知识讲解_电解应用（提高）

1 高考总复习 电解应用 【考纲要求】 1．巩固电解池的工作原理和电解规律。 2．了解电解原理在氯碱工业、电镀、电冶金属等方面的应用。 【考点梳理】 考点一：氯碱工业 1．定义 工业上用电解饱和 NaCl 溶液的方法来制取 NaOH、Cl2 和 H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯 碱工业。 2．电解饱和食盐水 （1）反应原理 饱和食盐水成分：溶液存在 Na+、Cl－、H+、OH－四种离子。 　　电极反应式： 　　阴极：2H+＋2e－=H2↑（还原反应）； 　　阳极：2Cl－－2e－=Cl2↑（氧化反应）。 　　电解总化学方程式： 　　 （2）实验简易装置 　 如图所示在烧杯里装入饱和食盐水，滴入几滴酚酞试液。用导线把铁钉、石墨捧、电流表接在直流电源上。 观察现象，并用湿润的碘化钾淀粉试纸检验阳极放出的气体。 　　 （3）实验现象 　　 阳极（石墨棒）上有气泡逸出、该气体呈黄绿色，有刺激性气味，使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝；石墨棒 附近的溶液由无色变为黄绿色。阴极（铁钉）上逸出气体，该气体无色、无味；阴极附近的溶液由无色先后变为 浅红色、红色，且红色区域逐渐扩大。 要点诠释： 　　①阴极区域变红原因：由于 H+被消耗，使得阴极区域 OH－离子浓度增大（实际上是破坏了附近水的电离平 衡，由于 KW 为定值，c(H+)因电极反应而降低，导致 c(OH－)增大，使酚酞试液变红）。 　　②湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝原因：氯气可以置换出碘化钾中的碘，Cl2+2KI=2KCl+I2，I2 使淀粉变蓝。 3．生产过程 （1）NaCl 溶液的精制 粗盐中含泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42－等杂质，会影响 NaCl 溶液的电解。精制食盐水时经常加入 BaCl2、 Na2CO3、NaOH 等，使杂质成为沉淀，过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的 pH。 粗盐（含泥沙、 Ca2+、Mg2+、Fe3+、 SO42－等） ①加入 NaOH，除去 Mg2+、Fe3+ ②加入 BaCl2，除去 SO42― ③加入 Na2CO3，除去 Ca2+及过量的 Ba2+，过滤 ④加入盐酸，除去过量的 CO32―和 OH― ⑤加热除去 CO2，调整 pH 阳离子 交换塔 精制 盐水2 要点诠释：　 　　除杂质时所加试剂的顺序要求是： 　　①Na2CO3 必须在 BaCl2 之后，以除去 Ca2+和前面引入的 Ba2+等； 　　②过滤之后再向滤液中加入盐酸，以免沉淀重新溶解。 　　试剂加入顺序有多种选择，如： 　　①BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl； 　　②BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl； 　　③NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。 　 （2）生产装置 要点诠释：阳离子交换膜的特点 阳离子交换膜只允许阳离子（Na+）通过，而阻止阴离子（Cl―、OH―）和分子（Cl2）通过，这样既能阻止 H2 和 Cl2 混合爆炸，又能避免 Cl2 和 NaOH 溶液作用生成 NaClO 影响烧碱质量，还能极大地降低碱液中 NaCl 的含 量。 考点二：铜的电解精炼 装置示意图 阳极反应式 Zn―2e―==Zn2+、Ni―2e―==Ni2+、Fe―2e―== Fe 2+、Cu―2e―==Cu2+ 阴极反应式 Cu2++2e－==Cu 要点诠释： ①粗铜作阳极，接电源正极；纯铜作阴极，接电源负极，用 CuSO4 溶液 作电解液。 ②Cu 和比 Cu 活泼的杂质 Zn、Fe、Ni 等均失去电子变成相应的离子留在 电解液中；较 Cu 不活泼的 Ag、Au 等杂质沉积在电解槽底，形成阳极泥。3 ③长时间电解，电解质溶液需要定时补充 考点三：电镀（如铁件镀铜） 电镀液：含 Cu2+（镀层金属离子）的盐溶液（如 CuSO4 溶液） 阳极（Cu）：Cu―2e―==Cu2+ 阴极（铁件）：Cu2++2e―==Cu 　　 要点诠释： （1）电镀铜和精炼铜的原理是一致的，但阴、阳两极材料略有差别： 　　①精炼铜时，粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，用 CuSO4 溶液(加入一定量的硫酸)作电解液。 　　