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课标III卷B版高考二轮总复习化学专题十一电化学完美课件PPT
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专题十一 电化学
高考化学 (课标Ⅲ专用)
A组 统一命题·课标卷题组考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护1.(2018课标Ⅲ,11,6分)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↑
答案 D 本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和可充电电池装置图 判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负 极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶 液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生 成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1- )O2↑,正确。
方法技巧 可充电电池的工作原理①可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;②分析电化学问题 时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。
2.(2018课标Ⅱ,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将Na- ClO4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,Cl 向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e- 2C +CD.充电时,正极反应为:Na++e- Na
答案 D 本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e- 4Na+,正极反应为3CO2+4e- C+2C ;Na+移向正极,C 、Cl 移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2C +C-4e- 3CO2↑,D错误。
规律总结 二次电池充、放电的电极判断二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时 的阴极。
3.(2017课标Ⅲ,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a 常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是 ( ) A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
答案 D 电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电 极a为正极,依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li- e- Li+,当转移0.02 mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来 越少,D错误。
思路分析 结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合电解质的性 质书写电极反应式。
4.(2017课标Ⅰ,11,6分)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
答案 C 本题考查外加电流的阴极保护法。将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,防 止钢管桩被腐蚀,故其表面腐蚀电流接近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生 氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用 于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错误;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境 条件的变化及时进行调整,D项正确。
审题技巧 本题易因忽视高硅铸铁为惰性辅助阳极而导致出错。通常除金、铂以外的金属 作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中的粒子放电,且起到导电作用。此题指出惰性辅助阳 极,“惰性”说明在此条件下铁不放电,只是起导电作用(辅助)。做题时,应“具体问题具体分 析”,不能一味地“按章办事”。
5.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述 的是 ( )A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+B.正极反应式为Ag++e- AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑
答案 B Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式为AgCl+e- Ag+Cl-,B项错误。
6.(2016课标Ⅲ,11,6分)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)
答案 C 充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH 2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH--2e- Zn(OH ,故C项正确;每消耗1 mol O2,电路中通过4 mol电子,故D项错误。
思路分析 根据原电池及电解池的工作原理分析判断。
知识拓展 1.
2.失电子
3.原电池充电时:正极接电源正极,电池正极变阳极。
7.(2015课标Ⅰ,11,6分,0.588)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置, 其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法 的是 ( ) A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O
答案 A 根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式 为C6H12O6-24e-+6H2O 6CO2↑+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+ 12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,正确。
思路分析 由题干信息可知该装置为原电池,再结合该电池工作原理示意图可知左侧电极为 负极,右侧电极为正极。
8.(2015课标Ⅱ,26,14分,0.182)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒, 其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:溶解度/(g/100 g水)
回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 C·mol-1)(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲从中得到较纯的 MnO2,最简便的方法为 ,其原理是 。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2 SO4和H2O2溶解,铁变为 ,加碱调节至pH为 时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于 1×10-5 mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为 时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 mol·L-1)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。
答案 (14分)(1)MnO2+H++e- MnOOH2MnO2+Zn+2H+ 2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)[注:式中Zn2+可写为Zn(NH3 、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N ](2)0.05(2分)(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)(4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)
解析 (1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e- Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+ 2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5 A×5×60 s=150 C,则m(Zn)= ×65 g·mol-1=0.05 g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小,故 可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=1×10-5×c3(OH-)=1×10-39,c(OH-)=10-11.3mol·L-1,pOH=11.3,则pH=2.7。Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)×c2(OH-)=0.1×c2(OH-)=1×10-17,c(OH-)=10-8 mol·L-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2将Fe2+氧化 为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得的ZnSO4·7H2O不纯净。
审题技巧 题目给出相关物质的Ksp,说明在分离除杂的过程中,可以利用溶解性,采用调节pH 的方法将杂质成分除去。
疑难突破 除去Fe元素的基本思路是先将其氧化成Fe3+,然后采用调节pH的方式,将Fe3+转化成 沉淀而过滤除去。
考点二 电解原理及其应用1.(2018课标Ⅰ,13,6分)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CO 2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,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:①EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S 2H++S+2EDTA-Fe2+ 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+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
答案 C 本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应①可知该极发生氧化反应,为阳 极,则ZnO@石墨烯为阴极。阴极的电极反应为:CO2+2H++2e- CO+H2O,A正确;装置工作时涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒 可知总反应为:CO2+H2S CO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO@石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存 在,D正确。
审题技巧 解题的关键是电极名称的确定。如本题中CO2→CO为还原反应——阴极,Fe2+→Fe3+为氧化反应——阳极。
2.(2017课标Ⅱ,11,6分)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H2SO4-H2C2O4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- AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案 C 本题考查电解原理的应用。 → O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料应为金属或导电的非金属,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H++2e- H2↑,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。
知识拓展 电解原理的应用
1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。
2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素[CO(NH2)2]制氢气。
3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。
3.(2016课标Ⅰ,11,6分)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S 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S 离子向正极迁移,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
答案 B 负极区(阴极)电极反应为:4H++4e- 2H2↑,正极区(阳极)电极反应为:4OH--4e- 2H2O+O2↑。A项,通电后S 向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应为4H++4e- 2H2↑,溶液pH增大;D项,当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol O2生成。
知识拓展 ①阳离子交换膜(以电解饱和NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离 子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2和Cl2混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生 成NaClO。②电解或电镀时,电极质量减小的电极必为阳极;电极质量增大的电极必为阴极,即 溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。
4.(2014课标Ⅱ,12,6分,0.347)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体 系。下列叙述错误的是 ( ) A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
答案 C 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、 D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe- xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi++xe- LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。
解题技巧 首先根据原电池原理结合题给信息准确判断电池的正、负极;然后理清两极上的 电极反应式及电池反应;最后结合选项进行作答。
5.(2018课标Ⅰ,27,14分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回 答下列问题:(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式 。(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为: ①pH=4.1时,Ⅰ中为 溶液(写化学式)。②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是 。(3)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。
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样 品,用0.010 00 mol·L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为 ,该样品中Na2S2O5的残留量为 g·L-1(以SO2计)。
答案 (1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液(3)2H2O-4e- O2↑+4H+ a(4)S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+ 0.128
解析 本题考查工艺流程、电解原理的应用、氧化还原滴定与计算。(1)NaHSO3与Na2S2O5中硫元素化合价均为+4价,根据观察法配平反应方程式:2NaHSO3 Na2S2O5+H2O。(2)①Ⅰ中所得溶液的pH=4.1,硫元素的存在形式应为HS ,故Ⅰ中为NaHSO3溶液。②过程Ⅱ是利用Na2CO3与NaHSO3反应转化为Na2SO3,过程Ⅲ利用SO2与Na2SO3反应生成NaH- SO3:Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3,制得高浓度的NaHSO3,更有利于Na2S2O5的制备。(3)根据装置图可知左侧为阳极,溶质为H2SO4,实际放电的是水电离出的OH-,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+。电解过程中,阳离子(H+)向右侧移动,则a室中S +H+ HS ,NaHSO3浓度增大。(4)Na2S2O5作食品的抗氧化剂,则具有强还原性,被氧化为S ;S2 2S ,I2 2I-,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可配平反应的离子方程式:S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+。根据滴定反应的离子方程式及硫原子守恒可得如下关系式:
