2024高考化學二輪復習第1部分專題能素提升專題4化學能與熱能電能的相互轉化學案

PAGE28-專題4化學能與熱能、電能的相互轉化考向一化學能與熱能1．(2024·山東卷，T18(1))以CO2、H2為原料合成CH3OH涉及的主要反應如下：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49.5kJ·mol－1Ⅱ.CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH2＝－90.4kJ·mol－1Ⅲ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH3則ΔH3＝____________kJ·mol－1。[解析]ΔH3＝ΔH1－ΔH2＝＋40.9kJ·mol－1。[答案]＋40.92．(2024·浙江7月卷，T22)關于下列ΔH的推斷正確的是()COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H＋(aq)=HCOeq\o\al(－,3)(aq)ΔH1COeq\o\al(2－,3)(aq)＋H2O(l)HCOeq\o\al(－,3)(aq)＋OH－(aq)ΔH2OH－(aq)＋H＋(aq)=H2O(l)ΔH3OH－(aq)＋CH3COOH(aq)=CH3COO－(aq)＋H2O(l)ΔH4A．ΔH1＜0ΔH2＜0 B．ΔH1＜ΔH2C．ΔH3＜0ΔH4＞0 D．ΔH3＞ΔH4B[形成化學鍵要放出熱量，ΔH1<0，其次個反應是鹽類的水解反應，是吸熱反應，ΔH2>0，A項錯誤；ΔH1是負值，ΔH2是正值，ΔH1<ΔH2，B項正確；酸堿中和反應是放熱反應，ΔH3<0，ΔH4<0，C項錯誤；第四個反應(醋酸是弱酸，電離吸熱)放出的熱量小于第三個反應，但ΔH3和ΔH4都是負值，則ΔH3<ΔH4，D項錯誤。]3．(2024·天津卷，T10)理論探討表明，在101kPa和298K下，HCN(g)HNC(g)異構化反應過程的能量變更如圖所示。下列說法錯誤的是()A．HCN比HNC穩(wěn)定B．該異構化反應的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1C．正反應的活化能大于逆反應的活化能D．運用催化劑，可以變更反應的反應熱D[HNC的能量比HCN高，則穩(wěn)定性較好的是HCN，A項正確；該異構化反應的ΔH＝＋59.3kJ·mol－1，為吸熱反應，則正反應的活化能大于逆反應的活化能，B、C項正確；運用催化劑只能變更反應的歷程，但是不影響反應的反應熱，D項錯誤。]考向二化學能與電能的相互轉化4．(2024·山東卷，T10)微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置，利用微生物處理有機廢水獲得電能，同時可實現(xiàn)海水淡化?，F(xiàn)以NaCl溶液模擬海水，采納惰性電極，用下圖裝置處理有機廢水(以含CH3COO－的溶液為例)。下列說法錯誤的是()A．負極反應為CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋B．隔膜1為陽離子交換膜，隔膜2為陰離子交換膜C．當電路中轉移1mol電子時，模擬海水理論上除鹽58.5gD．電池工作一段時間后，正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1B[依據題意，可得放電時的電極反應，負極(a極)：CH3COO－＋2H2O－8e－=2CO2↑＋7H＋，正極(b極)：2H＋＋2e－=H2↑，A項正確；該電池工作時，Cl－向a極移動，Na＋向b極移動，即隔膜1為陰離子交換膜，隔膜2為陽離子交換膜，B項錯誤；電路中轉移1mol電子時，向a極和b極分別移動1molCl－和1molNa＋，則模擬海水理論上可除鹽58.5g，C項正確；電池工作時負極產生CO2，正極產生H2，結合正、負極的電極反應知，一段時間后，正極和負極產生氣體的物質的量之比為2∶1，D項正確。]5．(2024·山東卷，T13)采納惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖所示。忽視溫度變更的影響，下列說法錯誤的是()A．陽極反應為2H2O－4e－=4H＋＋O2↑B．電解一段時間后，陽極室的pH未變C．電解過程中，H＋由a極區(qū)向b極區(qū)遷移D．電解一段時間后，a極生成的O2與b極反應的O2等量D[a極上產生O2，發(fā)生的反應為水被氧化生成O2的反應，即a極為陽極，b極為陰極，a極電極反應式：2H2O－4e－=4H＋＋O2↑，b極電極反應式：2H＋＋O2＋2e－=H2O2，A項正確；電解一段時間后，溶液中H＋濃度未變，即陽極室的pH未變，B項正確；電解過程中H＋通過質子交換膜，從a極區(qū)向b極區(qū)遷移，C項正確；由陰、陽極的電極反應式，可知電解一段時間后，b極消耗O2的量是a極生成O2的量的2倍，即a極生成的O2與b極反應的O2的量不相等，D項錯誤。]6．(2024·全國卷Ⅰ，T12)科學家近年獨創(chuàng)了一種新型Zn－CO2水介質電池。電池示意圖如下，電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時，溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等，為解決環(huán)境和能源問題供應了一種新途徑。下列說法錯誤的是()A．放電時，負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)B．放電時，1molCO2轉化為HCOOH，轉移的電子數為2molC．充電時，電池總反應為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2OD．