专题10：电化学及其应用

专题 10：电化学及其应用1【 2015 新课标卷理综化学】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错误的是（）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+6H2O2【2015 浙江理综化学】在固态金属氧化物电解池中，高温共电解H2OCO2 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阴极的反应式是：H2O 2e H2 O2CO2 2eCO O2通电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 13【 2015 天津理综化学】锌铜原电池装置如图所示，其中阳离子交换膜只允许阳离子和水分子通过，下列有关叙述正确的是（）A 铜电极上发生氧化反应B电池工作一段时间后，甲池的c(SO42 )减小C电池工作一段时间后，乙池溶液的总质量增加D阴阳离子离子分别通过交换膜向负极和正极移动，保持溶液中电荷平衡4【 2015 四川理综化学】用右图所示装置除去含CN 、Cl 废水中的 CN 时，控制溶液PH 为 910，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阳极的电极反应式为：Cl + 2OH 2e = ClO + H 2OC阴极的电极反应式为：2H 2O + 2e= H 2 + 2OH的反应： 2CND除去 CN+ 5ClO+ 2H + = N 2 + + 5Cl+ H2 O2CO5【2015 四川理综化学】用右图所示装置除去含CN 、Cl 废水中的CN 时，控制溶液PH 为 910，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阳极的电极反应式为：Cl + 2OH 2e = ClO + H 2OC阴极的电极反应式为：2H 2O + 2e= H 2 + 2OH的反应： 2CN+ 2H + = N 2D除去 CN+ 5ClO+ 2CO + 5Cl+ H2 O6【 2015 福建理综化学】 某模拟 人工树叶 ”电化学实验装置如右 图 所 示 ， 该 装 置 能 将 H 2 O 和 CO 2转 化 为 O2 和燃料 (C 3H 8 O)。下列说法正确的是（）A该装置将化学能转化为光能和电能从 b 极区向 a 极区迁移B该装置工作时， HC每生成 1 mol O2，有 44 g CO2被 还 原D a 电极的反应为：3C O2 + 16H -18e = C3H 8 O+4H 2O7【2015 江苏化学】一种熔融碳酸盐燃料电池原理示意如图。下列有关该电池的说法正确的是（）点燃通电电解催化剂= = A反=应CH4 H2O = 3H2CO,每消耗 1molCH4 转移 12mol电子B电极 A 上 H2 参与的电极反应为： H2 2OH 2e =2H2O32向电极 B 移动C电池工作时， COD电极 B 上发生的电极反应为：O2 2CO2 4e=2CO328【 2015 上海化学】研究电化学腐蚀及防护的装置如右图所示。下列有关说法错误的是（）A d 为石墨，铁片腐蚀加快2B d 为石墨，石墨上电极反应为：2O + 4e 4OHO + 2HCd 为锌块，铁片不易被腐蚀D d 为锌块，铁片上电极反应为：2H+ 2e 2H9【 2015 上海化学】（本题共 12 分）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：（ 1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。（ 2）离子交换膜的作用为：、。（ 3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出。（选填 “a、”“ b、”“ c或”“ d）”（ 4） KClO 3 可以和草酸（ H 2C2O4 ）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO 2，还生成 CO2 和 KHSO 4 等物质。写出该反应的化学方程式。（ 5）室温下， 0.1 mol/L NaClO溶液的 pH0.1 mol/L Na 2SO3 溶液的 pH。（ 选填 “大于 ”、“小于 ”或 “等于 ”）。