第1章 化学反应与能量转化
第1节 化学反应的热效应
第1课时 化学反应的反应热
1．下列变化中属于吸热反应的是
( )
①液态水汽化 ②将胆矾加热变为白色粉末 ③葡萄糖在人体内氧化分解 ④氯酸钾分解制氧气 ⑤生石灰跟水反应生成熟石灰
A．①② B．②③ C．①④⑤ D．②④
答案 D
解析 ①不属于化学反应；③⑤属于放热反应。
2．下列说法不正确的是
( )
A．任何化学反应都伴随有能量变化
B．化学反应中的能量变化都表现为热量的变化
C．反应物的总能量高于生成物的总能量时，发生放热反应
D．反应热的大小与反应物所具有的总能量和生成物所具有的总能量有关
答案 B
解析 化学反应过程中的能量变化除了热能外，还可以是光能、电能等。
3．下列说法正确的是
( )
A．放热反应不需要加热即可发生
B．需要加热才能进行的反应一定是吸热反应
C．反应物的总能量低于生成物的总能量时，一定不能发生反应
D．反应放热还是吸热取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小
答案 D
解析 反应放热还是吸热取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小，反应物的总能量低于生成物的总能量时的反应为吸热反应，反之为放热反应。有的放热反应需要加热，有的吸热反应常温下就能进行。
4．已知C(石墨，s)=== C(金刚石，s)(吸热反应)，P4(白磷，s)=== 4P(红磷，s)
(放热反应)，下列判断正确的是
( )
A．说明金刚石的能量比石墨低
B．说明红磷比白磷稳定
C．说明红磷比金刚石稳定
D．此种变化为物理变化
答案 B
解析 同素异形体属于不同的物质，他们之间的转化属于化学变化，能量越低的物质越稳定。
第2课时 化学反应的焓变、热化学方程式
1．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氢气并吸收131.3 kJ热量
D．1个固态碳原子和1分子水蒸气反应吸热131.3 kJ
答案 C
解析 反应热表示按照热化学方程式系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，吸收131.3 kJ的热量。
2．工业生产水煤气的反应为：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝131.4 kJ·mol－1，下列判断正确的是
( )
A．反应物能量总和大于生成物能量总和
B．CO(g)＋H2(g)===C(s)＋H2O(l) ΔH＝－131.4 kJ·mol－1
C．水煤气反应中生成1 mol H2(g)吸收131.4 kJ热量
D．水煤气反应中生成1体积CO(g)吸收131.4 kJ热量
答案 C
解析 A项，由题中信息知合成水煤气反应为吸热反应，故可判断反应物总能量小于生成物总能量；B项，若生成的H2O为气态时ΔH＝－131.4
kJ·mol－1；C项，生成1 mol H2(g)吸收131.4 kJ的热量。D项，应为生成1 mol CO(g)吸收131.4 kJ热量。
3．已知：H2(g)＋F2(g)===2HF(g) ΔH ＝－270 kJ·mol－1，下列说法正确的是
( )
A．2 L氟化氢气体分解成1 L氢气与1 L氟气吸收270 kJ热量
B．1 mol氢气与1 mol氟气反应生成2 mol液态氟化氢放出热量小于270 kJ
C．在相同条件下，1 mol氢气与1 mol氟气的能量总和大于2 mol氟化氢气体的能量
D．1个氢气分子与1个氟气分子反应生成2个氟化氢气体分子放出270热量
答案 C
解析 热化学方程式中各物质的系数只表示物质的量，不表示体积或分子个数，1 mol H2与1 mol F2反应生成2 mol HF气体放出热量才是270 kJ，故A、D错；由HF(g)→HF(l)要放出热量，故B项应大于270 kJ，B错；由高能量的反应物生成低能量的生成物才放出热量，C正确。
4．下列热化学方程式书写正确的是
( )
A．2SO2＋O22SO3 ΔH＝－196.6 kJ·mol－1
B．H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1
C．2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ
D．C(s) ＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝393.5 kJ·mol－1
答案 B
解析 书写热化学方程式必须注意以下几点：①要注明反应物和生成物的聚集状态，A错；②吸热反应的ΔH的符号为“＋”，放热反应的ΔH为“－”，D错；③ΔH的单位为kJ·mol－1，C错。
5．写出下列反应的热化学方程式：
(1)N2(g)与H2(g)反应生成1 mol NH3(g)，放出46.1 kJ热量
_________________________。
(2)甲硅烷(SiH4)是一种无色气体，遇到空气能发生爆炸性自燃，生成SiO2和水蒸气。已知室温下1 g甲硅烷自燃放出热量44.6 kJ，其热化学方程式是_________________________。
(3)下图是一定温度和压强下N2和H2反应生成1 mol NH3的反应过程中的能量变化示意图，根据下图，写出工业合成氨的热化学方程式：_____________
(ΔH的数值用含字母Q1、Q2的代数式表示)。
答案 (1)N2(g)＋H2(g)??NH3(g)
ΔH＝－46.1 kJ·mol－1
(2) SiH4(g)＋2O2(g)===SiO2(s)＋2H2O(g)
ΔH＝－1 427.2 kJ·mol－1
(3) N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH＝2(Q1－Q2) kJ·mol－1
第3课时 反应焓变的计算
1．已知下列反应的热化学方程式：
6C(s)＋5H2(g)＋3N2(g)＋9O2(g)=== 2C3H5(ONO2)3(l) ΔH1
2H2(g)＋O2(g)=== 2H2O(g) ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
则反应4C3H5(ONO2)3(l)===12CO2(g)＋10H2O(g)＋O2(g)＋N2(g)的ΔH为
( )
A．12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1 B．2ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
C．12ΔH3－5ΔH2－2ΔH1 D．ΔH1－5ΔH2－12ΔH3
答案 A
解析 盖斯定律常规考查。三个热化学方程式分别编号为①、②、③，③×12＋②×5－①×2即可得到ΔH＝12ΔH3＋5ΔH2－2ΔH1。
2．SF6是一种优良的绝缘气体，分子结构中只存在S－F键。已知：1 mol S(s)转化为气态硫原子吸收能量280 kJ，断裂1 mol F－F 、S－F键需吸收的能量分别为160 kJ、330 kJ。则S(s)＋3F2(g)=== SF6(g)的反应热ΔH为
( )
A．－1780 kJ·mol－1 B．－1220 kJ·mol－1
C．－450 kJ·mol－1 D．＋430 kJ·mol－1
答案 B
解析 1 mol S(s)和3 mol F2(g)形成S原子和F原子共需要吸收能量是280 kJ＋3×160 kJ＝760 kJ。而生成1 mol SF6(g)时需形成6 mol S－F键，共放出6×330 kJ＝1980 kJ，该反应的反应热ΔH＝－1 220 kJ·mol－1，选项B正确。
3．甲醇(CH3OH)是重要的能源物质，研究甲醇具有重要的意义。
利用工业废气中的CO2可制取甲醇，其反应为：CO2＋3H2CH3OH＋H2O
常温常压下已知下列反应的能量变化如图所示：
写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式：______________________
________________________________________________________________。
答案 CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH ＝－132 kJ·mol－1
解析 由左图可知1 mol CO2(g)＋1 molH2(g)转化为1 mol CO(g)＋1 mol H2O (l)时能量变化为＋41 kJ·mol－1，由右图可知1 mol CO(g)＋2 mol H2(g)转化为1 molCH3OH(l)时的ΔH＝419 kJ·mol－1－510 kJ·mol－1＝－91 kJ·mol－1，则由二氧化碳和氢气制备甲醇的ΔH＝＋41 kJ·mol－1＋(－91 kJ·mol－1)＝－50 kJ·mol－1
4．煤燃烧的反应热可通过以下两个途径来利用：a.利用煤在充足的空气中直接燃烧产生的反应热；b.先使煤与水蒸气反应得到氢气和一氧化碳，然后使得到的氢气和一氧化碳在充足的空气中燃烧。这两个过程的热化学方程式为：
a．C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝E1
①
b．C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH＝E2
②
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝E3
③
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝E4
④
回答：
(1)上述四个热化学方程式中的哪些反应ΔH<0?
________________________________________________________。
(2)等质量的煤分别通过以上两条不同的途径产生的可利用的总能量关系正确的是
( )
A．a比b多 B．a比b少
C．a与b在理论上相同
(3)根据能量守恒定律，E1、E2、E3、E4之间的关系为____________________
________________________________________________________________。
答案 (1)①③④ (2)C (3)E1＝E2＋E3＋E4
解析 ΔH<0，表明反应放热，燃烧反应都是放热反应；由盖斯定律可知，a和b放出的总能量相等。由能量守恒定律可知E1＝E2＋E3＋E4。
第2节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
1．关于电解池的叙述不正确的是
( )
A．与电源正极相连的是电解池的阳极
B．电解质溶液中的阳离子向阴极移动
C．在电解池的阳极发生氧化反应
D．电子从电源的负极沿导线流入电解池的阴极，再经电解质溶液流入电解池的阳极
答案 D
解析 与电源正极相连的是电解池的阳极，电解池中的阴离子移向阳极，失去电子发生氧化反应。A、B、C正确。电子由电源负极流向电解池阴极，不能经电解质溶液流向电解池的阳极，D错误。
2．用石墨电极电解CuCl2溶液(见右图)。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
答案 A
解析 在电解过程中，阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，阴极与直流电源的负极相连，阳极与直流电源的正极相连，A项正确；电解质在溶液中的电离是因为水分子的作用，与通电无关，B项错误；电解过程中阳极上发生的反应为氧化反应，阳极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，在阳极附近可观察到黄绿色气体，C、D项错误。
3．某同学为了使反应2HCl＋2Ag===2AgCl＋H2↑能进行，设计了如图所示的四个实验，你认为可行的方案是
( )
答案 C
解析 银失电子被氧化，H＋得电子被还原，所以银应作电解池的阳极，电解质溶液应为盐酸，故选C。
4．用惰性电极电解下列溶液一段时间后再加入一定量的某种纯净物(方括号内的物质)，能使溶液恢复到原来的成分和浓度的
( )
A．AgNO3[AgNO3] B．NaOH[H2O]
C．KCl[KCl] D．CuSO4[Cu(OH)2]
答案 B
解析 A项：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，脱离反应体系的物质是4Ag＋O2，相当于2Ag2O，加入适量Ag2O才能复原(加入AgNO3，会使NO的量增加)；B项：2H2O2H2↑＋O2↑，脱离反应体系的是2H2＋O2，相当于2H2O，加入适量水可以复原；C项：2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，脱离反应体系的是H2＋Cl2，相当于2HCl，通入适量HCl气体才能复原(加入盐酸时，同时也增加了水)；D项：2CuSO4＋2H2O2H2SO4＋2Cu＋O2↑，脱离反应体系的是2Cu＋O2，相当于2CuO，加入适量CuO可以复原。
5．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理论设计的制取Cu2O的电解池示意图如下，电解总反应为2Cu＋H2OCu2O＋H2↑。下列说法正确的是
( )
A．石墨电极上产生氢气
B．铜电极发生还原反应
C．铜电极接直流电源的负极
D．当有0.1 mol电子转移时，有0.1 mol Cu2O生成
答案 A
解析 由电解总反应可知，Cu参加了反应，所以Cu作电解池的阳极，发生氧化反应，B选项错误；石墨作阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，A选项正确；阳极与电源的正极相连，C选项错误；阳极反应为2Cu＋2OH－－2e－===Cu2O＋H2O，当有0.1 mol电子转移时，有0.05 mol Cu2O生成，D选项错误。
第2课时 电解原理的应用
1．下列关于铜电极的叙述不正确的是
( )
A．在镀件上镀铜时镀件作阴极
B．在镀件上镀铜时可用金属铜作阳极
C．用电解法精炼粗铜时粗铜作阳极
D．用电解法精炼粗铜时纯铜作阳极
答案 D
解析 在镀件上镀铜时，要将镀件制品作阴极，金属铜作阳极，用含有铜离子的电解质溶液作电解液，故A、B正确；用电解法精炼粗铜时，要用粗铜作阳极，纯铜作阴极，用含铜离子的电解质溶液作电解液，故C正确、D错误。
2．用电解法提取氯化铜废液中的铜，方案正确的是
( )
A．用铜片连接电源的正极，另一电极用铂片
B．用碳棒连接电源的正极，另一电极用铜片
C．用氢氧化钠溶液吸收阴极产物
D．用带火星的木条检验阳极产物
答案 B
解析 用电解法提取氯化铜废液中的铜时，铜必须作阴极，阳极是惰性电极，阴极的反应式为：Cu2＋＋2e－===Cu。
3．取一张用饱和NaCl溶液浸湿的pH试纸，两根铅笔芯作电极，接通直流电源，一段时间后，发现a电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色。则下列说法错误的是
( )
A．b电极是阴极
B．a电极与电源的正极相连接
C．电解过程中，水是氧化剂
D．b电极附近溶液的pH变小
答案 D
解析 用惰性电极电解NaCl溶液，其电极反应分别为：阴极：2H＋＋2e－===H2↑、阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑，a极出现了双色同心圆，内圆为白色，外圈呈浅红色，则a极为电解池的阳极，因为产生的Cl2与水反应生成HCl和HClO，HCl使pH试纸显红色，HClO具有漂白性使pH试纸退色，b极为阴极，H＋得电子产生H2，H＋来源于H2O的电离，因此在b极又同时生成了
OH－，因此b极附近pH增大。
4．电解原理在化学工业中有广泛的应用。如图表示一个电解池，装有电解液c；A、B分别是两块电极板，通过导线与直流电源相连。
(1)若A、B都是惰性电极，电解质溶液c是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在U形管两边各滴入几滴酚酞试液，试判断
①a是________极(填“正”或“负”)，B是________极(填“阴”或“阳”)；
②A电极上的电极反应式为________________________________；
B电极上的电极反应式为_____________________________________。
③检验A电极产物的方法是_________________________________________
(2)如用电解法精炼粗铜，电解液c选用CuSO4溶液，则①A电极的材料是________，电极反应式为_________________________________________；
②B电极的材料是________，电极反应式为__________________________。
(3)用惰性电极电解CuSO4溶液。若阴极上析出Cu的质量为3.2 g，则阳极上产生气体在标准状况下的体积为________；
答案 (1)①正 阴 ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑ ③把湿润的淀粉碘化钾试纸放在A电极附近，试纸变蓝 (2)①粗铜 Cu－2e－===Cu2＋ ②纯铜 Cu2＋＋2e－===Cu (3)0.56 L
解析 (1)电流从正极流出，流入电解池的阳极，所以a是正极，B是阴极；A电极的反应式为：2Cl－－2e－===Cl2↑，B电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；检验Cl2的方法一般用湿润的淀粉碘化钾试纸，Cl2能使试纸变蓝。也可以用湿润的有色布条或纸条，Cl2能使布条或纸条退色。(3)电解的总反应方程式为：2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋。当阴极上析出3.2 g Cu时，产生的O2在标况下体积为0.56 L。
第3节 化学能转化为电能——电池
第1课时 原电池的工作原理
1．下列装置中，属于原电池的是
( )
答案 D
解析 利用组成原电池的条件分析；A项两电极相同；B项酒精为非电解质；C项缺少盐桥；E项有外加电源，只有D项符合。
2．右图是Zn和Cu形成的原电池，某实验兴趣小组做完实验后，在读书卡片上记录如下：在卡片上，描述合理的是
( )
实验后的记录：
①Zn为正极，Cu为负极。
②H＋向负极移动。③电子流动方向Zn→Cu。
④Cu极上有H2产生。⑤若有1 mol电子流过导线，则产生H20.5mol。
⑥正极的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。
A．①②③ B．③④⑤ C ．④⑤⑥ D．②③④
答案 B
解析 Zn、Cu和稀H2SO4构成原电池。Zn比Cu活泼，Zn为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋，Cu为正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，每转移1 mol电子，产生H2 0.5 mol，电子由Zn流出，经导线流向Cu，溶液中H＋向正极移动，SO向负极移动，故选B。
3．把A、B、C、D四块金属浸在稀H2SO4中，用导线两两相连可以组成多种原电池。A、B相连时，A为负极；C、D相连时，D上有气泡逸出；A、C相连时，A极减轻；B、D相连时，B为正极。则四种金属的活动性顺序由大到小排列为
( )
A．A>B>C>D B．A>C>B>D
C．A>C>D>B D．B>D>C>A
答案 C
解析 原电池中相对活泼的金属失去电子作负极，相对不活泼的金属作正极。负极被氧化，质量减轻，正极发生还原反应，有物质析出，由题意得活动性A>B、A>C、C>D、D>B。
4．依据氧化还原反应：2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)，设计的原电池如下图所示。
请回答下列问题：
(1)电极X的材料是________；电解质溶液Y是________；
(2)银电极为电池的________极，发生的电极反应为__________________；
X电极上发生的电极反应为__________________________________；
(3)外电路中的电子是从________电极流向________电极(填“Cu”或“Ag”)。
答案 (1)铜 AgNO3溶液 (2)正 Ag＋＋e－===Ag
Cu－2e－===Cu2＋ (3)Cu Ag
解析 Cu失电子发生氧化反应， Cu应作负极，Ag＋得电子发生还原反应，应在正极上反应。AgNO3溶液应为电解质溶液，从而推知：
(1)X的材料为铜，Y是AgNO3溶液。 (2)银为原电池的正极，发生的电极反应式为Ag＋＋e－===Ag。X电极上发生的电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋。 (3)外电路中的电子从铜(负)电极流向银(正)电极。
第2课时 化学电源
1．生产铅蓄电池时，在两极板上的铅、锑合金棚架上均匀涂上膏状的PbSO4，干燥后再安装，充电后即可使用，发生的反应是2PbSO4＋2H2OPbO2＋Pb＋2H2SO4，下列对铅蓄电池的说法错误的是
( )
A．需要定期补充硫酸
B．工作时铅是负极，PbO2是正极
C．工作时负极上发生的反应是Pb＋SO－2e－===PbSO4
D．工作时电解质的密度减小
答案 A
解析 铅蓄电池放电时相当于原电池，Pb是负极，PbO2是正极，负极发生的反应是Pb失去电子生成Pb2＋，Pb2＋与溶液中的SO生成PbSO4沉淀，放电时消耗的硫酸与充电时生成的硫酸相等，在电池制备时，PbSO4的量是一定的，制成膏状，干燥后再安装，说明H2SO4不用补充；放电时，H2SO4被消耗，溶液中的H2SO4的物质的量浓度减小，所以溶液的密度也随之减小。
2．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。碱性锌锰电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为Zn＋MnO2＋H2O===ZnO＋Mn(OH)2，下列说法中，错误的是
( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为MnO2＋2H2O＋2e－===Mn(OH)2＋2OH－
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减少6.5 g
答案 C
解析 分析碱性锌锰电池：锌为负极，在反应中失去电子，故A正确；电池工作时，电子由负极通过外电路流向正极，故C错误；由电子守恒知D项正确；由该电池反应的总反应式和原电池的原理写出正极反应式知B正确。
3．铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2。下列有关该电池的说法不正确的是
( )
A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3，负极为Fe
B．电池放电时，负极反应为：Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2
C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低
D．电池充电时，阳极反应为：2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O
答案 C
解析 根据电池的总反应：Fe＋Ni2O3＋3H2O===Fe(OH)2＋2Ni(OH)2，可以判断出铁镍蓄电池放电时Fe作负极，发生氧化反应，电极反应为Fe＋2OH－－2e－===Fe(OH)2，正极为Ni2O3，电解质溶液应为碱性溶液。A、B均正确；充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式为2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===Ni2O3＋3H2O。阴极发生还原反应，电极反应式为Fe(OH)2＋2e－===Fe＋2OH－，阴极附近溶液的pH升高。
4．填空：
(1)利用反应2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4 ＋2H2O可以制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应式为________________________。
(2)将氨气通入双氧水中可发生反应：3H2O2＋2NH3===N2＋6H2O ΔH<0，此反应可设计成原电池，正极反应式为________，负极反应式为________。
(3) 某氨碱式燃料电池的电池反应式是4NH3＋3O2===2N2＋6H2O，电解质溶液为KOH溶液，则通入氨气的电极是________(填“正极”或“负极”)，正极电极反应式是________，从理论上分析，该电池工作过程中________(填“需要”或“不需要”)补充KOH。
(4)甲醇燃料电池的种类很多。
①我们常用的一种甲醇燃料电池，是以甲醇与氧气的反应为原理设计的，其电解质溶液是KOH溶液。写出该电池负极的电极反应式________，电池总反应式为________ 。
②下图为常用笔记本电脑所用甲醇质子交换膜燃料电池的结构示意图，该电池工作过程中O2应从________(填“c”或“b”)口通入，电池负极反应式为________，正极反应式为________。
