高三化學(xué)教案：《電化學(xué)解題策略》教學(xué)設(shè)計(jì)

　　本文題目：高三化學(xué)教案：電化學(xué)解題策略

　　電化學(xué)解題策略

　　通過研究近幾年全國各地的高考試題，有關(guān)電化學(xué)試題仍是2012年高考一大亮點(diǎn)，這充分說明電化學(xué)在今后教學(xué)中的重要性。但這類試題往往又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，錯(cuò)誤率較高。如何解答此類問題，現(xiàn)歸納如下：

　　【解題策略】

　　一. 電化學(xué)中四個(gè)極

　　正負(fù)極是根據(jù)物理學(xué)上的電極電勢高低而規(guī)定的，多用于原電池。正極電極電勢高，是流入電子(外電路)的電極;負(fù)極電極電勢低，是流出電子(外電路)的電極。

　　陰陽極是針對電解池或電鍍池來命名的。陽極是指與電源正極相連，發(fā)生氧化反應(yīng)的電極;陰極是指與電源負(fù)極相連，發(fā)生還原反應(yīng)的電極。

　　二. 電化學(xué)中四個(gè)池

　　1. 原電池：化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。除燃料電池外，一般由活潑金屬作負(fù)極。

　　2. 電解池：電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的裝置。

　　3. 電鍍池：應(yīng)用電解原理在某些金屬表面鍍上一層新金屬的裝置。通常鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬的物件接電源負(fù)極，含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。

　　4. 電解精煉池：應(yīng)用電解原理提純某些金屬的裝置，通常提純的金屬接電源正極，該金屬的純凈固體接電源負(fù)極，電解液含有待提純金屬的陽離子。

　　三. 原電池電極的四種判斷方法

　　1. 根據(jù)構(gòu)成原電池的電極材料判斷：活潑金屬作負(fù)極，較不活潑金屬或?qū)щ姷姆墙饘偌敖饘傺趸�物作正極。

　　2. 根據(jù)電子流向或電流流向判斷：電子流出或電流流入的電極為負(fù)極，反之為正極。

　　3. 根據(jù)電極反應(yīng)進(jìn)行判斷：發(fā)生氧化反應(yīng)的為負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)的為正極。也可依據(jù)電極附近指示劑(石蕊、酚酞、淀粉試液等)的顯色情況判斷該電極是 或 等放電，從而確定正、負(fù)極。如用酚酞作指示劑，若電極附近溶液變紅色，說明該電極附近溶液顯堿性， 在該電極附近得電子被還原，該電極為正極。

　　4. 根據(jù)兩極現(xiàn)象判斷：通常溶解或質(zhì)量減少的一極為負(fù)極;質(zhì)量增加或有氣泡產(chǎn)生的一極為正極。

　　四. 電解的四種類型

　　1. 只有溶質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化：如用惰性電極電解 溶液、 溶液，其電解反應(yīng)式分別為：

　　2. 形式上看只有水發(fā)生化學(xué)變化：如惰性電極電解 溶液的電解反應(yīng)式均為：

　　3. 溶質(zhì)、水均發(fā)生化學(xué)變化：如惰性電極電解 溶液、 溶液，其電解反應(yīng)式分別為：

　　4. 形式上看溶質(zhì)和水均未發(fā)生化學(xué)變化：如鐵器上鍍銅，電極反應(yīng)式分別為：陽極銅棒： ，陰極鐵器： 。

　　五. 書寫電極反應(yīng)的四原則

　　1. 加減原則：根據(jù)得失電子守恒，總反應(yīng)式為兩個(gè)電極反應(yīng)式之和。若已知一個(gè)電極反應(yīng)式，可用總反應(yīng)式減去已知的反應(yīng)式，得另一電極反應(yīng)式。

　　2. 共存原則：因?yàn)槲镔|(zhì)得失電子后在不同介質(zhì)中的存在形式不同，所以電極反應(yīng)式的書寫必須考慮介質(zhì)環(huán)境。堿性溶液中 不可能存在，也不可能有 參加反應(yīng);當(dāng)電解質(zhì)溶液呈酸性時(shí)，不可能有 參加反應(yīng)。如甲烷燃料電池以KOH為電解質(zhì)溶液時(shí)：負(fù)極反應(yīng)式： ;正極反應(yīng)式： 。

