[備考要點]1.了解焓變的概念，掌握蓋斯定律的內容，學會能壘圖像的分析與應用。2.掌握原電池、電解池的工作原理及應用。3.了解金屬腐蝕的種類，金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。考點一化學能與熱能1．從兩種角度理解化學反應熱反應熱圖示圖像分析微觀宏觀a表示斷裂舊化學鍵吸收的能量；b表示生成新化學鍵放出的能量；c表示反應熱a表示反應物的活化能；b表示活化分子形成生成物釋放的能量；c表示反應熱ΔH的計算ΔH＝H(生成物)－H(反應物)ΔH＝∑E(反應物鍵能)－∑E(生成物鍵能)2.熱化學方程式書寫易出現的錯誤(1)未標明反應物或生成物的狀態而造成錯誤。(2)反應熱的符號使用不正確，即吸熱反應未標出“＋”號，放熱反應未標出“－”號，從而導致錯誤。(3)漏寫ΔH的單位，或者將ΔH的單位寫為kJ，從而造成錯誤。(4)反應熱的數值與方程式的計量數不對應而造成錯誤。(5)對燃燒熱、中和熱的概念理解不到位，忽略其標準是1mol可燃物或生成1molH2O(l)而造成錯誤。提醒對于具有同素異形體的物質，除了要注明聚集狀態之外，還要注明物質的名稱。如：①S(單斜，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1＝－297.16kJ·mol－1②S(正交，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＝－296.83kJ·mol－1③S(單斜，s)=S(正交，s)ΔH3＝－0.33kJ·mol－13．燃燒熱和中和熱應用中的注意事項(1)均為放熱反應，ΔH<0，單位為kJ·mol－1。(2)燃燒熱概念理解的三要點：①外界條件是25℃、101kPa；②反應的可燃物是1mol；③生成物是穩定的氧化物(包括狀態)，如碳元素生成的是CO2，而不是CO，氫元素生成的是液態水，而不是水蒸氣。(3)中和熱概念理解三要點：①反應物酸、堿是強酸、強堿；②溶液是稀溶液，不存在稀釋過程的熱效應；③生成物液態水是1mol。4．蓋斯定律的答題模板——疊加法步驟1“倒”為了將方程式相加得到目標方程式，可將方程式顛倒過來，反應熱的數值不變，但符號相反。這樣，就不用再做減法運算了，實踐證明，方程式相減時往往容易出錯。步驟2“乘”為了將方程式相加得到目標方程式，可將方程式乘以某個倍數，反應熱也要乘以某個倍數。步驟3“加”上面的兩個步驟做好了，只要將方程式相加即可得目標方程式，反應熱也要相加。1．正誤判斷，正確的打“√”，錯誤的打“×”(1)在CO2中，Mg燃燒生成MgO和C，該反應中化學能全部轉化為熱能(×)(2)催化劑能改變反應的焓變(×)(3)催化劑能降低反應的活化能(√)(4)同溫同壓下，H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)在光照和點燃條件下的ΔH不同(×)(5)500℃、30MPa下，將0.5molN2(g)和1.5molH2(g)置于密閉容器中充分反應生成NH3(g)，放熱19.3kJ，其熱化學方程式為N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(500℃、30MPa),\s\do5(催化劑))2NH3(g)ΔH＝－38.6kJ·mol－1(×)2．填空：常見1mol物質中化學鍵數目：物質金剛石硅SiO2化學鍵C—CSi—SiSi—O化學鍵數/mol物質CO2CH4S8化學鍵COC—HS—S化學鍵數/mol答案2242483．(1)乙苯催化脫氫制苯乙烯反應：eq\o(,\s\up7(催化劑))＋H2(g)已知：化學鍵C—HC—CC=CH—H鍵能/(kJ·mol－1)412348612436計算上述反應的ΔH＝________kJ·mol－1。答案＋124－(a＋612＋412×3＋436)kJ·mol－1＝＋124kJ·mol－1。(2)已知反應2HI(g)eq\o(,\s\up7(△))H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11kJ·mol－1，1molH2(g)、1molI2(g)分子中化學鍵斷裂時分別需要吸收436kJ、151kJ的能量，則1molHI(g)分子中化學鍵斷裂時需吸收的能量為__________kJ。答案299解析形成1molH2(g)和1molI2(g)共放出436kJ＋151kJ＝587kJ能量，設斷裂2molHI(g)中化學鍵吸收2akJ能量，則有2a－587＝11，得a＝299。[另解：ΔH＝2E(H—I)－E(H—H)－E(I—I)，2E(H—I)＝ΔH＋E(H—H)＋E(I—I)＝11kJ·mol－1＋436kJ·mol－1＋151kJ·mol－1＝598kJ·mol－1，則E(H—I)＝299kJ·mol－1。]4．利用熱化學方程式進行ΔH的計算：如：已知2000℃時，有下列熱化學反應：①CaO(s)＋C(s)Ca(g)＋CO(g)ΔH1＝akJ·mol－1②Ca(g)＋2C(s)=CaC2(s)ΔH2＝bkJ·mol－1③CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH3＝ckJ·mol－1④2CaO(s)＋CaC2(s)3Ca(g)＋2CO(g)ΔH4則ΔH4＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代數式表示)。答案2a－b1．[2021·湖南，16(1)]氨氣中氫含量高，是一種優良的小分子儲氫載體，且安全、易儲運，可通過下面兩種方法由氨氣得到氫氣。方法Ⅰ.氨熱分解法制氫氣相關化學鍵的鍵能數據化學鍵N≡NH—HN—H鍵能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8在一定溫度下，利用催化劑將NH3分解為N2和H2。