大单元5 化学反应与能量-(Word练习)【赢在微点·顶层设计】2026年高中化学高考一轮总复习

该高中化学高考复习学案系统整合化学反应与能量大单元，涵盖热效应、电化学（原电池、电解池）及金属腐蚀防护核心考点，按“概念原理-应用实践-素养提升”层次架构知识网络，通过填空式梳理、判断式辨析等问题设计，引导学生自主构建能量转化与电化学原理的内在联系。 亮点在于分层自主学习设计与科学思维培养，如思维辨析正误判断诊断认知盲区，知识对练分角度突破（焓变计算、电极反应书写等），实验回放强化操作体验，微真题对接考向。融入盖斯定律口诀等方法指导，培养证据推理与模型认知素养，助力学生自主诊断提升，教师可依学情精准教学。

大单元五　化学反应与能量 第27讲　化学反应的热效应 [目标速览]　1.认识化学能可以与热能、电能等其他形式能量之间相互转化,能量的转化遵循能量守恒定律。知道内能是体系内物质的各种能量的总和,受温度、压强、物质的聚集状态的影响。2.能辨识化学反应中的能量转化形式,能解释化学反应中能量变化的本质。3.能进行反应焓变的简单计算,能用热化学方程式表示反应中的能量变化,能运用反应焓变合理选择和利用化学反应。 微考点　核心突破 考点1　焓变　反应热 　 知|识|梳|理 1.反应热和焓变 (1)反应热是化学反应中____________的热量。 (2)焓变是化学反应在____________放出或吸收的热量。 (3)化学反应的反应热用一定条件下的焓变表示,符号为ΔH,单位为________。 2.吸热反应与放热反应 (1)从能量高低角度理解。 放热反应 吸热反应 ①对于放热反应:反应物的总能量=______________+放出的热量; ②对于吸热反应:反应物的总能量=______________-吸收的热量。 (2)从化学键角度理解。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.物质发生化学变化都伴随着能量变化。(　　) 2.放热反应不需要加热就能发生,吸热反应需要加热才能发生。(　　) 3.若反应物总能量大于生成物总能量,则反应为吸热反应。(　　) 4.放热反应、吸热反应的热效应与反应的过程有关。(　　) 5.活化能越大,表明反应断裂旧化学键需要克服的能量越大。(　　) 知|识|拓|展 1.避误区 (1)物质的物理变化过程中也会有能量的变化,不属于吸热反应或放热反应。但在进行反应热的有关计算时,必须要考虑到物理变化时的热效应,如物质的三态变化。 (2)化学反应是放热还是吸热与反应发生的条件没有必然联系。如吸热反应NH4Cl与Ba(OH)2·8H2O在常温常压下即可进行,而很多放热反应需要在加热的条件下才能进行,如铝热反应。 (3)可逆反应的ΔH表示反应物完全反应的热量变化。如N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。表示在298 K、101 kPa时,1 mol N2(g)和3 mol H2(g)完全反应生成2 mol NH3(g)时放出92.4 kJ的热量。但实际上1 mol N2(g)和3 mol H2(g)充分反应不可能生成 2 mol NH3(g),故实际反应放出的热量肯定小于92.4 kJ。 (4)正确理解活化能与反应热的关系。 ①催化剂能降低反应所需活化能,但不影响焓变的大小。 ②在无催化剂的情况下,E1为正反应的活化能,E2为逆反应的活化能,ΔH=E1-E2。 2.技巧点拨 (1)反应热答题规范指导。 ①描述反应热时,无论是用“反应热”“焓变”表示还是用ΔH表示,其后所跟数值都需要带“+”“-”符号。如某反应的反应热(或焓变)为ΔH=-Q kJ·mol-1或ΔH=+Q kJ·mol-1。 ②由于中和反应和燃烧均是放热反应,表示中和反应的反应热和燃烧热时可不带“-”号。如某物质的燃烧热为ΔH=-Q kJ·mol-1或Q kJ·mol-1。 (2)熟记反应热ΔH的基本计算公式。 ΔH=生成物的总能量-反应物的总能量 ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能 (3)规避两个易失分点。 ①旧化学键的断裂和新化学键的形成是同时进行的,缺少任何一个过程都不是化学变化。 ②计算物质中键的个数时,不能忽略物质的结构,如1 mol晶体硅中含2 mol Si—Si键,1 mol SiO2中含4 mol Si—O键。 知|识|对|练 角度一　焓变与反应热的概念 1.将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸,反应剧烈,醋酸逐渐凝固。由此可见(　　) A.NH4HCO3和盐酸的反应是放热反应 B.该反应中,热能转化为产物内部的能量 C.反应物的总能量高于生成物的总能量 D.反应的热化学方程式为NH4HCO3+HCl===NH4Cl+CO2↑+H2O　ΔH=+Q kJ·mol-1 角度二　根据图形,理清活化能与焓变的关系 2.某反应过程中体系的能量变化如图所示,下列说法错误的是(　　) A.反应过程可表示为—→—→ B.E1为反应物的平均能量与过渡态的能量差,称为正反应的活化能 C.正反应的热效应ΔH=E1-E2<0,所以正反应为放热反应 D.此图中逆反应的热效应ΔH=E1-E2<0,所以逆反应为放热反应 3.H2与ICl的反应分①②两步进行,其能量曲线如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A.反应①、反应②均为放热反应 B.反应①、反应②均为氧化还原反应 C.反应①比反应②的速率慢,与相应正反应的活化能无关 D.反应①、反应②的焓变之和为ΔH=-218 kJ·mol-1 4.研究表明N2O与CO在Fe+作用下发生反应的能量变化及反应过程如图所示,下列说法错误的是(　　) A.反应总过程ΔH<0 B.Fe+使反应的活化能降低 C.FeO+也是该反应的催化剂 D.Fe++N2O—→FeO++N2、FeO++CO—→Fe++CO2两步反应均为放热反应 角度三　利用键能计算反应热 5.已知H2(g)+Br2(l)===2HBr(g),蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ,其他相关数据如表,则反应H2(g)+Br2(l)===2HBr(g)的能量变化为(　　) H2(g) Br2(g) HBr(g) 1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ 436 200 369 A.放出72 kJ B.吸收72 kJ C.放出102 kJ D.吸收102 kJ 6.通常把拆开1 mol某化学键所吸收的能量看成该化学键的键能。键能的大小可以衡量化学键的强弱,也可用于估算化学反应的反应热(ΔH),化学反应的ΔH等于反应中断裂旧化学键的键能之和与反应中形成新化学键的键能之和的差。下面列举了一些化学键的键能数据,供计算使用。 化学键 Si—O Si—Cl H—H H—Cl Si—Si Si—C 键能/(kJ· mol-1) 460 360 436 431 176 347 工业上的高纯硅可通过下列反应制取:SiCl4(g)+2H2(g)===Si(s)+4HCl(g),该反应的反应热ΔH为________________。 考点2　热化学方程式 　 知|识|梳|理 1.热化学方程式 表示________________________和________关系的化学方程式。 2.意义 热化学方程式不仅能够表明化学反应中的物质变化,也能表明化学反应中的______变化。 如2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH=-571.6 kJ·mol-1表示在25 ℃、101 kPa条件下,____________________________________。 3.热化学方程式书写注意事项 (1)注明反应条件:反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在25 ℃、101 kPa下进行的,可不注明。 (2)注明物质状态:常用________、________、________、________分别表示固体、液体、气体、溶液。 (3)注意符号、单位:ΔH应包括“+”或“-”、数字和单位(kJ·mol-1)。 (4)注意守恒关系:①原子守恒和得失电子守恒;②能量守恒(ΔH与化学计量数相对应)。 (5)区别于普通方程式:一般不注明“↑”“↓”以及“点燃”“加热”等。 (6)注意热化学方程式的化学计量数。 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,可以是整数,也可以是分数。且化学计量数必须与ΔH相对应,如果化学计量数加倍,则ΔH也要加倍。 (7)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。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.C(石墨,s)===C(金刚石,s)　ΔH>0,说明石墨比金刚石稳定。(　　) 2.对于反应SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-Q kJ·mol-1,增大压强平衡右移,放出的热量增大,ΔH减小。(　　) 3.热化学方程式H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH=-241.8 kJ·mol-1表示的意义:25 ℃、101 kPa时,发生上述反应生成1 mol H2O(g)后放出241.8 kJ的热量。(　　) 4.热化学方程式前面的计量数不仅表示分子数也表示物质的量。(　　) 5.CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)　ΔH=-890.3 kJ。(　　) 知|识|拓|展 1.判断热化学方程式正误的“五审” 2.反应热的大小比较 (1)根据反应物的量的大小关系比较反应焓变的大小。 ①H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH1 ②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH2 反应②中H2的量更多,因此放热更多,故ΔH1>ΔH2。 (2)根据反应进行的程度大小比较反应焓变的大小。 ①C(s)+O2(g)===CO(g)　ΔH1 ②C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH2 反应②中,C完全燃烧,放热更多,故ΔH1>ΔH2。 (3)根据反应物或生成物的状态比较反应焓变的大小。 ①S(g)+O2(g)===SO2(g)　ΔH1 ②S(s)+O2(g)===SO2(g)　ΔH2 方法一:图像法,画出上述两反应能量随反应过程的变化曲线。 由图像可知:ΔH1<ΔH2。 方法二:通过盖斯定律构造新的热化学方程式。 由①-②可得S(g)===S(s)　ΔH=ΔH1-ΔH2<0,故ΔH1<ΔH2。 (4)根据特殊反应的焓变情况比较反应焓变的大小。 ①2Al(s)+O2(g)===Al2O3(s)　ΔH1 ②2Fe(s)+O2(g)===Fe2O3(s)　ΔH2 由①-②可得2Al(s)+Fe2O3(s)===2Fe(s)+Al2O3(s)　ΔH 已知铝热反应为放热反应,ΔH=ΔH1-ΔH2<0,故ΔH1<ΔH2。 知|识|对|练 角度四　“五”审,快速判断热化学方程式的正误 7.根据如图所给信息,下列得出的结论正确的是(　　) A.48 g碳完全燃烧放出热量为1 574 kJ/mol B.2C(s)+O2(g)===2CO(g)　ΔH=-221.0 kJ/mol C.2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)　ΔH=+283.0 kJ/mol D.C(s)+O2(g)===CO2(s)　ΔH=-393.5 kJ/mol 角度五　热化学方程式的书写 8.依据事实写出下列反应的热化学方程式。 (1)1 g碳与适量水蒸气反应生成CO和H2,需要吸收10.94 kJ热量,此反应的热化学方程式为_______________________________________________________________。 (2)已知2.0 g燃料肼(N2H4)气体完全燃烧生成N2和水蒸气时,放出33.4 kJ的热量,则表示肼燃烧的热化学方程式为____________________________________________。 (3)2 mol Al(s)与适量O2(g)反应生成Al2O3(s),放出1 669.8 kJ的热量。此反应的热化学方程式为____________________________________。 (4)2.3 g某液态有机物和一定量的氧气混合点燃,恰好完全燃烧,生成2.7 g液态水和2.24 L CO2(标准状况)并放出68.35 kJ的热量。写出此反应的热化学方程式:____________________________________________。 角度六　依据能量图像书写热化学方程式 9.(1)化学反应的过渡态理论:化学反应并不是通过简单的碰撞就能完成的,而是在反应物到生成物的过程中经过一个高能量过渡态。 分析图中信息,回答下列问题: NO2和CO反应生成CO2和NO过程中能量变化示意图如图所示,请写出NO2和CO反应的热化学方程式:___________________________________________________________。 (2)CO2的回收与利用是科学家研究的热点课题,可利用CH4与CO2制备“合成气”(CO、H2),还可制备甲醇、二甲醚、碳基燃料等产品。 科学家提出制备“合成气”反应历程分两步: 第一步:CH4(g)C(ads)+2H2(g)(慢反应); 第二步:C(ads)+CO2(g)2CO(g)(快反应)。 上述反应中C(ads)为吸附性活性炭,反应历程的能量变化如图: CH4与CO2制备“合成气”的热化学方程式为___________________________________________________________。 角度七　反应热大小的比较 10.已知①H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH1=a kJ· mol-1 ②2H2(g)+O2(g)===2H2O(g)　ΔH2=b kJ· mol-1 ③H2(g)+O2(g)===H2O(l)　ΔH3=c kJ· mol-1 ④2H2(g)+O2(g)===2H2O(l)　ΔH4=d kJ· mol-1 下列关系式正确的是(　　) A.a<c<0 B.b>d>0 C.2a=b<0 D.2c=d>0 11.下列两组热化学方程式中,有关ΔH的比较正确的是(　　) ①CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)　ΔH1 CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(l)　ΔH2 ②NaOH(aq)+H2SO4(浓)=== Na2SO4(aq)+H2O(l)　ΔH3 NaOH(aq)+CH3COOH(aq)=== CH3COONa(aq)+H2O(l)　ΔH4 A.ΔH1>ΔH2;ΔH3>ΔH4 B.ΔH1>ΔH2;ΔH3<ΔH4 C.ΔH1=ΔH2;ΔH3<ΔH4 D.ΔH1<ΔH2;ΔH3>ΔH4 考点3　燃烧热和中和反应的反应热　能源 　 知|识|梳|理 1.燃烧热 2.中和反应的反应热 3.能源 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.H2(g)的燃烧热ΔH=-285.8 kJ·mol-1,则2H2O(g)===2H2(g)+O2(g)　ΔH=+571.6 kJ·mol-1。(　　) 2.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则H2SO4(aq)+Ba(OH)2(aq)===2H2O(l)+BaSO4(s)　ΔH=2×(-57.3) kJ·mol-1。(　　) 3.已知中和反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1,则CH3COOH(aq)+NH3·H2O(aq)===CH3COONH4(aq)+H2O(l)　ΔH=-57.3 kJ·mol-1。(　　) 4.1 mol硫完全燃烧生成SO3所放出的热量为硫的燃烧热。(　　) 5.1 mol H2燃烧放出的热量为氢气的燃烧热。(　　) 实|验|回|放 实验一:镁条与盐酸反应的能量变化 实验 操作 实验 现象 镁条溶解,表面产生大量气泡;温度计示数变大 实验 结论 镁条与盐酸发生反应Mg+2HCl===MgCl2+H2↑,该化学反应向外界放出热量,将化学能转化为热能 实验二:Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应的能量变化 实验步骤 实验现象 实验结论或解释 将20 g Ba(OH)2·8H2O晶体研细后与10 g NH4Cl晶体一起放入烧杯中,并将烧杯放在滴有几滴水的木片上。用玻璃棒快速搅拌混合物 有刺激性气味的气体产生 有NH3生成 闻到气味后迅速用玻璃片盖上烧杯,用手触摸杯壁下部,并试着用手拿起烧杯 烧杯变凉,木片和烧杯底部黏结在一起 体系温度降低,使烧杯和木片之间的水凝结成冰,说明该反应吸热 观察烧杯内混合物的状态 呈糊状 有水生成 结论　Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl混合后发生化学反应Ba(OH)2·8H2O+2NH4Cl===BaCl2+2NH3↑+10H2O,该化学反应从外界吸收热量,将热能转化为化学能被生成物“储存”起来。 提醒　(1)实验成功的关键是短时间内反应充分进行,体系温度快速降低,使烧杯与木片间的水凝结成冰。 实验中要注意三点: ①Ba(OH)2·8H2O晶体要研细一点儿,以使其与NH4Cl晶体充分接触。 ②由于该反应属于固相反应,因此,一定要在两种晶体混合后立即用玻璃棒快速搅拌,以使它们很快发生反应,快速吸收热量。 ③反应放出有刺激性气味的NH3,其对环境有一定的污染,应注意对氨气的处理。 (2)化学反应中的物质变化总会伴随着能量变化,能量变化的主要形式是热量变化,包括吸收热量和放出热量。 (3)各种物质都具有能量,物质的组成、结构与状态不同,所具有的能量也不同。 实验三:中和反应反应热的测定 (1)实验目的。 测定强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应的反应热,感受化学反应的热效应。 (2)实验原理。 通过实验测量一定量的盐酸和NaOH溶液在反应前后的温度变化,依据Q=cmΔt计算放出的热量,再计算生成1 mol H2O时放出的热量。 (3)实验用品。 简易量热计、量筒(50 mL)两个、0.50 mol·L-1盐酸、0.55 mol·L-1 NaOH溶液。 注意　如图所示,简易量热计由温度计、玻璃搅拌器、内筒、外壳及隔热层等组成,内筒是反应容器,温度计用于测量反应前后体系的温度变化,玻璃搅拌器起使反应物充分混合、保持体系温度均匀变化的作用,内筒与外壳之间的隔热层起保温作用。 (4)实验步骤。 ①酸溶液温度的测量:用量筒量取50 mL 0.50 mol·L-1盐酸,打开杯盖,倒入量热计的内筒中,盖上杯盖,插入温度计,测量并记录盐酸的初始温度(数据如表)。用水把温度计上的酸冲洗干净,擦干备用。 ②碱溶液温度的测量:用另一个量筒量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,用温度计测量并记录NaOH溶液的温度(数据如表)。 ③反应后体系温度的测量:打开杯盖,将量筒中的NaOH溶液迅速倒入量热计的内筒中,立即盖上杯盖,插入温度计,用搅拌器匀速搅拌。密切关注温度变化,将最高温度记为反应后体系的温度(t2)(数据如表)。 ④重复步骤①~③两次,记录数据。 (5)数据处理。 ①取盐酸温度与NaOH溶液温度的平均值记为反应前体系的温度(t1),计算温度差(t2-t1)。 实验次数 反应物的 温度/℃ 反应前体 系的温度 t1/℃ 反应后体 系的温度 t2/℃ 温度差 (t2-t1)/℃ 盐酸 NaOH 溶液 1 20.1 20.3 20.2 23.7 3.5 2 20.3 20.5 20.4 23.8 3.4 3 21.6 21.6 21.6 24.9 3.3 ②取三次测量所得温度差的平均值作为计算依据。 (t2-t1)/℃ =3.4 ③反应热计算:根据温度差和比热容等计算反应热。 近似认为酸、碱稀溶液的密度与水的密度相同(1.0 g·cm-3),比热容也与水的比热容相同(4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1),并忽略量热计的比热容。 50 mL盐酸的质量m1=ρ1×V1=1.0 g·cm-3×50 mL=50 g, 50 mL NaOH溶液的质量m2=ρ2×V2=1.0 g·cm-3×50 mL=50 g, 故m混=100 g。 Q=c×Δt×m混=c×(t2-t1)×m混=4.18×10-3 kJ·g-1·℃-1×3.4 ℃×100 g=1.421 2 kJ。 n(HCl)=V1×c1=0.05 L×0.50 mol·L-1=0.025 mol; n(NaOH)=V2×c2=0.05 L×0.55 mol·L-1=0.027 5 mol。 NaOH溶液稍过量,根据少量的一方计算,故由HCl的物质的量计算产生水的物质的量。 HCl(aq)+NaOH(aq)===NaCl(aq)+H2O(l) 　1 　1 0.025 mol x mol x=0.025 生成1 mol H2O时的反应热ΔH=-=-≈-56.8 kJ·mol-1。 (6)误差分析。 本次实验数据和理论数据有差异,可能的原因: ①量取液体体积不准确;②温度计读数有误(未读到最高值);③实验过程中有液体外溅;④混合酸碱时,动作过慢;⑤隔热措施不到位,实验过程中有热量损失;⑥测量盐酸温度后温度计未清洗;⑦溶液浓度不准确;⑧未做重复实验,未取平均值。 (7)为了提高测定的准确度,可以采取的措施。 ①本实验中盐酸和氢氧化钠溶液的体积相同,NaOH溶液浓度略大于盐酸,目的是保证盐酸反应完全。 ②盐酸和NaOH溶液的浓度要小,若使用浓溶液,混合瞬间相互稀释会放热,放出的热量增多。 ③量取液体体积应准确无误,否则后面计算会产生误差,反应物应一次性迅速加入,反应前和反应后温度计读数要准确。 ④实验测定温度时应该用同一支温度计,以减小实验系统误差;测完酸溶液温度后,温度计要用水清洗干净,擦干后再测碱溶液温度,否则温度计上附着的酸会中和一部分碱而放热,导致所测得的碱溶液起始温度偏高。 ⑤实验所用的酸和碱溶液应当用稀溶液(0.1~0.5 mol·L-1),否则会造成较大误差。 ⑥取多次实验t1、t2的平均值代入公式计算,计算时应注意单位的统一。 知|识|对|练 角度八　燃烧热、中和反应的反应热的含义及表达 12.油酸甘油酯(相对分子质量为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为(　　) A.3.8×104 kJ·mol-1 B.-3.8×104 kJ·mol-1 C.3.4×104 kJ·mol-1 D.-3.4×104 kJ·mol-1 13.下列关于热化学反应的描述正确的是(　　) A.HCl和NaOH反应的反应热ΔH=-57.3 kJ·mol-1。则H2SO4和Ca(OH)2反应的反应热ΔH=2×(-57.3)kJ·mol-1 B.CO(g)的燃烧热ΔH是-283.0 kJ·mol-1,则2CO2(g)===2CO(g)+O2(g)反应的ΔH=+(2×283.0)kJ·mol-1 C.25 ℃、101 kPa时,1 mol甲烷完全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 D.稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水,放出57.3 kJ热量 角度九　中和反应反应热及测定 14.利用图示装置测定中和热的实验步骤如下: 简易量热计示意图 ①量取50 mL 0.25 mol·L-1 H2SO4溶液倒入量热计的内筒,测量温度;②量取50 mL 0.55 mol·L-1 NaOH溶液,测量温度;③打开杯盖,将NaOH溶液倒入量热计的内筒,立即盖上杯盖,插入温度计,混合均匀后测量混合液温度。下列说法正确的是(　　) A.仪器A的名称是铁丝搅拌器 B.NaOH溶液稍过量的原因是确保硫酸完全被中和 C.为便于酸碱充分反应,NaOH溶液应分多次加入 D.用温度计测定H2SO4溶液起始温度后直接测定NaOH溶液的温度,所测中和热ΔH比理论值小 15.如图是一种弹式热量计装置,测量有机物燃烧反应的恒容反应热。通常的使用过程是将样品放入不锈钢氧弹内,并充入氧气进行点火燃烧,整个氧弹放入装有水的内筒中,由温度传感器实时记录温度数据进行热量计算。下列说法不正确的是(　　) 1-搅拌器;2-水;3-氧弹;4-引燃线;5-温度计;6-绝热套 A.装置的绝热套可以尽量减少热量散失 B.实验前要保证充入足够量的氧气,以保证样品完全燃烧 C.内筒的水面要没过氧弹,以保证测量的准确性 D.搅拌器是为了保证内筒水温均匀一致,可以用玻璃棒代替 角度十　能量的开发和利用 16.为缓解能源紧张,越来越多的国家开始重视生物质能源(利用能源作物和有机废料,经过加工转变为生物燃料的一种能源)的开发利用。 (1)如图是某国能源结构比例图,其中生物质能源所占的比例是________。 (2)生物柴油是由动植物油脂转化而来,其主要成分为脂肪酸酯,几乎不含硫,生物降解性好,一些国家已将其添加在普通柴油中使用。关于生物柴油及其使用,下列说法正确的是________(填字母)。 ①生物柴油是可再生资源　②可减少二氧化硫的排放　③与普通柴油相比易分解　④与普通柴油制取方法相同 A.①②③　　　　　　B.①②④ C.①③④ D.②③④ 微充电　素养提升 常考题点——速用盖斯定律“揪出”唯一 　 口诀:先观察,找唯一;同正异负成比例,无关物质做消去 命题点1　利用盖斯定律计算反应热 1.盖斯定律的内容。 对于一个化学反应,无论是一步完成还是分几步完成,其反应热是相同的。即:化学反应的反应热只与反应体系的始态和终态有关,而与反应的途径无关。 2.盖斯定律的意义。 间接计算某些反应的反应热。 3.盖斯定律的应用。 转化关系 反应热间的关系 aAB、AB ΔH1=aΔH2 AB ΔH1=-ΔH2 ΔH=ΔH1+ΔH2 【母题1】　依据图示关系,下列说法不正确的是(　　) A.ΔH5>ΔH4 B.1 mol石墨、1 mol CO分别完全燃烧,石墨放出热量多 C.