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2020江苏高考化学二轮讲义：9专题九 化学反应与能量
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知道化学变化中常见的能量转化形式，能说明化学反应中能量转化的主要原因。
了解化学能与热能的相互转化及其应用。了解吸热反应、放热反应、反应热(焓变)等概念。
能正确书写热化学方程式，能根据盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
理解原电池和电解池的工作原理，能写出简单的电极反应和电池反应方程式。
了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的重要应用。
认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原理，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。
化学能与热能
一、反应热及其表示方法
1．两种角度理解反应热
(1)从微观的角度说，是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值。
在图中，a表示旧化学键断裂吸收的能量；b表示新化学键形成放出的能量；c表示反应热。
(2)从宏观的角度说，是反应物总能量与生成物总能量的差值。
在图中，a表示活化能；b表示活化分子变成生成物分子所释放的能量；c表示反应热。
2．反应热的量化参数——键能
反应热与键能的关系
反应热：ΔH＝E1－E2或ΔH＝E4－E3，即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
3．反应热的表示方法——热化学方程式
热化学方程式书写或判断的注意事项：
(1)注意ΔH的符号和单位：吸热反应的ΔH为“＋”，放热反应的ΔH为“－”；ΔH的单位为kJ·mol－1。
(2)注意测定条件：绝大多数的反应热是在25 ℃、101 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。
(3)注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(4)注意物质的聚集状态：气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的数值与符号：如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。
(6)对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。
例如：S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH＝－0.33 kJ·mol－1。
二、盖斯定律及其应用
1．内容
一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应体系的始态和终态有关。
2．常用关系式
热化学方程式
焓变之间的关系
aA(g)===B(g) ΔH1
A(g)===B(g) ΔH2
ΔH2＝ΔH1或
ΔH1＝aΔH2
aA(g)===B(g) ΔH1
B(g)===aA(g) ΔH2
ΔH1＝－ΔH2
ΔH＝ΔH1＋ΔH2
1．(2017·高考江苏卷)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是( )
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝b kJ·mol－1
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3＝c kJ·mol－1
④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH4＝d kJ·mol－1
A．反应①、②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－1
D．反应2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝(2b＋2c＋d) kJ·mol－1
解析：选C。反应①的产物为CO和H2，反应②的产物为CO2和H2，反应③的原料为CO2和H2，A项正确；反应③将温室气体CO2转化为燃料CH3OH，B项正确；反应④中生成物H2O为气体，C项中生成物H2O为液体，故C项中反应的焓变不等于 kJ·mol－1，C项错误；依据盖斯定律，由②×2＋③×2＋④，可得所求反应的焓变，D项正确。
2．(2016·高考江苏卷)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是( )
①太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH1＝＋571.6 kJ·mol－1
②焦炭与水反应制氢：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2＝＋131.3 kJ·mol－1
③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH3＝＋206.1 kJ·mol－1
A．反应①中电能转化为化学能
B．反应②为放热反应
C．反应③使用催化剂，ΔH3减小
D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝＋74.8 kJ·mol－1
解析：选D。A项，反应①是光能转化为化学能，错误；B项，反应②的焓变为正值，属于吸热反应，错误；C项，催化剂不会改变反应的焓变，错误；D项，根据盖斯定律，③－②得所求反应，其焓变为206.1 kJ·mol－1－131.3 kJ·mol－1＝＋74.8 kJ·mol－1，正确。
3．(2014·高考江苏卷)已知：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1
CO2(g)＋C(s)===2CO(g) ΔH2
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3
4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A．ΔH1＞0，ΔH3＜0
B．ΔH2＞0，ΔH4＞0
C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5
解析：选C。A.C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2，均为放热反应，则有ΔH1<0、ΔH3<0。
B．CO2(g)与C(s)在高温条件下反应生成CO(g)，该反应为吸热反应，则有ΔH2>0；Fe(s)与O2(g)反应生成Fe2O3(s)为放热反应，则有ΔH4<0。
C．将五个热化学方程式依次编号为①②③④⑤，根据盖斯定律，由②＋③可得①，则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3。
D．将五个热化学方程式依次编号为①②③④⑤，根据盖斯定律，由③×3－⑤×2可得④，则有ΔH4＝3ΔH3－2ΔH5。
4．(2018·高考江苏卷)用水吸收NOx(主要指NO和NO2)的相关热化学方程式如下：
2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq) ΔH＝－116.1 kJ·mol－1
3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l) ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1
反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq) ΔH＝－116.1 kJ·mol－1，②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l) ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由(①×3＋②)/2得：3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g) ΔH＝－136.2 kJ·mol－1。
答案：－136.2
叠加法求焓变
步骤1 “倒”
为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。
步骤2 “乘”
为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘。
步骤3 “加”
上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得到目标方程式，反应热也要相加。
1．(2019·泰州中学高三四模)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，会污染大气。采用NaClO、Ca(ClO)2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，下列说法正确的是( )
①SO2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O(l) ΔH1＝a kJ/mol
②ClO－(aq)＋SO(aq)===SO(aq)＋Cl－(aq) ΔH2＝b kJ/mol
③CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq) ΔH3＝c kJ/mol
④SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq) ΔH4＝d kJ/mol
A．随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐减小
B．反应①②均为氧化还原反应
C．反应Ca(OH)2(aq)＋H2SO4(aq)===CaSO4(s)＋2H2O(l)的ΔH＝－c kJ/mol
D．d＝a＋b＋c
解析：选A。A.由反应①和④可知，随着吸收反应的进行，不断消耗OH－，因此导致吸收剂溶液的pH逐渐减小，A正确；B.反应①没有发生化合价的变化，不是氧化还原反应，B错误；C.反应Ca(OH)2(aq)＋H2SO4(aq)===CaSO4(s)＋2H2O的离子方程式为Ca2＋＋ SO＋2OH－＋2H＋===CaSO4↓＋2H2O，该离子反应不是反应③的逆反应，因此ΔH≠－c kJ/mol，C错误；D.根据盖斯定律可知④＝①＋②－③，所以d＝a＋b－c，D错误。
2．(2019·苏锡常镇四市高三调研)电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料。已知2 000 ℃时，电石生产原理如下：
①CaO(s)＋C(s)===Ca(g)＋CO(g) ΔH1＝a kJ·mol－1 平衡常数K1
②Ca(g)＋2C(s)===CaC2(s) ΔH2＝b kJ·mol－1 平衡常数K2
以下说法不正确的是( )
A．反应①K1＝c(Ca)·c(CO)
B．反应Ca(g)＋C(s)===CaC2(s)平衡常数K＝
C．2 000 ℃时增大压强，K1减小，K2增大
D．反应2CaO(s)＋CaC2(s)===3Ca(g)＋2CO(g) ΔH＝(2a－b) kJ·mol－1
解析：选C。A.反应①平衡常数K1＝c(Ca)·c(CO)，A正确；B.根据方程式可知反应Ca(g)＋C(s)===CaC2(s)的平衡常数K＝，B正确；C.平衡常数只与温度有关，2 000 ℃时增大压强，K1、K2均不变，C错误；D.根据盖斯定律可知①×2－②即得到反应2CaO(s)＋CaC2(s)===3Ca(g)＋2CO(g) ΔH＝(2a－b) kJ·mol－1，D正确。
3．环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
已知：(g)===(g)＋H2(g) ΔH1＝＋100.3 kJ·mol－1 ①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1 ②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g) ③ ΔH3＝________kJ·mol－1。
解析：根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(＋100.3－11.0) kJ·mol－1＝＋89.3 kJ·mol－1。
答案：＋89.3
4．Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g) ΔH1＝＋83 kJ·mol－1
CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g) ΔH2＝－20 kJ·mol－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g) ΔH3＝－121 kJ·mol－1
则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由(①＋②＋③)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－116 kJ·mol－1。
答案：－116
5．(1)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：
反应Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g) ΔH1＝＋551 kJ·mol－1
反应Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3＝－297 kJ·mol－1
反应Ⅱ的热化学方程式：__________________________________________。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：
2SiHCl3(g)=== SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g) ΔH1＝＋48 kJ·mol－1
3SiH2Cl2(g)=== SiH4(g)＋2SiHCl3(g) ΔH2＝－30 kJ·mol－1
则反应4SiHCl3(g)=== SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________kJ·mol－1。
(3)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)=== 2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)=== CH4(g) ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)=== CO2(g) ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)=== CO(g) ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：(1)由于反应Ⅱ是二氧化硫的歧化反应，且由题意可知其氧化产物和还原产物分别为H2SO4和S，根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应Ⅱ的化学方程式为3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)。根据盖斯定律，反应Ⅰ与反应Ⅲ的热化学方程式相加得：2H2SO4(l)＋S(s)===3SO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝＋254 kJ·mol－1，所以反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH＝－254 kJ·mol－1。
(2)将已知热化学方程式依次编号为①②，根据盖斯定律，由①×3＋②，可得：4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g) ΔH＝3×48 kJ·mol－1－30 kJ·mol－1＝＋114 kJ·mol－1。
(3)将已知的3个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律③×2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝(－111×2＋75＋394) kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1。
答案：(1)3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH＝－254 kJ·mol－1 (2)＋114 (3)＋247
原电池的原理及应用
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
(1)装置①②③中，电子均不能通过电解质溶液(或内电路)。
