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化学微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用背景图课件ppt
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这是一份化学微项目 设计载人航天器用化学电池与氧气再生方案——化学反应中能量及物质的转化利用背景图课件ppt，共54页。PPT课件主要包含了化学反应与能量转化，突破1，突破2，突破3，突破4，答案D，答案C等内容，欢迎下载使用。
焓变(ΔH)的计算利用键能计算ΔH或根据盖斯定律计算、比较ΔH是近几年全国卷命题的必考点,特别是将热化学方程式和盖斯定律的应用融合在一起的试题,很好地考查了考生对所学知识的灵活应用和运算能力。正确计算ΔH的关键是合理设计反应途径。
高考考法一 利用键能计算ΔH典例1(2019海南化学)根据下图中的能量关系,可求得C—H键的键能为( )A.414 kJ·ml-1B.377 kJ·ml-1C.235 kJ· ml-1D.197 kJ·ml-1
答案:A 解析:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能可得,-75 kJ·ml-1=717 kJ·ml-1+864 kJ·ml-1-4EC—H,则EC—H=414 kJ·ml-1。
规律方法 利用键能计算ΔH的方法(1)计算公式:①ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。②ΔH=断开化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量。(2)计算关键:利用键能计算ΔH的关键,就是要明确物质中化学键的数目,对中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目要熟悉。
变式训练1-1通常人们把断裂1 ml某化学键所吸收的能量或形成1 ml某化学键所释放的能量看作该化学键的键能,键能的大小可用于估算化学反应的ΔH。已知部分化学键的键能数据如下表所示:
答案:C 解析:ΔH=反应物的总键能-反应产物的总键能,根据表中的键能数据计算可知,H2(g)和Cl2(g)反应生成HCl(g)的反应是放热反应,ΔH<0,C项错误。
变式训练1-2CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:则该反应的ΔH= 。
答案:+120 kJ·ml-1解析:ΔH=[4×E(C—H)+2×E(C=O)]-[2×E(C O)+2×E(H—H)]=(4×413+2×745) kJ·ml-1-(2×1 075+2×436) kJ·ml-1=+120 kJ·ml-1。
高考考法二 利用盖斯定律计算ΔH并书写热化学方程式
(3)硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 ml SiHCl3气体和H2,放出225 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。
规律方法 盖斯定律应用三步流程
变式训练2请回答下列问题:
(3)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g) === SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48 kJ·ml-13SiH2Cl2(g) === SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·ml-1则反应4SiHCl3(g) === SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为 kJ·ml-1。(4)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·ml-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·ml-1反应Ⅱ的热化学方程式: 。
答案:(1)+53.1 (2)+247 (3)+114(4)3SO2(g)+2H2O(g) === 2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254 kJ·ml-1解析:(1)由盖斯定律可知,(第一个已知反应÷2)-(第二个已知反应)可得反应:N2O5(g) === 2NO2(g)+ O2(g),则该反应的ΔH=-4.4 kJ·ml-1÷2-(-55.3 kJ·ml-1)=+53.1 kJ·ml-1。(2)将已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,③×2-①-②,得到CH4—CO2催化重整反应的ΔH=+247 kJ·ml-1。(3)2SiHCl3(g) === SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48 kJ·ml-1①3SiH2Cl2(g) === SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·ml-1②根据盖斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g) === SiH4(g)+3SiCl4(g) ΔH=+114 kJ·ml-1。