充電時，正極溶液中OH－濃度上升D[由題給裝置圖可知，放電時負極鋅失去電子后結合OH－生成Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，負極反應為Zn－2e－＋4OH－=Zn(OH)eq\o\al(2－,4)，A項正確；放電時，正極上CO2得電子生成HCOOH，CO2中C的化合價為＋4，HCOOH中C的化合價為＋2,1molCO2轉化為1molHCOOH，轉移2mol電子，B項正確；充電時陰極上Zn(OH)eq\o\al(2－,4)參與反應得到鋅，陽極上H2O參與反應得到氧氣，電池總反應為2Zn(OH)eq\o\al(2－,4)=2Zn＋O2↑＋4OH－＋2H2O，C項正確；充電時，陽極上發(fā)生失電子的氧化反應：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋，氫氧根離子濃度降低，D項錯誤。]7．(2024·全國卷Ⅲ，T12)一種高性能的堿性硼化釩(VB2)-空氣電池如圖所示，其中在VB2電極發(fā)生反應：VB2＋16OH－－11e－=VOeq\o\al(3－,4)＋2B(OH)eq\o\al(－,4)＋4H2O。該電池工作時，下列說法錯誤的是()A．負載通過0.04mol電子時，有0.224L(標準狀況)O2參與反應B．正極區(qū)溶液的pH降低、負極區(qū)溶液的pH上升C．電池總反應為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8B(OH)eq\o\al(－,4)＋4VOeq\o\al(3－,4)D．電流由復合碳電極經負載、VB2電極、KOH溶液回到復合碳電極B[由題給信息知VB2電極上發(fā)生失電子的氧化反應，則VB2電極為負極，復合碳電極為正極，正極發(fā)生還原反應，電極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，電池總反應方程式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8[B(OH)4]－＋4VOeq\o\al(3－,4)。由上述分析知，正極的電極反應式為O2＋4e－＋2H2O=4OH－，則電路中通過0.04mole－時，正極有0.01molO2參與反應，其在標準狀況下的體積為0.224L，A項正確；由正、負極的電極反應式可知，該電池工作時，負極區(qū)溶液的pH降低，正極區(qū)溶液的pH上升，B項錯誤；由上述分析知，該電池的總反應方程式為4VB2＋11O2＋20OH－＋6H2O=8[B(OH)4]－＋4VOeq\o\al(3－,4)，C項正確；電流與電子的流淌方向相反，電流從正極動身，沿負載流向負極，再經過溶液最終回到正極，D項正確。]8．(2024·全國卷Ⅰ)利用生物燃料電池原理探討室溫下氨的合成，電池工作時MV2＋/MV＋在電極與酶之間傳遞電子，示意圖如下所示。下列說法錯誤的是()A．相比現(xiàn)有工業(yè)合成氨，該方法條件溫柔，同時還可供應電能B．陰極區(qū)，在氫化酶作用下發(fā)生反應H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋C．正極區(qū)，固氮酶為催化劑，N2發(fā)生還原反應生成NH3D．電池工作時質子通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動B[A項，該反應中，可產生電流，反應條件比較溫柔，沒有高溫高壓條件，正確；B項，該生物燃料電池中，左端電極反應式為MV＋－e－=MV2＋，則左端電極是負極，應為負極區(qū)，在氫化酶作用下，發(fā)生反應H2＋2MV2＋=2H＋＋2MV＋，錯誤；C項，右端電極反應式為MV2＋＋e－=MV＋，是正極，在正極區(qū)N2得到電子生成NH3，發(fā)生還原反應，正確；D項，原電池中，內電路中H＋通過交換膜由負極區(qū)向正極區(qū)移動，正確。]9．(2024·全國卷Ⅱ，T12)電致變色器件可智能調控太陽光透過率，從而實現(xiàn)節(jié)能。如圖是某電致變色器件的示意圖。當通電時，Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，器件呈現(xiàn)藍色，對于該變更過程，下列敘述錯誤的是()A．Ag為陽極B．Ag＋由銀電極向變色層遷移C．W元素的化合價上升D．總反應為WO3＋xAg=AgxWO3C[依據題圖可知，該裝置為電解池，由通電時Ag＋注入到無色WO3薄膜中，生成AgxWO3，可知Ag為該電解池的陽極，透亮導電層為該電解池的陰極，結合題給信息可寫出陽極和陰極的電極反應式分別為Ag－e－=Ag＋和xAg＋＋WO3＋xe－=AgxWO3。依據上述分析可知Ag為陽極，A項正確；電解池工作時，Ag＋向陰極移動，即Ag＋由銀電極向變色層遷移，B項正確；結合上述分析可知WO3在陰極發(fā)生還原反應，即W元素的化合價降低，C項錯誤；結合陽極和陰極的電極反應式可寫出總反應為WO3＋xAg=AgxWO3，D項正確。]本專題主要有以下幾個命題角度：1．化學與熱能(1)能量(或能壘)圖示分析；(2)反應熱計算；(3)蓋斯定律的應用計算。2．原電池原理及化學電源(1)正、負極電極反應式的推斷；(2)電子、溶液中離子移動方向的推斷；(3)新型電源的原理分析；(4)工作時溶液介質性質的變更等。3．電解原理及應用(1)陰、陽極及電極反應式的推斷；(2)溶液中離子移動方向推斷；(3)離子交換膜的應用；(4)金屬腐蝕與防護等。預料2024年仍會在新型化學電源和電解原理及應用方面加強命題，平常要加強關注最新科技中涉及的新型化學電源和電解的發(fā)展方向?；瘜W反應與能量化學反應熱與催化劑1．反應熱的四種計算方法放熱反應ΔH<0吸熱反應ΔH>0(1)從宏觀角度計算ΔH＝H1(生成物的總能量)－H2(反應物的總能量)(2)從微觀角度計算ΔH＝E1(反應物的鍵能總和)－E2(生成物的鍵能總和)(3)從活化能角度計算ΔH＝E1(正反應的活化能)－E2(逆反應的活化能)(4)依據蓋斯定律計算2．