高三化学导学--- 化学反应与能量.pdf

高三化学高三化学-化学反应与能量化学反应与能量【考纲导向】【考纲导向】1了解化学反应中能量转化的原因，能说出常见的能量转化形式。2了解化学能与热能的相互转化。了解吸热反应、放热反应、反应热等概念。3理解吸热反应、放热反应与反应物及生成物能量的关系。4理解化学反应中的能量变化与化学键变化的关系。5了解热化学方程式的含义，能正确书写热化学方程式。6了解焓变与反应热的含义。了解HH(反应产物)H(反应物)表达式的含义。7理解盖斯定律，并能运用盖斯定律进行有关反应焓变的简单计算。8了解能源是人类生存和社会发展的重要基础。知道节约能源、提高能量利用效率的实际意义，知道化学在解决能源危机中的重要作用。【命题分析命题分析】化学反应的热效应的考查，一是在选择题中单独设题，考查反应中的能量变化、反应热的比较及盖斯定律的计算；二是在选择题中某一选项出现，多与图像分析相结合；三是在填空题中考查，考查盖斯定律的计算或结合盖斯定律的热化学方程式的书写。电化学内容是高考试卷中的常客，对原电池和电解池的考查往往以选择题的形式考查两电极反应式的书写、两电极附近溶液性质的变化、电子的转移或电流方向的判断等。在第 II 卷中会以应用性和综合性进行命题，如与生产生活(如金属的腐蚀和防护等)相联系，也无机推断、实验及化学计算等学科内知识综合，尤其特别注意燃料电池和新型电池的正、负极材料分析和电极反应式的书写。核心考点一核心考点一反应热及其表示方法反应热及其表示方法1反应热和焓变(1)反应热是化学反应中放出或吸收的热量。(2)焓变是化学反应在恒温、恒压条件下放出或吸收的热量。(3)化学反应的反应热用一定条件下的焓变表示，符号为H，单位为 kJmol1。2吸热反应与放热反应1类型比较定义表示方法形成原因吸热反应吸收热量的化学反应H0E(反应物)E(生成物)放热反应放出热量的化学反应HE(生成物)形成实质图示E1活化能(反应物分子变成活化分子所需的能量)E2活化能(生成物分子变成活化分子所需的能量)图示HE1E2使用催化剂，E1减小，E2减小，H不变所有的水解反应大多数的分解反应Ba(OH)28H2O 与 NH4Cl 的反应反应类型或实例高温CH2O(g)=COH2高温CCO2=2CO考法一考法一反应过程中的焓变反应过程中的焓变【典例【典例 1 1】(2020浙江 7 月选考)关于下列 H的判断正确的是()+CO23(aq)H(aq)=HCO3(aq)CO2HCO3(aq)H2O(l)3(aq)OH(aq)HE1E2使用催化剂，E1减小，E2减小，H 不变所有的中和反应所有的燃烧反应大多数的化合反应活泼金属与水、较活泼金属与酸的反应铝热反应H1H2H3H4OH(aq)H+(aq)=H2O(l)OH(aq)CH3COOH(aq)=CH3COO(aq)H2O(l)AH10H20BH1H2CH30H40DH3H4+-CO2【解析】碳酸氢根的电离属于吸热过程，则 CO2所以H10；3的水解反应为吸热反应，OH(aq)+H+(aq)=H2O(l)表示强酸和强碱的中和反应，为放热反应，所以 H30；醋酸与强碱的中和反应为放热反应，所以H4H3；综上所述，只有H10，生成物的能量高于反应物的能量，反应的 H 0SiCl4(g)+H2(g)4SiHCl3(g)H203SiCl4(g)+2H2(g)+Si(s)3SiHCl3(g)H32SiCl4(g)+H2(g)+Si(s)+HCl(g)(4)反应的 H3=_(用 H1，H2表示)。I.参加反应的物质是固态的Si、【解析】气态的HCl，生成的是气态的SiHCl3和氢气，反应条件是300，配平后发现 SiHCl3的化学计量数恰好是 1mol，由此可顺利写出该条件下的热化学方程式：Si(s)+3HCl(g)SiHCl3(g)+H2(g)H=-225kJmol-1；II.(4)将反应反向，并与反应直接相加可得反应，所以H3=H2-H1，因H20，所以H3必小于 0，即反应正反应为放热反应；【答案】Si(s)+3HCl(g)(4)H2-H1SiHCl3(g)+H2(g)H 225kJ mol1考法二考法二热化学方程式的正误判断热化学方程式的正误判断【典例【典例 2 2】25、101 kPa 时，强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的中和热H 为573 kJmol1，辛烷的标准燃烧热 H 为5 518 kJmol1。