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(共62張PPT)
第33講　化學能與熱能
1.知道常見的吸熱反應和放熱反應，了解反應熱、焓變的概念以及反應熱產生的原因。
2.了解熱化學方程式的含義，能正確書寫熱化學方程式。
3.了解燃燒熱的含義和中和反應反應熱的測定原理。
4.了解蓋斯定律及其簡單應用，能進行反應焓變的簡單計算。
01
考點梳理 高效演練
考點一　反應熱　焓變

1.反應熱與焓變
(1)反應熱：在等溫條件下，化學反應體系____________或____________的熱量。
(2)焓變
①焓(H)：與內能有關的物理量。
②焓變(ΔH)：ΔH＝H(生成物)－H(反應物)，單位為___________________。
③焓變與反應熱的關系：等壓條件下的反應熱等于反應的焓變，常用________表示反應熱，常用單位是__________________。
向環境釋放
從環境吸收
kJ·mol－1(或kJ/mol)
ΔH
kJ·mol－1(或kJ/mol)
2.吸熱反應與放熱反應
(1)從焓(或能量)的高低角度理解。

物質能量變化與焓變的關系：ΔH＝E(生成物的總能量)－E(反應物的總能量)。
(2)從化學鍵角度理解。

利用鍵能計算焓變(ΔH)：ΔH＝反應物鍵能之和－生成物鍵能之和。
(3)從常見反應類型的角度。
化合
分解
3.熱化學方程式
(1)意義：表明了化學反應中的__________變化和________變化。例如，2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571.6 kJ·mol－1，表示在25℃和101 kPa下，_____________________________________________________________ __________________________。
物質
能量
2 mol氣態H2與1 mol氣態O2反應生成2 mol液態H2O時，放出571.6 kJ的熱量
(2)書寫。
①熱化學方程式中必須注明反應物和生成物的_____________[固體(s)、液體(l)、氣體(g)、水溶液(aq)]，若為同素異形體，則還要注明名稱。
②熱化學方程式要注明反應時的溫度和壓強。如不注明，即表示在25 ℃和101 kPa下測定。
③熱化學方程式中各物質前的化學計量數可以是________，也可以是________。當化學計量數改變時，其ΔH也____________的改變。
④要注明ΔH的符號(“＋”代表________，“－”代表________)以及單位(____________)。
聚集狀態
整數
分數
同等倍數
吸熱
放熱
kJ·mol－1
[易錯秒判]
(1)氫氧化鈉固體溶于水放出大量的熱，故該過程是放熱反應(　　)
(2)放熱反應不需要加熱就能進行，吸熱反應不加熱就不能進行(　　)
(3)可逆反應的ΔH表示完全反應時的熱量變化，與反應是否可逆無關(　　)
(4)吸熱反應中，反應物化學鍵斷裂吸收的總能量高于生成物化學鍵形成放出的總能量(　　)
(5)活化能越大，表明化學反應吸收的能量越多(　　)
(6)同溫同壓下，反應H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和點燃條件下的ΔH相同(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√　(5)×　(6)√
一、能量—反應歷程圖示分析
1.科學家用X射線激光技術觀察到CO與O在催化劑表面形成化學鍵的過程。反應過程的示意圖如下。
回答下列問題：
(1)從狀態Ⅰ到狀態Ⅲ為____________(填“吸熱”或“放熱”)反應。
(2)從狀態Ⅰ到狀態Ⅱ需要______________(填“吸收”或“釋放”)能量，CO分子__________(填“需要”或“不需要”)斷鍵形成C和O。
(3)從狀態Ⅱ到狀態Ⅲ形成的化學鍵是_______________________________。
(4)將相同物質的量的CO轉化為CO2，CO與O反應比CO與O2反應放出的熱量________(填“多”或“少”)，可能的原因是__________________。
(5)由該反應過程可知，在化學反應中，舊化學鍵__________(填“一定”或“不一定”)完全斷裂，但一定有新化學鍵的__________。
答案：(1)放熱　(2)吸收　不需要　(3)碳氧雙鍵(或C===O)　(4)多　CO與O2反應生成CO2需要先吸收能量斷裂O2分子中的共價鍵　(5)不一定　形成
2.(1)我國學者結合實驗與計算機模擬結果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程，如下圖所示，其中吸附在金催化劑表面上的物種用*標注。
水煤氣變換的ΔH________0(填“大于”“等于”或“小于”)。該歷程中最大能壘(活化能)E正＝________eV，寫出該步驟的化學方程式：___________________。
解析：觀察始態物質與終態物質的相對能量可知，終態物質的相對能量低于始態物質的相對能量，說明該反應是放熱反應，ΔH小于0。過渡態物質的相對能量與其對應始態物質的相對能量相差越大，活化能越大，由題圖可知，最大活化能E正＝1.86 eV－(－0.16 eV)＝2.02 eV，該步始態物質為COOH*＋H*＋H2O*，產物為COOH*＋2H*＋OH*。
答案：小于　2.02　COOH*＋H*＋H2O*===COOH*＋2H*＋OH*(或H2O*===H*＋OH*)
(2)(2022·新高考廣東卷)鉻及其化合物在催化、金屬防腐等方面具有重要應用。 Cr2O3催化丙烷脫氫過程中，部分反應歷程如下圖，X(g)―→Y(g)過程的焓變為________________________________________(列式表示)。
解析：由題圖可知，Y(g)的能量比X(g)的高，X(g)轉化為Y(g)的反應為吸熱反應，焓變為正值，反應共經歷三個過程，均 為吸熱過程，第一個過程的焓變為(E1－E2)，第二個過程的焓變為ΔH，第三個過程的焓變為(E3－E4)，根據蓋斯定律，將三個過程的焓變相加即為X(g)轉化為Y(g)過程的焓變。
答案：(E1－E2)＋ΔH＋(E3－E4)
二、反應熱與鍵能的相關計算
3.幾種化學鍵的鍵能數據見下表(亞硝酰氯的結構式為Cl—N===O)：


則反應2NO(g)＋Cl2(g)===2ClNO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1(用含a的代數式表示)。
答案：289－2a
化學鍵 N≡O Cl—Cl Cl—N N===O
鍵能/(kJ·mol－1) 630 243 a 607
答案：664.75　
(2)根據下圖中的能量關系，可求得C—H的鍵能為__________。
解析：C(s)===C(g)　ΔH1＝＋717 kJ·mol－1，2H2(g)===4H(g)　ΔH2＝＋864 kJ·mol－1，C(s)＋2H2(g)===CH4(g)　ΔH3＝－75 kJ·mol－1。根據ΔH＝反應物總鍵能－生成物總鍵能可得，－75 kJ·mol－1＝(＋717 kJ·mol－1)＋(＋864 kJ·mol－1)－4E(C—H)，解得E(C—H)＝414 kJ·mol－1。
答案：414 kJ·mol－1
[歸納總結]
熟記常見1 mol物質中的化學鍵數目
1 mol物質 CO2 (C===O) CH4 (C—H) P4 (P—P) SiO2
(Si—O)
化學鍵數目 2NA 4NA 6NA 4NA
1 mol物質 石墨 (C—C) 金剛石 (C—C) S8 (S—S) Si
(Si—Si)
化學鍵數目 1.5NA 2NA 8NA 2NA
三、熱化學方程式的書寫
5.依據事實，寫出下列反應的熱化學方程式。
(1)合成氨反應常使用鐵觸媒提高反應速率。下圖為有、無鐵觸媒時，反應的能量變化示意圖。寫出該反應的熱化學方程式：_____________________。
從能量角度分析，鐵觸媒的作用是__________________________________。
(2)已知25 ℃、101 kPa時，1 mol 葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l)，放出2 804 kJ熱量，寫出25 ℃、101 kPa時，CO2(g)與H2O(l)經光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的熱化學方程式：___________。
(3)SiH4是一種無色氣體，遇到空氣能發生爆炸性自燃，生成SiO2和液態H2O。已知室溫下2 g SiH4自燃放出熱量89.2 kJ。SiH4自燃的熱化學方程式為_________________________________________________________。
(4)NaBH4(s)與H2O(l)反應生成NaBO2(s)和H2(g)，在25 ℃、101 kPa下，已知每消耗3.8 g NaBH4(s)放熱21.6 kJ，該反應的熱化學方程式為________________________________________________________________。
答案：(1)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－(a－b) kJ·mol－1　降低反應的活化能
(2)6CO2(g)＋6H2O(l)===C6H12O6(s)＋6O2(g)　ΔH＝＋2 804 kJ·mol－1
(3)SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(l)　ΔH＝－1 427.2 kJ·mol－1
(4)NaBH4(s)＋2H2O(l)===NaBO2(s)＋4H2(g)　ΔH＝－216 kJ·mol－1
考點二　中和反應反應熱　燃燒熱　能源

