1、专题四 化学能与热能、电能的相互转化1了解化学反应中能量转化的原因及常见的能量转化形式。2.了解化学能与热能的相互转化，了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3.了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。4.了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。了解化学在解决能源危机中的重要作用。5.了解焓变(H)与反应热的含义。6.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。7.理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。8.了解常见化学电源的种类及其工作原理。9.了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。真题引领感悟高考真题1(201
2、9江苏高考)氢气与氧气生成水的反应是氢能源应用的重要途径。下列有关说法正确的是 ()A一定温度下，反应2H2(g)O2(g)=2H2O(g)能自发进行，该反应的H0B氢氧燃料电池的负极反应为O22H2O4e=4OHC常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.021023D反应2H2(g)O2(g)=2H2O(g)的H可通过下式估算：H反应中形成新共价键的键能之和反应中断裂旧共价键的键能之和AA项，2H2(g)O2(g)=2H2O(g)，反应前后气体分子数减少，S0，根据化学反应自发性的判据HTS0知，该反应的HH1(CaCO3)0BH2(MgCO3)H2(C
3、aCO3)0CH1(CaCO3)H1(MgCO3)H3(CaO)H3(MgO)D对于MgCO3和CaCO3，H1H2H3C根据已知信息，离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。 由于r(Mg2)H1(CaCO3)0，A项正确；由于H2只与CO相关，故H2(MgCO3)H2(CaCO3)0，B项正确；根据能量关系图可知HH1H2H3，由于H(MgCO3)H(CaCO3)，故H1(MgCO3)H2(MgCO3)H3(MgO)H1(CaCO3)H2 (CaCO3)H3 (CaO), 而H2(MgCO3)H2(CaCO3)，故H1(MgCO3)H3(MgO)H1(CaCO3)H3(CaO)，H1(CaC
4、O3)H1(MgCO3)H3(CaO)H3(MgO)，C项错误；由于HH3H1H2，而H0，故H1H2H3，D项正确。3(1)(2019全国卷，节选)已知：(g)=(g)H2(g)H1100.3 kJmol1H2(g)I2(g)=2HI(g)H211.0 kJmol1对于反应：(g)I2(g)=(g)2HI(g)H3_ kJmol1。(2)(2019全国卷，节选)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：CuCl2(s)=CuCl(s)Cl2(g)H183 kJmol1CuCl(s)O2(g)=CuO(s)Cl2(g)H220 kJmol1CuO(s)2HCl(g)=CuCl2(s)H2O(
5、g)H3121 kJmol1则4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)的H_kJmol1。解析(1)根据盖斯定律，反应可得反应，则H3H1H2100.3 kJmol1(11.0 kJmol1)89.3 kJmol1。(2)由盖斯定律可得，4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)H2H32H22H1(121 kJmol)2(20 kJmol12)(83 kJmol12)116 kJmol1。答案(1)89.3(2)1164(1)(2018全国卷，节选)已知：2N2O5(g)=2N2O4(g)O2(g)H14.4 kJmol12NO2(g)=N2O4(g)H255.3
6、kJmol1则反应N2O5(g)=2NO2(g)O2(g)的H_ kJmol1。(2)(2017全国卷，节选)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()和系统()制氢的热化学方程式分别为_、_，制得等量H2所需能量较少的是_。(3)(2015全国卷，节选)甲醇既是重要的化工原料，又可作为燃料。利用合成气(主要成分为CO、CO2和H2)在催化剂作用下合成甲醇，发生的主要反应如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H1CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H2CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)H3回答下列问题：已知反应
7、中相关的化学键键能数据如下：化学键HHCOCOHOCHE/(kJmol1)4363431 076465413由此计算H1_kJmol1；已知H258 kJmol1，则H3_kJmol1。解析(2)令题干中的四个热化学方程式分别为H2SO4(aq)=SO2(g)H2O(l)O2(g)H1327 kJmol1SO2(g)I2(s)2H2O(l)=2HI(aq)H2SO4(aq)H2151 kJmol12HI(aq)=H2(g)I2(s)H3110 kJmol1H2S(g)H2SO4(aq)=S(s)SO2(g)2H2O(l)H461 kJmol1根据盖斯定律，将可得，系统()中的热化学方程式。同理
