高考化学总复习专题6化学反应与能量变化专题选考部分，B版苏教版

高考化学总复习专题6化学反应与能量变化专题选考部分，B版苏教版

第 1 单元 化学反应中的热效应 考点一 反应热与热化学方程式 [考试标准] 1．化学反应中能量转化的主要形式(a/b)。2.吸热反应和放热反应(a/a)。3.从化学反应中的 反应物的总能量与生成物的总能量变化理解反应中的热效应(b/b)。4.化学键的断裂和形成与 反应中能量变化的关系(b/c)。5.反应热(/a)。6.焓变的涵义(/a)。7.焓变与键能的关系(/c)。 8.热化学方程式的书写(a/b)。9.利用热化学方程式进行简单计算(b/c)。 1. 放热反应和吸热反应 (1)吸热反应和放热反应 化学上把有热量放出的化学反应称为放热反应，把吸收热量的化学反应称为吸热反应。 (2)吸热反应和放热反应的分析 ①从反应物和生成物的总能量相对大小的角度分析，如图所示。 ②从反应热的量化参数——键能的角度分析 2．焓变、反应热 (1)焓(H) 用于描述物质所具有能量的物理量。 (2)焓变(ΔH) ΔH＝H(生成物)—H(反应物)。单位 J·mol－1 或 kJ·mol－1。 (3)反应热 指当化学反应在一定温度下进行时，反应所放出或吸收的热量，通常用符号 Q 表示，单位 J·mol －1 或 kJ·mol－1。 (4)焓变与反应热的关系 对于等压条件下进行的化学反应，如果反应中物质的能量变化全部转化为热能，则有如下关 系：ΔH＝Qp。 3．热化学方程式 (1)概念 表示参加反应物质的量和反应热的关系的化学方程式。 (2)意义 表明了化学反应中的物质变化和能量变化。 如：C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1 表示在 25 ℃，101 kPa 时，1_mol 固体 碳和 1_mol 氧气反应生成 1_mol_二氧化碳，同时放出 393.5__kJ 的热量。 (3)书写 ①注明反应条件：反应热与测定条件(温度、压强等)有关。绝大多数反应是在 25 ℃、101 kPa 下进行的，可不注明。 ②注明物质状态：常用 s、l、g、aq 分别表示固体、液体、气体、溶液。 ③注意符号单位：ΔH 应包括“＋”或“－”、数字和单位(kJ·mol－1)。 ④注意守恒关系：原子守恒和得失电子守恒；能量守恒。(ΔH 与化学计量数相对应) ⑤区别于普通方程式：一般不注“↑”、“↓”以及“点燃”、“加热”等反应条件。 ⑥注意热化学方程式的化学计量数 热化学方程式中各物质化学式前面的化学计量数仅表示该物质的物质的量，可以是整数，也 可以是分数。且化学计量数必须与ΔH 相对应，如果化学计量数加倍，则ΔH 也要加倍。 【易错判断】 判断正误，正确的打“√”，错误的打“×” (1)放热反应不需要加热就能反应，吸热反应不加热就不能反应( ) (2)物质发生化学变化都伴有能量的变化( ) (3)伴有能量变化的物质变化都是化学变化( ) (4)吸热反应在任何条件都不能发生( ) (5)Na 转化为 Na＋时，吸收的能量就是该过程的反应热( ) (6)水蒸气变为液态水时放出的能量就是该变化的反应热( ) (7)同温同压下，反应 H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)在光照和点燃条件下的ΔH 不同( ) (8)可逆反应的ΔH 表示完全反应时的热量变化，与反应是否可逆无关( ) (9)利用太阳能在催化剂参与下分解水制氢是把光能转化为化学能的绿色化学方法( ) 答案 (1)× (2)√ (3)× (4)× (5)× (6)× (7)× (8)√ (9)√ [归纳总结] “五看”法判断热化学方程式正误 (1)看方程式是否配平； (2)看各物质的聚集状态是否正确； (3)看ΔH 的“＋”“－”是否正确； (4)看反应热的单位是否为 kJ·mol－1； (5)看反应热的数值与化学计量数是否相对应。 [考法题组] [易错辨析题] 1．下列关于反应热和焓变的说法正确的是( ) A．反应热就是反应中放出的热量 B．当反应放热时ΔH＞0，反应吸热时ΔH＜0 C．一个化学反应中，当反应物的总能量大于生成物的总能量时，反应放热，ΔH 为“－” D．一个化学反应中，生成物总键能大于反应物的总键能时，反应吸热，ΔH 为“＋” 解析 反应热也指反应中吸收的热量，A 错；在反应中生成物比反应物所具有的总能量少，反 应就放热，反之就吸热，C 对；化学反应的实质是旧化学键的断裂，新化学键的形成，断键时 吸收能量即反应物键能，成键时放出能量即生成物键能，后者大，则反应为放热反应，ΔH 为 “－”，D 错。 答案 C 2．已知 X＋Y===M＋N 反应中的能量变化过程如图，则下列有关说法正确的是( ) A．X 的能量一定低于 M 的能量，Y 的能量一定低于 N 的能量 B．因为该反应为吸热反应，故一定要加热反应才能进行 C．破坏反应物中的化学键所吸收的能量小于形成生成物中化学键所放出的能量 D．X 和 Y 的总能量一定低于 M 和 N 的总能量 解析 一个确定的化学反应是吸热还是放热，取决于反应物的总能量和生成物的总能量的相 对大小；或取决于断开反应物中的化学键所吸收总能量和形成生成物中的化学键所放出总能 量的相对大小。 答案 D [正误判断题] 3. 1 g 氢气燃烧生成液态水时，放出 142.9 kJ 的热量，下列表示该反应的热化学方程式中， 正确的是( ) A．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－142.9 kJ·mol－1 B．H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1 C．2H2＋O2===2H2O ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝＋571.6 kJ·mol－1 解析 1 g 氢气燃烧生成液态水时，放出 142.9 kJ 的热量，ΔH<0，则 1 mol H2 燃烧放出 285.8 kJ 的热量，故反应的热化学方程式为 H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1 或 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1。A 项中热量计算错误，C 项中没有注明物 质的聚集状态，D 项中ΔH 应为负值。故正确答案为 B。 答案 B [方法应用题] 4．依据实验数据，写出下列反应的热化学方程式。 (1)1 mol C2H5OH(l)与适量 O2(g)反应，生成 CO2(g)和 H2O(l)，放出 1 366.8 kJ 的热量。 __________________________________________________________________。 (2)18 g 葡萄糖与适量 O2(g)反应，生成 CO2(g)和 H2O(l)，放出 280.4 kJ 的热量。 __________________________________________________________________。 (3)2.3 g 某液态有机物和一定量的氧气混合点燃，恰好完全燃烧，生成 2.7 g 液态水和 2.24 L CO2(标准状况)并放出 68.35 kJ 的热量。 __________________________________________________________________。 答案 (1)C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 366.8 kJ·mol－1 (2)C6H12O6(s)＋6O2(g)===6H2O(l)＋6CO2(g) ΔH＝－2 804 kJ·mol－1 (3)C2H6O(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝－1 367 kJ·mol－1 考点二 燃烧热、中和热及盖斯定律 [考试标准] 1．中和热的测定(b)。2.标准燃烧热的概念(a)。3.热值的概念(a)。4.合理利用化石燃料， 提高燃料燃烧效率的方法(a)。5.盖斯定律及其简单计算(a/b)。 1．标准燃烧热 (1)概念：在 101 kPa 下，1__mol 物质完全燃烧的反应热，叫做该物质的标准燃烧热。标准燃 烧热的单位一般用 kJ·mol－1 表示。 标准燃烧热的限定词有恒压(101 kPa 时)、可燃物的物质的量(1 mol)、完全燃烧、稳定的氧 化物等，其中的“完全燃烧”，是指物质中下列元素完全转变成对应的氧化物：C→CO2(g)，H →H2O(l)，S→SO2(g)等。 (2)表示的意义：例如 C 的标准燃烧热为 393.5 kJ·mol－1，表示在 101 kPa 时， 1 mol C 完全燃烧生成 CO2 气体时放出 393.5 kJ 的热量。 (3)书写热化学方程式：标准燃烧热是以 1 mol 物质完全燃烧所放出的热量来定义的，因此在 书写它的热化学方程式时，应以燃烧 1 mol 物质为标准来配平其余物质的化学计量数。例如： C8H18(l)＋25 2 O2(g)===8CO2(g)＋9H2O(l) ΔH＝－5 518 kJ·mol－1，即 C8H18的标准燃烧热为 5 518 kJ·mol－1。 (4)燃烧热的计算：可燃物完全燃烧放出的热量的计算方法为 Q 放＝n(可燃物)×|ΔH| 式中：Q 放为可燃物燃烧反应放出的热量；n 为可燃物的物质的量；ΔH 为可燃物的标准燃烧热。 2．热值：1_g 物质完全燃烧所放出的热量叫做该物质的热值。 3．中和热 (1)概念：在稀溶液中，强酸跟强碱发生中和反应生成 1_mol_液态 H2O 时的反应热叫中和热。 (2)注意几个限定词：①稀溶液；②产物是 1 mol 液态 H2O；③用离子方程式可表示为 OH－(aq) ＋H＋(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。 (3)中和热的测定 ①测定原理 ΔH＝－（m 酸＋m 碱）·c·（t 终－t 始） n c＝4.18 J·g－1·℃－1＝4.18×10－3 kJ·g－1·℃－1；n 为生成 H2O 的物质的量。 ②装置如图(在横线上填出仪器的名称) 4．盖斯定律 (1)内容 对于一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应焓变都是一样。即：化学反应 的反应热只与反应体系的始态和终态有关，而与反应的途径无关。 (2)意义 间接计算某些反应的反应热。 (3)应用 方程式 反应热间的关系 aA――→ΔH1 B、A――→ΔH2 1 a B ΔH1＝aΔH2 ΔH1＝－ΔH2 ΔH＝ΔH1＋ΔH2 5.能源 (1)能源是可以提供能量的自然资源。它包括化石燃料、阳光、风力、流水、潮汐。 (2)能源可以分为可再生能源和不可再生能源。 (3)在能源中，煤、石油、天燃气、植物秸秆属于传统能源，而太阳能、氢能、风能、地热能、 潮汐能、生物质能属于新能源。 【思考判断】 比较下列各组ΔH1 和ΔH2 的相对大小。 ①2H2(g)＋ O2(g)===2H2O(l) ΔH1 2H2(g)＋ O2(g)===2H2O(g) ΔH2________ ②S(g)＋ O2(g)===2SO2(g) ΔH1 S(s)＋ O2(g)===2SO2(g) ΔH2________ ③C(s)＋ 1 2 O2(g)===CO(g) ΔH1 C(s)＋ O2(g)===CO2(g) ΔH2________ ④H2(g)＋ Cl2(g)===2HCl(g) ΔH1________ 1 2 H2(g)＋1 2 Cl2(g)===HCl(g) ΔH2 答案 ①ΔH1＜ΔH2 ②ΔH1＜ΔH2 ③ΔH1＞ΔH2 ④ΔH1＜ΔH2 [方法总结] 反应热的计算依据和方法 (1)主要依据 热化学方程式、键能、盖斯定律及燃烧热、中和热等。 (2)主要方法 ①根据热化学方程式计算 反应热与反应物和生成物各物质的物质的量成正比。 ②根据图示中能量变化来确定焓变 ΔH＝H(生成物)－H(反应物)。 ③依据反应物化学键断裂与生成物化学键形成过程中的能量变化计算 ΔH＝E 反应物的化学键断裂吸收的能量－E 生成物的化学键形成释放的能量 ④根据盖斯定律计算 应用盖斯定律常用以下两种方法。 a．热化学方程式相加或相减，如由 C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1； C(s)＋1 2 O2(g)===CO(g) ΔH2； 可得 2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH＝2(ΔH1－ΔH2)。 b．合理设计反应途径，如 ，则ΔH＝ΔH1＋ΔH2。 ⑤根据物质燃烧热数值计算 Q(放)＝n(可燃物)×|ΔH| ⑥根据比热公式进行计算 Q＝c·m·ΔT [考法题组] [易错判断题] 1．(嘉兴期中)下列说法正确的是( ) A．1 mol 硫酸与 1 mol Ba(OH)2 完全中和所放出的热量为中和热 B．25 ℃、101 kPa 时，1 mol S 和 2 mol S 的标准燃烧热相等 C．CO 是不稳定的氧化物，它能继续和氧气反应生成稳定的 CO2，所以 CO 的燃烧反应一定是吸 热反应 D．101 kPa 时，1 mol 碳燃烧所放出的热量为碳的标准燃烧热 解析 A 项，1 mol H2SO4 与 1 mol Ba(OH)2 反应生成 2 mol H2O，同时还有 BaSO4 沉淀生成，不 符合中和热的定义；B 项，标准燃烧热与可燃物的物质的量无关；C 项，CO 的燃烧属于放热反 应，D 项，1 mol 碳燃烧不一定生成 1 mol CO2。 答案 B [规律应用题] 2．在 298 K、100 kPa 时，已知： 2H2O(g)===2H2(g)＋O2(g) ΔH1 Cl2(g)＋H2(g)===2HCl(g) ΔH2 2Cl2(g)＋2H2O(g)===4HCl(g)＋O2(g) ΔH3 则ΔH3 与ΔH1 和ΔH2 间的关系正确的是( ) A．ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2 B．ΔH3＝ΔH1＋ΔH2 C．ΔH3＝ΔH1－2ΔH2 D．ΔH3＝ΔH1－ΔH2 解析 根据盖斯定律可知：ΔH3＝ΔH1＋2ΔH2。 答案 A 3．室温下，将 1 mol 的 CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，热效应为ΔH1，将 1 mol 的 CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，热效应为ΔH2，CuSO4·5H2O 受热分解的化学方程式为： CuSO4·5H2O(s)=====△ CuSO4(s)＋5H2O(l)，热效应为ΔH3。则下列判断正确的是( ) A．ΔH2>ΔH3 B．ΔH1<ΔH3 C．ΔH1＋ΔH3＝ΔH2 D．ΔH1＋ΔH2>ΔH3 解析 由题干信息可得：①CuSO4·5H2O(s)===Cu2＋(aq)＋SO2－ 4 (aq)＋5H2O(l) ΔH1＞0，② CuSO4(s)===Cu2＋(aq)＋SO2－ 4 (aq)ΔH2＜0，③CuSO4·5H2O(s)===CuSO4(s)＋5H2O(l) ΔH3，根据 盖斯定律可知，ΔH3＝ΔH1－ΔH2，由于ΔH1＞0，ΔH2＜0，故ΔH3＞ΔH1，B 项正确，C、D 项 错误；ΔH3＞0，ΔH2＜0，故ΔH3＞ΔH2，A 项错误。 答案 B [实验分析题] 4．为了测定酸碱反应的中和热，计算时至少需要的数据是________。 ①酸溶液的浓度和体积 ②碱溶液的浓度和体积 ③比热容 ④反应后溶液的质量(单位：kg) ⑤生成水的物质的量 ⑥反应前后温度变化 ⑦操作所需的时间 解析 根据ΔH＝－4.18×10－3 m（溶液）·（t2－t1） n（H2O） 可知，C 正确。 答案 ③④⑤⑥ (时间：45 分钟) [基础过关题] 1．下列关于吸热反应和放热反应的说法正确的是 ( ) A．需加热才能发生的反应一定是吸热反应 B．任何放热反应在常温条件一定能发生 C．反应物和生成物分别具有的总能量决定了反应是放热反应还是吸热反应 D．当ΔH＜0 时表明反应为吸热反应 解析 放热反应和吸热反应在一定的条件下都能发生。反应开始时需加热的反应可能是吸热 反应，也可能是放热反应，如碳的燃烧反应属于放热反应，但需要加热或点燃才能发生，故 A、 B 项错误；吸热反应的ΔH＞0，D 项错误。 答案 C 2．(台州月考)下列反应既属于氧化还原反应，又属于吸热反应的是 ( ) A．锌粒与稀硫酸的反应 B．灼热的木炭与 CO2 反应 C．甲烷在氧气中的燃烧反应 D．Ba(OH)2·8H2O 晶体与 NH4Cl 晶体的反应 解析 锌粒与稀硫酸的反应、甲烷的燃烧反应均是放热反应，不合题意；Ba(OH)2·8H2O 晶体 与 NH4Cl 晶体的反应是吸热反应，但元素的化合价无变化，是一个非氧化还原反应，D 项不合 题意。 答案 B 3．下列热化学方程式书写正确的是 ( ) A．2SO2＋O2===2SO3 ΔH＝－196.6 kJ·mol－1 B．H2(g)＋1 2 O2(g)===H2O(l) ΔH＝＋241.8 kJ·mol－1 C. 2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ·mol－1 D．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1 解析 书写热化学方程式必须注意：①要注明反应物与生成物各物质的状态，A 错；②吸热反 应ΔH>0，体系能量升高；放热反应ΔH<0，B、D 错。 答案 C 4．热化学方程式 C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝＋131.3 kJ·mol－1 表示 ( ) A．碳和水反应吸收 131.3 kJ 能量 B．1 mol 碳和 1 mol 水反应生成 1 mol 一氧化碳和 1 mol 氢气并吸收 131.3 kJ 热量 C．1 mol 固态碳和 1 mol 水蒸气反应生成 1 mol 一氧化碳气体和 1 mol 氢气，吸收热量 131.3 kJ D．1 个固态碳原子和 1 分子水蒸气反应吸热 131.3 kJ 解析 依据反应热的概念，反应热表示按照热化学方程式中化学计量数的物质的量反应时， 吸收或放出的热量，单位是 kJ·mol－1，该热化学方程式表示：1 mol 固态碳和 1 mol 水蒸气 反应生成 1 mol 一氧化碳气体和 1 mol 氢气，并吸收 131.3 kJ 的热量。特别要指明水的状态。 答案 C 5．已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g) ΔH＝－270 kJ·mol－1。下列说法正确的是( ) A．在相同条件下，1 mol H2(g)与 1 mol F2(g)的能量总和大于 2 mol HF(g)的能 量 B．1 mol H2(g)与 1 mol F2(g)反应生成 2 mol 液态 HF 放出的热量小于 270 kJ C．该反应的逆反应是放热反应 D．该反应过程的能量变化可用下图来表示 解析 B 项，物质由气态变为液态时要放热，所以当生成 2 mol 液态 HF 时，放出的热量大于 270 kJ；C 项，正反应是放热反应，逆反应就是吸热反应；D 项，放热反应中反应物的总能量 大，生成物的总能量小，而图表示的正好相反。 答案 A 6. 已知在 1×105 Pa，298 K 条件下，2 mol 氢气燃烧生成水蒸气放出 484 kJ 热量，下列热 化学方程式正确的是 ( ) A．H2O(g)===H2(g)＋1 2 O2(g) ΔH＝＋242 kJ·mol－1 B．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－484 kJ·mol－1 C．H2(g)＋1 2 O2(g)===H2O(g) ΔH＝＋242 kJ·mol－1 D．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝＋484 kJ·mol－1 解析 在热化学方程式中要注明反应物和生成物的状态，ΔH 值要正确且注明“＋”与 “－”，物质的化学计量数可用分数。结合以上原则分析：H2 燃烧放热(ΔH 为负值)，H2O 分 解为吸热(ΔH 为正值)，故 A 正确，B 中水的状态应该是气态。 答案 A [应试提升题] 7．运用中和热的测定方法，在隔热、保温的条件下，向盛有 20 mL 2.08 mol·L－1 的 NaOH 溶 液的试管中分五次加入 5 mL 未知浓度的 H2SO4 溶液(边加边振荡，每次加入 1 mL)后，测得溶 液的温度分别是 1.4 ℃，2.5 ℃，4.2 ℃，5.2 ℃，5.18 ℃，则该硫酸溶液的物质的量浓度 是 ( ) A．20.8 mol·L－1 B．6.9 mol·L－1 C．5.2 mol·L－1 D．4.16 mol·L－1 解析 酸碱中和反应是放热反应，通过对题中数据的分析和观察，随着硫酸的加入，开始时 温度逐渐升高，当加入 4 mL 时温度最高，这说明与 NaOH 恰好中和时用去的 H2SO4 的体积为 4 mL。 随后 H2SO4 过量，温度开始下降。故求该 H2SO4 溶液物质的量浓度时应以 5.2 ℃时的量为标准， 即共用去 4 mL H2SO4 的体积来计算： 0.02 L×2.08 mol·L－1×1 2 0.004 L ＝5.2 mol·L－1。 答案 C 8．含有 11.2 g KOH 的稀溶液与 1 L 0.1 mol·L－1 的 H2SO4 溶液反应，放出 11.46 kJ 的热量， 表示该反应的中和热的热化学方程式为 ( ) A．KOH(aq)＋1 2 H2SO4(aq)===1 2 K2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－11.46 kJ·mol－1 B．2KOH(aq)＋H2SO4(aq)===K2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－11.46 kJ·mol－1 C．2KOH(aq)＋H2SO4(aq)===K2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－114.6 kJ·mol－1 D．KOH(aq)＋1 2 H2SO4(aq)===1 2 K2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 解析 中和热是以生成 1 mol H2O(l)所放出的热量来衡量的，故书写中和热的热化学方程式 时，应以生成 1 mol H2O(l)为标准来配平其余物质的化学计量数，故答案为 D。 答案 D 9．