1.中和反應反應熱及其測定
(1)中和反應反應熱。
在稀溶液中，強酸和強堿發生中和反應生成 ________________時所放出的熱量。
1 mol H2O(l)
(3)測定裝置
(4)實驗步驟
①絕熱裝置組裝→②量取一定體積酸、堿稀溶液→③測反應前酸、堿液溫度→④混合酸、堿液測反應時最高溫度→⑤重復2～3次實驗→⑥求平均溫度差(t終－t始)→⑦計算中和反應反應熱ΔH。
(5)注意事項
①隔熱層及杯蓋的作用是保溫、隔熱，減少熱量損失。
②為保證酸、堿完全中和，常采用堿稍過量(0.50 mol·L－1 鹽酸、0.55 mol·L－1 NaOH溶液等體積混合)。
③實驗時不能用銅絲攪拌器代替玻璃攪拌器，理由是銅絲導熱性好，比用玻璃攪拌器誤差大。
2.燃燒熱
(1)燃燒熱
①概念：在101 kPa時，________ mol純物質______________生成指定產物時所放出的熱量，單位是kJ/mol。
②意義：衡量燃料燃燒時放出熱量的多少。
(2)對“完全燃燒”的理解
燃燒元素 C H S N
指定產物及狀態 CO2(g) H2O(l) SO2(g) N2(g)
1
完全燃燒
3.能源及利用
[易錯秒判]
(1)沼氣和天然氣的主要成分相同，都屬于可再生能源(　　)
(2)在測定中和反應反應熱的實驗中，可用金屬攪拌器代替玻璃攪拌器(　　)
(3)開發利用各種新能源，減少對化石燃料的依賴，可以降低空氣中PM2.5的含量(　　)
(4)在測定中和反應反應熱的實驗中，應把NaOH溶液分多次倒入(　　)
(5)根據2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)　ΔH＝－571 kJ·mol－1可知，氫氣的燃燒熱ΔH為 －571 kJ·mol－1(　　)
(6)根據H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)　ΔH＝－57.3 kJ·mol－1可知，H2S溶液與 Ba(OH)2反應的ΔH＝2×(－57.3) kJ·mol－1(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×　(6)×
√
解析：所給熱化學方程式中有兩處錯誤，一是中和反應反應熱指的是反應生成1 mol H2O(l)時所放出的熱量，二是當有BaSO4沉淀生成時，反應放出的熱量會增加，即該反應生成1 mol H2O(l)時放出的熱量大于57.3 kJ，A項錯誤；
燃燒熱指的是在101 kPa時，1 mol 純物質完全燃燒生成指定產物時所放出的熱量，產物中的水應為液態，C項錯誤；
2 mol辛烷完全燃燒生成CO2(g) 和H2O(l)，放出的熱量為 11 036 kJ，且辛烷應為液態，D項錯誤。
2.已知在25 ℃、101 kPa下，C2H2(g)、甲醇(l)的燃燒熱ΔH分別為－1 299.5 kJ·mol－1、－727 kJ·mol－1，則表示C2H2(g)、甲醇(l)燃燒熱的熱化學方程式分別為______________________________、___________________________。
答案：C2H2(g)＋2.5O2(g)===2CO2(g)＋H2O(l)　ΔH＝－1 299.5 kJ·mol－1
CH3OH(l)＋1.5O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH＝－727 kJ·mol－1
二、中和反應反應熱的測定
3.利用如圖所示裝置測定中和反應反應熱的實驗步驟如下。
①用量筒量取50 mL 0.50 mol·L－1鹽酸倒入小燒杯中，測出鹽酸溫度；②用另一量筒量取50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液，并用同一溫度計測出其溫度；③將NaOH溶液倒入小燒杯中，設法使之混合均勻，測得混合液的最高溫度。
回答下列問題。
(1)NaOH溶液稍過量的原因是__________________________________。
(2)倒入NaOH溶液的正確操作是________(填字母，下同)。
A．沿玻璃棒緩慢倒入 B．分三次倒入
C．一次迅速倒入
(3)使鹽酸與NaOH溶液混合均勻的正確操作是________。
A．用溫度計小心攪拌 B．揭開杯蓋用玻璃棒攪拌
C．輕輕地振蕩燒杯 D．用套在溫度計上的玻璃攪拌器輕輕地攪動
(4)現將一定量的稀氫氧化鈉溶液、稀氫氧化鈣溶液、稀氨水分別和1 L 1 mol·L－1的稀鹽酸恰好完全反應，其反應熱分別為ΔH1、ΔH2、ΔH3，三者的大小關系為_____________________________________________________。
(5)假設鹽酸和氫氧化鈉溶液的密度都是1 g·cm－3，又知中和反應后生成溶液的比熱容c＝4.18 J·g－1·℃－1。為了計算中和反應反應熱，某學生實驗記錄數據如下。




依據該學生的實驗數據計算，該實驗測得的中和反應反應熱ΔH＝________________(結果保留一位小數)。
實驗序號 起始溫度t1/ ℃ 終止溫度t2/ ℃
鹽酸 氫氧化鈉溶液 混合溶液
1 20.0 20.1 23.2
2 20.2 20.4 23.4
3 20.5 20.6 23.6
答案：(1)確保鹽酸被完全中和
(2)C
(3)D
(4)ΔH1＝ΔH2＜ΔH3
(5)－51.8 kJ·mol－1
考點三　蓋斯定律　反應熱的相關計算與比較

1.蓋斯定律
(1)內容：一個化學反應，不管是一步完成的還是分幾步完成的，其反應熱是相同的。即在一定條件下，化學反應的反應熱只與反應體系的始態和終態有關，而與反應的途徑無關。
(2)意義：間接計算某些反應的反應熱。
aΔH2
－ΔH2
ΔH1＋ΔH2
<
<
<
<
一、蓋斯定律的應用
1.(2024·茂名高三開學考試)以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49.5 kJ·mol－1
Ⅱ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH2＝－90.4 kJ·mol－1
Ⅲ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH3
經計算ΔH3＝________kJ·mol－1。
解析：分析三個熱化學方程式，根據蓋斯定律可得，反應Ⅲ＝反應Ⅰ－反應Ⅱ，ΔH3＝ΔH1 －ΔH2＝(－49.5 kJ·mol－1)－(－90.4 kJ·mol－1)＝＋40.9 kJ·mol－1。
答案：＋40.9
答案：2V2O5(s)＋2SO2(g)===2VOSO4(s)＋V2O4(s)　ΔH＝－351 kJ·mol－1
3.大氣中的二氧化碳主要來自煤、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下表。


25 ℃時H2(g)和C(石墨，s)反應生成C6H6(l)的熱化學方程式為__________。
物質 H2(g) C(石墨，s) C6H6(l)
燃燒熱ΔH/(kJ·mol－1) －285.8 －393.5 －3 267.5
答案：3H2(g)＋6C(石墨，s)===C6H6(l)　ΔH＝＋49.1 kJ·mol－1
[思維建模]
利用蓋斯定律計算反應熱的“四步驟”
√
5.室溫下，將1 mol CuSO4·5H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，熱效應為ΔH1，將1 mol CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，熱效應為ΔH2；CuSO4·5H2O受熱分解的化學方程式為 CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l)，熱效應為ΔH3。下列判斷正確的是(　　)
A．ΔH2＞ΔH3 B．ΔH1＜ΔH3
C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D．ΔH1＋ΔH2＞ΔH3
√
ΔH1＞0，ΔH2＜0，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，則ΔH1＜ΔH3，B正確；
ΔH3＝ΔH1－ΔH2，C錯誤；
ΔH1＞0，ΔH2＜0，ΔH1<ΔH3，故ΔH1＋ΔH2＜ΔH3，D錯誤。
02
真題研做 高考通關
1.(2023·新高考重慶卷)在銀催化下，乙烯與氧氣反應生成環氧乙烷(EO)和乙醛(AA)。根據圖示，回答下列問題：

(1)中間體OMC生成吸附態EO(ads)的活化能為________kJ/mol。
(2)由EO(g)生成AA(g)的熱化學方程式為___________。
答案：(1)83　(2)EO(g) AA(g)　ΔH＝－102 kJ/mol
2.(2023·新高考北京卷)二十世紀初，工業上以CO2和NH3為原料在一定溫度和壓強下合成尿素。反應分兩步：
ⅰ.CO2和NH3生成NH2COONH4；
ⅱ.NH2COONH4分解生成尿素。
結合反應過程中能量變化示意圖，下列說法正確的是________(填序號)。
a．活化能：反應ⅰ<反應ⅱ
b．反應ⅰ為放熱反應，反應ⅱ為吸熱反應
c．CO2(l)＋2NH3(l)===CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　ΔH＝E1－E4
解析：a.反應ⅰ的活化能是E1，反應ⅱ的活化能是E3，E1答案：ab
3.(2023·高考全國乙卷改編)已知下列熱化學方程式：
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
則FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH＝___kJ·mol－1。
解析：將題中已知熱化學方程式依次編號為①②③，根據蓋斯定律，由①＋③－2×②可得FeSO4·7H2O(s)＋FeSO4·H2O(s)===2(FeSO4·4H2O)(s)　ΔH＝ΔH1＋ΔH3－2ΔH2＝(a＋c－2b) kJ·mol－1。
答案：(a＋c－2b)
4.(2023·浙江6月選考)水煤氣變換反應是工業上的重要反應，可用于制氫。
水煤氣變換反應：CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
該反應分兩步完成：
3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1
2Fe3O4(s)＋H2O(g) 3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2
則ΔH2＝________kJ·mol－1。
解析：①CO(g)＋H2O(g) CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
②3Fe2O3(s)＋CO(g) 2Fe3O4(s)＋CO2(g)　ΔH1＝－47.2 kJ·mol－1
③2Fe3O4(s)＋H2O(g) 3Fe2O3(s)＋H2(g)　ΔH2
根據蓋斯定律，由①－②可得③，故ΔH2＝ΔH－ΔH1＝(－41.2 kJ·mol－1)－(－47.2 kJ·mol－1)＝＋6 kJ·mol－1。
答案：＋6(共48張PPT)
第34講　原電池　化學電源
1.從氧化還原反應的角度認識原電池的工作原理，能設計簡單的原電池。
2.能列舉常見的化學電源，并能利用相關信息分析化學電源的工作原理。
3.能夠書寫常見化學電源的電極反應式和總反應方程式。
01
考點梳理 高效演練
考點一　原電池的工作原理及其應用

