高二化学选修4高考题库考点5电解池 20页

高二化学选修 4 高考题库：考点 5 电解池 考点 5 电解池 一、2010 年高考试题 1.（2010·全国卷Ⅱ·T29·15 分）如图是一个用铂丝作电极，电解稀的 MgSO4，电解液中 加有中性红指示剂，此时溶液呈红色。（指示剂的 PH 变色范围：6.8~8.0，酸色-红色，碱 色-黄色） 回答下列问题： （1）下列关于电解过程中电极附近溶液颜色变化的叙述正确的是 （填编号。； ①A 管溶液由红变黄； ②B 溶液由红变黄； ③A 管溶液不变色； ④B 管溶液不变色 (2)写出 A 管中发生反应的反应式 。 (3)写出 B 管中发生反应的反应式 。 (4) 检 验 a 管 中 气 体 的 方 法 是 。 (5) 检 验 b 管 中 气 体 的 方 法 是 。 (6) 电 解 一 段 时 间 后 ， 切 断 电 源 ， 将 电 解 液 倒 入 烧 杯 内 观 察 到 的 现 象 是 。 【命题立意】本题以电化学为考查对象，主要考查电极反应、指示剂的变色情况及气体的检 验等。 【思路点拨】由图可知该装置为电解池，根据阴、阳离子的放电顺序，可知 A、B 两极分别 为 H+和 OH-放电，根据放电确定溶液的酸碱性及气体的检验方法。 【规范解答】①由装置图可知 A 为电解池的阴极，电极反应为:4H++4e-=2H2↑；B 为电解池 的阳极，电极反应为：4OH--4e-=2H2O+O2↑。根据放电情况可知 A 极由于 H+放电附近显碱性， 指示剂应显黄色，同时还会发生反应 Mg2++2OH-=Mg(OH)2；B 极由于 OH-放电附近显酸性，指 示剂仍显本身的颜色红色。②在检验 H2 时利用其可燃性，检验 O2 时用能使带火星的木条能 否复燃性进行检验。③由于该电解池实质是电解水，所以将电解液倒入烧杯后，整个溶液 呈中性，故指示剂变红，Mg(OH)2 沉淀会消失。 答案：（1）①④ （2） 2H+ + 2e- = H2↑ Mg2++2OH-=Mg(OH)2； （3）4OH--4e-=2H2O+O2↑ （4）用拇指按住管口，取出试管，靠近火焰，放开拇指，有爆鸣声，管口有蓝色火焰 （5）用拇指按住管口，取出试管，放开拇指，将带有火星的木条伸入试管内会复燃 （6）溶液呈红色，白色沉淀溶解（或大部分溶解） 【类题拓展】用惰性电极进行电解的规律 电 解 类 型 电解质组成 举 例 电极反应式 pH 变化 恢复原浓度方法 1. 电 解 电解质 1.不活泼金属无氧 酸盐(CuCl2) 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 减小 加 CuCl2(s) 阴极：Cu2++2e-=Cu 2.无氧酸（HCl） 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 增大 加 HCl(g) 阴极：2H++2e-=H2↑ 2. 电 解 水 含氧酸（H2SO4) 阳极：40H--4e-=2H2O+O2↑阴 极：4H++4e-=2H2↑ 减小 加 H2O 强碱(NaOH) 增大 活泼金属含氧酸盐 (K2SO4溶液) 不变 3. 放 氢 生碱型 活泼金属无氧酸盐 (KCl 溶液) 阳极：2Cl--2e-=Cl2↑ 阴极：2H++2e-=H2↑ 2KCl+2H2O=2KOH+H2↑+Cl2 ↑ 增大 加 HCl（g） 4. 放 氧 生酸型 不活泼金属的含氧 酸盐（CuSO4溶液） 阳极：4OH--4e-=2H2O+O2↑阴 极 ： 2Cu2++4e-=2Cu 2CuSO4+2H2O=2Cu+O2↑+2H2S O4 减小 加 CuO（s） 2.（2010·福建理综·T11·6 分）(铅蓄电池的工作原理为： 2 2 4 4 22 2 2Pb PbO H SO PbSO H O    研读下图，下列判断不正确的是 A. K 闭合时，d 电极反应式： 2 4 2 2 42 2 4PbSO H O e PbO H SO       B. 当电路中转移 0.2mol 电子时，I 中消耗的 2 4H SO 为 0.2 mol C. K 闭合时，II 中 2 4SO  向 c 电极迁移 D. K 闭合一段时间后，II 可单独作为原电池，d 电极为正极 【命题立意】本题以蓄电池为载体，着重考查了考生对电化学相关知识的掌握情况，其中涉 及到了电极反应式的书写、化学计算、离子移动方向的判断以及蓄电池的工作原理的考查。 将电化学有关知识与元素化合物、化学计算等学科内知识综合在一起进行考查，是高考命题 的一个新的变化。 【思路点拨】解答本题应注意以下几个问题：（1）书写电极反应式时应看清充放电的方向， 同时注意元素价态的变化。（2）结合装置，正确判断电极情况。（3）熟练掌握蓄电池工作原 理。 【规范解答】选 C。 选项 A ：K 闭合时Ⅰ为原电池，Ⅱ为电解池，Ⅱ中发生充电反应，d 电极为阳极发生氧化反 应，其反应式为 PbSO4 + 2H2O -2e- = PbO2 + 4H+ + SO4 2- 所以 A 正确。 选项 B：在上述总反应式中，得失电子总数为 2e-，当电路中转移 0.2mol 电子时，可以计算 出Ⅰ中消耗的硫酸的量为 0.2mol，所以 B 项正确。 选项 C：K 闭合时 d 是阳极，阴离子向阳极移动，所以 C 项错误。 选项 D：K 闭合一段时间，也就是充电一段时间后Ⅱ可以作为原电池，由于 c 表面生成 Pb， 放电时做电源的负极，d 表面生成 PbO2，做电源的正极，所以 D 项正确。 