資源簡介

專題4　反應熱　電化學
綱 舉 目 張
考向1　焓變(ΔH)與蓋斯定律
1. (1)(2024·廣東卷節選)酸催化下NaNO2與NH4Cl混合溶液的反應(反應a)，可用于石油開采中油路解堵。
①基態N原子價層電子的軌道表示式為______。
②反應a：NO(aq)＋NH(aq)===N2(g)＋2H2O(l)。
已知該反應及其能量關系如下：
則反應a的ΔH＝__________________________。
(2)(2023·湖南卷節選)苯乙烯的制備。已知下列反應的熱化學方程式：
①C6H5C2H5(g)＋O2(g)===8CO2(g)＋5H2O(g)　ΔH1＝－4386.9kJ/mol
②C6H5CH===CH2(g)＋10O2(g)===8CO2(g)＋4H2O(g)　ΔH2＝－4263.1kJ/mol
③H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH3＝－241.8kJ/mol
計算反應④C6H5C2H5(g)??H2(g)＋C6H5CH===CH2(g)的ΔH4＝____________kJ/mol。
(3)(2023·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(圖1)，下列說法正確的是________(填字母)。
a. 活化能：反應ⅰ<反應ⅱ
b．ⅰ為放熱反應，ⅱ為吸熱反應
c. CO2(l)＋2NH3(l)===CO(NH2)2(l)＋H2O(l)　ΔH＝E1－E4
圖1
(4)(2022·廣東卷)Cr2O3催化丙烷脫氫過程中，部分反應歷程如圖2，X(g)→Y(g)過程的焓變為________________________(列式表示)。
圖2
(5)(2021·湖南卷節選)氨氣中氫含量高，是一種優良的小分子儲氫載體，且安全、易儲運，可通過氨熱分解法制得到氫氣。相關化學鍵的鍵能數據如下表所示：
化學鍵 N≡N H—H N—H
鍵能E/(kJ/mol) 946.0 436.0 390.8
在一定溫度下，利用催化劑將NH3分解為N2和H2。回答下列問題：
①反應2NH3(g)??N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝______________ kJ/mol。
②已知該反應的ΔS＝198.9 J/(mol·K)，在下列哪些溫度下反應能自發進行？________(填字母)。
A. 25 ℃ B. 125 ℃
C. 225 ℃ D. 325 ℃
考向2　化學反應進行的方向
2. (2022·湖南卷節選)已知ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只決定于反應體系的始態和終態，忽略ΔH、ΔS隨溫度的變化。若ΔG＜0，則該反應可以自發進行。根據如圖判斷：600 ℃時，下列反應不能自發進行的是　____(填字母)。
A. C(s)＋O2(g)===CO2(g) B. 2C(s)＋O2(g)===2CO(g)
C. TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D. TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===CO2(g)＋TiCl4(g)
考向3　原電池
3. (2024·新課標卷)一種可植入體內的微型電池工作原理如圖所示，通過CuO催化消耗血糖發電，從而控制血糖濃度。當傳感器檢測到血糖濃度高于標準，電池啟動。血糖濃度下降至標準，電池停止工作(血糖濃度以葡萄糖濃度計)。
電池工作時，下列敘述錯誤的是( 　　)
A. 電池總反應為2C6H12O6＋O2===2C6H12O7
B. b電極上CuO通過Cu(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)相互轉變起催化作用
C. 消耗18 mg葡萄糖，理論上a電極有0.4 mmol 電子流入
D. 兩電極間血液中的Na＋在電場驅動下的遷移方向為b→a
4. (2024·北京卷)酸性鋅錳干電池的構造示意圖如圖。關于該電池及其工作原理，下列說法正確的是( 　　)
A. 石墨作電池的負極材料 B. 電池工作時，NH向負極方向移動
C. MnO2發生氧化反應 D. 鋅筒發生的電極反應為Zn－2e－===Zn2＋
考向4　電解池
5. (2024·湖南卷)在KOH水溶液中，電化學方法合成高能物質K4C6N16時，伴隨少量O2生成，電解原理如圖所示。下列說法正確的是( 　　)
A. 電解時，OH－向Ni電極移動
B. 生成C6N的電極反應式：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋8H2O
C. 電解一段時間后，溶液pH升高
D. 每生成1 mol H2的同時，生成0.5 mol K4C6N16
6. (2024·湖北卷)我國科學家設計了一種雙位點PbCu電催化劑，用H2C2O4和NH2OH電化學催化合成甘氨酸，原理如圖，雙極膜中H2O解離的H＋和OH－在電場作用下向兩極遷移。已知在KOH溶液中，甲醛轉化為HOCH2O－，存在平衡HOCH2O－＋OH－2－＋H2O。Cu電極上發生的電子轉移反應為[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋H·。下列說法錯誤的是( 　　)
A. 電解一段時間后陽極區c(OH－)減小
B. 理論上生成1 mol H3N＋CH2COOH，雙極膜中有4 mol H2O解離
C. 陽極總反應式為2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
D. 陰極區存在反應：H2C2O4＋2H＋＋2e－===OHCCOOH＋H2O
7. (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( 　　)
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