1.原電池的概念：把______能轉化為______能的裝置。其本質是發生____________反應。
化學
電
氧化還原
2.原電池的構成條件
一看反應 能發生______________的氧化還原反應(一般是活潑性強的金屬與電解質溶液反應)
二看電極 一般是活潑性不同的兩個電極(金屬或石墨)
三看 閉合回路 (1)電解質溶液
(2)兩電極直接或間接接觸
(3)兩電極插入電解質溶液中
自發進行
3.原電池的工作原理(以鋅銅原電池為例)
[說明]　鹽橋的組成和作用
組成 裝有含KCl飽和溶液的瓊膠，離子可在其中自由移動
作用 a.連接內電路，_________________；b.__________________，使原電池不斷產生電流
離子移向 陰離子移向________，陽離子移向______________
形成閉合回路
平衡電荷
負極
正極
4.原電池原理的應用
(1)設計制作化學電源。
負極
正極
電極材料
(2)比較金屬的活動性強弱：在原電池中，負極一般是活動性________的金屬，正極一般是活動性________的金屬(或能導電的非金屬)，即活動性：負極>正極。
(3)增大化學反應速率：氧化還原反應形成原電池時，反應速率增大。
(4)用于金屬的防護：將需要保護的金屬制品作為原電池的________將受到保護。
較強
較弱
正極
[易錯秒判]
(1)鋅銅原電池中，鹽橋可以換成導線(　　)
(2)原電池工作時，溶液中的陽離子向負極移動，鹽橋中的陽離子向正極移動(　　)
(3)構成原電池兩極的電極材料一定是活潑性不同的金屬(　　)
(4)兩種活潑性不同的金屬組成原電池的兩極，活潑金屬一定是負極(　　)
(5)原電池中負極失去電子的總數一定等于正極得到電子的總數(　　)
(6)由于CaO＋H2O===Ca(OH)2可以放出大量的熱，故可把該反應設計成原電池(　　)
(7)實驗室制備H2時，用粗鋅(含Cu、Fe等)代替純鋅與鹽酸反應效果更佳(　　)
答案：(1)×　(2)×　 (3)×　(4)×　(5)√　(6)×　(7)√
一、原電池的工作原理
1.下列與甲、乙兩套裝置有關的說法正確的是(　　)

A．甲、乙裝置中，鋅棒均為負極，發生氧化反應
B．甲裝置中鋅棒直接與稀硫酸接觸，故其生成氣泡的速率更大
C．甲、乙裝置的電解質溶液中，陽離子均向碳棒定向遷移
D．乙裝置中鹽橋設計的優點是迅速平衡電荷，提高電池效率
√
2.某同學利用如下電池裝置探究Fe2＋的氧化性和還原性。電流表顯示電子由鐵電極流向石墨電極，石墨電極上未見Fe析出。下列分析不正確的是(　　)

A．鹽橋中的陽離子進入右側燒杯溶液中
B．一段時間后兩燒杯溶液中c(Fe2＋)均增大
C．當兩燒杯溶液中c(Fe2＋)相等時，說明反應已停止
D．由該裝置可知，Fe2＋還原性小于Fe、氧化性小于Fe3＋
√
解析：該原電池總反應式為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，負極為鐵單質失電子生成亞鐵離子，正極為鐵離子得電子生成亞鐵離子。A．鐵電極失電子為負極，石墨電極為正極，陽離子從負極向正極移動，故鹽橋中的陽離子進入右側燒杯溶液中，A正確；
B．鐵電極發生的反應為Fe－2e－===Fe2＋，石墨電極發生的反應為 Fe3＋＋e－===Fe2＋，兩側均生成亞鐵離子，故一段時間后兩燒杯溶液中 c(Fe2＋)均增大，B正確；
C．負極反應為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，設兩邊均為1 L溶液，一段時間后轉移電子的物質的量為2x mol 時，兩極溶液中亞鐵離子濃度相等，則0.10＋x＝2x＋0.05，解得x＝0.05，右邊消耗鐵離子0.05 mol×2＝0.1 mol＜0.10 mol·L－1×1 L×2＝0.2 mol，則反應仍能繼續進行，C錯誤；
D．負極反應為Fe－2e－===Fe2＋，正極反應為2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，總反應為Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，反應中氧化劑為Fe3＋，還原劑為Fe，Fe2＋既是氧化產物也是還原產物，故Fe2＋還原性小于Fe，氧化性小于Fe3＋，D正確。
二、電極的判斷與電極反應式的書寫
3.有下圖所示的四個裝置，回答相關問題：
(1)圖①中，Mg為__________極。
(2)圖②中，Mg為__________極，寫出負極反應式：____________，正極反應式：_________________，總反應的離子方程式：____________________。
(3)圖③中，Fe為__________極，寫出負極反應式：____________________，正極反應式：_____________，總反應的化學方程式：_______________。
(4)圖④裝置能否構成原電池？__________(填“能”或“否”)。若能構成原電池，正極為__________，電極反應式為____________(若不能構成原電池，后兩問不用回答)。
三、原電池原理的應用
4.有M、N、P、E四種金屬，已知：①M＋N2＋===N＋M2＋；②M、P用導線連接放入硫酸氫鈉溶液中，M表面有大量氣泡；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，電極反應為E2＋＋2e－===E，N－2e－===N2＋。四種金屬的還原性由強到弱的順序是_________________________________。
解析：①M置換出N，故M的還原性比N的強；②M、P用導線連接放入NaHSO4溶液中，M表面有大量氣泡，故M是正極，P的還原性比M的強；③N、E用導線連接放入E的硫酸鹽溶液中，N發生氧化反應生成N2＋，故N的還原性比E的強。綜上所述，還原性由強到弱的順序為P>M>N>E。
答案：P>M>N>E
5.設計原電池裝置證明Fe3＋的氧化性比Cu2＋的強。
(1)寫出能說明氧化性Fe3＋比Cu2＋強的離子方程式：_____________________。
(2)若要將上述反應設計成原電池，電極反應式分別是
①負極：________________________________________。
②正極：___________________________________________。
(3)在下表中畫出裝置圖，指出電極材料和電解質溶液。
①不含鹽橋 ②含鹽橋

答案：(1)2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
(2)①Cu－2e－===Cu2＋　②2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋
(3)



