專題七 電化學(xué)1.江蘇正在建設(shè)世界最大的海上風(fēng)電場(chǎng),防腐蝕是建設(shè)海上風(fēng)電場(chǎng)需要特別注意的問(wèn)題,下列說(shuō)法正確的是()A.海水的pH一般在8.08.5之間,對(duì)風(fēng)電機(jī)鋼鐵支架的腐蝕主要是析氫腐蝕B.腐蝕總反應(yīng)4Fe+3O2+2xH2O2Fe2O3xH2O(鐵銹)的H>0,S<0C.鋼部件鍍鋅前,可用堿液洗去表面的鐵銹D.熱噴涂鋅鋁合金,可以減緩管道的腐蝕2.普通電解精煉銅的方法所制備的銅中仍含雜質(zhì),利用如圖Z7-1中的雙膜(陰離子交換膜和過(guò)濾膜)電解裝置可制備高純度的Cu。下列有關(guān)敘述正確的是()圖Z7-1A.電極a為粗銅,電極b為精銅B.甲膜為過(guò)濾膜,可阻止陽(yáng)極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū)C.乙膜為陰離子交換膜,可阻止雜質(zhì)陽(yáng)離子進(jìn)入陰極區(qū)D.當(dāng)電路中通過(guò)1 mol電子時(shí),可生成32 g精銅3.科學(xué)家研發(fā)出了一種新材料,其工作原理如圖Z7-2所示。在外接電源作用下,材料內(nèi)部發(fā)生氧化還原反應(yīng)導(dǎo)致顏色變化,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光的透過(guò)率進(jìn)行可逆性調(diào)節(jié)。已知WO3和Li4Fe4Fe(CN)63均為無(wú)色透明,LiWO3和Fe4Fe(CN)63 均有顏色。下列說(shuō)法正確的是()圖Z7-2A.當(dāng)M外接電源正極時(shí),該材料顏色變深使光的透過(guò)率降低B.該材料在使用較長(zhǎng)時(shí)間后,離子導(dǎo)電層中Li+的量變小C.當(dāng)M外接電源負(fù)極時(shí),離子導(dǎo)電層中的Li+向變色導(dǎo)電層定向遷移D.當(dāng)N外接電源正極時(shí),離子儲(chǔ)存層的電極反應(yīng)式為Fe4Fe(CN)63+4Li+4e-Li4Fe4Fe(CN)634.如圖Z7-3,利用電解原理將NO轉(zhuǎn)化為NH4NO3,既節(jié)約了資源,又保護(hù)了環(huán)境。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()圖Z7-3A.NO轉(zhuǎn)化為NH4NO3的反應(yīng)屬于氮的固定B.陰極上發(fā)生還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為NO+5H+5e-NH3H2OC.電解池兩極上分別生成的甲是NH4+,乙是NO3-D.為使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3,需補(bǔ)充的物質(zhì)丙為HNO35.近年來(lái),我國(guó)多條高壓直流輸電線路的瓷絕緣子出現(xiàn)鐵帽腐蝕現(xiàn)象,在鐵帽上加鋅環(huán)能有效防止鐵帽的腐蝕(如圖Z7-4所示),下列說(shuō)法正確的是()圖Z7-4A.陰極電極反應(yīng)為4OH-4e-O2+2H2OB.陽(yáng)極電極反應(yīng)為Zn-2e-Zn2+C.斷電時(shí),不能防止鐵帽被腐蝕D.絕緣子表面產(chǎn)生的OH-向陰極移動(dòng)6.用惰性電極電解法制備硼酸H3BO3或B(OH)3的工作原理如圖Z7-5所示(陽(yáng)膜和陰膜分別只允許陽(yáng)離子和陰離子通過(guò))。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是()圖Z7-5A.陰極與陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體體積比為12B.b極的電極反應(yīng)式為2H2O-2e-O2+4H+C.產(chǎn)品室中發(fā)生的反應(yīng)是B(OH)3+OH-B(OH)4-D.