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高考化学二轮复习教案专题突破(六)“隔膜”在电化学中的应用（含解析）
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这是一份高考化学二轮复习教案专题突破(六)“隔膜”在电化学中的应用（含解析），共15页。
专题突破(六) “隔膜”在电化学中的应用
“隔膜”又叫离子交换膜，在新型化学电源或电解池中有广泛的应用，高考试题中经常出现带有“隔膜”的电化学装置，此类试题源于最新科研成果或化工生产实际，使高考试题情境更加真实，要求考生在复杂的电化学情境中对必备知识和关键能力进行综合运用，体现《中国高考评价体系》关于学习掌握、实践探索、思维方法等学科素养的考查，要求考生运用学科相关能力，高质量地认识电化学问题，分析并解决问题。
1．常见离子交换膜的种类
离子交换膜由高分子特殊材料制成，通常分三类：
(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．离子交换膜的作用
(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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
应用示例：用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用：
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
3．离子交换膜选择的依据
依据电极反应及电解质溶液中离子的定向移动进行选择。
4．离子交换膜的应用
应用燃料电池
(2021·黔东南州检测)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是( )
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
B．电子移动方向为a极→b极→质子交换膜→a极
C．a电极的电极反应式为CH3OCH3＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．当b电极消耗标准状况下22.4 L O2时，质子交换膜有4 mol H＋通过
D [化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，A项错误；电子不能经过电解质溶液，则电子由a极b极，B项错误；a为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，C项错误；当b电极消耗标准状况下22.4 L O2时， 电路中通过4 mol e－，结合b电极反应式(O2＋4H＋＋4e－===2H2O)可知，反应消耗4 mol H＋，为维持电解质溶液呈电中性，应有4 mol H＋通过质子交换膜，D项正确。]
(2021·安徽合肥质检)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如下图所示。下列说法中正确的是( )
A．电极B连接电源正极
B．A极区电解液为LiCl溶液
C．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过阳离子交换膜
B [由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于B电极生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液。电极B上产生氢气，所以B为阴极，B连接电源负极，A项错误；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1 mol H2，有2 mol Li＋通过阳离子交换膜，D项错误。]
(2021·黑龙江哈尔滨检测)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，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．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
C [阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H＋，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH与OH－反应生成NH3·H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3·H2O，D项错误。]
1．(2021·山东师大附中检测)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极b为精铜，电极a为粗铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
D [由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为32 g，D项正确。]
2．(2021·湖南雅礼中学检测)NCl3是一种黄色粘稠状液体，常用于杀菌消毒，工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备NCl3，其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．在b极区产生的气体是H2
B．a极的电极反应式为NH＋4OH－＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H2O
C．溶液中的Cl－移向b极区
D．若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，NH4Cl的利用率不变
A [ b极是阴极，电解液是HCl溶液，则b极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，b极区产生的气体是H2，A项正确；a极是阳极，电解液是NH4Cl溶液，电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，B项错误；电解池中阴离子向阳极移动，则溶液中的Cl－移向a极区，C项错误；若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，NH会通过阳离子交换膜向b极迁移，NH4Cl的利用率降低，D项错误。]
3．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋
②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S↓
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
C [由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。C错：阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高。A对：由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O。B对：将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S↓。D对：Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中。]