3.（2010·安徽高考·T8·6 分）下列实验操作或装置符合实验要求的是 A．量取 15.00mL NaOH 溶液 B.定容 C.电解制 Cl2 和 H2 D.高温煅烧石灰 石 【命题立意】本题以教材实验为依托，考查了实验的基本操作、实验原理及常规仪器的使用 方法。 【思路点拨】根据实验操作过程中的实验操作知识进行判断分析。 【规范解答】选 A。 B 项，胶头滴管下端口不能伸入到容量瓶内；C 项，铜电极应为电解池的阴极才能电解产生 出氯气和氢气；D 项，坩埚不能带盖密闭加热。 4.（2010·海南高考·T9·4 分）利用电解法可将含有 Fe、Zn、Ag、Pt 等杂质的粗铜提纯， 下列叙述正确的是 A．电解时以精铜作阳极 B．电解时阴极发生还原反应 C．粗铜连接电源负极，其电极反应是 Cu =Cu2+ + 2e— D．电解后，电解槽底部会形成含少量 Ag、Pt 等金属的阳极泥 【命题立意】本题考查电解池的基本原理及其应用，理解工业精炼铜的原理方法。 【思路点拨】电解精炼金属的过程： 粗金属 纯金属 溶解，氧化反应 金属离子得到电子， 还原反应 阳极 电源正极 电源负极阴极 【规范解答】选 BD。 电解法精炼金属铜时，粗铜作阳极，失去电子逐渐溶解，Cu2+得到电子后析出，附着在阴极 上，故精铜作阴极；在电解池中，阴极接电源的负极，发生还原反应，阳极接电源的正极， 发生氧化反应，A、C 错误 B 正确；越活泼的金属越易失去电子，故比铜活泼的 Fe、Zn 先失 去电子，变成 Fe2+、Zn2+进入溶液，然后是铜失去电子，变成 Cu2+进入溶液， 因 Ag、Pt 等金 属不如铜活泼，故在铜溶解后便沉淀在阳极底部成为阳极泥，D 正确。 【类题拓展】电解原理的另一应用是电镀，其原理为： 镀层金属 待镀金属 镀层溶解，氧化反应 镀层金属离子得到 电子，还原反应 阳极 电源正极 电源负极阴极 5.（2010·山东高考·T29·12 分）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。 （1）以下为铝材表面处理的一种方法： ①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是______（用离 子方程式表示）。为将碱洗槽液中铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的 _______________。 a．NH3 b．CO2 c．NaOH d．HNO3 ②以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应为_________。 取少量废电解液，加入 NaHCO3 ，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是 ___________________________。 （ 2 ） 镀 铜 可 防 止 铁 制 品 腐 蚀 ， 电 镀 时 用 铜 而 不 用 石 墨 作 阳 极 的 原 因 是 ______________________。 （3）利用如图装置，可以模拟铁的电化学防护。 若 X 为碳棒，为减缓铁的腐蚀，开关 K 应置于______处。 若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，该电化学防护法称为_______。 【命题意图】考查铝及其化合物的性质、电极反应式的书写、盐类水解、电镀及金属防腐的 方法。 【思路点拨】Al(OH ) 3 不溶于弱酸，也不溶于弱碱，但是碳酸的酸性强于偏铝酸，故 NaAlO2 溶液中通入 CO2 会有白色沉淀 Al(OH ) 3 生 成 ； 单 种 离 子 的 水 解 程 度 不 大 ， 一 般 不 会 产 生 气 体 或 沉 淀 ，当 两 种 离 子 相 互 促 进 水 解 时 ，往 往 容 易 产 生 气 体 或 沉 淀 。 【规范解答】(1) ①冒气泡的原因是Al与NaOH反应，化学方程式为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2 -+3H2 ↑； 使 AlO2 -生成沉淀，最好是通入 CO2，若加 HNO3，沉淀容易溶解。 ②阳极是 Al 发生氧化反应，要生成氧化膜,还必须有 H2O 参加，故电极反应式为：2Al+3H2O-6e -=Al2O3+6H+；加入 NaHCO3 溶液后产生气泡和白色沉淀，是由于废电解液中含有 Al3+和 HCO3 -相 互促进水解。 (2)电镀时，阳极 Cu 可以发生氧化反应生成 Cu2+,以补充 Cu2+. (3)铁被保护，可以是做原电池的正极，或者电解池的阴极，故若 X 为碳棒，开关 K 应置于 N 处，Fe 做阴极受到保护；若 X 为锌，开关 K 置于 M 处，铁是做正极，锌作负极，称为牺牲 阳极的阴极保护法。 答案：(1)①2Al+2OH－+2H2O===2AlO2 －+3H2↑； b ②2Al+3H2O－6e－=Al2O3+6H+；因为 Al3+和 HCO3 －相互促进水解：Al3++3HCO3 －===Al(OH)3↓+3CO2 ↑ (2)阳极 Cu 可以发生氧化反应生成 Cu2+。 (3) N 牺牲阳极阴极保护法 【类题拓展】 1．