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2014高考化學(xué)二輪專題復(fù)習(xí)教學(xué)案 專題8

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2014高考化學(xué)二輪專題復(fù)習(xí)教學(xué)案 專題8

[考綱要求] 1.了解原電池和電解池的工作原理,能寫出電極反應(yīng)式和電池反應(yīng)方程式。2.了解常見(jiàn)化學(xué)電源的種類及其工作原理。3.理解金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原因、金屬腐蝕的危害、防止金屬腐蝕的措施。 考點(diǎn)一 鹽橋問(wèn)題面面觀 1. 電化學(xué)裝置中都有兩個(gè)電極,分別發(fā)生氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)。若兩個(gè)電極插在同一電解質(zhì)溶液的容器內(nèi),則由于陰陽(yáng)離子的移動(dòng)速率不同而導(dǎo)致兩極之間出現(xiàn)濃度差,以及因電極本身直接與離子反應(yīng)而導(dǎo)致兩極之間電勢(shì)差變小,影響了電流的穩(wěn)定。為解決這個(gè)問(wèn)題,人們使用了鹽橋。鹽橋主要出現(xiàn)在原電池中,有時(shí)也可在電解池中出現(xiàn),其主要作用就是構(gòu)建閉合的內(nèi)電路,但不影響反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。鹽橋內(nèi)常為飽和氯化鉀、硝酸鉀等溶液。 2. 鹽橋是新課改教材中出現(xiàn)的新名詞,因而圍繞鹽橋的電化學(xué)知識(shí)已成為新課改地區(qū)命題的一個(gè)熱點(diǎn),所以有必要分析研究鹽橋問(wèn)題的考查思路。常從以下四方面命題。 (1)考查鹽橋的作用; (2)考查含鹽橋的電化學(xué)總反應(yīng)式的書寫; (3)考查鹽橋內(nèi)溶液離子的移動(dòng)方向; (4)考查含鹽橋的電化學(xué)裝置的設(shè)計(jì)。 題組一 明確原理,設(shè)計(jì)裝置 1. 根據(jù)下圖,下列判斷中正確的是 (  ) A.燒杯a中的溶液pH降低 B.燒杯b中發(fā)生氧化反應(yīng) C.燒杯a中發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-===H2 D.燒杯b中發(fā)生的反應(yīng)為2Cl--2e-===Cl2 答案 B 解析 由題給原電池裝置可知,電子經(jīng)過(guò)導(dǎo)線,由Zn電極流向Fe電極,則O2在Fe電極發(fā)生還原反應(yīng):O2+2H2O+4e-===4OH-,燒杯a中c(OH-)增大,溶液的pH升高。燒杯b中,Zn發(fā)生氧化反應(yīng):Zn-2e-===Zn2+。 2. [2013廣東理綜,33(2)(3)](2)能量之間可相互轉(zhuǎn)化:電解食鹽水制備Cl2是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計(jì)兩種類型的原電池,探究其能量轉(zhuǎn)化效率。限選材料:ZnSO4(aq),F(xiàn)eSO4(aq),CuSO4(aq);銅片,鐵片,鋅片和導(dǎo)線。 ①完成原電池甲的裝置示意圖(見(jiàn)上圖),并作相應(yīng)標(biāo)注,要求:在同一燒杯中,電極與溶液含相同的金屬元素。 ②以銅片為電極之一,CuSO4(aq)為電解質(zhì)溶液,只在一個(gè)燒杯中組裝原電池乙,工作一段時(shí)間后,可觀察到負(fù)極__________。 ③甲乙兩種原電池可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是________,其原因是________________________________________________________________________。 (3)根據(jù)犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法原理,為減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕,在(2)的材料中應(yīng)選__________作陽(yáng)極。 答案 (2)①(或其他合理答案) ②電極逐漸溶解,表面有紅色固體析出 ③甲 在甲裝置中,負(fù)極不和Cu2+接觸,避免了Cu2+直接與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)而使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能 (3)鋅片 解析 (2)①根據(jù)題給條件和原電池的構(gòu)成條件可得: a.若用Zn、Cu、CuSO4(aq)、ZnSO4(aq)組成原電池,Zn作負(fù)極,Cu作正極,Zn插入到ZnSO4(aq)中,Cu插入到CuSO4(aq)中。 b.若用Fe、Cu、FeSO4(aq)、CuSO4(aq)組成原電池,F(xiàn)e作負(fù)極,Cu作正極,F(xiàn)e插入到FeSO4(aq)中,Cu插入到CuSO4(aq)中。 c.注意,畫圖時(shí)要注意電極名稱,電極材料,電解質(zhì)溶液名稱(或化學(xué)式),并形成閉合回路。 ②由于金屬活動(dòng)性Zn>Fe>Cu,鋅片或鐵片作負(fù)極,由于Zn或Fe直接與CuSO4溶液接觸,工作一段時(shí)間后,負(fù)極逐漸溶解,表面有紅色固體析出。 ③帶有鹽橋的甲原電池中負(fù)極沒(méi)有和CuSO4溶液直接接觸,二者不會(huì)直接發(fā)生置換反應(yīng),化學(xué)能不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能,幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能;而原電池乙中的負(fù)極與CuSO4溶液直接接觸,兩者會(huì)發(fā)生置換反應(yīng),部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能,化學(xué)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能。 (3)由犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法可得,鐵片作正極(陰極)時(shí)被保護(hù),作負(fù)極(陽(yáng)極)時(shí)被腐蝕,所以應(yīng)選擇比鐵片更活潑的鋅作負(fù)極(陽(yáng)極)才能有效地保護(hù)鐵不被腐蝕。 方法歸納 1. 工作原理 原電池的閉合回路有外電路與內(nèi)電路之分,外電路的電流是從正極流向負(fù)極,內(nèi)電路是從負(fù)極流向正極,故內(nèi)電路中的陽(yáng)離子移向正極、陰離子移向負(fù)極。(鹽橋中的陽(yáng)離子移向正極區(qū),陰離子移向負(fù)極區(qū),以維持電荷守恒)。 2. 設(shè)計(jì)思路 首先根據(jù)離子方程式判斷出氧化劑、還原劑,明確電極反應(yīng)。