每增加1 mol H3BO3產(chǎn)品,NaOH溶液增重22 g7.(1)我國(guó)學(xué)者發(fā)明的一種分解硫化氫制氫氣并回收硫的裝置如圖Z7-6所示:圖Z7-6該裝置中能量轉(zhuǎn)化的形式為。若Y極溶液中的電對(duì)(A/B)選用I3-/I-,裝置工作時(shí)Y極上的電極反應(yīng)式為,Y極溶液中發(fā)生的離子反應(yīng)為;再列舉一種可作為Y極循環(huán)液的常見的電對(duì):。該分解H2S制氫的方法主要優(yōu)點(diǎn)是。(2)過(guò)二硫酸鉀(K2S2O8)可通過(guò)“電解轉(zhuǎn)化提純”方法制得,電解裝置示意圖如圖Z7-7所示。圖Z7-7電解時(shí),鐵電極連接電源的極。常溫下,電解液中含硫微粒的主要存在形式與pH的關(guān)系如圖Z7-8所示。圖Z7-8在陽(yáng)極放電的離子主要是HSO4-,陽(yáng)極區(qū)電解質(zhì)溶液的pH范圍為,陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為。往電解產(chǎn)品中加入硫酸鉀,使其轉(zhuǎn)化為過(guò)二硫酸鉀粗產(chǎn)品,提純粗產(chǎn)品的方法為。(3)甲烷燃料電池工作原理如圖Z7-9所示。a氣體是,b氣體通入電極的反應(yīng)式為。用該燃料電池作電源,以石墨作電極電解硫酸銅溶液,一段時(shí)間后,若將0.1 mol Cu2(OH)2CO3溶解于該溶液,恰好使溶液恢復(fù)至起始成分和濃度,則燃料電池中理論上消耗CH4的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)為。圖Z7-9(4)電解法治理硫化氫是先用FeCl3溶液吸收含H2S的工業(yè)廢氣,所得溶液用惰性電極電解,陽(yáng)極區(qū)所得溶液循環(huán)利用(如圖Z7-10所示)。圖Z7-10進(jìn)入電解池的溶液中,溶質(zhì)是。陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為。電解總反應(yīng)的離子方程式是。 8.KMnO4是一種重要的氧化劑,廣泛用于化學(xué)分析和化工生產(chǎn)以及水處理工業(yè)。工業(yè)上可由軟錳礦(主要成分為MnO2)制備,目前有兩種較為成熟的制法。其模擬流程如圖Z7-11所示:圖Z7-11附表:不同溫度下若干常見鉀的化合物的溶解度單位:g/(100 g H2O)化學(xué)式20 30 40 60 80 100 CH3COOK256283324350381K2SO411.11314.818.221.424.1KCl34.237.240.145.851.356.3KMnO46.349.0312.622.1K2CO3111114117127140156(1)“熔融”時(shí),可用作坩堝材料的是(填序號(hào))。A.氧化鋁 B.陶瓷 C.氧化鎂 D.石英(2)寫出MnO2和KOH熔融物中通入富氧空氣時(shí)獲得K2MnO4的化學(xué)方程式:。(3)“酸歧化法”是在pH<6的情況下K2MnO4轉(zhuǎn)化為MnO2和KMnO4,過(guò)濾除去MnO2,將濾液經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾得到KMnO4粗晶體,再經(jīng)過(guò)重結(jié)晶獲得較純凈的KMnO4晶體。根據(jù)表中的溶解度數(shù)據(jù)以及上述操作的特點(diǎn),“酸歧化法”不適宜選擇的酸性物質(zhì)是。A.稀硫酸 B.醋酸 C.稀鹽酸 D.二氧化碳“蒸發(fā)濃縮”時(shí),溫度需控制在70 ,適宜的加熱方式是。根據(jù)相關(guān)離子方程式,計(jì)算“酸歧化法”的理論產(chǎn)率為。(4)“電解法”克服了“酸歧化法”理論產(chǎn)率偏低的問(wèn)題,同時(shí)副產(chǎn)品KOH可用于軟錳礦的焙燒。電解法制備高錳酸鉀的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖Z7-12(圖中陽(yáng)離子交換膜只允許K+通過(guò)):圖Z7-12a為(填“正”或“負(fù)”)極,右室發(fā)生的電極反應(yīng)式為。