資源簡介

專題二　化學反應與能量　化學反應速率及平衡
微專題3　化學反應與能量
綱舉目張
　化學反應原理與能量小綜合
[反應的自發性、ΔH計算、化學平衡常數]
1. (2021·江蘇卷)對于反應2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)　ΔH＝－116.4 kJ/mol。下列說法正確的是(A)
A. 該反應的ΔH＜0、ΔS＜0
B. 反應的平衡常數可表示為K＝
C. 使用高效催化劑能降低反應的焓變
D. 其他條件相同，增大，NO的轉化率下降
【解析】 反應放熱，ΔH＜0，該反應的正反應方向是氣體分子數減小的反應，則ΔS＜0，A正確；反應2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)的平衡常數可表示為K＝，B錯誤；使用催化劑能降低反應所需的活化能，加快反應速率，但反應物和生成物的總能量不變，反應焓變不變，C錯誤；其他條件相同，增大，相當于增大氧氣濃度，平衡正向移動，NO轉化率變大，D錯誤。
2. (2020·江蘇卷)反應SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)可用于純硅的制備。下列有關該反應的說法正確的是(B)
A. 該反應ΔH>0、ΔS<0
B. 該反應的平衡常數K＝
C. 高溫下，反應每生成1 mol Si需消耗2×22.4 L H2
D. 若用E表示鍵能，則該反應的ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)
【解析】 該反應為氣體分子數增大的反應，則ΔS＞0，A錯誤；高溫下，反應每生成1 mol的Si需要消耗2 mol的H2，高溫下的氣體摩爾體積不是22.4 L/mol，C錯誤；ΔH＝反應物的鍵能之和－生成物的鍵能之和，生成物中有硅單質，則該式子應該再減去2E(Si—Si)，D錯誤。
　蓋斯定律
3. (2018·江蘇卷)NOx(主要指NO和NO2)是大氣主要污染物之一。有效去除大氣中的NOx是環境保護的重要課題。用水吸收NOx的相關熱化學方程式如下：
①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)　ΔH1＝－116.1 kJ/mol
②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)　ΔH2＝＋75.9 kJ/mol
反應3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝－136.2kJ/mol。
【解析】 根據蓋斯定律，即可得到目標反應，則ΔH＝ kJ/mol＝－136.2 kJ/mol。
4. (2017·江蘇卷)通過以下反應可獲得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列說法錯誤的是　(C)
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2 (g)　ΔH1＝a kJ/mol
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝b kJ/mol
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3＝c kJ/mol
④2CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)＋H2O(g)　ΔH4＝d kJ/mol
A. 反應①②為反應③提供原料氣
B. 反應③也是CO2資源化利用的方法之一
C. 反應CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)＋H2O(l)的ΔH ＝ kJ/mol
D. 反應2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋CH3OCH3 (g)的ΔH＝(2b＋2c＋d)kJ/mol
【解析】 反應③需要的原料氣是CO2和H2，反應①②的產物中含CO2和H2，A正確；反應③消耗CO2制取CH3OH，B正確；C選項的熱化學方程式中的H2O是液態，但反應④的熱化學方程式中的H2O是氣態，C錯誤；根據蓋斯定律，將反應②×2＋反應③×2＋反應④可得選項D的熱化學方程式，D正確。
　原電池
5. (2024·江蘇卷)堿性鋅錳電池的總反應為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，電池構造示意圖如圖所示。下列有關說法正確的是(C)
A. 電池工作時，MnO2發生氧化反應
B. 電池工作時，OH－通過隔膜向正極移動
C. 環境溫度過低，不利于電池放電
D. 反應中每生成1 mol MnOOH，轉移電子數約為2×6.02×1023
【解析】 堿性鋅錳電池的總反應為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，負極為鋅，正極為二氧化錳。電池工作時，正極MnO2發生還原反應，A錯誤；原電池工作時，陰離子向負極移動，則OH－通過隔膜向負極移動，B錯誤；環境溫度過低，化學反應速率較慢，不利于電池放電，C正確；反應中錳元素的化合價由＋4降低到＋3，則每生成1 mol MnOOH，轉移電子數約為6.02×1023，D錯誤。
6. (2020·江蘇卷)HCOOH燃料電池。研究 HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示：
兩電極區間用允許K＋、H＋通過的半透膜隔開。電池負極的電極反應式為HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O；放電過程中需補充的物質A為H2SO4(填化學式)。上圖所示的 HCOOH燃料電池放電的本質是通過 HCOOH與O2的反應，將化學能轉化為電能，其反應的離子方程式為2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O(或2HCOO－＋O2===2HCO)。
7. (1)(2016·江蘇卷)鐵炭混合物在水溶液中可形成許多微電池。將含有Cr2O的酸性廢水通過鐵炭混合物，在微電池正極上Cr2O轉化為Cr3＋，其電極反應式為Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
(2)(2015·江蘇卷)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。寫出電極B的電極反應式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
　電解池
8. (2023·江蘇卷)催化電解吸收CO2的KOH溶液可將CO2轉化為有機物。在相同條件下，恒定通過電解池的電量，電解得到的部分還原產物的法拉第效率(FE%)隨電解電壓的變化如圖所示。FE%＝×100%。其中，QX＝nF，n表示電解生成還原產物X所轉移電子的物質的量，F表示法拉第常數。
(1)當電解電壓為U1 V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，陰極主要還原產物為H2(填化學式)。
(2)當電解電壓為U2 V時，陰極由HCO生成CH4的電極反應式為HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。
(3)當電解電壓為U3 V時，電解生成的C2H4和HCOO－的物質的量之比為1∶2。
【解析】 (1)當電解電壓為U1 V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，說明HCO未得電子，此時，H＋得電子生成H2。(2)當電解電壓為U2 V時，根據得失電子守恒、原子守恒和電荷守恒可知，堿性條件下，陰極由HCO生成CH4的電極反應式為HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。(3)當電解電壓為U3 V時，電解過程中還原產物C2H4的FE%為24%，還原產物HCOO－的FE%為8%，說明生成這兩種產物得失電子個數之比為3∶1，由2HCO～C2H4～12e－、HCO～HCOO－～2e－可知，C2H4和HCOO－物質的量之比為1∶2。
9. (2021·江蘇卷)通過下列方法可分別獲得H2和O2：①通過電解獲得NiOOH和H2(裝置如圖)；②在90 ℃將NiOOH與H2O反應生成Ni(OH)2并獲得O2。下列說法正確的是(B)
A. 電解后KOH溶液的物質的量濃度減小
B. 電解時陽極電極反應式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
C. 電解的總反應：2H2O2H2↑＋O2↑
D. 電解過程中轉移4 mol電子，理論上可獲得22.4 L O2
【解析】 由圖可知，在陰極生成氫氣，電極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，陽極上Ni(OH)2失電子發生氧化反應生成NiOOH，電極反應式為Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，電解的總反應為2Ni(OH)22NiOOH＋H2↑，在90 ℃將NiOOH與H2O反應生成Ni(OH)2并獲得O2。由電解的總反應可知，KOH溶液的物質的量濃度不變，A錯誤；電解時陽極上Ni(OH)2失電子發生氧化反應，電極反應式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B正確；電解的總反應為2Ni(OH)22NiOOH＋H2↑，C錯誤；未指明標準狀況，無法計算氧氣的體積，D錯誤。