浓度均为0.1 mol/L 的 Na 2SO3 和 Na2CO3 的混合溶液中，22SO3 、 CO3 、 HSO 3 、HCO 3 浓度从大到小的顺序为。已知： H2SO3K i1=1.54 10-2Ki2 =1.02 10-7HClOK i1=2.95 10-8H2CO3K i1=4.3 10-7Ki2 =5.6 10-1110【 2015 北京理综化学】 （ 14 分）研究 CO2 在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。（ 1）溶于海水的 CO 主要以 4 种无机碳形式存在，其中 HCO -23占95% ， 写 出 CO2 溶 于水 产 生HCO3- 的 方 程式：。（ 2）在海洋循环中，通过右图所示的途径固碳。 写出钙化作用的离子方程式：。 同位素示踪法证实光合作用释放出的O2 只来自于H2O，用 18O 标记物质的光合作用的化学方程式如下，将其补充完整：+=(CH2O)x+x18O2+xH2O（ 3）海水中溶解无机碳占海水总碳的 95%以上，其准确测量是研究海洋碳循环的基础，测量溶解无机 碳，可采用如下方法： 气提、吸收 CO2，用 N2 从酸化后的还说中吹出CO2 并用碱液吸收（装置示意图如下） ，将虚线框中的装置补充完整并标出所用试剂。 滴定。将吸收液洗后的无机碳转化为NaHCO3，再用xmol/LHCl溶 液 滴 定 ， 消 耗ymlHCl溶 液 ， 海 水 中 溶 解 无 机 碳 的 浓 度 =mol/L 。（ 4）利用右图所示装置从海水中提取 CO2，有利于减少环境温室气体含量。 结合方程式简述提取CO2 的原理：。 用 该 装 置 产 生 的 物 质 处 理b 室 排 出 的 海 水 ， 合 格 后 排 回 大 海 。 处 理 至 合 格 的 方 法是。11【 2015 北京理综化学】 （ 15 分）为 探 讨 化 学 平 衡 移 动 原 理 与 氧 化 还 原 反 应 规 律 的 联 系 ， 某 同 学 通 过 改 变 浓 度 研 究3+-2+3+2+“ 2Fe+2I2Fe +I2”反应中 Fe 和 Fe 的相互转化。实验如下：（ 1 ） 待 实 验I溶 液 颜 色 不 再 改 变 时 ， 再 进 行 实 验II ， 目 的 是 使 实 验I的 反 应 达到。（ 2） iii 是 ii 的对比试验，目的是排除有ii 中造成的影响。（ 3 ） i和ii 的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2+ 向Fe3+ 转化 。用化学平衡移动原理解释原因：。（ 4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测i 中 Fe2+向 Fe3+转化的原因： 外加 Ag+使 c(I-)降低，导致 I-的还原性弱于Fe2+，用右图装置（ a、 b 均为石墨电极）进行实验验证。 K 闭合时，指针向右偏转，b 作极。 当指针归零（反应达到平衡） 后，向 U 型管左管滴加0.01mol/LAgNO3 溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是。（ 5）按照（ 4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了ii 中 Fe2+向 Fe3+转化的原因， 转化原因是。 与（ 4）实验对比，不同的操作是。（ 6）实验 I 中，还原性：I-Fe2+；而实验II 中，还原性： Fe2+I-，将（ 3）和（ 4）、（5）作对比，得出的结论是。12【 2015 海南化学】（ 9 分）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。回答下列问题。（ 1）久存的银制器皿表面会变黑，失去银白色的光泽，原因是。-10-1的 AgNO3溶液中加入-1的盐（ 2）已知 Ksp(AgCl)=1 8 10 ,若向 50mL0 018mol L50mL0 020molL酸，混合后溶液中的 Ag+的浓度为molL-1， pH 为。（ 3 ） AgNO3 溶 液 光 照 易 分 解 ， 生 成Ag 和 红 棕 色 气 体 等 物 质 ， 其 光 照 分 解 的 化 学 方 程 式为。（ 4）右图所示原电池正极的反应式为。13【 2015 安徽理综化学】 （ 14 分） C、 N、 O、 Al、Si、 Cu 是常见的六种元素。