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高三化学教案:《电化学解题策略》教学设计

来源:精品学习网 2018-11-12 17:29:47

  本文题目:高三化学教案:电化学解题策略

  电化学解题策略

  通过研究近几年全国各地的高考试题,有关电化学试题仍是2012年高考一大亮点,这充分说明电化学在今后教学中的重要性。但这类试题往往又是学生学习的难点,错误率较高。如何解答此类问题,现归纳如下:

  【解题策略】

  一. 电化学中四个极

  正负极是根据物理学上的电极电势高低而规定的,多用于原电池。正极电极电势高,是流入电子(外电路)的电极;负极电极电势低,是流出电子(外电路)的电极。

  阴阳极是针对电解池或电镀池来命名的。阳极是指与电源正极相连,发生氧化反应的电极;阴极是指与电源负极相连,发生还原反应的电极。

  二. 电化学中四个池

  1. 原电池:化学能转化为电能的装置。除燃料电池外,一般由活泼金属作负极。

  2. 电解池:电能转化为化学能的装置。

  3. 电镀池:应用电解原理在某些金属表面镀上一层新金属的装置。通常镀层金属接电源正极,待镀金属的物件接电源负极,含有镀层金属离子的溶液作电镀液。

  4. 电解精炼池:应用电解原理提纯某些金属的装置,通常提纯的金属接电源正极,该金属的纯净固体接电源负极,电解液含有待提纯金属的阳离子。

  三. 原电池电极的四种判断方法

  1. 根据构成原电池的电极材料判断:活泼金属作负极,较不活泼金属或导电的非金属及金属氧化物作正极。

  2. 根据电子流向或电流流向判断:电子流出或电流流入的电极为负极,反之为正极。

  3. 根据电极反应进行判断:发生氧化反应的为负极,发生还原反应的为正极。也可依据电极附近指示剂(石蕊、酚酞、淀粉试液等)的显色情况判断该电极是 或 等放电,从而确定正、负极。如用酚酞作指示剂,若电极附近溶液变红色,说明该电极附近溶液显碱性, 在该电极附近得电子被还原,该电极为正极。

  4. 根据两极现象判断:通常溶解或质量减少的一极为负极;质量增加或有气泡产生的一极为正极。

  四. 电解的四种类型

  1. 只有溶质发生化学变化:如用惰性电极电解 溶液、 溶液,其电解反应式分别为:

  2. 形式上看只有水发生化学变化:如惰性电极电解 溶液的电解反应式均为:

  3. 溶质、水均发生化学变化:如惰性电极电解 溶液、 溶液,其电解反应式分别为:

  4. 形式上看溶质和水均未发生化学变化:如铁器上镀铜,电极反应式分别为:阳极铜棒: ,阴极铁器: 。

  五. 书写电极反应的四原则

  1. 加减原则:根据得失电子守恒,总反应式为两个电极反应式之和。若已知一个电极反应式,可用总反应式减去已知的反应式,得另一电极反应式。

  2. 共存原则:因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同,所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中 不可能存在,也不可能有 参加反应;当电解质溶液呈酸性时,不可能有 参加反应。如甲烷燃料电池以KOH为电解质溶液时:负极反应式: ;正极反应式: 。

  3. 得氧失氧原则:得氧时,在反应物中加 (电解质为酸性时)或 (电解质溶液为碱性或中性时);失氧时,在反应物中加 (电解质为碱性或中性时)或 (电解质为酸性时)。如“钮扣”电池以KOH为电解质溶液,其电池总反应式为: ,负极 ,根据得氧原则,负极反应式为: ;正极 ,根据失氧原则,正极反应式为: 。

  4. 中性吸氧反应成碱原则:在中性电解质溶液中,通过金属吸氧所建立起来的原电池反应,其反应的最后产物是碱。如银锌电池、铁的吸氧腐蚀、以铝、空气、海水为材料组成的海水电池等。

  【题型解读】

  题型一、电极名称和电极材料的判断

  例1. 铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中,锌片是( )