催化劑變更反應歷程、降低反應活化能示意圖說明：(1)E1、E2是非催化反應的正、逆反應的活化能，E′1、E′2是催化反應的正、逆反應活化能。(2)運用催化劑降低兩向反應活化能，但不影響焓變ΔH。(3)運用催化劑變更了反應歷程。題組1化學能與熱能的圖像分析1．(雙選)(2024·山東省等級考試模擬，T15)熱催化合成氨面臨的兩難問題是：采納高溫增大反應速率的同時會因平衡限制導致NH3產率降低。我國科研人員研制了Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑(Ti-H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃)。Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應歷程如圖所示。其中吸附在催化劑表面上的物種用*標注。下列說法正確的是()A．①為N≡N的斷裂過程B．①②③在高溫區(qū)發(fā)生，④⑤在低溫區(qū)發(fā)生C．④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程D．運用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑使合成氨反應轉變?yōu)槲鼰岱磻狟C[①為N2吸附，②③為N≡N斷裂過程，故①②③在高溫區(qū)發(fā)生，④為N原子傳遞過程，⑤為N—H鍵成鍵過程，故④⑤在低溫區(qū)發(fā)生。]2．(2024·威海模擬)已知丙烯與HCl發(fā)生加成反應有兩種可能，如圖1所示；其中丙烯加H＋的能量變更曲線圖如圖2所示。下列說法錯誤的是()圖1圖2A．過渡態(tài)(Ⅰ)比過渡態(tài)(Ⅱ)穩(wěn)定B．生成①的過程所需活化能較低，速率快C．①②③④中碳原子的雜化方式相同D．丙烯與HCl發(fā)生加成反應，主要生成產物③C[依據題圖2可以得出過渡態(tài)(Ⅰ)比過渡態(tài)(Ⅱ)能量低，故過渡態(tài)(Ⅰ)更穩(wěn)定，A項正確；反應過程中活化能越低，反應速率越快，B項正確；①②中碳原子的雜化方式有sp2和sp3，③④中碳原子的雜化方式均為sp3，C項錯誤；反應歷程中所需活化能越低，反應越簡單進行，故③是主要產物，D項正確。]3．(2024·廣州模擬)科學家探討利用鐵觸媒催化合成氨的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物質用“ad”表示。由圖可知合成氨反應eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。該歷程中反應速率最慢的步驟的化學方程式為___________。[解析]依據圖示可知：eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)的ΔH＝－46kJ/mol，活化能越大，反應越慢；反之，反應越快。[答案]－46Nad＋3Had=NHad＋2Had題組2蓋斯定律的應用計算4．工業(yè)上可用CO2和H2制備被譽為“21世紀的清潔燃料”二甲醚(CH3OCH3)：在500℃時，在密閉容器中將煉焦中的CO2轉化為二甲醚，其相關反應為：主反應Ⅰ：2CO2(g)＋6H2(g)eq\o(,\s\up9(催化劑))CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH1副反應Ⅱ：CO2(g)＋3H2(g)eq\o(,\s\up9(催化劑))CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH2已知：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－90.1kJ·mol－1②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝－24.5kJ·mol－1③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.0kJ·mol－1則主反應Ⅰ的ΔH1＝________。[解析]將反應按①×2＋②－③×2可得主反應Ⅰ，即ΔH1＝(－90.1×2－24.5＋41.0×2)kJ·mol－1＝－122.7kJ·mol－1。[答案]－122.7kJ·mol－15．已知：①C(s)＋O2(g)=CO2(g)ΔH1＝－393.5kJ·mol－1②C(s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH2＝＋172.5kJ·mol－1③4Fe(s)＋3O2(g)=2Fe2O3(s)ΔH3＝－1651.0kJ·mol－1CO還原氧化鐵的熱化學方程式為______________________。[解析]依據蓋斯定律，由(①－②)×eq\f(3,2)－③×eq\f(1,2)可得熱化學方程式。[答案]3CO(g)＋Fe2O3(s)=2Fe(s)＋3CO2(g)ΔH＝－23.5kJ·mol－1原電池原理與新型電源一、氧化還原反應的有關概念及聯(lián)系提示：(1)在原電池中，負極上反應的物質化合價上升、失電子，發(fā)生氧化反應，作還原劑，反之正極上反應的物質作氧化劑。(2)在電解池中，陽極上反應的物質化合價上升、失電子，發(fā)生氧化反應，作還原劑，反之陰極上反應的物質作氧化劑。[練一練]1．對于Cu＋2Fe3＋=Cu2＋＋2Fe2＋反應，設計原電池，寫出電極名稱及相應的電極反應式。[答案]銅作負極：Cu－2e－=Cu2＋，碳棒作正極：2Fe3＋＋2e－=2Fe2＋。二、原電池原理與化學電源1．原電池工作原理提示：鹽橋的三個作用(1)隔絕正負極反應物，避開干脆接觸，導致電流不穩(wěn)定；(2)通過離子的定向移動，構成閉合回路；(3)平衡電極區(qū)的電荷。2．