　　3. 得氧失氧原則：得氧時(shí)，在反應(yīng)物中加 (電解質(zhì)為酸性時(shí))或 (電解質(zhì)溶液為堿性或中性時(shí));失氧時(shí)，在反應(yīng)物中加 (電解質(zhì)為堿性或中性時(shí))或 (電解質(zhì)為酸性時(shí))。如“鈕扣”電池以KOH為電解質(zhì)溶液，其電池總反應(yīng)式為： ，負(fù)極 ，根據(jù)得氧原則，負(fù)極反應(yīng)式為： ;正極 ，根據(jù)失氧原則，正極反應(yīng)式為： 。

　　4. 中性吸氧反應(yīng)成堿原則：在中性電解質(zhì)溶液中，通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應(yīng)，其反應(yīng)的最后產(chǎn)物是堿。如銀鋅電池、鐵的吸氧腐蝕、以鋁、空氣、海水為材料組成的海水電池等。

　　【題型解讀】

　　題型一、電極名稱和電極材料的判斷

　　例1. 銅片和鋅片用導(dǎo)線連接后插入稀硫酸中，鋅片是( )

　　A. 陰極 B. 正極 C. 陽極 D. 負(fù)極

　　解析：電解池的兩極分別命名為陰、陽極，原電池的兩極分別命名為正、負(fù)極。題中裝置構(gòu)成的是原電池，鋅片失電子作原電池的負(fù)極。答案：D

　　題型二、電極方程式的書寫

　　例2. 下圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列判斷正確的是( )

　　A. a為負(fù)極，b為正極 B. a為陽極，b為陰極

　　C. 電解過程中，d電極的質(zhì)量增加 D. 電解過程中，氯離子的濃度不變

　　解析：根據(jù)電流方向可判斷出a為正極，b為負(fù)極，c為陽極，d為陰極。用惰性電極電解CuCl2溶液時(shí)，兩個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)陽極(c電極)為： ，陰極(d電極)為： 。答案：C

　　題型三、廢舊電池的處理方法

　　例3. 隨著人們生活水平的不斷提高，廢舊電池必須進(jìn)行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原因是( )

　　A. 利用電池外殼的金屬材料

　　B. 防止電池中的汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水體造成污染

　　C. 不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品

　　D. 回收其中的石墨電極

　　解析：隨著生產(chǎn)的發(fā)展和人們生活水平的日益提高，環(huán)境污染和環(huán)保問題已越來越受到人們的重視，廢舊電池中含有鉛、汞等多種重金屬離子，極易對環(huán)境造成污染。答案：B

　　題型四、利用得失電子守恒進(jìn)行計(jì)算

　　例4. 室溫下，在實(shí)驗(yàn)室中電解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液，通電一段時(shí)間后溶液的pH從7增加到12時(shí)(設(shè)電解時(shí)溶液的體積變化忽略不計(jì))，則陰極產(chǎn)生氣體的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)和溶液中NaCl的濃度分別為( )

　　A. 112mL, 0.02mol/L B. 56mL, 0.02mol/L

　　C. 56mL, 0.04mol/L D. 112mL, 0.04mol/L

　　解析：室溫下，pH=12時(shí)， ，生成的 的物質(zhì)的量為

　　。由電極反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)相等，推導(dǎo)出電子與各物質(zhì)之間物質(zhì)的量的關(guān)系為： 。由生成的 的物質(zhì)的量可直接求得

　　參加反應(yīng)的NaCl的物質(zhì)的量為 。剩余NaCl的濃度為

　　，生成的H2為 。答案：B

　　題型五、電化學(xué)基礎(chǔ)知識應(yīng)用

　　1. 判斷金屬的活動性強(qiáng)弱

　　例5. X、Y、Z、M代表四種金屬元素，金屬X和Z用導(dǎo)線連接放入稀硫酸中時(shí)，X溶解，Z極上有氫氣放出;若電解 和 共存的溶液時(shí)，Y先析出;又知 的氧化性強(qiáng)于 ，則這四種金屬的活動性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)? )

　　A. X>Z>Y>M B. X>Y>Z>M C. M>Z>X>Y D. X>Z>M>Y

　　解析：金屬X和Z用導(dǎo)線連接放入稀H2SO4中，形成原電池，X溶解說明金屬活動性X>Z;電解 和 共存的溶液時(shí)，Y先析出，則金屬活動性Z>Y;離子的氧化性越強(qiáng)，其單質(zhì)的金屬活動性越弱，則金屬活動性Y>M。答案：A

　　2. 金屬的腐蝕

　　例6. 家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，常出現(xiàn)紅棕色的銹斑，在此變化過程中不發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是( )

　　A.

　　B.

　　C.