(温岭质检)已知：C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1 CO2(g)＋C(s)===2CO(g) ΔH2 2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3 4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH4 3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s) ΔH5 下列关于上述反应焓变的判断正确的是 ( ) A．ΔH1＞0，ΔH3＜0 B．ΔH2＞0，ΔH4＞0 C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3 D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5 解析 根据反应的热效应可知：ΔH1＜0，ΔH2＞0、ΔH3＜0、ΔH4＜0，故 A、B 不正确；根据 盖斯定律可得ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，ΔH3＝1 3 ΔH4＋2 3 ΔH5，C 项正确，D 项错误。 答案 C 10．已知：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝a kJ·mol－1 2C(s)＋ O2(g)===2CO(g) ΔH＝－220 kJ·mol－1 H—H、O===O 和 O—H 键的键能分别为 436、496 和 462 kJ·mol－1，则 a 为 ( ) A．－332 B．－118 C．＋350 D．＋130 解析 按顺序将题中两个热化学方程式分别编号为①和②，依据盖斯定律，②－①×2 得：2H2(g) ＋O2(g)===2H2O(g) ΔH＝－(220＋2a)kJ·mol－1 代入相关数据得：(2×436＋496)－4×462＝ －(220＋2a)，解得 a＝＋130，D 项正确。 答案 D 11．某同学做如下实验，以检验反应中的能量变化。 (1)实验中发现反应后(a)中温度升高，由此可以判断(a)中反应是________热反应；(b)中温 度降低，由此可以判断(b)中反应是________热反应。 (2) 写 出 铝 与 盐 酸 反 应 的 离 子 方 程 式 __________________________________ ______________________________________。 (3)根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量应该________其生成物的总能量。 解析 (1)反应后(a)中温度升高，(b)中温度降低，说明(a)中反应为放热反应，(b)反应为吸 热反应。 (2)铝与盐酸反应的离子方程式为 2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑。 (3)(b)中反应为吸热反应，根据能量守恒定律，(b)中反应物的总能量低于其生成物的总能量。 答案 (1)放 吸 (2)2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑ (3)低于 12．据《参考消息》报道，有科学家提出硅是“21 世纪的能源”、“未来的石油”的观点。 (1)晶体硅在氧气中燃烧的热化学方程式为 Si(s)＋O2(g)===SiO2(s) ΔH＝ －989.2 kJ·mol－1，有关键能数据如下表： 化学键 Si—O O===O Si—Si 键能/kJ·mol－ 1 x 498.8 176 已知 1 mol Si 中含 2 mol Si—Si 键，1 mol SiO2 中含 4 mol Si—O 键，则 x 的值为__________。 (2)硅光电池作为电源已广泛应用于人造卫星、灯塔和无人气象站等。硅光电池是一种把 ________能转化为________能的装置。 (3)假如硅作为一种普遍使用的新型能源被开发利用，关于其有利因素的下列说法中，你认为 不妥当的是_________________________________________。 A．硅便于运输、贮存，从安全角度考虑，硅是最佳的燃料 B．硅的来源丰富，易于开采，且可再生 C．硅燃烧放出的热量大，且燃烧产物对环境污染程度低，容易有效控制 D．寻找高效新催化剂，使硅的生产耗能很低，是硅能源开发利用的关键技术 (4)工业制备纯硅的反应为 2H2(g)＋SiCl4(g)===Si(s)＋4HCl(g) ΔH＝＋240.4 kJ·mol－1， 生成的 HCl 通入 100 mL 1 mol·L－1 的 NaOH 溶液恰好反应，则反应过程中________________(填 “吸收”或“释放”)的热量为__________kJ。 解析 (1)每摩尔 Si 含有 2 mol Si—Si 键，每摩尔 SiO2 含有 4 mol Si—O 键，则ΔH＝2×176 kJ·mol－1＋498.8 kJ·mol－1－4x kJ·mol－1＝－989.2 kJ·mol－1，x＝460。 (2)硅光电池将光(或太阳)能转化为电能。 (3)硅是固体，便于运输、贮存，A 对；硅元素在地壳中含量居于第二位，来源丰富，B 对； 硅燃烧的产物为 SiO2，没有污染，C 对；制备硅不需要催化剂，D 错。 (4)100 mL 1 mol·L－1 的 NaOH 溶液消耗 0.1 mol HCl，则工业制备纯硅的反应中有 0.1 mol HCl 生成，故吸收的热量为240.4 kJ 4 mol ×0.1 mol＝6.01 kJ。 答案 (1)460 (2)光(或太阳) 电 (3)D (4)吸收 6.01 13．图像法是研究化学反应的焓变的一种常用方法。 (1)已知化学反应 A2(g)＋B2(g)===2AB(g)的能量变化曲线如图 1 所示，判断下列叙述中正确的 是________。 图 1 A．每生成 2 mol AB 时吸收 b kJ 热量 B．该反应热ΔH＝＋(a－b)kJ·mol－1 C．该反应中反应物的总能量高于生成物的总能量 D．断裂 1 mol A—A 和 1 mol B—B 键时放出 a kJ 能量 (2)在微生物作用的条件下，NH ＋ 4 经过两步反应被氧化成 NO－ 3 。两步反应的能量变化如图 2 所 示： 图 2 1 mol NH ＋ 4 (aq) 全 部 氧 化 成 NO － 3 (aq) 的 热 化 学 方 程 式 是 __________________ __________________________。 (3)图 3 中表示氧族元素中氧、硫、硒、碲生成氢化物时的焓变数据，根据焓变数据可确定 a、 b、c、d 分别代表哪种元素。 图 3 ① 非 金 属 元 素 氢 化 物 的 稳 定 性 与 氢 化 物 生 成 热 ΔH 的 关 系 为 ____________ ____________________________________________________________。 ②写出硒化氢发生分解反应的热化学方程式___________________________ _________________________________________________________________。 解析 (3)根据元素周期律，非金属元素氢化物的稳定性越强就越易生成，其生成热ΔH 越小。 所以 a 代表碲元素、b 代表硒元素、c 代表硫元素、d 代表氧元素。 答案 (1)B (2)NH＋ 4 (aq)＋2O2(g)===2H＋(aq)＋NO－ 3 (aq)＋H2O(l) ΔH＝－346 kJ·mol－1 (3)①非金属元素氢化物的稳定性越强，其生成热ΔH 越小 ②H2Se(g)===Se(s)＋H2(g) ΔH ＝－81 kJ·mol－1 14．化学反应过程中一定伴随着能量变化，某同学通过如下实验进行探究。 Ⅰ.探究化学反应中的能量变化。通过如下实验测出，烧杯中的温度降低。 (1)Ba(OH)2·8H2O 与 NH4Cl 的反应的化学方程式： _________________________________________________________________。 (2)从反应热的角度分析，该反应属于________(填“吸热”或“放热”)反应；从氧化还原角 度分析，该反应属于________(填“氧化还原”或“非氧化还原”)反应；从基本反应类型上 分析，该反应属于________反应。 Ⅱ.测定稀硫酸和氢氧化钠溶液反应的中和热(实验装置如图所示)。 (1)图中尚缺少的一种仪器是________。 (2)实验时环形玻璃搅拌棒的运动方向是________。 a．上下运动 b．左右运动 c．顺时针运动 d．逆时针运动 (3)写出反应的热化学方程式为________________________________________ __________________________________________________________________ (中和热为 57.3 kJ·mol－1)。 (4)该同学每次分别取 0.50 mol·L－1 50 mL NaOH 溶液和 0.50 mol·L －130 mL 硫酸进行实验， 通过多次实验测定中和热ΔH＝－53.5 kJ·mol－1，与 57.3 kJ·mol－1 有偏差，产生偏差的原 因不可能是________(填字母)。 a．实验装置保温、隔热效果差 b．用量筒量取 NaOH 溶液的体积时仰视读数 c．分多次把 NaOH 溶液倒入盛有硫酸的小烧杯中 d．用温度计测定 NaOH 溶液起始温度后直接测定硫酸溶液的温度 解析 Ⅱ.实验测定中和热ΔH＝－53.5 kJ·mol－1 与 57.3 kJ·mol－1 有偏差，是因为实验过 程中热量有散失。此实验中硫酸过量，用量筒量取 NaOH 溶液的体积时仰视读数使 NaOH 的量 偏多，所测中和热数值偏大。 答案 Ⅰ.(1)Ba(OH)2·8H2O＋2NH4Cl===BaCl2＋2NH3·H2O＋8H2O (2)吸热 非氧化还原 复分解 Ⅱ.(1)温度计 (2)a (3)NaOH(aq)＋1 2 H2SO4(aq)===1 2 Na2SO4(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1 或 2NaOH(aq)＋H2SO4(aq)===Na2SO4(aq)＋2H2O(l) ΔH＝－114.6 kJ·mol－1 (4)b 第 2 单元 原电池 化学电源 考点一 原电池的工作原理与应用 [考试标准] 1．原电池的概念(a/a)。2.铜－锌原电池的原理及电极反应式(b/b)。3.原电池的构成条件 (a/b)。4.原电池的构造与工作原理，盐桥的作用(/b)。5.判断与设计简单的原电池(/c)。6. 原电池的电极反应式及电池反应方程式(/b)。7.原电池的正、负极和电子流向的判断(/c)。8. 原电池的判断(/c)。 1．原电池的概念：将化学能转化为电能的装置。 2．原电池的构成条件： (1)能自发地发生氧化还原反应。 (2)两个活泼性不同的电极(材料可以是金属或导电的非金属)。 ①负极：活泼性较强的金属。 ②正极：活泼性较弱的金属或能导电的非金属。 (3)电极均插入电解质溶液中。 (4)构成闭合回路(两电极接触或用导线连接)。 3．