(2)装置①中，由于不可避免会直接发生反应Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化学能转化为热能，所以装置②的能量转化率比装置①高。
(3)盐桥的作用
①隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；
②通过离子的定向移动，构成闭合回路；
③平衡电极区的电荷。
(4)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。
角度一 燃料电池
1．下列说法正确的是( )
A．(2019·高考江苏卷)氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．(2019·高考江苏卷)常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023
C．(2018·高考江苏卷)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
D．(2016·高考江苏卷)氢氧燃料电池工作时，H2在负极上失去电子
答案：D
2．(2015·高考江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子
B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO
解析：选D。A选项，甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，所以错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，所以错误；C选项，CO应向负极移动，即向电极A移动，所以错误；D选项，电极B上氧气得电子与二氧化碳反应生成碳酸根离子，所以正确。
角度二 新型化学电源
3．(2019·高考全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的 ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为 Zn(s)＋2OH－(aq) －2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中 OH－ 通过隔膜从负极区移向正极区
解析：选D。该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq) －2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
4．(2018·高考全国卷Ⅲ)一种可充电锂空气电池如图所示，当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是( )
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x=== 2Li＋(1－)O2
解析：选D。根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D项正确。
突破二次电池的四个角度
题组一 电极反应式的书写
1．(辨析“介质”书写电极反应式)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质，如H2SO4溶液
负极：__________________________________________________________________。
正极：__________________________________________________________________。
(2)碱性介质，如KOH溶液
负极：_________________________________________________________________。
正极：_________________________________________________________________。
(3)熔融盐介质，如熔融K2CO3
负极：_________________________________________________________________。
正极：_________________________________________________________________。
(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体做电解质，在高温下能传导O2－
负极：_________________________________________________________________。
正极：_________________________________________________________________。
答案：(1)CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
O2＋6e－＋6H＋===3H2O
(2)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
O2＋6e－＋3H2O===6OH－
(3)CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O
O2＋6e－＋3CO2===3CO
(4)CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
O2＋6e－===3O2－
2．(明确“充、放电”书写电极反应式)镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。
负极：_________________________________________________________________。
阳极：_________________________________________________________________。
答案：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
3．(识别“交换膜”书写电极反应式)若将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如下图所示是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
负极：_______________________________________________________________。
正极：_______________________________________________________________。
答案：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH
4．(可逆反应电极反应式的书写)控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2 设计成如下图所示的原电池。回答下列问题：
(1)反应开始时，负极为________中的石墨(填“甲”或“乙”)，电极反应式为_______________________________________。
(2)电流表读数为________时，反应达到化学平衡状态。
(3)当达到化学平衡状态时，在甲中加入FeCl2固体，此时负极为________中的石墨(填“甲”或“乙”)，电极反应式为______________________________________________。
答案：(1)乙 2I－－2e－===I2 (2)零 (3)甲 2Fe2＋－2e－===2Fe3＋
5．(锂离子电池电极反应式的书写)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。则：
负极：________________________________________________________________。
正极：_______________________________________________________________。
答案：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
锂离子电池充放电分析
常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)
LiMPO4(M：Fe等)
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2
总反应：Li1－xMO2＋LixCnLiMO2＋nC
题组二 原电池工作原理的考查
6．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，在制备乙醛的同时还可获得电能，其总反应方程式为2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是( )
A．该电池电极a为正极，电极b为负极
B．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b
C．负极反应式为CH2===CH2－2e－＋H2O===2H＋＋CH3CHO
D．电极b有2.24 L O2参加反应，溶液中有0.4 mol H＋迁移到电极b上反应
解析：选C。从已知的总反应方程式可以判断，O2得到电子，化合价降低，所以O2在原电池正极被还原，则CH2===CH2失去电子，在原电池的负极被氧化。A.电极a上C2H4失去电子，所以电极a为负极，电极b上O2得到电子，所以电极b为正极，A错误；B.电子从负极a流出，经过外电路流向正极b，B错误；C.从题图可以看出，负极反应为CH2===CH2－e－―→CH3CHO，考虑到电解质溶液含磷酸，呈酸性，配平后的反应为CH2===CH2－2e－＋H2O===CH3CHO＋2H＋，C正确；D.选项中没有指出O2所处的温度和压强，所以无法计算O2的物质的量，D错误。
7．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法错误的是( )
A．放电时，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－=== 2CO＋C
D．充电时，正极反应为Na＋＋e－=== Na
解析：选D。电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。
8．(结合化学平衡考查原电池的工作原理)如图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2 均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。
下列叙述中正确的是( )
A．甲组操作时，电流表指针发生偏转
B．甲组操作时，溶液颜色变浅
C．乙组操作时，C2 做正极
D．乙组操作时，C1 上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－
解析：选D。图Ⅰ中的反应为AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表指针不会发生偏转，但由于I2 浓度增大，所以溶液颜色变深；向图ⅡB烧杯中加入NaOH溶液，C2 上发生AsO－2e－＋2OH－===AsO＋H2O，电子沿导线流向C1 棒，C1棒发生I2＋2e－===2I－，所以C2 为负极，C1 为正极。
电解池的原理及应用 “膜”化学
1．图解电解池的工作原理
2．正确判断电极产物
(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极做阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁做阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)。
(2)阴极产物直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋＞Zn2＋……
活泼阳极失电子后得到的离子一般都会继续与电解质溶液中的离子发生复杂的反应，因此最终的氧化产物需要根据试题中的信息确定。
(1)铁阳极
Fe做阳极时其氧化产物可能是Fe2＋、Fe(OH)2或FeO。如用铁电极电解含Cr2O的酸性废水时，阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋会还原废水中的Cr2O，离子反应方程式为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，由于废水中H＋不断被消耗，溶液的pH增大，碱性增强，Fe3＋和Cr3＋分别转化为Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀除去。再如，用铁电极电解稀NaOH溶液制备Fe(OH)2的阳极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2；用铁电极电解浓的KOH溶液制备K2FeO4的阳极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O。
(2)铝阳极
Al做阳极时其氧化产物可能是Al2O3、Al(OH)3、AlO、Al3＋。如给铝制品氧化膜增厚，铝制品做电解池阳极，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液，阳极反应为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋；若是用铝电极电解烧碱溶液，阳极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。
(3)铜阳极
Cu做阳极时其氧化产物可能是Cu2＋或Cu＋(如Cu2O)。如电镀铜或精炼铜的阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋；用铜电极电解NaOH溶液制备Cu2O的阳极反应为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O。
3．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
电解类型
电解质实例
使溶液复原
加入的物质
电解水
NaOH、H2SO4 、Na2SO4
水
电解电解质
HCl、CuCl2
原电解质
放氢生碱型
NaCl
HCl气体
放氧生酸型
CuSO4 、AgNO3
CuO、Ag2O
电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO2 复原。
4．电化学中的“膜”化学
(1)常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：
①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。
②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
(2)隔膜的作用
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)解答步骤
第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜、质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步，写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。
角度一 利用电解原理制备物质
1．(2019·高考江苏卷)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图。
(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__________________。
解析：(1)CO2中的C为＋4价，HCOO－中的C为＋2价，1 mol CO2转化为HCOO－时，得2 mol e－。(2)阳极上水放电，生成O2和H＋，H＋会与HCO反应使HCO减少，由电荷平衡可知，K＋会移向阴极区，所以KHCO3溶液浓度降低。
答案：(1)CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
(2)阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
2．(2018·高考江苏卷)用稀硝酸吸收NOx(主要指NO和NO2)，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。写出电解时阳极的电极反应式：________________________________________________________________________。
解析：电解时阳极HNO2失去电子生成HNO3，同时消耗水，得到较浓的硝酸，电极反应式为HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO。
答案：HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO
3．(2017·高考江苏卷)电解Na2CO3溶液的原理如图所示。
