极流向电解池阳极。(　　)
(4)电解稀硫酸制H2、O2时，可用不活泼的铜作阳极。(　　)
(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。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
　分析电解下列物质的过程，并总结电解规律(用惰性电极电解)。
类型
实例
电极反应
电解液浓度
pH
电解质溶液复原
电解水型
NaOH
阴：____________阳：____________
增大
____
____
H2SO4
增大
____
____
Na2SO4
增大
____
____
电解电解质型
HCl
阴：____________阳：____________
减小
____
____
CuCl2
阴：____________阳：____________
减小
____
____
放H2生碱型
NaCl
阴：____________
生成新电解质
____
____
阳：____________
放O2生酸型
CuSO4
阴：____________阳：____________
生成新电解质
____
____
答案：4H＋＋4e－===2H2↑
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
增大　加水　减小　加水　不变　加水
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
增大　通HCl
Cu2＋＋2e－===Cu
2Cl－－2e－===Cl2↑　增大　加CuCl2
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑　增大　通HCl
2Cu2＋＋4e－===2Cu
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑　减小　
加CuO、CuCO3
题组一　电解原理
1．以石墨为电极，电解KI溶液(含有少量的酚酞和淀粉)。下列说法错误的是(　　)
A．阴极附近溶液呈红色
B．阴极逸出气体
C．阳极附近溶液呈蓝色
D．溶液的pH变小
解析：以石墨为电极，电解KI溶液，发生的反应为2KI＋2H2O2KOH＋H2↑＋I2(类似于电解饱和食盐水)，阴极产物是H2和KOH，阳极产物是I2。由于溶液中含有少量的酚酞和淀粉，所以阳极附近的溶液会变蓝(淀粉遇碘变蓝)，阴极附近的溶液会变红(溶液呈碱性)，A、B、C正确；由于电解产物有KOH生成，所以溶液的pH逐渐增大，D错误。
答案：D
2．(双选)用石墨电极完成下列电解实验。
实验一
实验二
装置
现象
a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化
两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生……
下列对实验现象的解释或推测不合理的是(　　)
A．a、d处：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
B．b处：2Cl－－2e－===Cl2↑
C．c处发生了反应：Fe－2e－===Fe3＋
D．根据实验一的原理，实验二中m处能析出铜
解析：根据a、d处试纸变蓝，可判断a、d两点都为电解池的阴极，发生的电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A选项正确；b处变红，局部褪色，说明b为电解池的阳极，2Cl－－2e－===Cl2↑，氯气溶于水生成盐酸和次氯酸：Cl2＋H2O?HCl＋HClO，HCl溶液显酸性，HClO具有漂白性，B选项不正确；c处为阳极，铁失去电子生成亚铁离子，发生的电极反应为Fe－2e－===Fe2＋，C选项不正确；实验一中ac形成电解池，db形成电解池，所以实验二中也形成电解池，铜珠的左端为电解池的阳极，铜失电子生成铜离子，m、n是铜珠的右端，为电解池的阴极，开始时产生气体，后来铜离子移到m处，m处铜离子得到电子生成单质铜，故D选项正确。
答案：BC
题组二　电极反应式、电解方程式的书写
3．(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)用铁做电极电解NaCl溶液
阳极反应式：___________________________________________________________________；
阴极反应式：___________________________________________________________________；
总反应化学方程式：___________________________________________________________________。
(3)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：__________________________________________________________________。
(4)用Al做阳极，电解H2SO4溶液，铝材表面形成氧化膜
阳极反应式：__________________________________________________________________；
阴极反应式：__________________________________________________________________；
总反应离子方程式：___________________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Mg2＋＋2Cl－＋2H2OMg(OH)2↓＋Cl2↑＋H2↑
(2)Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑
(3)2Al－6e－＋8OH－===2AlO＋4H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－(或6H＋＋6e－===3H2↑)
2Al＋2H2O＋2OH－2AlO＋3H2↑
(4)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
6H＋＋6e－===3H2↑
2Al＋3H2OAl2O3＋3H2↑
4．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，其离子方程式可写成_____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案：(1)2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)S＋2H＋===(n－1)S↓＋H2S↑