(答案合理即可)
①不含鹽橋 ②含鹽橋

考點二　化學電源

1.一次電池
一次電池即放電后不可再充電的電池。
(1)堿性鋅錳電池。
負極：______________________________；
正極：MnO2＋H2O＋e－===MnO(OH)＋OH－；
總反應：Zn＋2MnO2＋2H2O===Zn(OH)2＋2MnO(OH)。
Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2
(2)紐扣式鋅銀電池。
負極：Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O；
正極：Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－；
總反應：Zn＋Ag2O===ZnO＋2Ag。
2.二次電池
二次電池又稱可充電電池或蓄電池，是一類放電后可以再充電而反復使用的電池。鉛酸蓄電池是一種常見的二次電池，其充、放電過程如下：
3.燃料電池
一種連續地將燃料和氧化劑的化學能直接轉化為電能的化學電源。
(1)常見燃料。
除H2外，還有CO、水煤氣(CO和H2)、烴類(如CH4)、醇類(如CH3OH)、醚類(如CH3OCH3)、氨(NH3)、肼(H2N—NH2)等。
(2)電解質類型。
酸性溶液、堿性溶液、固體電解質(可傳導O2－)、熔融碳酸鹽，不同電解質會對總反應、電極反應有影響。
(3)應用舉例(以甲烷為燃料，寫出下列介質中的電極反應式)。
酸性溶液 正極反應式：_________________________________；
負極反應式：___________________________________
堿性溶液 正極反應式：________________________________；
負極反應式：__________________________________
固體氧化物(高溫下能傳導O2－) 正極反應式：_________________________________；
負極反應式：__________________________________
熔融碳酸鹽(如熔融K2CO3，正極通入CO2) 正極反應式：________________________________；
負極反應式：_________________________________
2O2＋8H＋＋8e－===4H2O
CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋
2O2＋4H2O＋8e－===8OH－
2O2＋8e－===4O2－
CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
[易錯秒判]
(1)MnO2是堿性鋅錳電池中的催化劑，可使鋅錳電池的比能量更高(　　)
(2)堿性鋅錳電池中，1 mol Zn和1 mol MnO2放電轉移電子數相等(　　)
(3)鉛酸蓄電池在放電過程中，負極質量減小，正極質量增大(　　)
(4)可充電電池中的放電反應和充電反應互為可逆反應(　　)
(5)可充電電池充電時，電池的正極應連接外接電源的負極(　　)
(6)鉛酸蓄電池放電時的負極和充電時的陽極均發生氧化反應(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)√
一、化學電源的原理分析
1.(2024·廣東高三調研)一種向外輸出電能的同時又能使水土中重金屬離子Cd2＋變成沉淀而被除去的電化學裝置，其工作原理如下圖所示。下列說法正確的是(　　)
A．鋅棒為該裝置的正極
B．電子從鋅棒經水土移向碳棒
C．碳棒附近Cd2＋轉化為Cd而被除去
D．標準狀況下，每消耗22.4 L O2，理論上最多能除去2 mol Cd2＋
√
解析：由題圖可知，Zn為負極，電極反應為Zn－2e－===Zn2＋，石墨為正極，電極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，水土中的Cd2＋與OH－反應生成Cd(OH)2沉淀而除去。A．由分析可知，鋅棒為該裝置的負極，A錯誤；
B．由分析可知，電子由鋅棒經導線流向碳棒，但電子不能經過水土，B錯誤；
C．由分析可知，碳棒附近Cd2＋轉化為Cd(OH)2沉淀而被除去，C錯誤；
D．標準狀況下，每消耗22.4 L(1 mol) O2，理論上可產生4 mol OH－，由離子方程式Cd2＋＋2OH－===Cd(OH)2↓可知，最多能除去2 mol Cd2＋，D正確。
2.(2024·廣州大學附中檢測)瓦斯爆炸是煤礦開采中的重大危害，一種瓦斯分析儀能夠在煤礦巷道中的甲烷濃度達到一定濃度時，通過傳感器顯示。該瓦斯分析儀工作原理類似燃料電池的工作原理，其裝置如下圖所示，其中的固體電解質是Y2O3-Na2O，O2－可以在其中自由移動。下列有關敘述正確的是(　　)
A．瓦斯分析儀工作時，電池內電路中電子由
電極b流向電極a
B．電極b是正極，O2－由電極a流向電極b
C．電極a的反應式為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O
D．當固體電解質中有1 mol O2－通過時，轉移4 mol電子
√
解析：電子不能在電池內電路流動，只能在外電路中流動，故A錯誤；
電極b上氧氣得電子，生成O2－，而電極a需要O2－作為反應物，故O2－由正極(電極b)流向負極(電極a)，故B錯誤；
甲烷所在電極a為負極，電極反應為CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O，故C正確；
1 mol O2得到4 mol電子生成2 mol O2－，故當固體電解質中有1 mol O2－通過時，轉移2 mol 電子，故D錯誤。
3.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1 mol O2時，理論上N2H4-O2燃料電池氣體產物的體積在標準狀況下為11.2 L
√
解析：堿性環境下，CH3OH-O2燃料電池總反應為2CH3OH＋3O2＋4KOH===2K2CO3＋6H2O，N2H4－O2燃料電池總反應為N2H4＋O2===N2＋2H2O，(CH3)2NNH2中C和N元素的化合價均為－2價，H元素的化合價為＋1價，根據氧化還原反應原理可推知，(CH3)2NNH2-O2燃料電池總反應為(CH3)2NNH2＋4O2＋4KOH===2K2CO3＋N2＋6H2O。A．放電過程為原電池工作原理，所以K＋均向正極移動，A錯誤；
B．根據上述分析可知，N2H4-O2燃料電池的產物為氮氣和水，其總反應中未消耗KOH，所以KOH的物質的量不變，另外兩種燃料電池均消耗KOH，所以KOH的物質的量減小，B錯誤；
D．根據得失電子守恒和總反應式可知，消耗1 mol O2，理論上N2H4-O2燃料電池生成1 mol氮氣，在標準狀況下的體積為22.4 L，D錯誤。
二、二次電池的充、放電分析
4.某液態金屬儲能電池的示意圖如下，放電時產生金屬化合物Li3Bi。下列說法正確的是(　　)
A．放電時，M極反應為Ni－2e－===Ni2＋
B．放電時，Li＋由M極向N極移動
C．充電時，M極的質量減小
D．充電時，N極反應為Li3Bi＋3e－===3Li＋＋Bi
√
解析：放電時，M極上的Li比Ni更活潑，也比N極上的Sb、Bi、Sn更活潑，故M極為負極，電極反應為Li－e－===Li＋，N極為正極，電極反應為3Li＋＋3e－＋Bi===Li3Bi，Li＋由M極向N極移動，A錯誤、B正確；
由可充電電池的原理可知，充電時和放電時同一電極上發生的反應互為逆過程，故充電時，M極的電極反應為Li＋＋e－===Li，M極的質量增大，N極的電極反應為Li3Bi－3e－===3Li＋＋Bi，C、D錯誤。
5.(2024·廣東六校聯考)某課題組以納米Fe2O3作為電極材料制備鋰離子電池(另一極為金屬鋰和石墨的復合材料)，通過在室溫條件下對鋰離子電池進行循環充放電，成功地實現了對磁性的可逆調控(見下圖)。下列說法不正確的是(　　)
A．充電時，Fe2O3對應電極連接充
電電源的負極
B．正極的電極反應式：Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe
C．該電池不能用氫氧化鈉溶液作為電解質溶液
D．放電時，Fe2O3為電池，被還原為Fe，電池被磁鐵吸引
√
解析：A．根據題圖可知，放電時，Li被氧化為Li＋，故金屬鋰和石墨的復合材料為負極，納米Fe2O3為正極，故充電時納米Fe2O3為陽極，與電源正極相連，A錯誤；
B．放電時，Fe2O3對應電極為正極，Fe2O3被還原為Fe，O元素轉化為Li2O，根據得失電子守恒、質量守恒可得電極反應式為Fe2O3＋6Li＋＋6e－===3Li2O＋2Fe，B正確；
C．Li為活潑金屬，會與氫氧化鈉溶液中的水反應，故該電池不能用氫氧化鈉溶液作為電解質溶液，C正確；D．放電時，Fe2O3為正極，被還原為Fe，電池被磁鐵吸引，D正確。
[思維建模]
二次電池原理分析的思維模型
02
真題研做 高考通關
1.(2023·新高考廣東卷)負載有Pt和Ag的活性炭，可選擇性去除Cl－實現廢酸的純化，其工作原理如圖。下列說法正確的是(　　)
A．Ag為原電池正極
B．電子由Ag經活性炭流向Pt
C．Pt表面發生的電極反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．每消耗標準狀況下11.2 L的O2，最多去除1 mol Cl－
√
解析：O2在Pt極得電子發生還原反應，Pt為正極，Ag失電子發生氧化反應，Ag為負極，A錯誤；
電子由負極Ag經活性炭流向正極Pt，B正確；
溶液為酸性，故Pt表面發生的電極反應為O2＋4H＋＋4e－===2H2O，C錯誤；
負極反應為Ag－e－＋Cl－===AgCl，每消耗標準狀況下11.2 L的O2，轉移2 mol電子，最多去除2 mol Cl－，D錯誤。
2.(2023·新高考遼寧卷)某低成本儲能電池原理如圖所示。下列說法正確的是(　　)
√
儲能過程為充電過程，電能轉化為化學能，B項正確；
放電時陽離子向正極移動，左側H＋通過質子交換膜移向右側，C項錯誤；
√
由總反應可知，充電時的總反應為Al2(Sx)3===2Al＋3xS，再生1 mol Al單質至少轉移3 mol電子，C正確；
4.(2023·高考新課標卷)一種以V2O5和Zn為電極、Zn(CF3SO3)2 水溶液為電解質的電池，其示意圖如下所示。放電時，Zn2＋可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯誤的是(　　)
A．放電時V2O5電極為正極
B．放電時Zn2＋由負極向正極遷移
C．充電總反應：xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O
D．充電陽極反應：ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O
√
解析：放電時Zn失去電子生成Zn2＋，Zn電極為負極，V2O5電極為正極，A正確；
放電時，陽離子(Zn2＋)移向正極，B正確；
放電時Zn2＋插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O，放電總反應為xZn＋V2O5＋nH2O===ZnxV2O5·nH2O，故充電總反應為ZnxV2O5·nH2O===xZn＋V2O5＋nH2O，C錯誤；
充電時，V2O5電極為陽極，電極反應為ZnxV2O5·nH2O－2xe－===xZn2＋＋V2O5＋nH2O，D正確。(共31張PPT)
第35講　新型化學電源
1.了解常考新型化學電源的類型，會分析新型化學電源的工作原理。
2.能根據原電池原理正確書寫新型化學電源的電極反應式。
01
考點梳理 高效演練
考點一　鋰電池與鋰離子電池

1.鋰電池
鋰電池是一類由金屬鋰或鋰合金負極材料和非水電解質溶液組成的電池。鋰電池的負極材料是金屬鋰或鋰合金，工作時金屬鋰失去電子被氧化為Li＋，負極反應均為Li－e－===Li＋，負極生成的Li＋經過電解質溶液定向移動到正極。
2.鋰離子二次電池
(1)鋰離子電池基于電化學“嵌入/脫嵌”反應原理，替代了傳統的“氧化—還原”理念；充放電時，Li＋可以從電極材料提供的“空間”中“嵌入”或“脫嵌”。
(2)鋰離子電池充電時陰極反應一般為6C＋xLi＋＋xe－===LixC6；放電時負極反應是充電時陰極反應的逆過程：LixC6－xe－===6C＋xLi＋。
(3)鋰離子電池的正極材料一般為含Li＋的化合物，目前已商業化的正極材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等。
1.(2024·湛江統考)下圖是我國發明的超大容量鋰硫電池的工作原理示意圖。下列說法不正確的是(　　)
A．放電時，該電池中電子通過外電路、
Li＋通過內電路，均移向正極
B．正極的電極反應為
S8＋16e－＋16Li＋===8Li2S
C．該電池的電解質為非水體系，通過傳遞Li＋形成電流
D．充電時，金屬鋰片上發生氧化反應
√
解析：放電時，金屬鋰片為負極，Li元素化合價升高、失電子、發生氧化反應；充電時，金屬鋰片連接電源的負極，為陰極，Li＋得電子、發生還原反應。放電時，該電池中電子通過外電路，Li＋通過內電路，均移向正極，A正確；
正極上S8得到電子，轉化為Li2S，電極反應為S8＋16e－＋16Li＋===8Li2S，B正確；
鋰能與水反應，電池中電解質溶液不能為水溶液，該電池的電解質為非水體系，通過傳遞Li＋形成電流，C正確；
充電時，金屬鋰片為陰極，發生還原反應，D錯誤。
A．LiPON薄膜在充放電過程中質量發生變化
B．導電介質c可為Li2SO4溶液
C．放電時b極為正極，電極反應為
Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2
D．充電時，當外電路通過0.2 mol電子時，非晶硅薄膜上質量減少1.4 g
√
B項，由于2Li＋2H2O===2LiOH＋H2↑，故導電介質c中不能有水，不能為Li2SO4溶液，B錯誤；
C項，放電時b極為正極，電極反應為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2，C正確；
D項，充電時，a極為陰極，電極反應為xLi＋＋xe－＋Si===LixSi，當外電路通過0.2 mol電子時，非晶硅薄膜上質量增加0.2 mol×7 g·mol－1＝1.4 g，D錯誤。
考點二　微生物燃料電池

