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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[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。 考點一　鹽橋問題面面觀 1． 電化學(xué)裝置中都有兩個電極，分別發(fā)生氧化反應(yīng)與還原反應(yīng)。若兩個電極插在同一電解質(zhì)溶液的容器內(nèi)，則由于陰陽離子的移動速率不同而導(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)致兩極之間電勢差變小，影響了電流的穩(wěn)定。為解決這個問題，人們使用了鹽橋。鹽橋主要出現(xiàn)在原電池中，有時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)知識已成為新課改地區(qū)命題的一個熱點，所以有必要分析研究鹽橋問題的考查思路。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)溶液離子的移動方向； (4)考查含鹽橋的電化學(xué)裝置的設(shè)計。 題組一　明確原理，設(shè)計裝置 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，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，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)極沒有和CuSO4溶液直接接觸，二者不會直接發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)能不會轉(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)由犧牲陽極的陰極保護(hù)法可得，鐵片作正極(陰極)時被保護(hù)，作負(fù)極(陽極)時被腐蝕，所以應(yīng)選擇比鐵片更活潑的鋅作負(fù)極(陽極)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)電路中的陽離子移向正極、陰離子移向負(fù)極。(鹽橋中的陽離子移向正極區(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)時可作電極，若為溶液時則只能作電解液。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 3． 控制適合的條件，將反應(yīng)2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2設(shè)計成如下圖所示的原電池。下列判斷不正確的是 (　　) A．反應(yīng)開始時，乙中石墨電極上發(fā)生氧化反應(yīng) B．反應(yīng)開始時，甲中石墨電極上Fe3＋被還原 C．電流計讀數(shù)為零時，反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài) D．電流計讀數(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；電流計讀數(shù)為零時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項在甲中溶入FeCl2固體，平衡2Fe3＋＋2I－2Fe2＋＋I(xiàn)2向左移動，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，電流計(G)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．甲組操作時，溶液顏色變淺 C．乙組操作時，C2做正極 D．乙組操作時，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，平衡向右移動，有電子轉(zhuǎn)移，但電子不會沿導(dǎo)線通過，所以甲組操作，電流計(G)指針不會發(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)計成原電池時，必須使用鹽橋才能 實現(xiàn)氧化劑與還原劑的分離，否則不會有明顯的電流出現(xiàn)。 (2)電子流向的分析方法： ①改變條件，平衡移動； ②平衡移動，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，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)計的酒精檢測儀，負(fù)極上的反應(yīng)為CH3CH2OH－4e－＋H2O===CH3COOH＋4H＋。下列有關(guān)說法正確的是 (　　) A．檢測時，電解質(zhì)溶液中的H＋向負(fù)極移動 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，陽離子要往正極移動，故A錯；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電子時消耗1 mol O2，則轉(zhuǎn)移0.4 mol電子時消耗2.24 L O2，故B、D錯；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－　③通入CH4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　⑤放電時溶液中的陽離子向負(fù)極移動?、薹烹姇r溶液中的陰離子向負(fù)極移動 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溶液中會轉(zhuǎn)化為CO。CH4為還原劑，應(yīng)通入電源的負(fù)極，所以①錯誤；正極的電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－，故②④正確，③錯誤；放電時溶液(原電池內(nèi)電路)中的陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動，⑤錯誤，⑥正確。 思路歸納 對于燃料電池，正極往往通入O2，書寫時應(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。 請回答： (1)H＋由____極通過固體酸電解質(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________。 (2)d電極上的電極反應(yīng)式為____________________。 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)。 考點三　突破電解池，應(yīng)用“不尋?！? “六點”突破電解池 1． 分清陰、陽極，與電源正極相連的為陽極，與電源負(fù)極相連的為陰極，兩極的反應(yīng)為“陽氧陰還”。 2． 剖析離子移向，陽離子移向陰極，陰離子移向陽極。 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)陽極產(chǎn)物的判斷首先看電極，如果是活性電極作陽極，則電極材料失電子，電極溶解(注意：鐵作陽極溶解生成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，陰離子放電順序為S2－>I－>Br－>Cl－>OH－(水)。 (2)陰極產(chǎn)物的判斷直接根據(jù)陽離子的放電順序進(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)的問題應(yīng)該用質(zhì)量守恒法分析。一般是加入陽極產(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，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。下列說法正確的是 (　　) A．該電池反應(yīng)為可逆反應(yīng) B．放電時，Li＋向負(fù)極移動 C．充電時，陰極反應(yīng)式為Li＋＋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。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項錯誤。放電時，Li＋向正極移動，B項錯誤。充電時，陰極發(fā)生還原反應(yīng)：Li＋＋e－===Li，C項正確。若電解質(zhì)溶液換成LiBr的水溶液，則堿金屬鋰會和水發(fā)生反應(yīng)，D項錯誤。 2． 某種可充電聚合物鋰離子電池放電時的反應(yīng)為Li1－xCoO2＋LixC6===6C＋LiCoO2，其工作原理示意圖如右。下列說法不正確的是 (　　) A．放電時LixC6發(fā)生氧化反應(yīng) B．充電時，Li＋通過陽離子交換膜從左向右移動 C．充電時將電池的負(fù)極與外接電源的負(fù)極相連 D．放電時，電池的正極反應(yīng)為Li1－xCoO2＋xLi＋＋xe－===LiCoO2 答案　B 解析　放電時， 負(fù)極：LixC6－xe－===xLi＋＋6C 正極：Li1－xCoO2＋xe－＋xLi＋===LiCoO2 充電時， 陰極：xLi＋＋6C＋xe－===LixC6 陽極：LiCoO2－xe－===xLi＋＋Li1－xCoO2 左邊為負(fù)極區(qū)，右邊為正極區(qū)，放電時，Li＋在負(fù)極區(qū)生成，移向正極區(qū)，而充電時，Li＋從右向左移動。 方法技巧 對于可充電電池，放電時為原電池，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)電路中陽離子向正極移動，陰離子向負(fù)極移動。 可充電電池充電時為電解池，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極發(fā)生還原反應(yīng)；充電時電池的“＋”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、陽極，槽中盛放含鉻廢水，原理示意圖如右，下列說法不正確的是 (　　) A．A為電源正極 B．陽極區(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，有0.1 mol Cr2O被還原 答案　C 解析　根據(jù)圖示，A作陽極，B作陰極，電極反應(yīng)式為 陽極：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，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，陰陽兩極均為惰性電極， (1)A極為________，電極反應(yīng)式為________________________________________。 (2)B極為________，電極反應(yīng)式為________________________________________。 答案　(1)陽極　CO(NH2)2＋8OH－－6e－===N2↑＋CO＋6H2O　(2)陰極　6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－ 解析　H2產(chǎn)生是因為H2O電離的H＋在陰極上得電子，即6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以B極為陰極，A極為陽極，電極反應(yīng)式為CO(NH2)2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO＋6H2O，陽極容易錯寫成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____________。 (3)電解過程中陰極區(qū)堿性明顯增強(qiáng)，用平衡移動原理解釋原因________。 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，堿性增強(qiáng) 解析　根據(jù)Na＋、SO的移向判斷陰、陽極。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 ①一般來說可用下列原則判斷：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對同一金屬來說，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對同一種電解質(zhì)溶液來說，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)行實驗，開始時，a、b兩處液面相平，密封好，放置一段時間。下列說法不正確的是 (　　) 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錯誤。 2． 