2020年高考化学考点考法精练：六铁、铜及其化合物金属的冶炼

- 1 - 专题十四　电解池　金属的腐蚀与防 护 考点 1 电解原理及其应用 1.[新情境][2020 广东七校第一次联考]科学家发现对冶金硅进行电解精炼提纯可降低高纯硅制备成本。相关 电解槽装置如图所示,用 Cu-Si 合金作硅源,在 950 ℃利用三层液熔盐进行电解精炼,有关说法正确的是(　　) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 A.电子由液态 Cu-Si 合金流出,流入液态铝电极 B.液态铝电极与正极相连,作电解池的阳极 C.在该液相熔体中 Cu 优先于 Si 被氧化,Si4+优先于 Cu2+被还原 D.三层液熔盐的作用是使电子能够在三层间自由流动 2.[2020 河南信阳罗山高中模拟]利用如图所示装置(电极均为惰性电极)吸收 SO2,并用阴极排出的溶液吸收 NO2。下列说法正确的是(　　) A.a 为直流电源的负极 B.阴极的电极反应式为 2HSO-3+2H++e- S2O2-4 +2H2O C.阳极的电极反应式为 SO2+2H2O-2e- SO2-4 +4H+ D.电解时,H+通过阳离子交换膜由阴极室到阳极室 3.[2020 福建泉州第十六中模拟]电解合成 1,2-二氯乙烷的实验装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.该装置工作时,化学能转变为电能 B.CuCl2 能将 C2H4 还原为 1,2-二氯乙烷 C.X、Y 分别为阳离子交换膜、阴离子交换膜 D.该装置总反应为 CH2 CH2+2H2O+2NaCl H2+2NaOH+ClCH2CH2Cl 4.[2020 安徽示范高中名校联考]某电池研究员使用锂-磺酰氯(Li-SO2Cl2)电池作为电源电解制备 Ni(H2PO2)2, 其工作原理如图所示。已知电池反应为 2Li+SO2Cl2 2LiCl+SO2↑。下列说法错误的是(　　)- 2 - A.电池中 C 电极的电极反应式为 SO2Cl2+2e- 2Cl-+SO2↑ B.电池的 e 极连接电解池的 h 极 C.膜 a 是阳离子交换膜,膜 c 是阴离子交换膜 D.电解池中不锈钢电极的电极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH- 5.[2020 广东惠州第一次调研考试]如图是利用甲醇燃料电池进行电化学研究的装置图,下列说法正确的是 (　　) A.甲池是化学能转化为电能的装置,总反应为 2CH3OH+3O2 2CO2+4H2O B.乙池中的 Ag 不断溶解 C.反应一段时间后要使乙池恢复原状,可加入一定量 Cu(OH)2 固体 D.当甲池中 280 mL (标准状况下)O2 参加反应时,乙池中理论上可析出 1.6 g 固体 6.[2019 广东深圳二调]电解法处理 CO2 和 SO2 的混合气体的原理如图所示,电解质为熔融碳酸盐和硫酸盐, 通电一段时间后,Ni 电极表面形成掺杂硫的碳积层。下列说法错误的是(　　) A.Ni 电极表面发生了还原反应 B.阳极的电极反应为 2O2--4e- O2↑ C.电解质中发生的离子反应只有 2SO2+O2+2O2- 2SO2-4 D.该过程实现了电解质中熔融碳酸盐和硫酸盐的自补充循环 7.[2019 东北三省四市第一次模拟]用如图电解装置将雾霾中的 SO2、NO 转化为(NH4)2SO4,将其作为一种优 良的氮肥。下列有关说法正确的是(　　) A.a 与电源负极相连,发生还原反应 B.每处理 1 mol NO 可以生成 2 mol A C.通电后,阳极附近溶液的 pH 增大- 3 - D.理论上将 SO2 与 NO 以体积比为 2∶5 通入装置可彻底转化 8.[2019 湖南四校摸底调研联考]LED 系列产品是一类新型节能产品。图甲是 NaBH4/H2O2 燃料电池的装置示 意图,图乙是 LED 发光二极管的装置示意图。下列叙述错误的是(　　) A.电池应选用阳离子交换膜,Na+向 A 极区移动 B.电池 A 极区的电极反应式为 H2O2+2e- 2OH- C.每有 1 mol NaBH4 参加反应,转移电子数为 4NA D.要使 LED 发光二极管正常发光,图乙中的导线 a 应与图甲中的 B 极相连 考点 2 金属的腐蚀与防护 9.