8、，将可得，系统()中的热化学方程式。(3)根据键能与反应热的关系可知，H1反应物的键能之和生成物的键能之和(1 076 kJmol12436 kJmol1)(413 kJmol13343 kJmol1465 kJmol1)99 kJmol1。根据盖斯定律，由可得：CO2(g)H2(g)CO(g)H2O(g)，结合盖斯定律可得：H3H2H1(58 kJmol1)(99 kJmol1)41 kJmol1。答案(1)53.1(2)H2O(l)=H2(g)O2(g)H286 kJmol1H2S(g)=H2(g)S(s)H20 kJmol1系统()(3)99415(2019全国卷)为提升电池循环效率和稳
9、定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH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DA项，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，正确；B项，二次
10、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)，正确；C项，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)，正确；D项，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，错误。6(2018全国卷)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。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3CO24Na2Na2CO3C。
11、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CO2C放电时，正极反应为3CO24e=2COCD充电时，正极反应为Nae=NaD充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。7(2017全国卷)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CC项，高硅铸铁为惰性辅助阳极，其主要作用是传递电流，而不
12、是作为损耗阳极。8(1)(2019全国卷，节选)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_。(2)(2019全国卷，节选)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，如下图所示：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(1)由电解原理
13、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Fe2e=Fe2，阴极的电极反应式为22e=2H2，由此可得总方程式为Fe2=Fe,H2。电解时如果有水，水会与钠反应，阻碍Na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。(2)由题图知，左端的电极反应为Fe3e=Fe2，应为阴极，接电源负极，右端的电极反应为2HCl2e=Cl22H，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4Fe2O24H=4Fe32H2O；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
14、状况下， mol O2的体积为 mol22.4 Lmol15.6 L。答案(1)Fe电极Fe2=Fe,H2Fe2C5H6=Fe(C5H5)2H2水会阻碍中间物Na的生成；水会电解生成OH，进一步与Fe2反应生成Fe(OH)2(2)Fe3e=Fe2，4Fe2O24H=4Fe32H2O5.69(2018全国卷，节选)利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：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
15、)电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O2e=2OHH2。(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。(3)根据工艺流程分析，KClO3氧化法生成的Cl2有毒，且在调pH时加入KOH的量不易控制，另外，生成的KIO3中杂质较多。答案(1)2H2O2e=2OHH2(2)K由a到b(3)产生Cl2，易污染环境等上述真题的题型有选择题和大题中的填空题。命题角度主要涉及：(1)化学能与热能：反应热(H)计算，利用盖斯定律进行计算，如T1、T2、T3、T4。(2)原电池：原电池原理：两极判断、离子移动方向，
16、电极反应书写判断，新型二次电池的原理分析：充、放电时两极反应的书写判断，如T5、T6。(3)电解池：电解原理：两极判断，离子移向，电极反应书写判断，电解原理应用：物质制备，如T8、T9。(4)电化学、外加电流阴极的保护原理，如T7。预测2020年高考在盖斯定律的有关应用计算和电化学原理实际应用及间接电化学原理分析等角度加强命题。特别是电化学原理及应用要注意领悟。反应热与盖斯定律的有关计算(对应学生用书第22页)重难突破重难知识梳理1理解化学反应热效应的两种角度(1)从微观的角度说，反应热是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值，即ab。如图所示：a表示旧化学键断裂吸收的能量；b表