  A. 阴极 B. 正极 C. 阳极 D. 负极

  解析:电解池的两极分别命名为阴、阳极,原电池的两极分别命名为正、负极。题中装置构成的是原电池,锌片失电子作原电池的负极。答案:D

  题型二、电极方程式的书写

  例2. 下图是电解CuCl2溶液的装置,其中c、d为石墨电极,则下列判断正确的是( )

  A. a为负极,b为正极 B. a为阳极,b为阴极

  C. 电解过程中,d电极的质量增加 D. 电解过程中,氯离子的浓度不变

  解析:根据电流方向可判断出a为正极,b为负极,c为阳极,d为阴极。用惰性电极电解CuCl2溶液时,两个电极上发生的反应阳极(c电极)为: ,阴极(d电极)为: 。答案:C

  题型三、废旧电池的处理方法

  例3. 随着人们生活水平的不断提高,废旧电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程,其首要原因是( )

  A. 利用电池外壳的金属材料

  B. 防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水体造成污染

  C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品

  D. 回收其中的石墨电极

  解析:随着生产的发展和人们生活水平的日益提高,环境污染和环保问题已越来越受到人们的重视,废旧电池中含有铅、汞等多种重金属离子,极易对环境造成污染。答案:B

  题型四、利用得失电子守恒进行计算

  例4. 室温下,在实验室中电解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液,通电一段时间后溶液的pH从7增加到12时(设电解时溶液的体积变化忽略不计),则阴极产生气体的体积(标准状况)和溶液中NaCl的浓度分别为( )

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

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

  解析:室温下,pH=12时, ,生成的 的物质的量为

  。由电极反应中电子转移数相等,推导出电子与各物质之间物质的量的关系为: 。由生成的 的物质的量可直接求得

  参加反应的NaCl的物质的量为 。剩余NaCl的浓度为

  ,生成的H2为 。答案:B

  题型五、电化学基础知识应用

  1. 判断金属的活动性强弱

  例5. X、Y、Z、M代表四种金属元素,金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时,X溶解,Z极上有氢气放出;若电解 和 共存的溶液时,Y先析出;又知 的氧化性强于 ,则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )

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

  解析:金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中,形成原电池,X溶解说明金属活动性X>Z;电解 和 共存的溶液时,Y先析出,则金属活动性Z>Y;离子的氧化性越强,其单质的金属活动性越弱,则金属活动性Y>M。答案:A

  2. 金属的腐蚀

  例6. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后,常出现红棕色的锈斑,在此变化过程中不发生的化学反应是( )

  A.

  B.

  C.

  D.

  解析:洗过的铁锅在空气中放置,可发生吸氧腐蚀,负极发生的反应为: ,正极发生的反应为: ,总反应式为: ,而 又易被O2氧化为红褐色的 。答案:D

  题型6、电子守恒法的应用。

  例7、500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 mol?L-1,用石墨作电极电解此溶液,当通电一段时间后,两极均收集到22.4 L气体(标准状况),假定电解后溶液体积仍为500 mL,下列说法正确的是( )

  A.原混合溶液中c(K+)为1 mol?L-1 B.上述电解过程中共转移4 mol电子

  C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D.电解后溶液中c(H+)为2 mol?L-1

  解析:两极反应为:阴极 Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 阳极:4OH--4e-=O2↑+2H2O,两极都收集1mol气体,由阳极得到转移电子为4mol,又知生成1molH2转移电子2mol,根据电子得失守恒,n(Cu2+)=1mol.再通过离子所带电荷的守恒,在500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中存在关系:2c(Cu2+)+c(K+)=c(NO3-),可以求出c(K+)=2 mol?L-1 .电解过程中消耗的n(OH-)=4mol,则溶液中留下4mol的H+,c(H+)=8mol?L-1 .