10. (2017·江蘇卷改編)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質)為原料制備鋁的一種工藝流程如下：
已知：SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀。
(1)寫出“堿溶”時生成四羥基合鋁酸鈉的離子方程式：Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－。
(2)向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH減小(填“增大”“不變”或“減小”)。
(3)“電解Ⅰ”是電解熔融 Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是石墨電極被陽極上產生的O2氧化。
(4)“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖。
陽極的電極反應式為4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，陰極產生的物質A的化學式為H2。
(5)鋁粉在1 000 ℃時可與N2反應制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是NH4Cl分解產生的HCl能夠破壞Al表面的Al2O3薄膜。
【解析】 (2)“過濾Ⅰ”所得濾液為四羥基合鋁酸鈉溶液，與NaHCO3發生反應：HCO＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋CO＋H2O，該反應能夠發生，說明[Al(OH)4]－結合H＋的能力強于CO，Na[Al(OH)4]溶液的堿性強于Na2CO3溶液，則溶液的pH減小。
11. (1)(2018·江蘇卷)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2 的混合溶液，電解該混合溶液可獲得較濃的硝酸。寫出電解時的陽極反應式：HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO。
(2)(2019·江蘇卷)電解法轉化CO2可實現CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖如下。
①寫出陰極CO2還原為HCOO－的電極反應式：CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO。
②電解一段時間后，陽極區的KHCO3溶液濃度降低，其原因是陽極產生O2和H＋，pH減小，HCO濃度降低；K＋部分遷移至陰極區。
　金屬的腐蝕與防護
12. (2020·江蘇卷)將金屬M連接在鋼鐵設施表面，可減緩水體中鋼鐵設施的腐蝕。在如圖所示的情境中，下列有關說法正確的是(C)
A. 陰極的電極反應式：Fe－2e－===Fe2＋
B. 金屬M的活動性比Fe的活動性弱
C. 鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護
D. 鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快
【解析】 陰極得到電子，A錯誤；為保護鋼鐵設備，金屬M應比鐵活潑，B錯誤；由于海水中含有大量的電解質，更易發生電化學腐蝕，故鋼鐵設備在海水中的腐蝕速率快，D錯誤。
13. (2019·江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是(C)
A. 鐵被氧化的電極反應式：
Fe－3e－===Fe3＋
B. 鐵腐蝕過程中化學能
全部轉化為電能
C. 活性炭的存在會加速鐵的腐蝕
D. 以水代替NaCl溶液，鐵不能發生吸氧腐蝕
【解析】 鐵被氧化的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，A錯誤；鐵腐蝕過程中，化學能不會全部轉化為電能，還有部分轉化為熱能等，B錯誤；活性炭會與鐵以及NaCl溶液構成許多微小的原電池，加速鐵的腐蝕，C正確；以水代替NaCl溶液，鐵也能發生吸氧腐蝕，但溶液中離子濃度較小，反應緩慢，D錯誤。
　反應熱　熱化學方程式
1. 焓變ΔH的計算
ΔH與反應前后物質的能量 放熱反應 吸熱反應
ΔH＝∑E(生成物總和)－∑E(反應物總和)
ΔH與鍵能 ΔH＝∑(反應物鍵能總和)－∑(生成物鍵能總和)
ΔH與活化能 ΔH＝E(正反應活化能)－E(逆反應活化能)
ΔH與蓋斯定律 ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3(利用蓋斯定律求熱化學方程式中的焓變)
說明 (1)物質的能量越低越穩定。(2)1 mol常見物質中含有的化學鍵的物質的量：物質(1 mol)金剛石硅SiO2P4CH4化學鍵C—Si—SiSi—OP—PC—H所含化學鍵的物質的量/mol22464
2. 常考歸納
(1)在101kPa時，1mol純物質完全燃燒生成指定產物時所放出的熱量，叫作該物質的燃燒熱。“指定產物”指可燃物中的C元素變為CO2(g)，H元素變為H2O(l)，S元素變為SO2(g)，N元素變為N2(g)等。
(2)在25 ℃和101 kPa下，強酸的稀溶液與強堿的稀溶液發生中和反應生成1mol H2O時，放出57.3 kJ的熱量。
①若用弱酸代替強酸(或用弱堿代替強堿)，由于電離吸熱，則放出的熱量減少。
②若用濃硫酸(或NaOH固體)作反應物，則放出的熱量增多。
③若是稀硫酸和Ba(OH)2稀溶液反應，則生成 1 mol H2O時所釋放的熱量會比57.3 kJ多。原因是H＋與OH－結合生成1 mol H2O的同時，Ba2＋和SO結合生成BaSO4沉淀會放出熱量。
(3)書寫熱化學方程式(寫出圖1、圖2中反應的熱化學方程式)：
圖1：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ/mol。
圖2：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(l)　ΔH＝－2(b＋c－a) kJ/mol。
圖1 圖2
(4)比較焓變大小：
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO(g)ΔH2
則ΔH1<ΔH2。
S(s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g)ΔH4
則ΔH3>ΔH4。
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH6
則ΔH5>ΔH6。
　原電池與電解池的比較
1. 電池的判斷
無外接電源的是原電池；有外接電源的是電解池。
2. 電極的判斷
　電極反應式的書寫
1. 原電池——燃料電池
(1)氫氧燃料電池
電解質 負極反應式 正極反應式
酸性介質 H2－2e－===2H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
堿性介質 H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
熔融氧化物 H2－2e－＋O2－===H2O O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸鹽 H2－2e－＋CO===H2O＋CO2 O2＋4e－＋2CO2===2CO
(2)有機物燃料(以CH4為例)
電解質 負極反應式 正極反應式 備注
酸性介質 CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ O2＋4e－＋4H＋=== 2H2O 用H＋平衡電荷，不出現OH－
堿性介質 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－　 用OH－平衡電荷，不出現H＋
熔融氧化物 CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O O2＋4e－===2O2－ 用O2－平衡電荷，平衡O
熔融碳酸鹽 CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O O2＋2CO2＋4e－=== 2CO　 用CO平衡電荷，平衡O
(3)肼燃料電池
電解質 負極反應式 正極反應式
酸性介質 N2H4－4e－===N2↑＋4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
堿性介質 N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
熔融氧化物 N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸鹽 N2H4＋2CO－4e－===N2↑＋2CO2↑＋2H2O O2＋4e－＋2CO2===2CO
(4)微生物燃料電池
舉例 分析
微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖所示 ①微生物的存在有利于有機物的氧化反應，促進了反應中電子的轉移；②有機物在負極失去電子，負極反應中有CO2生成，同時產生了H＋(負極：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋)，H＋通過質子交換膜從負極區移向正極區；③正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