下列热化学方程式书写正确的是()9A2H(aq)SO2mol14(aq)2Na(aq)2OH(aq)=Na2SO4(aq)2H2O(l)H573 kJ11BKOH(aq)H2SO4(aq)=K2SO4(aq)H2O(l)H573 kJmol12225CC8H18(l)O2(g)=8CO2(g)9H2O(g)2D2C8H18(l)25O2(g)=16CO2(g)18H2O(l)H5 518 kJmol1H5 518 kJmol1【解析】A 项，所列热化学方程式中有两个错误，一是中和热是指反应生成1 mol H2O(l)时的反应热，二是当有 BaSO4沉淀生成时，反应的热效应会有所变化，生成1 mol H2O(l)时产生的热量不再是 573 kJ，错误；C 项，燃烧热是指1 mol 可燃物完全燃烧生成稳定的物质时所产生的热量，这时产物中的水应为液态水，错误；D 项，当 2 mol 液态辛烷完全燃烧时，产生的热量为11 036 kJ，错误。【答案】B考法三考法三焓变的判断与比较【典例【典例 3 3】(2014江苏化学)已知：C(s)O2(g)=CO2(g)H1CO2(g)C(s)=2CO(g)H22CO(g)O2(g)=2CO2(g)H34Fe(s)3O2(g)=2Fe2O3(s)H43CO(g)Fe2O3(s)=3CO2(g)2Fe(s)H5下列关于上述反应焓变的判断正确的是()A.H10，H30B.H20，H40C.H1H2H3D.H3H4H5【解析】设题中反应由上到下分别为、，反应为碳的燃烧，是放热反应，H10，反应为 CO 的燃烧，是放热反应，H30，反应为铁的氧化反应(化合反应)，是放热反应，H40，A、B 错误；C 项，由于反应反应反应，所以H1H2H3，正确；DH4H52项，反应(反应反应2)/3，所以 H3，错误。3【答案】C考法四考法四盖斯定律的简单运用盖斯定律的简单运用【典例四】【典例四】(2020北京卷)依据图示关系，下列说法不正确的是()A石墨燃烧是放热反应B1molC(石墨)和 1molCO 分别在足量 O2中燃烧，全部转化为CO2，前者放热多CC(石墨)+CO2(g)=2CO(g)H=H1-H2D化学反应的 H，只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关【解析】A所有的燃烧都是放热反应，根据图示，C(石墨)+O2(g)=CO2(g)H1=-3935kJ/mol，H10，则石墨燃烧是放热反应，故 A 正确；B根据图示，C(石墨)+O2(g)=CO2(g)H1=-3935kJ/mol，CO(g)+1O2(g)=CO2(g)H2=-2830kJ/mol，根据反应可知都是放热反应，1molC(石墨)和 1molCO 分别在足量 O22中燃烧，全部转化为 CO2，1molC(石墨)放热多，故 B 正确；C根据 B 项分析，C(石墨)+O2(g)=CO2(g)H1=-3935kJ/mol，CO(g)+1O2(g)=CO2(g)H2=-2830kJ/mol，根据盖斯定律-2 可得：C(石21 0墨)+CO2(g)=2CO(g)H=H1-2H2，故C 错误；D根据盖斯定律可知，化学反应的焓变只与反应体系的始态和终态有关，与反应途径无关，故D 正确；故选 C。【答案】C考法五考法五盖斯定律的综合运用盖斯定律的综合运用【典例【典例 5 5】(2017新课标卷)近期发现，H2S 是继 NO、CO 之后的第三个生命体系气体信号分子，它具有参与调节神经信号传递、舒张血管减轻高血压的功能。回答下列问题：(2)下图是通过热化学循环在较低温度下由水或硫化氢分解制备氢气的反应系统原理。通过计算，可知系统()和系统()制氢的热化学方程式分别为_、_，制得等量 H2所需能量较少的是_。【解析】(2)H2SO4(aq)=SO2(g)+H2O(l)+1O2(g)H1=327kJ/mol2SO2(g)+I2(s)+2H2O(l)=2HI(aq)+H2SO4(aq)H2=151kJ/mol2HI(aq)=H2(g)+I2(s)H3=110kJ/molH2S(g)+H2SO4(aq)=S(s)+SO2(g)+2H2O(l)H4=61kJ/mol+，整理可得系统(I)的热化学方程式 H2O(l)=H2(g)+1O2(g)H=+286kJ/mol；2+，整理可得系统(II)的热化学方程式 H2S(g)+=H2(g)+S(s)H=+20kJ/mol。根据系统 I、系统 II 的热化学方程式可知：每反应产生 1mol 氢气，后者吸收的热量比前者少，所以制取等量的 H2所需能量较少的是系统 II。【答案】(2)H2O(l)=H2(g)+O2(g)H=+286 kJ/mol系统(II)H2S(g)=H2(g)+S(s)H=+20 kJ/mol比较反应热大小的四个注意要点(1)反应物和生成物的状态：物质的气、液、固三态的变化与反应热的关系。