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2018届人教版 电化学原理综合应用 单元测试

2018届人教版    电化学原理综合应用   单元测试

1.【2017江苏卷】(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:

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注:SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。

(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____________。

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【答案】(3)石墨电极被阳极上产生的O2氧化(4)4CO32-+2H2O?4e?=4HCO3-+O2↑ H2

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2.【2017天津卷】(14分)某混合物浆液含有Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4,。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(见图2),使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。

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Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用

(4)用惰性电极电解时,CrO42-能从浆液中分离出来的原因是__________,分离后含铬元素的粒子是_________;阴极室生成的物质为___________(写化学式)。

【答案】(4)在直流电场作用下,CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液CrO42-和Cr2O72-NaOH和H2

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3.【2016新课标1卷】NaClO2是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产工艺如下:

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回答下列问题:

(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是______。

【答案】(3)NaOH溶液;Na2CO3溶液;ClO2?(或NaClO2);

【解析】

(3)食盐溶液中混有Mg2+和Ca2+,可利用过量NaOH溶液除去Mg2+,利用过量Na2CO3溶液除去Ca2+;向NaCl溶液中加入ClO2,进行电解,阳极发生反应2Cl--2e-=Cl2↑,反应产生Cl2,阴极发生反应产生NaClO2,可见“电解”中阴极反应的主要产物是

NaClO2;

4.【2016北京卷】用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO3-)已成为环境修复研究的热点之一。

(1)Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。

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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NO3—的去除率和pH,结果如下:

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pH=4.5时,NO3—的去除率低。其原因是________。

(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定NO3—的去除率和pH,结果如下:

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与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,NO3—去除率和铁的最终物质形态不同的原因:__________。

【答案】(1)①铁②NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O

(2)因为铁表面生成不导电的FeO(OH),阻止反应进一步发生

(4)Fe+2H+=Fe2++H2↑,初始pH较小,氢离子浓度高,产生的Fe2+浓度大,促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,使反应进行的更完全,初始pH高时,产生的Fe2+浓度小,从而造成NO3—去除率和铁的最终物质形态不同。

【解析】(1)①Fe是活泼的金属,根据还原水体中的NO3-的反应原理图可知,Fe被氧化作负极;

②正极发生得到电子的还原反应,因此正极是硝酸根离子被还原为NH4+,该溶液为酸

性电解质溶液,结合元素和电荷守恒可知电极反应式为:NO3-+8e-+10H+=NH4++3H2O;

(2)从pH对硝酸根去除率的影响来看,初始pH=4.5时去除率低,主要是因为铁离子容易水解生成FeO(OH),同时生成的Fe3O4产率降低,且生成的FeO(OH)不导电,所以NO3-的去除率低;

(4)Fe+2H+=Fe2++H2↑,初始pH较小,氢离子浓度高,产生的Fe2+浓度大,促使FeO(OH)转化为可导电的Fe3O4,使反应进行的更完全;初始pH高时,由于Fe3+的水解,Fe3+越容易生成FeO(OH),产生的Fe2+浓度小,从而造成NO3—去除率和铁的最终物质形态不同。

5.【2016江苏卷】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Cr2O72–的酸性废水通过铁炭混合物,在微电池正极上Cr2O72–转化为Cr3+,其电极反应式为_____________。

【答案】(1)Cr2O72–+6e-+14H+=2Cr3++7H2O

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6.【2016天津卷】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)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:____。

(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?FeO42?+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的FeO42?,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。

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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,其原因是_______。

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】(1)H2+2OH--2e-=2H2O(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(或N点:c(OH-)过高,铁电极上有

氢氧化铁生成,使Na2FeO4产率降低)。

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7.【2016浙江卷】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。

