山东专用2020届高考化学二轮复习专题六化学反应与能量课件 107页

专题六 化学反应与能量 考点一　化学能与热能 1.(2019课标Ⅰ,28节选)水煤气变换[CO(g)+H 2 O(g)   CO 2 (g)+H 2 (g)]是重要 的化工过程,主要用于合成氨、制氢以及合成气加工等工业领域中。回答下 列问题: (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 　　　　     　　　　　　　　　　　　     。 答案 　(3)小于　2.02　COOH * +H * +H 2 O *   COOH * +2H * +OH * (或H 2 O *   H * +OH * ) 解析 　观察计算机模拟结果,据Δ H =生成物总能量-反应物总能量,可知Δ H = -0.72-0<0;该历程中最大能垒(活化能) E 正 =1.86 eV-(-0.16 eV)=2.02 eV,该步骤 的化学方程式为COOH * +H * +H 2 O *   COOH * +2H * +OH * 或H 2 O *   H * +OH * 。 2.(2019课标Ⅲ,28节选)(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行: CuCl 2 (s)   CuCl(s)+   Cl 2 (g)    Δ H 1 =83 kJ·mol -1 CuCl(s)+   O 2 (g)   CuO(s)+   Cl 2 (g) Δ H 2 =-20 kJ·mol -1 CuO(s)+2HCl(g)   CuCl 2 (s)+H 2 O(g) Δ H 3 =-121 kJ·mol -1 则4HCl(g)+O 2 (g)   2Cl 2 (g)+2H 2 O(g)的Δ H = 　　　     kJ·mol -1 。 答案 　-116 解析 　将题给反应过程依次记为①、②、③,则根据盖斯定律,由③ × 2+② × 2 +① × 2可得到4HCl(g)+O 2 (g)   2Cl 2 (g)+2H 2 O(g)    Δ H =2Δ H 3 +2Δ H 2 +2Δ H 1 = -116 kJ·mol -1 。 3.(2018课标Ⅲ,28节选)(2)SiHCl 3 在催化剂作用下发生反应: 2SiHCl 3 (g)   SiH 2 Cl 2 (g)+SiCl 4 (g)    Δ H 1 =48 kJ·mol -1 3SiH 2 Cl 2 (g)   SiH 4 (g)+2SiHCl 3 (g)    Δ H 2 =-30 kJ·mol -1 则反应4SiHCl 3 (g)   SiH 4 (g)+3SiCl 4 (g)的Δ H 为 　　　     kJ·mol -1 。 答案 　(2)114 解析 　(2)由盖斯定律可知Δ H =3Δ H 1 +Δ H 2 =3 × 48 kJ·mol -1 -30 kJ·mol -1 =114 kJ·mol -1 。 4.(2017课标Ⅰ,28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(Ⅰ)和系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式分别为 　　　　　     　　　　　　　　　     、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　     ,制得 等量H 2 所需能量较少的是 　　　　     。 答案 　H 2 O(l)   H 2 (g)+   O 2 (g)    Δ H =286 kJ·mol -1 　H 2 S(g)   H 2 (g)+S(s)     Δ H =20 kJ·mol -1 　系统(Ⅱ) 解析 　将系统(Ⅰ)、(Ⅱ)中的三个热化学方程式均直接相加即可得到答案。 5. (201 3 山东理综, 12 , 4 分)对于反应CO(g)+H 2 O(g)   CO 2 (g)+H 2 (g)    Δ H <0,在其他条件不变的情况下   ( B ) A.加入催化剂,改变了反应的途径,反应的Δ H 也随之改变 B.改变压强,平衡不发生移动,反应放出的热量不变 C.升高温度,反应速率加快,反应放出的热量不变 D.若在原电池中进行,反应放出的热量不变 答案     B    Δ H 的大小取决于反应的始态和终态,与反应途径无关,A项错误;升 高温度,平衡逆向移动,反应放出的热量减少,C项错误;若反应在原电池中进 行,化学能会转化为电能,D项错误。 一、反应热及其表示方法 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,如下图所示:   a 表示旧化学键断裂吸收的能量; b 表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,反应热是反应物自身的能量与生成物能量的差值,在上 图中: a 表示正反应的活化能; b 表示逆反应的活化能; c 表示反应热。 2.