专题二 化学反应与能量 化学反应速率及平衡
微专题3 化学反应与能量
纲举目张
化学反应原理与能量小综合
[反应的自发性、ΔH计算、化学平衡常数]
1. (2021·江苏卷)对于反应2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g) ΔH＝－116.4 kJ/mol。下列说法正确的是(A)
A. 该反应的ΔH＜0、ΔS＜0
B. 反应的平衡常数可表示为K＝
C. 使用高效催化剂能降低反应的焓变
D. 其他条件相同，增大，NO的转化率下降
【解析】 反应放热，ΔH＜0，该反应的正反应方向是气体分子数减小的反应，则ΔS＜0，A正确；反应2NO(g)＋O2(g)??2NO2(g)的平衡常数可表示为K＝，B错误；使用催化剂能降低反应所需的活化能，加快反应速率，但反应物和生成物的总能量不变，反应焓变不变，C错误；其他条件相同，增大，相当于增大氧气浓度，平衡正向移动，NO转化率变大，D错误。
2. (2020·江苏卷)反应SiCl4(g)＋2H2(g)Si(s)＋4HCl(g)可用于纯硅的制备。下列有关该反应的说法正确的是(B)
A. 该反应ΔH>0、ΔS<0
B. 该反应的平衡常数K＝
C. 高温下，反应每生成1 mol Si需消耗2×22.4 L H2
D. 若用E表示键能，则该反应的ΔH＝4E(Si—Cl)＋2E(H—H)－4E(H—Cl)
【解析】 该反应为气体分子数增大的反应，则ΔS＞0，A错误；高温下，反应每生成1 mol的Si需要消耗2 mol的H2，高温下的气体摩尔体积不是22.4 L/mol，C错误；ΔH＝反应物的键能之和－生成物的键能之和，生成物中有硅单质，则该式子应该再减去2E(Si—Si)，D错误。
盖斯定律
3. (2018·江苏卷)NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：
①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq) ΔH1＝－116.1 kJ/mol
②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l) ΔH2＝＋75.9 kJ/mol
反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝－136.2kJ/mol。
【解析】 根据盖斯定律，即可得到目标反应，则ΔH＝ kJ/mol＝－136.2 kJ/mol。
4. (2017·江苏卷)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法错误的是 (C)
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2 (g) ΔH1＝a kJ/mol
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝b kJ/mol
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3＝c kJ/mol
④2CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)＋H2O(g) ΔH4＝d kJ/mol
A. 反应①②为反应③提供原料气
B. 反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C. 反应CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)＋H2O(l)的ΔH ＝ kJ/mol
D. 反应2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋CH3OCH3 (g)的ΔH＝(2b＋2c＋d)kJ/mol
【解析】 反应③需要的原料气是CO2和H2，反应①②的产物中含CO2和H2，A正确；反应③消耗CO2制取CH3OH，B正确；C选项的热化学方程式中的H2O是液态，但反应④的热化学方程式中的H2O是气态，C错误；根据盖斯定律，将反应②×2＋反应③×2＋反应④可得选项D的热化学方程式，D正确。
原电池
5. (2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有关说法正确的是(C)
A. 电池工作时，MnO2发生氧化反应
B. 电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C. 环境温度过低，不利于电池放电
D. 反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数约为2×6.02×1023
【解析】 碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，负极为锌，正极为二氧化锰。电池工作时，正极MnO2发生还原反应，A错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，则OH－通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率较慢，不利于电池放电，C正确；反应中锰元素的化合价由＋4降低到＋3，则每生成1 mol MnOOH，转移电子数约为6.02×1023，D错误。
6. (2020·江苏卷)HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图所示：
两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。电池负极的电极反应式为HCOO－＋2OH－－2e－===HCO＋H2O；放电过程中需补充的物质A为H2SO4(填化学式)。上图所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为2HCOOH＋2OH－＋O2===2HCO＋2H2O(或2HCOO－＋O2===2HCO)。
7. (1)(2016·江苏卷)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2O的酸性废水通过铁炭混合物，在微电池正极上Cr2O转化为Cr3＋，其电极反应式为Cr2O＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O。
(2)(2015·江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。写出电极B的电极反应式：O2＋2CO2＋4e－===2CO。
电解池
8. (2023·江苏卷)催化电解吸收CO2的KOH溶液可将CO2转化为有机物。在相同条件下，恒定通过电解池的电量，电解得到的部分还原产物的法拉第效率(FE%)随电解电压的变化如图所示。FE%＝×100%。其中，QX＝nF，n表示电解生成还原产物X所转移电子的物质的量，F表示法拉第常数。
(1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为H2(填化学式)。
(2)当电解电压为U2 V时，阴极由HCO生成CH4的电极反应式为HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。
(3)当电解电压为U3 V时，电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为1∶2。
【解析】 (1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，说明HCO未得电子，此时，H＋得电子生成H2。(2)当电解电压为U2 V时，根据得失电子守恒、原子守恒和电荷守恒可知，碱性条件下，阴极由HCO生成CH4的电极反应式为HCO＋8e－＋6H2O===CH4↑＋9OH－。(3)当电解电压为U3 V时，电解过程中还原产物C2H4的FE%为24%，还原产物HCOO－的FE%为8%，说明生成这两种产物得失电子个数之比为3∶1，由2HCO～C2H4～12e－、HCO～HCOO－～2e－可知，C2H4和HCOO－物质的量之比为1∶2。
9. (2021·江苏卷)通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(装置如图)；②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是(B)
A. 电解后KOH溶液的物质的量浓度减小
B. 电解时阳极电极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O
C. 电解的总反应：2H2O2H2↑＋O2↑
D. 电解过程中转移4 mol电子，理论上可获得22.4 L O2
【解析】 由图可知，在阴极生成氢气，电极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，阳极上Ni(OH)2失电子发生氧化反应生成NiOOH，电极反应式为Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，电解的总反应为2Ni(OH)22NiOOH＋H2↑，在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。由电解的总反应可知，KOH溶液的物质的量浓度不变，A错误；电解时阳极上Ni(OH)2失电子发生氧化反应，电极反应式：Ni(OH)2＋OH－－e－===NiOOH＋H2O，B正确；电解的总反应为2Ni(OH)22NiOOH＋H2↑，C错误；未指明标准状况，无法计算氧气的体积，D错误。