电镀：待镀金属制品作阴极，镀层金属作阳极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液，阳 极反应：M – ne- =Mn+（进入溶液），阴极反应 Mn+ + ne- =M（在镀件上沉积金属） 2．电解精炼铜：以粗铜为阳极，精铜为阴极，含铜离子的溶液作电解质溶液。电解时发生 如下反应：阳极（粗铜）：Cu -2e- = Cu2+；阴极（纯铜）：Cu2+ + 2e- = Cu。 3．电冶金：Na、Mg、Al 的制取，如，电解熔融 NaCl 制金属 Na：2NaCl(熔融) =2Na + Cl2 ↑。 4．金属腐蚀的快慢：在相同的电解质溶液中，金属腐蚀的快慢一般为：电解池的阳极>原电 池负极>化学腐蚀>电解池阴极、原电池正极。 5．金属腐蚀和电化学腐蚀的比较： 电化学腐蚀（吸氧腐蚀） 化学腐蚀 条件 不纯金属或合金与电解质 溶液接触构成微小原电池 金属跟接触物质（多为非电解质） 直接反应 现象 有微弱电流产生 无电流产生 结果 活泼金属被腐蚀 较不活泼金属得到保护 各种金属都有可能被腐蚀 6.（2010·天津高考·T2·6 分）化学已渗透到人类生活的各个方面。下列说法不正确的是 A．阿司匹林具有解热镇痛作用 B．可以用 Si3N4、Al2O3 制作高温结构陶瓷制品 C．在入海口的钢铁闸门上装一定数量的铜块可防止闸门被腐蚀 D．禁止使用四乙基铅作汽油抗爆震剂，可减少汽车尾气污染 【命题立意】考查化学与 STES。化学与日常生活、社会热点问题、食品、医药、能源、环 保、化工生产、高新产品等方面的内容是高考考查的重要内容。 【思路点拨】在平时的学习中多了解些化学常识知识。 【规范解答】选 C。 阿司匹林是常用的解热阵痛药，这是生活常识，故 A 项正确；Si3N4、Al2O3 是常用的高温结 构陶瓷，故 B 项正确；铜和铁组成的原电池，铁作负极被腐蚀，故 C 项错误；铅是一种重要 的污染物，故 D 项正确。 【类题拓展】 金属的腐蚀与防护 实例 负极： 2Fe-4e-=2Fe2+ 正极： O2+2H2O+4e-=4OH- 2Fe+3Cl2=2FeCl3（某些工厂） 本质 金属原子失去电子被氧化而损耗 联系 两种腐蚀同时发生，但电化腐蚀较化学腐蚀普遍，钢铁以吸氧腐蚀常见 金属的 防护 ①改变金属内部结构，如制成不锈钢；②在金属表面覆盖保护层，如电镀、涂油、 喷漆、搪瓷、镀氧化膜（致密），目的使金属制品与周围物质隔开；③电化学保 护法（被保护金属作为原电池的正极或电解池的阴极） （1）金属腐蚀快慢的判断： ①与构成原电池的材料有关，若两极材料的活泼性相差越大，两极间的电动势越大，氧化还 原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速率就越快。 ②与金属所接触的电解质强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中 的腐蚀，活泼金属在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。 ③一般而言，电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护措施的防护。 （2）金属防护的方法： ①改变金属内部的组成结构，将金属制成合金，增强抗腐蚀能力。 ②在金属表面覆盖保护层，使金属和周围物质隔离开来。 ③牺牲阳极保护法：利用原电池反应将需要保护的金属作为原电池的正极而受到保护。 ④阴极电保护法：利用电解原理将需要保护的金属与外加直流电源的负极相连让其成为阴极 而受到保护。 7.（2010·天津高考·T7·14 分）X、Y、Z、L、M 五种元素的原子序数依次增大。X、Y、Z、 L 是组成蛋白质的基础元素，M 是地壳中含量最高的金属元素。 回答下列问题： ⑴ L 的元素符号为________ ；M 在元素周期表中的位置为________________；五种元素 的原子半径从大到小的顺序是____________________（用元素符号表示）。 ⑵ Z、X 两元素按原子数目比 l∶3 和 2∶4 构成分子 A 和 B，A 的电子式为___，B 的结构 式为____________。 ⑶ 硒（se）是人体必需的微量元素，与 L 同一主族，Se 原子比 L 原子多两个电子层， 则 Se 的原子序数为_______，其最高价氧化物对应的水化物化学式为_______。该族 2 ~ 5 周期元素单质分别与 H 2 反应生成 l mol 气态氢化物的反应热如下，表示生成 1 mol 硒化 氢反应热的是__________（填字母代号）。 a．+99.7 mol·L－1 b．+29.7 mol·L－1 c．－20.6 mol·L－1 d．－241.8 kJ·mol －1 ⑷ 用 M 单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3 溶液作电解液进行电解，生成难溶物 R，R 受 热分解生成化合物 Q 。写出阳极生成 R 的电极反应式：______________；由 R 生成 Q 的 化学方程式：_______________________________________________。 【命题立意】本题以元素的推断为背景，综合考查了元素符号的书写、元素位置的判断和原 子半径大小的比较；考查了电子式、结构式的书写，元素周期律和电极反应式、化学方程式 的书写，是典型的学科内综合试题。 