计算反应热的三种方法 (1)Δ H =生成物的总能量-反应物的总能量 (2)Δ H =正反应的活化能-逆反应的活化能 (3)Δ H =反应物的总键能-生成物的总键能 3.反应热的表示方法——热化学方程式 热化学方程式的书写及正误判断的思维模式 (1)书写一般分三步。   (2)正误判断要做到“五审”。 特别提醒 　对于具有同素异形体的物质,除了要注明聚集状态外,还要注明物 质的名称。 如:①S(单斜,s)+O 2 (g)   SO 2 (g)    Δ H 1 =-297.16 kJ·mol -1 ②S(正交,s)+O 2 (g)   SO 2 (g)    Δ H 2 =-296.83 kJ·mol -1 二、盖斯定律及其应用 1.定律内容 一定条件下,一个反应不管是一步完成,还是分几步完成,其反应热相同,即化 学反应的反应热与反应途径无关,只与反应体系的始态和终态有关。 2.常用关系式 热化学方程式 焓变之间的关系 a A   B    Δ H 1 A     B    Δ H 2 Δ H 2 =   Δ H 1 或Δ H 1 = a Δ H 2 a A   B    Δ H 1 B   a A    Δ H 2 Δ H 1 =-Δ H 2   Δ H =Δ H 1 +Δ H 2 考向一　化学反应中的能量变化与图像分析 1.(2019山东烟台期末)“钙基固硫”是将煤中的硫元素以CaSO 4 的形式固定 脱硫,而煤炭燃烧过程中产生的CO又会发生反应Ⅰ和反应Ⅱ,导致脱硫效率 降低。某温度下,反应Ⅰ的速率( v 1 )大于反应Ⅱ的速率( v 2 ),则下列反应过程能 量变化示意图正确的是   ( ) 反应Ⅰ:CaSO 4 (s)+CO(g)   CaO(s)+SO 2 (g)+CO 2 (g)    Δ H 1 =+218.4 kJ·mol -1 反应Ⅱ:CaSO 4 (s)+4CO(g)   CaS(s)+4CO 2 (g) Δ H 2 =-175.6 kJ·mol -1 答案     A　反应Ⅰ为吸热反应,说明反应Ⅰ生成物的总能量比反应物的总能 量高,B、C项错误;反应Ⅰ的速率( v 1 )大于反应Ⅱ的速率( v 2 ),则说明反应Ⅰ的 活化能较小,反应Ⅱ的活化能较大,D项错误、A项正确。 2.(2019山东德州期末)已知2SO 2 (g)+O 2 (g)   2SO 3 (g)    Δ H =-198 kJ/mol,在 V 2 O 5 存在时反应过程中的能量变化如图所示。下列叙述正确的是   (　　)   A.Δ H = E 4 - E 3 + E 2 - E 1 B.加入V 2 O 5 后反应经过两步完成,其中第一步决定反应速率 C.加入V 2 O 5 ,Δ H 不变,但反应速率改变 D.向密闭容器中充入2 mol SO 2 和1 mol O 2 ,发生上述反应达平衡时,反应放热 198 kJ 答案     C　根据图示可知:反应的焓变为吸收能量与放出能量的差值,Δ H = E 1 - E 2 + E 3 - E 4 ,A项错误;多步反应的反应速率由慢反应决定,由题图可知,加入V 2 O 5 后第二步反应发生需要的能量高,反应速率慢,所以反应速率由第二步反应决 定,B项错误;催化剂不能改变反应物、生成物的总能量,所以Δ H 不变,但催化 剂能改变反应途径,所以使用催化剂后反应速率改变,C项正确;该反应是可逆 反应,反应物不能完全转化为生成物,所以向密闭容器中充入2 mol SO 2 和1 mol O 2 ,发生题述反应达平衡时,反应放出的热量小于198 kJ,D项错误。 考向二　热化学方程式的书写与盖斯定律 3.(2019山东济南莱芜期末)向足量H 2 SO 4 溶液中加入100 mL 0.4 mol·L -1 Ba(OH) 2 溶液,放出的热量是5.12 kJ。如果向足量Ba(OH) 2 溶液中加入100 mL 0.4 mol·L -1 HCl溶液时,放出的热量为2.2 kJ,则Na 2 SO 4 溶液与BaCl 2 溶液反应的热化学方程 式为   ( D ) A.Ba 2+ (aq)+S   (aq)   BaSO 4 (s)    Δ H =-2.92 kJ·mol -1 B.Ba 2+ (aq)+S   (aq)   BaSO 4 (s)    Δ H =-0.72 kJ·mol -1 C.Ba 2+ (aq)+S   (aq)   BaSO 4 (s)    Δ H =-73 kJ·mol -1 D.Ba 2+ (aq)+S   (aq)   BaSO 4 (s)    Δ H =-18 kJ·mol -1 答案     D    题中两反应的热化学方程式分别为2H + (aq)+2OH - (aq)+Ba 2+ (aq)+ S   (aq)   BaSO 4 (s)+2H 2 O(l)    Δ H =-128 kJ·mol -1 ①,H + (aq)+OH - (aq)   H 2 O(l)    Δ H =-55 kJ·mol -1 ②,①-2 × ②即可得答案。 4.(2019山东临沂一模)Li/Li 2 O体系的能量循环图如图所示。下列说法正确的 是   (　　)   A.Δ H 3 <0 B.Δ H 3 +Δ H 4 +Δ H 5 =Δ H 6 C.Δ H 6 >Δ H 5 D.