然后再分析兩劑狀態(tài)確定電極材料,若為固態(tài)時(shí)可作電極,若為溶液時(shí)則只能作電解液。然后補(bǔ)充缺少的電極材料及電解液。電極材料一般添加與電解質(zhì)溶液中陽(yáng)離子相同的金屬作電極(使用惰性電極也可),電解液則是一般含有與電極材料形成的陽(yáng)離子相同的物質(zhì)。最后再插入鹽橋即可。 題組二 “鹽橋”的作用與化學(xué)平衡的移動(dòng) 3. 控制適合的條件,將反應(yīng)2Fe3++2I-2Fe2++I(xiàn)2設(shè)計(jì)成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是 (  ) A.反應(yīng)開(kāi)始時(shí),乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B.反應(yīng)開(kāi)始時(shí),甲中石墨電極上Fe3+被還原 C.電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí),反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D.電流計(jì)讀數(shù)為零后,在甲中溶入FeCl2固體,乙中的石墨電極為負(fù)極 答案 D 解析 由圖示結(jié)合原電池原理分析可知,F(xiàn)e3+得電子變成Fe2+被還原,I-失去電子變成I2被氧化,所以A、B正確;電流計(jì)讀數(shù)為零時(shí)Fe3+得電子速率等于Fe2+失電子速率,反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài);D項(xiàng)在甲中溶入FeCl2固體,平衡2Fe3++2I-2Fe2++I(xiàn)2向左移動(dòng),I2被還原為I-,乙中石墨為正極,D不正確。 4. 下圖Ⅰ、Ⅱ分別是甲、乙兩組同學(xué)將反應(yīng)“AsO+2I-+2H+AsO+I(xiàn)2+H2O”設(shè)計(jì)成的原電池裝置,其中C1、C2均為碳棒。甲組向圖Ⅰ燒杯中逐滴加入適量濃鹽酸;乙組向圖ⅡB燒杯中逐滴加入適量40% NaOH溶液。 下列敘述中正確的是 (  ) A.甲組操作時(shí),電流計(jì)(G)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.甲組操作時(shí),溶液顏色變淺 C.乙組操作時(shí),C2做正極 D.乙組操作時(shí),C1上發(fā)生的電極反應(yīng)為I2+2e-===2I- 答案 D 解析 裝置Ⅰ中的反應(yīng),AsO+2I-+2H+AsO+I(xiàn)2+H2O,當(dāng)加入適量濃鹽酸時(shí),平衡向右移動(dòng),有電子轉(zhuǎn)移,但電子不會(huì)沿導(dǎo)線通過(guò),所以甲組操作,電流計(jì)(G)指針不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn),但由于I2濃度增大,所以溶液顏色變深。向裝置ⅡB燒杯中加入NaOH溶液中,AsO-2e-+2H2O===AsO+2H+,電子沿導(dǎo)線到C1棒,I2+2e-===2I-,所以C2為負(fù)極,C1為正極。 失誤防范 (1)把氧化劑、還原劑均為溶液狀態(tài)的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)成原電池時(shí),必須使用鹽橋才能 實(shí)現(xiàn)氧化劑與還原劑的分離,否則不會(huì)有明顯的電流出現(xiàn)。 (2)電子流向的分析方法: ①改變條件,平衡移動(dòng); ②平衡移動(dòng),電子轉(zhuǎn)移; ③電子轉(zhuǎn)移,判斷區(qū)域; ④根據(jù)區(qū)域,判斷流向; ⑤根據(jù)流向,判斷電極。 考點(diǎn)二 燃料電池與不同“介質(zhì)” 不同“介質(zhì)”下燃料電池電極反應(yīng)式的書寫,大多數(shù)學(xué)生感到較難。主要集中在:一是得失電子數(shù)目的判斷,二是電極產(chǎn)物的判斷。下面以CH3OH、O2燃料電池為例,分析電極反應(yīng)式的書寫。 (1)酸性介質(zhì),如H2SO4。 CH3OH在負(fù)極上失去電子生成CO2氣體,O2在正極上得到電子,在H+作用下生成H2O。電極反應(yīng)式為 負(fù)極:CH3OH-6e-+H2O===CO2↑+6H+ 正極:O2+6e-+6H+===3H2O (2)堿性介質(zhì),如KOH溶液。 CH3OH在負(fù)極上失去電子,在堿性條件下生成CO,1 mol CH3OH 失去6 mol e-,O2在正極上得到電子生成OH-,電極反應(yīng)式為 負(fù)極:CH3OH-6e-+8OH-===CO+6H2O 正極:O2+6e-+3H2O===6OH- (3)熔融鹽介質(zhì),如K2CO3。 在電池工作時(shí),CO移向負(fù)極。CH3OH在負(fù)極上失去電子,在CO的作用下生成CO2氣體,O2在正極上得到電子,在CO2的作用下生成CO,其電極反應(yīng)式為 負(fù)極:CH3OH-6e-+3CO===4CO2↑+2H2O 正極:O2+6e-+3CO2===3CO (4)摻雜Y2O3的ZrO3固體電解質(zhì),在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2-。 根據(jù)O2-移向負(fù)極,在負(fù)極上CH3OH失電子生成CO2氣體,而O2在正極上得電子生成O2-,電極反應(yīng)式為 負(fù)極:CH3OH-6e-+3O2-===CO2↑+2H2O 正極:O2+6e-===3O2- 題組一 判斷“酸、堿”介質(zhì),理清書寫思路 1. (2012四川理綜,11)一種基于酸性燃料電池原理設(shè)計(jì)的酒精檢測(cè)儀,負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH-4e-+H2O===CH3COOH+4H+。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是 (  ) A.檢測(cè)時(shí),電解質(zhì)溶液中的H+向負(fù)極移動(dòng) B.若有0.4 mol電子轉(zhuǎn)移,則在標(biāo)準(zhǔn)狀況下消耗4.48 L氧氣 C.電池反應(yīng)的化學(xué)方程式為CH3CH2OH+O2===CH3COOH+H2O D.正極上發(fā)生的反應(yīng)為O2+4e-+2H2O===4OH- 答案 C 解析 解答本題時(shí)審題是關(guān)鍵,反應(yīng)是在酸性電解質(zhì)溶液中進(jìn)行的。在原電池中,陽(yáng)離子要往正極移動(dòng),故A錯(cuò);因電解質(zhì)溶液是酸性的,不可能存在OH-,故正極的反應(yīng)式為O2+4H++4e-===2H2O,轉(zhuǎn)移4 mol電子時(shí)消耗1 mol O2,則轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時(shí)消耗2.24 L O2,故B、D錯(cuò);電池反應(yīng)式即正負(fù)極反應(yīng)式之和,將兩極的反應(yīng)式相加可知C正確。 2. 