③为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y2O3的ZrO2晶体，在高温下它能传导O2－离子。在该熔融电解质中，O2－向________(填“正”或“负”)极移动，电池负极电极反应为：_____________________________，
电池工作时正极反应式为__________________________________________。
答案 (1)O2＋4H＋＋4e－===2H2O (2)3H2O2＋6e－===6OH－ 2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O
(3)负极 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ 不需要
(4)①CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O,2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O ②c 2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋，3O2＋12H＋＋12e－===6H2O ③负 CH3OH－6e－＋3O2－===CO2 ＋2H2O O2＋4e－===2O2－
解析 (1)(2)(3)均是已知总反应写电极反应式，根据负极发生氧化反应，正极发生还原反应，先写出正、负极反应前后发生化合价变化的物质，再根据化合价变化写出得失电子数目，然后根据溶液中存在的离子，依次配平电荷和原子守恒。
(1)电解质溶液为酸性，正极电极反应为：O2＋4H＋＋4e－===2H2O。
(2)电解质溶液为碱性，正极反应为3H2O2＋6e－===6OH－，负极反应为 2NH3＋6OH－－6e－===N2＋6H2O。
(3)电解质溶液为碱性，NH3失电子，发生氧化反应，故通入NH3的一极为负极，正极电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，由于总反应式中没有碱消耗，所以不需要补充碱。
(4)①碱性条件下甲醇被氧化为 CO，负极电极反应式为CH3OH＋8OH－－6e－===CO＋6H2O，正极电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，所以电池总反应式为2CH3OH＋3O2＋4OH－===2CO＋6H2O。
②原电池中，阳离子H＋向正极移动，N电极为正极，而 O2得电子发生还原反应，所以应从正极的c口通入。酸性条件下甲醇被氧化为CO2，所以负极电极反应式为2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋，酸性条件下，正极电极反应为3O2＋12H＋＋12e－===6H2O。
③原电池中O2－向负极移动。由于是固体电解质，在熔融状态下能传导O2－，所以负极电极反应考虑O2－参与电极反应，负极电极反应为CH3OH－6e－＋3O2－===CO2＋2H2O，正极电极反应为O2＋4e－===2O2－。
第3课时 金属的腐蚀与防护
1．关于铜板上铁铆钉处的吸氧腐蚀的下列说法中，不正确的是
( )
A．正极电极反应式为：2H＋＋2e－===H2↑
B．此过程中还涉及到反应：4Fe(OH)2＋2H2O＋O2===4Fe(OH)3
C．此过程中铜并不被腐蚀
D．此过程中电子从Fe移向Cu
答案 A
解析 铁铆钉发生吸氧腐蚀时，负极为铁，反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，正极为铜，反应式为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，总反应为2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2，生成的Fe(OH)2继续被空气中的O2氧化成Fe(OH)3，反应式为4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，反应中电子从负极Fe移向正极Cu，铜不被腐蚀。
2．下列叙述错误的是
( )
A．生铁中含有碳，抗腐蚀能力比纯铁弱
B．用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐为电镀液
D．铁管上镶嵌锌块，铁管不易被腐蚀
答案 C
解析 生铁中含有碳，构成原电池加快了腐蚀速率，故A选项正确；用锡焊接的铁质器件，焊接处易生锈，是因为构成的原电池中Fe作负极，加快了腐蚀速率，故B选项正确；在铁制品上镀铜时，镀件应为阴极，故C选项错；铁管上镶嵌锌块，构成的原电池中Fe作正极，受到保护，故D选项正确。
3．如图实验为研究金属腐蚀的实验，下列相关说法正确的是
( )
A．食盐水中有气泡逸出
B．铁表面的反应为Fe－3e－===Fe3＋
C．红色首先在食盐水滴的中心出现
D．该实验研究的是金属的吸氧腐蚀
答案 D
解析 食盐水是中性电解质溶液，生铁发生吸氧腐蚀，电极反应为：负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，液滴边缘含氧量高，首先发生腐蚀。
4．结合图示判断，下列叙述正确的是
( )
A．Ⅰ和Ⅱ中正极均被保护
B．Ⅰ和Ⅱ中负极反应均是Fe－2e－===Fe2＋
C．Ⅰ和Ⅱ中正极反应均是O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．Ⅰ和Ⅱ中分别加入少量NaOH溶液，最终均有红褐色沉淀
答案 A
解析 锌比铁活泼，装置Ⅰ中锌作负极，方程式为Zn－2e－===Zn2＋。铁作正极，但溶液显中性，所以发生锌的吸氧腐蚀，正极反应是O2＋2H2O＋4e－===4OH－；铁比铜活泼，装置Ⅱ中铁作负极，负极反应为Fe－2e－===Fe2＋。铜作正极，但溶液显酸性，所以正极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。因为装置Ⅰ中没有Fe2＋生成，所以装置Ⅰ中加入少量NaOH溶液，最终没有红褐色沉淀。
5．请回答下列问题：
(1)航母舰体为合金钢，舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为________________________________________________________________。
(2)镀铜铁制器镀层受损后，铁制器比受损前更________(“易”、“难”)生锈。与铜质水龙头连接处的钢质水管________(“易”、“难”)发生腐蚀。
(3)利用下图装置，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________处， X极上的电极反应为________。若X为锌，开关K置于M处，该电化学防护法称为__________________________，
铁极上的电极反应为______________________________________________。
答案 (1)吸氧腐蚀 (2)易 易 (3)N 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 牺牲阳极保护法 O2＋2H2O＋4e－===4OH－
解析 (1)海水酸性很弱，所以金属主要发生吸氧腐蚀；(2)镀层受损后，形成的原电池中，铁作负极，更易失电子被腐蚀；钢管与铜质水龙头和电解质溶液形成的原电池中，铁作负极，易腐蚀； (3)铁被保护，可以是做原电池的负极，或者电解池的阴极，故若X为碳棒，开关K应置于N处，Fe做阴极受到保护，X为阳极，电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑；若X为锌，开关K置于M处，锌是做负极，称为牺牲阳极保护法，铁极上的电极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－。
第1章 化学反应与能量转化
第1节 化学反应的热效应
第1课时 化学反应的反应热
[经典基础题]
1．下列对化学反应的认识错误的是
( )
A．会引起化学键的变化
B．会产生新的物质
C．必然引起物质状态的变化
D．必然伴随着能量的变化
答案 C
解析 化学反应的本质是化学键的断裂和形成，表现为有新物质生成，而化学变化中的反应物和生成物的状态在反应前后可能相同，也可能不相同，故C项错。
2．下列反应中既是氧化还原反应，又是吸热反应的是
( )
A．铝与稀盐酸反应
B．灼热的炭与二氧化碳反应
C．甲烷在空气中燃烧
D．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应
答案 B
3．下列说法不正确的是
( )
A．需要加热才能发生的反应不一定是吸热反应
B．任何放热反应在常温条件下一定能发生
C．反应物所具有的总能量和生成物所具有的总能量的相对大小决定了反应是放热反应还是吸热反应
D．化合反应不一定是放热反应
答案 B
解析 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；有些放热反应在常温条件下也不能发生，如煤的燃烧反应；化学反应的能量变化主要表现为放热或吸热，反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小；化合反应也可能是吸热反应，如C和CO2的反应。
4．下列说法不正确的是
( )
A．化学反应放热还是吸热与反应条件无关
B．在加热条件下进行的反应不一定是吸热反应
C．所有的燃烧反应都是放热反应
D．在化学反应过程中，发生物质变化的同时不一定发生能量变化
答案 D
5．已知化学反应2C(s)＋O2(g)2CO(g)，2CO(g)＋O2(g)2CO2(g)都是放热反应。据此判断，下列说法中不正确的是
( )
A．12 g C所具有的能量一定高于28 g CO所具有的能量
B．56 g CO和32 g O2所具有的总能量大于88 g CO2所具有的总能量
C．12 g C和32 g O2所具有的总能量大于44 g CO2所具有的总能量
D．将一定质量的C燃烧，生成CO2比生成CO时放出的热量多
答案 A
解析 放出热量的化学反应，反应物的总能量一定高于生成物的总能量。C和CO的燃烧反应都是放热反应，C＋O2CO2必然是放热反应。因此，B、C两项的说法正确。12 g C并不代表反应物的全部，O2也是反应物，所以A项的说法不正确。由于CCO放出热量，COCO2放出热量，所以CCO2比CCO放出的热量要多，即D项说法也是正确的。
6．下列反应中反应物总能量小于生成物总能量的是
( )
A．Fe粉与硫粉混合加热
B．常温下将氢氧化钡晶体与氯化铵粉末混合反应
C．将铁片投入到稀硝酸溶液中
D．Al粉与NaOH溶液反应
答案 B
7．化学反应中的能量变化通常表现为热量的变化，下列图示能表示Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应过程中能量变化的是
( )
答案 A
解析 Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应过程中吸收热量，即生成物的总能量大于反应物的总能量。
8．在进行中和热的测定中，下列操作错误的是
( )
A．反应前酸、碱溶液的温度要相同
B．测量溶液的温度计要一直插在溶液中
C．为了使反应均匀进行，可以向酸(碱)中分次加入碱(酸)
D．为了使反应更完全，可以使酸或碱适当过量
答案 C
解析 分次加入混合时，容易造成热量损失，使测试结果不准确。
9．将盛有NH4HCO3粉末的小烧杯放入盛有少量醋酸的大烧杯中。然后向小烧杯中加入盐酸，反应剧烈，醋酸逐渐凝固。由此可见下列说法不正确的是
( )
A．NH4HCO3和盐酸的反应是吸热反应
B．该反应中，热能转化为产物内部的能量
C．反应物的总能量高于生成物的总能量
D．反应的化学方程式为：NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋CO2↑＋H2O
答案 C
解析 醋酸逐渐凝固说明反应吸收热量导致醋酸溶液温度降低，即NH4HCO3与HCl的反应为吸热反应，A项正确；因反应为吸热反应，即吸热的热量转化为产物内部的能量，故B项正确；因反应为吸热反应，则反应后生成物的总能量高于反应物的总能量，C项错误；NH4HCO3和盐酸的反应， NH4HCO3＋HCl===NH4Cl＋CO2↑＋H2O，D项正确。
10．将V1 mL 1.00 mol·L－1 HCl溶液和V2 mL未知浓度的NaOH溶液混合均匀后测量并记录溶液温度，实验结果如图所示(实验中始终保持V1＋V2＝50 mL)。下列叙述正确的是
( )
A．做该实验时环境温度为22 ℃
B．该实验表明化学能可以转化为热能
C．NaOH溶液的浓度约为1.00 mol·L－1
D．该实验表明有水生成的反应都是放热反应
答案 B
解析 实验所测量的温度不是环境温度，而是反应后溶液的温度；根据图像，当V1＝30 mL时，反应混合液温度最高，说明此时二者恰好完全反应，V2＝20 mL，1.00 mol·L－1×30 mL＝c(NaOH)×20 mL，c(NaOH)＝1.5 mol·L－1；NH4Cl(s)与Ba(OH)2·8H2O(s)的反应也有水生成，但该反应是吸热反应。
[能力提升题]
11．某学习小组设计以下实验，探究化学反应中的热效应，把试管放入盛有25 ℃的饱和石灰水的烧杯中，试管中开始放入几小块镁片，再用滴管往其中滴加5 mL盐酸。试回答下列问题：
(1)实验中观察到的现象是___________。
(2)产生上述现象的原因是_________________________________。
(3)写出有关反应的离子方程式：____________________________________。
(4)由实验推知，MgCl2和H2的总能量________(填“大于”、“小于”或“等于”)镁片和盐酸的总能量。
答案 (1)试管中镁片逐渐溶解，并有气体产生，烧杯中石灰水变浑浊
(2)镁与稀盐酸反应是放热反应，该反应放出的热量使石灰水温度升高，Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而减小，故变浑浊
(3)Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑
(4)小于
解析 镁与盐酸反应是放热反应，镁与盐酸反应产生的热量使石灰水的温度升高，Ca(OH)2的溶解度随温度的升高而减小，气体的溶解度也随温度的升高而减小。
12．把温度为13 ℃、浓度为1.0 mol·L－1的酸溶液和1.1 mol·L－1的碱溶液各50 mL混合[溶液密度均为1 g/ mL，所生成溶液的比热容c＝4.184 J/(g· ℃)]，轻轻搅动。测得酸碱混合液的温度变化数据如下：
反应物
起始温度t1/ ℃
终了温度t2/ ℃
中和热kJ·mol－1
HCl＋NaOH
13.0
19.8
ΔH1
HCl＋NH3·H2O
13.0
19.3
ΔH2
(1)试计算上述两组实验测出的中和热：
ΔH1＝_____________；
ΔH2＝______________。
(2)实验中碱液过量的目的是_____________。
(3)两组实验结果有差异的原因是______。
答案 (1)－56.9 kJ·mol－1 －52.7 kJ·mol－1
(2)使盐酸完全反应，提高实验的准确度
(3)NaOH是强电解质，NH3·H2O是弱电解质，继续电离时吸收热量
解析 (1)根据给出的酸和碱的物质的量，酸为0.050 mol，碱为0.055 mol，碱是过量的，应以酸计算，算出生成0.050 mol 水放出的热量，进而得出生成1 mol水放出的热量，即可得出两组实验测出的中和热数值。
|ΔH1|＝
＝5.69×104 J· mol－1＝56.9 kJ· mol－1
|ΔH2|＝
＝5.27×104 J· mol－1＝52.7 kJ· mol－1
(2)碱液过量是为了提高实验准确度，保证盐酸完全反应；NH3·H2O易挥发，也使NH3·H2O浓度下降，故应过量。
(3)NaOH是强碱，在水溶液中完全电离，跟HCl中和时放热较多，NH3·H2O是弱碱，只有小部分电离，发生电离时要吸热，中和时放热较少。
第2课时 化学反应的焓变、热化学方程式
[经典基础题]
1．下列说法中，不正确的是
( )
A．若反应产物的总焓大于反应物的总焓时，反应吸热，ΔH>0
B．破坏反应产物全部化学键所需要的能量大于破坏反应物全部化学键所需要的能量时，ΔH<0
C．反应焓变是指1 mol物质参加反应时的能量变化
D．在稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ· mol－1，若将含0.5 mol H2SO4的浓硫酸与含1 mol NaOH的溶液混合，放出的热大于57.3 kJ
答案 C
2．反应A＋B→C(ΔH<0)分两步进行：①A＋B→X(ΔH>0)，②X→C(ΔH<0)。下列示意图中，能正确表示总反应过程中能量变化的是
( )
答案 D
解析 由反应 A＋B→C(ΔH ＜0)分两步进行 ① A＋B→X (ΔH ＞0) ②X→C(ΔH ＜0)可以看出，A＋B→C(ΔH ＜0)是放热反应，A和B 的能量之和大于C的能量，由①A＋B→X (ΔH ＞0)可知这步反应是吸热反应，X→C(ΔH ＜0)是放热反应，故X的能量大于A＋B；A＋B的能量大于C，X 的能量大于C。
3．根据碘与氢气反应的热化学方程式
①I2(g)＋H2(g)??2HI(g) ΔH＝－9.48 kJ·mol－1
②I2(s)＋H2(g)??2HI(g) ΔH＝＋26.48 kJ·mol－1
下列判断正确的是
( )
A．254 g I2(g)中通入2 gH2(g)，反应放热9.48 kJ
B．1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差17.00 kJ
C．反应①的产物比反应②的产物稳定
D．反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低
答案 D
解析 A．因为是可逆反应，所以不能进行完全，放出热量小于9.48 kJ，故A错；B.1 mol固态碘与1 mol气态碘所含的能量相差＋26.48－(－9.48)＝35.96 (kJ)，故B错；C.一样稳定，都是HI的气态，故C错；D.对于等量的同一物质，固态物质的能量比气态物质能量低；因此反应②的反应物总能量比反应①的反应物总能量低；故D对。
4．已知298 K时，合成氨反应N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－92.0
kJ·mol－1，将此温度下的1 mol N2和3 mol H2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应。测得反应放出的热量为(假定测量过程中没有能量损失)
( )
A．一定小于92.0 kJ B．一定大于92.0 kJ
C．一定等于92.0 kJ D．无法确定
答案 A
解析 反应热是指反应完全进行时放出或吸收的热量。1 mol N2和3 mol H2放在密闭容器中，在催化剂存在时进行的反应为可逆反应，是不能进行到底的，因此反应放出的热量一定小于92.0 kJ。
5．下列各组热化学方程式中，化学反应的ΔH前者大于后者的是
( )
①C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO(g) ΔH2
②S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH4
③H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH6
④CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH7
CaO(s)＋H2O(l)===Ca(OH)2(s) ΔH8
A．① B．④ C．②③④ D．①②③
答案 C
解析 ①中CO(g)＋O2(g)===CO2(g)是放热反应，故ΔH1<ΔH2；②固态硫转变为硫蒸气是吸热反应，故S(g)燃烧生成SO2(g)放热多，故ΔH3>ΔH4；③2 mol H2比1 mol H2燃烧放出的热量多，故ΔH5>ΔH6；④前者是吸热反应ΔH7>0，后者是放热反应ΔH8<0，故ΔH7>ΔH8。
6．已知氯气、溴蒸气分别跟氢气反应的热化学方程式如下(Q1、Q2均为正值)：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－Q1；H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g) ΔH＝－Q2，有关上述反应的叙述正确的是
( )
A．Q1
B．生成物总能量均高于反应物总能量
C．生成1 mol HCl气体时放出Q1热量
D．1 mol HBr(g)具有的能量大于1 mol HBr(l)具有的能量
答案 D
解析 A项，因为Cl2比Br2活泼，所以Q1>Q2；B项，因为反应为放热反应，所以生成物总能量要低于反应物总能量；C项，生成1 mol HCl气体时放出热量Q1；D项，因为HBr(g)→HBr(l)放热，所以1 mol HBr(g)具有的能量大于1 mol HBr(l)具有的能量。
7．今有如下三个热化学方程式：
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝a kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH＝b kJ·mol－1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝c kJ·mol－1
下列关于它们的表述正确的是
( )
A．它们都是吸热反应 B．a、b和c均为正值
C．a＝b D．2b＝c
答案 D
解析 ①根据热化学方程式书写中反应热表示方法的规定即ΔH为“－”表示放热，ΔH为“＋”表示吸热，可判断H2燃烧放出的热量应用负值表示，因为燃烧反应为放热反应，故A、B不正确；②根据相同物质的反应，聚集状态不同，反应热不同可判断a≠b，故C错；③根据相同反应，反应热与可燃物的物质的量成正比可判断2b＝c。
8．N2H4是一种高效清洁的火箭燃料。0.25 mol N2H4(g)完全燃烧生成氮气和气态水时，放出133.5 kJ热量。则下列热化学方程式中正确的是
( )
A.N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋H2O(g)
ΔH＝267 kJ·mol－1
B．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－133.5 kJ·mol－1
C．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝534 kJ·mol－1
D．N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH＝－534 kJ·mol－1
答案 D
解析 热化学方程式中ΔH＞0表示吸热，ΔH＜0表示放热，选项A、C中ΔH的符号错误。热化学方程式中化学式前面的系数仅表示物质的量，0.25 mol N2H4(g)燃烧放热133.5 kJ，故1 mol N2H4(g)燃烧放热4×133.5 kJ，选项D正确，B错误。
9．已知：25 ℃、101 kPa条件下：
4Al(s)＋3O2(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－2 834.9 kJ·mol－1
4Al(s)＋2O3(g)===2Al2O3(s) ΔH＝－3 119.1 kJ·mol－1
由此得出的正确结论是
( )
A．等质量的O2比O3能量低，由O2变为O3为放热反应
B．等质量的O2比O3能量高，由O2变为O3为吸热反应
C．O3比O2稳定，由O2变为O3为放热反应
D．O2比O3稳定，由O2变为O3为吸热反应
答案 D
解析 25 ℃、101 kPa条件下， 4 molAl(s)与O2(g)完全反应生成Al2O3(s)比与O3(g)完全反应放出的能量少，所以2 mol O3(g)比3 mol O2(g)能量多，因此只有D正确。
10．化学反应N2＋3H22NH3的能量变化如下图所示，该反应的热化学方程式是
( )
A．N2(g)＋3H2(g)??2NH3(l)
ΔH＝2(a－b－c)kJ·mol－1
B．N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH＝2(b－a) kJ·mol－1
C.N2(g)＋H2(g)??NH3(l)
ΔH＝(b＋c－a)kJ·mol－1
D.N2(g)＋H2(g)??NH3(g)
ΔH＝(a＋b)kJ·mol－1
答案 A
解析 通过图分析起点mol N2(g)＋mol H2(g)，变化三阶段为①吸收能量a kJ；②放出能量b kJ；③放出能量c kJ到1 mol NH3(l)。故可得热化学方程式：N2(g)＋H2(g)??NH3(l) ΔH＝(a－b－c) kJ·mol－1，扩大系数后得到A。
[能力提升题]
11．合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH3，放出92.2 kJ热量。
①若起始时向容器内放入2 mol N2和6 mol H2，达平衡后放出的热量为Q，则Q________184.4 kJ(填 “＞”、“＜”或“＝”)。
②已知
1 mol N－H键断裂吸收的能量等于________ kJ。
答案 ①< ②391
12．以天然气等为原料合成甲醇