[2020 安徽滁州明光中学模拟]在潮湿的深层土壤中,钢管主要发生厌氧腐蚀,有关厌氧腐蚀的机理有多种,其 中一种理论为厌氧细菌可促使 SO2-4 与 H2 反应生成 S2-,加速钢管的腐蚀,其反应原理如图所示。下列说法正确 的是(　　) A.正极的电极反应式为 O2+4e-+2H2O 4OH- B.钢管腐蚀的直接产物中含有 FeS、Fe(OH)2 C.SO2-4 与 H2 的反应可表示为 4H2+SO2-4 -8e- S2-+4H2O D.在钢管表面镀锌或铜可减缓钢管的腐蚀 10.[2020 四川成都摸底测试]研究海水中金属桥墩的腐蚀及防护是桥梁建设的重要课题。下列有关说法错误 的是(　　) 　图 1　　　　　　　　　　　　　图 2 A.桥墩的腐蚀主要是析氢腐蚀 B.钢铁桥墩在海水中比在河水中腐蚀更快 C.图 1 辅助电极的材料可以为石墨 D.图 2 钢铁桥墩上发生的反应是 O2+2H2O+4e- 4OH- 11.[2019 湖南、湖北八市十二校高三第一次联考节选,5 分] (1)海水中锂元素储量非常丰富,从海水中提取锂的研究极具价值。锂是制造化学电源的重要原料。LiFePO4 电 池中某电极的工作原理如图所示:- 4 - 该电池的电解质为能传导 Li+的固体材料。放电时该电极是电池的　　　　极(填“正”或“负”),该电极反应式 为　　　　　　　　　　　　　　　。 (2)用此电池电解含有 0.1 mol/L CuSO4 和 0.1 mol/L NaCl 的混合溶液 100 mL,假如电路中转移了 0.02 mol e-, 且电解池的电极均为惰性电极,阳极产生的气体在标准状况下的体积是　　　　L。 12.[2019 第二次考试,12 分]工业上通常用 CO(g)和 H2(g)合成 CH3OH(g)。 (1)已知某温度和压强下: ①2CO(g)+O2(g) 2CO2(g)　ΔH=-566 kJ·mol-1 ②2H2(g)+O2(g) 2H2O(g)　ΔH=-483.6 kJ·mol-1 ③2CH3OH(g)+3O2(g) 2CO2(g)+4H2O(g)　ΔH=-1 275.6 kJ·mol-1 则在相同温度和压强下,CO(g)与 H2(g)合成 CH3OH(g)的热化学方程式为　　　　　　　　　　　　。若反应 生成 6.4 g 甲醇,则转移电子的物质的量为　　　　。 (2)可利用甲醇燃烧反应设计一个燃料电池。如图 1 所示,用 Pt 作电极材料,用氢氧化钾溶液作电解质溶液,在两 个电极上分别充入甲醇和氧气。 　　　　　　　图 1　　　　　　　　　图 2 ①写出燃料电池负极的电极反应式:　　　　　　　。 ②若利用该燃料电池提供电源,与图 1 右边烧杯相连,在铁件表面镀铜,则铁件应是　　　　极(填“A”或“B”);当铁 件的质量增重 6.4 g 时,燃料电池中消耗标准状况下氧气的体积为　　　　L。 (3)电解法可消除甲醇对水质造成的污染,原理为通电后 Co2+转化为 Co3+,然后 Co3+将甲醇氧化成 CO2 和 H+(用石墨烯除去 Co2+)。现用如图 2 所示装置模拟上述过程,则 Co2+在阳极的电极反应式 为　　　　　　　　　　　。除去甲醇的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。 一、选择题(每小题 6 分,共 48 分) 1.[2020 福建、福州八中联考]电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法,即保持污水的 pH 在 5.0~6.0 之间,通过电解生成 Fe(OH)3 胶体,Fe(OH)3 胶体具有吸附作用,可吸附水中的污物而使其沉淀下来,起 到净水的作用,其原理如图所示。下列说法正确的是(　　) A.石墨电极上发生氧化反应 B.A 为 CO2- 5 - C.为增强污水的导电能力,可向污水中加入适量乙醇 D.甲烷燃料电池中 CO2-3 向空气一极移动 2.[2020 全国中学生标准学术能力诊断性测试]Fenton 试剂是由 H2O2 和 Fe2+混合得到的一种强氧化剂,其反 应原理如下: Ⅰ.H2O2+Fe2+ ·OH+Fe3++OH- Ⅱ.Fe2++·OH Fe3++OH- 其中产生的羟基自由基(·OH)具有强氧化性,可以降解有机物,特别适用于某些难治理工业废水(如含苯酚的废 水)的处理。某种处理含苯酚废水的原理示意图如图所示。下列说法正确的是(　　) A.b 电极外接电源的负极 B.a 电极的电极反应式为 O2+4e-+2H2O 4OH- C.