17、示新化学键形成放出的能量；c表示反应热。(2)从宏观的角度说，反应热是生成物的能量与反应物自身能量的差值，即E2E1。2盖斯定律中的三种定量关系转化类型反应热间的关系aAB、ABH1aH2ABH1H2HH1H23.“五步”分析法突破盖斯定律的计算(1)示例(2017全国卷，节选)已知：As(s)H2(g)2O2(g)=H3AsO4(s)H1H2(g)O2(g)=H2O(l)H22As(s)O2(g)=As2O5(s)H3则反应As2O5(s)3H2O(l)=2H3AsO4(s)的H_。解答思路答案2H13H2H3(2)思维模板考能提升高考类题集训化学反应能量图像分析与H的基本计算1叔丁基氯与碱
18、溶液经两步反应得到叔丁基醇，反应(CH3)3CClOH(CH3)3COHCl的能量与反应过程如图所示：下列说法正确的是 ()A该反应为吸热反应B(CH3)3C比(CH3)3CCl稳定C第一步反应一定比第二步反应快D增大碱的浓度和升高温度均可加快反应速率DA项，由图像可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应为放热反应，错误；B项，由图像可知，(CH3)3C、Cl的能量总和比(CH3)3CCl高，能量越高越不稳定，错误；C项，第一步反应的活化能大，反应肯定慢，错误2北京时间2018年8月18日晚第十八届亚洲运动会在印度尼西亚正式开幕，本次亚运会火炬的燃料是丙烷，亚运圣火将体育精神代代相传。已
19、知25 ，101 kPa下：化学键CHCCO=OC=OHO键能/ (kJmol1)415331498745465(丙烷燃烧过程中不考虑其他能量转化)。下列说法正确的是 ()A火炬中丙烷完全燃烧的热化学方程式为C3H85O2=3CO24H2OH1 718 kJmol1BC3H8(g)5O2(g)=3CO2(g)4H2O(g)HH3BH1H3B设计路径为且H1H2H3。6(2019衡水金卷，节选)(1)已知：.2NO(g)O2(g)2NO2(g)H1113 kJmol1；.NO(g)O3(g)NO2(g)O2(g)H2199 kJmol1；.N2O4(g)2NO2(g)H355.3 kJmol1；
20、.4NO2(g)O2(g)2N2O5(g)H457 kJmol1。则反应6NO2(g)O3(g)3N2O5(g)H_ kJmol1。(2)已知：N2(g)O2(g)=2NO(g)H180.5 kJmol1C(s)O2(g)=CO2(g)H393.5 kJmol12C(s)O2(g)=2CO(g)H221 kJmol1若某反应的平衡常数表达式为K，请写出此反应的热化学方程式：_。解析(1)根据盖斯定律(32)得：6NO2(g)O3(g)3N2O5(g)H(57 kJmol1)3(199 kJmol1)2(113 kJmol1)288 kJmol1。(2)根据平衡常数表达式可写出目标反应，然后根据
21、盖斯定律可知H180.5(221)2(393.5) kJmol1746.5 kJmol1。答案(1)228(2)2NO(g)2CO(g)N2(g)2CO2(g)H746.5 kJmol17(1)(2019长沙、长郡中学模拟)已知：H2(g)、CH3OH(l)的燃烧热(H)分别为285.8 kJmol1和726.5 kJmol1；CH3OH(l)=CH3OH(g)H35.2 kJmol1；H2O(l)=H2O(g)H44 kJmol1。则CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H_ kJmol1。(2)(2019济宁一模)尿素CO(NH2)2是一种非常重要的高效氮肥，工业上以NH3、
22、CO2为原料生产尿素，该反应实际为两步反应：第一步：2NH3(g)CO2(g)H2NCOONH4(s)H272 kJmol1第二步：H2NCOONH4(s)CO(NH2)2(s)H2O(g)H138 kJmol1写出工业上以NH3、CO2为原料合成尿素的热化学方程式：_。解析(1)H2燃烧的热化学方程式为H2(g)O2(g)=H2O(l)H285.8 kJmol1CH3OH燃烧的热化学方程式为CH3OH(l)O2(g)=CO2(g)2H2O(l)H726.5 kJmol1CH3OH(l)=CH3OH(g)H35.2 kJmol1；H2O(l)=H2O(g)H44 kJmol1。根据盖斯定律得3
23、，得CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)的H51.7 kJmol1。答案(1)51.7(2)2NH3(g)CO2(g)H2O(g)CO(NH2)2(s)H134 kJmol1新型电池的工作原理分析(对应学生用书第24页)重难突破重难知识梳理1突破原电池工作原理2原电池的改进说明：(1)改进后的优点是电流效率的提高，电流持续稳定。(2)盐析的三个作用隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；通过离子的定向移动，构成闭合回路；平衡电极区的电荷。(3)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。3二次电池充电时连接模型(