8. (2024·廣東卷)一種基于氯堿工藝的新型電解池(如圖所示)，可用于濕法冶鐵的研究。電解過程中，下列說法不正確的是( 　　)
A. 陽極反應式：2Cl－－2e－===Cl2↑
B. 陰極區溶液中OH－濃度逐漸升高
C. 理論上每消耗1 mol Fe2O3，陽極室溶液減少213 g
D. 理論上每消耗1 mol Fe2O3，陰極室物質最多增加138 g
9. (2023·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來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率，裝置如圖所示。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)
10. (2023·廣東卷)用一種具有“卯榫”結構的雙極膜組裝電解池，如圖所示，可實現大電流催化電解KNO3溶液制氨。工作時，H2O在雙極膜界面處被催化解離成H＋和OH－，有利于電解反應順利進行。下列說法不正確的是( 　　)
A. 電解總反應：KNO3＋3H2O===KOH＋NH3·H2O＋2O2↑
B. 每生成1 mol NH3·H2O，雙極膜處有9 mol的H2O解離
C. 電解過程中，陽極室中KOH的物質的量不因反應而改變
D. 相比于平面結構雙極膜，“卯榫”結構可提高氨生成速率
考向5　可逆電池
11. (2024·安徽卷) 我國學者研發出一種新型水系鋅電池，其示意圖如下。該電池分別以Zn－TCPP (局部結構如標注框內所示)形成的穩定超分子材料和Zn為電極，以ZnSO4和KI混合液為電解質溶液。下列說法錯誤的是( 　　)
A. 標注框內所示結構中存在共價鍵和配位鍵
B. 電池總反應為I＋ZnZn2＋＋3I－
C. 充電時，陰極被還原的Zn2＋主要來自Zn－TCPP
D. 放電時，消耗0.65 g Zn，理論上轉移0.02 mol 電子
12. (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電極質量減少0.65 g，MnO2電極生成了0.020 mol MnOOH
13. (2023·福建卷)一種可在較高溫下安全快充的鋁－硫電池的工作原理如圖，電解質為熔融氯鋁酸鹽(由NaCl、KCl和AlCl3形成熔點為93 ℃的共熔物)，其中氯鋁酸根起到結合或釋放Al3＋的作用。電池總反應：2Al＋3xSAl2(Sx)3。下列說法錯誤的是( 　　)
A. AlnCl含4n個Al—Cl
B. AlnCl中同時連接2個Al原子的Cl原子有(n－1)個
C. 充電時，再生1 mol Al單質至少轉移3 mol 電子
D. 放電時間越長，負極附近熔融鹽中n值小的AlnCl濃度越高
考向6　金屬的腐蝕與防護
14. (2024·湖北卷)2024年5月8日，我國第三艘航空母艦福建艦順利完成首次海試。艦體表面需要采取有效的防銹措施，下列防銹措施不形成表面鈍化膜的是( 　　)
A. 發藍處理 B. 陽極氧化
C. 表面滲鍍 D. 噴涂油漆
15. (2024·廣東卷)我國自主設計建造的浮式生產儲卸油裝置“海葵一號”將在珠江口盆地海域使用，其鋼鐵外殼鑲嵌了鋅塊，以利用電化學原理延緩外殼的腐蝕。下列有關說法正確的是( 　　)
A. 鋼鐵外殼為負極 B. 鑲嵌的鋅塊可永久使用
C. 該法為外加電流法 D. 鋅發生反應：Zn－2e－===Zn2＋
1. (2024·廣州期末)化學反應常伴隨著熱量的釋放或吸收。下列說法正確的是( 　　)
A. 催化劑可降低反應的ΔH，加快反應速率
B. C(s，石墨)===C(s，金剛石)　ΔH＝＋1.9 kJ/mol，則石墨比金剛石穩定
C. H2的燃燒熱為－285.8 kJ/mol，則H2(g)＋O2(g)===H2O(g)　ΔH＝－285.8 kJ/mol
D. 稀醋酸與NaOH稀溶液發生中和反應，生成1 mol H2O時放出的熱量等于57.3 kJ
2. (2024·合肥二模)熱電化學電池是一種新型的低成本低品位熱富集體系，工作原理如圖所示，含羧基的納米顆粒在不同溫度下溶脹或收縮，從而釋放或吸收H＋驅動電極反應發生。下列說法錯誤的是( 　　)
A. 該電池工作時電子由熱端經外電路流向冷端
B. 冷端的電極反應式為
C. 含羧基的納米顆粒在熱端溶脹釋放H＋
D. 溫差恒定，該體系會形成連續的反應和持續的電流
3. (2024·安慶二模)電催化氮還原反應法(NRR)是以水和氮氣為原料，在常溫常壓下通過電化學方法催化合成氨氣，其工作電極材料是由六亞甲基四胺(HMTA)與三氯化釩合成的二維釩基復合納米材料(簡稱V－HMTA)。其工作原理如圖所示，下列說法錯誤的是( 　　)
A. 石墨電極與外接電源正極相連
B. 工作電極V－HMTA具有較高的表面積，能提高單位時間內氨氣的產率
C. 電路中通過0.06 mol電子時，兩極共有0.035 mol氣體逸出
D. 隔膜為質子交換膜
4. (2024·武漢調研)含硝酸鹽廢水和乙二醇共電解可生成氨氣和乙醇酸，原理示意圖如圖所示。下列說法正確的是( 　　)
A. b為直流電源的負極
B. 每轉移2 mol電子，理論上應生成5.6 L NH3
C. NO與乙二醇消耗的物質的量之比為1∶2
D. H＋通過質子交換膜向左遷移，左側溶液pH下降
能力1　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 利用蓋斯定律求熱化學方程式中的焓變ΔH＝____________________
[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如表所示：
物質 金剛石 硅 SiO2 P4
化學鍵 C—C Si—Si Si—O P—P
所含化學鍵的物質的量/mol 2 2 4 6
2. 常考歸納
(1)燃燒熱中，反應物完全燃燒，生成指定的產物，如可燃物中C元素變為CO2(g)，H元素變為H2O(l)，硫元素變為SO2(g)，氮元素變為N2(g)等。
(2)實驗測得，在25℃和101kPa下，強酸的稀溶液與強堿的稀溶液發生中和反應生成1 molH2O(g)時，放出57.3kJ的熱量。
①中和反應中，若用弱酸代替強酸(或用弱堿代替強堿)，因電離吸熱，放出的熱量減少。