[特別提醒]微生物燃料電池不能在高溫下或重金屬鹽溶液(如CuSO4溶液)、強氧化性溶液(如K2Cr2O7溶液)中使用，會使酶變性
2. 電解池
(1)用惰性電極電解不同溶液類型
類型 實例 電極反應式 電解對象 溶液pH
電解水 NaOH 陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ H2O 增大
H2SO4 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋陰極：2H＋＋2e－===H2↑ H2O 減小
Na2SO4 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ H2O 不變
電解電解質 HCl 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：2H＋＋2e－===H2↑ HCl 增大
放出H2生成堿 NaCl 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Cl－和H2O 增大
放出O2生成酸 CuSO4 陽極：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋陰極：Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋和H2O 減小
(2)電解的應用
①電冶金(冶煉鈉、鎂、鋁)
冶煉金屬 總反應 電極反應式
鈉 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：Na＋＋e－===Na
鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：Mg2＋＋2e－===Mg
鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 陽極：2O2－－4e－===O2↑陰極：Al3＋＋3e－===Al
說明：電解NaCl、MgCl2溶液，得不到金屬鈉、金屬鎂
②粗銅精煉 (含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)
銅的電解精煉示意圖 電極材料 陽極：粗銅；陰極：精銅
電解質溶液 CuSO4溶液
陽極反應式 Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋ 、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋
陰極反應式 Cu2＋＋2e－===Cu
ⅰ.電解質溶液中的c(Cu2＋)：減小(填“增大”“不變”或“減小”)；ⅱ.一般情況下，陽極金屬減輕的質量≠(填“＝”或“≠”)陰極金屬增加的質量；ⅲ.比銅活潑的金屬(Zn、Fe、Ni)失電子轉化為離子留在溶液中，比銅不活潑的金屬(Ag、Au)沉積在電解槽底，形成陽極泥(陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料)
③電鍍(以電鍍銀為例)
電極材料 陽極：鍍層金屬(銀)；陰極：待鍍金屬制品
電鍍液 含Ag＋的電解質溶液
電極反應式 陽極：Ag－e－===Ag＋；陰極：Ag＋＋e－===Ag
ⅰ.電鍍液中c(Ag＋)：不變(填“增大”“不變”或“減小”)；ⅱ.陽極金屬減輕的質量＝(填“＝”或“≠”)陰極金屬增加的質量
④氯堿工業
電極反應式 陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑陰極：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
總反應 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
陽離子交換膜的作用 ⅰ.避免H2和Cl2混合引起爆炸；ⅱ.避免Cl2和NaOH反應，提高堿的純度ⅲ.Na＋從左室向右室遷移
注意：少量NaOH的作用是增強溶液的導電性且不引入雜質；電解所用的食鹽水要精制
3. 可逆電池
(1)鉛酸蓄電池
裝置圖
電極反應式、反應類型等 負極：Pb＋SO－2e－===PbSO4(氧化反應)正極：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(還原反應) 陰極：PbSO4＋2e－===Pb＋SO(接外電源的負極，還原反應)陽極：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO(接外電源的正極，氧化反應)
總反應 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
(2)鋰電池
原電池 電池裝置 說明
Li-CO2電池4Li＋3CO22Li2CO3＋C(隔膜只允許鋰離子通過，Li＋向正極移動) 放電時：鋰為負極，負極反應式：Li－e－===Li＋銥基電極為正極，正極反應式：3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋C
LiFePO4-C電池Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C(隔膜只允許鋰離子通過，Li＋向正極移動) 放電時：M為負極，負極反應式：LixC6－xe－===6C＋xLi＋N為正極，正極反應式：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
全固態鋰-硫電池16Li＋xS88Li2Sx(2≤x≤8)(Li＋向正極移動)a電極摻有石墨烯，是為了增強電極導電性 放電時：電極b是負極，電極反應式：Li－e－===Li＋電極a是正極，電極反應式： S8＋2e－＋2Li＋===Li2S8(只寫第一步反應)
鋰-空氣電池4Li＋O2＋2H2O4LiOH(Li＋向正極移動) 放電時：A為負極，電極反應式：Li－e－===Li＋B為正極，電極反應式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－(電解液a不能是水性溶液，因為金屬鋰可與水反應)
　離子交換膜
1. 離子交換膜的種類及作用
種類 陽離子交換膜 只允許陽離子通過
陰離子交換膜 只允許陰離子通過
質子交換膜 只允許H＋通過
鋰離子交換膜 只允許Li＋通過
作用 ①平衡兩極區的電荷；②避免兩極產物發生反應；③形成交換膜兩邊電解質溶液濃度不同的濃差電池
判斷 離子遷移的方向是濃度大的向濃度小的方向遷移
2. 離子交換膜的判斷方法
類型 裝置特點 分析
根據離子遷移的方向，判斷膜的種類 隨反應進行，左、右兩池濃度的差值逐漸減小，外電路中電流將減小，電流計指針偏轉幅度逐步變小。當左、右兩池離子濃度相等時，電池將停止工作，不再有電流產生，此時，左、右兩池硝酸銀溶液的濃度相等 ①正、負兩電極均為Ag單質，左池為AgNO3稀溶液，右池為AgNO3濃溶液。只有兩池AgNO3溶液濃度不同，才能形成濃差電池；②該離子交換膜的作用：不允許Ag＋通過，只允許NO穿過，是陰(填“陰”或“陽”)離子交換膜。負極Ag失去電子變成Ag＋，為了平衡電荷，正極區多余的NO就穿過離子交換膜向負極移動
根據產物及電源，判斷膜的種類 三室式電滲析法處理Na2SO4廢水： ①陰極產生氫氣，Na＋穿過陽離子交換膜(填“陽離子交換膜”或“陰離子交換膜”，下同)進入陰極區，平衡電荷；②陽極產生氧氣，SO穿過陰離子交換膜進入陽極區，平衡電荷；③離子交換膜的作用：平衡電荷；使產品NaOH和H2SO4分開，避免反應
根據產物判斷膜的種類 以CaCl2、NaH2PO4為原料，利用電解法制備Ca(H2PO4)2：
　金屬的腐蝕與防護
1. 金屬的腐蝕類型
腐蝕類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕
條件 酸性較強 弱酸性、中性、堿性
負極 Fe－2e－===Fe2＋
正極 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
總反應 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
說明 ①吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普遍；②2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O
2. 金屬的保護方法
金屬的防護 ①改變金屬的內部結構，如把Ni、Cr等加入金屬中制成不銹鋼
②在金屬表面覆蓋保護層，如采用電鍍、涂油脂、噴油漆、覆蓋搪瓷、包裹塑料等方法
電化學保護法 原電池原理 犧牲陽極法 被保護的金屬作原電池的正極(陰極)，活潑金屬作原電池的負極(陽極)，陽極要定期予以更換
電解池原理 外加電流法 將被保護的金屬與電源負極相連，作電解池的陰極，另一附加電極與電源正極相連，作電解池的陽極
　蓋斯定律的應用
例1　已知：室溫下，將CuSO4·5H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，將CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，則下列能量轉化關系的判斷不正確的是(B)
A. ΔH1＞0　　 B. ΔH2<ΔH3
C. ΔH3<ΔH1　　 D. ΔH2＝ΔH1＋ΔH3