回答下列問題：反應2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝________kJ·mol－1。答案＋90.8解析根據反應熱＝反應物的總鍵能－生成物的總鍵能，2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)，ΔH＝390.8kJ·mol－1×3×2－(946kJ·mol－1＋436.0kJ·mol－1×3)＝＋90.8kJ·mol－1。2.[2021·全國甲卷，28(1)]二氧化碳催化加氫制甲醇，有利于減少溫室氣體二氧化碳。回答下列問題：二氧化碳加氫制甲醇的總反應可表示為：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)該反應一般認為通過如下步驟來實現：①CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2＝－90kJ·mol－1總反應的ΔH＝________kJ·mol－1；若反應①為慢反應，下列示意圖中能體現上述反應能量變化的是__________(填標號)，判斷的理由是________________________________________________________________________________________________________________。答案－49AΔH1為正值，ΔH2和ΔH為負值，反應①的活化能大于反應②的活化能解析根據蓋斯定律可知，①＋②可得二氧化碳加氫制甲醇的總反應為CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝(＋41kJ·mol－1)＋(－90kJ·mol－1)＝－49kJ·mol－1；總反應為放熱反應，因此生成物總能量低于反應物總能量，反應①為慢反應，因此反應①的活化能高于反應②，同時反應①的反應物總能量低于生成物總能量，反應②的反應物總能量高于生成物總能量，因此示意圖中能體現反應能量變化的是A項。3．[2021·廣東，19(1)]我國力爭于2030年前做到碳達峰，2060年前實現碳中和。CH4與CO2重整是CO2利用的研究熱點之一。該重整反應體系主要涉及以下反應：(a)CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH1(b)CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2(c)CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH3(d)2CO(g)CO2(g)＋C(s)ΔH4(e)CO(g)＋H2(g)H2O(g)＋C(s)ΔH5根據蓋斯定律，反應a的ΔH1＝______________(寫出一個代數式即可)。答案ΔH2＋ΔH3－ΔH5(或ΔH3－ΔH4)解析根據題目所給出的反應方程式關系可知，a＝b＋c－e＝c－d，根據蓋斯定律則有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5＝ΔH3－ΔH4。4．[2021·河北，16(1)]當今，世界多國相繼規劃了碳達峰、碳中和的時間節點。因此，研發二氧化碳利用技術，降低空氣中二氧化碳含量成為研究熱點。大氣中的二氧化碳主要來自于煤、石油及其他含碳化合物的燃燒。已知25℃時，相關物質的燃燒熱數據如表：物質H2(g)C(石墨，s)C6H6(l)燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1)－285.8－393.5－3267.5則25℃時H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的熱化學方程式為_______________。答案6C(石墨，s)＋3H2(g)=C6H6(l)ΔH＝＋49.1kJ·mol－1mol－1，②H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH2＝－285.8kJ·mol－1，③C6H6(l)＋eq\f(15,2)O2(g)=6CO2(g)＋3H2O(l)ΔH3＝－3267.5kJ·mol－1，根據蓋斯定律，①×6＋②×3－③得反應：6C(石墨，s)＋3H2(g)=C6H6(l)ΔH＝(－393.5kJ·mol－1)×6＋(－285.8kJ·mol－1)×3－(－3267.5kJ·mol－1)＝＋49.1kJ·mol－1。5．[2020·全國卷Ⅰ，28(1)]硫酸是一種重要的基本化工產品，接觸法制硫酸生產中的關鍵工序是SO2的催化氧化：SO2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(→,\s\up7(釩催化劑))SO3(g)ΔH＝－98kJ·mol－1。回答下列問題：釩催化劑參與反應的能量變化如圖所示，V2O5(s)與SO2(g)反應生成VOSO4(s)和V2O4(s)的熱化學方程式為：________________________________________________________________________。答案2V2O5(s)＋2SO2(g)=2VOSO4(s)＋V2O4(s)ΔH＝－351kJ·mol－1解析據圖寫出熱化學方程式：①V2O4(s)＋2SO3(g)=2VOSO4(s)ΔH1＝－399kJ·mol－1；②V2O4(s)＋SO3(g)=V2O5(s)＋SO2(g)ΔH2＝－24kJ·mol－1；由①－②×2可得：2V2O5(s)＋2SO2(g)=2VOSO4(s)＋V2O4(s)ΔH＝ΔH1－2ΔH2＝(－399kJ·mol－1)－(－24kJ·mol－1)×2＝－351kJ·mol－1。