4．(2021·黑龙江大庆检测)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
B [电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项均错误，B项正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，D项错误。]
5．(2021·四川新津中学检测)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源的正极
B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．Ⅱ口排出的是淡水
B [根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A项正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B项错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C项正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D项正确。]
章末综合检测(六) 化学反应与能量
一、选择题：本题包括10小题，每小题只有一个选项最符合题意。
1．(2021·山西太原调研)在25 ℃ 101 kPa时，下列关于反应热的说法不正确的是( )
A．1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同
B．CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ/mol，则2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH＝－(2×283.0)kJ/mol
C．在稀溶液中：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ/mol，若将含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合，放出的热量为57.3 kJ
D．2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
D [燃烧热是以1 mol 物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为基准，故1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同，A项正确；CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ/mol，则2 mol CO(g)完全燃烧放出热量为2×283.0 kJ，热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH＝－(2×283.0)kJ/mol，B项正确；含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合生成1 mol H2O(l)，故放出的热量为57.3 kJ，C项正确；2 g H2为1 mol，完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，则氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ/mol，D项错误。]
2．(2021·浙江东阳调研)根据能量变化示意图，下列热化学方程式正确的是( )
A．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－(b－a)kJ·mol－1
B．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－(a－b)kJ·mol－1
C．2NH3(l)===N2(g)＋3H2(g) ΔH＝2(a＋b－c)kJ·mol－1
D．2NH3(l)===N2(g)＋3H2(g) ΔH＝2(b＋c－a)kJ·mol－1
D [由图可知，0.5 mol N2(g)＋1.5mol H2(g)→1 mol NH3(g)断键吸收a kJ热量，成键释放b kJ热量，据此可得热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－2(b－a)kJ·mol－1，A、B项均错误；逆向分析，1 mol NH3(l)→1 mol NH3(g)吸收c kJ热量，1 mol NH3(g)→1 mol N＋3 mol H 吸收b kJ热量，1 mol N＋3 mol H →0.5 mol N2(g)＋1.5 mol H2(g)放出a kJ热量，据此可得1 mol NH3(l)→0.5 mol N2(g)＋1.5 mol H2(g)要吸收(b＋c－a) kJ热量，据此可得热化学方程式：2NH3(l)===N2(g)＋3H2(g) ΔH＝2(b＋c－a)kJ·mol－1，D项正确，C项错误。]
3．(2021·广东惠州检测)下图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( )
A．氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应
B．电极Ⅱ上发生还原反应，作原电池的正极
C．该原电池的总反应式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K＋移向负极区
C [双液原电池中，氧化剂在正极区，还原剂在负极区，并非直接接触，A项错误；Pt电极是惰性电极，则电极Ⅱ(Cu)是负极，发生氧化反应，B项错误；负极上Cu被氧化生成Cu2＋，正极上Fe3＋被还原生成Fe2＋，则电池总反应式为：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，C项正确；原电池中，阳离子向正极区移动，则盐桥中K＋移向正极区，D项错误。]
4．(2021·江苏南京学情调研)保护海水中钢闸门的一种方法如图所示。下列说法不正确的是( )
A．锌板作牺牲阳极
B．钢闸门作正极(阴极)
C．锌板发生的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
D．电子由钢闸门向锌板移动
D [钢闸门与锌板相连浸泡在海水中，形成原电池，采取牺牲阳极的阴极保护法，锌板作负极，即牺牲阳极，钢闸门作正极(阴极)，A、B项正确；锌板是负极，被氧化生成Zn2＋，C项正确；原电池中电子由负极流向正极，则电子由锌板向钢闸门移动，D项错误。]
5．(2021·湖北武汉联考)环己酮(O)在生产生活中有重要的用途，可在酸性溶液中用环己醇间接电解氧化法制备，其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．a 极与电源负极相连
B．a 极电极反应式是 2Cr3＋－6e－＋14OH－===Cr2O＋7H2O
C．b 极发生氧化反应
D．理论上生成 1 mol 环己酮时，有 1 mol H2生成
