專題六化學反應與能量考情分析高考命題分析命題情境(1)日常生活情境:從新型化學電源(鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、燃料電池等)等情境選材,要求考生利用基本概念和原理解釋化學中的現象。(2)生產環(huán)保情境:從化工生產(如合成氨、電化學合成)等情境選材,理解反應原理,解決化工生產實際問題。(3)學術探索情境:從與化學有關的最新學術研究成果選材,開拓學生的學科視野,提高學生的創(chuàng)新思維能力。素養(yǎng)能力(1)理解與辨析能力:理解蓋斯定律、原電池和電解池的工作原理,并能遷移應用于新型電池等,理解“兩池”在生產、生活中的應用。(2)分析與推測能力:基于質量守恒和能量守恒等規(guī)律,分析化學電源、反應機理等,分析物質的結構與變化、推測反應原理及結果。(3)實踐探索:依據原電池或電解池原理,結合實驗探究目的(如物質的氧化性等)、圖表信息等,設計實驗方案,運用相關原理,描述實驗現象并分析實驗數據等,提升化學實驗技能。考題統(tǒng)計(1)化學能與熱能:(2023全國甲卷,28)(2023全國乙卷,28)(2022全國甲卷,28)(2022全國乙卷,28)(2021全國甲卷,28)(2020全國Ⅰ卷,28)(2020全國Ⅱ卷,28)(2019全國Ⅰ卷,28)(2019全國Ⅱ卷,27)(2019全國Ⅲ卷,28)(2)原電池和化學電源:(2023全國乙卷,12)(2022全國甲卷,10)(2022全國乙卷,12)(2020全國Ⅰ卷,12、27)(2020全國Ⅲ卷,12)(2019全國Ⅰ卷,12)(2019全國Ⅲ卷,13)(3)電解池及金屬的腐蝕與防護:(2023全國甲卷,12)(2021全國甲卷,13)(2020全國Ⅱ卷,12、26)(2019全國Ⅱ卷,27)(2019全國Ⅲ卷,28)(4)電化學的綜合應用:(2023全國甲卷,12)(2021全國乙卷,12)(2020全國Ⅱ卷,12、26)考點1化學能與熱能聚焦核心要點要點1反應中能量變化與熱化學方程式課標指引:1.知道內能是體系內物質的各種能量的總和,受溫度、壓強、物質的聚集狀態(tài)的影響。

2.能用熱化學方程式表示反應中的能量變化,能運用反應焓變合理選擇和利用化學反應。1.從宏觀角度和微觀角度理解反應熱

圖像分析微觀角度宏觀角度a表示斷裂舊化學鍵吸收的能量;b表示生成新化學鍵放出的能量a表示反應的活化能;b表示活化分子形成生成物釋放的能量2.燃燒熱及其理解

3.書寫熱化學方程式的“五步驟”要點2ΔH的計算和蓋斯定律課標指引:1.認識化學能與熱能的相互轉化,恒溫恒壓條件下化學反應的反應熱可以用焓變表示,能進行反應焓變的簡單計算。

2.了解蓋斯定律及其簡單應用。1.蓋斯定律的理解與應用(1)蓋斯定律的理解蓋斯定律表明,在一定條件下,化學反應的反應熱只與反應體系的始態(tài)和終態(tài)有關,而與反應進行的途徑無關。則有:ΔH=ΔH1+ΔH2=ΔH3+ΔH4+ΔH5。

(2)蓋斯定律的應用根據蓋斯定律,可以利用已知反應的反應熱來計算未知反應的反應熱。2.計算反應熱(ΔH)的四種常用方法(1)根據物質的能量(焓值)計算反應熱:ΔH=生成物總能量-反應物總能量。(2)根據鍵能計算反應熱:ΔH=反應物的總鍵能-生成物的總鍵能。(3)根據活化能計算反應熱:ΔH=Ea(正反應)-Ea(逆反應)。(4)根據蓋斯定律計算反應熱:將熱化學方程式進行疊加,符合質量守恒和能量守恒規(guī)律。易錯辨析用CH4催化還原NOx,可以消除氮氧化物的污染。例如:①CH4(g)+4NO2(g)══4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-574

kJ·mol-1②CH4(g)+4NO(g)══2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-1

160

kJ·mol-1試判斷下列說法的正誤。1.若用0.1

mol

CH4還原NO2生成N2和水蒸氣,放出的熱量為173.4

kJ。(

)×①CH4(g)+4NO2(g)══4NO(g)+CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-574

kJ·mol-1②CH4(g)+4NO(g)══2N2(g)+CO2(g)+2H2O(g)

ΔH=-1

160

kJ·mol-1根據蓋斯定律,①+②可得2CH4(g)+4NO2(g)══2N2(g)+2CO2(g)+4H2O(g)

ΔH=-1

734

kJ·mol-1,若用0.1

mol

CH4還原NO2生成N2和水蒸氣,放出的熱量為86.7

kJ。2.由反應①可推知:CH4(g)+4NO2(g)══4NO(g)+CO2(g)+2H2O(l)

ΔH>-574

kJ·mol-1。(

)3.等量甲烷參與反應時,①②轉移的電子數相同。(

)4.若反應②放出116

kJ熱量,則轉移電子的物質的量為1.6

mol。(

)×氣態(tài)水變成液態(tài)水會放熱,所以2中反應的ΔH<-574

kJ·mol-1。

√反應①和反應②中,,所以等量甲烷參與反應①②,轉移的電子數相同。×若反應②放出116

kJ熱量,則0.4

mol

NO參加反應,轉移電子的物質的量為0.8

mol。精研核心命題命題點1反應中能量變化和熱化學方程式典例1(2021·全國甲卷,28節(jié)選)二氧化碳催化加氫制甲醇,有利于減少溫室氣體二氧化碳。二氧化碳加氫制甲醇的總反應可表示為CO2(g)+3H2(g)══CH3OH(g)+H2O(g),該反應一般認為通過如下步驟來實現:①CO2(g)+H2(g)══CO(g)+H2O(g)

ΔH1=+41kJ·mol-1②CO(g)+2H2(g)══CH3OH(g)

ΔH2=-90kJ·mol-1總反應的ΔH=

kJ·mol-1;若反應①為慢反應,下列示意圖中能體現上述反應能量變化的是

(填字母),判斷的理由是

。

-49AΔH1為正值,ΔH2和ΔH為負值,反應①的活化能大于反應②的解析

二氧化碳加氫制甲醇的總反應可表示為CO2(g)+3H2(g)══CH3OH(g)+H2O(g),該反應一般認為通過如下步驟來實現:①CO2(g)+H2(g)══CO(g)+H2O(g)