6．[2019·全國卷Ⅱ，27(1)]環戊二烯()是重要的有機化工原料，廣泛用于農藥、橡膠、塑料等生產。回答下列問題：已知：(g)=(g)＋H2(g)ΔH1＝＋100.3kJ·mol－1①H2(g)＋I2(g)=2HI(g)ΔH2＝－11.0kJ·mol－1②對于反應：(g)＋I2(g)=(g)＋2HI(g)③ΔH3＝________kJ·mol－1。答案＋89.3解析根據蓋斯定律，由反應①＋反應②得反應③，則ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(＋100.3－11.0)kJ·mol－1＝＋89.3kJ·mol－1。7．[2017·全國卷Ⅰ，28(2)]下圖是通過熱化學循環在較低溫度下由水或硫化氫分解制備氫氣的反應系統原理。通過計算，可知系統(Ⅰ)和系統(Ⅱ)制氫的熱化學方程式分別為______________________、________________________________________________________________________，制得等量H2所需能量較少的是________。答案H2O(l)=H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)ΔH＝＋286kJ·mol－1H2S(g)=H2(g)＋S(s)ΔH＝＋20kJ·mol－1系統(Ⅱ)解析將題給四個熱化學方程式由上至下依次編號為①、②、③、④，根據蓋斯定律，將①＋②＋③可得，系統(Ⅰ)制氫的熱化學方程式：＝＋286kJ·mol－1同理，將②＋③＋④可得，系統(Ⅱ)制氫的熱化學方程式：H2S(g)=H2(g)＋S(s)ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－151kJ·mol－1＋110kJ·mol－1＋61kJ·mol－1＝＋20kJ·mol－1由所得兩熱化學方程式可知，制得等量H2所需能量較少的是系統(Ⅱ)。1．(2021·湖南師范大學附中月考)氮和碳的氧化物分別是造成大氣污染、溫室效應的主要物質。請回答下列問題：(1)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反應歷程由兩步基元反應組成，相關信息如下(E為活化能)：第一步：2NO(g)eq\o(→,\s\up7(k1))N2O2(g)E1＝82kJ·mol－1；N2O2(g)eq\o(→,\s\up7(k1′))2NO(g)E1′＝205kJ·mol－1第二步：N2O2(g)＋O2(g)eq\o(→,\s\up7(k2))2NO2(g)E2＝82kJ·mol－1；2NO2(g)eq\o(→,\s\up7(k2′))N2O2(g)＋O2(g)E2′＝72kJ·mol－1則2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝________kJ·mol－1。(2)相關物質的燃燒熱、化學鍵的鍵能如表所示：物質H2COCH4燃燒熱/(kJ·mol－1)－285.8－283.0－890.3化學鍵H—HC==OC≡OH—OC—HN≡NN—HE/(kJ·mol－1)4367451076463413946391①CO2轉化為CH4的反應CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。②CH4轉化為合成氣的反應CH4(g)＋H2O(l)=3H2(g)＋CO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。答案(1)－113(2)①－270②＋250.1解析(1)反應的焓變等于正反應的活化能－逆反應的活化能，則第一步基元反應為①2NO(g)N2O2(g)ΔH1＝82kJ·mol－1－205kJ·mol－1＝－123kJ·mol－1；第二步基元反應為②N2O2(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝82kJ·mol－1－72kJ·mol－1＝＋10kJ·＋10kJ·mol－1＝－113kJ·mol－1。(2)①CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH＝2E(C=O)＋4E(H—H)－4E(C—H)－4E(H—O)＝(2×745＋4×436－4×413－4×463)kJ·mol－1＝－270kJ·mol－1。mol－1；ⅱ.H2(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=H2O(l)ΔH2＝－285.8kJ·mol－1；ⅲ.CO(g)＋eq\f(1,2)O2(g)=CO2(g)ΔH3＝－283.0kJ·mol－1。根據蓋斯定律知ⅰ－3×ⅱ－ⅲ得CH4(g)＋H2O(l)=3H2(g)＋CO(g)ΔH＝ΔH1－3ΔH2－ΔH3＝(－890.3＋3×285.8＋283.0)kJ·mol－1＝＋250.1kJ·mol－1。2．(2021·西安聯考)如圖是發射衛星時用肼(N2H4)作燃料，用NO2作氧化劑(反應生成N2、水蒸氣)和用F2作氧化劑(反應生成N2、HF)的反應原理。通過計算，可知原理Ⅰ和原理Ⅱ氧化氣態肼生成氮氣的熱化學方程式分別為________________、________________，消耗等量的N2H4(g)時釋放能量較多的是原理________(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)。答案N2H4(g)＋NO2(g)=eq\f(3,2)N2(g)＋2H2O(g)ΔH＝－567.85kJ·mol－1N2H4(g)＋2F2(g)=N2(g)＋4HF(g)ΔH＝－1126kJ·mol－1Ⅱ解析根據題給信息可知N2H4(g)＋NO2(g)=eq\f(3,2)N2(g)＋2H2O(g)ΔH，結合蓋斯定律，此反mol－1。