D [根据原理图可知，a极为电解池的阳极，Cr3＋失电子发生氧化反应，电极反应式是2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋，b极为阴极，氢离子得电子发生还原反应生成氢气，结合转移电子数相等计算。由上述分析可知，A、B、C项错误；理论上由环己醇(C6H12O)生成1 mol环己酮(C6H10O)，转移2 mol电子，根据电子守恒可知，阴极有1 mol氢气放出，D项正确。]
6．(2021·四川成都检测)H2与 ICl 的反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列叙述中错误的是( )
A．反应①、反应②均为放热反应
B．反应①、反应②均为氧化还原反应
C．反应①比反应②的速率慢，与相应正反应的活化能无关
D．反应①、反应②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·mol－1
C [根据图中物质能量的相对高低可知，反应①和②均为放热反应，A项正确；反应①有单质参加，反应②有单质生成，则反应①和②均为氧化还原反应，B项正确；一般来说，正反应的活化能越大，反应速率越慢，反应①正反应活化能大于反应②的，则反应①比反应②慢，C项错误；H2与 ICl 的反应分①、②两步进行，根据盖斯定律及图像可知，反应①和②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·mol－1，D项正确。]
7．(2021·河北唐山模拟)Zulema Borjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．该装置可以在高温下工作
B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜
C．该装置工作时，电能转化为化学能
D．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
D [高温下，硫还原菌会死亡，电池效率降低，A项错误；负极上CH3COO－被氧化生成CO2，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，负极消耗CH3COO－生成H＋，为维持负极区溶液呈电中性，Cl—向负极区迁移，则X为阴离子交换膜；正极通入空气(氧气)，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，为维持正极区电解质溶液呈电中性，海水中Na＋向正极区迁移，则Y是阳离子交换膜，B项错误，D项正确；该装置为原电池，可将化学能转化为电能，C项错误。]
8．(2021·辽宁沈阳联考)用水吸收 NOx的相关热化学方程式如下：
①2NO2 (g)＋H2O(l) ===HNO3 (aq)＋HNO2 (aq)
ΔH＝－116.1 kJ/mol
②3HNO2 (aq) ===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)
ΔH＝＋75.9 kJ/mol
则反应 3NO2 (g)＋H2O(l)=== 2HNO3 (aq)＋NO(g)的ΔH等于( )
A．＋136.2 kJ/mol B．－136.2 kJ/mol
C．－40.2 kJ/mol D．＋40.2 kJ/mol
B [分析已知热化学方程式及目标热化学方程式，确定中间产物是HNO2。由①×＋②×可得：3NO2 (g)＋H2O(l)===2HNO3 (aq)＋NO(g)，根据盖斯定律，则有ΔH＝×(－116.1 kJ/mol)＋75.9 kJ/mol×＝－136.2 kJ/mol。]
9．(2021·河北衡水联考)乙炔选择性加氢是工业上重要催化反应之一。原子级分散的Cu催化剂Cu1/ND@G在乙炔氢化反应中，可有效促进乙炔的活化和乙烯的脱附，过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A．乙炔加氢制乙烯的反应是放热反应
B．B→C过程的能量变化为1.36 eV
C．Cu1/ND@G不会使乙炔加氢制乙烯反应的ΔH发生改变
D．反应中间产物乙烯脱附能垒(1.08 eV)小于乙烯进一步加氢能垒(1.27 eV)，有利于乙烯脱附而避免乙烯进一步过度加氢
B [由图可知，乙炔具有能量高于乙烯具有能量，则乙炔制乙烯是放热反应，A项正确；由图可知，B→TS1过程的能量变化为1.36 eV，B项错误；Cu1/ND@G是催化剂，只能加快反应速率，不能改变反应的ΔH，C项正确；乙烯脱附能垒小于乙烯进一步加氢能垒，说明前者反应速率大于后者，故有利于乙烯脱附而避免乙烯进一步过度加氢，D项正确。]
10．(2021·全国百校联盟联考)2萘酚(OH)在生产环境中主要以粉尘、气溶胶形式存在，可采用催化剂(Ag@AgBr/mpTiO2，其中mpTiO2为介孔二氧化钛，具有大的比表面积和渗透能力)条件下的光降解法除去环境中的该污染物，工作原理如图。下列判断正确的是( )
A．该除去方法中的能量转化只有化学能转化为电能
B．mp-TiO2可加快O2的失电子速率
C．负极反应：－46e－＋23O2－===10CO2＋4H2O
D．该法降解144 g 2萘酚时，装置吸收空气约为1 288 L
C [由原理图可知，太阳能参与了该降解方法，即存在太阳能转化为化学能，A项错误；O2在该装置中得电子，B项错误；负极2萘酚被氧化，失电子生成二氧化碳和水，C项正确；由正负极反应可知关系式：2～23O2，144 g 2萘酚为1 mol，降解1 mol 2萘酚时，消耗11.5 mol O2，空气中O2约占，即消耗空气为57.5 mol，即标准状况下的1 288 L，但该选项缺少标准状况条件，故消耗的空气体积不确定，D项错误。]
二、非选择题：本题包括3小题。
11．(2021·江西南昌八一中学检测)(1)CuCl(s)与 O2反应生成 CuCl2(s)和一种黑色固体。在 25 ℃、101 kPa 下，已知该反应每消耗1 mol CuCl(s) ，放热44.4 kJ ，该反应的热化学方程式为_____________________________________________。
(2)肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂 N2O4反应生成 N2和水蒸气。
已知：①N2 (g)＋2O2 (g)=== N2O4(l)
ΔH1＝－19.5 kJ/mol
②N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH2＝－534.2 kJ/mol
写出肼和N2O4反应的热化学方程式_______________________________。
(3)饮用水中的NO主要来自 NH。已知在微生物的作用下，NH经过两步反应被氧化成NO。两步反应的能量变化如下图所示：
①分别写出第一步反应和第二步反应的热化学方程式：
________________________________________________________________________。
②1 mol NH全部被氧化成NO的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
解析 (2)将②×2－①可得反应：2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝2ΔH2－ΔH1＝2×(－534.2 kJ/mol)－(－19.5 kJ/mol)＝－1048.9 kJ/mol。