石墨比金刚石稳定 D.C(石墨,s)+CO2(g)===2CO(g)的ΔH=ΔH3-ΔH2 【衍生1】　Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行: CuCl2(s)===CuCl(s)+Cl2(g)　ΔH1=+83 kJ·mol-1 CuCl(s)+O2(g)===CuO(s)+Cl2(g)　ΔH2=-20 kJ·mol-1 CuO(s)+2HCl(g)===CuCl2(s)+H2O(g) ΔH3=-121 kJ·mol-1 则4HCl(g)+O2(g)===2Cl2(g)+2H2O(g)的ΔH=________ kJ·mol-1。 命题点2　根据盖斯定律书写热化学方程式 利用盖斯定律计算反应热的两种方法: (1)虚拟途径法:先根据题意虚拟转化过程,然后根据盖斯定律列式求解,即可求得待求反应的反应热。 (2)加和法:将所给热化学方程式适当加减得到所求的热化学方程式,反应热也作相应的加减运算。流程如下 第一步—先确定待求反应的化学方程式 　　⇩ 第二步—找出待求化学方程式中各物质在已知化学方程式中的位置,若在“同侧”,计算ΔH时用“+”,若在“异侧”,计算ΔH时用“-”,即“同侧相加、异侧相减” 　　⇩ 第三步—根据待求化学方程式中各物质的化学计量数确定已知化学方程式的乘数,即“系数定乘数” 　　⇩ 第四步—依据第二步、第三步的结论,计算待求反应的ΔH 【母题2】　用肼(N2H4)作燃料,四氧化二氮作氧化剂,二者反应生成氮气和气态水。已知: 2 N2(g)+2O2(g)===N2O4(g) ΔH=+10.7 kJ·mol-1 ②N2H4(g)+O2(g)===N2(g)+2H2O(g) ΔH=-543 kJ·mol-1 写出气态肼和N2O4反应的热化学方程式:___________________________________________________。 【衍生2】　研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下: 反应Ⅰ:2H2SO4(l)===2SO2(g)+2H2O(g)+O2(g)　ΔH1=+551 kJ·mol-1 反应Ⅲ:S(s)+O2(g)===SO2(g)　ΔH3=-297 kJ·mol-1 反应Ⅱ的热化学方程式为___________________________________________________________。 【衍生3】　硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化:SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-98 kJ·mol-1。钒催化剂参与反应的能量变化如图所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为______________________________。 微真题　把握方向 　 考向一　新能源 1.(2024·全国甲卷)人类对能源的利用经历了柴薪、煤炭和石油时期,现正向新能源方向高质量发展。下列有关能源的叙述错误的是(　　) A.木材与煤均含有碳元素 B.石油裂化可生产汽油 C.燃料电池将热能转化为电能 D.太阳能光解水可制氢 2.(2021·全国乙卷)我国提出争取在2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”,这对于改善环境、实现绿色发展至关重要。“碳中和”是指CO2的排放总量和减少总量相当。下列措施中能促进“碳中和”最直接有效的是(　　) A.将重质油裂解为轻质油作为燃料 B.大规模开采“可燃冰”作为新能源 C.通过清洁煤技术减少煤燃烧污染 D.研发催化剂将CO2还原为甲醇 考向二　反应进程与焓变 3.(2024·安徽卷)某温度下,在密闭容器中充入一定量的X(g),发生下列反应X(g)Y(g)(ΔH1<0),Y(g)Z(g)(ΔH2<0),测得各气体浓度与反应时间的关系如图所示。下列反应过程示意图符合题意的是(　　) 考向三　盖斯定律 4.(2021·河北卷)大气中的二氧化碳主要来自于煤、石油及其他含碳化合物的燃烧。已知25 ℃时,相关物质的燃烧热数据如表: 物质 H2(g) C(石墨,s) C6H6(l) 燃烧热ΔH/ (kJ·mol-1) -285.8 -393.5 -3 267.5 则25 ℃时H2(g)和C(石墨,s)生成C6H6(l)的热化学方程式为____________________________________。 5.(1)(2024·浙江卷1月)相关热化学方程式如下: Ⅰ:C(s)+O2(g)===CO2(g)　ΔH1=-393.5 kJ·mol-1 Ⅱ:C(s)+H2(g)+O2(g)===HCOOH(g)　ΔH2=-378.7 kJ·mol-1 Ⅲ:CO2(g)+H2(g)HCOOH(g)　ΔH3 ΔH3=________kJ·mol-1。 (2)(2024·安徽卷)C2H6氧化脱氢反应: 2C2H6(g)+O2(g)===2C2H4(g)+2H2O(g)　ΔH1=-209.8 kJ·mol-1 C2H6(g)+CO2(g)===C2H4(g)+H2O(g)+CO(g)　ΔH2=178.1 kJ·mol-1 计算:2CO(g)+O2(g)===2CO2(g)　ΔH3=________ kJ·mol-1 (3)(2024·河北卷)SO2(g)+Cl2(g)SO2Cl2(g)　ΔH=-67.59 kJ·mol-1。 若正反应的活化能为E正 kJ·mol-1,则逆反应的活化能E逆=________kJ·mol-1(用含E正的代数式表示)。 (4)(2023·湖南卷)已知下列反应的热化学方程式: ①C6H5C2H5(g)+O2(g)===8CO2(g)+5H2O(g)　ΔH1=-4 386.9 kJ·mol-1 ②C6H5CH==CH2(g)+10O2(g)===8CO2(g)+4H2O(g)　ΔH2=-4 263.1 kJ·mol-1 ③H2(g)+O2(g)===H2O(g)　ΔH3=-241.8 kJ·mol-1 计算反应④C6H5C2H5(g)C6H5CH==CH2(g)+H2(g)的ΔH4=________kJ·mol-1。 (5)(2023·新课标卷)根据如图数据计算反应N2(g)+H2(g)===NH3(g)的ΔH=________kJ·mol-1。 (6)(2023·全国乙卷)已知下列热化学方程式: FeSO4·7H2O(s)===FeSO4(s)+7H2O(g)　ΔH1=a kJ·mol-1 FeSO4·4H2O(s)===FeSO4(s)+4H2O(g)　ΔH2=b kJ·mol-1 FeSO4·H2O(s)===FeSO4(s)+H2O(g)　ΔH3=c kJ·mol-1 则FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH=________kJ·mol-1。 (7)(2023·北京卷)二十世纪初,工业上以CO2和NH3为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步: ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4; ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。 结合反应过程中能量变化示意图,下列说法正确的是________(填字母)。 a.活化能:反应ⅰ<反应ⅱ b.ⅰ为放热反应,ⅱ为吸热反应 c.CO2(l)+2NH3(l)===CO(NH2)2(l)+H2O(l)　ΔH=E1-E4 第28讲　原电池　化学电源 [目标速览]　1.认识化学能与电能相互转化的实际意义及其重要应用。2.能分析、理解原电池的工作原理,能设计简单的原电池。3.能列举常见的化学电源,并能利用相关信息分析化学电源的工作原理。 微考点　核心突破 考点1　原电池 　 知|识|梳|理 1.概念 把________转化为______的装置。 2.构成条件 (1)有两个________的电极(常见为金属或石墨)。 (2)将电极插入____________中。 (3)两电极间构成闭合回路。 3.工作原理(可用简图表示如下) 总反应离子方程式为Zn+2H+===Zn2++H2↑ (1)电极。 ①负极:________电子,发生________反应。 ②正极:________电子,发生________反应。 (2)电子定向移动方向和电流方向。 ①电子从________流出经外电路流入________。 ②电流从________流出经外电路流入________。 故电子定向移动方向与电流方向正好相反。 (3)离子移动方向。 阴离子向________移动(如S),阳离子向________移动(如Zn2+和H+,溶液中H+在正极上得电子形成氢气在铜片上冒出)。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.NaOH溶液与稀硫酸的反应是自发进行的放热反应,此反应可以设计成原电池。(　　) 2.在Cu/CuSO4/Zn原电池中,正电荷定向移动的方向就是电流的方向,所以Cu2+向负极移动。(　　) 3.在Cu/CuSO4/Zn原电池中,电子由负极(Zn)→外电路→正极(Cu)→溶液→负极(Zn)。(　　) 4.在Mg/NaOH/Al原电池中,Mg作负极、Al作正极。(　　) 5.原电池工作时,正极表面一定有气泡产生。(　　) 实|验|回|放 实验一:简易电池的设计与制作——水果电池 1.制作方法。 (1)取1个新鲜的柠檬,揉捏变软备用。 (2)将大小、形状均相同的锌片和铜片竖直插在水果上,两电极间的距离及插入深度均要相同。 (3)按如图所示连接好电路,观察电压表示数的变化,记录数据。 2.水果电池的探究。 探究角度 对电池电压的影响 改变电极插入的深度,比较电压表示数的变化 深度越深,接触面积越大,电压越大 改变两电极间的距离,比较电压表示数的变化 电极间的距离越大,电极对带电粒子的吸引力越小,电压越小 将电极材料换成铁片和铜片,比较电压表示数的变化 电极的种类:两电极的金属活动性相差越大,电压越大 将1个柠檬换成2个柠檬,比较电压表示数的变化 多个同种水果串联形成的电压大于单个水果的 将柠檬换成番茄或苹果,比较电压表示数的变化 不同水果产生的电压大小不同 实验二:含盐桥的原电池 1.实验操作。 如图所示,用一个装有含琼胶的KCl饱和溶液的盐桥,将置有锌片的1 mol·L-1 ZnSO4溶液和置有铜片的1 mol· CuSO溶液连接起来,然后将锌片和铜片用导线连接,并在中间串联一个电流计。 2.实验现象。 (1)电流计指针发生偏转。 (2)左边烧杯中的锌片逐渐溶解,右边烧杯中的铜片上有红色固体析出。 (3)取出盐桥,电流计的指针回到零点,铜片上不再有固体析出,锌片也不再溶解。 知|识|拓|展 1.单液原电池(无盐桥)和双液原电池(有盐桥)对比 名称 单液原电池 双液原电池 装置 相同点 正、负极电极反应,总反应式,电极现象 不 同 点 还原剂Zn与氧化剂Cu2+直接接触,既有化学能转化为电能,又有化学能转化为热能,造成能量损耗 Zn与氧化剂Cu2+不直接接触,仅有化学能转化为电能,避免了能量损耗,故电流稳定,持续时间长 2.盐桥及其作用 (1)盐桥中通常装有含琼胶的KCl饱和溶液,能使两个烧杯中的溶液连成一个通路。离子在盐桥中能定向移动,通过盐桥将两种隔离的电解质溶液连接起来,可使电流持续传导。 (2)使用盐桥的目的是将两个半电池完全隔开,使副反应减至最低程度,可以获得单纯的电极反应,便于分析放电过程,有利于最大限度地将化学能转化为电能。 3.原电池正、负极的判断 4.一般原电池电极反应式的书写 书写原电池的电极反应式时,首先要根据原电池的工作原理准确判断正、负极,然后结合电解质溶液的环境确定电极产物,最后再根据质量守恒和电荷守恒写出反应式。电极反应式书写的一般方法有: (1)拆分法。 ①写出原电池的总反应,如2Fe3++Cu===2Fe2++Cu2+。 ②把总反应按氧化反应和还原反应拆分为两个半反应,并注明正、负极,并依据质量守恒、电荷守恒及电子得失守恒配平两个半反应: 正极:2Fe3++2e-===2Fe2+ 负极:Cu-2e-===Cu2+。 (2)加减法。 ①写出总反应,如Li+LiMn2O4===Li2Mn2O4。 ②写出其中容易写的一个半反应(正极或负极)。如Li-e-===Li+(负极)。 ③利用总反应与上述的一极反应相减,即得另一个电极的反应式,即LiMn2O4+Li++e-===Li2Mn2O4(正极)。 5.原电池原理在化工、农业生产及科研中的应用 (1)比较不同金属的活动性强弱。 根据原电池原理可知,在原电池反应过程中,一般活动性强的金属作负极,而活动性弱的金属(或碳棒)作正极。 若有两种金属A和B,用导线将A和B连接后,插入稀硫酸中,一段时间后,若观察到A极溶解,而B极上有气体放出,则说明在原电池工作过程中,A被氧化成阳离子而失去电子作负极,B作正极,则可以断定金属A的活动性比B的强。 (2)加快化学反应速率。 由于原电池将氧化还原反应拆成两个半反应且有电流产生,因而反应速率加快。如Zn与稀硫酸反应制氢气时,可向溶液中滴加少量CuSO4溶液,形成Cu-Zn原电池,加快反应速率。 (3)用于金属的防护。 使需要保护的金属制品作原电池正极而受到保护。例如要保护一个铁质的输水管道或钢铁桥梁,可用导线将其与一块锌块相连,使锌作原电池的负极。 (4)设计制作化学电源。 设计原电池时要紧扣原电池的三个条件。具体方法: ①首先将已知氧化还原反应拆分为两个半反应。 ②根据原电池的电极反应特点,结合两个半反应找出正、负极材料(负极就是失电子的物质,正极用比负极活动性差的金属即可,也可以用石墨)及电解质溶液。 