(2)H 的符号：比较反应热的大小时，不要只比较H 数值的大小，还要考虑其符号。(3)参加反应物质的量：当反应物和生成物的状态相同时，参加反应物质的量越多，放热反应的 H 越小，吸热反应的 H 越大。(4)反应的程度：参加反应物质的量和状态相同时，反应的程度越大，热量变化越大。1 11下列热化学方程式正确的是()选项A已知条件H2的燃烧热为 a kJmol11 mol SO2、0.5 mol O2完全反应后，放出热量 983 kJH(aq)OH(aq)=H2O(l)H573 kJmol131 g白磷比31 g红磷能量多b kJ热化学方程式点燃H2Cl2=2HClHa kJmol12SO2(g)O2(g)H983 kJmol1H2SO4(aq)Ba(OH)2(aq)=BaSO4(s)2H2O(l)H1146 kJmol1P4(白磷，s)=4P(红磷，s)H4b kJmol1B2SO3(g)CD【答案】D【解析】选项A 中符合已知条件的应是H2和 O2反应，A 错；H 应为1966 kJmol1，B 错；选项C 中由于生成 BaSO4沉淀，放出的热量大于1146 kJ，C 错。2根据如图所给信息，得出的结论正确的是()A48 g 碳完全燃烧放出热量为1 574 kJmol1B2C(s)O2(g)=2CO(g)H2210 kJmol1C2CO2(g)=2CO(g)O2(g)H2830 kJmol1DC(s)O2(g)=CO2(s)H3935 kJmol1【答案】B【解析】48 g C 完全燃烧放热为 3935 kJmol14 mol1 574 kJ，不是1 574 kJmol1，故A 错误；据图示可知，1 mol C 燃烧生成 CO 放热 393 5 kJ283 0 kJ110 5 kJ，所以 2 mol C 燃烧生成 CO 放热 221 0kJ，故 B 正确；1 mol CO 燃烧生成 1 mol 二氧化碳放热 2830 kJ，所以 2CO2(g)=2CO(g)O2(g)H5660 kJmol1，故 C 错误；应该生成二氧化碳气体，不是固态，故D 错误。3一定条件下，在水溶液中1 mol Cl、ClOx(x1，2，3，4)的能量(kJ)相对大小如图所示，下列有关说法正确的是()1 2A.e是 ClO3B.bac反应的活化能为 60 kJmol1C.a、b、c、d、e中 c最稳定D.bad 反应的热化学方程式为3ClO(aq)=ClO3(aq)2Cl(aq)H 116 kJmol1【答案】D【解析】A 项，e中 Cl元素化合价为7 价，而ClO3中 Cl元素化合价为5 价，错误；B 项，bac反应的活化能为 40 kJmol1，错误；C 项，a、b、c、d、e中 a能量最低，所以最稳定，错误；D 项，bad，根据转移电子守恒得该反应方程式为3ClO=ClO32Cl，反应热64 kJmol12 0 kJmol13 60kJ mol1116 kJ mol1，所以该热化学反应方程式为3ClO(aq)=ClO3(aq)2Cl(aq)H 116kJ mol1，正确。4(2019浙江 4 月选考)MgCO3和 CaCO3的能量关系如图所示(M Ca、Mg)：M2+(g)CO32-(g)M2+(g)O2(g)CO2(g)已知：离子电荷相同时，半径越小，离子键越强。下列说法不正确的是A H1(MgCO3)H1(CaCO3)0B H2(MgCO3)H2(CaCO3)0C H1(CaCO3)H1(MgCO3)H3(CaO)H3(MgO)D 对于 MgCO3和 CaCO3，H1 H2 H3【答案】C【解析】根据盖斯定律，得 H=H1+H2+H3，又易知 Ca2+半径大于 Mg2+半径，所以 CaCO3的离子键强度弱于 MgCO3，CaO 的离子键强度弱于 MgO。A 项，H1表示断裂 CO32-和 M2+的离子键所吸收的能量，离子键强度越大，吸收的能量越大，因而 H1(MgCO3)H1(CaCO3)0，A 项正确；B 项，H2表示断裂 CO32-中共价键形成 O2和 CO2吸收的能量，与M2+无关，因而H2(MgCO3)H2(CaCO3)0，B 项正C 项，H3为负值，确；由上可知 H1(CaCO3)-H1(MgCO3)H3(MgO)，H3(CaO)-H3(MgO)0，C 项错误；D 项，由上分析可知 H1+H20，H3M(Cu2)，故乙池溶液的总质量增加，正确；D 项，阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，电解过程中 Zn2通过交换膜移向正极保持溶液中电荷平衡，阴离子是不能通过交换膜的，错误。