②电镀铜时，镀层金属(铜片)作阳极，待镀件(铁片) 与直流电源的负极相连作阴极，用含有镀层金属离子的 电解质(CuSO4)配成电镀液。 （2）电镀就是金属 Cu 的“搬家”，所以，电镀前后，电解质 CuSO4 溶液的浓度基本不变。电镀铜规律可概 括为“阳极溶解，阴极沉积，电解液不变”。 考点四：电解冶炼活泼金属 一些较活泼的金属常用电解的方法冶炼，如 Na、Mg、Al 等金属（这是因为这些金属的阳离子的氧化性很 弱，难以找到经济实用的还原剂，从这个意义上看，电源的负极是最强的还原剂）。 电解熔融的电解质，可冶炼活泼金属（如 K、Na、Ca、Mg、Al 等）。 冶炼原理：金属阳离子在阴极上得到电子而被还原。 1、钠的冶炼 ①原料：NaCl ②阴极材料：不锈钢 ③阳极材料：石墨 ④电极反应： 阴极： 2Na++2e—= 2Na 阳极： 2Cl－－2e—＝Cl2↑ ⑤总方程式： 2、镁的冶炼 ①原料：MgCl2 ②阴极材料：不锈钢 ③阳极材料：石墨 ④电极反应： 阴极： Mg2++2e—= Mg 阳极： 2Cl－－2e—＝Cl2↑4 ⑤总方程式： 3、铝的冶炼 Al2O3 熔点很高 2045℃ 冰晶石(Na3AlF6)作熔剂 电离：Al2O3（熔融） 2Al3＋＋3O2－ 电极方程式： 阳极（石墨 C）： 6O2－－12e— = 3O2↑ 阴极(不锈钢 Fe）：4Al3+＋12e— = 4Al 电解方程式： 阳极副反应 C＋O2 = CO2 需补充碳块 【典型例题】 类型一：氯碱工业 例 1、氯碱厂电解饱和食盐水制取 NaOH 的工艺流程示意图如下图所示。依据下图完成下列填空： 　　 　　（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的电极反应式为________ ，与电源负极 相连的电极附近，溶液 pH_______。（选填“不变”、“升高”、或“下降”） 　　（2）工业食盐含 Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为___________ ， __________ 。 　　（3）如果粗盐中 SO42—含量较高，必须添加钡试剂除去 SO42—，该钡试剂可以是______。 　　A．Ba(OH)2　 　　B．Ba(NO3)2　 　　C．BaCl2 　　(4)为有效除去 Ca2+、Mg2+、SO42—，加入试剂的合理顺序为______。 　　A．先加 NaOH，后加 Na2CO3，再加钡试剂 　　B．先加 NaOH，后加钡试剂，再加 Na2CO3 　　C．先加钡试剂，后加 NaOH，再加 Na2CO3 　　(5)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止 Cl2 与 NaOH 反应；采用无隔膜电解冷的食 盐水时，Cl2 与 NaOH 充分接触，产物仅是 NaClO 和 H2，相应的化学方程式为______ 。 　　【答案】 　　(1)2Cl——2e—＝Cl2↑，升高 　　(2)Ca2++CO32—=CaCO3↓，Mg2++2OH—=Mg(OH)2↓ 　　(3)A　 C 　　(4)B　 C 1000℃成为共熔体、节约能源5 　　(5) 　　 Cl2 十 2NaOH=NaCl 十 NaClO 十 H2O 【解析】电解 NaCl 溶液时，在与电源正极相连的电极上(阳极)，Cl—失去电子生成 Cl2：2Cl——2e—=Cl2↑； 在与电源负极相连的电极(阴极)发生的反应为 2H+十 2e—=H2↑，消耗 H+，产生 OH—，所以附近的 pH 上升。 　　工业食盐中含有较多的 Ca2+、Mg2+杂质，可以用试剂 NaOH、Na2CO3 除去，所以离子反应式为 Ca2++CO32— ＝CaCO3↓，Mg2++2OH—=Mg(OH)2↓，如果含有 SO42—，则可加 Ba2+形成 BaSO4 白色沉淀。由于不能引进其他阴 离子，所以钡试剂只能用 BaCl2 或 Ba(OH)2。为了有效除去 Mg2+、Ca2+和 SO42—，必须先加钡试剂或 NaOH，最 后加入 Na2CO3 溶液，如果先加入 Na2CO3 溶液，后加 BaCl2 或 Ba(OH)2，则多余 Ba2+无法除去。 　　经过一段时间的电解，NaCl 溶液浓度在下降，NaOH 溶液浓度在上升。