10. (2017·江苏卷改编)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
已知：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)写出“碱溶”时生成四羟基合铝酸钠的离子方程式：Al2O3＋2OH－＋3H2O===2[Al(OH)4]－。
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH减小(填“增大”“不变”或“减小”)。
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是石墨电极被阳极上产生的O2氧化。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图。
阳极的电极反应式为4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑，阴极产生的物质A的化学式为H2。
(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜。
【解析】 (2)“过滤Ⅰ”所得滤液为四羟基合铝酸钠溶液，与NaHCO3发生反应：HCO＋[Al(OH)4]－===Al(OH)3↓＋CO＋H2O，该反应能够发生，说明[Al(OH)4]－结合H＋的能力强于CO，Na[Al(OH)4]溶液的碱性强于Na2CO3溶液，则溶液的pH减小。
11. (1)(2018·江苏卷)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2 的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时的阳极反应式：HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO。
(2)(2019·江苏卷)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是阳极产生O2和H＋，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区。
金属的腐蚀与防护
12. (2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是(C)
A. 阴极的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱
C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
【解析】 阴极得到电子，A错误；为保护钢铁设备，金属M应比铁活泼，B错误；由于海水中含有大量的电解质，更易发生电化学腐蚀，故钢铁设备在海水中的腐蚀速率快，D错误。
13. (2019·江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是(C)
A. 铁被氧化的电极反应式：
Fe－3e－===Fe3＋
B. 铁腐蚀过程中化学能
全部转化为电能
C. 活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D. 以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
【解析】 铁被氧化的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；铁腐蚀过程中，化学能不会全部转化为电能，还有部分转化为热能等，B错误；活性炭会与铁以及NaCl溶液构成许多微小的原电池，加速铁的腐蚀，C正确；以水代替NaCl溶液，铁也能发生吸氧腐蚀，但溶液中离子浓度较小，反应缓慢，D错误。
反应热 热化学方程式
1. 焓变ΔH的计算
ΔH与反应前后物质的能量 放热反应 吸热反应
ΔH＝∑E(生成物总和)－∑E(反应物总和)
ΔH与键能 ΔH＝∑(反应物键能总和)－∑(生成物键能总和)
ΔH与活化能 ΔH＝E(正反应活化能)－E(逆反应活化能)
ΔH与盖斯定律 ΔH＝ΔH1＋ΔH2＋ΔH3(利用盖斯定律求热化学方程式中的焓变)
说明 (1)物质的能量越低越稳定。(2)1 mol常见物质中含有的化学键的物质的量：物质(1 mol)金刚石硅SiO2P4CH4化学键C—Si—SiSi—OP—PC—H所含化学键的物质的量/mol22464
2. 常考归纳
(1)在101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，叫作该物质的燃烧热。“指定产物”指可燃物中的C元素变为CO2(g)，H元素变为H2O(l)，S元素变为SO2(g)，N元素变为N2(g)等。
(2)在25 ℃和101 kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol H2O时，放出57.3 kJ的热量。
①若用弱酸代替强酸(或用弱碱代替强碱)，由于电离吸热，则放出的热量减少。
②若用浓硫酸(或NaOH固体)作反应物，则放出的热量增多。
③若是稀硫酸和Ba(OH)2稀溶液反应，则生成 1 mol H2O时所释放的热量会比57.3 kJ多。原因是H＋与OH－结合生成1 mol H2O的同时，Ba2＋和SO结合生成BaSO4沉淀会放出热量。
(3)书写热化学方程式(写出图1、图2中反应的热化学方程式)：
图1：CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ/mol。
图2：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(l) ΔH＝－2(b＋c－a) kJ/mol。
图1 图2
(4)比较焓变大小：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1
C(s)＋O2(g)===CO(g)ΔH2
则ΔH1<ΔH2。
S(s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g)ΔH4
则ΔH3>ΔH4。
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH6
则ΔH5>ΔH6。
原电池与电解池的比较
1. 电池的判断
无外接电源的是原电池；有外接电源的是电解池。
2. 电极的判断
电极反应式的书写
1. 原电池——燃料电池
(1)氢氧燃料电池
电解质 负极反应式 正极反应式
酸性介质 H2－2e－===2H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性介质 H2－2e－＋2OH－===2H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
熔融氧化物 H2－2e－＋O2－===H2O O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐 H2－2e－＋CO===H2O＋CO2 O2＋4e－＋2CO2===2CO
(2)有机物燃料(以CH4为例)
电解质 负极反应式 正极反应式 备注
酸性介质 CH4－8e－＋2H2O===CO2＋8H＋ O2＋4e－＋4H＋=== 2H2O 用H＋平衡电荷，不出现OH－
碱性介质 CH4－8e－＋10OH－===CO＋7H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－ 用OH－平衡电荷，不出现H＋
熔融氧化物 CH4＋4O2－－8e－===CO2＋2H2O O2＋4e－===2O2－ 用O2－平衡电荷，平衡O
熔融碳酸盐 CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O O2＋2CO2＋4e－=== 2CO 用CO平衡电荷，平衡O
(3)肼燃料电池
电解质 负极反应式 正极反应式
酸性介质 N2H4－4e－===N2↑＋4H＋ O2＋4e－＋4H＋===2H2O
碱性介质 N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O O2＋4e－＋2H2O===4OH－
熔融氧化物 N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O O2＋4e－===2O2－
熔融碳酸盐 N2H4＋2CO－4e－===N2↑＋2CO2↑＋2H2O O2＋4e－＋2CO2===2CO
(4)微生物燃料电池
举例 分析
微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示 ①微生物的存在有利于有机物的氧化反应，促进了反应中电子的转移；②有机物在负极失去电子，负极反应中有CO2生成，同时产生了H＋(负极：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋)，H＋通过质子交换膜从负极区移向正极区；③正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
[特别提醒]微生物燃料电池不能在高温下或重金属盐溶液(如CuSO4溶液)、强氧化性溶液(如K2Cr2O7溶液)中使用，会使酶变性
2. 电解池