　　D.

　　解析：洗過的鐵鍋在空氣中放置，可發(fā)生吸氧腐蝕，負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為： ，正極發(fā)生的反應(yīng)為： ，總反應(yīng)式為： ，而 又易被O2氧化為紅褐色的 。答案：D

　　題型6、電子守恒法的應(yīng)用。

　　例7、500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 mol?L-1，用石墨作電極電解此溶液，當(dāng)通電一段時(shí)間后，兩極均收集到22.4 L氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是( )

　　A.原混合溶液中c(K+)為1 mol?L-1 B.上述電解過程中共轉(zhuǎn)移4 mol電子

　　C.電解得到的Cu的物質(zhì)的量為0.5 mol D.電解后溶液中c(H+)為2 mol?L-1

　　解析：兩極反應(yīng)為：陰極 Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O,兩極都收集1mol氣體，由陽極得到轉(zhuǎn)移電子為4mol，又知生成1molH2轉(zhuǎn)移電子2mol，根據(jù)電子得失守恒，n(Cu2+)=1mol.再通過離子所帶電荷的守恒,在500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中存在關(guān)系：2c(Cu2+)+c(K+)=c(NO3-)，可以求出c(K+)=2 mol?L-1 .電解過程中消耗的n(OH-)=4mol,則溶液中留下4mol的H+,c(H+)=8mol?L-1 .

　　答案：B

　　例8、如下圖所示，若電解5min時(shí)銅電極質(zhì)量增加2.16g，試回答：

　　(1)電源電極X名稱為_____________。

　　(2)pH變化：A___________, B__________, C__________。

　　(3)通電5min時(shí)，B中共收集224mL氣體(標(biāo)況)，溶液體積為200mL。(設(shè)電解前后無體積變化)則通電前CuSO4溶液的物質(zhì)的量濃度為__________。

　　(4)若A中KCl溶液的體積也是200mL，電解后，溶液的pH是___________(設(shè)前后體積無變化)。

　　解析：(1)因?yàn)镃u電極增重，說明溶液中的Ag+在此極析出，所以Cu極為陰極，Ag極為陽極，那么與Ag極相連的電源Y極為正極，X極為負(fù)極。(2)電解KCl溶液時(shí)，陰極上2H++2e-=H2↑，溶液pH增大，電解CuSO4和K2 SO4溶液時(shí)，陽極4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，溶液pH減小。電解AgNO3溶液實(shí)質(zhì)是電鍍，溶液濃度不變，故pH不變。(3)C中銅電極增加2.16gAg，通過的電子為n(e-)= 0.02mol，因?yàn)榇��?lián)電池，每個(gè)電極通過的電子均為0.02mol，B中陽極4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，放出O2為 =0.005mol，陰極放出H2為：0.01mol-0.005mol=0.005mol，根據(jù)H2的物質(zhì)的量推知H+得電子2×0.005mol，則Cu2+得電子為0.02mol -2×0.005mol， CuSO4 的濃度為： 。

　　(4)A中陰極2H++2e-=H2↑，H+減少n(H+)=0.02mol，

　　c(OH-) = ,pH=13。

　　答案：(1)負(fù)極(2)增大;減小;不變(3)0.025mol/L(4)13。

　　例9、(1)肼(N2H4)又稱聯(lián)氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。已知在101kPa時(shí)，32.0gN2H4在氧氣中完全燃燒生成氮?dú)猓�放出熱�?24kJ(25℃時(shí))，N2H4完全燃燒反應(yīng)的熱化學(xué)方程式是 。

　　(2)肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質(zhì)溶液是20%~30%的KOH溶液。

　　肼—空氣燃料電池放電時(shí)：

　　正極的電極反應(yīng)式是 。

　　負(fù)極的電極反應(yīng)式是 。

　　(3)下圖是一個(gè)電化學(xué)過程示意圖。

　　①鋅片上發(fā)生的電極反應(yīng)是 。

　　②假設(shè)使用肼—空氣燃料電池作為本過程中的電源，銅片的質(zhì)量變化128g，則肼一空氣燃料電池理論上消耗標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣 L(假設(shè)空氣中氧氣體積含量為20%)

　　解析：(1)注意32克N2H4為1mol,注意△H應(yīng)與方程式的計(jì)量數(shù)相對應(yīng)，如N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(1);△H=-624kJ/mol

　　(2)肼—空氣燃料電池，電解質(zhì)溶液是KOH溶液。故電極反應(yīng)為：

　　(正極)O2+2H2O+4e-=4OH- ，(負(fù)極)N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑

　　(3)①此圖為電解裝置，銅片為陽極，鋅片為陰極。鋅片上發(fā)生的電極反應(yīng)是Cu2++2e-=Cu

　�、� 銅片減少128g，即轉(zhuǎn)移電子4mol 根據(jù)O2+2H2O+4e-=4OH-計(jì)算得，需要氧氣1mol,轉(zhuǎn)化為空氣則需要112L。

　　答案：(1)N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(1);△H=-624kJ/mol

　　(2)O2+2H2O+4e-=4OH- ; N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑

　　(3)①Cu2++2e-=Cu ②112

　　【專題測試】

　　1.下列有關(guān)電化學(xué)的示意圖中正確的是

　　(　　)

　　【解析】　選項(xiàng)A，Zn應(yīng)為原電池負(fù)極，Cu為原電池正極。選項(xiàng)B，鹽橋兩邊的燒杯中盛裝的電解質(zhì)溶液應(yīng)互換。選項(xiàng)C，粗銅應(yīng)連接電源正極。選項(xiàng)D，電解飽和NaCl溶液，Cl-在陽極放電產(chǎn)生Cl2，溶液中的H+在陰極獲得電子而產(chǎn)生H2，正確。

　　【答案】　D

　　2.下列敘述正確的是

　　(　　)

　�、僭�電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置�、谠�電池的正極發(fā)生氧化反應(yīng)，負(fù)極發(fā)生還原反應(yīng)�、鄄荒茏园l(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，通過原電池的裝置均可實(shí)現(xiàn)�、芴及舨荒苡脕碜髟�電池的正極　⑤反應(yīng)Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+，能以原電池的形式來實(shí)現(xiàn)

　　A.①⑤　　　　　　　　　B.①④⑤

　　C.②③④ D.②⑤

　　【解析】�、谠�電池負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，③不能實(shí)現(xiàn)，④碳棒可以作原電池的正極。

　　【答案】　A

　　3.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應(yīng)式為：

　　Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)===Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)

　　下列說法錯(cuò)誤的是

　　(　　)

　　A.電池工作時(shí)，鋅失去電子

　　B.電池正極的電極反應(yīng)式為2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)

　　C.電池工作時(shí)，電子由正極通過外電路流向負(fù)極

　　D.外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質(zhì)量理論上減小6.5 g

　　【解析】　由所給電池的總反應(yīng)式可知，電池工作時(shí)，每有1 mol Zn參加反應(yīng)，失去2 mol電子，則會有2 mol電子從負(fù)極Zn開始，流經(jīng)外電路而流向正極，并在正極發(fā)生反應(yīng)，2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)，故外電路每通過0.2 mol電子，Zn的質(zhì)量就減輕6.5 g。

　　【答案】　C

　　4.科學(xué)家近年來研制出一種新型細(xì)菌燃料電池，利用細(xì)菌將有機(jī)酸轉(zhuǎn)化成氫氣，氫氣進(jìn)入以磷酸為電解質(zhì)的燃料電池發(fā)電。電池負(fù)極反應(yīng)為

　　(　　)

　　A.H2+2OH--2e-===2H2O

　　B.O2+4H++4e-===2H2O

　　C.H2-2e-===2H+

　　D.O2+2H2O+4e-===4OH-

　　【答案】　C

　　5.鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕，發(fā)生的原電池反應(yīng)為：2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。以下說法正確的是

　　(　　)

　　A.負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)為：Fe-2e-===Fe2+

　　B.正極發(fā)生的反應(yīng)為：2H2O+O2+2e-===4OH-

　　C.原電池是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的裝置

　　D.鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕

　　【答案】　A

　　6.在原電池和電解池的電極上所發(fā)生的反應(yīng)，同屬氧化反應(yīng)或同屬還原反應(yīng)的是

　　(　　)

　�、僭�電池正極和電解池陽極所發(fā)生的反應(yīng)　②原電池正極和電解池陰極所發(fā)生的反應(yīng)�、墼�電池負(fù)極和電解池陽極所發(fā)生的反應(yīng)�、茉�電池負(fù)極和電解池陰極所發(fā)生的反應(yīng)

　　A.①② B.②③

　　C.③④ D.①④

　　【解析】　原電池的負(fù)極和電解池的陽極發(fā)生的是氧化反應(yīng)。原電池的正極和電解池的陰極發(fā)生的是還原反應(yīng)。

　　【答案】　B

　　7.用惰性電極分別電解足量的下列物質(zhì)的水溶液一段時(shí)間后，向剩余電解質(zhì)溶液中加入一定量的一種物質(zhì)(括號內(nèi))，溶液能恢復(fù)到與原來溶液完全一樣的是