电解过程中·OH 会向 b 电极移动 D.电解一段时间后,电解液中可能会出现红褐色沉淀 3.[2020 湖南高三摸底检测改编]世界水产养殖协会网介绍了一种利用电化学原理净化鱼池中水质 的方法,其装置如图所示。下列说法正确的是(　　) A.阴极的电极反应式为 2NO-3+10e-+12H+ N2↑+6H2O B.若该装置在高温下进行,则净化效果更好 C.若有 1 mol NO-3被还原,则有 6 mol H+通过质子交换膜迁移至阴极区 D.1 mol 葡萄糖(C6H12O6)被完全氧化时,理论上转移 20 mol e- 4.[新情境][2020 江西模拟]某地海水中的主要离子及其含量如下表,现利用“电渗析法”进行淡化, 技术原理如图所示(两端为惰性电极,阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过)。下列有关说法错误的是 (　　) 离子 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO2-4 HCO-3 含量/(mg/L) 9 360 83 200 1 100 16 000 1 200 118 A.甲室的电极反应式为 2Cl--2e- Cl2↑ B.淡化过程中易在戊室形成水垢 C.乙室和丁室中部分离子的浓度增大,淡水的出口为 b D.当戊室收集到 22.4 L(标准状况)气体时,通过甲室阳膜的离子的物质的量一定为 2 mol- 6 - 5.[新素材]镍可用作催化剂和防腐镀层等。工业上可采用电解 NiCl2 溶液的方法制备镍,以石墨和镍为电极材 料,模拟装置如图所示,已知 c 室最终可得到盐酸。下列说法正确的是(　　) A.膜 2 为阴离子交换膜 B.上述装置中若用稀盐酸代替稀硫酸,电解产物不变 C.电极 b 的电极反应式为 2Cl- -2e- Cl2↑ D.电解过程中,电极 a 附近溶液 pH 不变 6.[新角度][2019 河南洛阳第二次统考]利用如下实验探究铁钉在不同溶液中的吸氧腐蚀: 实验装置 实验编号 浸泡液 pH 氧气体积分数随时间的变化 ① 1.0 mol·L-1 NH4Cl 溶液 5 ② 0.5 mol·L-1(NH4)2SO4 溶液 5 ③ 1.0 mol·L-1 NaCl 溶液 7 ④ 0.5 mol·L-1 Na2SO4 溶液 7 下列说法错误的是(　　) A.上述四组实验中,正极反应式均为 O2+4e-+2H2O 4OH- B.在不同溶液中,Cl-是影响吸氧腐蚀速率的主要因素 C.向实验④中加入少量(NH4)2SO4 固体,吸氧腐蚀速率加快 D.在 300 min 内,铁钉的平均吸氧腐蚀速率:酸性溶液>中性溶液 7.[新情境]某地下输油管为钢质材料,且该地下输油管所在区域内为潮湿土壤,为减缓输油管的腐蚀,科研人员 设计如图所示装置保护输油管。下列叙述正确的是(　　) A.金属 M 可能是锌、锡等金属 B.输油管的保护过程是电能转化为化学能的过程 C.金属 M 失电子,电子沿导线源源不断地输送到输油管 D.正极的电极反应一定是 O2+2H2O+4e- 4OH- 8.[新角度][结合“多室”电解装置考查电化学原理]硼酸(H3BO3)为一元弱酸,已知 H3BO3 与足量 NaOH 溶液反应 的离子方程式为 H3BO3+OH- [B(OH)4]-,H3BO3 可以通过电解的方法制备。电解 Na[B(OH)4]溶液制备 H3BO3 的原理如图所示,下列叙述正确的是(　　) A.通电片刻后,从左至右,各室的 pH 依次增大、不变、不变、减小 B.a 膜、c 膜为阴离子交换膜,b 膜为阳离子交换膜- 7 - C.理论上每生成 1 mol H3BO3,两极室共产生标准状况下 11.2 L 气体 D.保持电流为 3 A,电解 60 min,制得 H3BO3 6.2 g,则电流效率约为 89%(法拉第常数为 96 500 C·mol-1;电流效 率 η= 生成目标产物消耗的电荷量 电极上通过的总电荷量 ×100%) 二、非选择题(共 28 分) 9.[新素材][2019 湖北武汉调研测试,14 分]K4[Fe(CN)6]·3H2O 俗称黄血盐,常用于检验 Fe3+,也是食盐防结剂。 以生产电石的副产物氰熔体[Ca(CN)2 和 NaCN 的混合物]为原料,制备黄血盐的流程如下: 回答下列问题: (1)“浸取”需控制在 80 ℃以下进行,原因是　。 (2)用硫酸亚铁晶体配制 FeSO4 溶液时还需加入　　　　　。 (3)对“滤液”处理可获得一种实验室常用干燥剂,它的化学式是　　　　　。 (4)“加热”使 HCN 气体逸出发生“反应Ⅲ”,生成 K4[Fe(CN)6]、二氧化碳和氢气,该反应的化学方程式为　　　　。 (5)“反应Ⅲ”后的溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、　　　　　、　　　　　、干燥即得产品。 (6)工业上,以石墨为电极,电解亚铁氰化钾溶液可以制备铁氰化钾{K 3[Fe(CN)6],可用于检验 Fe2+},阳极的电极 反应式为　　　　　。 (7)设计如图实验探究牺牲阳极的阴极保护法原理。 操作 现象 (i)取铁极附近的溶液于试管中,滴加铁氰化 钾溶液 无明显现象 (ii)在 U 形管铁极附近滴加铁氰化钾溶液 产生蓝色沉淀 得出结论:①锌能保护铁;②　　　　　。 10.[原创][14 分](1)以 K2CrO4 为原料,通过电解法可制备 K2Cr2O7,电解装置原理图如图 1 所示: 图 1 ①该电解装置采用不锈钢电极和惰性电极,电极甲为　　　　电极。 ②结合化学用语说明该装置电解时生成 K2Cr2O7 的原理　　　　　　　　　　　　。 ③若在电解池右侧装置中加入 19.4 g K2CrO4,电解一段时间后,测得右侧装置溶液中 K 和 Cr 的物质的量的关 系为 n(K)= 4 3n(Cr),这段时间内电路中通过的电子约为　　　　mol(保留两位有效数字)。 - 8 - (2)过二硫酸钾(K2S2O8)在科研与工业上有重要用途。可通过“电解→转化→提纯”方法制得,电解装置示意图如图 2 所示。 图 2 ①电解时,铁电极连接电源的　　极。 ②常温下,电解液中含硫微粒的主要存在形式与 pH 的关系如图 3 所示。 图 3 在阳极放电的离子主要是 HSO-4,阳极区电解质溶液的 pH 范围为　　　　　,阳极的电极反应式 为　　　　　　　　。 ③往电解产品中加入硫酸钾,使其转化为过二硫酸钾粗产品,提纯粗产品的方法是　　　　　。 (3)利用反应 6NO2+8NH3 7N2+12H2O 设计为电池可消除 NO2,其简易装置如图 4 所示。 图 4 ①a 极的电极反应式为　　　　　　　　　　　　。 ②常温下,若用该电池电解 0.6 L 饱和食盐水,一段时间后,测得饱和食盐水 pH 变为 13,则理论上 b 极消耗 B 气 体的体积为　　　　mL(气体处于标准状况,假设电解过程中溶液体积不变)。 - 9 - 专题十四　电解池　金属的腐蚀与防 护 1.A　由题图中 Si4+流向可知液态铝为阴极,连接电源负极,液态 Cu-Si 合金为阳极,电子由液态 Cu-Si 合金流出, 流入液态铝电极,A 项正确,B 项错误;由题图可知,阳极上 Si 失电子转化为 Si4+,阴极上 Si4+得电子转化为 Si,C 项错误;使用三层液熔盐可以有效增大电解反应的面积,使单质硅在液态铝电极上高效沉积,而不是方便电子通 过,电子不通过电解质,D 项错误。 2.C　在与 a 连接的电极上 SO2 失去电子,被氧化成 SO2-4 ,与 a 连接的电极为阳极,则 a 为直流电源的正极,A 项 错误;a 为正极,b 为负极,所以阴极获得电子,发生还原反应,电极反应式为 2HSO-3+2H++2e- S2O2-4 +2H2O,B 项错误;在阳极 SO2 失去电子被氧化成 SO2-4 ,阳极的电极反应式为 SO2+2H2O-2e- SO2-4 +4H+,C 项正确;阳离 子交换膜只允许阳离子通过,电解时,阳离子移向阴极,所以 H+通过阳离子交换膜由阳极室到阴极室,D 项错误。 3.D　该装置为电解池,则工作时,电能转变为化学能,A 项错误。根据题图可知,阳极生成的 CuCl2 与 C2H4 发生 了氧化还原反应,C2H4 中 C 元素化合价可看作-2,ClCH2CH2Cl 中 C 元素化合价可看作-1,则 CuCl2 能将 C2H4 氧化为 1,2-二氯乙烷,B 项错误。该电解池中,阳极发生的电极反应为 CuCl-e-+Cl- CuCl2,阳极区需要 Cl-参 与,则 X 为阴离子交换膜,而阴极发生的电极反应为 2H 2O+2e- H2↑+2OH-,有阴离子生成,为保持溶液电中 性,需要电解质溶液中的钠离子迁移过来,则 Y 为阳离子交换膜,C 项错误。