(1)用惰性电极电解不同溶液类型
类型 实例 电极反应式 电解对象 溶液pH
电解水 NaOH 阳极：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ H2O 增大
H2SO4 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋阴极：2H＋＋2e－===H2↑ H2O 减小
Na2SO4 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ H2O 不变
电解电解质 HCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H＋＋2e－===H2↑ HCl 增大
放出H2生成碱 NaCl 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－ Cl－和H2O 增大
放出O2生成酸 CuSO4 阳极：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋阴极：Cu2＋＋2e－===Cu Cu2＋和H2O 减小
(2)电解的应用
①电冶金(冶炼钠、镁、铝)
冶炼金属 总反应 电极反应式
钠 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Na＋＋e－===Na
镁 MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：Mg2＋＋2e－===Mg
铝 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 阳极：2O2－－4e－===O2↑阴极：Al3＋＋3e－===Al
说明：电解NaCl、MgCl2溶液，得不到金属钠、金属镁
②粗铜精炼 (含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)
铜的电解精炼示意图 电极材料 阳极：粗铜；阴极：精铜
电解质溶液 CuSO4溶液
阳极反应式 Cu－2e－===Cu2＋、Zn－2e－===Zn2＋ 、Fe－2e－===Fe2＋、Ni－2e－===Ni2＋
阴极反应式 Cu2＋＋2e－===Cu
ⅰ.电解质溶液中的c(Cu2＋)：减小(填“增大”“不变”或“减小”)；ⅱ.一般情况下，阳极金属减轻的质量≠(填“＝”或“≠”)阴极金属增加的质量；ⅲ.比铜活泼的金属(Zn、Fe、Ni)失电子转化为离子留在溶液中，比铜不活泼的金属(Ag、Au)沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料)
③电镀(以电镀银为例)
电极材料 阳极：镀层金属(银)；阴极：待镀金属制品
电镀液 含Ag＋的电解质溶液
电极反应式 阳极：Ag－e－===Ag＋；阴极：Ag＋＋e－===Ag
ⅰ.电镀液中c(Ag＋)：不变(填“增大”“不变”或“减小”)；ⅱ.阳极金属减轻的质量＝(填“＝”或“≠”)阴极金属增加的质量
④氯碱工业
电极反应式 阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑阴极：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
总反应 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
阳离子交换膜的作用 ⅰ.避免H2和Cl2混合引起爆炸；ⅱ.避免Cl2和NaOH反应，提高碱的纯度ⅲ.Na＋从左室向右室迁移
注意：少量NaOH的作用是增强溶液的导电性且不引入杂质；电解所用的食盐水要精制
3. 可逆电池
(1)铅酸蓄电池
装置图
电极反应式、反应类型等 负极：Pb＋SO－2e－===PbSO4(氧化反应)正极：PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O(还原反应) 阴极：PbSO4＋2e－===Pb＋SO(接外电源的负极，还原反应)阳极：PbSO4＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋＋SO(接外电源的正极，氧化反应)
总反应 Pb＋PbO2＋2H2SO42PbSO4＋2H2O
(2)锂电池
原电池 电池装置 说明
Li-CO2电池4Li＋3CO22Li2CO3＋C(隔膜只允许锂离子通过，Li＋向正极移动) 放电时：锂为负极，负极反应式：Li－e－===Li＋铱基电极为正极，正极反应式：3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3＋C
LiFePO4-C电池Li1－xFePO4＋LixC6LiFePO4＋6C(隔膜只允许锂离子通过，Li＋向正极移动) 放电时：M为负极，负极反应式：LixC6－xe－===6C＋xLi＋N为正极，正极反应式：Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===LiFePO4
全固态锂-硫电池16Li＋xS88Li2Sx(2≤x≤8)(Li＋向正极移动)a电极掺有石墨烯，是为了增强电极导电性 放电时：电极b是负极，电极反应式：Li－e－===Li＋电极a是正极，电极反应式： S8＋2e－＋2Li＋===Li2S8(只写第一步反应)
锂-空气电池4Li＋O2＋2H2O4LiOH(Li＋向正极移动) 放电时：A为负极，电极反应式：Li－e－===Li＋B为正极，电极反应式：O2＋4e－＋2H2O===4OH－(电解液a不能是水性溶液，因为金属锂可与水反应)
离子交换膜
1. 离子交换膜的种类及作用
种类 阳离子交换膜 只允许阳离子通过
阴离子交换膜 只允许阴离子通过
质子交换膜 只允许H＋通过
锂离子交换膜 只允许Li＋通过
作用 ①平衡两极区的电荷；②避免两极产物发生反应；③形成交换膜两边电解质溶液浓度不同的浓差电池
判断 离子迁移的方向是浓度大的向浓度小的方向迁移
2. 离子交换膜的判断方法
类型 装置特点 分析
根据离子迁移的方向，判断膜的种类 随反应进行，左、右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流将减小，电流计指针偏转幅度逐步变小。当左、右两池离子浓度相等时，电池将停止工作，不再有电流产生，此时，左、右两池硝酸银溶液的浓度相等 ①正、负两电极均为Ag单质，左池为AgNO3稀溶液，右池为AgNO3浓溶液。只有两池AgNO3溶液浓度不同，才能形成浓差电池；②该离子交换膜的作用：不允许Ag＋通过，只允许NO穿过，是阴(填“阴”或“阳”)离子交换膜。负极Ag失去电子变成Ag＋，为了平衡电荷，正极区多余的NO就穿过离子交换膜向负极移动
根据产物及电源，判断膜的种类 三室式电渗析法处理Na2SO4废水： ①阴极产生氢气，Na＋穿过阳离子交换膜(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”，下同)进入阴极区，平衡电荷；②阳极产生氧气，SO穿过阴离子交换膜进入阳极区，平衡电荷；③离子交换膜的作用：平衡电荷；使产品NaOH和H2SO4分开，避免反应
根据产物判断膜的种类 以CaCl2、NaH2PO4为原料，利用电解法制备Ca(H2PO4)2：
金属的腐蚀与防护
1. 金属的腐蚀类型
腐蚀类型 析氢腐蚀 吸氧腐蚀
条件 酸性较强 弱酸性、中性、碱性
负极 Fe－2e－===Fe2＋
正极 2H＋＋2e－===H2↑ O2＋2H2O＋4e－===4OH－
总反应 Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑ 2Fe＋O2＋2H2O===2Fe(OH)24Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
说明 ①吸氧腐蚀比析氢腐蚀更普遍；②2Fe(OH)3Fe2O3·xH2O(铁锈)＋(3－x)H2O
2. 金属的保护方法
金属的防护 ①改变金属的内部结构，如把Ni、Cr等加入金属中制成不锈钢
②在金属表面覆盖保护层，如采用电镀、涂油脂、喷油漆、覆盖搪瓷、包裹塑料等方法
电化学保护法 原电池原理 牺牲阳极法 被保护的金属作原电池的正极(阴极)，活泼金属作原电池的负极(阳极)，阳极要定期予以更换
电解池原理 外加电流法 将被保护的金属与电源负极相连，作电解池的阴极，另一附加电极与电源正极相连，作电解池的阳极
盖斯定律的应用
例1 已知：室温下，将CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，将CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，则下列能量转化关系的判断不正确的是(B)
A. ΔH1＞0 B. ΔH2<ΔH3
C. ΔH3<ΔH1 D. ΔH2＝ΔH1＋ΔH3
【解析】 胆矾溶于水时温度降低，则ΔH2>0，CuSO4(s)溶于水时温度升高，则ΔH3<0，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3>0，A正确；ΔH2＞0，ΔH3＜0，则ΔH2＞ΔH3，B错误；ΔH3＜0，ΔH1＞0，则ΔH3＜ΔH1，C正确；根据盖斯定律可知，ΔH2＝ΔH1＋ΔH3，D正确。
例2 (2023·南通二调)乙硫醇(C2H5SH)的综合利用及治理是当前环境领域关注的焦点之一。家用煤气中可掺入微量具有难闻气味的乙硫醇。已知：
