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专题七 电化学1.江苏正在建设世界最大的海上风电场,防腐蚀是建设海上风电场需要特别注意的问题,下列说法正确的是()A.海水的pH一般在8.08.5之间,对风电机钢铁支架的腐蚀主要是析氢腐蚀B.腐蚀总反应4Fe+3O2+2xH2O2Fe2O3xH2O(铁锈)的H0,S0C.钢部件镀锌前,可用碱液洗去表面的铁锈D.热喷涂锌铝合金,可以减缓管道的腐蚀2.普通电解精炼铜的方法所制备的铜中仍含杂质,利用如图Z7-1中的双膜(阴离子交换膜和过滤膜)电解装置可制备高纯度的Cu。下列有关叙述正确的是()图Z7-1A.电极a为粗铜,电极b为精铜B.甲膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区C.乙膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区D.当电路中通过1 mol电子时,可生成32 g精铜3.科学家研发出了一种新材料,其工作原理如图Z7-2所示。在外接电源作用下,材料内部发生氧化还原反应导致颜色变化,从而实现对光的透过率进行可逆性调节。已知WO3和Li4Fe4Fe(CN)63均为无色透明,LiWO3和Fe4Fe(CN)63 均有颜色。下列说法正确的是()图Z7-2A.当M外接电源正极时,该材料颜色变深使光的透过率降低B.该材料在使用较长时间后,离子导电层中Li+的量变小C.当M外接电源负极时,离子导电层中的Li+向变色导电层定向迁移D.当N外接电源正极时,离子储存层的电极反应式为Fe4Fe(CN)63+4Li+4e-Li4Fe4Fe(CN)634.如图Z7-3,利用电解原理将NO转化为NH4NO3,既节约了资源,又保护了环境。下列有关说法正确的是()图Z7-3A.NO转化为NH4NO3的反应属于氮的固定B.阴极上发生还原反应,电极反应式为NO+5H+5e-NH3H2OC.电解池两极上分别生成的甲是NH4+,乙是NO3-D.为使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充的物质丙为HNO35.近年来,我国多条高压直流输电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象,在铁帽上加锌环能有效防止铁帽的腐蚀(如图Z7-4所示),下列说法正确的是()图Z7-4A.阴极电极反应为4OH-4e-O2+2H2OB.阳极电极反应为Zn-2e-Zn2+C.断电时,不能防止铁帽被腐蚀D.绝缘子表面产生的OH-向阴极移动6.用惰性电极电解法制备硼酸H3BO3或B(OH)3的工作原理如图Z7-5所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子和阴离子通过)。下列有关说法正确的是()图Z7-5A.阴极与阳极产生的气体体积比为12B.b极的电极反应式为2H2O-2e-O2+4H+C.产品室中发生的反应是B(OH)3+OH-B(OH)4-D.每增加1 mol H3BO3产品,NaOH溶液增重22 g7.(1)我国学者发明的一种分解硫化氢制氢气并回收硫的装置如图Z7-6所示:图Z7-6该装置中能量转化的形式为。若Y极溶液中的电对(A/B)选用I3-/I-,装置工作时Y极上的电极反应式为,Y极溶液中发生的离子反应为;再列举一种可作为Y极循环液的常见的电对:。该分解H2S制氢的方法主要优点是。(2)过二硫酸钾(K2S2O8)可通过“电解转化提纯”方法制得,电解装置示意图如图Z7-7所示。图Z7-7电解时,铁电极连接电源的极。