当 NaOH 溶液质量分数变成 10％， NaCl 溶液质量分数变成 16％时，停止电解，电解液加热蒸发，由于 NaOH 的溶解度大于 NaCl，冷却后经过滤可 得 NaCl 固体，NaCl 可循环使用。 　　若在电解过程中，不使用隔膜，则在阳极区生成的氯气与阴极区生成的 NaOH 溶液混合，发生反应，其反 应 式 为 Cl2 十 2NaOH=NaCl 十 NaClO 十 H2O 。 连 同 电 解 时 发 生 的 反 应 ，两步反应可合并成 。 举一反三： 【高清课堂：399168 例 4】 【变式 1】下列描述中，不符合生产实际的是 A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极 D．在镀件上电镀锌，用锌作阳极 【答案】A 【变式 2】(2016 西城质检)某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通 电时，为使 Cl2 被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下对 电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是（ ） A．a 为正极，b 为负极；NaClO 和 NaCl B．a 为负极，b 为正极；NaClO 和 NaCl C．a 为阳极，b 为阴极；HClO 和 NaCl D．a 为阴极，b 为阳极；HClO 和 NaCll 【答案】B 【变式 3】如下图所示，用石墨电极电解 100 mL 0.2 mol / L 的氯化钾溶液时，接通电源前在 KCl 溶液中滴入 2 滴酚酞试液；接通电源后，观察到湿润的 KI 淀粉试纸逐渐变蓝。试回答下列问题：6 （1）还能观察到的实验现象是： ①________________________________； ②________________________________。 （2）电源中 a 为________极，阳极反应式为________________________。 （3）总反应式为________________________。 （4）若生成标准状况下 11.2 mL H2，则溶液的 pH=________（假定溶液体积仍为 100 mL）。 【答案】（1）①阴、阳两极均产生气泡 ②阴极附近溶液出现红色 （2）负 2Cl――2e―==Cl2↑ （3）2KCl+2H2O 2KOH+H2↑+Cl2↑ （4）12 类型二：金属的电解精炼 例 2．下列关于电解法精炼粗铜的叙述中不正确的是（　　）。 A．粗铜板作阳极，纯铜片作阴极，CuSO4 溶液作电解液 B．电解时，阳极发生氧化反应，而阴极发生的反应为：Cu2＋+2e-＝Cu C．粗铜中所含 Ni、Fe、Zn 等金属杂质，电解后以单质形式沉积槽底，形成阳极泥 D．电解铜的纯度可达 99.95%∽99.98% 【答案】C 【解析】精炼某金属，含杂质金属应作阳极，纯单质作阴极，含该种金属元素的离子作电解液，金属活动性 在 Cu 后面的金属杂质形成阳极泥，活动性在 Cu 前面的金属先放电进入溶液但其阳离子不放电，从而将该金属 与杂质分离。 举一反三： 【高清课堂：399168 例 5】 【变式 1】下列关于铜电极的叙述正确的是 A．铜锌原电池中铜作负极 B．在铁制品上电镀铜时，用铜作阴极 C．电解饱和食盐水制烧碱时，用铜作阳极 D．电解法精炼铜时，粗铜连接电源的正极 【答案】D 【变式 2】金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列 叙述正确的是（已知氧化性 Fe2+＜Ni2+＜Cu2+）（ ）。 A．阳极发生还原反应，其电极反应式：Ni2++2e－==Ni B．电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C．电解后，溶液中存在的金属阳离子只有 Fe2+和 Zn2+ D．电解后，电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt 【答案】D 【解析】阳极应发生氧化反应。电解后溶液中的阳离子主要为 Ni2+。根据金属原子的还原性顺序和金属阳离 子的氧化性顺序知，阳极反应为：Zn－2e－==Zn2+，Fe－2e－==Fe2+。Ni－2e－==Ni2+，Cu、Pt 在该条件下不失电 子，形成阳极泥。阴极反应为：Ni2++2e－==Ni，Zn2+、Fe2+在该条件下不得电子。比较两电极反应，因 Zn、Fe、 电解7 Ni 相对原子质量不等，当两电极通过电量相等时，阳极减少质量与阴极增加质量不等。 类型三：电镀（如铁件镀锌） 例 3．