Δ H l +Δ H 2 +Δ H 3 +Δ H 4 +Δ H 5 +Δ H 6 =0 答案     C　由O 2 的气态分子变为气态原子,需要断裂分子中的化学键,因此要 吸收能量,Δ H 3 >0,A项错误;根据盖斯定律可知,化学反应的反应热只与物质的 始态与终态有关,与反应途径无关,根据能量循环图可知Δ H 1 +Δ H 2 +Δ H 3 +Δ H 4 + Δ H 5 =Δ H 6 ,B项错误;根据能量循环图可知Δ H 1 +Δ H 2 +Δ H 3 +Δ H 4 +Δ H 5 =Δ H 6 ,Δ H 1 > 0,Δ H 2 >0,Δ H 3 >0,Δ H 4 >0,所以Δ H 6 >Δ H 5 ,C项正确;根据选项B分析可知Δ H 1 +Δ H 2 + Δ H 3 +Δ H 4 +Δ H 5 -Δ H 6 =0,D项错误。 5.(2019湖南衡阳第二次联考)汽车尾气排放的CO、NO x 等气体是大气污染的 主要来源,NO x 也是雾霾天气的主要成因之一。 科学家研究利用催化技术将尾气中有害的NO和CO转变成无毒的气体,其热 化学方程式为2CO(g)+2NO(g)   2CO 2 (g)+N 2 (g)    Δ H 1 =-746.5 kJ·mol -1 。 已知:2C(s)+O 2 (g)   2CO(g)    Δ H 2 =-221.0 kJ·mol -1 ; CO 2 (g)   C(s)+O 2 (g)    Δ H 3 =+393.5 kJ·mol -1 。 (1)C(s)的燃烧热为 　　　　　　　     。 (2)NO(g)分解成两种气体单质的热化学方程式为          。 答案 　(1)393.5 kJ·mol -1 (2)2NO(g)   O 2 (g)+N 2 (g)    Δ H =-180.5 kJ·mol -1 解析 　(1)根据CO 2 (g)   C(s)+O 2 (g)    Δ H 3 =+393.5 kJ·mol -1 ,可知C(s)+O 2 (g)   CO 2 (g)    Δ H =-393.5 kJ·mol -1 ,所以C(s)的燃烧热为393.5 kJ·mol -1 。 (2)将已知热化学方程式由上到下依次编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,根据盖斯定律Ⅰ+ Ⅱ+Ⅲ × 2得 2NO(g)   O 2 (g)+N 2 (g)    Δ H =-180.5 kJ·mol -1 。 考点二　原电池原理　金属的电化学腐蚀与防护 1.(2019课标Ⅰ,12,6分)利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成,电池工 作时MV 2+ /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 D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动 答案     B　A项,现有工业合成氨的反应条件是高温、高压、催化剂,则题述 方法合成氨条件更为温和,同时可将化学能转化为电能,正确;B项,阴(正)极 区,在固氮酶催化作用下发生反应N 2 +6H + +6MV +   2NH 3 +6MV 2+ ,错误;C项, 由B项分析可知正极区N 2 被还原为NH 3 ,正确;D项,原电池工作时,质子(H + )通 过交换膜由负极区向正极区移动,正确。 2.(2019课标Ⅲ,13,6分)为提升电池循环效率和稳定性,科学家近期利用三维 多孔海绵状Zn(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的 3D-Zn—NiOOH二次电池,结构如下图所示。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   ( D ) 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)+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 答案     D    A项,依题干信息可知正确;B项,充电时阳极发生氧化反应,正确;C项,放电时Zn作负极失去电子,发生氧化反应,正确;D项,放电时,OH - 由正极区向负极区迁移。 3.(2018课标Ⅲ,11,6分)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 D.充电时,电池总反应为Li 2 O 2- x   2Li+(1-   )O 2 ↑ 答案     D　本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和 可充电电池装置图判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错 误;B项,在原电池中,外电路电子由负极流向正极,即放电时,外电路电子由锂 电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶液中的阳离子向阴极 区迁移,即Li + 向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li + 在阴极区得到电子生成Li, 阳极区生成O 2 ,即电池总反应为Li 2 O 2- x   2Li+(1-   )O 2 ↑,正确。 