2019高考化學 難點剖析 專題48 電解原理的應用講解.doc

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專題48 電解原理的應用 一、高考題再現(xiàn) 1．（2017天津）（14分）某混合物漿液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考慮到膠體的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小組利用設計的電解分離裝置（見圖2），使?jié){液分離成固體混合物和含鉻元素溶液，并回收利用?；卮稷窈廷蛑械膯栴}。 Ⅰ．固體混合物的分離和利用（流程圖中的部分分離操作和反應條件未標明） （1）反應①所加試劑NaOH的電子式為_________，B→C的反應條件為__________，C→Al的制備方法稱為______________。 （2）該小組探究反應②發(fā)生的條件。D與濃鹽酸混合，不加熱，無變化；加熱有Cl2生成，當反應停止后，固體有剩余，此時滴加硫酸，又產(chǎn)生Cl2。由此判斷影響該反應有效進行的因素有（填序號）___________。 a．溫度 b．Cl-的濃度 c．溶液的酸度 （3）0.1 mol Cl2與焦炭、TiO2完全反應，生成一種還原性氣體和一種易水解成TiO2xH2O的液態(tài)化合物，放熱4.28 kJ，該反應的熱化學方程式為__________。 Ⅱ．含鉻元素溶液的分離和利用 （4）用惰性電極電解時，CrO42-能從漿液中分離出來的原因是__________，分離后含鉻元素的粒子是_________；陰極室生成的物質(zhì)為___________（寫化學式）。 【答案】（14分） （1） 加熱（或煅燒） 電解法 （2）a c （3）2Cl2(g)+ TiO2(s)+2C(s)===TiCl4(l)+2CO(g) ΔH=?85.6kJmol?1 （4）在直流電場作用下，CrO42-通過陰離子交換膜向陽極室移動，脫離漿液 CrO42-和Cr2O72- NaOH和H2 【解析】惰性電極電解混合物漿液時，Na+移向陰極，CrO42-移向陽極。Al(OH)3、MnO2剩下在固體混合物中。固體混合物加入NaOH時，Al(OH)3轉(zhuǎn)化為AlO2-，通入CO2轉(zhuǎn)化為Al(OH)3沉淀，再加熱分解為Al2O3，最后熔融電解得Al。 （1）NaOH的電子式為；根據(jù)上述分析，B→C的條件為加熱或煅燒，C→Al的制備方法稱為電解法。 （4）用惰性電極電解時，在直流電場作用下，CrO42-通過陰離子交換膜向陽極室移動，脫離漿液，從而使CrO42-從漿液中分離出來；因2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O，所以分離后含鉻元素的粒子是CrO42-和Cr2O72-；陰極室H+放電生成H2，剩余的OH-與透過陽離子交換膜移過來的Na+結(jié)合生成NaOH，所以陰極室生成的物質(zhì)為NaOH和H2。 2．（2017江蘇）(12分)鋁是應用廣泛的金屬。以鋁土礦(主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì))為原料制備鋁的一種工藝流程如下: 注:SiO2在“堿溶”時轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。 （1）“堿溶”時生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_____________________。 （2）向“過濾Ⅰ”所得濾液中加入NaHCO3溶液，溶液的pH_________ (填“增大”、“不變”或“減小”)。 （3）“電解Ⅰ”是電解熔融 Al2O3，電解過程中作陽極的石墨易消耗，原因是___________。 （4）“電解Ⅱ”是電解Na2CO3溶液，原理如圖所示。 陽極的電極反應式為_____________________，陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A的化學式為____________。 （5）鋁粉在1000℃時可與N2反應制備AlN。在鋁粉中添加少量NH4Cl固體并充分混合，有利于AlN的制備，其主要原因是_____________________。 【答案】（1）Al2O3+2OH-=2AlO2-+H2O （2）減小 （3）石墨電極被陽極上產(chǎn)生的氧氣氧化 （4）4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑ H2 （5）氯化銨分解產(chǎn)生的氯化氫能夠破壞鋁表面的氧化鋁薄膜 （3）電解I過程中，石墨陽極上氧離子被氧化為氧氣，在高溫下，氧氣與石墨發(fā)生反應生成氣體，所以，石墨電極易消耗的原因是被陽極上產(chǎn)生的氧氣氧化。 （4）由圖中信息可知，生成氧氣的為陽極室，溶液中水電離的OH-放電生成氧氣，破壞了水的電離平衡，碳酸根結(jié)合H+轉(zhuǎn)化為HCO3-，所以電極反應式為4CO32-+2H2O-4e-=4HCO3-+O2↑，陰極室氫氧化鈉溶液濃度變大，說明水電離的H+放電生成氫氣而破壞水的電離平衡生成大，所以陰極產(chǎn)生的物質(zhì)A為H2 。 （5）鋁在常溫下就容易與空氣中的氧氣反應生成一層致密的氧化膜。氯化銨受熱分解產(chǎn)生的氯化氫能夠破壞鋁表面的氧化鋁薄膜，所以加入少量的氯化銨有利于AlN的制備。 