（ 1） Si 位于元素周期表第_周期第_族。（ 2）N 的基态原子核外电子排布式为_；Cu 的基态原子最外层有_个电子。（ 3）用 “或”“CO3 HCO3HSO3 。【解析】（ 2）图中的离子交换膜只允许阳离子通，是阳离子交换膜，可以允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室，与氯气发生反应，阻止Cl -进入阴极室， 使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl 2 和阴极产生的H 2 混合发生爆炸。（ 3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中 a 位置补充，由于阴极H +不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d 位置流出；水不断消耗，所以从b 口不断加入蒸馏水，从c 位置流出的是稀的NaCl溶液。（ 4）KClO3 有氧化性，H2C2O4 有还原性，在酸性条件下KClO 3 可以和草酸（H 2C2O4）生成高效的消毒杀菌剂ClO 2，还生成CO2 和 KHSO 4 等物质。则根据电子守恒及原子守恒，可得该反应的化学方程式是： 2KClO 3+ H2C2O4+ 2H 2SO4= 2ClO 2+2CO2+2KHSO 4+2H 2O.（ 5）NaClO 、Na 2SO3 都是强碱弱酸盐，弱酸根离子发生水解反应，消耗水电离产生的H+ ，破坏了水的电离平衡，当最终达到平衡时，溶液中c(OH -)c(H +) ，所以溶液显碱性。形成盐的酸越弱，盐水解程度就越大。 消耗的离子浓度越大， 当溶液达到平衡时， 剩余的离子浓度就越小。 由于 H 2SO3的 Ki2 =1.02 10-7 ；HClO 的 K i1=2.95 10-8，所以酸性：HSO3-HClO ，因此溶液的 pH: NaClO Na 2SO3 。由于电离程度： H2 SO3 H 2CO3HSO 3-HCO 3- ，浓度均为0.1 mol/L的 Na 2SO3 和 Na2CO3 的混合溶液中，水解程度：2222-CO3 SO3，所以离子浓度： SO3CO 3 ；水解产生的离子浓度： HCO3 -SO32HSO 3 。但是盐水解程度总的来说很小，主要以盐电离产生的离子存在。所以在该溶液中、222CO 3 、 HSO3 、 HCO 3 浓度从大到小的顺序为SO3 CO 3 HCO 3 HSO 3。10.【答案】 （ 1） CO2 +H2OH2 CO3，H2 CO3+H+HCO3（ 2） Ca2+ 2HCO3 = CaCO3+CO2+H2O xCO 2 2x H218O（ 3） xy/zb 室，发生反应： HCO3（ 4）a 室：2H2O-4e = O2 +4H+，H+ 通过阳离子膜进入+H+= CO2 +H2O。c室的反应： 2H2O+2e-=2OH-+H2 ，用 c 室排出的碱液将从b 室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的 pH【 解 析 】 （ 1 ） CO2可 与 水 反 应 生 成 碳 酸 ， 碳 酸 可 微 弱 电 离 生 成 碳 酸 氢 根 和 氢 离 子 ：CO2+H2OH2CO3HCO3 +H+（ 2） 根据反应物是 HCO3 ，生成物是 CaCO3 和 CO2，易知本题的反应方程式为：Ca2+ 2HCO3 = CaCO3+CO2+H2O 。 根据元素守恒法，及示踪原子的标记可知方程式中的填空为：xCO2 ， 2x H218O（ 3） 注意酸化的试剂要用硫酸，一定不能用盐酸，因为HCl 会挥发出来影响后续的滴定。 该滴定过程转化的关系式为：CO2 HCO3 HCl11n(CO2)x mol/L-3 yL 10解得： n(CO2)=xy -310mol 所以： c(CO2)=xy/z mol/L（ 4） 海水 pH 8，显碱性，需要 H+中和降低海水的碱性，a 室发生阳极反应： 2H2O-4e = O2 +4H+,c(OH )下降，H2OOH +H+平衡右移， c(H+)增大，H+从 a 室进入 b 室，发生反应：HCO3 +H+= CO2+H2O。c 室的反应： 2H2O+2e-=2OH-+H2，用 c 室排出的碱液将从b 室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的 pH 。