②中和反應中，若用濃硫酸(或NaOH固體)作反應物，放出熱量增多。
③若是稀硫酸和Ba(OH)2反應，生成1 mol H2O(l)時所釋放的熱量會比57.3 kJ多，原因是H＋與OH－結合成1 mol H2O(l)的同時，Ba2＋和SO結合成BaSO4沉淀也會放熱。
(3)熱化學方程式的書寫(寫出圖1、圖2表示的熱化學方程式)。
圖1：________________________________________________________________________________。
圖2：________________________________________________________________________________。
能力2　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
3. 舉例
類型 原電池 電解池
原理 化學能轉化為電能 電能轉化為化學能
裝置圖分析
離子移動方向 陽離子移向正極，陰離子移向負極 陽離子移向陰極，陰離子移向陽極
電極反應 負極：Zn－2e－===Zn2＋正極：Cu2＋＋2e－===Cu 陰極：Cu2＋＋2e－===Cu陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑
電池反應 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu CuCl2Cu＋Cl2↑
注意 電子經過導線，不經過電解質溶液；離子經過電解質溶液，不經過導線
能力3　電極反應式的書寫
1. 原電池
(1) 氫氧燃料電池
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－
(2) 有機物燃料電池
①在酸性電池中，電極反應式用H＋平衡電荷，不能出現OH－。負極生成H＋，正極消耗H＋。
以CH4燃料電池為例 (電解液為H2SO4溶液)，寫出電極反應式。
負極：______________________________________
正極：______________________________
電池總反應：________________________________
②在堿性電池中，電極反應式用OH－平衡電荷，不能出現H＋、CO2(應為CO)。負極消耗OH－，正極生成OH－。
以CH4燃料電池為例(電解液為KOH溶液)，寫出電極反應式。
負極____________________________________________
正極：________________________________
電池總反應：____________________________________________
③熔融碳酸鹽燃料電池(CO平衡電荷)。
負極：燃料失去電子， 生成CO2。
正極：氧氣得到電子，生成CO。
以甲烷為例，寫出電極反應式。
負極：____________________________________________
正極：__________________________________
電池總反應：________________________________
④熔融氧化物燃料電池(O2－平衡電荷)。
以甲烷為例，寫出電極反應式。
負極：______________________________________
正極：______________________
電池總反應：________________________________
(3) 肼燃料電池
電解質 負極反應式 正極反應式
酸性介質 ______________________________ ______________________________
堿性介質 ________________________________________ ________________________________
熔融氧化物 ______________________________________ ______________________
熔融碳酸鹽 ____________________________________________________ __________________________________
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 溶質特點及作用
電解水 NaOH 陽極：__________________________________陰極：__________________________________ H2O 增大 不改變總反應，作用是增強溶液的導電性
H2SO4 陽極：________________________________陰極：________________________ H2O 減小
Na2SO4 陽極：________________________________陰極：__________________________________ H2O 不變
電解電解質 HCl 陽極：____________________________陰極：________________________ HCl 增大 溶質參與反應
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 溶質和水均參與反應
(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：____________________________陰極：______________________
鎂 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 陽極：____________________________陰極：________________________
鋁 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 陽極：________________________陰極：________________________