將兩個(gè)鉑電極放置在KOH溶液中,然后分別向兩極通入CH4和O2,即可產(chǎn)生電流。下列敘述正確的 是 (  ) ①通入CH4的電極為正極?、谡龢O的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-?、弁ㄈ隒H4的電極反應(yīng)式為CH4+2O2+4e-===CO2+2H2O?、茇?fù)極的電極反應(yīng)式為CH4+10OH--8e-===CO+7H2O?、莘烹姇r(shí)溶液中的陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)?、薹烹姇r(shí)溶液中的陰離子向負(fù)極移動(dòng) A.①③⑤ B.②④⑥ C.④⑤⑥ D.①②③ 答案 B 解析 根據(jù)題意知發(fā)生的反應(yīng)為CH4+2O2===CO2+2H2O,反應(yīng)產(chǎn)生的CO2在KOH溶液中會(huì)轉(zhuǎn)化為CO。CH4為還原劑,應(yīng)通入電源的負(fù)極,所以①錯(cuò)誤;正極的電極反應(yīng)式為O2+2H2O+4e-===4OH-,故②④正確,③錯(cuò)誤;放電時(shí)溶液(原電池內(nèi)電路)中的陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng),⑤錯(cuò)誤,⑥正確。 思路歸納 對(duì)于燃料電池,正極往往通入O2,書寫時(shí)應(yīng)注意: (1)首先書寫正極反應(yīng)式: ①酸性O(shè)2+4e-+4H+===2H2O ②堿性O(shè)2+4e-+2H2O===4OH- (2)然后用總反應(yīng)式減去正極的電極反應(yīng)式得到負(fù)極的電極反應(yīng)式。 題組二 區(qū)分介質(zhì)“狀態(tài)”,判斷離子流向 3. 某燃料電池以Ca(HSO4)2固體為電解質(zhì)傳遞H+,其基本結(jié)構(gòu)如圖所示,電池總反應(yīng)可表示為2H2+O2===2H2O。 請(qǐng)回答: (1)H+由____極通過(guò)固體酸電解質(zhì)傳遞到另一極(填a或b)。 (2)b極上發(fā)生的電極反應(yīng)式是__________________。 答案 (1)a (2)O2+4e-+4H+===2H2O 解析 a極為負(fù)極,b極為正極,電極反應(yīng)式分別為 負(fù)極:2H2-4e-===4H+,正極:O2+4e-+4H+===2H2O,其中正極上的H+來(lái)自負(fù)極生成的H+。 4. 科學(xué)家制造出一種使用固體電解質(zhì)的燃料電池,其效率更高,可用于航天航空。如下圖所示裝置中,以稀土金屬材料作惰性電極,在兩極上分別通入CH4和空氣,其中固體電解質(zhì)是摻雜了Y2O3的ZrO3固體,它在高溫下能傳導(dǎo)正極生成的O2-。 (1)c電極的名稱為_(kāi)_______。 (2)d電極上的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________。 答案 (1)正極 (2)CH4+4O2--8e-===CO2↑+2H2O 解析 根據(jù)電流的流向,可判斷c為正極,d為負(fù)極。在正極通入空氣,電極反應(yīng)式為2O2+8e-===4O2-,在負(fù)極上通入CH4,電極反應(yīng)式為CH4+4O2--8e-===CO2↑+2H2O。 失誤防范 根據(jù)內(nèi)電路中的離子流向判斷正、負(fù)極,在內(nèi)電路中,陽(yáng)離子由負(fù)極區(qū)流向正極區(qū),陰離子由正極區(qū)流向負(fù)極區(qū)。 考點(diǎn)三 突破電解池,應(yīng)用“不尋常” “六點(diǎn)”突破電解池 1. 分清陰、陽(yáng)極,與電源正極相連的為陽(yáng)極,與電源負(fù)極相連的為陰極,兩極的反應(yīng)為“陽(yáng)氧陰還”。 2. 剖析離子移向,陽(yáng)離子移向陰極,陰離子移向陽(yáng)極。 3. 注意放電順序。 4. 書寫電極反應(yīng),注意得失電子守恒。 5. 正確判斷產(chǎn)物。 (1)陽(yáng)極產(chǎn)物的判斷首先看電極,如果是活性電極作陽(yáng)極,則電極材料失電子,電極溶解(注意:鐵作陽(yáng)極溶解生成Fe2+,而不是Fe3+);如果是惰性電極,則需看溶液中陰離子的失電子能力,陰離子放電順序?yàn)镾2->I->Br->Cl->OH-(水)。 (2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽(yáng)離子的放電順序進(jìn)行判斷: Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+>Pb2+>Fe2+>H+(水) 6. 恢復(fù)原態(tài)措施。 電解后有關(guān)電解質(zhì)溶液恢復(fù)原態(tài)的問(wèn)題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析。一般是加入陽(yáng)極產(chǎn)物和陰極產(chǎn)物的化合物,但也有特殊情況,如用惰性電極電解CuSO4溶液,Cu2+完全放電之前,可加入CuO或CuCO3復(fù)原,而Cu2+完全放電之后,應(yīng)加入Cu(OH)2或Cu2(OH)2CO3復(fù)原。 題組一 對(duì)可充電電池的深度剖析 1. Li/SO2電池具有輸出功率高和低溫性能好等特點(diǎn),其電解質(zhì)是LiBr,溶劑是碳酸丙烯酯和乙腈,電池反應(yīng)式為2Li+2SO2Li2S2O4。下列說(shuō)法正確的是 (  ) A.該電池反應(yīng)為可逆反應(yīng) B.放電時(shí),Li+向負(fù)極移動(dòng) C.充電時(shí),陰極反應(yīng)式為L(zhǎng)i++e-===Li D.該電池的電解質(zhì)溶液可以換成LiBr的水溶液 答案 C 解析 本題考查電化學(xué)知識(shí)。電池的放電和充電是在不同的反應(yīng)條件下發(fā)生的,故該電池反應(yīng)不能叫可逆反應(yīng),A項(xiàng)錯(cuò)誤。放電時(shí),Li+向正極移動(dòng),B項(xiàng)錯(cuò)誤。充電時(shí),陰極發(fā)生還原反應(yīng):Li++e-===Li,C項(xiàng)正確。若電解質(zhì)溶液換成LiBr的水溶液,則堿金屬鋰會(huì)和水發(fā)生反應(yīng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。 2. 某種可充電聚合物鋰離子電池放電時(shí)的反應(yīng)為L(zhǎng)i1-xCoO2+LixC6===6C+LiCoO2,其工作原理示意圖如右。下列說(shuō)法不正確的是 (  ) A.放電時(shí)LixC6發(fā)生氧化反應(yīng) B.充電時(shí),Li+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜從左向右移動(dòng) C.充電時(shí)將電池的負(fù)極與外接電源的負(fù)極相連 D.