4. (201 2 山东理综, 13 , 4 分)下列与金属腐蚀有关的说法正确的是( B ) A.图a中,插入海水中的铁棒,越靠近底端腐蚀越严重 B.图b中,开关由M改置于N时,Cu-Zn合金的腐蚀速率减小 C.图c中,接通开关时Zn腐蚀速率增大,Zn上放出气体的速率也增大 D.图d中,Zn-MnO 2 干电池自放电腐蚀主要是由MnO 2 的氧化作用引起的 答案     B　A项,因液面处氧气的浓度大且与海水接触,故在液面处铁棒腐蚀 最严重;C项,接通开关后形成原电池,Zn的腐蚀速率增大,H + 在Pt电极上放电 产生H 2 ;D项,干电池自放电腐蚀是NH 4 Cl水解产生的H + 的氧化作用引起的。 1.原电池 (1)图解原电池工作原理 (2)单液电池和双液电池的区别与联系 装置1为单液电池,装置2为双液电池。   比较内容 单液原电池 双液原电池 相同点 正负极、电极反应、电池反应和电极现象 不同点 无盐桥 有盐桥 反应:两极反应在相同区域 反应:两极反应在不同区域 特别提醒 　①无论装置1还是装置2,电子均不能通过电解质溶液。 ②装置2能避免Zn与Cu 2+ 直接发生反应,防止化学能转化为热能,故装置2比装 置1能量转化率高。 ③装置2中盐桥的作用:a.将正、负极反应物隔开,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。 (3)原电池正极和负极的5种判定方法   (4)微粒流向 ①电子流向:负极→正极(与电流的方向正好相反),电子沿导线传递但不能通 过电解质溶液。 ②离子流向:阳离子移向正极,阴离子移向负极。 2.金属的电化学腐蚀与防护 (1)钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜呈弱酸性或中性 水膜酸性较强 负极反应 2Fe-4e -   2Fe 2+ Fe-2e -   Fe 2+ 正极反应 O 2 +2H 2 O+4e -   4OH - 2H + +2e -   H 2 ↑ 总反应 2Fe+O 2 +2H 2 O   2Fe(OH) 2 Fe+2H +   Fe 2+ +H 2 ↑ ②覆盖保护层。 ③使用电化学保护法   (2)金属的防护 ①改变金属的内部结构,增强抗腐蚀能力。 考向一　常考常新的一次电池 1.(2019四川高中教考联盟二诊)一种测定O 2 含量的气体传感器如图所示。传 感器工作时,仅Ag + 能在α-AgI晶体里迁移,O 2 透过聚四氟乙烯进入传感器,AgI 的物质的量增加。下列有关说法不正确的是   (　　)   A.正极反应为I 2 +2Ag + +2e -   2AgI B.负极反应为Ag+I - -e -   AgI C.电位计读数越大,O 2 含量越高 D.部分AlI 3 固体变为Al 2 O 3 固体 答案     B　仅Ag + 能在α-AgI晶体里迁移,O 2 透过聚四氟乙烯进入传感器,AgI 的物质的量增加,则AlI 3 固体减少(发生了反应4AlI 3 +3O 2   6I 2 +2Al 2 O 3 ),故负 极反应为Ag-e -   Ag + ,正极反应为I 2 +2Ag + +2e -   2AgI,故B选项不正 确,A、D选项正确;O 2 浓度越大,生成的I 2 越多,穿过电位计的电子越多,故C选 项正确。 2.(2019山东济南一模)下图为利用电化学方法处理有机废水的原理示意图。 下列说法正确的是   ( D ) A.a、b极不能使用同种电极材料 B.工作时,a极的电势低于b极的电势 C.工作一段时间之后,a极区溶液的pH增大 D.b极的电极反应式为:CH 3 COO - +4H 2 O-8e -   2HC   +9H + 答案     D　电极a、b上发生的反应不同,因而两极间形成电势差,故电极材料 可同可异,A项错误;工作时,电极b上CH 3 COO - →HC   ,碳元素从平均0价升至 +4价,电极b是原电池的负极,则电极a是原电池的正极,a极的电势高于b极的 电势,B项错误;电极a(正极)的电极反应为       +Cl - ,正极每得到2 mol 电子时,为使溶液呈电中性,必有 2 mol H + 通过质子交换膜进入a极溶液,同时电极反应消耗1 mol H + ,故工作一 段时间之后,a极区溶液中H + 浓度增大,pH减小,C项错误。 方法归纳 　信息型原电池的电极反应式的书写步骤 (1)找位置,写式子:负极上应符合“还原剂- n e -   氧化产物”的形式;正极 上应符合“氧化剂+ n e -   还原产物”形式。 (2)查电荷,添离子:检查(1)中得到的式子电荷是否守恒,若不守恒,可添加必要 的离子,如H + 或OH - 。 (3)查原子,添物质:检查原子是否守恒,若不守恒且反应是在溶液中进行的话, 可添加水。 考向二　“久考不衰”的二次电池 3.(2019天津理综,6,6分)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下。