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專題七 電化學 1.江蘇正在建設世界最大的海上風電場,防腐蝕是建設海上風電場需要特別注意的問題,下列說法正確的是 (　　) A.海水的pH一般在8.0~8.5之間,對風電機鋼鐵支架的腐蝕主要是析氫腐蝕 B.腐蝕總反應4Fe+3O2+2xH2O2[Fe2O3xH2O](鐵銹)的ΔH>0,ΔS<0 C.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,利用如圖Z7-1中的雙膜(陰離子交換膜和過濾膜)電解裝置可制備高純度的Cu。下列有關敘述正確的是 (　　) 圖Z7-1 A.電極a為粗銅,電極b為精銅 B.甲膜為過濾膜,可阻止陽極泥及漂浮物雜質進入陰極區(qū) C.乙膜為陰離子交換膜,可阻止雜質陽離子進入陰極區(qū) D.當電路中通過1 mol電子時,可生成32 g精銅 3.科學家研發(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,材料內部發(fā)生氧化還原反應導致顏色變化,從而實現(xiàn)對光的透過率進行可逆性調節(jié)。已知WO3和Li4Fe4[Fe(CN)6]3均為無色透明,LiWO3和Fe4[Fe(CN)6]3 均有顏色。下列說法正確的是 (　　) 圖Z7-2 A.當M外接電源正極時,該材料顏色變深使光的透過率降低 B.該材料在使用較長時間后,離子導電層中Li+的量變小 C.當M外接電源負極時,離子導電層中的Li+向變色導電層定向遷移 D.當N外接電源正極時,離子儲存層的電極反應式為Fe4[Fe(CN)6]3+4Li++4e-Li4Fe4[Fe(CN)6]3 4.如圖Z7-3,利用電解原理將NO轉化為NH4NO3,既節(jié)約了資源,又保護了環(huán)境。下列有關說法正確的是 (　　) 圖Z7-3 A.NO轉化為NH4NO3的反應屬于氮的固定 B.陰極上發(fā)生還原反應,電極反應式為NO+5H++5e-NH3H2O C.電解池兩極上分別生成的甲是NH4+,乙是NO3- D.為使電解產物全部轉化為NH4NO3,需補充的物質丙為HNO3 5.近年來,我國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),下列說法正確的是 (　　) 圖Z7-4 A.陰極電極反應為4OH--4e-O2↑+2H2O B.陽極電極反應為Zn-2e-Zn2+ C.斷電時,不能防止鐵帽被腐蝕 D.絕緣子表面產生的OH-向陰極移動 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(陽膜和陰膜分別只允許陽離子和陰離子通過)。下列有關說法正確的是 (　　) 圖Z7-5 A.陰極與陽極產生的氣體體積比為1∶2 B.b極的電極反應式為2H2O-2e-O2↑+4H+ C.產品室中發(fā)生的反應是B(OH)3+OH-B(OH)4- D.每增加1 mol H3BO3產品,NaOH溶液增重22 g 7.(1)我國學者發(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 ①該裝置中能量轉化的形式為　　　　　　　　　　　。 ②若Y極溶液中的電對(A/B)選用I3-/I-,裝置工作時Y極上的電極反應式為　　　　　　　　　　,Y極溶液中發(fā)生的離子反應為　　　　　　　　　　　　　;再列舉一種可作為Y極循環(huán)液的常見的電對:　　　　。 ③該分解H2S制氫的方法主要優(yōu)點是　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)過二硫酸鉀(K2S2O8)可通過“電解→轉化→提純”方法制得,電解裝置示意圖如圖Z7-7所示。 圖Z7-7 ①電解時,鐵電極連接電源的　　　極。 ②常溫下,電解液中含硫微粒的主要存在形式與pH的關系如圖Z7-8所示。 圖Z7-8 在陽極放電的離子主要是HSO4-,陽極區(qū)電解質溶液的pH范圍為　　　　,陽極的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　　　。 ③往電解產品中加入硫酸鉀,使其轉化為過二硫酸鉀粗產品,提純粗產品的方法為　　　　　　　　　　　　　。 (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,一段時間后,若將0.1 mol Cu2(OH)2CO3溶解于該溶液,恰好使溶液恢復至起始成分和濃度,則燃料電池中理論上消耗CH4的體積(標準狀況)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,陽極區(qū)所得溶液循環(huán)利用(如圖Z7-10所示)。 圖Z7-10 ①進入電解池的溶液中,溶質是　　　　。②陽極的電極反應式為　　　　。 ③電解總反應的離子方程式是　　　　　　　　　　　。 8.KMnO4是一種重要的氧化劑,廣泛用于化學分析和化工生產以及水處理工業(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)] 化學式 20 ℃ 30 ℃ 40 ℃ 60 ℃ 80 ℃ 100 ℃ CH3COOK 256 283 324 350 381 K2SO4 11.1 13 14.8 18.2 21.4 24.1 KCl 34.2 37.2 40.1 45.8 51.3 56.3 KMnO4 6.34 9.03 12.6 22.1 K2CO3 111 114 117 127 140 156 (1)“熔融”時,可用作坩堝材料的是　　　　(填序號)。 