C2H5OH(g)＋H2S(g)===C2H5SH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－32 kJ/mol
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)ΔH2＝－1 277 kJ/mol
2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－1 036 kJ/mol
则反应：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g)的ΔH＝－3 526 kJ/mol。
【解析】 设给定的三个热化学方程式分别为①②③，由盖斯定律可知，③＋2×②－2×①可得：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g) ΔH＝ΔH3＋2ΔH2－2ΔH1＝－1 036 kJ/mol－2×1 277 kJ/mol＋ 2×32 kJ/mol＝－3 526 kJ/mol。
化学反应进行的方向
例3 下列叙述正确的是(C)
A. 加入催化剂可以使反应2SO2(g)＋O2(g)??2SO3(g)在低温下由非自发变为自发，从而提高产率
B. ΔH＜0、ΔS＞0时，反应可以自发进行，例如Ba(OH)2固体与NH4Cl固体混合
C. 常温下，反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)的ΔH＜0
D. 因为ΔH和ΔS都与反应的自发性有关，因此ΔH或ΔS均可单独作为判断自发性的判据
【解析】 催化剂只改变反应速率，不能改变反应进行的方向，A错误；Ba(OH)2固体与NH4Cl固体混合，反应吸热，则ΔH＞0，B错误；氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的反应能自发进行且是混乱度降低的反应，则由ΔH－TΔS＜0可知，该反应ΔH＜0，C正确；反应自发进行的判断依据是ΔH－TΔS＜0，反应是否自发，决定于焓变和熵变两方面因素，D错误。
原电池
例4 (2024·泰州)科学家利用氨硼烷设计成原电池装置如图所示，常温下该电池总反应为NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。下列说法正确的是(C)
A. b室为该原电池的负极区
B. 放电过程中，H＋通过质子交换膜由b室移向a室
C. a室的电极反应式为NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋
D. 其他条件不变时，向H2O2溶液中加入适量NaOH溶液能增大电流强度
【解析】 由总反应可知，氨硼烷转化为NH4BO2，硼元素化合价升高，氨硼烷在负极上失电子，发生氧化反应，电极反应式为NH3·BH3＋2H2O－6e－===NH＋BO＋6H＋，a室为该原电池的负极区，A错误、C正确；过氧化氢中氧元素化合价降低，被还原，在正极上发生还原反应，电极反应式为H2O2＋ 2e－＋2H＋===2H2O，放电时，H＋通过质子交换膜由a室移向b室，B错误；该电解质为酸性溶液，加入NaOH溶液不能增大电流强度，D错误。
电解池
例5 (2024·南京)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图所示。下列说法正确的是(C)
A. 该装置将化学能转化为电能
B. 电极A的电极反应：8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C. 该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D. 电解时，阳离子向石墨电极移动
【解析】 由图可知，该装置有外接电源，为电解池，将电能转化为化学能，A错误；石墨电极上的碳转化为CO，碳元素化合价升高，石墨失电子，作阳极，电极反应式为C－2e－＋O2－===CO，电极A为阴极，电极反应式为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；电解时，阳离子向电极A(阴极)移动，D错误。
可逆电池
例6 (2024·南京、盐城二模)一种以钒基氧化物(V6O13)为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。通过使用孔径大小合适且分布均匀的新型离子交换膜，可提高离子传输通量的均匀性，从而保持电池的稳定性。下列说法正确的是(C)
A. 放电过程中，Zn2＋向Zn极一侧移动
B. 放电过程中，电子由Zn极经电解质溶液向V6O13极移动
C. 充电时，V6O13极与外接直流电源正极相连
D. 充电时，阳极发生的电极反应可能为V6O13＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV6O13
【解析】 放电过程中，Zn极为负极，Zn失电子生成Zn2＋进入溶液，Zn2＋向正极(V6O13极)移动，A错误；放电过程中，电子由Zn极沿导线向V6O13极移动，电子不能经过电解质溶液，B错误；充电时，V6O13极作阳极，与外接直流电源正极相连，C正确；充电时，阳极反应式为ZnxV6O13－2xe－===V6O13＋xZn2＋，D错误。
金属的腐蚀与防护
例7 关于金属的腐蚀与防护，下列说法正确的是(C)
图① 图② 图③
A. 图①：铁丝易生成Fe2O3·xH2O
B. 图②：M可用石墨代替
C. 图③：若电源断开，闸门发生吸氧腐蚀，不易发生析氢腐蚀
D. 图③：N只能选金属
【解析】 形成原电池需要电解质溶液，在干燥的空气中不易形成原电池，则铁丝很难发生吸氧腐蚀，A错误；原电池的正极被保护，则金属M的活动性要比铁强，M不可用石墨代替，B错误；中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，若断开电源，钢铁闸门将发生吸氧腐蚀，C正确；与电源负极相连的钢铁闸门作阴极，被保护，则N可选用石墨等能导电的惰性材料，D错误。
1. (1)(2024·全国甲卷节选)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。已知下列反应的热化学方程式：
CH4(g)＋Br2(g)===CH3Br(g)＋HBr(g) ΔH1＝－29 kJ/mol
3CH3Br(g)===C3H6(g)＋3HBr(g) ΔH2＝＋20 kJ/mol
则反应3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g) ΔH＝－67 kJ/mol。
(2)(2024·安徽卷节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料，由乙烷制乙烯的研究备受关注。已知下列反应的热化学方程式：
2C2H6(g)＋O2(g)===2C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－209.8 kJ/mol
C2H6(g)＋CO2(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g) ΔH2＝＋178.1 kJ/mol
则反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH3＝－566 kJ/mol。
2. (2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述正确的是(C)
A. 充电时，Zn2＋向阳极方向迁移
B. 充电时，会发生反应：
Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C. 放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－
D. 放电时，Zn电极质量减小0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
【解析】 根据题意，电池工作即放电时，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，即Mn元素化合价降低，MnO2电极是正极，电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－、2MnO2＋Zn2＋＋2e－===ZnMn2O4，Zn电极为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。充电时，Zn电极接外电源的负极，为阴极，Zn2＋向阴极方向迁移，A错误；充电时，会发生反应：ZnMn2O4===Zn＋2MnO2，B错误；放电时，Zn电极质量减小0.65 g，电子转移0.020 mol，MnO2电极生成了MnOOH和ZnMn2O4，因此生成MnOOH小于0.020 mol，D错误。
3. (2024·河北卷)科技工作者设计如图所示可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是(C)
A. 放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴极迁移
D. 放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2