64 g 1 molm(SO2) 0.010 00 mol·L-1×0.010 00 Lm(SO2)=6.4×10-3g则样品中Na2S2O5的残留量为 =0.128 g·L-1。
2SO2 ~ S2 ~ 2I2
方法技巧 守恒法在此题中应用较多。如第(4)问中S2 与I2反应的方程式要利用得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平。
考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护1.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
B组 自主命题·省(区、市)卷题组
下列说法不正确的是 ( )A.对比②③,可以判定Zn保护了FeB.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
答案 D 本题考查原电池的原理、Fe2+的检验等知识。在①中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负 极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3[Fe(CN)6]会出现蓝色沉淀,与原来①的实验现象相同,也就 是说,在①中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用①的方法无法判断 Fe与Cu的活泼性强弱。
规律方法 做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。
2.(2017江苏单科,12,4分)下列说法正确的是 ( )A.反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0,ΔS>0B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀C.常温下,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)≤5.6×10-4 mol·L-1D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2,反应中转移的电子数为6.02×1023
答案 BC 本题考查ΔH与ΔS的判断、金属防腐、与Ksp有关的计算、气体摩尔体积的应 用。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0,ΔS<0,A不正确;地下钢铁管道用导线连接锌块属于牺牲阳极的阴极保护法,B正确;Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-),则c(Mg2+)= mol·L-1=5.6×10-4mol·L-1,pH=10的溶液中Mg2+最大浓度为5.6×10-4mol·L-1,C正确;常温常压下11.2 L H2的物质的 量不是0.5 mol,D不正确。
知识拓展 气体分子数增多的反应:ΔS>0,气体分子数减少的反应:ΔS<0。
3.(2016四川理综,5,6分)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)。下列关于该电池的说法不正确的是 ( )A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe- xLi++C6C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x gD.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+
答案 C 由放电时电池总反应可知,放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,在原电池内部阳离子由负极向正极迁移,A、B项均正确;充电时阴极反应式为C6+xLi++xe- LixC6,阳极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,转移x mol e-,石墨电极增重7x g,若转移1 mol e-,石墨电极将增重7 g,C项不正确,D项正确。
4.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成 为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n 已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法 不正确的是 ( )A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n
D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
答案 C A项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电 极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量 最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e- Mg2+,为防止负极区沉积Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。
5.(2016江苏单科,7,2分)下列说法正确的是 ( )A.氢氧燃料电池工作时,H2在负极上失去电子B.0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液加热后,溶液的pH减小C.常温常压下,22.4 L Cl2中含有的分子数为6.02×1023个D.室温下,稀释0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液,溶液的导电能力增强
答案 A A项,原电池工作时,负极失电子,故正确;B项,0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液加热后,C 水解程度变大,C +H2O HC +OH-平衡右移,溶液碱性增强,pH增大,故错误;C项,常温常压下,22.4 L Cl2的物质的量不是1 mol,故错误;D项,室温下,稀释0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液,溶液中 离子总浓度减小,溶液导电能力减弱,故错误。
6.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是 ( )
答案 B 氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。
7.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2 2AgCl。下列说法正确的是 ( ) A.正极反应为AgCl+e- Ag+Cl-B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
答案 D 原电池的正极反应为Cl2+2e- 2Cl-,故A项错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电极处产生,故B项错误;当电路中转移0.01 mol e-时,原电池左侧发生的反应为:Ag-e-+Cl- AgCl,减少了0.01 mol的Cl-,根据电荷守恒原理,左侧溶液中的H+通过阳离子交换膜向右侧转移 0.01 mol,故D项正确。
8.(2014天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是 ( )A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放
答案 B A项,铁表面镀锌,当发生电化学腐蚀时,Fe作正极被保护。B项,聚乙烯塑料非常稳 定,不易降解,而聚乳酸塑料是易降解的塑料,故应用聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料来减少白色污 染,故B项错误。D项,重金属离子对土壤、水都会产生污染,所以含重金属离子的电镀废液不 能随意排放。
9.(2016北京理综,26,13分)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N )已成为环境修复研究的热点之一。(1)Fe还原水体中N 的反应原理如下图所示。 ①作负极的物质是 。②正极的电极反应式是 。(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定N 的去除率和pH,结果如下:
pH=4.5时,N 的去除率低。其原因是 。(3)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高N 的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设:Ⅰ.Fe2+直接还原N ;Ⅱ.Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。①做对比实验,结果如下图所示。可得到的结论是 。 ②同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入 Fe2+提高N 去除率的原因: 。
(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定N 的去除率和pH,结果如下:
与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,N 去除率和铁的最终物质形态不同的原因: 。
答案 (1)①Fe②N +8e-+10H+ N +3H2O(2)FeO(OH)不导电,阻碍电子转移(3)①本实验条件下,Fe2+不能直接还原N ;在Fe和Fe2+共同作用下能提高N 去除率②Fe2++2FeO(OH) Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,利于电子转移(4)初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的Fe2+不足
解析 (1)由图示可知,Fe失去电子作负极,N 在正极发生反应转化为N :N +8e-+10H+ N +3H2O。(4)初始pH低时,产生的Fe2+充足,能有效防止FeO(OH)的生成。
10.(2015重庆理综,11,14分)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土 的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第 周期。(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为 。(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作 用,下列叙述正确的是 。A.降低了反应的活化能 B.增大了反应的速率C.降低了反应的焓变 D.增大了反应的平衡常数(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O 与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为 。(5)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中,负极是 (填图中字母“a”或“b”或“c”);②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3 Cl,其离子方程式为 ;③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为 L(标准状况)。
答案 (1)四 (2)10∶1 (3)A、B(4)Ag2O+2CuCl 2AgCl+Cu2O(5)①c ②2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448
解析 (2)Sn和Pb原子的数目之比为 ∶ =10∶1。(3)催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,但不能改变反应物与生成物的总能量,即对反应的ΔH无影响;反应 的平衡常数只随温度的变化而变化。(4)复分解反应中各元素化合价均不变。(5)①铜作负极 失电子,产物是Cu2+;③4.29 g Cu2(OH)3Cl中含有0.04 mol Cu2+,Cu-2e- Cu2+,则转移0.08 mol电子,需耗氧0.02 mol,标准状况下为0.448 L。
考点二 电解原理及其应用1.(2016北京理综,12,6分)用石墨电极完成下列电解实验。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是 ( )A.a、d处:2H2O+2e- H2↑+2OH-B.b处:2Cl--2e- Cl2↑C.c处发生了反应:Fe-2e- Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
答案 B 根据实验一的实验现象可判断出c为阳极,d为阴极,a、d处的电极反应均为2H2O+2e - H2↑+2OH-,c处的电极反应为Fe-2e- Fe2+,由于Fe2+的颜色较浅,短时间观察不到明显的现象。“b处变红”,说明有H+生成,则发生了电极反应2H2O-4e- 4H++O2↑;“局部褪色”说明在该电极上Cl-放电生成了Cl2,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑。实验二中每个铜珠的左侧为阳极,右侧为阴极,其中铜珠的左侧铜放电变成铜离子,铜离子移动到m处,在m处放电变 成铜析出。
2.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和 CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是 ( ) A.X是电源的负极B.阴极的电极反应式是:H2O+2e- H2+O2- CO2+2e- CO+O2-
C.总反应可表示为:H2O+CO2 H2+CO+O2D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案 D H2O→H2、CO2→CO均为还原过程,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为H2 O+2e- H2+O2-和CO2+2e- CO+O2-,阳极电极反应式为2O2--4e- O2↑,总反应为H2O+CO2 H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1,D项不正确。
3.(2015福建理综,9,6分)纯净物X、Y、Z转化关系如图所示,下列判断正确的是 ( ) A.X可能是金属铜 B.Y不可能是氢气C.Z可能是氯化钠 D.Z可能是三氧化硫
答案 A 若用惰性电极电解CuCl2溶液,可以生成Cu和Cl2,Cu可以在Cl2中燃烧生成CuCl2,故X 可能是金属铜,A正确;若用惰性电极电解HCl的水溶液,可生成H2和Cl2,H2和Cl2在点燃的条件下 可以生成HCl,故Y可能是H2,B错误;在水溶液中Na+不可能放电,故C错误;若Z是三氧化硫,则Z 的水溶液为H2SO4溶液,电解H2SO4溶液得到的X和Y作用不会生成三氧化硫,故D错误。
4.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10, 阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是 ( ) A.用石墨作阳极,铁作阴极B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2OC.阴极的电极反应式:2H2O+2e- H2↑+2OH-D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+ N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案 D D项,控制溶液pH为9~10,溶液呈碱性,离子方程式应为2CN-+5ClO-+H2O N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。
5.(2014天津理综,6,6分)已知:锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2 C+LiCoO2锂硫电池的总反应为:2Li+S Li2S有关上述两种电池说法正确的是 ( )
A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应C.理论上两种电池的比能量相同D.如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
答案 B A项,在原电池内部,阳离子应移向正极;B项,二次电池充电的过程为电解过程,阴极 发生还原反应;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相 同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,锂离子电池与锂硫电池的正、负极连接 错误,应将锂硫电池的锂电极连接锂离子电池的石墨电极,硫电极连接LiCoO2电极。
6.(2017江苏单科,16,12分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等 杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下: 注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为 。(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH (填“增大”“不变”或 “减小”)。(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是 。(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,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 。