图中贮液器可储存电解质溶液,提高电池的容 量。下列叙述 不正确 的是   (　　)   A.放电时,a电极反应为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 答案     D　由工作原理示意图中Zn 2+ 迁移的方向可判断放电时a为正极,b为负 极。放电时,a极得到电子,发生还原反应,使溶液中离子数目增大,A、B项正 确;充电时,a极接外接电源的正极,D项错误;充电时,b极为阴极,电极反应式为 Zn 2+ +2e -   Zn,每增重0.65 g,转移0.02 mol电子,a极为阳极,电极反应式为2I - +Br - -2e -   I 2 Br - ,转移0.02 mol电子,有0.02 mol I - 被氧化,C项正确。 4.(2019河北石家庄二模)如图是新型镁—锂双离子二次电池。下列关于该电 池的说法不正确的是   (　　)   A.放电时,Li + 由左向右移动 B.放电时,正极的电极反应式为Li 1- x FePO 4 + x Li + + x e -   LiFePO 4 C.充电时,外加电源的正极与Y相连 D.充电时,导线上每通过1 mol e - ,左室溶液质量减轻12 g 答案     D　放电时,左边镁电极为负极,右边电极为正极,阳离子移向正极,所 以Li + 由左向右移动,故A正确;放电时,右边为正极,得电子发生还原反应,电极 反应式为Li 1- x FePO 4 + x Li + + x e -   LiFePO 4 ,故B正确;充电时,外加电源的正极 与原电池正极相连,故C正确;充电时,左室得电子发生还原反应,电极反应式 为Mg 2+ +2e -   Mg,导线上每通过1 mol e - ,右侧将有1 mol Li + 移向左室,所以 左室溶液质量减轻12 g-7 g=5 g,故D错误。 规律总结 　二次电池充、放电的电极判断 二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电 时的负极为充电时的阴极。如下图所示:   考向三　金属的腐蚀与防护 5.(2019江苏单科,10,2分)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 答案     C　铁作负极,Fe-2e -   Fe 2+ ,A不正确;电化学腐蚀过程中化学能不可 能全部转化为电能,还有部分转化为热能,B不正确;活性炭的存在构成了原电 池,加快了负极铁的腐蚀,C正确;以水代替NaCl溶液,铁仍然能发生吸氧腐蚀, 只是吸氧腐蚀的速率会减慢,D不正确。 6.(2019上海单科,17,2分)关于下列装置,叙述错误的是   ( A )   A.石墨电极反应O 2 +4H + +4e -   2H 2 O B.鼓入少量空气,会加快Fe的腐蚀 C.加入少量NaCl,会加快Fe的腐蚀 D.加入HCl,石墨电极反应式:2H + +2e -   H 2 ↑ 答案     A　A项,该原电池装置的电解质溶液是接近中性的自来水,石墨电极 反应式为O 2 +2H 2 O+4e -   4OH - ,故错误;B项,鼓入空气,水中O 2 浓度增大,O 2 得电子机会增大,会加快Fe的腐蚀,故正确;C项,加入少量NaCl,增加电解质溶 液的导电性,会加快Fe的腐蚀,故正确;D项,加入HCl后,电解质溶液中存在大 量H + ,石墨电极反应式为2H + +2e -   H 2 ↑,故正确。 考点三　电解原理及其应用 1.(2019课标Ⅱ,27节选)(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 　　　　　　     　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     。 答案 　(4)Fe电极   　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 解析 　根据反应历程可知,铁电极溶解生成了Fe 2+ ,故应让Fe电极作电解池的 阳极;由反应历程可知,反应物为Fe与环戊二烯,生成物为二茂铁和H 2 ,再根据 原子守恒写出总反应式;根据反应历程中有Na生成,水会与Na反应,从而中止 反应,且电解过程中水会在阴极生成OH - ,进一步与Fe 2+ 反应生成Fe(OH) 2 。 2.(2019课标Ⅲ,28节选)(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)。 答案 　(4)Fe 3+ +e -   Fe 2+ ,4Fe 2+ +O 2 +4H +   4Fe 3+ +2H 2 O　5.6 解析 　负极区发生的是得电子的还原反应,故负极区的反应有Fe 3+ +e -   Fe 2+ 、4Fe 2+ +O 2 +4H +   4Fe 3+ +2H 2 O;根据得失电子守恒得出关系式: Fe 3+ ~e - ~Fe 2+ ~   O 2 　1 mol　0.25 mol n (O 2 )=0.25 mol,标准状况下体积为5.6 L。 