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：________；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)
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
④氯堿工業
電極反應式 陽極：____________________________陰極：__________________________________
總反應 2NaCl＋2H2O____________________________
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 ①負極：___________________________ _________(________反應)正極：___________________________________________________(________反應) ②陰極：____________________________________(接外電源的______極，________反應)陽極：________________________________ ____________________(接外電源的______極，________反應)
總反應 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
(2) 鋰電池
電池類型 電池裝置 放電過程的電極反應
①Li－CO2電池電池總反應：4 Li＋3CO22 Li2CO3＋C(隔膜只允許鋰離子通過，向______極移動) 放電時，鋰為負極，電極反應式：______________________CO2極為正極，電極反應式：________________________________________________
②LiFePO4－C電池電池總反應：Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C(隔膜只允許鋰離子通過，向______極移動) 放電時，M為負極，電極反應式：__________________________________N為正極，電極反應式：________________________________________________
③全固態鋰－硫電池電池總反應：16 Li＋xS88 Li2Sx(2≤x≤8)(Li＋移向正極a)a電極摻有石墨烯的目的：__________________ 放電時，電極b為負極，電極反應式： Li－e－===Li＋電極a為正極，電極反應式：__________________________________(2 Li＋＋3 Li2S8＋2e－===4 Li2S6、2 Li＋＋2 Li2S6＋2e－===3 Li2S4、2 Li＋＋Li2S4＋2e－===2 Li2S2 )
④鋰－空氣電池電池總反應：4 Li＋O2＋2H2O 4 LiOH(Li＋由A極向正極B移動) 放電時，A為負極，電極反應式：______________________B為正極，電極反應式：________________________________(電解液a不能是水溶液，因為金屬鋰可與水反應)
能力4　離子交換膜的作用
1. 離子交換膜的種類
種類 說明
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
2. 離子交換膜的作用
作用 說明
平衡電荷 平衡兩極區的電荷
避免反應 避免兩極產物發生反應
形成濃差電池 形成交換膜兩邊電解質溶液濃度不同的濃差電池(離子遷移的方向是濃度大的向濃度小的方向遷移)
3. 舉例說明
類型 裝置特點 分析
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：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－；陽離子Na＋穿過______離子交換膜(填“陰”或“陽”，下同)進入______極區，平衡電荷②陽極產生氧氣：2H2O－4e===O2↑＋4H＋；陰離子SO穿過______離子交換膜進入______極區，平衡電荷③離子交換膜的作用：平衡電荷；使產品____________(填化學式，下同)和__________分開
根據產物判斷膜的種類
根據濃差電池中離子的遷移方向判斷膜的種類 隨著反應進行，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。當左右兩側離子濃度相等時，電池將停止工作、不再有電流產生，此時溶液中左、右邊硝酸銀溶液的物質的量濃度相等 ①正、負電極均為Ag單質，左池為AgNO3稀溶液，右池為AgNO3濃溶液。只有兩邊AgNO3溶液濃度不同，才能形成濃差電池②離子交換膜的作用是不允許________穿過，只允許__________穿過。所以是______離子交換膜。負極Ag失電子變成Ag＋，為了平衡電荷，正極區多余的__________就穿過交換膜向負極移動
能力5　金屬的腐蝕與防護
1. 金屬的腐蝕類型
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)3===Fe2O3·xH2O(鐵銹)＋(3－x)H2O
2. 金屬的保護方法
(1) 改變金屬材料的組成：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：電鍍、涂油脂、噴油漆、覆蓋搪瓷、包裹塑料等。
(3) 電化學保護法
原理 保護方法 舉例 說明
原電池原理 犧牲陽極法 將被保護的金屬作原電池正極(陰極)；活潑金屬作________(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________相連，作電解池的________；另一附加惰性電極與電源________相連，作電解池的________(輔助陽極)