【解析】 根据放电时CO2转化为MgC2O4，则多孔碳纳米管电极为正极，正极反应式为2CO2＋2e－＋Mg2＋===MgC2O4，镁电极为负极，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋。放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4，A正确；充电时，多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极连接，B正确；充电时，镁电极为阴极，电子由多孔碳纳米管电极流向Mg电极，C错误；根据放电时的正极反应式，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2，D正确。
4. (2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是(B)
A. 电极a连接电源负极
B. 加入Y的目的是补充NaBr
C. 电解总反应为Br－＋3H2OBrO＋3H2↑
D. 催化阶段反应产物物质的量之比n(Z)∶n(Br－)＝3∶2
【解析】 根据图知，电极b上Br－转化BrO，Br元素化合价升高，发生失电子的氧化反应，作阳极，接电源正极，则电极a连接电源负极，电极a发生反应：2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，X为H2，A正确；电极b发生的反应为Br－＋3H2O－6e－===BrO＋6H＋，可得电解总反应为Br－＋3H2OBrO＋3H2↑，产生的BrO在催化剂存在下发生反应：2BrO2Br－＋3O2↑，Z为O2，即Br－在循环过程中不需要补充，在此过程中消耗了H2O，加入Y的目的是补充H2O，B错误、C正确；由催化时发生的反应可知：n(O2)∶n(Br－)＝3∶2，D正确。
1. 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)粗锌与稀硫酸反应制氢气比纯锌快，是因为粗锌形成微小原电池 (√)
(2)铅酸蓄电池放电时，Pb极是负极，PbO2极是正极。充电时，外电源的正极与PbO2极相连接(√)
(3)钢铁吸氧腐蚀中的正极反应：4OH－－4e－===2H2O ＋O2↑(×)
(4)电极反应式为LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4，每转移1 mol电子释放2 mol Li＋ (×)
(5)铜板上的铁钉在潮湿空气中容易生锈(√)
2. 工业上常用电解法处理含Cr2O废水，装置如图所示。
(1)电解时不能(填“能”或“不能”)用Cu代替Fe电极。
(2)阳极附近Cr2O转化为Cr3＋的离子方程式为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O。
(3)金属阳离子在阴极区域最终可沉淀完全，原因是阴极氢离子得到电子生成氢气，溶液中氢离子浓度降低，pH增大，OH－与Fe3＋、Cr3＋结合生成沉淀，使金属阳离子在阴极区域最终可沉淀完全。
3. (2024·南通)已知25 ℃、101 kPa下，10 kg丁烷完全燃烧生成CO2和液态水时，放出5×105 kJ的热量。下列热化学方程式书写正确的是(D)
A. C4H10＋O2===4CO2＋5H2OΔH＝－2 900 kJ/mol
B. C4H10(l)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)ΔH＝＋2 900 kJ/mol
C. C4H10(l)＋O2(g)===4CO2(g)＋5H2O(l)ΔH＝－2 900 kJ
D. 2C4H10(l)＋13O2(g)===8CO2(g)＋10H2O(l)ΔH＝－5 800 kJ/mol
【解析】 未注明物质的状态，因此不能确定反应热，A错误；放热反应的焓变为负值，则反应热ΔH＜0，B错误；反应热的单位是kJ/mol，C错误。
4. (2024·无锡)一种浓差电池的放电原理是利用电解质溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b连接。下列说法不正确的是(A)
A. 交换膜应当选择阳离子交换膜
B. K与a连接的目的是形成两电极区溶液的浓度差
C. K与b连接时，电极B上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu
D. K与b连接时，导线中通过2 mol电子，约有1 mol离子通过交换膜
【解析】 K与a连接，为电解池，电极B为阳极，电极A为阴极，阴极发生反应：Cu2＋＋2e－===Cu，析出铜，SO向阳极移动，右侧SO浓度增大，左侧SO浓度减小，则交换膜应选择阴离子交换膜，此时形成两电极区溶液的浓度差，A错误、B正确；当K与b连接时，形成浓差电池，电极A为负极，电极B上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu，C正确；由电荷守恒知，K与b连接时，每通过2 mol电子，约有1 mol SO通过交换膜，D正确。
5. (2024·海安)微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示。下列说法正确的是(D)
A. 电极a为该电池的正极
B. 放电过程中电极a附近溶液pH增大
C. 电极b的电极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
D. 每消耗23 g CH3CH2OH，理论上会有6 mol H＋通过质子交换膜移向电极b
【解析】 根据图知，电极a上CH3CH2OH转化为CO2，C元素化合价由－2升高到＋4，则该电极失电子发生氧化反应，则电极a为该电池的负极，A错误；放电过程中，电极a的电极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，c(H＋)增大，所以其附近pH降低，B错误；电极b上[Fe(CN)6]3－得电子生成[Fe(CN)6]4－，电极反应式为[Fe(CN)6]3－＋e－===[Fe(CN)6]4－，C错误；23 g CH3CH2OH的物质的量为＝0.5 mol，放电过程中，电极a的电极反应式为CH3CH2OH＋3H2O－12e－===2CO2↑＋12H＋，每消耗0.5 mol CH3CH2OH，外电路通过6 mol e－，H＋通过质子交换膜移向电极b，当外电路通过6 mol e－时，理论上溶液中会有6 mol H＋通过质子交换膜移向电极b，D正确。(共80张PPT)
第一篇
高考专题
专题二 化学反应与能量 化学反应速率及平衡
微专题3 化学反应与能量
高考溯源
[反应的自发性、ΔH计算、化学平衡常数]
1
化学反应原理与能量小综合
A
B
3. (2018·江苏卷)NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。用水吸收NOx的相关热化学方程式如下：
①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq) ΔH1＝－116.1 kJ/mol
②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l) ΔH2＝＋75.9 kJ/mol
反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝____________kJ/mol。
2
盖斯定律
－136.2
4. (2017·江苏卷)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法错误的是( )
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2 (g) ΔH1＝a kJ/mol
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝b kJ/mol
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3＝c kJ/mol
④2CH3OH(g)===CH3OCH3 (g)＋H2O(g) ΔH4＝d kJ/mol
A. 反应①②为反应③提供原料气
B. 反应③也是CO2资源化利用的方法之一
C
【解析】 反应③需要的原料气是CO2和H2，反应①②的产物中含CO2和H2，A正确；反应③消耗CO2制取CH3OH，B正确；C选项的热化学方程式中的H2O是液态，但反应④的热化学方程式中的H2O是气态，C错误；根据盖斯定律，将反应②×2＋反应③×2＋反应④可得选项D的热化学方程式，D正确。
5. (2024·江苏卷)碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋
H2O===ZnO＋2MnOOH，电池构造示意图如图所示。下列有
关说法正确的是( )
A. 电池工作时，MnO2发生氧化反应
B. 电池工作时，OH－通过隔膜向正极移动
C. 环境温度过低，不利于电池放电
D. 反应中每生成1 mol MnOOH，转移电子数约为2×6.02×1023
3
原电池
C
【解析】 碱性锌锰电池的总反应为Zn＋2MnO2＋H2O===ZnO＋2MnOOH，负极为锌，正极为二氧化锰。电池工作时，正极MnO2发生还原反应，A错误；原电池工作时，阴离子向负极移动，则OH－通过隔膜向负极移动，B错误；环境温度过低，化学反应速率较慢，不利于电池放电，C正确；反应中锰元素的化合价由＋4降低到＋3，则每生成1 mol MnOOH，转移电子数约为6.02×1023，D错误。
6. (2020·江苏卷)HCOOH燃料电池。研究 HCOOH燃料电池性能的装置如图所示：