(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于 AlN的制备,其主要原因是 。
答案 (12分)(1)Al2O3+2OH- 2Al +H2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)4C +2H2O-4e- 4HC +O2↑ H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
解析 本题考查了以铝土矿为原料制备铝的工艺流程,涉及离子方程式的书写和电化学的相 关知识。(1)Al2O3是两性氧化物,能与强碱反应生成Al 和H2O。(2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤Ⅰ”所得滤液中一定含有过量的NaOH,当加入 NaHCO3溶液时,HC +OH- C +H2O,使c(OH-)减小,故pH减小。(3)电解熔融Al2O3时,阳极反应式为:2O2--4e- O2↑,O2会与石墨发生化学反应,从而消耗石墨。(4)阳极应是H2O电离出的OH-放电,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的条件下,H+与C 反应生成HC ,故阳极的电极反应式为:4C +2H2O-4e- 4HC +O2↑;阴极的电极反应式为:4H2O+4e- 2H2↑+4OH-,所以物质A为H2。(5)铝粉表面有Al2O3薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH4Cl固体,NH4Cl分解生成的HCl能与 Al2O3反应,破坏Al2O3薄膜,有利于Al和N2反应。
疑难突破 向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液时,除了发生反应HC +OH- H2O+C ,还发生反应HC +Al +H2O Al(OH)3↓+C ,然后经“过滤Ⅱ”得到Al(OH)3,灼烧Al(OH)3,发生反应2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,再电解熔融的Al2O3可得到Al。
7.(2016天津理综,10,14分)氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个 环节。回答下列问题:(1)与汽油相比,氢气作为燃料的优点是 (至少答出两点)。但是 氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式: 。(2)氢气可用于制备H2O2。已知:H2(g)+A(l) B(l) ΔH1O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) ΔH2其中A、B为有机物,两反应均为自发反应,则H2(g)+O2(g) H2O2(l)的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。(3)在恒温恒容的密闭容器中,某储氢反应:MHx(s)+yH2(g) MHx+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是 。a.容器内气体压强保持不变b.吸收y mol H2只需1 mol MHx
c.若降温,该反应的平衡常数增大d.若向容器内通入少量氢气,则v(放氢)>v(吸氢)(4)利用太阳能直接分解水制氢,是最具吸引力的制氢途径,其能量转化形式为 。(5)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- Fe +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Fe ,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。
图1 图2
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 。③c(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: 。
答案 (共14分)(1)污染小 可再生 来源广 资源丰富 燃烧热值高(任写其中2个)H2+2OH--2e- 2H2O(2)<(3)ac(4)光能转化为化学能(5)①阳极室②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低③M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低
解析 (1)碱性氢氧燃料电池中H2在负极失电子结合OH-生成H2O。(2)两反应的ΔS均小于0,且均为自发反应,故两反应均为放热反应。H2(g)+A(l) B(l) ΔH1<0……①O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) ΔH2<0……②运用盖斯定律,①+②可得:H2(g)+O2(g) H2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH2<0。(3)恒温恒容条件下反应达平衡后H2的物质的量不再改变,容器内压强不再改变,a项正确;该反 应为可逆反应,吸收y mol H2需要MHx的物质的量大于1 mol,b项不正确;降温,平衡正向移动,c (H2)减小,平衡常数K= ,故K增大,c项正确;v(放氢)代表逆反应速率,v(吸氢)代表正反应速率,向容器内通入少量H2,v正>v逆,即v(吸氢)>v(放氢),d项不正确。(5)①由题意可知,阳极的电极反应式为Fe-6e-+8OH- Fe +4H2O,阴极的电极反应式为6H2O+6e- 3H2↑+6OH-,故电解一段时间后阳极室c(OH-)降低。②阴极产生H2,若不及时排出,则会还原Na2FeO4,使产率降低。③由题中信息可知Na2FeO4在强碱性条件下稳定,故c(OH-)较 低时Na2FeO4稳定性差;c(OH-)过高时,铁电极上会产生Fe(OH)3或Fe2O3,导致Na2FeO4产率降 低。
C组 教师专用题组
考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护
1.(2014大纲全国,9,6分)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍 电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是 ( )A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-B.电池的电解液可为KOH溶液C.充电时负极反应为:MH+OH- H2O+M+e-D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
答案 C 在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应:MH +OH--e- M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e- MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大,单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。
解题关键 掌握原电池、电解池原理是解题的关键。
思路分析 要先分析元素化合价,MH合金中M、H的化合价均为0价,MH为负极材料,而 NiOOH为正极材料,进而可以分别写出正、负极的电极反应式。
2.(2013课标Ⅰ,10,6分,0.47)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化 学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间 后发现黑色会褪去。下列说法正确的是 ( )A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
答案 B 根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为:2Al-6e- 2Al3+;银器为正极,电极反应为:3Ag2S+6e- 6Ag+3S2-;溶液中反应为:2Al3++3S2-+6H2O 2Al(OH)3↓+3H2S↑,三反应相加可知该过程的总反应为:2Al+3Ag2S+6H2O 2Al(OH)3+6Ag+3H2S↑,故B正确,C、D错误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。
解题关键 掌握原电池工作原理、氧化还原反应及盐类水解等知识并能综合应用是解题的 关键。
易错警示 A项易认为变黑的银器处理之后复原而错选;C项易忽略在溶液中Al3+和S2-发生相 互促进的水解反应。
3.(2013课标Ⅱ,11,6分,0.55)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属 钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是 ( ) A.电池反应中有NaCl生成B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C.正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl-D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
答案 B 该原电池的负极反应为:Na-e- Na+,正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl-,电池总反应为:2Na+NiCl2 2NaCl+Ni。B项错误。
思路分析 由图示可知电池总反应是金属钠还原Ni2+,据此可以写出总反应,再结合原电池原 理即可解决问题。
4.(2011课标,11,6分)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是 ( )A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为FeB.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e- Fe(OH)2C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e- Ni2O3+3H2O
答案 C 由铁镍蓄电池放电时的总反应可知电解液为碱性溶液,放电时负极发生氧化反应, 正极发生还原反应,故Fe为负极,Ni2O3为正极,A正确。放电时Fe失电子被氧化,负极反应为Fe+ 2OH--2e- Fe(OH)2,B正确。充电时,阴极发生还原反应,电极反应为Fe(OH)2+2e- Fe+2OH-,pH增大,C错误。充电时,阳极发生氧化反应,电极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e- Ni2O3+3H2O,D正确。
5.(2016江苏单科,20,14分)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中 污染物。(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2 的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2 转化为Cr3+,其电极反应式为 。(2)在相同条件下,测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除 率,结果如下图所示。
①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是 。②当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时,随着铁的质量分数的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不 升反降,其主要原因是 。(3)纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。①一定条件下,向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液,溶液中B (B元素的化合价为+3)与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH ,其离子方程式为 。②纳米铁粉与水中N 反应的离子方程式为4Fe+N +10H+ 4Fe2++N +3H2O研究发现,若pH偏低将会导致N 的去除率下降,其原因是 。③相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中N 的速率有较大差异(见下图),产生该差异的可能原因是 。
答案 (14分)(1)Cr2 +14H++6e- 2Cr3++7H2O(2)①活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用②铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少(3)①2Fe2++B +4OH- 2Fe+2H2↑+B(OH ②纳米铁粉与H+反应生成H2③Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除N 的反应(或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除N 的反应速率)
解析 (2)①活性炭具有吸附作用,可以吸附少量的Cu2+和Pb2+。②铁炭混合物去除Cu2+和Pb2+是通过发生置换反应实现的,且发生的是原电池反应(Fe为负极, 活性炭为正极),当铁的质量分数达到一定数值后,随着铁的质量分数增加,活性炭的质量分数 减少,铁炭混合物中微电池的数目减少,所以Cu2+和Pb2+的去除率下降。(3)②pH偏低时,溶液中的H+可与纳米铁粉发生反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑,从而使N 的去除率下降。③Ⅰ、Ⅱ两种水样的不同之处是Ⅱ中含有一定量的Cu2+而Ⅰ中没有,因此去除N 的速率产生差异的可能原因是Cu2+(或Fe与之反应生成的Cu)起到了催化作用,也可能是Fe与Cu2+反应生 成Cu进而形成Fe-Cu原电池,加快了反应速率。
6.(2014安徽理综,28,14分)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因 素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴 醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):
(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因 是铁发生了 腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了 (填 “氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是 。 (3)该小组对图2中0~t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:假设一:发生析氢腐蚀产生了气体;假设二: ;……
(4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验 方案验证假设一,写出实验步骤和结论。实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):
答案 (1)
(2)吸氧 还原 2H2O+O2+4e- 4OH-(或4H++O2+4e- 2H2O)(3)反应放热,温度升高(4)实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管);
②通入氩气排净瓶内空气;③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。如果瓶内压强增大,假设一成立。否则假设一不成立。(本题属于开放性试题,合理答案均给分)
解析 (1)由表格数据知:①组实验作参照,②组实验探究醋酸浓度的影响,所以铁粉质量不变; ③组实验中醋酸浓度和铁粉质量未变,碳粉质量减少,所以实验目的是碳粉含量的影响。(2)由 图2知,t2时瓶内压强明显小于起始压强,说明发生了吸氧腐蚀;Fe和碳构成了原电池的两极,电 子由负极Fe流向正极碳,碳粉表面发生了还原反应,电极反应式为:2H2O+O2+4e- 4OH-或4H++O2+4e- 2H2O。(3)由图2知,0~t1时瓶内压强增大,假设二可以为Fe与醋酸反应放热使气体受热体积膨胀。
考点二 电解原理及其应用1.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和 CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是 ( ) A.该装置将化学能转化为光能和电能B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O
答案 B 由模拟“人工树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故 A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2~C3H8O~18e-,阳极上:2H2O~O2~4e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1 mol O2时,阴极被还原的CO2 的质量为: ×44 g/mol=29.3 g,故C错误;a电极的反应为:3CO2+18H++18e- C3H8O+5H2O,故D错误。
2.(2014山东理综,30,16分)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、Al2C 和AlC 组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。(1)钢制品应接电源的 极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极 反应,阴极电极反应式为 。若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴 极产物为 。(2)为测定镀层厚度,用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层,当反应转移6 mol电子时,所得还 原产物的物质的量为 mol。(3)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有 。a.KCl b.KClO3 c.MnO2 d.Mg取少量铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀H2SO4,滴加KSCN溶液无明显现象, (填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是 (用离子方程式说明)。