【思路点拨】解答本题的突破口是地壳中含量最高的金属元素和蛋白质的组成。 【规范解答】(1)X、Y、Z、L 是组成蛋白质的四种元素且原子序数依次增大，故分别为：H、 C、N、O 元素；M 是地壳中含量最高的元素，为 Al，其在周期表的位置为第 3 周第ⅢA 族； 再根据五种元素在周期表的位置，可知半径由大到小的顺序是：Al＞C＞N＞O＞H。 (2) N 和 H 1：3 构成的分子为 NH3，电子式为 ；2：4 构成的分子为 N2H4，其结构式为 。 (3)Se 比 O 多两个电子层，共 4 个电子层，1→4 电子层上的电子数分别为：2、8 、18、6， 故其原子序数为 34；其最高价氧化物对应的水化物的化学式类似 H2SO4，为 H2SeO4。 非金属性越强，与氢气反应放出的热量越多，故 2→5 周期放出的热量依次是：d、c、b、a， 则第四周期的 Se 对应的是 b。 (4)Al 作阳极失去电子生成 Al3+，Al3++3HCO3 -==Al(OH)3+3CO2，2Al(OH)3 Al2O3+3H2O。 答案：(1)O 第三周第ⅢA 族 Al＞C＞N＞O＞H (2) (3) 34 H2SeO4 b (4) Al-3e- Al3+ Al3++3HCO3 -==Al(OH)3+3CO2 2Al(OH)3 Al2O3+3H2O。 【类题拓展】 电解时电极产物的判断 （1）阳极产物的判断： 首先看阳极电极材料，若阳极电极材料是活性电极（金属活动性顺序表中 Ag 之前的金属单 质），则阳极电极材料失去电子，阳极溶解，溶液中的阴离子不发生变化；若阳极电极材料 是惰性电极（Pt、Au、石墨），则要看溶液中阴离子的失电子能力，此时可根据阴离子放电 顺序加以判断，阴离子的放电顺序为： S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子>F-。 （2）阴极产物的判断： 直接根据阳离子放电顺序加以判断，阳离子的放电顺序与金属活动性顺序表相反，其中： Ag+>Fe3+>Cu2+>H+；电镀时：Zn2+>H+。 强调：阴极电极材料与金属活动性无关。 8.（2010·浙江高考·T9·6 分） Li-Al/FeS 电池是一种正在开发的车载电池，该电池中正 极的电极反应 式为：2Li++FeS+2e-＝Li2S+Fe 有关该电池的下列说法中，正确的是 A．Li-Al 在电池中作为负极材料，该材料中 Li 的化合价为+1 价 B．该电池的电池反应式为：2Li+FeS＝Li2S+Fe C．负极的电极反应式为 Al-3 e =Al3+ D．充电时，阴极发生的电极反应式为： 2Li s+Fe-2 2e Li FeS   【命题立意】本题主要以新型电池为载体，考查电极材料及电极反应式的书写。 【思路点拨】解答本题可先根据正极的电极反应式判断负极材料，进而判断出负极的电极反 应式和电池的电池反应式。 【规范解答】选 B。 由正极的电极反应式知，在负极上 Li 失去电子被氧化，所以 Li-Al 在电池中作为负极材料， 该材料中 Li 的化合价为 0 价，故 A 项错误；负极的电极反应式为：2Li-2 e =2Li+，故 C 项 错误；该电池的电池反应式为正、负电极的电极反应式之和：2Li+FeS＝Li2S+Fe，故 B 项正 确；由于充电时阴极发生还原反应，所以阴极的电极反应式为：2Li++2 e =2Li，故 D 项错误。 二、2009 年高考试题 1.(2009·广东高考·14)可用于电动汽车的铝-空气燃料电池，通常以 NaCl 溶液或 NaOH 溶 液为电解液， 铝合金为负极，空气电极为正极。下列说法正确的是 ( ) A．以 NaCl 溶液或 NaOH 溶液为电解液时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－ = 4OH－ B．以 NaOH 溶液为电解液时，负极反应为：Al＋3OH－－3e－ = Al(OH)3↓ C．以 NaOH 溶液为电解液时，电池在工作过程中电解液的 pH 保持不变 D．电池工作时，电子通过外电路从正极流向负极 【解析】正极 O2 得电子，溶液显碱性或中性时，正极反应都为：O2＋2H2O＋4e－＝4OH－，A 正确。铝作负极，铝失电子，中性溶液(NaCl)中的负极反应为：Al－3e－ = Al3＋，碱性 溶液(NaOH)中的负极反应为：Al＋4OH－－3e－ ＝AlO2 －＋2H2O，B 不正确。在碱性时总的 电池反应式为：4Al＋3O2＋4OH－ = 4AlO2 －＋2H2O，溶液 pH 降低，C 项错。电池工作时， 电子从负极流向正极，D 项错。 答案：A 2.(2009·江苏高考·5)化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不．正确的是 ( ) A．明矾水解形成的 Al(OH)3 胶体能吸附水中悬浮物，可用于水的净化 B．在海轮外壳上镶入锌块，可减缓船体的腐蚀速率 C．MgO 的熔点很高，可用于制作耐高温材料 D．电解 MgCl2 饱和溶液，可制得金属镁 【解析】从放电顺序 K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、Al3＋、H＋(水)可知，电解氯化镁溶液时，阳离 子只能是水电 离出的 H＋得电子，得不到单质 Mg。制金属镁是电解熔融的氯化镁。 答案：D 3.