　　微生物燃料電池是一種利用微生物將有機化合物中的化學能直接轉化成電能的裝置。其基本工作原理是在負極室厭氧環境下，有機化合物在微生物作用下分解并釋放出電子和質子，電子依靠合適的電子傳遞介體在生物組分和負極之間進行有效傳遞，并通過外電路傳遞到正極形成電流，而質子通過質子交換膜傳遞到正極，氧化劑(一般為氧氣)在正極得到電子被還原與質子結合成水。
1.(2024·汕頭金禧中學高三月考)微生物電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如下圖所示。下列有關微生物電池的說法錯誤的是(　　)
A．正極反應中有CO2生成
B．微生物促進了反應中電子的轉移
C．質子通過質子交換膜從負極區移向正極區
D．電池總反應為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O
√
解析：A．由題圖可知，負極上C6H12O6失電子和H2O反應生成CO2和H＋，電極反應式為C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋，正極上O2得電子和H＋反應生成水，電極反應式為O2＋4e－＋4H＋===2H2O，故CO2在負極產生，故A錯誤；
B．葡萄糖在微生物的作用下分解，此過程中化學能轉化為電能，形成原電池，有電流產生，故微生物促進了反應中電子的轉移，故B正確；
C．由A項分析可知，負極區產生了H＋，根據原電池中陽離子向正極移動可知，質子(H＋)通過質子交換膜從負極區移向正極區，故C正確；
D．電池總反應式為C6H12O6＋6O2===6CO2＋6H2O，故D正確。
√
解析：A．由題圖可知，處理廢水過程中，附著微生物的石墨電極上反應物為CH4，生成物為CO2，C元素化合價從－4 價升高為＋4價，失去電子，為負極，A項正確；
B．微生物在高溫下會死亡，所以處理廢水時，不宜在高溫下進行，B項正確；


D．在附著微生物的石墨電極上CH4被氧化為CO2氣體，電極反應式為CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋，溶液pH減小，D項錯誤。
考點三　液流循環電池

　　液流循環電池是正、負極電解質溶液分開、各自循環的一種高性能蓄電池，具有容量高、使用領域(環境)廣、循環使用壽命長的特點。它通過正、負極電解質溶液活性物質發生可逆氧化還原反應(即價態的可逆變化)實現電能和化學能的相互轉化。充電時，陽極(正極)發生氧化反應使活性物質價態升高，陰極(負極)發生還原反應使活性物質價態降低，放電過程與之相反。與一般固態電池不同的是，液流電池的正極和(或)負極電解質溶液儲存于電池外部的儲罐中，通過泵和管路輸送到電池內部進行反應。
√
根據題圖可知，電池工作時，膜a、膜b之間生成NaOH，膜a為陽離子交換膜，膜b為陰離子交換膜，故B錯誤；
連接電源時，陽極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，電路中通過2 mol電子，消耗2 mol NaOH，所以消耗NaOH的質量為80 g，故D錯誤。
2.(2024·佛山順德區高三質檢)2023年我國首個兆瓦級鐵鉻液流電池儲能項目在內蒙古成功運行。電池利用溶解在鹽酸中的鐵、鉻離子價態差異進行充放電，工作原理如下圖所示。下列有關敘述不正確的是(　　)
A．陰極在充電過程中可能會產生H2
B．接輸電網時，a極的電極電勢高于b極的
C．充電時，陽極的電極反應為
Fe2＋－e－===Fe3＋
D．放電時，每1 mol Cl－移向b極，
c(Fe3＋)減少1 mol/L
√
解析：由題圖可知，充電時，左側亞鐵離子失去電子發生氧化反應生成鐵離子，a為陽極；右側三價鉻離子得到電子發生還原反應生成二價鉻離子，b為陰極；放電時該裝置為原電池。A．陰極在充電過程中，氫離子可能得到電子發生還原反應生成H2，A正確；
B．由分析可知，a為陽極，接輸電網的正極，a極的電極電勢高于b極的，B正確；
C．由分析可知，充電時，陽極上Fe2＋失電子生成Fe3＋，電極反應為Fe2＋－e－===Fe3＋，C正確；
D．放電時，該裝置為原電池，陰離子向負極(b極)移動，故每1 mol Cl－移向b極，就有1 mol鐵離子參與反應，但溶液體積未知，故不確定鐵離子減少的濃度，D錯誤。
考點四　濃差電池

　　濃差電池是利用物質的濃度差產生電勢的一種裝置。兩側半電池中的特定物質有濃度差，離子均是由“高濃度”移向“低濃度”，依據陰離子移向負極區域，陽離子移向正極區域判斷電池的正、負極，這是解題的關鍵。
1.濃差電池中的電動勢是由于電池中存在濃度差而產生的。某濃差電池的工作原理示意圖如下，該電池從濃縮海水中提取LiCl的同時又獲得了電能。下列有關該電池的說法錯誤的是(　　)
A．電池工作時，Li＋通過離子導體移向Y極區
B．電流由X極通過外電路流向Y極
C．正極發生的反應為2H＋＋2e－===H2↑
D．Y極每生成1 mol Cl2，X極區得到 2 mol LiCl
√
解析：X極上H＋發生還原反應：2H＋＋2e－===H2↑，X極為正極，Y極上Cl－發生氧化反應：2Cl－－2e－===Cl2↑，Y極是負極，電池工作時，Li＋通過離子導體移向X極區，A項錯誤、C項正確；
在外電路中電流由正極流向負極，B項正確；
Y極每生成1 mol Cl2，轉移2 mol電子，有2 mol Li＋向正極移動，故X極區得到2 mol LiCl，D項正確。
2.利用同種氣體在兩極濃度不同而產生電勢差可設計成氣體濃差電池，利用濃差電池可測定混合氣體中某氣體含量。實驗室通過氧氣濃差電池測定空氣中氧氣含量的工作原理示意圖如下，其中在參比電極上通入純氧氣，測量電極上通入空氣。下列說法錯誤的是(　　)
A．熔融ZrO2、CaO混合物可用于傳遞O2－
B．工作時，電子由測量電極經外電路流向參比電極
C．工作時，用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確
D．相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越高
√
解析：A．純氧氣在反應中得到電子發生還原反應轉化為O2－，故參比電極為正極，負極上O2－失電子生成氧氣，熔融金屬氧化物電離出的氧離子向負極定向移動可用于傳遞O2－，A正確；
B．電子由負極經外電路流向正極，故工作時，電子由測量電極經外電路流向參比電極，B正確；
C．由工作原理知，負極上氧離子失去電子發生氧化反應會不斷生成氧氣，混合氣體中氧氣濃度增大，故用初期讀數計算所得空氣中氧氣含量更準確，C正確；
D．兩極氧氣濃度差越大，兩極電勢差越大，故相同壓強下，電勢差越大，空氣中氧氣含量越低，D錯誤。
02
真題研做 高考通關
1.(2022·新高考湖南卷)海水電池在海洋能源領域備受關注，一種鋰-海水電池構造示意圖如圖，下列說法錯誤的是(　　)
A．海水起電解質溶液作用
B．N極僅發生的電極反應：
2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
C．玻璃陶瓷具有傳導離子和防水的功能
D．該鋰-海水電池屬于一次電池
√
2.(2022·新高考廣東卷)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質，發展了一種無需離子交換膜的新型氯流電池，可作儲能設備(如圖)。充電時電極a的反應為NaTi2(PO4)3＋2Na＋＋2e－===Na3Ti2(PO4)3。
下列說法正確的是(　　)
A．充電時電極b是陰極
B．放電時NaCl溶液的pH減小
C．放電時NaCl溶液的濃度增大
D．每生成1 mol Cl2，電極a質量理論上增加23 g
√
解析：由充電時電極a的反應可知，電極a上發生還原反應，電極a為陰極，電極b為陽極，A項錯誤；
放電時，負極上Na3Ti2( PO4)3發生氧化反應釋放出Na＋，正極上Cl2發生還原反應生成Cl－，NaCl溶液的濃度增大，但溶液一直呈中性，故放電時NaCl溶液的pH不變，B項錯誤、C項正確；
充電時，每生成1 mol Cl2，轉移2 mol電子，由題干電極a的反應可知，有2 mol Na＋參與反應，電極a質量理論上增加46 g，D項錯誤。
3.(2022·高考全國乙卷)Li-O2電池比能量高，在汽車、航天等領域具有良好應用前景。近年來，科學家研究了一種光照充電Li-O2電池結構，如下圖所示。光照時，光催化電極產生電子(e－)和空穴(h＋)，驅動陰極反應(Li＋＋e－===Li)和陽極反應(Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是(　　)
A．充電時，電池的總反應為Li2O2===2Li＋O2
B．充電效率與光照產生的電子和空穴量有關
C．放電時，Li＋從正極穿過離子交換膜向負極遷移
D．放電時，正極發生反應O2＋2Li＋＋2e－===Li2O2
√
解析：充電時為電解池，由題目信息知，光照時，光催化電極產生電子(e－)和空穴(h＋)，電子通過外電路轉移到鋰電極發生反應Li＋＋e－===Li，光催化電極上發生反應Li2O2＋2h＋===2Li＋＋O2，總反應為Li2O2===2Li＋O2，因此充電效率與光照產生的電子和空穴量有關，A、B項正確；
放電時，陽離子移向正極，因此放電時，Li＋從負極穿過離子交換膜向正極遷移，C項錯誤；
放電時，正極發生還原反應，電極反應式為O2＋2e－＋2Li＋===Li2O2，D項正確。(共55張PPT)
第36講　電解池　金屬的腐蝕與防護
1.理解電解池的構成和工作原理，能書寫電極反應和總反應。
2.掌握氯堿工業、電解精煉、電鍍、電冶金等的反應原理。
3.了解金屬發生電化學腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害以及防止金屬腐蝕的措施。
01
考點梳理 高效演練
考點一　電解原理