11.【答案】（ 1）化学平衡状态（ 2）溶液稀释对颜色变化（ 3）加入 Ag+发生反应： Ag+I-=AgI ， c(I-)降低；或增大 c(Fe2+)平衡均逆向移动（ 4） 正 左管产生黄色沉淀，指针向左偏转。（ 5） Fe 2+随浓度增大，还原性增强，使 Fe2+还原性强于I- 向 U 型管右管中滴加1mol/L FeSO4 溶液。（ 6）该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向12.【答案】（1） Ag 与空气中氧及含硫化合物反应生成黑色硫化银；-7（2 ）1.8 10mol/L ； 2光照（3 ）2AgNO3 = Ag+2NO2 +O2 （ 4）Ag+e-=Ag【解析】（1）根据金属的腐蚀可知Ag 变黑是发生了化学腐蚀，Ag 与空气中氧及含硫化合物反应生成黑色硫化银；（ 2 ）根据反应中 HCl 和硝酸银的物质的量可知 HCl 过量，则计算剩余的氯离子的物质的量浓度为（ 0.02-0.018） mol/L/ 2=0.001mol/L ，根据 AgCl 的溶度积的表达式计算即可；因为该反应中氢离子未参加反应，所以溶液的体积变为100mL 时，氢离子的浓度为0.01mol/L ，则 pH=2；（ 3 ）根据氧化还原反应理论，硝酸银分解生成 Ag 和二氧化氮气体，无元素化合价升高的，所以该反应中有氧气生成。（ 4）该原电池的实质是Cu 与银离子发生置换反应生成Ag 单质，所以正极是生成Ag 单质的还原反应。2 23+-13.【答案】（1）三 IVA ，（ 2） 1s 2s 2p， 1 个（ 3）， ，（ 4） 2H+ NO3+e =NO2 + H2O，正，Al 在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al 进一步反应【解析】（1） Si 的核电荷数为14，位于元素周期表第三周期IVA 族；（ 2） N 原子的核外电子数为 7，根据电子排布式的书写规则，N 的基态原子核外电子排布式为1s22s22p3；Cu 的基态原子核外电子排布式为： 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 故最外层有1 个电子（ 3）同周期元素原子随核电荷数递增，原子半径减小；非金属性越强电负性越大；金刚石和晶体硅都属于原子晶，但C-C键键长短，键能大，故熔点更高；组成和结构相似的物质，相对分子质量越大，沸点越高。（ 4）正极得电子发生还原反应，故电极反应式为： 2H+ + NO 3-+e-=NO2 + H2O；在电场作用下，阳离子向电池正极移动；由图像得t1 时刻电流方向改变，说明电负极发生变化，Al 因为发生钝化不再进一步反应。【考点定位】 本题属于实验题， 考查知识点覆盖范围较广， 包括元素周期表和元素周期律、核外电子排布、晶体类型、原电池原理等知识，难度也由简入难。14.【答案】（1） LiOH；2Cl 2e2=Cl；B（ 2） 2Co(OH)3+4H+SO32=2Co2+SO4 2+5H2O； +3； Co3O4【解析】（1）根据示意图，B 极区生产 H2，同时生成LiOH，则 B 极区电解液不能是 LiCl 溶液，如果是 LiCl溶液则无法得到纯净的LiOH，则 B 极区电解液为LiOH 溶液；电极 A 为阳极，阳极区电解液为LiCl 溶液，根据放电顺序，阳极上Cl 失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl 2e=Cl2；根据电流方向，电解过程中 Li+向 B 电极迁移。（ 2）在酸性条件下， Co(OH)3 首先与 H+反应生成 Co3+， Co3+具有氧化性，把 SO32氧化为 SO42，配平可得+22+2+3 价；离子方程式： 2Co(OH)3+4H +SO3 =2Co +SO4 +5H2O；铁渣中铁元素的化合价应该为高价，为CO2 的物质的量为： 1.344L 22.4L/mol=0.06mol，根据 CoC2O4 的组成可知 Co 元素物质的量为0.03mol ，设 钴 氧 化 物 的 化 学 式 为CoxOy ， 根 据 元 素 的 质 量 比 可 得 ： 59x ： 16y=0.03mol 59g/mol ：（ 2.41g0.03mol 59g/mol），解得 x： y=3:4，则钴氧化物的化学式为：Co3O4。15.【答案】 11.