在铁制品上镀一定厚度的锌层，以下方案设计正确的是（　　）。 A．锌作阳极，镀件作阴极，溶液中含有锌离子 B．铂作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 C．铁作阳极，镀件作阴极，溶液中含有亚铁离子 D．锌作阴极，镀件作阳极，溶液中含有锌离子 【答案】A 【解析】在铁制品上镀锌，即要求锌作阳极，镀件铁为阴极，电解质溶液中含锌离子。阳极 Zn 放电生成 Zn2+ 进入溶液补充由于在阴极放电而消耗的 Zn2+，Zn2+在阳极铁（镀件）上析出。 举一反三： 【变式 1】若在铁片上镀铜，以下叙述中错误的是（　 ） 　　A．可把铁片与电源的正极相连 　　B．电解质必须用含有铜离子的可溶性盐 　　C．铜极发生氧化反应 　　D．铁极的电极反应式为 Cu2++2e－=Cu 【答案】A 类型四：冶炼活泼金属 例 4．金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。 (1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是 。 a．Fe2O3 b．NaCl c．Cu2S d．Al2O3 (2)辉铜矿(Cu2S)可发生反应 2Cu2S＋2H2SO4＋5O2＝4CuSO4＋2H2O，该反应的还原剂是 ，当 1molO2 发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为 mol。向 CuSO4 溶液中加入镁条时有气体生成， 该气体是 。 (3)右图为电解精炼银的示意图， (填 a 或 b)极为含有杂质的粗银，若 b 极有少量红棕色气体 生成，则生成该气体的电极反应式为 。 (4)为处理银器表面的黑斑(Ag2S)，将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag2S 转化为 Ag，食盐水 的作用是 。 【答案】(1)b、d (2)Cu2S；4；氢气 (3)a；2H＋＋NO3－＋e－→NO2↑＋H2O (4)做电解质溶液(或导电)8 【解析】(1)活泼金属的冶炼常采用电解法，故选 b、d。 (2)反应过程中 Cu2S 中铜元素和硫元素化合价均升高，Cu2S 为还原剂，1molCu2S 共失去 10mol 电子，1molO2 发生反应消耗 molCu2S，转移 4mol 电子；CuSO4水解使溶液显酸性，加入镁条可生成 H2。 (3)电解精炼银，粗银做阳极，阴极发生还原反应，NO3－在酸性条件下得电子生成 NO2。 (4)本题中处理银器表面 Ag2S 的方法是利用原电池原理，Ag2S 得电子转化成 Ag，食盐水做电解质溶液形成 闭合回路。 举一反三： 【变式 1】铝和氢氧化钾都是重要的工业产品。请回答： （1）工业冶炼铝的化学方程式是________。 （2）铝与氢氧化钾溶液反应的离子方程式是________ （3）工业品氢氧化钾的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子 交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。 ①该电解槽的阳极反应式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 ②通电开始后，阴极附近溶液 pH 会增大，请简述原因_______ ③除去杂质后的氢氧化钾溶液从液体出口________（填“A”或“B”）导出。 【答案】（1）2Al2O3 4Al+3O2↑ （2）2Al+2OH－+2H2O==2AlO2－+3H2↑ （3）①4OH－－4e－==2H2O+O2↑ ②H+放电，促进水的电离，OH－浓度增大 ③B 【解析】离子交换膜法电解提纯 KOH 时，阳极反应为：4OH－－4e－==2H2O+O2↑，阴极反应为：4H2O+4e－ ==4OH－+2H2↑。电解过程中阳极附近的 K+通过阳离子交换膜向阴极移动，含氧酸根离子不能通过离子交换膜。 一段时间后，阴极附近 K+、OH－浓度变大，从 B 处（阴极区）得到溶液蒸发结晶后可得较纯净的 KOH。 离子交换膜电解槽的导电原理是：（1）在外电路导线内通过自由电子的定向移动导电；（2）在两极上分别发生 氧化（失 e－）、还原（得 e－）反应导电；（3）在电解质溶液中通过阳离子（阳离子交换膜）定向移动导电。 5 2 熔融 通电9 【巩固练习】 一、选择题（每题有 1~2 个选项符合题意） 1．（2016 海南高考）某电池以 K2FeO4 和 Zn 为电极材料，KOH 溶液为电解溶质溶液。