1.電解與電解池
電流
氧化還原
電
化學
電源
反應
2.圖解電解池的構成及工作原理(以電解CuCl2溶液為例)
氧化
2Cl－－
2e－===Cl2↑
還原
Cu2＋＋2e－
===Cu
3.電解中的放電規律
(1)陽極放電規律。
①活性電極(除Au、Pt外的金屬材料為電極)，電極材料本身失電子，生成金屬陽離子。
②惰性電極(Pt、Au、石墨)，要依據陰離子的放電順序加以判斷。
陰離子的放電順序：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子。S2－、I－、Br－、Cl－放電，產物分別是S、I2、Br2、Cl2；若OH－放電，則得到O2。
(2)陰極放電規律。
陽離子放電順序：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋(酸)＞Fe2＋＞Zn2＋＞H＋(水)＞Al3＋＞Mg2＋。
①在溶液中Al3＋、Mg2＋、Na＋、Ca2＋、K＋等不會在陰極上放電，但在熔融狀態下會放電。
②若金屬陽離子(Fe3＋除外)放電，則得到相應金屬單質；若H＋放電，則得到H2。
(3)用惰性電極電解各類電解質溶液的規律
類型 電極反應特點 實例 電極反應式 溶液 pH變化 溶液復
原方法
電解水型 陰極：H2O電離出的H＋(堿或鹽溶液中)或酸電離出的H＋放電生成H2 陽極：H2O電離出的OH－ (酸或鹽溶液 中)或堿電離出的OH－放電生成O2 含氧酸 H2SO4 陽極：_____________________ 極：_______________________ 總反應：___________________ ____ _______
強堿 NaOH 陽極：_____________________ 陰極：____________________ 總反應：___________________ ____ 活潑金 屬的含 氧酸鹽 KNO3 陽極：_____________________ 陰極：____________________ 總反應：___________________ ____ 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
4H＋＋4e－===2H2↑
4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
減小
增大
不變
加水
類型 電極反 應特點 實例 電極反應式 溶液 pH變化 溶液復
原方法
電解電解質型 電解質電離出的陰、陽離子分別在兩極放電 無氧酸 (氫氟酸除外) HCl 陽極：__________________ 陰極：__________________ 總反應：________________________ ____ ______________
不活潑金屬的無氧酸鹽 CuCl2 陽極：__________________ 陰極：__________________ 總反應：________________________ － ______________
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
增大
通入HCl
氣體
2Cl－－2e－===Cl2↑
Cu2＋＋2e－===Cu
加CuCl2
固體
類型 電極反 應特點 實例 電極反應式 溶液 pH變化 溶液復
原方法
放氫生堿型 陰極：H2O放出H2生成堿 陽極：電解質陰離子放電 活潑金屬的無氧酸鹽 NaCl 陽極：________________ 陰極： ______________________ 總反應：____________________________________________ ______ _________________
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
H2↑＋Cl2↑＋2OH－
增大
通入
HCl
氣體
類型 電極反 應特點 實例 電極反應式 溶液 pH變化 溶液復
原方法
放氧生酸型 陰極：電解質陽離子放電 陽極：H2O放出O2生成酸 不活潑金屬的含氧酸鹽 AgNO3 陽極：______________________ 陰極：______________________ 總反應：____________________________________________ ____ __________________
2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
4Ag＋＋4e－===4Ag
4Ag＋O2↑＋4H＋
減小
加入Ag2O固體
答案：(1)√　(2)×　(3)√　 (4)√　(5)×　(6)√
1.用石墨作為電極，電解稀Na2SO4溶液的裝置如圖所示，通電后在石墨電極A和B附近分別滴加一滴石蕊溶液。下列敘述正確的是(　　)
A．逸出氣體的體積：電極A＜電極B
B．一電極逸出無味的氣體，另一電極逸出有
刺激性氣味的氣體
C．電極A附近溶液呈紅色，電極B附近溶液呈藍色
D．電解一段時間后，將全部電解液轉移到同一燒杯中，充分攪拌后溶液呈中性
√
解析：用惰性電極電解Na2SO4溶液，電極A為陰極，電極B為陽極。在電極B上H2O放電產生O2和H＋，電極B附近 c(H＋)＞c(OH－)，石蕊溶液變紅；在電極A上H2O放電產生H2和OH－，電極A附近c(OH－)＞c(H＋)，石蕊溶液變藍，產生H2和O2的體積之比為2∶1。
2.如圖所示，x、y分別是直流電源的兩極，通電后發現a極板質量增加，b極板處有無色無味的氣體放出，符合這一情況的是(　　)
選項 a極板 b極板 x電極 z
A 鋅 石墨 負極 CuSO4 B 石墨 石墨 負極 NaOH C 銀 鐵 正極 AgNO3 D 銅 石墨 負極 CuCl2 √
解析：由題意知，a極板質量增加，a應為陰極，b為陽極，x為電源負極，y為電源正極。電解CuSO4溶液時，a極板有Cu附著，b極板有O2放出，A項符合題意；
電解NaOH溶液時，a極板質量無變化，B項不符合題意；
陽極為Fe，為活性電極，電解時Fe在陽極放電溶解，無氣體生成，C項不符合題意；
電解CuCl2溶液時，Cl－在陽極放電生成Cl2，Cl2為黃綠色有刺激性氣味的氣體，D項不符合題意。
3．在下圖所示的裝置中，通直流電5 min時，銅電極的質量增加2.16 g。回答下列問題。
(1)電源中X為直流電源的__________極。
(2)pH變化：A__________(填“增大”“減小”或“不變”，下同)，B__________，C__________。
(3)通電5 min時，B中共收集到224 mL(標準狀況下)氣體，溶液體積為200 mL，則通電前CuSO4溶液中溶質的物質的量濃度為________(設電解前后溶液體積無變化)。
(4)常溫下，若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL，電解后，溶液的pH為________(設電解前后溶液體積無變化)。
答案：(1)負　(2)增大　減小　不變　(3)0.025 mol·L－1　(4)13
[方法技巧]
電化學計算中常用的三種方法
(1)根據總反應計算：
先寫出電極反應，再寫出總反應，最后根據總反應列出比例式計算。
(2)根據電子守恒計算：
①用于串聯電路中陰陽兩極產物、正負兩極產物、相同電量等類型的計算，其依據是電路中轉移的電子數相等；
②用于混合溶液中電解的分階段計算。
(3)根據關系式計算：
根據得失電子守恒建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。
如以電路中通過4 mol e－為橋梁可構建以下關系式：

(式中M為金屬，n為其離子的化合價數值)
該關系式具有總攬電化學計算的作用和價值，熟記電極反應，靈活運用關系式便能快速解答常見的電化學計算問題。
考點二　電解原理的應用

1．氯堿工業
習慣上把電解飽和食鹽水的工業生產叫做氯堿工業。
(1)反應原理。
陽極：____________________(________反應)。
陰極：_____________________________(________反應)。
總反應離子方程式：_______________________________________________。
2Cl－－2e－===Cl2↑
氧化
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
還原
(2)離子交換膜法的生產過程。
①a、b、c、d加入或流出的物質依次是__________________________、H2O(含少量NaOH)、____________、____________；X、Y分別為________、________。
②陽離子交換膜的作用是阻止__________進入陽極室與Cl2發生副反應：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O，阻止陽極產生的Cl2和陰極產生的H2混合發生爆炸。
精制飽和NaCl溶液
淡鹽水
NaOH溶液
Cl2
H2
OH－
2．電鍍銅和電解精煉銅
類型 電鍍銅 電解精煉銅
示意圖
電極 材料 陽極：鍍層金屬銅片 陰極：待鍍金屬鐵件 陽極：______銅(含Zn、Fe、Ni、Ag、Au等雜質)
陰極：純銅
粗
類型 電鍍銅 電解精煉銅
電極反應 陽極 ___________________ Zn－2e－===Zn2＋、
Fe－2e－===Fe2＋、
Ni－2e－===Ni2＋、
________________
陰極 ________________________ 電解質溶液的濃度變化 CuSO4溶液的濃度_____________ CuSO4溶液的濃度__________
注：電解精煉銅時，粗銅中的Ag、Au等不反應，沉積在電解池底部形成____________ Cu－2e－===Cu2＋
Cu－2e－===Cu2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
基本不變
變小
陽極泥
3.電冶金
利用電解熔融鹽或氧化物的方法來冶煉活潑金屬Na、Ca、Mg、Al等。
類型 總反應化學方程式 電極反應
冶煉 鈉 ___________________________ 陽極：__________________；
陰極：__________________
冶煉 鎂 ____________________________ 陽極：__________________；
陰極：___________________
冶煉 鋁 ____________________________ 陽極：___________________；
陰極：____________________
2Cl－－2e－===Cl2↑
2Na＋＋2e－===2Na
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2e－===Mg
6O2－－12e－===3O2↑
4Al3＋＋12e－===4Al
[易錯秒判]
(1)電解飽和食鹽水時，兩個電極均不能用金屬材料(　　)
(2)在鍍件上電鍍銅時，可以用惰性材料為陽極，用硫酸銅溶液為電解液(　　)
(3)根據得失電子守恒可知，電解精煉銅時，陽極減少的質量和陰極增加的質量相等(　　)
(4)電解冶煉鎂、鋁通常電解熔融的MgCl2和Al2O3，也可以電解熔融的MgO和AlCl3(　　)
(5)用Zn為陽極，Fe為陰極，ZnCl2溶液為電解質溶液，由于放電順序H＋>Zn2＋，不可能在鐵上鍍鋅(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×
1．下圖是工業電解飽和食鹽水的裝置示意圖，下列說法不正確的是(　　)
√
解析：右側電極是電解池陰極，左側電極是電解池陽極，溶液中的氯離子在陽極失電子生成氯氣，A項正確；
右側電極是陰極，溶液中的水在陰極得到電子發生還原反應生成氫氣和氫氧根離子，離子交換膜是陽離子交換膜，只允許陽離子通過，B項正確；
該裝置是電解池，是將電能轉化為化學能的裝置，D項正確。
2．若要在銅片上鍍銀，下列敘述中正確的是(　　)
①將銅片接在電源的正極
②將銀片接在電源的正極
③在銅片上發生的反應是Ag＋＋e－===Ag
④在銀片上發生的反應是2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
⑤可用CuSO4溶液作為電解質溶液
⑥可用AgNO3溶液作為電解質溶液
A．①③⑥　　 B．②③⑥
C．①④⑤ D．②③④⑥
√
解析：根據電鍍原理，若要在銅片上鍍銀，銅為電解池的陰極，與電源負極相連，電解質溶液中的銀離子得到電子發生還原反應生成銀；銀為電解池的陽極，與電源正極相連，銀失電子發生氧化反應生成銀離子；電解質溶液為硝酸銀溶液。
3．金屬鎳有廣泛的用途，粗鎳中含有Fe、Zn、Cu、Pt等雜質，可用電解法制得高純度的鎳。下列敘述正確的是(已知氧化性：Fe2＋＜Ni2＋＜ Cu2＋)(　　)
A．陽極發生還原反應，電極反應為Ni2＋＋2e－===Ni
B．電解過程中，陽極質量的減少量與陰極質量的增加量相等
C．電解后，溶液中存在的陽離子只有Fe2＋和Zn2＋
D．電解后，電解槽底部的陽極泥中有Cu和Pt
√
解析：電解時，陽極Zn、Fe、Ni失去電子，發生氧化反應，A項錯誤；
因氧化性：Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋，故陰極的電極反應為Ni2＋＋2e－===Ni，陽極質量減少是因為Zn、Fe、Ni溶解，而陰極質量增加是因為Ni析出，二者質量不相等，B項錯誤；
電解后溶液中存在的陽離子除Fe2＋和Zn2＋外，還有Ni2＋和H＋，C項錯誤。
考點三　金屬的腐蝕與防護