知|识|对|练 角度一　原电池的工作原理 1.学过原电池后,某同学设计了如图所示的原电池。闭合电键K,下列有关说法正确的是(　　) A.铜丝为原电池的负极 B.铁钉处的电极反应为Fe-3e-===Fe3+ C.玻璃杯中CH3COO-由正极区域移向负极区域 D.正极收集0.01 mol气体时,转移0.04 mol电子 2.某双液原电池装置如图所示,盐桥中装有含琼胶的KCl饱和溶液。下列有关叙述不正确的是(　　) A.Fe作负极,发生氧化反应 B.电子流动方向:铁→石墨→稀硫酸→盐桥→氯化钠溶液 C.工作一段时间后,左侧烧杯中c(Cl-)增大 D.正极反应式:2H++2e-===H2↑ 3.(2025·惠州期末)我国科学家设计的“海泥电池”工作原理如图所示,其中微生物代谢产物显酸性。下列说法不正确的是(　　) A.A电极上的电极反应式为O2+4H++4e-===2H2O B.工作时,B电极附近pH变小 C.H+从海水层通过交接面向海底沉积层移动 D.微生物代谢反应中,氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶2 角度二　原电池正、负极的判断 4.分析如图所示的四个原电池装置,其中结论正确的是(　　) A.①②中Mg作负极,③④中Fe作负极 B.②中Mg作正极,电极反应式为6H2O+6e-===6OH-+3H2↑ C.③中Fe作负极,电极反应式为Fe-2e-===Fe2+ D.④中Cu作正极,电极反应式为2H++2e-===H2↑ 角度三　原电池正、负极反应式的书写 5.(1)Fe-Cu-稀硫酸组成的原电池中,负极反应式为__________________,正极反应式为________________,电池总反应式为___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 (2)由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池,其正极反应式为__________________,负极反应式为____________________。 (3)由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池,其负极反应式为___________________________________________________________。 (4)与MnO2-Zn电池类似,K2FeO4-Zn也可以组成碱性电池,K2FeO4在电池中作为正极材料,其电极反应式为______________________________,该电池总反应的离子方程式为___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 角度四　原电池原理的应用 6.有a、b、c、d四个金属电极,有关的实验装置及部分实验现象如下: 实验 装置 部分 实验 现象 a极质量减少;b极质量增加 b极有气体产生;c极无变化 d极溶解;c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动顺序是(　　) A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c 7.选择合适的图像填空。 (1)将等质量的两份锌粉a、b分别加入过量的稀硫酸中,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________(填字母,下同)。 (2)将过量的两份锌粉a、b分别加入等量的稀硫酸中,同时向a中加入少量的CuSO4溶液,产生H2的体积V(L)与时间t(min)的关系是________。 (3)将(1)中的CuSO4溶液改成CH3COONa溶液,其他条件不变,则图像是________。 角度五　设计原电池,画出装置图 8.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设计成盐桥原电池。提供的试剂有FeCl3溶液、KI溶液,其他用品任选。回答下列问题: (1)在下面虚框中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。 (2)发生氧化反应的电极反应式为___________________________________________________________ ____________________。 (3)反应达到平衡时,外电路导线中________(填“有”或“无”)电流通过。 (4)平衡后向FeCl3溶液中加入少量FeCl2固体,当固体全部溶解后,则此时该溶液中电极变为________(填“正”或“负”)极。 考点2　常见化学电源的种类及其工作原理 　 知|识|梳|理 一、一次电池(碱性锌锰电池) 　碱性锌锰电池的工作原理如图: 二、二次电池(以铅酸蓄电池为例) 1.放电时的反应 (1)负极反应:___________________________________________________________。 (2)正极反应:___________________________________________________________。 (3)总反应:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)===2PbSO4(s)+2H2O(l)。 2.充电时的反应 (1)阴极反应:___________________________________________________________。 (2)阳极反应:___________________________________________________________。 (3)总反应:2PbSO4(s)+2H2O(l)Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)。 微提醒　书写电极反应式的三个原则: (1)共存原则。 因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中CO2不可能存在,也不可能有H+参加反应;当电解质溶液呈酸性时,不可能有OH-参加反应或生成OH-。 (2)得氧失氧原则。 得氧时,在反应物中加H2O(电解质溶液为酸性时)或OH-(电解质溶液为碱性或中性时);失氧时,在反应物中加H2O(电解质溶液为碱性或中性时)或H+(电解质溶液为酸性时)。 (3)中性吸氧反应生成碱原则。 在中性电解质溶液中,通过金属吸氧所建立起来的原电池反应,其反应的最后产物是碱。 三、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 种类 酸性 碱性 负极 反应式 ________________ __________________ 正极 反应式 ________________ __________________ 电池总 反应式 2H2+O2===2H2O 2.燃料电池电极反应式的书写 第一步:写出燃料电池反应的总反应式。 燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应,则总反应为加和后的反应。 如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)的反应式为 CH4+2O2===CO2+2H2O ① CO2+2NaOH===Na2CO3+H2O ② ①式+②式得燃料电池总反应式为CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O。 第二步:写出电池的正极反应式。 根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应式有所不同,大致有以下四种情况: (1)酸性电解质溶液环境下电极反应式: O2+4H++4e-===2H2O。 (2)碱性电解质溶液环境下电极反应式: O2+2H2O+4e-===4OH-。 (3)固体电解质(高温下能传导O2-)环境下电极反应式:O2+4e-===2O2-。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下电极反应式:O2+2CO2+4e-===2C。 第三步:根据电池总反应式和正极反应式,写出负极反应式。 电池反应的总反应式-电池正极反应式=电池负极反应式。因为O2不是负极反应物,因此两个反应式相减时要彻底消除O2。 微提醒　原电池学习的关键是理解原电池的原理,大家可以画一画原电池的原理图,弄清离子的移向、电子的流向、两极的反应(负氧化正还原)。对于燃料电池要注意燃料在负极反应,O2在正极反应,要注意电解质溶液或传导介质的影响,如碱性条件下,CO2以C形式存在。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.可充电电池中的放电反应和充电反应互为可逆反应。(　　) 2.铅酸蓄电池放电时的负极和充电时的阳极均发生还原反应。(　　) 3.Zn具有还原性和导电性,可用作锌锰电池的负极材料。(　　) 4.原电池的两电极中,较活泼的电极一定为负极。(　　) 5.碘可用作锂碘电池的材料,该电池反应为2Li(s)+I2(s)===2LiI(s),则碘电极作该电池的负极。(　　) 知|识|对|练 角度六　一般电池电极反应式的书写 9.根据电池的原理图和有关信息,回答问题: (1)镁空气电池 (2)可充放电式锌-空气电池 该电池的核心组分是驱动氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的双功能催化剂,KOH溶液为电解质溶液。放电时总反应为2Zn+O2+4OH-+2H2O===2[Zn(OH)4]2- 负极反应式为________________________,电池总反应式为____________________,电子由______(填“a”或“b”,下同)极经外电路移动到______极 充电时,锌电极上的反应式为____________________,析氧反应(OER)为____________________________,充电后c(KOH)______(填“增大”“不变”或“减小”) 10.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4Li+2SOCl2===4LiCl+S+SO2↑。 (1)电池的负极材料为________,发生的电极反应为____________________________。 (2)电池正极发生的电极反应为___________________________________________________________ ____________________。 角度七　“常考常新”的可逆电池 11.锌碘双离子二次电池的示意图如图所示,下列说法不正确的是(　　) A.增加电解液的浓度可提升该电池存储的能量 B.充电时,I2可与I-进一步反应生成多碘化物,不利于I2的沉积 C.放电时,溶液中离子的数目增大 D.防止多碘化物与Zn接触反应,应采用阴离子交换膜 12.一种碳纳米管新型二次电池的装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.离子交换膜选用阳离子交换膜(只允许阳离子通过) B.正极的电极反应为NiO(OH)+H2O+e-===Ni(OH)2+OH- C.导线中通过1 mol电子时,理论上负极区溶液质量增加1 g D.充电时,碳电极与电源的正极相连 角度八　不同介质对燃料电池电极反应式书写的影响 13.以甲烷燃料电池为例来分析在不同的环境下电极反应式的书写方法: (1)酸性条件 燃料电池总反应式:CH4+2O2===CO2+2H2O　① 燃料电池正极反应式:O2+4H++4e-===2H2O　② ①-②×2,得燃料电池负极反应式为___________________________________________________________ ____________________。 (2)碱性条件 燃料电池总反应式:CH4+2O2+2NaOH===Na2CO3+3H2O　① 燃料电池正极反应式:O2+2H2O+4e-===4OH-　② ①-②×2,得燃料电池负极反应式为___________________________________________________________ ____________________。 (3)固体电解质(高温下能传导O2-) 燃料电池总反应式:CH4+2O2===CO2+2H2O　① 燃料电池正极反应式:O2+4e-===2O2-　② ①-②×2,得燃料电池负极反应式为___________________________________________________________ ____________________。 (4)熔融碳酸盐(如熔融K2CO3)环境下 电池总反应式:CH4+2O2===CO2+2H2O　① 正极电极反应式:O2+2CO2+4e-===2C　② ①-②×2,得燃料电池负极反应式为___________________________________________________________ __________________________。 