若電解開始時(shí)陽(yáng)極區(qū)溶液為1.0 L 0.40 molL-1 K2MnO4溶液,電解一段時(shí)間后,右室中n(K)n(Mn)為65,陰極區(qū)生成KOH的質(zhì)量為。專題限時(shí)集訓(xùn)(七)1.D解析 海水的pH一般在8.08.5之間,海水呈弱堿性,對(duì)鋼鐵支架的腐蝕主要是吸氧腐蝕,A錯(cuò)誤;鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的負(fù)極電極反應(yīng)式為Fe-2e-Fe2+、正極電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-4OH-,電池總反應(yīng)為2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,接著發(fā)生的反應(yīng)有4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3、2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O,腐蝕的總反應(yīng)為4Fe+3O2+2xH2O2(Fe2O3xH2O),該反應(yīng)為放熱反應(yīng),H<0,S<0,B錯(cuò)誤;鐵銹的主要成分為Fe2O3xH2O,堿液與鐵銹不反應(yīng),不能洗去鋼部件表面的鐵銹,C錯(cuò)誤;鋅鋁合金比Fe活潑,鋅鋁合金為負(fù)極,鋼鐵為正極被保護(hù),減緩管道的腐蝕,此保護(hù)法稱為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法,D正確。2.D解析 由題意結(jié)合電解原理可知,電極a是陰極,為精銅,電極b陽(yáng)極,為粗銅,A不正確;甲膜為陰離子交換膜,可阻止雜質(zhì)陽(yáng)離子進(jìn)入陰極區(qū),B不正確;乙膜為過(guò)濾膜,可阻止陽(yáng)極泥及漂浮物雜質(zhì)進(jìn)入陰極區(qū),C不正確;當(dāng)電路中通過(guò)1 mol電子時(shí),可生成0.5 mol精銅,其質(zhì)量為32 g ,D正確。3.C解析 當(dāng)M外接電源正極時(shí),M為陽(yáng)極,LiWO3失電子產(chǎn)生WO3,該材料顏色變淺使光的透過(guò)率增強(qiáng),A錯(cuò)誤;電極總反應(yīng)式為4WO3+Li4Fe4Fe(CN)634LiWO3+Fe4Fe(CN)63,該材料在使用較長(zhǎng)時(shí)間后,離子導(dǎo)電層中Li+的量不變,B錯(cuò)誤;當(dāng)M外接電源負(fù)極時(shí)變色導(dǎo)電層作為陰極,離子導(dǎo)電層中的陽(yáng)離子Li+向陰極變色導(dǎo)電層定向遷移,C正確;當(dāng)N外接電源正極時(shí),離子儲(chǔ)存層的電極反應(yīng)式為L(zhǎng)i4Fe4Fe(CN)63-4e-Fe4Fe(CN)63+4Li+,D錯(cuò)誤。4.C解析 NO屬于含氮元素的化合物,轉(zhuǎn)化為NH4NO3的反應(yīng)不屬于氮的固定,A錯(cuò)誤;陰極上發(fā)生還原反應(yīng),根據(jù)圖像,NO得到電子,化合價(jià)降低生成銨根離子,電極反應(yīng)式為NO+6H+5e-NH4+H2O,B錯(cuò)誤;根據(jù)B的分析,電解池陰極上生成的是NH4+,陽(yáng)極上NO被氧化生成的是NO3-,C正確;陽(yáng)極上NO被氧化生成的是NO3-,陽(yáng)極反應(yīng)為NO-3e-+2H2ONO3-+4H+,陰極上NO得到電子被還原生成銨根離子,陰極反應(yīng)為NO+5e-+6H+NH4+H2O,總反應(yīng)方程式為8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,因此若要使電解產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)化為NH4NO3,需補(bǔ)充NH3,D錯(cuò)誤。