24、“正”接“正”，“负”接“负”)注意：放电时负极反应与充电时的阴极反应相反，同理放电时正极反应与充电时阳极反应相反。如铅蓄电池：负极：PbSO2e=PbSO4阴极：PbSO42e=PbSO4电极反应式书写的一般方法(1)示例PbPbO22H2SO42PbSO42H2Oa放电时：负极反应式为_b充电时：阳极反应式为_2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH为锂铜电池的放电反应，负极反应式为_，正极反应式为_。已知H2O2是一种弱酸，在强碱溶液中主要以HO的形式存在。已知：AlH2O2碱性燃料电池的总反应为2Al3NaHO2=2NaAlO2NaOHH2O。该电池的负极反应式为_，正极反应式为_。答
25、案PbSO2e=PbSO4PbSO42e2H2O=PbO24HSO2Li2e=2LiCu2O2eH2O=2Cu2OH2Al6e8OH=2AlO4H2O3HO6e3H2O=9OH(2)思维模板考能提升高考类题集训新型二次电池1(2019衡水模拟)钠电池由于其快速充放电的特性受到科研工作者的重视，某钠离子钛基电池结构如图所示，电解质为含钠离子的高聚物，已知电池的反应方程式为2NaxCnxNaTi2(PO4)32nCxNa3Ti2(PO4)3。下列关于该电池说法正确的是()A放电时电池正极为NaxCnB放电时Na向电极移动C充电时阳极反应：NaxCnxe=nCxNaD充电时电极与外电源正极相连D根据
26、电子的移动方向可知，电极为负极，NaxCn失去电子生成C，电极为正极，NaTi2(PO4)3得到电子生成Na3Ti2(PO4)3。A.根据上述方向，放电时电池正极为NaTi2(PO4)3，错误；B.放电时是原电池，在原电池中阳离子移向正极，错误；C.充电时，原电池的正极与电源的正极相连，作阳极，阳极上是Na3Ti2(PO4)3失去电子生成NaTi2(PO4)3，错误。2(2019青岛一模)水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如图。该电池以粉末多孔锌电极(锌粉、活性炭及黏结剂等)为负极，V2O5为正极，三氟甲磺酸锌Zn(CF3SO3)2为电解液。下列叙述错误的是()A放电时，Zn2向V2O
27、5电极移动B充电时，阳极区电解液的浓度变大C充电时，粉末多孔锌电极发生还原反应D放电时，V2O5电极上的电极反应式为V2O5xZn22xe=ZnxV2O5B充电时，阳极区发生氧化反应，Zn2通过阳离子交换膜移向阴极区，阳极区电解液浓度不会变大，B错误。3(2019潍坊模拟)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LixC6Li1xCoO2C6LiCoO2，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LiCoO2e=Li1xCoO2LiC放电时负极反应为L
28、ie=LiD充电时，若转移1 mol e，石墨烯电极增重7 gD充电时，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；放电时， LiCoO2极是正极， 发生得电子的还原反应，电极反应式为Li1xCoO2xLixe=LiCoO2，故B项错误；放电时负极反应为LixC6xe=C6xLi，原电池中无Li单质存在，故C项错误。4浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝石墨烯(Cn)电池(如图)。该电池分别以铝、石墨稀为电极，放电时，电池中导电离子的种类不变。已知能量密度。下列分析正确的是()A放电时，Cn(石墨烯)为负极B放电时，Al2Cl在负极转化为AlClC充电时
29、，阳极反应为4Al2Cl3e=Al7AlClD以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度D该电池以铝、石墨稀为电极，放电时铝为负极，Cn(石墨烯)为正极，A项错误；放电时负极上Al发生氧化反应，根据放电时电池中导电离子的种类不变，可知负极上发生反应：Al3e7AlCl=4Al2Cl，AlCl在负极转化为Al2Cl，B项错误；充电时，阳极发生失电子的氧化反应，C项错误；根据能量密度，以轻金属为负极，负极质量小，有利于提高电池的能量密度，D项正确。新型二次电池常考的几个角度(1)放电时，正、负极的判断。(2)充、放电时两极反应式书写判断。(3)充、放电时，电子、离子的移动方向。(4)电极附近溶液性质的
30、变化。(5)充、放电两极反应类型判断。(6)充电连接判断。(7)基本电化学计算。新型燃料电池5锂铜空气燃料电池容量高、成本低，具有广阔的发展前景。该电池通过一种复杂的铜腐蚀“现象”产生电能，其中放电过程为2LiCu2OH2O=2Cu2Li2OH，下列说法错误的是 ()A放电时，Li透过固体电解质向Cu极移动B放电时，正极的电极反应式为O22H2O4e=4OHC通空气时，铜被腐蚀，表面产生Cu2OD整个反应过程中，氧化剂为O2B由总反应方程式可知Cu2O中Cu元素化合价降低，被还原，正极反应式应为Cu2OH2O2e=2Cu2OH，B错误。6(2019江西南昌一模)微生物燃料电池(MFC)是一种现
31、代化氨氮去除技术。如图为MFC碳氮联合同时去除的转化系统原理示意图。下列说法正确的是()A好氧微生物反应器中反应为NH2O2=NO2HH2OBB极电势比A极电势低CA极的电极反应式：CH3COO8e2H2O=2CO27HD当电路中通过1 mol电子时，理论上总共生成2.24 L N2A根据题中图示H移向B极，故A为负极，B为正极，正极电势高于负极电势，B错误；A电极发生失电子反应，C错误；2.24 L未指明标准状况，D错误。7微生物燃料电池是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，下列说法正确的是()AHS在硫氧化菌作用下转化为SO的反应为HS4H2O8