阳极的电极反应式为________________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为________________。
解析：阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。
答案：4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
角度二 电解原理的其他应用
4．(2017·高考全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：选C。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件做阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。
5．(2016·高考天津卷)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4。同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。
(1)电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。
(2)电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为____________________。
(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：
________________________________________________________________________。
解析：(1)电解时，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解过程中，阳极室消耗OH－，c(OH－)降低。(2)根据题意，Na2FeO4易被H2还原，由于阴极产生的气体为H2，若不及时排出，会将Na2FeO4还原，使其产率降低。(3)根据题意，若碱性较弱，则Na2FeO4稳定性差，且反应慢；若碱性较强，则铁电极区会产生Fe(OH)3或Fe(OH)3 分解生成的Fe2O3，所以M点和N点的c(Na2FeO4)均低于最高值。
答案：(1)阳极室
(2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
(3)M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；或N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低
角度三 金属的腐蚀与防护
6．(2019·高考江苏卷)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为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：选C。A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁做负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。
7．(2017·高考全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：选C。依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流指铁失去电子形成的电流，接近于0，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁做阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。
1．金属腐蚀快慢的三个规律
(1)金属腐蚀类型的差异
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
(2)电解质溶液的影响
①对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
②对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
2．两种腐蚀与三种保护
(1)两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH)。
(2)三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。
题组一 电解池中电极反应式的书写
1．按要求书写电极反应式。
(1)用惰性电极电解NaCl溶液
阳极：_____________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液
阳极：______________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________。
(3)铁做阳极，石墨做阴极电解NaOH溶液
阳极：______________________________________________________________；
阴极：________________________________________________________________。
(4)用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极：________________________________________________________________；
阴极：________________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 2Cu2＋＋4e－===2Cu
(3)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(4)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg
2．(信息型电极反应式的书写)按要求书写电极反应式。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为________________________________________________________________________。
(2)用Al单质做阳极，石墨做阴极，NaHCO3 溶液做电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：____________________________。
(3)用惰性电极电解K2MnO4 溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为
阳极：_________________________________________________________________；
阴极：__________________________________________________________________。
(4)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为______________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
(2)Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3↓＋3CO2↑
(3)MnO－e－===MnO 2H＋＋2e－===H2↑
(4)Fe＋H2PO＋Li＋－2e－===LiFePO4↓＋2H＋
3．(根据“交换膜”利用信息书写电极反应式)按要求书写电极反应式。
(1)电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O
阳极：________________________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________________。
(2)可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意图如下。
阳极：________________________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________________。
答案：(1)2I－－2e－===I2 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)HSO－2e－＋H2O===3H＋＋SO 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
电解时电极反应式的书写步骤
题组二 电解原理及其应用
4．(“多膜”电解池)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：
(1)写出阳极的电极反应式：______________________________________________。
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：______________________________________
______________________________________________________________________。
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是________________________________。
解析：(1)阳极是由水电离出的OH－放电，其反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；(2)阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2；(3)阳极室内可能有部分H2PO或H3PO2失电子发生氧化反应，导致生成物中混有PO。
答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ (2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 (3)PO H2PO或H3PO2被氧化
5．(电解原理的相关计算)(1)甲醇电解法制氢气比电解水法制氢气的氢的利用率更高、电解电压更低。电解装置如图所示。
电源的正极为________(填“a”或“b”)。其中阳极的电极反应式为________________；标准状况下，每消耗1 mol甲醇，生成H2的体积为________。
(2)以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示。
请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象：________________________________
________________________________________________________________________，
当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时，计算此时NaCl溶液的pH＝________(假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出)。
解析：(1)根据图示，左边应该是溶液中的氢离子得电子生成氢气，则左边为阴极，右边为阳极，故电源a为负极，b为正极；阳极上发生甲醇失电子变成二氧化碳的反应，电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋；每消耗1 mol甲醇转移6 mol电子，可以生成3 mol氢气，标准状况下体积为67.2 L。
(2)由装置图可知，Y电极与电源正极相连，即为阳极，电解NaCl溶液的阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，所以可观察到的现象为Y电极附近有气泡产生，上部分气体呈黄绿色；当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时，电路中转移的电子n(e－)＝×4＝0.5 mol，根据电子转移守恒，结合电解NaCl溶液的反应方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，可得此时溶液中生成n(OH－)＝0.5 mol，c(OH－)＝0.5 mol÷0.5 L＝1.0 mol·L－1，所以溶液的pH＝14。
答案：(1)b CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ 67.2 L (2)Y电极附近溶液中有气泡产生，上部分气体呈黄绿色 14
电解计算破题“三方法”
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法：
(1)根据得失电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
[专题强化训练]
一、单项选择题
1．下列说法正确的是( )
A．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量多
B．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定
C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是氧化还原反应，且反应的焓变大于零
D．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.4 kJ·mol－1
解析：选D。等量的硫蒸气和硫固体，硫蒸气的能量高，能量越高，燃烧放出的热量越多，A项错误；由C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH>0，可知金刚石的能量比石墨的能量高，能量越高，越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，B项错误；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应中无元素化合价变化，属于非氧化还原反应，反应需要吸热，焓变大于零，C项错误；含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和生成0.5 mol水，放出28.7 kJ的热量，则中和热的热化学方程式可表示为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.4 kJ·mol－1，D项正确。
2．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2 发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析：选B。由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
3．锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( )
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析：选C。K＋带正电荷，充电时K＋应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。
4．(2019·徐州高三考前模拟)联氨(N2H4)常温下为无色液体，可用作火箭燃料。已知：
①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l) ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH4＝－1048.9 kJ·mol－1
下列说法不正确的是( )
A．O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH5，ΔH5＞ΔH3
B．ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1
C．1 mol O2(g)和2 mol H2(g)具有的总能量高于2 mol H2O(g)
D．联氨和N2O4做火箭推进剂的原因之一是反应放出大量的热
解析：选A。A.O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3；O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH5；两个反应均为放热反应，ΔH均为负值，放热越多ΔH越小，由于生成液态水放热更多，所以ΔH5＜ΔH3，A错误；B.根据盖斯定律，③×2－②×2－①得，2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，所以ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1，B正确；C.O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3，该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，C正确；D.由ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol－1知，反应放出大量的热，所以可以用联氨和N2O4做火箭推进剂，D正确。