(3)根据两步反应的能量变化写出第一步、第二步反应的热化学方程式，将两步反应相加可得反应：NH(aq)＋2O2(g)=== NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝(－273 kJ/mol)＋(－73 kJ/mol)＝－346 kJ/mol。
答案 (1)4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s) ΔH＝－177.6 kJ/mol
(2)2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1048.9 kJ/mol
(3)①NH(aq)＋O2(g)===NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l) ΔH＝－273 kJ/mol
NO(aq)＋O2(g)=== NO(aq) ΔH＝－73 kJ/mol
②NH(aq)＋2O2(g)=== NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－346 kJ/mol
12．(2021·天津部分区联考)新能源汽车所用蓄电池分为铅酸蓄电池、二次锂电池、空气电池等类型。请回答下列问题：
(1)2019年诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展做出贡献的约翰·班宁斯特·古迪纳夫等三位科学家。如图所示为水溶液锂离子电池体系。
①放电时，电池的负极是_______(填a或b)，电极反应式为________________________。
②放电时，Li2SO4溶液中Li＋从______迁移(填“a向b”或“b向a”)。
(2)铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
①放电时，正极的电极反应式是___________________________________________，电解质溶液中c(H2SO4)
_________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②用该蓄电池作电源，进行粗铜(含Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼。如图所示，电解液c选用____________溶液，A电极的材料是_______，B电极反应式是___________________。
③用该蓄电池作电源，A、B为石墨电极，c为氯化钠溶液，进行电解。如上图所示，则A电极产生的气体是________，B电极的电极反应式为____________________________。
解析 (1)Li是活泼金属，放电时，Li作负极被氧化为Li＋，电极反应为Li－e－===Li＋。Li2SO4溶液中Li＋向负极移动。
(2)①放电时，PbO2在正极发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应中消耗H2SO4，溶液中c(H2SO4)减小。
②根据图中电流的流向判断，A是阳极，B是阴极。电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解液是CuSO4或CuCl2等。
③电解氯化钠溶液，A电极是阳极，Cl－放电产生Cl2；B电极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
答案 (1)①b Li－e－===Li＋ ②b向a
(2)①PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 减小
②CuSO4(或CuCl2等) 粗铜 Cu2＋＋2e－===Cu
③Cl2 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
13．(2021·贵州铜仁一中检测)某化学兴趣小组的同学用如下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合K时，观察到电流表的指针发生了偏移。
请回答下列问题：
(1)乙装置的名称是________；Zn为________极。
(2)写出电极反应：Cu极：___________________________________；
石墨棒极：______________________。
(3)当甲中产生0.1 mol气体时，乙中产生的气体在标准状况下的体积应为________。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，闭合K一段时间后，乙中溶液的颜色________(填“变深”“变浅”或“不变”)。
(5)若乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，闭合K一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；乙中溶液的pH将________。
(6)若乙中电极不变，将其溶液换成饱和Na2SO4溶液，闭合K一段时间，当阴极上有a mol气体生成时，同时有ω g Na2SO4·10H2O析出，假设温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为__________________(用含ω、a的表达式表示，不必化简)。
解析 (1)乙中Pt、石墨棒都是惰性电极，甲中Zn和Cu都是活性电极，则甲是原电池，Zn是负极，Cu是正极；乙是电解池，Pt是阳极，石墨棒是阴极。
(2)甲中电解液是稀硫酸，Cu极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；石墨棒阴极上Cu2＋发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
(3)甲中Cu电极产生H2，产生0.1 mol气体时，电路中通过0.2 mol电子；乙中Pt电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，则转移0.2 mol 电子时生成0.1 mol Cl2，在标准状况下的体积为2.24 L。
(4)铜电极是活性电极，乙为电镀池，在石墨棒上电镀铜，电解液中c(Cu2＋)不变，则乙中溶液的颜色不变。
(5)甲中电池总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，溶液的pH增大；乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电池总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，反应生成NaOH，溶液的pH增大。
(6)利用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，电池总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑，阴极上析出H2，则阴极上有a mol气体生成时，消耗a mol H2O，同时有ω g Na2SO4·10H2O析出，剩余溶液仍为饱和Na2SO4溶液，故a mol H2O和ω g Na2SO4·10H2O也形成饱和Na2SO4溶液，ω g Na2SO4·10H2O中含有Na2SO4的质量为 g，因此剩余溶液中溶质的质量分数为(g)/(ω g＋18a g)×100%＝×100%。