5．某水溶液中含有等物质的量浓度的Cu(NO3)2和NaCl，以惰性电极对该溶液进行电解，分阶段写出电解反应的化学方程式。
____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
__________________________________________________________________
_。
解析：第一阶段　阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu
第二阶段　阴极：2Cu2＋＋4e－===2Cu
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
第三阶段　阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
将电极反应式合并可得电解反应的化学方程式。
答案：第一阶段的反应：CuCl2Cu＋Cl2↑
第二阶段的反应：
2Cu(NO3)2＋2H2O2Cu＋O2↑＋4HNO3
第三阶段的反应：2H2O2H2↑＋O2↑
题组三　有关电解的计算
6．500
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：石墨做电极电解KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液，阳极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极先后发生两个反应：Cu2＋＋2e－===Cu，2H＋＋2e－===H2↑。从收集到O2为2.24
L可推知上述电解过程中共转移0.4
mol电子，而在生成2.24
L
H2的过程中转移0.2
mol电子，所以Cu2＋共得到0.4
mol－0.2
mol＝0.2
mol电子，电解前Cu2＋的物质的量和电解得到的Cu的物质的量都为0.1
mol。电解前后分别有以下守恒关系：c(K＋)＋2c(Cu2＋)＝c(NO)，c(K＋)＋c(H＋)＝c(NO)，不难算出：电解前c(K＋)＝0.2
mol·L－1，电解后c(H＋)＝0.4
mol·L－1。
答案：A
　从原理和事实出发，对阴、阳极上的放电纠偏
纠偏1
阴离子能在阴极上放电吗
阴极发生得电子的还原反应，体现出放电离子的氧化性，一些阴离子的氧化性比较强，当条件合适时肯定可以在阴极放电。
[典例1]　离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al2Cl和AlCl组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。
钢制品应接电源的________极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为______________________________________。
若改用AlCl3水溶液作电解液，则阴极产物为________。
[解析]　电镀时钢制品应作阴极，故应接电源的负极；目的是在钢制品上镀铝，故阴极有Al产生，根据电荷守恒写出阴极反应式为4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl；若使用AlCl3水溶液则是H＋在阴极放电，产生H2。
[答案]　负　4Al2Cl＋3e－===Al＋7AlCl　H2
[即时训练1]　铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。
铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为_______________
___________________________________________________________________。
解析：Cr2O―→Cr3＋，Cr化合价降低得电子，结合题目为酸性环境，故电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
答案：Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O
很多具有氧化性的阴离子可以在电解池的阴极得电子发生还原反应，在高考题中需要特别关注NO、MnO、Cr2O等在特定环境下具有氧化性的阴离子。
纠偏2
阳离子能在阳极放电吗
阳极发生失电子的氧化反应，本质是放电离子还原性的体现，某些处于较低价态阳离子具有较强的还原性，可以在阳极放电发生氧化反应。
[典例2]　铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X?射线防护材料。回答下列问题：
PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为________________________________________，
阴极上观察到的现象是____________________________________________；
若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为
____________________________________________________________________，
这样做的主要缺点是_____________________________________________。
[解析]　从实验目的来看应由Pb2＋价态升高变为PbO2，阳极电极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；阴极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu，故阴极石墨上有红色物质析出。只有Pb(NO3)2溶液时，阴极反应为Pb2＋＋2e－===Pb，导致Pb2＋的利用率降低(没有全部转化为产物PbO2)。
[答案]　Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2↓＋4H＋　石墨上有红色物质析出　Pb2＋＋2e－===Pb　不能有效利用Pb2＋
[即时训练2]　用FeCl3酸性溶液脱除H2S后的废液，通过控制电压电解得以再生。某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1