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獲得K2MnO4的化學方程式:　　　　　　　　　　　　　。 (3)“酸歧化法”是在pH<6的情況下K2MnO4轉化為MnO2和KMnO4,過濾除去MnO2,將濾液經過蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾得到KMnO4粗晶體,再經過重結晶獲得較純凈的KMnO4晶體。 ①根據(jù)表中的溶解度數(shù)據(jù)以及上述操作的特點,“酸歧化法”不適宜選擇的酸性物質是　　　　。 A.稀硫酸 B.醋酸 C.稀鹽酸 D.二氧化碳 ②“蒸發(fā)濃縮”時,溫度需控制在70 ℃,適宜的加熱方式是　　　　　　。 ③根據(jù)相關離子方程式,計算“酸歧化法”的理論產率為　　　　。 (4)“電解法”克服了“酸歧化法”理論產率偏低的問題,同時副產品KOH可用于軟錳礦的焙燒。電解法制備高錳酸鉀的實驗裝置示意圖如圖Z7-12(圖中陽離子交換膜只允許K+通過): 圖Z7-12 ①a為　　　　(填“正”或“負”)極,右室發(fā)生的電極反應式為　　　　　　　　　　　　　。 ②若電解開始時陽極區(qū)溶液為1.0 L 0.40 molL-1 K2MnO4溶液,電解一段時間后,右室中n(K)n(Mn)為6∶5,陰極區(qū)生成KOH的質量為　　　　。 專題限時集訓(七) 1.D　[解析] 海水的pH一般在8.0~8.5之間,海水呈弱堿性,對鋼鐵支架的腐蝕主要是吸氧腐蝕,A錯誤;鋼鐵發(fā)生吸氧腐蝕的負極電極反應式為Fe-2e-Fe2+、正極電極反應式為O2+2H2O+4e-4OH-,電池總反應為2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,接著發(fā)生的反應有4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3、2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O,腐蝕的總反應為4Fe+3O2+2xH2O2(Fe2O3xH2O),該反應為放熱反應,ΔH<0,ΔS<0,B錯誤;鐵銹的主要成分為Fe2O3xH2O,堿液與鐵銹不反應,不能洗去鋼部件表面的鐵銹,C錯誤;鋅鋁合金比Fe活潑,鋅鋁合金為負極,鋼鐵為正極被保護,減緩管道的腐蝕,此保護法稱為犧牲陽極的陰極保護法,D正確。 2.D　[解析] 由題意結合電解原理可知,電極a是陰極,為精銅,電極b陽極,為粗銅,A不正確;甲膜為陰離子交換膜,可阻止雜質陽離子進入陰極區(qū),B不正確;乙膜為過濾膜,可阻止陽極泥及漂浮物雜質進入陰極區(qū),C不正確;當電路中通過1 mol電子時,可生成0.5 mol精銅,其質量為32 g ,D正確。 3.C　[解析] 當M外接電源正極時,M為陽極,LiWO3失電子產生WO3,該材料顏色變淺使光的透過率增強,A錯誤;電極總反應式為4WO3+Li4Fe4[Fe(CN)6]34LiWO3+Fe4[Fe(CN)6]3,該材料在使用較長時間后,離子導電層中Li+的量不變,B錯誤;當M外接電源負極時變色導電層作為陰極,離子導電層中的陽離子Li+向陰極變色導電層定向遷移,C正確;當N外接電源正極時,離子儲存層的電極反應式為Li4Fe4[Fe(CN)6]3-4e-Fe4[Fe(CN)6]3+4Li+,D錯誤。 4.C　[解析] NO屬于含氮元素的化合物,轉化為NH4NO3的反應不屬于氮的固定,A錯誤;陰極上發(fā)生還原反應,根據(jù)圖像,NO得到電子,化合價降低生成銨根離子,電極反應式為NO+6H++5e-NH4++H2O,B錯誤;根據(jù)B的分析,電解池陰極上生成的是NH4+,陽極上NO被氧化生成的是NO3-,C正確;陽極上NO被氧化生成的是NO3-,陽極反應為NO-3e-+2H2ONO3-+4H+,陰極上NO得到電子被還原生成銨根離子,陰極反應為NO+5e-+6H+NH4++H2O,總反應方程式為8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,因此若要使電解產物全部轉化為NH4NO3,需補充NH3,D錯誤。 5.B　[解析] 陰極電極反應為2H2O+2e-H2↑+2OH-,A錯誤;陽極鋅失電子產生鋅離子,電極反應為Zn-2e-Zn2+,B正確;斷電時,鋅環(huán)作負極,仍能防止鐵帽被腐蝕,C錯誤;電解池中絕緣子表面產生的OH-向陽極移動,D錯誤。 6.D　[解析] 由圖可知,b電極為陽極,電解時陽極上水失電子生成O2和H+,a電極為陰極,電解時陰極上水得電子生成H2和OH-,原料室中的鈉離子通過陽膜進入a極室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中的B(OH)4-通過陰膜進入產品室,b極室中氫離子通入陽膜進入產品室,B(OH)4-、H+發(fā)生反應生成H3BO3;a、b電極反應式分別為2H2O+2e-H2↑+2OH-、2H2O-4e-O2↑+4H+,理論上每生成1 mol產品,b極生成1 mol H+、a極生成0.5 mol H2。