【答案】C考法二考法二原电池工作原理的应用原电池工作原理的应用【典例【典例 2 2】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a 极质量减小；b极质量增加b极有气体产生；d 极溶解；c 极有c 极无变化气体产生电流从 a 极流向d 极部分实验现象由此可判断这四种金属的活动性顺序是()A.abcdB.bcdaC.dabcD.abdc【解析】把四个实验从左到右分别编号为、，则由实验可知，a 作原电池负极，b 作原电池正极，金属活动性：ab；由实验可知，b 极有气体产生，c 极无变化，则活动性：bc；由实验可知，d 极溶解，则 d 作原电池负极，c 作正极，活动性：dc；由实验可知，电流从 a 极流向 d 极，则 d极为原电池负极，a 极为原电池正极，活动性：da。综合所述可知活动性：dabc。【答案】C1 6考法三考法三新型燃料电池新型燃料电池【典例【典例 3 3】【20202020 新课标卷】新课标卷】一种高性能的碱性硼化钒(VB2)空气电池如下图所示，其中在VB2电极发生反应：VB2+16OH-11e=VO43-+2B(OH)4-+4H2O，该电池工作时，下列说法错误的是()A负载通过 0.04 mol 电子时，有 0.224 L(标准状况)O2参与反应B正极区溶液的 pH 降低、负极区溶液的 pH 升高C电池总反应为 4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-D电流由复合碳电极经负载、VB2电极、KOH 溶液回到复合碳电极【解析】根据图示的电池结构，左侧VB2发生失电子的反应生成VO43-和 B(OH)4-，反应的电极方程式如题干所示，右侧空气中的氧气发生得电子的反应生成OH-，反应的电极方程式为O2+4e-+2H2O=4OH-，电池的总反应方程式为 4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-。A 项，当负极通过0.04mol 电子时，正极也通过 0.04mol 电子，根据正极的电极方程式，通过0.04mol 电子消耗 0.01mol 氧气，在标况下为 0.224L，A 正确；B 项，反应过程中正极生成大量的OH-使正极区 pH 升高，负极消耗 OH-使负极区 OH-浓度减小 pH降低，B 错误；C 项，根据分析，电池的总反应为4VB2+11O2+20OH-+6H2O=8B(OH)4-+4VO43-，C 正确；D项，电池中，电子由 VB2电极经负载流向复合碳电极，电流流向与电子流向相反，则电流流向为复合碳电极负载VB2电极KOH 溶液复合碳电极，D 正确；故选 B。【答案】B考法四考法四二次电池二次电池【典例【典例 4 4】(2021 年 1 月浙江选考)镍镉电池是二次电池，其工作原理示意图如下(L 为小灯泡，K1、K2为开关，a、b 为直流电源的两极)。下列说法不正确的是()A断开 K2、合上 K1，镍镉电池能量转化形式：化学能电能B断开 K1、合上 K2，电极 A 为阴极，发生还原反应C电极 B 发生氧化反应过程中，溶液中KOH 浓度不变D镍镉二次电池的总反应式：Cd+2NiOOH+2H2OCa(OH)2+2Ni(OH)21 7【解析】根据图示，电极A 充电时为阴极，则放电时电极A 为负极，负极上 Cd 失电子发生氧化反应生成 Cd(OH)2，负极反应式为 Cd-2e-+2OH-=Cd(OH)2，电极 B 充电时为阳极，则放电时电极B 为正极，正极上 NiOOH 得电子发生还原反应生成Ni(OH)2，正极反应式为 2NiOOH+2e-+2H2O=2Ni(OH)2+2OH-，放电时总反应为 Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2。A 项，断开K2、合上K1，为放电过程，镍镉电池能量转化形式：化学能电能，A 正确；B 项，断开 K1、合上 K2，为充电过程，电极 A 与直流电源的负极相连，电极 A 为阴极，发生还原反应，电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，B 正确；C 项，电极 B 发生氧化反应的电极反应式为 2Ni(OH)2-2e-+2OH-=2NiOOH+2H2O，则电极 A 发生还原反应的电极反应式为Cd(OH)2+2e-=Cd+2OH-，Cd+2NiOOH+2H2O，此时为充电过程，总反应为 Cd(OH)2+2Ni(OH)2溶液中 KOH浓度减小，C 错误；D 项，根据分析，放电时总反应为Cd+2NiOOH+2H2O=Cd(OH)2+2Ni(OH)2，则镍镉二次电池总反应式为 Cd+2NiOOH+2H2O【答案】C考法五考法五新型电池分析新型电池分析【典例【典例 5 5】(2020新课标卷)科学家近年发明了一种新型ZnCO2水介质电池。