答案 (1)电解池 负 (2)2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu
(3)2.24 L (4)不变
(5)增大 增大 (6)×100%
专题突破(六) “隔膜”在电化学中的应用
“隔膜”又叫离子交换膜，在新型化学电源或电解池中有广泛的应用，高考试题中经常出现带有“隔膜”的电化学装置，此类试题源于最新科研成果或化工生产实际，使高考试题情境更加真实，要求考生在复杂的电化学情境中对必备知识和关键能力进行综合运用，体现《中国高考评价体系》关于学习掌握、实践探索、思维方法等学科素养的考查，要求考生运用学科相关能力，高质量地认识电化学问题，分析并解决问题。
1．常见离子交换膜的种类
离子交换膜由高分子特殊材料制成，通常分三类：
(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．离子交换膜的作用
(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)能选择性的通过离子，起到平衡电荷、形成闭合回路的作用。
应用示例：用下图装置电解饱和食盐水，其中阳离子交换膜的作用：
①平衡电荷，形成闭合回路；
②防止Cl2和H2混合而引起爆炸；
③避免Cl2与NaOH反应生成NaClO，影响NaOH的产量；
④避免Cl－进入阴极区导致制得的NaOH不纯。
3．离子交换膜选择的依据
依据电极反应及电解质溶液中离子的定向移动进行选择。
4．离子交换膜的应用
应用燃料电池
(2021·黔东南州检测)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如图，下列有关叙述正确的是( )
A．该装置能实现化学能100%转化为电能
B．电子移动方向为a极→b极→质子交换膜→a极
C．a电极的电极反应式为CH3OCH3＋3H2O＋12e－===2CO2＋12H＋
D．当b电极消耗标准状况下22.4 L O2时，质子交换膜有4 mol H＋通过
D [化学能转化为热能和电能，不可能100%转化为电能，A项错误；电子不能经过电解质溶液，则电子由a极b极，B项错误；a为负极，发生氧化反应，电极反应式为CH3OCH3－12e－＋3H2O===2CO2＋12H＋，C项错误；当b电极消耗标准状况下22.4 L O2时， 电路中通过4 mol e－，结合b电极反应式(O2＋4H＋＋4e－===2H2O)可知，反应消耗4 mol H＋，为维持电解质溶液呈电中性，应有4 mol H＋通过质子交换膜，D项正确。]
(2021·安徽合肥质检)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。可用电解LiCl溶液制备LiOH，装置如下图所示。下列说法中正确的是( )
A．电极B连接电源正极
B．A极区电解液为LiCl溶液
C．阳极反应式为2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－
D．每生成1 mol H2，有1 mol Li＋通过阳离子交换膜
B [由题意知，电解LiCl溶液制备LiOH，由于B电极生成氢气，A与B用阳离子交换膜隔开，所以B为阴极，B极区为LiOH溶液，A极区为LiCl溶液。电极B上产生氢气，所以B为阴极，B连接电源负极，A项错误；阳极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，C项错误；每生成1 mol H2，有2 mol Li＋通过阳离子交换膜，D项错误。]
(2021·黑龙江哈尔滨检测)用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的NH，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．阴极的电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．电解一段时间后，阴极室溶液中的pH升高
D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4
C [阳极上Fe发生氧化反应，溶液由无色变为浅绿色，A项错误；阴极上H＋发生还原反应：2H＋＋2e－===H2↑，B项错误；根据阴极上电极反应，阴极消耗H＋，电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，C项正确；电解一段时间后，阴极室溶液pH升高，NH与OH－反应生成NH3·H2O，因此阴极室溶液中溶质除(NH4)3PO4外，还可能有NH3·H2O，D项错误。]
1．(2021·山东师大附中检测)普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质，利用下面的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述中正确的是( )
A．电极b为精铜，电极a为粗铜
B．甲膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区
C．乙膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区
D．当电路中通过1 mol电子时，可生成32 g精铜
D [由题意结合电解原理可知，电极a是阴极，为精铜，电极b是阳极，为粗铜，A项错误；甲膜为阴离子交换膜，可阻止杂质阳离子进入阴极区，B项错误；乙膜为过滤膜，可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区，C项错误；当电路中通过1 mol电子时，可生成0.5 mol精铜，其质量为32 g，D项正确。]
2．(2021·湖南雅礼中学检测)NCl3是一种黄色粘稠状液体，常用于杀菌消毒，工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备NCl3，其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．在b极区产生的气体是H2
B．a极的电极反应式为NH＋4OH－＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H2O
C．溶液中的Cl－移向b极区
D．若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，NH4Cl的利用率不变
A [ b极是阴极，电解液是HCl溶液，则b极反应式为2H＋＋2e－===H2↑，b极区产生的气体是H2，A项正确；a极是阳极，电解液是NH4Cl溶液，电极反应式为NH＋3Cl－－6e－===NCl3＋4H＋，B项错误；电解池中阴离子向阳极移动，则溶液中的Cl－移向a极区，C项错误；若将阴离子交换膜改为阳离子交换膜，NH会通过阳离子交换膜向b极迁移，NH4Cl的利用率降低，D项错误。]
3．(2018·全国卷Ⅰ)最近我国科学家设计了一种CO2＋H2S协同转化装置，实现对天然气中CO2和H2S的高效去除。示意图如下所示，其中电极分别为ZnO@石墨烯(石墨烯包裹的ZnO)和石墨烯，石墨烯电极区发生反应为：
①EDTAFe2＋－e－===EDTAFe3＋
②2EDTAFe3＋＋H2S===2H＋＋S＋2EDTAFe2＋
该装置工作时，下列叙述错误的是( )