下列说法正确的是 （ ）。 A．Zn 为电池的负极 B．正极反应式为 2Fe + =Fe2O3+5H2O C．该电池放电过程中电解质溶液浓度不变 D．电池工作时 向负极迁移 2．(2015 高考·四川卷)用右图所示装置除去含 CN－、Cl－废水中的 CN－时，控制溶液 PH 为 9~10，阳极产生的 ClO－将 CN－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是 A．用石墨作阳极，铁作阴极 B．阳极的电极反应式为：Cl－ + 2OH－－2e－= ClO－ + H2O C．阴极的电极反应式为：2H2O + 2e－ = H2↑ + 2OH－ D．除去 CN－的反应：2CN－+ 5ClO－ + 2H+ = N2↑ + 2CO2↑ + 5Cl－+ H2O 3．（2015 河北衡水中学二模）工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质 Ni 的原理如图所示。下列说法小正确 的是（ ） 已知：①Ni2+在弱酸性溶液中发生水解 ②氧化性：Ni2+（高浓度）＞H+＞Ni2+（低浓度） A．碳棒上发生的电极反应：4OH－－4e－==O2↑+2H2O B．电解过程中，B 中 NaCl 溶液的物质的量浓度将不断减小 C．为了提高 Ni 的产率，电解过程中需要控制废水 pH D．若将图中阳离子膜去掉，将 A、B 两室合并，则电解总反应式发生改变 4．下面有关电化学的图示，完全正确的是（ ） 2 4O − 10H +6e+ − OH−10 5．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有少量 Ag、Pt 等金属的阳极泥 6．近年来，加“碘”食盐较多的使用了碘酸钾（KIO3），碘酸钾在工业上可用电解法制取。以石墨和不锈钢为 电极，以 KI 溶液为电解液，在一定条件下电解，反应方程式为： 。下列有关说 法不正确的是（ ） A. 电解时，石墨作阴极，不锈钢作阳极 B. 电解时，阳极反应是：I – – 6e – + 3H2O = IO3 – + 6H+ C. 电解时，阴离子移向阳极 D. 电解前后溶液的 pH 几乎不变 7．加碘食盐中含有碘酸钾(KIO3)，现以电解法制备碘酸钾，实验装置如图所示。先将一 定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：3I2+6KOH=5KI+KIO3+3H2O，将该溶液加 入阳极区，另将氢氧化钾溶液加入阴极区，开始电解。下列说法正确的是 A．a 电极是阴极 B．a 极区的 KI 最终转变为 KIO3 C．阳极电极反应：4OH—－4e— ====2H2O＋O２↑ D．电解过程中 OH—从 a 极区通过离子交换膜 c 进入 b 极区 8．CuI 是一种不溶于水的白色固体，它可由反应：2Cu2++4I－＝2CuI↓+I2 而得到。现以 石墨为阴极，以 Cu 为阳极电解 KI 溶液，通电前的电解液中加入少量酚酞和淀粉溶液。电解开始不久阴极区溶 液呈红色，而阳极区溶液呈现蓝色，对这个现象的正确解释是（　　）。 ①阴极电极反应 2H++2e－＝H2↑使 c(OH－)＞c(H+) ②阳极 2Cu+4I――4e－＝2CuI↓+I2，I2 遇淀粉变蓝 ③阳极 Cu－2e－＝Cu2+，Cu2+显蓝色 ④电极 2I――2e―＝I2，I2 遇淀粉变蓝 A．①② B．①③ C．①④　 D．③④ 9．控制适当的条件，将反应 2Fe3++2I- 2Fe2++I2 设计成如图所示的 原电池。下列判断不正确的是 A．反应开始时，乙中电极反应为 2I--2e-= I2 B．反应开始时，甲中石墨电极上 Fe3+被还原 C．电流计读数为零时，反应达到化学平衡状态 D．平衡时甲中溶入 FeCl2 固体后，电流计读数为零 ↑++ 232 33 HKIOOHKI 电解11 10．为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以 Al 作阳极、Pb 作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜 增厚。其反应原理如下： 电池：Pb(s)＋PbO2(s)＋2H2SO4(aq)＝2PbSO4(s)＋2H2O(l) 电解池：2Al＋3H2O Al2O3＋3H2 电解过程中，以下判断正确的是(　　) 电池 电解池 A H＋移向 Pb 电极 H＋移向 Pb 电极 B 每消耗 3molPb 生成 2molAl2O3 C 正极：PbO2＋4H＋＋2e—＝Pb2＋ ＋2H2O 阳极：2Al＋3H2O－6e—＝Al2O3＋6H＋ D A．