两电极区间用允许K＋、H＋通过的半透膜隔开。电池负极的电极反应式为_________________________________；放电过程中需补充的物质A为________ (填化学式)。上图所示的 HCOOH燃料电池放电的本质是通过 HCOOH与O2的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为_________________________________ ___________________________________。
H2SO4
(2)(2015·江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。写出电极B的电极反应式：___________________________________。
4
电解池
(1)当电解电压为U1 V时，电解过程中含碳还原产物的FE%为0，阴极主要还原产物为____________(填化学式)。
(3)当电解电压为U3 V时，电解生成的C2H4和HCOO－的物质的量之比为_______。
H2
1∶2
9. (2021·江苏卷)通过下列方法可分别获得H2和O2：①通过电解获得NiOOH和H2(装置如图)；②在90 ℃将NiOOH与H2O反应生成Ni(OH)2并获得O2。下列说法正确的是( )
B
10. (2017·江苏卷改编)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下：
已知：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
(1)写出“碱溶”时生成四羟基合铝酸钠的离子方程式：___________________ ___________________________。
(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH______(填“增大” “不变”或“减小”)。
Al2O3＋2OH－＋
3H2O===2[Al(OH)4]－
减小
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融 Al2O3，电解过程中作阳极的石墨易消耗，原因是________________________________。
(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液，原理如图。
阳极的电极反应式为____________________________________，阴极产生的物质A的化学式为________。
(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合，有利于AlN的制备，其主要原因是_____________________________________ __________________。
石墨电极被阳极上产生的O2氧化
H2
NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面
的Al2O3薄膜
11. (1)(2018·江苏卷)用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2 的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时的阳极反应式：_________________ ___________________。
(2)(2019·江苏卷)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO2还原为HCOO－的电极反应式：
______________________________________。
②电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓
度降低，其原因是__________________________
__________________________________________。
HNO2－2e－＋H2O
12. (2020·江苏卷)将金属M连接在钢铁设施表面，可减缓水体中钢铁设施的腐蚀。在如图所示的情境中，下列有关说法正确的是( )
A. 阴极的电极反应式：Fe－2e－===Fe2＋
B. 金属M的活动性比Fe的活动性弱
C. 钢铁设施表面因积累大量电子而被保护
D. 钢铁设施在河水中的腐蚀速率比在海水中的快
5
金属的腐蚀与防护
【解析】 阴极得到电子，A错误；为保护钢铁设备，金属M应比铁活泼，B错误；由于海水中含有大量的电解质，更易发生电化学腐蚀，故钢铁设备在海水中的腐蚀速率快，D错误。
C
13. (2019·江苏卷)将铁粉和活性炭的混合物用NaCl溶液湿润后，置于如图所示装置中，进行铁的电化学腐蚀实验。下列有关该实验的说法正确的是( )
A. 铁被氧化的电极反应式：Fe－3e－===Fe3＋
B. 铁腐蚀过程中化学能
全部转化为电能
C. 活性炭的存在会加速铁的腐蚀
D. 以水代替NaCl溶液，铁不能发生吸氧腐蚀
C
【解析】 铁被氧化的电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，A错误；铁腐蚀过程中，化学能不会全部转化为电能，还有部分转化为热能等，B错误；活性炭会与铁以及NaCl溶液构成许多微小的原电池，加速铁的腐蚀，C正确；以水代替NaCl溶液，铁也能发生吸氧腐蚀，但溶液中离子浓度较小，反应缓慢，D错误。
核心突破
1. 焓变ΔH的计算
— 能力提升 —
1
反应热 热化学方程式
ΔH与反应前后物质的能量 放热应
吸热反应
ΔH＝∑E(生成物总和)－∑E(反应物总和) ΔH与键能 ΔH＝∑(反应物键能总和)－∑(生成物键能总和) ΔH与活化能 ΔH＝E(正反应活化能)－E(逆反应活化能) ΔH与盖斯 定律
ΔH＝________________ (利用盖斯定律求热化学方程式中的焓变)
说明 (1)物质的能量越低越稳定。
(2)1 mol常见物质中含有的化学键的物质的量：
物质(1 mol) 金刚石 硅 SiO2 P4 CH4
化学键 C—C Si—Si Si—O P—P C—H
所含化学键的物质的量/mol __ __ __ __ __
ΔH1＋ΔH2＋ΔH3
2
2
4
6
4
2. 常考归纳
(1)在101kPa时，1mol纯物质完全燃烧生成指定产物时所放出的热量，叫作该物质的燃烧热。“指定产物”指可燃物中的C元素变为____________，H元素变为____________，S元素变为____________，N元素变为__________等。
(2)在25 ℃和101 kPa下，强酸的稀溶液与强碱的稀溶液发生中和反应生成1mol H2O时，放出57.3 kJ的热量。
①若用弱酸代替强酸(或用弱碱代替强碱)，由于电离吸热，则放出的热量______。
②若用浓硫酸(或NaOH固体)作反应物，则放出的热量_____。
CO2(g)
H2O(l)
SO2(g)
N2(g)
减少
增多
放出
(3)书写热化学方程式(写出图1、图2中反应的热化学方程式)：
图1：______________________________________________________________。
图2：_____________________________________________________________。
图1
图2
CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41 kJ/mol
(4)比较焓变大小：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1
则ΔH1____ΔH2。
S(s)＋O2(g)===SO2(g)ΔH3
S(g)＋O2(g)===SO2(g)ΔH4
则ΔH3____ΔH4。
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g)ΔH5
2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l)ΔH6
则ΔH5____ΔH6。
<
>
>
1. 电池的判断
无外接电源的是原电池；有外接电源的是电解池。
2. 电极的判断
2
原电池与电解池的比较
1. 原电池——燃料电池
(1)氢氧燃料电池
3
电极反应式的书写
H2－2e－===2H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
H2－2e－＋2OH－===2H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
H2－2e－＋O2－===H2O
O2＋4e－===2O2－
(2)有机物燃料(以CH4为例)
CH4－8e－＋2H2O===
CO2＋8H＋
O2＋4e－＋4H＋=== 2H2O
O2＋4e－＋2H2O ===4OH－
CH4＋4O2－－8e－=== CO2＋2H2O
O2＋4e－===2O2－
(3)肼燃料电池
N2H4－4e－===N2↑＋4H＋
O2＋4e－＋4H＋===2H2O
N2H4－4e－＋4OH－===N2↑＋4H2O
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
N2H4＋2O2－－4e－===N2↑＋2H2O
O2＋4e－===2O2－
(4)微生物燃料电池
举例 分析