　　(　　)

　　A.CuCl2(CuO) B.NaOH(NaOH)

　　C.NaCl(HCl) D.CuSO4〔Cu (OH)2〕

　　【解析】　首先分析各水溶液中存在哪些陰、陽離子，判斷陰、陽兩極參加反應(yīng)的離子是什么?溶液中減少的是什么?顯然A中電解的是CuCl2，B中被電解的是水，D中減少的是CuO，與添加的物質(zhì)不符被否定。

　　【答案】　C

　　8.氫鎳電池是近年開發(fā)出來的可充電電池，它可以取代會產(chǎn)生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應(yīng)式是：

　　12H2+NiO(OH) Ni(OH)2

　　根據(jù)此反應(yīng)式判斷，下列敘述中正確的是

　　(　　)

　　A.電池放電時(shí)，電池負(fù)極周圍溶液的pH不斷增大

　　B.電池放電時(shí)，鎳元素被氧化

　　C.電池充電時(shí)，氫元素被氧化

　　D.電池放電時(shí)，H2是負(fù)極

　　【解析】　放電時(shí)，反應(yīng)向右進(jìn)行，氫被氧化為H+，負(fù)極區(qū)pH減小，鎳元素被還原，而充電時(shí)，反應(yīng)向左進(jìn)行，氫元素被還原。

　　【答案】　D

　　9.若某電能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化裝置(電解池或原電池)中發(fā)生的總反應(yīng)的離子方程式是：Cu+2H+===Cu2++H2↑，則下列關(guān)于該裝置的有關(guān)說法正確的是

　　(　　)

　　A.該裝置可能是原電池，也可能是電解池

　　B.該裝置只能是原電池，且電解質(zhì)溶液為硝酸

　　C.該裝置只能是電解池，且金屬銅為該電解池的陽極

　　D.該裝置只能是原電池，電解質(zhì)溶液不可能是鹽酸

　　【解析】　不能是原電池，Cu+H+不能自發(fā)的發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

　　【答案】　C

　　10.用惰性電極電解2 L 1.0 mol?L-1CuSO4溶液，在電路中通過0.5 mol電子后，調(diào)換正負(fù)極繼續(xù)電解，電路中通過了1 mol電子，此時(shí)溶液中c(H+)為(假設(shè)體積不變)

　　(　　)

　　A.1.5 mol?L-1 B.0.75 mol?L-1

　　C.0.5 mol?L-1 D.0.25 mol?L-1

　　【解析】　調(diào)換正負(fù)極前后電極反應(yīng)式的比較情況如下：

　　前陽：4OH--4e-===2H2O+O2↑陰：2Cu2++4e-===2Cu

　　后陽：2Cu-4e-===2Cu2+(先)4OH--4e-===2H2O+O2↑(后)陰：2Cu2++4e-===2Cu

　　由上反應(yīng)知：電路中轉(zhuǎn)移的1.5 mol電子中，只有1 mol由OH-放電產(chǎn)生，即消耗的n(OH-)=1 mol，亦即溶液中積累的n(H+)=1 mol，故c(H+)=0.5 mol/L。

　　【答案】　C

　　11.把分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、氧化鋁的三個(gè)電解槽串聯(lián)，在一定條件下通電一段時(shí)間后，析出鉀、鎂、鋁的物質(zhì)的量之比為

　　(　　)

　　A.1∶2∶3　　　　　　　B.3∶2∶1

　　C.6∶3∶1 D.6∶3∶2

　　【答案】　D

　　12.下列描述中，不符合生產(chǎn)實(shí)際的是

　　(　　)

　　A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極

　　B.電解法精煉粗銅，用純銅作陰極

　　C.電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網(wǎng)作陰極

　　D.在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極

　　【答案】　A

　　13.如下圖所示，通電后，A極上析出Ag，對該裝置的有關(guān)敘述正確的是 (　　)

　　A.P是電源的正極

　　B.F極上發(fā)生的反應(yīng)為：4OH--4e-===2H2O+O2↑

　　C.通電后，甲、乙、丙三池中，除了E、F兩極外，其他電極均參加了反應(yīng)

　　D.通電后，甲池溶液的pH減小，而乙、丙兩池溶液的pH不變

　　【答案】　B

　　14.如下圖所示，X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發(fā)現(xiàn)a極板質(zhì)量增加，b極板處有無色、無臭