3.(2018课标Ⅰ,13,6分)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。示意图如下图所示,其中电极分别为 ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯,石墨烯电极区发生反应为: ①EDTA-Fe 2+ -e -   EDTA-Fe 3+ ②2EDTA-Fe 3+ +H 2 S   2H + +S+2EDTA-Fe 2+ 该装置工作时,下列叙述错误的是   ( C ) 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 答案     C　本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应①可知该极发 生氧化反应,为阳极,则ZnO@石墨烯为阴极。阴极的电极反应为:CO 2 +2H + + 2e -   CO+H 2 O,A正确;装置工作时涉及三个反应,Fe 2+ 与Fe 3+ 的转化循环进行, 总反应为CO 2 与H 2 S之间的反应,根据得失电子守恒可知总反应为:CO 2 +H 2 S   CO+H 2 O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO@石墨烯与电源负极相 连,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C错误;Fe 2+ 、Fe 3+ 均在酸性环境 中稳定存在,D正确。 4. (201 1 山东理综, 15 , 4 分)以KCl和ZnCl 2 混合液为电镀液在铁制品上镀锌,下列说法正确的是( C ) A.未通电前上述镀锌装置可构成原电池,电镀过程是该原电池的充电过程 B.因部分电能转化为热能,电镀时通过的电量与锌的析出量无确定关系 C.电镀时保持电流恒定,升高温度不改变电解反应速率 D.镀锌层破损后即对铁制品失去保护作用 答案     C　A项,该装置中没有自发的氧化还原反应发生,不能构成原电池;B 项,通过的电量与锌的析出量有确定的关系;C项,电流恒定,单位时间内提供 给阴极的电量就一定,析出的锌的量也一定;D项,镀锌层破损后形成的Zn-Fe 原电池起到牺牲阳极保护阴极的作用。 1.图解电解池工作原理(阳极为惰性电极)   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 - >含氧酸根 离子>F - 。 (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+ >Sn 2+ >Fe 2+ >Zn 2+ >Al 3+ >Mg 2+ >Na + >Ca 2+ >K + 。 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 放氧生酸型 CuSO 4 或AgNO 3 CuO或Ag 2 O 特别提醒 　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形成的化合物,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。 考向一　电解原理及规律的应用 1.(2019山东德州模拟)高氯酸在化工生产中有广泛应用,工业上以NaClO 4 为 原料制备高氯酸的原理如图所示。下列说法正确的是   (　　) A.上述装置中,f极为光伏电池的正极 B.阴极的电极反应为2H 2 O-4e -   4H + +O 2 ↑ C.d处得到较浓的NaOH溶液,c处得到HClO 4 D.若转移2 mol电子,理论上生成100.5 g HClO 4 答案     C　电解池中阳离子向阴极移动,即连接f一极的为阴极,f为电源的负 极,故A错误;阴极上阳离子得到电子发生还原反应,故B错误;阳极的电极反应 为2H 2 O-4e -   4H + +O 2 ↑,阴极的电极反应为4H 2 O+4e -   4OH - +2H 2 ↑,电池 放电过程是电解水的过程,即在阳极水失去电子,所以在阳极得到高氯酸的浓 溶液,在阴极得到浓的NaOH溶液,故C正确;根据阳极电极反应式可知,转移 2 mol电子时,生成2 mol HClO 4 ,理论上生成201 g HClO 4 ,故D错误。 2.(2019广东深圳4月第二次调研)电解法处理CO 2 和SO 2 混合污染气的原理如 图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐,通电一段时间后,Ni电极表面形成掺 杂硫的碳积层。下列说法错误的是   (　　)   A.Ni电极表面发生了还原反应 B.阳极的电极反应为:2O 2- -4e -   O 2 ↑ C.电解质中发生的离子反应有:2SO 2 +4O 2-   2S   D.