32、e=SO9HB电子从电极b流出，经外电路流向电极aC如果将反应物直接燃烧，能量的利用率不会变化D若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.5 mol H通过质子交换膜A根据题图知，在硫氧化菌作用下HS转化为SO，发生氧化反应：HS4H2O8e=SO9H，A项正确；电子从电极a流出，经外电路流向电极b，B项错误；如果将反应物直接燃烧，有部分化学能转化为热能和光能，能量的利用率降低，C项错误；若该电池电路中有0.4 mol电子发生转移，则有0.4 mol H通过质子交换膜，D项错误。回归高考，真题验收8(2018全国卷)一种可充电锂空气电池如图所示。当电池放电时，O2与Li在多孔碳材料电
33、极处生成Li2O2x(x0或1)。下列说法正确的是()A放电时，多孔碳材料电极为负极B放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极C充电时，电解质溶液中Li向多孔碳材料区迁移D充电时，电池总反应为Li2O2x=2LiO2D根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误。9(2017全国卷)全固态锂硫电池能量密度高、成本低，其工作原理如图所示，其中电极a常用掺有石墨烯的S8材料，电池反应为16LixS8
34、=8Li2Sx(2x8)。下列说法错误的是()A电池工作时，正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4B电池工作时，外电路中流过0.02 mol电子，负极材料减重0.14 gC石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性D电池充电时间越长，电池中Li2S2的量越多DD项，电池充电时电极a发生反应：2Li2S22e=Li2S42Li，充电时间越长，电池中Li2S2的量越少，错误。10(2019全国卷)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，示意图如下所示。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
35、用下发生反应H22MV2=2H2MVC正极区，固氮酶为催化剂，N2发生还原反应生成NH3D电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动BA项，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，正确；B项，该生物燃料电池中，左端电极反应式为MVe=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H22MV2=2H2MV，错误；C项，右端电极反应式为MV2e=MV，是正极，在正极区N2得到电子生成NH3，发生还原反应，正确；D项，原电池中，内电路中H通过交换膜由负极区向正极区移动，正确。间接电化学反应原理简介(1)定义：间接电化学反应是以具有“电子传递”功能的物质为媒质(催化
36、剂)，对反应基质进行间接氧化或还原，从而得到目的产物。(2)原理：媒质也称为“电对”或“介对”，其首先在电极表面失去(或得到)电子，形成氧化态(或还原态)在电解溶液中进一步氧化(或还原)反应基质，最终生成目的产物。其原理如下图所示：电解原理的应用金属腐蚀与防护(对应学生用书第27页)重难突破重难知识梳理1电解池工作原理模型图注阳离子在阴极上的放电顺序：AgFe3Cu2H阴离子在阳极上的放电顺序：S2IBrClOH含氧酸根离子当阳极是金属(Au、Pt除外)电极时，溶液中的离子不再放电而是金属失电子生成金属阳离子。2电化学计算的两种常用方法(1)根据电子守恒计算用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极
37、产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。(2)根据关系式计算根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)3金属电化学腐蚀与防护思维模型考能提升高考类题集训电解原理的应用1纳米级Cu2O由于具有优良的催化性能而受到关注。采用离子交换膜控制电解液中OH的浓度制备纳米级Cu2O的装置如图所示，发生的反应为2CuH2OCu2OH2。下列说法正确的是()A钛电极发生氧化反应B阳极附近溶液的pH逐渐增大C离子交换膜应采用阳离子交换膜D阳极反
38、应式为2Cu2OH2e=Cu2OH2OD钛电极为阴极，发生还原反应，A项错误；铜作阳极，阳极上铜发生失电子的氧化反应，阳极反应为2Cu2OH2e=Cu2OH2O，OH由阴极区迁移到阳极区参与反应，离子交换膜应为阴离子交换膜，C项错误、D项正确；由阴极区迁移过来的OH在阳极全部参与反应，阳极附近溶液的pH不变，B项错误。2(2019茂名模拟)煤的电化学脱硫是借助煤在电解槽阳极发生的电化学氧化反应，将煤中黄铁矿(FeS2)或有机硫化物氧化成可溶于水的含硫化合物而达到净煤目的，如图是一种脱硫机理，则下列说法正确的是()电极a黄铁矿MnSO4、H2SO4混合溶液未反应黄铁矿电解产品AMn3充当了电解脱
