2022届高考化学人教版二轮专题复习学案-专题五化学反应与能量

[备考要点]1.了解焓变的概念，掌握盖斯定律的内容，学会能垒图像的分析与应用。2.掌握原电池、电解池的工作原理及应用。3.了解金属腐蚀的种类，金属腐蚀的危害以及防止金属腐蚀的措施。考点一化学能与热能1．从两种角度理解化学反应热反应热图示图像分析微观宏观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ΔH的计算ΔH＝H(生成物)－H(反应物)ΔH＝∑E(反应物键能)－∑E(生成物键能)2.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ΔH的单位，或者将ΔH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1mol可燃物或生成1molH2O(l)而造成错误。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：①S(单斜，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH1＝－297.16kJ·mol－1②S(正交，s)＋O2(g)=SO2(g)ΔH2＝－296.83kJ·mol－1③S(单斜，s)=S(正交，s)ΔH3＝－0.33kJ·mol－13．燃烧热和中和热应用中的注意事项(1)均为放热反应，ΔH<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℃、101kPa；②反应的可燃物是1mol；③生成物是稳定的氧化物(包括状态)，如碳元素生成的是CO2，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生成物液态水是1mol。4．盖斯定律的答题模板——叠加法步骤1“倒”为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。步骤2“乘”为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要乘以某个倍数。步骤3“加”上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得目标方程式，反应热也要相加。1．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”(1)在CO2中，Mg燃烧生成MgO和C，该反应中化学能全部转化为热能(×)(2)催化剂能改变反应的焓变(×)(3)催化剂能降低反应的活化能(√)(4)同温同压下，H2(g)＋Cl2(g)=2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH不同(×)(5)500℃、30MPa下，将0.5molN2(g)和1.5molH2(g)置于密闭容器中充分反应生成NH3(g)，放热19.3kJ，其热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up7(500℃、30MPa),\s\do5(催化剂))2NH3(g)ΔH＝－38.6kJ·mol－1(×)2．填空：常见1mol物质中化学键数目：物质金刚石硅SiO2化学键C—CSi—SiSi—O化学键数/mol物质CO2CH4S8化学键COC—HS—S化学键数/mol答案2242483．(1)乙苯催化脱氢制苯乙烯反应：eq\o(,\s\up7(催化剂))＋H2(g)已知：化学键C—HC—CC=CH—H键能/(kJ·mol－1)412348612436计算上述反应的ΔH＝________kJ·mol－1。答案＋124－(a＋612＋412×3＋436)kJ·mol－1＝＋124kJ·mol－1。(2)已知反应2HI(g)eq\o(,\s\up7(△))H2(g)＋I2(g)的ΔH＝＋11kJ·mol－1，1molH2(g)、1molI2(g)分子中化学键断裂时分别需要吸收436kJ、151kJ的能量，则1molHI(g)分子中化学键断裂时需吸收的能量为__________kJ。答案299解析形成1molH2(g)和1molI2(g)共放出436kJ＋151kJ＝587kJ能量，设断裂2molHI(g)中化学键吸收2akJ能量，则有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，则E(H—I)＝299kJ·mol－1。]4．利用热化学方程式进行ΔH的计算：如：已知2000℃时，有下列热化学反应：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则ΔH4＝________kJ·mol－1(用含a、b、c的代数式表示)。答案2a－b1．[2021·湖南，16(1)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方法Ⅰ.氨热分解法制氢气相关化学键的键能数据化学键N≡NH—HN—H键能E/(kJ·mol－1)946436.0390.8在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答下列问题：反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)ΔH＝________kJ·mol－1。答案＋90.8解析根据反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，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·全国甲卷，28(1)]二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。