答案 (1)负 4Al2C +3e- Al+7AlC H2 (2)3(3)b、d 不能 Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+ 3Fe2+(或只写Fe+2Fe3+ 3Fe2+)
解析 (1)电镀时,镀件作阴极,与电源负极相连,发生还原反应。电镀过程中有机阳离子不参 与反应且不产生其他离子,故阴极的电极反应式应为4Al2C +3e- Al+7AlC 。若改用AlCl3水溶液作电解液,阴极电极反应式应为2H++2e- H2↑。(2)2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑,反应转移6 mol电子时,还原产物H2的物质的量为3 mol。(3)铝热反应实验需要高温条件,实验时一般用镁条插入KClO3中,镁条燃烧放热,KClO3受热分 解放出O2,有助于点燃铝热剂。由于2Fe3++Fe 3Fe2+,故用KSCN溶液检验无明显现象不能证明固体混合物中无Fe2O3。
A组 2016—2018年高考模拟·基础题组
考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护1.(2018广西桂林、百色、崇左高三第三次联考,11)用镁—次氯酸钠燃料电池作电源模拟消除 工业酸性废水中的Cr2 的过程(将Cr2 还原为Cr3+),装置如图所示。下列说法中错误的是( ) A.金属铁电极的反应为:Fe-2e- Fe2+B.装置中电子的流动路线是:C电极→惰性电极→金属铁电极→D电极
C.设装置工作过程中消耗14.4 g Mg,理论上可消除Cr2 0.1 mol D.将Cr2 处理后的废水比原工业废水的pH大
答案 B Fe2+将Cr2 还原为Cr3+,所以阳极生成Fe2+,金属铁电极的反应为:Fe-2e- Fe2+,A正确;电解质溶液中没有电子,所以装置中电子的流动路线是:C电极→惰性电极,金属铁电极→D 电极,B错误;装置工作过程中消耗14.4 g Mg,转移电子1.2 mol,阳极生成Fe2+0.6 mol,根据Cr2 +6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O,可知0.6 mol Fe2+消除Cr2 0.1 mol,C正确;阴极氢离子得电子生成氢气,阳极区发生反应Cr2 +6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O,所以将Cr2 处理后的废水比原工业废水的pH大,D正确。
2.(2018云南昆明1月摸底,11)某研究小组设计如下装置处理pH为5~6的污水。下列说法正确 的是 ( ) A.阳极的电极反应式为:Fe-3e- Fe3+B.正极的电极反应式为:O2+2H2O+4e- 4OH-C.若转移2 mol 电子,则负极消耗5.6 L CH4D.污水中最终会产生Fe(OH)3,吸附污物而形成沉淀
答案 D Fe作为电解池的阳极时,发生反应Fe-2e- Fe2+,A错误;燃料电池中,正极反应为O2得到电子,原电池的电解质为熔融碳酸盐,所以正极反应为:O2+2CO2+4e- 2C ,B错误;转移2 mol 电子,参与反应的CH4的物质的量为0.25 mol,但C中没有明确CH4所处的温度和压强,故 无法计算体积,C错误;二价铁能被氧气氧化成铁离子,Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体可以吸附污 物而形成沉淀,D正确。
3.(2017贵州凯里一中第四次模拟,11)下列关于如图所示电化学装置的分析正确的是 ( ) A.若X为直流电源,Y为铜棒,接正极,则Fe棒上有铜析出B.若X为直流电源,Y为碳棒,接负极,则Fe棒被保护C.若X为电流计,Y为锌棒,则S 移向Fe棒D.若X为导线,Y为铜棒,则Fe棒发生还原反应
答案 A 若X为直流电源,Y为铜棒,接正极,则Fe棒是阴极,阴极上溶液中的铜离子放电,铁棒 上有铜析出,A正确;B项,Fe棒是阳极,铁失去电子,加快腐蚀,B错误;若X为电流计,Y为锌棒,锌棒 是负极,铁棒是正极,S 移向锌棒,C错误;若X为导线,Y为铜棒,则Fe棒是负极,发生氧化反应,D错误。
4.(2017广西南宁摸底,12)某原电池装置如图所示,总反应为H2(g)+HgO(s) H2O(l)+Hg(l),其中阴离子交换膜只允许阴离子和水分子通过。下列说法不正确的是 ( ) A.正极反应为:HgO(s)+2e-+H2O Hg(l)+2OH-B.放电结束后,交换膜右室中溶液中的pH下降C.每反应2.24 L氢气,交换膜通过0.2 mol离子D.OH-通过离子交换膜从正极向负极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C C中,氢气不一定是在标准状况下,交换膜通过离子不一定是0.2 mol。
5.(2017云南昆明一中第四次月考,11)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.催化重整反应中每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B.电极A上CO参与的电极反应为:CO-2e-+C 2CO2C.电池工作时,C 向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+2H2O+4e- 4OH-
答案 B 催化重整时发生反应CH4+H2O 3H2+CO,C元素化合价由-4价升高到+2价,H元素化合价由+1价降低到0价,每消耗1 mol CH4转移6 mol电子,故A错误;电极A为负极,负极反 应为:H2+CO+2C -4e- H2O+3CO2,其中CO参与的电极反应为:CO-2e-+C 2CO2,故B正确;电池工作时,C 向负极移动,即向电极A移动,故C错误;电极B为正极,正极上氧气得电子生成C ,电极反应为:O2+2CO2+4e- 2C ,故D错误。
考点二 电解原理及其应用6.(2018云南昆明3月质量检测,9)铈(Ce)是镧系金属元素。空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液 吸收,生成HNO2、N ,再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质,同时生成Ce4+,其原理如图所示。下列说法正确的是 ( ) A.H+由右室进入左室B.Ce4+从电解槽的c口流出,且可循环使用C.阴极的电极反应式:2HNO2+6H++6e- N2↑+4H2O
D.若用甲烷燃料电池作为电源,当消耗标准状况下33.6 L 甲烷时,理论上可转化HNO22 mol
答案 C H+由左室向右室移动,A错误。用含Ce4+的溶液吸收NO,生成HNO2、N ,N的化合价升高,Ce的化合价降低;对吸收液进行电解,产生Ce4+,根据电解原理知,Ce4+应在阳极上产生, 即Ce4+从a口流出,B错误。根据电解原理,阴极上得电子,N的化合价降低,HNO2得电子转化为 无毒物质即N2,故阴极电极反应式为2HNO2+6H++6e- N2↑+4H2O,C正确。标准状况下33.6 L甲烷参加反应,转移电子的物质的量为 ×8=12 mol,理论上可转化HNO2的物质的量为4 mol,D错误。
7.(2018四川南充3月适应性考试,12)1894年,Fenton发现采用Fe2+和H2O2混合溶液,能产生具有 高反应活性和强氧化性的羟基自由基(—OH),从而氧化降解有机污染物,称为Fenton反应。电 Fenton法采用惰性电极电解法,下图为其中一个电极的反应机理,其中含有Fenton 反应。下列 说法不正确的是 ( ) A.羟基自由基(—OH)的电子式为
B.上图所在的惰性电极应与外接电源的负极相连C.Fenton反应:Fe2++H2O2 Fe3++OH-+—OHD.上图所在的惰性电极每消耗22.4 L O2(标准状况),理论上在外电路中转移4 mol e-
答案 D 羟基自由基(—OH)的电子式为 ,A正确;题图所在的惰性电极为电解池的阴极,发生还原反应,与外接电源的负极相连,B正确;由题图可知Fe2+被H2O2氧化为铁离子,同时产生 羟基自由基,Fenton反应为Fe2++H2O2 Fe3++OH-+—OH,C正确;根据题图可知,标准状况下22.4 L即1 mol O2转化为H2O2时,转移电子的物质的量为2 mol,理论上在外电路中转移2 mol e-,D错 误。
8.(2018贵州贵阳一模,11)如图电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为N 和S 。下列关于该装置的说法中错误的是 ( ) A.SO2通入阳极,该电极上发生氧化反应B.物质A为硫酸C.阴极的电极反应为:NO-5e-+6H+ N +H2OD.(NH4)2SO4可作为肥料
答案 C 经过该电解装置,SO2被氧化生成S ,故通入二氧化硫的电极为阳极,SO2发生氧化反应,A项正确;电解的化学方程式为5SO2+2NO+8H2O (NH4)2SO4+4H2SO4,物质A为硫酸,B项正确;阴极为NO转化为N ,其电极反应式为NO+5e-+6H+ N +H2O,C项错误;(NH4)2SO4可作为氮肥,D项正确。
9.(2017四川成都七中二模,12)工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所 示。下列说法不正确的是 ( ) 已知放电顺序:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)A.碳棒上发生的电极反应:4OH--4e- O2↑+2H2OB.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pHC.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式不会发生改变
答案 D 由图知,碳棒与电源正极相连,是电解池的阳极,电极反应为4OH--4e- 2H2O+O2↑,A正确;放电顺序:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度),可知要提高Ni的产率,电解过程中需要控制 废水pH,B正确;镀镍铁棒与电源负极相连,是电解池的阴极,电极反应为Ni2++2e- Ni,阳极反应为4OH--4e- 2H2O+O2↑,电解过程中为平衡A、C中的电荷,A中的Na+和C中的Cl-分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B中,这使B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,C正确;若将图 中阳离子膜去掉,由于放电顺序Cl->OH-,故阳极Cl-先放电:2Cl--2e- Cl2↑,电解反应总方程式发生改变,D错误。
10.(2017广西南宁二中2月月考,11)CuI是一种不溶于水的白色固体,它可由反应2Cu2++4I- 2CuI↓+I2而得到。现以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞 和淀粉溶液。电解开始不久阴极区溶液呈红色,而阳极区溶液呈蓝色,对这些现象的正确解释 是 ( )①阴极2I--2e- I2,I2遇淀粉变蓝②阳极2H2O-4e- O2↑+4H+,O2将I-氧化为I2,I2遇淀粉变蓝 ③阴极2H2O+2e- H2↑+2OH-,使c(OH-)>c(H+)④阳极2Cu-4e-+4I- 2CuI+I2,I2遇淀粉变蓝A.①② B.①③ C.①④ D.③④
答案 D 以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电后,溶液中的H+、K+移向阴极,而H+的 氧化性强于K+,所以H+得电子被还原,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,破坏了水的电离平衡,使c(OH-)>c(H+),酚酞溶液变红;I-和OH-移向阳极,而失电子能力Cu>I->OH-,故Cu失电子产 生Cu2+,阳极发生反应:Cu-2e- Cu2+,又由信息可知同时又发生反应2Cu2++4I- 2CuI↓+I2,I2遇淀粉变蓝,有白色CuI沉淀生成。根据以上分析可知③、④正确,①、②错误。
1.(2018贵州黔东南州高三一模,12)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如下图所示。下列 有关叙述中正确的是 ( ) 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22.4 L O2时,有4 mol H+通过质子交换膜
B组 2016—2018年高考模拟·综合题组时间:15分钟 分值:45分选择题(每小题5分,共45分)
答案 C 该装置不能实现化学能100%转化为电能,故A错误;电子不在溶液中移动,故B错误; 该燃料电池中通入燃料的电极为负极,负极上燃料失电子,故a极电极反应式为:CH3OCH3+3H2 O-12e- 2CO2+12H+,故C正确;D项没有说明在标准状况下,不能判断,故D错误。
思路分析 燃料电池中通入燃料的电极为负极,负极上二甲醚失电子生成二氧化碳和氢离子, 则负极的电极反应式为:CH3OCH3+3H2O-12e- 2CO2+12H+,通入氧气的一极为正极,即b电极为正极;溶液中阳离子向正极移动。
易错警示 电子不在溶液中移动,电解质溶液能导电是由于离子的定向移动。
2.(2018广西南宁高三3月适应性测试,11)一种Cu-Li 可充电电池的工作原理如图所示,其中非 水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。下列说法中正确的是 ( ) A.陶瓷片允许水分子通过B.电池放电时,N极上发生氧化反应C.电池充电时,接线柱B应与外接直流电源的负极相连D.电池充电时,阴极反应为Li++e- Li
答案 D Li能与水发生反应,则陶瓷片不允许水分子通过,A错误;根据题图知,放电时,M极产 生Li+,Cu2+向N极移动,故N极为正极,发生还原反应,B错误;电池充电时,接线柱B应与外接直流 电源的正极相连,C错误;根据装置图,充电时,Li+向M极移动,即阴极反应式为Li++e- Li,D正确。
解题策略 解决电化学问题时,一定注意分析该装置是原电池还是电解池,根据其工作原理,判 断正、负极(或阴、阳极)。
易错警示 根据电池的设计原理,应避免Li与水反应。
3.(2018四川成都二诊,11)最近浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝—石墨烯(Cn) 电池(如图)。该电池分别以铝、石墨烯为电极,放电时,电池中导电离子的种类不变。已知能 量密度=电池容量(J)÷负极质量(g)。下列分析正确的是 ( ) A.放电时,Cn(石墨烯)为负极B.放电时,Al2C 在负极转化为AlC C.充电时,阳极反应为4Al2C +3e- Al+7AlC D.以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度
答案 D 铝是较活泼的金属,放电时铝是负极,Cn(石墨烯)为正极,A错误;放电时,铝发生氧化 反应生成铝离子,铝离子与AlC 结合生成Al2C ,B错误;充电时,Al2C 在阴极得电子发生还原反应,即阴极反应为:4Al2C +3e- Al+7AlC ,C错误;以轻金属为负极,负极质量小,同等电池容量下能量密度更高,即有利于提高电池的能量密度,D正确。
解题关键 熟悉原电池和电解池的工作原理,掌握电极的判断方法和电极方程式的书写是解 题的关键。
解题思路 放电时铝为负极,被氧化生成Al2C ,负极反应为Al+7AlC -3e- 4Al2C ,其逆过程就是充电时的阴极反应:4Al2C +3e- Al+7AlC ,据此解答该题。
4.(2018四川广安、眉山、内江、遂宁二诊,11)中国第二化工设计院提出,用间接电化学法对 大气污染物NO进行无害化处理,其原理示意如图(质子膜允许H+和H2O通过)。下列相关判断 正确的是 ( ) A.电极Ⅰ为阴极,电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑B.电解池中质子从电极Ⅰ向电极Ⅱ作定向移动C.吸收塔中的反应为2NO+2S2 +2H2O N2+4HS
D.每处理1 mol NO,电解池质量减少16 g
答案 C 电极Ⅰ为阴极,阴极上HS 得电子生成S2 ,电极反应式为:2HS +2H++2e- S2 +2H2O,故A错误;电解池中质子从电极Ⅱ向电极Ⅰ作定向移动,故B错误;吸收塔中S2 与NO反应生成N2与HS ,反应的离子方程式为2NO+2S2 +2H2O N2+4HS ,故C正确;电解池中的总反应为4HS 2H2O+O2↑+2S2 ,结合吸收塔中的反应得关系式:2NO~O2~4H+,每处理1 mol NO电解池质量减少16 g O2和2 g H+,共18 g,故D错误;故选C。
易错警示 本题易错选A项,HS 还原性比水强,故电极反应式为:2HS +2H++2e- S2 +2H2O。
解题思路 本题难点为D项,溶液减少的质量为氧气和氢离子的总质量,每处理1 mol NO电解 池质量减少16 g O2和2 g H+,共18 g。
5.(2018四川绵阳高三第二次诊断,12)现有的氨合成气、液体燃料合成气制备工艺复杂且能耗 高,中科院大连化学物理研究所提出在混合导体透氧膜反应器中一步同时制备氨合成气和液 体燃料合成气,并取得了研究进展,其工作原理如图所示。下列说法中错误的是 ( ) A.膜Ⅰ侧相当于原电池的正极B.O2和H2O均发生还原反应C.膜Ⅱ侧发生的反应为:CH4+O2--2e- 2H2+CO
D.膜Ⅱ侧消耗CH4与膜Ⅰ侧生成H2的物质的量之比为1∶2
答案 D 氧气和H2O在膜Ⅰ侧得电子被还原,所以膜Ⅰ侧相当于原电池的正极,O2和H2O均发 生还原反应,A、B正确;膜Ⅱ侧发生的反应为:CH4+O2--2e- 2H2+CO,C正确;膜Ⅰ侧发生的反应有H2O+2e- H2+O2-,O2+4e- 2O2-,则膜Ⅱ侧每消耗1 mol CH4,膜Ⅰ侧生成的H2的物质的量小于1 mol,D错误。
审题技巧 不能照搬课本知识,注意题干信息的挖掘。
易错警示 注意该过程中介质不是水,且在介质中传递的是O2-,在电极反应式中应消耗或者产 生O2-。
6.(2017四川成都七中零诊,16)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪能够在煤 矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时,通过传感器显示甲烷浓度。该瓦斯分析仪工作原理类 似燃料电池的工作原理,其装置如图所示,其中的固体电解质是 Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由 移动。下列有关叙述正确的是 ( ) A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b 流向电极a B.电极b 是正极,O2-由电极a流向电极b C.电极a的反应式为:CH4+4O2--8e- CO2+2H2O D.当固体电解质中有1 mol O2- 通过时,电子转移 4 mol