(4)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)可得反应Ⅱ,则反应Ⅱ的ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297 kJ·ml-1)-(+551 kJ·ml-1)=-254 kJ·ml-1,则反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g) === 2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254 kJ·ml-1。
电化学中电极反应式的书写电极反应式的书写是高考的重点、热点和难点,主要涉及燃料电池、可逆电池及电解池(尤其是含离子交换膜)。
高考考法一 燃料电池典例3(2019全国Ⅰ,12)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,示意图如下所示。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NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案:B 解析:题给反应过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
规律方法 燃料电池电极反应的书写第一步:写出燃料电池反应的总反应一般情况下,燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和之后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)中发生的反应依次为:CH4+2O2 === CO2+2H2O①CO2+2NaOH === Na2CO3+H2O②由①式+②式可得燃料电池总反应为CH4+2O2+2NaOH === Na2CO3+3H2O。
第二步:写出电池的正极反应根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,大致有以下四种情况:第三步:根据电池总反应和正极反应,写出负极反应电池反应的总反应-电池正极反应=电池负极反应。因为O2不是负极反应物,因此两个反应相减时要彻底消除O2。
变式训练3为体现节能减排的理念,中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC),该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A.电子从b极经导线流向a极B.正极的电极反应为O2+4e-+2H2O === 4OH-C.还可以选用NaOH固体作固态电解质D.若反应中转移1 ml电子,则生成22.4 L(标准状况)CO2
答案:A 解析:燃料电池通入氧气的电极为正极,则a为正极,电子从b极经导线流向a极,故A正确;介质为固态熔融介质,不存在水溶液,则正极的电极反应为O2+4e- === 2O2-,故B错误;CO2能与NaOH反应生成Na2CO3,则不可选用NaOH固体作为固态电解质,故C错误;若反应中转移1 ml电子,参加反应的氧气为0.25 ml,生成CO2为0.5 ml,其体积为11.2 L(标准状况),故D错误。
高考考法二 可逆电池典例4(2019全国Ⅲ,13)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(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二
次电池,结构如下图所示。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
规律方法 1.正确分析二次电池
2.利用“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应若已知电池放电时的总反应,可先写出较易书写的一极的电极反应,然后在电子守恒的基础上,由总反应减去较易写出的一极的电极反应,即可得到较难写出的另一极的电极反应。
变式训练4(2019山东潍坊质检)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为 (Cn表示石墨)。下列说法正确的是( )D.电路中每转移3 ml电子,最多有1 ml Cn(AlCl4)被还原
高考考法三 电解池典例5制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应为 。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。