(14 分 )（ 1）四（ 2） 10:1（ 3） A、 B（ 4）Ag2OO+2CuCl=2AgCl+Cu(5) c22Cu+3OH +Cl =Cu2(OH)3Cl 0.448【解析】（1）铜为29 号元素，根据核外电子排布规则可知，铜元素位于元素周期表中第四周期。（ 2）根据 N=m/MN A，青铜器中 Sn、Pb 的质量分别为119g、 20.7g，则该青铜器中Sn 和 Pb 原子数目之比为（ 119119）：（20.7 207）=10:1.（ 3）催化剂能降低反应的活化能，从而加快化学反应速率，但是催化剂不能改变反应的焓变，也不能改变化学平衡常数，选 A、 B.（ 4） Ag2O 与 CuCl 发生复分解反应，没有化合价的升降，则化学方程式为Ag2OO 。+2CuCl=2AgCl+Cu2，则负极是铜，选c；（ 5） 根据图示，腐蚀过程中，铜失电子生成Cu 根据上述分析，正极产物是2，环境中的-OH ，负极产物为CuCl 扩散到孔口，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)3Cl，则离子方程式为2Cu2+3OH +Cl =Cu2(OH)3Cl ； 4.29gCu 2(OH)3Cl 的物质的量为4.29/241.5=0.02mol, 根据铜原子守恒，Cu2的物质的量为 0.04mol,则理论上耗负极反应为： 2Cu-4e =2Cu2 ,正极反应为 O2+4e+2H2O = 4OH ，根据正负极放电量相等，氧体积为 0.02mol 22.4Lmol -1=0.448L.MnOOH ；Zn 2MnO2 2H2 2MnOOH（2） 0.05g16.【答案】（1） MnO2 e H Zn（ 3）加热浓缩、 冷却结晶；铁粉、MnOOH；在空气中加热； 碳粉转变为 CO2，MnOOH 氧化为 MnO 2 （ 4）Fe3 ； 2.7； 6； Zn2 和 Fe2分离不开； Fe(OH)2 和 Zn(OH)2 的 Ksp 相近【解析】（ 1）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，锌是活泼的金属，锌是负极，电解质显酸性，则负极电极反应式为 Zn2e Zn2 。中间是碳棒，碳棒是正极，其中二氧化锰得到电子转化为MnOOH，则正极电极反应式为 MnO 2 e H MnOOH，所以总反应式为 Zn2MnO 2 2H Zn2 2MnOOH。（ 2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，则通过的电量是0.5 300 150，因此通过电子的物质的 量 是150 1554 10 3 mol ， 锌 在 反 应 中 失 去 2 个 电 子 ， 则 理 论 消 耗 Zn 的 质 量 是965000.001554 mol265g / mol0.05g 。（ 3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵。根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大， 因此两者可以通过结晶分离回收， 即通过蒸发浓缩、 冷却结晶实现分离。二氧化锰、铁粉、MnOOH 均难溶于水，因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。由于碳燃烧生成 CO2，MnOOH 能被氧化转化为二氧化锰，所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是在空气中灼烧。（ 4）双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为105 mol/L ，则溶液中氢39氧根的浓度105 1012mol / L ，所以氢离子浓度是3mol/L ， pH2.7，因此加碱调节3 521010pH 为 2.7 时铁刚好完全沉淀。Zn2 浓度为 0.1mol/L ，根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为10 17 108 mol/L ，氢离子浓度是106mol/L ， pH6 ，即继续加碱调节 pH 为 6 时锌0.1开始沉淀。如果不加双氧水，则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开Zn2 和Fe2 。