放電時(shí),電池的正極反應(yīng)為L(zhǎng)i1-xCoO2+xLi++xe-===LiCoO2 答案 B 解析 放電時(shí), 負(fù)極:LixC6-xe-===xLi++6C 正極:Li1-xCoO2+xe-+xLi+===LiCoO2 充電時(shí), 陰極:xLi++6C+xe-===LixC6 陽(yáng)極:LiCoO2-xe-===xLi++Li1-xCoO2 左邊為負(fù)極區(qū),右邊為正極區(qū),放電時(shí),Li+在負(fù)極區(qū)生成,移向正極區(qū),而充電時(shí),Li+從右向左移動(dòng)。 方法技巧 對(duì)于可充電電池,放電時(shí)為原電池,符合原電池工作原理,負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng),正極發(fā)生還原反應(yīng);外電路中電子由負(fù)極流向正極,內(nèi)電路中陽(yáng)離子向正極移動(dòng),陰離子向負(fù)極移動(dòng)。 可充電電池充電時(shí)為電解池,陽(yáng)極發(fā)生氧化反應(yīng),陰極發(fā)生還原反應(yīng);充電時(shí)電池的“+”極與外接直流電源的正極相連,電池的“-”極與外接直流電源的負(fù)極相連。 題組二 電解原理的“不尋常”應(yīng)用 (一)處理廢水 3. 某工廠采用電解法處理含鉻廢水,耐酸電解槽用鐵板作陰、陽(yáng)極,槽中盛放含鉻廢水,原理示意圖如右,下列說(shuō)法不正確的是 (  ) A.A為電源正極 B.陽(yáng)極區(qū)溶液中發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為 Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O C.陰極區(qū)附近溶液pH降低 D.若不考慮氣體的溶解,當(dāng)收集到H2 13.44 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)時(shí),有0.1 mol Cr2O被還原 答案 C 解析 根據(jù)圖示,A作陽(yáng)極,B作陰極,電極反應(yīng)式為 陽(yáng)極:Fe-2e-===Fe2+ 陰極:2H++2e-===H2↑ 然后,Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O 由于在陰極區(qū)c(H+)減小,pH增大。根據(jù)6H2~6Fe2+~Cr2O得,當(dāng)有13.44 L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)H2放出時(shí),應(yīng)有0.1 mol Cr2O被還原。 (二)制備物質(zhì) 4. 電解尿素[CO(NH2)2]的堿性溶液制氫氣的裝置示意圖如下: 電解池中隔膜僅阻止氣體通過(guò),陰陽(yáng)兩極均為惰性電極, (1)A極為_(kāi)_______,電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________。 (2)B極為_(kāi)_______,電極反應(yīng)式為_(kāi)_______________________________________。 答案 (1)陽(yáng)極 CO(NH2)2+8OH--6e-===N2↑+CO+6H2O (2)陰極 6H2O+6e-===3H2↑+6OH- 解析 H2產(chǎn)生是因?yàn)镠2O電離的H+在陰極上得電子,即6H2O+6e-===3H2↑+6OH-,所以B極為陰極,A極為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為CO(NH2)2-6e-+8OH-===N2↑+CO+6H2O,陽(yáng)極容易錯(cuò)寫成4OH--4e-===2H2O+O2↑。 (三)處理廢氣 5. 用NaOH溶液吸收煙氣中的SO2,將所得的Na2SO3溶液進(jìn)行電解,可循環(huán)再生NaOH,同時(shí)得到H2SO4,其原理如下圖所示。(電極材料為石墨) (1)圖中a極要連接電源的(填“正”或“負(fù)”)________極,C口流出的物質(zhì)是________。 (2)SO放電的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________。 (3)電解過(guò)程中陰極區(qū)堿性明顯增強(qiáng),用平衡移動(dòng)原理解釋原因________。 答案 (1)負(fù) 硫酸 (2)SO-2e-+H2O===SO+2H+ (3)H2OH++OH-,在陰極H+放電生成H2,c(H+)減小,水的電離平衡正向移動(dòng),堿性增強(qiáng) 解析 根據(jù)Na+、SO的移向判斷陰、陽(yáng)極。Na+移向陰極區(qū),a應(yīng)接電源負(fù)極,b應(yīng)接電源正極,其電極反應(yīng)式分別為 陽(yáng)極:SO-2e-+H2O===SO+2H+ 陰極:2H2O+2e-===H2↑+2OH- 所以從C口流出的是H2SO4,在陰極區(qū),由于H+放電,破壞水的電離平衡,c(H+)減小,c(OH-)增大,生成NaOH,堿性增強(qiáng),從B口流出的是濃度較大的NaOH溶液。 考點(diǎn)四 “兩比較”“兩法”突破金屬的腐蝕與防護(hù) 1. 兩比較 (1)析氫腐蝕和吸氧腐蝕的比較 類型 析氫腐蝕 吸氧腐蝕 條件 水膜呈酸性 水膜呈弱酸性或中性 正極反應(yīng) 2H++2e-===H2↑ O2+2H2O+4e-===4OH- 負(fù)極反應(yīng) Fe-2e-===Fe2+ 其他反應(yīng) Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓ 4Fe(OH)2+O2+2H2O===4Fe(OH)3 Fe(OH)3失去部分水轉(zhuǎn)化為鐵銹 (2)腐蝕快慢的比較 ①一般來(lái)說(shuō)可用下列原則判斷:電解池原理引起的腐蝕>原電池原理引起的腐蝕>化學(xué)腐蝕>有防護(hù)措施的腐蝕。 ②對(duì)同一金屬來(lái)說(shuō),腐蝕的快慢:強(qiáng)電解質(zhì)溶液中>弱電解質(zhì)溶液中>非電解質(zhì)溶液中。 ③活潑性不同的兩種金屬,活潑性差別越大,腐蝕越快。 ④對(duì)同一種電解質(zhì)溶液來(lái)說(shuō),電解質(zhì)溶液濃度越大,金屬腐蝕的速率越快。 2. 兩種保護(hù)方法 (1)加防護(hù)層 如在金屬表面加上油漆、搪瓷、瀝青、塑料、橡膠等耐腐蝕的非金屬材料;采用電鍍或表面鈍化等方法在金屬表面鍍上一層不易被腐蝕的金屬。 (2)電化學(xué)防護(hù) ①犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法——原電池原理:正極為被保護(hù)的金屬;負(fù)極為比被保護(hù)的金屬活潑的金屬; ②外加電流的陰極保護(hù)法——電解原理:陰極為被保護(hù)的金屬,陽(yáng)極為惰性電極。 題組一 兩種腐蝕的比較 1. 利用下圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),開(kāi)始時(shí),a、b兩處液面相平,密封好,放置一段時(shí)間。下列說(shuō)法不正確的是 (  ) A.a(chǎn)管發(fā)生吸氧腐蝕,b管發(fā)生析氫腐蝕 B.