回答下列问题：二氧化碳加氢制甲醇的总反应可表示为：CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)该反应一般认为通过如下步骤来实现：①CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41kJ·mol－1②CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2＝－90kJ·mol－1总反应的ΔH＝________kJ·mol－1；若反应①为慢反应，下列示意图中能体现上述反应能量变化的是__________(填标号)，判断的理由是________________________________________________________________________________________________________________。答案－49AΔH1为正值，ΔH2和ΔH为负值，反应①的活化能大于反应②的活化能解析根据盖斯定律可知，①＋②可得二氧化碳加氢制甲醇的总反应为CO2(g)＋3H2(g)=CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝(＋41kJ·mol－1)＋(－90kJ·mol－1)＝－49kJ·mol－1；总反应为放热反应，因此生成物总能量低于反应物总能量，反应①为慢反应，因此反应①的活化能高于反应②，同时反应①的反应物总能量低于生成物总能量，反应②的反应物总能量高于生成物总能量，因此示意图中能体现反应能量变化的是A项。3．[2021·广东，19(1)]我国力争于2030年前做到碳达峰，2060年前实现碳中和。CH4与CO2重整是CO2利用的研究热点之一。该重整反应体系主要涉及以下反应：(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根据盖斯定律，反应a的ΔH1＝______________(写出一个代数式即可)。答案ΔH2＋ΔH3－ΔH5(或ΔH3－ΔH4)解析根据题目所给出的反应方程式关系可知，a＝b＋c－e＝c－d，根据盖斯定律则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3－ΔH5＝ΔH3－ΔH4。4．[2021·河北，16(1)]当今，世界多国相继规划了碳达峰、碳中和的时间节点。因此，研发二氧化碳利用技术，降低空气中二氧化碳含量成为研究热点。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)－285.8－393.5－3267.5则25℃时H2(g)和C(石墨，s)生成C6H6(l)的热化学方程式为_______________。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，根据盖斯定律，①×6＋②×3－③得反应：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·全国卷Ⅰ，28(1)]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)＋eq\f(1,2)O2(g)eq\o(→,\s\up7(钒催化剂))SO3(g)ΔH＝－98kJ·mol－1。回答下列问题：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：________________________________________________________________________。答案2V2O5(s)＋2SO2(g)=2VOSO4(s)＋V2O4(s)ΔH＝－351kJ·mol－1解析据图写出热化学方程式：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·全国卷Ⅱ，27(1)]环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。回答下列问题：已知：(g)=(g)＋H2(g)ΔH1＝＋100.3kJ·mol－1①H2(g)＋I2(g)=2HI(g)ΔH2＝－11.0kJ·mol－1②对于反应：(g)＋I2(g)=(g)＋2HI(g)③ΔH3＝________kJ·mol－1。答案＋89.3解析根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(＋100.3－11.0)kJ·mol－1＝＋89.3kJ·mol－1。7．[2017·全国卷Ⅰ，28(2)]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H2所需能量较少的是________。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系统(Ⅱ)解析将题给四个热化学方程式由上至下依次编号为①、②、③、④，根据盖斯定律，将①＋②＋③可得，系统(Ⅰ)制氢的热化学方程式：＝＋286kJ·mol－1同理，将②＋③＋④可得，系统(Ⅱ)制氢的热化学方程式：H2S(g)=H2(g)＋S(s)ΔH＝ΔH2＋ΔH3＋ΔH4＝－151kJ·mol－1＋110kJ·mol－1＋61kJ·mol－1＝＋20kJ·mol－1由所得两热化学方程式可知，制得等量H2所需能量较少的是系统(Ⅱ)。1．(2021·湖南师范大学附中月考)氮和碳的氧化物分别是造成大气污染、温室效应的主要物质。