常温下,电解液中含硫微粒的主要存在形式与pH的关系如图Z7-8所示。图Z7-8在阳极放电的离子主要是HSO4-,阳极区电解质溶液的pH范围为,阳极的电极反应式为。往电解产品中加入硫酸钾,使其转化为过二硫酸钾粗产品,提纯粗产品的方法为。(3)甲烷燃料电池工作原理如图Z7-9所示。a气体是,b气体通入电极的反应式为。用该燃料电池作电源,以石墨作电极电解硫酸铜溶液,一段时间后,若将0.1 mol Cu2(OH)2CO3溶解于该溶液,恰好使溶液恢复至起始成分和浓度,则燃料电池中理论上消耗CH4的体积(标准状况)为。图Z7-9(4)电解法治理硫化氢是先用FeCl3溶液吸收含H2S的工业废气,所得溶液用惰性电极电解,阳极区所得溶液循环利用(如图Z7-10所示)。图Z7-10进入电解池的溶液中,溶质是。阳极的电极反应式为。电解总反应的离子方程式是。 8.KMnO4是一种重要的氧化剂,广泛用于化学分析和化工生产以及水处理工业。工业上可由软锰矿(主要成分为MnO2)制备,目前有两种较为成熟的制法。其模拟流程如图Z7-11所示:图Z7-11附表:不同温度下若干常见钾的化合物的溶解度单位:g/(100 g H2O)化学式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”时,可用作坩埚材料的是(填序号)。A.氧化铝 B.陶瓷 C.氧化镁 D.石英(2)写出MnO2和KOH熔融物中通入富氧空气时获得K2MnO4的化学方程式:。(3)“酸歧化法”是在pH6的情况下K2MnO4转化为MnO2和KMnO4,过滤除去MnO2,将滤液经过蒸发浓缩、趁热过滤得到KMnO4粗晶体,再经过重结晶获得较纯净的KMnO4晶体。根据表中的溶解度数据以及上述操作的特点,“酸歧化法”不适宜选择的酸性物质是。A.稀硫酸 B.醋酸 C.稀盐酸 D.二氧化碳“蒸发浓缩”时,温度需控制在70 ,适宜的加热方式是。根据相关离子方程式,计算“酸歧化法”的理论产率为。(4)“电解法”克服了“酸歧化法”理论产率偏低的问题,同时副产品KOH可用于软锰矿的焙烧。电解法制备高锰酸钾的实验装置示意图如图Z7-12(图中阳离子交换膜只允许K+通过):图Z7-12a为(填“正”或“负”)极,右室发生的电极反应式为。若电解开始时阳极区溶液为1.0 L 0.40 molL-1 K2MnO4溶液,电解一段时间后,右室中n(K)n(Mn)为65,阴极区生成KOH的质量为。专题限时集训(七)1.D解析 海水的pH一般在8.08.5之间,海水呈弱碱性,对钢铁支架的腐蚀主要是吸氧腐蚀,A错误;钢铁发生吸氧腐蚀的负极电极反应式为Fe-2e-Fe2+、正极电极反应式为O2+2H2O+4e-4OH-,电池总反应为2Fe+O2+2H2O2Fe(OH)2,接着发生的反应有4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3、2Fe(OH)3Fe2O3+3H2O,腐蚀的总反应为4Fe+3O2+2xH2O2(Fe2O3xH2O),该反应为放热反应,H0,S0,B错误;铁锈的主要成分为Fe2O3xH2O,碱液与铁锈不反应,不能洗去钢部件表面的铁锈,C错误;锌铝合金比Fe活泼,锌铝合金为负极,钢铁为正极被保护,减缓管道的腐蚀,此保护法称为牺牲阳极的阴极保护法,D正确。2.D解析 由题意结合电解原理可知,电极a是阴极,为精铜,电极b阳极,为粗铜,A不正确;甲膜为阴离子交换膜,可阻止杂质阳离子进入阴极区,B不正确;乙膜为过滤膜,可阻止阳极泥及漂浮物杂质进入阴极区,C不正确;当电路中通过1 mol电子时,可生成0.5 mol精铜,其质量为32 g ,D正确。