二次充電電池的原理及充電連接提示：(1)二次電池充電時，電池正極連接電源正極，電池負極連接電源負極，即“正接正，負接負”。(2)放電時負極反應與充電時的陰極反應相反，同理放電時正極反應與充電時陽極反應相反。如鉛蓄電池：eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(負極：Pb＋SO\o\al(2－,4)－2e－=PbSO4,陰極：PbSO4＋2e－=Pb＋SO\o\al(2－,4)))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(正極：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO\o\al(2－,4)=PbSO4＋2H2O,陽極：PbSO4＋2H2O－2e－=PbO2＋4H＋＋SO\o\al(2－,4)))3．新型化學電池中電極反應式的書寫方法[練一練]2．完成下列電極反應式(1)2Li＋Cu2O＋H2O=2Cu＋2Li＋＋2OH－為鋰-銅電池的放電反應，負極反應式為__________________，正極反應式為_________。(2)已知H2O2是一種弱酸，在強堿溶液中主要以HOeq\o\al(－,2)的形式存在。已知：Al—H2O2堿性燃料電池的總反應為2Al＋3NaHO2=2NaAlO2＋NaOH＋H2O。該電池的負極反應式為_____，正極反應式為_____________________________。(3)已知CH3OH燃料電池在熔融Na2CO3介質中總反應為2CH3OH＋3O2=2CO2＋4H2O，該電池的負極反應式為________，正極反應式為_________________________________________。(4)鋰離子電池的總反應式為Li1－xCoO2＋LixC6eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))LiCoO2＋C6(x<1)。放電時的負極反應式_________________，正極反應式_______________________，充電時的陰極反應式為________。(5)高鐵電池的總反應式為3Zn＋2K2FeO4＋8H2Oeq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。放電時的正極反應式為________________________，充電時的陰極反應式為____________________。(6)全釩液流電池的總反應為：VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋＋V2＋eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))V3＋＋VO2＋＋H2O。放電時的負極反應式為________________，充電時的陽極反應式為__________________。[答案](1)2Li－2e－=2Li＋Cu2O＋2e－＋H2O=2Cu＋2OH－(2)2Al－6e－＋8OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋4H2O3HOeq\o\al(－,2)＋6e－＋3H2O=9OH－(3)2CH3OH－12e－＋6COeq\o\al(2－,3)=8CO2↑＋4H2O3O2＋12e－＋6CO2=6COeq\o\al(2－,3)(4)LixC6－xe－=xLi＋＋C6Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－=LiCoO2xLi＋＋C6＋xe－=LixC6(5)2FeOeq\o\al(2－,4)＋6e－＋8H2O=2Fe(OH)3＋10OH－3Zn(OH)2＋6e－=3Zn＋6OH－(6)V2＋－e－=V3＋VO2＋＋H2O－e－=VOeq\o\al(＋,2)＋2H＋題組1新型電池的工作原理1.第20屆中國國際工業(yè)博覽會上，華東師范高校帶來的一種“鋅＋碘”新型平安動力電池亮相工博會高校展區(qū)。該新型平安動力電池無污染、高平安、長壽命且具有合適的充電時間，可以應用于日常生活、交通出行等各個領域。已知該電池的工作原理如圖所示。下列有關說法正確的是()A．正極反應式為Ieq\o\al(－,3)－2e－=3I－B．6.5gZn溶解時，電解質溶液中有0.2mol電子移動C．轉移1mol電子時，有1molZn2＋從左池移向右池D．“回流通道”可以減緩電池兩室的壓差，避開電池受損D[原電池原理中，正極Ieq\o\al(－,3)得電子，反應式為Ieq\o\al(－,3)＋2e－=3I－，發(fā)生還原反應，A錯誤；電解質溶液中無電子的轉移，B錯誤；結合A項分析，轉移1mol電子時，增加1mol負電荷，須要0.5molZn2＋平衡，C錯誤；新型電池的充放電過程，會導致電池內離子交換膜的兩邊產生壓差，據此考慮“回流通道”的作用，D項正確。]2．(2024·湖南名校線上聯(lián)考)復旦高校王永剛的探討團隊制得一種柔性水系鋅電池，該可充電電池以鋅鹽溶液作為電解液，其原理如圖所示。下列說法不正確的是()A．放電時，N極發(fā)生還原反應B．充電時，Zn2＋向M極移動C．放電時，每生成1molPTO-Zn2＋，M極溶解Zn的質量為260gD．充電時，N極的電極反應式為2PTO＋8e－＋4Zn2＋=PTO-Zn2＋D[依據圖示可知M為電池的負極，N為正極，充電時M為陰極，N為陽極。充電時N極即陽極反應式應為PTO-Zn2＋－8e－=2PTO＋4Zn2＋，D項錯誤。]3．2024年諾貝爾化學獎頒給在鋰離子電池發(fā)展方面作出突出貢獻的三位科學家，頒獎詞中說：他們創(chuàng)建了一個可再充電的世界。下面是最近研發(fā)的Ca-LiFePO4可充電電池的工作示意圖，鋰離子導體膜只允許Li＋通過，電池反應為xCa2＋＋2LiFePO4eq\o(,\s\up9(充電),\s\do9(放電))xCa＋2Li1－xFePO4＋2xLi＋。