A．阴极的电极反应：CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O
B．协同转化总反应：CO2＋H2S===CO＋H2O＋S↓
C．石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低
D．若采用Fe3＋/Fe2＋取代EDTAFe3＋/EDTAFe2＋，溶液需为酸性
C [由题中信息可知，石墨烯电极发生氧化反应，为电解池的阳极，则ZnO@石墨烯电极为阴极。C错：阳极接电源正极，电势高，阴极接电源负极，电势低，故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高。A对：由题图可知，电解时阴极反应式为CO2＋2H＋＋2e－===CO＋H2O。B对：将阴、阳两极反应式合并可得总反应式为CO2＋H2S===CO＋H2O＋S↓。D对：Fe3＋、Fe2＋只能存在于酸性溶液中。]
4．(2021·黑龙江大庆检测)三室式电渗析法处理含Na2SO4废水的原理如图所示，采用惰性电极，ab、cd均为离子交换膜，在直流电场的作用下，两膜中间的Na＋和SO可通过离子交换膜，而两端隔室中离子被阻挡不能进入中间隔室。
下列叙述正确的是( )
A．通电后中间隔室的SO向正极迁移，正极区溶液pH增大
B．该法在处理含Na2SO4废水时可以得到NaOH和H2SO4产品
C．负极反应为2H2O－4e－===O2＋4H＋，负极区溶液pH降低
D．当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.5 mol的O2生成
B [电解池中阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，即SO向正极区移动，Na＋ 向负极区移动，正极区水电离的OH－发生氧化反应生成氧气，H＋留在正极区，该极得到H2SO4产品，溶液pH减小，负极区水电离的H＋发生还原反应生成氢气，OH－留在负极区，该极得到NaOH产品，溶液pH增大，故A、C项均错误，B项正确；该电解池相当于电解水，根据电解水的方程式可计算出当电路中通过1 mol电子的电量时，会有0.25 mol的O2生成，D项错误。]
5．(2021·四川新津中学检测)某科研小组研究采用BMED膜堆(示意图如下)，模拟以精制浓海水为原料直接制备酸碱。BMED膜堆包括阳离子交换膜、阴离子交换膜和双极膜(A、D)。已知：在直流电源的作用下，双极膜内中间界面层发生水的解离，生成H＋和OH－。下列说法错误的是( )
A．电极a连接电源的正极
B．B为阳离子交换膜
C．电解质溶液采用Na2SO4溶液可避免有害气体的产生
D．Ⅱ口排出的是淡水
B [根据题干信息确定该装置为电解池，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，所以电极a为阳极，连接电源的正极，A项正确；水在双极膜A解离后，氢离子吸引阴离子透过B膜到左侧形成酸，B为阴离子交换膜，B项错误；电解质溶液采用Na2SO4溶液，电解时生成氢气和氧气，可避免有害气体的产生，C项正确；海水中的阴、阳离子透过两侧交换膜向两侧移动，淡水从Ⅱ口排出，D项正确。]
章末综合检测(六) 化学反应与能量
一、选择题：本题包括10小题，每小题只有一个选项最符合题意。
1．(2021·山西太原调研)在25 ℃ 101 kPa时，下列关于反应热的说法不正确的是( )
A．1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同
B．CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ/mol，则2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH＝－(2×283.0)kJ/mol
C．在稀溶液中：H＋(aq)＋OH－(aq)===H2O(l) ΔH＝－57.3 kJ/mol，若将含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合，放出的热量为57.3 kJ
D．2 g H2完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ/mol
D [燃烧热是以1 mol 物质完全燃烧生成稳定氧化物放出的热量为基准，故1 mol 钠与2 mol 钠完全燃烧时，燃烧热相同，A项正确；CO(g)的燃烧热ΔH＝－283.0 kJ/mol，则2 mol CO(g)完全燃烧放出热量为2×283.0 kJ，热化学方程式为2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)的ΔH＝－(2×283.0)kJ/mol，B项正确；含1 mol HNO3的稀溶液与含1 mol Ba(OH)2的稀溶液混合生成1 mol H2O(l)，故放出的热量为57.3 kJ，C项正确；2 g H2为1 mol，完全燃烧生成液态水，放出285.8 kJ热量，则氢气燃烧的热化学方程式可表示为2H2(g)＋O2(g)===2H2O(l) ΔH＝－571.6 kJ/mol，D项错误。]
2．(2021·浙江东阳调研)根据能量变化示意图，下列热化学方程式正确的是( )
A．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－(b－a)kJ·mol－1
B．N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－(a－b)kJ·mol－1
C．2NH3(l)===N2(g)＋3H2(g) ΔH＝2(a＋b－c)kJ·mol－1
D．2NH3(l)===N2(g)＋3H2(g) ΔH＝2(b＋c－a)kJ·mol－1
D [由图可知，0.5 mol N2(g)＋1.5mol H2(g)→1 mol NH3(g)断键吸收a kJ热量，成键释放b kJ热量，据此可得热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g) ΔH＝－2(b－a)kJ·mol－1，A、B项均错误；逆向分析，1 mol NH3(l)→1 mol NH3(g)吸收c kJ热量，1 mol NH3(g)→1 mol N＋3 mol H 吸收b kJ热量，1 mol N＋3 mol H →0.5 mol N2(g)＋1.5 mol H2(g)放出a kJ热量，据此可得1 mol NH3(l)→0.5 mol N2(g)＋1.5 mol H2(g)要吸收(b＋c－a) kJ热量，据此可得热化学方程式：2NH3(l)===N2(g)＋3H2(g) ΔH＝2(b＋c－a)kJ·mol－1，D项正确，C项错误。]
3．(2021·广东惠州检测)下图是某同学设计的原电池装置，下列叙述中正确的是( )
A．氧化剂和还原剂必须直接接触才能发生反应
B．电极Ⅱ上发生还原反应，作原电池的正极
C．该原电池的总反应式为2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋
D．盐桥中装有含氯化钾的琼脂，K＋移向负极区
C [双液原电池中，氧化剂在正极区，还原剂在负极区，并非直接接触，A项错误；Pt电极是惰性电极，则电极Ⅱ(Cu)是负极，发生氧化反应，B项错误；负极上Cu被氧化生成Cu2＋，正极上Fe3＋被还原生成Fe2＋，则电池总反应式为：2Fe3＋＋Cu===Cu2＋＋2Fe2＋，C项正确；原电池中，阳离子向正极区移动，则盐桥中K＋移向正极区，D项错误。]