微生物燃料电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示 ①微生物的存在有利于有机物的氧化反应，促进了反应中电子的转移；
②有机物在负极失去电子，负极反应中有CO2生成，同时产生了H＋(负极：C6H12O6＋6H2O－24e－===6CO2↑＋24H＋)，H＋通过质子交换膜从负极区移向正极区；
③正极：O2＋4e－＋4H＋===2H2O
[特别提醒]微生物燃料电池不能在高温下或重金属盐溶液(如CuSO4溶液)、强氧化性溶液(如K2Cr2O7溶液)中使用，会使酶变性 2. 电解池
(1)用惰性电极电解不同溶液类型
类型 实例 电极反应式 电解对象 溶液pH
电解水 NaOH 阳极：_____________________________ 阴极：_____________________________ H2O 增大
H2SO4 阳极：_____________________________ 阴极：_____________________________ H2O 减小
Na2SO4 阳极：_____________________________ 阴极：_____________________________ H2O 不变
4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2H＋＋2e－===H2↑
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
类型 实例 电极反应式 电解对象 溶液pH
电解电 解质 HCl 阳极：_____________________________ 阴极：_____________________________ HCl 增大
放出H2 生成碱 NaCl 阳极：_____________________________ 阴极：_____________________________ Cl－和H2O 增大
放出O2 生成酸 CuSO4 阳极：_____________________________ 阴极：_____________________________ Cu2＋和H2O 减小
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H＋＋2e－===H2↑
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
Cu2＋＋2e－===Cu
(2)电解的应用
①电冶金(冶炼钠、镁、铝)
2Cl－－2e－===Cl2↑
Na＋＋e－===Na
2Cl－－2e－===Cl2↑
Mg2＋＋2e－===Mg
2O2－－4e－===O2↑
Al3＋＋3e－===Al
②粗铜精炼 (含有Zn、Fe、Ni、Ag、Au等)
铜的电解精炼示意图 电极材料 阳极：______；阴极：______
电解质溶液 _______________
阳极反应式 ________________________、________________________、________________________、__________________________
阴极反应式 ________________________
ⅰ.电解质溶液中的c(Cu2＋)：______(填“增大”“不变”或“减小”)； ⅱ.一般情况下，阳极金属减轻的质量____ (填“＝”或“≠”)阴极金属增加的质量； ⅲ.比铜活泼的金属(Zn、Fe、Ni)失电子转化为离子留在溶液中，比铜不活泼的金属(Ag、Au)沉积在电解槽底，形成阳极泥(阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料) 粗铜
精铜
CuSO4溶液
Cu－2e－===Cu2＋
Zn－2e－===Zn2＋
Fe－2e－===Fe2＋
Ni－2e－===Ni2＋
Cu2＋＋2e－===Cu
减小
≠
③电镀(以电镀银为例)
电极材料 阳极：镀层金属(银)；阴极：待镀金属制品
电镀液 含_____的电解质溶液
电极反应式 阳极：___________________；
阴极：___________________
ⅰ.电镀液中c(Ag＋)：______(填“增大”“不变”或“减小”)； ⅱ.阳极金属减轻的质量___(填“＝”或“≠”)阴极金属增加的质量 Ag＋
Ag－e－===Ag＋
Ag＋＋e－===Ag
不变
＝
④氯碱工业
2Cl－－2e－===Cl2↑
2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
3. 可逆电池
(1)铅酸蓄电池
氧化
还原
负
还原
正
氧化
(2)锂电池
Li－e－===Li＋
3CO2＋4Li＋＋4e－===2Li2CO3
＋C
正
LixC6－xe－===6C＋xLi＋
正
Li1－xFePO4＋xLi＋＋xe－===
LiFePO4
正
增强电极导电性
负极
Li－e－===Li＋
正极
S8＋2e－＋2Li＋===Li2S8
正
负极
Li－e－===Li＋
正极
O2＋4e－＋2H2O===4OH－
1. 离子交换膜的种类及作用
4
离子交换膜
种类 阳离子交换膜 只允许阳离子通过
阴离子交换膜 只允许阴离子通过
质子交换膜 只允许H＋通过
锂离子交换膜 只允许Li＋通过
作用 ①平衡两极区的电荷；②避免两极产物发生反应；③形成交换膜两边电解质溶液浓度不同的浓差电池
判断 离子迁移的方向是浓度大的向浓度小的方向迁移
2. 离子交换膜的判断方法
类型 装置特点 分析
根据离子迁移的方向，判断膜的种类 随反应进行，左、右两池浓度的差值逐渐减小，外电路中电流将减小，电流计指针偏转幅度逐步变小。当左、右两池离子浓度相等时，电池将停止工作，不再有电流产生，此时，左、右两池硝酸银溶液的浓度相等 ①正、负两电极均为Ag单质，左池为AgNO3稀溶液，右池为AgNO3浓溶液。只有两池AgNO3溶液浓度不同，才能形成浓差电池；
②该离子交换膜的作用：不允许______通过，只允许______穿过，是__ (填“阴”或“阳”)离子交换膜。负极Ag失去电子变成Ag＋，为了平衡电荷，正极区多余的______就穿过离子交换膜向负极移动
Ag＋
阴
阳离子交换膜
阴离子交换膜
类型 装置特点 分析
根据产物判断膜的种类 以CaCl2、NaH2PO4为原料，利用电解法制备Ca(H2PO4)2：
1. 金属的腐蚀类型
5
金属的腐蚀与防护
O2＋2H2O＋4e－===4OH－
2. 金属的保护方法
金属的防护 ①改变金属的内部结构，如把Ni、Cr等加入金属中制成不锈钢 ②在金属表面覆盖保护层，如采用电镀、涂油脂、喷油漆、覆盖搪瓷、包裹塑料等方法 电化学保护法 原电池原理 牺牲阳 极法 被保护的金属作原电池的____极
(阴极)，活泼金属作原电池的____极(阳极)，阳极要定期予以更换
电解池原理 外加电 流法 将被保护的金属与电源____极相连，作电解池的____极，另一附加电极与电源____极相连，作电解池的___极
正
负
负
阴
正
阳
例1 已知：室温下，将CuSO4·5H2O(s)溶于水会使溶液温度降低，将CuSO4(s)溶于水会使溶液温度升高，则下列能量转化关系的判断不正确的是( )
A. ΔH1＞0 B. ΔH2<ΔH3
C. ΔH3<ΔH1 D. ΔH2＝ΔH1＋ΔH3
— 举题固法 —
1
盖斯定律的应用
B
【解析】 胆矾溶于水时温度降低，则ΔH2>0，CuSO4(s)溶于水时温度升高，则ΔH3<0，故ΔH1＝ΔH2－ΔH3>0，A正确；ΔH2＞0，ΔH3＜0，则ΔH2＞ΔH3，B错误；ΔH3＜0，ΔH1＞0，则ΔH3＜ΔH1，C正确；根据盖斯定律可知，ΔH2＝ΔH1＋ΔH3，D正确。
例2 (2023·南通二调)乙硫醇(C2H5SH)的综合利用及治理是当前环境领域关注的焦点之一。家用煤气中可掺入微量具有难闻气味的乙硫醇。已知：
C2H5OH(g)＋H2S(g)===C2H5SH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－32 kJ/mol
C2H5OH(g)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g)ΔH2＝－1 277 kJ/mol
2H2S(g)＋3O2(g)===2SO2(g)＋2H2O(g)ΔH3＝－1 036 kJ/mol
则反应：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g)的ΔH＝___________________。
【解析】 设给定的三个热化学方程式分别为①②③，由盖斯定律可知，③＋2×②－2×①可得：2C2H5SH(g)＋9O2(g)===4CO2(g)＋6H2O(g)＋2SO2(g) ΔH＝ΔH3＋2ΔH2－2ΔH1＝－1 036 kJ/mol－2×1 277 kJ/mol＋ 2×32 kJ/mol＝－3 526 kJ/mol。
－3 526 kJ/mol
例3 下列叙述正确的是( )
B. ΔH＜0、ΔS＞0时，反应可以自发进行，例如Ba(OH)2固体与NH4Cl固体混合
C. 常温下，反应4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s)的ΔH＜0
D. 因为ΔH和ΔS都与反应的自发性有关，因此ΔH或ΔS均可单独作为判断自发性的判据
2
化学反应进行的方向
C
【解析】 催化剂只改变反应速率，不能改变反应进行的方向，A错误；Ba(OH)2固体与NH4Cl固体混合，反应吸热，则ΔH＞0，B错误；氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的反应能自发进行且是混乱度降低的反应，则由ΔH－TΔS＜0可知，该反应ΔH＜0，C正确；反应自发进行的判断依据是ΔH－TΔS＜0，反应是否自发，决定于焓变和熵变两方面因素，D错误。