(2009·安徽高考·12)Cu2O 是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取.Cu2O 的电 解池示意图如下，电解总反应：2Cu＋H2O 电解 Cu2O＋H2↑。下列说法正确的是 ( ) A．石墨电极上产生氢气 B．铜电极发生还原反应 C．铜电极接直流电源的负极 D．当有 0.1 mol 电子转移时，有 0.1 mol Cu2O 生成。 【解析】判断二极是解题的关键。从电解总反应知：金属 Cu 被氧化，铜电极应为阳极，发 生氧化反应， 电极反应式为：2Cu－2e－＋2OH－ Cu2O＋H2O，所以 B 项、C 项均错；同时可知当有 0.1 mol 电子转移 时，应有 0.05 mol Cu2O 生成，D 项也错。石墨电极应与电源的负极相连，发生还原反应： 2H＋＋2e－ H2↑，A 项正确。 答案：A 4.(2009·浙江高考·12)市场上经常见到的标记为 Li-ion 的电池称为“锂离子电池”。它的 负极材料是金 属锂和碳的复合材料(碳作为金属锂的载体)，电解质为一种能传导 Li＋的高分子材料。这 种锂离子电池 的电池反应为： Li＋2Li0.35NiO2 放电 充电 2Li0.85NiO2 下列说法不正确．．．的是 ( ) A．放电时，负极的电极反应式：Li－e－ =Li＋ B．充电时，Li0.85NiO2 既发生氧化反应又发生还原反应 C．该电池不能用水溶液作为电解质 D．放电过程中 Li＋向负极移动 【解析】此类题，在确定二极后，先考虑放电的各种情况，再考虑充电的各种情况。放电 时，Li 作负极， 失电子(A 项正确)，生成的 Li＋从负极移向正极(D 项错)。充电时，是电池反应的反方向， 从总方程式可 知，此时的 Li0.85NiO2 既发生氧化反应又发生还原反应，B 项正确。C 项，由于 Li 可以与 水反应，故应为 非水材料，正确。 答案：D 5.(2009·全国卷 I·28)下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放 100 g 5.00% 的 NaOH 溶液、 足量的 CuSO4 溶液和 100 g 10.00%的 K2SO4 溶液，电极均为石墨电极。 (1)接通电源，经过一段时间后，测得丙中 K2SO4 浓度为 10.47%，乙中 c 电极质量增加。 据此回答问题： ①电源的 N 端为＿＿＿＿＿＿极； ②电极 b 上发生的电极反应为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； ③列式计算电极 b 上生成的气体在标准状况下的体积：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ④电极 c 的质量变化是＿＿＿g； ⑤电解前后各溶液的酸、碱性大小是否发生变化，简述其原因： 甲溶液＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿； 乙溶液丙溶液＿＿＿＿＿＿＿＿＿； (2)如果电解过程中铜全部析出，此时电解能否继续进行，为什么？ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 【解析】(1)c 电极质量增加是此题的突破口：说明 c 处有 Cu 析出，即 c 为阴极。由此 可推出 b 为阳极(OH－失电子)、a 为阴极、M 为负极、N 为正极。 丙中 K2SO4 浓度的变化，是此题计算的关键。电解 K2SO4 溶液相当于电解水，据溶质守恒 有：100×10% = [100－m(水)]×10.47%，得 m(水) = 4.5 g，即电解水 0.25 mol。 据电子守恒有如下关系： 2H2O(丙) ～ 4e－ ～ O2(b 极) ～ 2Cu(c 极) mol 0.25 mol 2 = )(O L 4.22 2V = (Cu) g 642 m  解得：V(O2) = 2.8 L m(Cu) = 16 g 答案：(1)①正极； ②4OH－－4e－ = 2H2O＋O2↑。 ③水减少的质量：100 g×(1－ %47.10 %00.10 ) = 4.5 g 生成 O2 体积： 1molg 18 g 5.4  × 2 1 ×22.4 L·mol－1 = 2.8 L ④16 g ⑤甲：碱性增大，因为电解后，水量减少，溶液中 NaOH 浓度增大 乙：酸性增大，因为阳极上 OH－生成 O2，溶液中 H＋离子浓度增加 丙：酸碱性大小没有变化，因为 K2SO4 是强酸强碱盐，浓度增加不影响溶液的酸碱性 (2)能继续进行，因为 CuSO4 溶液已转变为 H2SO4 溶液，反应也就变为水的电解反应。 6.(2009·四川高考·29)新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保 电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制 备方法如下： 方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH3COO)2Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后， 在 800 ℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物 均以气体逸出。 