4．(2021·江苏南京学情调研)保护海水中钢闸门的一种方法如图所示。下列说法不正确的是( )
A．锌板作牺牲阳极
B．钢闸门作正极(阴极)
C．锌板发生的电极反应式为Zn－2e－===Zn2＋
D．电子由钢闸门向锌板移动
D [钢闸门与锌板相连浸泡在海水中，形成原电池，采取牺牲阳极的阴极保护法，锌板作负极，即牺牲阳极，钢闸门作正极(阴极)，A、B项正确；锌板是负极，被氧化生成Zn2＋，C项正确；原电池中电子由负极流向正极，则电子由锌板向钢闸门移动，D项错误。]
5．(2021·湖北武汉联考)环己酮(O)在生产生活中有重要的用途，可在酸性溶液中用环己醇间接电解氧化法制备，其原理如图所示。下列说法正确的是( )
A．a 极与电源负极相连
B．a 极电极反应式是 2Cr3＋－6e－＋14OH－===Cr2O＋7H2O
C．b 极发生氧化反应
D．理论上生成 1 mol 环己酮时，有 1 mol H2生成
D [根据原理图可知，a极为电解池的阳极，Cr3＋失电子发生氧化反应，电极反应式是2Cr3＋＋7H2O－6e－===Cr2O＋14H＋，b极为阴极，氢离子得电子发生还原反应生成氢气，结合转移电子数相等计算。由上述分析可知，A、B、C项错误；理论上由环己醇(C6H12O)生成1 mol环己酮(C6H10O)，转移2 mol电子，根据电子守恒可知，阴极有1 mol氢气放出，D项正确。]
6．(2021·四川成都检测)H2与 ICl 的反应分①、②两步进行，其能量曲线如图所示，下列叙述中错误的是( )
A．反应①、反应②均为放热反应
B．反应①、反应②均为氧化还原反应
C．反应①比反应②的速率慢，与相应正反应的活化能无关
D．反应①、反应②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·mol－1
C [根据图中物质能量的相对高低可知，反应①和②均为放热反应，A项正确；反应①有单质参加，反应②有单质生成，则反应①和②均为氧化还原反应，B项正确；一般来说，正反应的活化能越大，反应速率越慢，反应①正反应活化能大于反应②的，则反应①比反应②慢，C项错误；H2与 ICl 的反应分①、②两步进行，根据盖斯定律及图像可知，反应①和②的焓变之和为ΔH＝－218 kJ·mol－1，D项正确。]
7．(2021·河北唐山模拟)Zulema Borjas等设计的一种微生物脱盐池的装置如图所示，下列说法正确的是( )
A．该装置可以在高温下工作
B．X、Y依次为阳离子、阴离子选择性交换膜
C．该装置工作时，电能转化为化学能
D．负极反应为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋
D [高温下，硫还原菌会死亡，电池效率降低，A项错误；负极上CH3COO－被氧化生成CO2，电极反应式为CH3COO－＋2H2O－8e－===2CO2↑＋7H＋，负极消耗CH3COO－生成H＋，为维持负极区溶液呈电中性，Cl—向负极区迁移，则X为阴离子交换膜；正极通入空气(氧气)，电极反应式为O2＋2H2O＋4e－===4OH－，为维持正极区电解质溶液呈电中性，海水中Na＋向正极区迁移，则Y是阳离子交换膜，B项错误，D项正确；该装置为原电池，可将化学能转化为电能，C项错误。]
8．(2021·辽宁沈阳联考)用水吸收 NOx的相关热化学方程式如下：
①2NO2 (g)＋H2O(l) ===HNO3 (aq)＋HNO2 (aq)
ΔH＝－116.1 kJ/mol
②3HNO2 (aq) ===HNO3(aq)＋2NO(g)＋H2O(l)
ΔH＝＋75.9 kJ/mol
则反应 3NO2 (g)＋H2O(l)=== 2HNO3 (aq)＋NO(g)的ΔH等于( )
A．＋136.2 kJ/mol B．－136.2 kJ/mol
C．－40.2 kJ/mol D．＋40.2 kJ/mol
B [分析已知热化学方程式及目标热化学方程式，确定中间产物是HNO2。由①×＋②×可得：3NO2 (g)＋H2O(l)===2HNO3 (aq)＋NO(g)，根据盖斯定律，则有ΔH＝×(－116.1 kJ/mol)＋75.9 kJ/mol×＝－136.2 kJ/mol。]
9．(2021·河北衡水联考)乙炔选择性加氢是工业上重要催化反应之一。原子级分散的Cu催化剂Cu1/ND@G在乙炔氢化反应中，可有效促进乙炔的活化和乙烯的脱附，过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A．乙炔加氢制乙烯的反应是放热反应
B．B→C过程的能量变化为1.36 eV
C．Cu1/ND@G不会使乙炔加氢制乙烯反应的ΔH发生改变
D．反应中间产物乙烯脱附能垒(1.08 eV)小于乙烯进一步加氢能垒(1.27 eV)，有利于乙烯脱附而避免乙烯进一步过度加氢
B [由图可知，乙炔具有能量高于乙烯具有能量，则乙炔制乙烯是放热反应，A项正确；由图可知，B→TS1过程的能量变化为1.36 eV，B项错误；Cu1/ND@G是催化剂，只能加快反应速率，不能改变反应的ΔH，C项正确；乙烯脱附能垒小于乙烯进一步加氢能垒，说明前者反应速率大于后者，故有利于乙烯脱附而避免乙烯进一步过度加氢，D项正确。]
10．(2021·全国百校联盟联考)2萘酚(OH)在生产环境中主要以粉尘、气溶胶形式存在，可采用催化剂(Ag@AgBr/mpTiO2，其中mpTiO2为介孔二氧化钛，具有大的比表面积和渗透能力)条件下的光降解法除去环境中的该污染物，工作原理如图。下列判断正确的是( )
A．该除去方法中的能量转化只有化学能转化为电能
B．mp-TiO2可加快O2的失电子速率
C．负极反应：－46e－＋23O2－===10CO2＋4H2O
D．该法降解144 g 2萘酚时，装置吸收空气约为1 288 L
C [由原理图可知，太阳能参与了该降解方法，即存在太阳能转化为化学能，A项错误；O2在该装置中得电子，B项错误；负极2萘酚被氧化，失电子生成二氧化碳和水，C项正确；由正负极反应可知关系式：2～23O2，144 g 2萘酚为1 mol，降解1 mol 2萘酚时，消耗11.5 mol O2，空气中O2约占，即消耗空气为57.5 mol，即标准状况下的1 288 L，但该选项缺少标准状况条件，故消耗的空气体积不确定，D项错误。]
二、非选择题：本题包括3小题。
11．(2021·江西南昌八一中学检测)(1)CuCl(s)与 O2反应生成 CuCl2(s)和一种黑色固体。在 25 ℃、101 kPa 下，已知该反应每消耗1 mol CuCl(s) ，放热44.4 kJ ，该反应的热化学方程式为_____________________________________________。
(2)肼可作为火箭发动机的燃料，与氧化剂 N2O4反应生成 N2和水蒸气。
已知：①N2 (g)＋2O2 (g)=== N2O4(l)
ΔH1＝－19.5 kJ/mol
②N2H4(l)＋O2(g)===N2(g)＋2H2O(g)
ΔH2＝－534.2 kJ/mol
写出肼和N2O4反应的热化学方程式_______________________________。
(3)饮用水中的NO主要来自 NH。已知在微生物的作用下，NH经过两步反应被氧化成NO。两步反应的能量变化如下图所示：
①分别写出第一步反应和第二步反应的热化学方程式：
________________________________________________________________________。
②1 mol NH全部被氧化成NO的热化学方程式为