电池示意图如图，电极为金属锌和选择性催化材料，放电时，温室气体CO2被转化为储氢物质甲酸等，为解决环境和能源问题提供了一种新途径。Cd(OH)2+2Ni(OH)2，D 正确；故选 C。下列说法错误的是()A放电时，负极反应为Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42+B放电时，1 mol CO2转化为 HCOOH，转移的电子数为 2 molC充电时，电池总反应为2Zn(OH)42+=2 Zn+O2+4OH-+2H2OD充电时，正极溶液中OH浓度升高【解析】由题可知，放电时，CO2转化为 HCOOH，即 CO2发生还原反应，故放电时右侧电极为正极，左侧电极为负极，Zn 发生氧化反应生成 Zn(OH)42+；充电时，右侧为阳极，H2O 发生氧化反应生成O2，左侧为阴极，Zn(OH)42+发生还原反应生成 Zn。A 项，放电时，负极上 Zn 发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-+4OH-=Zn(OH)42+，故A 正确，不选；B 项，放电时，CO2转化为 HCOOH，C 元素化合价降低 2，则1molCO2转化为 HCOOH 时，转移电子数为 2mol，故 B 正确，不选；C 项，充电时，阳极上 H2O 转化为O2，负极上Zn(OH)42+转化为 Zn，电池总反应为：2Zn(OH)42+=2 Zn+O2+4OH-+2H2O，故C 正确，不选；D2H2O-4e-=4H+O2，项，充电时，正极即为阳极，电极反应式为：溶液中 H+浓度增大，溶液中 c(H+)c(OH-)=KW，温度不变时，KW不变，因此溶液中OH-浓度降低，故 D 错误，符合题意；故选D。【答案】D1 8可充电电池原理示意图1(2019浙江 4 月 选考)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法不正确的是()A甲：Zn2+向 Cu 电极方向移动，Cu 电极附近溶液中 H+浓度增加B乙：正极的电极反应式为Ag2O2eH2O=2Ag2OHC丙：锌筒作负极，发生氧化反应，锌筒会变薄D丁：使用一段时间后，电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降【答案】A【解析】A 项，甲装置属于原电池，Zn 较 Cu 活泼，做负极，Zn 失电子变 Zn2+，电子经导线转移到铜电极，铜电极负电荷变多，吸引了溶液中的阳离子，因而Zn2+和 H+向 Cu 电极方向移动，H+氧化性较强，得电子变 H2，2H+2e=H2，因而 c(H+)减小，A 项错误；B 项，Ag2O 作正极，得到来自 Zn 失去的电子，被还原成 Ag，结合 KOH 作电解液，故电极反应式为 Ag2O2eH2O=2Ag2OH，B 项正确；C 项，Zn为较活泼电极，做负极，发生氧化反应，电极反应式为 Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，因而锌筒会变薄，C 项正确；D 项，铅蓄电池总反应式为PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2H2O，可知放电一段时间后，H2SO4不断被消耗，因而电解质溶液的酸性减弱，导电能力下降，D 项正确。故选 A。2(2020山东卷)微生物脱盐电池是一种高效、经济的能源装置，利用微生物处理有机废水获得电能，1 9同时可实现海水淡化。现以NaCl 溶液模拟海水，采用惰性电极，用下图装置处理有机废水(以含 CH3COO-的溶液为例)。下列说法错误的是()A负极反应为 CH3COO+2H2O-8e=2CO2+7H+B隔膜 1 为阳离子交换膜，隔膜2 为阴离子交换膜C当电路中转移 1mol 电子时，模拟海水理论上除盐585gD电池工作一段时间后，正、负极产生气体的物质的量之比为2:1【答案】B【解析】据图可知a 极上 CH3COO转化为 CO2和 H+，C 元素被氧化，所以a 极为该原电池的负极，则b 极为正极。