5．“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是( )
A．该装置只涉及两种能量之间的转化
B．在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2＋和Cl－的还原性强弱
C．“水”电池内Na＋不断向正极移动
D．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl
解析：选A。根据“水”电池总反应可知，Ag在负极发生氧化反应，MnO2在正极发生还原反应；由X电极附近溶液先变黄，可知X电极上Fe2＋失电子，被氧化为Fe3＋，即X电极为阳极，Y电极为阴极，则与其相连的Ⅰ、Ⅱ分别为“水”电池的正极和负极。“水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，A项错误；根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2＋被氧化，后是Cl－被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2＋、Cl－的还原性强弱，B项正确；“水”电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项正确；结合上述分析可知，Ⅱ为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，D项正确。
6．一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1，2，3，4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．e是ClO
B．b→a＋c反应的活化能为60 kJ/mol
C．a、b、c、d、e中c最稳定
D．b→a＋d反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq) ΔH＝－116 kJ/mol
解析：选D。 A．e中Cl元素化合价为＋7价，而ClO中Cl元素化合价为＋5价，故A错误；B.根据图中数据无法判断b→a＋c反应的活化能，故B错误；C.a、b、c、d、e中a能量最低，所以a最稳定，故C错误；D.b→a＋d，根据得失电子守恒得该反应方程式为3ClO－===ClO＋2Cl－，反应热＝(64 kJ/mol＋2×0 kJ/mol)－3×60 kJ/mol＝－116 kJ/mol，所以该反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq) ΔH＝－116 kJ/mol，故D正确。
二、不定项选择题
7．(2019·南京高三三模)CO、H2、C2H5OH三种物质燃烧的热化学方程式如下：
①CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH1＝a kJ/mol；
②H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g) ΔH2＝b kJ/mol；
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH3＝c kJ/mol。
下列说法正确的是( )
A．ΔH1<0
B．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH3＝－2b kJ/mol
C．CO与H2合成C2H5OH反应的原子利用率为100%
D．2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l) ΔH＝(2a＋4b－c) kJ/mol
解析：选AD。反应①为CO的燃烧，一定是放热反应，所以焓变小于0，选项A正确。反应②中水的状态为气态，而选项B中热化学方程式里水的状态为液态，显然无法计算选项B中热化学方程式的焓变，选项B错误。CO与H2合成C2H5OH的反应为2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)，显然原子利用率小于100%，选项C错误。①×2＋②×4－③得到：2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l) ΔH＝(2a＋4b－c) kJ/mol，选项D正确。
8．某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5 min，通话2 h。一种石墨烯锂硫电池(2Li＋S8===Li2S8)工作原理示意图如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．金属锂是比能量相对较高的电极材料
B．充电时A电极为阴极，发生还原反应
C．充电时B电极的反应：Li2S8－2e－===2Li＋＋S8
D．手机使用时电子从A电极经过手机电路板流向B电极，再经过电池电解质流回A电极
解析：选D。单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多，则放出的电能越大，比能量越高，金属锂是比能量较高的电极材料，A正确；原电池中阳离子向正极移动，由题图可知，做电源时，B为正极，A为负极，负极发生失电子的氧化反应，则充电时A为阴极，发生还原反应，B正确；放电时，B电极上S8得电子生成Li2S8，反应为2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8，则充电时B电极反应为Li2S8－2e－===2Li＋＋S8，C正确；电子只能在电极和导线中移动，不能在电解质中移动，D错误。
9．四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法不正确的是( )
A．N为电源正极
B．标准状况下制备0.75 mol (CH3)4NOH，a、b两极共产生16.8 L气体
C．c为阳离子交换膜，e为阴离子交拘膜
D．b极电极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
解析：选BC。电解后左侧四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]稀溶液转化为浓溶液，说明a极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则M为电源负极，N为电源正极，A正确；b为电解池阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，制备0.75 mol(CH3)4NOH，需要阴极产生0.75 mol OH－，转移电子0.75 mol，阴、阳极共生成气体(＋)×22.4 L＝12.6 L，B错误，D正确；阴极c(OH－)不断增大，中间原料室的四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]电离出的(CH3)4N＋穿过c膜进入左侧阴极室，c膜为阳离子交换膜；原料室的氯化钠稀溶液转化为浓溶液，表明右侧阳极室的钠离子穿过e膜进入原料室，故e膜为阳离子交换膜，C错误。
三、非选择题
10．按要求回答下列问题：
(1)以天然气为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。
已知：①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝ a kJ·mol－1
②CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝ b kJ·mol－1
③CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH3
请计算反应③的反应热ΔH3＝________(用a、b表示)kJ·mol－1。
(2)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH
则ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的式子表示)。
(3)某课题组实现了在常温常压下，以氮气和液态水为原料制备氨同时有氧气生成。
已知，在一定温度和压强下，由最稳定的单质生成1 mol纯物质的热效应，称为该物质的生成热(ΔH)。常温常压下，相关物质的生成热如下表所示：
物质
NH3(g)
H2O(l)
ΔH/(kJ·mol－1)
－46
－242
上述合成氨反应的热化学方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知：①COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g) ΔH1＝－17 kJ·mol－1
②COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g) ΔH2＝－35 kJ·mol－1
③CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH3
则ΔH3＝____________。
(5)汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。
已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·mol－1
CO2(g)===C(s)＋O2(g) ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1
则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的 ΔH＝________ kJ·mol－1。
解析：(1)根据盖斯定律可得③＝①×2－②，所以ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝(2a－b) kJ·mol－1。
(2)已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1；
②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2；
③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3；
根据盖斯定律，由③－×①－×②得反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2。
(3)由题意知①式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH1＝(－46×2) kJ·mol－1，②式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝(－242×2) kJ·mol－1，2×①－3×②得方程式为2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝2ΔH1－3ΔH2＝＋1 268 kJ·mol－1。
(4)根据盖斯定律由②－①＝③可得ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－35 kJ·mol－1－(－17 kJ·mol－1)＝－18 kJ·mol－1。
(5)将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①＋②＋③×2得N2(g)＋2CO2(g)===2NO(g)＋2CO(g) ΔH＝(＋180.5 kJ·mol－1)＋(－221.0 kJ·mol－1)＋(＋393.5 kJ·mol－1)×2＝＋746.5 kJ·mol－1，则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。
答案：(1)2a－b (2)ΔH3－ΔH1－ΔH2 (3)2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝＋1 268 kJ·mol－1 (4)－18 kJ·mol－1 (5)－746.5
11．按要求回答下列问题：
(1)利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图1所示。
Q、R均为催化剂，据图示判断，负极反应的催化剂为________(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为___________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图2装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：
①M极的电极反应式为______________________________________________________。
②当外电路通过0.2 mol电子时，质子交换膜左侧的溶液质量________(填“增大”或“减小”)________g。
(3)某种燃料电池以熔融碳酸钠、碳酸钾为电解质，其工作原理如图3所示，该电池负极的电极反应式为_________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若电极B附近通入1 m3空气(假设空气中O2的体积分数为20%)并完全反应，理论上可消耗相同条件下CH4的体积为________m3。
(4)KIO3可采用“电解法”制备，装置如图4所示。
①写出电解时阴极的电极反应式：___________________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为______，其迁移方向是________。
(5)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术，装置如图5所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为________________________________________。
电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
解析：(1)根据原电池工作原理，负极上失去电子，元素化合价升高，所以通氢气的一端为负极，根据装置图判断，Q为负极催化剂；通氮气的一端为正极，根据工作原理，正极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3。(2)①反应本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸，M电极为负极，N电极为正极，M电极上二氧化硫失去电子被氧化生成SO，根据原子守恒和电荷守恒可知，有水参加反应，有氢离子生成，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。②正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当外电路通过0.2 mol电子时，负极反应的二氧化硫为0.1 mol，质量为6.4 g，同时有0.2 mol氢离子通过质子交换膜进入右侧，左侧溶液质量增大6.4 g－0.2 g＝6.2 g。(3)燃料电池通O2的电极为正极，通CH4的电极为负极，即电极A为负极，负极上CH4失电子发生氧化反应，生成CO2，电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O；若电极B附近通入1 m3 空气(假设空气中O2的体积分数为20%)，则参加反应的O2的物质的量为1 000 L×20%÷22.4 L·mol－1，根据得失电子守恒可知，消耗CH4的体积为1 000 L×20%÷22.4 L·mol－1××22.4 L·mol－1＝100 L＝0.1 m3。(4)①电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。(5)阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应，析出H2，OH－增多，Na＋由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增加。
答案：(1)Q N2＋6H＋＋6e－===2NH3
(2)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ ②增大 6.2
(3)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O 0.1
(4)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ ②K＋ 由a到b
(5)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
知道化学变化中常见的能量转化形式，能说明化学反应中能量转化的主要原因。
了解化学能与热能的相互转化及其应用。了解吸热反应、放热反应、反应热(焓变)等概念。