(1)与碳和水蒸气的反应相似，以天然气为原料也可以制得CO和H2，该反应的化学方程式为_________________________________。
(2)合成甲醇的一种方法是以CO和H2为原料，其能量变化如图所示：
由图可知，合成甲醇的热化学方程式为_______________________________。
答案 (1) CH4＋H2OCO＋3H2 (2)CO(g)＋2H2(g)??CH3OH(g) ΔH＝(a－b) kJ· mol－1
13．0.3 mol的气态高能燃料乙硼烷(B2H6)在氧气中燃烧，生成固态的三氧化二硼和液态水，放出649.5 kJ热量，其热化学方程式为____________。
又已知：H2O(l)===H2O(g) ΔH＝44 kJ·mol－1。则11.2 L(标准状况)乙硼烷完全燃烧生成气态水时放出的热量是________kJ。
答案 B2H6(g)＋3O2(g)===B2O3(s)＋3H2O(l)
ΔH＝－2 165 kJ·mol－1 1 016.5
解析 1 mol B2H6燃烧放出热量＝2 165 kJ，0.5 mol B2H6燃烧生成液态水(1.5 mol)放出热量为×2 165 kJ，1.5 mol H2O(l)变为1.5 mol H2O(g)需吸收热量为66 kJ，所以0.5 mol B2H6燃烧生成气态水时放出热量为：×2 165 kJ－1.5×44 kJ＝1 016.5 kJ。
14．已知H2(g)＋O2(g)===H2O(g)，反应过程中能量变化如图。
请回答下列问题：
(1)a、b、c分别代表什么意义？
a________________；b________________；c________________。
(2)该反应是________反应(填“吸热”或“放热”)，ΔH________(填“< 0”或“> 0”)。
(3)若已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1＝－Q1
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝－Q2
则ΔH1________ΔH2，Q1________Q2(填“>”、“<”或“＝”)。
答案 (1)表示旧键断裂吸收的能量 表示新键形成释放出的能量 表示反应热 (2)放热 < 0 (3)> <
解析 (1)反应热等于旧化学键断裂吸收的能量与新化学键生成放出的能量差。H2(g)和O2(g)与2H(g)和O(g)之间的能量差是H2―→2H(g)和O2(g)→O(g)过程中断开H－H键和O===O键需吸收的能量。所以a代表旧键断裂吸收的能量，b代表2H(g)＋O(g)结合成氢氧键所放出的能量，c则代表断键所吸收的能量－成键所释放的能量，即a－b＝c。
(2)由图可知该反应中反应物总能量大于生成物总能量，所以该反应为放热反应，ΔH<0。
(3)比较ΔH大小时，要连同“＋”、“－”包含在内。
第3课时 反应焓变的计算
[经典基础题]
1．强酸与强碱的稀溶液发生中和反应的热效应：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ·mol－1，向1 L0.5 mol·L－1的NaOH溶液中加入下列物质：①稀醋酸；②浓硫酸；③稀硝酸，恰好完全反应的热效应ΔH1、ΔH2、ΔH3的关系正确的是
( )
A．ΔH1>ΔH2>ΔH3 B．ΔH1<ΔH3<ΔH2
C．ΔH1＝ΔH3>ΔH2 D．ΔH1>ΔH3>ΔH2
答案 D
解析 稀醋酸是弱酸，存在电离吸收热量过程，其ΔH1>－57.3kJ·mol－1；浓H2SO4稀释过程放热，其ΔH2<－57.3kJ·mol－1；稀硝酸与NaOH反应
ΔH3＝－57.3kJ·mol－1，故ΔH1>ΔH3>ΔH2。
2．已知：①1 mol H2分子中化学键断裂时需要吸收436 kJ的能量；②1 mol Cl2分子中化学键断裂时需要吸收243 kJ的能量；③由H原子和Cl原子形成1 mol HCl分子时释放431 kJ的能量。下列叙述正确的是
( )
A．氢气和氯气反应生成氯化氢气体的热化学方程式是H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g)
B．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝183 kJ·mol－1
C．氢气和氯气反应生成2 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝－183 kJ·mol－1
D．氢气和氯气反应生成1 mol氯化氢气体，反应的ΔH＝－183 kJ·mol－1
答案 C
解析 氢气和氯气生成氯化氢的反应热等于氢气键能加氯气键能减去氯化氢键能的2倍即ΔH＝436 kJ·mol－1＋243 kJ·mol－1－2×431 kJ·mol－1＝
－183 kJ·mol－1，故氢气和氯气反应生成氯化氢的热化学方程式：H2(g)＋Cl2(g)===2HCl(g) ΔH＝－183 kJ·mol－1。
3．已知反应：①101 kPa时，2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221 kJ·mol－1。
②稀溶液中，H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l)
ΔH＝－57.3 kJ·mol－1。
下列结论正确的是
( )
A．1 mol碳完全燃烧放出的热量大于110.5 kJ
B．①的反应热为221 kJ·mol－1
C．稀硫酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水时放出热量为－57.3 kJ·mol－1
D．稀醋酸与稀NaOH溶液反应生成1 mol水，放出57.3 kJ热量
答案 A
解析 1 mol 碳燃烧转化为CO放出热量为110.5 kJ，则1 mol 碳燃烧转化为二氧化碳放出的热量将大于此数值，故A正确。①的反应热应为－221 kJ·mol－1。C项放出的热量应为正值，且单位为kJ，C说法错误。由于醋酸是弱酸，放出的热量小于57.3 kJ，故D说法错误。
4．已知：①CH3OH(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋3H2(g)
ΔH＝49.0 kJ·mol－1
②CH3OH(g)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)
ΔH＝－192.9 kJ·mol－1
下列说法正确的是
( )
A．CH3OH转变成H2的过程一定要吸收能量
B．①反应中，反应物的总能量高于生成物总能量
C．根据②推知反应： CH3OH(l)＋O2(g)===CO2(g)＋2H2(g)的
ΔH >－192.9 kJ·mol－1
D．反应②中的能量变化如图所示
答案 C
解析 ①为吸热反应，②为放热反应，反应物的总能量低于生成物总能量，A、B项错；1 molCH3OH(g)比1 mol CH3OH(l)能量高，与O2(g)反应生成CO2(g)＋2H2(g)放出热量多于192.9 kJ，而ΔH用负值表示时，则大于－192.9 kJ·mol－1，C项正确；反应②图中的量标明错误，应标为CH3OH(g)和O2(g)，故D项错误。
5．在1 200 ℃时，天然气脱硫工艺中会发生下列反应
H2S(g)＋O2(g)===SO2(g)＋H2O(g) ΔH1
2H2S(g)＋SO2(g)===S2(g)＋2H2O(g) ΔH2
H2S(g)＋O2(g)===S(g)＋H2O(g) ΔH3
2S(g)===S2(g) ΔH4
则ΔH4的正确表达式为
( )
A．ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2－3ΔH3)
B．ΔH4＝(3ΔH3－ΔH1－ΔH2)
C．ΔH4＝(ΔH1＋ΔH2＋3ΔH3)
D．ΔH4＝(ΔH1－ΔH2－3ΔH3)
答案 A
解析 考查盖斯定律，要得到方程式4，可以用(方程式1＋方程式2－3×方程式3)×选择A。
6．已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)
ΔH＝－571.6 kJ·mol－1
CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890 kJ·mol－1
现有H2与CH4的混合气体112 L(标准状况)，使其完全燃烧生成CO2(g)和H2O(l)，若实验测得反应放热3 695 kJ，则原混合气体中H2与CH4的物质的量之比是
( )
A．1∶1 B．1∶3 C．1∶4 D．2∶3
答案 B
解析 设112 L即5 mol混合气体中H2的物质的量为x，则285.8 kJ·mol－1x＋890 kJ·mol－1×(5 mol－x)＝3 695 kJ，解得：x＝1.25 mol。则n(H2)∶n(CH4)＝1.25 mol∶3.75 mol＝1∶3。
7．灰锡(以粉末状存在)和白锡是锡的两种同素异形体。已知：
①Sn(s、白)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH1
②Sn(s、灰)＋2HCl(aq)===SnCl2(aq)＋H2(g) ΔH2
③Sn(s、灰)Sn(s、白) ΔH3＝＋2.1 kJ· mol－1
下列说法正确的是
( )
A．ΔH1＞ΔH2
B．锡在常温下以灰锡状态存在
C．灰锡转化为白锡的反应是放热反应
D．锡制器皿长期处于低于13.2 ℃的环境中，会自行毁坏
答案 D
解析 ②－①可得③，ΔH2－ΔH1＞0，故ΔH2＞ΔH1 ，A错，根据③，在常温下，灰锡会向白锡转化故常温下以白锡状态存在，正反应为吸热反应，故B、C错，当锡制器皿长期处于低于13.2 ℃的环境中会转化为灰锡，灰锡以粉末状存在，故会自行毁坏。
8．已知： (1)H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
(2)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH2＝b kJ·mol－1
(3)H2(g)＋O2(g)===H2O(l) ΔH3＝c kJ·mol－1
(4)2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH4＝d kJ·mol－1
下列关系式中正确的是
( )
A．ad>0
C．2a＝b<0 D．2c＝d>0
答案 C
解析 H2和O2反应，ΔH应为负值，故推知B、D错误；又H2O(g)→H2O(l)，要放出热量，(1)、(3)反应热比较应为c9．已知：H2O(g)===H2O(l) ΔH＝Q1 kJ·mol－1
C2H5OH(g)===C2H5OH(l) ΔH＝Q2 kJ·mol－1
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH＝Q3 kJ·mol－1
若使46 g酒精液体完全燃烧，最后恢复到室温，则放出的热量为
( )
A．(Q1＋Q2＋Q3) kJ B．0.5(Q1＋Q2＋Q3) kJ
C．(0.5Q1－1.5Q2＋0.5Q3) kJ D．－(3Q1－Q2＋Q3) kJ
答案 D
解析 由盖斯定律和题意可得，乙醇燃烧的热化学方程式：C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(l) ΔH＝(3Q1－Q2＋Q3) kJ·mol－1，故放出的热量为－(3Q1－Q2＋Q3) kJ。
10．已知H2(g)＋Br2(l)===2HBr(g) ΔH＝－72 kJ·mol－1，蒸发1 mol Br2(l)需要吸收的能量为30 kJ，其他相关数据如下表：
H2(g)
Br2(g)
HBr(g)
1 mol分子中的化学键断裂时需要吸收的能量/kJ
436
a
369
则表中a为
( )
A．404 B．260 C．230 D．200
答案 D
解析 本题考查了化学键与化学反应中能量变化的关系，同时兼顾了盖斯定律的应用。由题意知：
H2(g)＋Br2(l)===2HBr(g) ΔH＝－72 kJ·mol－1①
Br2(l)===Br2(g) ΔH＝＋30 kJ·mol－1 ②
由盖斯定律知：①－②可得H2(g)＋Br2(g)===2HBr(g)
ΔH＝－102 kJ·mol－1，故－102 kJ·mol－1＝436 kJ·mol－1＋a kJ·mol－1－2×369 kJ·mol－1
所以a＝200。
[能力提升题]
11．肼(N2H4)可作为火箭发动机的燃料
(1) 肼(N2H4)与氧化剂N2O4反应生成N2和水蒸气。已知：
①N2(g)＋2O2(g)===N2O4(1) ΔH1＝－195 kJ·mol－1
②N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH2＝－534 kJ·mol－1
试计算1 mol肼(l)与N2O4完全反应生成N2和水蒸气时放出的热量为________，写出肼(l)和N2O4(l)反应的热化学方程式________；
(2)有关肼化学反应的能量变化如图所示，已知断裂1 mol化学键所需的能量( kJ)：
N≡N为942、O===O为500、N—N为154，则断裂1 mol N—H键所需的能量是________ kJ。
答案 (1) 524.45 kJ 2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)
ΔH＝－1048.9 kJ·mol－1(2) 391
解析 (1)肼与N2O4反应生成N2和水蒸气的化学方程式为：2N2H4＋N2O4===3N2＋4H2O，观察已知的两个热方程式可知，②×2－①得：2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝ΔH2×2－ΔH1＝－873 kJ·mol－1。1 mol肼(l)与N2O4完全反应生成N2和水蒸气时放出的热量为436.5 kJ。
(2)由图知N2H4(g)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－534 kJ·mol－1，可设断裂1 mol N－H键所需能量为x kJ，154 kJ＋4x kJ＋500 kJ－2 752 kJ＝－534 kJ可求得x＝391。
12．在微生物作用的条件下，NH经过两步反应被氧化成NO。两步反应的能量变化示意图如下：
(1)第一步反应是________反应(填“放热”或“吸热”)，判断依据是______________________________________________________________。
(2)1 mol NH(aq) 全部氧化成NO(aq)的热化学方程式是_______________。
答案 (1)放热 ΔH＝－273 kJ·mol－1<0(或反应物总能量大于生成物总能量)
(2)NH(aq)＋2O2(g)===2H＋(aq)＋NO(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－346 kJ·mol－1
解析 (1) ΔH＝－273 kJ·mol－1＜0(或反应物总能量大于生成物总能量)
(2)根据图像写出第一步反应和第二步反应的热化学方程式分别是：
①NH(aq)＋O2(g)===2H＋(aq)＋NO(aq)＋H2O(l) ΔH1＝－273 kJ·mol－1
②NO(aq)＋O2(g)===NO(aq) ΔH2＝－73 kJ·mol－1 ①＋②得：NH(aq)＋2O2(g)===2H＋(aq)＋NO(aq)＋H2O(l) ΔH＝－273 kJ·mol－1＋(－73 kJ·mol－1)＝－346 kJ·mol－1
13. 红磷P(s)和Cl2(g)发生反应生成PCl3(g)和PCl5(g)。反应过程和能量关系如下图所示(图中的ΔH表示生成1 mol产物的数据)。
根据上图回答下列问题：
(1)P和Cl2反应生成PCl3的热化学方程式是____________________________
______________________________________________________________。
(2)PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式是__________________________
________________________________________________________________。
(3)P和Cl2分两步反应生成1 mol PCl5的ΔH3＝________________________，
P和Cl2一步反应生成1 mol PCl5的ΔH4________ΔH3(填“大于”、“小于”或“等于”)。
答案 (1)P(s)＋Cl2(g)===PCl3(g)
ΔH＝－306 kJ·mol－1
(2)PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g) ΔH＝93 kJ·mol－1
(3)－399 kJ·mol－1 等于
解析 (1)产物的总能量减去反应物的总能量就等于反应热，结合图像可知，PCl3和反应物P和Cl2的能量差值为306 kJ，因此该热化学反应方程式为：
P(s)＋Cl2(g)===PCl3(g) ΔH＝－306 kJ·mol－1。
(2)根据图像可知PCl5和PCl3、Cl2之间的能量差值为93 kJ，因此PCl5分解成PCl3和Cl2的热化学方程式为：
PCl5(g)===PCl3(g)＋Cl2(g) ΔH＝93 kJ·mol－1。
(3)根据盖斯定律求得：ΔH3＝－399 kJ·mol－1，且ΔH3＝ΔH4，与反应的途径无关，只与起始物质、终了物质有关。
14．将煤转化为水煤气的主要化学反应为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)；C(s)、CO(g)和H2(g)完全燃烧的热化学方程式为：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.5 kJ·mol－1
H2(g)＋O2(g)===H2O(g) ΔH＝－242.0 kJ·mol－1
CO(g)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1
请回答：
(1)根据以上数据，写出C(s)与水蒸气反应的热化学反应方程式：______________________________________________________________。
(2)比较反应热数据可知，1 mol CO(g)和1 mol H2(g)完全燃烧放出的热量之和比1 mol C(s)完全燃烧放出的热量多。甲同学据此认为“煤转化为水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”；乙同学根据盖斯定律做出下列循环图：
并据此认为“煤转化为水煤气再燃烧放出的热量与煤直接燃烧放出的热量相等”。
请分析：甲、乙两同学观点正确的是________(填“甲”或“乙”)；判断的理由是__________________________________________________________。
(3)将煤转化为水煤气作为燃料和煤直接燃烧相比有很多优点，请列举其中的两个优点：___________________________________________________。
答案 (1)C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH＝131.5 kJ·mol－1
(2)乙 甲同学忽略了煤转化为水煤气要吸收热量(或ΔH1＝ΔH2＋ΔH3，且ΔH2>0)
(3)①减少污染 ②燃烧充分 ③方便运输(任选两个作答)
解析 根据盖斯定律将方程式合并即可得C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)
ΔH＝131.5 kJ·mol－1，由此可知煤转化成水煤气是吸热反应，而甲正是忽略了这个问题，才误认为“煤转化成水煤气可以使煤燃烧放出更多的热量”。
备用题目
已知断开1 mol H－H键吸收的能量为436 kJ，断开1 mol H－N键吸收的能量为391 kJ，根据热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH＝－92.4 kJ· mol－1，则断开1 mol N≡N键吸收的能量是
( )
A．431 kJ B．945.6 kJ
C．649 kJ D．869 kJ
答案 B
解析 由化学反应中断键吸热，成键放热，ΔH＝反应物断键吸收的总能量－生成物成键释放的总能量。所以－92.4 kJ· mol－1＝436 kJ· mol－1×3＋E(N≡N)－2×391 kJ· mol－1×3，故E(N≡N)＝945.6 kJ· mol－1。
第2节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理
[经典基础题]
1．用石墨棒作阳极、铁棒作阴极电解熔融的氯化钠，下列说法中正确的是
( )
A．石墨周围有大量的Na＋
B．铁棒质量增加
C．电子通过电解质溶液由石墨棒流向铁棒
D．铁棒电极发生氧化反应
答案 B
解析 阴离子移向阳极(石墨)，发生氧化反应：2Cl－－2e－===Cl2↑，阳离子移向阴极，发生还原反应：2Na＋＋2e－===2Na；电子不能通过电解质溶液，熔融的电解质是由于自由移动的离子定向移动而导电。
2．用铂电极(惰性)电解下列溶液时，阴极和阳极上的主要产物分别是H2和O2的是
( )
A．稀NaOH溶液 B．HCl溶液
C．CuSO4溶液 D．酸性AgNO3溶液
答案 A
3．下列叙述正确的是
( )
A．电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应
B．用惰性电极电解Na2SO4溶液，阴、阳两极产物的物质的量之比为1∶2
C．用惰性电极电解饱和NaCl溶液，若有1 mol电子转移，则生成1 mol NaOH
D．酸、碱、盐溶液电解后pH都增大
答案 C
解析 电解池的阳极发生失电子的氧化反应，A错；电解Na2SO4溶液，实际是电解水，阴极生成H2，阳极生成O2，二者物质的量之比为2∶1，B错；电解饱和NaCl溶液：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，每转移1 mol电子，则生成1 mol NaOH，C对；H2SO4、NaOH、Na2SO4溶液电解后pH会分别减小、增大、不变。
4．用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量相应的溶质能使溶液恢复到电解前浓度的是
( )
A．AgNO3 B．Na2SO4
C．CuCl2 D．KCl
答案 C
解析 直接加入溶质就能使溶液恢复到电解前的浓度应属于电解溶质型，即选C；AgNO3发生的电解反应是：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3，可加Ag2O或Ag2CO3；电解Na2SO4的水溶液实际电解的是水；电解KCl水溶液实际电解的是溶质和溶剂，通HCl气体能恢复原状。
5．用铂作电极电解某种溶液，通电一段时间，溶液的pH变小，并且在阳极得到0.56 L气体，阴极得到1.12 L气体(两种气体均在相同条件下测定)。由此可知溶液可能是
( )
A．稀盐酸 B．KNO3溶液
C．CuSO4溶液 D．稀硫酸
答案 D
解析 阳极与阴极产生的气体体积之比为＝，相当于电解水，pH变小说明电解了含氧酸的水溶液。
6．如下图，a、b是石墨电极，通电一段时间后，b极附近溶液显红色。下列说法正确的是
( )
A．X极是电源负极，Y极是电源正极
B．a极的电极反应是2Cl－－2e－===Cl2↑
C．电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐增大
D．Pt极上有6.4 g Cu析出时，b极产生2.24 L(标准状况)气体
答案 B
解析 b极附近溶液显红色，所以b极上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。则Y为电源负极，X为正极，Pt为电解池阳极，Cu为阴极；a为阳极，b为阴极；C项，2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，电解过程中CuSO4溶液的pH逐渐变小；D项，Pt极上发生氧化反应，不会有Cu析出。
7．如图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无味气体放出。符合这一情况的是附表中的
( )
a极板
b极板
X电极
Z溶液
A
锌
石墨
负极
CuSO4
B
石墨
石墨
负极
NaOH
C
银
铁
正极
AgNO3
D
铜
石墨
负极
CuCl2
答案 A
解析 通电后a极板质量增加，说明有金属析出，a极为电解池的阴极，X为电源负极，B、C均不符合；又b极放出的是无色无味的气体， D不符合。
8．电解84.75 mL 16%的NaOH溶液(ρ＝1.18 g·cm－3)，用石墨作电极经过一段时间后溶液浓度为19.5%，这是因为
( )
A．溶质增加了3.5 g
B．放出了22.4 LH2和11.2 LO2
C．NaOH比水消耗少
D．消耗18 g水
答案 D
解析 计算型选择题，一般有一定的技巧性， NaOH溶液的电解实质是水被电解，则A、C错误，由于没指明条件无法计算气体的体积，B错误。
9．按图甲装置进行实验，若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。下列叙述正确的是
( )
A．F表示反应生成Cu的物质的量