  答案:B

  例8、如下图所示,若电解5min时铜电极质量增加2.16g,试回答:

  (1)电源电极X名称为_____________。

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

  (3)通电5min时,B中共收集224mL气体(标况),溶液体积为200mL。(设电解前后无体积变化)则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为__________。

  (4)若A中KCl溶液的体积也是200mL,电解后,溶液的pH是___________(设前后体积无变化)。

  解析:(1)因为Cu电极增重,说明溶液中的Ag+在此极析出,所以Cu极为阴极,Ag极为阳极,那么与Ag极相连的电源Y极为正极,X极为负极。(2)电解KCl溶液时,阴极上2H++2e-=H2↑,溶液pH增大,电解CuSO4和K2 SO4溶液时,阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2↑,溶液pH减小。电解AgNO3溶液实质是电镀,溶液浓度不变,故pH不变。(3)C中铜电极增加2.16gAg,通过的电子为n(e-)= 0.02mol,因为串联电池,每个电极通过的电子均为0.02mol,B中阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2↑,放出O2为 =0.005mol,阴极放出H2为:0.01mol-0.005mol=0.005mol,根据H2的物质的量推知H+得电子2×0.005mol,则Cu2+得电子为0.02mol -2×0.005mol, CuSO4 的浓度为: 。

  (4)A中阴极2H++2e-=H2↑,H+减少n(H+)=0.02mol,

  c(OH-) = ,pH=13。

  答案:(1)负极(2)增大;减小;不变(3)0.025mol/L(4)13。

  例9、(1)肼(N2H4)又称联氨,是一种可燃性的液体,可用作火箭燃料。已知在101kPa时,32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气,放出热量624kJ(25℃时),N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是 。

  (2)肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。

  肼—空气燃料电池放电时:

  正极的电极反应式是 。

  负极的电极反应式是 。

  (3)下图是一个电化学过程示意图。

  ①锌片上发生的电极反应是 。

  ②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源,铜片的质量变化128g,则肼一空气燃料电池理论上消耗标标准状况下的空气 L(假设空气中氧气体积含量为20%)

  解析:(1)注意32克N2H4为1mol,注意△H应与方程式的计量数相对应,如N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(1);△H=-624kJ/mol

  (2)肼—空气燃料电池,电解质溶液是KOH溶液。故电极反应为:

  (正极)O2+2H2O+4e-=4OH- ,(负极)N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑

  (3)①此图为电解装置,铜片为阳极,锌片为阴极。锌片上发生的电极反应是Cu2++2e-=Cu

  ② 铜片减少128g,即转移电子4mol 根据O2+2H2O+4e-=4OH-计算得,需要氧气1mol,转化为空气则需要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

  【专题测试】

  1.下列有关电化学的示意图中正确的是

  (  )

  【解析】 选项A,Zn应为原电池负极,Cu为原电池正极。选项B,盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。选项C,粗铜应连接电源正极。选项D,电解饱和NaCl溶液,Cl-在阳极放电产生Cl2,溶液中的H+在阴极获得电子而产生H2,正确。

  【答案】 D

  2.下列叙述正确的是

  (  )

  ①原电池是把化学能转化成电能的一种装置 ②原电池的正极发生氧化反应,负极发生还原反应 ③不能自发进行的氧化还原反应,通过原电池的装置均可实现 ④碳棒不能用来作原电池的正极 ⑤反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+,能以原电池的形式来实现

  A.①⑤         B.①④⑤

  C.②③④ D.②⑤

  【解析】 ②原电池负极发生氧化反应,③不能实现,④碳棒可以作原电池的正极。

  【答案】 A

  3.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点,因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液,电池总反应式为:

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

  下列说法错误的是

  (  )

  A.电池工作时,锌失去电子

  B.电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)

  C.电池工作时,电子由正极通过外电路流向负极

  D.外电路中每通过0.2 mol电子,锌的质量理论上减小6.5 g

  【解析】 由所给电池的总反应式可知,电池工作时,每有1 mol Zn参加反应,失去2 mol电子,则会有2 mol电子从负极Zn开始,流经外电路而流向正极,并在正极发生反应,2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq),故外电路每通过0.2 mol电子,Zn的质量就减轻6.5 g。