同理可得N2H4(g)＋2F2(g)=N2(g)＋4HF(g)ΔH，此反應可由反應②＋2×③－④得出，所以ΔH＝ΔH2＋2ΔH3－ΔH4＝－534kJ·mol－1＋2×(－538kJ·mol－1)－(－484kJ·mol－1)＝－1126kJ·mol－1。由所得兩個熱化學方程式可知，消耗等量N2H4(g)釋放能量較多的是原理Ⅱ。考點二原電池原理及應用1．構建原電池模型2．原電池正、負極的判斷方法說明：根據裝置圖中的電極反應類型判斷電極類型時：①某些特定情況下，電極類型判斷方法與常規方法有差異，要根據題中的物質轉化信息進行判斷；②存在多個反應時，要清楚哪個是電極反應，哪個是電極區反應，然后根據電極反應的類型進行判斷；③對于電極反應為有機反應的，可將復雜有機物中的H、O等元素的化合價看作常規化合價(H為＋1價、O為－2價等)，然后推斷C的化合價及變化情況，進而確定反應類型；④若其中一個電極反應較復雜，不好判斷，則可從另一個電極反應上尋找突破口。(一)辨析“介質”書寫電極反應式1．按要求書寫不同“介質”下甲醇燃料電池的電極反應式。(1)酸性介質，如H2SO4溶液：負極：CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋。正極：eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O。(2)堿性介質，如KOH溶液：負極：CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。正極：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－。(3)熔融鹽介質，如K2CO3：負極：CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2＋2H2O。正極：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=3COeq\o\al(2－,3)。(4)摻雜Y2O3的ZrO3固體作電解質，在高溫下能傳導O2－：負極：CH3OH－6e－＋3O2－=CO2＋2H2O。正極：eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－。堿性介質C→COeq\o\al(2－,3)其余介質C→CO2酸性介質H→H＋其余介質H→H2O(二)明確“充、放電”書寫電極反應式2．鎳鎘(Ni—Cd)可充電電池在現代生活中有廣泛的應用。已知某鎳鎘電池的電解質溶液為KOH溶液，其充、放電按下式進行：Cd＋2NiOOH＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。負極：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2。陽極：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－=2NiOOH＋2H2O。(三)識別“交換膜”提取信息，書寫電極反應式3．如將燃煤產生的二氧化碳回收利用，可達到低碳排放的目的。如下圖是通過人工光合作用，以CO2和H2O為原料制備HCOOH和O2的原理示意圖。負極：2H2O－4e－=O2＋4H＋。正極：2CO2＋4H＋＋4e－=2HCOOH。4．液體燃料電池相比于氣體燃料電池具有體積小等優點。一種以液態肼(N2H4)為燃料的電池裝置如圖所示。負極：N2H4－4e－＋4OH－=N2＋4H2O。正極：O2＋4e－＋2H2O=4OH－。(四)辨析“復雜電極材料”書寫電極反應式5．某電動汽車配載一種可充放電的鋰離子電池，放電時電池總反應為Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋C6(x＜1)。則：負極：________________________________________________________________________。正極：________________________________________________________________________。答案LixC6－xe－=xLi＋＋C6Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2鋰離子電池充放電分析常見的鋰離子電極材料正極材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)LiMPO4(M：Fe等)負極材料：石墨(能吸附鋰原子)負極反應：LixCn－xe－=xLi＋＋Cn正極反應：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－=LiMO2總反應：Li1－xMO2＋LixCneq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Cn＋LiMO21．(2020·全國卷Ⅰ，12)科學家近年發明了一種新型Zn—CO2水介質電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料，放電時，溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等，為解決環境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時，1molCO2轉化為HCOOH，轉移的電子數為2molC．