该装置中阳极首先发生反应 CuCl-e-+Cl- CuCl2,生成的 CuCl2 再继续与 C2H4 反应生成 1,2-二氯乙烷和 CuCl,而阴极水中的氢离子放电 生成氢气,其总反应方程式为 CH2 CH2+2H2O+2NaCl H2+2NaOH+ClCH2CH2Cl,D 项正确。 4.C　由已知电池反应可知 C 电极为正极,发生还原反应,电极反应式为 SO2Cl2+2e- 2Cl-+SO2↑,A 项正确; 由题干信息可知镍应作电解池的阳极,与外接电源的正极相连,不锈钢作电解池的阴极,与外接电源的负极相连, 故电池的 e 极连接电解池的 h 极,B 项正确;Ⅱ室为产品室,故阳极上 Ni 失去电子生成的 Ni2+通过膜 a 进入产品 室,Ⅲ室中的 H2PO-2通过膜 b 进入产品室,与 Ni2+形成 Ni(H2PO2)2,故膜 a 为阳离子交换膜,膜 b 为阴离子交换 膜,膜 c 应为阳离子交换膜,以防Ⅳ室的 OH-通过膜 c 进入Ⅲ室与 NaH2PO2 反应消耗原料,同时 Na+通过膜 c 进 入Ⅳ室可制备浓氢氧化钠溶液,C 项错误;由图像分析可知,D 项正确。 【图像分析】　结合题图、已知反应和题目信息“制备 Ni(H2PO2)2”可进行如下分析: 5.D　甲池是化学能转化为电能的装置,属于碱性燃料电池,总反应为 2CH3OH+3O2+4KOH 2K2CO3+6H2O,A 项错误;乙池 Ag 电极上 Cu2+放电,Ag 不溶解,B 项错误;根据乙池中总反应 2Cu2++2H2O 2Cu+O2↑+4H+知, 要使乙池恢复原状,可加入一定量 CuO,C 项错误;甲池中消耗 280 mL(标准状况下)O2 时转移电子 0.05 mol,根 据各电极上转移电子数相等知,乙池中理论上生成 0.025 mol Cu,所以析出固体的质量=0.025 mol×64 g·mol-1=1.6 g,D 项正确。 【图像分析】　- 10 - 6.C　由题图可知,在 Ni 电极表面 SO2-4 S 和 CO2-3 C 均为还原反应,即 Ni 电极作阴极,SnO2 电极表面 O2- O2,为氧化反应,即 SnO2 电极作阳极,选项 A、B 正确;由题图中电解质的转换关系可知,发生的离子反应有 2SO2+O2+2O2- 2SO2-4 、CO2+O2- CO2-3 等,选项 C 错误;该转换过程中,SO2-4 和 CO2-3 在阴极被还原,同时电 解质中又不断生成 SO2-4 和 CO2-3 ,所以实现了电解质中熔融碳酸盐和硫酸盐的自补充循环,选项 D 正确。 7.B 　 a 极 SO2 失 电 子 生 成 SO2-4 , 发 生 氧 化 反 应 , 与 电 源 正 极 相 连 ,A 项 错 误 ; 根 据 电 解 的 总 反 应:5SO2+2NO+8H2O (NH4)2SO4+4H2SO4 可知,A 为 H2SO4,则每处理 1 mol NO 可以生成 2 mol H2SO4,B 项正确;根据阳极的电极反应式 SO2-2e-+2H2O SO2-4 +4H+可知,通电后,阳极附近溶液的 pH 减小,C 项错误; 理论上将 SO2 与 NO 以体积比为 5∶2 通入装置可彻底转化,D 项错误。 8.C　A 极上 H2O2 转化为 OH-,发生还原反应:H2O2+2e- 2OH-,则 A 极为正极,根据图甲所示,Na+能透过离 子交换膜进入 A 极区生成 NaOH,则离子交换膜为阳离子交换膜,A 项正确、B 项正确;B 极为负极,发生氧化反 应:BH-4+8OH--8e- BO-2+6H2O,每有 1 mol NaBH4 参加反应,转移电子数为 8NA,C 项错误;根据 LED 发光二 极管中电荷移动情况知,导线 a 应与负极相连,导线 b 应与正极相连,故图乙中的导线 a 应与图甲中的 B 极相连,D 项正确。 9.B　由题图可知,H2O 生成 H2,H 的化合价降低,得电子,故正极的电极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,A 项 错误。反应生成的 OH-、S2-与 Fe2+可生成 Fe(OH)2、FeS,B 项正确。根据题中所给信息可知,SO2-4 与 H2 反应 生成 S2-,根据元素守恒可知,生成物中还有 H2O,故反应式为 4H2+SO2-4 S2-+4H2O,C 项错误。