工作原理 以锌铜原电池为例 电极名称 负极 正极 电极材料 锌片 铜片 电极反应 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋__2e－===Cu 反应类型 氧化反应 还原反应 电子流向 由 Zn 沿导线流向 Cu 盐桥中离子移向 盐桥中含饱和 KCl 溶液，K＋移向正极，Cl－移向负极 原电池反应方程式 Zn__＋__Cu2＋===Zn2＋＋Cu 【易错判断】 正确的打“√”，错误的打“×” (1)在原电池中，发生氧化反应的一极一定是负极( ) (2)在原电池中，负极材料的活泼性一定比正极材料强( ) (3)在原电池中，正极本身一定不参与电极反应，负极本身一定要发生氧化反应( ) (4)带有“盐桥”的原电池比不带“盐桥”的原电池电流持续时间长( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ [归纳总结] 原电池正负极的确定方法 (1)由两极的活泼性强弱确定：活泼性较强的金属为负极，活泼性较弱的金属或能导电的非金 属为正极。 (2)根据在两电极发生的反应来判断：负极发生氧化反应，正极发生还原反应。 (3)由电极变化情况确定：某一电极若不断溶解或其质量不断减少，该电极发生氧化反应，则 此电极为原电池的负极；若某一电极上有气体产生，电极的质量不断增加或不变，该电极发 生还原反应，为此电池的正极(燃料电池除外)。 (4)根据外电路中自由电子的移动方向确定：在外电路中电子流出的极为负极，电子流入的极 为电池的正极。 (5)根据内电路中离子的移动方向确定：在内电路中阳离子移向的电极为正极，阴离子移向的 电极为负极。 [考法题组] [易错判断题] 1．有 a、b、c、d 四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验 装置 部分 实验 现象 a 极质量减小，b 极质量增大 b 极有气体产生， c 极无变化 d 极溶解，c 极有 气体产生 电流从 a 极流向 d 极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是( ) A．a>b>c>d B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a>b>d>c 解析 装置一是原电池，a 极质量减小，说明 a 极金属失电子形成离子，故 a 极金属比 b 极金 属活泼；装置二没有形成原电池，可知 b 比 c 活泼，且 c 位于金属活动性顺序表中氢的后面； 装置三形成原电池，易知 d 比 c 活泼；装置四中，电流从 a 极流向 d 极，则电子是从 d 极流 向 a 极，知 d 比 a 活泼。因此四种金属的活动性顺序为 d>a>b>c。 答案 C [实验分析题] 2．用铜片、银片、Cu(NO3)2 溶液、AgNO3 溶液、导线和盐桥(装有琼脂KNO3 的 U 形管)构成一个 原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是( ) A．在外电路中，电流由铜电极流向银电极 B．负极反应为 Ag＋＋e－===Ag C．实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 D．将铜片直接浸入 AgNO3 溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同 解析 铜片、银片、Cu(NO3)2 溶液、AgNO3 溶液、导线、盐桥构成一个原电池，Cu 作负极，Ag 作正极，电极反应为 Cu－2e－===Cu2＋(负极)，2Ag＋＋2e－===2Ag(正极)，盐桥起到了传导离子、 形成闭合回路的作用，电子是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反。因此 A、B、C 错误，D 正确。 答案 D 3．利用反应 2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2，设计一个原电池装置。 (1)画出简易装置图，标明电极材料和电解质溶液。 (2)简易装置的效率不高，电流在短时间内就会衰减。为解决以上问题，常将原电池设计成带 盐桥的装置，画出该原电池装置，标明电极材料和电解质溶液。 (3)写出两个电极上的电极反应。 负极：____________________________________________________________， 正极：____________________________________________________________。 解析 首先将已知的反应拆成两个半反应：Cu－2e－===Cu2＋、2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋，然后结合原 电池的电极反应特点分析可知，该原电池的负极材料为 Cu，正极材料选用比铜活动性差的能 导电的材料即可。 答案 (3)Cu－2e－===Cu2＋ 2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋ 考点二 常见化学电源 [考试标准] 1．常见化学电源(b/c)。2.银锌电池、铅蓄电池、燃料电池的工作原理与应用价值(/b)。 1．电池的分类 化学电池 （化学能转 变为电能） 一次电池：如普通锌锰干电池、碱性锌锰电 池、银锌钮扣电池 二次电池：如铅蓄电池等 燃料电池：如氢氧燃料电池 2．一次电池 (1)锌银电池 锌银电池负极是 Zn，正极是 Ag2O，电解质溶液是 KOH 溶液，其电极反应如下： 负极：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2； 正极：Ag2O＋2e－＋H2O===2Ag＋2OH－； 电池总反应式：Zn＋Ag2O＋H2O===Zn(OH)2＋2Ag。 (2)碱性锌锰电池 碱性锌锰电池的负极是 Zn，正极是 MnO2，电解质溶液是 KOH 溶液，其电极反应为： 负极：Zn－2e－＋2OH－===Zn(OH)2； 正极：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnOOH＋2OH－； 电池总反应式：Zn＋2MnO2＋2H2O===2MnOOH＋Zn(OH)2。 3．二次电池(以铅蓄电池为例) (1)组成： 正极：PbO2；负极：Pb；电解质：H2SO4 溶液。 (2)工作原理： 铅蓄电池是最常见的二次电池，其电极反应分为放电和充电两个过程。 ①放电过程的电极反应、总反应： 负极：Pb－2e－＋SO2－ 4 ===PbSO4； 正极：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO2－ 4 ===PbSO4＋2H2O； 总反应：Pb＋PbO2＋2H2SO4===2PbSO4＋2H2O。 ②充电过程的电极反应、总反应： 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO2－ 4 (还原反应)； 阳极：PbSO4－2e－＋2H2O===PbO2＋4H＋＋SO2－ 4 (氧化反应)。 总反应：2PbSO4＋2H2O===Pb＋PbO2＋2H2SO4。 ③铅蓄电池的充、放电过程： Pb＋PbO2＋2H2SO4 放电 充电 2PbSO4＋2H2O。 4．燃料电池 (1)燃料电池是通过燃料气体与氧气分别在两个电极上发生氧化还原反应，将化学能直接转化 为电能的装置。 (2)以 30%的 KOH 溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O； 正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－； 总反应：2H2＋O2===2H2O。 (3)甲醇－空气燃料电池能量转化率高，负极：甲醇，正极通入空气，电解质溶液是 KOH 溶液， 原电池总反应式是 2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO2－ 3 ＋6H2O。 【应用思考】 1．在不同环境下，氢氧燃料电池的电极反应式有何不同？ 答案 电解质是酸溶液时，负极：2H2－4e－===4H＋；正极：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 电解质是碱溶液时，负极：2H2＋4OH－－4e－===4H2O；正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。 2．(1)氢氧燃料电池以 KOH 溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将 ______，溶液的 pH 将________。(填“减小”、“增大”或“不变”) (2)氢氧燃料电池以 H2SO4 溶液作电解质溶液时，工作一段时间后，电解质溶液的浓度将______， 溶液的 pH 将________。(填“减小”、“增大”或“不变”) 答案 (1)减小 减小 (2)减小 增大 [方法总结] 1．可充电电池充放电时电池的接法 2．区别：放电时， 充电时， 联系：电池充电时发生的电极反应和总反应是放电时发生反应的逆过程。 [考法题组] [易错判断题] 1．(温州十校)汽车的启动电源常用铅蓄电池，放电时的电池反应如下：PbO2 ＋Pb＋ 2H2SO4===2PbSO4＋2H2O，根据此反应判断下列叙述中正确的是( ) A．PbO2 是电池的负极 B．负极的电极反应式为：Pb＋SO2－ 4 －2e－===PbSO4 C．PbO2 得电子，被氧化 D．电池放电时，溶液酸性增强 解析 铅蓄电池放电时，Pb 为负极，电极反应为 Pb－2e－＋SO2－ 4 ===PbSO4，PbO2 为正极，得电 子发生还原反应，因消耗 H＋，故酸性减弱，B 正确。 答案 B 2．常用的纽扣电池为银锌电池，它分别以锌和氧化银为电极。放电时锌极上的电极反应是 Zn ＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，氧化银极上的反应是 Ag2O＋H2O ＋2e－===2Ag＋2OH－，下列判断中， 正确的是( ) A．锌是负极，发生氧化反应，氧化银是正极，发生还原反应 B．锌是正极，发生氧化反应，氧化银是负极，发生还原反应 C．锌是负极，发生还原反应，氧化银是正极，发生氧化反应 D．锌是正极，发生还原反应，氧化银是负极，发生氧化反应 解析 放电时是原电池。负极是较活泼金属，还原性物质，发生氧化反应；正极是较不活泼 金属或导体，氧化性物质，发生还原反应。 答案 A [应用计算题] 3．美国《时代周刊》将氢燃料电池评为 21 世纪对人类生活具有重大影响的技术之一。培根 电池是一种碱性的氢氧燃料电池，已经应用在“阿波罗六号”太空船上。将多个培根电池组 合为电池组，向外供电，电池组工作稳定后，它的电动势和内阻基本保持不变。电池所产生 的水可以作为饮用水，今欲得常温下水 1 L，则电池内电子转移的物质的量约为( ) A．8.9×10－3 mol B．4.5×10－2 mol C．1.1×102 mol D．5.6×10 mol 解析 负极：2H2－4e－＋4OH－===4H2O 正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 所以产生 2 mol 水，转移 4 mol 电子，制得 1 L 水转移电子物质的量为1 000 mL·1 g/mL 18 g·mol－1 ×2 ＝1.1×102 mol。 答案 C [原理分析题] 4．科学家预言，燃料电池将是 21 世纪获得电能的重要途径，美国已计划将甲醇燃料电池用 于军事。