一段時(shí)間后,a管液面高于b管液面 C.a(chǎn)處溶液的pH增大,b處溶液的pH減小 D.a(chǎn)、b兩處具有相同的電極反應(yīng)式:Fe-2e-===Fe2+ 答案 C 解析 根據(jù)裝置圖判斷,左邊鐵絲發(fā)生吸氧腐蝕,右邊鐵絲發(fā)生析氫腐蝕,其電極反應(yīng)為 左邊 負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+ 正極:O2+4e-+2H2O===4OH- 右邊 負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+ 正極:2H++2e-===H2↑ a處、b處的pH均增大,C錯(cuò)誤。 2. 右圖是用鐵鉚釘固定兩個(gè)銅質(zhì)零件的示意圖,若該零件置于潮濕空氣中,下列說(shuō)法正確的是 (  ) A.發(fā)生電化學(xué)腐蝕,銅為負(fù)極,銅極產(chǎn)生H2 B.銅易被腐蝕,銅極上發(fā)生還原反應(yīng),吸收O2 C.鐵易被腐蝕,鐵發(fā)生氧化反應(yīng),F(xiàn)e-2e===Fe2+ D.發(fā)生化學(xué)腐蝕:Fe+Cu2+===Cu+Fe2+ 答案 C 解析 發(fā)生吸氧腐蝕,正極反應(yīng)O2+2H2O+4e-===4OH-,負(fù)極反應(yīng):2Fe-4e-=== 2Fe2+,C正確。 失誤防范 正確判斷“介質(zhì)”溶液的酸堿性是分析析氫腐蝕和吸氧腐蝕的關(guān)鍵。潮濕的空氣、中性溶液發(fā)生吸氧腐蝕;NH4Cl溶液、稀H2SO4等酸性溶液發(fā)生析氫腐蝕。 題組二 腐蝕快慢與防護(hù)方法的比較 3. (2012山東理綜,13)下列與金屬腐蝕有關(guān)的說(shuō)法正確的是 (  ) A.圖a中,插入海水中的鐵棒,越靠近底端腐蝕越嚴(yán)重 B.圖b中,開(kāi)關(guān)由M改置于N時(shí),CuZn合金的腐蝕速率減小 C.圖c中,接通開(kāi)關(guān)時(shí)Zn腐蝕速率增大,Zn上放出氣體的速率也增大 D.圖d中,ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是由MnO2的氧化作用引起的 答案 B 解析 A項(xiàng),插入海水中的鐵棒靠近液面的位置與氧氣接觸,易發(fā)生吸氧腐蝕;B項(xiàng),開(kāi)關(guān)由M改置于N時(shí),Zn作負(fù)極,CuZn合金作正極,合金受到保護(hù);C項(xiàng),接通開(kāi)關(guān)形成原電池,Zn作負(fù)極,Zn的腐蝕速率增大,但氣體是在Pt電極上生成;D項(xiàng),ZnMnO2干電池自放電腐蝕主要是Zn發(fā)生氧化反應(yīng)而自放電。 4. 下列與金屬腐蝕有關(guān)的說(shuō)法,正確的是 (  ) A.圖1中,鐵釘易被腐蝕 B.圖2中,滴加少量K3[Fe(CN)6]溶液,沒(méi)有藍(lán)色沉淀出現(xiàn) C.圖3中,燃?xì)庠畹闹行牟课蝗菀咨P,主要是由于高溫下鐵發(fā)生化學(xué)腐蝕 D.圖4中,用犧牲鎂塊的方法來(lái)防止地下鋼鐵管道的腐蝕,鎂塊相當(dāng)于原電池的正極 答案 C 解析 A項(xiàng),圖1中,鐵釘處于干燥環(huán)境,不易被腐蝕;B項(xiàng),負(fù)極反應(yīng)為Fe-2e-=== Fe2+,F(xiàn)e2+與[Fe(CN)6]3-反應(yīng)生成Fe3[Fe(CN)6]2藍(lán)色沉淀;D項(xiàng),為犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法,Mg塊相當(dāng)于原電池的負(fù)極。 考點(diǎn)五 正確理解“電解池”的串聯(lián) 突破電化學(xué)的計(jì)算 電化學(xué)計(jì)算的基本方法和技巧: 原電池和電解池的計(jì)算包括兩極產(chǎn)物的定量計(jì)算、溶液pH的計(jì)算、相對(duì)原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計(jì)算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計(jì)算等。通常有下列三種方法: 1. 根據(jù)電子守恒計(jì)算 用于串聯(lián)電路中陰陽(yáng)兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計(jì)算,其依據(jù)是電路中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)相等。 2. 根據(jù)總反應(yīng)式計(jì)算 先寫出電極反應(yīng)式,再寫出總反應(yīng)式,最后根據(jù)總反應(yīng)式列出比例式計(jì)算。 3. 根據(jù)關(guān)系式計(jì)算 根據(jù)得失電子守恒定律關(guān)系建立起已知量與未知量之間的橋梁,構(gòu)建計(jì)算所需的關(guān)系式。 如以通過(guò)4 mol e-為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式: 4e-~2Cl2(Br2、I2)~O2   陽(yáng)極產(chǎn)物 2H2~2Cu~4Ag~M  陰極產(chǎn)物 (式中M為金屬,n為其離子的化合價(jià)數(shù)值) 該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值,熟記電極反應(yīng)式,靈活運(yùn)用關(guān)系式便能快速解答常見(jiàn)的電化學(xué)計(jì)算問(wèn)題。 題組一 無(wú)明顯“外接電源”的電解池“串聯(lián)”的判斷與計(jì)算 1. 如下圖所示,其中甲池的總反應(yīng)式為2CH3OH+3O2+4KOH===2K2CO3+6H2O,下列說(shuō)法正確的是 (  ) A.甲池是電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置,乙、丙池是化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能的裝置 B.甲池通入CH3OH的電極反應(yīng)式為CH3OH-6e-+2H2O===CO+8H+ C.反應(yīng)一段時(shí)間后,向乙池中加入一定量Cu(OH)2固體能使CuSO4溶液恢復(fù)到原濃度 D.甲池中消耗280 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)O2,此時(shí)丙池中理論上最多產(chǎn)生1.45 g固體 答案 D 解析 甲池為原電池,作為電源,電解乙池、丙池兩個(gè)電解池。根據(jù)原電池的形成條件,通入CH3OH的一極為負(fù)極,通入O2的一極為正極,所以石墨、Pt(左)作陽(yáng)極,Ag、Pt(右)作陰極;B項(xiàng),負(fù)極反應(yīng):CH3OH-6e-+8OH-===CO+6H2O;C項(xiàng),應(yīng)加入CuO;D項(xiàng),丙池中:MgCl2+2H2O電解,Mg(OH)2↓+Cl2↑+H2↑,消耗0.012 5 mol O2,轉(zhuǎn)移0.05 mol電子,生成0.025 mol Mg(OH)2,其質(zhì)量為1.45 g。 