充電時，電池總反應為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時，正極溶液中OH－濃度升高答案D解析由裝置示意圖可知，放電時負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A項正確；放電時CO2轉化為HCOOH，C元素化合價降低2，則1molCO2轉化為HCOOH時，轉移電子數為2mol，B項正確；由裝置示意圖可知充電時正極(陽極)產生O2，負極(陰極)產生Zn，C項正確；充電時正極(陽極)上發生反應2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，OH－濃度降低，D項錯誤。2．(2020·全國卷Ⅲ，12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)—空氣電池如下圖所示，其中在VB2電極發生反應：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O該電池工作時，下列說法錯誤的是()A．負載通過0.04mol電子時，有0.224L(標準狀況)O2參與反應B．正極區溶液的pH降低、負極區溶液的pH升高C．電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極答案B解析根據VB2電極發生的反應VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O，判斷得出VB2電極為負極，復合碳電極為正極，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C正確；負載通過0.04mol電子時，有0.01mol氧氣參與反應，即標準狀況下有0.224L氧氣參與反應，A正確；負極區消耗OH－，溶液的pH降低，正極區生成OH－，溶液的pH升高，B錯誤。3．(2021·山東，10)以KOH溶液為離子導體，分別組成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清潔燃料電池，下列說法正確的是()A．放電過程中，K＋均向負極移動B．放電過程中，KOH物質的量均減小C．消耗等質量燃料，(CH3)2NNH2—O2燃料電池的理論放電量最大D．消耗1molO2時，理論上N2H4—O2燃料電池氣體產物的體積在標準狀況下為11.2L答案C解析放電過程為原電池工作原理，所以鉀離子均向正極移動，A錯誤；堿性環境下，N2H4—O2清潔燃料電池總反應為N2H4＋O2=N2＋2H2O，其總反應中未消耗KOH，所以KOH的物質的量不變，其他兩種燃料電池根據總反應可知，KOH的物質的量均減小，B錯誤；理論放電量與燃料的物質的量和轉移電子數有關，設消耗燃料的質量均為mg，則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量(物質的量表達式)分別是eq\f(mg,32g·mol－1)×6、eq\f(mg,32g·mol－1)×4、eq\f(mg,60g·mol－1)×16，通過比較可知(CH3)2NNH2理論放電量最大，C正確；根據轉移電子數守恒和總反應式可知，消耗1molO2生成的氮氣的物質的量為1mol，在標準狀況下為22.4L，D錯誤。4．(2021·湖南，10)鋅/溴液流電池是一種先進的水溶液電解質電池，廣泛應用于再生能源儲能和智能電網的備用電源等。三單體串聯鋅/溴液流電池工作原理如圖所示：下列說法錯誤的是()A．放電時，N極為正極B．放電時，左側貯液器中ZnBr2的濃度不斷減小C．充電時，M極的電極反應式為Zn2＋＋2e－=ZnD．隔膜允許陽離子通過，也允許陰離子通過答案B解析由題意分析可知，放電時，N極為正極，故A正確；放電或充電時，左側貯液器和右側貯液器中溴化鋅的濃度維持不變，故B錯誤；充電時，M極與直流電源的負極相連，作電解池的陰極，鋅離子在陰極上得到電子發生還原反應生成鋅，電極反應式為Zn2＋＋2e－=Zn，故C正確；放電或充電時，交換膜允許鋅離子和溴離子通過，維持兩側溴化鋅溶液的濃度保持不變，故D正確。5．(2021·浙江6月選考，22)某全固態薄膜鋰離子電池截面結構如圖所示，電極A為非晶硅薄膜，充電時Li＋得電子成為Li嵌入該薄膜材料中；電極B為LiCoO2薄膜；集流體起導電作用。下列說法不正確的是()A．充電時，集流體A與外接電源的負極相連B．放電時，外電路通過amol電子時，LiPON薄膜電解質損失amolLi＋C．放電時，電極B為正極，反應可表示為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2D．電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Si＋LiCoO2答案B解析由圖可知，集流體A與電極A相連，充電時電極A作陰極，故充電時集流體A與外接電源的負極相連，A說法正確；放電時，外電路通過amol電子時，內電路中有amolLi＋通過LiPON薄膜電解質從負極遷移到正極，但是LiPON薄膜電解質沒有損失Li＋，B說法不正確；放電時，電極B為正極，發生還原反應，反應可表示為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，C說法正確；電池放電時，嵌入在非晶硅薄膜中的鋰失去電子轉化為Li＋，正極上Li1－xCoO2得到電子和Li＋轉化為LiCoO2，故電池總反應可表示為LixSi＋Li1－xCoO2eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))Si＋LiCoO2，D說法正確。1．(2021·湖南1月適應性考試，12改編)某單液電池如圖所示，其反應原理為H2＋2AgCl(s)eq\o(,\s\up7(放電),\s\do5(充電))2Ag(s)＋2HCl。