  【答案】 C

  4.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池,利用细菌将有机酸转化成氢气,氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为

  (  )

  A.H2+2OH--2e-===2H2O

  B.O2+4H++4e-===2H2O

  C.H2-2e-===2H+

  D.O2+2H2O+4e-===4OH-

  【答案】 C

  5.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀,发生的原电池反应为:2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是

  (  )

  A.负极发生的反应为:Fe-2e-===Fe2+

  B.正极发生的反应为:2H2O+O2+2e-===4OH-

  C.原电池是将电能转变为化学能的装置

  D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀

  【答案】 A

  6.在原电池和电解池的电极上所发生的反应,同属氧化反应或同属还原反应的是

  (  )

  ①原电池正极和电解池阳极所发生的反应 ②原电池正极和电解池阴极所发生的反应 ③原电池负极和电解池阳极所发生的反应 ④原电池负极和电解池阴极所发生的反应

  A.①② B.②③

  C.③④ D.①④

  【解析】 原电池的负极和电解池的阳极发生的是氧化反应。原电池的正极和电解池的阴极发生的是还原反应。

  【答案】 B

  7.用惰性电极分别电解足量的下列物质的水溶液一段时间后,向剩余电解质溶液中加入一定量的一种物质(括号内),溶液能恢复到与原来溶液完全一样的是

  (  )

  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阴、阳离子,判断阴、阳两极参加反应的离子是什么?溶液中减少的是什么?显然A中电解的是CuCl2,B中被电解的是水,D中减少的是CuO,与添加的物质不符被否定。

  【答案】 C

  8.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池,它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是:

  12H2+NiO(OH) Ni(OH)2

  根据此反应式判断,下列叙述中正确的是

  (  )

  A.电池放电时,电池负极周围溶液的pH不断增大

  B.电池放电时,镍元素被氧化

  C.电池充电时,氢元素被氧化

  D.电池放电时,H2是负极

  【解析】 放电时,反应向右进行,氢被氧化为H+,负极区pH减小,镍元素被还原,而充电时,反应向左进行,氢元素被还原。

  【答案】 D

  9.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是:Cu+2H+===Cu2++H2↑,则下列关于该装置的有关说法正确的是

  (  )

  A.该装置可能是原电池,也可能是电解池

  B.该装置只能是原电池,且电解质溶液为硝酸

  C.该装置只能是电解池,且金属铜为该电解池的阳极

  D.该装置只能是原电池,电解质溶液不可能是盐酸

  【解析】 不能是原电池,Cu+H+不能自发的发生氧化还原反应。

  【答案】 C

  10.用惰性电极电解2 L 1.0 mol?L-1CuSO4溶液,在电路中通过0.5 mol电子后,调换正负极继续电解,电路中通过了1 mol电子,此时溶液中c(H+)为(假设体积不变)

  (  )

  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】 调换正负极前后电极反应式的比较情况如下:

  前阳:4OH--4e-===2H2O+O2↑阴:2Cu2++4e-===2Cu

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

  由上反应知:电路中转移的1.5 mol电子中,只有1 mol由OH-放电产生,即消耗的n(OH-)=1 mol,亦即溶液中积累的n(H+)=1 mol,故c(H+)=0.5 mol/L。

  【答案】 C

  11.把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联,在一定条件下通电一段时间后,析出钾、镁、铝的物质的量之比为

  (  )

  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

  13.如下图所示,通电后,A极上析出Ag,对该装置的有关叙述正确的是 (  )