方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨 为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在 800 ℃左右、惰性气 体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。 在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子转移的介质，该有机聚合 物的单体之一(用 M 表示)的结构简式如下： C C OCH2CH2O CH3 C OCH3 O O H2C 请回答下列问题： (1)上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是 ________ 。 (2)在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有___________、 __________、___________(填化学式)生成。 (3)在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为_________________。 (4)写出 M 与足量氧化钠溶液反应的化学方程式： 。 (5)已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时 正极的电极反应式为 。 【思路】(1)由亚铁的还原性可以想到选择惰性气氛的原因；(2)因为其他物质为气体， 结合质量守恒进行配平可知有 CO2、H2O、NH3 生成。(3)由于阳极材料是 Fe，又因该极生 成 LiFePO4 可以该极的大体转化过程为“Fe LiFePO4”，根据质量守恒可知还有 H2PO4 －和 Li＋参加反应，从而完成电极反应的书写。(5)充电时，被充电池的正极与电源的正极相 连，此时被充电池实为电解池，被充电池的正极即为电池解的阳极。 【解析】(1)根据题给信息，磷酸亚铁锂中存在的是 Fe2＋离子，很容易被空气中的 O2 氧 化，故灼烧时需用惰性气体保护。 (3)方法二中，阳极的电极反应包括 Fe 原子失去电子生成 Fe2＋，还有 Fe2＋与 H2PO4 －、Li ＋的沉淀反应。 (4)M 分子中含 3 个酯键，跟足量 NaOH 反应时，这 3 个酯键都会断裂。 (5)可充电电池充电时，发生的反应是电池放电时的逆过程，据此原理，原电池放电时， 正极是+3 价铁得电子成为+2 价铁。 答案： (1)为了防止亚铁化合物被氧化。 (2)CO2 H2O NH3。 (3)Fe＋H2PO4 －＋Li＋－2e－ LiFePO4↓＋2H＋。 (4) C C OCH2CH2O CH3 C OCH3 O O H2C +3NaOH C C ONa CH3 O H2C +HOCH2CH2OH+Na2C O3 +CH3OH (5)FePO4＋Li＋＋e－ LiFePO4 7.(2009·重庆高考·26)工业上电解饱和食盐能制取多种化工原料，其中部分原料可用于制 备多晶硅。 (1)如图是离子交换膜法电解饱和食盐水示意图，电解槽阳极产生的气体是 ； NaOH 溶液的出口为 (填字母)；精制饱和食盐水的进口为 (填字母)；干 燥塔中应使用的液体是 。 (2)多晶硅主要采用 SiHCl3 还原工艺生产，其副产物 SiCl4 的综合利用受到广泛关注。 ①SiCl4 可制气相白炭黑(与光导纤维主要原料相同)，方法为高温下 SiCl4 与 H2 和 O2 反 应，产物有两种，化学方程式为 。 ②SiCl4 可转化为 SiHCl3 而循环使用。一定条件下，在 20 L 恒容密闭容器中的反应： 3SiCl4(g)＋2H2(g)＋Si(g) 4SiHCl3(g) 达平衡后，H2 与 SiHCl3 物质的量浓度分别为 0.140 mol/L 和 0.020 mol/L，若 H2 全部来 源于离子交换膜法的电解产物，理论上需消耗纯 NaCl 的质量为 kg。 (3)采用无膜电解槽电解饱和食盐水，可制取氯酸钠，同时生成氢气，现制得氯酸钠 213.0 kg，则生成氢气 3m (标准状况)。 【解析】本题主要考查电解饱和食盐水的原理、还涉及化学平衡和氧化还原反应的计算。 (1)根据图示装置可知在 d 处加入的应是饱和食盐水，在阴极和阳极分别发生还原反应 和氧化反应，即阴极和阳极产物分别是 H2 和 Cl2，并在阴极出口 a 处得到 NaOH 溶液； 阳极产生的 Cl2 可用浓硫酸干燥处理。 (2)①根据信息可知白炭黑为 SiO2，再据氧化还原反应原理可以写出制备气相白炭黑的 反应。 ②生成 SiHCl3 的消耗的 n(H2) = 0.01×20 = 0.2 mol，则起始时 n(H2) = 0.2＋0.14×20 = 3.0 mol；根据 2NaCl～H2 和 H2 为 3 mol，可以求得消耗 NaCl 为 0.351 kg； (3)根据 3H2～3Cl2～NaClO3 及 213.0 kg NaClO3 可以求得生成的 H2 为 134.4 m3。 答案： (1)氯气； a； d； 浓硫酸。 (2)①SiCl4＋2H2＋O2 高温 SiO2＋4HCl ②0.35 (3)134.4 8.(2009·江苏高考·16)以氯化钾和钛白厂的副产品硫酸亚铁为原料生产硫酸钾、过二硫酸 铵和氧化铁红颜料，原料的综合利用率较高。