2020届高考化学二轮复习化学反应与能量课件（125张） 125页

专题 五 　化学反应与能量 考点二　原电池原理及其应用 内容索引 NEIRONGSUOYIN 考点一　化学能与热能 考点三　电解池原理及其应用 题型专训 ( 一 ) 　电化学离子交换膜的分析与应用 化学能与热能 HUA XUE NENG YU RE NENG 01 反应热图示   1. 从两种角度理解化学反应热 核心回扣 1 图像分析 微观 宏观 a 表示断裂旧化学键吸收的能量； b 表示生成新化学键放出的能量； c 表示反应热 a 表示反应物的活化能； b 表示活化分子形成生成物释放的能量； c 表示反应热 Δ H 的计算 Δ H ＝ H ( 生成物 ) － H ( 反应物 ) Δ H ＝ ∑ E ( 反应物键能 ) － ∑ E ( 生成物键能 ) 2. “ 五步 ” 法书写热化学方程式 提醒　 对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态之外，还要注明物质的名称。 如： ① S( 单斜， s) ＋ O 2 (g) == =SO 2 (g) Δ H 1 ＝－ 297.16 kJ·mol － 1 ② S( 正交， s) ＋ O 2 (g) == =SO 2 (g) Δ H 2 ＝－ 296.83 kJ·mol － 1 ③ S( 单斜， s) == =S( 正交， s) Δ H 3 ＝－ 0.33 kJ·mol － 1 3. 燃烧热和中和热应用中的注意事项 (1) 均为放热反应， Δ H <0 ，单位为 kJ·mol － 1 。 (2) 燃烧热概念理解的三要点： ① 外界条件是 25 ℃ 、 101 kPa ； ② 反应的可燃物是 1 mol ； ③ 生成物是稳定的氧化物 ( 包括状态 ) ，如碳元素生成的是 CO 2 ，而不是 CO ，氢元素生成的是液态水，而不是水蒸气。 (3) 中和热概念理解三要点： ① 反应物的酸、碱是强酸、强碱； ② 溶液是稀溶液，不存在稀释过程的热效应； ③ 生成产物水是 1 mol 。 1. 正误判断，正确的打 “√” ，错误的打 “×” (1) 　 如图表示燃料燃烧反应的能量变化 ( 　　 ) (2016· 江苏， 10A) (2) 在 CO 2 中， Mg 燃烧生成 MgO 和 C 。该反应中化学能全部转化为热能 ( 　　 ) (2015· 江苏， 4D) 真题研究 2 1 2 3 4 5 6 7 × × (3) 催化剂能改变反应的焓变 ( 　　 ) (2012· 江苏， 4B) (4) 催化剂能降低反应的活化能 ( 　　 ) (2012· 江苏， 4C) (5) 同温同压下， H 2 (g) ＋ Cl 2 (g) == =2HCl(g) 在光照和点燃条件下的 Δ H 不同 ( 　　 ) (6)500 ℃ 、 30 MPa 下，将 0.5 mol N 2 (g) 和 1.5 mol H 2 (g) 置于密闭容器中充分反应生成 NH 3 (g) ， 放热 19.3 kJ ，其热化学方程式为 N 2 (g) ＋ 3H 2 (g) 　　　　　　　 2NH 3 (g) 　 Δ H ＝－ 38.6 kJ·mol － 1 ( 　　 ) 1 2 3 4 5 6 7 √ × × × 解析　 C(s) == =C(g) 　 Δ H 1 ＝ 717 kJ·mol － 1 2H 2 (g) == =4H(g) 　 Δ H 2 ＝ 864 kJ·mol － 1 C(s) ＋ 2H 2 (g) == =CH 4 (g) 　 Δ H 3 ＝－ 75 kJ·mol － 1 根据 Δ H ＝反应物总键能－生成物总键能 － 75 kJ·mol － 1 ＝ 717 kJ·mol － 1 ＋ 864 kJ·mol － 1 － 4 E (C—H) ，解得 E (C—H) ＝ 414 kJ·mol － 1 。 2. (2019· 海南， 5) 根据下图中的能量关系，可求得 C—H 的键能为 A.414 kJ·mol － 1 B.377 kJ·mol － 1 C.235 kJ·mol － 1 D.197 kJ·mol － 1 √ 1 2 3 4 5 6 7 3. (2016· 海南， 6) 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： C 57 H 104 O 6 (s) ＋ 80O 2 (g) == =57CO 2 (g) ＋ 52H 2 O(l) 已知燃烧 1 kg 该化合物释放出热量 3.8 × 10 4 kJ ，油酸甘油酯的燃烧热 Δ H 为 A.3.8 × 10 4 kJ·mol － 1 B. － 3.8 × 10 4 kJ·mol － 1 C.3.4 × 10 4 kJ·mol － 1 D. － 3.4 × 10 4 kJ·mol － 1 √ 1 2 3 4 5 6 7 4. [2015· 海南， 16(3)] 由 N 2 O 和 NO 反应生成 N 2 和 NO 2 的能量变化如图所示，若生成 1 mol N 2 ，其 Δ H ＝ ______kJ·mol － 1 。 1 2 3 4 5 6 7 － 139 5. [2019· 全国卷 Ⅰ ， 28(3)] 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 Δ H _____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 _____________________________ ____________________________ 。 1 2 3 4 5 6 7 小于 2.02 COOH * ＋ H * ＋ H 2 O * == =COOH * ＋ 2H * ＋ OH * ( 或 H 2 O * == =H * ＋ OH * ) 解析　 观察始态物质的相对能量与终态物质的相对能量知，终态物质相对能量低于始态物质相对能量，说明该反应是放热反应， Δ H 小于 0 。过渡态物质相对能量与始态物质相对能量相差越大，活化能越大，由题图知，最大活化能 E 正 ＝ 1.86 eV － ( － 0.16 eV) ＝ 2.02 eV ，该步起始物质为 COOH * ＋ H * ＋ H 2 O * ，产物为 COOH * ＋ 2H * ＋ OH * 。 1 2 3 4 5 6 7 6.(1) [2015· 浙江理综， 28(1)] 乙苯催化脱氢制苯乙烯反应： 已知： 计算上述反应的 Δ H ＝ ______ kJ·mol － 1 。 1 2 3 4 5 6 7 ＋ H 2 (g) 化学键 C—H C—C C == C H—H 键能 /kJ·mol － 1 412 348 612 436 ＋ 124 解析　 设 “ ” 部分的化学键键能为 a kJ·mol － 1 ，则 Δ H ＝ ( a ＋ 348 ＋ 412 × 5) kJ·mol － 1 － ( a ＋ 612 ＋ 412 × 3 ＋ 436) kJ·mol － 1 ＝＋ 124 kJ·mol － 1 。 ( 2) [2015· 全国卷 Ⅰ ， 28(3)] 已知反应 2HI(g) == = H 2 (g) ＋ I 2 (g) 的 Δ H ＝＋ 11 kJ·mol － 1 ， 1 mol H 2 (g) 、 1 mol I 2 (g) 分子中化学键断裂时分别需要吸收 436 kJ 、 151 kJ 的能量，则 1 mol HI(g) 分子中化学键断裂时需吸收的能量为 ____kJ 。 解析　 形成 1 mol H 2 (g) 和 1 mol I 2 (g) 共放出 436 kJ ＋ 151 kJ ＝ 587 kJ 能量，设断裂 2 mol HI(g) 中化学键吸收 2 a kJ 能量，则有 2 a － 587 ＝ 11 ，得 a ＝ 299 。 [ 另解： Δ H ＝ 2 E (H—I) － E (H—H) － E (I—I) ， 2 E (H—I) ＝ Δ H ＋ E (H—H) ＋ E (I—I) ＝ 11 kJ·mol － 1 ＋ 436 kJ·mol － 1 ＋ 151 kJ·mol － 1 ＝ 598 kJ·mol － 1 ，则 E (H—I) ＝ 299 kJ·mol － 1 。 ] 299 1 2 3 4 5 6 7 失误防范 利用键能计算反应热，要熟记公式： Δ H ＝反应物总键能－生成物总键能，其关键是弄清物质中化学键的数目。在中学阶段要掌握常见单质、化合物中所含共价键的数目。原子晶体： 1 mol 金刚石中含 2 mol C—C 键， 1 mol 硅中含 2 mol Si—Si 键， 1 mol SiO 2 晶体中含 4 mol Si—O 键；分子晶体： 1 mol P 4 中含有 6 mol P—P 键， 1 mol P 4 O 10 ( 即五氧化二磷 ) 中含有 12 mol P—O 键、 4 mol P = =O 键， 1 mol C 2 H 6 中含有 6 mol C—H 键和 1 mol C—C 键。 7.(1) [2017· 天津， 7(3)] 0.1 mol Cl 2 与焦炭、 TiO 2 完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成 TiO 2 · x H 2 O 的液态化合物，放热 4.28 kJ ，该反应的热化学方程式为 ___________________________________________________________ 。 (2) [2015· 天津理综， 7(4)] 随原子序数递增，八种短周期元素 ( 用字母 x 等表示 ) 原子半径的相对大小、最高正价或最低负价的变化如图所示。 根据判断出的元素回答问题： 已知 1 mol e 的单质在足量 d 2 中燃烧，恢复至室温，放出 255.5 kJ 热量，写出该反应的 1 2 3 4 5 6 7 热化学方程式： ___________________________________________ 。 2Cl 2 (g) ＋ TiO 2 (s) ＋ 2C(s) == =TiCl 4 (l) ＋ 2CO(g) Δ H ＝－ 85.6 kJ·mol － 1 2Na(s) ＋ O 2 (g) == =Na 2 O 2 (s) Δ H ＝－ 511 kJ·mol － 1 (3) [2014· 天津理综， 7(4)] 晶体硅 ( 熔点 1 410 ℃ ) 是良好的半导体材料。由粗硅制纯硅过程如下： 1 2 3 4 5 6 7 写出 SiCl 4 的电子式： _________ ；在上述由 SiCl 4 制纯硅的反应中， 测得每生成 1.12 kg 纯硅需吸收 a kJ 热量，写出该反应的热化学方程式： ____________________________ ________________________________ 。 SiCl 4 (g) ＋ 2H 2 (g) Si(s) ＋ 4HCl(g) 　 Δ H ＝＋ 0.025 a kJ·mol － 1 (4) [2015· 安徽理综， 27(4)] NaBH 4 (s) 与水 (l) 反应生成 NaBO 2 (s) 和氢气 (g) ，在 25 ℃ 、 101 kPa 下，已知每消耗 3.8 g NaBH 4 (s) 放热 21.6 kJ ，该反应的热化学方程式是 ________________________________________________________ 。 NaBH 4 (s) ＋ 2H 2 O(l) == =NaBO 2 (s) ＋ 4H 2 (g) Δ H ＝－ 216 kJ·mol － 1 反思归纳 热化学方程式书写易出现的错误 (1) 未标明反应物或生成物的状态而造成错误。 (2) 反应热的符号使用不正确，即吸热反应未标出 “ ＋ ” 号，放热反应未标出 “ － ” 号，从而导致错误。 (3) 漏写 Δ H 的单位，或者将 Δ H 的单位写为 kJ ，从而造成错误。 (4) 反应热的数值与方程式的计量数不对应而造成错误。 (5) 对燃烧热、中和热的概念理解不到位，忽略其标准是 1 mol 可燃物或生成 1 mol H 2 O(l) 而造成错误。 1. 下列关于反应热和热化学反应的描述中正确的是 A.HCl 和 NaOH 反应的中和热 Δ H ＝－ 57.3 kJ·mol － 1 ，则 H 2 SO 4 和 Ca(OH) 2 反应的中和热 Δ H ＝ 2 × ( － 57.3) kJ·mol － 1 B.CO(g) 的燃烧热 Δ H ＝－ 283.0 kJ·mol － 1 ，则 2CO 2 (g) == =2CO(g) ＋ O 2 (g) 反应的 Δ H ＝ ＋ 2 × 283.0 kJ·mol － 1 C. 氢气的燃烧热 Δ H ＝－ 285.5 kJ·mol － 1 ，则电解水的热化学方程式为 2H 2 O(l) 2H 2 (g) ＋ O 2 (g) 　 Δ H ＝＋ 285.5 kJ·mol － 1 D.1 mol 甲烷燃烧生成气态水和二氧化碳所放出的热量是甲烷的燃烧热 题组集训 3 √ 1 2 3 解析　 在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成 1 mol 液态 H 2 O 时的反应热叫做中和热， 中和热是以生成 1 mol 液态 H 2 O 为基准的， A 项错误； CO(g) 的燃烧热 Δ H ＝－ 283.0 kJ·mol － 1 ，则 CO(g) ＋ O 2 (g)===CO 2 (g) 　 Δ H ＝－ 283.0 kJ·mol － 1 ， 则 2CO(g) ＋ O 2 (g) == =2CO 2 (g) 　 Δ H ＝－ 2 × 283.0 kJ·mol － 1 ，逆向反应时反应热的数值相等，符号相反， B 项正确； 电解 2 mol 水吸收的热量和 2 mol H 2 完全燃烧生成液态水时放出的热量相等， Δ H 应为＋ 571.0 kJ·mol － 1 ， C 项错误； 在 101 kPa 时， 1 mol 物质完全燃烧生成稳定的氧化物 ( 水应为液态 ) 时所放出的热量是该物质的燃烧热， D 项错误。 1 2 3 2. 已知： 2NO 2 (g) N 2 O 4 (g) 　 Δ H 1 2NO 2 (g) N 2 O 4 (l) 　 Δ H 2 下列能量变化示意图中，正确的是 ____( 填字母 ) 。 1 2 3 A 解析　 等质量的 N 2 O 4 (g) 具有的能量高于 N 2 O 4 (l) ，因此等量的 NO 2 (g) 生成 N 2 O 4 (l) 放出的热量多，只有 A 项符合题意。 1 2 3 3.(1) 用 CO 2 催化加氢可制取乙烯： 。若该反应体系的能量随反应过程变化关系如图所示，则该反应的 Δ H ＝ _______________( 用含 a 、 b 的式子表示 ) 。 1 2 3 已知：几种化学键的键能如下表所示，实验测得上述反应的 Δ H ＝－ 152 kJ·mol － 1 ，则表中的 x ＝ ____ 。 化学键 C = =O H—H C = =C C—H H—O 键能 / (kJ·mol － 1 ) 803 436 x 414 464 － ( b － a )kJ·mol － 1 764 解析　 由图知 1 mol CO 2 (g) 和 3 mol H 2 (g) 具有的总能量大于 mol C 2 H 4 (g) 和 2 mol H 2 O(g) 具有的总能量，该反应为放热反应，反应的 Δ H ＝生成物具有的总能量－反应物具有的总能量＝－ ( b － a )kJ·mol － 1 。 Δ H ＝反应物的键能总和－生成物的键能总和＝ 2 E (C = =O) ＋ 3 E (H—H) － [ E (C = =C) ＋ 2 E (C—H) ＋ 4 E (H—O)] ＝ 2 × 803 kJ·mol － 1 ＋ 3 × 436 kJ·mol － 1 － ( × x kJ·mol － 1 ＋ 2 × 414 kJ·mol － 1 ＋ 4 × 464 kJ·mol － 1 ) ＝－ 152 kJ·mol － 1 ， 解得 x ＝ 764 。 1 2 3 (2) 甲烷自热重整是先进的制氢方法，包含甲烷氧化和蒸汽重整两个过程。向反应系统中同时通入甲烷、氧气和水蒸气，发生的主要化学反应如下表，则在初始阶段，蒸汽重整的反应速率 ______( 填 “ 大于 ”“ 小于 ” 或 “ 等于 ” ) 甲烷氧化的反应速率。 1 2 3 反应过程 化学方程式 焓变 Δ H /(kJ·mol － 1 ) 活化能 E a /(kJ·mol － 1 ) 甲烷氧化 CH 4 (g) ＋ 2O 2 (g) == =CO 2 (g) ＋ 2H 2 O(g) － 802.6 125.6 CH 4 (g) ＋ O 2 (g) == =CO 2 (g) ＋ 2H 2 (g) － 322.0 172.5 蒸汽重整 CH 4 (g) ＋ H 2 O(g) == =CO(g) ＋ 3H 2 (g) ＋ 206.2 240.1 CH 4 (g) ＋ 2H 2 O(g) == =CO 2 (g) ＋ 4H 2 (g) ＋ 158.6 243.9 小于 解析　 从表中活化能数据可以看出，在初始阶段，蒸汽重整反应活化能较大，而甲烷氧化的反应活化能均较小，所以甲烷氧化的反应速率快。 (3)CO 2 在 Cu-ZnO 催化下，可同时发生如下的反应 Ⅰ 、 Ⅱ ，其可作为解决温室效应及能源短缺问题的重要手段。 Ⅰ .CO 2 (g) ＋ 3H 2 (g) CH 3 OH(g) ＋ H 2 O(g) Δ H 1 ＝－ 57.8 kJ·mol － 1 Ⅱ .CO 2 (g) ＋ H 2 (g) CO(g) ＋ H 2 O(g) Δ H 2 ＝＋ 41.2 kJ·mol － 1 某温度时，若反应 Ⅰ 的速率 v 1 大于反应 Ⅱ 的速率 v 2 ，则下列反应过程的能量变化正确的是 ____( 填字母 ) 。 1 2 3 D 解析　 反应 Ⅰ 是放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应 Ⅱ 是吸热反应，反应物的总能量小于生成物的总能量，因为反应 Ⅰ 的速率大于反应 Ⅱ ，因此反应 Ⅰ 的活化能低于反应 Ⅱ ， D 正确。 1 2 3 特别提醒 催化剂能加快反应速率的原理是降低了反应的活化能，由此可推知反应的活化能越低，反应速率越快，相对来说反应就越易进行。 返回 02 原电池原理及其应用 YUAN DIAN CHI YUAN LI JI QI YING YONG 1. 图解原电池工作原理 核心回扣 1 2. 原电池装置图的升级考查 说明　 ( 1) 无论是装置 ① 还是装置 ② ，电子均不能通过电解质溶液。 (2) 在装置 ① 中，由于不可避免会直接发生 Zn ＋ Cu 2 ＋ == =Zn 2 ＋ ＋ Cu 而使化学能转化为热能，所以装置 ② 的能量转化率高。 (3) 盐桥的作用：原电池装置由装置 ① 到装置 ② 的变化是由盐桥连接两个 “ 半电池装置 ” ，其中盐桥的作用有三种： a. 隔绝正负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定； b. 通过离子的定向移动，构成闭合回路； c. 平衡电极区的电荷。 (4) 离子交换膜作用：由装置 ② 到装置 ③ 的变化是 “ 盐桥 ” 变成 “ 质子交换膜 ” 。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. 陌生原电池装置的知识迁移 (1) 燃料电池 (2) 可逆电池 D. 电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 角度一　燃料电池 1. (2019· 全国卷 Ⅰ ， 12) 利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时 MV 2 ＋ /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 真题研究 2 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 H 2 ＋ 2MV 2 ＋ == =2H ＋ ＋ 2MV ＋ C. 正极区，固氮酶为催化剂， N 2 发生还 原反应生成 NH 3 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 由题图和题意知，电池总反应是 3H 2 ＋ N 2 == =2NH 3 。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 － == =MV 2 ＋ ，为负极，不是阴极， B 项错误； 正极区 N 2 在固氮酶作用下发生还原反应生成 NH 3 ， 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2. (2012· 四川理综， 11) 一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为 CH 3 CH 2 OH － 4e － ＋ H 2 O == =CH 3 COOH ＋ 4H ＋ 。下列有关说法正确的是 A. 检测时，电解质溶液中的 H ＋ 向负极移动 B. 若有 0.4 mol 电子转移，则在标准状况下消耗 4.48 L 氧气 C. 电池反应的化学方程式为 CH 3 CH 2 OH ＋ O 2 == =CH 3 COOH ＋ H 2 O D. 正极上发生的反应为 O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 解答本题时审题是关键，反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中，阳离子要向正极移动，故 A 错误； 因电解质溶液是酸性的，不可能存在 OH － ，故正极的反应式为 O 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － == =2H 2 O ，转移 4 mol 电子时消耗 1 mol O 2 ，则在标准状况下转移 0.4 mol 电子时消耗 2.24 L O 2 ，故 B 、 D 错误； 电池反应式即正、负极反应式之和，将两极的反应式相加可知 C 正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B. 充电时阳极反应为 Ni(OH) 2 (s) ＋ OH － (aq) － e － == =NiOOH(s) ＋ H 2 O(l) C. 放电时负极反应为 Zn(s) ＋ 2OH － (aq) － 2e － == =ZnO(s) ＋ H 2 O(l) D. 放电过程中 OH － 通过隔膜从负极区移向正极区 角度二　可逆电池 3. (2019· 全国卷 Ⅲ ， 13) 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) ＋ H 2 O(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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 该电池采用的三维多孔海绵状 Zn 具有较大的表面积，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) ＋ H 2 O(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) ＋ H 2 O(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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A. 放电时， a 电极反应为 I 2 Br － ＋ 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 4. (2019· 天津， 6) 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 充电时 b 电极发生反应 Zn 2 ＋ ＋ 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 － == =I 2 Br － ，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。 解析　 根据电池的工作原理示意图，可知放电时 a 电极上 I 2 Br － 转化为 Br － 和 I － ，电极反应为 I 2 Br － ＋ 2e － == =2I － ＋ Br － ， A 项正确； 放电时正极区 I 2 Br － 转化为 Br － 和 I － ，负极区 Zn 转化为 Zn 2 ＋ ，溶液中离子的数目增大， B 项正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5. (2017· 全国卷 Ⅲ ， 11) 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 S 8 材料，电池反应为 16Li ＋ x S 8 == =8Li 2 S x (2 ≤ x ≤ 8) 。下列说法错误的是 A. 电池工作时，正极可发生反应： 2Li 2 S 6 ＋ 2Li ＋ ＋ 2e － == =3Li 2 S 4 B. 电池工作时，外电路中流过 0.02 mol 电子，负极 材料减重 0.14 g C. 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 Li 2 S 2 的量越多 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 A 项，原电池电解质中阳离子移向正极，根据全固态锂硫电池工作原理图示中 Li ＋ 移动方向可知，电极 a 为正极，正极发生还原反应，由总反应可知正极依次发生 S 8 → Li 2 S 8 → Li 2 S 6 → Li 2 S 4 → Li 2 S 2 的还原反应，正确； B 项，电池工作时负极电极方程式为 Li － e － == =Li ＋ ，当外电路中流过 0.02 mol 电子时，负极消耗的 Li 的物质的量为 0.02 mol ，其质量为 0.14 g ，正确； C 项，石墨烯具有良好的导电性，故可以提高电极 a 的导电能力，正确； D 项，电池充电时为电解池，此时电解总反应为 8Li 2 S x 16Li ＋ x S 8 (2 ≤ x ≤ 8) ，故 Li 2 S 2 的量会越来越少，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 6. (2016· 全国卷 Ⅲ ， 11) 锌 — 空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为 KOH 溶液，反应为 2Zn ＋ O 2 ＋ 4OH － ＋ 2H 2 O == = 。下列说法正确的是 A. 充电时，电解质溶液中 K ＋ 向阳极移动 B. 充电时，电解质溶液中 c (OH － ) 逐渐减小 C. 放电时，负极反应为 Zn ＋ 4OH － － 2e － == = D. 放电时，电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 22.4 L( 标准状况 ) √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 A 项，充电时，电解质溶液中 K ＋ 向阴极移动，错误； B 项，放电时总反应方程式为 2Zn ＋ O 2 ＋ 4OH － ＋ 2H 2 O == = ，则充电时电解质溶液中 c (OH － ) 逐渐增大，错误； C 项，在碱性环境中负极 Zn 失电子生成的 Zn 2 ＋ ，将与 OH － 结合生成 ，正确； D 项， O 2 ～ 4e － ，故电路中通过 2 mol 电子，消耗氧气 0.5 mol ，标准状况下的体积为 11.2 L ，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 角度三　储 “ 氢 ” 电池 7. (2014· 浙江理综， 11) 镍氢电池 (NiMH) 目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。 