A B．B C．C D．D 二、填空题： 1．工业上为了处理含有 Cr2O72－的酸性工业废水，采用下面的处理方法：往工业废水中加入适量 NaCl，以 Fe 为 电极进行电解，经过一段时间，有 Cr(OH)3 和 Fe(OH)3 沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。请回答 下列问题： （1）两极发生反应的电极反应式 阳极：________；阴极：________。 （2）写出 Cr2O72－变为 Cr3+的离子方程式：________。 （3）工业废水由酸性变为碱性的原因是________。 （4）________（填“能”或“不能”）改用石墨作电极，原因是________。 2．由于 Fe(OH)2 极易被氧化，所以实验室很难用亚铁盐与烧碱反应制得白色纯净的 Fe(OH)2 沉淀，应用如图所示电解实验可制得白色的纯净的 Fe(OH)2 沉淀，两电极的材 料分别为石墨和铁。 （1）a 电极材料应为________，b 电极的电极反应式为________。 （2）电解液 c 可以是（ ）。 A．纯水 B．NaCl 溶液 C．NaOH 溶液 D．CuCl2 溶液 （3）d 为苯，其作用为________，在加入苯之前，对 c 溶液应如何简单处理________。 （4）为了在较短时间内看到白色沉淀，可采取的措施是（ ）。 A．改用稀硫酸作电解液 B．适当增大电源的电压 C．适当减小两电极间的距离 D．适当降低电解液的浓度 3．某校化学小组同学将氯气通入 NaOH 溶液中，制得一种消毒液，运用下列实验，检测该消毒液的性质。 ①将少量消毒液滴入含有淀粉的 KI 溶液中，溶液中出现蓝色； ②用 pH 试纸检测消毒液，试纸边缘为蓝紫色（pH=13），中间部分为白色； ③向 2 mL 消毒液中逐滴加入 Al2(SO4)3 溶液，先产生白色沉淀，振荡后沉淀消失； ④向消毒液中加入少量稀硫酸，溶液变为黄绿色，产生使湿润的淀粉 KI 试纸变蓝的气体。 请回答以下问题： （1）用离子方程式表示制备该消毒液的原理 ； （2）该消毒液中大量存在的阴离子有 ； （3）实验①表现出该消毒液具有 性； 电解12 （4）实验②用 pH 试纸检测消毒液的操作是 ； （5）实验④中涉及反应的离子方程式为 ； （6）将该消毒液用如右图所示装置进行电解，10 s 后将电解液摇匀，整个过程中阳极产生的现象 为 ； 其原因是 。 4．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的 pH 在 5.0～6.0 之间，通过电解生成 Fe(OH)3 沉 淀。Fe(OH)3 有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面 形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用。 某科研小组用电浮选凝法处理污水，设计装置如图所示： （1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此时， 应向污水中加入适量的________。 a．H2SO4 b．BaSO4 c．Na2SO4 d．NaOH e．CH3CH2OH （2）电解池阳极的电极反应分别是①________；②4OH――4e―==2H2O+O2↑。 （3）电极反应①和②的生成物反应得到 Fe(OH)3 沉淀的离子方程式是________。 （4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以 CH4 为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极的燃 料电池。 已知负极的电极反应是 CH4+4CO32――8e―==5CO2+2H2O。 ①正极的电极反应是________。 ②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此电池工作时必须有部分 A 物质 参加循环。则 A 物质的化学式是________。 （5）实验过程中，若在阴极产生了 44.8 L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗 CH4（标准状况） ________L。 5．（2016 北京朝阳二模）LiFePO4 用于锂离子二次电池的电极材料，可由 LiI 和 FePO4 制备。 （1）FePO4 难溶于水，制备方法如下： Ⅰ.用稍过量的稀 H2SO4 溶解废铁屑，加热，搅拌，过滤； Ⅱ.向滤液中加入一定量的 H2O2； Ⅲ.向含 Fe3+的溶液加入 Na2HPO4 溶液，过滤后经进一步处理得 FePO4。 ①Ⅰ中反应进行完全的现象是 。 ② 用离子方程式说明 H2O2 的作用是 。 ③ 已知：H2PO4- HPO42- + H+ ；HPO42- PO43-+ H+ 。 产生 FePO4 的离子方程式是 。 ④ Na2HPO4 溶液显碱性的原因是 。13 （2）制备 LiFePO4：将 FePO4 与 LiI 混合，在惰性气氛中加热，制得 LiFePO4 。 化合物 LiI 中碘离子的作用是 。 （3）锂离子二次电池的负极材料为金属锂和石墨的复合材料（石墨作为金属锂的载体），电池反应为： FePO4(s) +Li(s) LiFePO4(s) ，装置如下： ①该电池不能用电解质水溶液，原因是 。 ②充电时，b 极的电极反应式是 。  放电 充电14 【答案与解析】 一、选择题 1．AD 【解析】A 项，原电池工作时，Zn 被氧化，为原电池负极，K2FeO4 为正极材料，故 A 正确；B 项，KOH 溶液 为电解质溶液，则正极电极方程式为 2FeO42− +6e−+8H2O =2Fe(OH)3+10OH−，故 B 错误；C 项，由原电池总反应 3Zn+K2FeO4+8H2O=2Fe(OH)3+3Zn(OH)2+4KOH 可知，该电池放电过程中电解质溶液浓度增大，故 C 错误；D 项， 电池工作时阴离子 OH−向负极迁移，故 D 正确。故选 AD。 2．D 【解析】A 项：阳极要产生 ClO―，则铁只能作阴极，不能作阳极，否则就是铁失电子，A 正确；B 项：阳极是 Cl―失电子产生 ClO―，电极反应式为：Cl―+2OH――2e―==ClO―+H2O，B 正确；C 项：阴极是 H+产生 H2，碱性 溶液，故阴极的电极反应式为：2H2O+2e―==H2↑+2OH ―，C 正确；D 项：溶液为碱性，方程式应为 2CN ― +5ClO―+H2O==N2↑+2CO2↑+5Cl―+2OH―。故选 D。 3．B 【解析】由题图知，碳捧与电源正极相连，是电解池的阳极，电极反应为 4OH－－4e－==2H2O+O2↑；镀镍铁棒 与电源负极相连，是电解池的阴极，电极反应为 Ni2++2e－==Ni。电解过程中为平衡 A、C 中的电荷，A 中的 Na+ 和 C 中的 Cl－分别通过阳离子膜和阴离子膜移向 B 中，这使 B 中 NaCl 溶液的物质的量浓度不断增大。因 Ni2+在 弱酸性溶液中易发生水解，且氧化性：Ni2+（高浓度）＞H+＞Ni2+（低浓度），故为了提高 Ni 的产率，电解过程 中需要控制废水 pH。若将题图小阳离子膜去掉，由于放电顺序 Cl－＞OH－，则 Cl－移向阳极放电：2Cl－－2e－=Cl2 ↑，电解总反应式会发生改变。 4．D 5．BD 【解析】粗铜作阳极，发生氧化反应，不活泼的金属（Ag、Pt 等）以阳极泥沉积，精铜作阴极，发生还原 反应 Cu2++2e―==Cu。 6．A 7．B 【解析】a 极与电源正极相连作阳极，a 极电极反应为：I – – 6e – +6OH— = IO3 – + 3 H2O 8．A 【解析】电解池的阴极材料为石墨，阳极为 Cu，电解溶液为 KI，因此电解时，阳极为电极材料 Cu 自身放电生 成 Cu2+进入阳极区，而由题给信息知，Cu2+能氧化 I－生成 I2，故阳极处的淀粉遇 I2 变蓝； 阴极为 H2O 电离出的 H+放电，H+放电的同时，产生大量 OH－，使得阴极区碱性，故酚酞变红。因此能正确解释 电解过程中的现象的为①②。 9．D 10．D 【解析】原电池内部 H＋向正极迁移(即向 PbO2 电极迁移)，A 项错误；当有 3molPb 被消耗时，转移 6mole－，则 生成 1molAl2O3，B 项错误；电池正极反应式为 PbO2＋2e－＋4H＋＋SO42－＝PbSO4＋2H2O，C 项错误；原电池中 Pb→PbSO4，质量增大，电解池中 Pb 作阴极，Pb 本身不参与反应，故质量不变，D 项正确。 二、填空题 1．（1）Fe－2e－==Fe2+ 2H++2e－==H2↑ （2）Cr2O72－+6Fe2++14H+==2Cr3++6Fe3++7H2O （3）H+不断放电，Cr2O72－与 Fe2+反应中消耗 H+，打破了水的电离平衡，使溶液中 c (OH－)＞c (H+) （4）不能 用石墨作电极，阳极产生 Cl2 或 O2，得不到 Fe2+，缺少还原剂，不能使 Cr2O72－转化为 Cr3+， 再转化为 Cr(OH)3 沉淀而除去 2．