ΔH1=+41

kJ·mol-1,②CO(g)+2H2(g)══CH3OH(g)

ΔH2=-90

kJ·mol-1,根據蓋斯定律可知,由①+②可得CO2(g)+3H2(g)══CH3OH(g)+H2O(g)

ΔH=(+41

kJ·mol-1)+(-90

kJ·mol-1)=-49

kJ·mol-1;總反應為放熱反應,因此生成物總能量低于反應物總能量,反應①為慢反應,因此反應①的活化能大于反應②,同時反應①的反應物總能量低于生成物總能量,反應②的反應物總能量高于生成物總能量,因此示意圖中能體現反應能量變化的是A項。變式演練(2023·浙江1月選考卷)標準狀態(tài)下,氣態(tài)反應物和生成物的相對能量與反應歷程示意圖如下[已知O2(g)和Cl2(g)的相對能量為0],下列說法不正確的是(

)A.E6-E3=E5-E2B.可計算Cl—Cl鍵能為2(E2-E3)kJ·mol-1C.相同條件下,O3的平衡轉化率:歷程Ⅱ>歷程ⅠD.歷程Ⅰ、歷程Ⅱ中速率最快的一步反應的熱化學方程式為ClO(g)+O(g)══O2(g)+Cl(g)

ΔH=(E5-E4)kJ·mol-1C解析

由圖可知,反應O3(g)+O(g)══2O2(g)的ΔH=(E6-E3)

kJ·mol-1,反應O3(g)+O(g)+Cl(g)══2O2(g)+Cl(g)[即O3(g)+O(g)══2O2(g)]的ΔH=(E5-E2)

kJ·mol-1,從而可得:E6-E3=E5-E2,A正確。由于Cl2(g)的相對能量為0,[O3(g)+O(g)]的相對能量為E3

kJ·mol-1,[O3(g)+O(g)+Cl(g)]的相對能量為E2

kJ·mol-1,則Cl(g)的相對能量為(E2-E3)

kJ·mol-1,故Cl—Cl的鍵能為2(E2-E3)

kJ·mol-1,B正確。由圖可知,歷程Ⅱ使用了催化劑,但催化劑不能使平衡發(fā)生移動,則平衡轉化率不同,故O3的平衡轉化率:歷程Ⅰ=歷程Ⅱ,C錯誤。一般來說,活化能越低,反應速率越快,由圖可知,歷程Ⅱ中第二步反應的活化能最低,該步反應速率最快,結合圖中物質的相對能量,可得熱化學方程式為ClO(g)+O(g)══O2(g)+Cl(g)

ΔH=(E5-E4)

kJ·mol-1,D正確。命題點2反應熱的計算與蓋斯定律的應用典例2

(1)[2023·全國甲卷,28節(jié)選]已知下列反應的熱化學方程式:①3O2(g)══2O3(g)

K1

ΔH1=285kJ·mol-1②2CH4(g)+O2(g)══2CH3OH(l)

K2

ΔH2=-329kJ·mol-1反應③CH4(g)+O3(g)══CH3OH(l)+O2(g)的ΔH3=

kJ·mol-1,平衡常數K3=

(用K1、K2表示)。

(2)[2023·全國乙卷,28節(jié)選]已知下列熱化學方程式:FeSO4·7H2O(s)══FeSO4(s)+7H2O(g)

ΔH1=akJ·mol-1FeSO4·4H2O(s)══FeSO4(s)+4H2O(g)

ΔH2=bkJ·mol-1FeSO4·H2O(s)══FeSO4(s)+H2O(g)

ΔH3=ckJ·mol-1則FeSO4·7H2O(s)+FeSO4·H2O(s)══2(FeSO4·4H2O)(s)的ΔH=

kJ·mol-1。-307a+c-2b(3)[2022·全國甲卷,28節(jié)選]TiO2轉化為TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃時反應的熱化學方程式如下:(ⅰ)直接氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)══TiCl4(g)+O2(g)

ΔH1=172kJ·mol-1(ⅱ)碳氯化:TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)══TiCl4(g)+2CO(g)

ΔH2=-51kJ·mol-1則反應2C(s)+O2(g)══2CO(g)的ΔH為

kJ·mol-1。

(4)[2022·全國乙卷,28節(jié)選]已知下列反應的熱化學方程式:①2H2S(g)+3O2(g)══2SO2(g)+2H2O(g)

ΔH1=-1036kJ·mol-1②4H2S(g)+2SO2(g)══3S2(g)+4H2O(g)ΔH2=94kJ·mol-1③2H2(g)+O2(g)══2H2O(g)

ΔH3=-484kJ·mol-1計算H2S熱分解反應④2H2S(g)══S2(g)+2H2(g)的ΔH4=

kJ·mol-1。

-223170(2)根據蓋斯定律,將第1個反應加上第3個反應,再減去第2個反應的2倍,可得目標反應,故該反應的焓變ΔH=(a+c-2b)

kJ·mol-1。(3)根據蓋斯定律,由(ⅱ)-(ⅰ)可得反應2C(s)+O2(g)══2CO(g),則有ΔH=ΔH2-ΔH1=(-51

kJ·mol-1)-172

kJ·mol-1=-223

kJ·mol-1。命題點2反應熱的計算與蓋斯定律的應用典例3

(2022·浙江6月選考卷)標準狀態(tài)下,下列物質氣態(tài)時的相對能量如下表:物質(g)28OHHOHOOH2O2H2O2H2O249218391000-136-242可根據HO(g)+HO(g)══H2O2(g)計算出H2O2中氧氧單鍵的鍵能為214kJ·mol-1。下列說法不正確的是(

)A.H2的鍵能為436kJ·mol-1B.O2的鍵能大于H2O2中氧氧單鍵的鍵能的兩倍C.解離氧氧單鍵所需能量:HOO<H2O2D.H2O(g)+O(g)══H2O2(g)

ΔH=-143kJ·mol-1C解析

根據表格中的數據可知,H2的鍵能為218

kJ·mol-1×2=436

kJ·mol-1,A正確;O2的鍵能為249

kJ·mol-1×2=498

kJ·mol-1,H2O2中氧氧單鍵的鍵能為214

kJ·mol-1,則O2的鍵能大于H2O2中氧氧單鍵的鍵能的兩倍,B正確;HOO══HO+O,解離其中氧氧單鍵需要的能量為249

kJ·mol-1+39

kJ·mol-1-10

kJ·mol-1=278

kJ·mol-1,H2O2中氧氧單鍵的鍵能為214

kJ·mol-1,C錯誤;由表中的數據可知H2O(g)+O(g)══H2O2(g)的ΔH=-136

kJ·mol-1-249

kJ·mol-1-(-242

kJ·mol-1)=-143

kJ·mol-1,D正確。變式演練(1)(2023·寧夏銀川一模)以NH3、CO2為原料生產重要的高效氮肥——尿素[CO(NH2)2],兩步反應的能量變化如圖所示。2NH3(g)+CO2(g)══CO(NH2)2(s)+H2O(g)的ΔH=___________________