答案:2H2O-4e- === 4H++O2↑ a解析: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。
规律方法 电解时电极反应的书写步骤
变式训练5按要求书写电极反应。(1)以金属铝为阳极,在H2SO4溶液中电解,金属铝表面形成氧化膜,阳极反应为 。 (2)用Al单质作为阳极,石墨作为阴极,NaHCO3溶液作为电解液进行电解,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: 。 (3)在酸性条件下用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4,则阳极反应为: ,阴极反应为: 。 (4)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合溶液作为电解质溶液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出LiFePO4沉淀,则阳极电极反应为 。
电化学中的串联电路1.有外接电源电池类型的判断方法其中甲为电镀池,乙、丙均为一般的电解池。
2.无外接电源电池类型的判断方法原电池反应可自发进行;电解池反应不能自发进行。如图所示,B为原电池,A为电解池。
典例6某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他电极均为Cu,下列说法正确的是( )A.电流方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB.电极Ⅰ发生还原反应C.电极Ⅱ逐渐溶解D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e- === Cu
答案:A 解析:带盐桥的①②装置构成原电池,Ⅰ为负极,Ⅱ为正极,装置③为电解池。电子移动方向:电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ,电流方向与电子移动方向相反,A项正确;原电池负极在工作中发生氧化反应,B项错误;原电池正极上发生还原反应,Cu2+在电极Ⅱ上得电子生成Cu,该电极质量逐渐增大,C项错误;电解池中阳极为活性电极时,电极本身被氧化,生成的离子进入溶液中,因为电极Ⅱ为正极,因此电极Ⅲ为电解池的阳极,其电极反应为Cu-2e- === Cu2+,D项错误。
规律方法 串联类电池的解题流程
变式训练6-1用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液,a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l),通电时a电极质量增加,下列说法正确的是( )A.电路中通过1 ml电子时,Y电极质量增加48 gB.放电时铅蓄电池负极的电极反应为C.c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2D.X极为负极
答案:A 解析:a极质量增加,即析出了Ag,则a为阴极,Y为负极,X为正极,D项错;放电时负极失电子,B项错误;c为阴极放出H2,d为阳极放出O2,物质的量之比为2∶1,C项错误。
变式训练6-2如图X是直流电源。Y槽中c、d为石墨棒,Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。(1)①电源上b为 (填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极。 ②Z槽中e极为 极。 ③连接Y、Z槽线路中,电子流动的方向是d e(填“→”或“←”)。(2)①写出c极上反应的电极反应: 。 ②写出Y槽中总反应的化学方程式: 。 ③写出Z槽中e极上的电极反应: 。
电化学中的“膜”化学近几年全国卷的高考中,涉及离子交换膜的试题较多,且常考常新。1.离子交换膜的类型和作用
2.多室电解池多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室、多室等,以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。如两室电解池——工业上利用如图两室电解装置制备烧碱。
典例7KIO3可采用“电解法”制备,装置如图所示。(1)写出电解时阴极的电极反应: 。 (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 。
答案:(1)2H2O+2e- === 2OH-+H2↑ (2)K+ 由a到b解析:(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。
规律方法 含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