B．E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C．E表示反应生成O2的物质的量
D．F表示反应生成H2SO4的物质的量
答案 B
解析 电解实质为2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4，则每通过4 mol e－，生成Cu 2 mol，O21 mol，耗H2O 2 mol，生成H2SO4 2 mol。
10．下图所示的电解池I和Ⅱ中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b>d。符合上述实验结果的盐溶液是
( )
选项
X
Y
A
MgSO4
CuSO4
B
AgNO3
Pb(NO3)2
C
FeSO4
Al2(SO4)3
D
AgNO3
CuSO4
答案 D
解析 题意表明b、d没有气体逸出，所电解的盐溶液中金属元素，应该在金属活动顺序表中(H)后，只有D符合题意。
[能力提升题]
11．从H＋、Cu2＋、Na＋、SO、Cl－五种离子中两两恰当地组成电解质，按下列要求进行电解：
(1)以碳棒为电极，使电解质质量减少，水量不变进行电解，则采用的电解质是___________________________________________________________。
(2)以碳棒为电极，使电解质质量不变，水量减少进行电解，则采用的电解质是___________________________________________________________。
(3)以铂为电极，使电解质和水量都减少进行电解，则电解质是________________________________________________________________。
(4)以石墨为电极进行电解，若阴极析出金属，阳极放出O2时，电解质的化学式可能是___________________________________________。
(5)以石墨为电极进行电解，两极分别放出气体，且体积比为1∶1时，电解质的化学式可能是__________________________________________。
答案 (1)HCl、CuCl2 (2)H2SO4、Na2SO4 NaHSO4 (3)CuSO4、NaCl (4)CuSO4 (5)HCl、NaCl
解析 (1)电解电解质型，水不参与反应，可以是无氧酸或较不活泼金属的无氧酸盐，如HCl、CuCl2。(2)电解水型，电解质不参与反应，可以是含氧酸，活泼金属的含氧酸盐或强碱，如H2SO4、Na2SO4。(3)电解质和水均参与反应，可以是较不活泼金属的含氧酸盐或活泼金属的无氧酸盐，如CuSO4、NaCl。(4)电解质应为不活泼金属的含氧酸盐，本题中电解质只能是CuSO4。(5)两极气体应是H2和Cl2，所以电解质应是HCl、NaCl。
12．如图是一个用铂丝作电极，电解稀的MgSO4溶液的装置，回答下列问题：
(1) 写出A管中发生反应的反应式：____________________________；
(2) 写出B管中发生反应的反应式：__________________________；
(3)检验a管中气体的方法是___________________________；
(4)电解一段时间后，切断电源，将电解液倒入烧杯内观察到的现象是_____________________________________________________________。
答案 (1) 2H＋＋2e－===H2↑，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
(2) 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
(3)用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰 (4) 白色沉淀溶解(或大部分溶解)
解析 A为阴极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，a管收集的是H2，B为阳极，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，b管中收集的是O2，因H＋放电，A管溶液中的Mg2＋与OH－结合，生成Mg(OH)2白色沉淀。
13．电解装置如图所示。图中B装置盛1 L2 mol·L－1的Na2SO4溶液，A装置中盛1 L2 mol·L－1 AgNO3溶液。通电后，湿润的淀粉-KI试纸的C端变蓝色。电解一段时间后，试回答：
(1)A中发生反应的化学方程式为___________________________________。
(2)在B中观察到的现象是___________________________________。
(3)室温下若从电解开始到时间t时，A、B装置中共收集到0.168 L(标准状况)气体。若电解过程中无其他副反应发生，且溶液体积变化忽略不计，则在t时，A溶液中酸的浓度为____________________________________。
答案 (1)4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3
(2)接通电源后，铜棒周围开始变为蓝色，石墨棒上有无色气泡产生，一段时间后，U形管底部出现蓝色絮状沉淀
(3)0.01 mol·L－1
解析 (1)A池中Fe为阴极：4Ag＋＋4e－===4Ag；Pt为阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，故反应的化学方程式为：4AgNO3＋2H2O4Ag＋O2↑＋4HNO3。
(2)B池中Cu为阳极：Cu－2e－===Cu2＋，石墨为阴极：2H＋＋2e－===H2↑，阴极H＋放电，破坏水的电离平衡，生成OH－，与阳极生成的Cu2＋在U形管底部相遇生成沉淀：Cu2＋＋2OH－===Cu(OH)2↓。
(3)4HNO3～4e－～O2↑～2H2↑
4 mol 22.4 L＋22.4 L×2
n(HNO3) 0.168 L
n(HNO3)＝0.01 mol c(HNO3)＝＝0.01 mol·L－1。
第2课时 电解原理的应用
[经典基础题]
1．下列说法正确的是
( )
A．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜法，可防止阴极室产生的Cl2进入阳极室
B．电精炼铜(含少量Fe、Zn、Pt)的电解后溶液中，存在的金属阳离子只有Fe2＋、Zn2＋、Cu2＋
C．在铁制品上镀铜时，镀件为阳极，铜盐溶液为电镀液
D．电解精炼铜时，外电路中转移电子数为2NA个时，阳极铜质量减少64 g
答案 B
2．下列关于铜电极的叙述正确的是
( )
A．电解饱和食盐水制烧碱时可用铜做正极
B．电解饱和食盐水制烧碱时，用铜做阳极
C．电解法精炼铜时，粗铜连接电源的正极
D．电镀铜和精炼铜时，均用纯铜做阴极
答案 C
解析 电解饱和食盐水制烧碱时可用铜做阴极，A错误；电解饱和食盐水制烧碱时，用石墨作阳极，B错误；电解精炼铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，C正确；电镀铜时，纯铜作阳极，镀件作阴极，D错误。
3．在铁片上镀银时，下列叙述中正确的是
( )
①将铁片接在电源的正极上 ②将银片接在电源的正极上 ③在铁片上发生的反应是Ag＋＋e－===Ag ④在银片上发生的反应是4OH－－4e－===O2↑＋2H2O ⑤可用硫酸亚铁溶液做电镀液 ⑥可用硝酸银溶液为电镀液
A．①③⑥ B．②③⑥ C．①④⑤ D．②③④⑥
答案 B
解析 铁片上镀银，银作阳极，铁作阴极，分别发生
Ag－e－===Ag＋，Ag＋＋e－===Ag，电镀液应含有Ag＋。
4．下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是
( )
答案 D
解析 电解食盐水时，阳极产物Cl2，阴极产物H2、NaOH，根据图中电子流向先确定装置中电源的正、负极，从而确定电解池的阴、阳极，然后判断电极产物以及检验方法，D选项符合题意。
5．在铁制品上镀一层一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是
( )
A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有Zn2＋
B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有Zn2＋
C．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有Fe2＋
D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有Fe2＋
答案 A
解析 电镀原理是镀层作阳极、镀件作阴极，含有镀层金属阳离子的电解质溶液作电镀液。
6．金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量Fe、Zn、Cu、Pt等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性Fe2＋( )
A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2＋＋2e－===Ni
B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等
C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有Fe2＋和Zn2＋
D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有Cu和Pt
答案 D
解析 在电解池中，阳极失去电子，发生氧化反应，而阴极得到电子，发生还原反应。氧化性：Fe2＋Fe>Ni>Cu>Pt，阴极的放电顺序为：Zn2＋7．如图所示，a、b、c均为石墨电极，d为碳钢电极，通电进行电解。假设在电解过程中产生的气体全部逸出，下列说法正确的是
( )
A．甲、乙两烧杯中溶液的pH均保持不变
B．甲烧杯中a的电极反应式为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
C．当电解一段时间后，将甲、乙两溶液混合，一定会产生蓝色沉淀
D．当b极增重3.2 g时，d极产生的气体为2.24L(标准状况)
答案 B
解析 电解时甲池中溶液pH下降、乙池中溶液pH上升。若甲池中硫酸铜已经电解完全，则两池相混时不会产生沉淀。当b极生成铜3.2 g时，电路中转移电子0.1 mol，则d极产生的氢气标准状况为1.12 L。
8．利用如图所示装置可以在铜牌表面电镀一层银。下列有关说法中正确的是
( )
A．通电后，Ag＋向阳极移动
B．银片与电源负极相连
C．该电解池的阴极反应可表示为Ag＋＋e－===Ag
D．当电镀一段时间后，将电源反接，铜牌可恢复如初
答案 C
解析 铜牌上镀银，银为阳极，Ag＋向阴极移动，阴极反应为Ag＋＋e－===Ag。由于实验中镀层不可能非常均匀致密，所以将电源反接，阳极上Cu、Ag均能溶解，铜牌不可能恢复如初。
9．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液。通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是
( )
A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl
B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl
D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl
答案 B
解析 有关反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，因阳极生成Cl2，阴极生成NaOH，为使二者充分作用，Cl2应在下端产生，从而推知电源b为正极，a为负极，消毒液主要成分是NaCl、NaClO。
10．用惰性电极电解M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重a g时，在阳极上同时产生b L氧气(标准状况)，则可知M的相对原子质量为
( )
A. B.
C. D.
答案 C
解析 阴极增重a g，说明析出金属M是a g，阳极的电极反应为
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，则产生b LO2转移的电子的物质的量为×4＝ mol，则阴极a gM得到的电子为mol，＝，则Mr＝。
[能力提升题]
11．电解、电镀、电解精炼具有广泛应用，试回答下列问题：(1)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___________________
(2)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是
( )
A．电能全部转化为化学能
B．粗铜接电源正极，发生氧化反应
C．溶液中Cu2＋向阳极移动
D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
(3)以铝材为阳极，在H2SO4溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极的电极反应式为______________________________________________________。
答案 (1)补充溶液中的Cu2＋，保持溶液中Cu2＋的浓度恒定 (2)BD (3)2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋
解析 (1)电镀时，镀件作阴极，镀层金属作阳极，镀层金属的盐溶液作电解液。(2)以CuSO4溶液为电解质溶液电解精炼铜时，粗铜作阳极(发生氧化反应)，精铜作阴极(Cu2＋发生还原反应)，较活泼金属(Al、Zn、Cu)在阳极被氧化，不活泼金属(Au、Pt、Ag)在阳极附近沉积，形成阳极泥，电解质溶液中Cu2＋向阴极移动。电解过程中，电能转化为化学能和热能。(3)阳极材料是铝，属于活泼金属电极，电极本身参与反应，反应过程中失去电子而生成Al2O3。电解质溶液是稀硫酸，溶液中的水为金属铝提供了氧元素，所以电极反应式为2Al＋3H2O－6e－===Al2O3＋6H＋。
12．(1)工业的离子方程式是________________________
________，用右图所示装置电解饱和食盐水，若收集的H2为2 L，则同样条件下收集的Cl2________(填“>”、“＝”或“＜”)2 L，原因是___________________________________________
_________________________________________。
(2)若电解2 L饱和食盐水，通过电路的电子的物质的量为2 mol，则溶液混合均匀后的c(OH－)为________，若用该溶液将阳极产物全部吸收，反应的离子方程式为
_______________________________________________________________。
(3)右图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图。下列说法不正确的是
( )
A．从E口逸出的气体是H2
B．从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
C．标准状况下每生成22.4 L Cl2，便产生2 mol NaOH
D．电解一段时间后加适量盐酸可以恢复到电解前的浓度
E．粗盐水中含Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等离子，精制时先加Na2CO3溶液
答案 (1)2Cl－＋2H2O2OH－＋Cl2↑＋H2↑ ＜ 电解生成的氯气与电解生成的NaOH发生了反应
(2)1 mol·L－1 Cl2＋2OH－===Cl－＋ClO－＋H2O
(3)DE
解析 电解饱和食盐水的反应方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。由图中Na＋向右侧移动可知右侧为电解池的阴极，从E口逸出H2。A、B、C选项均正确；而D项，通适量HCl可以恢复到电解前的浓度，加盐酸则加入了水，D错；除去粗盐水中的SO需加入过量BaCl2，如果先加Na2CO3溶液，则过量的Ba2＋无法除去，E错。
13．如图所示，A为直流电源，B为浸透饱和氯化钠溶液和酚酞溶液的滤纸，C为电镀槽，接通电路后，发现B上的c点显红色，请填空：
(1)电源A上的a为________极。
(2)滤纸B上发生的总化学反应方程式为___________________________。
(3)欲在电镀槽中实现铁上镀锌，接通K点，使c、d两点短路，则电极e上发生的反应为_____________________________________________________，
电极f上发生的反应为_____________________________________________，
槽中盛放的电镀液可以是________或________(只要求填两种电解质溶液)。
答案 (1)正 (2)2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH (3)Zn－2e－===Zn2＋ Zn2＋＋2e－===Zn
ZnSO4溶液 ZnCl2溶液
解析 (1)c点呈红色，说明c极生成碱，故c点电极反应是2H＋＋2e－===H2↑，而H＋来自水：H2O??H＋＋OH－，消耗了H＋，过剩的OH－使酚酞显红色。c点应为电解池的阴极，因此b为负极，a应为正极。(2)滤纸B上实为电解NaCl溶液，故总化学反应方程式为：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。(3)铁上镀锌，镀层金属应为阳极，接电源的正极。因此镀槽(C)中，e应为金属锌(阳极)，电极反应为：Zn－2e－===Zn2＋；而f应为镀件(金属铁)，电极反应Zn2＋＋2e－===Zn；电镀液应含Zn2＋。
14．在如图所示的装置中，若通入直流电5 min时，铜电极质量增加2.16 g，试回答：
(1)电源电极X名称为_____________________________________________。
(2)pH变化：A________，B________，C________。(填“增大”、“减小”或“不变”)
(3)通电5 min时，B中共收集224 mL气体(标准状况)，溶液体积为200 mL。则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为________(设电解前后溶液体积无变化)。
(4)反应后A装置溶液混合均匀后的c(OH－)为_________________________。
答案 (1)负极 (2)增大 减小 不变 (3)0.025 mol·L－1 (4)0.1 mol·L－1
解析 (1)C装置铜电极质量增加，说明铜极上有金属析出，可确定X为负极。(2)A装置是电解KCl溶液，阴极析出H2，阳极析出Cl2，溶液中c(OH－)增大。B装置阴极上先析出铜，当Cu2＋消耗完后析出H2，而阳极上析出O2，溶液中c(H＋)增大。C为电镀装置，溶质物质的量浓度不变。(3)C装置中转移的电子数目为＝0.02 mol。B装置，阴极：Cu2＋＋2e－===Cu,2H＋＋2e－===H2↑，阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，根据电子守恒得：2n(H2)＋2n(Cu)===4n(O2)＝0.02 mol，n(H2)＋n(O2)，解得n(Cu)＝0.005 mol，c(CuSO4)为：0.005 mol/0.2 L＝0.025 mol·L－1。(4)A装置的反应为：2KCl＋2H2O2KOH＋H2↑＋Cl2↑，即反应中转移电子的物质的量与生成的n(OH－)相等，为0.02 mol。c(OH－)＝＝0.1 mol·L－1。
备用题目
1．工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过)，其工作原理如图所示。
(1)该电解槽的阳极反应式是________________________________________
(2)通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因___________________
__________________________________________________________________
(3)除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________(填写“A”或“B”)导出。
答案 (1)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ (2)H＋放电，促进水的电离，c(OH－)增大 (3)B
2．如图所示，在一U形管中装入含有紫色石蕊的Na2SO4试液，通直流电，一段时间后U形管内会形成一个倒立的三色“彩虹”，从左到右颜色的顺序是
( )
A．蓝、紫、红
B．红、蓝、紫
C．红、紫、蓝
D．紫、红、蓝
答案 C
解析 用惰性电极电解Na2SO4溶液，实际上是电解水，其两极反应式为阴极：4H＋＋4e－===2H2↑
阳极：4OH－===2H2O＋O2↑
故阴极区域富集OH－，溶液呈碱性，使石蕊试液变蓝色；阳极区域富集H＋，溶液呈酸性，使石蕊试液变红色。
3．火法炼铜得到的粗铜中含多种杂质(如锌、金和银等)，其性能远不能达到电气工业的要求，工业上常使用电解精炼法将粗铜提纯。在电解精炼时
( )
A．粗铜接电源负极
B．纯铜作阳极
C．杂质都将以单质形式沉积到池底
D．纯铜片增重2.56 g，电路中通过的电子为0.08 mol
答案 D
解析 电解精炼铜时，用粗铜作阳极，用精铜作阴极，所以A、B不正确；锌比铜活泼，失电子变成锌离子进入溶液中，金、银不活泼，以单质形式沉淀到池底，C不正确；n(e－)＝×2＝0.08 mol，D正确。
4．用惰性电极分别电解下列各物质的水溶液，一段时间后，向剩余电解质溶液中加入适量水能使溶液恢复到电解前的浓度的是
( )
A．AgNO3 B．Na2SO4 C．CuCl2 D．HCl
答案 B
解析 既然电解一段时间后，向剩余溶液中加水，就能使溶液恢复到电解前的浓度，这说明电解过程中消耗的是水，那么，在两个电极上放电的离子分别是H＋和OH－，即溶液中阳离子的放电能力只能小于H＋；溶液中阴离子的放电能力也只能小于OH－。常见的这样的物质有强碱、含氧酸和强碱对应的最高价含氧酸盐。
5．用惰性电极电解V L ASO4的水溶液，当阴极上有mg金属析出(阴极上无气体产生)时，阳极上产生x L气体(标准状况)，同时溶液的pH由原来的6.5变为2.0(设电解前后溶液体积不变)。则A的相对原子质量的表示式为
( )
① ② ③ ④
A．①② B．②④ C．①④ D．③④
答案 B
解析 电解离子方程式为2A2＋＋2H2O2A＋O2↑＋4H＋。由于阳极OH－放电，破坏了水的电离平衡，造成[H＋]增大，使溶液酸性增强，pH减小。溶液中氢离子变化的物质的量为：Δn(H＋)≈0.01 mol·L－1×V L＝0.01V mol，根据电解离子方程式得：n(A)＝n(H＋)＝×0.01 V mol＝0.005V mol，则A的相对原子质量M(A)＝＝g·mol－1，故②项正确；根据电解离子方程式还可得：n(A)＝2n(O2)＝2×＝mol，则A的摩尔质量M(A)＝m g÷mol＝g·mol－1，故④项正确。
6．如图所示的A、B两个电解池中的电极均为铂，在A池中加入0.05 mol·L－1的CuCl2溶液，B池中加入0.1 mol·L－1的AgNO3溶液，进行电解。a、b、c、d四个电极上所析出的物质的物质的量之比是
( )
A．2∶2∶4∶1 B．1∶1∶2∶1
C．2∶1∶1∶1 D．2∶1∶2∶1
答案 A
解析 由电解规律可知：a、c为阴极，b、d为阳极。a极上析出Cu，b极上析出Cl2，c极上析出Ag，d极上析出O2。由电子得失守恒可得出：2e－～Cu～Cl2～2Ag～O2，所以a、b、c、d四个电极上所析出物质的物质的量之比为1∶1∶2∶＝2∶2∶4∶1。
7．为了实现铜质奖牌镀银，下列说法正确的是
( )
A．X为银，Y为Cu，a为AgNO3溶液
B．X的电极反应式Ag＋＋e－===Ag
C．电镀液的浓度减小
D．电解过程中溶液的pH下降
答案 B
8．用Pt作电极，电解100 mL 0.4 mol·L－1的NaCl溶液和100 mL0.1 mol·L－1的稀硫酸，标准状况下产生0.224 L Cl2时停止电解，取出电极，将两烧杯溶液混合并冷却至常温，所得溶液的pH为(设气体产物全部逸出，混合溶液的总体积为200 mL)
( )
A．5 B．6 C．7 D．13
答案 C
解析 电解前NaCl溶液中含0.04 mol Cl－，电解后，在阳极上产生0.224 L Cl2(消耗0.02 mol Cl－)时，在阴极上正好有0.02 mol H＋被还原，最终溶液中还有0.02 mol Cl－、0.02 mol OH－，两溶液混合后OH－与H＋正好完全反应，溶液显中性，pH＝7，C正确。
9．在水中加等物质的量的Ag＋、Pb2＋、Na＋、SO、NO、Cl－，该溶液放在用惰性电极作电极的电解槽中，通电片刻，则氧化产物与还原产物质量比为
( )