5.B解析 陰極電極反應(yīng)為2H2O+2e-H2+2OH-,A錯(cuò)誤;陽(yáng)極鋅失電子產(chǎn)生鋅離子,電極反應(yīng)為Zn-2e-Zn2+,B正確;斷電時(shí),鋅環(huán)作負(fù)極,仍能防止鐵帽被腐蝕,C錯(cuò)誤;電解池中絕緣子表面產(chǎn)生的OH-向陽(yáng)極移動(dòng),D錯(cuò)誤。6.D解析 由圖可知,b電極為陽(yáng)極,電解時(shí)陽(yáng)極上水失電子生成O2和H+,a電極為陰極,電解時(shí)陰極上水得電子生成H2和OH-,原料室中的鈉離子通過(guò)陽(yáng)膜進(jìn)入a極室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中的B(OH)4-通過(guò)陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室,b極室中氫離子通入陽(yáng)膜進(jìn)入產(chǎn)品室,B(OH)4-、H+發(fā)生反應(yīng)生成H3BO3;a、b電極反應(yīng)式分別為2H2O+2e-H2+2OH-、2H2O-4e-O2+4H+,理論上每生成1 mol產(chǎn)品,b極生成1 mol H+、a極生成0.5 mol H2。由a、b電極反應(yīng)式可知陰極生成2 mol H2同時(shí)陽(yáng)極生成1 mol O2,A錯(cuò)誤; b極為陽(yáng)極,電極反應(yīng)為2H2O-4e-O2+4H+,B錯(cuò)誤; 原料室中的B(OH)4-通過(guò)陰膜進(jìn)入產(chǎn)品室,b極室中氫離子通入陽(yáng)膜進(jìn)入產(chǎn)品室,B(OH)4-、H+發(fā)生反應(yīng)生成H3BO3,C錯(cuò)誤; 理論上每生成1 mol產(chǎn)品,a極生成0.5 mol H2,質(zhì)量為1 g,同時(shí)原料室中有1 mol鈉離子通過(guò)陽(yáng)膜進(jìn)入a極室,1 mol Na+質(zhì)量為23 g,所以氫氧化鈉溶液增重22 g,D正確。7.(1)光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能和電能3I-2e-I3-I3-+H2SS+2H+3I-Fe3+/Fe2+充分利用太陽(yáng)能且不產(chǎn)生污染(或可在常溫下實(shí)現(xiàn),操作容易等合理答案)(2)負(fù)022HSO4-2e-S2O82-+2H+重結(jié)晶(3)O2CH4+2H2O-8e-CO2+8H+1.68 L(4)FeCl2、HClFe2+-e- Fe3+2Fe2+2H+2Fe3+H2解析 (1)X電極上是H+轉(zhuǎn)化為H2,元素化合價(jià)降低,發(fā)生還原反應(yīng),則Y電極應(yīng)發(fā)生氧化反應(yīng),反應(yīng)式為3I-2e-I3-;Y極溶液中有H2S,具有還原性,而I3-具有氧化性,則二者可以發(fā)生氧化還原反應(yīng),離子方程式為I3-+H2SS+2H+3I-;另一種可作為Y極循環(huán)液的常見的電對(duì)為Fe3+/Fe2+。該分解H2S制氫的方法主要優(yōu)點(diǎn)是充分利用太陽(yáng)能且無(wú)污染,可在常溫下實(shí)現(xiàn),操作容易等。(2)電解時(shí),鐵作陰極,鐵電極連接電源的負(fù)極。常溫下,在陽(yáng)極放電的離子主要是HSO4-,電解HSO4-生成S2O82-,由圖可知,HSO4-存在的pH范圍為-22,S2O82-存在的pH范圍為02,陽(yáng)極區(qū)電解質(zhì)溶液的pH范圍為02;S化合價(jià)不變,O由-2價(jià)升高至-1價(jià),失電子,陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為 2HSO4-2e-S2O82-+2H+ 。往電解產(chǎn)品過(guò)二硫酸鈉中加入硫酸鉀,使其轉(zhuǎn)化為過(guò)二硫酸鉀粗產(chǎn)品,依據(jù)二者的溶解度差異,提純粗產(chǎn)品的方法為重結(jié)晶。