能正确书写热化学方程式，能根据盖斯定律进行有关反应热的简单计算。
理解原电池和电解池的工作原理，能写出简单的电极反应和电池反应方程式。
了解常见的化学电源，认识化学能与电能相互转化的重要应用。
认识金属腐蚀的危害，理解金属发生电化学腐蚀的原理，能运用恰当的措施防止铁、铝等金属腐蚀。
了解提高燃料的燃烧效率、开发高能清洁燃料和研制新型化学电源的重要性。认识化学在解决能源危机中的重要作用。
化学能与热能
一、反应热及其表示方法
1．两种角度理解反应热
(1)从微观的角度说，是旧化学键断裂吸收的能量与新化学键形成放出的能量的差值。
在图中，a表示旧化学键断裂吸收的能量；b表示新化学键形成放出的能量；c表示反应热。
(2)从宏观的角度说，是反应物总能量与生成物总能量的差值。
在图中，a表示活化能；b表示活化分子变成生成物分子所释放的能量；c表示反应热。
2．反应热的量化参数——键能
反应热与键能的关系
反应热：ΔH＝E1－E2或ΔH＝E4－E3，即ΔH等于反应物的键能总和减去生成物的键能总和，或生成物具有的总能量减去反应物具有的总能量。
3．反应热的表示方法——热化学方程式
热化学方程式书写或判断的注意事项：
(1)注意ΔH的符号和单位：吸热反应的ΔH为“＋”，放热反应的ΔH为“－”；ΔH的单位为kJ·mol－1。
(2)注意测定条件：绝大多数的反应热是在25 ℃、101 kPa下测定的，此时可不注明温度和压强。
(3)注意热化学方程式中的化学计量数：热化学方程式中的化学计量数可以是整数，也可以是分数。
(4)注意物质的聚集状态：气体用“g”，液体用“l”，固体用“s”，溶液用“aq”。热化学方程式中不用“↑”和“↓”。
(5)注意ΔH的数值与符号：如果化学计量数加倍，则ΔH也要加倍。逆反应的反应热与正反应的反应热数值相等，但符号相反。
(6)对于具有同素异形体的物质，除了要注明聚集状态外，还要注明物质的名称。
例如：S(单斜，s)===S(正交，s) ΔH＝－0.33 kJ·mol－1。
二、盖斯定律及其应用
1．内容
一定条件下，一个反应不管是一步完成，还是分几步完成，反应的总热效应相同，即反应热的大小与反应途径无关，只与反应体系的始态和终态有关。
2．常用关系式
热化学方程式
焓变之间的关系
aA(g)===B(g) ΔH1
A(g)===B(g) ΔH2
ΔH2＝ΔH1或
ΔH1＝aΔH2
aA(g)===B(g) ΔH1
B(g)===aA(g) ΔH2
ΔH1＝－ΔH2
ΔH＝ΔH1＋ΔH2
1．(2017·高考江苏卷)通过以下反应可获得新型能源二甲醚(CH3OCH3)。下列说法不正确的是( )
①C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH1＝a kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g) ΔH2＝b kJ·mol－1
③CO2(g)＋3H2(g)===CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH3＝c kJ·mol－1
④2CH3OH(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g) ΔH4＝d kJ·mol－1
A．反应①、②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－1
D．反应2CO(g)＋4H2(g)===CH3OCH3(g)＋H2O(g)的ΔH＝(2b＋2c＋d) kJ·mol－1
解析：选C。反应①的产物为CO和H2，反应②的产物为CO2和H2，反应③的原料为CO2和H2，A项正确；反应③将温室气体CO2转化为燃料CH3OH，B项正确；反应④中生成物H2O为气体，C项中生成物H2O为液体，故C项中反应的焓变不等于 kJ·mol－1，C项错误；依据盖斯定律，由②×2＋③×2＋④，可得所求反应的焓变，D项正确。
2．(2016·高考江苏卷)通过以下反应均可获取H2。下列有关说法正确的是( )
①太阳光催化分解水制氢：2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH1＝＋571.6 kJ·mol－1
②焦炭与水反应制氢：C(s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g) ΔH2＝＋131.3 kJ·mol－1
③甲烷与水反应制氢：CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH3＝＋206.1 kJ·mol－1
A．反应①中电能转化为化学能
B．反应②为放热反应
C．反应③使用催化剂，ΔH3减小
D．反应CH4(g)===C(s)＋2H2(g)的ΔH＝＋74.8 kJ·mol－1
解析：选D。A项，反应①是光能转化为化学能，错误；B项，反应②的焓变为正值，属于吸热反应，错误；C项，催化剂不会改变反应的焓变，错误；D项，根据盖斯定律，③－②得所求反应，其焓变为206.1 kJ·mol－1－131.3 kJ·mol－1＝＋74.8 kJ·mol－1，正确。
3．(2014·高考江苏卷)已知：
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH1
CO2(g)＋C(s)===2CO(g) ΔH2
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH3
4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s) ΔH4
3CO(g)＋Fe2O3(s)===3CO2(g)＋2Fe(s) ΔH5
下列关于上述反应焓变的判断正确的是( )
A．ΔH1＞0，ΔH3＜0
B．ΔH2＞0，ΔH4＞0
C．ΔH1＝ΔH2＋ΔH3
D．ΔH3＝ΔH4＋ΔH5
解析：选C。A.C(s)、CO(g)在O2(g)中燃烧生成CO2，均为放热反应，则有ΔH1<0、ΔH3<0。
B．CO2(g)与C(s)在高温条件下反应生成CO(g)，该反应为吸热反应，则有ΔH2>0；Fe(s)与O2(g)反应生成Fe2O3(s)为放热反应，则有ΔH4<0。
C．将五个热化学方程式依次编号为①②③④⑤，根据盖斯定律，由②＋③可得①，则有ΔH1＝ΔH2＋ΔH3。
D．将五个热化学方程式依次编号为①②③④⑤，根据盖斯定律，由③×3－⑤×2可得④，则有ΔH4＝3ΔH3－2ΔH5。
4．(2018·高考江苏卷)用水吸收NOx(主要指NO和NO2)的相关热化学方程式如下：
2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq) ΔH＝－116.1 kJ·mol－1
3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l) ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1
反应3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：①2NO2(g)＋H2O(l)===HNO3(aq)＋HNO2(aq) ΔH＝－116.1 kJ·mol－1，②3HNO2(aq)===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l) ΔH＝＋75.9 kJ·mol－1，根据盖斯定律，由(①×3＋②)/2得：3NO2(g)＋H2O(l)===2HNO3(aq)＋NO(g) ΔH＝－136.2 kJ·mol－1。
答案：－136.2
叠加法求焓变
步骤1 “倒”
为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式颠倒过来，反应热的数值不变，但符号相反。这样，就不用再做减法运算了，实践证明，方程式相减时往往容易出错。
步骤2 “乘”
为了将方程式相加得到目标方程式，可将方程式乘以某个倍数，反应热也要相乘。
步骤3 “加”
上面的两个步骤做好了，只要将方程式相加即可得到目标方程式，反应热也要相加。
1．(2019·泰州中学高三四模)煤燃烧排放的烟气含有SO2和NOx，会污染大气。采用NaClO、Ca(ClO)2溶液作为吸收剂可同时对烟气进行脱硫、脱硝，下列说法正确的是( )
①SO2(g)＋2OH－(aq)===SO(aq)＋H2O(l) ΔH1＝a kJ/mol
②ClO－(aq)＋SO(aq)===SO(aq)＋Cl－(aq) ΔH2＝b kJ/mol
③CaSO4(s)Ca2＋(aq)＋SO(aq) ΔH3＝c kJ/mol
④SO2(g)＋Ca2＋(aq)＋ClO－(aq)＋2OH－(aq)===CaSO4(s)＋H2O(l)＋Cl－(aq) ΔH4＝d kJ/mol
A．随着吸收反应的进行，吸收剂溶液的pH逐渐减小
B．反应①②均为氧化还原反应
C．反应Ca(OH)2(aq)＋H2SO4(aq)===CaSO4(s)＋2H2O(l)的ΔH＝－c kJ/mol
D．d＝a＋b＋c
解析：选A。A.由反应①和④可知，随着吸收反应的进行，不断消耗OH－，因此导致吸收剂溶液的pH逐渐减小，A正确；B.反应①没有发生化合价的变化，不是氧化还原反应，B错误；C.反应Ca(OH)2(aq)＋H2SO4(aq)===CaSO4(s)＋2H2O的离子方程式为Ca2＋＋ SO＋2OH－＋2H＋===CaSO4↓＋2H2O，该离子反应不是反应③的逆反应，因此ΔH≠－c kJ/mol，C错误；D.根据盖斯定律可知④＝①＋②－③，所以d＝a＋b－c，D错误。
2．(2019·苏锡常镇四市高三调研)电石(主要成分为CaC2)是重要的基本化工原料。已知2 000 ℃时，电石生产原理如下：
①CaO(s)＋C(s)===Ca(g)＋CO(g) ΔH1＝a kJ·mol－1 平衡常数K1
②Ca(g)＋2C(s)===CaC2(s) ΔH2＝b kJ·mol－1 平衡常数K2
以下说法不正确的是( )
A．反应①K1＝c(Ca)·c(CO)
B．反应Ca(g)＋C(s)===CaC2(s)平衡常数K＝
C．2 000 ℃时增大压强，K1减小，K2增大
D．反应2CaO(s)＋CaC2(s)===3Ca(g)＋2CO(g) ΔH＝(2a－b) kJ·mol－1
解析：选C。A.反应①平衡常数K1＝c(Ca)·c(CO)，A正确；B.根据方程式可知反应Ca(g)＋C(s)===CaC2(s)的平衡常数K＝，B正确；C.平衡常数只与温度有关，2 000 ℃时增大压强，K1、K2均不变，C错误；D.根据盖斯定律可知①×2－②即得到反应2CaO(s)＋CaC2(s)===3Ca(g)＋2CO(g) ΔH＝(2a－b) kJ·mol－1，D正确。
3．环戊二烯()是重要的有机化工原料，广泛用于农药、橡胶、塑料等生产。
已知：(g)===(g)＋H2(g) ΔH1＝＋100.3 kJ·mol－1 ①
H2(g)＋I2(g)===2HI(g) ΔH2＝－11.0 kJ·mol－1 ②
对于反应：(g)＋I2(g)===(g)＋2HI(g) ③ ΔH3＝________kJ·mol－1。
解析：根据盖斯定律，由反应①＋反应②得反应③，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝(＋100.3－11.0) kJ·mol－1＝＋89.3 kJ·mol－1。
答案：＋89.3
4．Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行：
CuCl2(s)===CuCl(s)＋Cl2(g) ΔH1＝＋83 kJ·mol－1
CuCl(s)＋O2(g)===CuO(s)＋Cl2(g) ΔH2＝－20 kJ·mol－1
CuO(s)＋2HCl(g)===CuCl2(s)＋H2O(g) ΔH3＝－121 kJ·mol－1
则4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由(①＋②＋③)×2得4HCl(g)＋O2(g)===2Cl2(g)＋2H2O(g) ΔH＝－116 kJ·mol－1。
答案：－116
5．(1)近年来，研究人员提出利用含硫物质热化学循环实现太阳能的转化与存储。过程如下：
反应Ⅰ：2H2SO4(l)===2SO2(g)＋2H2O(g)＋O2(g) ΔH1＝＋551 kJ·mol－1
反应Ⅲ：S(s)＋O2(g)===SO2(g) ΔH3＝－297 kJ·mol－1
反应Ⅱ的热化学方程式：__________________________________________。
(2)SiHCl3在催化剂作用下发生反应：
2SiHCl3(g)=== SiH2Cl2(g)＋SiCl4(g) ΔH1＝＋48 kJ·mol－1
3SiH2Cl2(g)=== SiH4(g)＋2SiHCl3(g) ΔH2＝－30 kJ·mol－1
则反应4SiHCl3(g)=== SiH4(g)＋3SiCl4(g)的ΔH为________kJ·mol－1。
(3)CH4CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)=== 2CO(g)＋2H2(g)。
已知：C(s)＋2H2(g)=== CH4(g) ΔH＝－75 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)=== CO2(g) ΔH＝－394 kJ·mol－1
C(s)＋O2(g)=== CO(g) ΔH＝－111 kJ·mol－1
该催化重整反应的ΔH＝________kJ·mol－1。
解析：(1)由于反应Ⅱ是二氧化硫的歧化反应，且由题意可知其氧化产物和还原产物分别为H2SO4和S，根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应Ⅱ的化学方程式为3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s)。根据盖斯定律，反应Ⅰ与反应Ⅲ的热化学方程式相加得：2H2SO4(l)＋S(s)===3SO2(g)＋2H2O(g) ΔH＝＋254 kJ·mol－1，所以反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH＝－254 kJ·mol－1。
(2)将已知热化学方程式依次编号为①②，根据盖斯定律，由①×3＋②，可得：4SiHCl3(g)===SiH4(g)＋3SiCl4(g) ΔH＝3×48 kJ·mol－1－30 kJ·mol－1＝＋114 kJ·mol－1。
(3)将已知的3个热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律③×2－①－②得该催化重整反应的ΔH＝(－111×2＋75＋394) kJ·mol－1＝＋247 kJ·mol－1。
答案：(1)3SO2(g)＋2H2O(g)===2H2SO4(l)＋S(s) ΔH＝－254 kJ·mol－1 (2)＋114 (3)＋247
原电池的原理及应用
1．图解原电池工作原理
2．原电池装置图的升级考查
(1)装置①②③中，电子均不能通过电解质溶液(或内电路)。
(2)装置①中，由于不可避免会直接发生反应Zn＋Cu2＋===Cu＋Zn2＋而使化学能转化为热能，所以装置②的能量转化率比装置①高。
(3)盐桥的作用
①隔绝正、负极反应物，避免直接接触，导致电流不稳定；
②通过离子的定向移动，构成闭合回路；
③平衡电极区的电荷。
(4)离子交换膜的作用：离子交换膜是一种选择性透过膜，允许相应离子通过，离子迁移方向遵循电池中离子迁移方向。
角度一 燃料电池
1．下列说法正确的是( )
A．(2019·高考江苏卷)氢氧燃料电池的负极反应为O2＋2H2O＋4e－===4OH－
B．(2019·高考江苏卷)常温常压下，氢氧燃料电池放电过程中消耗11.2 L H2，转移电子的数目为6.02×1023
C．(2018·高考江苏卷)氢氧燃料电池放电时化学能全部转化为电能
D．(2016·高考江苏卷)氢氧燃料电池工作时，H2在负极上失去电子
答案：D
2．(2015·高考江苏卷)一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意图如下。下列有关该电池的说法正确的是( )
A．反应CH4＋H2O3H2＋CO，每消耗1 mol CH4转移12 mol电子
B．电极A上H2参与的电极反应为H2＋2OH－－2e－===2H2O
C．电池工作时，CO向电极B移动
D．电极B上发生的电极反应为O2＋2CO2＋4e－===2CO
解析：选D。A选项，甲烷中的C为－4价，一氧化碳中的C为＋2价，每个碳原子失去6个电子，因此每消耗1 mol甲烷失去6 mol电子，所以错误；B选项，熔融盐中没有氢氧根离子，因此氢氧根离子不能参与电极反应，电极反应式应为H2＋CO＋2CO－4e－===3CO2＋H2O，所以错误；C选项，CO应向负极移动，即向电极A移动，所以错误；D选项，电极B上氧气得电子与二氧化碳反应生成碳酸根离子，所以正确。
角度二 新型化学电源
3．(2019·高考全国卷Ⅲ)为提升电池循环效率和稳定性，科学家近期利用三维多孔海绵状Zn(3DZn)可以高效沉积ZnO的特点，设计了采用强碱性电解质的3DZnNiOOH二次电池，结构如图所示。电池反应为Zn(s)＋2NiOOH(s)＋H2O(l)ZnO(s)＋2Ni(OH)2(s)。下列说法错误的是( )
A．三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，所沉积的 ZnO分散度高
B．充电时阳极反应为 Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)
C．放电时负极反应为 Zn(s)＋2OH－(aq) －2e－===ZnO(s)＋H2O(l)