二、考點突破 1、制備新物質(zhì) 典例1（2019屆湖南師大附中高三上學期月考試卷一）以H2、O2、熔融鹽Na2CO3組成燃料電池，采用電解法制備Fe(OH) 2，裝置如右圖所示，其中電解池兩極材料分別為鐵和石墨，通電一段時間后，右側(cè)玻璃管中產(chǎn)生大量的白色沉淀。則下列說法正確的是 A． 石墨電極Ⅱ處的電極反應式為O2＋4e－===2O2－ B． X是鐵電極 C． 電解池中的電解液為蒸餾水 D． 若將電池兩極所通氣體互換，X、Y兩極材料也互換，實驗方案更合理 【答案】D 2、處理廢水 典例2（2019屆安徽省合肥市高三上學期調(diào)研性檢測）甲圖為一種新型污水處理裝置，該裝冒可利用一種微生物將有機廢水的化學能直接轉(zhuǎn)化為電能，乙圖是種用惰性電極電解飽和食鹽水的消毒液發(fā)生器。關于甲、乙的說法不正確的是 A． 裝置甲的X極要與裝置乙中的a極連接 B． 裝置乙中b極的電極反應式為:2C1--2e-=Cl2↑ C． 當N極消耗lmol氣體時，有2molH+通過離子交換膜 D． 若有機廢水中主要含有淀粉，則裝置甲中M極反應為:(C6H10O5)n+7nH2O-24ne-=6nCO2↑+24nH+ 【答案】C 【解析】A、由題圖甲分析得出M(或X)為負極，N(或Y)為正極，由圖乙分析得出a為陰極，b為陽極。乙的a極要與甲的X極相連接，選項A正確；B、乙的b極為陽極，氯離子放電，選項B正確；C、氧氣在N電極得到電子，電極反應式為O2＋4H＋＋4e－=2H2O，故當N極消耗lmol氣體時，有4molH+通過離子交換膜，選項C不正確；D、因圖甲中傳遞的是質(zhì)子，葡萄糖在M極放電，故電極反應式為 (C6H10O5)n+7nH2O-24ne-=6nCO2↑+24nH+，選項D正確；答案選C。 3、凈化水 典例3（2018屆湖北省鄂州市高三下學期第三次模擬考試）世界水產(chǎn)養(yǎng)殖協(xié)會網(wǎng)介紹了一種利用電化學原理凈化魚池中水質(zhì)的方法，其裝置如圖所示。下列說法正確的是 A． X為電源負極 B． 若該裝置在高溫下進行，則凈化效率將降低 C． 若有1molNO3-被還原，則有6molH+通過質(zhì)子膜遷移至陰極區(qū) D． 若BOD為葡萄糖(C6H12O6)，1mol葡萄糖被完全氧化時，理論上電極流出20 mol e- 【答案】B 4、電鍍 典例4（2018屆寧夏石嘴山市第三中學高三下學期第四次模擬考試）一種新型鎂儲備電池的儲存壽命長,電壓平穩(wěn),電池的總反應為Mg+Cu2Cl2=2Cu+MgCl2,以該電池為電源在銅片上鍍銀的實驗裝置如圖所示。 下列說法正確的是 A． 接通電路后,電池的正極質(zhì)量減小 B． 若反應消耗1mol Mg,則有1mol Cl-通過陰離子交換膜 C． M電極材料為銅片 D． 接通電路后,AgNO3溶液的濃度減小 【答案】A 5、凈化空氣 典例5（2018年江西省贛州市高三（5月）適應性考試）鈰(Ce)是鑭系金屬元素。空氣污染物NO通常用含Ce4+的溶液吸收，生成HNO2、NO3ˉ，再利用電解法將上述吸收液中的HNO2轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，同時生成Ce4+，其原理如圖所示。下列說法正確的是 A． H+由右室進入左室 B． Ce4+從電解槽的c口流出，且可循環(huán)使用 C． 陰極的電極反應式：2HNO2+6H++6eˉ=N2↑+4H2O D． 若用甲烷燃料電池作為電源，當消耗標準狀況下33.6L甲烷時，理論上可轉(zhuǎn)化HNO22mol 【答案】C 6、電解合成氨 典例6（2018屆山東省煙臺市高三高考適應性練習一）電解法合成氨因其原料轉(zhuǎn)化率大幅度提高，有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)的工業(yè)合成氨工藝。電解法合成氨的兩種原理及裝置如圖1和圖2所示。 下列說法錯誤的是 A． a電極上通入的物質(zhì)是H2 B． 電解池中b是陽極，c是陰極 C． d電極上電極反應式是N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2- D． 若I=2.0A，通電1h，理論上兩裝置均可得NH3的質(zhì)量為。(已知一個電子的電量為1.610-19C) 【答案】B 【解析】通過圖1得出b極通入的是N2，所以a極通入的氣體應該H2，A說法正確；b極通入的是N2，得到電子，發(fā)生還原反應，所以電解池的b極是陰極，c極O2-失去電子，發(fā)生氧化反應，c極是陽極，B說法錯誤；d電極是陰極，N2得到電子生成NH3，總反應式是：2N2+6H2O=4NH3+3O2，所以陰極（d電極）的電極反應式：N2+3H2O+6e-=2NH3+3O2-，C說法正確；當流過的電流1 安培時，每秒鐘所通過的電量為 1 庫侖，所以I=2.0A，通電1h，理論上電量是：2.06060C，通過的電子：（2.06060）(1.610-19NA)mol,1molN原子得到3mol電子生成NH3，所以n（NH3）=（2.06060）(1.610-19NA3)mol, NH3的質(zhì)量是：m（NH3）=n（NH3）?M（NH3）=，D正確。 7、金屬表面抗腐蝕處理 典例7（2018屆四川省涼山州高三第三次診斷性檢測）工業(yè)上通過電化學原理在鋁片表面形成氧化膜來提高其抗腐蝕能力，工作原理如下圖所示。列說法正確的是 A． 碳棒可用任意金屬代替，其作用是傳遞電流 B． 通電一段時間后，溶液的pH增大 C． 通電后電子被強制從碳棒流向鋁片使鋁表面形成氧化膜 D． 可通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來控制氧化膜的形成速度 【答案】D