39、硫过程的催化剂B电极a应与电源负极相连C脱硫过程中存在的离子反应为8H2OFeS215Mn3=Fe316H2SO15Mn2D阴极发生的反应：2H2O2e=4HO2C电解初期，电极a发生Mn2e=Mn3，电解后期Mn3又被还原，Mn3充当了电解脱硫过程的中间产物，A错误；电极a发生Mn2e=Mn3，是电解池的阳极，应与电源的正极相连，B错误；阴极发生的反应：4H4eO2=2H2O，D错误。3(1)(2019青岛一模，改编)电解法也可以对亚硝酸盐污水进行处理(工作原理如图a所示)。通电后，左极区产生浅绿色溶液，随后生成无色气体。当Fe电极消耗11.2 g 时。请回答：图a阳极反应式为_。阳极附近溶
40、液中反应的离子方程式为_。理论上可处理NaNO2含量为4.6%的污水_ g。(2)(2019四川各校联考，节选)利用电解原理也可以处理工厂烟气。如图b为工业生产模拟装置。其中A、B为多孔电极(外接电源未画出)，则A为_极(填“正”“负”“阴”或“阳”)，电极反应式为_。X溶液中溶质的成分为_(填化学式)。 图b图c(3)过二硫酸钾(K2S2O8)可通过“电解转化提纯”方法制得，电解装置示意图如图c所示。电解时，铁电极连接电源的_极。常温下，电解液中含硫微粒的主要存在形式与pH的关系如图d所示。图d在阳极放电的离子主要是HSO，阳极区电解质溶液的pH范围为_，阳极的电极反应式为_。解析(1)根据
41、电子守恒知，n(NaNO2) mol，m(污水) g100 g。(2)根据图示知：O2O为氧化过程，A为阳极，OH为还原过程，B为阴极。(3)根据题中信息知，电解NaHSO4溶液制备K2S2O8，则Fe电极应为阴极，即Fe电极应与电源的负极相连。根据题图及题意可知阳极的电极反应式为2HSO2e=S2O2H，阳极区电解质溶液的pH在02之间。答案(1)Fe2e=Fe26Fe22NO8H=6Fe3N24H2O100(2)阳SO22e2H2O=SO4H(NH4)2SO4、H2SO4(3)负022HSO2e=S2O2H电解原理的应用类型(1)氯碱工业。(2)电镀与电解精炼。(3)冶金。(4)制备特定物
42、质。(5)废气、废液的处理。两池连接的综合试题分析4(2019聊城一中月考)电解絮凝净水可用如图装置模拟探究，下列叙述正确的是()A电子从X极经电解液流入Y极 B铝电极表面的反应有：Al3e=Al3，4OH4e=O22H2OCY的电极反应：Pb2eSO=PbSO4D电路每通过2 mol电子，理论上电解池阴极上有22.4 L H2生成B根据右侧电解絮凝池图示信息可知，Al转化为Al3，溶液中OH转化为O2，则发生两个氧化反应，为电解池的阳极，连接铅蓄电池的正极，故Y为正极，X极为负极。根据原电池原理及电极反应式的书写规则与电化学各物质与电子转移数之间的关系分析作答。5(2019菏泽一模)用石墨烯
43、锂硫电池电解制备Fe(OH)2的装置如图所示。电池放电时的反应为16LixS8=8Li2Sx(2x8)，电解池两极材料分别为Fe和石墨，工作一段时间后，右侧玻璃管中产生大量的白色沉淀。下列说法不正确的是()AX是铁电极，发生氧化反应B电子流动的方向：BY，XAC正极可发生反应：2Li2S62Li2e=3Li2S4D锂电极减重0.14 g时，电解池中溶液减重0.18 gD根据图中信息可知A为正极，B为负极，X为阳极，Y为阴极。锂电极减重0.14 g，则电路中转移0.02 mol 电子，电解池中发生的总反应为Fe2H2OFe(OH)2H2，所以转移0.02 mol电子时，电解液中减少了0.02 m
44、ol H2O即0.36 g，D错误。6(2019四省名校大联考)一种将燃料电池与电解池组合制备KMnO4的装置如图所示(电极甲、乙、丙、丁均为惰性电极)。该装置工作时，下列说法不正确的是()A甲为正极，丙为阴极B丁极的电极反应式为MnOe=MnOCKOH溶液的质量分数：c%a%b%D标准状况下，甲电极上每消耗22.4 L气体时，理论上有4 mol K移入阴极区C丙电极上的反应是2H2O2e=2OHH2，电极甲的电极反应式是O22H2O4e=4OH，乙电极的电极反应式为H22e2OH=2H2O，根据溶液流动方向，c%b%a%，C错误。析装置定原电池的正、负极析连接定电解池的阴、阳极析选项定答案。
45、金属腐蚀与防护7铜板上的铁铆钉长期暴露在潮湿的空气中，形成一层弱酸性水膜后铁铆钉会被腐蚀，示意图如图。下列说法错误的是()A若水膜中溶解了SO2，则铁铆钉腐蚀的速率将加快B铁、铜与弱酸性水膜形成了原电池，铁铆钉发生还原反应C铜极上的反应有：2H2e=H2，O24e4H=2H2OD若在金属表面涂一层油漆，可有效阻止铁铆钉被腐蚀B若水膜中溶解了SO2，水膜中c(H)增大，则铁铆钉腐蚀的速率将加快，A项正确；铁、铜与弱酸性水膜形成了原电池，铁铆钉作负极，发生氧化反应，B项错误；铜极上的反应：水膜酸性较强时为2H2e=H2，水膜酸性较弱或中性时为O24e4H=2H2O，C项正确；若在金属表面涂一层油漆
46、，能隔离空气，可有效阻止铁铆钉被腐蚀，D项正确。8(2018唐山模拟)某同学利用如图所示装置探究金属的腐蚀与防护条件。下列说法不合理的是()A区Cu电极上产生气泡，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6后出现蓝色，Fe被腐蚀B区Cu电极附近滴加酚酞后变成红色，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6出现蓝色，Fe被腐蚀C区Zn电极反应式为Zn2e=Zn2，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6未出现蓝色，Fe被保护D区Zn电极反应式为2H2e=H2，Fe电极附近滴加K3Fe(CN)6出现蓝色，Fe被腐蚀A区为原电池，Fe为负极，发生吸氧腐蚀，没有气体生成，故A错误。9(2018潍坊三模)我国多条高压直流电线