由a、b電極反應式可知陰極生成2 mol H2同時陽極生成1 mol O2,A錯誤; b極為陽極,電極反應為2H2O-4e-O2↑+4H+,B錯誤; 原料室中的B(OH)4-通過陰膜進入產品室,b極室中氫離子通入陽膜進入產品室,B(OH)4-、H+發(fā)生反應生成H3BO3,C錯誤; 理論上每生成1 mol產品,a極生成0.5 mol H2,質量為1 g,同時原料室中有1 mol鈉離子通過陽膜進入a極室,1 mol Na+質量為23 g,所以氫氧化鈉溶液增重22 g,D正確。 7.(1)①光能轉變?yōu)榛瘜W能和電能 ②3I--2e-I3-　I3-+H2SS↓+2H++3I-　Fe3+/Fe2+ ③充分利用太陽能且不產生污染(或可在常溫下實現(xiàn),操作容易等合理答案) (2)①負?、?~2　2HSO4--2e-S2O82-+2H+?、壑亟Y晶 (3)O2　CH4+2H2O-8e-CO2+8H+　1.68 L (4)①FeCl2、HCl?、贔e2+-e- Fe3+ ③2Fe2++2H+2Fe3++H2↑ [解析] (1)②X電極上是H+轉化為H2,元素化合價降低,發(fā)生還原反應,則Y電極應發(fā)生氧化反應,反應式為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,離子方程式為I3-+H2SS↓+2H++3I-;另一種可作為Y極循環(huán)液的常見的電對為Fe3+/Fe2+。③該分解H2S制氫的方法主要優(yōu)點是充分利用太陽能且無污染,可在常溫下實現(xiàn),操作容易等。(2)①電解時,鐵作陰極,鐵電極連接電源的負極。②常溫下,在陽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-2~2,S2O82-存在的pH范圍為0~2,陽極區(qū)電解質溶液的pH范圍為0~2;S化合價不變,O由-2價升高至-1價,失電子,陽極的電極反應式為 2HSO4--2e-S2O82-+2H+ 。③往電解產品過二硫酸鈉中加入硫酸鉀,使其轉化為過二硫酸鉀粗產品,依據(jù)二者的溶解度差異,提純粗產品的方法為重結晶。(3)根據(jù)電子的移動方向可知,右側電極為負極,通入的氣體為甲烷,左側電極為正極,通入的氣體為氧氣,甲烷在負極上發(fā)生氧化反應生成二氧化碳,電極反應式為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,一段時間后,若將0.1 mol Cu2(OH)2CO3溶解于該溶液,恰好使溶液恢復至起始成分和濃度,說明電解生成的物質為:陰極上生成0.2 mol Cu、0.1 mol氫氣,陽極上生成0.15 mol氧氣,轉移電子0.15 mol4=0.6 mol,則燃料電池中理論上消耗CH4的物質的量為0.6mol8=0.075 mol,標準狀況下的體積為0.075 mol22.4 Lmol-1=1.68 L。(4)①反應池中FeCl3與H2S反應生成硫單質、FeCl2、HCl,FeCl2和HCl進入電解池的溶液中,所以溶質為FeCl2、HCl。②電解池的陽極發(fā)生氧化反應,二價鐵離子失去1個電子生成三價鐵離子,電極反應式為Fe2+-e-Fe3+。③電解氯化亞鐵時,陰極發(fā)生氫離子得電子的還原反應,電極反應式為2H++2e-H2↑,陽極亞鐵離子發(fā)生失電子的氧化反應,電極反應式為2Fe2+-2e-2Fe3+,根據(jù)兩極反應可寫總的電解反應為2Fe2++2H+2Fe3++H2↑。 8.(1)C (2)2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O (3)①AC?、谒〖訜帷、?6.7% (4)①負　MnO42--e-MnO4-?、?7.92 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,所以“熔融”時,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,反應方程式為2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O。(3)①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是稀硫酸、稀鹽酸,本題答案為AC。②“蒸發(fā)濃縮”時,溫度需控制在70 ℃,適宜的加熱方式是水浴加熱。③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,所以理論產率為23100%=66.7%。(4)①右側MnO42-失電子生成MnO4-,為陽極,電極反應式為MnO42--e-MnO4-;故連接陽極的b電極為電源正極,a則為負極。②1.0 L 0.40 molL-1 K2MnO4溶液中K2MnO4的物質的量為0.4 mol,n(K)n(Mn)=2∶1,n(Mn)=0.4 mol,n(K)=0.8 mol,陽極MnO42-失電子生成MnO4-,Mn原子物質的量不變,電解一段時間后,溶液中n(K)n(Mn)=6∶5,所以n(K)=0.48 mol,所以陰極區(qū)生成KOH的物質的量為n(KOH)=n(K)=0.8 mol-0.48 mol=0.32 mol,質量為m(KOH)=0.32 mol56 gmol-1=17.92 g。