下列說法錯誤的是()A．LiPF6-LiAsF6為非水電解質，其與Li2SO4溶液的主要作用都是傳遞離子B．放電時，負極反應為：LiFePO4－xe－=Li1－xFePO4＋xLi＋C．充電時，Li1－xFePO4/LiFePO4電極發(fā)生Li＋脫嵌，放電時發(fā)生Li＋嵌入D．充電時，當轉移0.2mol電子時，左室中電解質的質量減輕2.6gB[放電時，負極反應為：Ca－2e－=Ca2＋，使左室中正電荷數目增多，鋰離子導體膜只允許Li＋通過，使LiPF6－LiAsF6電解質中的Li＋通過鋰離子導體膜移入右室，正極反應為：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－=LiFePO4，電極發(fā)生Li＋嵌入，B錯誤；充電時，陽極發(fā)生：LiFePO4－xe－=xLi＋＋Li1－xFePO4，電極發(fā)生Li＋脫嵌，陰極發(fā)生：Ca2＋＋2e－=Ca，轉移0.2mol電子時，有0.2molLi＋從右室通過鋰離子導體膜移入左室，左室電解質中有0.1molCa2＋得電子生成Ca沉積在鈣電極上，故左室中電解質的質量減輕40×0.1g－7×0.2g＝2.6g，C、D正確。]4．(雙選)(2024·濰坊模擬)鋰/氟化碳電池穩(wěn)定性很高。該電池的電解質溶液為LiClO4的乙二醇二甲醚溶液，總反應為xLi＋CFx=xLiF＋C，放電產物LiF沉積在正極，工作原理如圖所示。下列說法正確的是()A．正極的電極反應式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋CB．離子交換膜為陰離子交換膜C．電解質溶液可用LiClO4的乙醇溶液代替D．b極電勢高于a極電勢AD[依據總反應可知，Li為負極，石墨棒為正極，正極上CFx轉化為C，電極反應式為CFx＋xe－＋xLi＋=xLiF＋C，A項正確；依據正極的電極反應式可知，負極區(qū)的Li＋通過離子交換膜進入正極區(qū)，則離子交換膜為陽離子交換膜，B項錯誤；Li能與乙醇發(fā)生反應，因此電解質溶液不能用LiClO4的乙醇溶液代替，C項錯誤；b極為正極，a極為負極，故b極電勢高于a極電勢，D項正確。]題組2燃料電池的工作原理5．(2024·南昌模擬)十九大報告中提出要“打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”，意味著對污染防治比過去要求更高。某種利用垃圾滲透液實現(xiàn)發(fā)電、環(huán)保二位一體結合的裝置示意圖如下，當該裝置工作時，下列說法正確的是()A．鹽橋中Cl－向Y極移動B．電路中流過7.5mol電子時，共產生標準狀況下N2的體積為16.8LC．電流由X極沿導線流向Y極D．Y極發(fā)生的反應為2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋6H2O=N2↑＋12OH－，四周pH增大D[依據處理垃圾滲濾液并用其發(fā)電的示意圖可知，裝置屬于原電池裝置，X是負極，發(fā)生失電子的氧化反應，Y是正極，發(fā)生得電子的還原反應2NOeq\o\al(－,3)＋10e－＋6H2O=N2↑＋12OH－，電解質里的陽離子移向正極，陰離子移向負極，電子從負極流向正極。]6．新型鋰空氣燃料電池具有運用壽命長、可在自然空氣環(huán)境下工作的優(yōu)點。其原理如圖所示(電解質為離子液體和二甲基亞砜)，電池總反應為：2Li＋O2eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))Li2O2。下列說法不正確的是()A．充電時電子由Li電極經外電路流入Li2O2B．放電時正極反應式為2Li＋＋O2＋2e－=Li2O2C．充電時Li電極與電源的負極相連D．碳酸鋰涂層既可阻擋鋰電極的氧化又能讓鋰離子進入電解質A[充電時，Li電極為陰極，Li2O2為陽極，電子從電源的負極流入Li電極，A項錯誤。]7．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。某微生物燃料電池的工作原理如圖所示，下列說法正確的是()A．HS－在硫氧化菌作用下轉化為SOeq\o\al(2－,4)的反應為HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋B．電子從電極b流出，經外電路流向電極aC．假如將反應物干脆燃燒，能量的利用率不會變更D．若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉移，則有0.5molH＋通過質子交換膜A[依據題圖知，在硫氧化菌作用下HS－轉化為SOeq\o\al(2－,4)，發(fā)生氧化反應：HS－＋4H2O－8e－=SOeq\o\al(2－,4)＋9H＋，A項正確；電子從電極a流出，經外電路流向電極b，B項錯誤；假如將反應物干脆燃燒，有部分化學能轉化為熱能和光能，能量的利用率降低，C項錯誤；若該電池電路中有0.4mol電子發(fā)生轉移，則有0.4molH＋通過質子交換膜，D項錯誤。]間接電化學反應原理簡介(1)定義：間接電化學反應是以具有“電子傳遞”功能的物質為媒質(催化劑)，對反應基質進行間接氧化或還原，從而得到目的產物。(2)原理：媒質也稱為“電對”或“介對”，其首先在電極表面失去(或得到)電子，形成氧化態(tài)(或還原態(tài))在電解溶液中進一步氧化(或還原)反應基質，最終生成目的產物。其原理如下圖所示：電解原理及應用一、電解池工作原理模型圖提示：(1)陽離子在陰極上的放電依次：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞……(2)陰離子在陽極上的放電依次：S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－＞含氧酸根離子＞……(3)當陽極是金屬(Au、Pt除外)電極時，溶液中的離子不再放電而是金屬失電子生成金屬陽離子。