NiMH 中的 M 表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是： Ni(OH) 2 ＋ M == =NiOOH ＋ MH 已知： 6NiOOH ＋ NH 3 ＋ H 2 O ＋ OH － == =6Ni(OH) 2 ＋ 下列说法正确的是 A.NiMH 电池放电过程中，正极的电极反应式为 NiOOH ＋ H 2 O ＋ e － ===Ni(OH) 2 ＋ OH － B. 充电过程中 OH － 从阳极向阴极迁移 C. 充电过程中阴极的电极反应式： H 2 O ＋ M ＋ e － == =MH ＋ OH － ， H 2 O 中的 H 被 M 还原 D.NiMH 电池中可以用 KOH 溶液、氨水等作为电解质溶液 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 A 项，放电过程中， NiOOH 得电子，化合价降低，发生还原反应，正确； B 项，充电过程中发生电解反应， OH － 从阴极向阳极迁移，错误； C 项，充电过程中 H ＋ 得电子，进入储氢合金， Ni(OH) 2 中的＋ 2 价 Ni 失电子生成 NiOOH ，所以 H 2 O 的 H 被＋ 2 价的 Ni 还原，错误； D 项， NiMH 在 KOH 溶液、氨水中会发生氧化还原反应，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 角度四　其他新型电池 8. (2018· 全国卷 Ⅲ ， 11) 一种可充电锂 — 空气电池如图所示。当电池放电时， O 2 与 Li ＋ 在多孔碳材料电极处生成 Li 2 O 2 － x ( x ＝ 0 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 由题意知，放电时负极反应为 Li － e － == =Li ＋ ，正极反应为 (2 － x )O 2 ＋ 4Li ＋ ＋ 4e － == =2Li 2 O 2 － x ( x ＝ 0 或 1) ，电池总反应为 (1 － )O 2 ＋ 2Li == =Li 2 O 2 － x 。充电时的电池总反应与放电时的电池总反应互为逆反应，故充电时电池总反应为 Li 2 O 2 － x == =2Li ＋ (1 － )O 2 ， D 项正确； 该电池放电时，金属锂为负极，多孔碳材料为正极， A 项错误； 该电池放电时，外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极， B 项错误； 该电池放电时，电解质溶液中 Li ＋ 向多孔碳材料区迁移，充电时电解质溶液中的 Li ＋ 向锂电极迁移， C 项错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 B. 充电时释放 CO 2 ，放电时吸收 CO 2 D. 充电时，正极反应为 Na ＋ ＋ e － == =Na 9. (2018· 全国卷 Ⅱ ， 12) 我国科学家研发了一种室温下 “ 可呼吸 ” 的 Na—CO 2 二次电池。将 NaClO 4 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 3CO 2 ＋ 4Na 2Na 2 CO 3 ＋ C 。下列说法错误的是 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 解析　 根据电池的总反应知，放电时负极反应： 4Na － 4e － == =4Na ＋ 充电时，阴极： 4Na ＋ ＋ 4e － == =4Na 放电时， 向负极移动。根据充电和放电时的电极反应式知，充电时释放 CO 2 ，放电时吸收 CO 2 。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 题组一　辨析 “ 介质 ” 书写电极反应式 1. 按要求书写不同 “ 介质 ” 下甲醇燃料电池的电极反应式。 (1) 酸性介质，如 H 2 SO 4 溶液： 负极： ______________________________ 。 正极： _______________________ 。 (2) 碱性介质，如 KOH 溶液： 负极： __________________________________ 。 正极： _________________________ 。 题组集训 3 1 2 3 4 5 6 CH 3 OH － 6e － ＋ H 2 O == =CO 2 ＋ 6H ＋ (3) 熔融盐介质，如 K 2 CO 3 ： 负极： __________________________________ 。 正极： ________________________ 。 (4) 掺杂 Y 2 O 3 的 ZrO 3 固体作电解质，在高温下能传导 O 2 － ： 负极： ________________________________ 。 正极： _________________ 。 1 2 3 4 5 6 CH 3 OH － 6e － ＋ 3O 2 － == =CO 2 ＋ 2H 2 O 反思归纳 其余介质　 C —→ CO 2 酸性介质　 H —→ H ＋ 其余介质　 H —→ H 2 O 题组二　明确 “ 充、放电 ” 书写电极反应式 2. 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 ＋ 2NiOOH ＋ 2H 2 O Cd(OH) 2 ＋ 2Ni(OH) 2 。 负极： __________________________ 。 阳极： ______________________________________ 。 1 2 3 4 5 6 Cd － 2e － ＋ 2OH － == =Cd(OH) 2 2Ni(OH) 2 ＋ 2OH － － 2e － == =2NiOOH ＋ 2H 2 O 题组三　识别 “ 交换膜 ” 提取信息，书写电极反应式 3. 如将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如下图是通过人工光合作用，以 CO 2 和 H 2 O 为原料制备 HCOOH 和 O 2 的原理示意图。 负极： ______________________ 。 正极： ____________________________ 。 1 2 3 4 5 6 2H 2 O － 4e － == =O 2 ＋ 4H ＋ 2CO 2 ＋ 4H ＋ ＋ 4e － == =2HCOOH 4. 液体燃料电池相比于气体燃料电池具有体积小等优点。一种以液态肼 (N 2 H 4 ) 为燃料的电池装置如图所示。 负极： ______________________________ 。 正极： ________________________ 。 1 2 3 4 5 6 N 2 H 4 － 4e － ＋ 4OH － == =N 2 ＋ 4H 2 O O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － 题组四　锂离子电池电极反应式书写 5. 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 Li 1 － x CoO 2 ＋ Li x C 6 == =LiCoO 2 ＋ C 6 ( x ＜ 1) 。则： 负极： _____________________ ，正极： ______________________________ 。 1 2 3 4 5 6 Li x C 6 － x e － == = x Li ＋ ＋ C 6 Li 1 － x CoO 2 ＋ x e － ＋ x Li ＋ == =LiCoO 2 方法归纳 锂离子电池充放电分析 常见的锂离子电极材料 正极材料： LiMO 2 (M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 ) LiM 2 O 4 (M ： Co 、 Ni 、 Mn 等 ) LiMPO 4 (M ： Fe 等 ) 负极材料：石墨 ( 能吸附锂原子 ) 负极反应： Li x C n － x e － == = x Li ＋ ＋ n C 正极反应： Li 1 － x MO 2 ＋ x Li ＋ ＋ x e － == =LiMO 2 总反应： Li 1 － x MO 2 ＋ Li x C n n C ＋ LiMO 2 。 (2) 电流表读数为 ___ 时，反应达到化学平衡状态。 (3) 当达到化学平衡状态时，在甲中加入 FeCl 2 固体，此时负极为 ____( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) 中的石墨，电极反应式为 ___________________ 。 