題組二 有明顯“外接電源”的電解池“串聯(lián)”的判斷與計(jì)算 2. 在如圖所示的裝置中,若通直流電5 min時(shí),銅電極質(zhì)量增加2.16 g。試回答下列問(wèn)題。 (1)電源中X電極為直流電源的________極。 (2)pH變化:A:________,B:________,C:________(填“增大”、“減小”或“不變”) (3)通電5 min時(shí),B中共收集224 mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況下)氣體,溶液體積為200 mL,則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為_(kāi)_______(設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化)。 (4)若A中KCl足量且溶液的體積也是200 mL,電解后,溶液的pH為_(kāi)_________(設(shè)電解前后溶液體積無(wú)變化)。 答案 (1)負(fù) (2)增大 減小 不變 (3)0.025 molL-1 (4)13 解析 (1)三個(gè)裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時(shí),Ag+在陰極發(fā)生還原反應(yīng)變?yōu)锳g,所以質(zhì)量增加的銅電極是陰極,則銀電極是陽(yáng)極,Y是正極,X是負(fù)極。 (2)電解KCl溶液生成KOH,溶液pH增大;電解CuSO4溶液生成H2SO4,溶液pH減??;電解AgNO3溶液,銀為陽(yáng)極,不斷溶解,Ag+濃度基本不變,pH不變。 (3)通電5 min時(shí),C中析出0.02 mol Ag,電路中通過(guò)0.02 mol電子。B中共收集0.01 mol氣體,若該氣體全為氧氣,則電路中需通過(guò)0.04 mol電子,電子轉(zhuǎn)移不守恒。因此,B中電解分為兩個(gè)階段,先電解CuSO4溶液,生成O2,后電解水,生成O2和H2,B中收集到的氣體是O2和H2的混合物。設(shè)電解CuSO4溶液時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為x,電解H2O時(shí)生成O2的物質(zhì)的量為y,則4x+4y=0.02 mol(電子轉(zhuǎn)移守恒),x+3y=0.01 mol(氣體體積之和),解得x=y(tǒng)=0.002 5 mol,所以n(CuSO4)=20.002 5 mol=0.005 mol,c(CuSO4)=0.005 mol0.2 L=0.025 molL-1。(4)通電5 min時(shí),A中放出0.01 mol H2,溶液中生成0.02 mol KOH,c(OH-)=0.02 mol0.2 L=0.1 molL-1,pH=13。 失誤防范 (1)無(wú)明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問(wèn)題,主要是根據(jù)“原電池”的形成條件判斷“電源”的正、負(fù)極,從而判斷陰、陽(yáng)極。 (2)有明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問(wèn)題,主要是根據(jù)“電極現(xiàn)象”判斷陰、陽(yáng)極,從而判斷電源的正、負(fù)極,進(jìn)一步判斷其它“電解池”的陰、陽(yáng)極。 1. 某小組為研究電化學(xué)原理,設(shè)計(jì)如圖裝置。下列敘述正確的是(  ) A.a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí),鐵片上會(huì)有金屬銅析出 B.a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時(shí),銅片上發(fā)生的反應(yīng)為2H++2e-===H2↑ C.無(wú)論a和b是否連接,鐵片均會(huì)溶解,溶液從藍(lán)色逐漸變成淺綠色 D.a(chǎn)和b分別連接直流電源正、負(fù)極,電壓足夠大時(shí),Cu2+向銅電極 移動(dòng) 答案 C 解析 當(dāng)a、b相連時(shí),構(gòu)成原電池,負(fù)極:Fe-2e-===Fe2+,正極,Cu2++2e-===Cu,A、B均錯(cuò);D項(xiàng),Cu作陽(yáng)極,F(xiàn)e作陰極,所以Cu2+只能向陰極上移動(dòng)。 2. 用如圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),下列敘述不正確的是 (  ) A.K與N連接時(shí),鐵被腐蝕 B.K與N連接時(shí),石墨電極產(chǎn)生氣泡 C.K與M連接時(shí),一段時(shí)間后溶液的pH增大 D.K與M連接時(shí),石墨電極反應(yīng)式:4OH--4e-===2H2O+O2↑ 答案 D 解析 K與N連接時(shí),構(gòu)成原電池,發(fā)生析氫腐蝕,A、B正確;K與M連接時(shí),電極反應(yīng)式為陽(yáng)極:2Cl--2e-===Cl2↑,陰極:2H++2e-===H2↑,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 3. 研究發(fā)現(xiàn),可以用石墨作陽(yáng)極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2—CaO作電解質(zhì),利用右圖所示裝置獲得金屬鈣,并以鈣為還原劑還原二氧化鈦制備金屬鈦。下列說(shuō)法中,正確的是 (  ) A.由TiO2制得1 mol金屬Ti,理論上外電路轉(zhuǎn)移2 mol電子 B.陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為C+2O2--4e-===CO2↑ C.在制備金屬鈦前后,整套裝置中CaO的總量減少 D.若用鉛蓄電池作該裝置的供電電源,“+”接線柱應(yīng)連接Pb電極 答案 B 解析 根據(jù)圖中信息,電極反應(yīng)為 陽(yáng)極:C+2O2--4e-===CO2↑ 陰極:2Ca2++4e-===2Ca TiO2+2Ca===Ti+2CaO A項(xiàng),制得1 mol Ti,外電路應(yīng)轉(zhuǎn)移4 mol e-;C項(xiàng),制備鈦前后,CaO的總量保持不變;D項(xiàng),“+”接線柱應(yīng)接外接電源的正極, 即PbO2。 4. 在下列裝置中,MSO4和NSO4是兩種常見(jiàn)金屬的易溶鹽。當(dāng)K閉合時(shí),SO從右到左通過(guò)交換膜移向M極,下列分析正確的是 (  ) A.溶液中c(M2+)減小 B.N的電極反應(yīng)式:N===N2++2e- C.X電極上有H2產(chǎn)生,發(fā)生還原反應(yīng) D.反應(yīng)過(guò)程中Y電極周圍生成白色膠狀沉淀 答案 C 解析 當(dāng)K閉合時(shí),根據(jù)SO的移向,可判斷M極為負(fù)極,N極為正極,Y為陽(yáng)極,X為陰極,電極反應(yīng)式分別為負(fù)極:M-2e-===M2+,正極:N2++2e-===N,陽(yáng)極: 2Cl--2e-===Cl2↑;陰極:2H++2e-===H2↑,在X極(陰極)附近Al3++3OH-===Al(OH)3↓,只有C項(xiàng)正確。 