变式训练7-1用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 ,模拟装置如图所示。下列说法正确的是( )A.阳极室溶液由无色变成棕黄色B.阴极的电极反应为4OH--4e- === 2H2O+O2↑C.电解一段时间后,阴极室溶液的酸性减弱D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
答案:C 解析:Fe电极与电源正极相连,则Fe是阳极,电极反应为Fe-2e- === Fe2+,反应中生成Fe2+,溶液由无色变为浅绿色,A错误;阴极上H+得电子发生还原反应,电极反应为2H++2e- === H2↑,B错误;电解过程中阴极上消耗H+,则阴极室溶液的酸性减弱,C正确;电解时,(NH4)2SO4溶液中的 向阴极室迁移,故阴极室溶液中的溶质可能为(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等,D错误。
变式训练7-2用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A.电极N为阳极,电极M上H+发生还原反应B.电极M的电极反应为4OH--4e- === 2H2O+O2↑C.d处流进粗KOH溶液,e处流出纯KOH溶液D.b处每产生11.2 L气体,必有1 ml K+穿过阳离子交换膜
焓变(ΔH)的计算利用键能计算ΔH或根据盖斯定律计算、比较ΔH是近几年全国卷命题的必考点,特别是将热化学方程式和盖斯定律的应用融合在一起的试题,很好地考查了考生对所学知识的灵活应用和运算能力。正确计算ΔH的关键是合理设计反应途径。
高考考法一 利用键能计算ΔH典例1(2019海南化学)根据下图中的能量关系,可求得C—H键的键能为( )A.414 kJ·ml-1B.377 kJ·ml-1C.235 kJ· ml-1D.197 kJ·ml-1
答案:A 解析:根据ΔH=反应物总键能-生成物总键能可得,-75 kJ·ml-1=717 kJ·ml-1+864 kJ·ml-1-4EC—H,则EC—H=414 kJ·ml-1。
规律方法 利用键能计算ΔH的方法(1)计算公式:①ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能。②ΔH=断开化学键吸收的能量-形成化学键放出的能量。(2)计算关键:利用键能计算ΔH的关键,就是要明确物质中化学键的数目,对中学阶段常见单质、化合物中所含共价键的种类和数目要熟悉。
变式训练1-1通常人们把断裂1 ml某化学键所吸收的能量或形成1 ml某化学键所释放的能量看作该化学键的键能,键能的大小可用于估算化学反应的ΔH。已知部分化学键的键能数据如下表所示:
答案:C 解析:ΔH=反应物的总键能-反应产物的总键能,根据表中的键能数据计算可知,H2(g)和Cl2(g)反应生成HCl(g)的反应是放热反应,ΔH<0,C项错误。
变式训练1-2CO2与CH4经催化重整,制得合成气:CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)已知上述反应中相关的化学键键能数据如下:则该反应的ΔH= 。
答案:+120 kJ·ml-1解析:ΔH=[4×E(C—H)+2×E(C=O)]-[2×E(C O)+2×E(H—H)]=(4×413+2×745) kJ·ml-1-(2×1 075+2×436) kJ·ml-1=+120 kJ·ml-1。
高考考法二 利用盖斯定律计算ΔH并书写热化学方程式
(3)硅粉与HCl在300 ℃时反应生成1 ml SiHCl3气体和H2,放出225 kJ热量,该反应的热化学方程式为 。
规律方法 盖斯定律应用三步流程
变式训练2请回答下列问题:
(3)SiHCl3在催化剂作用下发生反应:2SiHCl3(g) === SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48 kJ·ml-13SiH2Cl2(g) === SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·ml-1则反应4SiHCl3(g) === SiH4(g)+3SiCl4(g)的ΔH为 kJ·ml-1。(4)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·ml-1反应Ⅲ:S(s)+O2(g)SO2(g) ΔH3=-297 kJ·ml-1反应Ⅱ的热化学方程式: 。
答案:(1)+53.1 (2)+247 (3)+114(4)3SO2(g)+2H2O(g) === 2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254 kJ·ml-1解析:(1)由盖斯定律可知,(第一个已知反应÷2)-(第二个已知反应)可得反应:N2O5(g) === 2NO2(g)+ O2(g),则该反应的ΔH=-4.4 kJ·ml-1÷2-(-55.3 kJ·ml-1)=+53.1 kJ·ml-1。(2)将已知热化学方程式依次编号为①②③,根据盖斯定律,③×2-①-②,得到CH4—CO2催化重整反应的ΔH=+247 kJ·ml-1。(3)2SiHCl3(g) === SiH2Cl2(g)+SiCl4(g) ΔH1=+48 kJ·ml-1①3SiH2Cl2(g) === SiH4(g)+2SiHCl3(g) ΔH2=-30 kJ·ml-1②根据盖斯定律:①×3+②即可得4SiHCl3(g) === SiH4(g)+3SiCl4(g) ΔH=+114 kJ·ml-1。