(4)微粒的放電依次受溫度、濃度、電壓、電極材料等因素的影響。二、電解池陰、陽極的推斷1．依據所連接的外加電源推斷：與直流電源正極相連的為陽極，與直流電源負極相連的為陰極。2．依據電子流淌方向推斷：電子流淌方向為從電源負極流向陰極，從陽極流向電源正極。3．依據電解池里電解質溶液中離子的移動方向推斷：陽離子向陰極移動，陰離子向陽極移動。4．依據電解池兩極產物推斷(一般狀況下)(1)陰極上的現(xiàn)象是析出金屬(質量增加)或有無色氣體(H2)放出。(2)陽極上的現(xiàn)象是有非金屬單質生成，呈氣態(tài)的有Cl2、O2或電極質量減小(活性電極作陽極)。三、電解原理的實際應用1．物質制備eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電解飽和食鹽水制燒堿、Cl2、H2,電解法冶煉活潑金屬,電解法制備新物質))2．電鍍與電精煉eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(電鍍銅、銀,精煉粗Cu、粗銀))3．電解法處理廢水：電解含Na2SO4的廢水制NaOH與H2SO4。四、金屬電化學腐蝕與防護題組1電解原理的應用1．(2024·濰坊模擬)一種新型的電解廢水處理技術是以活性炭為電極板和粒子凝膠顆粒填充的電解裝置(如圖所示)。用該裝置電解過程中產生的羥基自由基(·OH)氧化實力極強，能氧化苯酚生成CO2、H2O。下列說法錯誤的是()A．陽極電極反應為2H2O－4e－=O2↑＋4H＋B．H＋通過離子交換膜向陰極移動C．苯酚被氧化的化學方程式為C6H5OH＋28·OH=6CO2↑＋17H2OD．每轉移0.7mole－，兩極室共產生氣體體積為11.2L(標準狀況)A[依據題給信息可知，陽極上產生羥基自由基，故陽極反應為H2O－e－=·OH＋H＋，A項錯誤；H＋通過離子交換膜向陰極移動，B項正確；苯酚被羥基自由基氧化為CO2、H2O，配平化學方程式為C6H5OH＋28·OH=6CO2↑＋17H2O，C項正確；陰極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，轉移0.7mol電子，陰極產生0.35molH2，陽極反應式為H2O－e－=·OH＋H＋，轉移0.7mol電子，生成0.7mol·OH，由C6H5OH＋28·OH=6CO2↑＋17H2O可知，0.7mol·OH參與反應，生成0.15molCO2，故兩極室共產生0.5mol氣體，在標準狀況下體積為11.2L，D項正確。]2．一種三電極電解水制氫的裝置如圖，三電極為催化電極a、催化電極b和Ni(OH)2電極。通過限制開關連接K1或K2，可交替得到H2和O2。下列說法錯誤的是()A．制O2時，電子由Ni(OH)2電極通過外電路流向催化電極bB．制H2時，陽極的電極反應式為Ni(OH)2＋OH－－e－=NiOOH＋H2OC．催化電極b上，OH－發(fā)生氧化反應生成O2D．該裝置可在無隔膜的條件下制備高純氫氣A[開關連接K1，制H2，a極為陰極生成H2；連接K2，制O2，b極為陽極。故制O2時，電子從b極流向電源的正極，從電源的負極流入Ni(OH)2電極，A項錯誤。]3．(雙選)(2024·煙臺聯(lián)考)2024年王浩天教授團隊在《Science》上發(fā)表文章，介紹了一種利用電化學法制取H2O2的方法，原理圖如下(已知：H2O2H＋＋HOeq\o\al(－,2))。下列說法錯誤的是()A．X膜為陰離子交換膜B．a極電勢比b極高C．外電路中每轉移4mole－，就產生1molH2O2D．b極的電極反應式為O2＋H2O＋2e－=HOeq\o\al(－,2)＋OH－AC[陽極(a極)一側通入H2，發(fā)生氧化反應，電極反應式為H2－2e－=2H＋，陰極(b極)一側通入O2，電極反應式為O2＋H2O＋2e－=HOeq\o\al(－,2)＋OH－，陽極產生的H＋和陰極產生的HOeq\o\al(－,2)定向移動到多孔固體電解質中生成H2O2，D項正確；X膜為陽離子交換膜，A項錯誤；陽極電勢比陰極電勢高，B項正確；結合上述分析知，外電路中每轉移4mole－，就產生2molH2O2，C項錯誤。]4．氯氣是一種重要的化工原料，近年來以氯化氫為原料制備氯氣的技術成為科學探討的熱點?？茖W家最近采納碳基電極材料設計了一種新的工藝方案，如圖所示。下列敘述不正確的是()A．相比于貴金屬催化劑，運用碳基電極材料可以進一步降低成本B．陽極反應式為：2HCl－2e－=Cl2＋2H＋C．上述過程的總反應式為4HCl＋O2eq\o(=,\s\up9(電解),\s\do9(Fe3＋))2Cl2＋2H2OD．電路中通過2mol電子，需消耗氧氣11.2LD[相比于貴金屬催化劑，運用碳基電極材料可以進一步降低成本，故A正確；電解池陽極發(fā)生氧化反應，HCl失電子生成Cl2和H＋，所以陽極的電極反應為2HCl－2e－=Cl2＋2H＋，故B正確；反應過程中，F(xiàn)e3＋與Fe2＋間是循環(huán)轉化的，整個過程是HCl與O2反應生成Cl2和H2O，所以該過程的總反應式為4HCl＋O2eq\o(=,\s\up9(電解),\s\do9(Fe3＋))2Cl2＋2H2O，故C正確；電路中通過2mol電子，需消耗標準狀況下氧氣的體積為0.5mol×22.4L·mol－1＝11.2L，故D錯誤。]電解試題的分析思路題組2原電池與電解池綜合應用5．用石墨烯鋰硫電池電解制備Fe(OH)2的裝置如圖所示。電池放電時的反應為16Li＋xS8=8Li2Sx(2≤x≤8)，電解池兩極材料分別為Fe和石墨，工作一段時間后，右側玻璃管中產生大量的白色沉淀。下列說法不正確的是()A．X是鐵電極，發(fā)生氧化反應B．電子流淌的方向：B→Y，X→AC．正極可發(fā)生反應：2Li2S6＋2Li＋＋2e－=3Li2S4D．鋰電極減重0.14g時，電解池中溶液減重0.18gD[依據圖中信息可知A為正極，B為負極，X為陽極，Y為陰極。