题组五　可逆反应电极反应式书写 6. 控制适合的条件，将反应 2Fe 3 ＋ ＋ 2I － 2Fe 2 ＋ ＋ I 2 设计成如下图所示的原电池。回答下列问题： (1) 反应开始时，负极为 ___( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ” ) 中的石墨，电极反应式为 __________ ______ 。 1 2 3 4 5 6 乙 2I － － 2e － == =I 2 零 甲 2Fe 2 ＋ － 2e － == =2Fe 3 ＋ 返回 03 电解池原理及其应用 DIAN JIE CHI YUAN LI JI QI YING YONG 1. 图解电解池工作原理 ( 阳极为惰性电极 ) 核心回扣 1 2. 正确判断电极产物 (1) 阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极作阳极，则电极材料失电子，电极溶解 ( 注意：铁作阳极溶解生成 Fe 2 ＋ ，而不是 Fe 3 ＋ ) ；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为 S 2 － ＞ I － ＞ Br － ＞ Cl － ＞ OH － ( 水 ) 。 (2) 阴极产物的判断直接根据阳离子的放电顺序进行判断： Ag ＋ ＞ Hg 2 ＋ ＞ Fe 3 ＋ ＞ Cu 2 ＋ ＞ H ＋ ＞ Pb 2 ＋ ＞ Fe 2 ＋ ＞ Zn 2 ＋ ＞ H ＋ ( 水 ) 。 3. 对比掌握电解规律 ( 阳极为惰性电极 ) 电解类型 电解质实例 溶液复原物质 电解水 NaOH 、 H 2 SO 4 或 Na 2 SO 4 水 电解电解质 HCl 或 CuCl 2 原电解质 放氢生碱型 NaCl HCl 气体 放氧生酸型 CuSO 4 或 AgNO 3 CuO 或 Ag 2 O 注意 　电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解 CuSO 4 溶液， Cu 2 ＋ 完全放电之前，可加入 CuO 或 CuCO 3 复原，而 Cu 2 ＋ 完全放电之后，应加入 Cu(OH) 2 或 Cu 2 (OH) 2 CO 3 复原。 4. 正误判断，下列说法正确的打 “√” ，错误的打 “×” (1) 电解质溶液导电发生化学变化 ( ) (2) 电解精炼铜和电镀铜，电解液的浓度均会发生很大的变化 ( 　　 ) (3) 电解饱和食盐水，在阳极区得到 NaOH 溶液 ( 　　 ) (4) 工业上可用电解 MgCl 2 溶液、 AlCl 3 溶液的方法制备 Mg 和 Al( 　　 ) (5) 电解精炼铜时，阳极泥可以作为提炼贵重金属的原料 ( 　　 ) (6) 用惰性电极电解 CuSO 4 溶液，若加入 0.1 mol Cu(OH) 2 固体可使电解质溶液复原，则整个电路中转移电子数为 0.4 N A ( 　　 ) √ × × × √ √ 5. 陌生电解池装置图的知识迁移 (1) 电解池 (2) 金属腐蚀 角度一　电解原理的应用 1. [2019· 全国卷 Ⅱ ， 27(4)] 环戊二烯可用于制备二茂铁 [Fe(C 5 H 5 ) 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 ) 。 真题研究 2 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 _________________________ ______________________________________________ 。 Fe 电极 Fe ＋ 2 ＋ H 2 ↑ [ 或 Fe ＋ 2C 5 H 6 == =Fe(C 5 H 5 ) 2 ＋ H 2 ↑] 水会阻碍中间物 Na 的生成；水会电解生成 OH － ，进一步与 Fe 2 ＋ 反应生成 Fe(OH) 2 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 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 H 2 生成，故电解时的总反应为 Fe ＋ 2 ＋ H 2 ↑ 或 Fe ＋ 2C 5 H 6 == = Fe(C 5 H 5 ) 2 ＋ H 2 ↑ 。 结合相关反应可知，电解制备需在无水条件下进行，否则水会阻碍中间产物 Na 的生成，水电解生成 OH － ， OH － 会进一步与 Fe 2 ＋ 反应生成 Fe(OH) 2 ，从而阻碍二茂铁的生成。 1 2 3 4 5 6 7 8 2. [2019· 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 ) 。 Fe 3 ＋ ＋ e － == =Fe 2 ＋ ， 4Fe 2 ＋ ＋ O 2 ＋ 4H ＋ == =4Fe 3 ＋ ＋ 2H 2 O 5.6 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 负极区发生还原反应 Fe 3 ＋ ＋ e － == =Fe 2 ＋ ，生成的二价铁又被氧气氧化成三价铁，发生反应 4Fe 2 ＋ ＋ O 2 ＋ 4H ＋ == =4Fe 3 ＋ ＋ 2H 2 O ，由反应可知电路中转移 4 mol 电子 消耗 1 mol O 2 ，则转移 1 mol 电子消耗氧气 mol ，其在标准状况下的体积为 mol × 22.4 L·mol － 1 ＝ 5.6 L 。 1 2 3 4 5 6 7 8 3. [2019· 北京， 27(2)] 可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢，工作示意图如图。通过控制开关连接 K 1 或 K 2 ，可交替得到 H 2 和 O 2 。 ① 制 H 2 时，连接 ___ ，产生 H 2 的电极反应式是 __________________________ 。 ② 改变开关连接方式，可得 O 2 。 2H 2 O ＋ 2e － === H 2 ↑ ＋ 2OH － K 1 解析　 电解碱性电解液时， H 2 O 电离出的 H ＋ 在阴极得到电子产生 H 2 ，根据题图可知电极 1 与电池负极连接，为阴极，所以制 H 2 时，连接 K 1 ，产生 H 2 的电极反应式为 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － 。 1 2 3 4 5 6 7 8 ③ 结合 ① 和 ② 中电极 3 的电极反应，说明电极 3 的作用： ____________________________________________________________________________________________________________________ 。 制 H 2 时，电极 3 发生反应： Ni(OH) 2 ＋ OH － － e － == =NiOOH ＋ H 2 O 。制 O 2 时，上述电极反应逆向进行，使电极 3 得以循环使用 解析　 制备 O 2 时碱性电解液中的 OH － 失去电子生成 O 2 ，连接 K 2 ， O 2 在电极 2 上产生。连接 K 1 时，电极 3 为电解池的阳极， Ni(OH) 2 失去电子生成 NiOOH ，电极反应式为 Ni(OH) 2 － e － ＋ OH － == =NiOOH ＋ H 2 O ，连接 K 2 时，电极 3 为电解池的阴极，电极反应式为 NiOOH ＋ e － ＋ H 2 O == =Ni(OH) 2 ＋ OH － ，使电极 3 得以循环使用。 1 2 3 4 5 6 7 8 4. [2019· 江苏， 20(2)] 电解法转化 CO 2 可实现 CO 2 资源化利用。电解 CO 2 制 HCOOH 的原理示意图如图。 ① 写出阴极 CO 2 还原为 HCOO － 的电极反应式： _______ _______________________________________________ ________ 。 解析　 CO 2 中的 C 为＋ 4 价， HCOO － 中的 C 为＋ 2 价， 1 mol CO 2 转化为 HCOO － 时，得 2 mol e － 。 CO 2 ＋ 1 2 3 4 5 6 7 8 ② 电解一段时间后，阳极区的 KHCO 3 溶液浓度降低，其原因是 __________________ ___________________________________ 。 解析　 阳极上水放电，生成 O 2 和 H ＋ ， H ＋ 会与 反应使 减少，由电荷平衡可知， K ＋ 会移向阴极区，所以 KHCO 3 溶液浓度降低。 阳极产生 O 2 ， pH 减小， 1 2 3 4 5 6 7 8 5. [2016· 天津理综， 10(5)] 化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的 Na 2 FeO 4 ，同时获得氢气： ，工作原理如图 1 所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色 ，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知： Na 2 FeO 4 只在强碱性条件下稳定，易被 H 2 还原。 ① 电解一段时间后， c (OH － ) 降低的区域在 _______( 填 “ 阴极室 ” 或 “ 阳极室 ” ) 。 阳极室 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 根据题意，镍电极有气泡产生是 H ＋ 得电子生成 H 2 ，发生还原反应，则铁电极上 OH － 被消耗且无补充，溶液中的 OH － 减少，因此电解一段时间后， c (OH － ) 降低的区域在阳极室。 1 2 3 4 5 6 7 8 ② 电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因： _______________________ _________ 。 防止 Na 2 FeO 4 与 H 2 反应使 产率降低 解析　 H 2 具有还原性，根据题意： Na 2 FeO 4 只在强碱性条件下稳定，易被 H 2 还原。 因此，电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止 Na 2 FeO 4 与 H 2 反应使产率降低。 1 2 3 4 5 6 7 8 ③ c (Na 2 FeO 4 ) 随初始 c (NaOH) 的变化如图 2 ，任选 M 、 N 两点中的一点，分析 c (Na 2 FeO 4 ) 低于最高值的原因： ______________________________________________________________________________________________________________ 。 解析　 根据题意 Na 2 FeO 4 只在强碱性条件下稳定，在 M 点： c (OH － ) 低， Na 2 FeO 4 稳定性差，且反应慢； 在 N 点： c (OH － ) 过高，铁电极上有 Fe(OH) 3 生成，使 Na 2 FeO 4 产率降低。 M 点： c (OH － ) 低， Na 2 FeO 4 稳定性差，且反应慢 [ 或 N 点： c (OH － ) 过高，铁电极上有 Fe(OH) 3 生成，使 Na 2 FeO 4 产率降低 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 角度二　电化学学科交叉计算 6. [2015· 全国卷 Ⅱ ， 26(1)(2)] 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、 MnO 2 、 ZnCl 2 和 NH 4 Cl 等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH 。 (1) 该电池的正极反应式为 __________________________ ； 电池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 ) MnO 2 ＋ H ＋ ＋ e － == =MnOOH 2MnO 2 ＋ Zn ＋ 2H ＋ == =2MnOOH ＋ Zn 2 ＋ [ 注：式中 Zn 2 ＋ 可写为 、 Zn(NH 3 ) 2 Cl 2 等， H ＋ 可写为 ] 0.05 1 2 3 4 5 6 7 8 角度三　腐蚀类型与防护方法 7. (2019· 江苏， 10) 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 － == =Fe 3 ＋ 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 解析　 A 项，铁和炭的混合物用 NaCl 溶液湿润后构成原电池，铁作负极，铁失去电子生成 Fe 2 ＋ ，电极反应式为 Fe － 2e － == =Fe 2 ＋ ，错误； B 项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还可转化为热能等，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 O 2 得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 8. (2017· 全国卷 Ⅰ ， 11) 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，错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 题组一　电解池电极反应式书写集训 ( 一 ) 基本 电极反应式的书写 1. 按要求书写电极反应式 (1) 用惰性电极电解 NaCl 溶液： 阳极： __________________ 。 阴极： _________________ 。 (2) 用惰性电极电解 CuSO 4 溶液： 阳极： ___________________________________________________ 。 阴极： __________________ 。 题组集训 3 2Cl － － 2e － == =Cl 2 ↑ 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ 4OH － － 4e － == =2H 2 O ＋ O 2 ↑ ( 或 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ ) 2Cu 2 ＋ ＋ 4e － == =2Cu 1 2 3 4 5 6 7 (3) 铁作阳极，石墨作阴极电解 NaOH 溶液： 阳极： __________________________ 。 阴极： _________________________ 。 (4) 用惰性电极电解熔融 MgCl 2 ： 阳极： _________________ 。 阴极： _________________ 。 Fe － 2e － ＋ 2OH － == =Fe(OH) 2 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － 2Cl － － 2e － == =Cl 2 ↑ Mg 2 ＋ ＋ 2e － == =Mg 1 2 4 5 6 7 3 ( 二 ) 提取 “ 信息 ” 书写电极反应式 2. 按要求书写电极反应式 (1) 以铝材为阳极，在 H 2 SO 4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为 _____ ________________________ 。 (2) 用 Al 单质作阳极，石墨作阴极， NaHCO 3 溶液作电解液进行电解，生成难溶物 R ， R 受热分解生成化合物 Q ，写出阳极生成 R 的电极反应式： _______________________ __________________ 。 2Al － 6e － ＋ 3H 2 O == =Al 2 O 3 ＋ 6H ＋ Al(OH) 3 ↓ ＋ 3CO 2 ↑ 1 2 4 5 6 7 3 (3) 离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、 组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。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，则电极反应式为 阳极： __________________________ 。 阴极： __________________________ 。 (4) 用惰性电极电解 K 2 MnO 4 溶液能得到化合物 KMnO 4 ，则电极反应式为 阳极： _______________________ 。 阴极： _________________ 。 (5) 将一定浓度的磷酸二氢铵 (NH 4 H 2 PO 4 ) 、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒作阳极，石墨为阴极，电解析出 LiFePO 4 沉淀，则阳极反应式为 __________________________ _______________ 。 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ LiFePO 4 ↓ ＋ 2H ＋ 1 2 4 5 6 7 3 ( 三 ) 根据 “ 交换膜 ” 利用 “ 信息 ” 书写电极反应式 3. 按要求书写电极反应式： (1) 电解装置如图，电解槽内装有 KI 及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。 阳极： ______________ 。 阴极： _________________________ 。 