A．35.5∶108 B．16∶207
C．8∶1 D．108∶35.5
答案 C
解析 溶液中的六种离子，有四种发生反应生成沉淀，Ag＋＋Cl－===AgCl↓、Pb2＋＋SO===PbSO4↓，最后溶液就成了NaNO3溶液；而电解NaNO3溶液，实质上就是电解水，电解方程式为2H2O2H2↑＋O2↑。氧化产物和还原产物的质量之比为m(O2)∶m(H2)＝(1 mol×32 g·mol－1)∶(2 mol×2 g·mol－1)＝8∶1，即C项正确。
10．用石墨作电极电解100 mLH2SO4和CuSO4的混合液，两极上均得到2.24 L标准状况气体，则原溶液中Cu2＋浓度为
( )
A．1 mol·L－1 B．2 mol·L－1
C．3 mol·L－1 D．4 mol·L－1
答案 A
11．用惰性电极电解一定浓度的硫酸铜溶液，通电一段时间后，向所得的溶液中加入0.1 mol Cu(OH)2后恰好恢复到电解前的浓度和pH。则电解过程中转移的电子的物质的量为
( )
A．0.1 mol B．0.2 mol C．0.3 mol D．0.4 mol
答案 D
解析 由电解CuSO4溶液的反应的化学方程式2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4知，电解过程中只析出Cu和放出O2，故电解后加入CuO就可以复原。但本题提示加入0.1 mol Cu(OH)2可以复原，说明电解过程中不仅有CuSO4被电解，还有H2O被电解。0.1 mol Cu(OH)2相当于0.1 mol CuO和0.1 mol H2O，由电子守恒0.1 mol CuO～0.1 mol Cu～0.2 mol e－，0.1 mol H2O～0.1 mol H2～0.2 mol e－，共计0.4 mol e－。
[思考1] 电解质溶液导电时，一定发生化学反应吗？
答案 电解质导电过程是通过溶液中的阴、阳离子分别向阳、阴两极移动，并在电极上失、得电子实现的，阴、阳离子在两电极上失、得电子发生了氧化还原反应。
[思考2] 铜的电解精炼和电镀铜的过程中，Cu2＋的浓度各发生如何变化？
答案 根据电子守恒可知：电镀铜时，阳极铜失电子进入溶液中的Cu2＋与阴极Cu2＋得电子生成铜消耗的Cu2＋的数目相同，故电镀前后Cu2＋的浓度不变；电解精炼铜时，粗铜中比铜活泼的金属也会失电子生成金属阳离子进入溶液，但它们的金属阳离子氧化性比Cu2＋的弱，并不在阴极析出，而只留在溶液里，电解后溶液的Cu2＋浓度减小。
[思考3] 用惰性电极电解饱和食盐水一段时间，电解后的混合液能使红色布条退色的原因是什么？
答案 电解饱和食盐水，阴极区生成NaOH，阳极区生成Cl2，二者发生反应：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，NaClO具有漂白性。
第3节 化学能转化为电能——电池
第1课时 原电池的工作原理
[经典基础题]
1．下列关于实验现象的描述不正确的是
( )
A．把铜片和铁片紧靠在一起浸入稀硫酸中，铜片表面出现气泡
B．用锌片作负极，铜片作正极，在CuSO4溶液中，铜片质量增加
C．把铜片插入三氯化铁溶液中，在铜片表面出现一层铁
D．把锌粒放入盛有盐酸的试管中，加入几滴氯化铜溶液，气泡放出的速率加快
答案 C
解析 A项：形成原电池，铜为正极，电极反应为 2H＋＋2e－===H2↑，铜片表面出现气泡；B项：锌片作负极，铜片作正极，发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，在铜片上析出铜使其质量增加；C项：发生的反应是Cu＋2Fe3＋===
Cu2＋＋2Fe2＋，没析出单质铁；D项：发生反应Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，置换出的Cu与剩余的Zn接触，置于盐酸中，构成了原电池，放出H2的速率加快。
2．在盛有稀H2SO4的烧杯中放入用导线连接的锌片和铜片，下列叙述正确的是
( )
A．正极附近的SO离子浓度逐渐增大
B．电子通过导线由铜片流向锌片
C．正极有O2逸出
D．铜片上有H2逸出
答案 D
解析 铜锌原电池中，锌为负极，铜为正极，原电池工作时，Zn失电子被氧化而溶解，H＋在铜片上得电子逸出氢气，电解质溶液中SO向负极移动，电子沿导线由锌流向铜。
3．原电池正、负电极的极性不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关。下列由不同材料组成的原电池，电极反应正确的是
( )
A．由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，其负极反应式为Fe－3e－===Fe3＋
B．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
C．由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，其正极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
D．由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，其负极反应式为Cu－2e－===Cu2＋
答案 D
解析 由Fe、Cu与稀硫酸组成的原电池，Fe作负极，电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋，A错；由Al、Mg与氢氧化钠溶液组成的原电池，电池总反应为2Al＋6H2O＋2NaOH===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，Al作负极，电极反应式为Al—3e－＋4OH－===[Al(OH)4]－，B错；由Pb、Cu与氯化铁溶液组成的原电池，正极为Pb，电极反应式为Fe3＋＋e－===Fe2＋，C错；由Al、Cu与浓硝酸组成的原电池，Al遇浓硝酸钝化，Cu作负极，电极反应式为Cu－2e－===Cu2＋，D对。
4．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
( )
①在外电路中，电流由铜电极流向银电极 ②正极反应为：Ag＋＋e－===Ag ③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作 ④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池的反应相同
A．①② B．②③
C．②④ D．③④
答案 C
解析 铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、盐桥构成原电池，Cu作负极，Ag作正极，两极电极反应分别为：负极：Cu－2e－===Cu2＋，正极：2Ag＋＋2e－===2Ag，盐桥起到了传导离子、形成闭合回路的作用，电子的流向是由负极流向正极，电流的方向和电子的流向相反，因此C正确。
5．以锌片和铜片为两极，以稀硫酸为电解质溶液组成原电池，当导线中通过2 mol电子时，下列说法正确的是
( )
A．锌片溶解了1 mol，铜片上析出1 mol H2
B．两极上溶解和析出的物质质量相等
C．锌片溶解31 g，铜片上析出1 gH2
D．锌片溶解了1 mol，硫酸消耗0.5 mol
答案 A
解析 根据两电极得失电子数相等计算。负极：Zn－2e－===Zn2＋；正极：
2H＋＋2e－===H2↑。当溶解1 mol锌时失去2 mol电子，铜片上析出1 mol氢气也得到2 mol电子，所以A正确。
6．下列各装置中，在铜电极上不能产生气泡的是
( )
答案 B
解析 装置A和C中无外接电源，且构成原电池，稀H2SO4作电解质溶液，铜做正极，放出H2。装置B是电解池，铜做阳极，电极反应为Cu－2e－===
Cu2＋，无气体生成。装置D是电解池，铜做阴极，电极反应为2H＋＋2e－===H2↑。
7．一个原电池的反应的离子方程式是Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu，该反应的原电池的正确组成是
( )
A
B
C
D
正极
Zn
Cu
Zn
Fe
负极
Cu
Zn
Ag
Zn
电解质溶液
CuCl2
H2SO4
CuSO4
CuCl2
答案 D
解析 从Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu看，该电池负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，故负极一定为Zn，正极反应为Cu2＋＋2e－===Cu，电解质溶液应含Cu2＋，正极活泼性比Zn弱即可。
8．下列叙述是小明做完铜、锌原电池的实验后得出的结论和认识，你认为正确的是
( )
A．构成原电池正极和负极的材料必须是两种金属
B．由铜、锌作电极与硫酸铜溶液组成的原电池中铜是负极
C．电子沿外导线由锌流向铜，通过硫酸溶液被氢离子得到而放出氢气
D．铜锌原电池工作时，若有13克锌被溶解，电路中就有0.4 mol电子通过
答案 D
解析 活泼金属与非金属导体，如锌和石墨电极也能跟电解质溶液组成原电池；在原电池中，活泼金属是负极，电子不能通过电解质溶液，应该是氢离子在铜极上得到由锌沿外导线转移过来的电子；铜锌原电池工作时，锌做负极失电子，电极反应为Zn－2e－===Zn2＋，1 mol Zn失去2 mol电子，所以0.2 mol锌(质量为13 g)被溶解，电路中有0.4 mol电子通过。
9．根据下图，可判断出下列离子方程式中错误的是
( )
A．2Ag(s)＋Cd2＋(aq)===2Ag＋(aq)＋Cd(s)
B．Co2＋(aq)＋Cd(s)===Co(s)＋Cd2＋(aq)
C．2Ag＋(aq)＋Cd(s)===2Ag(s)＋Cd2＋(aq)
D．2Ag＋(aq)＋Co(s)===2Ag(s)＋Co2＋(aq)
答案 A
解析 活泼金属作原电池负极，由图可知金属活泼性顺序为Cd>Co>Ag，所以A中Ag不能置换Cd，故 B、C、D正确，A错。
10．某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是
( )
A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出
B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu2＋＋2e－===Cu
C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色
D．a和b分别连接直流电源正、负极，电压足够大时，Cu2＋向铜电极移动
答案 D
解析 a、b不连接，未形成原电池，Cu2＋与Fe在接触面上直接反应，A项正确；a、b用导线连接，铜片作正极，Cu2＋在该电极上得电子，B项正确；a、b连接与否，溶液中的Cu2＋均得电子发生还原反应生成Cu，Fe均失电子发生氧化反应生成Fe2＋，故溶液均从蓝色逐渐变成浅绿色，C项正确；a与电源正极相连时，Cu片作阳极，Cu2＋向Fe电极移动，D项错误。
[能力提升题]
11．某校化学研究性学习小组欲设计实验验证Fe、Cu的金属活动性，他们提出了以下两种方案。请你帮助他们完成有关实验项目：
方案Ⅰ：有人提出将大小相等的铁片和铜片，分别同时放入稀硫酸(或稀盐酸)中，观察产生气泡的快慢，据此确定它们的活动性。该原理的离子方程式为______________________________________________________________
________________________________________________________________。
方案Ⅱ：有人利用Fe、Cu作电极设计成单池原电池，以确定它们的活动性。试在下面的方框内画出原电池装置图，标出原电池的电极材料和电解质溶液，并写出电极反应式。
正极反应式： __________________________________________________；
负极反应式： __________________________________________________。
方案Ⅲ：结合你所学的知识，帮助他们再设计一个验证Fe、Cu活动性的简单实验方案(与方案Ⅰ、Ⅱ不能雷同)：______________________________，
用离子方程式表示其反应原理：__________________________________。
答案 方案Ⅰ：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ
2H＋＋2e－===H2↑ Fe－2e－===Fe2＋
方案Ⅲ：将铁片置于CuSO4溶液中，一段时间后观察Fe表面是否有金属铜析出 Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
解析 方案Ⅰ：铁与酸反应而铜与酸不反应。Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
方案Ⅱ：设计原电池时以铁、铜为电极，电解质溶液应能与电极反应，实验现象应比较明显。
方案Ⅲ：设计简单实验时注意原理与方案Ⅰ及方案Ⅱ的原理不同，且现象明显，操作简单。
12．能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl2是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO4(aq)，FeSO4(aq)，CuSO4(aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
(1)完成原电池的甲装置如右图所示，并作相应标注。
要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
(2)以铜片为电极之一，CuSO4(aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极_________________________________________。
(3)甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是________，其原因是______________________________。
答案 (1)(装置图如右)
(2)电极逐渐溶解变细
(3)甲 可以避免活泼金属Zn和CuSO4的接触，从而避免能量损失，并提供稳定电流
解析 由题给试剂，结合原电池的形成条件可知，组合的原电池可以是：锌与铜、锌与铁、铁与铜原电池。由图示所给电子移动方向可知，左边为负极(活泼金属)、右边为正极(不活泼金属)，则组装的原电池可以如下：
当铜片做电极时，铜片一定是正极，则负极是活泼的金属(失电子发生氧化反应)，反应的现象是电极逐渐溶解。以Zn和Cu做电极为例，如果不用盐桥则Zn与CuSO4反应，置换出的Cu附着在Zn表面，阻碍了Zn与CuSO4的接触，不能提供稳定电流。
13．某探究活动小组想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，有甲、乙两位同学均使用镁片与铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L－1的稀H2SO4中，乙同学将电极放入6 mol·L－1的NaOH溶液中，如图所示。
(1)写出甲池中发生的有关电极反应的反应式：
负极___________________________________________________________，
正极______________________________________________________。
(2)写出乙池中发生的有关电极反应的反应式：
负极___________________________________________________________，
正极____________________________________________________________。
总反应离子方程式为_____________________________________________。
答案 (1)Mg－2e－===Mg2＋ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－ 6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ 2Al＋2OH－＋6H2O===2[Al(OH)4]－＋3H2↑
解析 (1)甲池中电池总反应方程式为Mg＋H2SO4===MgSO4＋H2↑，Mg作负极，电极反应式为Mg－2e－===Mg2＋，Al作正极，电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。
(2)乙池中电池总反应方程式为2Al＋2NaOH＋6H2O===2Na[Al(OH)4]＋3H2↑，负极上为Al被氧化生成Al3＋后与OH－反应生成[Al(OH)4]－，电极反应式为2Al＋8OH－－6e－===2[Al(OH)4]－；正极产物为H2，电极反应式为6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑。
第2课时 化学电源
[经典基础题]
1．下列对碱性锌锰电池的叙述不正确的是
( )
A．Zn是正极，MnO2是负极
B．电解质是KOH溶液
C．Zn发生氧化反应，MnO2发生还原反应
D．它的能量和储存时间比普通锌锰电池高
答案 A
解析 Zn化合价升高，发生氧化反应，是负极，MnO2发生还原反应，是正极。
2．据报道，锌电池可能取代目前广泛使用的铅蓄电池，因为锌电池容量更大，而且没有铅污染，其电池反应为2Zn＋O2===2ZnO，原料为锌粒、电解液和空气，则下列叙述正确的是
( )
A．锌为正极，空气进入负极反应
B．负极反应为Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
C．正极发生氧化反应
D．电解液可以是强酸也可以是强碱
答案 B
解析 2Zn＋O2===2ZnO，Zn失电子，O2得电子，即Zn为原电池负极，O2在正极上反应，故B正确；若电解液为强酸，ZnO则不能存在，故D不正确。
3．一种燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中甲醇与氧气作用生成水和二氧化碳。该电池负极发生的反应是
( )
A．CH3OH(g)＋O2(g)－2e－===H2O(l)＋CO2(g)＋2H＋(aq)
B．O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)
C．CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)
D．O2(g)＋2H2O(l)＋4e－===4OH－(aq)
答案 C
解析 电能来源于化学能，CH3OH与O2的反应即为该电池的总反应：2CH3OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l)。酸性溶液中，正极上O2发生还原反应，即O2(g)＋4H＋(aq)＋4e－===2H2O(l)，电池总反应式减去正极反应式即得负极反应式为CH3OH(g)＋H2O(l)－6e－===CO2(g)＋6H＋(aq)。
4. 微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用，有一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液，电极反应为
Zn＋2OH－－2e－===ZnO＋H2O
Ag2O＋H2O＋2e－===2Ag＋2OH－
总反应为Ag2O＋Zn===ZnO＋2Ag
根据上述反应式，判断下列叙述中正确的是
( )
A．在使用过程中，电池负极区溶液的pH增大
B．在使用过程中，电子由Ag2O经外电路流向Zn极
C．Zn是负极，Ag2O是正极
D．Zn极发生还原反应，Ag2O极发生氧化反应
答案 C
解析 根据电极反应可知Zn失电子被氧化，Ag2O得电子被还原，故Zn是负极，Ag2O是正极，所以C正确；负极(即Zn极)在反应时消耗OH－，则负极区溶液的pH应减小，故A错误；发生原电池反应时，电子由负极经外电路流向正极，即电子从Zn极经外电路流向Ag2O极，故B错误；在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，故D错误。
5．研究人员研制出一种锂水电池，可作为鱼雷和潜艇的储备电源。该电池以金属锂和钢板为电极材料，以LiOH为电解质，使用时加入水即可放电。关于该电池的下列说法不正确的是
( )
A．水既是氧化剂又是溶剂
B．放电时正极上有氢气生成
C．放电时OH－向正极移动
D．总反应为：2 Li＋2H2O===2 LiOH＋H2↑
答案 C
解析 原电池放电时OH－向负极移动，C错。这种电池名称叫锂水电池。可推测其总反应为：2 Li＋2H2O===2 LiOH＋H2↑，A、D对。负极发生氧化反应，电极反应为2 Li－2e－===2 Li＋，正极发生还原反应，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑，B对。
6．一种新型燃料电池，它以多孔镍板为电极插入KOH溶液中，然后分别向两极上通乙烷和氧气，其电极反应式为：
C2H6＋18OH－－14e－===2CO＋12H2O，2H2O＋O2＋4e－===4OH－，有关此电池的推断正确的是
( )
A．电池工作过程中，溶液的pH值逐渐减小
B．正极与负极上参加反应的气体的物质的量之比为2∶7
C．通乙烷的电极为正极
D．电解质溶液中 CO向正极移动
答案 A
解析 当两极上通过相同电子数时，负极消耗的OH－多于正极产生的OH－，溶液中的OH－不断减少，pH逐渐减小，A对；正、负极上参加反应的气体的物质的量之比为7∶2，B错；通乙烷的电极为负极，C错；电解质溶液中 CO向负极移动，D错。
7．某固体酸燃料电池以CaHSO4固体为电解质传递H＋，其基本结构见下图，电池总反应可表示为：2H2＋O2===2H2O，下列有关说法正确的是
( )
A．电子通过外电路从b极流向a极
B．b极上的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
C．每转移0.1 mol电子，消耗1.12 L的H2
D．H＋由a极通过固体酸电解质传递到b极
答案 D
解析 H2失电子发生氧化反应，所以通H2的电极为原电池的负极，即a为负极，电子应该是通过外电路由a极流向b；b极电极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O; C没有告知标准状况；H＋由负极a电极通过固体酸电解质传递到b。
8．一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪，负极上的反应为：
CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋，下列有关说法正确的是
( )
A．检测时，电解质溶液中的H＋向负极移动
B．若有0.4 mol电子转移，则在标准状况下消耗4.48 L氧气
C．电池反应的化学方程式为：CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O
D．正极上发生的反应为： O2＋4e－＋2H2O===4OH－
答案 C
解析 原电池中，阳离子H＋向正极移动，A项错；在酸性条件下，原电池正极反应为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，与负极电极反应式CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋相加得总反应式为CH3CH2OH＋O2===CH3COOH＋H2O，故C正确，D错误；每转移0.4 mol电子，应消耗标准状况下2.24 L氧气，B错误。
9．Mg－AgCl电池是一种能被海水激活的一次性贮备电池，电池反应方程式为：2AgCl＋Mg===Mg2＋＋2Ag ＋2Cl－。有关该电池的说法正确的是
( )
A．Mg为电池的正极
B．负极反应为AgCl＋e－===Ag＋Cl－
C．不能被KCl 溶液激活
D．可用于海上应急照明供电
答案 D
解析 根据氧化还原总反应式判断，Mg为还原剂是负极、失电子，所以A、B都错，C是指电解质溶液可用KCl溶液代替。
[能力提升题]
10．Mg－H2O2电池可用于驱动无人驾驶的潜航器。该电池以海水为电解质溶液，示意图如下。该电池工作时，下列说法正确的是
( )
A．Mg 电极是该电池的正极
B．H2O2 在石墨电极上发生氧化反应
C．石墨电极附近溶液的pH 增大
D．溶液中Cl－向正极移动
答案 C
解析 该电池中镁电极为负极，A项错误；石墨电极为正极，H2O2得电子发生还原反应，电极反应为H2O2＋2e－===2OH－，电极附近溶液的pH增大，B项错误，C项正确；溶液中Cl－应向负极移动，D项错误。
11．根据原电池原理可以设计原电池，实现多种用途
(1)可以用右图所示装置吸收SO2并制取硫酸，写出通入SO2和O2的电极的电极反应式及反应的总方程式。
__________________________________________，
__________________________________________。
(2)如图为氢氧燃料电池的结构示意图，电解质溶液为KOH溶液，电极材料为疏松多孔石墨棒。当氧气和氢气分别连续不断地从正、负两极通入燃料电池时，便可在闭合回路中不断地产生电流。
试回答下列问题：
①图中通过负载的电子流动方向________(填“向左”或“向右”)。