钢管表面 镀锌,锌会与铁形成原电池,锌比铁活泼,铁作正极,可减缓钢管的腐蚀;钢管表面镀铜,铜会与铁形成原电池,铁比 铜活泼,铁作负极,从而加速钢管的腐蚀,D 项错误。 10.A　桥墩的腐蚀主要是吸氧腐蚀,A 项错误;河水中电解质含量少,海水中含有大量的氯化钠,所以钢铁桥墩在 海水中比在河水中更易腐蚀,B 项正确;外加电流的阴极保护法常用惰性电极作为辅助阳极,C 项正确;由题图 2 分析知,D 项正确。 【图像分析】　 11.(1)正(1 分)　FePO4+e-+Li+ LiFePO4(2 分)　(2) 0.168(2 分) 【解析】　(1)放电时,该装置是原电池,铁元素由+3 价变为+2 价,得电子发生还原反应,所以该电极是正极,电极 反应式为 FePO4+e-+Li+ LiFePO4。(2)电解含有 0.01molCuSO4 和 0.01molNaCl 的混合溶液,电路中转移了 0.02mole-,阳极:2Cl--2e- Cl2↑,4OH--4e- 2H2O+O2↑,根据电子守恒计算阳极上生成的氯气为 0.005mol, 氧气为 0.0025mol,所以阳极上生成的气体在标准状况下的体积=(0.005mol+0.0025mol)×22.4L/mol=0.168L。 12.( 除 标 明 外 , 每 空 2 分 )(1)CO(g)+2H2(g) CH3OH(g) 　 ΔH=-128.8 kJ·mol-1(3 分 ) 　 0.8 mol(1 分 )　 (2)①CH3OH-6e-+8OH- CO2-3 +6H2O　②B(1 分)　1.12(1 分)　(3) Co 2+-e- Co3+　6Co3++CH3OH+H2O CO2↑+6Co2++6H+ 【解析】　根据盖斯定律由①× 1 2+②-③× 1 2得 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)　ΔH=-128.8kJ·mol-1;若反应生成 6.4g 甲醇,甲醇的物质的量是 6.4g÷32g·mol-1=0.2mol,反应中碳元素从+2 价降低到-2 价,则转移电子的物质的 量为 0.8mol。- 11 - (2)①用 Pt 作电极材料,用氢氧化钾溶液作电解质溶液,由于原电池中负极发生失去电子的氧化反应,因此甲醇 在负极失电子生成 CO2-3 ,负极的电极反应式为 CH3OH-6e-+8OH- CO2-3 +6H2O。②利用该燃料电池提供电源, 与题图 1 右边烧杯相连,在铁件表面镀铜,则铁件作电解池的阴极,阴极与电源负极连接,题图中与甲醇相连的 B 电极是阴极;当铁件的质量增重 6.4g(0.1mol)铜时,根据 Cu2++2e- Cu 可知转移电子 0.2mol,燃料电池中消 耗氧气的电极反应式为 O2+2H2O+4e- 4OH-,依据电子守恒计算消耗的氧气的物质的量为 0.05mol,标准状 况下氧气的体积=0.05mol×22.4L·mol-1=1.12L。 (3)通电后,Co2+转化为 Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应式为 Co2+-e- Co3+;Co3+作氧化剂 把 水 中 的 甲 醇 氧 化 成 CO2 和 H+, 自 身 被 还 原 为 Co2+, 反 应 的 离 子 方 程 式 为 6Co3++CH3OH+H2O CO2↑+6Co2++6H+。 1.B　甲烷燃料电池中,通入甲烷的电极是负极,与负极相连的石墨电极是阴极,阴极得电子发生还原反应,A 项 错误;根据题图可知,甲烷燃料电池中用熔融碳酸盐作电解质,故正极反应为 2CO 2+O2+4e- 2CO2-3 ,A 为 CO2,B 项正确;乙醇是非电解质,不能增强污水的导电能力,C 项错误;在燃料电池中,阴离子移向负极,所以 CO2-3 向甲烷一极移动,D 项错误。 2.D　由题图可知 a 电极发生的转化关系是 O2 H2O2,为得电子的还原反应,所以 a 电极为阴极,电极反应式 为 O2+2e-+2H2O H2O2+2OH-,b 电极为阳极,外接电源的正极,电极反应式为 Fe-2e- 2Fe2+,选项 A、B 错 误;·OH 不带电,在溶液中自由移动,选项 C 错误;由题给信息知电解过程中生成的 Fe2+和 H2O2 会继续反应生成 Fe3+、·OH 与 OH-,所以电解液中可能出现红褐色 Fe(OH)3 沉淀,选项 D 正确。 