(用

表示)。已知,則兩步反應中

(填“第一步”或“第二步”)反應決定了生產尿素的反應速率。

第二步

(2)(2023·湖南卷,16節(jié)選)已知下列反應的熱化學方程式:+118(3)(2023·青海海東一中一模)已知:反應ⅰ.6NO(g)+4NH3(g)5N2(g)+6H2O(g)

ΔH1=-1808kJ·mol-1;反應ⅱ.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH2=-91.4kJ·mol-1。部分化學鍵鍵能如下表所示:化學鍵N—HN≡NH—O鍵能/(kJ·mol-1)390946463NO中氮氧鍵鍵能為

。

633kJ·mol-1【思維建模】解答有關蓋斯定律及應用類題目的思維模型訓練分層落實練真題·明考向1.(2022·浙江1月選考卷)相關有機物分別與氫氣發(fā)生加成反應生成1mol環(huán)己烷()的能量變化如圖所示:下列推理不正確的是(

)A.2ΔH1≈ΔH2,說明碳碳雙鍵加氫放出的熱量與分子內碳碳雙鍵數目成正比B.ΔH2<ΔH3,說明單雙鍵交替的兩個碳碳雙鍵間存在相互作用,有利于物質穩(wěn)定C.3ΔH1<ΔH4,說明苯分子中不存在三個完全獨立的碳碳雙鍵D.ΔH3-ΔH1<0,ΔH4-ΔH3>0,說明苯分子具有特殊穩(wěn)定性A解析

雖然2ΔH1≈ΔH2,但是2ΔH1≠ΔH3,說明碳碳雙鍵加氫放出的熱量與分子內碳碳雙鍵數目并不一定成正比,A錯誤;ΔH2<ΔH3,即單雙鍵交替的物質能量低,更穩(wěn)定,說明單雙鍵交替的兩個碳碳雙鍵間存在相互作用,有利于物質穩(wěn)定,B正確;3ΔH1<ΔH4,說明苯分子中不存在三個完全獨立的碳碳雙鍵,C正確;ΔH3-ΔH1<0,ΔH4-ΔH3>0,說明苯分子具有特殊穩(wěn)定性,D正確。2.(2023·山東卷,20節(jié)選)一定條件下,水氣變換反應CO+H2OCO2+H2的中間產物是HCOOH。為探究該反應過程,研究HCOOH水溶液在密封石英管中的分解反應。Ⅰ.HCOOHCO+H2O(快)Ⅱ.HCOOHCO2+H2(慢)一定條件下,反應Ⅰ、Ⅱ的焓變分別為ΔH1、ΔH2,則該條件下水氣變換反應的焓變ΔH=

(用含ΔH1、ΔH2的代數式表示)。

ΔH2-ΔH1解析

根據蓋斯定律,將反應Ⅱ減去反應Ⅰ,可得水氣變換反應:CO+H2OCO2+H2,故該反應的ΔH=ΔH2-ΔH1。89.3解析

依據蓋斯定律,將①+②,可得所求反應的焓變。

4.(2023·上海閔行區(qū)一模)由N2O和NO反應生成N2和NO2的能量變化如圖所示。下列說法正確的是(

)A.反應消耗1molN2O吸熱139kJB.反應物的總鍵能小于生成物的總鍵能C.加入催化劑可以減少反應熱,加快反應速率D.相同條件下,反應物、生成物和過渡態(tài)中的物質,過渡態(tài)中的物質最穩(wěn)定B練易錯·避陷阱

解析

該反應中,反應物總能量高于生成物總能量,為放熱反應,則反應消耗1

mol

N2O時放熱139

kJ,A錯誤;該反應是放熱反應,則反應物的總鍵能小于生成物的總鍵能,B正確;加入催化劑可以改變反應的活化能,加快反應速率,但是不能改變反應熱,C錯誤;相同條件下,反應物、生成物和過渡態(tài)中的物質,過渡態(tài)的能量最高,過渡態(tài)最不穩(wěn)定,D錯誤。5.(2023·廣東汕頭一模)下圖是用釕(Ru)基催化劑催化CO2(g)和H2(g)的反應示意圖,當反應生成46g液態(tài)HCOOH時放出31.2kJ的熱量。下列說法錯誤的是(

)A.反應歷程中存在極性鍵、非極性鍵的斷裂與形成B.圖示中物質Ⅰ為該反應的催化劑,物質Ⅱ、Ⅲ為中間產物C.使用催化劑可以降低反應的活化能,但無法改變反應的焓變D.由題意知:HCOOH(l)══CO2(g)+H2(g)

ΔH=+31.2kJ·mol-1A解析

由反應示意圖可知,反應過程中不存在非極性鍵的形成,A錯誤;物質Ⅰ為反應起點存在的物質,最終又生成該物質,則物質Ⅰ為催化劑,物質Ⅱ、Ⅲ為中間過程出現的物質,則物質Ⅱ、Ⅲ為中間產物,B正確;催化劑通過降低反應的活化能來加快反應速率,但不能改變反應的焓變,C正確;生成46

g(即1

mol)液態(tài)HCOOH時放出31.2

kJ的熱量,該反應的熱化學方程式為CO2(g)+H2(g)══HCOOH(l)

ΔH=-31.2

kJ·mol-1,其逆反應為HCOOH(l)══CO2(g)+H2(g)

ΔH=+31.2

kJ·mol-1,D正確。6.(2023·天津十二區(qū)重點校聯考)金屬Ni可活化C2H6放出CH4,其反應歷程如圖所示:下列關于該活化歷程的說法錯誤的是(

)A.中間體1→中間體2的過程是放熱過程B.加入催化劑可降低該反應的反應熱,加快反應速率C.Ni和C2H6的總鍵能小于NiCH2和CH4的總鍵能D.中間體2→中間體3的過程是決定整個歷程反應速率的關鍵步驟B解析

中間體1的相對能量為-56.21

kJ·mol-1,中間體2的相對能量為-154.82

kJ·mol-1,中間體1→中間體2的過程是放熱過程,A正確;催化劑不能改變反應物和生成物的能量,加入催化劑,該反應的反應熱不變,B錯誤;Ni(s)和C2H6(g)的相對總能量為0,NiCH2(s)和CH4(g)的相對總能量為-6.57

kJ·mol-1,該反應是放熱反應,Ni(s)和C2H6(g)的總鍵能小于NiCH2(s)和CH4(g)的總鍵能,C正確;慢反應決定總反應的速率,中間體2→中間體3的過程反應的活化能最大,反應速率最慢,則中間體2→中間體3的過程是決定整個歷程反應速率的關鍵步驟,D正確。練預測·押考向7.肼(N2H4)在不同條件下的分解產物不同,200℃時在Cu表面分解的機理如圖1所示。已知200℃時:反應Ⅰ:3N2H4(g)══N2(g)+4NH3(g)