【解析】 膽礬溶于水時溫度降低，則ΔH2>0，CuSO4(s)溶于水時溫度升高，則ΔH3<0，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3>0，A正確；ΔH2＞0，ΔH3＜0，則ΔH2＞ΔH3，B錯誤；ΔH3＜0，ΔH1＞0，則ΔH3＜ΔH1，C正確；根據蓋斯定律可知，ΔH2＝ΔH1＋ΔH3，D正確。
例2　(2023·南通二調)乙硫醇(C2H5SH)的綜合利用及治理是當前環境領域關注的焦點之一。家用煤氣中可摻入微量具有難聞氣味的乙硫醇。已知：
C2H5OH(g)＋H2S(g)===C2H5SH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－32 kJ/mol
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)ΔH2＝－1 277 kJ/mol
2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－1 036 kJ/mol
則反應：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g)的ΔH＝－3 526 kJ/mol。
【解析】 設給定的三個熱化學方程式分別為①②③，由蓋斯定律可知，③＋2×②－2×①可得：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g)　ΔH＝ΔH3＋2ΔH2－2ΔH1＝－1 036 kJ/mol－2×1 277 kJ/mol＋ 2×32 kJ/mol＝－3 526 kJ/mol。
　化學反應進行的方向
例3　下列敘述正確的是(C)
A. 加入催化劑可以使反應2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)在低溫下由非自發變為自發，從而提高產率
B. ΔH＜0、ΔS＞0時，反應可以自發進行，例如Ba(OH)2固體與NH4Cl固體混合
C. 常溫下，反應4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)的ΔH＜0
D. 因為ΔH和ΔS都與反應的自發性有關，因此ΔH或ΔS均可單獨作為判斷自發性的判據
【解析】 催化劑只改變反應速率，不能改變反應進行的方向，A錯誤；Ba(OH)2固體與NH4Cl固體混合，反應吸熱，則ΔH＞0，B錯誤；氫氧化亞鐵轉化為氫氧化鐵的反應能自發進行且是混亂度降低的反應，則由ΔH－TΔS＜0可知，該反應ΔH＜0，C正確；反應自發進行的判斷依據是ΔH－TΔS＜0，反應是否自發，決定于焓變和熵變兩方面因素，D錯誤。
　原電池
例4　(2024·泰州)科學家利用氨硼烷設計成原電池裝置如圖所示，常溫下該電池總反應為NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。下列說法正確的是(C)
A. b室為該原電池的負極區
B. 放電過程中，H＋通過質子交換膜由b室移向a室
C. a室的電極反應式為NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋
D. 其他條件不變時，向H2O2溶液中加入適量NaOH溶液能增大電流強度
【解析】 由總反應可知，氨硼烷轉化為NH4BO2，硼元素化合價升高，氨硼烷在負極上失電子，發生氧化反應，電極反應式為NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋，a室為該原電池的負極區，A錯誤、C正確；過氧化氫中氧元素化合價降低，被還原，在正極上發生還原反應，電極反應式為H2O2＋ 2e－＋2H＋===2H2O，放電時，H＋通過質子交換膜由a室移向b室，B錯誤；該電解質為酸性溶液，加入NaOH溶液不能增大電流強度，D錯誤。
　電解池
例5　(2024·南京)在熔融鹽體系中，通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖所示。下列說法正確的是(C)
A. 該裝置將化學能轉化為電能
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】 由圖可知，該裝置有外接電源，為電解池，將電能轉化為化學能，A錯誤；石墨電極上的碳轉化為CO，碳元素化合價升高，石墨失電子，作陽極，電極反應式為C－2e－＋O2－===CO，電極A為陰極，電極反應式為TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B錯誤；該體系中，石墨優先于Cl－參與反應，C正確；電解時，陽離子向電極A(陰極)移動，D錯誤。
　可逆電池
例6　(2024·南京、鹽城二模)一種以釩基氧化物(V6O13)為正極材料的水系鋅離子電池的工作原理如圖所示。通過使用孔徑大小合適且分布均勻的新型離子交換膜，可提高離子傳輸通量的均勻性，從而保持電池的穩定性。下列說法正確的是(C)
A. 放電過程中，Zn2＋向Zn極一側移動
B. 放電過程中，電子由Zn極經電解質溶液向V6O13極移動
C. 充電時，V6O13極與外接直流電源正極相連
D. 充電時，陽極發生的電極反應可能為V6O13＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV6O13
【解析】 放電過程中，Zn極為負極，Zn失電子生成Zn2＋進入溶液，Zn2＋向正極(V6O13極)移動，A錯誤；放電過程中，電子由Zn極沿導線向V6O13極移動，電子不能經過電解質溶液，B錯誤；充電時，V6O13極作陽極，與外接直流電源正極相連，C正確；充電時，陽極反應式為ZnxV6O13－2xe－===V6O13＋xZn2＋，D錯誤。
　金屬的腐蝕與防護
例7　關于金屬的腐蝕與防護，下列說法正確的是(C)
圖① 圖② 圖③　
A. 圖①：鐵絲易生成Fe2O3·xH2O
B. 圖②：M可用石墨代替
C. 圖③：若電源斷開，閘門發生吸氧腐蝕，不易發生析氫腐蝕
D. 圖③：N只能選金屬
【解析】 形成原電池需要電解質溶液，在干燥的空氣中不易形成原電池，則鐵絲很難發生吸氧腐蝕，A錯誤；原電池的正極被保護，則金屬M的活動性要比鐵強，M不可用石墨代替，B錯誤；中性、堿性和弱酸性條件下易發生吸氧腐蝕，若斷開電源，鋼鐵閘門將發生吸氧腐蝕，C正確；與電源負極相連的鋼鐵閘門作陰極，被保護，則N可選用石墨等能導電的惰性材料，D錯誤。
1. (1)(2024·全國甲卷節選)甲烷轉化為多碳化合物具有重要意義。已知下列反應的熱化學方程式：
CH4(g)＋Br2(g)===CH3Br(g)＋HBr(g)　ΔH1＝－29 kJ/mol
3CH3Br(g)===C3H6(g)＋3HBr(g)　ΔH2＝＋20 kJ/mol
則反應3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g)　ΔH＝－67 kJ/mol。
(2)(2024·安徽卷節選)乙烯是一種用途廣泛的有機化工原料，由乙烷制乙烯的研究備受關注。已知下列反應的熱化學方程式：
2C2H6(g)＋O2(g)===2C2H4(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－209.8 kJ/mol
C2H6(g)＋CO2(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)　ΔH2＝＋178.1 kJ/mol
則反應2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH3＝－566 kJ/mol。
2. (2024·全國甲卷)科學家使用δ-MnO2研制了一種MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述正確的是(C)
A. 充電時，Zn2＋向陽極方向遷移
B. 充電時，會發生反應：
Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C. 放電時，正極反應有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－
D. 放電時，Zn電極質量減小0.65 g，MnO2電極生成了0.020 mol MnOOH
【解析】 根據題意，電池工作即放電時，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4，即Mn元素化合價降低，MnO2電極是正極，電極反應式為MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－、2MnO2＋Zn2＋＋2e－===ZnMn2O4，Zn電極為負極，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋。充電時，Zn電極接外電源的負極，為陰極，Zn2＋向陰極方向遷移，A錯誤；充電時，會發生反應：ZnMn2O4===Zn＋2MnO2，B錯誤；放電時，Zn電極質量減小0.65 g，電子轉移0.020 mol，MnO2電極生成了MnOOH和ZnMn2O4，因此生成MnOOH小于0.020 mol，D錯誤。
3. (2024·河北卷)科技工作者設計如圖所示可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2＋的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。下列說法錯誤的是(C)
A. 放電時，電池總反應為2CO2＋Mg===MgC2O4
B. 充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接