________________________________________________________________________。
解析 (2)将②×2－①可得反应：2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝2ΔH2－ΔH1＝2×(－534.2 kJ/mol)－(－19.5 kJ/mol)＝－1048.9 kJ/mol。
(3)根据两步反应的能量变化写出第一步、第二步反应的热化学方程式，将两步反应相加可得反应：NH(aq)＋2O2(g)=== NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l)，根据盖斯定律，该反应的ΔH＝(－273 kJ/mol)＋(－73 kJ/mol)＝－346 kJ/mol。
答案 (1)4CuCl(s)＋O2(g)===2CuCl2(s)＋2CuO(s) ΔH＝－177.6 kJ/mol
(2)2N2H4(l)＋N2O4(l)===3N2(g)＋4H2O(g) ΔH＝－1048.9 kJ/mol
(3)①NH(aq)＋O2(g)===NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l) ΔH＝－273 kJ/mol
NO(aq)＋O2(g)=== NO(aq) ΔH＝－73 kJ/mol
②NH(aq)＋2O2(g)=== NO(aq)＋2H＋(aq)＋H2O(l)
ΔH＝－346 kJ/mol
12．(2021·天津部分区联考)新能源汽车所用蓄电池分为铅酸蓄电池、二次锂电池、空气电池等类型。请回答下列问题：
(1)2019年诺贝尔化学奖授予了为锂离子电池发展做出贡献的约翰·班宁斯特·古迪纳夫等三位科学家。如图所示为水溶液锂离子电池体系。
①放电时，电池的负极是_______(填a或b)，电极反应式为________________________。
②放电时，Li2SO4溶液中Li＋从______迁移(填“a向b”或“b向a”)。
(2)铅酸蓄电池是最常见的二次电池，电压稳定，安全可靠，价格低廉，应用广泛。电池总反应为Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)2PbSO4(s)＋2H2O(l)。
①放电时，正极的电极反应式是___________________________________________，电解质溶液中c(H2SO4)
_________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②用该蓄电池作电源，进行粗铜(含Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼。如图所示，电解液c选用____________溶液，A电极的材料是_______，B电极反应式是___________________。
③用该蓄电池作电源，A、B为石墨电极，c为氯化钠溶液，进行电解。如上图所示，则A电极产生的气体是________，B电极的电极反应式为____________________________。
解析 (1)Li是活泼金属，放电时，Li作负极被氧化为Li＋，电极反应为Li－e－===Li＋。Li2SO4溶液中Li＋向负极移动。
(2)①放电时，PbO2在正极发生还原反应，电极反应式为PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O，反应中消耗H2SO4，溶液中c(H2SO4)减小。
②根据图中电流的流向判断，A是阳极，B是阴极。电解精炼粗铜时，粗铜作阳极，纯铜作阴极，电解液是CuSO4或CuCl2等。
③电解氯化钠溶液，A电极是阳极，Cl－放电产生Cl2；B电极是阴极，电极反应式为2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑。
答案 (1)①b Li－e－===Li＋ ②b向a
(2)①PbO2＋4H＋＋SO＋2e－===PbSO4＋2H2O 减小
②CuSO4(或CuCl2等) 粗铜 Cu2＋＋2e－===Cu
③Cl2 2H2O＋2e－===2OH－＋H2↑
13．(2021·贵州铜仁一中检测)某化学兴趣小组的同学用如下图所示装置研究有关电化学的问题。当闭合K时，观察到电流表的指针发生了偏移。
请回答下列问题：
(1)乙装置的名称是________；Zn为________极。
(2)写出电极反应：Cu极：___________________________________；
石墨棒极：______________________。
(3)当甲中产生0.1 mol气体时，乙中产生的气体在标准状况下的体积应为________。
(4)若乙中溶液不变，将其电极都换成铜电极，闭合K一段时间后，乙中溶液的颜色________(填“变深”“变浅”或“不变”)。
(5)若乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，闭合K一段时间后，甲中溶液的pH将________(填“增大”“减小”或“不变”，下同)；乙中溶液的pH将________。
(6)若乙中电极不变，将其溶液换成饱和Na2SO4溶液，闭合K一段时间，当阴极上有a mol气体生成时，同时有ω g Na2SO4·10H2O析出，假设温度不变，剩余溶液中溶质的质量分数应为__________________(用含ω、a的表达式表示，不必化简)。
解析 (1)乙中Pt、石墨棒都是惰性电极，甲中Zn和Cu都是活性电极，则甲是原电池，Zn是负极，Cu是正极；乙是电解池，Pt是阳极，石墨棒是阴极。
(2)甲中电解液是稀硫酸，Cu极的电极反应式为2H＋＋2e－===H2↑；石墨棒阴极上Cu2＋发生还原反应，电极反应式为Cu2＋＋2e－===Cu。
(3)甲中Cu电极产生H2，产生0.1 mol气体时，电路中通过0.2 mol电子；乙中Pt电极反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，则转移0.2 mol 电子时生成0.1 mol Cl2，在标准状况下的体积为2.24 L。
(4)铜电极是活性电极，乙为电镀池，在石墨棒上电镀铜，电解液中c(Cu2＋)不变，则乙中溶液的颜色不变。
(5)甲中电池总反应为Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，溶液的pH增大；乙中电极不变，将其溶液换成NaCl溶液，电池总反应为2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，反应生成NaOH，溶液的pH增大。
(6)利用惰性电极电解饱和Na2SO4溶液，电池总反应式为2H2O2H2↑＋O2↑，阴极上析出H2，则阴极上有a mol气体生成时，消耗a mol H2O，同时有ω g Na2SO4·10H2O析出，剩余溶液仍为饱和Na2SO4溶液，故a mol H2O和ω g Na2SO4·10H2O也形成饱和Na2SO4溶液，ω g Na2SO4·10H2O中含有Na2SO4的质量为 g，因此剩余溶液中溶质的质量分数为(g)/(ω g＋18a g)×100%＝×100%。
答案 (1)电解池 负 (2)2H＋＋2e－===H2↑ Cu2＋＋2e－===Cu
(3)2.24 L (4)不变
(5)增大 增大 (6)×100%
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