3.A　与 Y 相连的电极上的转化关系为 NO-3 N2,发生还原反应,该电极为阴极,阴极的电极反应式为 2N O-3 +10e-+12H+ N2↑+6H2O,选项 A 正确;若该装置在高温下进行,微生物易被灭活,则净化效果将变差,选项 B 错误;若有 1 mol NO-3被还原为 N2,则转移 5 mol 电子,会有 5 mol H+通过质子交换膜迁移至阴极区,选项 C 错 误;1 mol 葡萄糖被完全氧化时,碳元素的化合价可看作由 0 升高至+4,理论上转移 24 mol e-,选项 D 错误。 4.D　由题图可知,甲室电极与电源正极相连,为阳极室,Cl -放电能力大于 OH-,所以阳极的电极反应式为 2Cl--2e- Cl2↑,A 项正确;戊室电极与电源负极相连,为阴极室,开始电解时,阴极上水得电子生成氢气,同时生 成 OH-,生成的 OH - 和 HCO-3反应生成 CO2-3 ,生成的 CO2-3 与 Ca2+ 反应生成 CaCO3,OH- 和 Mg2+ 反应生成 Mg(OH)2,CaCO3 和 Mg(OH)2 是水垢的主要成分,B 项正确;阳膜只允许阳离子通过,阴膜只允许阴离子通过,电 解时丙室中阴离子移向乙室,阳离子移向丁室,所以丙室中物质主要是水,则淡水的出口为 b,C 项正确;根据 B 项分析,戊室收集到的是 H2,当戊室收集到 22.4 L(标准状况)气体时,则电路中转移 2 mol 电子,通过甲室阳膜的 离子为阳离子,既有+1 价的离子,又有+2 价的离子,所以物质的量不是 2 mol,D 项错误。 5.A　由题意结合题图可知,膜 1 为阳离子交换膜,膜 2 为阴离子交换膜,左室中 H +向 c 室迁移,右室中 Cl-向 c 室迁移,电极 a 为阳极,电极 b 为阴极,A 项正确;如果用稀盐酸代替稀硫酸,Cl-会在阳极反应,电极 a 上电解产物 发生变化,B 项错误;电极 b 的电极反应式为 Ni 2++2e- Ni,C 项错误;电极 a 的电极反应式为 2H2O-4e- 4H++O2↑,随着反应进行,消耗 H2O,生成 H+,电极 a 附近溶液 pH 降低,D 项错误。 6.B　由题意知,铁钉在弱酸性、中性条件下发生吸氧腐蚀,则正极反应式为 O2+2H2O+4e- 4OH-,A 项正确。 实验①②的溶液呈酸性,实验③④的溶液呈中性,根据题图可知,300 min 内铁钉的平均吸氧腐蚀速率:酸性溶液 >中性溶液,D 项正确。向实验④中加入少量(NH4)2SO4 固体,浸泡液由中性溶液变成弱酸性溶液,溶液 pH 下降, 则吸氧腐蚀速率加快,C 项正确。结合所用浸泡液及氧气体积分数随时间的变化图像可知,相同时间内,实验 ①②、③④的平均吸氧腐蚀速率均相差不大,实验①③、②④的平均吸氧腐蚀速率相差较大,则 Cl-不是影响吸 氧腐蚀速率的主要因素,影响吸氧腐蚀速率的主要因素是 pH,B 项错误。 7.C　金属 M 可以是锌等比铁活泼的金属,在原电池中作负极,被腐蚀,但不能是锡,否则铁作负极,腐蚀速率更 快,A 项错误;该方法利用了原电池原理,化学能转变为电能,B 项错误;输油管的保护原理是金属 M 作负极,失电- 12 - 子,电子沿导线转移到输油管,输油管附近的 H +或 O2 得电子,发生还原反应,C 项正确;不能确定潮湿土壤为酸 性还是中性,故正极可能发生吸氧腐蚀,也可能发生析氢腐蚀,D 项错误。 8.D　M 室中石墨电极为阳极,电解时阳极上水失电子生成 O2 和 H+,电极反应式为 2H2O-4e- O2↑+4H+,M 室 pH 减小;N 室中石墨电极为阴极,电解时阴极上水得电子生成 H 2 和 OH-,电极反应式为 2H2O+2e- H2↑+2OH-,N 室 pH 增大,A 项错误。原料室中的[B(OH)4]-通过 b 膜进入产品室、Na+通过 c 膜进入 N 室,M 室 中氢离子通入 a 膜进入产品室,则 a 膜、c 膜为阳离子交换膜,b 膜为阴离子交换膜,B 项错误。产品室中发生的 反应为[B(OH)4]-+H+ H3BO3+H2O,理论上每生成 1 mol H3BO3,M 室生成 1 mol H+,转移电子 1 mol,N 室生 成 0.5 mol H2,M 室生成 0.25 mol O2,两极室共产生标准状况下 16.8 L 气体,C 项错误。6.2 g H3BO3 的物质的 量为 6.2g 62g·mol-1=0.1 mol,则消耗的电荷量为 0.1 mol×1×96 500 C·mol-1=9 650 C,而电极上通过的总电荷量为 3A×60×60 s=10 800 C,故 η= 9650 10800×100%≈89%,D 项正确。 