请回答下列问题：(1)2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的反应历程由两步基元反应组成，相关信息如下(E为活化能)：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则2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝________kJ·mol－1。(2)相关物质的燃烧热、化学键的键能如表所示：物质H2COCH4燃烧热/(kJ·mol－1)－285.8－283.0－890.3化学键H—HC==OC≡OH—OC—HN≡NN—HE/(kJ·mol－1)4367451076463413946391①CO2转化为CH4的反应CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。②CH4转化为合成气的反应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)反应的焓变等于正反应的活化能－逆反应的活化能，则第一步基元反应为①2NO(g)N2O2(g)ΔH1＝82kJ·mol－1－205kJ·mol－1＝－123kJ·mol－1；第二步基元反应为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。根据盖斯定律知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·西安联考)如图是发射卫星时用肼(N2H4)作燃料，用NO2作氧化剂(反应生成N2、水蒸气)和用F2作氧化剂(反应生成N2、HF)的反应原理。通过计算，可知原理Ⅰ和原理Ⅱ氧化气态肼生成氮气的热化学方程式分别为________________、________________，消耗等量的N2H4(g)时释放能量较多的是原理________(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解析根据题给信息可知N2H4(g)＋NO2(g)=eq\f(3,2)N2(g)＋2H2O(g)ΔH，结合盖斯定律，此反mol－1。同理可得N2H4(g)＋2F2(g)=N2(g)＋4HF(g)ΔH，此反应可由反应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。由所得两个热化学方程式可知，消耗等量N2H4(g)释放能量较多的是原理Ⅱ。考点二原电池原理及应用1．构建原电池模型2．原电池正、负极的判断方法说明：根据装置图中的电极反应类型判断电极类型时：①某些特定情况下，电极类型判断方法与常规方法有差异，要根据题中的物质转化信息进行判断；②存在多个反应时，要清楚哪个是电极反应，哪个是电极区反应，然后根据电极反应的类型进行判断；③对于电极反应为有机反应的，可将复杂有机物中的H、O等元素的化合价看作常规化合价(H为＋1价、O为－2价等)，然后推断C的化合价及变化情况，进而确定反应类型；④若其中一个电极反应较复杂，不好判断，则可从另一个电极反应上寻找突破口。(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H2SO4溶液：负极：CH3OH－6e－＋H2O=CO2＋6H＋。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋6H＋=3H2O。(2)碱性介质，如KOH溶液：负极：CH3OH－6e－＋8OH－=COeq\o\al(2－,3)＋6H2O。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3H2O=6OH－。(3)熔融盐介质，如K2CO3：负极：CH3OH－6e－＋3COeq\o\al(2－,3)=4CO2＋2H2O。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－＋3CO2=3COeq\o\al(2－,3)。(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体作电解质，在高温下能传导O2－：负极：CH3OH－6e－＋3O2－=CO2＋2H2O。正极：eq\f(3,2)O2＋6e－=3O2－。碱性介质C→COeq\o\al(2－,3)其余介质C→CO2酸性介质H→H＋其余介质H→H2O(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的应用。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＋2H2Oeq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cd(OH)2＋2Ni(OH)2。负极：Cd－2e－＋2OH－=Cd(OH)2。阳极：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－=2NiOOH＋2H2O。(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CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。负极：2H2O－4e－=O2＋4H＋。正极：2CO2＋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(N2H4)为燃料的电池装置如图所示。负极：N2H4－4e－＋4OH－=N2＋4H2O。正极：O2＋4e－＋2H2O=4OH－。(四)辨析“复杂电极材料”书写电极反应式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Li1－xCoO2＋LixC6=LiCoO2＋C6(x＜1)。