類型1　焓變
例1　(2024·東莞)化學反應過程中伴隨著能量變化。
(1)有機物M經過太陽光光照可轉化成N，轉化過程如下。已知：轉化的ΔH＝＋88.6 kJ/mol。
則M、N相比，較穩定的是______。
(2)25 ℃、101 kPa下，液態甲醇(CH3OH)的燃燒熱為726.5 kJ/mol。已知：H2O(l)===H2O(g)　ΔH＝＋44.0 kJ/mol，寫出該條件下甲醇燃燒生成水蒸氣的熱化學方程式：____________________________ __________________________________________________________________。
(3)單斜硫和正交硫轉化為SO2的能量變化圖如圖。
32 g單斜硫轉化為正交硫的反應熱為ΔH＝______________kJ/mol，單斜硫比正交硫的穩定性______(填“強”或“弱”)。
(4)H2和I2在一定條件下能發生反應：H2(g)＋I2(g)===2HI(g)　ΔH＝－a kJ/mol
已知：
a、b、c均大于0，則斷開1 mol H—I所需能量為______kJ/mol。
類型2　蓋斯定律
例2　(1)(2024·廣州二模)天然氣(含CH4、CO2、H2S等)的脫硫和重整制氫綜合利用，具有重要意義。用Fe2O3干法脫硫涉及的反應如下：
Fe2O3(s)＋3H2S(g)===Fe2S3(s)＋3H2O(g)　ΔH1
Fe2O3(s)＋3H2S(g)===2FeS(s)＋S(s)＋3H2O(g)　ΔH2
2Fe2S3(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)＋6S(s)　ΔH3
4FeS(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)＋4S(s)　ΔH4
反應2H2S(g)＋O2(g)===2H2O(g)＋2S(s)的ΔH5＝__________________________________(寫出一個代數式即可)。
(2)(2024·廣州三模)CO2轉化成可利用的化學能源的“負碳”研究對解決環境、能源問題意義重大。以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的反應如下：
反應ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1
反應ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ/mol
反應ⅲ.CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　ΔH3＝－90.0 kJ/mol
計算反應ⅰ的ΔH1＝____________________________。
類型3　原電池原理
例3　(2024·濟南一模)我國科學家發現，利用如下裝置可以將鄰苯二醌類物質轉化為鄰苯二酚類物質，已知雙極膜(膜a、膜b)中間層中的H2O可解離為H＋和OH－。下列說法錯誤的是( 　　)
A. 電極電勢：M＜N
B. M極電極反應式為B2H6＋14OH－－12e－===2BO＋10H2O
C. 工作一段時間后，裝置中需要定期補充H2SO4和NaOH
D. 制取0.2 mol鄰苯二酚類物質時，理論上有0.8 mol OH－透過膜a
類型4　電解池原理
例4　(2024·黑吉遼卷)“綠色零碳”氫能前景廣闊。為解決傳統電解水制“綠氫”陽極電勢高、反應速率緩慢的問題，科技工作者設計耦合HCHO高效制H2的方法，裝置如圖所示。部分反應機理如下：
下列說法錯誤的是( 　　)
A. 相同電量下H2理論產量是傳統電解水的1.5倍
B. 陰極反應式：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
C. 電解時OH－通過陰離子交換膜向b極方向移動
D. 陽極反應式：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑
類型5　可逆電池
例5　(2024·河北卷)我國科技工作者設計了如圖所示的可充電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
類型6　電化學的應用
例6　(2024·肇慶一檢)NOx是汽車尾氣中的主要污染物之一，通過NOx傳感器可監測NOx的含量，其工作原理如圖所示。下列說法正確的是( 　　)
A. 該裝置將電能轉化為化學能
B. Pt電極為負極
C. 外電路中，電子從Pt電極流出
D. NiO電極的電極反應式為NO＋O2－－2e－===NO2
類型7　金屬的腐蝕與防護
例7　(2024·浙江卷6月)金屬腐蝕會對設備產生嚴重危害，腐蝕快慢與材料種類、所處環境有關。下圖為兩種對海水中鋼閘門的防腐措施示意圖：
下列說法正確的是( 　　)
A. 圖1、圖2中，陽極材料本身均失去電子
B. 圖2中，外加電壓偏高時，鋼閘門表面可發生反應：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C. 圖2中，外加電壓保持恒定不變，有利于提高對鋼閘門的防護效果
D. 圖1、圖2中，當鋼閘門表面的腐蝕電流為零時，鋼閘門、陽極均不發生化學反應
1. (2024·湖南卷)近年來，我國新能源產業得到了蓬勃發展。下列說法錯誤的是( 　　)
A. 理想的新能源應具有資源豐富、可再生、對環境無污染等特點
B. 氫氧燃料電池具有能量轉化率高、清潔等優點
C. 鋰離子電池放電時鋰離子從負極脫嵌，充電時鋰離子從正極脫嵌
D. 太陽能電池是一種將化學能轉化為電能的裝置
2. (2024·湖北名校聯考)為了保護環境、充分利用鉛資源，科學家設計了如下的H2－鉛化合物燃料電池實現鉛單質的回收。
下列有關說法錯誤的是( 　　)
A. 正極區溶液pH升高，負極區溶液pH降低
B. 電子流向：電極b→負載→電極a
C. 正極區電極反應式為HPbO＋H2O＋2e－===Pb＋3OH－
D. 為了提高Pb的回收率，離子交換膜為陰離子交換膜