(4)由题给示意图可知,反应Ⅱ为二氧化硫发生歧化反应生成硫酸和硫,反应的化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g) 2H2SO4(l)+S(s),由盖斯定律可知,-(反应Ⅲ+反应Ⅰ)可得反应Ⅱ,则反应Ⅱ的ΔH=-(ΔH3+ΔH1)=-(-297 kJ·ml-1)-(+551 kJ·ml-1)=-254 kJ·ml-1,则反应Ⅱ的热化学方程式为3SO2(g)+2H2O(g) === 2H2SO4(l)+S(s) ΔH=-254 kJ·ml-1。
电化学中电极反应式的书写电极反应式的书写是高考的重点、热点和难点,主要涉及燃料电池、可逆电池及电解池(尤其是含离子交换膜)。
高考考法一 燃料电池典例3(2019全国Ⅰ,12)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,示意图如下所示。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NH3D.电池工作时质子通过交换膜由负极区向正极区移动
答案:B 解析:题给反应过程是在室温条件下进行的,因此比现有工业合成氨的条件温和,同时还能提供电能,A项正确;阴极区发生的是得电子的反应,而左池中发生的是失电子的反应,B项错误;右池为正极区,氮气发生还原反应生成氨气,C项正确;左池中产生的氢离子通过交换膜向右池移动,即由负极区移向正极区,D项正确。
规律方法 燃料电池电极反应的书写第一步:写出燃料电池反应的总反应一般情况下,燃料电池的总反应与燃料的燃烧反应一致,若产物能和电解质反应则总反应为加和之后的反应。如甲烷燃料电池(电解质为NaOH溶液)中发生的反应依次为:CH4+2O2 === CO2+2H2O①CO2+2NaOH === Na2CO3+H2O②由①式+②式可得燃料电池总反应为CH4+2O2+2NaOH === Na2CO3+3H2O。
第二步:写出电池的正极反应根据燃料电池的特点,一般在正极上发生还原反应的物质是O2,随着电解质溶液的不同,其电极反应有所不同,大致有以下四种情况:第三步:根据电池总反应和正极反应,写出负极反应电池反应的总反应-电池正极反应=电池负极反应。因为O2不是负极反应物,因此两个反应相减时要彻底消除O2。
变式训练3为体现节能减排的理念,中国研制出了新型固态氧化物燃料电池(SOFC),该电池的工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A.电子从b极经导线流向a极B.正极的电极反应为O2+4e-+2H2O === 4OH-C.还可以选用NaOH固体作固态电解质D.若反应中转移1 ml电子,则生成22.4 L(标准状况)CO2
答案:A 解析:燃料电池通入氧气的电极为正极,则a为正极,电子从b极经导线流向a极,故A正确;介质为固态熔融介质,不存在水溶液,则正极的电极反应为O2+4e- === 2O2-,故B错误;CO2能与NaOH反应生成Na2CO3,则不可选用NaOH固体作为固态电解质,故C错误;若反应中转移1 ml电子,参加反应的氧气为0.25 ml,生成CO2为0.5 ml,其体积为11.2 L(标准状况),故D错误。
高考考法二 可逆电池典例4(2019全国Ⅲ,13)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(3D-Zn)可以高效沉积ZnO的特点,设计了采用强碱性电解质的3D-Zn-NiOOH二
次电池,结构如下图所示。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
规律方法 1.正确分析二次电池
2.利用“加减法”书写新型二次电池放电的电极反应若已知电池放电时的总反应,可先写出较易书写的一极的电极反应,然后在电子守恒的基础上,由总反应减去较易写出的一极的电极反应,即可得到较难写出的另一极的电极反应。
变式训练4(2019山东潍坊质检)一种新型可逆电池的工作原理如图所示。放电时总反应为 (Cn表示石墨)。下列说法正确的是( )D.电路中每转移3 ml电子,最多有1 ml Cn(AlCl4)被还原
高考考法三 电解池典例5制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应为 。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。
答案:2H2O-4e- === 4H++O2↑ a解析: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。
规律方法 电解时电极反应的书写步骤