　　氣體放出。符合這一情況的是 (　　)

　　a極板 b極板 X電極 Z溶液

　　A 鋅 石墨 負(fù)極 CuSO4

　　B 石墨 石墨 負(fù)極 NaOH

　　C 銀 鐵 正極 AgNO3

　　D 銅 石墨 負(fù)極 CuCl2

　　【答案】　A

　　15.天津是我國研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的重要基地。鋰離子電池正極材料是含鋰的二氧化鈷(LiCoO2)，充電時(shí)LiCoO2中Li被氧化，Li+遷移并以原子形式嵌入電池負(fù)極材料碳(C6)中，以LiC6表示。電池反應(yīng)為LiCoO2+C6 CoO2+LiC6，下列說法正確的是

　　(　　)

　　A.充電時(shí)，電池的負(fù)極反應(yīng)為LiC6-e-===Li++C6

　　B.放電時(shí)，電池的正極反應(yīng)為CoO2+Li++e-===LiCoO2

　　C.羧酸、醇等含活潑氫的有機(jī)物可用作鋰離子電池的電解質(zhì)

　　D.鋰離子電池的比能量(單位質(zhì)量釋放的能量)低

　　【解析】　A項(xiàng)，充電時(shí)，發(fā)生電解池反應(yīng)，電池負(fù)極即為電解池陰極，發(fā)生還原反應(yīng)Li++C6+e-===LiC6;B項(xiàng)，放電時(shí)發(fā)生原電池反應(yīng)電池正極發(fā)生還原反應(yīng);C項(xiàng)，含活潑氫的有機(jī)物作電解質(zhì)易得電子;D項(xiàng)，鋰相對原子質(zhì)量小，其密度最小，所以鋰離子電池的比能量高。

　　【答案】　B

　　16.將Mg條、Al條平行插入一定濃度的NaOH溶液中，如下圖所示用導(dǎo)線連接起來。下列敘述符合事實(shí)的是 (　　)

　　A.斷開K2，閉合K1時(shí)，Al電極反應(yīng)為：Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O

　　B.斷開K2，閉合K1時(shí)，由于Mg比Al活潑，故Mg失去電子被氧化成Mg2+

　　C.斷開K1，閉合K2時(shí)，電子由Mg向Al流動

　　D.斷開K1，閉合K2時(shí)，溶液中立即會有白色沉淀析出

　　【解析】　斷開K2，閉合K1時(shí)，Al、Mg、NaOH構(gòu)成原電池，Al能自發(fā)與NaOH溶液反應(yīng)而失去電子，為原電池的負(fù)極：Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O，故選項(xiàng)A正確，B錯(cuò)誤。斷開K1，閉合K2時(shí)，構(gòu)成電解NaOH溶液的電解池，Al接電源的正極為電解池的陽極，被溶解：Al-3e-===Al3+，生成的Al3+馬上與溶液中過量的OH-反應(yīng)生成AlO-2，看不到白色沉淀析出。Mg接電源的負(fù)極為電解池的陰極，溶液中的H+在該極獲得電子而產(chǎn)生H2：2H++2e-===H2↑。電子流向?yàn)椋篗g→NaOH溶液→Al，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。

　　【答案】　A

　　17.(10分)如何防止鐵的銹蝕是工業(yè)上研究的重點(diǎn)內(nèi)容。為研究鐵銹蝕的影響因素，某同學(xué)做了如下探究實(shí)驗(yàn)：

　　序號 內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

　　1 常溫下將鐵絲放在干燥空氣中一個(gè)月 干燥的鐵絲表面依然光亮

　　2 常溫下將鐵絲放在潮濕空氣中一小時(shí) 鐵絲表面依然光亮

　　3 常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一個(gè)月 鐵絲表面已變得灰暗

　　4 將潮濕的鐵絲放在常溫的氧氣流中一小時(shí) 鐵絲表面略顯灰暗

　　5 將潮濕的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時(shí) 鐵絲表面已變得灰暗

　　6 將浸過氯化鈉溶液的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時(shí) 鐵絲表面灰暗程度比實(shí)驗(yàn)5嚴(yán)重

　　回答以下問題：

　　(1)上述實(shí)驗(yàn)中發(fā)生了電化學(xué)腐蝕的是(填實(shí)驗(yàn)序號)________;在電化學(xué)腐蝕中，負(fù)極反應(yīng)是__________________;正極反應(yīng)是______________________;