D．放电过程中 OH－ 通过隔膜从负极区移向正极区
解析：选D。该电池采用的三维多孔海绵状Zn具有较高的表面积，可以高效沉积ZnO，且所沉积的ZnO分散度高，A正确；根据题干中总反应可知该电池充电时，Ni(OH)2在阳极发生氧化反应生成NiOOH，其电极反应式为Ni(OH)2(s)＋OH－(aq)－e－===NiOOH(s)＋H2O(l)，B正确；放电时Zn在负极发生氧化反应生成ZnO，电极反应式为Zn(s)＋2OH－(aq) －2e－===ZnO(s)＋H2O(l)，C正确；电池放电过程中，OH－等阴离子通过隔膜从正极区移向负极区，D错误。
4．(2018·高考全国卷Ⅲ)一种可充电锂空气电池如图所示，当电池放电时，O2与Li＋在多孔碳材料电极处生成Li2O2－x(x＝0或1)。下列说法正确的是( )
A．放电时，多孔碳材料电极为负极
B．放电时，外电路电子由多孔碳材料电极流向锂电极
C．充电时，电解质溶液中Li＋向多孔碳材料区迁移
D．充电时，电池总反应为Li2O2－x=== 2Li＋(1－)O2
解析：选D。根据电池工作原理，多孔碳材料吸附O2，O2在此获得电子，所以多孔碳材料电极为电池的正极，A项错误；放电时电子从负极(锂电极)流出，通过外电路流向正极(多孔碳材料电极)，B项错误；Li＋带正电荷，充电时，应该向电解池的阴极(锂电极)迁移，C项错误；充电时，电池总反应为Li2O2－x===2Li＋O2，D项正确。
突破二次电池的四个角度
题组一 电极反应式的书写
1．(辨析“介质”书写电极反应式)按要求书写不同“介质”下甲醇燃料电池的电极反应式。
(1)酸性介质，如H2SO4溶液
负极：__________________________________________________________________。
正极：__________________________________________________________________。
(2)碱性介质，如KOH溶液
负极：_________________________________________________________________。
正极：_________________________________________________________________。
(3)熔融盐介质，如熔融K2CO3
负极：_________________________________________________________________。
正极：_________________________________________________________________。
(4)掺杂Y2O3的ZrO3固体做电解质，在高温下能传导O2－
负极：_________________________________________________________________。
正极：_________________________________________________________________。
答案：(1)CH3OH－6e－＋H2O===CO2↑＋6H＋
O2＋6e－＋6H＋===3H2O
(2)CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O
O2＋6e－＋3H2O===6OH－
(3)CH3OH－6e－＋3CO===4CO2↑＋2H2O
O2＋6e－＋3CO2===3CO
(4)CH3OH－6e－＋3O2－===CO2↑＋2H2O
O2＋6e－===3O2－
2．(明确“充、放电”书写电极反应式)镍镉(NiCd)可充电电池在现代生活中有广泛应用。已知某镍镉电池的电解质溶液为KOH溶液，其充、放电按下式进行：Cd＋2NiOOH＋2H2OCd(OH)2＋2Ni(OH)2。
负极：_________________________________________________________________。
阳极：_________________________________________________________________。
答案：Cd－2e－＋2OH－===Cd(OH)2
2Ni(OH)2＋2OH－－2e－===2NiOOH＋2H2O
3．(识别“交换膜”书写电极反应式)若将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的目的。如下图所示是通过人工光合作用，以CO2和H2O为原料制备HCOOH和O2的原理示意图。
负极：_______________________________________________________________。
正极：_______________________________________________________________。
答案：2H2O－4e－===O2↑＋4H＋
2CO2＋4H＋＋4e－===2HCOOH
4．(可逆反应电极反应式的书写)控制适合的条件，将反应2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I2 设计成如下图所示的原电池。回答下列问题：
(1)反应开始时，负极为________中的石墨(填“甲”或“乙”)，电极反应式为_______________________________________。
(2)电流表读数为________时，反应达到化学平衡状态。
(3)当达到化学平衡状态时，在甲中加入FeCl2固体，此时负极为________中的石墨(填“甲”或“乙”)，电极反应式为______________________________________________。
答案：(1)乙 2I－－2e－===I2 (2)零 (3)甲 2Fe2＋－2e－===2Fe3＋
5．(锂离子电池电极反应式的书写)某电动汽车配载一种可充放电的锂离子电池，放电时电池总反应为Li1－xCoO2＋LixC6===LiCoO2＋C6(x<1)。则：
负极：________________________________________________________________。
正极：_______________________________________________________________。
答案：LixC6－xe－===xLi＋＋C6
Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2
锂离子电池充放电分析
常见的锂离子电极材料
正极材料：LiMO2(M：Co、Ni、Mn等)
LiM2O4(M：Co、Ni、Mn等)
LiMPO4(M：Fe等)
负极材料：石墨(能吸附锂原子)
负极反应：LixCn－xe－===xLi＋＋nC
正极反应：Li1－xMO2＋xLi＋＋xe－===LiMO2
总反应：Li1－xMO2＋LixCnLiMO2＋nC
题组二 原电池工作原理的考查
6．乙烯催化氧化成乙醛可设计成如图所示的燃料电池，在制备乙醛的同时还可获得电能，其总反应方程式为2CH2===CH2＋O2―→2CH3CHO。下列有关说法正确的是( )
A．该电池电极a为正极，电极b为负极
B．电子移动方向：电极a→磷酸溶液→电极b
C．负极反应式为CH2===CH2－2e－＋H2O===2H＋＋CH3CHO
D．电极b有2.24 L O2参加反应，溶液中有0.4 mol H＋迁移到电极b上反应
解析：选C。从已知的总反应方程式可以判断，O2得到电子，化合价降低，所以O2在原电池正极被还原，则CH2===CH2失去电子，在原电池的负极被氧化。A.电极a上C2H4失去电子，所以电极a为负极，电极b上O2得到电子，所以电极b为正极，A错误；B.电子从负极a流出，经过外电路流向正极b，B错误；C.从题图可以看出，负极反应为CH2===CH2－e－―→CH3CHO，考虑到电解质溶液含磷酸，呈酸性，配平后的反应为CH2===CH2－2e－＋H2O===CH3CHO＋2H＋，C正确；D.选项中没有指出O2所处的温度和压强，所以无法计算O2的物质的量，D错误。
7．我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的NaCO2二次电池。将NaClO4溶于有机溶剂作为电解液，钠和负载碳纳米管的镍网分别作为电极材料，电池的总反应为3CO2＋4Na 2Na2CO3＋C。下列说法错误的是( )
A．放电时，ClO向负极移动
B．充电时释放CO2，放电时吸收CO2
C．放电时，正极反应为3CO2＋4e－=== 2CO＋C
D．充电时，正极反应为Na＋＋e－=== Na
解析：选D。电池放电时，ClO向负极移动，A项正确；结合总反应可知放电时需吸收CO2，而充电时释放CO2，B项正确；放电时，正极CO2得电子被还原生成单质C，即电极反应式为3CO2＋4e－===2CO＋C，C项正确；充电时阳极发生氧化反应，即C被氧化生成CO2，D项错误。
8．(结合化学平衡考查原电池的工作原理)如图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应“AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O”设计成的原电池装置，其中C1、C2 均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。
下列叙述中正确的是( )
A．甲组操作时，电流表指针发生偏转
B．甲组操作时，溶液颜色变浅
C．乙组操作时，C2 做正极
D．乙组操作时，C1 上发生的电极反应为I2＋2e－===2I－
解析：选D。图Ⅰ中的反应为AsO＋2I－＋2H＋AsO＋I2＋H2O，当加入适量浓盐酸时，平衡向右移动，有电子转移，但电子不会沿导线通过，所以甲组操作时，电流表指针不会发生偏转，但由于I2 浓度增大，所以溶液颜色变深；向图ⅡB烧杯中加入NaOH溶液，C2 上发生AsO－2e－＋2OH－===AsO＋H2O，电子沿导线流向C1 棒，C1棒发生I2＋2e－===2I－，所以C2 为负极，C1 为正极。
电解池的原理及应用 “膜”化学
1．图解电解池的工作原理
2．正确判断电极产物
(1)阳极产物的判断首先看电极，如果是活性电极做阳极，则电极材料失电子，电极溶解(注意：铁做阳极溶解生成Fe2＋，而不是Fe3＋)；如果是惰性电极，则需看溶液中阴离子的失电子能力，阴离子放电顺序为S2－＞I－＞Br－＞Cl－＞OH－(水)。
(2)阴极产物直接根据阳离子的放电顺序进行判断：Ag＋＞Fe3＋＞Cu2＋＞H＋＞Fe2＋＞Zn2＋……
活泼阳极失电子后得到的离子一般都会继续与电解质溶液中的离子发生复杂的反应，因此最终的氧化产物需要根据试题中的信息确定。
(1)铁阳极
Fe做阳极时其氧化产物可能是Fe2＋、Fe(OH)2或FeO。如用铁电极电解含Cr2O的酸性废水时，阳极反应为Fe－2e－===Fe2＋，生成的Fe2＋会还原废水中的Cr2O，离子反应方程式为Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，由于废水中H＋不断被消耗，溶液的pH增大，碱性增强，Fe3＋和Cr3＋分别转化为Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀除去。再如，用铁电极电解稀NaOH溶液制备Fe(OH)2的阳极反应为Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2；用铁电极电解浓的KOH溶液制备K2FeO4的阳极反应为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O。
(2)铝阳极
Al做阳极时其氧化产物可能是Al2O3、Al(OH)3、AlO、Al3＋。如给铝制品氧化膜增厚，铝制品做电解池阳极，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液，阳极反应为2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋；若是用铝电极电解烧碱溶液，阳极反应为Al－3e－＋4OH－===AlO＋2H2O。
(3)铜阳极
Cu做阳极时其氧化产物可能是Cu2＋或Cu＋(如Cu2O)。如电镀铜或精炼铜的阳极反应为Cu－2e－===Cu2＋；用铜电极电解NaOH溶液制备Cu2O的阳极反应为2Cu－2e－＋2OH－===Cu2O＋H2O。
3．对比掌握电解规律(阳极为惰性电极)
电解类型
电解质实例
使溶液复原
加入的物质
电解水
NaOH、H2SO4 、Na2SO4
水
电解电解质
HCl、CuCl2
原电解质
放氢生碱型
NaCl
HCl气体
放氧生酸型
CuSO4 、AgNO3
CuO、Ag2O
电解后有关电解质溶液恢复原态的问题应该用质量守恒法分析。一般是加入阳极产物和阴极产物的化合物，但也有特殊情况，如用惰性电极电解CuSO4溶液，Cu2＋完全放电之前，可加入CuO或CuCO3复原，而Cu2＋完全放电之后，应加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO2 复原。
4．电化学中的“膜”化学
(1)常见的隔膜
隔膜又叫离子交换膜，由高分子特殊材料制成。离子交换膜分三类：
①阳离子交换膜，简称阳膜，只允许阳离子通过，即允许H＋和其他阳离子通过，不允许阴离子通过。
②阴离子交换膜，简称阴膜，只允许阴离子通过，不允许阳离子通过。
③质子交换膜，只允许H＋通过，不允许其他阳离子和阴离子通过。
(2)隔膜的作用
①能将两极区隔离，阻止两极区产生的物质接触，防止发生化学反应。
②能选择性地允许离子通过，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
(3)解答步骤
第一步，分清隔膜类型。即交换膜属于阳膜、阴膜、质子膜中的哪一种，判断允许哪种离子通过隔膜。
第二步，写出电极反应式。判断交换膜两侧离子变化，推断电荷变化，根据电荷平衡判断离子迁移方向。
第三步，分析隔膜作用。在产品制备中，隔膜作用主要是提高产品纯度，避免产物之间发生反应，或避免产物因发生反应而造成危险。
角度一 利用电解原理制备物质
1．(2019·高考江苏卷)电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图如图。
(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__________________。
解析：(1)CO2中的C为＋4价，HCOO－中的C为＋2价，1 mol CO2转化为HCOO－时，得2 mol e－。(2)阳极上水放电，生成O2和H＋，H＋会与HCO反应使HCO减少，由电荷平衡可知，K＋会移向阴极区，所以KHCO3溶液浓度降低。
答案：(1)CO2＋H＋＋2e－===HCOO－或CO2＋HCO＋2e－===HCOO－＋CO
(2)阳极产生O2，pH减小，HCO浓度降低；K＋部分迁移至阴极区
2．(2018·高考江苏卷)用稀硝酸吸收NOx(主要指NO和NO2)，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。写出电解时阳极的电极反应式：________________________________________________________________________。
解析：电解时阳极HNO2失去电子生成HNO3，同时消耗水，得到较浓的硝酸，电极反应式为HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO。
答案：HNO2－2e－＋H2O===3H＋＋NO
3．(2017·高考江苏卷)电解Na2CO3溶液的原理如图所示。
阳极的电极反应式为________________________________________________，阴极产生的物质A的化学式为________________。
解析：阳极上OH－失去电子生成O2，由H2O电离出的H＋可以与CO反应生成HCO。阴极上H2O放电生成H2。
答案：4CO＋2H2O－4e－===4HCO＋O2↑ H2
角度二 电解原理的其他应用
4．(2017·高考全国卷Ⅱ)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为H2SO4H2C2O4混合溶液。下列叙述错误的是( )
A．待加工铝质工件为阳极
B．可选用不锈钢网作为阴极
C．阴极的电极反应式为Al3＋＋3e－===Al
D．硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
解析：选C。利用电解氧化法在铝制品表面形成致密的Al2O3薄膜，即待加工铝质工件做阳极，A项正确；阴极与电源负极相连，对阴极电极材料没有特殊要求，可选用不锈钢网等，B项正确；电解质溶液呈酸性，阴极上应是H＋放电，C项错误；在电解过程中，电解池中的阴离子向阳极移动，D项正确。
5．(2016·高考天津卷)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4。同时获得氢气：Fe＋2H2O＋2OH－FeO＋3H2↑，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色FeO，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。
(1)电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)。
(2)电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因为____________________。