下列說法錯誤的是()A．放電時，左邊電極為負極B．放電時，溶液中H＋向右邊電極移動C．充電時，右邊電極上發生的電極反應式：Ag－e－＋Cl－=AgClD．充電時，當左邊電極生成1molH2時，電解質溶液減輕2g答案D解析由圖示分析可知，放電時左邊電極發生氧化反應，為電池的負極，故A正確；由A分析可知，放電時左邊為電池的負極，右邊則為電池的正極，工作時陽離子向正極移動，即氫離子向右邊電極移動，故B正確；充電時右邊電極為陽極，發生氧化反應，即Ag－e－＋Cl－=AgCl，故C正確；由反應2HCl＋2Ageq\o(=,\s\up7(充電))2AgCl＋H2↑可知，充電時，當左邊電極生成1molH2時，電解質溶液會減少2molHCl，則減少的質量為73g，故D錯誤。2．(2021·湖北1月選考模擬，10)研究發現，在酸性乙醇燃料電池中加入硝酸，可使電池持續大電流放電，其工作原理如圖所示：下列說法錯誤的是()A．加入HNO3降低了正極反應的活化能B．電池工作時正極區溶液的pH降低C．1molCH3CH2OH被完全氧化時有3molO2被還原D．負極反應為CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋答案B解析乙醇燃料電池中，通入乙醇的一極為負極，電極反應式為CH3CH2OH＋3H2O－12e－＋12H＋=4NO↑＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，二者加合可得O2＋4e－＋4H＋=2H2O，則HNO3在正極起催化作用，據此分析解答。由分析知，HNO3在正極起催化作用，則加入HNO3降低了正極反應的活化能，故A正確；電池工作時正極區的總反應為O2＋4e－＋4H＋=2H2O，則溶液中氫離子濃度減小，pH增大，故B錯誤；根據得失電子守恒可知，1molCH3CH2OH被完全氧化時，轉移12mol電子，則有3molO2被還原，故C正確；由分析知，負極反應為CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋，故D正確。3．(2021·福建1月適應性考試，8)一種新型鎂硫電池的工作原理如下圖所示。下列說法正確的是()A．使用堿性電解質水溶液B．放電時，正極反應包括3Mg2＋＋MgS8－6e－=4MgS2C．使用的隔膜是陽離子交換膜D．充電時，電子從Mg電極流出答案C解析堿性電解質水溶液中負極生成的Mg2＋會生成Mg(OH)2沉淀，降低電池效率，A錯誤；放電時為原電池，原電池正極發生得電子的還原反應，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－=4MgS2，B錯誤；據圖可知Mg2＋要通過隔膜移向正極參與電極反應，所以使用的隔膜是陽離子交換膜，C正確；放電時Mg電極發生氧化反應，充電時Mg電極得電子發生還原反應，即電子流入Mg電極，D錯誤。4．一種可充放電的鋁離子電池工作原理如圖所示，電解質為AlxCly離子液體，CuS在電池反應后轉化為Cu2S和Al2S3。下列說法正確的是()A．若CuS從電極表面脫落，則電池單位質量釋放電量增加B．該電池放電時，正極反應為6CuS＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=3Cu2S＋Al2S3＋14AlCleq\o\al(－,4)C．為提高電池效率，可以向CuS@C電極附近加入適量Al2S3水溶液D．充電時電池陰極的反應為Al＋7AlCleq\o\al(－,4)－3e－=4Al2Cleq\o\al(－,7)答案B解析放電時硫化銅在正極發生的反應為6CuS＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=3Cu2S＋Al2S3＋14AlCleq\o\al(－,4)，反應后轉化為Cu2S、Al2S3和AlCleq\o\al(－,4)，化合價改變的只有Cu，故硫化銅從電極表面脫落，則電池單位質量釋放電量減少，A項錯誤、B項正確；根據題目分析可知應加入Al2Cleq\o\al(－,7)提高電池效率，C項錯誤；充電時，陰極電極反應式為4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，D項錯誤。考點三電解原理及金屬防護1．構建電解池模型2．電解池陰、陽極的判斷方法3．電解計算破題“3方法”4．金屬的腐蝕與電化學防護(一)基本電極反應式的書寫1．按要求書寫電極反應式(1)用惰性電極電解NaCl溶液：陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑。陰極：2H＋＋2e－=H2↑。(2)用惰性電極電解CuSO4溶液：陽極：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋)。陰極：2Cu2＋＋4e－=2Cu。(3)鐵作陽極、石墨作陰極電解NaOH溶液：陽極：Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2。陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(4)用惰性電極電解熔融MgCl2：陽極：2Cl－－2e－=Cl2↑。陰極：Mg2＋＋2e－=Mg。(二)提取“信息”書寫電極反應式2．按要求書寫電極反應式(1)以鋁材為陽極，在H2SO4溶液中電解，鋁材表面形成氧化膜，陽極反應式為2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋。(2)用Al單質作陽極，石墨作陰極，NaHCO3溶液作電解液進行電解，生成難溶物R，R受熱分解生成化合物Q，寫出陽極生成R的電極反應式：Al＋3HCOeq\o\al(－,3)－3e－=Al(OH)3＋3CO2↑。