右圖是用鐵鉚釘固定兩個銅質(zhì)零件的示意圖，若該零件置于潮濕空氣中，下列說法正確的是 (　　) 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，開關(guān)由M改置于N時，CuZn合金的腐蝕速率減小 C．圖c中，接通開關(guān)時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，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，開關(guān)由M改置于N時，Zn作負(fù)極，CuZn合金作正極，合金受到保護(hù)；C項，接通開關(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，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，圖1中，鐵釘處于干燥環(huán)境，不易被腐蝕；B項，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，為犧牲陽極的陰極保護(hù)法，Mg塊相當(dāng)于原電池的負(fù)極。 考點五　正確理解“電解池”的串聯(lián)　突破電化學(xué)的計算 電化學(xué)計算的基本方法和技巧： 原電池和電解池的計算包括兩極產(chǎn)物的定量計算、溶液pH的計算、相對原子質(zhì)量和阿伏加德羅常數(shù)的計算、產(chǎn)物的量與電量關(guān)系的計算等。通常有下列三種方法： 1． 根據(jù)電子守恒計算 用于串聯(lián)電路中陰陽兩極產(chǎn)物、正負(fù)兩極產(chǎn)物、相同電量等類型的計算，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)式列出比例式計算。 3． 根據(jù)關(guān)系式計算 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)建計算所需的關(guān)系式。 如以通過4 mol e－為橋梁可構(gòu)建如下關(guān)系式： 4e－～2Cl2(Br2、I2)～O2 　　陽極產(chǎn)物 2H2～2Cu～4Ag～M 　陰極產(chǎn)物 (式中M為金屬，n為其離子的化合價數(shù)值) 該關(guān)系式具有總攬電化學(xué)計算的作用和價值，熟記電極反應(yīng)式，靈活運用關(guān)系式便能快速解答常見的電化學(xué)計算問題。 題組一　無明顯“外接電源”的電解池“串聯(lián)”的判斷與計算 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)作陽極，Ag、Pt(右)作陰極；B項，負(fù)極反應(yīng)：CH3OH－6e－＋8OH－===CO＋6H2O；C項，應(yīng)加入CuO；D項，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)”的判斷與計算 2． 在如圖所示的裝置中，若通直流電5 min時，銅電極質(zhì)量增加2.16 g。試回答下列問題。 (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，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________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。 (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__________(設(shè)電解前后溶液體積無變化)。 答案　(1)負(fù)　(2)增大　減小　不變　(3)0.025 molL－1 (4)13 解析　(1)三個裝置是串聯(lián)的電解池。電解AgNO3溶液時，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，銀為陽極，不斷溶解，Ag＋濃度基本不變，pH不變。 (3)通電5 min時，C中析出0.02 mol Ag，電路中通過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0.04 mol電子，電子轉(zhuǎn)移不守恒。因此，B中電解分為兩個階段，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溶液時生成O2的物質(zhì)的量為x，電解H2O時生成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，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)無明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問題，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、陽極。 (2)有明顯“外接電源”的電解池的“串聯(lián)”問題，主要是根據(jù)“電極現(xiàn)象”判斷陰、陽極，從而判斷電源的正、負(fù)極，進(jìn)一步判斷其它“電解池”的陰、陽極。 1． 某小組為研究電化學(xué)原理，設(shè)計如圖裝置。下列敘述正確的是(　　) A．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時，鐵片上會有金屬銅析出 B．a(chǎn)和b用導(dǎo)線連接時，銅片上發(fā)生的反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ C．無論a和b是否連接，鐵片均會溶解，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，Cu2＋向銅電極 移動 答案　C 解析　當(dāng)a、b相連時，構(gòu)成原電池，負(fù)極：Fe－2e－===Fe2＋，正極，Cu2＋＋2e－===Cu，A、B均錯；D項，Cu作陽極，F(xiàn)e作陰極，所以Cu2＋只能向陰極上移動。 2． 用如圖所示裝置進(jìn)行實驗，下列敘述不正確的是 (　　) A．K與N連接時，鐵被腐蝕 B．K與N連接時，石墨電極產(chǎn)生氣泡 C．K與M連接時，一段時間后溶液的pH增大 D．K與M連接時，石墨電極反應(yīng)式：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑ 答案　D 解析　K與N連接時，構(gòu)成原電池，發(fā)生析氫腐蝕，A、B正確；K與M連接時，電極反應(yīng)式為陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑，陰極：2H＋＋2e－===H2↑，D項錯誤。 