ΔH1=-akJ·mol-1(a>0);反應Ⅱ:N2H4(g)+H2(g)══2NH3(g)

ΔH2=bkJ·mol-1;總反應為N2H4(g)══N2(g)+2H2(g)

ΔH3。下列說法不正確的是(

)A.圖示反應①是放熱反應B.b<0C.3molN2H4(g)的總能量高于1molN2(g)和4molNH3(g)的總能量D.ΔH3=(a+2b)kJ·mol-1D解析

圖示反應①N2H4(g)分解為N2(g)和NH3(g)的ΔH<0,則①是放熱反應,A正確;由圖2可知,1

mol

N2H4(g)和1

mol

H2(g)具有總能量高于2

mol

NH3(g)具有總能量,該反應是放熱反應,則b<0,B正確;反應Ⅰ是放熱反應,則3

mol

N2H4(g)具有的總能量高于1

mol

N2(g)和4

mol

NH3(g)具有的總能量,C正確;由Ⅰ-Ⅱ×2可得:N2H4(g)══N2(g)+2H2(g),根據蓋斯定律,該反應的ΔH3=-(a+2b)

kJ·

mol-1,D錯誤。8.乙烯在硫酸催化下水合生成乙醇的反應機理與能量的關系如下圖所示。下列說法正確的是(

)A.由圖像可知總反應為放熱反應B.第①步反應中只有O—H發(fā)生斷裂C.總反應速率由第②步反應決定D.1mol乙烯的能量高于1mol乙醇的能量答案

A

解析

從圖中可知,反應物的總能量高于生成物的總能量,則總反應為放熱反應,A正確;第①步反應斷裂了碳碳雙鍵中的一個鍵及碳氫鍵,B錯誤;反應歷程中活化能越大,反應越慢,活化能最大的反應決定總反應速率,題給反應中第①步反應的活化能最大,決定總反應速率,C錯誤;根據總反應可知,因反應物和生成物均為兩種,則無法比較1

mol

C2H4和1

mol

CH3CH2OH的能量高低,D錯誤。9.碳及其化合物間的轉化廣泛存在于自然界及人類的生產和生活中。已知25℃、101kPa時:①1mol葡萄糖[C6H12O6(s)]完全燃燒生成CO2(g)和H2O(l),放出2804kJ熱量。②CO(g)+O2(g)══CO2(g)

ΔH=-283kJ·mol-1。(1)25℃時,CO2(g)與H2O(l)經光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)的熱化學方程式為

。(2)25℃、101kPa時,氣態(tài)分子斷開1mol化學鍵的焓變稱為鍵焓。已知O=O、C≡O的鍵焓分別為495kJ·mol-1、799kJ·mol-1,CO2(g)分子中碳氧鍵的鍵焓為

kJ·mol-1。

6CO2(g)+6H2O(l)===C6H12O6(s)+6O2(g)

ΔH=+2804kJ·mol-1664.75(3)天然氣的主要成分為CH4,一般還含有C2H6等烴類,是重要的燃料和化工原料。乙烷在一定條件可發(fā)生如下反應:C2H6(g)══C2H4(g)+H2(g)

ΔH,相關物質的燃燒熱數據如下表所示:物質C2H6(g)C2H4(g)H2(g)燃燒熱ΔH/(kJ·mol-1)-1560-1411-286則ΔH=

kJ·mol-1。

+137解析

(1)由已知信息①可寫出熱化學方程式:C6H12O6(s)+6O2(g)══6CO2(g)+6H2O(l)

ΔH=-2

804

kJ·mol-1,CO2(g)與H2O(l)經光合作用生成葡萄糖[C6H12O6(s)]和O2(g)是葡萄糖燃燒反應的逆反應,生成1

mol葡萄糖會吸收2

804

kJ的熱量,故反應的熱化學方程式為6CO2(g)+6H2O(l)══C6H12O6(s)+6O2(g)

ΔH=+2

804

kJ·mol-1。考點2原電池原理和化學電源聚焦核心要點要點1原電池的工作原理與應用課標指引:1.認識化學能與電能相互轉化的實際意義及其重要應用。

2.能分析、解釋原電池的工作原理,能設計簡單的原電池。1.原電池的工作原理思維模型

2.原電池中電極反應和電池反應的書寫方法

3.設計制作原電池的方法

要點2新型化學電源及分析課標指引:1.能列舉常見的化學電源,并能利用相關信息分析化學電源的工作原理。

2.能綜合考慮化學變化中的物質變化和能量變化來分析、解決實際問題,如新型電池的開發(fā)等。1.教材中化學電源裝置的遷移應用(1)二次電池裝置(2)燃料電池裝置

2.分析二次電池類題目的思維模型

3.分析燃料電池類題目的思維模型

易錯辨析1.有電化學裝置甲、乙分別如下圖所示。(1)甲中Zn電極失去電子發(fā)生氧化反應,電子經過H2SO4溶液后,流向Ag電極。(

)×Zn比Ag活潑,Zn為負極,Zn失電子變?yōu)閆n2+,電子經導線轉移到Ag電極,電子不經過電解質溶液,故(1)錯誤。(2)乙中H+向Fe電極方向移動。(

)2.實驗室用鐵片和稀硫酸反應制H2,加少量Cu粉能使該反應速率加快。(

)×Fe為較活潑電極,為負極,C為正極,電解質溶液中陽離子移向正極,則H+向C電極方向移動,故(2)錯誤。√銅和鐵構成原電池,能加快鐵和稀硫酸的反應速率。精研核心命題命題點1新型化學電源及其分析典例1(2023·全國乙卷)室溫鈉-硫電池被認為是一種成本低、比能量高的能源存儲系統(tǒng)。一種室溫鈉-硫電池的結構如圖所示。將鈉箔置于聚苯并咪唑膜上作為一個電極,表面噴涂有硫黃粉末的炭化纖維素紙作為另一電極。工作時,在硫電極發(fā)生反應:下列敘述錯誤的是(

)A.充電時Na+從鈉電極向硫電極遷移B.放電時外電路電子流動的方向是a→bC.放電時正極反應為D.炭化纖維素紙的作用是增強硫電極導電性能A變式演練(2022·湖南卷)海水電池在海洋能源領域備受關注,一種鋰-海水電池構造示意圖如下。下列說法錯誤的是(