47、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2H2O2e=H22OHC断电时，锌环上的电极反应为Zn22e=ZnD断电时，仍能防止铁帽被腐蚀C断电时，Zn比Fe活泼，构成原电池时，Zn为负极，电极反应为Zn2e=Zn2，C项错误。10(2019江苏高考)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Fe3e=Fe3B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
48、蚀D以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀CA、D项，铁在中性环境中发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子发生氧化反应，电极反应式为Fe2e=Fe2，正极上氧气得电子发生还原反应，电极反应式为2H2OO24e=4OH，故A、D项错误；B项，铁的电化学腐蚀过程中，化学能除转化为电能外还有部分转化为热能，错误。(1)金属腐蚀快慢的三个规律金属腐蚀类型的差异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护腐蚀措施的腐蚀。电解质溶液的影响a对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。b对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐
49、蚀越快。(2)两种腐蚀与三种保护两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH)。三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。离子交换膜在电化学中的综合应用(对应学生用书第29页)新知链接热点知识梳理1离子交换膜的作用(1)防止副反应的发生，避免影响所制取产品的质量；防止引发不安全因素(如在电解饱和食盐水中，利用阳离子交换膜，防止阳极产生的Cl2进入阴极室与氢氧化钠反应，导致所制产品不纯；防止与阴极产生的H2混合发生爆炸)。(2)用于物质的分离、提纯等。(3)用于物质的制备。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过阳离子交换膜、阴
50、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。3离子交换膜类型的判断根据电解质溶液呈电中性的原则，判断膜的类型：(1)首先写出阴、阳两极上的电极反应，依据电极反应式确定该电极附近哪种离子剩余。(2)根据溶液呈电中性，判断出离子移动的方向，从而确定离子交换膜的类型。4定量关系外电路电子转移数通过隔膜的阴、阳离子带的负或正电荷数。5示例(2018全国卷，节选)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。阳极的电极反应式为_。电解后，_室的N
51、aHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。解答思路 答案2H2O4e=4HO2a热点对练热点类题集训1(2018全国卷)最近我国科学家设计了一种CO2H2S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：EDTAFe2e=EDTAFe32EDTAFe3H2S=2HS2EDTAFe2该装置工作时，下列叙述错误的是()A阴极的电极反应：CO22H2e=COH2OB协同转化总反应：CO2H2S=COH2OSC石墨烯上的电势比ZnO石墨烯上的低D若采用Fe3/Fe2取代EDT
52、AFe3/EDTAFe2，溶液需为酸性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CO22e2H=COH2O，A项正确；结合阳极区发生的反应，可知协同转化总反应式为CO2H2S=SCOH2O，B项正确；石墨烯作阳极，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。2三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。下列叙述正确的是()A通电后中间隔室的SO向
53、正极迁移，正极区溶液pH增大B该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品C负极反应为2H2O4e=O24H，负极区溶液pH降低D当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成BA项正极区发生的反应为2H2O4e=O24H，由于生成H，正极区溶液中阳离子增多，故中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液的pH减小。B项负极区发生的反应为2H2O2e=H22OH，阴离子增多，中间隔室的Na向负极迁移，故负极区产生NaOH，正极区产生H2SO4。C项由B项分析可知，负极区产生OH，负极区溶液的pH升高。D项正极区发生的反应为2H2O4e=O24H，当电路中通过1 mo