(5)研究证实,CO2也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在极,该电极反应式是。

【答案】(5)阴CO2+6H++6e?==CH3OH+H2O

【解析】(5)二氧化碳变甲醇,碳元素的化合价降低,得到电子,说明其在阴极反应,其电极反应为:CO2+6H++6e-=CH3OH+H2O

8.【2015安徽卷】

(4)常温下,将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池(图1),测

得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示,反应过程中有红棕色气体产生。

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0-t1时,原电池的负极是Al片,此时,正极的电极反应式是_____,溶液中的H+向___极移动,t1时,原电池中电子流动方向发生改变,其原因是______。

【答案】(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】(4)正极得电子发生还原反应,故电极反应式为:2H++ NO3-+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。

9.【2015北京卷】(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。

(4)利用下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。

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①结合方程式简述提取CO2的原理:。

②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。

【答案】(4)①a室:2H2O-4e-= O2↑+4H+,H+通过阳离子膜进入b室,发生反应:HCO3-+H+=CO

↑+H2O。②c室的反应:2H2O+2e-=2OH-+H2↑,用c室排出的碱液将从b

2

室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH

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10.【2015新课标2卷】(14分)酸性锌锰干电池是一种一次电池,外壳为金属锌,中间是碳棒,其周围是碳粉,MnO2,ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物,该电池在放电过程产生MnOOH,回收处理该废电池可得到多种化工原料,有关数据下表所示:

溶解度/(g/100g水)

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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0.5A,电池工作五分钟,理论上消耗Zn g。(已经F=96500C/mol)

(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,最简便的方法是,其原理是。

【答案】(1)MnO2+e—+H+=MnOOH;Zn+2MnO2+2H+=Zn2++2MnOOH(2)0.05g (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MnO2

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(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。11.【2015新课标2卷】(15分)二氧化氯(ClO2,黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂,回答下列问題:

(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料,通过以下过程制备ClO2:

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①电解时发生反应的化学方程式为。

【答案】(2)①NH4Cl+2HCl电解3H2↑+NCl3

【解析】(2)①根据流程图可知电解时生成氢气和NCl3,则电解时发生反应的化学方程式为NH4Cl+2HCl电解3H2↑+NCl3。

12.【2015重庆卷】(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。

(5)下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。

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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u2

(OH)3Cl,其离子方程式为;

③若生成4.29g Cu2(OH)3Cl,则理论上耗氧体积为L(标准状况)。

【答案】(5)① c② 2Cu2++3OH-+Cl-=Cu2(OH)3Cl↓ ③0.448

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13.【2015四川卷】(16分)为了保护环境,充分利用资源,某研究小组通过如下简化流程,将工业制硫酸的硫铁矿烧渣(铁主要以Fe2O3存在)转变成重要的化工原料FeSO4(反应条件略)。

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活化硫铁矿还原Fe3+的主要反应为:FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O=15FeSO4+8H2SO4,不考虑其他反应。请回答下列问题:

(5)FeSO4在一定条件下可制得FeS2(二硫化亚铁)纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池,电池放电时的总反应为4Li+ FeS2= Fe +2Li2S,正极反应式是。

【答案】(5)FeS2+4e-=Fe +2S2-

【解析】(5)正极得电子,化合价降低,可得正极方程式:FeS2+4e- =Fe +2S2-。14.【2015上海卷】(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。

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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”)。

【答案】(1)2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-。

(2)阻止OH-进入阳极室,与Cl2发生副反应:2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O;阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3)a;d;

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(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Cl2和阴极产生的H2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。

15.【2015山东卷】(15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备,钴氧化物可通过处理钴渣获得。

(1)利用如图装置电解制备LiOH,两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为________溶液(填化学式),阳极电极反应式为_________,电解过程中Li+向_____电极迁移(填“A”或“B”)。

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【答案】(1)LiOH;2Cl ̄—2e ̄=Cl2↑;B

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16.【2015海南卷】(9分)

(4)右图所示原电池正极的反应式为。

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【答案】(4)Ag++e-=Ag

【解析】(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。