)A.海水起電解質溶液作用B.N極僅發(fā)生的電極反應:2H2O+2e-

══2OH-+H2↑C.玻璃陶瓷具有傳遞離子和防水的功能D.該鋰-海水電池屬于一次電池B解析

海水中含有豐富的電解質,如氯化鈉、氯化鎂等,可作為電解質溶液,A正確。該電池的總反應可能為4Li+2H2O+O2══4LiOH,M極上Li失去電子發(fā)生氧化反應,則M電極為負極,電極反應為Li-e-══Li+,N極為正極,電極反應為O2+2H2O+4e-══4OH-,B錯誤。Li為活潑金屬,易與水反應,玻璃陶瓷的作用是防止水和Li反應,并能傳遞離子,C正確。該電池不可充電,屬于一次電池,D正確。命題點2二次電池及其分析典例2

(2019·全國Ⅲ卷)為提升電池循環(huán)效率和穩(wěn)定性,科學家近期利用三維多孔海綿狀Zn(3D-Zn)可以高效沉積ZnO的特點,設計了采用強堿性電解質的3D-Zn-NiOOH二次電池,結構如下圖所示。電池反應為Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)

ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)。下列說法錯誤的是(

)A.三維多孔海綿狀Zn具有較高的表面積,所沉積的ZnO分散度高B.充電時陽極反應為Ni(OH)2(s)+OH-(aq)-e-══NiOOH(s)+H2O(l)C.放電時負極反應為Zn(s)+2OH-(aq)-2e-══ZnO(s)+H2O(l)D.放電過程中OH-通過隔膜從負極區(qū)移向正極區(qū)D解析

三維多孔海綿狀Zn表面積較大,可高效沉積ZnO,所沉積的ZnO分散度也高,A項正確;根據總反應方程式Zn(s)+2NiOOH(s)+H2O(l)ZnO(s)+2Ni(OH)2(s)可知,充電時Ni(OH)2(s)在陽極上發(fā)生氧化反應:Ni(OH)2(s)-e-+OH-(aq)══NiOOH(s)+H2O(l),B項正確;放電時Zn在負極上發(fā)生氧化反應:Zn(s)-2e-+2OH-(aq)══ZnO(s)+H2O(l),C項正確;在放電過程中,陰離子應向負極移動,D項錯誤。思路分析

解答本題的思路如下:(1)分析充電時電極a的反應類型,判斷電極a、b的名稱。(2)根據充電和放電時同一電極上物質變化相反,確定放電時電極a、b上發(fā)生的反應及NaCl溶液的變化。(3)根據充電時電極a、b的反應,結合得失電子守恒,確定電極a質量的變化情況。變式演練(2023·全國新課標卷)一種以V2O5和Zn為電極、Zn(CF3SO3)2水溶液為電解質溶液的電池,其示意圖如下所示。放電時,Zn2+可插入V2O5層間形成ZnxV2O5·nH2O。下列說法錯誤的是(

)A.放電時V2O5為正極B.放電時Zn2+由負極向正極遷移C.充電總反應:xZn+V2O5+nH2O══ZnxV2O5·nH2OD.充電陽極反應:ZnxV2O5·nH2O-2xe-══xZn2++V2O5+nH2OC解析

Zn為活潑金屬,放電時發(fā)生氧化反應為電源的負極,則V2O5電極為正極,A正確;放電時,陽離子(Zn2+)由負極向正極遷移,B正確;xZn+V2O5+nH2O══ZnxV2O5·nH2O反應中Zn發(fā)生氧化反應,為放電總反應方程式,C錯誤;充電時陽極(原電池正極)重新生成V2O5,D正確。【思維建模】解答二次電池的構成及原理類題目的思維模型命題點3燃料電池及分析典例3

(2021·山東卷)以KOH溶液為離子導體,分別組成CH3OH-O2、N2H4-O2、(CH3)2NNH2-O2清潔燃料電池,下列說法正確的是(

)A.放電過程中,K+均向負極移動B.放電過程中,KOH物質的量均減小C.消耗等質量燃料,(CH3)2NNH2-O2燃料電池的理論放電量最大D.消耗1molO2時,理論上N2H4-O2燃料電池氣體產物的體積在標準狀況下為11.2LC解析

放電過程為原電池,陽離子向正極移動,K+均向正極移動,A錯誤;N2H4-O2燃料電池的產物為氮氣和水,未消耗KOH,n(KOH)保持不變,其他兩種燃料電池均消耗KOH,n(KOH)減小,B錯誤;理論放電量與燃料的物質的量和轉移電子數有關,設消耗燃料的質量均為m

g,則甲醇、N2H4和(CH3)2NNH2放電量分別為

,通過比較可知(CH3)2NNH2的理論放電量最大,C正確;正極反應為O2+2H2O+4e-══4OH-,消耗1

mol

O2時電路中通過4

mol電子,根據

N2H4~N2~4e-可知,負極消耗1

mol

N2H4,在標準狀況下體積為22.4

L,D錯誤。變式演練(2023·四川自貢二診)科學家基于Cl2易溶于CCl4的性質,發(fā)展了一種新型儲能氯流電池(如圖),其中電極a為NaTi2(PO4)3/Na3Ti2(PO4)3。通過風力發(fā)電進行充電時,電極a的反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-══Na3Ti2(PO4)3。下列說法錯誤的是(

)A.放電時,電子的流向:電極a→輸電網→電極bB.充電時,電極b為陽極,發(fā)生氧化反應C.放電時總反應:NaTi2(PO4)3+2NaClNa3Ti2(PO4)3+Cl2↑D.充電時,每轉移0.2mol電子,NaCl溶液質量減少11.7gC解析

充電時,電極a的反應為NaTi2(PO4)3+2Na++2e-══Na3Ti2(PO4)3,a極發(fā)生還原反應,則a為陰極,b為陽極;放電時a為負極、b為正極。放電時電子由負極經輸電網流向正極,A正確;充電時,電極b為陽極,失去電子發(fā)生氧化反應,B正確;放電時總反應為Na3Ti2(PO4)3失去電子發(fā)生氧化反應生成鈉離子、氯氣得到電子發(fā)生還原反應生成氯離子,總反應為Na3Ti2(PO4)3+Cl2

NaTi2(PO4)3+2NaCl,C錯誤;充電時,根據電子守恒可知,2Na+~2e-~2NaCl,每轉移0.2

mol電子,NaCl溶液質量減少0.2

mol×58.5

g·mol-1=11.7

g,D正確。訓練分層落實練真題·明考向1.(2022·全國乙卷)Li-O2電池比能量高,在汽車、航天等領域具有良好的應用前景。近年來,科學家研究了一種光照充電Li-O2電池(如圖所示)。光照時,光催化電極產生電子(e-)和空穴(h+),驅動陰極反應(Li++e-Li)和陽極反應(Li2O2+2h+══2Li++O2)對電池進行充電。下列敘述錯誤的是(