答案 C 电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,故A错误;电极b上氧气得电子, 生成O2-,而电极a需要O2-作为反应物,故O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B错误;甲烷在电极a 上失电子,电极反应为:CH4+4O2--8e- CO2+2H2O,故C正确;1 mol O2得4 mol 电子生成2 mol O2-,故当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移2 mol,故D错误。
思路分析 瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,通甲烷气体的一极为负极,通空气 的一极为正极。
解题关键 判断出正、负极,理解电解质是固体,O2-可以在其中自由移动是解题的关键。
7.(2017四川成都九校第四次联合模拟,12)用零价铁(Fe)能去除弱酸性条件下水体中的硝酸盐 (N ),其电化学原理如图所示,下列说法不正确的是 ( ) A.Fe3O4既是负极的氧化产物,也作正极导电材料B.正极的电极反应式为N +10H++8e- N +3H2OC.反应过程中,溶液的pH将减小D.理论上,Fe增重16 g,反应中转移2 mol 电子
答案 C A项,Fe作负极,发生氧化反应生成Fe3O4,Fe3O4导电,又作正极材料,正确;B项,在正极 N 被还原为N ,电极反应式为N +10H++8e- N +3H2O,正确;C项,总反应为3Fe+N +2H++H2O Fe3O4+N ,反应中消耗H+,溶液的pH将增大,错误;D项,每生成1 mol Fe3O4转移8 mol电子,Fe增重64 g,故Fe增重16 g时反应中转移2 mol电子,正确。
解题技巧 D选项强调“理论上”,是不考虑Fe3O4的吸水等,分析时,直接看反应中铁得到氧元 素的质量和铁元素的化合价变化比较简单。
8.(2017四川成都七中零诊,19)高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电 解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。下列推断合理的是 ( ) A.铁是阳极,电极反应为 Fe-6e-+4H2O Fe +8H+B.电解时电子的流动方向为:负极→Ni电极→溶液→Fe电极→正极 C.若隔膜为阴离子交换膜,则电解结束后左侧溶液中含有Fe D.电解时阳极区pH 降低、阴极区 pH升高,撤去隔膜混合后,与原溶液比较 pH升高(电解前后 溶液体积变化忽略不计)
答案 C 铁与电源正极相连,作电解池的阳极,碱性溶液中不能生成氢离子,电极反应为Fe-6e -+8OH- Fe +4H2O,A错误。电子不能通过电解质溶液,B错误。若隔膜为阴离子交换膜,则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有Fe ,C正确。阳极区铁失电子消耗氢氧根离子,溶液pH降低;阴极区氢离子得到电子生成氢气,溶液中氢氧根离子浓度增大,溶液pH升高,阳极 反应为Fe-6e-+8OH- Fe +4H2O,阴极反应为6H++6e- 3H2↑,氢氧根离子消耗的多,生成的少,所以混合后溶液pH降低,D错误。
解题关键 熟悉电解原理,正确判断阴、阳极及发生的反应是解题的关键。
易错警示 易错选项是B,注意电子不能通过电解质溶液。
9.(2017云南师大附中适应性考试,5)以熔融CaF2-CaO作电解质,用如图所示装置获得金属钙,并 用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是 ( ) A.整套装置工作前后CaO的总量不变B.阳极上电极反应式为2Ca2++4e- 2CaC.石墨电极作阳极,质量不变D.电解过程中,F-和O2-向阴极移动
答案 A 电解过程中先生成钙,然后发生反应2Ca+TiO2 Ti+2CaO,在整套装置工作前后CaO的总量不变,A正确;阳极上发生失电子的氧化反应,B错误;阳极反应式为C+2O2--4e- CO2↑,石墨质量减小,C错误;电解过程中,阴离子向阳极移动,D错误。
易错警示 题中是以熔融CaF2-CaO作电解质,不需要考虑水的电离对电极反应的影响。
知识拓展 分析电解过程的思维程序:①首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活 性电极。②再分析电解质的组成。③然后排出阴、阳离子的放电顺序进行分析。
专题十一 电化学
高考化学 (课标Ⅲ专用)
A组 统一命题·课标卷题组考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护1.(2018课标Ⅲ,11,6分)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↑
答案 D 本题考查原电池原理和电解原理的综合运用。A项,依据题意和可充电电池装置图 判断出,放电时锂电极作负极,多孔碳材料电极作正极,错误;B项,在原电池中,外电路电子由负 极流向正极,即放电时,外电路电子由锂电极流向多孔碳材料电极,错误;C项,充电时,电解质溶 液中的阳离子向阴极区迁移,即Li+向锂电极区迁移,错误;D项,充电时,Li+在阴极区得到电子生 成Li,阳极区生成O2,即电池总反应为Li2O2-x 2Li+(1- )O2↑,正确。
方法技巧 可充电电池的工作原理①可充电电池中,放电过程用原电池原理分析,充电过程用电解原理分析;②分析电化学问题 时,先判断出电极,然后根据工作原理分析。
2.(2018课标Ⅱ,12,6分)我国科学家研发了一种室温下“可呼吸”的Na-CO2二次电池。将Na- ClO4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,Cl 向负极移动B.充电时释放CO2,放电时吸收CO2C.放电时,正极反应为:3CO2+4e- 2C +CD.充电时,正极反应为:Na++e- Na
答案 D 本题考查二次电池的工作原理。放电时,负极反应为:4Na-4e- 4Na+,正极反应为3CO2+4e- C+2C ;Na+移向正极,C 、Cl 移向负极,A、C正确;充电过程与放电过程相反,B正确;充电时,阳极反应为2C +C-4e- 3CO2↑,D错误。
规律总结 二次电池充、放电的电极判断二次电池充电时,“正接正、负接负”;放电时的正极为充电时的阳极;放电时的负极为充电时 的阴极。
3.(2017课标Ⅲ,11,6分)全固态锂硫电池能量密度高、成本低,其工作原理如图所示,其中电极a 常用掺有石墨烯的S8材料,电池反应为:16Li+xS8 8Li2Sx(2≤x≤8)。下列说法错误的是 ( ) A.电池工作时,正极可发生反应:2Li2S6+2Li++2e- 3Li2S4B.电池工作时,外电路中流过0.02 mol电子,负极材料减重0.14 gC.石墨烯的作用主要是提高电极a的导电性
D.电池充电时间越长,电池中Li2S2的量越多
答案 D 电池工作时为原电池,电池内部阳离子向正极移动,根据图示中Li+移动方向可知,电 极a为正极,依次发生S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S2的转化,A正确;电池工作时负极反应式为Li- e- Li+,当转移0.02 mol电子时,负极消耗的Li的物质的量为0.02 mol,质量为0.14 g,B正确;石墨烯具有导电性,可以提高电极a的导电能力,C正确;电池充电时为电解池,此时Li2S2的量越来 越少,D错误。
思路分析 结合反应原理,根据元素化合价的变化,判断放电时的正、负极,再结合电解质的性 质书写电极反应式。
4.(2017课标Ⅰ,11,6分)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
答案 C 本题考查外加电流的阴极保护法。将被保护的金属(钢管桩)与电源的负极相连,防 止钢管桩被腐蚀,故其表面腐蚀电流接近于零,A项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,阳极上发生 氧化反应,失去电子,电子从高硅铸铁流向钢管桩,B项正确;高硅铸铁为惰性辅助阳极,只是用 于传递电流,故阳极材料不损耗,C项错误;金属的腐蚀受环境的影响,故通入的电流要根据环境 条件的变化及时进行调整,D项正确。
审题技巧 本题易因忽视高硅铸铁为惰性辅助阳极而导致出错。通常除金、铂以外的金属 作为阳极材料,是活性电极,优先于溶液中的粒子放电,且起到导电作用。此题指出惰性辅助阳 极,“惰性”说明在此条件下铁不放电,只是起导电作用(辅助)。做题时,应“具体问题具体分 析”,不能一味地“按章办事”。
5.(2016课标Ⅱ,11,6分)Mg-AgCl电池是一种以海水为电解质溶液的水激活电池。下列叙述 的是 ( )A.负极反应式为Mg-2e- Mg2+B.正极反应式为Ag++e- AgC.电池放电时Cl-由正极向负极迁移D.负极会发生副反应Mg+2H2O Mg(OH)2+H2↑
答案 B Mg-AgCl电池中,Mg为负极,AgCl为正极,故正极反应式为AgCl+e- Ag+Cl-,B项错误。
6.(2016课标Ⅲ,11,6分)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)
答案 C 充电时为电解池,溶液中的阳离子向阴极移动,发生的反应为2Zn(OH 2Zn+O2↑+4OH-+2H2O,电解质溶液中c(OH-)增大,故A项、B项均错误;放电时负极反应为Zn+4OH--2e- Zn(OH ,故C项正确;每消耗1 mol O2,电路中通过4 mol电子,故D项错误。
思路分析 根据原电池及电解池的工作原理分析判断。
知识拓展 1.
2.失电子
3.原电池充电时:正极接电源正极,电池正极变阳极。
7.(2015课标Ⅰ,11,6分,0.588)微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置, 其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法 的是 ( ) A.正极反应中有CO2生成B.微生物促进了反应中电子的转移C.质子通过交换膜从负极区移向正极区
D.电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O
答案 A 根据微生物电池工作原理示意图可知:C6H12O6在负极上发生氧化反应,电极反应式 为C6H12O6-24e-+6H2O 6CO2↑+24H+;O2在正极上发生还原反应,电极反应式为6O2+24e-+24H+ 12H2O。负极有CO2生成,A项错误;B项,微生物促进了反应中电子的转移,正确;C项,质子通过交换膜从负极区移向正极区,正确;D项,电池总反应为C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O,正确。
思路分析 由题干信息可知该装置为原电池,再结合该电池工作原理示意图可知左侧电极为 负极,右侧电极为正极。
8.(2015课标Ⅱ,26,14分,0.182)酸性锌锰干电池是一种一次性电池,外壳为金属锌,中间是碳棒, 其周围是由碳粉、MnO2、ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物。该电池放电过程产生 MnOOH。回收处理该废电池可得到多种化工原料。有关数据如下表所示:溶解度/(g/100 g水)
回答下列问题:(1)该电池的正极反应式为 ,电池反应的离子方程式为 。(2)维持电流强度为0.5 A,电池工作5分钟,理论上消耗锌 g。(已知F=96 500 C·mol-1)(3)废电池糊状填充物加水处理后,过滤,滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl,二者可通过 分离回收;滤渣的主要成分是MnO2、 和 ,欲从中得到较纯的 MnO2,最简便的方法为 ,其原理是 。(4)用废电池的锌皮制备ZnSO4·7H2O的过程中,需除去锌皮中的少量杂质铁,其方法是:加稀H2 SO4和H2O2溶解,铁变为 ,加碱调节至pH为 时,铁刚好沉淀完全(离子浓度小于 1×10-5 mol·L-1时,即可认为该离子沉淀完全);继续加碱至pH为 时,锌开始沉淀(假定Zn2+浓度为0.1 mol·L-1)。若上述过程不加H2O2后果是 ,原因是 。
答案 (14分)(1)MnO2+H++e- MnOOH2MnO2+Zn+2H+ 2MnOOH+Zn2+(每空1分,共2分)[注:式中Zn2+可写为Zn(NH3 、Zn(NH3)2Cl2等,H+可写为N ](2)0.05(2分)(3)加热浓缩、冷却结晶 碳粉 MnOOH 空气中加热碳粉转变为CO2,MnOOH氧化为MnO2(每空1分,共5分)(4)Fe3+ 2.7 6 Zn2+和Fe2+分离不开 Fe(OH)2和Zn(OH)2的Ksp相近(每空1分,共5分)
解析 (1)该电池为酸性锌锰干电池,电极反应式为负极:Zn-2e- Zn2+,正极:2MnO2+2e-+2H+ 2MnOOH。(2)电量Q=It=0.5 A×5×60 s=150 C,则m(Zn)= ×65 g·mol-1=0.05 g。(3)由表格中信息可知,ZnCl2的溶解度受温度影响较大,NH4Cl的溶解度受温度影响较小,故 可通过加热浓缩、冷却结晶的方法分离。(4)Ksp[Fe(OH)3]=c(Fe3+)×c3(OH-)=1×10-5×c3(OH-)=1×10-39,c(OH-)=10-11.3mol·L-1,pOH=11.3,则pH=2.7。Ksp[Zn(OH)2]=c(Zn2+)×c2(OH-)=0.1×c2(OH-)=1×10-17,c(OH-)=10-8 mol·L-1,pOH=8,则pH=6。因Zn(OH)2和Fe(OH)2的Ksp接近,若不用H2O2将Fe2+氧化 为Fe3+,沉淀Zn2+时,Fe2+也可转化为Fe(OH)2沉淀,而使制得的ZnSO4·7H2O不纯净。
审题技巧 题目给出相关物质的Ksp,说明在分离除杂的过程中,可以利用溶解性,采用调节pH 的方法将杂质成分除去。
疑难突破 除去Fe元素的基本思路是先将其氧化成Fe3+,然后采用调节pH的方式,将Fe3+转化成 沉淀而过滤除去。
考点二 电解原理及其应用1.(2018课标Ⅰ,13,6分)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CO 2和H2S的高效去除。示意图如下图所示,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:①EDTA-Fe2+-e- EDTA-Fe3+②2EDTA-Fe3++H2S 2H++S+2EDTA-Fe2+ 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+H2OB.协同转化总反应:CO2+H2S CO+H2O+SC.石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的低D.若采用Fe3+/Fe2+取代EDTA-Fe3+/EDTA-Fe2+,溶液需为酸性
答案 C 本题考查电解原理的应用。由石墨烯电极区反应①可知该极发生氧化反应,为阳 极,则ZnO@石墨烯为阴极。阴极的电极反应为:CO2+2H++2e- CO+H2O,A正确;装置工作时涉及三个反应,Fe2+与Fe3+的转化循环进行,总反应为CO2与H2S之间的反应,根据得失电子守恒 可知总反应为:CO2+H2S CO+H2O+S,B正确;石墨烯与电源正极相连,ZnO@石墨烯与电源负极相连,故石墨烯上的电势比ZnO@石墨烯上的高,C错误;Fe2+、Fe3+均在酸性环境中稳定存 在,D正确。
审题技巧 解题的关键是电极名称的确定。如本题中CO2→CO为还原反应——阴极,Fe2+→Fe3+为氧化反应——阳极。
2.(2017课标Ⅱ,11,6分)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H2SO4-H2C2O4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- AlD.硫酸根离子在电解过程中向阳极移动
答案 C 本题考查电解原理的应用。 → O3发生氧化反应,故铝质工件为阳极,A正确;阴极材料应为金属或导电的非金属,B正确;电解质溶液中含有大量H+,故阴极的电极反应式为2H++2e- H2↑,C不正确;在电解池中,阴离子移向阳极,D正确。
知识拓展 电解原理的应用
1.电解原理在“金属防腐”中的应用。如:外加电流的阴极保护法。
2.电解原理在“物质制备”中的应用。如:尿素[CO(NH2)2]制氢气。
3.电解原理在“环境治理”中的应用。如:用电解法消除CN-。
3.(2016课标Ⅰ,11,6分)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S 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S 离子向正极迁移,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
答案 B 负极区(阴极)电极反应为:4H++4e- 2H2↑,正极区(阳极)电极反应为:4OH--4e- 2H2O+O2↑。A项,通电后S 向正极移动,正极区OH-放电,溶液酸性增强,pH减小;C项,负极反应为4H++4e- 2H2↑,溶液pH增大;D项,当电路中通过1 mol电子的电量时,会有0.25 mol O2生成。
知识拓展 ①阳离子交换膜(以电解饱和NaCl溶液为例),只允许阳离子(Na+)通过,而阻止阴离 子(Cl-、OH-)和分子(Cl2)通过,这样既能防止H2和Cl2混合爆炸,又能避免Cl2和NaOH溶液作用生 成NaClO。②电解或电镀时,电极质量减小的电极必为阳极;电极质量增大的电极必为阴极,即 溶液中的金属阳离子得电子变成金属吸附在阴极上。
4.(2014课标Ⅱ,12,6分,0.347)2013年3月我国科学家报道了如图所示的水溶液锂离子电池体 系。下列叙述错误的是 ( ) A.a为电池的正极B.电池充电反应为LiMn2O4 Li1-xMn2O4+xLiC.放电时,a极锂的化合价发生变化D.放电时,溶液中Li+从b向a迁移
答案 C 由图可知,b极(Li电极)为负极,a极为正极,放电时,Li+从负极(b)向正极(a)迁移,A项、 D项正确;该电池放电时,负极:xLi-xe- xLi+,正极:Li1-xMn2O4+xLi++xe- LiMn2O4,a极Mn元素的化合价发生变化,C项错误;由放电反应可得充电时的反应,B项正确。
解题技巧 首先根据原电池原理结合题给信息准确判断电池的正、负极;然后理清两极上的 电极反应式及电池反应;最后结合选项进行作答。
