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1专题四专题四 化学反应中的能量变化化学反应中的能量变化专题提升专题提升一、电化学中的交换膜1.交换膜的功能使离子选择性定向迁移(目的是平衡整个溶液的离子浓度或电荷)。2.交换膜在中学电化学中的作用(1)防止副反应的发生,避免影响所制取产品的质量;防止引发不安全因素。(如在电解饱和食盐水中,利用阳离子交换膜,防止阳极产生的氯气进入阴极室与氢氧化钠反应,导致所制产品不纯;防止与阴极产生的氢气混合发生爆炸)。(2)用于物质的制备、分离、提纯等。3.离子交换膜的类型常见的离子交换膜为:阳离子交换膜、阴离子交换膜、特殊离子交换膜等。例 1 (2017合肥质检)目前电解法制烧碱通常采用离子交换膜法,阳(阴)离子交换膜不允许阴(阳)离子通过。则下列叙述中错误的是( )A.NaOH、H2均在区产生B. 图中 a 为阴离子交换膜C.使用离子交换膜可以有效地隔离 NaOH 和 Cl2,阻止二者之间的反应D.电解时往区的溶液中滴加几滴甲基橙,溶液先变红后褪色解析 区是阴极室,H(H2O)放电生成氢气,同时促进水的电离,生成氢氧化钠,区Na通过 a 进入 I 区,故 a 应该是阳离子交换膜;区和电源的正极相连,为阳极,Cl放电生成氯气,区 Cl通过 b 进入区,故 b 应该是阴离子交换膜;氯气溶于水显酸性,同时次氯酸还具有漂白性,所以滴入甲基橙后溶液先变红后褪色。错误的是 B。答案 B例 2 加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3),现以电解法制备碘酸钾,实验装置如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液,发生反应:3I26KOH=5KIKIO33H2O,将该溶液加入阳极区,另将氢氧化钾溶液加入阴极区,开始电解。下列说法中正确的是( )2A.电解过程中 OH从 a 极区通过离子交换膜 c 进入 b 极区B.随着电解进行,KOH 溶液浓度会逐渐减小C.a 电极反应式:I6e6OH= IO3H2O,a 极区的 KI 最终转变为 KIO3 3D.当阳极有 0.1 mol I放电时,阴极生成 6.72 L H2解析 与外加电源正极相连的是电解池的阳极,即 a 电极是阳极,故 b 电极是阴极;题意知阳极区的物质有:KOH、KI、KIO3、H2O,阳极将发生失电子的氧化反应,失电子能力:IOHIO,故发生反应 I6e6OH= IO3H2O,在阴极上 H(H2O)放电, 3 36H2O6e=3H26OH,电解总反应为:I3H2OIO3H2,故电解时 KOH 浓度会增大;b 极区 OH会通过 c 进=电解 3入 a 极区,c 应为阴离子交换膜。正确的是 C。答案 C例 3 (2017无锡两市六校联考)工业品氢氧化钾溶液中含有某些含氧酸根杂质,可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜(只允许阳离子通过),其工作原理如图所示。下列说法中不正确的是( )A.阴极材料可以是 Fe,含氧酸根杂质不参与电极反应B.该电解槽的阴极反应式为:4OH4e=2H2OO2 C.通电后,该电解槽阴极附近溶液的 pH 会逐渐减小 D.除去杂质后,氢氧化钾溶液从出口 B 导出来解析 该电解槽中阴离子放电顺序 OH含氧酸根离子,阳离子放电顺序 HK,故此电解反应的实质是电解水,阴极反应是 2H2O2e=2OHH2,通电后阴极区的 pH 会增大,阳极反应是 4OH4e=2H2OO2,电解总反应是32H2O2H2O2,阳极区c(OH)减小,K会通过阳离子交换膜流向阴极=电解与产生的 OH结合,以 KOH 溶液的形式从 B 口导出。由此可得出 A、D 正确,B、C 错误。答案 BC二、电化学中的介质对电极反应的影响电化学中常见的五大介质(以 CH3OH 、O2 燃料电池为例)介质一:K2SO4中性溶液总反应式:2CH3OH3O2=2CO24H2O()负极:2CH3OH12e2H2O=2CO212H()正极: 介质二:KOH 碱性介质总反应式:2CH3OH 3O2 4OH= 2CO6H2O23()负极:2CH3OH12e16OH=2CO12H2O23()正极: 介质三:H2SO4溶液酸性 总反应式:2CH3OH3O2=2CO24H2O()负极:2CH3OH12e2H2O=2CO212H()正极: 介质四:熔融盐介质,如熔融的 K2CO3总反应:2CH3OH3O2=2CO2 4H2O()负极:2CH3OH12e6CO=8CO24H2O23()正极: 介质五:掺杂 Y2O3的 ZrO3固体电解质,在高温下能传导正极生成的 O2 总反应:2CH3OH3O2=2CO2 4H2O()负极:2CH3OH12e6O2=2CO24H2O()正极: 答案 3O212e6H2O=12OH 3O212e6H2O=12OH 3O212e12H=6H2O 3O212e6CO2=6CO 3O212e=6O223规律 首先要分析介质是否参与总反应,然后写出总反应方程式,O2在不同介质中的转化关系(O2得电子转化为 O2,碱性(中性)溶液中转化为 OH;酸性溶液中转化为 H2O,熔融4碳酸盐中转化为 CO;固体氧化物转化为 O2),写出正极反应,利用相减法(总反应正23极反应负极反应),写出负极反应。