3. (2024·福州三模)我國科學家利用銅催化劑催化電解堿性甲醛溶液實現陰陽兩極同時制氫，其原理如圖所示。電解過程中，電極b上同時產生H2與HCOO－的物質的量之比為1∶2。下列說法錯誤的是( 　　)
A. 電極a連接電源的負極
B. 電極b上的電極反應式為2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O
C. 電解過程中a、b兩極產生H2的體積比為1∶1
D. 電解過程共收集到H2 22.4 L(標準狀況)，則通過陰離子交換膜的OH－為2 mol
4. (2024·蕪湖二模)金屬腐蝕現象普遍存在，采取有效措施防止金屬腐蝕尤為重要。下列措施達不到金屬防護目的的是( 　　)
A. 鍋爐內壁安裝鎂合金 B. 向普通鋼中加入鉻、鎳等金屬
C. 鋼閘門與外接電源的正極相連 D. 用化學方法在鋼鐵表面進行發藍處理
專題4　反應熱　電化學
【高考溯源】
1. (1)①　②ΔH1－ΔH2－ΔH3＋ΔH4
(2)＋118　(3)ab　(4)E1－E2＋ΔH＋E3－E4　(5)①＋90.8　②CD
【解析】 (1)②結合已知圖示可得：
Ⅰ. NaNO2(s)＋NH4Cl(s)===N2(g)＋NaCl(s)＋2H2O(l)　ΔH1；
Ⅱ. NaNO2(s)===Na＋(aq)＋NO(aq)　ΔH2；
Ⅲ. NH4Cl(s)===NH(aq)＋Cl－(aq)　ΔH3；
Ⅳ. NaCl(s)===Na＋(aq)＋Cl－(aq)　ΔH4。
反應a可由反應Ⅰ－反應Ⅱ－反應Ⅲ＋反應Ⅳ得到，則反應a的ΔH＝ΔH1－ΔH2－ΔH3＋ΔH4。(2)根據蓋斯定律知，由①－(②＋③)可得④，則ΔH4＝ΔH1－(ΔH2＋ΔH3)＝{－4 386.9－[(－4 263.1)＋(－241.8)]} kJ/mol＝＋118 kJ/mol。(5)①ΔH＝反應物鍵能和－生成物鍵能和＝[2×390.8×3－(946.0＋436.0×3)]kJ/mol＝＋90.8 kJ/mol。②ΔH－TΔS＜0時，正反應能自發進行，其中ΔH＝＋90.8 kJ/mol，ΔS＝198.9 J/(mol·K)，則T＞＝≈456.5 K＝183.5 ℃，C、D正確。
2. C　【解析】 由圖可知，600 ℃時，ΔG＞0的僅有反應TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)，根據蓋斯定律，反應TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由A和C項中反應相加得到，由此判斷其ΔG＜0，反應自發進行。
3. C　【解析】 a極上O2發生還原反應生成OH－，則a極為正極，正極反應式為O2＋4e－＋2H2O===4OH－，b極為負極，負極反應式為2CuO＋C6H12O6===Cu2O＋C6H12O7、Cu2O－2e－＋2OH－===2CuO＋H2O。每消耗一分子葡萄糖會轉移2個電子，18 mg葡萄糖物質的量為0.1 mmol，轉移電子物質的量為0.2 mmol，理論上a電極流入0.2 mmol電子，C錯誤。
4. D　【解析】 酸性鋅錳干電池，鋅筒為負極，石墨電極為正極，負極發生失電子的氧化反應：Zn－2e－===Zn2＋，A錯誤、D正確；原電池工作時，陽離子向正極(石墨電極)方向移動，B錯誤；MnO2發生得電子的還原反應，C錯誤。
5. B　【解析】 結合圖示和題干信息，右側Ni電極為陰極，發生反應：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，左側Pt電極為陽極，主要發生反應：2C3N8H4＋8OH－－4e－===C6N＋8H2O，同時發生副反應：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O(題干中有信息“伴隨少量O2生成”，且圖上也顯示有O2生成)。電解池工作時，陰離子移向陽極，即OH－向Pt電極移動，A錯誤；將兩電極反應式相加，電池發生的總反應主要為2C3N8H4＋4OH－C6N＋2H2↑＋4H2O，其次是2H2O2H2↑＋O2↑，電解一段時間后，由于消耗OH－且生成水，溶液pH降低，C錯誤；每生成1 mol H2，轉移2 mol e－，若陽極只發生生成K4C6N16的反應，根據得失電子守恒，生成0.5 mol K4C6N16，但陽極還有副反應發生，副反應生成O2 ，故生成K4C6N16的物質的量小于0. 5 mol，D錯誤。
6. B　【解析】 根據題目信息可知，陽極反應式：[OCH2O]2－－e－===HCOO－＋H·，H·轉化為H2 ，其總反應式為2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑，因此Cu電極為陽極，PbCu電極為陰極，陰極反應式：7H＋＋NH2OH＋H2C2O4＋6e－===H3N＋CH2COOH＋3H2O。陽極失去2 mol電子，消耗4 mol OH－，雙極膜會遷移2 mol OH－ ，因此陽極c(OH－)減小，A正確；根據陰極反應式可知生成1 mol H3N＋CH2COOH時轉移6 mol電子，則雙極膜分解6 mol水，B錯誤；Pb電極上H2C2O4轉化為乙醛酸，存在H2C2O4＋2e－＋2H＋===OHC—COOH＋H2O，D 正確。
7. B　【解析】 電極b上Br－發生氧化反應生成BrO，電極b為陽極，陽極反應式為Br－－6e－＋6OH－===BrO＋3H2O，電極a為陰極，陰極反應式為2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，催化反應為2BrO2Br－＋3O2↑。電極a為陰極，連接電源負極，A正確；根據電極反應式，每轉移6 mol電子，陰極消耗6 mol H2O，而陽極生成3 mol H2O，所以加入Y的目的為補充H2O，B錯誤；結合陰陽兩極電極反應式可得電解總反應式為Br－＋3H2OBrO＋3H2↑，C正確；根據催化反應離子方程式可得n(O2)∶n(Br－)＝3∶2，D正確。