5. 一種太陽(yáng)能電池的工作原理如下圖所示,電解質(zhì)為鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]和亞鐵氰化鉀K4[Fe(CN)6]的混合溶液,下列說(shuō)法不正確的是 (  ) A.K+移向催化劑b B.催化劑a表面發(fā)生的化學(xué)反應(yīng):[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3- C.Fe(CN)在催化劑b表面被氧化 D.電解池溶液中的[Fe(CN)6]4-和[Fe(CN)6]3-濃度基本保持不變 答案 C 解析 根據(jù)電子的流向,左電極為負(fù)極,右電極為正極,K+移向正極,A項(xiàng)正確;負(fù)極反應(yīng)式為[Fe(CN)6]4--e-===[Fe(CN)6]3-,正極反應(yīng)式為[Fe(CN)6]3-+e-===[Fe(CN)6]4-,B、D正確;C項(xiàng)[Fe(CN)6]3-在催化劑b表面被還原,錯(cuò)誤。 6. 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是被稱為“21世紀(jì)綠色光源”的半導(dǎo)體照明(LED)系統(tǒng)(如圖)。已知發(fā)出白光的LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG,化學(xué)式:Y3Al5O12)芯片封裝在一起做成。下列說(shuō)法中不正確的是 (  ) A.光伏發(fā)電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔? B.上圖中N區(qū)半導(dǎo)體為負(fù)極,P區(qū)半導(dǎo)體為正極,電流從a流向b C.YAG中釔顯+3價(jià) D.Ga與N在元素周期表中不處于同一主族 答案 B 解析 B項(xiàng),電流從b流向a,錯(cuò)誤;C項(xiàng),根據(jù)元素化合價(jià)的代數(shù)和為零可判斷Y的化合價(jià)為+=+3價(jià)。 7. 早在1807年化學(xué)家戴維用電解熔融氫氧化鈉制得鈉:4NaOH(熔)4Na+O2↑+2H2O;后來(lái)蓋呂薩克用鐵與熔融氫氧化鈉作用也制得鈉: 3Fe+4NaOHFe3O4+2H2↑+4Na↑。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是 (  ) A.電解熔融氫氧化鈉制鈉,陽(yáng)極發(fā)生電解反應(yīng)為2OH--2e-===H2↑+O2↑ B.蓋呂薩克法制鈉原理是利用鐵的還原性比鈉強(qiáng) C.若戴維法與蓋呂薩克法制得等量的鈉,則兩反應(yīng)中轉(zhuǎn)移的電子總數(shù)不同 D.目前工業(yè)上常用電解熔融氯化鈉法制鈉(如上圖),電解槽中石墨極為陰極,鐵為陽(yáng)極 答案 C 解析 電解熔融NaOH電極反應(yīng)式為 陰極:4Na++4e-===4Na, 陽(yáng)極:4OH--4e-===O2↑+2H2O,A錯(cuò)誤;D項(xiàng)中,若鐵作陽(yáng)極,則鐵被電解,D錯(cuò)誤;C項(xiàng),電解熔融NaOH若制得4 mol Na,則轉(zhuǎn)移4 mol e-,蓋呂薩克法制得4 mol Na,則轉(zhuǎn)移8 mol e-。 8. 相同材質(zhì)的鐵在圖中四種情況下最不易被腐蝕的是 (  ) 答案 C 解析 在A中,能構(gòu)成原電池,鐵作負(fù)極,易被腐蝕;在B中,食鹽水提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵炒鍋和鐵鏟都是鐵碳合金,符合原電池形成的條件,鐵作負(fù)極,碳作正極,鐵易被腐蝕;在C中,銅鍍層將鐵球覆蓋,使鐵被保護(hù),所以鐵不易被腐蝕;在D中,酸雨提供電解質(zhì)溶液環(huán)境,鐵鉚釘和銅板分別作負(fù)、正極,形成原電池,鐵易被腐蝕。 9. 下列圖示中關(guān)于銅電極的連接錯(cuò)誤的是 (  ) 答案 C 解析 鍍件上鍍銅時(shí),銅應(yīng)作陽(yáng)極,與電源正極相連,鍍件作陰極,與電源負(fù)極相連。 10.某小組按圖1所示的裝置探究鐵的吸氧腐蝕。 完成下列填空: (1)圖2是圖1所示裝置的示意圖,在圖2的小括號(hào)內(nèi)填寫正極材料的化學(xué)式;在方括號(hào)內(nèi)用箭頭表示出電子流動(dòng)的方向。 (2)寫出正、負(fù)極反應(yīng)的方程式。 正極:________________,負(fù)極:________________。 (3)按圖1裝置實(shí)驗(yàn),約8分鐘才看到導(dǎo)管中液柱上升,下列措施可以更快更清晰地觀察到液柱上升的是____________________(填字母序號(hào))。 a.用純氧氣代替具支試管內(nèi)的空氣 b.用食鹽水浸泡過(guò)的鐵釘再蘸取鐵粉和炭粉的混合物 c.用毛細(xì)尖嘴管代替玻璃導(dǎo)管,并向試管的水中滴加少量紅墨水 (4)升高溫度可以加快化學(xué)反應(yīng)速率,建議用酒精燈加熱具支試管。這一措施________(填“可行”或“不行”)。 答案 (1) (2)2H2O+O2+4e===4OH- Fe-2e-===Fe2+ (3)abc (4)不行 解析 (1)(2),電子由負(fù)極到正極, 正極:O2+4e-+2H2O===4OH-, 負(fù)極:2Fe-4e-===2Fe2+。 (3)a項(xiàng),增大O2的濃度,加快腐蝕,b項(xiàng),增大接觸面積,加快腐蝕,c項(xiàng),可清晰地觀察液柱。 (4)因?yàn)榧訜峋咧г嚬埽芽諝廒s出,腐蝕更慢。 11.海洋資源的開(kāi)發(fā)與利用具有廣闊的前景。海水的pH一般在7.5~8.6之間。某地海水中主要離子的含量如下表: 成分 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO HCO 含量/mgL-1 9 360 83 200 1 100 16 000 1 200 118 (1)電滲析法是近年發(fā)展起來(lái)的一種較好的海水淡化技術(shù),其原理如下圖所示。其中陰(陽(yáng))離子交換膜只允許陰(陽(yáng))離子通過(guò)。 ①陰極的電極反應(yīng)式為_(kāi)_________________。 ②電解一段時(shí)間,陰極區(qū)會(huì)產(chǎn)生水垢,其成分為CaCO3和Mg(OH)2,寫出生成CaCO3的離子方程式______________________________________。 ③淡水的出口為a、b、c中的________出口。 (2)海水中鋰元素儲(chǔ)量非常豐富,從海水中提取鋰的研究極具潛力。鋰是制造化學(xué)電源的重要原料,如LiFePO4電池某電極的工作原理如下圖所示: 該電池電解質(zhì)為傳導(dǎo)Li+的固體材料。放電時(shí)該電極是電池的________極(填“正”或“負(fù)”),電極反應(yīng)式為_(kāi)_____________________。 