例 4 一种基于酸性燃料电池原理设计的酒精检测仪,负极上的反应为 CH3CH2OH4eH2O=CH3COOH4H 。下列有关说法正确的是( )A.检测时,电解质溶液中的 H 向负极移动 B.若有 0.4 mol 电子转移,则在标准状况下消耗 4.48 L 氧气C.电池反应的化学方程式为 CH3CH2OHO2=CH3COOHH2OD.正极上发生的反应为 O24e 2H2O=4OH解析 解答本题时审题是关键,反应是在酸性电解质溶液中进行的。在原电池中,阳离子要往正极移动,故 A 错;因电解质溶液是酸性的,不可能存在 OH ,故正极的反应式为O24H 4e =2H2O,转移 4 mol 电子时消耗 1 mol O2,则转移 0.4 mol 电子时消耗(标准状况下)2.24 L O2,故 B、D 错;电池反应式即正负极反应式之和,将两极的反应式相加可知 C 正确。答案 C例 5 某燃料电池以 Ca(HSO4)2固体为电解质传递 H ,其基本结构如图所示,电池总反应可表示为 2H2O2=2H2O。请回答:(1)H 由 极通过固体酸电解质传递到另一极(填 a 或 b)。(2)b 极上发生的电极反应式 。解析 a 极为负极,b 极为正极,电极反应式分别为负极:2H24e =4H 正极:O24e 4H =2H2O,其中正极上的 H 来自负极生成的 H 。答案 (1)a (2)O24e4H =2H2O5专题测试专题测试( (四四) )一、单项选择题1.某反应过程能量变化如图所示,下列说法正确的是( )A.反应过程 a 有催化剂参与B.该反应为放热反应,热效应等于 HC.改变催化剂,可改变该反应的反应热D.有催化剂的条件下,反应的活化能等于E1E2解析 过程 b 的活化能小,有催化剂参加,A 错误;反应物能量大于生成物能量,为放热反应,B 正确;催化剂不影响反应热,C 错误;有催化剂条件下,反应的活化能为E1,D 错误。答案 B2.某小组进行电化学研究,甲同学设计如图所示的装置图,乙同学利用甲的装置和桌面其他的药品与材料,不能完成的实验是( )A.使甲同学的正极变为负极B.设计一个新的原电池C.在碳电极上镀锌D.使锌电极受到保护解析 A 项,将铜与石墨相连,以 AgNO3溶液作电解质,铜为负极,正确;B 项,铝铜6AgNO3溶液、铝铜CuSO4溶液等均可以组成新的原电池,正确;C 项,镀锌是电解池,错误;D 项,锌与铝相连,锌作正极,受到保护,正确。答案 C3.某研究性学习小组设计了用化学电源使 LED 灯发光的装置,示意图如图所示。下列说法不正确的是( )A.锌是负极,电子从锌片经导线流向铜片B.氢离子在铜片表面被还原C.锌质量减少 65 g 时,铜电极表面析出氢气 22.4 LD.装置中存在“化学能电能光能”的转换解析 锌质量减少 65 g 时,在标准状况下铜电极表面析出氢气是 22.4 L,C 错误。答案 C4.下列有关电化学装置完全正确的是( )ABCD铜的精炼铁上镀银防止 Fe 被腐蚀构成铜锌原电池解析 电解精炼铜时,应该用粗铜作阳极,纯铜作阴极,故 A 错误;铁上镀银时,应该用银作阳极,铁作阴极,故 B 错误;C 是外加电流的阴极保护法,正确;铜锌原电池中,锌应插入硫酸锌溶液中,铜应插入硫酸铜溶液中,故 D 错误。答案 C5.下列说法正确的是( )A.镀锌铁制品镀层受损后,铁制品比受损前更容易生锈B.铜的金属活泼性比铁的弱,可在海轮外壳上装若干铜块以减缓其腐蚀C.实验室利用 Zn 和稀硫酸反应制氢气时,滴加少量 CuSO4可加快反应速率D.铅蓄电池在放电过程中,负极质量减少,正极质量增加7解析 A 项,镀层是锌,当镀层破坏时,易形成电化学腐蚀而使相对活泼金属被腐蚀,即锌的腐蚀会加剧,铁受到保护,错误;B 项,在海轮外壳上应装上比铁活泼的锌,不能用铜,否则加快铁的腐蚀,错误;C 项,Zn 置换出 Cu,在稀硫酸中构成原电池,加快反应速率,正确;D 项,铅蓄电池负极反应为:Pb2eSO=PbSO4,PbSO4不溶于水,负极24质量增加,错误。答案 C6.已知:CO2(g)C(s)=2CO(g) H1C(s)H2O(g)=CO(g)H2(g) H2CO(g)H2O(g)=CO2(g)H2(g) H3CuO(s)CO(g)=Cu(s)CO2(g) H42CuO(s)C(s)=2Cu(s)CO2(g) H5下列关于上述反应焓变的判断不正确的是( )A.H10 B.H20C.H2H3 D.H52H4H1 解析 前两个反应为吸热反应,所以 H1、H2均大于 0,A、B 正确;第 3 个反应为H3H2H1,H2H3H1,由前分析 H1、H2均大于 0,所以 H2H3,错误。答案 C7.某同学组装了如图所示的电化学装置,电极为 Al,其他电极均为 Cu,则下列说法正确的是( )A.电流方向:电极电极B.电极发生还原反应C.电极逐渐溶解D.电极的电极反应:Cu22e=Cu解析 根据原电池的构成原理,可知电极为负极,电极为正极,电极为阳极,电极8为阴极。电子流向为电极电极,故电流方向为电极电极, A 项正确;电极为负极,发生氧化反应,B 项错误;电极为正极,Cu2在此被还原, C
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