mol/L的FeCl2溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值)：
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅰ
x≥a
电极附近变黄色，有气泡产生
有Fe3＋、有Cl2
Ⅱ
a＞x≥b
电极附近变黄色，无气泡产生
有Fe3＋、无Cl2
Ⅲ
b＞x＞0
无明显变化
无Fe3＋、无Cl2
(1)甲同学由Ⅰ推测：Fe2＋在阳极放电产生Fe3＋。这种推测是否正确，并说明原因：____________________________________________________________________。
(2)乙同学由Ⅱ推测，Fe3＋产生的原因还可能是Fe2＋在阳极放电，其电极反应式为____________________________________________________________________。
(3)Ⅱ中虽未检测出Cl2，但Cl－在阳极是否放电仍需进一步验证。电解pH＝1的NaCl溶液做对照实验，记录如下：
序号
电压/V
阳极现象
检验阳极产物
Ⅳ
a＞x≥c
无明显变化
有Cl2
Ⅴ
c＞x≥b
无明显变化
无Cl2
与Ⅱ对比，通过控制电压验证了Fe2＋________(填“先于”“后于”或“同时”)Cl－放电。
解析：(1)这种推测是错误的，Fe3＋也可能是由Cl2氧化Fe2＋产生的。(2)实验Ⅱ没有Cl2产生，所以Fe3＋不可能是Fe2＋被Cl2氧化而来，只可能是Fe2＋在阳极放电被氧化反应而来，故电极反应式为Fe2＋－e－===Fe3＋。(3)对比实验Ⅱ和Ⅳ，发现Fe2＋在阳极放电变为Fe3＋所需的电压比Cl－在阳极放电产生Cl2所需电压更低，故电解时Fe2＋先于Cl－在阳极放电。
答案：(1)不正确，Cl2氧化Fe2＋也会产生Fe3＋
(2)Fe2＋－e－===Fe3＋　(3)先于
阳离子可以在阳极放电，有些还原性较强的离子(如Fe2＋)甚至可能先于阴离子反应。而这恰好是符合氧化还原反应规律的(还原性：Fe2＋>Cl－)。
纠偏3
含氧酸根离子会参与电极反应吗
[典例3]　制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。
(1)阳极的电极反应式为________________________________________。
(2)电解后，________室的NaHSO3浓度增加。
(3)b室的________(填“NaHSO3”或“Na2SO3”)浓度增加，原因是_____________________________________________________________________
(用电极反应式说明)。
[解析]　(1)阳极区为H2SO4溶液，故阳极反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋。(2)电解后阳极区域产生的H＋透过阳离子交换膜进入a室，发生反应SO＋H＋===HSO(SO结合H＋能力比HSO强)使a室的NaHSO3浓度增加。(3)b室为阴极区，电极反应式为2HSO＋2e－===H2↑＋2SO(H＋主要来自HSO的电离)，故b室的Na2SO3浓度增加。
[答案]　(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
(2)a
(3)Na2SO3　2HSO＋2e－===H2↑＋2SO
(3)中的阴极反应式非常特别，HSO参与电极反应，但却是其中的H元素价态发生了变化。发生电极反应时可能并不是中心元素的价态发生改变！
纠偏4
分子有可能参与电极反应吗
[典例4]　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：_________________________
____________________________________________________________________。
[解析]　观察图示转化，结合电极反应的对应关系得出，阴极：NO＋5e－＋6H＋===NH＋H2O；阳极：NO－3e－＋2H2O===NO＋4H＋。总反应式为8NO＋7H2O===3NH4NO3＋2HNO3，故A中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3。
[答案]　NH3　观察图示转化中应通入NH3把多余的HNO3转变为NH4NO3
[即时训练3]　利用电解产生的H2O2处理含氨废水(电解前用酸调pH＝5)的装置如图，下列判断错误的是(　　)
A．可用硫酸调节废水的pH
B．阴极的电解产物之一是N2
C．阴极O2的消耗与阳极O2的产生量相同
D．电路中通过3
mol电子时除去废水中17
g
NH3
解析：根据题目叙述和图示得出：阳极反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应式为O2＋2e－＋2H＋===H2O2。N2不是阴极产物，而是双氧水氧化氨的产物，即2NH3＋3H2O2===N2＋6H2O，故B错误。从电极反应式看出阴极O2消耗量与阳极O2产生量为2∶1，故C错误。
答案：C
当条件合适的情况下，电中性的分子也有可能参与电极反应。
考点2　电解原理在工业生产中的应用
1．氯碱工业
(1)电极反应
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)
(2)总反应方程式
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
(3)氯碱工业生产流程图
2.电镀
如图为金属表面镀银的工作示意图，据此回答下列问题：
(1)镀件做阴极，镀层金属银做阳极。
(2)电解质溶液是AgNO3溶液。
(3)电极反应：
阳极：Ag－e－===Ag＋；
阴极：Ag＋＋e－===Ag。
(4)特点：阳极溶解，阴极沉积，电镀液的浓度不变。
3．电解精炼铜
(1)电极材料：阳极为粗铜；阴极为纯铜。
(2)电解质溶液：含Cu2＋的盐溶液。
(3)电极反应：
阳极：Zn－2e－===Zn2＋、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋、Cu－2e－===Cu2＋；
阴极：Cu2＋＋2e－===Cu。
4．电冶金
利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属如Na、Ca、Mg、Al等。
(1)冶炼钠
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