5.(2018课标Ⅰ,27,14分)焦亚硫酸钠(Na2S2O5)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回 答下列问题:(1)生产Na2S2O5,通常是由NaHSO3过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式 。(2)利用烟道气中的SO2生产Na2S2O5的工艺为: ①pH=4.1时,Ⅰ中为 溶液(写化学式)。②工艺中加入Na2CO3固体、并再次充入SO2的目的是 。(3)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。
(4)Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na2S2O5残留量时,取50.00 mL葡萄酒样 品,用0.010 00 mol·L-1的碘标准液滴定至终点,消耗10.00 mL。滴定反应的离子方程式为 ,该样品中Na2S2O5的残留量为 g·L-1(以SO2计)。
答案 (1)2NaHSO3 Na2S2O5+H2O(2)①NaHSO3 ②得到NaHSO3过饱和溶液(3)2H2O-4e- O2↑+4H+ a(4)S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+ 0.128
解析 本题考查工艺流程、电解原理的应用、氧化还原滴定与计算。(1)NaHSO3与Na2S2O5中硫元素化合价均为+4价,根据观察法配平反应方程式:2NaHSO3 Na2S2O5+H2O。(2)①Ⅰ中所得溶液的pH=4.1,硫元素的存在形式应为HS ,故Ⅰ中为NaHSO3溶液。②过程Ⅱ是利用Na2CO3与NaHSO3反应转化为Na2SO3,过程Ⅲ利用SO2与Na2SO3反应生成NaH- SO3:Na2SO3+SO2+H2O 2NaHSO3,制得高浓度的NaHSO3,更有利于Na2S2O5的制备。(3)根据装置图可知左侧为阳极,溶质为H2SO4,实际放电的是水电离出的OH-,电极反应式为2H2O-4e- O2↑+4H+。电解过程中,阳离子(H+)向右侧移动,则a室中S +H+ HS ,NaHSO3浓度增大。(4)Na2S2O5作食品的抗氧化剂,则具有强还原性,被氧化为S ;S2 2S ,I2 2I-,依据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可配平反应的离子方程式:S2 +2I2+3H2O 2S +4I-+6H+。根据滴定反应的离子方程式及硫原子守恒可得如下关系式:
64 g 1 molm(SO2) 0.010 00 mol·L-1×0.010 00 Lm(SO2)=6.4×10-3g则样品中Na2S2O5的残留量为 =0.128 g·L-1。
2SO2 ~ S2 ~ 2I2
方法技巧 守恒法在此题中应用较多。如第(4)问中S2 与I2反应的方程式要利用得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒配平。
考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护1.(2018北京理综,12,6分)验证牺牲阳极的阴极保护法,实验如下(烧杯内均为经过酸化的3% NaCl溶液)。
B组 自主命题·省(区、市)卷题组
下列说法不正确的是 ( )A.对比②③,可以判定Zn保护了FeB.对比①②,K3[Fe(CN)6]可能将Fe氧化C.验证Zn保护Fe时不能用①的方法D.将Zn换成Cu,用①的方法可判断Fe比Cu活泼
答案 D 本题考查原电池的原理、Fe2+的检验等知识。在①中,若将Zn换成Cu,此时Fe作负 极,其周围必然会出现Fe2+,Fe2+遇K3[Fe(CN)6]会出现蓝色沉淀,与原来①的实验现象相同,也就 是说,在①中无论与Fe连接的金属活动性如何,实验现象都是一样的,所以用①的方法无法判断 Fe与Cu的活泼性强弱。
规律方法 做对比实验时,一定要弄清哪些实验条件是相同的,哪些是变化的。
2.(2017江苏单科,12,4分)下列说法正确的是 ( )A.反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0,ΔS>0B.地下钢铁管道用导线连接锌块可以减缓管道的腐蚀C.常温下,Ksp[Mg(OH)2]=5.6×10-12,pH=10的含Mg2+溶液中,c(Mg2+)≤5.6×10-4 mol·L-1D.常温常压下,锌与稀H2SO4反应生成11.2 L H2,反应中转移的电子数为6.02×1023
答案 BC 本题考查ΔH与ΔS的判断、金属防腐、与Ksp有关的计算、气体摩尔体积的应 用。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的ΔH<0,ΔS<0,A不正确;地下钢铁管道用导线连接锌块属于牺牲阳极的阴极保护法,B正确;Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2+)·c2(OH-),则c(Mg2+)= mol·L-1=5.6×10-4mol·L-1,pH=10的溶液中Mg2+最大浓度为5.6×10-4mol·L-1,C正确;常温常压下11.2 L H2的物质的 量不是0.5 mol,D不正确。
知识拓展 气体分子数增多的反应:ΔS>0,气体分子数减少的反应:ΔS<0。
3.(2016四川理综,5,6分)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)。下列关于该电池的说法不正确的是 ( )A.放电时,Li+在电解质中由负极向正极迁移B.放电时,负极的电极反应式为LixC6-xe- xLi++C6C.充电时,若转移1 mol e-,石墨(C6)电极将增重7x gD.充电时,阳极的电极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+
答案 C 由放电时电池总反应可知,放电时负极反应式为LixC6-xe- C6+xLi+,正极反应式为Li1-xCoO2+xe-+xLi+ LiCoO2,在原电池内部阳离子由负极向正极迁移,A、B项均正确;充电时阴极反应式为C6+xLi++xe- LixC6,阳极反应式为LiCoO2-xe- Li1-xCoO2+xLi+,转移x mol e-,石墨电极增重7x g,若转移1 mol e-,石墨电极将增重7 g,C项不正确,D项正确。
4.(2016浙江理综,11,6分)金属(M)-空气电池(如图)具有原料易得、能量密度高等优点,有望成 为新能源汽车和移动设备的电源。该类电池放电的总反应方程式为:4M+nO2+2nH2O 4M(OH)n 已知:电池的“理论比能量”指单位质量的电极材料理论上能释放出的最大电能。下列说法 不正确的是 ( )A.采用多孔电极的目的是提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于氧气扩散至电极表面B.比较Mg、Al、Zn三种金属-空气电池,Al-空气电池的理论比能量最高C.M-空气电池放电过程的正极反应式:4Mn++nO2+2nH2O+4ne- 4M(OH)n
D.在Mg-空气电池中,为防止负极区沉积Mg(OH)2,宜采用中性电解质及阳离子交换膜
答案 C A项,采用多孔电极可以提高电极与电解质溶液的接触面积,并有利于O2扩散至电 极表面;B项,单位质量的Mg、Al、Zn反应,Al转移的电子数最多,故Al-空气电池的理论比能量 最高;C项,由于电池中间为阴离子交换膜,故Mn+不能通过,则正极的电极反应式为O2+4e-+2H2O 4OH-;D项,在Mg-空气电池中,负极的电极反应式为Mg-2e- Mg2+,为防止负极区沉积Mg(OH)2,可采用阳离子交换膜阻止OH-进入负极区。
5.(2016江苏单科,7,2分)下列说法正确的是 ( )A.氢氧燃料电池工作时,H2在负极上失去电子B.0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液加热后,溶液的pH减小C.常温常压下,22.4 L Cl2中含有的分子数为6.02×1023个D.室温下,稀释0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液,溶液的导电能力增强
答案 A A项,原电池工作时,负极失电子,故正确;B项,0.1 mol·L-1 Na2CO3溶液加热后,C 水解程度变大,C +H2O HC +OH-平衡右移,溶液碱性增强,pH增大,故错误;C项,常温常压下,22.4 L Cl2的物质的量不是1 mol,故错误;D项,室温下,稀释0.1 mol·L-1 CH3COOH溶液,溶液中 离子总浓度减小,溶液导电能力减弱,故错误。
6.(2014北京理综,8,6分)下列电池工作时,O2在正极放电的是 ( )
答案 B 氢燃料电池中,负极上H2放电,正极上O2放电,A、C、D中均不存在O2放电,故选B。
7.(2014福建理综,11,6分)某原电池装置如图所示,电池总反应为2Ag+Cl2 2AgCl。下列说法正确的是 ( ) A.正极反应为AgCl+e- Ag+Cl-B.放电时,交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成C.若用NaCl溶液代替盐酸,则电池总反应随之改变D.当电路中转移0.01 mol e-时,交换膜左侧溶液中约减少0.02 mol离子
答案 D 原电池的正极反应为Cl2+2e- 2Cl-,故A项错误;放电时,白色沉淀AgCl在左侧电极处产生,故B项错误;当电路中转移0.01 mol e-时,原电池左侧发生的反应为:Ag-e-+Cl- AgCl,减少了0.01 mol的Cl-,根据电荷守恒原理,左侧溶液中的H+通过阳离子交换膜向右侧转移 0.01 mol,故D项正确。
8.(2014天津理综,1,6分)化学与生产、生活息息相关,下列叙述错误的是 ( )A.铁表面镀锌可增强其抗腐蚀性B.用聚乙烯塑料代替聚乳酸塑料可减少白色污染C.大量燃烧化石燃料是造成雾霾天气的一种重要因素D.含重金属离子的电镀废液不能随意排放
答案 B A项,铁表面镀锌,当发生电化学腐蚀时,Fe作正极被保护。B项,聚乙烯塑料非常稳 定,不易降解,而聚乳酸塑料是易降解的塑料,故应用聚乳酸塑料代替聚乙烯塑料来减少白色污 染,故B项错误。D项,重金属离子对土壤、水都会产生污染,所以含重金属离子的电镀废液不 能随意排放。
9.(2016北京理综,26,13分)用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(N )已成为环境修复研究的热点之一。(1)Fe还原水体中N 的反应原理如下图所示。 ①作负极的物质是 。②正极的电极反应式是 。(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定N 的去除率和pH,结果如下:
pH=4.5时,N 的去除率低。其原因是 。(3)实验发现:在初始pH=4.5的水体中投入足量铁粉的同时,补充一定量的Fe2+可以明显提高N 的去除率。对Fe2+的作用提出两种假设:Ⅰ.Fe2+直接还原N ;Ⅱ.Fe2+破坏FeO(OH)氧化层。①做对比实验,结果如下图所示。可得到的结论是 。 ②同位素示踪法证实Fe2+能与FeO(OH)反应生成Fe3O4。结合该反应的离子方程式,解释加入 Fe2+提高N 去除率的原因: 。
(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定N 的去除率和pH,结果如下:
与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,N 去除率和铁的最终物质形态不同的原因: 。
答案 (1)①Fe②N +8e-+10H+ N +3H2O(2)FeO(OH)不导电,阻碍电子转移(3)①本实验条件下,Fe2+不能直接还原N ;在Fe和Fe2+共同作用下能提高N 去除率②Fe2++2FeO(OH) Fe3O4+2H+,Fe2+将不导电的FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,利于电子转移(4)初始pH低时,产生的Fe2+充足;初始pH高时,产生的Fe2+不足
解析 (1)由图示可知,Fe失去电子作负极,N 在正极发生反应转化为N :N +8e-+10H+ N +3H2O。(4)初始pH低时,产生的Fe2+充足,能有效防止FeO(OH)的生成。
10.(2015重庆理综,11,14分)我国古代青铜器工艺精湛,有很高的艺术价值和历史价值。但出土 的青铜器大多受到环境腐蚀,故对其进行修复和防护具有重要意义。(1)原子序数为29的铜元素位于元素周期表中第 周期。(2)某青铜器中Sn、Pb的质量分别为119 g、20.7 g,则该青铜器中Sn和Pb原子的数目之比为 。(3)研究发现,腐蚀严重的青铜器表面大都存在CuCl。关于CuCl在青铜器腐蚀过程中的催化作 用,下列叙述正确的是 。A.降低了反应的活化能 B.增大了反应的速率C.降低了反应的焓变 D.增大了反应的平衡常数(4)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状Ag2O涂在被腐蚀部位,Ag2O 与有害组分CuCl发生复分解反应,该化学方程式为 。(5)如图所示为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中,负极是 (填图中字母“a”或“b”或“c”);②环境中的Cl-扩散到孔口,并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2(OH)3 Cl,其离子方程式为 ;③若生成4.29 g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为 L(标准状况)。
答案 (1)四 (2)10∶1 (3)A、B(4)Ag2O+2CuCl 2AgCl+Cu2O(5)①c ②2Cu2++3OH-+Cl- Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448
解析 (2)Sn和Pb原子的数目之比为 ∶ =10∶1。(3)催化剂可以降低反应的活化能,增大反应速率,但不能改变反应物与生成物的总能量,即对反应的ΔH无影响;反应 的平衡常数只随温度的变化而变化。(4)复分解反应中各元素化合价均不变。(5)①铜作负极 失电子,产物是Cu2+;③4.29 g Cu2(OH)3Cl中含有0.04 mol Cu2+,Cu-2e- Cu2+,则转移0.08 mol电子,需耗氧0.02 mol,标准状况下为0.448 L。
考点二 电解原理及其应用1.(2016北京理综,12,6分)用石墨电极完成下列电解实验。
下列对实验现象的解释或推测不合理的是 ( )A.a、d处:2H2O+2e- H2↑+2OH-B.b处:2Cl--2e- Cl2↑C.c处发生了反应:Fe-2e- Fe2+D.根据实验一的原理,实验二中m处能析出铜
答案 B 根据实验一的实验现象可判断出c为阳极,d为阴极,a、d处的电极反应均为2H2O+2e - H2↑+2OH-,c处的电极反应为Fe-2e- Fe2+,由于Fe2+的颜色较浅,短时间观察不到明显的现象。“b处变红”,说明有H+生成,则发生了电极反应2H2O-4e- 4H++O2↑;“局部褪色”说明在该电极上Cl-放电生成了Cl2,电极反应为2Cl--2e- Cl2↑。实验二中每个铜珠的左侧为阳极,右侧为阴极,其中铜珠的左侧铜放电变成铜离子,铜离子移动到m处,在m处放电变 成铜析出。
2.(2015浙江理综,11,6分)在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O-CO2混合气体制备H2和 CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。下列说法不正确的是 ( ) A.X是电源的负极B.阴极的电极反应式是:H2O+2e- H2+O2- CO2+2e- CO+O2-
C.总反应可表示为:H2O+CO2 H2+CO+O2D.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1∶1
答案 D H2O→H2、CO2→CO均为还原过程,X应为电源负极,A项正确;阴极电极反应式为H2 O+2e- H2+O2-和CO2+2e- CO+O2-,阳极电极反应式为2O2--4e- O2↑,总反应为H2O+CO2 H2+CO+O2,B、C项正确;阴、阳两极生成气体的物质的量之比为2∶1,D项不正确。
3.(2015福建理综,9,6分)纯净物X、Y、Z转化关系如图所示,下列判断正确的是 ( ) A.X可能是金属铜 B.Y不可能是氢气C.Z可能是氯化钠 D.Z可能是三氧化硫
答案 A 若用惰性电极电解CuCl2溶液,可以生成Cu和Cl2,Cu可以在Cl2中燃烧生成CuCl2,故X 可能是金属铜,A正确;若用惰性电极电解HCl的水溶液,可生成H2和Cl2,H2和Cl2在点燃的条件下 可以生成HCl,故Y可能是H2,B错误;在水溶液中Na+不可能放电,故C错误;若Z是三氧化硫,则Z 的水溶液为H2SO4溶液,电解H2SO4溶液得到的X和Y作用不会生成三氧化硫,故D错误。
4.(2015四川理综,4,6分)用如图所示装置除去含CN-、Cl-废水中的CN-时,控制溶液pH为9~10, 阳极产生的ClO-将CN-氧化为两种无污染的气体。下列说法不正确的是 ( ) A.用石墨作阳极,铁作阴极B.阳极的电极反应式:Cl-+2OH--2e- ClO-+H2OC.阴极的电极反应式:2H2O+2e- H2↑+2OH-D.除去CN-的反应:2CN-+5ClO-+2H+ N2↑+2CO2↑+5Cl-+H2O
答案 D D项,控制溶液pH为9~10,溶液呈碱性,离子方程式应为2CN-+5ClO-+H2O N2↑+2CO2↑+5Cl-+2OH-。
5.(2014天津理综,6,6分)已知:锂离子电池的总反应为:LixC+Li1-xCoO2 C+LiCoO2锂硫电池的总反应为:2Li+S Li2S有关上述两种电池说法正确的是 ( )
A.锂离子电池放电时,Li+向负极迁移B.锂硫电池充电时,锂电极发生还原反应C.理论上两种电池的比能量相同D.如图表示用锂离子电池给锂硫电池充电
答案 B A项,在原电池内部,阳离子应移向正极;B项,二次电池充电的过程为电解过程,阴极 发生还原反应;C项,比能量是指这种电池单位质量或单位体积所能输出的电能,当二者质量相 同时,转移电子的物质的量不相等,即比能量不同;D项,锂离子电池与锂硫电池的正、负极连接 错误,应将锂硫电池的锂电极连接锂离子电池的石墨电极,硫电极连接LiCoO2电极。
6.(2017江苏单科,16,12分)铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3,含SiO2和Fe2O3等 杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下: 注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。(1)“碱溶”时生成偏铝酸钠的离子方程式为 。(2)向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液,溶液的pH (填“增大”“不变”或 “减小”)。(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al2O3,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是 。(4)“电解Ⅱ”是电解Na2CO3溶液,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 。