②写出氢氧燃料电池工作时电极反应方程式。
正极：___________________________________________________________，
负极：___________________________________________________________，
③若将此燃料电池改进为直接以甲烷和氧气为原料进行工作时，正极反应式为____________________________________________________________；
负极反应式为___________________________________________________。
答案 (1)SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ O2＋4H＋＋4e－===2H2O 2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4
(2) ①向右 ②2H2O＋O2＋4e－===4OH－ 2H2＋4OH－－4e－===4H2O ③2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4＋10OH－－8e－===CO＋7H2O
解析 (1)根据原电池反应原理，负极上发生氧化反应，正极上发生还原反应。SO2跟O2反应生成H2SO4时，SO2被氧化、O2被还原，所以SO2应该在负极上反应，酸性条件下电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋，O2应该在正极上反应，电极反应为O2＋4H＋＋4e－===2H2O，总反应为2SO2＋O2＋2H2O===2H2SO4。(2)H2在负极上被氧化，O2在正极上被还原，电解质溶液为KOH溶液，在书写电极反应式时不出现H＋。写甲烷燃料电池的电极反应式时，甲烷被O2氧化的产物是CO2，在碱溶液中继续反应生成CO。
12．近几年开发的甲醇燃料电池是采用铂作电极催化剂，电池中的质子交换膜只允许质子和水分子通过。其工作原理的示意图如下：
甲醇燃料电池工作原理示意图
请回答下列问题：
(1)Pt(a)电极是电池的________极，电极反应式为________________________
______________________________________________________________；
Pt(b)电极发生________反应(填“氧化”或“还原”)，电极反应式为_________________________________________________________________。
(2)电池的总反应方程式为_________________________________________。
(3)如果该电池工作时电路中通过2 mol 电子，则消耗的CH3OH有______________________________________________________________mol。
答案 (1)负 2CH3OH＋2H2O－12e－===2CO2＋12H＋ 还原 3O2＋12H＋＋12e－===6H2O
(2)2CH3OH＋3O2===2CO2＋4H2O (3)
13．高铁电池是一种新型可充电电池，与普通电池相比，该电池能较长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn＋2K2FeO4＋8H2O3Zn(OH)2＋2Fe(OH)3＋4KOH。
请回答下列问题：
(1)高铁电池的负极材料是_________________________________________，
放电时负极反应式为_____________________________________________。
(2)放电时，正极发生________(填“氧化”或“还原”)反应；正极反应为_________________________________________________________________。
放电时，________(填“正”或“负”)极附近溶液的碱性增强。
(3)充电时，阳极反应为________，阳极附近溶液的碱性
_________________________________________________________________。
答案 (1)Zn Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2 (2)还原 FeO＋3e－＋4H2O===Fe(OH)3＋5OH－ 正 (3)Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeO＋4H2O 减弱
解析 电池的负极上发生氧化反应，Zn＋2OH－－2e－===Zn(OH)2，正极上发生还原反应。由高铁电池放电时总反应方程式可知，负极材料应为作还原剂的Zn。由电池的总反应方程式－负极反应式＝正极反应式可知，正极反应式为：2FeO＋6e－＋8H2O===2Fe(OH)3＋10OH－，正极生成了OH－，碱性增强。充电时，阳极电极反应式为：Fe(OH)3＋5OH－－3e－===FeO＋4H2O，阳极消耗OH－，导致阳极附近溶液的碱性减弱。
14．铅蓄电池是典型的可充电型电池，它的正负极极板是惰性材料，电池总反应方程式为：
Pb＋PbO2＋4H＋＋2SO2PbSO4＋2H2O
请回答下列问题(不考虑氢、氧的氧化还原)：
(1)放电时：正极的电极反应式是________________________________；
电解液中H2SO4浓度将变________；电流方向从________极流向________极。当外电路通过1 mol电子时，理论上负极板的质量增加________g。
(2)在完全放电耗尽PbO2和Pb时，若按如图连接，电解一段时间后，则在A电极上生成________、B 电极上生成________，此时铅蓄电池的正负极的极性将________。
答案 (1)PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O 小 正 负 48 (2)Pb PbO2 对换
解析 原电池中正极上得电子、负极上失电子。根据电池总反应式，正极反应为：PbO2＋2e－＋4H＋＋SO===PbSO4＋2H2O。
负极反应为：
Pb＋SO－2e－===PbSO4 质量增加
2 mol 96 g
1 mol Δm
求得Δm＝48 g
电解池里与电源正极相连的电极(阳极)上失电子，与电源负极相连的电极(阴极)上得电子。则阳极反应式为PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO；阴极反应式为PbSO4＋2e－===Pb＋SO。根据图示，电解一段时间后，原PbO2极(阴极)变成Pb，原Pb极(阳极)变成PbO2，即正负极对换。
第3课时 金属的腐蚀与防护
[经典基础题]
1．下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是
( )
A．钢管与电源正极连接，钢管可被保护
B．铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀
C．钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
答案 B
解析 钢管与电源正极相连接，钢管作电解池的阳极，更易失电子；铁遇冷浓硝酸时，铁表面被氧化成致密的氧化膜，阻止金属与氧化剂接触，可防止内部不被腐蚀；钢管与铜管堆放，形成原电池时钢管为负极，作原电池负极易被腐蚀；钢柱与水接触处的氧气浓度大，易被腐蚀。故选B。
2．如下图所示各烧杯中盛有海水，铁在其中被腐蚀，腐蚀的速率由快到慢的顺序为
( )
A．⑤②①③④ B．④③①②⑤
C．⑤④②①③ D．③②④①⑤
答案 C
解析 判断金属腐蚀快慢，首先判断该金属是充当原电池还是电解池的电极，若是电解池的阳极，金属腐蚀速率最快，其次是充当原电池的负极腐蚀较快，而作为电解池的阴极和原电池的正极不被腐蚀。其中⑤中，Fe作为电解池的阳极，腐蚀最快，②③④均为原电池，③中，Fe为正极，不被腐蚀，②④中Fe均为负极，被腐蚀，Fe和Cu的金属活动性差别比Fe和Sn大，④中铁腐蚀较快，其腐蚀速率由快到慢的顺序为⑤④②①③。
3．在钢铁腐蚀过程中，下列五种变化可能发生的是
( )
①Fe2＋转化为Fe3＋ ②O2被还原 ③产生H2
④Fe(OH)3失水形成Fe2O3·xH2O ⑤杂质碳被氧化
A．只①② B．只②③④
C．①②③④ D．①②③④⑤
答案 C
解析 在腐蚀过程中，负极Fe－2e－===Fe2＋，正极O2或2H＋得电子，Fe2＋与OH－结合生成Fe(OH)2，Fe(OH)2被氧化生成Fe(OH)3，Fe(OH)3失水形成铁锈。
4．根据下图，下列判断中正确的是
( )
A．烧杯a中的溶液pH升高
B．烧杯b中发生还原反应
C．烧杯a中发生的反应为2H＋＋2e－===H2
D．烧杯b中发生的反应为2Cl－－2e－===Cl2
答案 A
解析 题中给出的物质表明，该电池的总反应是2Zn＋O2＋2H2O===2Zn(OH)2，a烧杯中电极反应为O2＋2H2O ＋4e－===4OH－， b中Zn－2e－===Zn2＋，所以应选A。
5．下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是
( )
①纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 ②当镀锡铁制品的镀层破损时，镀层仍能对铁制品起保护作用 ③在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 ④可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀
A．①③ B．②③ C．①④ D．②④
答案 A
解析 纯银器表面在空气中易生成硫化物失去光泽，属化学腐蚀；当镀锡铁制品镀层破损时，由于铁比锡活泼，形成原电池时，铁做原电池的负极，加快铁的腐蚀；锌比铁活泼，当在海轮外壳上连接锌块后，锌失电子而使海轮外壳被保护；应将金属与电源的负极相连，即做电解池的阴极，才能得到保护。
6．为研究金属腐蚀的条件和速率，某课外小组学生用金属丝将三根大小相同的铁钉分别固定在图示的三个装置中，再放置于玻璃钟罩里保存相同的一段时间。下列对实验结束时现象的描述不正确的是
( )
A．装置Ⅰ左侧的液面一定会下降
B．左侧液面装置Ⅰ比装置Ⅱ的低
C．装置Ⅱ中的铁钉腐蚀最严重
D．装置Ⅲ中的铁钉几乎没被腐蚀
答案 B
解析 装置Ⅰ中铁钉处于盐酸的蒸气中，被腐蚀而释放出H2，使左侧液面下降，右侧液面上升；装置Ⅱ中铁钉同样处于盐酸的蒸气中，不同的是悬挂铁钉的金属丝由铁丝换成了铜丝，由于Fe比Cu活泼，构成原电池会加速铁钉的侵蚀而放出更多的H2，使左侧液面下降得更多，右侧液面上升得更多；装置Ⅲ中虽然悬挂铁钉的还是铜丝，但由于浓硫酸有吸水性而无挥发性，使铁钉处于一种较为干燥的空气中，因而在短时间内几乎没有被腐蚀。
7．糕点包装中常见的脱氧剂组成为还原性铁粉、氯化钠、炭粉等，其脱氧原理与钢铁的吸氧腐蚀相同。下列分析正确的是
( )
A．脱氧过程是吸热反应，可降低温度，延长糕点保质期
B．脱氧过程中铁作原电池正极，电极反应为：Fe－3e－===FeC.脱氧过程中碳做原电池负极，电极反应为：2H2O＋O2＋4e－===4OH－
D．含有1.12 g铁粉的脱氧剂，理论上最多能吸收氧气336 mL(标准状况)
答案 D
解析 在脱氧过程中，由铁、碳做电极，氯化钠溶液做电解质溶液形成原电池，发生吸氧腐蚀，该过程为放热反应；在脱氧过程中，碳做正极，铁做负极，失电子发生氧化反应生成Fe2＋；在脱氧过程中，Fe失电子氧化为Fe2＋，Fe2＋最终还是被氧气氧化为Fe3＋，由电子守恒知消耗氧化剂氧气的体积(标准状况下)V(O2)＝22.4L·mol－1×＝336 mL。
8. 将铁片和锌片放在盛有NaCl溶液(其中滴有酚酞)的表面皿中，如图所示，最先观察到变为红色的区域为
( )
A．Ⅰ和Ⅱ B．Ⅰ和Ⅳ C．Ⅱ和Ⅲ D．Ⅱ和Ⅳ
答案 B
解析 甲为原电池装置，Zn为负极，该条件下，Zn被腐蚀，电极反应为负极：Zn－2e－===Zn2＋，正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，故Ⅰ极区域c(OH－)增大使酚酞变红。乙为电解装置，电极反应为：阳极Fe－2e－===Fe2＋，阴极2H＋＋2e－===H2↑，Ⅳ极区域c(OH－)增大，使酚酞变红。
9．铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.01 mol·L－1的食盐溶液中，可能出现的现象是
( )
A．铁棒附近产生OH－ B．铁棒被腐蚀
C．石墨棒上放出Cl2 D．石墨棒上放出O2
答案 B
解析 铁棒与石墨用导线连接后，浸入0.01 mol·L－1的食盐溶液中形成原电池，铁棒为负极：Fe－2e－===Fe2＋，铁棒被腐蚀；石墨棒为正极：2H2O＋O2＋4e－===4OH－，石墨棒周围c(OH－)增大，石墨棒上并不放出Cl2和O2。
10．如图装置中，U形管内为红墨水，a、b试管内分别盛有食盐水和氯化铵溶液，各加入生铁块，放置一段时间。下列有关描述错误的是
( )
A．生铁块中的碳是原电池的正极
B．红墨水柱两边的液面变为左低右高
C．两试管中相同的电极反应式是Fe－2e－===Fe2＋
D．a试管中发生了吸氧腐蚀，b试管中发生了析氢腐蚀
答案 B
解析 Fe与C及电解质溶液形成原电池，Fe是负极：Fe－2e－===Fe2＋，C是正极。 a为中性环境，发生吸氧腐蚀，氧气被消耗，气体压强减小； b中酸性较强，发生析氢腐蚀，有氢气放出，气体压强增大，所以红墨水柱两边的液面变为左高右低。
[能力提升题]
11．请回答下列问题：
(1)右图装置中，小试管内为红墨水，具支试管内盛有pH＝4的雨水和生铁片。观察：开始导管内液面下降，一段时间后导管内液面回升，略高于小试管液面。
以下有关解释合理的是________。
A．生铁片中的碳是原电池的负极，发生还原反应
B．雨水酸性较强，生铁片仅发生析氢腐蚀
C．墨水回升时，碳极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．具支试管中溶液pH逐渐减小
(2)下列哪些装置可防止铁棒被腐蚀_________________________________。
(3) 在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置如图：
①A电极对应的金属是________(写元素名称)，B电极的电极反应式是_______________。
②若电镀前A、B两金属片质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12 g，则电镀时电路中通过的电子为________mol。
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___________________________________________________________。
答案 (1)C (2) BD (3) ①铜 Cu2＋＋2e－===Cu
②0.08 ③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀
解析 (1)生铁中的碳和铁与雨水构成微小原电池，铁为负极，碳为正极，开始发生析氢腐蚀，随着酸性减弱，又发生吸氧腐蚀。碳极为正极，故A错；B项，随雨水酸性的减弱，而发生吸氧腐蚀，故B错；C项，墨水回升是因为开始铁钉析氢腐蚀生成氢气，后来铁钉吸氧腐蚀时消耗氧气。铁钉两种腐蚀分别是消耗H＋，生成OH－，所以溶液的pH升高。(2)B装置中铁作原电池正极、D装置中铁与外接电源负极相连作阴极，均得到保护。(3)电镀铜时纯铜作阳极，接电源正极，A为铜，B极反应为Cu2＋＋2e－===Cu；电镀时阳极质量减少的量与阴极质量增加的量相等，故阳极消耗铜为2.56 g，即0.04 mol Cu，转移电子为0.08 mol。③铁比铜活泼，镀层破坏后，在潮湿环境中形成原电池，铁为负极，加速铁的腐蚀。
12．请运用原电池原理解释生活中的一些问题：
(1)家用炒菜的铁锅用水清洗放置数天后，出现红棕色锈斑，在此变化过程中不发生的反应是
( )
A．4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
B．2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)2
C．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．Fe－3e－===Fe3＋
(2)为处理银器表面的黑斑(Ag2S)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S转化为Ag，食盐水的作用为________，银器为________极，电极反应式为________。
(3)铝－空气－海水电池作为新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。则该电源负极材料为________，正极材料为________，正极反应为______________________________________________________________。
(4)在海洋工程上，通常用铝合金(Al－Zn－Cd)保护海底钢铁设施，其原理如图所示：
其中负极发生的电极反应为___________________________________；
在实际应用中，用铝合金而不选用纯铝，纯铝不能很好地起到保护作用，其原因是___________________________________________________________。
答案 (1)D (2) 做电解质溶液，形成原电池 正 3Ag2S＋6e－===6Ag＋3S2－ (3)铝 石墨 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (4)Al－3e－===Al3＋ 铝表面易被氧化，生成一层致密而坚固的氧化物薄膜，不能充当原电池的负极
13．如图所示3套实验装置，分别回答下列问题。
(1)装置1为铁的吸氧腐蚀实验。一段时间后，铁被________(填“ 氧化”或“还原”); 向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观察到碳棒附近的溶液变红，该电极反应为_______________________________________________。
(2)装置2中的石墨是________极(填“正”或“负”)，该装置发生的总反应的离子方程式为______________________________________________。
(3)装置3中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol·L－1的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol·L－1的CuSO4溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞溶液，观察到石墨电极附近首先变红。
①电源的M端为________极，甲烧杯中铁电极的电极反应为________。
②乙烧杯中电解反应的化学方程式为________。
③ 停止电解，取出Cu电极，洗涤、干燥、称量、电极增重0.64 g，甲烧杯中产生的气体标准状况下体积为________mL。
答案 (1)氧化 O2＋4e－＋2H2O===4OH－
(2)正 2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ (3)① 正 Fe －2e－===Fe2＋ ②2CuSO4＋2H2O2Cu＋O2↑＋2H2SO4 ③224
14．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周中心区(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少。回答下列问题：
(1)液滴边缘是________(填“正”或“负”)极区，发生的电极反应为：________________________________________________________________。
(2)液滴中的Cl－由________区向________区迁移(填“b”或“a”)。
(3)在b区出现铁锈环的原因是液滴下的Fe因发生氧化反应而被腐蚀，生成的Fe2＋________进一步氧化、脱水形成铁锈。
(4)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：_____________________________________________。
答案 (1)正 O2＋2H2O＋4e－===4OH－ (2)b a (3)由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2 (4)Fe－2e－===Fe2＋
解析 (1)液滴边缘O2浓度大，为原电池的正极区，正极电极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－。中心区a为原电池的负极区。(2)根据在原电池中，阳离子移向正极，阴离子移向负极的规律，Cl－应由b区向a区迁移。(3)Fe2＋由a区向b区迁移，与b区的OH－形成Fe(OH)2，被氧化为Fe(OH)3，再脱水形成铁锈。(4)若改用嵌有一铜螺丝钉的铁板，在铜铁接触处滴加NaCl溶液，由于Fe的金属活动性比铜强，Fe仍为负极，负极发生的电极反应为：Fe－2e－===Fe2＋。
备用题目
1．铁是用途最广的金属材料之一，但生铁易生锈。请讨论电化学实验中有关铁的性质。
(1)①某原电池装置如下图所示，右侧烧杯中的电极反应式为_________________________________________________________________，
左侧烧杯中的c(Cl－)________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
②已知下图甲、乙两池的总反应式均为Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑，且在同侧电极(指均在“左电极”或“右电极”)产生H2。请在两池上标出电极材料(填“Fe”或“C”)。
(2)装置丙中，易生锈的是________点(填“a”或“b”)。装置丁中可观察到的实验现象是_________________________________________________________。
答案 (1)①2H＋＋2e－===H2↑ 增大
②甲池中：左——Fe，右——C
乙池中：左——Fe，右——C
(2)a 生铁表面生成红棕色锈斑，试管内液面上升
解析 (1)①电池反应中Fe作负极，石墨棒作正极，右侧电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑。由于平衡电荷的需要，盐桥中的Cl－向负极迁移，故左侧烧杯溶液中c(Cl－)增大。②装置乙是电解装置，阴极(右侧)产生H2，同时根据总反应式可知Fe只能作阳极(左侧)。由已知条件知，在装置甲中，Fe作原电池的负极，在左侧，C作原电池的正极，在右侧。(2)装置丙中由于a点既与电解质溶液接触，又与空气接触，故易生锈。装置丁中铁屑发生吸氧腐蚀，负极：Fe－2e－===Fe2＋，正极：O2＋4e－＋2H2O===4OH－，生成的离子继续反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓，4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，2Fe(OH)3===Fe2O3·xH2O＋(3－x)H2O，由整个反应来看，最终铁屑表面会生成红棕色的铁锈，由于反应消耗氧气，因此试管内液面上升。
2．下列叙述不正确的是
( )
A．铁表面镀锌，铁作阳极
B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀
C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－===Cl2↑
答案 A
解析 本题考查电化学知识的应用。 选项A，铁作阳极，铁要溶解，铁应该作阴极。选项B，Zn的活泼性比Fe强，Zn失去电子而保护了船体。选项C，钢铁吸氧腐蚀时，O2在正极获得电子。选项D，Cl－失电子能力大于OH－，电解饱和食盐水时，Cl－在阳极失去电子变为Cl2。
3．钢铁很容易生锈而被腐蚀，每年因腐蚀而损失的钢材占世界钢铁年产量的四分之一。
(1)钢铁腐蚀主要是吸氧腐蚀，该腐蚀过程中的电极反应式为____________________________________________________________。
(2)为了降低某水库的铁闸门被腐蚀的速率，可以采用图甲所示的方案，其中焊接在铁闸门上的固体材料R可以采用________(填字母)。
A．铜 B．钠
C．锌 D．石墨
(3)图乙所示的方案也可以降低铁闸门的腐蚀速率，其中铁闸门应该连接在直流电源的________极。
答案 (1)负极：2Fe－4e－===2Fe2＋，正极：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
(2)C (3)负