(3)根據(jù)電子的移動(dòng)方向可知,右側(cè)電極為負(fù)極,通入的氣體為甲烷,左側(cè)電極為正極,通入的氣體為氧氣,甲烷在負(fù)極上發(fā)生氧化反應(yīng)生成二氧化碳,電極反應(yīng)式為CH4+2H2O-8e-CO2+8H+;用該燃料電池作電源,以石墨作電極電解硫酸銅溶液,一段時(shí)間后,若將0.1 mol Cu2(OH)2CO3溶解于該溶液,恰好使溶液恢復(fù)至起始成分和濃度,說(shuō)明電解生成的物質(zhì)為:陰極上生成0.2 mol Cu、0.1 mol氫氣,陽(yáng)極上生成0.15 mol氧氣,轉(zhuǎn)移電子0.15 mol4=0.6 mol,則燃料電池中理論上消耗CH4的物質(zhì)的量為0.6mol8=0.075 mol,標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為0.075 mol22.4 Lmol-1=1.68 L。(4)反應(yīng)池中FeCl3與H2S反應(yīng)生成硫單質(zhì)、FeCl2、HCl,FeCl2和HCl進(jìn)入電解池的溶液中,所以溶質(zhì)為FeCl2、HCl。電解池的陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),二價(jià)鐵離子失去1個(gè)電子生成三價(jià)鐵離子,電極反應(yīng)式為Fe2+-e-Fe3+。電解氯化亞鐵時(shí),陰極發(fā)生氫離子得電子的還原反應(yīng),電極反應(yīng)式為2H+2e-H2,陽(yáng)極亞鐵離子發(fā)生失電子的氧化反應(yīng),電極反應(yīng)式為2Fe2+-2e-2Fe3+,根據(jù)兩極反應(yīng)可寫總的電解反應(yīng)為2Fe2+2H+2Fe3+H2。8.(1)C(2)2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O(3)AC水浴加熱66.7%(4)負(fù)MnO42-e-MnO4-17.92 g解析 (1)從流程圖可知,軟錳礦和KOH(s)的混合物于空氣中加熱熔融,由于氧化鋁和二氧化硅均和KOH反應(yīng),所以“熔融”時(shí),可用作坩堝材料的是氧化鎂,因此,本題答案為C。(2)軟錳礦的主要成分為MnO2,軟錳礦和KOH(s)的混合物于空氣中加熱熔融,得到K2MnO4,反應(yīng)方程式為2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O。(3)根據(jù)表中的溶解度數(shù)據(jù): CH3COOK和K2CO3的溶解度要比KMnO4大得多,而K2SO4和KCl的溶解度與KMnO4差別不大,且在酸性條件下KMnO4能氧化Cl-,所以“酸歧化法”不適宜選擇的酸性物質(zhì)是稀硫酸、稀鹽酸,本題答案為AC?！罢舭l(fā)濃縮”時(shí),溫度需控制在70 ,適宜的加熱方式是水浴加熱。根據(jù)離子方程式3MnO42-+4H+2MnO4-+MnO2+2H2O,依據(jù)錳原子守恒,3 mol K2MnO4理論上生成2 mol KMnO4,所以理論產(chǎn)率為23100%=66.7%。(4)右側(cè)MnO42-失電子生成MnO4-,為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為MnO42-e-MnO4-;故連接陽(yáng)極的b電極為電源正極,a則為負(fù)極。1.0 L 0.40 molL-1 K2MnO4溶液中K2MnO4的物質(zhì)的量為0.4 mol,n(K)n(Mn)=21,n(Mn)=0.4 mol,n(K)=0.8 mol,陽(yáng)極MnO42-失電子生成MnO4-,Mn原子物質(zhì)的量不變,電解一段時(shí)間后,溶液中n(K)n(Mn)=65,所以n(K)=0.48 mol,所以陰極區(qū)生成KOH的物質(zhì)的量為n(KOH)=n(K)=0.8 mol-0.48 mol=0.32 mol,質(zhì)量為m(KOH)=0.32 mol56 gmol-1=17.92 g。