9.(1)温度过高,促进 CN -水解,生成有毒的 HCN,污染环境(2 分)　(2)稀硫酸和铁屑(2 分)　(3)CaCl 2(2 分)　 (4)2K2CO3+6HCN+Fe K4[Fe(CN)6]+2CO2↑+H2↑+2H2O(2 分 ) 　 (5) 过 滤 (1 分 ) 　 洗 涤 (1 分 )　 (6)[Fe(CN)6]4--e- [Fe(CN)6]3-(2 分)　(7)铁被铁氰化钾氧化生成了 Fe2+(2 分) 【解析】　(1)温度过高,会促进 CN-水解,生成有毒的 HCN,污染环境,故需控制温度低于 80℃。(2)为防止硫酸 亚铁氧化变质,应加入铁粉,为防止其水解,应加入稀硫酸。(3)分析流程图可知,获得的常用干燥剂是 CaCl2。(4) 根据题给条件知“反应Ⅲ”的反应物为 HCN、K2CO3、Fe,生成物为 K4[Fe(CN)6]、CO2、H2,结合原子守恒和得 失电子守恒可得反应的化学方程式为 6HCN+2K2CO3+Fe K4[Fe(CN)6]+2CO2↑+H2↑+2H2O。(5)从溶液中 得到溶质一般需经过蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥操作。(6)阳极发生氧化反应,Fe 元素由+2 价变 为+3 价,电极反应式为[Fe(CN)6]4--e- [Fe(CN)6]3-。(7)由操作(i)及实验现象可知,在该原电池中 Zn 被腐蚀,铁 被保护,电解液中无 Fe2+,在 U 形管铁极附近滴加铁氰化钾溶液后产生了蓝色沉淀,则说明有二价铁生成,即铁 被铁氰化钾氧化生成了 Fe2+。 10.(1)①不锈钢(1 分)　②阳极反应为 2H2O-4e- 4H++O2↑,使 2CrO2-4 +2H+ Cr2O2-7 +H2O 平衡右移(2 分)　 ③0.067(2 分 ) 　 (2)① 负 (1 分 ) 　 ②0~2(1 分 ) 　 2HSO-4-2e- S2O2-8 +2H+(2 分 ) 　 ③ 重 结 晶 (1 分 )　 (3)①2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O(2 分)　②336(2 分) 【解析】　(1)①不锈钢中的铁不参与反应,故不锈钢电极为阴极,接电池负极。②在电解过程中阳极生成 H+,使 2CrO2-4 +2H+ Cr2O2-7 +H2O 平衡向生成 Cr2O2-7 的方向移动。③设电解一段时间后,电解池右侧装置溶液中 K2CrO4 和 K2Cr2O7 分别为 xmol 和 ymol,则(2 x+2y)∶(x+2y)=4∶3,解得 x=y,因 19.4gK 2CrO4 的物质的量为 19.4g÷194g·mol-1=0.1mol, 故 电 解 一 段 时 间 后 生 成 的 K2Cr2O7 为 1 30mol 。 由 阳 极 区 反 应 2H2O-4e- O2↑+4H+,2CrO2-4 +2H+ Cr2O2-7 +H2O 可知,生成 1 30molK2Cr2O7,转移约 0.067mol 电子。(2)①根据题中信息知, 电解 NaHSO4 溶液制备 K2S2O8,则 Fe 电极应为阴极,即 Fe 电极应与电源的负极相连。②根据题图 3 及题意可 知阳极的电极反应式为 2HSO-4-2e- S2O2-8 +2H+,阳极区电解质溶液的 pH 在 0~2 之间。③可用重结晶法对 K2S2O8 粗产品进行提纯。(3)①根据题图 4 中电子的流动方向可知,a 极上失去电子发生氧化反应,结合题给总 反应可知,a 极上氨气在碱性条件下发生氧化反应生成氮气,电极反应式为 2NH3-6e-+6OH- N2+6H2O。②电 解 0.6L 饱和食盐水,电解反应为 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑,一段时间后,测得饱和食盐水 pH 变为 13,则溶液中 n(OH-)=0.6L×0.1mol·L-1=0.06mol,转移电子为 0.06mol,同一串联电路转移电子数目相同,根据 b 极 电 极 反 应 2NO2+4H2O+8e- N2+8OH- 可 知 , 理 论 上 b 极 消 耗 的 NO2 的 体 积 为 22.4 × 2 × 0.06 8 L=0.336L=336mL。