微充电　素养提升 三步模型——突破新型化学电源 　 【方法归纳】　 【母题】　科学家们发明了一种新型高能量密度铝-石墨双离子电池技术,可制造全新的高效、低成本储能电池,电解液由六氟磷酸锂(LiPF6)和碳酸酯类有机溶剂组成,充电过程中,石墨电极(Cx)发生阴离子插层反应,而铝电极发生铝-锂合金化反应,放电过程则相反,工作原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.LiPF6属于离子化合物 B.放电时,负极的电极反应式为AlLi-e-===Li++Al C.充电时,P移向石墨电极,b连接电源负极 D.放电时,负极每释放1 mol Li+,正极释放1 mol P 类型一　锂电池与锂离子电源 1.锂电池。 锂电池是一类由金属锂或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。工作时金属锂失去电子被氧化为Li+,负极反应均为Li-e-===Li+,负极生成的Li+经过电解质定向移动到正极。 2.锂离子二次电池。 (1)锂离子电池基于电化学“嵌入/脱嵌”反应原理,替代了传统的“氧化—还原”理念;在两极形成的电压降的驱动下,Li+可以从电极材料提供的“空间”中“嵌入”或“脱嵌”。 (2)锂离子电池充电时阴极反应式一般为6C+xLi++xe-===LixC6;放电时负极反应是充电时阴极反应的逆过程:LixC6-xe-===6C+xLi+。 (3)锂离子电池的正极材料一般为含Li+的化合物,目前已商业化的正极材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。 【衍生1】　锂离子电池充、放电电池总反应为LixC6+Li1-xCoO2LiCoO2+C6,该电池充、放电的工作示意图如图。下列有关说法不正确的是(　　) A.该电池具有很高的比能量 B.负极的反应式:LixC6-xe-===xLi++C6 C.放电时,Li+从石墨晶体中脱出回到正极氧化物晶格中 D.充电时,若转移1 mol e-,石墨电极将增重7x g 类型二　微生物电源 　　微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。其基本工作原理是:在负极室厌氧环境下,有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子,电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和负极之间进行有效传递,并通过外电路传递到正极形成电流,而质子通过质子交换膜传递到正极,氧化剂(一般为氧气)在正极得到电子被还原与质子结合成水。 【衍生2】　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(　　) A.a电极为正极,b电极为负极 B.电子从b电极流出,经外电路流向a电极 C.HS-转化为S的反应为HS-+4H2O-8e-===S+9H+ D.若该电池中有0.2 mol O2参加反应,则有0.2 mol H+通过质子交换膜 类型三　浓差电池 　　“浓差电池”的分析方法。浓差电池是利用物质的浓度差产生电势的一种装置。两侧半电池中的特定物质有浓度差,离子均是由“高浓度”移向“低浓度”,阴离子移向负极区域,阳离子移向正极区域,判断电池的正、负极是解题的关键。 【衍生3】　某化学小组将两个完全相同的铜片分别放入体积相同、浓度不同的CuSO4溶液中形成浓差电池,并以该电池为电源,以石墨为电极,将NH3转化为高纯H2,装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A.Cu(1)极的电势高于Cu(2)极的 B.S、OH-分别通过阴离子交换膜Ⅰ、Ⅱ向左移动 C.当电解停止时,理论上Cu(2)极与Cu(1)极质量相差64 g D.该装置理论上可制得1 mol H2 类型四　物质循环转化型电池 　　根据物质转化中,元素化合价的变化或离子的移动(阳离子移向正极区域,阴离子移向负极区域),判断电池的正、负极是分析该电池的关键。 【衍生4】　我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图装置可发生反应H2S+O2===H2O2+S↓,已知甲池中发生的反应为 下列说法不正确的是(　　) A.甲池中碳棒上发生的电极反应式为AQ+2H++2e-===H2AQ B.乙池溶液中发生的反应为H2S+===3I-+S↓+2H+ C.该装置将光能转化为电能 D.H+从甲池移向乙池 微真题　把握方向 　 考向一　原电池工作原理 1.(2024·湖南卷)近年来,我国新能源产业得到了蓬勃发展,下列说法错误的是(　　) A.理想的新能源应具有资源丰富、可再生、对环境无污染等特点 B.氢氧燃料电池具有能量转化率高、清洁等优点 C.锂离子电池放电时锂离子从负极脱嵌,充电时锂离子从正极脱嵌 D.太阳能电池是一种将化学能转化为电能的装置 2.(2024·浙江卷1月)酸性锌锰干电池的构造示意图如下。关于该电池及其工作原理,下列说法正确的是(　　) A.石墨作电池的负极材料 B.电池工作时,N向负极方向移动 C.MnO2发生氧化反应 D.锌筒发生的电极反应为Zn-2e-===Zn2+ 3.(2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn+2MnO2+H2O===ZnO+2MnOOH,电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(　　) A.电池工作时,MnO2发生氧化反应 B.电池工作时,OH-通过隔膜向正极移动 C.环境温度过低,不利于电池放电 D.反应中每生成1 mol MnOOH,转移电子数为2×6.02×1023 4.(2023·广东卷)负载有Pt和Ag的活性炭,可选择性去除Cl-实现废酸的纯化,其工作原理如图。下列说法正确的是(　　) A.Ag作原电池正极 B.电子由Ag经活性炭流向Pt C.Pt表面发生的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH- D.每消耗标准状况下11.2 L的O2,最多去除1 mol Cl- 考向二　原电池工作原理的应用 5.(2024·新课标卷)一种可植入体内的微型电池工作原理如图所示,通过CuO催化消耗血糖发电,从而控制血糖浓度。当传感器检测到血糖浓度高于标准,电池启动。血糖浓度下降至标准,电池停止工作。(血糖浓度以葡萄糖浓度计) 电池工作时,下列叙述错误的是(　　) A.电池总反应为2C6H12O6+O2===2C6H12O7 B.b电极上CuO通过Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互转变起催化作用 C.消耗18 mg葡萄糖,理论上a电极有0.4 mmol电子流入 D.两电极间血液中的Na+在电场驱动下的迁移方向为b→a 6.(2022·全国甲卷)一种水性电解液Zn⁃MnO2离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中,Zn2+以Zn(OH存在]。电池放电时,下列叙述错误的是(　　) A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移 B.Ⅰ区的S通过隔膜向Ⅱ区迁移 C.MnO2电极反应:MnO2+2e-+4H+===Mn2++2H2O D.电池总反应:Zn+4OH-+MnO2+4H+===Zn(OH+Mn2++2H2O 考向三　燃料电池工作原理 7.(2021·山东卷)以KOH溶液为离子导体,分别组成CH3OH—O2、N2H4—O2、(CH3)2NNH2—O2清洁燃料电池,下列说法正确的是(　　) A.放电过程中,K+均向负极移动 B.放电过程中,KOH的物质的量均减小 C.消耗等质量燃料,(CH3)2NNH2—O2燃料电池的理论放电量最大 D.消耗1 mol O2时,理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2 L 考向四　可逆电池 8.(2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后,MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(　　) A.充电时,Zn2+向阳极方向迁移 B.充电时,会发生反应Zn+2MnO2===ZnMn2O4 C.放电时,正极反应有MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH- D.放电时,Zn电极质量减少0.65 g,MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH 第29讲　电解池　金属的腐蚀与防护 [目标速览]　1.认识电能与化学能相互转化的实际意义及其重要应用。2.了解电解池的工作原理,认识电解在实现物质转化和储存能量中的具体应用。3.了解金属发生电化学腐蚀的本质,知道金属腐蚀的危害,了解防止金属腐蚀的措施。4.能分析、解释电解池的工作原理,能设计简单的电解池。 微考点　核心突破 考点1　电解池 　 知|识|梳|理 一、电解池 1.电解原理及电极反应式的书写 (1)使电流通过电解质溶液而在____________引起________________的过程叫做电解。将____________转化为________的装置叫做电解池。在电解池中与直流电源的________相连的电极是阴极,在阴极上发生______反应;与直流电源的________相连的电极是阳极,在阳极上发生________反应。 (2)用惰性电极电解CuCl2溶液时,电极反应式阳极为________________、阴极为__________________,总反应为____________________________。 2.离子放电顺序及电解产物的判断 (1)阳极产物判断:首先看电极,如果是活性电极,________失电子,电极被溶解;如果是惰性电极,则要看溶液中______的还原性。此时根据阴离子放电顺序加以判断。阴离子的放电顺序为___________________________________________________________。 (2)阴极产物的判断:直接根据________的放电顺序判断,常见金属阳离子的放电顺序是___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 微提醒　(1)分析电解池问题的一般程序为找电源(或现象)→判两极→写电极反应式→得总反应式。 ①连电源正极的为阳极,阳极上发生氧化反应;连电源负极的为阴极,阴极上发生还原反应,两电极反应式之和即为电池总反应式。 ②电极材料:惰性电极指Pt、Au、石墨;活性电极指除Pt、Au、石墨外的金属材料。 (2)①同一原电池的正、负极的电极反应中得、失电子数相等。 ②同一电解池的阴极、阳极电极反应中得、失电子数相等。 ③串联电路中的各个电极反应得、失电子数相等。 上述三种情况下,在写电极反应式时,得、失电子数要相等,在计算电解产物的量时,应按得、失电子数相等计算。 二、使用惰性电极电解的几种类型 类型 电解质 特点 实例 电极反应式 电解 方程式 电解 对象 电解质溶 液浓度的 变化 溶液 pH 变化 电解质溶 液复原的 方法 阴极 阳极 电解 水型 含氧酸 H2SO4 4H++4e-=== 2H2↑ 4OH--4e-=== 2H2O+O2↑ 2H2O 2H2↑+O2↑ 水 增大 减小 加水 可溶性 强碱 NaOH 增大 活泼金属 含氧酸盐 KNO3 不变 电解 电解 质型 无氧酸 HCl 2H++2e-=== H2↑　　 2Cl--2e-=== Cl2↑ 2HCl H2↑+Cl2↑ 电 解 质 减小 增大 通入氯 化氢气体 不活泼金属 无氧酸盐 CuCl2 Cu2++2e-=== Cu 2Cl--2e-=== Cl2↑ CuCl2 Cu+Cl2↑ — 加氯化铜 固体 放H2 生碱型 活泼金属 无氧酸盐 NaCl 2H++2e-=== H2↑ 2Cl--2e-=== Cl2↑ 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 电解 质和 水 生成新 电解质 增大 通入氯 化氢气体 放O2 生酸型 不活泼金属 含氧酸盐 CuSO4 2Cu2++4e-=== 2Cu 4OH--4e-=== 2H2O+O2↑ 2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑ 电解 质和 水 生成 新电 解质 减小 加CuO 或CuCO3 固体 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑能设计成电解池。(　　) 2.阳极不管是什么材料,电极本身都不反应。(　　) 3.电解过程中阴离子向阴极定向移动。(　　) 4.电解稀盐酸、稀硫酸等溶液,H+放电,溶液的pH逐渐增大。(　　) 实|验|回|放 实验:CuCl2溶液的电解 在U形管中注入质量分数为25%的CuCl2溶液,插入两根石墨棒作电极(如图)。把湿润的碘化钾⁃淀粉试纸放在与直流电源正极相连的石墨棒附近。接通直流电源,观察U形管内的现象和试纸颜色的变化 电流表的指针发生偏转;通电一段时间后可观察到与直流电源负极相连的石墨棒上逐渐覆盖了一层红色的铜,该区域溶液颜色变浅;与直流电源正极相连的石墨棒上有气泡产生,同时观察到湿润的碘化钾⁃淀粉试纸变成蓝色 CuCl2是强电解质,在水溶液中全部电离生成Cu2+和Cl-。