(3)c(Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：
________________________________________________________________________。
解析：(1)电解时，阳极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO＋4H2O，阴极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，电解过程中，阳极室消耗OH－，c(OH－)降低。(2)根据题意，Na2FeO4易被H2还原，由于阴极产生的气体为H2，若不及时排出，会将Na2FeO4还原，使其产率降低。(3)根据题意，若碱性较弱，则Na2FeO4稳定性差，且反应慢；若碱性较强，则铁电极区会产生Fe(OH)3或Fe(OH)3 分解生成的Fe2O3，所以M点和N点的c(Na2FeO4)均低于最高值。
答案：(1)阳极室
(2)防止Na2FeO4与H2反应使产率降低
(3)M点：c(OH－)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢；或N点：c(OH－)过高，铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成，使Na2FeO4产率降低
角度三 金属的腐蚀与防护
6．(2019·高考江苏卷)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为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：选C。A项，铁和炭的混合物用NaCl溶液湿润后构成原电池，铁做负极，铁失去电子生成Fe2＋，电极反应式为Fe－2e－===Fe2＋，错误；B项，铁腐蚀过程中化学能除了转化为电能外，还转化为热能等，错误；C项，构成原电池后，铁腐蚀的速率变快，正确；D项，用水代替NaCl溶液，Fe和炭也可以构成原电池，Fe失去电子，空气中的O2得到电子，铁发生吸氧腐蚀，错误。
7．(2017·高考全国卷Ⅰ)支撑海港码头基础的钢管桩，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如图所示，其中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是( )
A．通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零
B．通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩
C．高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流
D．通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整
解析：选C。依题意，钢管桩为阴极，电子流向阴极，阴极被保护，钢管桩表面腐蚀电流指铁失去电子形成的电流，接近于0，铁不容易失去电子，A项正确；阳极上发生氧化反应，失去电子，电子经外电路流向阴极，B项正确；高硅铸铁做阳极，阳极上发生氧化反应，阳极上主要是海水中的水被氧化生成氧气，惰性辅助阳极不被损耗，C项错误；根据海水对钢管桩的腐蚀情况，增大或减小电流强度，D项正确。
1．金属腐蚀快慢的三个规律
(1)金属腐蚀类型的差异
电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防腐措施的腐蚀。
(2)电解质溶液的影响
①对同一金属来说，腐蚀的快慢(浓度相同)：强电解质溶液>弱电解质溶液>非电解质溶液。
②对同一种电解质溶液来说，电解质浓度越大，腐蚀越快。
(3)活动性不同的两种金属，活动性差别越大，腐蚀越快。
2．两种腐蚀与三种保护
(1)两种腐蚀：析氢腐蚀、吸氧腐蚀(关键在于电解液的pH)。
(2)三种保护：电镀保护、牺牲阳极的阴极保护法、外加电流的阴极保护法。
题组一 电解池中电极反应式的书写
1．按要求书写电极反应式。
(1)用惰性电极电解NaCl溶液
阳极：_____________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________。
(2)用惰性电极电解CuSO4溶液
阳极：______________________________________________________________；
阴极：_____________________________________________________________。
(3)铁做阳极，石墨做阴极电解NaOH溶液
阳极：______________________________________________________________；
阴极：________________________________________________________________。
(4)用惰性电极电解熔融MgCl2
阳极：________________________________________________________________；
阴极：________________________________________________________________。
答案：(1)2Cl－－2e－===Cl2↑ 2H＋＋2e－===H2↑
(2)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ 2Cu2＋＋4e－===2Cu
(3)Fe－2e－＋2OH－===Fe(OH)2 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(4)2Cl－－2e－===Cl2↑ Mg2＋＋2e－===Mg
2．(信息型电极反应式的书写)按要求书写电极反应式。
(1)以铝材为阳极，在H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极反应式为________________________________________________________________________。
(2)用Al单质做阳极，石墨做阴极，NaHCO3 溶液做电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q，写出阳极生成R的电极反应式：____________________________。
(3)用惰性电极电解K2MnO4 溶液能得到化合物KMnO4，则电极反应式为
阳极：_________________________________________________________________；
阴极：__________________________________________________________________。
(4)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出LiFePO4沉淀，则阳极反应式为______________________________
________________________________________________________________________。
答案：(1)2Al－6e－＋3H2O===Al2O3＋6H＋
(2)Al＋3HCO－3e－===Al(OH)3↓＋3CO2↑
(3)MnO－e－===MnO 2H＋＋2e－===H2↑
(4)Fe＋H2PO＋Li＋－2e－===LiFePO4↓＋2H＋
3．(根据“交换膜”利用信息书写电极反应式)按要求书写电极反应式。
(1)电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。
已知：3I2＋6OH－===IO＋5I－＋3H2O
阳极：________________________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________________。
(2)可用氨水作为吸收液吸收工业废气中的SO2，当吸收液失去吸收能力时，可通过电解法使吸收液再生而循环利用(电极均为石墨电极)，并生成化工原料硫酸。其工作示意图如下。
阳极：________________________________________________________________；
阴极：_______________________________________________________________。
答案：(1)2I－－2e－===I2 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
(2)HSO－2e－＋H2O===3H＋＋SO 2H＋＋2e－===H2↑(或2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－)
电解时电极反应式的书写步骤
题组二 电解原理及其应用
4．(“多膜”电解池)次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。H3PO2可用电渗析法制备，“四室电渗析法”工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：
(1)写出阳极的电极反应式：______________________________________________。
(2)分析产品室可得到H3PO2的原因：______________________________________
______________________________________________________________________。
(3)早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有________杂质，该杂质产生的原因是________________________________。
解析：(1)阳极是由水电离出的OH－放电，其反应式为2H2O－4e－===O2↑＋4H＋；(2)阳极室中的H＋穿过阳膜进入产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2；(3)阳极室内可能有部分H2PO或H3PO2失电子发生氧化反应，导致生成物中混有PO。
答案：(1)2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ (2)阳极室的H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2 (3)PO H2PO或H3PO2被氧化
5．(电解原理的相关计算)(1)甲醇电解法制氢气比电解水法制氢气的氢的利用率更高、电解电压更低。电解装置如图所示。
电源的正极为________(填“a”或“b”)。其中阳极的电极反应式为________________；标准状况下，每消耗1 mol甲醇，生成H2的体积为________。
(2)以甲醚、空气、氢氧化钾溶液为原料的燃料电池为电源，以石墨为电极电解500 mL滴有酚酞的NaCl溶液，装置如图所示。
请写出电解过程中Y电极附近观察到的现象：________________________________
________________________________________________________________________，
当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时，计算此时NaCl溶液的pH＝________(假设溶液的体积不变，气体全部从溶液中逸出)。
解析：(1)根据图示，左边应该是溶液中的氢离子得电子生成氢气，则左边为阴极，右边为阳极，故电源a为负极，b为正极；阳极上发生甲醇失电子变成二氧化碳的反应，电极反应式为CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋；每消耗1 mol甲醇转移6 mol电子，可以生成3 mol氢气，标准状况下体积为67.2 L。
(2)由装置图可知，Y电极与电源正极相连，即为阳极，电解NaCl溶液的阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，所以可观察到的现象为Y电极附近有气泡产生，上部分气体呈黄绿色；当燃料电池消耗2.8 L O2(标准状况下)时，电路中转移的电子n(e－)＝×4＝0.5 mol，根据电子转移守恒，结合电解NaCl溶液的反应方程式2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，可得此时溶液中生成n(OH－)＝0.5 mol，c(OH－)＝0.5 mol÷0.5 L＝1.0 mol·L－1，所以溶液的pH＝14。
答案：(1)b CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋ 67.2 L (2)Y电极附近溶液中有气泡产生，上部分气体呈黄绿色 14
电解计算破题“三方法”
原电池和电解池的计算包括两极产物的定量计算、溶液pH的计算、相对原子质量和阿伏加德罗常数的计算、产物的量与电量关系的计算等。通常有下列三种方法：
(1)根据得失电子守恒计算
用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。
(2)根据总反应式计算
先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。
(3)根据关系式计算
根据得失电子守恒关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。
如以通过4 mol e－为桥梁可构建如下关系式：
(式中M为金属，n为其离子的化合价数值)
[专题强化训练]
一、单项选择题
1．下列说法正确的是( )
A．等量的硫蒸气和硫固体分别完全燃烧，后者放出热量多
B．已知C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH＞0，则金刚石比石墨稳定
C．Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应是氧化还原反应，且反应的焓变大于零
D．含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和，放出28.7 kJ的热量，则表示该反应中和热的热化学方程式为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.4 kJ·mol－1
解析：选D。等量的硫蒸气和硫固体，硫蒸气的能量高，能量越高，燃烧放出的热量越多，A项错误；由C(石墨，s)===C(金刚石，s) ΔH>0，可知金刚石的能量比石墨的能量高，能量越高，越不稳定，所以石墨比金刚石稳定，B项错误；Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl反应中无元素化合价变化，属于非氧化还原反应，反应需要吸热，焓变大于零，C项错误；含20.0 g NaOH的稀溶液与稀盐酸完全中和生成0.5 mol水，放出28.7 kJ的热量，则中和热的热化学方程式可表示为NaOH(aq)＋HCl(aq)===NaCl(aq)＋H2O(l) ΔH＝－57.4 kJ·mol－1，D项正确。
2．利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如图所示。下列说法错误的是( )
A．相比现有工业合成氨，该方法条件温和，同时还可提供电能
B．阴极区，在氢化酶作用下发生反应H2＋2MV2＋===2H＋＋2MV＋
C．正极区，固氮酶为催化剂，N2 发生还原反应生成NH3
D．电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
解析：选B。由题图和题意知，电池总反应是3H2＋N2===2NH3。该合成氨反应在常温下进行，并形成原电池产生电能，反应不需要高温、高压和催化剂，A项正确；观察题图知，左边电极发生氧化反应MV＋－e－===MV2＋，为负极，不是阴极，B项错误；正极区N2在固氮酶作用下发生还原反应生成NH3，C项正确；电池工作时，H＋通过交换膜，由左侧(负极区)向右侧(正极区)迁移，D项正确。
3．锌空气燃料电池可用作电动车动力电源，电池的电解质溶液为KOH溶液，反应为2Zn＋O2＋4OH－＋2H2O===2Zn(OH)。下列说法正确的是( )
A．充电时，电解质溶液中K＋向阳极移动
B．充电时，电解质溶液中c(OH－)逐渐减小
C．放电时，负极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)
D．放电时，电路中通过2 mol电子，消耗氧气22.4 L(标准状况)
解析：选C。K＋带正电荷，充电时K＋应该向阴极移动，A项错误。根据该电池放电的总反应可知，放电时消耗OH－，则充电时，OH－浓度应增大，B项错误。放电时，Zn为负极，失去电子生成Zn(OH)，其电极反应为Zn＋4OH－－2e－===Zn(OH)，C项正确。消耗1 mol O2转移4 mol电子，故转移2 mol电子时消耗0.5 mol O2，在标准状况下的体积为11.2 L，D项错误。
4．(2019·徐州高三考前模拟)联氨(N2H4)常温下为无色液体，可用作火箭燃料。已知：
①2O2(g)＋N2(g)===N2O4(l) ΔH1
②N2(g)＋2H2(g)===N2H4(l) ΔH2