)A.充電時,電池的總反應Li2O2══2Li+O2B.充電效率與光照產生的電子和空穴量有關C.放電時,Li+從正極穿過離子交換膜向負極遷移D.放電時,正極發(fā)生反應O2+2Li++2e-══Li2O2C解析

根據電子守恒,將陰極反應和陽極反應加和可得充電時總反應方程式:Li2O2══2Li+O2,A項敘述正確;根據題給信息,充電過程是通過光照來實現的,B項敘述正確;放電時,帶正電的Li+應向電池的正極移動,C項敘述錯誤;根據圖示,放電時正極上O2轉化為Li2O2,電極反應為2Li++2e-══+O2Li2O2,D項敘述正確。2.(2020·全國Ⅰ卷)科學家近年發(fā)明了一種新型Zn-CO2水介質電池。電池示意圖如下,電極為金屬鋅和選擇性催化材料。放電時,溫室氣體CO2被轉化為儲氫物質甲酸等,為解決環(huán)境和能源問題提供了一種新途徑。下列說法錯誤的是(

)A.放電時,負極反應為Zn-2e-+4OH-══[Zn(OH)4]2-B.放電時,1molCO2轉化為HCOOH,轉移電子的物質的量為2molC.充電時,電池總反應為

══2Zn+O2↑+4OH-+2H2OD.充電時,正極溶液中OH-濃度升高D解析

由題給裝置圖可知,放電時負極鋅失去電子后結合OH-生成[Zn(OH)4]2-,負極反應為Zn-2e-+4OH-══[Zn(OH)4]2-,A項正確;放電時,正極上CO2得電子生成HCOOH,CO2中C的化合價為+4價,HCOOH中C的化合價為+2價,1

mol

CO2轉化為1

mol

HCOOH,轉移2

mol電子,B項正確;充電時陰極上

參與反應得到鋅,陽極上H2O參與反應得到氧氣,電池總反應為2[Zn(OH)4]2-══2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,C項正確;充電時,陽極上發(fā)生失電子的氧化反應:2H2O-4e-══O2↑+4H+,OH-濃度降低,D項錯誤。練易錯·避陷阱3.(2023·北京朝陽區(qū)一模)將銅棒插入濃、稀Cu(NO3)2溶液中(裝置如圖),觀察到電流計指針發(fā)生偏轉,一段時間后,浸入濃Cu(NO3)2溶液的銅棒變粗。下列說法不正確的是(

)A.銅棒變粗的反應:Cu2++2e-══CuB.導線中電子移動的方向:b→aC.隨著反應的進行,濃、稀Cu(NO3)2溶液的濃度逐漸接近D.Cu2+的氧化性隨c(Cu2+)增大而增強,Cu的還原性隨c(Cu2+)增大而減弱B解析

浸入濃Cu(NO3)2溶液的銅棒變粗,說明該電極有銅析出,則b側電極為正極,電極反應為Cu2++2e-══Cu,A正確;導線中電子由負極移向正極,即a→b,B錯誤;隨著反應的進行,右側不斷消耗Cu2+,左側不斷生成Cu2+,濃、稀Cu(NO3)2溶液的濃度逐漸接近,C正確;對比分析可知,Cu2+的氧化性隨c(Cu2+)增大而增強,Cu的還原性隨c(Cu2+)增大而減弱,D正確。4.(2023·四川瀘州二診)一種高壓可充電Zn-PbO2電池工作原理如圖所示,通過復合膜ab與復合膜ba反向放置,分隔兩室電解液,復合膜間是少量H2O,復合膜ab與ba交界處離子不能通過,復合膜中a膜是陽離子交換膜,b膜是陰離子交換膜。下列說法錯誤的是(

)A.放電時,K+穿過a膜移向復合膜ab間B.放電時,復合膜ba間發(fā)生了H2O解離出H+和OH-的變化C.充電時的總反應式為PbSO4+[Zn(OH)4]2-══Zn+PbO2+2H2O+D.充電時的陽極電極反應式為PbSO4+4OH--2e-══PbO2++2H2OD解析

根據圖中信息鋅失去電子,鋅為負極,二氧化鉛是正極。放電時,原電池“同性相吸”,則K+穿過陽離子交換膜即a膜移向復合膜ab間,A正確;放電時,負極不斷消耗OH-,復合膜ba間發(fā)生了H2O解離出H+和OH-的變化,解離出的OH-穿過陰離子交換膜即b膜向負極移動,解離出的H+穿過陽離子交換膜即a膜向正極移動,B正確;放電時負極是鋅失去電子變?yōu)閇Zn(OH)4]2-,正極是二氧化鉛得到電子變?yōu)榱蛩徙U,則充電時的總反應式為5.(2023·安徽淮北一模)一種新型電池裝置如圖所示,下列敘述錯誤的是(

)A.鎳鈷電極反應:N2H4+4OH--4e-══N2↑+4H2OB.Ⅱ區(qū)的Na+通過a隔膜向Ⅰ區(qū)遷移,Cl-通過b隔膜向Ⅲ區(qū)遷移C.該裝置工作時總反應:N2H4+4OH-+4H+══N2↑+4H2OD.該裝置工作時還利用了中和能C解析

鎳鈷電極上N2H4被氧化生成N2,則該電極是負極,電極反應為N2H4+4OH--4e-══N2↑+4H2O,A正確;原電池中陽離子向正極遷移,陰離子向負極遷移,Ⅱ區(qū)的Na+通過a隔膜向Ⅰ區(qū)遷移,Cl-通過b隔膜向Ⅲ區(qū)遷移,B正確;正、負極反應相加得到總反應,則該裝置工作時的總反應為N2H4══N2↑+2H2↑,C錯誤;根據正、負極反應可知,該裝置工作時還利用了中和能,D正確。練預測·押考向6.一款低成本高能效的新型無隔膜鈰鉛單液流電池裝置如圖所示,該電池用石墨氈作電極,可溶性鈰鹽和鉛鹽的混合酸性溶液作電解質溶液。已知電池反應為Pb+2Ce4+

Pb2++2Ce3+。下列相關說法正確的是(

)A.放電時,Pb2+在b電極發(fā)生還原反應B.該電池可用稀硫酸酸化電解質溶液C.充電過程中,a電極發(fā)生的反應為Ce3+-e-══Ce4+D.放電過程中,電解質溶液中向a電極移動D解析