(5)铝粉在1 000 ℃时可与N2反应制备AlN。在铝粉中添加少量NH4Cl固体并充分混合,有利于 AlN的制备,其主要原因是 。
答案 (12分)(1)Al2O3+2OH- 2Al +H2O(2)减小(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)4C +2H2O-4e- 4HC +O2↑ H2(5)NH4Cl分解产生的HCl能够破坏Al表面的Al2O3薄膜
解析 本题考查了以铝土矿为原料制备铝的工艺流程,涉及离子方程式的书写和电化学的相 关知识。(1)Al2O3是两性氧化物,能与强碱反应生成Al 和H2O。(2)“碱溶”时,NaOH溶液应过量,则在“过滤Ⅰ”所得滤液中一定含有过量的NaOH,当加入 NaHCO3溶液时,HC +OH- C +H2O,使c(OH-)减小,故pH减小。(3)电解熔融Al2O3时,阳极反应式为:2O2--4e- O2↑,O2会与石墨发生化学反应,从而消耗石墨。(4)阳极应是H2O电离出的OH-放电,生成O2和H+,在Na2CO3溶液充足的条件下,H+与C 反应生成HC ,故阳极的电极反应式为:4C +2H2O-4e- 4HC +O2↑;阴极的电极反应式为:4H2O+4e- 2H2↑+4OH-,所以物质A为H2。(5)铝粉表面有Al2O3薄膜,阻碍反应的进行,而添加少量NH4Cl固体,NH4Cl分解生成的HCl能与 Al2O3反应,破坏Al2O3薄膜,有利于Al和N2反应。
疑难突破 向“过滤Ⅰ”所得滤液中加入NaHCO3溶液时,除了发生反应HC +OH- H2O+C ,还发生反应HC +Al +H2O Al(OH)3↓+C ,然后经“过滤Ⅱ”得到Al(OH)3,灼烧Al(OH)3,发生反应2Al(OH)3 Al2O3+3H2O,再电解熔融的Al2O3可得到Al。
7.(2016天津理综,10,14分)氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个 环节。回答下列问题:(1)与汽油相比,氢气作为燃料的优点是 (至少答出两点)。但是 氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式: 。(2)氢气可用于制备H2O2。已知:H2(g)+A(l) B(l) ΔH1O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) ΔH2其中A、B为有机物,两反应均为自发反应,则H2(g)+O2(g) H2O2(l)的ΔH 0(填“>”“<”或“=”)。(3)在恒温恒容的密闭容器中,某储氢反应:MHx(s)+yH2(g) MHx+2y(s) ΔH<0达到化学平衡。下列有关叙述正确的是 。a.容器内气体压强保持不变b.吸收y mol H2只需1 mol MHx
c.若降温,该反应的平衡常数增大d.若向容器内通入少量氢气,则v(放氢)>v(吸氢)(4)利用太阳能直接分解水制氢,是最具吸引力的制氢途径,其能量转化形式为 。(5)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- Fe +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Fe ,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。
图1 图2
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 。③c(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: 。
答案 (共14分)(1)污染小 可再生 来源广 资源丰富 燃烧热值高(任写其中2个)H2+2OH--2e- 2H2O(2)<(3)ac(4)光能转化为化学能(5)①阳极室②防止Na2FeO4与H2反应使产率降低③M点:c(OH-)低,Na2FeO4稳定性差,且反应慢N点:c(OH-)过高,铁电极上有Fe(OH)3(或Fe2O3)生成,使Na2FeO4产率降低
解析 (1)碱性氢氧燃料电池中H2在负极失电子结合OH-生成H2O。(2)两反应的ΔS均小于0,且均为自发反应,故两反应均为放热反应。H2(g)+A(l) B(l) ΔH1<0……①O2(g)+B(l) A(l)+H2O2(l) ΔH2<0……②运用盖斯定律,①+②可得:H2(g)+O2(g) H2O2(l)的ΔH=ΔH1+ΔH2<0。(3)恒温恒容条件下反应达平衡后H2的物质的量不再改变,容器内压强不再改变,a项正确;该反 应为可逆反应,吸收y mol H2需要MHx的物质的量大于1 mol,b项不正确;降温,平衡正向移动,c (H2)减小,平衡常数K= ,故K增大,c项正确;v(放氢)代表逆反应速率,v(吸氢)代表正反应速率,向容器内通入少量H2,v正>v逆,即v(吸氢)>v(放氢),d项不正确。(5)①由题意可知,阳极的电极反应式为Fe-6e-+8OH- Fe +4H2O,阴极的电极反应式为6H2O+6e- 3H2↑+6OH-,故电解一段时间后阳极室c(OH-)降低。②阴极产生H2,若不及时排出,则会还原Na2FeO4,使产率降低。③由题中信息可知Na2FeO4在强碱性条件下稳定,故c(OH-)较 低时Na2FeO4稳定性差;c(OH-)过高时,铁电极上会产生Fe(OH)3或Fe2O3,导致Na2FeO4产率降 低。
C组 教师专用题组
考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护
1.(2014大纲全国,9,6分)下图是在航天用高压氢镍电池基础上发展起来的一种金属氢化物镍 电池(MH-Ni电池)。下列有关说法不正确的是 ( )A.放电时正极反应为:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-B.电池的电解液可为KOH溶液C.充电时负极反应为:MH+OH- H2O+M+e-D.MH是一类储氢材料,其氢密度越大,电池的能量密度越高
答案 C 在金属氢化物镍电池(MH-Ni电池)中,MH(M为零价,H为零价)在负极发生反应:MH +OH--e- M+H2O,NiOOH在正极发生反应:NiOOH+H2O+e- Ni(OH)2+OH-,电解液可为KOH溶液,A、B正确;充电时,阴极反应式为M+H2O+e- MH+OH-,C错误;MH中氢密度越大,单位体积电池所储存电量越多,即电池能量密度越高,D正确。
解题关键 掌握原电池、电解池原理是解题的关键。
思路分析 要先分析元素化合价,MH合金中M、H的化合价均为0价,MH为负极材料,而 NiOOH为正极材料,进而可以分别写出正、负极的电极反应式。
2.(2013课标Ⅰ,10,6分,0.47)银质器皿日久表面会逐渐变黑,这是生成了Ag2S的缘故。根据电化 学原理可进行如下处理:在铝质容器中加入食盐溶液,再将变黑的银器浸入该溶液中,一段时间 后发现黑色会褪去。下列说法正确的是 ( )A.处理过程中银器一直保持恒重B.银器为正极,Ag2S被还原生成单质银C.该过程中总反应为2Al+3Ag2S 6Ag+Al2S3D.黑色褪去的原因是黑色Ag2S转化为白色AgCl
答案 B 根据电化学原理可知,Al为负极,电极反应为:2Al-6e- 2Al3+;银器为正极,电极反应为:3Ag2S+6e- 6Ag+3S2-;溶液中反应为:2Al3++3S2-+6H2O 2Al(OH)3↓+3H2S↑,三反应相加可知该过程的总反应为:2Al+3Ag2S+6H2O 2Al(OH)3+6Ag+3H2S↑,故B正确,C、D错误;银器表面黑色的Ag2S变成了Ag,质量必然减小,A错误。
解题关键 掌握原电池工作原理、氧化还原反应及盐类水解等知识并能综合应用是解题的 关键。
易错警示 A项易认为变黑的银器处理之后复原而错选;C项易忽略在溶液中Al3+和S2-发生相 互促进的水解反应。
3.(2013课标Ⅱ,11,6分,0.55)“ZEBRA”蓄电池的结构如图所示,电极材料多孔Ni/NiCl2和金属 钠之间由钠离子导体制作的陶瓷管相隔。下列关于该电池的叙述错误的是 ( ) A.电池反应中有NaCl生成B.电池的总反应是金属钠还原三价铝离子C.正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl-D.钠离子通过钠离子导体在两电极间移动
答案 B 该原电池的负极反应为:Na-e- Na+,正极反应为:NiCl2+2e- Ni+2Cl-,电池总反应为:2Na+NiCl2 2NaCl+Ni。B项错误。
思路分析 由图示可知电池总反应是金属钠还原Ni2+,据此可以写出总反应,再结合原电池原 理即可解决问题。
4.(2011课标,11,6分)铁镍蓄电池又称爱迪生电池,放电时的总反应为:Fe+Ni2O3+3H2O Fe(OH)2+2Ni(OH)2下列有关该电池的说法不正确的是 ( )A.电池的电解液为碱性溶液,正极为Ni2O3、负极为FeB.电池放电时,负极反应为Fe+2OH--2e- Fe(OH)2C.电池充电过程中,阴极附近溶液的pH降低D.电池充电时,阳极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e- Ni2O3+3H2O
答案 C 由铁镍蓄电池放电时的总反应可知电解液为碱性溶液,放电时负极发生氧化反应, 正极发生还原反应,故Fe为负极,Ni2O3为正极,A正确。放电时Fe失电子被氧化,负极反应为Fe+ 2OH--2e- Fe(OH)2,B正确。充电时,阴极发生还原反应,电极反应为Fe(OH)2+2e- Fe+2OH-,pH增大,C错误。充电时,阳极发生氧化反应,电极反应为2Ni(OH)2+2OH--2e- Ni2O3+3H2O,D正确。
5.(2016江苏单科,20,14分)铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中 污染物。(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr2 的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2 转化为Cr3+,其电极反应式为 。(2)在相同条件下,测量总质量相同、铁的质量分数不同的铁炭混合物对水中Cu2+和Pb2+的去除 率,结果如下图所示。
①当铁炭混合物中铁的质量分数为0时,也能去除水中少量的Cu2+和Pb2+,其原因是 。②当铁炭混合物中铁的质量分数大于50%时,随着铁的质量分数的增加,Cu2+和Pb2+的去除率不 升反降,其主要原因是 。(3)纳米铁粉可用于处理地下水中的污染物。①一定条件下,向FeSO4溶液中滴加碱性NaBH4溶液,溶液中B (B元素的化合价为+3)与Fe2+反应生成纳米铁粉、H2和B(OH ,其离子方程式为 。②纳米铁粉与水中N 反应的离子方程式为4Fe+N +10H+ 4Fe2++N +3H2O研究发现,若pH偏低将会导致N 的去除率下降,其原因是 。③相同条件下,纳米铁粉去除不同水样中N 的速率有较大差异(见下图),产生该差异的可能原因是 。
答案 (14分)(1)Cr2 +14H++6e- 2Cr3++7H2O(2)①活性炭对Cu2+和Pb2+有吸附作用②铁的质量分数增加,铁炭混合物中微电池数目减少(3)①2Fe2++B +4OH- 2Fe+2H2↑+B(OH ②纳米铁粉与H+反应生成H2③Cu或Cu2+催化纳米铁粉去除N 的反应(或形成的Fe-Cu原电池增大纳米铁粉去除N 的反应速率)
解析 (2)①活性炭具有吸附作用,可以吸附少量的Cu2+和Pb2+。②铁炭混合物去除Cu2+和Pb2+是通过发生置换反应实现的,且发生的是原电池反应(Fe为负极, 活性炭为正极),当铁的质量分数达到一定数值后,随着铁的质量分数增加,活性炭的质量分数 减少,铁炭混合物中微电池的数目减少,所以Cu2+和Pb2+的去除率下降。(3)②pH偏低时,溶液中的H+可与纳米铁粉发生反应:Fe+2H+ Fe2++H2↑,从而使N 的去除率下降。③Ⅰ、Ⅱ两种水样的不同之处是Ⅱ中含有一定量的Cu2+而Ⅰ中没有,因此去除N 的速率产生差异的可能原因是Cu2+(或Fe与之反应生成的Cu)起到了催化作用,也可能是Fe与Cu2+反应生 成Cu进而形成Fe-Cu原电池,加快了反应速率。
6.(2014安徽理综,28,14分)某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因 素,将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部,塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴 醋酸溶液,同时测量容器中的压强变化。(1)请完成以下实验设计表(表中不要留空格):
(2)编号①实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时,容器中压强明显小于起始压强,其原因 是铁发生了 腐蚀,请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向;此时,碳粉表面发生了 (填 “氧化”或“还原”)反应,其电极反应式是 。 (3)该小组对图2中0~t1时压强变大的原因提出了如下假设,请你完成假设二:假设一:发生析氢腐蚀产生了气体;假设二: ;……
(4)为验证假设一,某同学设计了检验收集的气体中是否含有H2的方案。请你再设计一个实验 方案验证假设一,写出实验步骤和结论。实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):
答案 (1)
(2)吸氧 还原 2H2O+O2+4e- 4OH-(或4H++O2+4e- 2H2O)(3)反应放热,温度升高(4)实验步骤和结论(不要求写具体操作过程):①药品用量和操作同编号①实验(多孔橡皮塞增加进、出导管);
②通入氩气排净瓶内空气;③滴入醋酸溶液,同时测量瓶内压强变化(也可测温度变化,检验Fe2+等)。如果瓶内压强增大,假设一成立。否则假设一不成立。(本题属于开放性试题,合理答案均给分)
解析 (1)由表格数据知:①组实验作参照,②组实验探究醋酸浓度的影响,所以铁粉质量不变; ③组实验中醋酸浓度和铁粉质量未变,碳粉质量减少,所以实验目的是碳粉含量的影响。(2)由 图2知,t2时瓶内压强明显小于起始压强,说明发生了吸氧腐蚀;Fe和碳构成了原电池的两极,电 子由负极Fe流向正极碳,碳粉表面发生了还原反应,电极反应式为:2H2O+O2+4e- 4OH-或4H++O2+4e- 2H2O。(3)由图2知,0~t1时瓶内压强增大,假设二可以为Fe与醋酸反应放热使气体受热体积膨胀。
考点二 电解原理及其应用1.(2015福建理综,11,6分)某模拟“人工树叶”电化学实验装置如下图所示,该装置能将H2O和 CO2转化为O2和燃料(C3H8O)。下列说法正确的是 ( ) A.该装置将化学能转化为光能和电能B.该装置工作时,H+从b极区向a极区迁移C.每生成1 mol O2,有44 g CO2被还原
D.a电极的反应为:3CO2+18H+-18e- C3H8O+5H2O
答案 B 由模拟“人工树叶”电化学实验装置可知,该装置将光能和电能转化为化学能,故 A错误;在电解池内部,阳离子向阴极迁移,故H+从b极区向a极区迁移,B正确;阴极上:3CO2~C3H8O~18e-,阳极上:2H2O~O2~4e-,根据得失电子守恒可知,当阳极生成1 mol O2时,阴极被还原的CO2 的质量为: ×44 g/mol=29.3 g,故C错误;a电极的反应为:3CO2+18H++18e- C3H8O+5H2O,故D错误。
2.(2014山东理综,30,16分)离子液体是一种室温熔融盐,为非水体系。由有机阳离子、Al2C 和AlC 组成的离子液体作电解液时,可在钢制品上电镀铝。(1)钢制品应接电源的 极,已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极 反应,阴极电极反应式为 。若改用AlCl3水溶液作电解液,则阴 极产物为 。(2)为测定镀层厚度,用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层,当反应转移6 mol电子时,所得还 原产物的物质的量为 mol。(3)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验,需要的试剂还有 。a.KCl b.KClO3 c.MnO2 d.Mg取少量铝热反应所得的固体混合物,将其溶于足量稀H2SO4,滴加KSCN溶液无明显现象, (填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3,理由是 (用离子方程式说明)。
答案 (1)负 4Al2C +3e- Al+7AlC H2 (2)3(3)b、d 不能 Fe2O3+6H+ 2Fe3++3H2O、Fe+2Fe3+ 3Fe2+(或只写Fe+2Fe3+ 3Fe2+)
解析 (1)电镀时,镀件作阴极,与电源负极相连,发生还原反应。电镀过程中有机阳离子不参 与反应且不产生其他离子,故阴极的电极反应式应为4Al2C +3e- Al+7AlC 。若改用AlCl3水溶液作电解液,阴极电极反应式应为2H++2e- H2↑。(2)2Al+2NaOH+2H2O 2NaAlO2+3H2↑,反应转移6 mol电子时,还原产物H2的物质的量为3 mol。(3)铝热反应实验需要高温条件,实验时一般用镁条插入KClO3中,镁条燃烧放热,KClO3受热分 解放出O2,有助于点燃铝热剂。由于2Fe3++Fe 3Fe2+,故用KSCN溶液检验无明显现象不能证明固体混合物中无Fe2O3。
A组 2016—2018年高考模拟·基础题组
考点一 原电池的工作原理及金属的电化学腐蚀与防护1.(2018广西桂林、百色、崇左高三第三次联考,11)用镁—次氯酸钠燃料电池作电源模拟消除 工业酸性废水中的Cr2 的过程(将Cr2 还原为Cr3+),装置如图所示。下列说法中错误的是( ) A.金属铁电极的反应为:Fe-2e- Fe2+B.装置中电子的流动路线是:C电极→惰性电极→金属铁电极→D电极
C.设装置工作过程中消耗14.4 g Mg,理论上可消除Cr2 0.1 mol D.将Cr2 处理后的废水比原工业废水的pH大
答案 B Fe2+将Cr2 还原为Cr3+,所以阳极生成Fe2+,金属铁电极的反应为:Fe-2e- Fe2+,A正确;电解质溶液中没有电子,所以装置中电子的流动路线是:C电极→惰性电极,金属铁电极→D 电极,B错误;装置工作过程中消耗14.4 g Mg,转移电子1.2 mol,阳极生成Fe2+0.6 mol,根据Cr2 +6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O,可知0.6 mol Fe2+消除Cr2 0.1 mol,C正确;阴极氢离子得电子生成氢气,阳极区发生反应Cr2 +6Fe2++14H+ 2Cr3++6Fe3++7H2O,所以将Cr2 处理后的废水比原工业废水的pH大,D正确。