C. 充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2＋向陰極遷移
D. 放電時，每轉移1 mol電子，理論上可轉化1 mol CO2
【解析】 根據放電時CO2轉化為MgC2O4，則多孔碳納米管電極為正極，正極反應式為2CO2＋2e－＋Mg2＋===MgC2O4，鎂電極為負極，負極反應式為Mg－2e－===Mg2＋。放電時，電池總反應為2CO2＋Mg===MgC2O4，A正確；充電時，多孔碳納米管電極作陽極，與電源正極連接，B正確；充電時，鎂電極為陰極，電子由多孔碳納米管電極流向Mg電極，C錯誤；根據放電時的正極反應式，每轉移1 mol電子，理論上可轉化1 mol CO2，D正確。
4. (2024·山東卷)以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結合的循環方式，可實現高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是(B)
A. 電極a連接電源負極
B. 加入Y的目的是補充NaBr
C. 電解總反應為Br－＋3H2OBrO＋3H2↑
D. 催化階段反應產物物質的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2
【解析】 根據圖知，電極b上Br－轉化BrO，Br元素化合價升高，發生失電子的氧化反應，作陽極，接電源正極，則電極a連接電源負極，電極a發生反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，X為H2，A正確；電極b發生的反應為Br－＋3H2O－6e－===BrO＋6H＋，可得電解總反應為Br－＋3H2OBrO＋3H2↑，產生的BrO在催化劑存在下發生反應：2BrO2Br－＋3O2↑，Z為O2，即Br－在循環過程中不需要補充，在此過程中消耗了H2O，加入Y的目的是補充H2O，B錯誤、C正確；由催化時發生的反應可知：n(O2)∶n(Br－)＝3∶2，D正確。
1. 判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。
(1)粗鋅與稀硫酸反應制氫氣比純鋅快，是因為粗鋅形成微小原電池 (√)
(2)鉛酸蓄電池放電時，Pb極是負極，PbO2極是正極。充電時，外電源的正極與PbO2極相連接(√)
(3)鋼鐵吸氧腐蝕中的正極反應：4OH－－4e－===2H2O ＋O2↑(×)
(4)電極反應式為LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4，每轉移1 mol電子釋放2 mol Li＋ (×)
(5)銅板上的鐵釘在潮濕空氣中容易生銹(√)
2. 工業上常用電解法處理含Cr2O廢水，裝置如圖所示。
(1)電解時不能(填“能”或“不能”)用Cu代替Fe電極。
(2)陽極附近Cr2O轉化為Cr3＋的離子方程式為Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。
(3)金屬陽離子在陰極區域最終可沉淀完全，原因是陰極氫離子得到電子生成氫氣，溶液中氫離子濃度降低，pH增大，OH－與Fe3＋、Cr3＋結合生成沉淀，使金屬陽離子在陰極區域最終可沉淀完全。
3. (2024·南通)已知25 ℃、101 kPa下，10 kg丁烷完全燃燒生成CO2和液態水時，放出5×105 kJ的熱量。下列熱化學方程式書寫正確的是(D)
A. C4H10＋O2===4CO2＋5H2OΔH＝－2 900 kJ/mol
B. C4H10(l)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)ΔH＝＋2 900 kJ/mol
C. C4H10(l)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)ΔH＝－2 900 kJ
D. 2C4H10(l)＋13O2(g)===8CO2(g)＋10H2O(l)ΔH＝－5 800 kJ/mol
【解析】 未注明物質的狀態，因此不能確定反應熱，A錯誤；放熱反應的焓變為負值，則反應熱ΔH＜0，B錯誤；反應熱的單位是kJ/mol，C錯誤。
4. (2024·無錫)一種濃差電池的放電原理是利用電解質溶液的濃度不同而產生電流。某濃差電池裝置示意圖如圖所示，該電池使用前將開關K先與a連接一段時間后再與b連接。下列說法不正確的是(A)
A. 交換膜應當選擇陽離子交換膜
B. K與a連接的目的是形成兩電極區溶液的濃度差
C. K與b連接時，電極B上發生的反應為Cu2＋＋2e－===Cu
D. K與b連接時，導線中通過2 mol電子，約有1 mol離子通過交換膜
【解析】 K與a連接，為電解池，電極B為陽極，電極A為陰極，陰極發生反應：Cu2＋＋2e－===Cu，析出銅，SO向陽極移動，右側SO濃度增大，左側SO濃度減小，則交換膜應選擇陰離子交換膜，此時形成兩電極區溶液的濃度差，A錯誤、B正確；當K與b連接時，形成濃差電池，電極A為負極，電極B上發生的反應為Cu2＋＋2e－===Cu，C正確；由電荷守恒知，K與b連接時，每通過2 mol電子，約有1 mol SO通過交換膜，D正確。
5. (2024·海安)微生物電池具有高效、清潔、環保等優點。某微生物電池工作原理如圖所示。下列說法正確的是(D)
A. 電極a為該電池的正極
B. 放電過程中電極a附近溶液pH增大
C. 電極b的電極反應式為[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
D. 每消耗23 g CH3CH2OH，理論上會有6 mol H＋通過質子交換膜移向電極b
【解析】 根據圖知，電極a上CH3CH2OH轉化為CO2，C元素化合價由－2升高到＋4，則該電極失電子發生氧化反應，則電極a為該電池的負極，A錯誤；放電過程中，電極a的電極反應式為CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，c(H＋)增大，所以其附近pH降低，B錯誤；電極b上[Fe(CN)6]3－得電子生成[Fe(CN)6]4－，電極反應式為[Fe(CN)6]3－＋e－===[Fe(CN)6]4－，C錯誤；23 g CH3CH2OH的物質的量為＝0.5 mol，放電過程中，電極a的電極反應式為CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，每消耗0.5 mol CH3CH2OH，外電路通過6 mol e－，H＋通過質子交換膜移向電極b，當外電路通過6 mol e－時，理論上溶液中會有6 mol H＋通過質子交換膜移向電極b，D正確。(共80張PPT)
第一篇
高考專題
專題二　化學反應與能量　化學反應速率及平衡
微專題3　化學反應與能量
高考溯源
[反應的自發性、ΔH計算、化學平衡常數]
1
化學反應原理與能量小綜合
A
B
3. (2018·江蘇卷)NOx(主要指NO和NO2)是大氣主要污染物之一。有效去除大氣中的NOx是環境保護的重要課題。用水吸收NOx的相關熱化學方程式如下：
①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq)　ΔH1＝－116.1 kJ/mol
②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)　ΔH2＝＋75.9 kJ/mol
反應3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝____________kJ/mol。
2
蓋斯定律
－136.2
4. (2017·江蘇卷)通過以下反應可獲得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列說法錯誤的是( )
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2 (g)　ΔH1＝a kJ/mol
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH2＝b kJ/mol
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3＝c kJ/mol
④2CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)＋H2O(g)　ΔH4＝d kJ/mol
A. 反應①②為反應③提供原料氣
B. 反應③也是CO2資源化利用的方法之一
C
【解析】 反應③需要的原料氣是CO2和H2，反應①②的產物中含CO2和H2，A正確；反應③消耗CO2制取CH3OH，B正確；C選項的熱化學方程式中的H2O是液態，但反應④的熱化學方程式中的H2O是氣態，C錯誤；根據蓋斯定律，將反應②×2＋反應③×2＋反應④可得選項D的熱化學方程式，D正確。
5. (2024·江蘇卷)堿性鋅錳電池的總反應為Zn＋2MnO2＋
H2O===ZnO＋2MnOOH，電池構造示意圖如圖所示。下列有
關說法正確的是( )
A. 電池工作時，MnO2發生氧化反應
B. 電池工作時，OH－通過隔膜向正極移動
C. 環境溫度過低，不利于電池放電
D. 反應中每生成1 mol MnOOH，轉移電子數約為2×6.02×1023
3
原電池
C
【解析】 堿性鋅錳電池的總反應為Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，負極為鋅，正極為二氧化錳。電池工作時，正極MnO2發生還原反應，A錯誤；原電池工作時，陰離子向負極移動，則OH－通過隔膜向負極移動，B錯誤；環境溫度過低，化學反應速率較慢，不利于電池放電，C正確；反應中錳元素的化合價由＋4降低到＋3，則每生成1 mol MnOOH，轉移電子數約為6.02×1023，D錯誤。