放電時a電極為負極,電極反應為Pb-2e-══Pb2+,在a電極發(fā)生氧化反應,A錯誤;能與Pb2+反應生成PbSO4沉淀,故不能用稀硫酸酸化電解質溶液,B錯誤;充電過程中,a電極發(fā)生的反應為Pb2++2e-══Pb,C錯誤;放電過程中,電解質溶液中陰離子移向負極,故電解質溶液中的

向a電極移動,D正確。7.(2023·內蒙古赤峰4月模擬)2022年中國團隊在巴塞羅那獲得“鎂未來技術獎”。一種以MgCl2-聚乙烯醇為電解液的鎂電池如圖所示。下列說法不正確的是(

)A.放電時,正極的電極反應式為Mg2++2e-+V2O5══MgV2O5B.放電一段時間后,聚乙烯醇中的c(Mg2+)幾乎保持不變C.充電時,Mg2+嵌入V2O5晶格中D.若將電解液換成MgCl2水溶液,工作時電池可能產生鼓包C解析

結合題圖中裝置可知,放電時Mg為負極,V2O5為正極。放電時負極電極反應式為Mg-2e-══Mg2+,正極電極反應式為Mg2++2e-+V2O5══MgV2O5,A正確;由放電時電池總反應式V2O5+Mg══MgV2O5知,放電不影響電解質溶液的Mg2+濃度,故一段時間后,聚乙烯醇中的c(Mg2+)幾乎保持不變,B正確;充電時陽極電極反應式為MgV2O5-2e-══V2O5+Mg2+,Mg2+從V2O5中脫離,C錯誤;若將電解液換成MgCl2水溶液,Mg能與水緩慢反應生成H2,工作時電池可能產生鼓包,D正確。8.(2023·陜西寶雞二模)海泥細菌通過消耗海底沉積層中的有機物獲得營養(yǎng),同時產生電子。科學家利用這一原理設計了海泥細菌電池,該技術可在海底加速石油污染物的降解速率,其中海泥代謝產物顯酸性,電池工作原理如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A.負極的電極反應式為CH2O-4e-+H2O══CO2+4H+B.工作時B電極附近溶液pH減小C.海水和海泥含有電解質,導電性高,有利于輸出電能D.A電極消耗標準狀況下O25.6L,有1mol質子通過海底沉積層和海水層交接面A解析

由題圖可知,A極氧氣得到電子發(fā)生還原反應生成水,為正極,O2+4e-

+4H+══2H2O;B電極HS-失去電子發(fā)生氧化反應生成硫單質,為負極,HS--2e-══S↓+H+。由分析可知,負極反應為HS--2e-══S↓+H+,A錯誤;工作時B電極附近生成氫離子,酸性增強,溶液pH減小,B正確;海水和海泥含有電解質,導電性高,有利于形成閉合電路輸出電能,C正確;A電極反應為O2+4e-+4H+══2H2O,消耗標準狀況下O2

5.6

L,為0.25

mol氧氣,根據電子守恒可知,有1

mol質子通過海底沉積層和海水層交接面,D正確。考點3電解池原理及金屬的腐蝕與防護聚焦核心要點要點1電解池原理及應用課標指引:1.了解電解池的工作原理,認識電解在實現物質轉化和儲存能量中的具體應用。

2.能分析、解釋電解池的工作原理,能設計簡單的電解池。1.基于電解CuCl2溶液的電解池模型(兩電極均為惰性電極)2.判斷電解池的電極產物的方法(1)陽極產物的判斷首先看電極,若為活性電極作陽極,則電極材料失電子,電極本身溶解;若為惰性電極作陽極,則需看溶液中陰離子的失電子能力,陰離子放電順序為S2->I->Br->Cl->OH-(水)。(2)陰極產物的判斷直接根據陽離子的放電順序進行判斷:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)。微點撥①鐵作為陽極時,發(fā)生氧化反應生成Fe2+而溶解,不是生成Fe3+;②電解時,溶液中Fe3+發(fā)生還原反應,一般生成Fe2+。要點2金屬的腐蝕與防護課標指引:1.了解金屬發(fā)生電化學腐蝕的本質,知道金屬腐蝕的危害,了解防止金屬腐蝕的措施。

2.能利用電化學原理解釋金屬腐蝕的現象,選擇并設計防腐措施。1.熟悉兩種電化學防護原理及方法兩種方法都要采用輔助陽極,將被保護金屬作為陰極方法犧牲陽極法外加電流法原理圖示

原理分析利用原電池原理,被保護金屬為正極,受到保護利用電解池原理,將被保護金屬與電源的負極相連,電解池的陰極受到保護2.基于“介質”判斷電化學腐蝕的類型

易錯辨析1.有電化學裝置甲、乙分別如下圖所示。

(1)甲中陰極反應為Ag++e-══Ag。(

)(2)乙中電解開始時陽極產生黃綠色氣體。(

)√甲為電解池,銀離子在陰極得電子生成銀單質,電極反應式為Ag++e-══Ag,故(1)正確。×乙為電解池,Pt為陽極,Fe為陰極,失電子能力:I->Cl-,所以電解開始時陽極上碘離子失電子生成碘單質,(2)錯誤。2.在電解精煉粗銅的過程中,當陰極質量增重32

g時轉移的電子數為NA。(

)3.用銅作為電極電解AgNO3溶液:4Ag++2H2O4Ag+O2↑+4H+。(

)××用銅作為電極電解AgNO3溶液時,陽極上Cu失電子轉化為Cu2+,陰極上是Ag+得到電子轉化為Ag,故該電解反應方程式為Cu+2Ag+

2Ag+Cu2+。精研核心命題命題點1電解池原理及其應用典例1

(2021·全國甲卷)乙醛酸是一種重要的化工中間體,可采用如下圖所示的電化學裝置合成。圖中的雙極膜中間層中的H2O解離為H+和OH-,并在直流電場作用下分別向兩極遷移。下列說法正確的是(

)A.KBr在上述電化學合成過程中只起電解質的作用B.陽極上的反應式為C.制得2mol乙醛酸,理論上外電路中遷移了1mol電子D.雙極膜中間層中的H+在外電場作用下向鉛電極方向遷移答案

D

解析

由題圖可知,在鉛電極乙二酸變成乙醛酸是去氧的過程,發(fā)生還原反應,則鉛電極是電解裝置的陰極,石墨電極發(fā)生氧化反應,反應為2Br--2e-══Br2,是電解裝置的陽極。由上述分析可知,Br-起到還原劑的作用,A錯誤;陽極上的反應式為2Br--2e-══Br2,B錯誤;制得2

mol乙醛酸,實際上是左、右兩側各制得1

mol乙醛酸,共轉移2

mol電子,故理論上外電路中遷移的電子為2

mol,C錯誤;電解裝置中,陽離子移向陰極(即鉛電極),D正確。變式演練(2023·湖北卷)我國科學家設計如圖所示的電解池,實現了海水直接制備氫氣技術的綠色化。該裝置工作時陽極無Cl2生成且KOH溶液的濃度不變,電解生成氫氣的速率為xmol·h-1。下列說法錯誤的是(