则：负极：________________________________________________________________________。正极：________________________________________________________________________。答案LixC6－xe－=xLi＋＋C6Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋=LiCoO2锂离子电池充放电分析常见的锂离子电极材料正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)LiMPO4(M：Fe等)负极材料：石墨(能吸附锂原子)负极反应：LixCn－xe－=xLi＋＋Cn正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－=LiMO2总反应：Li1－xMO2＋LixCneq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Cn＋LiMO21．(2020·全国卷Ⅰ，12)科学家近年发明了一种新型Zn—CO2水介质电池。电池示意图如下，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。下列说法错误的是()A．放电时，负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放电时，1molCO2转化为HCOOH，转移的电子数为2molC．充电时，电池总反应为2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充电时，正极溶液中OH－浓度升高答案D解析由装置示意图可知，放电时负极反应为Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A项正确；放电时CO2转化为HCOOH，C元素化合价降低2，则1molCO2转化为HCOOH时，转移电子数为2mol，B项正确；由装置示意图可知充电时正极(阳极)产生O2，负极(阴极)产生Zn，C项正确；充电时正极(阳极)上发生反应2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，OH－浓度降低，D项错误。2．(2020·全国卷Ⅲ，12)一种高性能的碱性硼化钒(VB2)—空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O该电池工作时，下列说法错误的是()A．负载通过0.04mol电子时，有0.224L(标准状况)O2参与反应B．正极区溶液的pH降低、负极区溶液的pH升高C．电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH溶液回到复合碳电极答案B解析根据VB2电极发生的反应VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O，判断得出VB2电极为负极，复合碳电极为正极，电极反应式为O2＋4e－＋2H2O=4OH－，所以电池总反应为4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)，C正确；负载通过0.04mol电子时，有0.01mol氧气参与反应，即标准状况下有0.224L氧气参与反应，A正确；负极区消耗OH－，溶液的pH降低，正极区生成OH－，溶液的pH升高，B错误。3．(2021·山东，10)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1molO2时，理论上N2H4—O2燃料电池气体产物的体积在标准状况下为11.2L答案C解析放电过程为原电池工作原理，所以钾离子均向正极移动，A错误；碱性环境下，N2H4—O2清洁燃料电池总反应为N2H4＋O2=N2＋2H2O，其总反应中未消耗KOH，所以KOH的物质的量不变，其他两种燃料电池根据总反应可知，KOH的物质的量均减小，B错误；理论放电量与燃料的物质的量和转移电子数有关，设消耗燃料的质量均为mg，则甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放电量(物质的量表达式)分别是eq\f(mg,32g·mol－1)×6、eq\f(mg,32g·mol－1)×4、eq\f(mg,60g·mol－1)×16，通过比较可知(CH3)2NNH2理论放电量最大，C正确；根据转移电子数守恒和总反应式可知，消耗1molO2生成的氮气的物质的量为1mol，在标准状况下为22.4L，D错误。4．(2021·湖南，10)锌/溴液流电池是一种先进的水溶液电解质电池，广泛应用于再生能源储能和智能电网的备用电源等。三单体串联锌/溴液流电池工作原理如图所示：下列说法错误的是()A．放电时，N极为正极B．放电时，左侧贮液器中ZnBr2的浓度不断减小C．充电时，M极的电极反应式为Zn2＋＋2e－=ZnD．隔膜允许阳离子通过，也允许阴离子通过答案B解析由题意分析可知，放电时，N极为正极，故A正确；放电或充电时，左侧贮液器和右侧贮液器中溴化锌的浓度维持不变，故B错误；充电时，M极与直流电源的负极相连，作电解池的阴极，锌离子在阴极上得到电子发生还原反应生成锌，电极反应式为Zn2＋＋2e－=Zn，故C正确；放电或充电时，交换膜允许锌离子和溴离子通过，维持两侧溴化锌溶液的浓度保持不变，故D正确。5．(2021·浙江6月选考，22)某全固态薄膜锂离子电池截面结构如图所示，电极A为非晶硅薄膜，充电时Li＋得电子成为Li嵌入该薄膜材料中；电极B为LiCoO2薄膜；集流体起导电作用。下列说法不正确的是()A．充电时，集流体A与外接电源的负极相连B．放电时，外电路通过amol电子时，LiPON薄膜电解质损失amolLi＋C．