2.(2018云南昆明1月摸底,11)某研究小组设计如下装置处理pH为5~6的污水。下列说法正确 的是 ( ) A.阳极的电极反应式为:Fe-3e- Fe3+B.正极的电极反应式为:O2+2H2O+4e- 4OH-C.若转移2 mol 电子,则负极消耗5.6 L CH4D.污水中最终会产生Fe(OH)3,吸附污物而形成沉淀
答案 D Fe作为电解池的阳极时,发生反应Fe-2e- Fe2+,A错误;燃料电池中,正极反应为O2得到电子,原电池的电解质为熔融碳酸盐,所以正极反应为:O2+2CO2+4e- 2C ,B错误;转移2 mol 电子,参与反应的CH4的物质的量为0.25 mol,但C中没有明确CH4所处的温度和压强,故 无法计算体积,C错误;二价铁能被氧气氧化成铁离子,Fe3+水解生成的Fe(OH)3胶体可以吸附污 物而形成沉淀,D正确。
3.(2017贵州凯里一中第四次模拟,11)下列关于如图所示电化学装置的分析正确的是 ( ) A.若X为直流电源,Y为铜棒,接正极,则Fe棒上有铜析出B.若X为直流电源,Y为碳棒,接负极,则Fe棒被保护C.若X为电流计,Y为锌棒,则S 移向Fe棒D.若X为导线,Y为铜棒,则Fe棒发生还原反应
答案 A 若X为直流电源,Y为铜棒,接正极,则Fe棒是阴极,阴极上溶液中的铜离子放电,铁棒 上有铜析出,A正确;B项,Fe棒是阳极,铁失去电子,加快腐蚀,B错误;若X为电流计,Y为锌棒,锌棒 是负极,铁棒是正极,S 移向锌棒,C错误;若X为导线,Y为铜棒,则Fe棒是负极,发生氧化反应,D错误。
4.(2017广西南宁摸底,12)某原电池装置如图所示,总反应为H2(g)+HgO(s) H2O(l)+Hg(l),其中阴离子交换膜只允许阴离子和水分子通过。下列说法不正确的是 ( ) A.正极反应为:HgO(s)+2e-+H2O Hg(l)+2OH-B.放电结束后,交换膜右室中溶液中的pH下降C.每反应2.24 L氢气,交换膜通过0.2 mol离子D.OH-通过离子交换膜从正极向负极移动,保持溶液中电荷平衡
答案 C C中,氢气不一定是在标准状况下,交换膜通过离子不一定是0.2 mol。
5.(2017云南昆明一中第四次月考,11)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.催化重整反应中每消耗1 mol CH4转移12 mol电子B.电极A上CO参与的电极反应为:CO-2e-+C 2CO2C.电池工作时,C 向电极B移动D.电极B上发生的电极反应为:O2+2H2O+4e- 4OH-
答案 B 催化重整时发生反应CH4+H2O 3H2+CO,C元素化合价由-4价升高到+2价,H元素化合价由+1价降低到0价,每消耗1 mol CH4转移6 mol电子,故A错误;电极A为负极,负极反 应为:H2+CO+2C -4e- H2O+3CO2,其中CO参与的电极反应为:CO-2e-+C 2CO2,故B正确;电池工作时,C 向负极移动,即向电极A移动,故C错误;电极B为正极,正极上氧气得电子生成C ,电极反应为:O2+2CO2+4e- 2C ,故D错误。
考点二 电解原理及其应用6.(2018云南昆明3月质量检测,9)铈(Ce)是镧系金属元素。空气污染物NO通常用含Ce4+的溶液 吸收,生成HNO2、N ,再利用电解法将上述吸收液中的HNO2转化为无毒物质,同时生成Ce4+,其原理如图所示。下列说法正确的是 ( ) A.H+由右室进入左室B.Ce4+从电解槽的c口流出,且可循环使用C.阴极的电极反应式:2HNO2+6H++6e- N2↑+4H2O
D.若用甲烷燃料电池作为电源,当消耗标准状况下33.6 L 甲烷时,理论上可转化HNO22 mol
答案 C H+由左室向右室移动,A错误。用含Ce4+的溶液吸收NO,生成HNO2、N ,N的化合价升高,Ce的化合价降低;对吸收液进行电解,产生Ce4+,根据电解原理知,Ce4+应在阳极上产生, 即Ce4+从a口流出,B错误。根据电解原理,阴极上得电子,N的化合价降低,HNO2得电子转化为 无毒物质即N2,故阴极电极反应式为2HNO2+6H++6e- N2↑+4H2O,C正确。标准状况下33.6 L甲烷参加反应,转移电子的物质的量为 ×8=12 mol,理论上可转化HNO2的物质的量为4 mol,D错误。
7.(2018四川南充3月适应性考试,12)1894年,Fenton发现采用Fe2+和H2O2混合溶液,能产生具有 高反应活性和强氧化性的羟基自由基(—OH),从而氧化降解有机污染物,称为Fenton反应。电 Fenton法采用惰性电极电解法,下图为其中一个电极的反应机理,其中含有Fenton 反应。下列 说法不正确的是 ( ) A.羟基自由基(—OH)的电子式为
B.上图所在的惰性电极应与外接电源的负极相连C.Fenton反应:Fe2++H2O2 Fe3++OH-+—OHD.上图所在的惰性电极每消耗22.4 L O2(标准状况),理论上在外电路中转移4 mol e-
答案 D 羟基自由基(—OH)的电子式为 ,A正确;题图所在的惰性电极为电解池的阴极,发生还原反应,与外接电源的负极相连,B正确;由题图可知Fe2+被H2O2氧化为铁离子,同时产生 羟基自由基,Fenton反应为Fe2++H2O2 Fe3++OH-+—OH,C正确;根据题图可知,标准状况下22.4 L即1 mol O2转化为H2O2时,转移电子的物质的量为2 mol,理论上在外电路中转移2 mol e-,D错 误。
8.(2018贵州贵阳一模,11)如图电解装置可将雾霾中的NO、SO2分别转化为N 和S 。下列关于该装置的说法中错误的是 ( ) A.SO2通入阳极,该电极上发生氧化反应B.物质A为硫酸C.阴极的电极反应为:NO-5e-+6H+ N +H2OD.(NH4)2SO4可作为肥料
答案 C 经过该电解装置,SO2被氧化生成S ,故通入二氧化硫的电极为阳极,SO2发生氧化反应,A项正确;电解的化学方程式为5SO2+2NO+8H2O (NH4)2SO4+4H2SO4,物质A为硫酸,B项正确;阴极为NO转化为N ,其电极反应式为NO+5e-+6H+ N +H2O,C项错误;(NH4)2SO4可作为氮肥,D项正确。
9.(2017四川成都七中二模,12)工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所 示。下列说法不正确的是 ( ) 已知放电顺序:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度)A.碳棒上发生的电极反应:4OH--4e- O2↑+2H2OB.为了提高Ni的产率,电解过程中需要控制废水pHC.电解过程中,B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断增大D.若将图中阳离子膜去掉,将A、B两室合并,则电解反应总方程式不会发生改变
答案 D 由图知,碳棒与电源正极相连,是电解池的阳极,电极反应为4OH--4e- 2H2O+O2↑,A正确;放电顺序:Ni2+(高浓度)>H+>Ni2+(低浓度),可知要提高Ni的产率,电解过程中需要控制 废水pH,B正确;镀镍铁棒与电源负极相连,是电解池的阴极,电极反应为Ni2++2e- Ni,阳极反应为4OH--4e- 2H2O+O2↑,电解过程中为平衡A、C中的电荷,A中的Na+和C中的Cl-分别通过阳离子膜和阴离子膜移向B中,这使B中NaCl溶液的物质的量浓度不断增大,C正确;若将图 中阳离子膜去掉,由于放电顺序Cl->OH-,故阳极Cl-先放电:2Cl--2e- Cl2↑,电解反应总方程式发生改变,D错误。
10.(2017广西南宁二中2月月考,11)CuI是一种不溶于水的白色固体,它可由反应2Cu2++4I- 2CuI↓+I2而得到。现以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电前向电解液中加入少量酚酞 和淀粉溶液。电解开始不久阴极区溶液呈红色,而阳极区溶液呈蓝色,对这些现象的正确解释 是 ( )①阴极2I--2e- I2,I2遇淀粉变蓝②阳极2H2O-4e- O2↑+4H+,O2将I-氧化为I2,I2遇淀粉变蓝 ③阴极2H2O+2e- H2↑+2OH-,使c(OH-)>c(H+)④阳极2Cu-4e-+4I- 2CuI+I2,I2遇淀粉变蓝A.①② B.①③ C.①④ D.③④
答案 D 以石墨为阴极,以Cu为阳极电解KI溶液,通电后,溶液中的H+、K+移向阴极,而H+的 氧化性强于K+,所以H+得电子被还原,电极反应式为2H2O+2e- H2↑+2OH-,破坏了水的电离平衡,使c(OH-)>c(H+),酚酞溶液变红;I-和OH-移向阳极,而失电子能力Cu>I->OH-,故Cu失电子产 生Cu2+,阳极发生反应:Cu-2e- Cu2+,又由信息可知同时又发生反应2Cu2++4I- 2CuI↓+I2,I2遇淀粉变蓝,有白色CuI沉淀生成。根据以上分析可知③、④正确,①、②错误。
1.(2018贵州黔东南州高三一模,12)二甲醚(CH3OCH3)燃料电池的工作原理如下图所示。下列 有关叙述中正确的是 ( ) 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22.4 L O2时,有4 mol H+通过质子交换膜
B组 2016—2018年高考模拟·综合题组时间:15分钟 分值:45分选择题(每小题5分,共45分)
答案 C 该装置不能实现化学能100%转化为电能,故A错误;电子不在溶液中移动,故B错误; 该燃料电池中通入燃料的电极为负极,负极上燃料失电子,故a极电极反应式为:CH3OCH3+3H2 O-12e- 2CO2+12H+,故C正确;D项没有说明在标准状况下,不能判断,故D错误。
思路分析 燃料电池中通入燃料的电极为负极,负极上二甲醚失电子生成二氧化碳和氢离子, 则负极的电极反应式为:CH3OCH3+3H2O-12e- 2CO2+12H+,通入氧气的一极为正极,即b电极为正极;溶液中阳离子向正极移动。
易错警示 电子不在溶液中移动,电解质溶液能导电是由于离子的定向移动。
2.(2018广西南宁高三3月适应性测试,11)一种Cu-Li 可充电电池的工作原理如图所示,其中非 水系电解液和水系电解液被锂离子固体电解质陶瓷片(LISICON)隔开。下列说法中正确的是 ( ) A.陶瓷片允许水分子通过B.电池放电时,N极上发生氧化反应C.电池充电时,接线柱B应与外接直流电源的负极相连D.电池充电时,阴极反应为Li++e- Li
答案 D Li能与水发生反应,则陶瓷片不允许水分子通过,A错误;根据题图知,放电时,M极产 生Li+,Cu2+向N极移动,故N极为正极,发生还原反应,B错误;电池充电时,接线柱B应与外接直流 电源的正极相连,C错误;根据装置图,充电时,Li+向M极移动,即阴极反应式为Li++e- Li,D正确。
解题策略 解决电化学问题时,一定注意分析该装置是原电池还是电解池,根据其工作原理,判 断正、负极(或阴、阳极)。
易错警示 根据电池的设计原理,应避免Li与水反应。
3.(2018四川成都二诊,11)最近浙江大学成功研制出具有较高能量密度的新型铝—石墨烯(Cn) 电池(如图)。该电池分别以铝、石墨烯为电极,放电时,电池中导电离子的种类不变。已知能 量密度=电池容量(J)÷负极质量(g)。下列分析正确的是 ( ) A.放电时,Cn(石墨烯)为负极B.放电时,Al2C 在负极转化为AlC C.充电时,阳极反应为4Al2C +3e- Al+7AlC D.以轻金属为负极有利于提高电池的能量密度
答案 D 铝是较活泼的金属,放电时铝是负极,Cn(石墨烯)为正极,A错误;放电时,铝发生氧化 反应生成铝离子,铝离子与AlC 结合生成Al2C ,B错误;充电时,Al2C 在阴极得电子发生还原反应,即阴极反应为:4Al2C +3e- Al+7AlC ,C错误;以轻金属为负极,负极质量小,同等电池容量下能量密度更高,即有利于提高电池的能量密度,D正确。
解题关键 熟悉原电池和电解池的工作原理,掌握电极的判断方法和电极方程式的书写是解 题的关键。
解题思路 放电时铝为负极,被氧化生成Al2C ,负极反应为Al+7AlC -3e- 4Al2C ,其逆过程就是充电时的阴极反应:4Al2C +3e- Al+7AlC ,据此解答该题。
4.(2018四川广安、眉山、内江、遂宁二诊,11)中国第二化工设计院提出,用间接电化学法对 大气污染物NO进行无害化处理,其原理示意如图(质子膜允许H+和H2O通过)。下列相关判断 正确的是 ( ) A.电极Ⅰ为阴极,电极反应式为2H2O+2e- 2OH-+H2↑B.电解池中质子从电极Ⅰ向电极Ⅱ作定向移动C.吸收塔中的反应为2NO+2S2 +2H2O N2+4HS
D.每处理1 mol NO,电解池质量减少16 g
答案 C 电极Ⅰ为阴极,阴极上HS 得电子生成S2 ,电极反应式为:2HS +2H++2e- S2 +2H2O,故A错误;电解池中质子从电极Ⅱ向电极Ⅰ作定向移动,故B错误;吸收塔中S2 与NO反应生成N2与HS ,反应的离子方程式为2NO+2S2 +2H2O N2+4HS ,故C正确;电解池中的总反应为4HS 2H2O+O2↑+2S2 ,结合吸收塔中的反应得关系式:2NO~O2~4H+,每处理1 mol NO电解池质量减少16 g O2和2 g H+,共18 g,故D错误;故选C。
易错警示 本题易错选A项,HS 还原性比水强,故电极反应式为:2HS +2H++2e- S2 +2H2O。
解题思路 本题难点为D项,溶液减少的质量为氧气和氢离子的总质量,每处理1 mol NO电解 池质量减少16 g O2和2 g H+,共18 g。
5.(2018四川绵阳高三第二次诊断,12)现有的氨合成气、液体燃料合成气制备工艺复杂且能耗 高,中科院大连化学物理研究所提出在混合导体透氧膜反应器中一步同时制备氨合成气和液 体燃料合成气,并取得了研究进展,其工作原理如图所示。下列说法中错误的是 ( ) A.膜Ⅰ侧相当于原电池的正极B.O2和H2O均发生还原反应C.膜Ⅱ侧发生的反应为:CH4+O2--2e- 2H2+CO
D.膜Ⅱ侧消耗CH4与膜Ⅰ侧生成H2的物质的量之比为1∶2
答案 D 氧气和H2O在膜Ⅰ侧得电子被还原,所以膜Ⅰ侧相当于原电池的正极,O2和H2O均发 生还原反应,A、B正确;膜Ⅱ侧发生的反应为:CH4+O2--2e- 2H2+CO,C正确;膜Ⅰ侧发生的反应有H2O+2e- H2+O2-,O2+4e- 2O2-,则膜Ⅱ侧每消耗1 mol CH4,膜Ⅰ侧生成的H2的物质的量小于1 mol,D错误。
审题技巧 不能照搬课本知识,注意题干信息的挖掘。
易错警示 注意该过程中介质不是水,且在介质中传递的是O2-,在电极反应式中应消耗或者产 生O2-。
6.(2017四川成都七中零诊,16)瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害,一种瓦斯分析仪能够在煤 矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时,通过传感器显示甲烷浓度。该瓦斯分析仪工作原理类 似燃料电池的工作原理,其装置如图所示,其中的固体电解质是 Y2O3-Na2O,O2-可以在其中自由 移动。下列有关叙述正确的是 ( ) A.瓦斯分析仪工作时,电池内电路中电子由电极b 流向电极a B.电极b 是正极,O2-由电极a流向电极b C.电极a的反应式为:CH4+4O2--8e- CO2+2H2O D.当固体电解质中有1 mol O2- 通过时,电子转移 4 mol
答案 C 电子不能在电池内电路流动,只能在外电路中流动,故A错误;电极b上氧气得电子, 生成O2-,而电极a需要O2-作为反应物,故O2-由正极(电极b)流向负极(电极a),B错误;甲烷在电极a 上失电子,电极反应为:CH4+4O2--8e- CO2+2H2O,故C正确;1 mol O2得4 mol 电子生成2 mol O2-,故当固体电解质中有1 mol O2-通过时,电子转移2 mol,故D错误。
思路分析 瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理,通甲烷气体的一极为负极,通空气 的一极为正极。
解题关键 判断出正、负极,理解电解质是固体,O2-可以在其中自由移动是解题的关键。
7.(2017四川成都九校第四次联合模拟,12)用零价铁(Fe)能去除弱酸性条件下水体中的硝酸盐 (N ),其电化学原理如图所示,下列说法不正确的是 ( ) A.Fe3O4既是负极的氧化产物,也作正极导电材料B.正极的电极反应式为N +10H++8e- N +3H2OC.反应过程中,溶液的pH将减小D.理论上,Fe增重16 g,反应中转移2 mol 电子
答案 C A项,Fe作负极,发生氧化反应生成Fe3O4,Fe3O4导电,又作正极材料,正确;B项,在正极 N 被还原为N ,电极反应式为N +10H++8e- N +3H2O,正确;C项,总反应为3Fe+N +2H++H2O Fe3O4+N ,反应中消耗H+,溶液的pH将增大,错误;D项,每生成1 mol Fe3O4转移8 mol电子,Fe增重64 g,故Fe增重16 g时反应中转移2 mol电子,正确。
解题技巧 D选项强调“理论上”,是不考虑Fe3O4的吸水等,分析时,直接看反应中铁得到氧元 素的质量和铁元素的化合价变化比较简单。
8.(2017四川成都七中零诊,19)高铁酸盐在能源环保领域有广泛用途。用镍(Ni)、铁作电极电 解浓NaOH溶液制备高铁酸盐Na2FeO4的装置如图所示。下列推断合理的是 ( ) A.铁是阳极,电极反应为 Fe-6e-+4H2O Fe +8H+B.电解时电子的流动方向为:负极→Ni电极→溶液→Fe电极→正极 C.若隔膜为阴离子交换膜,则电解结束后左侧溶液中含有Fe D.电解时阳极区pH 降低、阴极区 pH升高,撤去隔膜混合后,与原溶液比较 pH升高(电解前后 溶液体积变化忽略不计)
答案 C 铁与电源正极相连,作电解池的阳极,碱性溶液中不能生成氢离子,电极反应为Fe-6e -+8OH- Fe +4H2O,A错误。电子不能通过电解质溶液,B错误。若隔膜为阴离子交换膜,则电解结束后由于浓度差左侧溶液中会含有Fe ,C正确。阳极区铁失电子消耗氢氧根离子,溶液pH降低;阴极区氢离子得到电子生成氢气,溶液中氢氧根离子浓度增大,溶液pH升高,阳极 反应为Fe-6e-+8OH- Fe +4H2O,阴极反应为6H++6e- 3H2↑,氢氧根离子消耗的多,生成的少,所以混合后溶液pH降低,D错误。
解题关键 熟悉电解原理,正确判断阴、阳极及发生的反应是解题的关键。
易错警示 易错选项是B,注意电子不能通过电解质溶液。
9.(2017云南师大附中适应性考试,5)以熔融CaF2-CaO作电解质,用如图所示装置获得金属钙,并 用钙还原TiO2制备金属钛。下列说法正确的是 ( ) A.整套装置工作前后CaO的总量不变B.阳极上电极反应式为2Ca2++4e- 2CaC.石墨电极作阳极,质量不变D.电解过程中,F-和O2-向阴极移动
答案 A 电解过程中先生成钙,然后发生反应2Ca+TiO2 Ti+2CaO,在整套装置工作前后CaO的总量不变,A正确;阳极上发生失电子的氧化反应,B错误;阳极反应式为C+2O2--4e- CO2↑,石墨质量减小,C错误;电解过程中,阴离子向阳极移动,D错误。
易错警示 题中是以熔融CaF2-CaO作电解质,不需要考虑水的电离对电极反应的影响。
知识拓展 分析电解过程的思维程序:①首先判断阴、阳极,分析阳极材料是惰性电极还是活 性电极。②再分析电解质的组成。③然后排出阴、阳离子的放电顺序进行分析。
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