6. (2020·江蘇卷)HCOOH燃料電池。研究 HCOOH燃料電池性能的裝置如圖所示：
兩電極區間用允許K＋、H＋通過的半透膜隔開。電池負極的電極反應式為_________________________________；放電過程中需補充的物質A為________ (填化學式)。上圖所示的 HCOOH燃料電池放電的本質是通過 HCOOH與O2的反應，將化學能轉化為電能，其反應的離子方程式為_________________________________ ___________________________________。
H2SO4
(2)(2015·江蘇卷)一種熔融碳酸鹽燃料電池原理示意圖如下。寫出電極B的電極反應式：___________________________________。
4
電解池
(1)當電解電壓為U1 V時，電解過程中含碳還原產物的FE%為0，陰極主要還原產物為____________(填化學式)。
(3)當電解電壓為U3 V時，電解生成的C2H4和HCOO－的物質的量之比為_______。
H2
1∶2
9. (2021·江蘇卷)通過下列方法可分別獲得H2和O2：①通過電解獲得NiOOH和H2(裝置如圖)；②在90 ℃將NiOOH與H2O反應生成Ni(OH)2并獲得O2。下列說法正確的是( )
B
10. (2017·江蘇卷改編)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質)為原料制備鋁的一種工藝流程如下：
已知：SiO2在“堿溶”時轉化為鋁硅酸鈉沉淀。
(1)寫出“堿溶”時生成四羥基合鋁酸鈉的離子方程式：___________________ ___________________________。
(2)向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH______(填“增大” “不變”或“減小”)。
Al2O3＋2OH－＋
3H2O===2[Al(OH)4]－
減小
(3)“電解Ⅰ”是電解熔融 Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是________________________________。
(4)“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖。
陽極的電極反應式為____________________________________，陰極產生的物質A的化學式為________。
(5)鋁粉在1 000 ℃時可與N2反應制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是_____________________________________ __________________。
石墨電極被陽極上產生的O2氧化
H2
NH4Cl分解產生的HCl能夠破壞Al表面
的Al2O3薄膜
11. (1)(2018·江蘇卷)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2 的混合溶液，電解該混合溶液可獲得較濃的硝酸。寫出電解時的陽極反應式：_________________ ___________________。
(2)(2019·江蘇卷)電解法轉化CO2可實現CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖如下。
①寫出陰極CO2還原為HCOO－的電極反應式：
______________________________________。
②電解一段時間后，陽極區的KHCO3溶液濃
度降低，其原因是__________________________
__________________________________________。
HNO2－2e－＋H2O
12. (2020·江蘇卷)將金屬M連接在鋼鐵設施表面，可減緩水體中鋼鐵設施的腐蝕。在如圖所示的情境中，下列有關說法正確的是( )
A. 陰極的電極反應式：Fe－2e－===Fe2＋
B. 金屬M的活動性比Fe的活動性弱
C. 鋼鐵設施表面因積累大量電子而被保護
D. 鋼鐵設施在河水中的腐蝕速率比在海水中的快
5
金屬的腐蝕與防護
【解析】 陰極得到電子，A錯誤；為保護鋼鐵設備，金屬M應比鐵活潑，B錯誤；由于海水中含有大量的電解質，更易發生電化學腐蝕，故鋼鐵設備在海水中的腐蝕速率快，D錯誤。
C
13. (2019·江蘇卷)將鐵粉和活性炭的混合物用NaCl溶液濕潤后，置于如圖所示裝置中，進行鐵的電化學腐蝕實驗。下列有關該實驗的說法正確的是( )
A. 鐵被氧化的電極反應式：Fe－3e－===Fe3＋
B. 鐵腐蝕過程中化學能
全部轉化為電能
C. 活性炭的存在會加速鐵的腐蝕
D. 以水代替NaCl溶液，鐵不能發生吸氧腐蝕
C
【解析】 鐵被氧化的電極反應式為Fe－2e－===Fe2＋，A錯誤；鐵腐蝕過程中，化學能不會全部轉化為電能，還有部分轉化為熱能等，B錯誤；活性炭會與鐵以及NaCl溶液構成許多微小的原電池，加速鐵的腐蝕，C正確；以水代替NaCl溶液，鐵也能發生吸氧腐蝕，但溶液中離子濃度較小，反應緩慢，D錯誤。
核心突破
1. 焓變ΔH的計算
— 能力提升 —
1
反應熱　熱化學方程式
ΔH與反應前后物質的能量 放熱應
吸熱反應
ΔH＝∑E(生成物總和)－∑E(反應物總和) ΔH與鍵能 ΔH＝∑(反應物鍵能總和)－∑(生成物鍵能總和) ΔH與活化能 ΔH＝E(正反應活化能)－E(逆反應活化能) ΔH與蓋斯 定律
ΔH＝________________ (利用蓋斯定律求熱化學方程式中的焓變)
說明 (1)物質的能量越低越穩定。
(2)1 mol常見物質中含有的化學鍵的物質的量：

物質(1 mol) 金剛石 硅 SiO2 P4 CH4
化學鍵 C—C Si—Si Si—O P—P C—H
所含化學鍵的物質的量/mol __ __ __ __ __
ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
2
2
4
6
4
2. 常考歸納
(1)在101kPa時，1mol純物質完全燃燒生成指定產物時所放出的熱量，叫作該物質的燃燒熱。“指定產物”指可燃物中的C元素變為____________，H元素變為____________，S元素變為____________，N元素變為__________等。
(2)在25 ℃和101 kPa下，強酸的稀溶液與強堿的稀溶液發生中和反應生成1mol H2O時，放出57.3 kJ的熱量。
①若用弱酸代替強酸(或用弱堿代替強堿)，由于電離吸熱，則放出的熱量______。
②若用濃硫酸(或NaOH固體)作反應物，則放出的熱量_____。
CO2(g)
H2O(l)
SO2(g)
N2(g)
減少
增多
放出
(3)書寫熱化學方程式(寫出圖1、圖2中反應的熱化學方程式)：
圖1：______________________________________________________________。
圖2：_____________________________________________________________。
圖1
圖2
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH＝－41 kJ/mol
(4)比較焓變大小：
C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1
則ΔH1____ΔH2。
S(s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g)ΔH4
則ΔH3____ΔH4。
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH6
則ΔH5____ΔH6。
<
>
>
1. 電池的判斷
無外接電源的是原電池；有外接電源的是電解池。
2. 電極的判斷
2
原電池與電解池的比較
1. 原電池——燃料電池
(1)氫氧燃料電池
3
電極反應式的書寫
H2－2e－===2H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
H2－2e－＋2OH－===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
H2－2e－＋O2－===H2O
O2＋4e－===2O2－
(2)有機物燃料(以CH4為例)
CH4－8e－＋2H2O===
CO2＋8H＋
O2＋4e－＋4H＋=== 2H2O
O2＋4e－＋2H2O ===4OH－
CH4＋4O2－－8e－=== CO2＋2H2O
O2＋4e－===2O2－
(3)肼燃料電池
N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O
O2＋4e－===2O2－
(4)微生物燃料電池
舉例 分析
微生物燃料電池是指在微生物的作用下將化學能轉化為電能的裝置，其工作原理如圖所示 ①微生物的存在有利于有機物的氧化反應，促進了反應中電子的轉移；
②有機物在負極失去電子，負極反應中有CO2生成，同時產生了H＋(負極：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋)，H＋通過質子交換膜從負極區移向正極區；
③正極：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