鋰電極減重0.14g，則電路中轉移0.02mol電子，電解池中發(fā)生的總反應為Fe＋2H2Oeq\o(=,\s\up9(電解))Fe(OH)2↓＋H2↑，所以轉移0.02mol電子時，電解液中削減了0.02molH2O即0.36g，D錯誤。]6．一種將燃料電池與電解池組合制備KMnO4的裝置如圖所示(電極甲、乙、丙、丁均為惰性電極)。該裝置工作時，下列說法不正確的是()A．甲為正極，丙為陰極B．丁極的電極反應式為MnOeq\o\al(2－,4)－e－=MnOeq\o\al(－,4)C．KOH溶液的質量分數：c%>a%>b%D．標準狀況下，甲電極上每消耗22.4L氣體時，理論上有4molK＋移入陰極區(qū)C[丙電極上的反應是2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑，電極甲的電極反應式是O2＋2H2O＋4e－=4OH－，乙電極的電極反應式為H2－2e－＋2OH－=2H2O，依據溶液流淌方向，c%>b%>a%，C錯誤。]題組3金屬腐蝕與防護7．深埋在潮濕土壤中的鐵管道，在硫酸鹽還原菌作用下，能被硫酸根腐蝕，其電化學腐蝕原理如圖所示，下列與此原理有關說法錯誤的是()A．正極反應：SOeq\o\al(2－,4)＋5H2O＋8e－=HS－＋9OH－B．輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕C．這種狀況下，F(xiàn)e腐蝕的最終產物為Fe2O3·xH2OD．管道上刷富鋅油漆可以延緩管道的腐蝕C[A項，原電池的正極發(fā)生還原反應，由題圖可知，正極電極反應為SOeq\o\al(2－,4)＋5H2O＋8e－=HS－＋9OH－，正確；B項，硫酸鹽還原菌是蛋白質，在高溫下易變性，失去催化實力，則輸送暖氣的管道不易發(fā)生此類腐蝕，正確；C項，由題意可知，深埋在土壤中，即在缺氧環(huán)境中，F(xiàn)e腐蝕的最終產物不能為Fe2O3·xH2O，錯誤；D項，管道上刷富鋅油漆，形成Zn-Fe原電池，F(xiàn)e變?yōu)檎龢O，可以延緩管道的腐蝕，正確。]8．某同學利用如圖所示裝置探究金屬的腐蝕與防護條件。下列說法不合理的是()A．①區(qū)Cu電極上產生氣泡，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]后出現(xiàn)藍色，F(xiàn)e被腐蝕B．②區(qū)Cu電極旁邊滴加酚酞后變成紅色，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]出現(xiàn)藍色，F(xiàn)e被腐蝕C．③區(qū)Zn電極反應式為Zn－2e－=Zn2＋，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]未出現(xiàn)藍色，F(xiàn)e被愛護D．④區(qū)Zn電極反應式為2H＋＋2e－=H2↑，F(xiàn)e電極旁邊滴加K3[Fe(CN)6]出現(xiàn)藍色，F(xiàn)e被腐蝕A[①區(qū)為原電池，F(xiàn)e為負極，發(fā)生吸氧腐蝕，沒有氣體生成，故A錯誤。]金屬腐蝕快慢的三個規(guī)律(1)金屬腐蝕類型的差異電解原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學腐蝕>有防護腐蝕措施的腐蝕。(2)電解質溶液的影響①對同一金屬來說，腐蝕的快慢(濃度相同的電解質溶液)：強電解質溶液>弱電解質溶液>非電解質溶液。②對同一種電解質溶液來說，電解質濃度越大，腐蝕越快。(3)活潑性不同的兩金屬，活潑性差別越大，腐蝕越快。專項突破4離子交換膜在電化學中的綜合應用1．離子交換膜的分類(1)陽離子交換膜，簡稱陽膜，只允許陽離子通過，即允許H＋和其他陽離子通過，不允許陰離子通過。(2)陰離子交換膜，簡稱陰膜，只允許陰離子通過，不允許陽離子通過。(3)質子交換膜，只允許H＋通過，不允許其他陽離子和陰離子通過。(4)雙極膜：在直流電源作用下，雙極膜內中間發(fā)生水電離，H＋移向陰極，OH－移向陽極。2．離子交換膜的作用(1)能將兩極區(qū)隔離，阻擋兩極區(qū)產生的物質接觸，防止發(fā)生化學反應。(2)能選擇性地通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。(3)借助離子交換膜進行物質分別、除雜等。3．定量關系外電路電子轉移數＝通過隔膜的陰、陽離子帶的負或正電荷數。留意：同種交換膜，假如轉移相同的電子數，離子所帶電荷數不同，則遷移離子數不同。4．離子交換膜類型的選擇思路先分析兩極離子的變更eq\o(→,\s\up9(電中性))確定離子移動方向→確定交換膜的類型雙極膜電滲析一步法鹽制酸堿的技術進入了工業(yè)化階段，某科研小組探討采納BMED膜(如圖所示)，模擬以精制濃海水為原料干脆制備酸和堿。BMED膜堆包括陽離子交換膜、陰離子交換膜和雙極膜(a、d)。已知：在直流電源的作用下，雙極膜內中間界面層發(fā)生水的解離，生成H＋和OH－。下列說法正確的是()A．電極Y連接電源的正極，發(fā)生還原反應B．Ⅰ口排出的是混合堿，Ⅱ口排出的是淡水C．電解質溶液采納Na2SO4溶液可避開有害氣體的產生D．b膜為陽離子交換膜C[氫氧根離子向左側移動，這說明電極Y為陰極，所以電極Y連接電源的負極，發(fā)生還原反應，故A錯誤；濃海水中的氯離子向左側移動，鈉離子向右側移動，雙極膜中，氫離子向右側遷移、氫氧根離子向左側遷移，因此Ⅱ口排出的是淡水，Ⅰ口排出的是鹽酸、Ⅲ口排出的是堿液，故B錯誤；由于氯離子放電會產生有毒的氣體氯氣，加入Na2SO4溶液，目的是增加溶液的導電性，氯離子移向Ⅰ室，氫離子通過a移向Ⅰ室，在Ⅰ室得到HCl，可避開有害氣體的產生，故C正確；Cl－移向Ⅰ室，b膜為陰離子交換膜，故D錯誤。]1．(雙選)(2024·棗莊模擬)電解合成1,2-二氯乙烷的試驗裝置如圖所示。