A 项，a 极为负极，CH3COO失电子被氧化成 CO2和 H+，结合电荷守恒可得电极反应式为CH3COO+2H2O-8e=2CO2+7H+，故 A 正确；B 项，为了实现海水的淡化，模拟海水中的氯离子需要移向负极，即a 极，则隔膜1 为阴离子交换膜，钠离子需要移向正极，即b 极，则隔膜2 为阳离子交换膜，故BC 项，错误；当电路中转移 1mol 电子时，根据电荷守恒可知，海水中会有 1molCl移向负极，同时有 1molNa+移向正极，即除去1molNaCl，质量为 585g，故 C 正确；D 项，b 极为正极，水溶液为酸性，所以氢离子得电子产生氢气，电极反应式为 2H+2e=H2，所以当转移 8mol 电子时，正极产生 4mol 气体，根据负极反应式可知负极产生 2mol 气体，物质的量之比为4:2=2:1，故 D 正确；故选 B。3一种新型太阳光电化学电池贮能时电解质溶液中离子在两极发生如图所示的转化。下列说法正确的是()A.贮能时，电能转变为化学能和光能B.贮能和放电时，电子在导线中流向相同C.贮能时，氢离子由 a 极区迁移至 b 极区D.放电时，b 极发生：VO22H e=VO2H2O【答案】D【解析】A 项，贮能时，太阳能转化为化学能，错误；B 项，贮能相当于电解，放电时是原电池原理，电子流向相反，错误；C 项，贮能时，a 极发生反应 V3e=V2，b 极发生反应 VO2e H2O=VO22H，H 由 b 极迁移到 a 极区，错误。4直接煤空气燃料电池原理如图所示，下列说法错误的是()2 0A.随着反应的进行，氧化物电解质的量不断减少B.负极的电极反应式为C2CO234e=3CO2C.电极 X 为负极，O2向 X 极迁移D.直接煤空气燃料电池的能量效率比煤燃烧发电的能量效率高【答案】A【解析】氧化物电解质的量不会减少，在电极Y 上 O2得到电子生成 O2不断在补充，A 项错误；由原理图分析可知，其负极反应式为 C2CO234e=3CO2，B 项正确；原电池内部的阴离子向负极移动，C 项正确；直接煤空气燃料电池是把化学能直接转化为电能，而煤燃烧发电是把化学能转化为热能，再转化为电能，其中能量损耗较大，D 项正确。5(2020新课标卷)电致变色器件可智能调控太阳光透过率，从而实现节能。下图是某电致变色器件的示意图。当通电时，Ag+注入到无色 WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈现蓝色，对于该变化过程，下列叙述错误的是()AAg 为阳极CW 元素的化合价升高BAg+由银电极向变色层迁移D总反应为：WO3+xAg=AgxWO3【答案】C【解析】从题干可知，当通电时，Ag+注入到无色 WO3薄膜中，生成 AgxWO3器件呈现蓝色，说明通电时，Ag 电极有 Ag+生成然后经固体电解质进入电致变色层，说明Ag 电极为阳极，透明导电层时阴极，故 Ag 电极上发生氧化反应，电致变色层发生还原反应。A 项，通电时，Ag 电极有 Ag+生成，故Ag 电极为B 项，阳极，故 A 项正确；通电时电致变色层变蓝色，说明有 Ag+从 Ag 电极经固体电解质进入电致变色层，故 B 项正确；C 项，过程中，W 由 WO3的+6 价降低到 AgxWO3中的+(6-x)价，故C 项错误；D 项，该电解池中阳极即 Ag 电极上发生的电极反应为：xAg-xe-=xAg+，而另一极阴极上发生的电极反应为：WO3+xAg+xe-=AgxWO3，故发生的总反应式为：xAg+WO3=AgxWO3，故 D 项正确；故选 C。6(2020天津卷)熔融钠-硫电池性能优良，是具有应用前景的储能电池。下图中的电池反应为2Na+xSNa2Sx(x=53，难溶于熔融硫)，下列说法错误的是()2 1ANa2S4的电子式为B放电时正极反应为 2Na+xS+2e-=Na2SxCNa 和 Na2Sx分别为电池的负极和正极D该电池是以 Na Al2O3为隔膜的二次电池【答案】C【解析】根据电池反应：2Na+xSNa2Sx可知，放电时，钠作负极，发生氧化反应，电极反应为：Na-e-=Na+，硫作正极，发生还原反应，电极反应为2Na+xS+2e-=Na2Sx。A 项，Na2S4属于离子化合物，4个硫原子间形成三对共用电子对，电子式为，故 A 正确；B 项，放电时发生的是原电池反应，正极发生还原反应，电极反应为：2Na+xS+2e-=Na2Sx，故 B 正确；C 项，放电时，Na 为电池的负极，正极为硫单质，故C 错误；D 项，放电时，该电池是以钠作负极，硫作正极的原电池，充电时，是电解池，Na Al2O3为隔膜，起到电解质溶液的作用，该电池为二次电池，故D 正确；故选 C。