2I － － 2e － == =I 2 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － 1 2 4 5 6 7 3 (2) 可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的 SO 2 ，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用 ( 电极均为石墨电极 ) ，并生成化工原料硫酸。其工作示意图如下： 阳极： ______________________________ 。 阴极： ______________________________________________ 。 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ ( 或 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － ) 1 2 4 5 6 7 3 题组二　金属腐蚀与防护 4. 利用下图装置进行实验，开始时， a 、 b 两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是 A.a 处发生吸氧腐蚀， b 处发生析氢腐蚀 B. 一段时间后， a 处液面高于 b 处液面 C.a 处溶液的 pH 增大， b 处溶液的 pH 减小 D.a 、 b 两处具有相同的电极反应式： Fe － 2e － == =Fe 2 ＋ √ 1 2 4 5 6 7 3 解析　 根据装置图判断，左边铁丝发生吸氧腐蚀，右边铁丝发生析氢腐蚀，其电极反应为 左边　负极： Fe － 2e － == =Fe 2 ＋ 正极： O 2 ＋ 4e － ＋ 2H 2 O == =4OH － 右边　负极： Fe － 2e － == =Fe 2 ＋ 正极： 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ a 、 b 处溶液的 pH 均增大， C 错误。 1 2 4 5 6 7 3 5. 结合图判断，下列叙述正确的是 A. Ⅰ 和 Ⅱ 中正极均被保护 B. Ⅰ 和 Ⅱ 中负极反应均是 Fe － 2e － == =Fe 2 ＋ C. Ⅰ 和 Ⅱ 中正极反应均是 O 2 ＋ 2H 2 O ＋ 4e － == =4OH － D. Ⅰ 和 Ⅱ 中分别加入少量 K 3 [Fe(CN) 6 ] 溶液均有蓝色沉淀 √ 1 2 4 5 6 7 3 解析　 根据原电池形成的条件， Ⅰ 中 Zn 比 Fe 活泼， Zn 作负极， Fe 为正极，保护了 Fe ； Ⅱ 中 Fe 比 Cu 活泼， Fe 作负极， Cu 为正极，保护了 Cu ， A 项正确； Ⅰ 中负极为锌，负极发生氧化反应，电极反应为 Zn － 2e － == =Zn 2 ＋ ， B 项错误； Ⅰ 中发生吸氧腐蚀，正极为 O 2 得电子生成 OH － ， Ⅱ 中为酸化的 NaCl 溶液，发生析氢腐蚀，在正极上发生还原反应，电极反应为 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ ， C 项错误； [Fe(CN) 6 ] 3 － 是稳定的配合物离子，与 Fe 2 ＋ 发生反应： 3Fe 2 ＋ ＋ 2[Fe(CN) 6 ] 3 － == =Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 ↓ ，故加入少量 K 3 [Fe(CN) 6 ] 溶液有蓝色沉淀是 Fe 2 ＋ 的性质， Ⅰ 装置中不能生成 Fe 2 ＋ ， Ⅱ 装置中负极铁失电子生成 Fe 2 ＋ ， D 项错误。 1 2 4 5 6 7 3 方法归纳 1. 金属腐蚀快慢的三个规律 (1) 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＞有防护措施的腐蚀。 (2) 电解质溶液的影响 ① 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。 ② 对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。 (3) 活泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快。 2. 两种腐蚀与三种保护 (1) 两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀 ( 关键在于电解液的 pH) 。 (2) 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。 题组三　学科交叉计算 6. 新型固体燃料电池的电解质是固体氧化锆和氧化钇，高温下允许氧离子 (O 2 － ) 在其间通过。如图所示，其中多孔电极不参与电极反应。 (1) 该电池的负极反应式为 _________________________________ 。 (2) 如果用该电池作为电解装置，当有 16 g 甲醇发生反应时，则理论上提供的电量表达式为 ________________________________________________C(1 个电子的电量为 1.6 × 10 － 19 C) 。 CH 3 OH － 6e － ＋ 3O 2 － == =CO 2 ＋ 2H 2 O 0.5 mol × 6 × 1.6 × 10 － 19 C × 6.02 × 10 23 mol － 1 ( 或 2.890 × 10 5 ) 1 2 4 5 6 7 3 7. 以 CH 4 (g) 为燃料可以设计甲烷燃料电池，该电池以稀 H 2 SO 4 作电解质溶液，其负极电极反应式为 ____________________________ ，已知该电池的能量转换效率为 86.4% ，甲烷的燃烧热为－ 890.3 kJ·mol － 1 ，则该电池的比能量为 _____kW·h·kg － 1 ( 结果保留 1 位小数，比能量＝ ,1 kW·h ＝ 3. 6 × 10 6 J) 。 CH 4 － 8e － ＋ 2H 2 O == =CO 2 ＋ 8H ＋ 13.4 1 2 4 5 6 7 3 方法技巧 学科交叉的主要计算公式 化学与物理结合的计算，主要涉及两个公式： (1) Q ＝ It ＝ n (e － ) F ， F 计算时一般取值 96 500 C·mol － 1 。 (2) W ＝ UIt 。 返回 04 电化学离子交换膜的分析与应用 DIAN HUA XUE LI ZI JIAO HUAN MO DE FEN XI YU YING YONG 高考必备 1 (1) 阳离子交换膜 ( 只允许阳离子和水分子通过 ) ① 负极反应式： ________________ ； ② 正极反应式： ________________ ； ③ Zn 2 ＋ 通过 _______ 交换膜进入正极区； ④ 阳离子 → 透过 _______ 交换膜 →____________ ( 或电解池的阴极 ) 。 Zn － 2e － == =Zn 2 ＋ Cu 2 ＋ ＋ 2e － == =Cu 阳离子 阳离子 原电池正极 (2) 质子交换膜 ( 只允许 H ＋ 和水分子通过 ) 在微生物作用下电解有机废水 ( 含 CH 3 COOH) ，可获得清洁能源 H 2 ① 阴极反应式： _______________ ↑ ； ② 阳极反应式： ____________________________________ ； ③ 阳极产生的 H ＋ 通过质子交换膜移向 _____ ； ④ H ＋ → 透过质子交换膜 →__________ ( 或电解池的阴极 ) 。 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 CH 3 COOH － 8e － ＋ 2H 2 O == =2CO 2 ↑ ＋ 8H ＋ 阴极 原电池正极 (3) 阴离子交换膜 ( 只允许阴离子和水分子通过 ) 以 Pt 为电极电解淀粉 -KI 溶液，中间用阴离子交换膜隔开 ① 阴极反应式： _________________________ ； ② 阳极反应式： ______________ ； ③ 阴极产生的 OH － 移向 _____ 与阳极产物反应： ____________________________ ； ④ 阴离子 → 透过 _______ 交换膜 → 电解池 _____ ( 或原电池的 ____ ) 。 2H 2 O ＋ 2e － == =H 2 ↑ ＋ 2OH － 2I － － 2e － == =I 2 阳极 阴离子 阳极 负极 (4) 电渗析法将含 A n B m 的废水再生为 H n B 和 A(OH) m 的原理： 已知 A 为金属活动顺序表 H 之前的金属， B n － 为含氧酸根离子。 类型一　 “ 单膜 ” 电解池 1. (2018· 全国卷 Ⅰ ， 13) 最近我国科学家设计了一种 CO 2 ＋ H 2 S 协同转化装置，实现对天然气中 CO 2 和 H 2 S 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，石墨烯电极区发生反应为： ① EDTA-Fe 2 ＋ － e － == =EDTA-Fe 3 ＋ ② 2EDTA-Fe 3 ＋ ＋ H 2 S == =2H ＋ ＋ S ＋ 2EDTA-Fe 2 ＋ 真题研究 2 该装置工作时，下列叙述错误的是 A. 