其主要流程如下： FeSO4溶液 NH4HCO3溶液 稀H2SO4 KCl K2SO4(s) NH4Cl溶液 (NH4)2S2O8溶液 H2(g) Fe2O3(s) 反应Ⅰ 反应Ⅱ 反应Ⅲ 反应Ⅳ 空气中煅烧 CO2(g) FeCO3(s)CO2(g) 过滤 过滤 (1)反应 I 前需在 FeSO4 溶液中加入_________(填字母)，以除去溶液中的 Fe3＋。 A．锌粉 B．铁屑 C．KI 溶液 D．H2 (2)反应 I 需控制反应温度低于 35 ℃，其目的是 。 (3)工业生产上常在反应 III 的过程中加入一定量的醇类溶剂，其目的是 。 (4)反应 IV 常被用于电解生产(NH4)2S2O8(过二硫酸铵)。电解时均用惰性电极，阳极发生 的电极反应可表示为 。 【解析】先分析各步变化：经反应 I 后，过滤，所得溶液含(NH4)2SO4、过量的 NH4HCO3； 反应 II 是用稀 H2SO4 与该溶液反应，生成(NH4)2SO4；反应 III 是在主含(NH4)2SO4 的溶液 中加 KCl，析出 K2SO4，NH4Cl 留在溶液中；反应 IV 暂不清楚。 (1)除去 FeSO4 中的 Fe3＋，可用 Fe 屑、I－，但为不引入杂质，只能用铁屑：2Fe3＋＋Fe = 3Fe2＋。 (2)温度过高，NH4HCO3 会分解，会促进 Fe2＋的水解。 (3)反应 III 的目的是析出 K2SO4 固体，在水中加入极性较小的有机溶剂(如醇类)，可降 低离子化合物(如 K2SO4)在水中的溶解度。 (4)电解时阳极发生氧化反应，S2O8 2－中 S 显＋7 价，可知是由 SO4 2－中＋6 价的 S 被氧化得 到。阴极是 H＋放电生成 H2。 答案：(1)B。 (2)防止 NH4HCO3 分解(或减少 Fe2＋的水解)。 (3)降低 K2SO4 的溶解度，有利于 K2SO4 析出。 (4)2SO4 2－－2e－ = S2O8 2－。 9. (2009·广东理基·25)钢铁生锈过程发生如下反应： ①2Fe＋O2＋2H2O 2Fe(OH)2；②4Fe(OH)2＋O2＋2H2O 4Fe(OH)3；③2Fe(OH)3 Fe2O3 ＋3H2O。 下列说法正确的是 ( ) A．反应①、②中电子转移数目相等 B．反应①中氧化剂是氧气和水 C．与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 D．钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 【解析】反应①中水既不是氧化剂，也不是还原剂，B 错。选项 C 中钢质(主要成分是 Fe) 水管与铜质(主要成分是 Cu)水龙头构成原电池，较活泼的钢质水管腐蚀速率加快，C 错。钢铁可认为是铁碳合金，在潮湿的空气中构成了原电池，易发生电化学腐蚀而使铁 生锈。 答案：A 10.(2009·北京高考·6)下列叙述不正确．．．的是( ) A．铁表面镀锌，铁作阳极 B．船底镶嵌锌块，锌作负极，以防船体被腐蚀 C．钢铁吸氧腐蚀的正极反应：O2＋2H2O＋4e－ = 4OH－ D．工业上电解饱和食盐水的阳极反应：2Cl－－2e－ = Cl2↑ 【解析】本题考查电化学知识的应用。Fe 与 Zn 构成原电池时，活泼的 Zn 作负极溶解(即 阳极，A 项错)，使正极 Fe 受到保护(B 项对)。C 项，钢铁吸氧腐蚀时，Fe 作负极被腐蚀， O2 在正极(碳)得电子，C 项正确。D 项，在阳极上失电子能力是 Cl－＞OH－，D 项对。 答案：A 三、2008 年高考试题 1.(2008·上海高考·12)取一张用饱和 NaCl 溶液浸湿的 pH 试纸，两根铅笔芯作电极，接通 直流电源，一段时间后，发现电极与试纸接触处出现一个双色同心圆，内圆为白色，外 圆呈浅红色。则下列说法错误的是 ( ) A．b 电极是阴极 B．a 电极与电源的正极相连接 C．电解过程中，水是氧化剂 D．b 电极附近溶液的 pH 变小 【解析】根据题意，a 电极应产生 Cl2，为阳极，与电源正极相连，则 b 为阴 极。D 项中 b 电极上 H+放电，附近 OH-浓度增大，pH 变大。 答案：D 2.（2008·全国卷Ⅰ·13）电解 100mL 含c（H+）＝0.30mol/L 的下列溶液，当电路中通过 0.04mol 电子时，理论上析出金属质量最大的是（ ） A．0.10mol/LAg+ B．0.02mol/L Zn2+ C．0.20mol/L Cu2+ D．0.20mol/L Pb2+ 【解析】根据离子的放电顺序可知，当电路中通过 0.04mol 的电子时，能析出金属的只 有选项 A 和 C， 根据 Ag＋＋e-===Ag 和 Cu2＋＋2e-===Cu 可知，析出的金属的物质的量分别为 0.04mol 的 Ag 和 0.02mol 的 Cu，其质量分别为 4.32g 和 1.28g。 答案：A。 3.（2008·广东高考·12）下列有关金属腐蚀与防护的说法正确的是（ ） A．纯银器表面在空气中因化学腐蚀渐渐变暗 B．当镀锡铁制品的镀层破损时，镶层仍能对铁制品起保护作用 C．在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 D．可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 【解析】银器在空气中久置会被 O2 所氧化变黑，为化学腐蚀，A 正确。