③O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3
④2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH4＝－1048.9 kJ·mol－1
下列说法不正确的是( )
A．O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH5，ΔH5＞ΔH3
B．ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1
C．1 mol O2(g)和2 mol H2(g)具有的总能量高于2 mol H2O(g)
D．联氨和N2O4做火箭推进剂的原因之一是反应放出大量的热
解析：选A。A.O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3；O2(g)＋2H2(g)===2H2O(l) ΔH5；两个反应均为放热反应，ΔH均为负值，放热越多ΔH越小，由于生成液态水放热更多，所以ΔH5＜ΔH3，A错误；B.根据盖斯定律，③×2－②×2－①得，2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，所以ΔH4＝2ΔH3－2ΔH2－ΔH1，B正确；C.O2(g)＋2H2(g)===2H2O(g) ΔH3，该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，C正确；D.由ΔH4＝－1 048.9 kJ·mol－1知，反应放出大量的热，所以可以用联氨和N2O4做火箭推进剂，D正确。
5．“水”电池是一种利用淡水与海水之间含盐量差别进行发电的电池，其总反应为5MnO2＋2Ag＋2NaCl===Na2Mn5O10＋2AgCl，如图以“水”电池为电源电解酸性FeCl2溶液，X电极附近溶液先变黄，下列有关分析不正确的是( )
A．该装置只涉及两种能量之间的转化
B．在线路中安装电压调节装置，可通过现象判断Fe2＋和Cl－的还原性强弱
C．“水”电池内Na＋不断向正极移动
D．Ⅱ为负极，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl
解析：选A。根据“水”电池总反应可知，Ag在负极发生氧化反应，MnO2在正极发生还原反应；由X电极附近溶液先变黄，可知X电极上Fe2＋失电子，被氧化为Fe3＋，即X电极为阳极，Y电极为阴极，则与其相连的Ⅰ、Ⅱ分别为“水”电池的正极和负极。“水”电池工作时化学能转化为电能，同时伴随着热量的变化，A项错误；根据X电极附近溶液先变黄可知，先是Fe2＋被氧化，后是Cl－被氧化，若在线路中安装电压调节装置，则可根据电压和现象判断Fe2＋、Cl－的还原性强弱，B项正确；“水”电池工作时，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C项正确；结合上述分析可知，Ⅱ为“水”电池的负极，负极上Ag失电子发生氧化反应，其电极反应式为Ag＋Cl－－e－===AgCl，D项正确。
6．一定条件下，在水溶液中1 mol Cl－、ClO(x＝1，2，3，4)的能量(kJ)相对大小如图所示。下列有关说法正确的是( )
A．e是ClO
B．b→a＋c反应的活化能为60 kJ/mol
C．a、b、c、d、e中c最稳定
D．b→a＋d反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq) ΔH＝－116 kJ/mol
解析：选D。 A．e中Cl元素化合价为＋7价，而ClO中Cl元素化合价为＋5价，故A错误；B.根据图中数据无法判断b→a＋c反应的活化能，故B错误；C.a、b、c、d、e中a能量最低，所以a最稳定，故C错误；D.b→a＋d，根据得失电子守恒得该反应方程式为3ClO－===ClO＋2Cl－，反应热＝(64 kJ/mol＋2×0 kJ/mol)－3×60 kJ/mol＝－116 kJ/mol，所以该反应的热化学方程式为3ClO－(aq)===ClO(aq)＋2Cl－(aq) ΔH＝－116 kJ/mol，故D正确。
二、不定项选择题
7．(2019·南京高三三模)CO、H2、C2H5OH三种物质燃烧的热化学方程式如下：
①CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH1＝a kJ/mol；
②H2(g)＋1/2O2(g)===H2O(g) ΔH2＝b kJ/mol；
③C2H5OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋3H2O(g) ΔH3＝c kJ/mol。
下列说法正确的是( )
A．ΔH1<0
B．2H2O(l)===2H2(g)＋O2(g) ΔH3＝－2b kJ/mol
C．CO与H2合成C2H5OH反应的原子利用率为100%
D．2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l) ΔH＝(2a＋4b－c) kJ/mol
解析：选AD。反应①为CO的燃烧，一定是放热反应，所以焓变小于0，选项A正确。反应②中水的状态为气态，而选项B中热化学方程式里水的状态为液态，显然无法计算选项B中热化学方程式的焓变，选项B错误。CO与H2合成C2H5OH的反应为2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l)，显然原子利用率小于100%，选项C错误。①×2＋②×4－③得到：2CO(g)＋4H2(g)===H2O(g)＋C2H5OH(l) ΔH＝(2a＋4b－c) kJ/mol，选项D正确。
8．某手机电池采用了石墨烯电池，可充电5 min，通话2 h。一种石墨烯锂硫电池(2Li＋S8===Li2S8)工作原理示意图如图所示。下列有关该电池的说法不正确的是( )
A．金属锂是比能量相对较高的电极材料
B．充电时A电极为阴极，发生还原反应
C．充电时B电极的反应：Li2S8－2e－===2Li＋＋S8
D．手机使用时电子从A电极经过手机电路板流向B电极，再经过电池电解质流回A电极
解析：选D。单位质量的电极材料失去电子的物质的量越多，则放出的电能越大，比能量越高，金属锂是比能量较高的电极材料，A正确；原电池中阳离子向正极移动，由题图可知，做电源时，B为正极，A为负极，负极发生失电子的氧化反应，则充电时A为阴极，发生还原反应，B正确；放电时，B电极上S8得电子生成Li2S8，反应为2Li＋＋S8＋2e－===Li2S8，则充电时B电极反应为Li2S8－2e－===2Li＋＋S8，C正确；电子只能在电极和导线中移动，不能在电解质中移动，D错误。
9．四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]常用作电子工业清洗剂，以四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]为原料，采用电渗析法合成(CH3)4NOH，其工作原理如图所示(a、b为石墨电极，c、d、e为离子交换膜)，下列说法不正确的是( )
A．N为电源正极
B．标准状况下制备0.75 mol (CH3)4NOH，a、b两极共产生16.8 L气体
C．c为阳离子交换膜，e为阴离子交拘膜
D．b极电极反应式：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O
解析：选BC。电解后左侧四甲基氢氧化铵[(CH3)4NOH]稀溶液转化为浓溶液，说明a极为阴极，发生还原反应，电极反应为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，则M为电源负极，N为电源正极，A正确；b为电解池阳极，电极反应为4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，制备0.75 mol(CH3)4NOH，需要阴极产生0.75 mol OH－，转移电子0.75 mol，阴、阳极共生成气体(＋)×22.4 L＝12.6 L，B错误，D正确；阴极c(OH－)不断增大，中间原料室的四甲基氯化铵[(CH3)4NCl]电离出的(CH3)4N＋穿过c膜进入左侧阴极室，c膜为阳离子交换膜；原料室的氯化钠稀溶液转化为浓溶液，表明右侧阳极室的钠离子穿过e膜进入原料室，故e膜为阳离子交换膜，C错误。
三、非选择题
10．按要求回答下列问题：
(1)以天然气为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。
已知：①CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g) ΔH1＝ a kJ·mol－1
②CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g) ΔH2＝ b kJ·mol－1
③CH4(g)＋2H2O(g)===CO2(g)＋4H2(g) ΔH3
请计算反应③的反应热ΔH3＝________(用a、b表示)kJ·mol－1。
(2)已知：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1
2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2
C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3
C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH
则ΔH＝________(用含ΔH1、ΔH2、ΔH3的式子表示)。
(3)某课题组实现了在常温常压下，以氮气和液态水为原料制备氨同时有氧气生成。
已知，在一定温度和压强下，由最稳定的单质生成1 mol纯物质的热效应，称为该物质的生成热(ΔH)。常温常压下，相关物质的生成热如下表所示：
物质
NH3(g)
H2O(l)
ΔH/(kJ·mol－1)
－46
－242
上述合成氨反应的热化学方程式为_________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知：①COS(g)＋H2(g)H2S(g)＋CO(g) ΔH1＝－17 kJ·mol－1
②COS(g)＋H2O(g)H2S(g)＋CO2(g) ΔH2＝－35 kJ·mol－1
③CO(g)＋H2O(g)H2(g)＋CO2(g) ΔH3
则ΔH3＝____________。
(5)汽车排气管内的催化转化器可实现尾气无毒处理。
已知：N2(g)＋O2(g)===2NO(g) ΔH＝＋180.5 kJ·mol－1
2C(s)＋O2(g)===2CO(g) ΔH＝－221.0 kJ·mol－1
CO2(g)===C(s)＋O2(g) ΔH＝＋393.5 kJ·mol－1
则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的 ΔH＝________ kJ·mol－1。
解析：(1)根据盖斯定律可得③＝①×2－②，所以ΔH3＝2ΔH1－ΔH2＝(2a－b) kJ·mol－1。
(2)已知：①2H2(g)＋O2(g)===2H2O(g) ΔH1；
②2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g) ΔH2；
③C(s)＋O2(g)===CO2(g) ΔH3；
根据盖斯定律，由③－×①－×②得反应C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g) ΔH＝ΔH3－ΔH1－ΔH2。
(3)由题意知①式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH1＝(－46×2) kJ·mol－1，②式：2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH2＝(－242×2) kJ·mol－1，2×①－3×②得方程式为2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝2ΔH1－3ΔH2＝＋1 268 kJ·mol－1。
(4)根据盖斯定律由②－①＝③可得ΔH3＝ΔH2－ΔH1＝－35 kJ·mol－1－(－17 kJ·mol－1)＝－18 kJ·mol－1。
(5)将已知热化学方程式依次编号为①②③，根据盖斯定律，由①＋②＋③×2得N2(g)＋2CO2(g)===2NO(g)＋2CO(g) ΔH＝(＋180.5 kJ·mol－1)＋(－221.0 kJ·mol－1)＋(＋393.5 kJ·mol－1)×2＝＋746.5 kJ·mol－1，则反应2NO(g)＋2CO(g)===N2(g)＋2CO2(g)的ΔH＝－746.5 kJ·mol－1。
答案：(1)2a－b (2)ΔH3－ΔH1－ΔH2 (3)2N2(g)＋6H2O(l)===3O2(g)＋4NH3(g) ΔH＝＋1 268 kJ·mol－1 (4)－18 kJ·mol－1 (5)－746.5
11．按要求回答下列问题：
(1)利用生物电池，以H2、N2为原料合成氨的装置如图1所示。
Q、R均为催化剂，据图示判断，负极反应的催化剂为________(填“Q”或“R”)；正极的电极反应式为___________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)用电化学法模拟工业处理SO2。将硫酸工业尾气中的SO2通入如图2装置(电极均为惰性材料)进行实验，可用于制备硫酸，同时获得电能：
①M极的电极反应式为______________________________________________________。
②当外电路通过0.2 mol电子时，质子交换膜左侧的溶液质量________(填“增大”或“减小”)________g。
(3)某种燃料电池以熔融碳酸钠、碳酸钾为电解质，其工作原理如图3所示，该电池负极的电极反应式为_________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若电极B附近通入1 m3空气(假设空气中O2的体积分数为20%)并完全反应，理论上可消耗相同条件下CH4的体积为________m3。
(4)KIO3可采用“电解法”制备，装置如图4所示。
①写出电解时阴极的电极反应式：___________________________________________。
②电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为______，其迁移方向是________。
(5)制备Na2S2O5可采用三室膜电解技术，装置如图5所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为________________________________________。
电解后，________室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。
解析：(1)根据原电池工作原理，负极上失去电子，元素化合价升高，所以通氢气的一端为负极，根据装置图判断，Q为负极催化剂；通氮气的一端为正极，根据工作原理，正极反应式为N2＋6H＋＋6e－===2NH3。(2)①反应本质是二氧化硫、氧气与水反应生成硫酸，M电极为负极，N电极为正极，M电极上二氧化硫失去电子被氧化生成SO，根据原子守恒和电荷守恒可知，有水参加反应，有氢离子生成，电极反应式为SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋。②正极反应式为O2＋4e－＋4H＋===2H2O，当外电路通过0.2 mol电子时，负极反应的二氧化硫为0.1 mol，质量为6.4 g，同时有0.2 mol氢离子通过质子交换膜进入右侧，左侧溶液质量增大6.4 g－0.2 g＝6.2 g。(3)燃料电池通O2的电极为正极，通CH4的电极为负极，即电极A为负极，负极上CH4失电子发生氧化反应，生成CO2，电极反应式为CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O；若电极B附近通入1 m3 空气(假设空气中O2的体积分数为20%)，则参加反应的O2的物质的量为1 000 L×20%÷22.4 L·mol－1，根据得失电子守恒可知，消耗CH4的体积为1 000 L×20%÷22.4 L·mol－1××22.4 L·mol－1＝100 L＝0.1 m3。(4)①电解法制备KIO3时，H2O在阴极得到电子，发生还原反应：2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。②电解池中阳离子向阴极移动，即由电极a向电极b迁移，阳离子交换膜只允许阳离子通过，故主要是K＋通过阳离子交换膜。(5)阳极发生氧化反应：2H2O－4e－===4H＋＋O2↑，阳极室H＋向a室迁移，a室中的Na2SO3转化成NaHSO3。阴极发生还原反应，析出H2，OH－增多，Na＋由a室向b室迁移，则b室中Na2SO3浓度增加。
答案：(1)Q N2＋6H＋＋6e－===2NH3
(2)①SO2＋2H2O－2e－===SO＋4H＋ ②增大 6.2
(3)CH4＋4CO－8e－===5CO2＋2H2O 0.1
(4)①2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑ ②K＋ 由a到b
(5)2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ a
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