8. C　【解析】 左側鐵為陰極，陰極反應式為Fe2O3＋6e－＋3H2O===2Fe＋6OH－，陰極區溶液中OH－濃度逐漸升高，右側電極為陽極，陽極上氯離子放電生成氯氣：2Cl－－2e－===Cl2↑，A、B正確；理論上每消耗1 mol Fe2O3，轉移6 mol電子，生成3 mol氯氣，同時有6 mol Na＋由陽極移向陰極，陽極室溶液減少質量＝3 mol×71 g/mol＋6 mol×23 g/mol＝351 g，陰極室物質最多增加6 mol×23 g/mol＝138 g，C錯誤、D正確。
9. C　【解析】 該裝置為電解池，與直流電源正極相連的IrOx－Ti電極為電解池的陽極，電極反應式為2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，銅電極為陰極，電極反應式為2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O、2CO2＋12H＋＋12e－===C2H5OH＋3H2O，電解池工作時，氫離子通過質子交換膜由陽極室進入陰極室。析氫反應為還原反應，應在陰極發生，即在銅電極上發生，A錯誤；離子交換膜為質子交換膜，只允許氫離子通過，Cl－不能通過，B錯誤；水在陽極失去電子發生氧化反應生成氧氣和H＋，每轉移1mol電子，生成0.25molO2，在標準狀況下體積為5.6L，D錯誤。
10. B　【解析】 催化電解 KNO3溶液制氨可知，在電極a處KNO3放電生成NH3，則發生還原反應，故電極a為陰極，電極反應式為NO＋8e－＋7H2O===NH3·H2O＋9OH－，電極b為陽極，電極反應式為4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，則電解總反應為KNO3＋3H2O===NH3·H2O＋2O2↑＋KOH，A正確；每生成1 mol NH3·H2O，陰極得8 mol e－，同時雙極膜處有8 mol的H2O解離，B錯誤；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，C正確；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，D正確。
11. C　【解析】 該裝置為水系鋅電池，左邊電極為Zn，作負極，發生的反應為Zn－2e－===Zn2＋，右邊電極中I轉化為I－，為正極，發生的反應為I＋2e－===3I－。標注框內所示結構中存在C—C 與C—N，屬于共價鍵，N與Zn2＋之間形成配位鍵，A正確；電池總反應為I＋ZnZn2＋＋3I－，B正確；充電時溶液中的Zn2＋優先在陰極被還原，Zn2＋主要來自電解質溶液，C錯誤；0.65 g Zn為0.01 mol，依據Zn～2e－，電路轉移0.02 mol電子，D正確。
12. C　【解析】 放電時，Zn電極為負極，電極反應式為Zn－2e－===Zn2＋，MnO2電極為正極，電極反應式為MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－、2MnO2＋2e－＋Zn2＋===ZnMn2O4；充電時，Zn電極為陰極，陰極反應式為Zn2＋＋2e－===Zn，MnO2電極為陽極，電極反應式為MnOOH－e－＋OH－===MnO2＋H2O、ZnMn2O4－2e－===2MnO2＋Zn2＋，充電時，陽離子移向陰極，A、B錯誤，C正確；放電時，Zn電極質量減少0.65 g(即0.01 mol)，轉移電子物質的量為0.020 mol，若只生成MnOOH，則生成MnOOH的物質的量為0.020 mol, 但還有少量ZnMn2O4生成，所以生成MnOOH的物質的量小于0.020 mol，D錯誤。
13. D　【解析】 放電時為原電池，S在正極得電子發生還原反應，鎢絲為正極，鋁為負極。AlnCl的結構為，所以1個AlnCl中含4n個Al—Cl，A正確：由AlnCl的結構可知同時連接2個Al原子的Cl原子有(n－1)個，B正確；充電時，在陰極Al3＋得電子生成Al，發生還原反應，Al～3e－，陰極生成1 mol Al單質時，需要轉移電子的物質的量為3 mol，C正確；由總反應可知放電時間越長，負極鋁失去電子生成的Al3＋越多，所以負極附近n值大的AlnCl濃度越高，D錯誤。
14. D　【解析】 發藍處理可使鋼鐵表面形成致密氧化膜，A正確；通過電解使陽極金屬失電子發生氧化反應，生成致密氧化膜，B正確；表面滲鍍在金屬表面形成鈍化膜，C正確；噴涂油漆是將油漆作為涂層附著在金屬表面，沒有和金屬發生反應，因此無法形成鈍化膜，D錯誤。
15. D　【解析】 鋼鐵外殼鑲嵌鋅塊防腐蝕屬于犧牲陽極法，鋼鐵外殼和鋅塊組成原電池，鋼鐵外殼作正極被保護，A、C錯誤；鑲嵌的鋅塊作原電池負極，發生的電極反應為Zn－2e－===Zn2＋，屬于損耗電極，需要定期更換，B錯誤、D正確。
【模考前沿】
1. B　【解析】 催化劑可以改變反應速率，但不能改變反應的焓變，A錯誤；石墨轉化為金剛石為吸熱反應，可知金剛石的能量比石墨的能量高，所以石墨比金剛石穩定，B正確；表示氫氣的燃燒熱的熱化學方程式中水為液態，C錯誤；電離過程需吸收能量，CH3COOH是一元弱酸，故稀醋酸與NaOH稀溶液反應生成1 mol水，放出的熱量小于57.3 kJ，D錯誤。
2. C　【解析】 由圖可知，原電池工作時冷端→，發生加氫反應(還原反應)，熱端→，發生去氫反應(氧化反應)，即冷端為正極，熱端為負極，正極反應式為＋2H＋＋2e－―→ ，負極反應式為－2e－―→＋2H＋，原電池工作時電子由熱端經外電路流向冷端，A、B正確；含羧基的納米顆粒在熱端收縮吸收H＋驅動電極反應發生，C錯誤；含羧基的納米顆粒在不同溫度下溶脹或收縮，從而釋放或吸收H＋驅動電極反應發生，則溫差恒定時該電池能持續工作，形成連續的反應和持續的電流，D正確。
3. D　【解析】 石墨電極為陽極，電極反應式為2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，工作電極為陰極，電極反應式為N2＋6e－＋6H＋===2NH3。石墨電極是陽極，與外接電源正極相連，A正確；工作電極V－HMTA具有較高的表面積，能提高單位時間內氨氣的產率，B正確；氨氣和氧氣在水中都有一定的溶解度，電路中通過0.06 mol電子時，兩極逸出的氣體的物質的量之和小于0. 035 mol，C錯誤；陽極產生的H＋通過隔膜遷移到陰極參與反應，則隔膜為質子交換膜，D正確。