3.C解析 当M外接电源正极时,M为阳极,LiWO3失电子产生WO3,该材料颜色变浅使光的透过率增强,A错误;电极总反应式为4WO3+Li4Fe4Fe(CN)634LiWO3+Fe4Fe(CN)63,该材料在使用较长时间后,离子导电层中Li+的量不变,B错误;当M外接电源负极时变色导电层作为阴极,离子导电层中的阳离子Li+向阴极变色导电层定向迁移,C正确;当N外接电源正极时,离子储存层的电极反应式为Li4Fe4Fe(CN)63-4e-Fe4Fe(CN)63+4Li+,D错误。4.C解析 NO属于含氮元素的化合物,转化为NH4NO3的反应不属于氮的固定,A错误;阴极上发生还原反应,根据图像,NO得到电子,化合价降低生成铵根离子,电极反应式为NO+6H+5e-NH4+H2O,B错误;根据B的分析,电解池阴极上生成的是NH4+,阳极上NO被氧化生成的是NO3-,C正确;阳极上NO被氧化生成的是NO3-,阳极反应为NO-3e-+2H2ONO3-+4H+,阴极上NO得到电子被还原生成铵根离子,阴极反应为NO+5e-+6H+NH4+H2O,总反应方程式为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3,因此若要使电解产物全部转化为NH4NO3,需补充NH3,D错误。5.B解析 阴极电极反应为2H2O+2e-H2+2OH-,A错误;阳极锌失电子产生锌离子,电极反应为Zn-2e-Zn2+,B正确;断电时,锌环作负极,仍能防止铁帽被腐蚀,C错误;电解池中绝缘子表面产生的OH-向阳极移动,D错误。6.D解析 由图可知,b电极为阳极,电解时阳极上水失电子生成O2和H+,a电极为阴极,电解时阴极上水得电子生成H2和OH-,原料室中的钠离子通过阳膜进入a极室,溶液中c(NaOH)增大,原料室中的B(OH)4-通过阴膜进入产品室,b极室中氢离子通入阳膜进入产品室,B(OH)4-、H+发生反应生成H3BO3;a、b电极反应式分别为2H2O+2e-H2+2OH-、2H2O-4e-O2+4H+,理论上每生成1 mol产品,b极生成1 mol H+、a极生成0.5 mol H2。由a、b电极反应式可知阴极生成2 mol H2同时阳极生成1 mol O2,A错误; b极为阳极,电极反应为2H2O-4e-O2+4H+,B错误; 原料室中的B(OH)4-通过阴膜进入产品室,b极室中氢离子通入阳膜进入产品室,B(OH)4-、H+发生反应生成H3BO3,C错误; 理论上每生成1 mol产品,a极生成0.5 mol H2,质量为1 g,同时原料室中有1 mol钠离子通过阳膜进入a极室,1 mol Na+质量为23 g,所以氢氧化钠溶液增重22 g,D正确。7.(1)光能转变为化学能和电能3I-2e-I3-I3-+H2SS+2H+3I-Fe3+/Fe2+充分利用太阳能且不产生污染(或可在常温下实现,操作容易等合理答案)(2)负022HSO4-2e-S2O82-+2H+重结晶(3)O2CH4+2H2O-8e-CO2+8H+1.68 L(4)FeCl2、HClFe2+-e- Fe3+2Fe2+2H+2Fe3+H2解析 (1)X电极上是H+转化为H2,元素化合价降低,发生还原反应,则Y电极应发生氧化反应,反应式为3I-2e-I3-;Y极溶液中有H2S,具有还原性,而I3-具有氧化性,则二者可以发生氧化还原反应,离子方程式为I3-+H2SS+2H+3I-;另一种可作为Y极循环液的常见的电对为Fe3+/Fe2+。该分解H2S制氢的方法主要优点是充分利用太阳能且无污染,可在常温下实现,操作容易等。(2)电解时,铁作阴极,铁电极连接电源的负极。