电极反应：
阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；
阴极：2Na＋＋2e－===2Na。
(2)冶炼铝
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电极反应：
阳极：6O2－－12e－===3O2↑；
阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。
　(1)在镀件上电镀铜时，镀件与电源的正极连接。(　　)
(2)在镀件上电镀铜时，也可以用惰性材料作阳极，用硫酸铜溶液作电解液。(　　)
(3)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料。(　　)
(4)电镀铜和电解精炼铜时，电解质溶液中c(Cu2＋)均保持不变。(　　)
(5)电解冶炼镁、铝通常电解MgCl2和Al2O3，也可以电解MgO和AlCl3。(　　)
(6)电解精炼时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料。
(　　)
(7)用Zn作阳极，Fe作阴极，ZnCl2作电解质溶液，由于放电顺序H＋>Zn2＋，不可能在铁上镀锌。(　　)
答案：(1)×　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√　(7)×
1．右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：2Al－6e－＋6HCO===Al2O3＋6CO2↑＋3H2O　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－
2．今有下列两种装置：
(1)请分析两装置中各电极的质量变化？
(2)请分析两装置中电解质溶液浓度的变化？
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
____________________________________________________________________。
答案：(1)甲图中铜片质量减小，铁制品质量增加；乙图中粗铜质量减小，精铜质量增加。
(2)甲图中CuSO4溶液浓度几乎未变化；乙图中CuSO4溶液浓度逐渐变小，因为粗铜中混有Zn、Fe等杂质，放电后转化成Zn2＋、Fe2＋等离子，此时Cu2＋会转化为Cu，造成CuSO4溶液浓度减小
题组一　应用电解原理制备新物质
1．如图为EFC剑桥法用固体二氧化钛(TiO2)生产海绵钛的装置示意图，其原理是在较低的阴极电位下，TiO2(阴极)中的氧解离进入熔融盐，阴极最后只剩下纯钛。下列说法正确的是(　　)
A．阳极的电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑
B．阴极的电极反应式为TiO2＋4e－===Ti＋2O2－
C．通电后，O2－、Cl－均向阴极移动
D．石墨电极的质量不发生变化
解析：电解质中的阴离子O2－、Cl－向阳极移动，由图示可知阳极生成O2、CO、CO2，所以电极反应为2O2－－4e－===O2↑，O2与石墨反应生成CO、CO2，A、C、D项错误，只有B项正确。
答案：B
2．氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。如图是离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：
(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式：_________________________________
____________________________________________________________________。
(2)离子交换膜的作用为_____________________________________________、
___________________________________________________________________。
(3)精制饱和食盐水从图中________(填“a”“b”“c”或“d”)位置补充，氢氧化钠溶液从图中________位置流出。
答案：(1)2Cl－＋2H2OCl2↑＋H2↑＋2OH－
(2)能得到纯度更高的氢氧化钠溶液　阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生反应
(3)a　d
题组二　应用电解原理治理污染
3．用如图所示装置处理含CN－废水时，控制溶液pH为9～10，并加入NaCl，一定条件下电解，阳极产生的ClO－将CN－氧化为无害物质而除去。铁电极为________(填“阴极”或“阳极”)，阳极产生ClO－的电极反应式为____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案：阴极　2OH－＋Cl－－2e－===ClO－＋H2O
4．用NaOH溶液吸收烟气中的SO2，将所得的Na2SO3溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H2SO4，其原理如图所示(电极材料为石墨)。
(1)图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。
(2)SO放电的电极反应式为_________________________________________。
(3)电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因：____________________________________________________________________。
解析：根据Na＋、SO的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区，a应接电源负极，b应接电源正极，其电极反应式分别为阳极：SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋；阴极：2H＋＋2e－===H2↑。所以从C口流出的是H2SO4，在阴极区，由于H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋)减小，c(OH－)增大，生成NaOH，碱性增强，从B口流出的是浓度较大的NaOH溶液。
答案：(1)负　硫酸
(2)SO－2e－＋H2O===SO＋2H＋