例4 (2024·泰州)科学家利用氨硼烷设计成原电池装置如图所示，常温下该电池总反应为NH3·BH3＋3H2O2===NH4BO2＋4H2O。下列说法正确的是( )
3
原电池
C
例5 (2024·南京)在熔融盐体系中，通过电解TiO2和SiO2获得电池材料(TiSi)，电解装置如图所示。下列说法正确的是( )
A. 该装置将化学能转化为电能
B. 电极A的电极反应：
8H＋＋TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4H2O
C. 该体系中，石墨优先于Cl－参与反应
D. 电解时，阳离子向石墨电极移动
4
电解池
C
【解析】 由图可知，该装置有外接电源，为电解池，将电能转化为化学能，A错误；石墨电极上的碳转化为CO，碳元素化合价升高，石墨失电子，作阳极，电极反应式为C－2e－＋O2－===CO，电极A为阴极，电极反应式为TiO2＋SiO2＋8e－===TiSi＋4O2－，B错误；该体系中，石墨优先于Cl－参与反应，C正确；电解时，阳离子向电极A(阴极)移动，D错误。
例6 (2024·南京、盐城二模)一种以钒基氧化物(V6O13)
为正极材料的水系锌离子电池的工作原理如图所示。通过使
用孔径大小合适且分布均匀的新型离子交换膜，可提高离子
传输通量的均匀性，从而保持电池的稳定性。下列说法正确
的是( )
A. 放电过程中，Zn2＋向Zn极一侧移动
B. 放电过程中，电子由Zn极经电解质溶液向V6O13极移动
C. 充电时，V6O13极与外接直流电源正极相连
D. 充电时，阳极发生的电极反应可能为V6O13＋xZn2＋＋2xe－===ZnxV6O13
5
可逆电池
C
【解析】 放电过程中，Zn极为负极，Zn失电子生成Zn2＋进入溶液，Zn2＋向正极(V6O13极)移动，A错误；放电过程中，电子由Zn极沿导线向V6O13极移动，电子不能经过电解质溶液，B错误；充电时，V6O13极作阳极，与外接直流电源正极相连，C正确；充电时，阳极反应式为ZnxV6O13－2xe－===V6O13＋xZn2＋，D错误。
例7 关于金属的腐蚀与防护，下列说法正确的是( )
图① 图② 图③
A. 图①：铁丝易生成Fe2O3·xH2O
B. 图②：M可用石墨代替
C. 图③：若电源断开，闸门发生吸氧腐蚀，不易发生析氢腐蚀
D. 图③：N只能选金属
6
金属的腐蚀与防护
C
【解析】 形成原电池需要电解质溶液，在干燥的空气中不易形成原电池，则铁丝很难发生吸氧腐蚀，A错误；原电池的正极被保护，则金属M的活动性要比铁强，M不可用石墨代替，B错误；中性、碱性和弱酸性条件下易发生吸氧腐蚀，若断开电源，钢铁闸门将发生吸氧腐蚀，C正确；与电源负极相连的钢铁闸门作阴极，被保护，则N可选用石墨等能导电的惰性材料，D错误。
1. (1)(2024·全国甲卷节选)甲烷转化为多碳化合物具有重要意义。已知下列反应的热化学方程式：
CH4(g)＋Br2(g)===CH3Br(g)＋HBr(g) ΔH1＝－29 kJ/mol
3CH3Br(g)===C3H6(g)＋3HBr(g) ΔH2＝＋20 kJ/mol
则反应3CH4(g)＋3Br2(g)===C3H6(g)＋6HBr(g) ΔH＝______ kJ/mol。
(2)(2024·安徽卷节选)乙烯是一种用途广泛的有机化工原料，由乙烷制乙烯的研究备受关注。已知下列反应的热化学方程式：
2C2H6(g)＋O2(g)===2C2H4(g)＋2H2O(g) ΔH1＝－209.8 kJ/mol
C2H6(g)＋CO2(g)===C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g) ΔH2＝＋178.1 kJ/mol
则反应2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH3＝________ kJ/mol。
— 高考借鉴 —
－67
－566
2. (2024·全国甲卷)科学家使用δ-MnO2研制了一种
MnO2-Zn可充电电池(如图所示)。电池工作一段时间后，
MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4。下列叙述
正确的是( )
A. 充电时，Zn2＋向阳极方向迁移
B. 充电时，会发生反应：
Zn＋2MnO2===ZnMn2O4
C. 放电时，正极反应有MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－
D. 放电时，Zn电极质量减小0.65 g，MnO2电极生成了0.020 mol MnOOH
C
【解析】 根据题意，电池工作即放电时，MnO2电极上检测到MnOOH和少量ZnMn2O4，即Mn元素化合价降低，MnO2电极是正极，电极反应式为MnO2＋H2O＋e－===MnOOH＋OH－、2MnO2＋Zn2＋＋2e－===ZnMn2O4，Zn电极为负极，电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋。充电时，Zn电极接外电源的负极，为阴极，Zn2＋向阴极方向迁移，A错误；充电时，会发生反应：ZnMn2O4===Zn＋2MnO2，B错误；放电时，Zn电极质量减小0.65 g，电子转移0.020 mol，MnO2电极生成了MnOOH和ZnMn2O4，因此生成MnOOH小于0.020 mol，D错误。
3. (2024·河北卷)科技工作者设计如图所示可充电Mg-CO2电池，以Mg(TFSI)2为电解质，电解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕获CO2，使放电时CO2还原产物为MgC2O4。该设计克服了MgCO3导电性差和释放CO2能力差的障碍，同时改善了Mg2＋的溶剂化环境，提高了电池充放电循环性能。下列说法错误的是( )
A. 放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4
B. 充电时，多孔碳纳米管电极与电源正极连接
C. 充电时，电子由Mg电极流向阳极，Mg2＋向阴
极迁移
D. 放电时，每转移1 mol电子，理论上可转化1
mol CO2
C
【解析】 根据放电时CO2转化为MgC2O4，则多孔碳纳米管电极为正极，正极反应式为2CO2＋2e－＋Mg2＋===MgC2O4，镁电极为负极，负极反应式为Mg－2e－===Mg2＋。放电时，电池总反应为2CO2＋Mg===MgC2O4，A正确；充电时，多孔碳纳米管电极作阳极，与电源正极连接，B正确；充电时，镁电极为阴极，电子由多孔碳纳米管电极流向Mg电极，C错误；根据放电时的正极反应式，每转移1 mol电子，理论上可转化1 mol CO2，D正确。
4. (2024·山东卷)以不同材料修饰的Pt为电极，一定浓度的NaBr溶液为电解液，采用电解和催化相结合的循环方式，可实现高效制H2和O2，装置如图所示。下列说法错误的是( )
B
能力评价
1. 判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)粗锌与稀硫酸反应制氢气比纯锌快，是因为粗锌形成微小原电池 ( )
(2)铅酸蓄电池放电时，Pb极是负极，PbO2极是正极。充电时，外电源的正极与PbO2极相连接( )
(3)钢铁吸氧腐蚀中的正极反应：4OH－－4e－===2H2O ＋O2↑( )
(4)电极反应式为LiFePO4－xe－===xLi＋＋Li1－xFePO4，每转移1 mol电子释放2 mol Li＋ ( )
(5)铜板上的铁钉在潮湿空气中容易生锈( )
√
√
×
×
√
(3)金属阳离子在阴极区域最终可沉淀完全，原因是________________________ ___________________________________________________________________________________________________________。
不能
＋6Fe3＋＋7H2O
阴极氢离子得到电子生成氢气，溶液中氢离子浓度降低，pH增大，OH－与Fe3＋、Cr3＋结合生成沉淀，使金属阳离子在阴极区域最终可沉淀完全
3. (2024·南通)已知25 ℃、101 kPa下，10 kg丁烷完全燃烧生成CO2和液态水时，放出5×105 kJ的热量。下列热化学方程式书写正确的是( )
【解析】 未注明物质的状态，因此不能确定反应热，A错误；放热反应的焓变为负值，则反应热ΔH＜0，B错误；反应热的单位是kJ/mol，C错误。
D
4. (2024·无锡)一种浓差电池的放电原理是利用电解质
溶液的浓度不同而产生电流。某浓差电池装置示意图如图
所示，该电池使用前将开关K先与a连接一段时间后再与b
连接。下列说法不正确的是( )
A. 交换膜应当选择阳离子交换膜
B. K与a连接的目的是形成两电极区溶液的浓度差
C. K与b连接时，电极B上发生的反应为Cu2＋＋2e－===Cu
D. K与b连接时，导线中通过2 mol电子，约有1 mol离子通过交换膜
A
5. (2024·海安)微生物电池具有高效、清洁、环保等优点。某微生物电池工作原理如图所示。下列说法正确的是( )
A. 电极a为该电池的正极
B. 放电过程中电极a附近溶液pH增大
C. 电极b的电极反应式为[Fe(CN)6]4－－e－===[Fe(CN)6]3－
D. 每消耗23 g CH3CH2OH，理论上会有6 mol H＋通过质子交换膜移向电极b
D