通电前,Cu2+和Cl-在溶液中作自由运动,如图Ⅰ所示;通电时,这些自由运动的离子改作定向运动,根据异性相吸的原理,阴离子(Cl-)向阳极(与直流电源的正极相连)迁移,阳离子(Cu2+)向阴极(与直流电源的负极相连)迁移,如图Ⅱ所示。 在阳极,Cl-失去电子发生氧化反应生成Cl2,从阳极放出。在阴极,Cu2+得到电子发生还原反应生成铜单质,覆盖在阴极上 阳极:2Cl--2e-===Cl2↑(氧化反应) 阴极:Cu2++2e-===Cu (还原反应) 电解CuCl2溶液的化学方程式为CuCl2Cu+Cl2↑; 试纸中的I-被Cl2氧化成I2,淀粉遇I2变蓝Cl2+2I-===2Cl-+I2 在通直流电的条件下,溶液里的CuCl2发生反应CuCl2Cu+Cl2↑,阴极有Cu生成,阳极有Cl2放出 提醒　(1)CuCl2溶液浓度不能太稀,以质量分数约为25%最佳。 (2)在该实验条件下,由水发生微弱电离产生的少量H+和OH-并没有参与电极反应。 (3)该实验过程中需注意防止CuCl2溶液溅出,实验观察过程中最好佩戴护目镜;阳极产物Cl2有毒,注意开启实验室中的排风设备;CuCl2为重金属盐,实验后要洗手。 知|识|拓|展 1.书写电极反应式和总反应式的规律 必须正确书写原电池和电解池的电极反应式和总的反应式。高考主要从下面三个方面进行考查。 (1)根据给出的两个电极反应式写总反应式。 已知两个电极反应式,写总反应式并不难,只要使两个电极反应式得失电子数相等后,将两式相加,消去相同的化学式即可。 (2)给出总反应式,写出电极反应式。 书写电极反应式的步骤一般分为四步: ①列物质、标得失;②选离子、配电荷;③配个数、巧用水;④两式加、验总式。 (3)根据信息给予知识,写电极反应式和总反应式。 2.做到“三看”,正确书写电极反应式 (1)一看电极材料,若是金属(Au、Pt除外)作阳极,金属一定放电(注:Fe生成Fe2+)。 (2)二看介质,介质是否参与电极反应。 (3)三看电解质状态,若是熔融状态,就是金属的冶炼。 3.规避“三个”失分点 (1)书写电解池中电极反应式时,一般以实际放电的离子表示,但书写总电解反应方程式时,弱电解质要写成分子式。 (2)要确保两极电子转移数目相等,且总反应式应注明条件“电解”。 (3)电解水溶液时,应注意放电顺序中H+、OH-之后的离子一般不参与放电。 4.电解规律 (1)若阴极为H+放电,则阴极区c(OH-)增大;若阳极为OH-放电,则阳极区c(H+)增大;若阴极、阳极同时有H+、OH-放电,相当于电解水,电解质浓度增大。电解时溶液酸碱性“口诀”为氢出碱增,氧出酸增,氢氧共出,“酸”酸、“碱”碱、“中”中。 (2)若放电的H+或OH-来自水的电离,则电解方程式要将它们写成“H2O”的形式。 (3)电解质溶液恢复原状的办法:“少什么加什么”。 知|识|对|练 角度一　对电解原理和电解规律的考查 1.用石墨电极电解CuCl2溶液(如图)。下列分析正确的是(　　) A.a端是直流电源的正极 B.通电使CuCl2发生电解 C.阳极上发生的反应Cu2++2e-===Cu D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体 2.下列各组中,每种电解质溶液用惰性电极电解时只生成氢气和氧气的是(　　) A.HCl、CuCl2、Ba(OH)2 B.NaOH、CuSO4、H2SO4 C.NaOH、H2SO4、Ba(OH)2 D.NaBr、H2SO4、Ba(OH)2 3.下列有关用惰性电极电解AgNO3溶液一段时间后的说法,正确的是(　　) A.电解过程中阳极的质量不断增加 B.电解过程中溶液的pH不断升高 C.此时向溶液中加入适量的Ag2O固体可使溶液恢复到电解前的状况 D.电解后两极产生的气体体积比为2∶1 角度二　电极反应式、电解总方程式的书写 4.按要求书写有关的电极反应式及总方程式。 (1)用惰性电极电解AgNO3溶液。 阳极反应式:___________________________________________________________; 阴极反应式:___________________________________________________________; 总反应离子方程式:___________________________________________________________。 (2)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:___________________________________________________________。 (3)用铁作电极电解NaCl溶液。 阳极反应式:___________________________________________________________; 阴极反应式:___________________________________________________________; 总反应离子方程式:___________________________________________________________。 (4)用铜作电极电解盐酸溶液。 阳极反应式:___________________________________________________________; 阴极反应式:___________________________________________________________; 总反应离子方程式:___________________________________________________________。 (5)用Al作电极电解NaOH溶液。 阳极反应式:___________________________________________________________; 阴极反应式:___________________________________________________________; 总反应离子方程式:___________________________________________________________。 (6)用Al作阳极,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:___________________________________________________________。 (7)用Al作阳极,石墨作阴极,电解NaHCO3溶液。 阳极反应式:___________________________________________________________; 阴极反应式:___________________________________________________________。 (8)用惰性电极电解熔融MgCl2。 阳极反应式:___________________________________________________________; 阴极反应式:___________________________________________________________; 总反应离子方程式:___________________________________________________________。 考点2　电解原理的应用 　 知|识|梳|理 1.电解饱和食盐水 (1)电极反应。 阳极:___________________________________________________________(反应类型为氧化反应), 阴极:___________________________________________________________(反应类型为还原反应)。 (2)总反应方程式:___________________________________________________________。 总反应的离子方程式:___________________________________________________________。 (3)应用:氯碱工业制烧碱、氢气和氯气。 装置 离子交换膜电解槽 阳极 钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层) 阴极 碳钢网 阳离子 交换膜 ①只允许阳离子通过,能阻止阴离子和气体通过 ②将电解槽隔成阳极室和阴极室 2.电解精炼铜 3.电镀铜 4.电冶金 利用电解熔融盐(或氧化物)的方法来冶炼活泼金属Na、Mg、Al等。 项目 总方程式 阳极、阴极反应式 冶炼钠 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ 2Cl--2e-===Cl2↑、 2Na++2e-===2Na 冶炼镁 ________________ ________________、 ________________ 冶炼铝 ________________ ________________、 ________________ 微提醒　(1)“三池”的判断技巧。 原电池、电解池、电镀池判定规律:若无外接电源,可能是原电池,然后依据原电池的形成条件分析判定,若有外接电源,两极插入电解质溶液中,则可能是电解池或电镀池。阳极金属与电解质溶液中的金属阳离子相同则为电镀池,其他情况为电解池。 (2)串联电路中“原电池”与“电解池”的判断。 若无外接电源,必有一个是原电池,根据原电池的构成条件进行判断,其余是电解池。若有外接电源,则全是电解池。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.用铜作阳极、石墨作阴极电解CuCl2溶液时,阳极电极反应式为2Cl--2e-===Cl2↑。(　　) 2.镀铜铁制品的镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈。(　　) 3.根据得失电子守恒可知电解精炼铜时,阳极减少的质量和阴极增加的质量相等。(　　) 4.电镀过程中,溶液中离子的浓度不变。(　　) 5.电解精炼铜时,溶液中的阳离子浓度会发生变化。(　　) 知|识|对|练 角度三　电解原理的“常规”应用 5.金属镍有广泛的用途,粗镍中含有Fe、Zn、Cu、Pt等杂质,可用电解法制得高纯度的镍。下列叙述正确的是(已知氧化性Fe2+<Ni2+<Cu2+)(　　) A.阳极发生还原反应,其电极反应式为Ni2++2e-===Ni B.电解过程中,阳极质量的减少量与阴极质量的增加量相等 C.电解后,溶液中存在的阳离子只有Fe2+和Zn2+ D.电解后,电解槽底部的阳极泥中有Cu和Pt 6.在氯碱工业中,离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下,下列说法不正确的是(　　) A.电极A为阳极,发生氧化反应 B.离子交换膜为阳离子交换膜 C.电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H+Cl2↑+H2↑ D.NaOH 溶液从 d 处出 角度四　电解原理在“环境治理”中的不寻常应用 7.空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液吸收,生成HNO2,再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质N2,同时生成Ce4+,其电解原理如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.电极B为阳极,发生氧化反应 B.电极A上发生的电极反应为2HNO2+6H++6e-===N2↑+4H2O C.Ce4+从电解槽右端上口流出,且可循环使用 D.若用阴离子交换膜代替质子交换膜,可提高电解效率,降低成本 8.研究发现,电催化CO2和含氮物质(N等)在常温常压下合成尿素,有助于实现“碳中和”及解决含氮废水污染问题。用铅酸蓄电池作电源,向含有一定浓度KNO3的酸性废水中通CO2至饱和,在电极上反应生成CO(NH2)2,电解原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.d为电源正极,该电极反应式为PbO2+2e-+4H+===Pb2++2H2O B.为提高溶液导电性,电极b区溶液中可加入少量氯化钠 C.当电极a区生成3.0 g尿素时,电极b区质量减少7.2 g D.每1 mol CO2转化为尿素就有18 mol H+由b极区迁移到a极区 角度五　电解原理在“物质制备”中的不寻常应用 9.利用双极膜电渗析法电解食盐水可获得NaClO和CO,其工作原理如图所示,已知在直流电的作用下,双极膜中的H2O解离成H+和OH-。下列有关说法错误的是(　　) A.b极为负极 B.M极的电极反应式为Cl-+2OH--2e-===ClO-+H2O C.工作一段时间后,N极附近溶液的pH明显变小 D.若所得n(CO)大于n(NaClO),说明阳极可能发生反应2Cl--2e-===Cl2↑ 10.利用电解法将污染性气体NO2转化为(NH4)2SO4溶液的原理如图所示。下列说法错误的是(　　) A.电解时,当有2 mol H+透过质子交换膜,则电极Y增重96 g B.NO2在电极b上的反应式为NO2+8H++7e-===N+2H2O C.电解过程中,H+由a极区向b极区迁移 D.电解时Na2SO4溶液的浓度保持不变 11.