该过程实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环 答案     C　由题图可知,Ni电极表面发生了S   转化为S,C   转化为C的反应, 为还原反应,SnO 2 电极上发生了2O 2- -4e -   O 2 ↑,为氧化反应,所以Ni电极为 阴极,SnO 2 电极为阳极,据此可知A、B正确;电解质中发生的离子反应有:2SO 2 +O 2 +2O 2-   2S   和CO 2 +O 2-   C   ,故C错误;在S   和C   被还原的同时 又不断生成S   和C   ,实现了电解质中碳酸盐和硫酸盐的自补充循环,故D 正确。 3.(2019北京理综,27节选)(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示 意图如下。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 。 ③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用: 　　　　　　　　     　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　     　　　　　　     。 答案 　①K 1 　2H 2 O+2e -   H 2 ↑+2OH - ③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 　①控制开关连接K 1 时,电极1作阴极,H 2 O在电极周围放电产生H 2 。 ③开关连接K 1 时,电极3作阳极,Ni(OH) 2 被氧化为NiOOH;开关连接K 2 时,电极3 作阴极,NiOOH被还原为Ni(OH) 2 。 归纳总结 　电解池电极反应式的书写   考向二　电化学多池串联装置 4.(2019江西临川一中、南昌二中3月联考)利用膜技术原理和电化学原理制 备少量硫酸和绿色硝化剂N 2 O 5 ,装置如图所示,下列说法正确的是   (　　) A.电极b反应式是O 2 +4e - +2H 2 O   4OH - B.电解后乙装置d电极附近溶液的pH不变 C.c电极上的电极反应式为N 2 O 4 -2e - +H 2 O   N 2 O 5 +2H + D.甲中每消耗1 mol SO 2 ,乙装置中有1 mol H + 通过隔膜 答案     B　甲装置为原电池,其中a电极为负极,b电极为正极,正极的电极反应 式为O 2 +4e - +4H +   2H 2 O,A项错误;乙装置是电解池,均采用了惰性电极,d电 极为阴极,电极反应式为2H + +2e -   H 2 ↑,虽然消耗了H + ,但同时有等量的H + 从阳极区迁移过来,故溶液的pH不变,B项正确;c电极为阳极,发生氧化反应: N 2 O 4 -2e - +2HNO 3   2N 2 O 5 +2H + ,C项错误;甲装置中消耗1 mol SO 2 转移2 mol电 子,乙装置中有2 mol H + 通过隔膜,D项错误。 5.(2019湖北恩施质检)现代社会环境问题越来越引起人们的关注,可通过膜 电池除去污水中的乙酸钠和对氯苯酚(   ),同时利用此装置 产生的电能进行粗铜的精炼,装置如下图所示。下列说法正确的是   (　　)   A.X电极为粗铜,Y电极为纯铜 B.电解过程中,乙中电解质溶液(即CuSO 4 溶液)的浓度保持不变 C.A极的电极反应式为   +e -     +Cl - D.当电路中有0.4 mol e - 转移时,B极区产生的HC   的数目为0.1 N A (不考虑水 解等因素) 答案     D　粗铜精炼的过程中,粗铜作阳极,与电源的正极相连;纯铜作阴极, 与电源的负极相连,故X电极为纯铜,Y电极为粗铜,A项错误。粗铜精炼的过 程中,在阳极粗铜中的Zn、Fe、Cu依次放电,阴极始终是Cu 2+ 放电,故电解前 后乙中 CuSO 4 溶液的浓度会降低,B项错误。A极的电极反应式应为   +H + +2e -     +Cl - ,C项错误。B极的电极 反应式为CH 3 COO - -8e - +4H 2 O   2HC   +9H + ,故当电路中有0.4 mol e - 转移 时,B极区产生的HC   的数目为0.1 N A ,D项正确。 归纳总结 　电化学计算的常用方法 考向三　电化学中的“膜”化学 6.(2019山东青岛调研)再生铅行业是我国在重视环境保护和充分利用有色金 属再生资源的情况下逐步发展起来的新兴产业。从废旧铅蓄电池中回收铅 的工艺为: 废铅   PbO   Na 2 PbCl 4   Pb 电解原理如图所示。下列说法正确的是   (　　)   A.阴极区电极反应式为2H + +2e -   H 2 ↑ B.电解过程中阳极附近pH明显增大 C.Na 2 PbCl 4 浓度下降后,在阴极区加入PbO,可实现电解质溶液的再生使用 D.电路中流经4 mol电子,阴极可得207 g铅 答案     C　阳极反应为2H 2 O-4e -   O 2 ↑+4H + ,同时阳极区的H + 移向阴极,阳 极区硫酸浓度增大,pH降低,B项错误;阴极发生的反应为PbC   +2e -   Pb+ 4Cl - ,同时H + 通过质子交换膜,阴极区形成HCl/NaCl溶液,电解后向其中加入 PbO,可以生成PbC   ,A项错误、C项正确;电路中通过4 mol电子时,阴极可得 414 g铅,D项错误。 