3． 研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、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 陽極：C＋2O2－－4e－===CO2↑ 陰極：2Ca2＋＋4e－===2Ca TiO2＋2Ca===Ti＋2CaO A項，制得1 mol Ti，外電路應(yīng)轉(zhuǎn)移4 mol e－；C項，制備鈦前后，CaO的總量保持不變；D項，“＋”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是兩種常見金屬的易溶鹽。當(dāng)K閉合時，SO從右到左通過交換膜移向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，根據(jù)SO的移向，可判斷M極為負(fù)極，N極為正極，Y為陽極，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項正確。 5． 一種太陽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[Fe(CN)6]3－在催化劑b表面被還原，錯誤。 6． 太陽能光伏發(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。下列說法中不正確的是 (　　) A．光伏發(fā)電是將太陽能轉(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 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，電流從b流向a，錯誤；C項，根據(jù)元素化合價的代數(shù)和為零可判斷Y的化合價為＋＝＋3價。 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)說法正確的是 (　　) A．電解熔融氫氧化鈉制鈉，陽極發(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，鐵為陽極 答案　C 解析　電解熔融NaOH電極反應(yīng)式為 陰極：4Na＋＋4e－===4Na， 陽極：4OH－－4e－===O2↑＋2H2O，A錯誤；D項中，若鐵作陽極，則鐵被電解，D錯誤；C項，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)于銅電極的連接錯誤的是 (　　) 答案　C 解析　鍍件上鍍銅時，銅應(yīng)作陽極，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的小括號內(nèi)填寫正極材料的化學(xué)式；在方括號內(nèi)用箭頭表示出電子流動的方向。 (2)寫出正、負(fù)極反應(yīng)的方程式。 正極：________________，負(fù)極：________________。 (3)按圖1裝置實驗，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)。 a．用純氧氣代替具支試管內(nèi)的空氣 b．用食鹽水浸泡過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，增大O2的濃度，加快腐蝕，b項，增大接觸面積，加快腐蝕，c項，可清晰地觀察液柱。 (4)因為加熱具支試管，把空氣趕出，腐蝕更慢。 11．海洋資源的開發(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)離子交換膜只允許陰(陽)離子通過。 ①陰極的電極反應(yīng)式為__________________。 ②電解一段時間，陰極區(qū)會產(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。放電時該電極是電池的________極(填“正”或“負(fù)”)，電極反應(yīng)式為______________________。 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因為在陰極區(qū)除去Ca2＋、Mg2＋，所以淡水應(yīng)b口出。 (2)放電時的電極反應(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)，它們在水中電離出的離子如下表所示： 陽離子 Na＋、K＋、Cu2＋ 陰離子 SO、OH－ 如圖1所示裝置中，甲、乙、丙三個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)過一段時間后，測得乙中c電極質(zhì)量增加了16 g。常溫下各燒杯中溶液的pH與電解時間t的關(guān)系如圖2所示。請回答下列問題： 　 (1)M為直流電源的________極，b電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為________。 (2)計算e電極上生成的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________________。 (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)浸出實驗 將精選黃銅礦粉加入電解槽陽極區(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陽極區(qū)硫酸鐵的主要作用是____________。 ②電解過程中，陽極區(qū)Fe3＋的濃度基本保持不變，原因是______________________。 (2)陰極區(qū)，電極上開始時有大量氣泡產(chǎn)生，后有固體析出，一段時間后固體溶解。寫出上述現(xiàn)象對應(yīng)的反應(yīng)式____________________。 (3)若在實驗室進(jìn)行步驟Ⅲ，分離有機(jī)相和水相的主要實驗儀器是__________；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，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對環(huán)境的污染，當(dāng)Fe3＋被H2S還原為Fe2＋后，在陽極上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