答案 (1)①2H2O+2e-===H2↑+2OH- ②Ca2++OH-+HCO===CaCO3↓+H2O ③b (2)正 FePO4+e-+Li+===LiFePO4 解析 (1)①電解海水,陰極是H+得電子,而不是活潑金屬陽(yáng)離子,2H2O+2e-===H2↑+2OH-。 ②由于在陰極區(qū)H+不斷放電,破壞水的電離平衡,c(OH-)增大,致使Ca2++OH-+HCO===CaCO3↓+H2O。 ③因?yàn)樵陉帢O區(qū)除去Ca2+、Mg2+,所以淡水應(yīng)b口出。 (2)放電時(shí)的電極反應(yīng)式分別為負(fù)極:Li-e-===Li+, 正極:FePO4+Li++e-===LiFePO4。 12.A、B、C三種強(qiáng)電解質(zhì),它們?cè)谒须婋x出的離子如下表所示: 陽(yáng)離子 Na+、K+、Cu2+ 陰離子 SO、OH- 如圖1所示裝置中,甲、乙、丙三個(gè)燒杯中依次盛放足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液,電極均為石墨電極。接通電源,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后,測(cè)得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時(shí)間t的關(guān)系如圖2所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題:   (1)M為直流電源的________極,b電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為_(kāi)_______。 (2)計(jì)算e電極上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為_(kāi)_______________。 (3)寫出乙燒杯中的總反應(yīng)的離子方程式:_________________________________。 (4)要使丙燒杯中的C溶液恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài),需要進(jìn)行的操作是(寫出要加入的物質(zhì)和質(zhì)量)______________________________。 答案 (1)負(fù) 4OH--4e-===2H2O+O2↑ (2)5.6 L (3)2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑ (4)水、4.5 g 解析 根據(jù)題意,乙中為CuSO4溶液,c電極為陰極,M為負(fù)極,N為正極。丙為Na2SO4或K2SO4,甲為NaOH或KOH溶液,b為陽(yáng)極,電極反應(yīng)式為4OH--4e-===2H2O+O2↑。 (2)e電極為陰極,電極反應(yīng)式為2H++2e-===H2↑,其在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為22.4 Lmol-1=5.6 L。 (3)2Cu2++2H2O2Cu+4H++O2↑。 (4)電解Na2SO4或K2SO4溶液,實(shí)質(zhì)是電解水,所以應(yīng)向丙燒杯中加水,其質(zhì)量為4.5 g。 13.以黃銅礦精礦為原料,制取硫酸銅及金屬銅的工藝如下所示: Ⅰ.將黃銅礦精礦(主要成分為CuFeS2,含有少量CaO、MgO、Al2O3)粉碎。 Ⅱ.采用如下裝置進(jìn)行電化學(xué)浸出實(shí)驗(yàn) 將精選黃銅礦粉加入電解槽陽(yáng)極區(qū),恒速攪拌,使礦粉溶解。在陰極區(qū)通入氧氣,并加入少量催化劑。 Ⅲ.一段時(shí)間后,抽取陰極區(qū)溶液,向其中加入有機(jī)萃取劑(RH)發(fā)生反應(yīng):2RH(有機(jī)相)+Cu2+(水相)R2Cu(有機(jī)相)+2H+(水相) 分離出有機(jī)相,向其中加入一定濃度的硫酸,使Cu2+得以再生。 Ⅳ.電解硫酸銅溶液制得金屬銅。 (1)黃銅礦粉加入陽(yáng)極區(qū)與硫酸及硫酸鐵主要發(fā)生以下反應(yīng): CuFeS2+4H+===Cu2++Fe2++2H2S 2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+ ①陽(yáng)極區(qū)硫酸鐵的主要作用是____________。 ②電解過(guò)程中,陽(yáng)極區(qū)Fe3+的濃度基本保持不變,原因是______________________。 (2)陰極區(qū),電極上開(kāi)始時(shí)有大量氣泡產(chǎn)生,后有固體析出,一段時(shí)間后固體溶解。寫出上述現(xiàn)象對(duì)應(yīng)的反應(yīng)式____________________。 (3)若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行步驟Ⅲ,分離有機(jī)相和水相的主要實(shí)驗(yàn)儀器是__________;加入有機(jī)萃取劑的目的是__________。 (4)步驟Ⅲ,向有機(jī)相中加入一定濃度的硫酸,Cu2+得以再生的原理是____________。 (5)步驟Ⅳ,若電解200 mL 0.5 molL-1的CuSO4溶液,生成銅3.2 g,此時(shí)溶液中離子濃度由大到小的順序是__________。 答案 (1)①吸收硫化氫氣體,防止環(huán)境污染 ②Fe2+-e-===Fe3+ (2)2H++2e-===H2↑、Cu2++2e-===Cu、2Cu+O2+2H2SO4===2CuSO4+2H2O (3)分液漏斗 富集Cu2+、分離Cu2+與其它金屬陽(yáng)離子 (4)增大H+濃度,使平衡2RH(有機(jī)相)+Cu2+(水相)R2Cu(有機(jī)相)+2H+(水相)逆向移動(dòng),Cu2+進(jìn)入水相得以再生 (5)c(H+)>c(SO)>c(Cu2+)>c(OH-) 解析 (1)根據(jù)2Fe3++H2S===2Fe2++S↓+2H+,可判斷Fe2(SO4)3的主要作用是氧化H2S氣體,防止H2S對(duì)環(huán)境的污染,當(dāng)Fe3+被H2S還原為Fe2+后,在陽(yáng)極上Fe2+-e-=== Fe3+,使Fe3+的濃度基本保持不變。 (2)在陰極上,2H++2e-===H2↑,然后Cu2++2e-===Cu,接著在酸性條件下,Cu被O2氧化成CuO,CuO和H2SO4反應(yīng)生成CuSO4。 (3)有機(jī)相和水相不混溶,所以應(yīng)用分液漏斗分離,由于Cu2+在有機(jī)相中,所以加入有機(jī)萃取劑可富集Cu2+。 (4)利用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋。 (5)2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑ 0.05 mol 0.05 mol 所以n(H+)=0.1 mol 由于Cu2+的水解,所以n(Cu2+)<0.05 mol,n(H+)>0.1 mol。 所以c(H+)>c(SO)>c(Cu2+)>c(OH-)。 25

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