7(2019 天津卷)我国科学家研制了一种新型的高比能量锌-碘溴液流电池，其工作原理示意图如下。图中贮液器可储存电解质溶液，提高电池的容量。分析错误的是()A 放电时，a 电极反应为 I2Br+2e=2I+BrB 放电时，溶液中离子的数目增大C 充电时，b 电极每增重0.65g，溶液中有0.02mol I被氧化D 充电时，a 电极接外电源负极【答案】D【解析】A 项，放电时，a 电极为正极，碘得电子变成碘离子，正极反应式为 I2Br+2e=2I+Br，故A 正确；B 项，放电时，正极反应式为I2Br+2e=2I+Br，溶液中离子数目增大，故B 正确；C 项，充电时，b 电极反应式为 Zn2+2e=Zn，每增加 0.65g，转移 0.02mol 电子，阳极反应式为 Br+2I-2e=I2Br，有 0.02molI失电子被氧化，故 C 正确；D 项，充电时，a 是阳极，应与外电源的正极相连，故D 错误；故选 D。8(2020江苏卷)(2)HCOOH 燃料电池。研究 HCOOH 燃料电池性能的装置如图-2 所示，两电极区间用允许 K+、H+通过的半透膜隔开。2 2电池负极电极反应式为_；放电过程中需补充的物质A 为_(填化学式)。图-2 所示的 HCOOH 燃料电池放电的本质是通过 HCOOH 与 O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_。【答案】(2)HCOO+2OH2e=HCO3-+H2OH2SO42HCOOH+O2+2OH=2 HCO3-+2H2O 或 2HCOO+O2=2 HCO3-【解析】(2)左侧为负极，碱性环境中HCOO失电子被氧化为 HCO3-，根据电荷守恒和元素守恒可得电极反应式为 HCOO+2OH2e=HCO3-+H2O；电池放电过程中，钾离子移向正极，即右侧，根据图示可知右侧的阴离子为硫酸根，而随着硫酸钾不断被排除，硫酸根逐渐减少，铁离子和亚铁离子进行循环，所以需要补充硫酸根，为增强氧气的氧化性，溶液最好显酸性，则物质A 为 H2SO4；根据装置图可知电池放电的本质是 HCOOH 在碱性环境中被氧气氧化为HCO3-，根据电子守恒和电荷守恒可得离子方程式为2HCOOH+O2+2OH=2 HCO3-+2H2O 或 2HCOO+O2=2 HCO3-。核心考点四核心考点四电解原理电解原理1“五类”依据判断电解池电极判断依据电极材料电极阳极阴极与电源正极相连与电源负极相连电极反应氧化反应还原反应电子流向流出流入离子移向阴离子移向阳离子移向电极现象电极溶解或pH 减小电极增重或pH 增大2电解池电极反应式的书写模式：3电解原理的应用(1)电解饱和食盐水。阳极反应式：2Cl 2e=Cl2(氧化反应)阴极反应式：2H 2e=H2(还原反应)总反应方程式：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl22 3离子反应方程式：2Cl 2H2O2OH H2Cl2(3)应用：氯碱工业制烧碱、氢气和氯气阳极：钛网(涂有钛、钌等氧化物涂层)。阴极：碳钢网。阳离子交换膜：只允许阳离子通过，能阻止阴离子和气体通过。将电解槽隔成阳极室和阴极室。(2)电解精炼铜(3)电镀铜(4)电冶金利用电解熔融盐的方法来冶炼活泼金属Na、Ca、Mg、Al 等冶炼钠冶炼镁冶炼铝总方程式通电2NaCl(熔融)=2NaCl2通电MgCl2(熔融)=MgCl2通电2Al2O3(熔融)=4Al3O2阳极、阴极反应式2Cl 2e=Cl2，2Na 2e=2Na2Cl 2e=Cl2，Mg22e=Mg6O212e=3O2，4Al312e=4Al4有关电化学计算的三大方法(1)根据电子守恒计算用于串联电路中电解池阴阳两极产物、原电池正负两极产物、通过的电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。(2)根据总反应式计算先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(3)根据关系式计算根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过 4 mol e 为桥梁可构建如下关系式：2 4(式中 M 为金属，n 为其离子的化合价数值)5常见膜化学：(1)膜的作用：阳离子交换膜允许阳离子通过，不允许阴离子通过；阴离子交换膜允许阴离子通过，不允许阳离子通过；质子交换膜允许质子通过而避免不同电极区域内某些离子间的反应。