1．金屬腐蝕的本質
金屬原子失去電子變為金屬陽離子，發生________反應。
氧化
2．金屬腐蝕的類型
(1)化學腐蝕與電化學腐蝕。
類型 化學腐蝕 電化學腐蝕
概念 金屬與其表面接觸的一些物質 (如O2、Cl2、SO2等)直接反應而引起的腐蝕 當不純的金屬與____________接觸時會發生原電池反應，比較活潑的金屬發生氧化反應而被腐蝕
現象 ______電流產生 ________電流產生
本質 金屬被________ 較活潑的金屬被______
聯系 二者往往同時發生，但______腐蝕更普遍 電解質溶液
有微弱
無
氧化
氧化
電化學
(2)析氫腐蝕與吸氧腐蝕(以鋼鐵制品銹蝕為例)。
類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 ________環境 鋼鐵表面吸附的水膜酸性很______或呈______性，但溶有一定量的氧氣
電極反應 負極 ________________________ 正極 _________________ ______________________
總反應 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
聯系 ________腐蝕更普遍 酸性
弱
中
Fe－2e－===Fe2＋
2H＋＋2e－===H2↑
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
吸氧
3.金屬的防護
(1)改變金屬材料的組成，如制成合金等。
(2)在金屬表面覆蓋保護層，如在金屬表面噴涂油漆、礦物性油脂或覆蓋搪瓷、塑料、電鍍、發藍或表面鈍化等。
(3)電化學保護法。
①犧牲陽極法——____________原理
a.________：比被保護金屬活潑的金屬；
b．________：被保護的金屬設備。
②外加電流法——________原理
a．________：被保護的金屬設備；
b．________：惰性電極。
原電池
負極
正極
電解
陰極
陽極
[易錯秒判]
(1)純銀器表面變黑和鋼鐵表面生銹的腐蝕原理相同(　　)
(2)Al、Fe、Cu在潮濕的空氣中腐蝕均生成氧化物(　　)
(3)鋼鐵發生電化學腐蝕時，負極鐵失去電子生成Fe3＋(　　)
(4)在金屬表面覆蓋保護層，若保護層破損，則完全失去了對金屬的保護作用(　　)
(5)犧牲陽極法利用原電池原理，能有效地保護金屬，不易被腐蝕(　　)
(6)把金屬鉻、鎳等加入普通鋼中能增強鋼鐵的耐腐蝕性(　　)
(7)鋼鐵的發藍處理能增強其耐腐蝕性(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)√
1．(2024·華南師范大學附中月考)下列防止金屬腐蝕的方法屬于電化學防護的是(　　)
A．船體表面刷漆
B．加入鉻、錳、硅等制成不銹鋼
C．自行車鏈條涂油
D．水中的鋼閘門連接電源的負極
解析：水中的鋼閘門連接電源的負極，是外加電流法，是防止金屬腐蝕的電化學方法，D項符合題意。
√
2．關于研究生鐵的銹蝕實驗，下列分析不正確的是(　　)
序號 ① ② ③
實驗
現象 8小時未觀察到明顯銹蝕 8小時未觀察到明顯銹蝕 1小時觀察到明顯銹蝕
A．①中，NaCl溶液中溶解的O2不足以使生鐵片明顯銹蝕
B．②中，生鐵片未明顯銹蝕的原因之一是缺少H2O　
C．③中正極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－
D．對比①②③，說明苯能隔絕O2
√
解析：①是密閉體系，NaCl溶液中溶解的O2較少，不足以使生鐵片明顯銹蝕，A項正確；
苯屬于非電解質，②中無電解質溶液，不滿足電化學腐蝕的條件，B項正確；
根據③中現象，鐵在中性環境下發生吸氧腐蝕，正極反應為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，C項正確；
①③NaCl溶液中均溶解有氧氣，③中觀察到明顯銹蝕的現象，說明苯不能隔絕O2，D項錯誤。
3．(2024·廣州高三階段測試)全世界每年都因鋼鐵銹蝕造成巨大的損失，為了保護地下的鋼鐵輸水管所采取的措施如下圖所示。下列說法不正確的是(　　)

A．鋼鐵發生吸氧腐蝕的正極反應為O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．導線與Zn塊連接為犧牲陽極法
C．鋼鐵輸水管經導線應連接外接電源的負極
D．導線與Cu塊連接也可保護鋼鐵輸水管
√
解析：A．鋼鐵發生吸氧腐蝕，正極上為氧氣得電子結合H2O生成OH－，電極反應式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，A正確；
B．導線與Zn塊連接為犧牲陽極法，B正確；
C．鋼鐵輸水管經導線應連接外接電源的負極，為外加電流法，C正確；
D．Cu的活潑性比Fe的弱，導線與Cu塊連接不能保護鋼鐵輸水管，D錯誤。
02
真題研做 高考通關
1．(2023·新高考廣東卷)利用活性石墨電極電解飽和食鹽水，進行如下圖所示實驗。閉合K1，一段時間后，下列說法正確的是(　　)
A．U形管兩側均有氣泡冒出，分別是Cl2和O2
B．a處布條褪色，說明Cl2具有漂白性
C．b處出現藍色，說明還原性：Cl－>I－
D．斷開K1，立刻閉合K2，電流表指針發生偏轉
√
B．U形管左側生成氯氣，氯氣與水反應生成HClO，故a處布條褪色，說明HClO具有漂白性，B錯誤；
C．b處出現藍色，發生反應Cl2＋2KI===I2＋2KCl，說明還原性：I－>Cl－，C錯誤；
D．斷開K1，立刻閉合K2，此時構成H2－Cl2燃料電池，導線中有電子通過，電流表指針發生偏轉，D正確。
2．(2023·新高考遼寧卷)某無隔膜流動海水電解法制H2的裝置如下圖所示，其中高選擇性催化劑PRT可抑制O2產生。下列說法正確的是(　　)
A．b端電勢高于a端電勢
B．理論上轉移2 mol e－生成4 g H2
C．電解后海水pH下降
D．陽極發生：
Cl－＋H2O－2e－===HClO＋H＋
√
3．(2022·新高考廣東卷)為檢驗犧牲陽極法對鋼鐵防腐的效果，將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后，取溶液分別實驗，能說明鐵片沒有被腐蝕的是(　　)
A．加入AgNO3溶液產生沉淀
B．加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現
C．加入KSCN溶液無紅色出現
D．加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍色沉淀生成
√
解析：若鐵片被腐蝕，則溶液中含有Fe2＋，向溶液中加入 K3[Fe(CN)6]溶液，反應生成藍色的KFe[Fe(CN)6] 沉淀，D項正確；
A項只能說明溶液中含有Cl－，B、C項只能說明溶液中無Fe3＋，三者均不能說明鐵片沒有被腐蝕。
√
解析：廢氣中SO2排放到大氣中會形成硫酸型酸雨，故A正確；
裝置a中NaHCO3溶液的作用是吸收SO2氣體，CO2與NaHCO3溶液不反應，不能吸收CO2，故C錯誤；
5．(2023·浙江1月選考)在熔融鹽體系中，通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置示意圖如下。下列說法正確的是(　　)
A．石墨電極為陰極，發生氧化反應
B．電極A的電極反應：
8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C．該體系中，石墨優先于Cl－參與反應
D．電解時，陽離子向石墨電極移動
√
解析：由題圖可知，石墨電極參與反應生成CO，故為陽極，電極反應為C－2e－＋O2－===CO↑；電極A為陰極，電極反應為TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－。石墨電極為陽極，發生氧化反應，A項錯誤；
該電解池的電解質為熔融鹽，不存在H＋，B項錯誤；
根據陽極上生成CO可知，石墨優先于Cl－參與反應，C項正確；
石墨電極為陽極，陰離子(O2－)向石墨電極移動，D項錯誤。(共30張PPT)
第37講　多池、多室的電化學裝置
1．會判斷多池裝置中的原電池和電解池，能根據電化學原理進行正確分析。
2．了解離子交換膜的分類及特點，能夠根據電化學原理分析“膜”在裝置中的作用。
01
考點梳理 高效演練
考點一　多池串聯的兩大模型