放电时，电极B为正极，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2D．电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Si＋LiCoO2答案B解析由图可知，集流体A与电极A相连，充电时电极A作阴极，故充电时集流体A与外接电源的负极相连，A说法正确；放电时，外电路通过amol电子时，内电路中有amolLi＋通过LiPON薄膜电解质从负极迁移到正极，但是LiPON薄膜电解质没有损失Li＋，B说法不正确；放电时，电极B为正极，发生还原反应，反应可表示为Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2，C说法正确；电池放电时，嵌入在非晶硅薄膜中的锂失去电子转化为Li＋，正极上Li1－xCoO2得到电子和Li＋转化为LiCoO2，故电池总反应可表示为LixSi＋Li1－xCoO2eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))Si＋LiCoO2，D说法正确。1．(2021·湖南1月适应性考试，12改编)某单液电池如图所示，其反应原理为H2＋2AgCl(s)eq\o(,\s\up7(放电),\s\do5(充电))2Ag(s)＋2HCl。下列说法错误的是()A．放电时，左边电极为负极B．放电时，溶液中H＋向右边电极移动C．充电时，右边电极上发生的电极反应式：Ag－e－＋Cl－=AgClD．充电时，当左边电极生成1molH2时，电解质溶液减轻2g答案D解析由图示分析可知，放电时左边电极发生氧化反应，为电池的负极，故A正确；由A分析可知，放电时左边为电池的负极，右边则为电池的正极，工作时阳离子向正极移动，即氢离子向右边电极移动，故B正确；充电时右边电极为阳极，发生氧化反应，即Ag－e－＋Cl－=AgCl，故C正确；由反应2HCl＋2Ageq\o(=,\s\up7(充电))2AgCl＋H2↑可知，充电时，当左边电极生成1molH2时，电解质溶液会减少2molHCl，则减少的质量为73g，故D错误。2．(2021·湖北1月选考模拟，10)研究发现，在酸性乙醇燃料电池中加入硝酸，可使电池持续大电流放电，其工作原理如图所示：下列说法错误的是()A．加入HNO3降低了正极反应的活化能B．电池工作时正极区溶液的pH降低C．1molCH3CH2OH被完全氧化时有3molO2被还原D．负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋答案B解析乙醇燃料电池中，通入乙醇的一极为负极，电极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－＋12H＋=4NO↑＋8H2O、4NO＋3O2＋2H2O=4HNO3，二者加合可得O2＋4e－＋4H＋=2H2O，则HNO3在正极起催化作用，据此分析解答。由分析知，HNO3在正极起催化作用，则加入HNO3降低了正极反应的活化能，故A正确；电池工作时正极区的总反应为O2＋4e－＋4H＋=2H2O，则溶液中氢离子浓度减小，pH增大，故B错误；根据得失电子守恒可知，1molCH3CH2OH被完全氧化时，转移12mol电子，则有3molO2被还原，故C正确；由分析知，负极反应为CH3CH2OH＋3H2O－12e－=2CO2＋12H＋，故D正确。3．(2021·福建1月适应性考试，8)一种新型镁硫电池的工作原理如下图所示。下列说法正确的是()A．使用碱性电解质水溶液B．放电时，正极反应包括3Mg2＋＋MgS8－6e－=4MgS2C．使用的隔膜是阳离子交换膜D．充电时，电子从Mg电极流出答案C解析碱性电解质水溶液中负极生成的Mg2＋会生成Mg(OH)2沉淀，降低电池效率，A错误；放电时为原电池，原电池正极发生得电子的还原反应，包括3Mg2＋＋MgS8＋6e－=4MgS2，B错误；据图可知Mg2＋要通过隔膜移向正极参与电极反应，所以使用的隔膜是阳离子交换膜，C正确；放电时Mg电极发生氧化反应，充电时Mg电极得电子发生还原反应，即电子流入Mg电极，D错误。4．一种可充放电的铝离子电池工作原理如图所示，电解质为AlxCly离子液体，CuS在电池反应后转化为Cu2S和Al2S3。下列说法正确的是()A．若CuS从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量增加B．该电池放电时，正极反应为6CuS＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=3Cu2S＋Al2S3＋14AlCleq\o\al(－,4)C．为提高电池效率，可以向CuS@C电极附近加入适量Al2S3水溶液D．充电时电池阴极的反应为Al＋7AlCleq\o\al(－,4)－3e－=4Al2Cleq\o\al(－,7)答案B解析放电时硫化铜在正极发生的反应为6CuS＋8Al2Cleq\o\al(－,7)＋6e－=3Cu2S＋Al2S3＋14AlCleq\o\al(－,4)，反应后转化为Cu2S、Al2S3和AlCleq\o\al(－,4)，化合价改变的只有Cu，故硫化铜从电极表面脱落，则电池单位质量释放电量减少，A项错误、B项正确；根据题目分析可知应加入Al2Cleq\o\al(－,7)提高电池效率，C项错误；充电时，阴极电极反应式为4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)，D项错误。考点三电解原理及金属防护1．构建电解池模型2．电解池阴、阳极的判断方法3．电解计算破题“3方法”4．金属的腐蚀与电化学防护(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：2Cl－－2e－=Cl2↑。