(2)阴、阳离子交换膜的判断看清图示，是否在交换膜上标注了阴、阳离子，是否标注了电源的正、负极，是否标注了电子流向、电荷流向等，明确阴、阳离子的移动方向。根据原电池、电解池中阴、阳离子的移动方向，结合题意中给出的制备、电解物质等信息，找出物质生成或消耗的电极区域、确定移动的阴、阳离子，从而推知离子交换膜的种类。考法一考法一电解原理电解原理【典例【典例 1 1】用铁和石墨作电极电解酸性废水，可将废水中的PO34以 FePO4(不溶于水)的形式除去，其装置如图所示。下列说法正确的是()A.若 X、Y 电极材料连接反了，则仍可将废水中的PO34除去B.X 极为石墨，该电极上发生氧化反应C.电解过程中 Y 极周围溶液的 pH 减小D.电解时废水中会发生反应：4Fe2O24H 4PO34=4FePO4 2H2O【解析】根据题意分析，X 电极材料为铁，Y 电极材料为石墨；若X、Y 电极材料连接反了，铁就不能失电子变为离子，也就不能生成FePO4，A 项错误；Y 电极材料为石墨，该电极附近发生还原反应，B 项错误；电解过程中 Y 极反应：O24e 4H=2H2O，H 浓度减少，溶液的 pH 变大，C 项错误；铁在阳极失电子变为 Fe2，通入的氧气把 Fe2氧化为 Fe3，Fe3与 PO34反应生成 FePO4，D 项正确。【答案】D考法二考法二电极方程式的书写电极方程式的书写【典例【典例 2 2】一种生物电化学方法脱除水体中NH4的原理如下图所示：下列说法正确的是()A.装置工作时，化学能转变为电能B.装置工作时，a 极周围溶液 pH 降低C.装置内工作温度越高，NH4脱除率一定越大2 5D.电极 b 上发生的反应之一是：2NO32e=N23O2【解析】A 项，该反应为电解装置，将电能转化为化学能，错误；B 项，a 极发生反应之一：NH48e2H2O=NO28H，c(H)增大，正确；C 项，温度升高，细菌蛋白质变性，错误；D 项，b 极发生反应之一为：2NO310e 12H=N26H2O，错误。【答案】B考法三考法三电解反应原理的应用电解反应原理的应用【典例【典例 3 3】(2020浙江 1 月选考)在氯碱工业中，离子交换膜法电解饱和食盐水示意图如下，下列说法不正确的是()离子交换膜A电极 A 为阳极，发生氧化反应生成氯气B离子交换膜为阳离子交换膜C饱和 NaCl 从 a 处进，NaOH 溶液从 d 处出DOH-迁移的数量等于导线上通过电子的数量【解析】氯碱工业中的总反应为2Cl-+2H2O电解2OH-+H2+Cl2；电解池中阳极失电子发生氧化反应，氯碱工业中 Cl2为氧化产物，所以电极A 为阳极，电极 B 为阴极。A 项，根据分析可知电极A 为阳极，发生氧化反应生成氯气，故A 正确；B 项，阳极发生的方程式为：2Cl-2e-Cl2，阴极：2H+2e-H2；为了防止生成的氯气与氢氧化钠发生反应，氢氧化钠要从 b 口流出，所以要防止 OH-流向阳极即电极 A，该离子交换膜为阳离子交换膜，故B 正确；C 项，根据B 选项的分析可知饱和 NaCl 从 a 处进，NaOH 溶液从 d 处出，故 C 正确；D 项，根据总反应方程式可知当反应中转移4mol 电子时，生成 2mol OH-，故 D 错误；故选 D。【答案】D考法四考法四电解的膜化学原理电解的膜化学原理【典例【典例 4 4】(2020山东卷)采用惰性电极，以去离子水和氧气为原料通过电解法制备双氧水的装置如下图所示。忽略温度变化的影响，下列说法错误的是()A阳极反应为 2H2O-4e-=4H+O2B电解一段时间后，阳极室的pH 未变C电解过程中，H+由 a 极区向 b 极区迁移D电解一段时间后，a 极生成的 O2与 b 极反应的 O2等量【解析】a 极析出氧气，氧元素的化合价升高，做电解池的阳极，b 极通入氧气，生成过氧化氢，氧元素的化合价降低，被还原，做电解池的阴极。A 项，依据分析a 极是阳极，属于放氧生酸性型的电解，所以阳极的反应式是 2H2O-4e-=4H+O2，故 A 正确，但不符合题意；B 项，电解时阳极产生氢离子，氢离子是2 6阳离子，通过质子交换膜移向阴极，所以电解一段时间后，阳极室的 pH 值不变，故 B 正确，但不符合题意；C 项，有 B 的分析可知，C 正确，但不符合题意；D 项，电解时，阳极的反应为：2H2O-4e-=4H+O2，阴极的反应为：O2+2e-+2H+=H2O2，总反应为：O2+2H2O=2H2O2，要消耗氧气，即是a 极生成的氧气小于 b 极消耗的氧气，故 D 错误，符合题意；故选D。【答案】D电解池中电极反应式的书写方法(1)书写步骤首先注意阳极是活性材料还是惰性材料。分析确定溶液中所有阴阳