1．兩大模型裝置
(1)外接電源與電解池的串聯。

A、B為兩個串聯電解池，相同時間內，各電極得失電子數相等。
(2)原電池與電解池的串聯。





甲、乙兩裝置示意圖中，A均為原電池，B均為電解池。
2．串聯裝置的思維流程
√
解析：A．鋅為活潑金屬，失去電子發生氧化反應，a極為負極、b極為正極，c極為陰極、d極為陽極，A正確；
B．Zn-NO2 電池總反應為鋅和二氧化氮反應生成亞硝酸鋅：Zn＋2NO2===Zn(NO2)2，B正確；
C．c極區為陰極區，亞硝酸根離子發生還原反應生成NH3，消耗H＋且生成H2O，故溶液的pH增大，C正確；
2．某興趣小組的同學用如下裝置研究有關電化學的問題。當閉合該裝置的電鍵時，觀察到電流表的指針發生了偏轉。
請回答下列問題。
(1)甲池為__________(填“原電池”“電解池”或“電鍍池”)，通入CH3OH電極的電極反應為___________________________________。
(2)乙池中A(石墨)電極的名稱為________(填“正極”“負極”“陰極”或“陽極”)，總反應為_______________________________________。
(3)當乙池中B極質量增加5.40 g時，甲池中理論上消耗O2的體積(標準狀況下)為________mL，丙池中________(填“C”或“D”)極析出________g銅。
(4)電鍵閉合一段時間后，甲池中溶液的pH將________
(填“增大”“減小”或“不變”，下同)；若丙池中電極不變，將電解質溶液換成NaCl溶液，溶液的pH將________。
考點二　多室電化學裝置——離子交換膜電解池

1．離子交換膜的分類和作用
2．離子交換膜電解池的解題步驟
第一步，分清離子交換膜類型。即離子交換膜屬于陽膜、陰膜、質子膜或雙極膜中的哪一種，判斷允許哪種離子通過離子交換膜。
第二步，寫出電極反應式。判斷離子交換膜兩側的離子變化，推斷電荷變化，根據電荷平衡判斷離子遷移方向。
第三步，分析離子交換膜的作用。在產品制備中，離子交換膜的作用主要是提高產品純度，避免產物之間發生反應，或避免產物因發生反應而造成危險。
1．(2024·南粵名校聯考)利用光能分解水的裝置如圖所示，在直流電場作用下，雙極膜將水解離為H＋和OH－，并實現其定向通過。下列說法正確的是(　　)
A．光電池裝置是將化學能轉化為光能
B．當電路中通過2 mol電子時，
雙極膜中水的質量減少18 g
C．陽極區發生的電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
D．再生池中發生的反應為2V3＋＋H2===2V2＋＋2H＋
√
解析：由題圖可知，光電池左側為電子的流出極，故電解池左側為陰極，電極反應式為V3＋＋e－===V2＋，右側為陽極，電極反應式為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。A．由題圖可知，光電池裝置將光能轉化為電能，再利用電解池將電能轉化為化學能，最終達到分解水的目的，選項A錯誤；
B．雙極膜可將水解離為H＋和OH－，根據陽極區的電極反應式4OH－－4e－===2H2O＋O2↑可知，當電路中通過2 mol電子時，雙極膜中水減少2 mol，質量為36 g，選項B錯誤；
C．陽極區發生的電極反應為4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，選項C正確；
D．由裝置圖可知，再生池中發生的反應為2V2＋＋2H＋===2V3＋＋H2↑，選項D錯誤。
2．(2024·華南師范大學附中高三月考)LiOH是生產航空航天潤滑劑的原料。清華大學首創三室膜電解法制備氫氧化鋰，其模擬裝置如下圖所示。下列有關說法正確的是(　　)
A．a極為電源的負極，Y極上發生氧化反應
B．X極的電極反應式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑
C．膜1為陽離子交換膜，膜2為陰離子交換膜
D．每轉移2 mol電子，理論上生成24 g LiOH
√
解析：該電解池實質是電解水，根據題圖可知，X極導出的是濃硫酸，則X極應為水放電生成H＋和O2，為陽極，電極反應式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，氣體1為O2；Y極導出的是濃LiOH，則Y極是水放電生成H2和OH－，為陰極，電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，氣體2為H2。A．根據分析可知，X極為陽極，所以a極為正極，b極為負極，則Y極為陰極，發生還原反應，A錯誤；
B．根據分析可知，X極上水失去電子發生氧化反應生成O2，電極反應式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，B正確；
D．Y極為陰極，電極反應式為2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，每轉移2 mol電子，理論上有2 mol Li＋向Y極遷移形成2 mol LiOH，其質量是48 g，D錯誤。
02
真題研做 高考通關
√
B．每生成 1 mol NH3·H2O，陰極得8 mol e－，同時雙極膜處有8 mol H＋進入陰極室，即有8 mol 的H2O解離，故B錯誤；
C．電解過程中，陽極室每消耗 4 mol OH－，同時有4 mol OH－通過雙極膜進入陽極室，KOH的物質的量不因反應而改變，故C正確；
D．相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構具有更大的膜面積，有利于H2O被催化解離成H＋和 OH－，可提高氨生成速率，故D正確。
2．(2023·高考全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時，采用高濃度的K＋抑制酸性電解液中的析氫反應可提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如下圖所示。下列說法正確的是(　　)

A．析氫反應發生在IrOx－Ti電極上
B．Cl－從Cu電極遷移到IrOx－Ti電極
C．陰極發生的反應有：2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O
D．每轉移1 mol電子，陽極生成11.2 L氣體(標準狀況)
√
3．(2022·新高考山東卷改編)設計如下圖所示的裝置回收金屬鈷。保持細菌所在環境pH穩定，借助其降解乙酸鹽生成CO2，將廢舊鋰離子電池的正極材料 LiCoO2(s)轉化為Co2＋，工作時保持厭氧環境，并定時將乙室溶液轉移至甲室。已知電極材料均為石墨材質，右側裝置為原電池。下列說法不正確的是(　　)
A．裝置工作時，甲室溶液pH逐漸減小
B．裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸
C．乙室電極反應為
LiCoO2＋2H2O＋e－===Li＋＋Co2＋＋4OH－
D．若甲室 Co2＋減少200 mg，乙室Co2＋增加300 mg，則此時已進行過溶液轉移
√
解析：根據題意知，右側裝置為原電池，細菌所在電極為負極，LiCoO2所在電極為正極；左側裝置為電解池，細菌所在電極為陽極，另一電極為陰極。裝置工作時，左側裝置中，細菌所在電極(陽極)上CH3COO－失去電子被氧化為CO2：CH3COO－－8e－＋2H2O===2CO2↑＋7H＋，甲室中Co2＋在陰極上得到電子被還原為Co單質：Co2＋＋2e－===Co，乙酸鹽溶液中的陽離子以及生成的H＋通過陽膜進入甲室，甲室溶液pH逐漸減小，A正確；
右側裝置中，細菌所在電極上的電極反應與左側裝置中相同，乙室中LiCoO2得到電子被還原為Co2＋，電解質溶液顯酸性，電極反應為 LiCoO2＋e－＋4H＋===Li＋＋Co2＋＋2H2O，乙酸鹽溶液中的陽離子以及生成的H＋通過陽膜進入乙室，總體上H＋被消耗而減少，故裝置工作一段時間后，乙室應補充鹽酸，B正確，C錯誤；
4．(2021·新高考天津卷)如下圖所示的電解裝置中，通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，下列判斷錯誤的是(　　)

A．a是電源的負極
B．通電一段時間后，向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色
C．隨著電解的進行，CuCl2溶液濃度變大
D．當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，至少產生氣體336 mL(折合成標準狀況下)
√
解析：通電后石墨電極Ⅱ上有O2生成，Fe2O3逐漸溶解，說明石墨電極Ⅱ為陽極，b為電源的正極，a為電源的負極，石墨電極Ⅰ為陰極。A．由分析可知，a是電源的負極，故A正確；
B．石墨電極Ⅱ為陽極，通電一段時間后，產生氧氣和氫離子，所以向石墨電極Ⅱ附近滴加石蕊溶液，出現紅色，故B正確；
C．隨著電解的進行，銅離子在陰極得電子生成銅單質，所以CuCl2溶液濃度變小，故C錯誤；
D．當0.01 mol Fe2O3完全溶解時，消耗氫離子的物質的量為 0.06 mol，根據陽極的電極反應2H2O－4e－===O2↑＋4H＋可知，產生氧氣的物質的量為0.015 mol，在標準狀況下的體積為336 mL，故D正確。
√
解析：由題圖可知，在鉛電極上乙二酸變成乙醛酸是去氧的過程，發生還原反應，鉛電極是電解裝置的陰極；石墨電極上發生氧化反應，電極反應為2Br－－2e－===Br2，是電解裝置的陽極。由分析可知，Br－參與了電極反應，KBr不只起電解質的作用，A錯誤；
陽極上的電極反應為2Br－－2e－===Br2，B錯誤；
制得2 mol乙醛酸，實際上是左、右兩側各制得1 mol 乙醛酸，共轉移2 mol電子，故理論上外電路中遷移的電子的物質的量為2 mol，C錯誤；
電解裝置中，陽離子移向陰極，故雙極膜中間層中的H＋在外電場作用下向鉛電極方向遷移，D正確。

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