(3)離子液體是一種室溫熔融鹽，為非水體系。由有機陽離子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)組成的離子液體作電解液時，可在鋼制品上電鍍鋁。已知電鍍過程中不產生其他離子且有機陽離子不參與電極反應，則電極反應式為陽極：Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)。陰極：4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)。(4)用惰性電極電解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，則電極反應式為陽極：2MnOeq\o\al(2－,4)－2e－=2MnOeq\o\al(－,4)。陰極：2H＋＋2e－=H2↑。(5)將一定濃度的磷酸二氫銨(NH4H2PO4)、氯化鋰混合液作為電解液，以鐵棒作陽極，石墨為陰極，電解析出LiFePO4沉淀，則陽極反應式為Fe＋H2POeq\o\al(－,4)＋Li＋－2e－=LiFePO4＋2H＋。(三)根據“交換膜”利用“信息”書寫電極反應式3．按要求書寫電極反應式(1)電解裝置如圖，電解槽內裝有KI及淀粉溶液，中間用陰離子交換膜隔開。在一定的電壓下通電，發現左側溶液變藍色，一段時間后，藍色逐漸變淺。已知：3I2＋6OH－=IOeq\o\al(－,3)＋5I－＋3H2O陽極：2I－－2e－=I2。陰極：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(2)可用氨水作為吸收液吸收工業廢氣中的SO2，當吸收液失去吸收能力時，可通過電解法使吸收液再生而循環利用(電極均為石墨電極)，并生成化工原料硫酸。其工作示意圖如下：陽極：HSOeq\o\al(－,3)－2e－＋H2O=3H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。陰極：2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－)。1．(2021·全國甲卷，13)乙醛酸是一種重要的化工中間體，可采用如圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H＋和OH－，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是()A．KBr在上述電化學合成過程中只起電解質的作用B．陽極上的反應式為：＋2H＋＋2e－→＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理論上外電路中遷移了1mol電子D．雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移答案D解析KBr在上述電化學合成過程中除作電解質外，同時還是電解過程中陽極的反應物，生成的Br2為乙二醛制備乙醛酸的中間產物，故A錯誤；陽極上Br－失去電子生成Br2，Br2將乙二醛氧化為乙醛酸，故B錯誤；電解過程中陰、陽極均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸轉移的電子為2mol,1mol乙二醛生成1mol乙醛酸轉移電子為2mol，根據轉移電子守恒可知制得2mol乙醛酸時，理論上外電路中遷移了2mol電子，故C錯誤；由上述分析可知，雙極膜中間層的H＋在外電場作用下移向陰極，即H＋移向鉛電極，故D正確。2．(2021·全國乙卷，12)沿海電廠采用海水為冷卻水，但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題，通常在管道口設置一對惰性電極(如圖所示)，通入一定的電流。下列敘述錯誤的是()A．陽極發生將海水中的Cl－氧化生成Cl2的反應B．管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC．陰極生成的H2應及時通風稀釋安全地排入大氣D．陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理答案D解析根據題干信息分析可知，陽極區海水中的Cl－會優先失去電子生成Cl2，發生氧化反應，A正確；設置的裝置為電解池，根據分析知，陽極區生成的Cl2與陰極區生成的OH－在管道中會發生反應生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有強氧化性，可氧化滅殺附著的生物，B正確；因為H2是易燃性氣體，所以陰極區生成的H2需及時通風稀釋，安全地排入大氣，以排除安全隱患，C正確；陰極的電極反應式為2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，會使海水中的Mg2＋沉淀積垢，所以陰極表面會形成Mg(OH)2等積垢，需要定期清理，D錯誤。3．(2021·廣東，16)鈷(Co)的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。如圖為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意圖。下列說法正確的是()A．工作時，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液質量理論上減少16gC．移除兩交換膜后，石墨電極上發生的反應不變D．