一种甲醇燃料电池采用铂或碳化钨作为电极催化剂，在稀硫酸电解液中直接加入纯 化后的甲醇，同时向一个电极通入空气。 回答下列问题： (1) 这 种 电 池 放 电 时 发 生 的 反 应 化 学 方 程 式 是 ___________________________ __________________________________________________________________。 (2)此电池正极发生的电极反应式是___________________________________， 负极发生的电极反应式是___________________________________________。 (3)电解液中的 H＋向________极移动，向外电路释放电子的电极是________。 (4)比起直接燃烧燃料产生电力，使用燃料电池有许多优点，其中主要有两点：首先是燃料电 池 能 量 转 化 效 率 高 ， 其 次 是 ___________________________ _____________________________________________。 解析 甲醇燃料电池实质就是利用 CH3OH 燃料在氧气中反应来提供电能。CH3OH 作负极，发生 氧化反应，电极反应为 2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋；氧气在正极的电极反应为 3O2＋12H ＋＋12e－===6H2O，两反应相加得总反应式。在电池中，负极释放电子传到正极上，故 H＋向正极 移动。甲醇反应产物为 CO2 和 H2O，对环境无污染。 答案 (1)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (2)3O2＋12H＋＋12e－===6H2O 2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋ (3)正 负极 (4)对环境无污染 (时间：45 分钟) [基础过关题] 1．下列有关原电池的判断中正确的是 ( ) A．工作中原电池的负极发生还原反应 B．原电池的正、负极材料不一定都参与反应 C．原电池的正极在放电后质量一定增加 D．原电池的正极是电子流出的一极 解析 原电池的负极发生氧化反应，A 错误；原电池的正、负极材料不一定都参与反应，B 正 确；原电池的正极在放电后质量不一定增加，C 错误；原电池的负极是电子流出的一极，D 错 误。 答案 B 2．下列各组材料中，不能组成原电池的是 ( ) 选项 A B C D 两极材料 Zn 片、石墨 Cu 片、 Ag 片 Zn 片、 Cu 片 Fe 片、 Cu 片 插入溶液 H2SO4 溶液 AgNO3 溶 液 蔗糖 溶液 稀盐酸 解析 C 项中蔗糖溶液不是电解质溶液。 答案 C 3. 选用下列试剂和电极：稀 H2SO4、Fe2(SO4)3 溶液、铁棒、铜棒、铂棒，组成如 图所示的原电池装置(只有两个电极)，观察到电流计Ⓖ的指针均明显偏转，则其 可能的组合共有 ( ) A．6 种 B．5 种 C．4 种 D．3 种 解析 铁棒、铜棒作电极，H2SO4、Fe2(SO4)3 作电解质可组成两种原电池，铁棒、铂棒作电极， H2SO4、Fe2(SO4)3 作电解质可组成两种原电池，铂棒、铜棒作电极，Fe2(SO4)3 作电解质可组成 一种原电池，一共能形成 5 种原电池，均能够观察到电流计指针明显偏转。 答案 B 4．人造卫星用到的一种高能电池——银锌电池,其电极反应为：Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2， Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－。根据反应式判断氧化银是 ( ) A．负极 被氧化 B．正极 被还原 C．负极 被还原 D．正极 被氧化 解析 Ag2O―→2Ag 得电子，化合价降低，被还原。 答案 B [应试提升题] 5．被称之为“软电池”的纸质电池，采用一个薄层纸片(在其一边镀锌，而在其另一边镀二 氧化锰)作为传导体。在纸内的离子“流过”水和氧化锌组成的电解液。电池总反应为：Zn＋ 2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，下列说法正确的是 ( ) A．该电池的正极为锌 B．该电池反应中二氧化锰起催化剂作用 C．当 0.1 mol Zn 完全溶解时，转移电子个数为 1.204× 1024 D．电池正极反应式为：2MnO2＋2e－＋2H2O===2MnO(OH)＋2OH－ 解析 反应中 Zn 由 0 价→＋2 价，Mn 由＋4 价→＋3 价，故该电池的负极为锌，A 错；MnO2 在 正极得电子，B 错；当 0.1 mol Zn 溶解时，转移电子为 0.1 mol×2×6.02×1023mol － 1 ＝ 1.204×1023，C 错；据反应中反应物、产物，结合 MnO2 中 Mn 元素得电子情况判断，D 正确。 答案 D 6．市场上经常见到的标记为 Liion 的电池称为“锂离子电池”。它的负极材料是金属锂和 碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导 Li＋的高分子材料。这种锂离子电 池的电池反应式为：Li＋2Li0.35 NiO2 放电 充电 2Li0.85NiO2。 下列说法不正确的是 ( ) A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－===Li＋ B．充电时，Li0.85NiO2 既发生氧化反应又发生还原反应 C．该电池不能用水作为电解质溶液 D．放电过程中 Li＋向负极移动 解析 负极 Li 失去电子生成 Li＋移向正极。 答案 D 7. 实验发现，298 K 时，在 FeCl3 酸性溶液中加少量锌粒后，Fe3 ＋立即被还原成 Fe2＋。某夏令营兴趣小组根据该实验事实设计了 如图所示原电池装置。下列有关说法正确的是 ( ) A．该原电池的正极反应是 Zn－2e－===Zn2＋ B．左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去 C．该电池铂电极上有气泡出现 D．该电池总反应为 3Zn＋2Fe3＋===2Fe＋3Zn2＋ 解析 该电池的总反应为 Zn＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Zn2＋，所以左烧杯 Pt 为正极，电极反应为 Fe3＋＋e－===Fe2＋，右烧杯 Zn 为负极，电极反应为 Zn－2e－=== Zn2＋。 由于左烧杯中的 Fe3＋被还原为 Fe2＋，所以左烧杯中溶液的血红色逐渐褪去。 答案 B 8．有关电化学知识的描述正确的是 ( ) A．理论上说，任何能自发进行的氧化还原反应都可设计成原电池 B．某原电池反应为 Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2Ag，装置中的盐桥内可以是含琼脂的 KCl 饱和溶 液 C．因为铁的活泼性强于铜，所以将铁、铜用导线连接后放入浓硝酸中组成原电池，必是铁作 负极，铜作正极，其负极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋ D．由 Al、Mg 与氢氧化钠溶液组成的原电池，其负极反应式为 Mg－2e－＋ 2OH－===Mg(OH)2 解析 A 项，原电池反应是自发进行的氧化还原反应；B 项，因为电解质溶液中有 Ag＋，盐桥 内不能有 Cl－，因为二者反应会生成 AgCl 沉淀；C 项，Fe、Cu、浓硝酸组成的原电池，由于 铁遇浓硝酸钝化，则 Cu 为负极，Fe 为正极，其负极反应式为 Cu－2e－===Cu2＋；D 项，由 Al、 Mg 与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为 2Al＋2H2O＋2NaOH===2NaAlO2＋3H2↑，Al 作 负极，负极反应式为 Al－3e－＋4OH－===AlO－ 2 ＋2H2O，D 错。 答案 A 9．燃料电池具有能量转化率高、无污染等特点，如图为 MgNaClO 燃料电池的结构示意图。下列说法正确的是 ( ) A．镁作 Y 电极 B．电池工作时，Na＋向负极移动 C．废液的 pH 大于 NaClO 溶液的 pH D．X 电极上发生的反应为 ClO－＋ 2H2O－4e－===ClO－ 3 ＋ 4H ＋ 解析 图中 OH－向 Y 电极移动，那么 Y 为负极，故镁作 Y 电极，A 正确；电池工作时，Na＋向 正极移动，B 错；X 电极上发生的反应为 ClO－＋ H2O＋2e－===Cl－＋ 2OH－，OH－移向负极与 Mg2 ＋反应生成 Mg(OH)2 沉淀，废液 NaCl 溶液的 pH 小于 NaClO 溶液的 pH，故 C、D 错误。 答案 A 10．美国海军海底战事中心与麻省理工大学共同研制成 功了用于潜航器的镁—过氧化氢燃料电池系统。其工作 原理如图所示。以下说法中错误的是 ( ) A．电池的负极反应为 Mg－2e－===Mg2＋ B．电池工作时，H＋向负极移动 C．电池工作一段时间后，溶液的 pH 增大 D．电池总反应式是 Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O 解析 MgH2O2 燃料电池中 Mg 作负极：Mg－2e－===Mg2＋，Pt 作正极：H2O2＋2H＋＋2e－===2H2O， 总反应式为 Mg＋H2O2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O，消耗 H＋，使 c(H＋)减小，pH 增大，且 H＋移向正极。 答案 B 11．现有如下两个反应：(A)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，(B)Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋。 (1)根据两反应本质，判断能否设计成原电池________。 (2)如果不能，说明其原因___________________________________________。 (3)如果可以，则写出正、负极材料，其电极反应式及反应类型(“氧化”或“还原”)，电解 质溶液名称： 负极：________，________________，________反应。 正极：________，________________，________反应。 电解质溶液：_____________________________________________________。 若导线上转移电子 1 mol，则正极质量增加________ g。 解析 (1)(2)只有自发的氧化还原反应才能设计成原电池，(A)是非氧化还原反应，(B)是氧 化还原反应且能自发进行；(3)根据电池反应式 Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋可知，Cu 失电子作负极， 负极材料是 Cu，正极材料应是比铜还不活泼的金属或导电非金属；Ag＋得电子，所以此电解质 溶液只能为 AgNO3 溶液(因为 Ag＋只能与 NO － 3 大量共存)。 答案 (1)(A)不能，(B)可以 (2)(A)的反应是非氧化还原反应，没有电子转移 (3)Cu Cu －2e－===Cu2＋ 氧化 石墨棒、Ag、铂、金(任选一种) 2Ag＋＋ 2e－===2Ag 还原 AgNO3 溶液 108 12．燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它主要是利用燃料在氧化过程中把化学能直 接转化为电能，目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是 x 极：O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－ y 极：H2(g)＋2OH－－2e－===2H2O(l) 回答下列问题： (1)x 是________极，发生________反应。(填“氧化”或“还原”，下同) (2)y 是________极，发生________反应。 总反应方程式为___________________________________________________。 (3)若反应后得到 5.4 g 液态水，此时氢氧燃料电池转移的电子数为________。 解析 (1)x 极：O2 得电子发生还原反应，所以为正极。 (2)y 极：H2 失电子发生氧化反应，所以为负极。x 极、y 极得失电子应相同，故 x 极电极方程 式与 y 极电极方程式乘以 2 相加得总反应方程式为 2H2＋O2===2H2O。 (3) 4 mol e－～ 2H2O 4 mol 2×18 g n(e－) 5.4 g n(e－)＝0.6 mol。 答案 (1)正 还原 (2)负 氧化 2H2＋O2===2H2O (3)0.6NA 13．某化学兴趣小组为了探究铝电极在原电池中的作用，设计并进行了以下一系列实验，实 验结果记录如下： 编号 电极材料 电解质溶液 电流计指针偏转方向 1 Al、Mg 稀盐酸 偏向 Al 2 Al、Cu 稀盐酸 偏向 Cu 3 Al、C(石墨) 稀盐酸 偏向石墨 4 Al、Mg 氢氧化钠溶液 偏向 Mg 5 Al、Zn 浓硝酸 偏向 Al 试根据上表中的实验现象回答下列问题： (1)实验 1、2 中 Al 所作的电极(正极或负极)是否相同(填“是”或“否”)？________。 (2)对实验 3 完成下列填空： ①铝为________极，电极反应式：____________________________________。 ②石墨为________极，电极反应式：__________________________________。 ③电池总反应式：_________________________________________________。 (3) 实 验 4 中 铝 作 负 极 还 是 正 极 ________ ， 理 由 是 _______________________ _________________________________________________________________。 写出铝电极的电极反应式：__________________________________________。 (4) 解 释 实 验 5 中 电 流 计 指 针 偏 向 铝 的 原 因 ： __________________________ _________________________________________________________________。 (5) 根 据 实 验 结 果 总 结 出 影 响 铝 在 原 电 池 中 作 正 极 或 负 极 的 因 素 ： ________ _______________________________________________________________。 解析 在原电池中，相对较活泼的金属材料作负极。在稀盐酸中的活动性 Mg＞Al、Al＞Cu。 由实验 1 和 2 可知，原电池中电流计指针是偏向正极。在实验 3 中电流计指针偏向石墨，由 上述规律可知，Al 是负极，石墨是正极。化学反应是 Al 失去电子被氧化为 Al3＋，盐酸中的 H ＋得到电子被还原为 H2。在 NaOH 溶液中活动性 Al＞Mg，则 Al 是负极，Mg 是正极。Al 在浓硝 酸中发生钝化，Zn 在浓硝酸中被氧化，即在浓硝酸中活动性 Zn＞Al，Zn 是负极，Al 是正极， 所以在实验 5 中电流计指针偏向铝。 答 案 (1) 否 (2)① 负 2Al － 6e － ===2Al3 ＋ ② 正 6H ＋ ＋ 6e － ===3H2 ↑ ③2Al ＋ 6HCl===2AlCl3＋3H2↑ (3)负极 在 NaOH 溶液中，活动性 Al＞Mg Al－3e－＋4OH－===AlO－ 2 ＋2H2O (4)Al 在浓硝酸中 发生钝化，Zn 在浓硝酸中发生反应被氧化，即在浓硝酸中活动性 Zn＞Al，Al 是原电池的正极 (5)①另一个电极材料的活动性；②电解质溶液 第 3 单元 电解池、金属的腐蚀与防护 考点一 电解池及电解原理 [考试标准] 1．电解池的概念(/b)。2.电解 CuCl2 溶液的原理及电极反应式(/b)。3.电解池的构成条件(/b)。 4.电解池的构造与工作原理(/b)。5.电解池的电极反应式与电解反应方程式(/b)。6.电解池 的判断(/c)。7.金属冶炼、氯碱工业、电镀在生产生活中的应用(/b)。 1．电解 在电流作用下，电解质在两个电极上分别发生氧化反应和还原反应的过程。 2．电解池 (1)概念：把电能转化为化学能的装置，也就是借助于电流引起氧化还原反应的装置。 (2)构成条件：a.有一个外加直流电源；b.有与电源相连的两个电极；c.两电极插入电解质溶 液或熔融态电解质中；d.成闭合回路。 (3)电极：阴极——连接直流电源负极，在该电极上微粒得到电子，发生还原反应；阳极—— 连接直流电源正极，在该电极上微粒失去电子，发生氧化反应。 (4)电子流向：电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，电子从电解池的阳极沿导线流回 电源正极，电流方向与电子流向相反。 (5)电解质溶液中的离子流向：阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动。 3．电解氯化铜溶液 如图为电解氯化铜溶液的实验装置。 (1)通电数分钟后，阴极观察到的现象是有红色物质析出；阳极观察到的现象是有黄绿色刺激 性气味气体产生。 (2)实验原理分析与讨论 ①通电前，氯化铜溶液中存在的离子是 Cu2＋、Cl－、H＋、OH－。 ②通电后，移向阴极的离子是 Cu2＋、H＋，移向阳极的离子是 Cl－、OH－。 ③阴极电极反应式是 Cu2＋＋2e－===Cu，阳极电极反应式是 2Cl－－2e－=== Cl2↑。 (3)反应的化学方程式是 CuCl2=====通电Cu＋Cl2↑。 4．电解的应用 (1)氯碱工业 ①概念：用电解饱和 NaCl 溶液的方法来制取 NaOH、H2 和 Cl2，并以它们为原料生产一系列化 工产品的工业，称为氯碱工业。 ②原理 阳极（C）：2Cl－－2e－===Cl2↑（氧化反应） 阴极（Fe）：2H＋＋2e－===H2↑（还原反应） 总反应：2NaCl＋2H2O=====通电2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (2)电镀与电解精炼铜 电镀 (Fe 上镀 Cu) 电解精炼铜 阳极 电极 材料 铜 粗铜(含 Zn、Fe、Ni、Ag、 Au 等杂质) 电极 反应 Cu－2e－===Cu2＋ Cu－2e－===Cu2＋ Zn－2e－===Zn2＋ Fe－2e－===Fe2＋ Ni－2e－===Ni2＋ 阴极 电极材料 铁 纯铜 电极反应 Cu2＋＋2e－===Cu 电解质溶液 CuSO4 溶液 注：电解精炼铜时，粗铜中的 Ag、Au 等不反应，沉在电解池底部形 成阳极泥 (3)电解冶炼 利用电解熔融盐或氧化物的方法来冶炼活泼金属 Na、Ca、Mg、Al 等。 ①冶炼钠：2NaCl(熔融)=====通电2Na＋Cl2↑ 电极反应： 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：2Na＋＋2e－===2Na。 ②冶炼铝：2Al2O3(熔融)======= 通电 冰晶石 4Al＋3O2↑ 电极反应： 阳极：6O2－－12e－===3O2↑；阴极：4Al3＋＋12e－===4Al。 ③冶炼镁：MgCl2(熔融)=====通电Mg＋Cl2↑ 电极反应：阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极：Mg2＋＋2e－===Mg。 【易错判断】 正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)Cu＋H2SO4===CuSO4＋H2↑可以设计成电解池，但不能设计成原电池( ) (2)电解饱和食盐水时，两个电极均不能用金属材料( ) (3)根据得失电子守恒可知电解精炼铜时，阳极减少的质量和阴极增加的质量相等( ) (4)电解质溶液导电是化学变化，金属导电是物理变化( ) (5)任何水溶液电解时，必将导致氧化还原反应( ) 答案 (1)√ (2)× (3)× (4)√ (5)√ [归纳总结] 以惰性电极电解电解质溶液的类型和规律 类型 电极反应特点 实例 电解对象 电解质溶 液浓度 pH 电解质溶液 复原 电解水 型 阴：2H＋＋2e－ ===H2 ↑ ( 或 2H2O ＋ 2e － ===2OH－＋H2↑) 阳 ： 4OH － － 4e － ===2H2O ＋ O2 ↑ ( 或 2H2O－4e － ===4H＋ ＋ O2↑) NaOH 水 增大 增大 加水 H2SO4 水 增大 减小 加水 Na2SO4 水 增大 不变 加水 电解 电解质 型 电解质电离出的阴、 阳离子分别在两极 放电 HCl 电解质 减小 增大 通氯化氢 CuCl2 电解质 减小 加氯化铜 放 H2 生碱型 阴极：H2O 放 H2 生碱 阳极：电解质阴离子 放电 NaCl 电解质和水 生成新电 解质 增大 通氯化氢 放 O2 生酸型 阴极：电解质阳离子 放电 阳极：H2O 放 O2 生酸 CuSO4 电解质和水 生成新电 解质 减小 加氧 化铜 或碳 酸铜 [考法题组] [易错判断题] 1．(金华联考)用石墨电极电解 CuCl2 溶液(如图)。 下列分析正确的是( ) A．a 端是直流电源的负极 B．通电使 CuCl2 发生电离 C．阳极上发生的反应：Cu2＋＋2e－===Cu D．通电一段时间后，在阴极附近观察到黄绿色气体 解析 A 项，Cu2＋流向电解池的阴极，可判断 a 极为电源的负极，正确；B 项，CuCl2 的电离与 通电无关，错误；C 项，阳极上发生的反应为 2Cl－－2e－=== Cl2↑，错误；D 项，通电后 Cl2 应在阳极生成，错误。 答案 A [原理分析题] 2．下列描述中，不符合生产实际的是( ) A．电解熔融的 Al2O3 制取铝，用石墨作阳极 B．电解法精炼铜，用纯铜作阴极 C．工业上电解饱和食盐水，可制得烧碱、氢气和氯气 D．电解氯化镁溶液，可制得镁和氯气 解析 电解氯化镁溶液阴极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑，无金属镁生成。工业上通过电解熔融 氯化镁制取镁与氯气。 答案 D 3．某同学组装了如图所示的电化学装置，电极Ⅰ为 Al，其他电极均为 Cu，则 ( ) A．电流方向：电极Ⅳ→Ⓐ→电极Ⅰ B．电极Ⅰ发生还原反应 C．电极Ⅱ逐渐溶解 D．