阴极的电极反应： CO 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － == =CO ＋ H 2 O B. 协同转化总反应： CO 2 ＋ H 2 S == =CO ＋ H 2 O ＋ S C. 石墨烯上的电势比 ZnO@ 石墨烯上的低 D. 若采用 Fe 3 ＋ /Fe 2 ＋ 取代 EDTA - Fe 3 ＋ / EDTA-Fe 2 ＋ ，溶液需为酸性 1 2 3 4 √ 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 项错误； 由题图可知，电解时阴极反应式为 CO 2 ＋ 2H ＋ ＋ 2e － == =CO ＋ H 2 O ， A 项正确； 将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为 CO 2 ＋ H 2 S == =CO ＋ H 2 O ＋ S ， B 项正确； Fe 3 ＋ 、 Fe 2 ＋ 只能存在于酸性溶液中， D 项正确。 1 2 3 4 2. [2018· 全国卷 Ⅲ ， 27(3) ①② ] KIO 3 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： _________________________ 。 1 2 3 4 2H 2 O ＋ 2e － == =2OH － ＋ H 2 ↑ 解析　 电解液是 KOH 溶液，阴极的电极反应式为 2H 2 O ＋ 2e － == =2OH － ＋ H 2 ↑ 。 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 ________ 。 1 2 3 4 K ＋ 由 a 到 b 解析　 电解过程中阳极反应为 I － ＋ 6OH － － 6e － == = ＋ 3H 2 O 。阳极的 K ＋ 通过阳离子交换膜由电极 a 迁移到电极 b 。 解析　 阳极上阴离子 OH － 放电，电极反应式为 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ ，电解过程中 H ＋ 透过阳离子交换膜进入 a 室，故 a 室中 NaHSO 3 浓度增加。 类型二　 “ 双膜 ” 电解池 3. [2018· 全国卷 Ⅰ ， 27(3)] 制备 Na 2 S 2 O 5 也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中 SO 2 碱吸收液中含有 NaHSO 3 和 Na 2 SO 3 。阳极的电极反应式为 ________________________ 。 电解后， ____ 室的 NaHSO 3 浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到 Na 2 S 2 O 5 。 1 2 3 4 2H 2 O － 4e － == =4H ＋ ＋ O 2 ↑ a 类型三　 “ 多膜 ” 电解池 4. [2014· 新课标全国卷 Ⅰ ， 27(4)] H 3 PO 2 也可用电渗析法制备。 “ 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 写出阳极的电极反应式： _________ ______________ 。 1 2 3 4 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ 解析　 阳极发生氧化反应，在反应中 OH － 失去电子，电极反应式为 2H 2 O － 4e － == =O 2 ↑ ＋ 4H ＋ 。 ② 分析产品室可得到 H 3 PO 2 的原因： ________________________________________________________________________________________ 。 1 2 3 4 解析　 H 2 O 放电产生 H ＋ ， H ＋ 进入产品室，原料室的 穿过阴膜扩散至产品室，二者发生反应： 。 阳极室的 H ＋ 穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成 H 3 PO 2 ③ 早期采用 “ 三室电渗析法 ” 制备 H 3 PO 2 ：将 “ 四室电渗析法 ” 中阳极室的稀硫酸用 H 3 PO 2 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 _____________________ 。 1 2 3 4 1. (2019· 青岛市高三 3 月教学质量检测 ) 水系锌离子电池是一种新型二次电池，工作原理如下图。该电池以粉末多孔锌电极 ( 锌粉、活性炭及粘结剂等 ) 为负极， V 2 O 5 为正极，三氟甲磺酸锌 [Zn(CF 3 SO 3 ) 2 ] 为电解液。下列叙述错误的是 A. 放电时， Zn 2 ＋ 向 V 2 O 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， V 2 O 5 电极上的电极反应式为： V 2 O 5 ＋ x Zn 2 ＋ ＋ 2 x e － == =Zn x V 2 O 5 模拟预测 3 √ 1 2 3 4 5 解析　 放电时，阳离子向正极移动，所以 Zn 2 ＋ 向 V 2 O 5 电极移动，故 A 正确； 充电时，阳极区发生 Zn x V 2 O 5 － 2 x e － == =V 2 O 5 ＋ x Zn 2 ＋ ，锌离子通过阳离子交换膜向左移动，所以阳极区 Zn(CF 3 SO 3 ) 2 的浓度减小，故 B 错误； 充电时，粉末多孔锌电极为阴极，发生还原反应，故 C 正确； 放电时， V 2 O 5 电极上的电极反应式为： V 2 O 5 ＋ x Zn 2 ＋ ＋ 2 x e － == =Zn x V 2 O 5 ，故 D 正确。 1 2 3 4 5 2. 某新型水系钠离子电池工作原理如下图所示。 TiO 2 光电极能使电池在太阳光照射下充电，充电时 Na 2 S 4 被还原为 Na 2 S 。下列说法错误的是 A. 充电时，太阳能转化为电能，又转化为化学能 D.M 是阴离子交换膜 √ 1 2 3 4 5 解析　 TiO 2 光电极能使电池在太阳光照下充电，所以充电时，太阳能转化为电能，电能又转化为化学能， A 正确； 充电时 Na 2 S 4 还原为 Na 2 S ，放电和充电互为逆过程，所以 a 是负极， a 极的电极反应式为： ， B 正确； 在充电时，阳极 I － 失电子发生氧化反应，电极反应为 ， C 正确； 通过图示可知，交换膜只允许钠离子自由通过，所以 M 是阳离子交换膜， D 错误。 1 2 3 4 5 3. 用电渗析法可将含硝酸钠的废水再生为硝酸和氢氧化钠，其装置如图所示。下列叙述不正确的是 A. 膜 a 、膜 c 分别是阴离子交换膜、阳离子交换膜 B. 阳极室、阴极室的产品分别是氢氧化钠、硝酸 C. 阳极的电极反应式为 2H 2 O － 4e － == =4H ＋ ＋ O 2 ↑ D. 该装置工作时，电路中每转移 0.2 mol 电子，两 极共生成气体 3.36 L( 标准状况 ) 1 2 3 4 √ 5 阳极是氢氧根离子失电子发生氧化反应，电极反应式为 2H 2 O － 4e － == =4H ＋ ＋ O 2 ↑ ， C 正确； 阳极生成氧气： 2H 2 O － 4e － == =4H ＋ ＋ O 2 ↑ ，阴极生成氢气： 2H ＋ ＋ 2e － == =H 2 ↑ ，该装置工作时，电路中每转移 0.2 mol 电子，生成氧气 0.05 mol ，生成氢气 0.1 mol ，两极共生成气体体积＝ (0.05 mol ＋ 0.1 mol) × 22.4 L·mol － 1 ＝ 3.36 L( 标准状况 ) ， D 正确。 1 2 3 4 解析　 阳极室溶液中氢氧根离子失电子发生氧化反应生成氧气，电极附近氢离子浓度增大，阴极室溶液中氢离子得到电子发生还原反应生成氢气，电极附近氢氧根离子浓度增大，阳极室得到硝酸，阴极室得到氢氧化钠，膜 a 为阴离子交换膜，膜 c 为阳离子交换膜， A 正确、 B 错误； 5 4. 一氧化氮 — 空气质子交换膜燃料电池将化学能转化为电能的同时，实现了制硝酸、发电、环保三位一体的结合，其工作原理如图所示，写出放电过程中负极的电极反应式： ____________________________ ，若过程中产生 2 mol HNO 3 ，则消耗标准状况下 O 2 的体积为 _____L 。 1 2 3 4 33.6 5 解析　 由原电池的工作原理图示可知， 左端的铂电极为负极，其电极反应式为 NO － 3e － ＋ 2H 2 O == = ＋ 4H ＋ ，当过程中产生 2 mol HNO 3 时转移 6 mol e － ，而 1 mol O 2 参与反应转移 4 mol e － ，故需要 1.5 mol O 2 参与反应，标准状况下的体积为 33.6 L 。 1 2 3 4 5 5. 电解法也可以对亚硝酸盐污水进行处理 ( 工作原理如下图所示 ) 。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，理论上可处理 NaNO 2 含量为 4.6% 的污水 ____g 。 1 2 3 4 100 5 返回 1 2 3 4 5