)A.b電極反應式為2H2O+2e-══H2↑+2OH-B.離子交換膜為陰離子交換膜C.電解時海水中動能高的水分子可穿過PTFE膜D.海水為電解池補水的速率為2xmol·h-1D解析

該裝置工作時,b電極連接電源負極為陰極,電極上放出H2:2H2O+2e-══H2↑+2OH-,A正確;陽極無Cl2生成且KOH溶液濃度不變,則本質上是電解水,陽極生成O2,兩極之間轉移OH-,離子交換膜為陰離子交換膜,B正確;電解的本質是電解水,而KOH濃度不變,PTFE膜不透液態(tài)水,則通過PTFE膜的水應為動能高的水分子(透汽),C正確;電解生成H2的速率為x

mol·h-1,根據總反應可知,海水為電解池補水的速率為x

mol·h-1,D錯誤。【思維建模】解答電解原理及其應用類題目的思維模型(1)判斷電解池陰、陽極的方法(2)判斷電極產物和書寫電極反應的方法

命題點2金屬腐蝕的電化學防護典例2

(2022·廣東卷)為檢驗犧牲陽極的陰極保護法對鋼鐵防腐的效果,將鍍層有破損的鍍鋅鐵片放入酸化的3%NaCl溶液中。一段時間后,取溶液分別實驗,能說明鐵片沒有被腐蝕的是(

)A.加入AgNO3溶液產生沉淀B.加入淀粉碘化鉀溶液無藍色出現C.加入KSCN溶液無紅色出現D.加入K3[Fe(CN)6]溶液無藍色沉淀生成D解析

NaCl溶液中含有Cl-,加入AgNO3溶液后,不管鐵片是否被腐蝕,均會出現白色沉淀,A錯誤;淀粉碘化鉀溶液可檢測氧化性物質,但不論鐵片是否被腐蝕,均無氧化性物質生成,B錯誤;KSCN溶液可檢測Fe3+是否存在,鋼鐵腐蝕生成Fe2+,無論鐵片是否被腐蝕,加入KSCN溶液后,均無紅色出現,C錯誤;K3[Fe(CN)6]是用于檢測Fe2+的試劑,若鐵片沒有被腐蝕,溶液中不會生成Fe2+,則加入K3[Fe(CN)6]溶液就不會出現藍色沉淀,D正確。變式演練(2023·四川內江一模)近年來,我國多條高壓直流電線路的瓷絕緣子出現鐵帽腐蝕現象,在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽的腐蝕。下列說法正確的是(

)A.陰極的電極反應式為4OH--4e-══O2↑+2H2OB.陽極的電極反應式為Zn-2e-══Zn2+C.通電時,該裝置為犧牲陽極的陰極保護法D.斷電時,鋅環(huán)失去保護作用B解析

通電時,陰極發(fā)生還原反應,電極反應式為2H2O+2e-══H2↑+2OH-,A項錯誤;通電時,鋅為陽極,則陽極的電極反應式為Zn-2e-══Zn2+,B項正確;通電時,該裝置是電解池,為外接電流的陰極保護法,C項錯誤;斷電時,構成原電池裝置,鐵為正極,鋅為負極,仍能防止鐵帽被腐蝕,鋅環(huán)仍然具有保護作用,D項錯誤。訓練分層落實練真題·明考向1.(2023·全國甲卷)用可再生能源電還原CO2時,采用高濃度的K+抑制酸性電解液中的析氫反應來提高多碳產物(乙烯、乙醇等)的生成率,裝置如下圖所示。下列說法正確的是(

)A.析氫反應發(fā)生在IrOx-Ti電極上B.Cl-從Cu電極遷移到IrOx-Ti電極C.陰極發(fā)生的反應有:2CO2+12H++12e-══C2H4+4H2OD.每轉移1mol電子,陽極生成11.2L氣體(標準狀況)答案

C

解析

根據電還原CO2可知IrOx-Ti電極為電解池陽極,Cu電極為電解池陰極。析氫反應發(fā)生在陰極(Cu電極)上,A項錯誤;質子交換膜只允許兩極區(qū)轉移H+,B項錯誤;,結合H2SO4溶液和電荷守恒可知陰極反應有2CO2+12H++12e-══C2H4+4H2O,C項正確;陽極反應為2H2O-4e-

══O2↑+4H+4

mol

22.4

L

1

mol

V(O2)解得V(O2)=5.6

L,D項錯誤。2.(2020·全國Ⅱ卷)電致變色器件可智能調控太陽光透過率,從而實現節(jié)能。下圖是某電致變色器件的示意圖。當通電時,Ag+注入無色WO3薄膜中,生成AgxWO3,器件呈現藍色,對于該變化過程,下列敘述錯誤的是(

)A.Ag為陽極B.Ag+由銀電極向變色層遷移C.W元素的化合價升高D.總反應為WO3+xAg══AgxWO3C解析

該裝置是電解池,通電時銀失去電子被氧化為Ag+,因此,銀電極為陽極,A項正確;電解池工作時,Ag+向陰極移動,即Ag+由銀電極向變色層遷移,B項正確;WO3在陰極發(fā)生還原反應,即W元素的化合價降低,C項錯誤;電池總反應為WO3+xAg══AgxWO3,D項正確。3.(2021·全國乙卷)沿海電廠采用海水為冷卻水,但在排水管中生物的附著和滋生會阻礙冷卻水排放并降低冷卻效率。為解決這一問題,通常在管道口設置一對惰性電極(如圖所示),通入一定的電流。下列敘述錯誤的是(

)A.陽極發(fā)生將海水中的Cl-氧化生成Cl2的反應B.管道中可以生成氧化滅殺附著生物的NaClOC.陰極生成的H2應及時通風稀釋安全地排入大氣D.陽極表面形成的Mg(OH)2等積垢需要定期清理D解析

海水中存在大量的Cl-,在陽極Cl-放電生成Cl2,A敘述正確;陰極H2O放電生成H2和OH-,OH-與Cl2反應生成ClO-,因此管道中存在一定量的NaClO,B敘述正確;因為H2為可燃性氣體,所以陰極生成的H2應及時通風稀釋,安全地排入大氣,C敘述正確;陰極產生OH-,因此會在陰極表面形