常温下,在阳极放电的离子主要是HSO4-,电解HSO4-生成S2O82-,由图可知,HSO4-存在的pH范围为-22,S2O82-存在的pH范围为02,阳极区电解质溶液的pH范围为02;S化合价不变,O由-2价升高至-1价,失电子,阳极的电极反应式为 2HSO4-2e-S2O82-+2H+ 。往电解产品过二硫酸钠中加入硫酸钾,使其转化为过二硫酸钾粗产品,依据二者的溶解度差异,提纯粗产品的方法为重结晶。(3)根据电子的移动方向可知,右侧电极为负极,通入的气体为甲烷,左侧电极为正极,通入的气体为氧气,甲烷在负极上发生氧化反应生成二氧化碳,电极反应式为CH4+2H2O-8e-CO2+8H+;用该燃料电池作电源,以石墨作电极电解硫酸铜溶液,一段时间后,若将0.1 mol Cu2(OH)2CO3溶解于该溶液,恰好使溶液恢复至起始成分和浓度,说明电解生成的物质为:阴极上生成0.2 mol Cu、0.1 mol氢气,阳极上生成0.15 mol氧气,转移电子0.15 mol4=0.6 mol,则燃料电池中理论上消耗CH4的物质的量为0.6mol8=0.075 mol,标准状况下的体积为0.075 mol22.4 Lmol-1=1.68 L。(4)反应池中FeCl3与H2S反应生成硫单质、FeCl2、HCl,FeCl2和HCl进入电解池的溶液中,所以溶质为FeCl2、HCl。电解池的阳极发生氧化反应,二价铁离子失去1个电子生成三价铁离子,电极反应式为Fe2+-e-Fe3+。电解氯化亚铁时,阴极发生氢离子得电子的还原反应,电极反应式为2H+2e-H2,阳极亚铁离子发生失电子的氧化反应,电极反应式为2Fe2+-2e-2Fe3+,根据两极反应可写总的电解反应为2Fe2+2H+2Fe3+H2。8.(1)C(2)2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O(3)AC水浴加热66.7%(4)负MnO42-e-MnO4-17.92 g解析 (1)从流程图可知,软锰矿和KOH(s)的混合物于空气中加热熔融,由于氧化铝和二氧化硅均和KOH反应,所以“熔融”时,可用作坩埚材料的是氧化镁,因此,本题答案为C。(2)软锰矿的主要成分为MnO2,软锰矿和KOH(s)的混合物于空气中加热熔融,得到K2MnO4,反应方程式为2MnO2+O2+4KOH2K2MnO4+2H2O。(3)根据表中的溶解度数据: CH3COOK和K2CO3的溶解度要比KMnO4大得多,而K2SO4和KCl的溶解度与KMnO4差别不大,且在酸性条件下KMnO4能氧化Cl-,所以“酸歧化法”不适宜选择的酸性物质是稀硫酸、稀盐酸,本题答案为AC。“蒸发浓缩”时,温度需控制在70 ,适宜的加热方式是水浴加热。根据离子方程式3MnO42-+4H+2MnO4-+MnO2+2H2O,依据锰原子守恒,3 mol K2MnO4理论上生成2 mol KMnO4,所以理论产率为23100%=66.7%。(4)右侧MnO42-失电子生成MnO4-,为阳极,电极反应式为MnO42-e-MnO4-;故连接阳极的b电极为电源正极,a则为负极。1.0 L 0.40 molL-1 K2MnO4溶液中K2MnO4的物质的量为0.4 mol,n(K)n(Mn)=21,n(Mn)=0.4 mol,n(K)=0.8 mol,阳极MnO42-失电子生成MnO4-,Mn原子物质的量不变,电解一段时间后,溶液中n(K)n(Mn)=65,所以n(K)=0.48 mol,所以阴极区生成KOH的物质的量为n(KOH)=n(K)=0.8 mol-0.48 mol=0.32 mol,质量为m(KOH)=0.32 mol56 gmol-1=17.92 g。
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