电极Ⅲ的电极反应：Cu2＋＋2e－===Cu 解析 电极Ⅰ为 Al，其他电极均为 Cu，可判断，Ⅰ是原电池的负极，Ⅱ是原电池的正极，Ⅲ 是电解池的阳极，Ⅳ是电解池的阴极，A 项，外电路电流方向是从正极流向负极，即电极Ⅳ→ Ⓐ→电极Ⅰ，正确；B 项，负极发生氧化反应，错误；C 项，正极上的电极反应为 Cu2＋＋2e－===Cu， 电极Ⅱ有 Cu 析出逐渐增重，错误；D 项，阳极的电极反应为 Cu－2e－===Cu2＋，错误。 答案 A 4．电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解 液 a；X、Y 是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题： (1)若 X、Y 都是惰性电极，a 是饱和 NaCl 溶液，实验开始时，同时在两 边各滴入几滴酚酞试液，则 ①电解池中 X 极上的电极反应式为________________。在 X 极附近观察 到 的 实 验 现 象 是 _________________________________________________________ _________________________________________________________________。 ②Y 电极上的电极反应式为________。检验该电极反应产物的方法是________________。 (2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液 a 选用 CuSO4 溶液，则①X 电极的材料是________，电极 反应式为___________________________________________ __________________________________________________________________。 ②Y 电极的材料是________，电极反应式为______________________________ _________________________________________________________________。 (说明：杂质发生的电极反应不必写出) 解析 用惰性电极电解饱和食盐水时阳极反应为 2Cl－－2e－===Cl2↑；阴极反应为 2H＋＋2e－ ===H2↑。X 极反应产物为 H2 和 NaOH，H2 逸出，NaOH 使溶液呈现碱性，加入酚酞变红，Y 极产 生氯气，能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝色；电解精炼铜时阳极(粗铜)上活泼性比铜强的杂 质先失去电子，而活泼性比铜差的杂质则形成阳极泥。 答案 ①2H＋＋2e－===H2↑ 放出气体，溶液变红 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 把湿润的碘化钾淀粉试纸放在 Y 电极出口附近，试纸变蓝色 (2)①纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu ②粗铜 Cu－2e－===Cu2＋ 考点二 金属的腐蚀与防护 [考试标准] 1．金属腐蚀的危害(/a)。2.金属发生电化学腐蚀的基本原理(/c)。3.金属的防护(/b)。 1．金属腐蚀的本质 金属原子失去电子变为金属阳离子，金属发生氧化反应。 2．析氢腐蚀与吸氧腐蚀比较 类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀 条件 水膜酸性较强(pH≤4.3) 水膜酸性很弱或呈中性 电 极 反应 负极 Fe－2e－===Fe2＋ 正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 总反应式 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2 联系 吸氧腐蚀更普遍 铁锈的形成：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O。 3．金属的防护 (1)电化学防护 ①牺牲阳极的阴极保护法——原电池原理 a．负极：比被保护金属活泼的金属； b．正极：被保护的金属设备。 ②外加电流的阴极保护法——电解原理 a．阴极：被保护的金属设备； b．阳极：惰性金属。 (2)改变金属的内部结构，如制成合金、不锈钢等。 (3)加防护层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀、喷镀或表面钝化等方法。 【易错判断】 正确的打“√”，错误的打“×”。 (1)所有金属纯度越大，越不易被腐蚀( ) (2)纯银器表面变黑和钢铁表面生锈腐蚀原理一样( ) (3)干燥环境下金属不被腐蚀( ) (4)Al、Fe、Cu 在潮湿的空气中腐蚀均生成氧化物( ) (5)在钢铁表面涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等物质( ) (6)用电镀的方法，在钢铁制品表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等( ) (7)工业上常利用一些溶液的氧化作用，在机器零件、精密仪器、枪炮等钢铁制件的表面上形 成一层致密的黑色的四氧化三铁薄膜( ) (8)把铬、镍等加入普通钢里制成不锈钢，就大大地增加了钢铁对各种侵蚀的抵抗力( ) (9)给铁件通入直流电，把铁件与电池负极相连接以防止铁腐蚀( ) (10)制成合金后均比纯金属耐腐蚀( ) 答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√ (6)√ (7)√ (8)√ (9)√ (10)× [归纳总结] 金属腐蚀快慢的比较方法 判断金属腐蚀的快慢，其主要从下面四点进行腐蚀快慢的判断： (1)电解原理引起的腐蚀＞原电池原理引起的腐蚀＞化学腐蚀＞原电池原理防护的腐蚀＞电 解原理防护的腐蚀。 (2)对同一种金属，腐蚀的快慢与电解质性质有关：强电解质溶液＞弱电解质溶液＞非电解质 溶液。 (3)构成原电池的两极材料其活动性差别越大，活泼金属就越易腐蚀。 (4)与金属接触的电解质溶液中消耗的离子浓度有关，该离子浓度越大，金属腐蚀越快。 [考法题组] [易错判断题] 1．钢铁发生电化学腐蚀时，正极上发生的电极反应是( ) A．2H＋＋2e－===H2↑ B．Fe2＋＋2e－===Fe C．2H2O＋O2＋4e－===4OH－ D．Fe3＋＋e－===Fe2＋ 解析 钢铁发生吸氧腐蚀时，负极反应为 Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为 O2＋4e－＋2H2O===4OH－， C 正确。 答案 C [原理分析题] 2．将 NaCl 溶液滴在一块光亮清洁的铁板表面上，一段时间后发现液滴覆盖的圆圈中心区(a) 已被腐蚀而变暗，在液滴外沿形成棕色铁锈环(b)，如图所示。导致该现象的主要原因是液滴 之下氧气含量比边缘处少。下列说法正确的是( ) A．液滴中的 Cl－由 a 区向 b 区迁移 B．液滴边缘是正极区，发生的电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．液滴下的 Fe 因发生还原反应而被腐蚀，生成的 Fe2＋由 a 区向 b 区迁移，与 b 区的 OH－形成 Fe(OH)2，进一步氧化、脱水形成铁锈 D．若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加 NaCl 溶液，则负极发生的电极反应为： Cu－2e－===Cu2＋ 解析 a 区是负极，b 区是正极。Cl－由 b 区向 a 区迁移，A 错；正极反应为 O2＋2H2O＋4e－===4OH －，B 正确；由题干知铁板发生吸氧腐蚀，铁做负极，发生氧化反应，因此 C 项错；铜镙丝钉 作正极，铁板作负极，电极反应为 Fe－2e－===Fe2＋，因此 D 错。 答案 B [实验分析题] 3．如图所示，液面上浮着一个空心铁球。 (1)数天后可观察到的现象是( ) ①铁球表面出现红棕色锈斑 ②铁球表面出现黑色锈斑 ③量筒内水位下降 ④量筒内水位上升 A．①③ B．①④ C．②③ D．③④ (2)发生上述现象的原因是____________________________________________ ___________________________________________________________________ (用反应式及必要的文字予以说明)。 解析 量筒中的空气、溶有 O2 的食盐水和铁球(铁碳合金)组成原电池，发生了吸氧腐蚀。其 负极反应是 2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应是 O2＋2H2O＋4e－===4OH－。Fe2＋与 OH－结合成 Fe(OH)2， 再被氧化成 Fe(OH)3，Fe(OH)3 脱水成为 Fe2O3·xH2O 而在铁球表面出现红棕色锈斑。由于量筒 中的 O2 被吸收，所以量筒内的水位会上升。 答案 (1)B (2)铁球发生吸氧腐蚀。其负极反应为 2Fe－4e－===2Fe2＋，正极反应为 O2＋2H2O ＋ 4e － ===4OH － ， 总 反 应 为 2Fe ＋ O2 ＋ 2H2O===2Fe(OH)2 ， 随 后 反 应 为 4Fe(OH)2 ＋ O2 ＋ 2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3=====△ Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O (时间：45 分钟) [基础过关题] 1．化学与生活、生产有着密切关系，下列叙述中正确的是 ( ) A．钢铁发生析氢腐蚀时，H＋得电子释放出 H2，钢铁被腐蚀 B．钢铁发生吸氧腐蚀时，OH－失电子释放出 O2，钢铁被腐蚀 C．船底镶嵌锌块，锌发生还原反应而被消耗，以保护船体 D．外加电源的正极连接在海水中的钢铁闸门上，可保护闸门 解析 发生吸氧腐蚀时正极反应式是 O2＋2H2O＋4e－===4OH－，整个过程是吸收 O2 而不是释放出 O2，B 错误；选项 C 中是牺牲阳极的阴极保护法，金属锌发生氧化反应，C 错；选项 D 中是外 加电流的阴极保护法，钢铁闸门应与外加电源的负极相连，D 错。 答案 A 2．下列关于电解原理的叙述正确的是 ( ) A．为防止轮船腐蚀，将轮船的外壳与外电源的负极相连 B．在锌片上镀铜，用氯化锌溶液作电镀液 C．电解氯化钠溶液制备氢气和氯气时，用铁作阳极 D．用电解法精炼铜时，在阴极上可析出铁 解析 B 项，应该用氯化铜或硫酸铜溶液作电镀液，不正确；C 项，电解氯化钠溶液制备氢气 和氯气时，应该用惰性电极作阳极，不能用铁作阳极，不正确；D 项，电解精炼铜时，在阴极 只析出铜，不会析出铁，不正确。 答案 A 3．下列关于电解池形成的闭合回路的叙述中，正确的是 ( ) A．电解池中的闭合电路是由电子的定向运动形成的 B．金属导线中，电子从电源的负极流向电解池的阴极，从电解池的阴极流向 电源的正极 C．在电解质溶液中，阴离子向阴极移动，阳离子向阳极移动 D．相同时间内，阳离子在阴极上得到的电子与阴离子在阳极上失去的电子数 相等 解析 电解池中电解质溶液依靠阴、阳离子的定向移动而导电，电解过程中阴极、阳极得失 电子数目守恒。 答案 D 4．下列图示中关于铜电极的连接错误的是 ( ) 解析 在镀件上镀铜时，铜应作阳极，与电源正极相连，镀件应作阴极，与电源负极相连。 