[特別提醒]微生物燃料電池不能在高溫下或重金屬鹽溶液(如CuSO4溶液)、強氧化性溶液(如K2Cr2O7溶液)中使用，會使酶變性 2. 電解池
(1)用惰性電極電解不同溶液類型
類型 實例 電極反應式 電解對象 溶液pH
電解水 NaOH 陽極：_____________________________ 陰極：_____________________________ H2O 增大
H2SO4 陽極：_____________________________ 陰極：_____________________________ H2O 減小
Na2SO4 陽極：_____________________________ 陰極：_____________________________ H2O 不變
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
類型 實例 電極反應式 電解對象 溶液pH
電解電 解質 HCl 陽極：_____________________________ 陰極：_____________________________ HCl 增大
放出H2 生成堿 NaCl 陽極：_____________________________ 陰極：_____________________________ Cl－和H2O 增大
放出O2 生成酸 CuSO4 陽極：_____________________________ 陰極：_____________________________ Cu2＋和H2O 減小
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
Cu2＋＋2e－===Cu
(2)電解的應用
①電冶金(冶煉鈉、鎂、鋁)
2Cl－－2e－===Cl2↑
Na＋＋e－===Na
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2e－===Mg
2O2－－4e－===O2↑
Al3＋＋3e－===Al
②粗銅精煉 (含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)
銅的電解精煉示意圖 電極材料 陽極：______；陰極：______
電解質溶液 _______________
陽極反應式 ________________________、________________________、________________________、__________________________
陰極反應式 ________________________
ⅰ.電解質溶液中的c(Cu2＋)：______(填“增大”“不變”或“減小”)； ⅱ.一般情況下，陽極金屬減輕的質量____ (填“＝”或“≠”)陰極金屬增加的質量； ⅲ.比銅活潑的金屬(Zn、Fe、Ni)失電子轉化為離子留在溶液中，比銅不活潑的金屬(Ag、Au)沉積在電解槽底，形成陽極泥(陽極泥可作為提煉金、銀等貴重金屬的原料) 粗銅
精銅
CuSO4溶液
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e－===Ni2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
減小
≠
③電鍍(以電鍍銀為例)
電極材料 陽極：鍍層金屬(銀)；陰極：待鍍金屬制品
電鍍液 含_____的電解質溶液
電極反應式 陽極：___________________；
陰極：___________________
ⅰ.電鍍液中c(Ag＋)：______(填“增大”“不變”或“減小”)； ⅱ.陽極金屬減輕的質量___(填“＝”或“≠”)陰極金屬增加的質量 Ag＋
Ag－e－===Ag＋
Ag＋＋e－===Ag
不變
＝
④氯堿工業
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
3. 可逆電池
(1)鉛酸蓄電池
氧化
還原
負
還原
正
氧化
(2)鋰電池
Li－e－===Li＋
3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3
＋C
正
LixC6－xe－===6C＋xLi＋
正
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===
LiFePO4
正
增強電極導電性
負極
Li－e－===Li＋
正極
S8＋2e－＋2Li＋===Li2S8
正
負極
Li－e－===Li＋
正極
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
1. 離子交換膜的種類及作用
4
離子交換膜
種類 陽離子交換膜 只允許陽離子通過
陰離子交換膜 只允許陰離子通過
質子交換膜 只允許H＋通過
鋰離子交換膜 只允許Li＋通過
作用 ①平衡兩極區的電荷；②避免兩極產物發生反應；③形成交換膜兩邊電解質溶液濃度不同的濃差電池
判斷 離子遷移的方向是濃度大的向濃度小的方向遷移
2. 離子交換膜的判斷方法
類型 裝置特點 分析
根據離子遷移的方向，判斷膜的種類 隨反應進行，左、右兩池濃度的差值逐漸減小，外電路中電流將減小，電流計指針偏轉幅度逐步變小。當左、右兩池離子濃度相等時，電池將停止工作，不再有電流產生，此時，左、右兩池硝酸銀溶液的濃度相等 ①正、負兩電極均為Ag單質，左池為AgNO3稀溶液，右池為AgNO3濃溶液。只有兩池AgNO3溶液濃度不同，才能形成濃差電池；
②該離子交換膜的作用：不允許______通過，只允許______穿過，是__ (填“陰”或“陽”)離子交換膜。負極Ag失去電子變成Ag＋，為了平衡電荷，正極區多余的______就穿過離子交換膜向負極移動
Ag＋
陰
陽離子交換膜
陰離子交換膜
類型 裝置特點 分析
根據產物判斷膜的種類 以CaCl2、NaH2PO4為原料，利用電解法制備Ca(H2PO4)2：
1. 金屬的腐蝕類型
5
金屬的腐蝕與防護
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2. 金屬的保護方法
金屬的防護 ①改變金屬的內部結構，如把Ni、Cr等加入金屬中制成不銹鋼 ②在金屬表面覆蓋保護層，如采用電鍍、涂油脂、噴油漆、覆蓋搪瓷、包裹塑料等方法 電化學保護法 原電池原理 犧牲陽 極法 被保護的金屬作原電池的____極
(陰極)，活潑金屬作原電池的____極(陽極)，陽極要定期予以更換
電解池原理 外加電 流法 將被保護的金屬與電源____極相連，作電解池的____極，另一附加電極與電源____極相連，作電解池的___極
正
負
負
陰
正
陽
例1　已知：室溫下，將CuSO4·5H2O(s)溶于水會使溶液溫度降低，將CuSO4(s)溶于水會使溶液溫度升高，則下列能量轉化關系的判斷不正確的是( )
A. ΔH1＞0　　 B. ΔH2<ΔH3
C. ΔH3<ΔH1　　 D. ΔH2＝ΔH1＋ΔH3
— 舉題固法 —
1
蓋斯定律的應用
B
【解析】 膽礬溶于水時溫度降低，則ΔH2>0，CuSO4(s)溶于水時溫度升高，則ΔH3<0，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3>0，A正確；ΔH2＞0，ΔH3＜0，則ΔH2＞ΔH3，B錯誤；ΔH3＜0，ΔH1＞0，則ΔH3＜ΔH1，C正確；根據蓋斯定律可知，ΔH2＝ΔH1＋ΔH3，D正確。
例2　(2023·南通二調)乙硫醇(C2H5SH)的綜合利用及治理是當前環境領域關注的焦點之一。家用煤氣中可摻入微量具有難聞氣味的乙硫醇。已知：
C2H5OH(g)＋H2S(g)===C2H5SH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－32 kJ/mol
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)ΔH2＝－1 277 kJ/mol
2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－1 036 kJ/mol
則反應：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g)的ΔH＝___________________。
【解析】 設給定的三個熱化學方程式分別為①②③，由蓋斯定律可知，③＋2×②－2×①可得：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g)　ΔH＝ΔH3＋2ΔH2－2ΔH1＝－1 036 kJ/mol－2×1 277 kJ/mol＋ 2×32 kJ/mol＝－3 526 kJ/mol。
－3 526 kJ/mol
例3　下列敘述正確的是( )
B. ΔH＜0、ΔS＞0時，反應可以自發進行，例如Ba(OH)2固體與NH4Cl固體混合
C. 常溫下，反應4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)的ΔH＜0
D. 因為ΔH和ΔS都與反應的自發性有關，因此ΔH或ΔS均可單獨作為判斷自發性的判據
2
化學反應進行的方向
C
【解析】 催化劑只改變反應速率，不能改變反應進行的方向，A錯誤；Ba(OH)2固體與NH4Cl固體混合，反應吸熱，則ΔH＞0，B錯誤；氫氧化亞鐵轉化為氫氧化鐵的反應能自發進行且是混亂度降低的反應，則由ΔH－TΔS＜0可知，該反應ΔH＜0，C正確；反應自發進行的判斷依據是ΔH－TΔS＜0，反應是否自發，決定于焓變和熵變兩方面因素，D錯誤。
例4　(2024·泰州)科學家利用氨硼烷設計成原電池裝置如圖所示，常溫下該電池總反應為NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。下列說法正確的是( )