氯碱工业是高耗能产业,一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节能30%以上。在这种工艺设计中,相关物料的传输与转化关系如图所示,其中的电极未标出,所用的离子交换膜都只允许阳离子通过。 (1)图中X、Y分别是________、________(填化学式),比较图示中a%与b%的大小:______________。 (2)写出燃料电池B中的电极反应:正极________________;负极______________。 (3)这样设计的主要节能之处在于(写出2处):____________________________。 考点3　金属腐蚀及防护措施 　 知|识|梳|理 1.金属腐蚀的类型 (1)金属的腐蚀。 金属腐蚀 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+ M-ne-===Mn+ 现象 金属被腐蚀 较活泼金属被腐蚀 区别 无电流 有电流 (2)吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较。 类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜呈弱酸性或中性 水膜呈较强酸性 正极反应 O2+2H2O+4e-===4OH- 2H++2e-===H2↑ 负极反应 Fe-2e-===Fe2+ Fe-2e-===Fe2+ 其他反应 Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+2H2O+O2===4Fe(OH)3 2Fe(OH)3+(x-3)H2O===Fe2O3·xH2O(铁锈) 微提醒　根据介质判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀。 正确判断“介质”溶液的酸碱性是分析析氢腐蚀和吸氧腐蚀的关键。潮湿的空气、酸性很弱或中性溶液中发生吸氧腐蚀;NH4Cl溶液、稀硫酸等酸性较强的溶液中发生析氢腐蚀。 2.金属腐蚀的防护方法 (1)改变金属的组成结构。例如在铁中加入一定比例的铬炼制得铬钢,具有较高的耐腐蚀性。含铬又含镍的不锈钢,其耐腐蚀性更好。 (2)在金属表面覆盖一层保护层,使金属与周围具有腐蚀性的气体和电解质溶液隔离,便可保护金属,防止金属腐蚀。如在金属表面上喷漆、电镀或覆盖搪瓷、使表面钝化等。 (3)电化学保护法。如把金属连接在电源的负极上,这样就能消除引起金属腐蚀的原电池反应。也可在金属上铆接比它更活泼的另一种金属,发生金属腐蚀时是较活泼的金属被腐蚀而金属本身受到保护。 思维辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。 1.原电池分为正、负极,电解池分为阴、阳极,所以牺牲阳极法应用的是电解池原理。(　　) 2.在铁板上镀锌是因为锌比铁活泼,形成原电池而保护铁不易被腐蚀。(　　) 3.钢铁发生吸氧腐蚀时,负极电极反应式为Fe-3e-===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.外加电流法构成了电解池;牺牲阳极法构成了原电池。二者均能有效地保护金属不容易被腐蚀。(　　) 实|验|回|放 实验一:电化学腐蚀实验 铁钉的吸氧腐蚀实验 锌的析氢腐蚀实验 探究饱和食盐水浸泡过的铁钉的吸氧腐蚀 探究滴加硫酸铜溶液后锌与稀盐酸反应的快慢 将经过酸洗除锈的铁钉用饱和食盐水浸泡一下,放入如图所示的具支试管中。几分钟后,观察导管中水柱的变化 取两支试管,分别放入两颗锌粒和等体积、等浓度的稀盐酸,观察现象。然后,向其中一支试管中滴加1~2滴硫酸铜溶液,再观察现象 导管中水柱上升,铁钉表面有铁锈生成 未滴加硫酸铜溶液时,两支试管中产生气泡的速率相等;滴加硫酸铜溶液的试管内产生气泡的速率变快 装置中Fe、C、饱和食盐水构成了Fe—C—饱和食盐水原电池,Fe作负极,C作正极,饱和食盐水作电解质溶液,由于NaCl溶液呈中性,发生吸氧腐蚀 滴加硫酸铜溶液后,装置中Zn、Cu、稀盐酸构成了Zn—Cu—稀盐酸原电池,Zn作负极,Cu作正极,稀盐酸作电解质溶液,由于稀盐酸呈酸性,发生析氢腐蚀 提醒　铁钉的吸氧腐蚀实验注意事项 (1)为使实验在短时间内更容易观察到实验现象,可以增加铁钉的数量。 (2)必须保证实验装置密封性良好。 (3)经过酸洗除锈的铁钉,必须先用清水洗净,除去表面的酸,然后用饱和食盐水浸泡一下,才可放入具支试管中。 实验二:牺牲阳极法的两个实验 以Fe作保护电极,Zn作辅助电极,以经过酸化的3%的NaCl溶液作电解质溶液,按图所示连接装置。观察电流表指针的变化,以及烧杯中两个电极附近发生的现象。过一段时间,用胶头滴管从Fe电极区域取少量溶液于试管中,再向试管中滴入2滴K3[Fe(CN)6](铁氰化钾)溶液,观察试管中溶液颜色的变化 电流表 Zn电极 Fe电极 试管内 指针发 生偏转 逐渐溶解 有气泡产生 不显特 征蓝色 — Zn-2e-=== Zn2+ 2H++2e-=== H2↑ — a.Fe、Zn和经过酸化的NaCl溶液构成原电池; b.该装置中铁未被腐蚀 将1 g琼脂加入250 mL烧杯中,再加入50 mL饱和食盐水和150 mL水。搅拌、加热煮沸,使琼脂溶解。稍冷后,趁热把琼脂溶液分别倒入两个培养皿中,各滴入5~6滴酚酞溶液和K3[Fe(CN)6]溶液,混合均匀。取两个2~3 cm长的铁钉,用砂纸擦光 将裹有锌皮的铁钉放入其中一个培养皿中 将缠有铜丝的铁钉放入另一个培养皿中 琼脂溶液变红 琼脂溶液变红,且产生带有特征蓝色的沉淀 Zn-2e-===Zn2+ 2H2O+O2+4e-===4OH- Fe-2e-===Fe2+ 2H2O+O2+4e-===4OH- Fe、Zn和NaCl溶液构成原电池,Zn被腐蚀,Fe被保护 Fe、Cu和NaCl溶液构成原电池,Fe被腐蚀,Cu被保护 知识链接　Fe2+的检验 Fe2+与K3[Fe(CN)6]溶液(黄色)反应生成KFe[Fe(CN)6]沉淀(带有特征蓝色)。这是一种检验溶液中Fe2+的常用方法。 上述反应的离子方程式为Fe2++K++[Fe(CN)6]3-===KFe[Fe(CN)6]↓。 知|识|对|练 角度六　正确判断析氢腐蚀和吸氧腐蚀 12.远洋轮船的船体材料是合金钢,为了保障航行安全,延长轮船的使用寿命,通常在与海水接触的船壳(船底及船侧)上镶嵌一些金属块M。下列有关说法不正确的是(　　) A.上述保护船壳免受腐蚀的方法叫牺牲阳极法 B.M可能是锌、铜等金属 C.船壳主要发生吸氧腐蚀 D.在上述保护船壳的过程中,负极反应为M-ne-===Mn+ 13.将两根铁钉分别缠绕铜丝和铝条,放入滴有混合溶液的容器中,如图所示,下列叙述错误的是(　　) A.b中铁钉附近呈现红色 B.a中铁钉附近产生蓝色沉淀 C.b中发生吸氧腐蚀 D.a中铜丝附近有气泡产生 角度七　腐蚀快慢与防护方法的比较 14.如图所示,各烧杯中盛有海水,铁在其中被腐蚀的速率由快到慢的顺序为(　　) ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ A.②①③④⑤⑥ B.⑤④③①②⑥ C.⑤④②①③⑥ D.⑤③②④①⑥ 15.支撑海港码头基础的钢管桩,常用外加电流法进行防腐,工作原理如图所示,其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关叙述不正确的是(　　) 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 微充电　素养提升 守恒思想——应对电化学定量计算的三种方法 　 【方法归纳】　 1.计算类型。 原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。 2.三种方法。 (1)根据总反应式计算。 先写出电极反应式,再写出总反应式,最后根据总反应式列出比例式计算。 (2)根据电子守恒计算。 ①用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、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。 ②用于混合溶液中电解的分阶段计算。 (3)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: 4e-~~ (式中M为金属,n为其离子的化合价数值) 该关系式具有总揽电化学计算的作用和价值,熟记电极反应式,灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。 提示　在电化学计算中,还常利用Q=I·t和Q=n(e-)×NA×1.60×10-19 C来计算电路中通过的电量。 类型一　根据总反应式,建立等量关系进行计算 【母题1】　将两个铂电极插入500 mL CuSO4溶液中进行电解,通电一定时间后,某一电极增重0.064 g(设电解时该电极无氢气析出,且不考虑水解和溶液体积变化),此时溶液中氢离子浓度约为(　　) A.4×10-3 mol·L-1 B.2×10-3 mol·L-1 C.1×10-3 mol·L-1 D.1×10-7 mol·L-1 【衍生】　两个惰性电极插入500 mL AgNO3溶液中,通电电解。当电解液的pH从6.0变为3.0时,(设电解过程中阴极没有H2放出,且电解液在电解前后体积变化可以忽略不计)电极上析出银的质量最大为(　　) A.27 mg B.54 mg C.106 mg D.216 mg 类型二　根据电子守恒,突破电解分阶段计算 【母题2】　500 mL KNO3和Cu(NO3)2的混合溶液中c(N)=0.6 mol·L-1,用石墨作电极电解此溶液,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0.4 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0.4 mol·L-1 类型三　根据电子守恒,突破电解池的“串联”计算 【母题3】　如图所示装置中,甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5%的NaOH溶液、足量CuSO4溶液和100 g 10%的K2SO4溶液,电极均为石墨电极。 (1)接通电源,一段时间后,测得丙中K2SO4溶液的质量分数为10.47%,乙中c电极质量增加。则 ①电源的N端为________极。 ②电极b上发生的电极反应式为___________________________________________________________ ____________________。 ③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________L。 ④电解前后丙中溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)乙装置中如果电解过程中铜全部析出,此时电解能否继续进行?________(填“能”或“不能”),原因是___________________________________________________________ ___________________________________________________________。 微真题　把握方向 　 考向一　电解池工作原理 1.(2024·甘肃卷)某固体电解池工作原理如图所示,下列说法错误的是(　　) A.电极1的多孔结构能增大与水蒸气的接触面积 B.电极2是阴极,发生还原反应O2+4e-===2O2- C.工作时O2-从多孔电极1迁移到多孔电极2 D.理论上电源提供2 mol e-能分解1 mol H2O 2.(2024·湖南卷)在KOH水溶液中,电化学方法合成高能物质K4C6N16时,伴随少量O2生成,电解原理如图所示,下列说法正确的是(　　) A.电解时,OH-向Ni电极移动 B.生成C6的电极反应:2C3N8H4+8OH--4e-===C6+8H2O C.电解一段时间后,溶液pH升高 D.每生成1 mol H2的同时,生成0.5 mol K4C6N16 考向二　电解池工作原理的应用 3.(2024·广东卷)一种基于氯碱工艺的新型电解池(如图),可用于湿法冶铁的研究。电解过程中,下列说法不正确的是(　　) A.阳极反应:2Cl--2e-===Cl2↑ B.阴极区溶液中OH-浓度逐渐升高 C.理论上每消耗1 mol Fe2O3,阳极室溶液减少213 g D.理论上每消耗1 mol Fe2O3,阴极室物质最多增加138 g 4.(2024·贵州卷)一种太阳能驱动环境处理的自循环光催化芬顿系统工作原理如图。光阳极发生反应HC+H2O===HC+2H++2e-,HC+H2O===HC+H2O2。体系中H2O2与Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)发生反应产生的活性氧自由基可用于处理污水中的有机污染物。 下列说法错误的是(　　) A.该芬顿系统能量转化形式为太阳能→电能→化学能 B.阴极反应式为O2+2H++2e-===H2O2 C.光阳极每消耗1 mol H2O,体系中生成2 mol H2O2 D.H2O2在Mn(Ⅱ)/Mn(Ⅳ)的循环反应中表现出氧化性和还原性 5.(2023·全国甲卷)用可再生能源电还原CO2时,采用高浓度的K+抑制酸性电解液中的析氢反应来提高多碳产物(乙烯、乙醇等)的生成率,装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.