答案 C 5．下列金属防腐的措施中，使用外加电流的阴极保护法的是 ( ) A．水中的钢闸门连接电源的负极 B．金属护栏表面涂漆 C．汽车底盘喷涂高分子膜 D．地下钢管连接镁块 解析 A 项，水中钢闸门连接电源的负极，即作为电化学保护装置的阴极，使其不发生失电子 反应而被保护，正确；B 项和 C 项都属于外加防护层的防腐方法，B、C 两项不符合题意，错 误；D 项，属于牺牲阳极的阴极保护法，错误。 答案 A 6．下列各组溶液电解一段时间后，再加入相关物质，溶液能恢复原状况的是 ( ) 电解质溶液 阳极 阴极 加入的物质 A NaCl 溶液 石墨 铁 盐酸 B NaOH 溶液 石墨 石墨 水 C 硫酸铜溶液 石墨 石墨 硫酸铜 D 硫酸 铁 石墨 H2O 解析 电解过程中，损耗什么物质，补充什么物质。往往是两极损耗物质所含元素组成的化 合物。对于 A，在阳极产生 Cl2，在阴极产生 H2，应补充 H、Cl 元素，但加入 H2、Cl2 显然不行， 应通入 HCl，本例中加盐酸则多引入了水；对于 B，只电解了水，补充水是正确的；对于 C， 阳极放出 O2，阴极析出 Cu，应补充 CuO；对于 D，因阳极材料是铁，所以电极反应式是 阳极：Fe－2e－===Fe2＋， 阴极：2H＋＋2e－===H2↑。 按理应补 H 去 Fe，其实这种变化加一种物质无法恢复。 答案 B [应试提升题] 7. 某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，先断开 K2，闭合 K1，两极均有气泡产生；一段时间后，断开 K1，闭合 K2，发现电流 表 A 指针偏转。下列有关描述正确的是 ( ) A．断开 K2，闭合 K1 时，总反应的离子方程式为：2H＋＋2Cl－=====电解Cl2 ↑＋H2↑ B．断开 K2，闭合 K1 时，石墨电极附近溶液变红 C．断开 K1，闭合 K2 时，铜电极上的电极反应为：Cl2＋2e－===2Cl－ D．断开 K1，闭合 K2 时，石墨电极作正极 解析 断开 K2，闭合 K1 时，为电解池，两极均有气泡产生，说明 Cu 极不是阳极，所以阳极(石墨)反应为：2Cl－－2e－=== Cl2↑，阴极(Cu)反应为：2H2O＋2e－===H2 ↑＋2OH－(Cu 极附近溶液变红，B 项错误)，总电解反应为 2Cl－＋2H2O=====电解H2↑＋2OH－＋Cl2↑(A 项错误)。断开 K1，闭合 K2 时，为原电池，有 Cl2 的石墨为正极(D 项正确)，反应为：Cl2＋2e －===2Cl－(C 项错误)；有 H2 的 Cu 极为负极，反应为：H2－2e－＋2OH－===2H2O(C 项错误)。 答案 D 8．某同学将电解池工作时电子、离子流动方向及电极种类等信息表示在下图中，下列有关分 析完全正确的是 ( ) A B C D a 电极 阳极 阴极 阳极 阴极 d 电极 正极 正极 负极 负极 Q 离子 阳离子 阳离子 阴离子 阴离子 解析 电子由电源的负极流出，故 a 是阴极、d 是正极，溶液中阳离子移向阴极。 答案 B 9．用惰性电极电解下列溶液，在阴、阳两极生成气体的体积比为 1∶1 的是( ) A．NaCl 溶液 B．CuCl2 溶液 C．CuSO4 溶液 D．KOH 溶液 解析 A 项电解方程式为 2NaCl＋2H2O=====电解Cl2↑(阳极)＋H2↑(阴极)＋2NaOH，且阴、阳两极生 成气体的体积比为 1∶1，正确；B 项电解方程式为 CuCl2=====电解Cu(阴极)＋Cl2↑(阳极)，阴极没 有气体生成，不正确；C 项电解方程式为 2CuSO4＋2H2O=====电解2Cu(阴极)＋O2↑(阳极)＋2H2SO4， 阴极没有气体生成，不正确；D 项电解方程式为 2H2O=====电解2H2↑(阴极)＋O2↑(阳极)，阴、阳两 极生成气体的体积比为 2∶1，不正确。 答案 A 10．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为 2Fe＋2H2O＋O2=== 2Fe2＋＋4OH－。以 下说法正确的是 ( ) A．负极发生的反应为 Fe－2e－===Fe2＋ B．正极发生的反应为 2H2O＋O2＋2e－===4OH－ C．钢铁被腐蚀最后生成的铁锈为 Fe(OH)2 D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀 解析 由原电池工作原理可知，负极反应为 Fe－2e－===Fe2＋，正极反应为 2H2O＋O2＋4e－===4OH －；钢铁被腐蚀最后生成铁锈，主要成分是 Fe2O3·xH2O；钢柱在空气与水交界处易发生电化学 腐蚀，所以比在水下部分更易被腐蚀。 答案 A 11．对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 (1)以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为 ________________________。 (2) 镀 铜 可 防 止 铁 制 品 腐 蚀 ， 电 镀 时 用 铜 而 不 用 石 墨 作 阳 极 的 原 因 是 ________________________。在此过程中，两个电极上质量的变化值：阴极________阳极(填 “>”、“<”或“＝”)。 (3)利用右图所示的装置，可以模拟铁的电化学防护。若 X 为碳棒， 为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于________(填“M”或“N”)处。若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为___________。 解析 (3)铁被保护，可以作原电池的正极或电解池的阴极。故若 X 为碳棒，开关 K 应置于 N 处，Fe 作阴极受到保护；若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，铁作正极，称为牺牲阳极的阴极保护法。 答案 (1)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋ (2)能向电镀液中不断补充 Cu2＋，使电镀液中的 Cu2＋浓度保持恒定 ＝ (3)N 牺牲阳极的阴极保护法 12．(丽水月考)如图所示，通电 5 min 后，第③极增重 2.16 g，此时 CuSO4 恰好电解完。设 A 池中原混合溶液的体积为 200 mL。 (1)电源 F 为________极；第②极为________极；B 池为________池。 (2)A 池 中 第 ② 极 上 的 电 极 反 应 式 为 __________________________________ ______________________________________。 (3)通电前 A 池中原混合溶液 Cu2＋的浓度为________。 解析 (1)由第③极增重 2.16 g 可知，①③是电解池的阴极，②④是电解池的阳极，E 是电源 的负极，F 是电源的正极。又因为 B 池的阳极是银，电解质是硝酸银，故该池是电镀池。(2)A 池中，第②极只发生反应 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。(3)因为第③极增重 2.16 g 是银的质量， 即转移电子是 2.16 g÷108 g·mol－1＝0.02 mol，而第①极反应为 Cu2＋＋2e－===Cu，故原 Cu2＋物质的量为 0.02 mol×1 2 ＝0.01 mol，故 Cu2＋的物质的量浓度为 0.05 mol·L－1。 答案 (1)正 阳 电镀 (2)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (3)0.05 mol·L－1 13．某课外活动小组设计了如图所示装置，调节滑动变阻器，在电流强度适中的情况下用其 进行缓慢电解 NaCl 溶液及相关实验(此时，打开止水夹 a，关闭止水夹 b)。由于粗心，实验 并未达到预期目的，但也看到了令人高兴的现象。请帮助他们分析并回答下列问题(图中阳离 子交换膜只允许阳离子和水分子通过)： (1)写出 B 装置中的电极反应式： Pt 极_____________________________________________________________； Fe 极_____________________________________________________________。 (2)写出观察到的 A 装置中的现象： ①______________________________________________________________； ②______________________________________________________________； ③______________________________________________________________。 (3)当观察到 A 装置中的现象后，他们关闭止水夹 a，打开止水夹 b，再观察 C 装置。若无现 象 ， 说 明 理 由 ； 若 有 现 象 ， 请 写 出 有 关 反 应 方 程 式 ______________ _________________________________________________________________。 (4) 若 想 达 到 电 解 NaCl 溶 液 的 目 的 ， 应 如 何 改 进 装 置 ， 请 提 出 你 的 意 见 _________________________________________________________________。 解析 (2)打开止水夹 a、关闭止水夹 b 时，生成的氢气进入烧瓶，压强增大，将氨气压出， 氨气将导管内空气排出后，与烧杯中水接触而开始溶解，引起 A 装置烧杯中的 H2O 倒吸进烧瓶 并产生红色喷泉；但由于氢气不溶于水，故烧瓶中液面上升到高于左侧导管口一定程度后又 逐渐下落至与导管口相平；最终烧杯中溶液呈红色，导管口有气泡(氢气)逸出。(3)关闭止水 夹 a、打开止水夹 b，Pt 极产生的氢气，会将电解质溶液压入烧杯 C 中，发生反应：Fe2＋＋2OH －===Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3[或 4Fe2＋＋8OH－＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3↓]。(4) 若想达到电解 NaCl 溶液的目的，应把 Fe 电极换成 C、Pt 等惰性电极或将装置中两电极调换 位置等。 答案 (1)2H＋＋2e－===H2↑(或 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑) Fe－2e－=== Fe2＋ (2)①A 装置烧杯中的 H2O 倒吸进烧瓶并产生红色喷泉 ②烧瓶中液面上升到高于左侧导管口 一定程度后又逐渐下落至与导管口相平 ③最终烧杯中溶液呈红色，导管口有气泡逸出 (3)Fe2 ＋ ＋ 2OH － ===Fe(OH)2 ↓ ， 4Fe(OH)2 ＋ 2H2O ＋ O2===4Fe(OH)3[ 或 4Fe2 ＋ ＋ 8OH － ＋ 2H2O ＋ O2===4Fe(OH)3↓] (4)把 Fe 电极换成 C、Pt 等惰性电极(或将装置中两电极调换位置等)