解析 (1)发生吸氧腐蚀时，负极上Fe失电子，正极上O2得到电子。(2)铁闸门上连接一块比铁活泼的金属如锌，就可由锌失去电子，锌被溶解而铁被保护，属于牺牲阳极的阴极保护法。(3)属于外加电流的阴极保护法，需把被保护的铁闸门连接在电源的负极上。
4．为了避免青铜器生成铜绿，以下方法正确的是
( )
①将青铜器放在银质托盘上 ②将青铜器保存在干燥的环境中 ③将青铜器保存在潮湿的空气中 ④在青铜器的表面覆盖一层防渗的高分子膜
A．①③ B．②③
C．②④ D．①④
答案 C
解析 Cu比Ag活泼，放在银质托盘上更易受腐蚀，①错；将其保存在干燥的环境中避免与空气中的水分和CO2等物质接触，可避免腐蚀，②正确，则③错误；覆盖防渗的高分子膜也可以隔绝潮湿空气，④正确。
5．关于金属腐蚀的叙述中，正确的是
( )
A．金属被腐蚀的本质是M＋nH2O===M(OH)n＋H2↑
B．马口铁(镀锡铁)镀层破损后被腐蚀时，首先是镀层被氧化
C．金属在一般情况下发生的电化学腐蚀主要是吸氧腐蚀
D．常温下，置于空气中的金属主要发生化学腐蚀
答案 C
解析 金属腐蚀的本质主要是金属原子失电子被氧化，腐蚀的内因是金属的化学性质比较活泼，外因是金属与空气、水和其他腐蚀性的物质相接触，腐蚀主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。A中金属腐蚀的本质应包括化学腐蚀和电化学腐蚀，为M－ne－===Mn＋；B选项中Sn、Fe构成电化学腐蚀，主要是Fe－2e－===Fe2＋，铁先被腐蚀。常温下，空气中的金属主要发生电化学腐蚀中的吸氧腐蚀，难以和非金属氧化剂(Cl2、S)等反应发生化学腐蚀。
章末检测
(时间：100分钟 满分：100分)
第Ⅰ卷(选择题 共48分)
一、选择题(本题包括16小题，每小题3分，共48分；每小题只有一个选项符合题意)
1．下列设备工作时，将化学能转化为热能的是
( )
A
B
C
D
硅太阳能电池
锂离子电池
太阳能集热器
燃气灶
答案 D
解析 A不正确， 硅太阳能电池将太阳能直接转化为电能；B不正确，锂离子电池将化学能转化为电能；C不正确，太阳能集热器将太阳能转化为热能；D正确，燃气灶将化学能转化为热能。
2．在下列各说法中，正确的是
( )
A．对于2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g) ΔH＝－Q kJ· mol－1(Q>0)，若反应中充入2 mol SO2(g)和足量的氧气反应时，放出的热量一定是Q kJ
B．热化学方程式中的系数表示物质的量，不能用分数表示
C．电镀时，镀件做阴极，含有镀层金属阳离子的溶液做电镀液
D．已知2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ· mol－1,1 mol氢气完全燃烧放出的热量为571.6 kJ
答案 C
解析 A可逆反应不能进行到底，2 mol SO2(g)和足量O2(g)反应，生成的SO3(g)小于2 mol，放出的热量小于Q kJ；B热化学方程式中的系数表示物质的量，可以用分数表示；C电镀时镀层金属做阳极，待镀金属做阴极，含有镀层金属阳离子的溶液做电镀液；D式表示2 mol氢气完全燃烧时的焓变为－571.6 kJ· mol－1。
3．根据热化学方程式：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝a kJ· mol－1(a＝－297.2)。分析下列说法，其中不正确的是
( )
A．S(s)在O2(g)中燃烧的反应是放热反应
B．S(g)＋O2(g)===SO2(g) ΔH＝b kJ· mol－1，则aC．1 mol SO2(g)所具有的能量低于1 mol S(s)与1 mol O2(g)所具有的能量之和
D．16 g固体硫在空气中充分燃烧，可放出148.6 kJ的能量
答案 B
解析 1 mol S(g)的能量比1 mol S(s)的能量高， 所以1 mol S(g)比1 mol S(s) 与氧气完全反应时放出的能量多，所以a>b，B不正确。
4．用石墨做电极电解CuSO4溶液。通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的
( )
A．CuSO4 B．H2O
C．CuO D．CuSO4·5H2O
答案 C
解析 用石墨做电极电解CuSO4溶液的电解反应方程式是2CuSO4 ＋2H2O2H2SO4 ＋2Cu＋O2↑，根据缺什么补什么的原则，选项C正确。
5．利用右图装置进行实验，开始时，a、b两处液面相平，密封好，放置一段时间。下列说法不正确的是
( )
A．a管发生吸氧腐蚀，b管发生析氢腐蚀
B．一段时间后，a管液面高于b管液面
C．a处溶液的pH增大，b处溶液的pH减小
D．a、b两处具有相同的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
答案 C
解析 a管发生吸氧腐蚀，正极消耗O2，生成OH－，a处溶液的pH增大，b管发生析氢腐蚀，消耗H＋放出H2，b处溶液的pH也增大，故C项错。
6．下列说法正确的是
( )
A．需要加热才能发生的反应一定是吸热反应
B．化学反应中的能量变化都表现为热量变化
C．任何放热反应在常温下一定能发生
D．反应物和生成物所具有的总能量决定了反应是放热还是吸热
答案 D
解析 化学反应的能量变化可以表现为很多形式，如转化为热能、电能、光能等。反应是放热还是吸热主要取决于反应物和生成物所具有的总能量的相对大小。放热反应和吸热反应都是在一定条件下发生的，反应开始需要加热的反应可能是吸热反应，也可能是放热反应。
7．用如图所示装置进行实验，下列叙述不正确的是
( )
A．K与N连接时，铁被腐蚀
B．K与N连接时，石墨电极产生气泡
C．K与N连接时，一段时间后溶液的pH增大
D．K与M连接时，初始阶段石墨电极的电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
答案 D
解析 K与N连接时，形成原电池，为析氢腐蚀的模型，铁被腐蚀，石墨电极产生H2，A、B项均正确；K与M连接时，构成电解池，铁电极的反应为：2H＋＋2e－===H2↑，氢离子浓度减小，溶液的pH增大，故C项正确；初始阶段石墨电极的反应为：2Cl－－2e－===Cl2↑，D项错误。
8．有一种纸质软电池，该电池采用薄层纸片作为载体和传导体，一面附着锌，另一面附着MnO2。电池总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnO(OH)，关于此电池，下列说法正确的是
( )
A．该电池Zn为负极，ZnO为正极，MnO2为催化剂
B．该电池的正极反应为MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－
C．放电时外电路电子由Zn流向MnO2，内电路电子由MnO2流向Zn
D．电池工作时OH－通过薄层纸片向附着MnO2的电极移动
答案 B
解析 从总反应看，电解质环境为碱性。Zn发生氧化反应(负极)：Zn－2e－＋2OH－===ZnO＋H2O，MnO2发生还原反应(正极)：MnO2＋e－＋H2O===MnO(OH)＋OH－，A项错误、B项正确；外电路电子由Zn流向MnO2，内电路通过离子导电，OH－移向锌极，C、D项错误。
9．将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是
( )
A．Cu电极上发生还原反应
B．电子沿Zn→a→b→Cu路径流动
C．片刻后甲池中c(SO)增大
D．片刻后可观察到滤纸b点变红色
答案 A
解析 将装置中K闭合，该装置构成原电池，其中Zn电极上发生氧化反应，Cu电极上发生还原反应，故A正确；电子沿Zn→a，在a上溶液中的H＋得到电子，在b上溶液中的OH－失去电子，电子不能直接由a→b，故B错误；该装置工作过程中，甲、乙两烧杯中的SO的浓度都不改变，只是盐桥中的Cl－和K＋分别向甲、乙两烧杯中移动，故C错误；在b处溶液中的OH－失去电子，c(OH－)减小，c(H＋)增大，b处滤纸不可能变红色，故D错误。
10．右图为铅蓄电池的示意图。下列说法正确的是
( )
A．放电时，N为负极，其电极反应式为：
PbO2＋SO＋4H＋＋2e－===PbSO4＋2H2O
B．放电时，c(H2SO4)不变，两极的质量增加
C．充电时，阳极反应式为：PbSO4＋2e－===Pb＋SO
D．充电时，若N连电源正极，则该极生成PbO2
答案 D
解析 A不正确，放电时PbO2得电子被还原，应作正极。B不正确，放电时两极均生成PbSO4，消耗H2SO4，c(H2SO4)减小。C不正确，充电时，阳极发生氧化反应，电极反应式应为PbSO4＋2H2O－2 e－===PbO2＋SO＋4H＋。D正确，充电时，PbSO4转化为PbO2，需失电子发生氧化反应，即在N极生成，所以N极充当电解池的阳极，则需接电源的正极。
11．关于下列装置说法正确的是
( )
A．装置①中，盐桥中的K＋移向ZnSO4溶液
B．装置②工作一段时间后，a极附近溶液的pH增大
C．用装置③精炼铜时，c极为粗铜
D．装置④中电子由Zn流向Fe，装置中有Fe2＋生成
答案 B
解析 ①为原电池，Zn作负极，Cu作正极，溶液中的阳离子(K＋)移向正极(Cu片)；②为电解池，a极为阴极，阴极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，破坏了水的电离，H2O??H＋＋OH－，正向移动生成大量OH－，pH增大；③为精炼池，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质溶液为含Cu2＋的溶液，d极应为粗铜；④为原电池，Zn为负极，电子由Zn经导线流向Fe，正极(Fe)反应为：2H＋＋2e－===H2↑，无Fe2＋生成。
12．关于下列各装置图的叙述不正确的是
( )
A．用图①装置精炼铜，a极为粗铜，b为精铜，电解质溶液为CuSO4溶液
B．图②装置的盐桥中KCl的Cl－移向乙烧杯
C．图③装置中钢闸门应与外接电源的负极相连获得保护
D．图④两个装置中通过导线的电子数相同时，消耗负极材料的物质的量不同
答案 B
解析 A正确，电解精炼铜时，阳极是粗铜，阴极是精铜，电解质溶液含有Cu2＋；B不正确，原电池中阴离子向负极移动，即向甲烧杯移动；C正确，金属接电源负极充当电解池的阴极被保护；D正确，一个Al失去3个电子，一个Zn失去2个电子，所以消耗负极材料的物质的量不同。
13．如图所示装置中，X是铁，Y是石墨电极，a是硫酸钠溶液，实验开始前，在U形管的两边同时各滴入几滴酚酞试液，下列叙述正确的是
( )
A．闭合K1，断开K2，X极放出H2
B．闭合K1，断开K2，Y极为阳极
C．闭合K2，断开K1，Y极的电极反应式为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－
D．闭合K2，断开K1，工作一段时间后，X电极附近显红色
答案 D
解析 闭合K1，断开K2，形成原电池，X极为负极，铁失去电子，不会放出H2，Y极为正极，故A、B错误；闭合K2，断开K1，形成电解池，Y极的电极反应式为：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，X电极H＋放电，X极附近OH－浓度增加，故C错误，D正确。
14．右图装置中发生反应的离子方程式为：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，下列说法错误的是
( )
A．a、b不可能是同种材料的电极
B．该装置可能是电解池，电解质溶液为稀盐酸
C．该装置可能是原电池，电解质溶液为稀盐酸
D．该装置可看作是铜－锌原电池，电解质溶液是稀硫酸
答案 A
解析 A不正确，图示装置既可以是电解池，阳极电极材料为Zn、阴极的电极材料为Zn或其他可导电的材料，电解质溶液为盐酸或硫酸等。B、C、D均正确，该装置也可以是原电池，电池负极材料为Zn、正极材料为比Zn活泼性差的可导电的材料，如Cu、石墨等，电解质溶液为盐酸或硫酸等。
15．白磷与氧气可发生如下反应：P4＋5O2===P4O10。已知断裂下列化学键需要吸收的能量分别为P－P：a kJ· mol－1、P－O：b kJ· mol－1、P＝O：c kJ· mol－1、O＝O：d kJ· mol－1。根据下图所示的分子结构和有关数据估算该反应的ΔH，其中正确的是
( )
A．(6a＋5d－4c－12b) kJ· mol－1
B．(4c＋12b－6a－5d) kJ· mol－1
C．(4c＋12b－4a－5d) kJ· mol－1
D．(4a＋5d－4c－12b) kJ· mol－1
答案 A
解析 化学键断裂吸收的能量为(6a＋5d) kJ· mol－1，化学键形成放出的能量为(12b＋4c) kJ· mol－1。ΔH＝6a＋5d－(12b＋4c)＝(6a＋5d－4c－12b) kJ· mol－1。
16．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。其反应原理如下：
电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq) ===2PbSO4(s)＋2H2O(l)
电解池：2Al＋3H2OAl2O3＋3H2，电解过程中，以下判断正确的是
( )
电池
电解池
A
H＋移向Pb电极
H＋移向Pb电极
B
每消耗3 molPb
生成2 molAl2O3
C
正极：PbO2＋4H＋
＋2e－===Pb2＋＋2H2O
阳极：2Al＋3H2O－
6e－===Al2O3＋6H＋
D
答案 D
解析 A不正确，H＋在原电池中移向PbO2电极。B不正确，根据电子守恒每消耗3 molPb，生成l molAl2O3。C不正确，原电池的正极电极反应是生成PbSO4，D正确。在原电池中Pb电极由于生成PbSO4，质量增加，在电解池中，Pb为阴极，质量不变，
第Ⅱ卷(非选择题 共52分)
二、非选择题(本题包括5小题，共52分)
17．(7分)天然气、氨在工农业生产中具有重要意义。
(1)25 ℃、l0l kPa时，32 g CH4完全燃烧生成稳定的氧化物时放出1780.6 kJ的热量，写出该反应的热化学方程式_________________________________
________________________________________________________。
(2)合成氨用的氢气，工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)，已知有关反应的能量变化如下图：
则该反应的焓变ΔH＝______________________________________。
答案 (1) CH4(g)＋2O2(g)===CO2(g)＋2H2O(l)
ΔH＝－890.3 kJ·mol－1
(2)＋161.1 kJ· mol－1
18．(8分)请按要求回答下列问题。
(1)根据图1回答①②：①打开K2，闭合K1。A极现象________，B极的电极反应式为_____________________________________________________。
②打开K1，闭合K2。A极可观察到的现象是_____________________________
_________________________________________________________________。
(2)根据图2回答③④：③电解反应的离子方程式为___________________
_________________________________________________________________。
④实验完成后，铜电极增重a g，石墨电极产生标准状况下的气体体积________L。
答案 (1)①锌不断溶解 Cu2＋＋2e－===Cu ②锌极镀上一层红色的铜
(2)③2Cu2＋＋2H2O2Cu＋O2↑＋4H＋ ④0.175a
解析 (1)①打开K2，闭合K1，图1为Zn?Cu原电池，Zn为负极溶解，Cu为正极。
②打开K1，闭合K2，图1为电解池，Cu作阳极溶解。
(2)④根据电子守恒知×2＝×4，V＝。
19．(12分)下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放100 g 5.00%的NaOH溶液、足量的CuSO4溶液和100 g 10.00%的K2SO4溶液，电极均为石墨电极。
(1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中K2SO4质量分数为10.47%，乙中c电极质量增加。据此回答问题：
①电源的N端为___________________________________________极；
②电极b上发生的电极反应为_______________________________；
③电极b上生成的气体在标准状况下的体积为________________________L；
④电极c的质量变化是___________________________________________g；
⑤电解前后各溶液的pH是否发生变化：
甲溶液__________________________________________________________；
乙溶液___________________________________________________________；
丙溶液__________________________________________________________；
(2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？__________________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)①正 ②4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
③2.8 ④16 ⑤pH增大 pH减小 pH不变
(2)能继续进行，因为CuSO4溶液已转变为H2SO4溶液，反应也就变为水的电解反应
解析 (1)①乙中c电极质量增加，则c处发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，即c处为阴极，由此可推出b为阳极，a为阴极，M为负极，N为正极。丙中电解液为K2SO4溶液，相当于电解水，设电解水的质量为x。由电解前后溶质质量相等有，100 g×10%＝(100 g－x)×10.47%，得x＝4.5 g，故电解的水为0.25 mol。由方程式2H2O2H2↑＋O2↑可知，电解2 mol H2O，转移4 mol电子，所以整个反应中转移了0.5 mol电子，而整个电路是串联的，故每个烧杯中的电极上转移的电子数是相等的。②甲中为NaOH溶液，相当于电解水，阳极b处为阴离子OH－放电，即4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。③转移0.5 mol电子，则生成O2为 mol＝0.125 mol，标况下的体积为0.125 mol×22.4 L· mol－1＝2.8 L。④Cu2＋＋2e－===Cu，转移0.5 mol电子，则生成的m(Cu)＝0.5/2 mol×64 g· mol－1＝16 g。⑤甲中相当于电解水，故NaOH的浓度增大，pH变大。乙中阴极为Cu2＋放电，阳极为OH－放电，所以H＋增多，故pH减小。丙中为电解水，对于K2SO4而言，其pH几乎不变。(2)铜全部析出，可以继续电解H2SO4溶液，有电解质即可电解。
20．(12分)新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH4和O2 ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。
回答下列问题：
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为________、________。
(2)闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是________，电解氯化钠溶液的总反应方程式为________；
(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
(4)要用燃料电池为电源进行粗铜的精炼实验，粗铜板应与________极(填“A”或“B”)相连；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为______________________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)2O2＋4H2O＋8e－===8OH－ CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O (2)H2 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3) 4 (4)B Au、Ag以单质形式存在于阳极泥中，Fe以Fe2＋形式存在于电解质溶液中
解析 (1)在碱性溶液中，甲烷燃料电池的总反应式为：CH4＋2O2＋2OH－===CO＋3H2O，正极是：2O2＋4H2O＋8e－===8OH－，负极是：CH4 －8e－＋10OH－===CO＋7H2O。(2) b电极与通入甲烷的电极相连，作阴极，是H＋放电，生成H2；电解氯化钠溶液的总反应方程式为：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。(3)根据得失电子守恒，可得：1 mol CH4 ～8 mol e－～4 mol Cl2，故若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，生成4L Cl2。(4)B为燃料电池的正极，电解精炼铜时，粗铜作阳极，接电源正极，即甲烷燃料电池的B极。 Au、Ag不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥。Fe失电子以Fe2＋形式进入电解质溶液中。
21．(13分)电解工作原理的实际应用非常广泛。
(1)电解精炼银时，阴极反应式为_____________________________________
_________________________________________________________________。
(2)工业上为了处理含有Cr2O的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量NaCl，以铁为电极进行电解，经过一段时间，有Cr(OH)3和Fe(OH)3沉淀生成，工业废水中铬元素的含量可低于排放标准。关于上述方法，下列说法错误的是________。
A．阳极反应：Fe－2e－===Fe2＋
B．阴极反应：2H＋＋2e－===H2↑
C．在电解过程中工业废水由酸性变为碱性
D．可以将铁电极改为石墨电极
(3)某同学设计了如右图装置进行以下电化学实验。
①当开关K与a连接时，两极均有气泡产生，则阴极为_______________________________________________极。
②一段时间后，使开关K与a断开、与b连接时，虚线框内的装置可称为_________________________________。
请写出此时Fe电极上的电极反应式__________________。
(4)1 L某溶液中含有的离子如下表：
离子
Cu2＋
Al3＋
NO
Cl－
物质的量浓度( mol·L－1)
1
1
a
1
用惰性电极电解该溶液，当电路中有3 mol e－通过时(忽略电解时溶液体积变化及电极产物可能存在的溶解现象)，下列说法正确的是________。
A．电解后溶液呈酸性
B．a＝3
C．阳极生成1.5 mol Cl2
D．阴极析出的金属是铜与铝
答案 (1)Ag＋＋e－===Ag (2)D (3)①Fe(或铁) ②原电池，Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 (4)A
解析 (1)电解精炼银时，阴极得电子生成银，电极反应为Ag＋＋e－===Ag 。(2)用石墨作电极，阳极产生Cl2，得不到Fe2＋，缺少还原剂，不能使Cr2O→Cr3＋→Cr(OH)3↓而除去，所以D项错误。(3)K接a时，该装置为电解池，如果两极均有气泡产生，说明阳极材料不可能是铁，所以铁作阴极，此时铁电极上的电极反应为2H＋＋2e－===H2↑，石墨电极上的电极反应为2Cl－－2e－===Cl2↑，K接b时，该装置充当原电池，Fe作负极，此时溶液为碱性，所以电极反应式为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2。(4)1 mol Cu2＋放电的过程中，另一极Cl－和OH－各放电1 mol，故溶液显酸性，A正确；根据电荷守恒可推知a＝4，B不正确；Cl－的物质的量为1 mol，阳极不会产生1.5 mol Cl2，C不正确；铝较活泼，在溶液中Al3＋不会放电，D不正确。
课件27张PPT。高中化学·选修4·鲁科版第1章 化学反应与能量转化
第1节 化学反应的热效应
第1课时 化学反应的反应热[目标导航] 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.了解反应热、吸热反应、放热反应等概念。3.学会测定反应热的基本原理和方法。一、反应热
1．概念：当化学反应在一定 下进行时，反应所 或
的热量称为该反应在此温度下的热效应，简称反应热。
2．符号：Q。
3．单位： .
4．表示方法：当Q 0时，表示反应吸热；当Q 0时，表示反应
放热。温度吸收放出kJ·mol－1><二、反应热的测定
1．仪器： .