(3)H2O?H＋＋OH－，在阴极H＋放电生成H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强
　离子交换膜在电化学中的运用
1．离子交换膜的功能
使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。
2．离子交换膜的类型
根据透过的微粒，离子交换膜可以分为多种，在高考试题中主要出现阳离子交换膜、阴离子交换膜和质子交换膜三种。阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过，质子交换膜只允许质子(H＋)通过。可见离子交换膜的功能在于选择性地通过某些离子和阻止某些离子来隔离某些物质。
3．离子交换膜在电化学中的运用
(1)构成双液原电池，闭合电路，提高放电寿命与效率
单液原电池由于活性电极材料与电解质溶液直接接触，无法避免放电的同时不发生化学腐蚀，导致能量转化效率低、放电不稳定、使用寿命短等问题。将单液原电池转换为双液原电池可减弱上述问题。解决此问题可使用盐桥或离子交换膜形成负极室和正极室。相对于盐桥，离子交换膜表面积较大，有利于增大离子的定向移动速率，减小电阻，放电效率提高，使用寿命增长。
(2)制备提纯物质：隔离微粒，提高物质的产率与纯度
膜电解法是制备物质的重要方法，它将电解和膜分离相结合，将制备、分离和浓缩相结合。即“在通电条件下发生电解化学反应时，生成的产物能及时地从反应体系中通过离子交换膜分离出来，使反应向生成物的方向进行，从而提高反应效率。”其中最重要的膜电解运用于氯碱工业以及废水处理等。
(3)多室电渗析：交替运用阴膜阳膜，完成物质淡化与浓缩
电渗析是将阴膜与阳膜交替排列在电极之间，在直流电场作用下，以电位差为动力，离子透过选择性离子交换膜而迁移，从而使电解质离子自溶液中部分分离出来，实现溶液的浓缩与淡化，复分解反应及电解氧化还原等效能，达到提纯精制的目的。
[考能突破练]
1．(双选)已知：电流效率＝电路中通过的电子数与消耗负极失去电子总数之比。现有两个电池Ⅰ、Ⅱ，装置如图所示。下列说法正确的是(　　)
A.Ⅰ和Ⅱ的电池反应相同
B．能量转化形式不同
C．Ⅰ的电流效率低于Ⅱ的电流效率
D．5
min后，Ⅰ、Ⅱ中都只含1种溶质
解析：Ⅰ、Ⅱ装置中电极材料相同，电解质溶液部分相同，电池反应，负极反应式和正极反应式相同，A项正确；Ⅰ和Ⅱ装置的能量转化形式都是化学能转化成电能，B项错误；Ⅰ装置中铜与氯化铁直接接触，会在铜极表面发生反应，导致部分能量损失(或部分电子没有通过电路)，导致电流效率降低。而Ⅱ装置采用阴离子交换膜，铜与氯化铜接触，不会发生副反应，放电过程中交换膜左侧负极的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，阳离子增多；右侧正极的电极反应式为2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，负电荷过剩。Cl－从交换膜右侧向左侧迁移，电流效率高于Ⅰ装置，C正确；放电一段时间后，Ⅰ装置中生成氯化铜和氯化亚铁，Ⅱ装置中交换膜左侧生成氯化铜，右侧生成了氯化亚铁，可能含氯化铁，D项错误。
答案：AC
2．室温时，在FeCl3酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3＋立即被还原成Fe2＋，组成的原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是(　　)
A．该原电池的正极反应是Zn－2e－===Zn2＋
B．电池工作一段时间后，甲池的c(Cl－)增大
C．一段时间后，乙池中溶液的红色逐渐褪去
D．石墨电极上发生氧化反应
解析：该电池的总反应为Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，A错误；阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，两池中c(Cl－)不变，B错误；由于乙池中的Fe3＋被还原为Fe2＋，所以乙池中溶液的红色逐渐褪去，C正确；石墨电极为正极，得电子，发生还原反应，D错误。
答案：C
3．现有离子交换膜、石墨电极和如图所示的电解槽，电解KI的淀粉溶液制取KOH，一段时间后Ⅲ区附近变蓝色，下列叙述中错误的是(　　)
A．KOH、H2均在Ⅰ区产生
B．图中A为阴离子交换膜
C．Ⅲ区的电极连接电源的正极
D．阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
解析：电解KI?淀粉溶液类似电解饱和食盐水，Ⅲ区变蓝色，生成I2为阳极，连接电源的正极，KOH、H2均在阴极区产生，A、C正确；Ⅰ区H＋放电，KOH在此生成，图中A能让K＋通过，为阳离子交换膜，B错误；阴极是H＋放电，发生2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，D正确。
答案：B
4．利用反应：6NO2＋8NH3===7N2＋12H2O构成电池，既能实现有效消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，又能充分利用化学能，装置如图所示。
下列说法不正确的是(　　)
A．电流从右侧电极经过负载后流向左侧电极
B．为使电池持续放电，离子交换膜选用阴离子交换膜
C．电极A反应式为2NH3－6e－===N2＋6H＋
D．当有4.48
L
NO2(标准状况)被处理时，转移电子为0.8
mol
答案：C
5．工业上用电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是(　　)
已知：①Ni2＋在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性：Ni2＋(高浓度)>H＋>Ni2＋(低浓度)
A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
B．电解过程中，B室中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减小
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水的pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变
答案：B
考点3　金属的腐蚀与防护
1．化学腐蚀和电化学腐蚀的比较
类型
化学腐蚀
电化学腐蚀
条件
金属与接触到的物质直接反应
不纯金属接触到电解质溶液发生原电池反应
本质
M－ne－===Mn＋
现象
金属被腐蚀
较活泼金属被腐蚀