阴极：2H＋＋2e－=H2↑。(2)用惰性电极电解CuSO4溶液：阳极：4OH－－4e－=2H2O＋O2↑(或2H2O－4e－=O2↑＋4H＋)。阴极：2Cu2＋＋4e－=2Cu。(3)铁作阳极、石墨作阴极电解NaOH溶液：阳极：Fe－2e－＋2OH－=Fe(OH)2。阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(4)用惰性电极电解熔融MgCl2：阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑。阴极：Mg2＋＋2e－=Mg。(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H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为2Al－6e－＋3H2O=Al2O3＋6H＋。(2)用Al单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3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：Al＋3HCOeq\o\al(－,3)－3e－=Al(OH)3＋3CO2↑。(3)离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系。由有机阳离子、Al2Cleq\o\al(－,7)和AlCleq\o\al(－,4)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：Al－3e－＋7AlCleq\o\al(－,4)=4Al2Cleq\o\al(－,7)。阴极：4Al2Cleq\o\al(－,7)＋3e－=Al＋7AlCleq\o\al(－,4)。(4)用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为阳极：2MnOeq\o\al(2－,4)－2e－=2MnOeq\o\al(－,4)。阴极：2H＋＋2e－=H2↑。(5)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、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LiFePO4沉淀，则阳极反应式为Fe＋H2POeq\o\al(－,4)＋Li＋－2e－=LiFePO4＋2H＋。(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。已知：3I2＋6OH－=IOeq\o\al(－,3)＋5I－＋3H2O阳极：2I－－2e－=I2。阴极：2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－。(2)可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，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：HSOeq\o\al(－,3)－2e－＋H2O=3H＋＋SOeq\o\al(2－,4)。阴极：2H＋＋2e－=H2↑(或2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－)。1．(2021·全国甲卷，13)乙醛酸是一种重要的化工中间体，可采用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H2O解离为H＋和OH－，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是()A．KBr在上述电化学合成过程中只起电解质的作用B．阳极上的反应式为：＋2H＋＋2e－→＋H2OC．制得2mol乙醛酸，理论上外电路中迁移了1mol电子D．双极膜中间层中的H＋在外电场作用下向铅电极方向迁移答案D解析KBr在上述电化学合成过程中除作电解质外，同时还是电解过程中阳极的反应物，生成的Br2为乙二醛制备乙醛酸的中间产物，故A错误；阳极上Br－失去电子生成Br2，Br2将乙二醛氧化为乙醛酸，故B错误；电解过程中阴、阳极均生成乙醛酸，1mol乙二酸生成1mol乙醛酸转移的电子为2mol,1mol乙二醛生成1mol乙醛酸转移电子为2mol，根据转移电子守恒可知制得2mol乙醛酸时，理论上外电路中迁移了2mol电子，故C错误；由上述分析可知，双极膜中间层的H＋在外电场作用下移向阴极，即H＋移向铅电极，故D正确。2．(2021·全国乙卷，12)沿海电厂采用海水为冷却水，但在排水管中生物的附着和滋生会阻碍冷却水排放并降低冷却效率。为解决这一问题，通常在管道口设置一对惰性电极(如图所示)，通入一定的电流。下列叙述错误的是()A．阳极发生将海水中的Cl－氧化生成Cl2的反应B．管道中可以生成氧化灭杀附着生物的NaClOC．阴极生成的H2应及时通风稀释安全地排入大气D．阳极表面形成的Mg(OH)2等积垢需要定期清理答案D解析根据题干信息分析可知，阳极区海水中的Cl－会优先失去电子生成Cl2，发生氧化反应，A正确；设置的装置为电解池，根据分析知，阳极区生成的Cl2与阴极区生成的OH－在管道中会发生反应生成NaCl、NaClO和H2O，其中NaClO具有强氧化性，可氧化灭杀附着的生物，B正确；因为H2是易燃性气体，所以阴极区生成的H2需及时通风稀释，安全地排入大气，以排除安全隐患，C正确；阴极的电极反应式为2H2O＋2e－=H2↑＋2OH－，会使海水中的Mg2＋沉淀积垢，所以阴极表面会形成Mg(OH)2等积垢，需要定期清理，D错误。3．(2021·广东，16)钴(Co)的合金材料广泛应用于航空航天、机械制造等领域。如图为水溶液中电解制备金属钴的装置示意图。