54、l电子的电量时，生成0.25 mol O2。3(2019衡水金卷)学习小组设计如图所示装置，进行NO和NO2(假设二者物质的量之比为11)的处理并制取硝酸。下列说法正确的是()Aab适宜选用阴离子交换膜B该电池工作时，正极区溶液的pH减小C导线中流过2 mol 电子的电量时，有2 mol离子通过交换膜D负极的电极反应式为NOH2O2e=NO22HC由信息，左边石墨电极为负极，电极反应式为NO2H2O3e=NO4H、NO2H2Oe=NO2H；右边石墨电极为正极，电极反应式为O24H4e=2H2O，则ab适宜选用阳离子交换膜或质子交换膜，A、D项错误；该电池工作时，NaCl溶液浓度减小，溶液pH不
55、变，B项错误；由电荷守恒知，导线中流过2 mol 电子的电量时，有2 mol H通过交换膜，C项正确。4在乏燃料后处理流程中，四价铀作为铀钚分离的还原剂已广泛使用。在UO2(NO3)2HNO3N2H4HNO3体系下采用电解法制备四价铀，电解总反应为2UON2H3H2U4N24H2O，电解装置如图所示。下列说法正确的是()A若转移4 mol e，将有4 mol H透过质子交换膜Bb极的电极反应式为UO2H2O2e=U44OHC电解液中NO的移动方向：a质子交换膜bD当产生11.2 mL N2时，同时生成U4的质量为 0.238 gA由装置图可知：电极a是阴极，电极b是阳极，电解池中阳离子向阴极移
56、动，根据电荷守恒可知，导线中转移4 mol e，溶液中消耗4 mol H，H透过质子交换膜向阴极(a极)移动，A项正确；酸性环境下，b极的电极反应式为N2H4e=N25H，B项错误；NO不能通过质子交换膜，C项错误；未标明标准状况，不能准确计算，D项错误。5(2019试题调研)如图是用一种新型锂电池电解处理含NH的工业废水的装置图，处理过程中NH转化为可参与大气循环的气体。下列说法正确的是()AY电极上发生氧化反应B当电路中转移3 mol电子时，有3 mol Li透过阳离子交换膜C废水处理过程中，X电极附近溶液酸性减弱DW电极的电极反应式为O24e4H=2H2OB根据图示，Y电极为阴极，发生还
57、原反应，A项错误；原电池中Li透过阳离子交换膜，根据电荷守恒可知，当电路中转移3 mol电子时，有3 mol Li透过阳离子交换膜，B项正确；X为阳极，阳极反应式为2NH6e=N28H，生成H，溶液酸性增强，C项错误；中性环境中，W电极的电极反应式为O24e2H2O=4OH，D项错误。6(2019济宁一模)双极膜电渗析一步法盐制酸碱的技术进入了工业化阶段，某科研小组研究采用BMED膜(如图所示)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸和碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(a、d)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H和OH。下列说法正确的是()A电极Y
58、连接电源的正极，发生还原反应B口排出的是混合碱，口排出的是淡水C电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生Da左侧膜为阳离子交换膜，c为阴离子交换膜C氢氧根离子向左侧移动，这说明电极Y为阴极，所以电极Y连接电源的负极，发生还原反应，故A错误；浓海水中的氯离子向左侧移动，钠离子向右侧移动，双极膜中，氢离子向右侧迁移、氢氧根离子向左侧迁移，因此口排出的是淡水，口排出的是盐酸、口排出的是碱液，故B错误；由于氯离子放电会产生有毒的气体氯气，加入Na2SO4溶液，目的是增加溶液的导电性，氯离子移向室，氢离子通过a移向室，在室得到HCl，可避免有害气体的产生，故C正确；钠离子移向室，c为阳离子交换
59、膜，氢氧根离子向左侧移动，所以a左侧膜为阴离子交换膜，故D错误。7(2019模拟精选)(1)可由“水相”制备高纯度单质锰，装置如图所示：装置中采用_(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜，阴极反应式为_。写出该电解反应的化学方程式：_。(2)现代膜技术可使某种离子具有单向通过能力，常用于电解池、原电池中。电解NaB(OH)4溶液可制备H3BO3，其工作原理如图。b膜是_交换膜(填“阴离子”或“阳离子”)。产品室发生的离子方程式为_。a%_b%(填“”“”)。阴极反应式为_。解析(1)由装置图知，阳极区由稀H2SO4制较浓H2SO4，则需SO透过交换膜，因此采用阴离子交换膜。阳极的电极反应式为2H2
60、O4e=O24H，阴极的电极反应式为Mn22e=Mn，总反应方程式为2MnSO42H2O2MnO22H2SO4。(2)阳极发生2H2O4e=O24H，H通过a膜进入产品室，阴极发生2H2O2e=H22OH，原料室中Na通过c膜进入N室，B(OH)通过b膜进入产品室与H反应生成H3BO3。答案(1)阴离子Mn2e=Mn2MnSO42H2O2MnO22H2SO4(2)阴离子HB(OH)=H3BO3H2O2H2O2e=H22OH8(2014全国卷，改编)次磷酸(H3PO2)可用电渗析法制备。 “四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：(1)左电极为_极，电极反应式为_。(2)阳极室中的_通过阳膜进入产品室；原料室中_通过阳膜进入阴极室；原料室中_通过阴膜进入产品室。(3)产品室中发生的离子反应方程式为_。(4)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替。并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有_杂质。该杂质产生的原因是_。答案(1)阳4OH4e=2H2OO2(或2H2O4e=4HO2)(2)HNaH2PO(3)HH2PO=H3PO2(4)POH2PO(或H3PO2)被氧化