7.(2019江西上饶六校第一次联考)生产硝酸钙的工业废水中常含有NH 4 NO 3 , 可用电解法净化,其工作原理如图所示。下列有关说法正确的是   (　　) A.a极为电源负极,b极为电源正极 B.装置工作时电子由b极流出,经导线、电解槽流入a极 C.Ⅰ室能得到副产品浓硝酸,Ⅲ室能得到副产品浓氨水 D.阴极的电极反应式为2N   +12H + +10e -   N 2 ↑+6H 2 O 答案     C　a为电源正极,b为电源负极,故A错误;电解槽中没有电子通过,故B 错误;Ⅰ室为阳极室,电极反应式为2H 2 O-4e -   O 2 ↑+4H + ,得到较浓的硝酸, Ⅲ室为阴极室,电极反应式为2H 2 O+2e -   H 2 ↑+2OH - ,N   与OH - 反应生成 NH 3 ·H 2 O,得到较浓的氨水,故C正确,D错误。 拓展延伸 　隔膜的类型及作用 (1)隔膜种类:有三类,①阳离子交换膜,简称阳膜,允许阳离子通过,但不允许阴 离子通过;②阴离子交换膜,简称阴膜,允许阴离子通过,但不允许阳离子通过; ③质子交换膜,只允许H + 通过,不允许其他任何离子通过。 (2)隔膜的作用:能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止副反应的 发生,能选择性地通过离子,起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。 (3)有“膜”条件下离子的定向移动:仍是由“同性电荷相排斥、异性电荷相 吸引”的规律决定的,只是阳离子交换膜会阻断阴离子的定向移动,阴离子交 换膜会阻断阳离子的定向移动。 素养引领·情境命题 1.相同条件下,CO与O 2 、I 2 与O 2 反应过程的能量变化如下图所示:   对于反应:5CO(g)+I 2 O 5 (s)   5CO 2 (g)+I 2 (s),下列说法正确的是   (　　) A.该反应的Δ H =(5 E 1 -5 E 2 ) kJ·mol -1 B.增大压强时,CO的平衡转化率增大 C.升高温度时,CO的平衡转化率减小 D.平衡后,分离出部分I 2 可使CO的平衡转化率增大 答案     C　根据图示写出热化学方程式: ①CO(g)+1/2O 2 (g)   CO 2 (g)    Δ H =- E 1 kJ·mol -1 ②I 2 (s)+5/2O 2 (g)   I 2 O 5 (s)    Δ H =- E 2 kJ·mol -1 根据盖斯定律,① × 5-②可得题给反应的热化学方程式,故焓变为( E 2 -5 E 1 ) kJ· mol -1 ,A项错误;该反应是反应前后气体的分子数不变的反应,平衡不受压强影 响,B项错误;从图像可知,该反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,CO的平 衡转化率减小,C项正确;因I 2 是固体,分离出碘,对化学平衡无影响,D项错误。 2.新型锌碘液流电池具有能量密度高、循环寿命长等优势,其工作原理如图 所示。   下列说法错误的是   (　　) A.放电时电流从石墨电极流向锌电极 B.充电时阳极反应式为3I - -2e -     C.若将阳离子交换膜换成阴离子交换膜,放电时正负极也随之改变 D.放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大 答案     C　放电时,Zn是负极,石墨是正极,电流由正极经过导线流向负极,即 电流从石墨电极流向锌电极,A项正确;充电时,阳极发生失去电子的氧化反 应,与原电池的正极反应式相反,即充电时阳极反应式为3I - -2e -     ,B项正 确;放电时,Zn是比较活泼金属,作负极,石墨作正极,无论离子交换膜是阳离子 交换膜,还是阴离子交换膜,放电时正、负极反应均不会改变,C项错误;放电 时,左侧即正极反应式为   +2e -   3I - ,所以储罐中的离子总浓度增大,D项正确。 3.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膜堆(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连接电源的正极,发生还原反应 B.Ⅰ口排出的是混合碱,Ⅱ口排出的是淡水 C.电解质溶液采用Na 2 SO 4 溶液可避免有害气体的产生 D.a左侧膜为阳离子交换膜,c为阴离子交换膜 答案     C　氢氧根离子向左侧移动,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,A项错误。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Ⅱ口排 出的是淡水,Ⅰ口排出的是盐酸,Ⅲ口排出的是碱液,B项错误。由于氯离子放 电会产生有毒的气体氯气,加入Na 2 SO 4 溶液,目的是增加溶液的导电性;氯离 子移向Ⅰ室,氢离子通过a移向Ⅰ室,在Ⅰ室得到HCl,可避免有害气体的产生, C项正确。钠离子移向Ⅲ室,c为阳离子交换膜,氢氧根离子向左侧移动,所以a 左侧膜为阴离子交换膜,D项错误。