当镀层破损时， Sn-Fe 可形成 原电池，不再起到保护作用，B 错。与 Zn 块形成原电池，Zn 作负极（阳极），从而保护 Fe 正极（阴 极），所以 C 正确；外加电流保护法应该与直流电源的负极相连，故 D 错。 答案：A、C 4.（2008·全国卷Ⅱ·10）右图为直流电源电解稀 Na2SO4 水溶液的装置，通电后在石墨电极 a 和 b 附近分别滴加石蕊溶液，下列实验现象正确的是( ) A．逸出气体的体积：a 电极的小于 b 电极的 B．电极逸出无味气体，另一电极逸出刺激性气味气体 C．a 电极附近呈红色，b 电极附近呈蓝色 D．a 电极附近呈蓝色，b 电极附近呈红色 【解析】Na2SO4===2Na＋＋SO4 2－，H2O H＋＋OH－，SO4 2－和 OH－移向 b 电极，Na＋和 H＋移 向 a 电极，在 b 电极 上：4OH－-4e－ ===2H2O＋O2↑，在 a 电极上：2H＋＋2e－ ===H2↑， 所以产生的气体体积 a 电极的大于 b 电极的；两种气体均为无色无味的气体；由于 a 电极上 H＋放电，所以 a 电极附近的 c(OH－)＞c(H＋)，滴加石蕊试液 a 电极附近变蓝色， 同理，b 电极附近变红色。 答案：D。 5.（2008·天津高考·12）下列叙述正确的是（ ） A．在原电池的负极和电解池的阴极上都是发生失电子的氧化反应 B．用惰性电极电解 Na2SO4 溶液，阴阳两极产物的物质的量之比为 1：2 C．用惰性电极电解饱和 NaCl 溶液，若有 1 mol 电子转移，则生成 1 molNaOH D．镀层破损后，镀锡铁板比镀锌铁板更耐腐蚀 【解析】选项 A 中在电解池的阴极是阳离子得到电子，发生的是还原反应；选项 B 中用 惰性电极电解 Na2SO4 溶液，实际上是电解水，在阴极上：2H＋＋2e－ ===H2↑，在阳极上：4OH－-4e－ ===2H2O ＋O2↑， 所以阴阳两极产物的物质的量之比为 2∶1；选项 C 中 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑ ＋H2↑，每生成 2mol 的 NaOH 转移的电子数为 2mol，所以转移 1mol 电子，生成的 NaOH 就是 1mol；选 项 D 中镀层破损 后，镀锡铁组成的原电池，Fe 作负极而被腐蚀，镀锌铁组成的原电池，Zn 作负极，所 以镀锡铁板比 镀锌铁板更容易腐蚀。 答案：C。 6.(2008·山东高考·30)食盐是日常生活的必需品，也是重要的化工原料。 （1）粗食盐常含有少里 K+、Ca2+、Mg2+、Fe3+、S 2 4O 等杂质离子，实验室提纯 NaCl 的流 程如下： 提供的试剂：饱和 Na2CO3 溶液 饱和 K2CO3 溶液 NaOH 溶液 BaCl2 溶液 Ba（NO3）2 溶液 75% 乙醇 四氯化碳 ①欲除去溶液 I 中的 Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO4 2-离子，选出 a 所代表的试剂，按滴加顺序依 次为 _________________（只填化学式）。 ②洗涤除去 NaCl 晶体表面附带的少量 KCl，选用的试剂为 。 （2）用提纯的 NaCl 配制 500mL 4.00 mol·L-1 NaCl 溶液，所用仪器除药匙、玻璃棒外 还有 （填仪器名称）。 （3）电解饱和食盐水的装置如图所示，若收集的 H2 为 2 L ，则同样条件下收集的 Cl2 （填“＞”、“＝”或“＜” ) 2 L，原因是 。装 置改进后，可用 于制备 NaOH 溶液，若测定溶液中 NaOH 的浓度，常用的方法为 。 （4）实验室制备 H2 和 Cl2 通常采用下列反应： Zn+ H2SO4 ZnSO4+H2↑ MnO2+4HCl (浓) Mn Cl2+ Cl2↑+2 H2O 据此，从下列所给仪器装置中选择制备并收集 H2 的装置 （填代号）和 制备并收集干燥、纯净 Cl2 的装置 （填代号）。 可选 用制备气体的装置： 【解析】（1）为除去镁离子和三价铁离子可选用 NaOH，也可以用碳酸钠与二者的双水解 反应，除去硫酸根选用氯化钡，过量的氯化钡要用碳酸钠来除去，因此顺序为 BaCl2、 NaOH、Na2C03，若不用氢氧化钠，则答案为 BaCl2、Na2C03；除去 NaCl 晶体表面附带的少 量 KCl，选用的试剂为 75%的乙醇，因为乙醇溶解氯化钾后易挥发不残留其它物质。 （2）根据配制固定容积固定浓度的氯化钠溶液需要称量一定质量的氯化钠固体，需用天 平称量、用烧杯转移溶解好的溶液、用 500mL 的容量瓶配溶液、用胶头滴管定容。 （3）考虑到氯气与碱的反应，生成的氯气体积会变小，改进后可用酸碱中和滴定方法测 定碱的浓度。 （4）考虑所给反应物质的状态与气体的性质选用气体发生和收集的装置。制备氢气不需 加热，且锌粒为固体颗粒，氢气难溶于水，密度比空气小，因此 a、e、f 中只有 e 正确； 氯气可溶于水，且氯气中混有挥发的氯化氢和水蒸气，为除杂需选用 d 装置。 答案：（1）①BaCl2、NaOH、NaCO3（错选或多选本小题不得分。）NaOH 溶液的加入顺序 及是否答 NaOH 不影响得分 ②75％乙醇 （2）天平、烧怀、500mL 容量瓶、胶头滴管 （3）< 电解生成的氯气与电解生成的 NaOH 发生了反应 （4）e d