（1）Fe 2H++2e－==H2↑ （2）B、C （3）隔绝空气，防止生成的 Fe(OH)2 被氧化成 Fe(OH)3 加热 c，除 去溶解的 O2 （4）B、C15 3．（1）Cl2 + 2OH— =Cl— + ClO—+ H2O （2）Cl—、ClO—、OH— （3）氧化性 （4）用干燥、洁净的玻璃棒蘸取消毒液，滴在 pH 试纸上，再与标准比色卡对比，读取溶液的 pH （5）Cl— + ClO— + 2H+ ==== Cl2↑ + H2O （6）阳极产生白色沉淀，将电解液混合均匀，白色沉淀溶解 铝为阳极，放电产生 Al3+，消毒液中有过量 OH—（且阴极 H+不断放电，同时剩余 OH—），故阳极附近先 产生白色沉淀，将电解液混合均匀后，白色沉淀又溶解。 4．（1）c （2）Fe―2e―==Fe2+ （3）4Fe2++10H2O+O2==4Fe(OH)3↓+8H+ （4）O2+2CO2+4e－==2CO32－ CO2 （5）11.2 【解析】在题给装置中，左侧为电解池，右侧为甲烷的燃料电池。实验时为增加污水的导电能力，提高产生气泡 的速率，使悬浮物形成浮渣，可向污水中加入适量的对环境影响较小的可溶性强电解质 Na2SO4；为达到形成 Fe(OH)3 沉淀的目标，阳极材料应选用铁，电极反应式为：Fe―2e―==Fe2+和 4OH――4e―==2H2O+O2↑；阴极反 应式为 2H++2e－==H2↑；得到 Fe(OH)3 沉淀的离子方程式为 4Fe2++10H2O+O2==4Fe(OH)3↓+8H+。在右侧甲烷燃 料电池中，由于电解质为熔融的碳酸盐，负极反应式为 CH4+4CO32――8e―==5CO2+2H2O 时，正极反应式为 O2+2CO2+4e―==2CO32―；参与电池工作的循环物质是 CO2，实验过程中，若在阴极产生了 44.8 L（标准状况） 气体，则根据电子得失守恒可知 4H2—→CH4，故熔融盐燃料电池消耗 CH4 的体积（标准状况）为 。 5．（1）① 不再产生气泡 ② 2Fe2+ + 2H+ + H2O2 = 2Fe3+ + 2H2O ③ Fe3+ + 2HPO42- = FePO4↓+ H2PO4- ④ 由于 HPO42-可以电离：HPO42- PO43- + H+ ，又可以水解：HPO42- +H2O H2PO4- + OH-，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。 （2）作还原剂 （3）① 金属 Li 可与水发生反应（或 2Li + 2H2O ＝2LiOH + H2↑） ② LiFePO4 － e- = Li+ + FePO4 【解析】（1）用稍过量的稀 H2SO4 溶解废铁屑，滤液中主要溶质为 FeSO4，向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧 化成 Fe3+，向含 Fe3+的溶液加入 Na2HPO4 溶液，过滤后经进一步处理得 FePO4。 ①稀 H2SO4 溶解废铁屑时，有氢气产生，当反应完全时，则不再产生气泡。 ②向滤液中加入过氧化氢将亚铁离子氧化成 Fe3+，过氧化氢被还原为水，离子方程式为：2Fe2++2H++H2O2== 3Fe3++2H2O。 ③向含 Fe3+的溶液加入 Na2HPO4 溶液，Fe3+消耗 PO43―，使平衡 HPO42― PO43―+H+右移，氢离子浓度增大， 使平衡 H2PO4― HPO42―+H+左移，则溶液中 H2PO4―浓度增大，产生 FePO4 的离子方程式是：Fe3++2HPO42― ==FePO4↓+H2PO4―。 ④Na2HPO4 溶液显碱性的原因是由于 HPO42―可以电离：HPO42― PO43－+H+，又可以水解：HOP42―+H2O H2PO4―+OH―，且水解程度大于电离程度，所以溶液溶解显碱性。 （2）将 FePO4 与 LiI 混合，在惰性气氛中加热，制得 LiFePO4，铁元素的化合价从+3 价降到+2 价，得到电子， 说明化合物 LiI 中碘离子失去电子作还原剂。 （3）①金属 Li 可与水发生反应（或 2Li+2H2O==2LiOH+H2↑），故应为非水材料。 44.8L 11.2L4 =16 ②根据锂离子电池的电池反应式为：FePO4（s）+Li（s） LiFePO4（s），可知，放电时，Li 的化合价升 高，被氧化，a 为原电池的负极，负极的电极反应工：Li―e―==Li+；充电时，反应逆向进行，b 为阳极，阳极上 失电子发生氧化反应，电极反应式为 LiFePO4―e―==Li++FePO4。  放电 充电