3
原電池
C
例5　(2024·南京)在熔融鹽體系中，通過電解TiO2和SiO2獲得電池材料(TiSi)，電解裝置如圖所示。下列說法正確的是( )
A. 該裝置將化學能轉化為電能
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
4
電解池
C
【解析】 由圖可知，該裝置有外接電源，為電解池，將電能轉化為化學能，A錯誤；石墨電極上的碳轉化為CO，碳元素化合價升高，石墨失電子，作陽極，電極反應式為C－2e－＋O2－===CO，電極A為陰極，電極反應式為TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B錯誤；該體系中，石墨優先于Cl－參與反應，C正確；電解時，陽離子向電極A(陰極)移動，D錯誤。
例6　(2024·南京、鹽城二模)一種以釩基氧化物(V6O13)
為正極材料的水系鋅離子電池的工作原理如圖所示。通過使
用孔徑大小合適且分布均勻的新型離子交換膜，可提高離子
傳輸通量的均勻性，從而保持電池的穩定性。下列說法正確
的是( )
A. 放電過程中，Zn2＋向Zn極一側移動
B. 放電過程中，電子由Zn極經電解質溶液向V6O13極移動
C. 充電時，V6O13極與外接直流電源正極相連
D. 充電時，陽極發生的電極反應可能為V6O13＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV6O13
5
可逆電池
C
【解析】 放電過程中，Zn極為負極，Zn失電子生成Zn2＋進入溶液，Zn2＋向正極(V6O13極)移動，A錯誤；放電過程中，電子由Zn極沿導線向V6O13極移動，電子不能經過電解質溶液，B錯誤；充電時，V6O13極作陽極，與外接直流電源正極相連，C正確；充電時，陽極反應式為ZnxV6O13－2xe－===V6O13＋xZn2＋，D錯誤。
例7　關于金屬的腐蝕與防護，下列說法正確的是( )
圖① 圖② 圖③　
A. 圖①：鐵絲易生成Fe2O3·xH2O
B. 圖②：M可用石墨代替
C. 圖③：若電源斷開，閘門發生吸氧腐蝕，不易發生析氫腐蝕
D. 圖③：N只能選金屬
6
金屬的腐蝕與防護
C
【解析】 形成原電池需要電解質溶液，在干燥的空氣中不易形成原電池，則鐵絲很難發生吸氧腐蝕，A錯誤；原電池的正極被保護，則金屬M的活動性要比鐵強，M不可用石墨代替，B錯誤；中性、堿性和弱酸性條件下易發生吸氧腐蝕，若斷開電源，鋼鐵閘門將發生吸氧腐蝕，C正確；與電源負極相連的鋼鐵閘門作陰極，被保護，則N可選用石墨等能導電的惰性材料，D錯誤。
1. (1)(2024·全國甲卷節選)甲烷轉化為多碳化合物具有重要意義。已知下列反應的熱化學方程式：
CH4(g)＋Br2(g)===CH3Br(g)＋HBr(g)　ΔH1＝－29 kJ/mol
3CH3Br(g)===C3H6(g)＋3HBr(g)　ΔH2＝＋20 kJ/mol
則反應3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g)　ΔH＝______ kJ/mol。
(2)(2024·安徽卷節選)乙烯是一種用途廣泛的有機化工原料，由乙烷制乙烯的研究備受關注。已知下列反應的熱化學方程式：
2C2H6(g)＋O2(g)===2C2H4(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－209.8 kJ/mol
C2H6(g)＋CO2(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)　ΔH2＝＋178.1 kJ/mol
則反應2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH3＝________ kJ/mol。
— 高考借鑒 —
－67
－566
2. (2024·全國甲卷)科學家使用δ-MnO2研制了一種
MnO2-Zn可充電電池(如圖所示)。電池工作一段時間后，
MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列敘述
正確的是( )
A. 充電時，Zn2＋向陽極方向遷移
B. 充電時，會發生反應：
Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C. 放電時，正極反應有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－
D. 放電時，Zn電極質量減小0.65 g，MnO2電極生成了0.020 mol MnOOH
C
【解析】 根據題意，電池工作即放電時，MnO2電極上檢測到MnOOH和少量ZnMn2O4，即Mn元素化合價降低，MnO2電極是正極，電極反應式為MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－、2MnO2＋Zn2＋＋2e－===ZnMn2O4，Zn電極為負極，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋。充電時，Zn電極接外電源的負極，為陰極，Zn2＋向陰極方向遷移，A錯誤；充電時，會發生反應：ZnMn2O4===Zn＋2MnO2，B錯誤；放電時，Zn電極質量減小0.65 g，電子轉移0.020 mol，MnO2電極生成了MnOOH和ZnMn2O4，因此生成MnOOH小于0.020 mol，D錯誤。
3. (2024·河北卷)科技工作者設計如圖所示可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質，電解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時CO2還原產物為MgC2O4。該設計克服了MgCO3導電性差和釋放CO2能力差的障礙，同時改善了Mg2＋的溶劑化環境，提高了電池充放電循環性能。下列說法錯誤的是( )
A. 放電時，電池總反應為2CO2＋Mg===MgC2O4
B. 充電時，多孔碳納米管電極與電源正極連接
C. 充電時，電子由Mg電極流向陽極，Mg2＋向陰
極遷移
D. 放電時，每轉移1 mol電子，理論上可轉化1
mol CO2
C
【解析】 根據放電時CO2轉化為MgC2O4，則多孔碳納米管電極為正極，正極反應式為2CO2＋2e－＋Mg2＋===MgC2O4，鎂電極為負極，負極反應式為Mg－2e－===Mg2＋。放電時，電池總反應為2CO2＋Mg===MgC2O4，A正確；充電時，多孔碳納米管電極作陽極，與電源正極連接，B正確；充電時，鎂電極為陰極，電子由多孔碳納米管電極流向Mg電極，C錯誤；根據放電時的正極反應式，每轉移1 mol電子，理論上可轉化1 mol CO2，D正確。
4. (2024·山東卷)以不同材料修飾的Pt為電極，一定濃度的NaBr溶液為電解液，采用電解和催化相結合的循環方式，可實現高效制H2和O2，裝置如圖所示。下列說法錯誤的是( )
B
能力評價
1. 判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。
(1)粗鋅與稀硫酸反應制氫氣比純鋅快，是因為粗鋅形成微小原電池 ( )
(2)鉛酸蓄電池放電時，Pb極是負極，PbO2極是正極。充電時，外電源的正極與PbO2極相連接( )
(3)鋼鐵吸氧腐蝕中的正極反應：4OH－－4e－===2H2O ＋O2↑( )
(4)電極反應式為LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4，每轉移1 mol電子釋放2 mol Li＋ ( )
(5)銅板上的鐵釘在潮濕空氣中容易生銹( )
√
√
×
×
√
(3)金屬陽離子在陰極區域最終可沉淀完全，原因是________________________ ___________________________________________________________________________________________________________。
不能
＋6Fe3＋＋7H2O
陰極氫離子得到電子生成氫氣，溶液中氫離子濃度降低，pH增大，OH－與Fe3＋、Cr3＋結合生成沉淀，使金屬陽離子在陰極區域最終可沉淀完全
3. (2024·南通)已知25 ℃、101 kPa下，10 kg丁烷完全燃燒生成CO2和液態水時，放出5×105 kJ的熱量。下列熱化學方程式書寫正確的是( )
【解析】 未注明物質的狀態，因此不能確定反應熱，A錯誤；放熱反應的焓變為負值，則反應熱ΔH＜0，B錯誤；反應熱的單位是kJ/mol，C錯誤。
D
4. (2024·無錫)一種濃差電池的放電原理是利用電解質
溶液的濃度不同而產生電流。某濃差電池裝置示意圖如圖
所示，該電池使用前將開關K先與a連接一段時間后再與b
連接。下列說法不正確的是( )
A. 交換膜應當選擇陽離子交換膜
B. K與a連接的目的是形成兩電極區溶液的濃度差
C. K與b連接時，電極B上發生的反應為Cu2＋＋2e－===Cu
D. K與b連接時，導線中通過2 mol電子，約有1 mol離子通過交換膜
A
5. (2024·海安)微生物電池具有高效、清潔、環保等優點。某微生物電池工作原理如圖所示。下列說法正確的是( )
A. 電極a為該電池的正極
B. 放電過程中電極a附近溶液pH增大
C. 電極b的電極反應式為[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
D. 每消耗23 g CH3CH2OH，理論上會有6 mol H＋通過質子交換膜移向電極b
D

展開更多......

收起↑