变式训练5按要求书写电极反应。(1)以金属铝为阳极,在H2SO4溶液中电解,金属铝表面形成氧化膜,阳极反应为 。 (2)用Al单质作为阳极,石墨作为阴极,NaHCO3溶液作为电解液进行电解,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: 。 (3)在酸性条件下用惰性电极电解K2MnO4溶液能得到化合物KMnO4,则阳极反应为: ,阴极反应为: 。 (4)将一定浓度的磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、氯化锂混合溶液作为电解质溶液,以铁棒为阳极,石墨为阴极,电解析出LiFePO4沉淀,则阳极电极反应为 。
电化学中的串联电路1.有外接电源电池类型的判断方法其中甲为电镀池,乙、丙均为一般的电解池。
2.无外接电源电池类型的判断方法原电池反应可自发进行;电解池反应不能自发进行。如图所示,B为原电池,A为电解池。
典例6某同学组装了如图所示的电化学装置,电极Ⅰ为Al,其他电极均为Cu,下列说法正确的是( )A.电流方向:电极Ⅳ→Ⓐ→电极ⅠB.电极Ⅰ发生还原反应C.电极Ⅱ逐渐溶解D.电极Ⅲ的电极反应:Cu2++2e- === Cu
答案:A 解析:带盐桥的①②装置构成原电池,Ⅰ为负极,Ⅱ为正极,装置③为电解池。电子移动方向:电极Ⅰ→Ⓐ→电极Ⅳ,电流方向与电子移动方向相反,A项正确;原电池负极在工作中发生氧化反应,B项错误;原电池正极上发生还原反应,Cu2+在电极Ⅱ上得电子生成Cu,该电极质量逐渐增大,C项错误;电解池中阳极为活性电极时,电极本身被氧化,生成的离子进入溶液中,因为电极Ⅱ为正极,因此电极Ⅲ为电解池的阳极,其电极反应为Cu-2e- === Cu2+,D项错误。
规律方法 串联类电池的解题流程
变式训练6-1用铅蓄电池电解AgNO3、Na2SO4的溶液,a、b、c、d电极材料均为石墨。已知铅蓄电池的总反应为Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq) 2PbSO4(s)+2H2O(l),通电时a电极质量增加,下列说法正确的是( )A.电路中通过1 ml电子时,Y电极质量增加48 gB.放电时铅蓄电池负极的电极反应为C.c、d电极产生气体的物质的量之比为1∶2D.X极为负极
答案:A 解析:a极质量增加,即析出了Ag,则a为阴极,Y为负极,X为正极,D项错;放电时负极失电子,B项错误;c为阴极放出H2,d为阳极放出O2,物质的量之比为2∶1,C项错误。
变式训练6-2如图X是直流电源。Y槽中c、d为石墨棒,Z槽中e、f是质量相同的铜棒。接通电路后,发现d附近显红色。(1)①电源上b为 (填“正”“负”“阴”或“阳”,下同)极。 ②Z槽中e极为 极。 ③连接Y、Z槽线路中,电子流动的方向是d e(填“→”或“←”)。(2)①写出c极上反应的电极反应: 。 ②写出Y槽中总反应的化学方程式: 。 ③写出Z槽中e极上的电极反应: 。
电化学中的“膜”化学近几年全国卷的高考中,涉及离子交换膜的试题较多,且常考常新。1.离子交换膜的类型和作用
2.多室电解池多室电解池是利用离子交换膜的选择透过性,即允许带某种电荷的离子通过而限制带相反电荷的离子通过,将电解池分为两室、三室、多室等,以达到浓缩、净化、提纯及电化学合成的目的。如两室电解池——工业上利用如图两室电解装置制备烧碱。
典例7KIO3可采用“电解法”制备,装置如图所示。(1)写出电解时阴极的电极反应: 。 (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 。
答案:(1)2H2O+2e- === 2OH-+H2↑ (2)K+ 由a到b解析:(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。
规律方法 含离子交换膜电化学装置题的解题步骤
变式训练7-1用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 ,模拟装置如图所示。下列说法正确的是( )A.阳极室溶液由无色变成棕黄色B.阴极的电极反应为4OH--4e- === 2H2O+O2↑C.电解一段时间后,阴极室溶液的酸性减弱D.电解一段时间后,阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
答案:C 解析:Fe电极与电源正极相连,则Fe是阳极,电极反应为Fe-2e- === Fe2+,反应中生成Fe2+,溶液由无色变为浅绿色,A错误;阴极上H+得电子发生还原反应,电极反应为2H++2e- === H2↑,B错误;电解过程中阴极上消耗H+,则阴极室溶液的酸性减弱,C正确;电解时,(NH4)2SO4溶液中的 向阴极室迁移,故阴极室溶液中的溶质可能为(NH4)3PO4、(NH4)2HPO4、NH4H2PO4等,D错误。
变式训练7-2用电解法可提纯含有某种钾的含氧酸盐杂质(如硫酸钾、碳酸钾等)的粗KOH溶液,其工作原理如图所示。下列说法正确的是( )A.电极N为阳极,电极M上H+发生还原反应B.电极M的电极反应为4OH--4e- === 2H2O+O2↑C.d处流进粗KOH溶液,e处流出纯KOH溶液D.b处每产生11.2 L气体,必有1 ml K+穿过阳离子交换膜
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