析氢反应发生在IrOx-Ti电极上 B.Cl-从Cu电极迁移到IrOx-Ti电极 C.阴极发生的反应有2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O D.每转移1 mol电子,阳极生成11.2 L气体(标准状况) 6.(2023·辽宁卷)某无隔膜流动海水电解法制H2的装置如图所示,其中高选择性催化剂PRT可抑制O2产生。下列说法正确的是(　　) A.b端电势高于a端电势 B.理论上转移2 mol e-生成4 g H2 C.电解后海水pH下降 D.阳极发生反应Cl-+H2O-2e-===HClO+H+ 考向三　电化学腐蚀 7.(2024·浙江卷1月)破损的镀锌铁皮在氨水中发生电化学腐蚀生成[Zn]2+和H2,下列说法不正确的是(　　) A.氨水浓度越大,腐蚀趋势越大 B.随着腐蚀的进行,溶液pH变大 C.铁电极上的电极反应式为2NH3+2e-===+H2↑ D.每生成标准状况下224 mL H2,消耗0.010 mol Zn 8.(2024·浙江卷6月)金属腐蚀会对设备产生严重危害,腐蚀快慢与材料种类、所处环境有关。如图为两种对海水中钢闸门的防腐措施示意图: 下列说法正确的是(　　) A.图甲、图乙中,阳极材料本身均失去电子 B.图乙中,外加电压偏高时,钢闸门表面可发生反应O2+4e-+2H2O===4OH- C.图乙中,外加电压保持恒定不变,有利于提高对钢闸门的防护效果 D.图甲、图乙中,当钢闸门表面的腐蚀电流为零时,钢闸门、阳极均不发生化学反应 9.(2024·广东卷)我国自主设计建造的浮式生产储卸油装置“海葵一号”将在珠江口盆地海域使用,其钢铁外壳镶嵌了锌块,以利用电化学原理延缓外壳的腐蚀。下列有关说法正确的是(　　) A.钢铁外壳为负极 B.镶嵌的锌块可永久使用 C.该法为外加电流法 D.锌发生反应Zn-2e-===Zn2+ 大单元整合　激活思维·培优增分(五) 　 视点一　新型化学电源命题的情境创设和价值取向 　　高考化学命题专家对新型化学电源一向非常重视,考查总在不断变化,命题情境也在不断创新。我们有必要全面回顾此部分新情境类试题的考查方向,寻找规律并预测今后可能出现的变化。新型化学电源新情境类试题按其知识载体的不同有如下考向。 角度1　考查各种新型化学电源实验装置,通过变化材料和原理创设新情境 　　以我国科学家发表的科技成果为素材设计高考试题,既弘扬了社会主义核心价值观,又落实了立德树人的根本任务,起点很高,但考查的内容并不难,落脚于电化学基本理论,主要考查二次电池充、放电的电极反应及离子移动方向等,注重对基本能力的考查。 【进阶1】　火星大气中含有大量CO2,一种有CO2参加反应的新型全固态电池有望为火星探测器供电。该电池以金属钠为负极,碳纳米管为正极,放电时(　　) A.负极上发生还原反应 B.CO2在正极上得电子 C.阳离子由正极移向负极 D.将电能转化为化学能 角度2　提供表征电池性能的新概念,创设电化学计算的新情境 　　为衡量电池的性能好坏,工业上有电池的理论工作效率、实际工作效率、能量密度和功率密度等概念。命题人通过提供表征电池性能的新概念,要求学生列式计算,可考查学生接受、吸收、整合信息的能力。 　　表征电池性能的新概念并不多,所以高考很可能反过来考查电解装置的效率,且引入法拉第定律,由此创设出新的试题情境。 (1)膜两侧溶液质量变化的计算。 计算原电池或电解池膜两侧溶液质量变化时,要注意气体的排出或吸收、沉淀的析出或溶解,尤其不能忽略离子的转移对溶液质量的影响。 【进阶2】　 如某甲醇燃料电池的工作原理如图所示,质子交换膜(只有质子能够通过)左右两侧的溶液均为1 L 2 mol·L-1 H2SO4溶液。当电池中有1 mol电子发生转移时,左右两侧溶液的质量差为______ g(假设反应物耗尽,忽略气体的溶解)。 (2)法拉第常数的相关计算。 跨学科命题是高考化学可能采用的命题形式,如将电化学知识与物理学科知识中的法拉第常数结合进行命题,有关计算公式为Q=It=nF。 【进阶3】　维持电流为0.5 A,酸性锌锰电池持续工作五分钟,理论上消耗锌______ g(结果保留1位有效数字,已知F=96 500 C·mol-1)。 (3)电流效率的计算。 电流效率是指电解时,在电极上实际析出或溶解的物质的量与按理论计算出的析出或溶解的物质的量之比(以百分数表示),通常用符号η表示。 【进阶4】　如图所示装置中燃料电池中负极消耗2.24 L(标准状况下)CH4,且能量完全转化为电能,电解池中回收制得19.5 g单质Zn,则该装置的电流效率η=____________。(η=×100%) 视点二　多池串联的两大模型及原理分析 1.常见多池串联装置图。 图甲中无外接电源,二者必有一个装置是原电池(相当于发电装置),为电解装置提供电能,其中两个电极活动性差异大者为原电池装置,即左图为原电池装置,右图为电解池装置。图乙中有外接电源,两烧杯均作电解池,且串联电解,通过的电流相等。 2.二次电池的充电。 (1)可充电电池原理示意图 充电时,原电池负极与外接电源负极相连,原电池正极与外接电源正极相连,记作“正接正,负接负”。 (2)可充电电池有充电和放电两个过程,放电时是原电池反应,充电时是电解池反应。充电、放电不是可逆反应。 (3)放电时的负极反应和充电时的阴极反应相反,放电时的正极反应和充电时的阳极反应相反。将负(正)极反应式变换方向并将电子移项即可得出阴(阳)极反应式。 【进阶5】　利用甲烷燃料电池作电源,可以通过电化学方法将有害气体NO、SO2分别转化为N和S,装置如图所示。下列说法不正确的是(　　) A.通过甲进入的气体是甲烷 B.b电极的电极反应为O2+2H2O+4e-===4OH- C.d电极反应式是NO+6H++5e-===N+H2O D.通过丙出口出去的物质只有硫酸铵的浓溶液 【进阶6】　如图所示装置,C、D、F、X、Y都是惰性电极,E为铁棒。将电源接通后,向乙中滴入酚酞溶液,在F极附近显红色。下列说法正确的是(　　) A.电源B极是正极 B.甲、乙装置的C、D、E、F电极均有单质生成,其物质的量之比为1∶2∶4∶4 C.欲用丙装置给铜镀锌,H为Cu,电镀液为硫酸锌溶液 D.装置丁中Y极附近红褐色变深,说明氢氧化铁胶体带正电荷 视点三　解隔膜功能　析多室电解池 一、隔膜 1.常见的隔膜。 隔膜又叫离子交换膜,由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类: (1)阳离子交换膜,简称阳膜,只允许阳离子通过,即允许H+和其他阳离子通过,不允许阴离子或分子通过。 (2)阴离子交换膜,简称阴膜,只允许阴离子通过,不允许阳离子或分子通过。 (3)质子交换膜,只允许H+通过,不允许其他阳离子和阴离子通过。 2.隔膜的作用。 (1)能将两极区隔离,阻止两极区产生的物质接触,防止发生化学反应。 (2)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.离子交换膜选择的依据:离子的定向移动。 4.离子交换膜的应用。 二、多室电解池 多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室等,以达到浓缩、净化、提纯以及电化学合成的目的。 1.两室电解池(单膜)。 以惰性电极电解一定浓度的Na2CO3溶液为例,其原理如图所示: 电极名称的判断:根据“阴阳相吸”判断,Na+移向的乙电极是阴极;根据“阳极放氧生酸”判断,左侧有氧气生成的甲电极是阳极。 电极反应式的书写:右侧阴极区电解液为稀氢氧化钠溶液,根据“阴极放氢生碱”,得4H2O+4e-===2H2↑+4OH-,A为氢气;左侧阳极区电解液为碳酸钠溶液,根据“阳极放氧生酸”,H+会与C结合生成HC,得4C-4e-+2H2O===4HC+O2↑。 2.三室电解池(双膜)。 以三室电渗析法处理含KNO3的废水得到KOH和HNO3为例,其原理如图所示: 阴极反应及ab膜的判断:阴极的电极反应式是4H2O+4e-===2H2↑+4OH-(放氢生碱),生成的带负电荷的OH-吸引中间隔室的K+向阴极迁移,得到KOH溶液,阴极区溶液的pH增大,ab膜为阳离子交换膜。 阳极反应及cd膜的判断:阳极的电极反应式是2H2O-4e-===O2↑+4H+(放氧生酸),生成的带正电荷的H+吸引中间隔室的N向阳极迁移,得到HNO3溶液,阳极区溶液的pH减小,cd膜为阴离子交换膜。 3.四室电解池(三膜)。 以四室电渗析法制备H3PO2(次磷酸)为例,其工作原理如图所示: 电解稀硫酸的阳极反应式是2H2O-4e-===O2↑+4H+(放氧生酸),产生的H+通过阳离子交换膜进入产品室,原料室中的H2P通过阴离子交换膜进入产品室,与H+结合生成弱电解质H3PO2;电解NaOH稀溶液的阴极反应式是4H2O+4e-===2H2↑+4OH-(放氢生碱),原料室中的Na+通过阳离子交换膜进入阴极室。 【进阶7】　用电解法可提纯含有某种含氧酸根杂质的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A.阳极反应式为4OH--4e-===2H2O+O2↑ B.通电后阴极区溶液pH会增大 C.K+通过阳离子交换膜从阴极区移向阳极区 D.纯净的KOH溶液从b口导出 【进阶8】　Li-O2电池比能量高,在汽车、航天等领域具有良好的应用前景。科学家研究了一种光照充电Li-O2电池(如图所示)。光照时,光催化电极产生电子(e-)和空穴(h+),驱动阴极反应(Li++e-===Li)和阳极反应(Li2O2+2h+===2Li++O2)对电池进行充电。下列叙述错误的是(　　) A.充电时,电池的总反应Li2O2===2Li+O2 B.充电效率与光照产生的电子和空穴量有关 C.放电时,Li+从正极穿过离子交换膜向负极迁移 D.放电时,正极发生反应O2+2Li++2e-===Li2O2 【进阶9】　用惰性电极电解法制备硼酸[H3BO3或B(OH)3]的工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是(　　) A.阴极与阳极产生的气体体积比为1∶2 B.b极的电极反应式为2H2O-2e-===O2↑+4H+ C.产品室中发生的反应是B(OH)3+OH-===B(OH D.每增加1 mol H3BO3产品,NaOH溶液增重22 g 【进阶10】　双极膜在电渗析中应用广泛,它是由阳离子交换膜和阴离子交换膜复合而成。双极膜内层为水层,工作时水层中的H2O解离成H+和OH-,并分别通过离子交换膜向两侧发生迁移。如图为NaBr溶液的电渗析装置示意图。 下列说法正确的是(　　) A.出口2的产物为HBr溶液 B.出口5的产物为硫酸溶液 C.Br-可从盐室最终进入阳极液中 D.阴极电极反应式为2H++2e-===H2↑ 微点突破　高考解题新思维(五) 　(2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极,一定浓度的NaBr溶液为电解液,采用电解和催化相结合的循环方式,可实现高效制H2和O2❶,装置如图所示。下列说法错误的是(　　) A.电极a连接电源负极❸ B.加入Y的目的是补充NaBr❹ C.电解总反应式❺为Br-+3H2OBr+3H2↑ D.催化阶段反应产物的物质的量之比❻n(Z)∶n(Br-)=3∶2 ❶文字信息:给出试题情境; ❷图示信息:可根据装置图结合电解池工作原理进行综合分析; ❸连接方式判断:可根据电极类型判断; ❹物质判断:可根据电解过程中的反应判断; ❺反应式判断:可根据阴、阳极的反应式判断; ❻定量计算:可根据化合价变化判断 【破题关键】　能够根据图示中物质变化示意图,确定X、Y、Z物质的组成。 【关键能力】　主要考查信息获取与加工、逻辑推理与论证和批判性思维与辩证能力。 1.信息获取与加工能力 关键信息 信息加工 文字信息 实现高效制H2和O2→X、Z分别为氢气和氧气中的一种 图示信息 ①电极b上Br-转化成Br→失电子,电极b为阳极;②Br经过催化剂生成Br-→实现Br元素的循环利用 2.逻辑推理与论证能力 选项 分析过程 判断 A 基于电极类型的连接方式判断 b作阳极→a作阴极→电极a连接电源的负极 正确 B 基于电极反应的物质判断 错误 C 基于图示信息的方程式判断 由图示可知,a极区生成氢气,b极区生成Br→电解总反应式为Br-+3H2OBr+3H2↑ 正确 D 基于反应方程式的比值判断 气体Z是O2→催化阶段的反应为2Br2Br-+3O2↑→n(O2)∶n(Br-)=3∶2 正确 3.批判性思维与辩证能力 非常规形态的变换:通过题给信息可知,该装置为了实现高效制H2和O2,但与常规的电解水制备H2和O2不同,该工艺包括电解和催化两个环节,因此在判断电极反应时要注意二者的不同。 【答案】　B 【思维误区】　易根据工艺目的和受定势思维的影响,误认为是通过电解制备氧气,没有看清是电解和催化相结合的循环方式而错判C项。 【解题反思】　教材中所给的事例只是电解池工作原理最基本的应用,在生活、生产中电解池工作原理有多种不同形式的应用,除本题外还有循环储能、相互转化等不同的形式,鲁科版教材中还给出了利用电解原理的循环储能装置。所以备考时,要开拓思路,不能把关注点完全放在教材的基础装置上,解题时要具体问题具体分析,不能简单地套用电解池的工作原理。 　　(1)试题的外观为文字+装置图两部分组成,一般含有选择性膜。 (2)考查点主要是围绕电解池工作原理及应用设置的:一是定性方面,包括电极名称、电极的变化、电极反应式、总反应式、膜的类型、离子的移动方向等的判断。二是定量方面,主要是利用电子得失守恒进行的计算,包括电极质量的变化、电解质质量的变化以及生成物质量的计算等。 学科网（北京）股份有限公司 $$