下列說法錯誤的是()A．該裝置工作時，陰極的電極反應是2H2O＋2e－=2OH－＋H2↑B．液相反應為CH2=CH2＋2CuCl2→ClCH2CH2Cl＋2CuCl(s)C．X、Y分別為陽離子交換膜、陰離子交換膜D．電路中每轉移1mole－，兩極共產生標準狀況下22.4L氣體CD[選項A，由圖可知，右側電極室進料為H2O，電解生成H2和NaOH，則右側電極上水放電，得電子生成氫氧根離子和氫氣，正確；選項B，液相反應進料為乙烯和氯化銅，出料為1,2-二氯乙烷和氯化亞銅，正確；選項C，左側電極室CuCl生成CuCl2，Cl－的量增多，則X為陰離子交換膜，右側電極室進料為H2O，產物為NaOH，則Y為陽離子交換膜，錯誤；選項D，此電解試驗中左側電極室不產生氣體，右側電極室產生氫氣，電路中每轉移1mole－生成0.5mol氫氣，標準狀況下為11.2L，錯誤。]2．學習小組設計如圖所示裝置，進行NO和NO2(假設二者物質的量之比為1∶1)的處理并制取硝酸。下列說法正確的是()A．ab相宜選用陰離子交換膜B．該電池工作時，正極區(qū)溶液的pH減小C．導線中流過2mol電子的電量時，有2mol離子通過交換膜D．負極的電極反應式為NO＋H2O－2e－=NO2＋2H＋C[由信息，左邊石墨電極為負極，電極反應式為NO＋2H2O－3e－=NOeq\o\al(－,3)＋4H＋、NO2＋H2O－e－=NOeq\o\al(－,3)＋2H＋；右邊石墨電極為正極，電極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，則ab相宜選用陽離子交換膜或質子交換膜，A、D項錯誤；該電池工作時，NaCl溶液濃度減小，溶液pH不變，B項錯誤；由電荷守恒知，導線中流過2mol電子的電量時，有2molH＋通過交換膜，C項正確。]3．(2024·開封市高三模擬)現(xiàn)在污水治理越來越引起人們重視，可以通過膜電池除去廢水中的乙酸鈉和對氯苯酚()，其原理如圖所示，下列說法正確的是()A．b為電池的正極，發(fā)生還原反應B．電流從b極經導線、小燈泡流向a極C．當外電路中有0.2mole－轉移時，a極區(qū)增加的H＋的個數為0.2NAD[依據H＋移向和電極上物質變更可確定a極為正極，b極為負極，A、B錯誤；據電荷守恒，當外電路中有0.2mole－轉移時，通過質子交換膜的H＋的個數為0.2NA，而發(fā)生＋Cl－，則a極區(qū)增加的H＋的個數為0.1NA，C錯誤。]4．納米級Cu2O由于具有優(yōu)良的催化性能而受到關注。采納離子交換膜限制電解液中OH－的濃度制備納米級Cu2O的裝置如圖所示，發(fā)生的反應為2Cu＋H2Oeq\o(=,\s\up9(電解))Cu2O＋H2↑。下列說法正確的是()A．鈦電極發(fā)生氧化反應B．陽極旁邊溶液的pH漸漸增大C．離子交換膜應采納陽離子交換膜D．陽極反應式為2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2OD[鈦電極為陰極，發(fā)生還原反應，A項錯誤；銅作陽極，陽極上銅發(fā)生失電子的氧化反應，陽極反應為2Cu＋2OH－－2e－=Cu2O＋H2O，OH－由陰極區(qū)遷移到陽極區(qū)參與反應，離子交換膜應為陰離子交換膜，C項錯誤、D項正確；由陰極區(qū)遷移過來的OH－在陽極全部參與反應，陽極旁邊溶液的pH不變，B項錯誤。]5．四甲基氫氧化銨[(CH3)4NOH]常用作電子工業(yè)清洗劑，以四甲基氯化銨[(CH3)4NCl]為原料，采納電滲析法合成[(CH3)4NOH]，其工作原理如圖所示(a、b為石墨電板，c、d、e為離子交換膜)，下列說法正確的是()A．M為正極B．c、e均為陽離子交換膜C．b極電極反應式：2H2O－4e－=O2↑＋4H＋D．制備1mol(CH3)4NOH，a、b兩極共產生0.5mol氣體B[A項，該電解池中Cl－向電極b遷移，則b電極為陽極，a電極為陰極，M為電源的負極，錯誤；B項，依據圖示，加入(CH3)4NCl溶液后，(CH3)4N＋通過c膜進入電極a旁邊生成(CH3)4NOH，則c膜為陽離子交換膜；Cl－通過d膜進入d膜右側，e膜右側的Na＋通過e膜進入e膜的左側，這樣NaCl在d、e兩膜之間富集，將NaCl稀溶液轉化為濃溶液，e膜為陽離子交換膜，正確；C項，電極b上溶液中的OH－放電，電極反應為4OH－－4e－=O2↑＋2H2O，錯誤；D項，制備1mol(CH3)4NOH，a電極上生成了1molOH－，反應中轉移了1mole－，a電極上產生0.5molH2、b電極上產生0.25molO2，兩極共產生0.75mol氣體，錯誤。]1．鋰碘電池的正極材料是聚2-乙烯吡啶(簡寫為P2VP)和I2的復合物，電解質是熔融薄膜狀的碘化鋰，該電池發(fā)生的總反應為2Li＋P2VP·nI2eq\o(,\s\up9(放電),\s\do9(充電))P2VP·(n－1)I2＋2LiI。下列說法正確的是()A．該電池放電時，鋰電極發(fā)生還原反應B．該電池放電時，碘離子移向正極C．P2VP和I2的復合物是絕緣體，不能導電，充電時與外電源的負極相連D．放電時正極反應式為P2VP·nI2＋2e－＋2Li＋=P2VP·(n－1)I2＋2LiID[該電池放電時，負極反應式為2Li－2e－=2Li＋，鋰電極發(fā)生氧化反應，A錯誤；原電池中碘離子移向負極Li，B錯誤；正極材料是聚2-乙烯吡啶(簡寫為P2VP)和I2的復合物，電極不行能是絕緣體，且充電時與外電源的正極相連，C錯誤；鋰碘電池的正極的電極反應式為P2VP·nI2＋2Li＋＋2e－=P2VP·(n－1)I2＋2LiI，D正確。]2．2024年諾貝爾化學獎授予約翰·古迪納夫、斯坦利·惠廷厄姆與吉野彰這三位被稱為“鋰電池之父”的科學家，以表彰他們在鋰離子電池領域作出的突出貢獻。如圖是一種最新研制的聚合物鋰電池，a極為含有Li、Co、Ni、Mn、O等元素組成的混鹽，電解質為一種能傳導Li＋的高分子復合材料，b極為鑲嵌金屬鋰的石墨烯材料，反應原理為：Li