2．原理：Q＝－C(T2－T1)，其中C表示溶液及量热计的
，单位是 ；T1、T2表示反应前和反应后
体系的温度，单位是 。量热计热容J·K－1K1．(判一判) 判断正误(正确打“√”，错误打“×”)
(1) 生成物总能量一定低于反应物总能量 ( × )
(2) 反应热的大小与反应物和生成物的能量有关 ( √ )
(3)化学反应放热还是吸热与反应条件(是否需要加热等)无关 ( √ )
(4) 所有的燃烧反应都是放热反应，所以不需要加热就能进行 ( × )①②③④⑤⑥⑦一、反应热与物质能量及化学键的关系
1．反应热与化学键的关系
(1)化学反应的本质是反应物旧化学键断裂和生成物生成时新化学键形成的过程。(2)反应热与化学反应过程中旧化学键断裂时吸收的能量和新化学键形成时释放的能量的相对大小有关。
放热反应：生成物分子成键时释放出的总能量大于反应物分子断键时吸收的总能量。
吸热反应：生成物分子成键时释放出的总能量小于反应物分子断键时吸收的总能量。2．反应热与物质能量变化的关系[关键提醒] 所有的化学反应都有热效应。反应热Q的正负与反应物总能量和生成物总能量的相对大小有关，与反应是否需要加热无必然联系。【例1】 CO(g)与H2O(g)反应的能量变化
如图所示，有关两者反应的说法正确的
是 ( )
A．该反应为吸热反应
B．CO(g)与H2O(g)具有的总能量大于CO2(g)与H2(g)具有的总能量
C．该反应不需要加热就能进行
D．1 mol CO2(g)和1 molH2(g)反应生成1 mol CO(g)和1 mol H2O(g)要放出41 kJ热量
答案 B [实验步骤]
1．制作简易量热计6．用同样的方法分别测定KOH溶液与盐酸反应、NaOH溶液与硝酸反应的反应热。【例2】 在一定温度下的稀溶液中，酸与碱发生中和反应生成1 mol H2O，这时的反应热就是中和热。50 mL 0.50 mol·L－1盐酸与50 mL 0.55 mol·L－1 NaOH溶液在如图所示的装置中进行中和反应，通过测定反应过程中所放出的热量可计算中和热。
试回答下列问题：
(1)大小烧杯间填满碎纸条的
作用是____________。再见课件28张PPT。高中化学·选修4·鲁科版第2课时 化学反应的焓变、热化
学方程式 [目标导航] 1.理解反应热、焓变的含义及其表示方法。2.了解焓变与反应吸热或放热的关系。3.掌握热化学方程式的书写和意义。一、化学反应的焓变
1．焓：描述物质所具有 的物理量，符号是 。
2．反应焓变(ΔH)
(1)定义： 总焓与 总焓之差。
(2)表达式： 。能量H反应产物反应物ΔH＝H(反应产物)－H(反应物)(3)与反应热的关系：对于在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 ，则ΔH Qp。
如果ΔH＞0，即反应产物的焓 反应物的焓，为 热反
应；
如果ΔH＜0，即反应产物的焓 反应物的焓，为 热反
应。热能＝大于吸小于放物质焓变298放出3．书写要求：
(1)要在物质的化学式后面用括号标明反应物和生成物的 。一般用英文小写字母g、l、s分别表示物质
的 、 和 。水溶液中溶质则用 表示。
(2)在ΔH后要注明 ，因为在不同温度下进行同一反
应，其反应 是不同的。如果不标明温度和压强，则
表示在 、1.013×105Pa条件下的反应热。状态气态液态固态温度aq焓变298 K(3)ΔH的单位是 或 kJ·mol－1。
(4)在热化学方程式中，物质化学式前面的系数表示
，可以用整数或简单分数表示。
(5)若热化学方程式中各物质的系数加倍，则ΔH的数值 ；若反应逆向进行，则ΔH改变符号，但
不变。J·mol－1物质的量也加倍数值【例1】 单斜硫和正交硫转化为二氧化硫的能量变化图如下，下列说法正确的是
( )再见课件22张PPT。高中化学·选修4·鲁科版 第3课时 反应焓变的计算 [目标导航] 1.掌握盖斯定律的内容，能用盖斯定律进行有关焓变的简单计算。2.学会焓变的计算方法。一、盖斯定律
1．内容：不管化学反应是一步完成还是分几步完成，其反应热是 的。
2．本质：化学反应的焓变只与反应体系的 有关，而与反应途径无关。
3．应用：间接计算某些反应(反应热无法或较难通过实验测得)的反应热。相同始态和终态二、应用盖斯定律进行焓变计算的方法
若一个化学方程式可由几个化学方程式相加减而得到，则该化学反应的焓变即为这几个化学反应焓变的 。代数和一、盖斯定律的应用
1．虚拟路径法：设计合理的反应途径，求某反应的ΔHΔH＝ΔH1＋ΔH2或ΔH＝ΔH3＋ΔH4＋ΔH5。 [关键提醒] 利用盖斯定律书写或计算ΔH时应注意：
(1)热化学方程式同乘以n时，ΔH必须乘以n。
(2)热化学方程式相加减时，同种物质相加减，ΔH也随之相加减，同时带上“＋”、“－”号。
(3)写一个热化学方程式的逆反应时，ΔH的数值不变，符号相反。则白磷转化为红磷的热化学方程式为__________________。
相同状况下，能量状态较低的是_____________________；
白磷的稳定性比红磷_________________(填“高”或“低”)。[反思感悟] 1.计算过程中要把ΔH看作一个整体，即带有“＋”“－”号。
2．比较反应物与生成物的相对稳定性，能量越低越稳定。二、反应焓变的计算
1．根据热化学方程式计算：焓变与各反应物和生成物的物质的量成正比。
2．根据反应物和生成物的总焓计算：ΔH＝H(反应产物) －H (反应物)
3．根据化学键断裂和形成过程中的能量变化计算：
ΔH＝断开反应物化学键吸收的能量－形成生成物化学键释放的能量
4．根据盖斯定律计算答案 D [反思感悟] 热化学方程式的系数表示物质的量，焓变与反应消耗的反应物(或生成的生成物)的物质的量成正比。 [反思感悟] 1.ΔH＝反应物键能之和－生成物键能之和。
2．要正确分析计算化学键的数目。再见课件29张PPT。第2节 电能转化为化学能——电解
第1课时 电解的原理高中化学·选修4·鲁科版[目标导航] 1.理解电解原理、电解池的组成、电极反应的概念。
2．学会电解电极产物的判断，能正确书写电极反应式和电解方程式。一、熔融氯化钠的电解
1．实验现象：通电后，石墨片周围有 ，铁片上生成银白色金属。
2．实验分析：
(1)熔融的氯化钠中存在的微粒 、 。气泡产生Cl－Na＋Cl－ Na＋ 3．实验结论：熔融的氯化钠在电流作用下发生化学变化，分解生成 。从得失电子角度分析：铁电极上发生 反应，石墨电极上发生 反应。Na 和 Cl2还原氧化二、电解原理
1．电解： 让 通过电解质溶液(或熔融的电解质)，而在两电极上分别发生 反应和 反应的过程叫电解。
2．电解池
(1)定义：将 能转化为 能的装置。
(2)组成：与 相连的两个固体电极；电解质溶液或熔融的电解质；形成 。
直流电氧化还原电化学直流电源闭合回路(3)电极名称与电极反应：
阳极：与电源 极相连，溶液中阴离子移向此极，失去电子，发生 反应。
阴极：与电源 相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生 反应。
(4)电子流向
电源 极→导线→电解池的 极；电解池的 极→导线→电源的 极。正氧化负极还原负阴阳正2．(选一选)如图是电解熔融NaCl制备金属钠
的装置示意图，下列有关判断正确的是
( )
A．通过该装置可以将化学能转化为电能
B．石墨电极为正极
C．Na＋在铁电极上得到电子被还原为钠单质
D．电流从负极流出，流入铁电极
答案 C解析 电解装置是把电能转化为化学能，A错；石墨电极连接电源正极为阳极，B错；铁电极是阴极，Na＋在铁电极上得到电子被还原，C正确；电子从负极流出，进入铁电极，电流方向与电子流向相反。D错。一、电解时两电极产物的判断与电极反应式
的书写
1．阳极产物的判断
(1)活性金属电极(金属活动性顺序表中排在Ag之前)，电极金属失电子，生成对应的金属阳离子，阴离子不放电。
(2) 惰性电极(Au、Pt、石墨)，溶液中的阴离子失电子，生成对应的非金属单质或高价化合物。
阴离子放电顺序：S2－>I－>Br－>Cl－>OH－>高价态含氧酸根>F－。2．阴极产物的判断
(1)与电极材料无关，直接根据阳离子放电顺序进行判断，溶液中的阳离子得电子生成对应的单质或低价化合物
(2)阳离子的放电顺序：Ag＋＞Hg2＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Pb2＋＞Sn2＋＞Ni2＋＞Fe2＋＞Zn2＋＞Mn2＋＞较活泼金属阳离子(注意Fe3＋的顺序)。3．电极反应式与电解反应式的书写(以石墨电极电解CuCl2溶液为例)
(1)电极反应式的书写
①确定阴、阳极。与电源正极相连的为阳极、与电源负极相连的是阴极。
②分别写出两极上出现的离子。阴极：Cu2＋、H＋，阳极：Cl－、OH－。 [关键提醒] 1.若是水电离出的H＋(或OH－)得(或失)电子，在总反应式中应有H2O参与反应。
2．由电极反应式相加得总电解方程式前，必须使两电极反应式中得失电子数相等。【例1】 如图是电解CuCl2溶液的装置，
其中c、d为石墨电极，则下列有关判
断正确的是
( )
A．a为负极，b为正极
B．a为阳极，b为阴极
C．电解过程中，d电极质量增加
D．电解过程中，氯离子浓度不变
答案 C解析 电流从电源的正极流出，故a为正极，b为负极；c为阳极， d为阴极。电解时，因Cu2＋移向阴极d，在阴极放电逸出Cu，故d电极质量增加；Cl－移向阳极c，在阳极放电逸出Cl2，导致溶液中Cl－浓度降低。 [反思感悟] 二、惰性电极电解电解质溶液的规律[关键提醒] 惰性电极电解电解质溶液后要恢复原电解质溶液的浓度，需加适量的某物质时，遵循“少什么加什么，少多少加多少”的原则，所加物质可以是阴极与阳极产物的化合物。【例2】 右图为直流电源电解稀Na2SO4
溶液的装置。通电后在石墨电极a和b
附近分别滴加一滴石蕊溶液。下列实
验现象中正确的是
( )
A．逸出气体的体积，a电极的小于b电极的
B．一电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体
C．a电极附近呈红色，b电极附近呈蓝色
D．a电极附近呈蓝色，b电极附近呈红色
答案 D [反思感悟] 判断电解后溶液酸、碱生成的方法
1．若电解产物只有H2，而无O2，则阴极生成碱。
2．若电解产物只有O2，而无H2，则阳极生成酸。
3．若电解产物既有O2，又有H2，且二者物质的量之比为1∶2，则实质是水电解，阳极生成酸，阴极生成碱，最终溶液中无酸和碱生成。再见课件33张PPT。第2课时 电解原理的应用高中化学·选修4·鲁科版 [目标导航] 1.了解电解原理在生产中的应用。2.了解电解、电镀和电解精炼的原理。一、电解饱和食盐水制备烧碱、氢气和氯气
1．现象(装置如图)(1)阳极上： 。
(2)阴极上： 。产生黄绿色气体产生无色气体，阴极附近溶液变红Cl－、OH－ H＋、Na＋ Cl－>OH－ 氧化 H＋>Na＋ 还原 二、铜的电解精炼(粗铜含Zn、Fe、Ni、Au、Pt、Ag等)
1．装置
阳极材料用 ，阴极材料用 ，电解质溶液用硫酸酸化的 溶液。粗铜精铜硫酸铜3．电解特点
电解结束后，阳极泥中含有 等，电解质溶液中的金属阳离子有 ，阴极得到 。
4．电镀
(1)定义：应用 原理，在金属表面镀上一薄层金属或合金的方法。
(2)目的：使金属 能力增强且增加金属表面的耐磨性和美观性。Au、Pt、AgZn2＋、Fe2＋、Ni2＋、Cu2＋精铜电解抗腐蚀阳极 阴极 镀层金属离子 纯铜 铁 Cu2＋ 1．(判一判)判断正误(正确打“√”，错误打“×”)
(1)氯碱工业是非常重要的化工生产，在电解饱和食盐水时，在阴极上得到的产物为H2和NaOH
( √ )
(2) 电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阳极
( × )
(3) 电解法精炼粗铜，用纯铜作阳极
( × )(4) 在镀件上电镀锌，用锌作阳极
( √ )
(5) 电解法精炼粗铜时，电解质溶液中各离子浓度基本不变
( × )
(6)在镀件上电镀铜，电镀过程中阳极减少的质量等于阴极增加的质量
( √ )2．(选一选) 关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是
( )
A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠
B．若在阳极附近的溶液中滴入KI溶液，溶液呈棕色
C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色
D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性
答案 B解析 电解精炼时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解液，比铜活泼的金属失电子生成离子进入溶液，不如铜活泼的金属形成阳极泥沉积下来。一、电解原理的应用
1．工业电解饱和食盐水制取烧碱
工业电解饱和食盐水制备烧碱时必须阻止OH－移向阳极，以使NaOH在阴极溶液中富集，常用阳离子交换膜将两溶液分开，使阳离子能透过阳离子交换膜，而阴离子不能通过。如：氯碱工业中电解饱和食盐水的原理如图所示，知溶液A的溶质是NaOH。2．铜的电解精炼与电镀铜解析 电解精炼铜时，粗铜应作阳极，精铜作阴极，故A错；阳极与电池的正极相连发生氧化反应，阴极与电池的负极相连发生还原反应，故B错；粗铜连接电源的正极，发生氧化反应，故C错；金属的活动性顺序为Zn＞Fe＞Cu＞Ag＞Pt，因此Ag、Pt不会放电，以单质形式沉积下来，故D对。 [反思感悟] 金属电解精炼时，溶液中增加较活泼的金属阳离子，被提纯金属阳离子的浓度减少。【例2】 如图电解NaCl的饱和溶液，
(1)写出该电解池中发生反应的总
反应方程式：_____。
将充分电解后所得溶液逐滴加入
到酚酞试液中，观察到的现象
是 ___________________________。 (2) 某同学设计了一种电解法制取Fe(OH)2的
实验装置(如右图)。通电后，右图竖直装置下
端B极上有大量气泡产生，溶液中产生大量的
Fe(OH)2白色沉淀，且较长时间不变色。则装
置上端A极电极材料是________(填化学式)，B
电极上的电极反应式为___________________。二、有关电解计算的三种常用方法
1．根据电子守恒法计算：用于串联电路中各电极产物的计算，其依据是电路上转移的电子数相等。
2．根据总反应方程式计算：先写电极反应式，再写总反应方程式，最后根据总反应方程式计算。
3．根据关系式计算：根据电子得失相等找到已知量与未知量之间的桥梁，得出计算所需的关系式。 [关键提醒] 电解过程中产生的H＋或OH－，其物质的量等于转移电子的物质的量。【例3】 用铂电极电解50 mLCuCl2与CuSO4的混合溶液(浓度均为2 mol·L－1)，当阴极析出9.6 g固体时，阳极产生标准状况下氧气________L。
答案 2.8 [反思感悟] 进行电解计算时，要注意电极放电顺序，确定不同阶段的电极反应。再见课件28张PPT。第3节 化学能转化为电能——电池
第1课时 原电池的工作原理高中化学·选修4·鲁科版[目标导航] 1.了解原电池的工作原理及构成条件。
2．能判断原电池的正、负极，书写原电池的电极反应式和反应方程式。一、铜锌原电池
1．装置：2．实验现象及分析：发生偏转减小增加ZnCuZn Cu2＋ 负 正 化学 电 二、原电池的工作原理
1．原电池：将 转变为 的装置。
2．原电池的构成条件
(1)两个 ；
(2)电极材料均插入 ；
(3)能 ；
(4)能自发发生 反应。
3．原电池的工作原理
(1)电子流向：由 极经导线流向 极(填“正”或“负”)。
(2)离子流向：阳离子移向 极，阴离子移向 极。化学能电能活泼性不同的导体作电极电解质溶液中形成闭合回路氧化还原负正正负1．(选一选)铜锌原电池工作时，下列叙述不正确的是
( )答案 D3．(填一填)下列装置中能构成原电池产生电流的是______。答案 BC一、原电池正、负极的判断[关键提醒] 原电池的电极类型与电极材料和电解质溶液的性质有关。如镁－铝电极在稀硫酸中构成原电池，镁为负极，铝为正极；而镁－铝电极在氢氧化钠溶液中构成原电池，铝为负极，镁为正极。【例1】 将纯锌片和纯铜片按图示方式插入同浓度的稀硫酸中一段时间，以下叙述正确的是
( )A．两烧杯中铜片表面均无气泡产生
B．甲中铜片是正极，乙中铜片是负极
C．两烧杯中溶液的pH均增大
D．产生气泡的速率甲比乙慢
答案 C解析 因乙杯中锌片和铜片没有接触，故不能构成原电池，A、B皆错；因甲烧杯中Zn、Cu用导线连接后构成原电池，加快了Zn的溶解，故D错；又因两杯中的Zn都能与稀H2SO4反应产生H2而消耗H＋，故C正确。 [反思感悟] 形成原电池后，氧化还原反应的速率加快。二、原电池原理的应用
1．加快氧化还原反应的速率
例如：锌与稀H2SO4溶液反应时，加入少量CuSO4能使产生H2的速率加快。
2．比较金属活动性强弱
两种金属分别作原电池的两极时，一般作负极的金属比作正极的金属活泼。3．设计化学电源
(1)首先将已知的氧化还原反应拆分为氧化反应和还原反应两个半反应，从而确定电极反应。
(2)确定电极材料
以电池两个电极反应为依据，确定电极材料及电解质溶液。
①发生氧化反应的物质作负极材料，如果发生氧化反应的物质是金属单质，可用该金属直接做负极，选惰性电极或较不活泼的金属作正极。
②确定电解质溶液
对单池原电池，一般选用反应物中的电解质溶液。对双池原电池，则两个单池中选用的电解质溶液不同。 [关键提醒] 不能自发进行的氧化还原反应不能设计成原电池，能自发进行的放热的氧化还原反应多数可以设计成原电池。 答案 (1)装置图如下：
(2)电池的正、负极及外电路中电子的流向如上图所示。 [反思感悟] 设计成双池原电池，避免了负极金属与电解质溶液的直接接触发生反应，从而避免能量损失，且能提供稳定电流。再见课件33张PPT。第2课时 化学电源高中化学·选修4·鲁科版[目标导航] 1.了解常见化学电源的种类。2.掌握常见化学电源的工作原理。 锌筒 NH4Cl ZnCl2 Pb PbO2 30%H2SO4溶液 三、氢氧燃料电池1．(判一判)判断正误(正确打“√”，错误打“×”)
(1) 手机上用的锂离子电池属于二次电池
( √ )
(2) 铜锌原电池工作时，电子沿外电路从铜电极流向锌电极
( × )
(3) 甲醇燃料电池可把化学能转化为电能
( √ )(4) 锌锰干电池中，锌电极是负极
( √ )
(5) 铅蓄电池放电过程中，负极质量减小，正极质量增加
( × )2．(选一选)据报道，以硼氢化合物NaBH4(B元素的化合价为＋3)和H2O2作原料的燃料电池可用作空军通信卫星电源，负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图所示。下列说法正确的是
( )3．(填一填)(1) 锌锰电池(俗称干电池)在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造图如图所示。①锂电池比容量特别大的原因是_____________________。
②锂电池中的电解质溶液需用非水溶剂配制，为什么这种电池不能使用电解质的水溶液？请用化学方程式表示其原因：____________________________________________________
__________________________________________________。一、电极反应式的书写
1．一般电极反应式的书写【例1】 根据要求写出电极反应式
(1) 新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料插入电解质溶液中，在两电极上分别通入CH4和O2 ，写出有关方程式(2)利用甲烷可以设计一种新型燃料电池：一极通入空气，一极通入CH4(g)，电解质是掺杂氧化钇(Y2O3)的氧化锆(ZrO2)晶体，在熔融状态下能传导O2－。则在该熔融电解质中，
O2－向________(填“正”或“负”)极移动，电池负极电极反应为：________，电池工作时正极反应式为__________；
总电池反应式____________________________________。 [反思感悟] 1.若为酸性电解质：电极反应式中负极右边有H＋，正极左边有H＋。
2．若为碱性电解质：电极反应式中负极左边有OH－，正极右边有OH－。
3．若为固体氧化物电解质(熔融)，电极反应式中负极左边有O2－，正极右边有O2－。二、二次电池
1．放电过程为原电池反应，实现化学能转化为电能；充电过程为电解池反应，实现电能转化为化学能。
2．放电时负极反应为充电时阴极反应的逆反应；放电时正极反应为充电时阳极反应的逆反应。 [反思感悟] 可充电电池在充电时，电池的正极、负极应分别接外接电源的正极、负极。再见课件34张PPT。第3课时 金属的腐蚀与防护高中化学·选修4·鲁科版 [目标导航] 1.了解金属腐蚀的原因。 2.理解金属电化学腐蚀的原理及类型。3.掌握金属防护的方法、能够利用电化学知识进行金属的防护。一、金属的腐蚀
1. 定义：金属表面与周围的物质发生 或因
而遭到破坏的过程。
2．实质：金属 电子发生 反应。化学反应电化学作用失去氧化3．分类：
① 腐蚀：指金属与接触到的物质直接发生化学反应，腐蚀过程中无电流产生。
② 腐蚀：涉及电化学原理，腐蚀过程中有电流产生。
化学电化学二、金属电化学腐蚀的原理
1．定义：不纯的金属或合金跟电解质溶液接触时发生 反应，较活泼金属 电子被 的过程。
2．实质：金属作原电池的 极而失电子被氧化。
3．分类：
(1)吸氧腐蚀：在水膜 时，正极上O2被还原。
(2)析氢腐蚀：在水膜酸性 时，正极上H＋被还原。原电池失去氧化负酸性很弱或呈中性较强三、金属的防护
1．改变金属内部结构，如制成 等。
2．加 层，如在金属表面喷油漆、涂油脂、电镀等。
3．电化学防护，电化学保护分为 保护法和
保护法。合金防护牺牲阳极阴极电(3)吸氧腐蚀时正极放出O2，析氢腐蚀时正极放出H2
( × )
(4)纯铁在稀硫酸中发生析氢腐蚀
( × )
(5)现实生活中电化学腐蚀比化学腐蚀更普遍
( √ )
(6)金属作为原电池的负极或电解池的阴极时均被保护
( × )2．(选一选)下列事实中与电化学腐蚀无关的是
( )
A．光亮的自行车钢圈不易生锈
B．黄铜(Cu、Zn合金)制的铜锣不易产生铜绿
C．铜、铝电线一般不连接起来作导线
D．生铁比熟铁(几乎是纯铁)更容易生锈
答案 A解析 B、C、D均有两个电极，容易遇到电解质溶液形成原电池，而A不具备形成原电池条件。3．(选一选)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
答案 A解析 钢闸门连接电源的负极，为电解池的阴极，被保护，属于外加电流的阴极保护法；金属护栏表面涂漆、汽车底盘喷涂高分子膜是金属表面覆盖保护层，隔绝空气；镁比铁活泼，构成原电池，铁为正极，被保护，是牺牲阳极的阴极保护法。 4．(填一填)如图所示水槽中试管内有一枚铁钉，
放置数天观察：
(1)铁钉在逐渐生锈，则铁钉的腐蚀属于
________腐蚀。
(2)若试管内液面上升，则原溶液呈________性，发生________腐蚀，电极反应式：负极： ______________，
正极：_____________________________。
(3)若试管内液面下降，则原溶液呈________性，发生________腐蚀。电极反应式：负极________________，
正极：________________________________________。解析 根据原电池的构成条件：有两种不同的材料(Fe为负极，碳为正极)，有电解质溶液，形成闭合回路，可知铁钉的腐蚀属于电化学腐蚀。试管内液面上升，说明试管内压强减小，试管内气体被吸收所致，是铁钉吸氧腐蚀的结果；试管内液面下降，说明试管内气体压强变大，试管内产生了新气体所致，是铁钉的析氢腐蚀的结果。 一、金属的腐蚀
1．化学腐蚀与电化学腐蚀比较2.吸氧腐蚀与析氢腐蚀的比较[关键提醒] 在通常情况下，潮湿的空气中水膜酸性较弱，金属在潮湿的空气中主要发生的是吸氧腐蚀。【例1】 如图所示，将紧紧缠绕不同金属的铁钉放入培养皿中，再加入含有适量酚酞和NaCl的琼脂热溶液，冷却后形成琼胶(离子在琼胶内可以移动)，下列叙述正确的是
( )A．a中铁钉附近呈现红色
B．b中铁钉上发生还原反应
C．a中铜丝上发生氧化反应
D．b中铝条附近有气泡产生
答案 B解析 依据原电池原理分析可知： a中铁钉附近不变红色，铜丝上发生还原反应；b中铁钉上发生还原反应，铝条附近没有气泡产生。
[反思感悟] 在金属活动顺序表中氢前面和氢之后的多数金属都能发生吸氧腐蚀，但氢前面的金属才能发生析氢腐蚀二、金属腐蚀的快慢与金属的防护
1．金属腐蚀的快慢规律
(1)在同种电解质溶液中，金属腐蚀由快到慢的顺序为：
电解池的阳极>原电池的负极>化学腐蚀>原电池的正极>电解池的阴极。
(2)同一种金属在不同介质中腐蚀由快到慢的顺序为： 强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液(3)同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，金属腐蚀速率越快(钝化除外)。
(4)纯度越高的金属，腐蚀速率越慢。
(5)不纯的金属或合金，在潮湿的空气中，氧气浓度越大，腐蚀越快。2．金属的电化学防护[关键提醒] 金属腐蚀与其组成、另一电极材料、接触的电解质等外界因素有关。【例2】 下列与金属腐蚀有关的说法正确的是
( )A．图a中，插入海水中的铁棒，越靠近底端腐蚀越严重
B．图b中，开关由M改置于N时，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小
C．图c中，接通开关时Zn腐蚀速率增大，Zn上放出气体的速率也增大
D．图d中，Zn －MnO2干电池自放电腐蚀主要是由MnO2的氧化作用引起的
答案 B解析 A项，液面处氧气的浓度大且与海水接触，故在液面处铁棒腐蚀最严重；B项，开关由M改置于N时，由于Zn比Cu活泼，Cu－Zn合金的腐蚀速率减小；C项，接通开关后，形成原电池，Zn腐蚀速率增大，H＋在Pt电极上放电产生H2；干电池自放电腐蚀是NH4Cl产生的H＋得电子引起的。 [反思感悟] 判断电化学腐蚀快慢时，一定要分清电池类别和金属所属电极及其差别。再见