下列说法正确的是()A．工作时，Ⅰ室和Ⅱ室溶液的pH均增大B．生成1molCo，Ⅰ室溶液质量理论上减少16gC．移除两交换膜后，石墨电极上发生的反应不变D．电解总反应：2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Co＋O2↑＋4H＋答案D解析由装置图可知，水放电生成的氢离子通过阳离子交换膜由Ⅰ室向Ⅱ室移动，使Ⅱ室中氢离子浓度增大，溶液pH减小，故A错误；阴极生成1mol钴，阳极有1mol水放电，则Ⅰ室溶液质量减少18g，故B错误；若移除离子交换膜，氯离子的放电能力强于水，氯离子会在阳极失去电子发生氧化反应生成氯气，则移除离子交换膜，石墨电极的电极反应会发生变化，故C错误；电解的总反应的离子方程式为2Co2＋＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Co＋O2↑＋4H＋，故D正确。4．[2021·湖南，16Ⅱ(4)(5)]氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。方法Ⅱ.氨电解法制氢气利用电解原理，将氨转化为高纯氢气，其装置如图所示。(4)电解过程中OH－的移动方向为____________(填“从左往右”或“从右往左”)。(5)阳极的电极反应式为_______________________________________________。答案(4)从右往左(5)2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O解析(4)由图可知，通NH3的一极氮元素化合价升高，发生氧化反应，为电解池的阳极，则另一电极为阴极，电解过程中OH－移向阳极，则从右往左移动。(5)阳极NH3失电子发生氧化反应生成N2，结合碱性条件，电极反应式为2NH3－6e－＋6OH－=N2＋6H2O。 5．[2021·山东，17(4)]利用膜电解技术(装置如图所示)，以Na2CrO4为主要原料制备Na2Cr2O7的总反应方程式为：4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑。则Na2Cr2O7在______(填“阴”或“阳”)极室制得，电解时通过膜的离子主要为______________。答案阳CrOeq\o\al(2－,4)解析由4Na2CrO4＋4H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2Na2Cr2O7＋4NaOH＋2H2↑＋O2↑可知，电解过程中实质是电解水，阳极上OH－失去电子生成H2O和O2，阴极上H＋得到电子生成H2，由2CrOeq\o\al(2－,4)＋H2OCr2Oeq\o\al(2－,7)＋2OH－可知，Cr2Oeq\o\al(2－,7)在c(OH－)减小的电极室中制得，即Na2Cr2O7在阳极室产生；电解过程中，阳极室中c(OH－)减小，CrOeq\o\al(2－,4)水解平衡正向移动，c(CrOeq\o\al(2－,4))减小，c(Cr2Oeq\o\al(2－,7))增大，为提高制备Na2Cr2O7的效率，CrOeq\o\al(2－,4)通过离子交换膜移向阳极。1．(2021·辽宁1月适应性测试，9)在N­羟基邻苯二甲酰亚胺(NHPI)介质中，可实现醇向醛的转化，原理如图。下列说法错误的是()A．理论上NHPI的总量在反应前后不变B．海绵Ni电极作阳极C．总反应为eq\o(→,\s\up7(电解))＋H2↑D．每消耗1mmol苯甲醇，产生22.4mL氢气答案D解析由装置分析可知，该装置为电解池，Ni2＋在海绵Ni电极失去电子生成Ni3＋，发生氧化反应，则海绵Ni为阳极，电极反应式为：Ni2＋－e－=Ni3＋，阳极区同时还发生反应：Ni3＋＋NHPI→Ni2＋＋PINO，H＋在石墨电极得到电子生成H2，发生还原反应，则石墨为阴极，电极反应式为：2H＋＋2e－=H2↑，阴极区同时还发生反应：＋PINO→＋NHPI，据此解答。根据上述分析可知，NHPI在阳极区参与反应，又在阴极区生成，因此理论上NHPI的总量在反应前后不发生改变，A正确；Ni2＋在海绵Ni电极失去电子生成Ni3＋，发生氧化反应，则海绵Ni为阳极，B正确；由分析可知总反应为eq\o(→,\s\up7(电解))＋H2↑，C正确；未指明标准状况，不能用Vm＝22.4L·mol－1进行计算，D错误。2．(2021·江苏1月适应性考试，9)利用电解法将CO2转化为CH4的原理如图所示。下列说法正确的是()A．电解过程中，H＋由a极区向b极区迁移B．电极b上电极反应为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)－8e－=CH4＋COeq\o\al(2－,3)＋2H2OC．电解过程中化学能转化为电能D．电解时Na2SO4溶液浓度保持不变答案A解析由a极生成O2可以判断出a极为阳极，b极为阴极，阳离子向阴极移动，则H＋由a极区向b极区迁移，故A正确；电极b上的电极反应应为CO2＋8HCOeq\o\al(－,3)＋8e－=CH4＋8COeq\o\al(2－,3)＋2H2O，故B错误；由题可知此电池为电解池，所以电解过程中是电能转化为化学能，故C错误；电解时OH－比SOeq\o\al(2－,4)更容易失去电子，所以电解Na2SO4溶液的实质是电解水，溶液中的水被消耗，所以Na2SO4溶液的浓度是增大的，故D错误。3．(2021·广东1月适应性测试，13)环氧乙烷(C2H4O)常用于医用消毒，一种制备方法为：使用惰性电极电解KCl溶液，用Cl－交换膜将电解液分为阴极区和阳极区，其中一区持续通入乙烯；电解结束，移出交换膜，两区混合反应：HOCH2CH2Cl＋OH－=Cl－＋H2O＋C2H4O。下列说法错误的是()A．乙烯应通入阴极区B．移出交换膜前存在反应C