区别
无电流产生
_有电流产生
注：通常两种腐蚀同时存在，但电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多，危害也更严重
2.电化学腐蚀的分类(钢铁腐蚀)
类型
析氢腐蚀
吸氧腐蚀
水膜性质
酸性
弱酸性或中性或碱性
负极反应
Fe－2e－===Fe2＋
正极反应
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
总反应
Fe＋2H＋===
Fe2＋＋H2↑
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
其他反应
吸氧腐蚀还伴随以下反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)32Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O
注：吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍
3.金属的防护
(1)牺牲阳极的阴极保护法利用原电池原理。
(2)外加电流的阴极保护法利用电解池原理。
(3)改变金属内部结构→如制成不锈钢。
(4)加保护层→如电镀、喷漆、覆膜等。
　(1)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样。(　　)
(2)Al、Fe、Cu在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物。(　　)
(3)钢铁发生电化学腐蚀时，负极铁失去电子生成Fe3＋。(　　)
(4)在金属表面覆盖保护层，若保护层破损后，就完全失去了对金属的保护作用。(　　)
(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)铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
1．(1)A、B两装置长时间露置于空气中，A发生________腐蚀，B发生________腐蚀。
(2)利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。
为减缓铁的腐蚀
①若开关K置于N处，则X应为________________________________________，
该电化学防护法为_________________________________________________。
②若开关K置于M处，则X应为________________________________________，
该电化学防护法称为_________________________________________________。
答案：(1)析氢　吸氧　(2)①碳棒或Pt等惰性电极　外加电流的阴极保护法　②比铁活泼的金属Zn等　牺牲阳极的阴极保护法
2．写出钢铁在潮湿的空气中发生吸氧腐蚀生成铁锈的原理。
____________________________________________________________________
___________________________________________________________________。
答案：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋
正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－
2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
题组一　金属腐蚀原理
1．(双选)一定条件下，碳钢腐蚀与溶液pH的关系如下，下列说法不正确的是(　　)
pH
2
4
6
6.5
8
13.5
14
腐蚀快慢
较快
慢
较快
主要产物
Fe2＋
Fe3O4
Fe2O3
FeO
A.在pH>14溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O
B．在pH<4溶液中，碳钢主要发生析氧腐蚀
C．在pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀
D．在煮沸除氧气的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减缓
解析：A项，pH>14的溶液为碱性，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故A符合题意；B项，pH<4溶液为酸性溶液，碳钢主要发生析氢腐蚀，正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，故B符合题意；C项，pH>6溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀，正极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故C不符合题意；D项，在碱性溶液中碳钢发生吸氧腐蚀，煮沸除氧气后，腐蚀速率会减慢，故D不符合题意。
答案：AB
2.铁及其化合物与生产、生活关系密切。如图是实验室研究海水对铁闸不同部位腐蚀情况的剖面示意图。
(1)该电化学腐蚀称为________。
(2)图中A、B、C、D四个区域，生成铁锈最多的是______(填字母)。
答案：(1)吸氧腐蚀　(2)B
题组二　腐蚀快慢与防护方法的比较
3．(1)以下装置中(杯中均盛有海水)
Zn片腐蚀由快到慢的顺序为__________________________________________。
(2)镀锌铁板(俗称白铁)和镀锡铁板(俗称马口铁)，________铁板更耐腐蚀，原因为____________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案：(1)④③⑥①②⑤　(2)镀锌　镀层破坏后，镀锌铁板中的铁为正极受到保护，镀锡铁板中的铁为负极加快腐蚀
4．(2021·福建省莆田月考)城市地下潮湿的土壤中常埋有纵横交错的管道和输电线路，当有电流泄漏并与金属管道形成回路时，就会引起金属管道的腐蚀。原理如图所示，但若电压等条件适宜，钢铁管道也可能减缓腐蚀，此现象被称为“阳极保护”。下列有关说法不正确的是(　　)
A．该装置能够将电能转化为化学能
B．管道右端腐蚀比左端快，右端电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋
C．如果没有外加电源，潮湿的土壤中的钢铁管道比较容易发生吸氧腐蚀
D．钢铁“阳极保护”的实质是在阳极金属表面形成一层耐腐蚀的钝化膜
解析：该装置相当于电解池，能将电能转化为化学能，A正确；左端为阳极，其腐蚀速率较右端快，B错误；如果没有外加电源，潮湿的土壤(接近中性)中的钢铁管道发生原电池反应，所以发生的是吸氧腐蚀，C正确；根据题意，此种腐蚀较慢，所以“阳极保护”实际上是在金属表面形成了一层致密的保护膜，D正确。
答案：B
5．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：②中Zn作负极，发生氧化反应生成Zn2＋，Fe作正极被保护，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作负极被氧化生成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的活泼性，D项错误。
答案：D
1．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，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀越快。
2．两种保护方法的比较
外加电流的阴极保护法保护效果大于牺牲阳极的阴极保护法。
1．(2020·高考全国卷Ⅱ)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是(　　)
A．Ag为阳极
B．Ag＋由银电极向变色层迁移
C．W元素的化合价升高
D．总反应为WO3＋xAg===AgxWO3
解析：根据题给信息，通电时Ag＋注入无色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可得Ag为阳极，失去电子发生氧化反应，Ag－e－===Ag＋，Ag＋通过固体电解质向变色层迁移，总反应为WO3＋xAg===AgxWO3，A、B、D正确；WO3得xe－生成WO，W元素的化合价降低，C错误。
答案：C
2．(2020·新高考山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是(　　)
A．阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
B．电解一段时间后，阳极室的pH未变
C．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移
D．电解一段时间后，a极生成的O2与b极反应的O2等量
解析：A项，根据题图可知a极为阳极，其反应式为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，正确；B项，阳极室产生的氢离子通过质子交换膜进入阴极室，阳极室pH保持不变，正确；C项，电解过程中阳离子移向阴极，故H＋移向b极，正确；D项，根据电极反应式：阳极反应为2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阴极反应为2H＋＋O2＋2e－===H2O2，故a极生成的O2与b极反应的O2不等量，错误。
答案：D
3．(2017·高考全国卷Ⅰ)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：钢管桩接电源的负极，高硅铸铁接电源的正极，通电后，外电路中的电子从高硅铸铁(阳极)流向正极，从负极流向钢管桩(阴极)，A、B正确；C项，题给信息高硅铸铁为“惰性辅助阳极”不损耗，C错误；D正确。
答案：C
4．(2018·高考全国卷Ⅰ)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。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生的反应为：
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：由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高，C错误。由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O，A正确。将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S，B正确。Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中，D正确。
答案：C
5．(2019·高考全国卷Ⅱ)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：由电解原理示意图可知，电解后铁变为＋2价，由此可判断铁做电解池的阳极，阳极的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，阴极的电极反应式为2＋2e－===2＋H2↑，由此可得总反应方程式为Fe＋2===＋H2↑。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍的生成，而且电解时会产生OH－，OH－会与Fe2＋反应生成Fe(OH)2沉淀。
答案：Fe电极　Fe＋2===＋H2↑[Fe＋2C5H6===Fe(C5H5)2＋H2↑]　水会阻碍中间物的生成；电解时生成的OH－，进一步与Fe2＋反应生成Fe(OH)2
6．(2018·高考全国卷Ⅲ)KIO3也可采用“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___________________________________________________________________。
(3)与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________(写出一点)。
解析：(1)电解液是KOH溶液，阴极的电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。(2)电解过程中阳极反应为I－＋6OH－－6e－===IO＋3H2O。阳极的K＋通过阳离子交换膜由电极a迁移到电极b。(3)“KClO3氧化法”的主要不足之处是产生Cl2，易污染环境。
答案：(1)2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
(2)K＋　由a到b　(3)产生Cl2，易污染环境等
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