電解總反應：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Co＋O2↑＋4H＋答案D解析由裝置圖可知，水放電生成的氫離子通過陽離子交換膜由Ⅰ室向Ⅱ室移動，使Ⅱ室中氫離子濃度增大，溶液pH減小，故A錯誤；陰極生成1mol鈷，陽極有1mol水放電，則Ⅰ室溶液質量減少18g，故B錯誤；若移除離子交換膜，氯離子的放電能力強于水，氯離子會在陽極失去電子發生氧化反應生成氯氣，則移除離子交換膜，石墨電極的電極反應會發生變化，故C錯誤；電解的總反應的離子方程式為2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Co＋O2↑＋4H＋，故D正確。4．[2021·湖南，16Ⅱ(4)(5)]氨氣中氫含量高，是一種優良的小分子儲氫載體，且安全、易儲運，可通過下面兩種方法由氨氣得到氫氣。方法Ⅱ.氨電解法制氫氣利用電解原理，將氨轉化為高純氫氣，其裝置如圖所示。(4)電解過程中OH－的移動方向為____________(填“從左往右”或“從右往左”)。(5)陽極的電極反應式為_______________________________________________。答案(4)從右往左(5)2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O解析(4)由圖可知，通NH3的一極氮元素化合價升高，發生氧化反應，為電解池的陽極，則另一電極為陰極，電解過程中OH－移向陽極，則從右往左移動。(5)陽極NH3失電子發生氧化反應生成N2，結合堿性條件，電極反應式為2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O。 5．[2021·山東，17(4)]利用膜電解技術(裝置如圖所示)，以Na2CrO4為主要原料制備Na2Cr2O7的總反應方程式為：4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。則Na2Cr2O7在______(填“陰”或“陽”)極室制得，電解時通過膜的離子主要為______________。答案陽CrOeq\o\al(2－,4)解析由4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(電解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，電解過程中實質是電解水，陽極上OH－失去電子生成H2O和O2，陰極上H＋得到電子生成H2，由2CrOeq\o\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq\o\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq\o\al(2－,7)在c(OH－)減小的電極室中制得，即Na2Cr2O7在陽極室產生；電解過程中，陽極室中c(OH－)減小，CrOeq\o\al(2－,4)水解平衡正向移動，c(CrOeq\o\al(2－,4))減小，c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))增大，為提高制備Na2Cr2O7的效率，CrOeq\o\al(2－,4)通過離子交換膜移向陽極。1．(2021·遼寧1月適應性測試，9)在N-羥基鄰苯二甲酰亞胺(NHPI)介質中，可實現醇向醛的轉化，原理如圖。下列說法錯誤的是()A．理論上NHPI的總量在反應前后不變B．海綿Ni電極作陽極C．總反應為eq\o(→,\s\up7(電解))＋H2↑D．每消耗1mmol苯甲醇，產生22.4mL氫氣答案D解析由裝置分析可知，該裝置為電解池，Ni2＋在海綿Ni電極失去電子生成Ni3＋，發生氧化反應，則海綿Ni為陽極，電極反應式為：Ni2＋－e－=Ni3＋，陽極區同時還發生反應：Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO，H＋在石墨電極得到電子生成H2，發生還原反應，則石墨為陰極，電極反應式為：2H＋＋2e－=H2↑，陰極區同時還發生反應：＋PINO→＋NHPI，據此解答。根據上述分析可知，NHPI在陽極區參與反應，又在陰極區生成，因此理論上NHPI的總量在反應前后不發生改變，A正確；Ni2＋在海綿Ni電極失去電子生成Ni3＋，發生氧化反應，則海綿Ni為陽極，B正確；由分析可知總反應為eq\o(→,\s\up7(電解))＋H2↑，C正確；未指明標準狀況，不能用Vm＝22.4L·mol－1進行計算，D錯誤。2．(2021·江蘇1月適應性考試，9)利用電解法將CO2轉化為CH4的原理如圖所示。下列說法正確的是()A．電解過程中，H＋由a極區向b極區遷移B．電極b上電極反應為CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)－8e－=CH4＋COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．電解過程中化學能轉化為電能D．電解時Na2SO4溶液濃度保持不變答案A解析由a極生成O2可以判斷出a極為陽極，b極為陰極，陽離子向陰極移動，則H＋由a極區向b極區遷移，故A正確；電極b上的電極反應應為CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2O，故B錯誤；由題可知此電池為電解池，所以電解過程中是電能轉化為化學能，故C錯誤；電解時OH－比SOeq\o\al(2－,4)更容易失去電子，所以電解Na2SO4溶液的實質是電解水，溶液中的水被消耗，所以Na2SO4溶液的濃度是增大的，故D錯誤。3．(2021·廣東1月適應性測試，13)環氧乙烷(C2H4O)常用于醫用消毒，一種制備方法為：使用惰性電極電解KCl溶液，用Cl－交換膜將電解液分為陰極區和陽極區，其中一區持續通入乙烯；電解結束，移出交換膜，兩區混合反應：HOCH2CH2Cl＋OH－=Cl－＋H2O＋C2H4O。下列說法錯誤的是()A．乙烯應通入陰極區B．移出交換膜前存在反應C