　　(2)由該實(shí)驗(yàn)可知，可以影響鐵銹蝕速率的因素是___________________________

　　______________________________________________________________________;

　　(3)為防止鐵的銹蝕，工業(yè)上普遍采用的方法是________________________(答兩種方法)。

　　【解析】　由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(鐵絲表面變灰暗)得出發(fā)生了電化學(xué)腐蝕的實(shí)驗(yàn)為3、4、5、6，負(fù)極Fe失電子變成Fe2+被腐蝕，正極均為O2放電。從能否構(gòu)成原電池的條件等方面來回答問題(2)。從改變物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，從覆蓋保護(hù)層、原電池原理等方面進(jìn)行思考來回答問題(3)。

　　【答案】　(1)3、4、5、6

　　Fe-2e-===Fe2+(或2Fe-4e-===2Fe2+)

　　2H2O+O2+4e-===4OH-

　　(2)濕度、溫度、O2的濃度、電解質(zhì)存在

　　(3)電鍍、發(fā)藍(lán)等表面覆蓋保護(hù)層，犧牲陽極的陰極保護(hù)法等

　　18.(10分)二氧化錳是制造鋅錳干電池的基本材料。工業(yè)上以軟錳礦為原料，利用硫酸亞鐵制備高純二氧化錳的流程如下：

　　某軟錳礦的主要成分為MnO2，還含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。部分陽離子以氫氧化物或硫化物的形式完全沉淀時(shí)溶液的pH見下表，回答下列問題：

　　沉淀物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2 Cu(OH)2

　　pH 5.2 3.2 9.7 10.4 6.7

　　沉淀物 Zn(OH)2 CuS ZnS MnS FeS

　　pH 8.0 ≥0.42 ≥2.5 ≥7 ≥7

　　(1)硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO2還原為MnSO4，酸浸時(shí)發(fā)生的主要反應(yīng)的化學(xué)方程式為________________________________________________________________________。

　　(2)濾渣A的主要成分為__________________。

　　(3)加入MnS的目的是除去________________雜質(zhì)。

　　(4)堿性鋅錳干電池中，MnO2參與的電極反應(yīng)方程式為___________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(5)從廢舊堿性鋅錳干電池中可以回收利用的物質(zhì)有________________________(寫出兩種)。

　　【解析】　(2)軟錳礦酸浸后，濾液中主要含有Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+和H+，當(dāng)加氨水調(diào)pH至5.4時(shí)，根據(jù)題目所給表格，此pH下，只有Al3+、Fe3+可沉淀完全。

　　(3)在pH=5.4時(shí)，Cu2+、Zn2+可以硫化物的形式沉淀完全，而MnS在此情況下不可溶解形成Mn2+和S2-，因此加入MnS是為了除去Cu2+和Zn2+。

　　【答案】　(1)MnO2+2FeSO4+2H2SO4===MnSO4+

　　Fe2(SO4)3+2H2O　(2)Fe(OH)3、Al(OH)3　(3)Cu2+、Zn2+

　　(4)MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH-(或2MnO2+H2O+2e-===Mn2O3+2OH-)　(5)鋅、二氧化錳

　　19.(13分)物質(zhì)X是中學(xué)化學(xué)中的常見物質(zhì)，X既能與稀硫酸反應(yīng)，又能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。

　　(1)若X為氧化物，X的化學(xué)式是________________。

　　(2)若X為單質(zhì)，X用于焊接鋼軌反應(yīng)的化學(xué)方程式是_________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(3)若X與稀硫酸反應(yīng)生成無色無味的氣體A，與濃氫氧化鈉溶液加熱反應(yīng)生成氣體B。等物質(zhì)的量的A和B在水溶液中反應(yīng)又生成X。

　　X與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式是__________________________________________;

　　X與足量稀氫氧化鈉溶液反應(yīng)的離子方程式是________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　①在宇航器中，可以不斷的將座艙內(nèi)的空氣通過盛有金屬過氧化物(以過氧化鈉為例)的容器，以除去A。反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________________________________。

　�、诳茖W(xué)家設(shè)計(jì)出新的航天飛船內(nèi)的空氣更新系統(tǒng)。其中一步是A和氫氣在200～250 ℃時(shí)，鎳催化劑作用下，生成甲烷和另一物質(zhì)。該反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________________。