4. C　【解析】 左側電極NO發生還原反應生成氨氣，則左側電極為陰極，電極反應式為NO＋8e－＋9H＋===NH3↑＋3H2O，右側為陽極，電極反應式為HOCH2CH2OH－4e－＋H2O===HOCH2COOH＋4H＋。與b相連的電極發生氧化反應，故b為直流電源的正極，A錯誤；根據電極反應式，每轉移2 mol電子，理論上應生成0.25 mol NH3，題目未給出標準狀況的條件，無法使用22. 4 L/mol 計算氣體體積，B錯誤；根據電極反應式，當轉移電子數相等時，消耗的NO與乙二醇物質的量之比為1∶2，C正確；根據電極反應，雖然陽極生成的H＋通過質子交換膜向左遷移，但左側消耗H＋更多，且有NH3和H2O生成，故左側溶液pH增大，D錯誤。
【舉題固法】
例1　(1) M　(2) CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－638.5 kJ/mol　(3) －0.33　弱　(4)
【解析】(1) M轉化為N為吸熱反應，故M所具有的能量較低，M較穩定。(2) 在25 ℃、101 kPa下，由甲醇的燃燒熱可知：①CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)　ΔH1＝－726.5 kJ/mol；②H2O(l)===H2O(g)　ΔH2＝＋44.0 kJ/mol，根據蓋斯定律，①＋2×②可得：CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2O(g)　ΔH＝ΔH1＋2×ΔH2＝－638.5 kJ/mol。(3) 由圖可知：ΔH＝ΔH1－ΔH2＝(－297.16 ＋296.83 )kJ/mol＝－0.33 kJ/mol，因為ΔH＜0，故單斜硫的能量大于正交硫，正交硫更穩定。(4) 設1 mol H—I斷裂吸收的能量為x，ΔH＝反應物的鍵能總和－生成物的鍵能總和，則有：b＋c－2x＝－a，解得：x＝。
例2　(1)ΔH1＋ΔH3或ΔH2＋ΔH4
(2)－48.8 kJ/mol
例3　C　【解析】 左側為原電池負極，發生氧化反應：B2H6＋14OH－－12e－===2BO＋10H2O；右側為正極，電極電勢：M＜N，A、B正確；雙極膜內產生的H＋移向N極，OH－移向M極，根據電極反應式和電荷變化(與電路中轉移電子數相等)可知，需要定期補充H2O和NaOH，C錯誤；制取0.2 mol鄰苯二酚類物質時，轉移0.8 mol e－，理論上有0.8 mol OH－通過膜a，D正確。
例4　A　【解析】 根據題目信息可知，電解過程b極HCHO轉變為HCOO－，失去電子，因此b極為陽極，a極為陰極，由于a極區為KOH溶液，因此H2O在陰極得電子生成H2和OH－，陽極反應式：2HCHO－2e－＋4OH－===2HCOO－＋2H2O＋H2↑；陰極反應式：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。相同電量即轉移相同電子數，傳統電解水僅有一個電極產生H2，該裝置兩極同時產生H2，當轉移1 mol電子時，傳統電解水產生0.5 mol H2，本裝置兩極共產生1 mol H2，因此理論產量是傳統電解水的2倍，A錯誤；電解池使用陰離子交換膜，陰極產生的OH－向陽極移動，C正確。
例5　C　【解析】 由題可知，放電時CO2還原產物為MgC2O4，所以多孔碳納米管電極為正極，Mg電極為負極。放電時，初始反應物為Mg和CO2，因此總反應為2CO2＋Mg===MgC2O4，A正確；充電時，多孔碳納米管電極連接電源的正極，B正確；充電時，電池中的Mg電極連接電源的負極作陰極，電子流向Mg電極，C錯誤；放電時，正極反應為2CO2 ＋2e－＋Mg2＋===MgC2O4，轉移1 mol 電子，消耗1 mol CO2，D正確。
例6　D　【解析】 該裝置為原電池，將化學能轉化為電能，A錯誤；由離子的定向移動可知NiO極為原電池的負極，Pt極為原電池的正極，B錯誤；NiO電極是負極，電子從負極通過外電路流向正極，C錯誤；NiO電極上是一氧化氮失去電子和氧離子結合生成二氧化氮，其電極反應式為NO＋O2－－2e－===NO2，D正確。
例7　B　【解析】 圖2中是惰性輔助陽極，陽極材料本身不失去電子，A錯誤；圖2中通電后應不斷調整外加電壓，強制電子流向鋼閘門，使其表面腐蝕電流降至0，C錯誤；當鋼閘門表面的腐蝕電流為0時陽極發生化學反應，D錯誤。
【能力評價】
1. D　【解析】 太陽能電池是一種將太陽能或光能轉化為電能的裝置，D錯誤。
2. D　【解析】 該裝置為燃料電池，能實現Pb單質回收，H2在右側失去電子，因此b為負極，電極反應式為H2－2e－＋2OH－===2H2O，a為正極，電極反應式為HPbO＋H2O＋2e－===Pb＋3OH－。依據電極反應式，正極區產生OH－，pH升高，負極區消耗OH－，pH降低，A正確：電極a為正極，電子從負極(電極b)經過導線流入正極(電極a)，B正確；由于左側電解質溶液中含有HPbO，若用陰離子交換膜，則HPbO會遷移至右側溶液中，不利于Pb的回收，所以應該用陽離子交換膜，D錯誤。
3. D　【解析】 電極a上H2O轉化成H2，故電極a是陰極，連接電源的負極，A正確；由電極b上HCHO轉化成H2和HCOO－，且H2和HCOO－的物質的量之比為1∶2，溶液呈堿性，因此電極反應式為2HCHO＋4OH－－2e－===2HCOO－＋H2↑＋2H2O，B正確；電解過程中電極a上產生一個H2分子，H2O得到2個電子，電極b上產生一個H2分子，HCHO失去2個電子，因此電解過程中a、b兩極產生H2的體積在相同條件下是一樣的，C正確；電解過程共收集到22.4 L H2(標準狀況)，H2物質的量為1 mol，由選項C可知a電極和b電極上分別產生了0.5 mol氫氣，則通過陰離子交換膜的OH－為1 mol，D錯誤。
4. C　【解析】 采用外加電流法保護金屬時，被保護的金屬作陰極，所以鋼閘門應與電源的負極相連，C錯誤。

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