　　③熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如下圖所示：

　　C(Ⅰ)的電極名稱是________(填正極或負(fù)極)。該燃料電池的總反應(yīng)化學(xué)方程式是______________________。

　　熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理示意圖

　　【答案】　(1)Al2O3　(2)2Al+Fe2O3=====高溫2Fe+Al2O3

　　(3)HCO-3+H+===H2O+CO2↑

　　NH+4+HCO-3+2OH-===NH3?H2O+CO2-3+H2O

　�、�2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2

　�、贑O2+4H2=====Ni200～250 ℃CH4+2H2O

　�、圬�(fù)極　2H2+O2===2H2O

　　20.(11分)新型鋰離子電池在新能源的開發(fā)中占有重要地位，可用作節(jié)能環(huán)保電動汽車的動力電池。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)是新型鋰離子電池的首選電極材料，它的制備方法如下：

　　方法一：將碳酸鋰、乙酸亞鐵[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后，在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰，同時(shí)生成的乙酸及其他產(chǎn)物均以氣體逸出。

　　方法二：將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀。沉淀經(jīng)過濾、洗滌、干燥，在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態(tài)磷酸亞鐵鋰。

　　在鋰離子電池中，需要一種有機(jī)聚合物作為正負(fù)極之間鋰離子遷移的介質(zhì)，該有機(jī)聚合物的單體之一(用M表示)的結(jié)構(gòu)簡式如下：

　　請回答下列問題：

　　(1)上述兩種方法制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。其原因是________________________________________________________________________。

　　(2)在方法一所發(fā)生的反應(yīng)中，除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有________、________、________(填化學(xué)式)生成。

　　(3)在方法二中，陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應(yīng)式為__________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(4)寫出M與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式：___________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(5)已知該鋰離子電池在充電過程中，陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，則該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為__________________________________________________________。

　　【解析】　(1)因制備該電池電極材料的原料為乙酸亞鐵，產(chǎn)品為磷酸亞鐵鋰，為防止亞鐵化合物被氧化，故兩種制備方法的過程必須在惰性氣體氛圍中進(jìn)行。

　　(2)方法一中除生成磷酸亞鐵鋰和乙酸外，由碳酸鋰可生成CO2氣體，由磷酸二氫銨可生成NH3和水蒸氣，故除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有CO2、H2O和NH3生成。

　　(3)分析方法二所給條件，抓住幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：①鐵作陽極;②磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液為電解液;③析出磷酸亞鐵鋰沉淀，所以陽極的電極反應(yīng)式為：Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+。

　　(4)分析M的結(jié)構(gòu)簡式可知，M分子中既含甲基丙烯酸酯的結(jié)構(gòu)，又含碳酸二酯的結(jié)構(gòu)(見下圖)：

　　由此可分析寫出M與足量NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

　　(5)該電池放電時(shí)正極的電極反應(yīng)為充電時(shí)陽極電極反應(yīng)的逆過程，即由磷酸鐵生成磷酸亞鐵鋰，故放電時(shí)正極的電極反應(yīng)式為：FePO4+Li++e-===LiFePO4。

　　【答案】　(1)為了防止亞鐵化合物被氧化

　　(2)CO2　H2O　NH3

　　(3)Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+

　　(4)

　　HOCH2CH2OH+Na2CO3+CH3OH

　　(5)FePO4+Li++e-===LiFePO4

　　21.(8分)常溫下電解200 mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖中Ⅰ、Ⅱ所示(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)，根據(jù)圖中信息進(jìn)行下列計(jì)算：

　　(1)原混合溶液中NaCl和CuSO4的物質(zhì)的量濃度。

　　(2)t2時(shí)所得溶液的pH。

　　(3)電解至t3時(shí)，消耗水的質(zhì)量。

　　【解析】　(1)陽極首先逸出的是氯氣：n(NaCl)=2n(Cl2)=0.02 mol，則c(NaCl)=0.1 mol/L。

　　陽極得到336 mL氣體中，含0.01 mol Cl2和0.005 mol O2，轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量為：0.01 mol×2+0.005 mol×4=0.04 mol。

　　此過程中陰極剛好全部析出銅：

　　n(CuSO4)=n(Cu)=0.04 mol2=0.02 mol，

　　則c(CuSO4)=0.02 mol0.2 L=0.1 mol/L。

　　(2)t2時(shí)溶液中c(Na+)=0.1 mol/L，c(SO2-4)=0.1 mol/L。

　　根據(jù)電荷守恒有：c(H+)=2×0.1 mol/L-0.1 mol/L=0.1 mol/L，即溶液的pH=1。

　　【答案】　(1)c(NaCl)=0.1 mol/L、c(CuSO4)=0.1 mol/L

　　(2)pH=1　(3)0.72 g