  A.P是电源的正极

  B.F极上发生的反应为:4OH--4e-===2H2O+O2↑

  C.通电后,甲、乙、丙三池中,除了E、F两极外,其他电极均参加了反应

  D.通电后,甲池溶液的pH减小,而乙、丙两池溶液的pH不变

  【答案】 B

  14.如下图所示,X、Y分别是直流电源的两极,通电后发现a极板质量增加,b极板处有无色、无臭

  气体放出。符合这一情况的是 (  )

  a极板 b极板 X电极 Z溶液

  A 锌 石墨 负极 CuSO4

  B 石墨 石墨 负极 NaOH

  C 银 铁 正极 AgNO3

  D 铜 石墨 负极 CuCl2

  【答案】 A

  15.天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2),充电时LiCoO2中Li被氧化,Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中,以LiC6表示。电池反应为LiCoO2+C6 CoO2+LiC6,下列说法正确的是

  (  )

  A.充电时,电池的负极反应为LiC6-e-===Li++C6

  B.放电时,电池的正极反应为CoO2+Li++e-===LiCoO2

  C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质

  D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低

  【解析】 A项,充电时,发生电解池反应,电池负极即为电解池阴极,发生还原反应Li++C6+e-===LiC6;B项,放电时发生原电池反应电池正极发生还原反应;C项,含活泼氢的有机物作电解质易得电子;D项,锂相对原子质量小,其密度最小,所以锂离子电池的比能量高。

  【答案】 B

  16.将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中,如下图所示用导线连接起来。下列叙述符合事实的是 (  )

  A.断开K2,闭合K1时,Al电极反应为:Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O

  B.断开K2,闭合K1时,由于Mg比Al活泼,故Mg失去电子被氧化成Mg2+

  C.断开K1,闭合K2时,电子由Mg向Al流动

  D.断开K1,闭合K2时,溶液中立即会有白色沉淀析出

  【解析】 断开K2,闭合K1时,Al、Mg、NaOH构成原电池,Al能自发与NaOH溶液反应而失去电子,为原电池的负极:Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O,故选项A正确,B错误。断开K1,闭合K2时,构成电解NaOH溶液的电解池,Al接电源的正极为电解池的阳极,被溶解:Al-3e-===Al3+,生成的Al3+马上与溶液中过量的OH-反应生成AlO-2,看不到白色沉淀析出。Mg接电源的负极为电解池的阴极,溶液中的H+在该极获得电子而产生H2:2H++2e-===H2↑。电子流向为:Mg→NaOH溶液→Al,故选项C、D错误。

  【答案】 A

  17.(10分)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素,某同学做了如下探究实验:

  序号 内容 实验现象

  1 常温下将铁丝放在干燥空气中一个月 干燥的铁丝表面依然光亮

  2 常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时 铁丝表面依然光亮

  3 常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月 铁丝表面已变得灰暗

  4 将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时 铁丝表面略显灰暗

  5 将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面已变得灰暗

  6 将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面灰暗程度比实验5严重

  回答以下问题:

  (1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________;在电化学腐蚀中,负极反应是__________________;正极反应是______________________;

  (2)由该实验可知,可以影响铁锈蚀速率的因素是___________________________

  ______________________________________________________________________;

  (3)为防止铁的锈蚀,工业上普遍采用的方法是________________________(答两种方法)。

  【解析】 由实验现象(铁丝表面变灰暗)得出发生了电化学腐蚀的实验为3、4、5、6,负极Fe失电子变成Fe2+被腐蚀,正极均为O2放电。从能否构成原电池的条件等方面来回答问题(2)。从改变物质的内部结构方面,从覆盖保护层、原电池原理等方面进行思考来回答问题(3)。

  【答案】 (1)3、4、5、6

  Fe-2e-===Fe2+(或2Fe-4e-===2Fe2+)

  2H2O+O2+4e-===4OH-

  (2)湿度、温度、O2的浓度、电解质存在

  (3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层,牺牲阳极的阴极保护法等

  18.(10分)二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料,利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下:

  某软锰矿的主要成分为MnO2,还含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表,回答下列问题:

  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)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4,酸浸时发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

  (2)滤渣A的主要成分为__________________。

  (3)加入MnS的目的是除去________________杂质。

  (4)碱性锌锰干电池中,MnO2参与的电极反应方程式为___________________________

  ________________________________________________________________________。

  (5)从废旧碱性锌锰干电池中可以回收利用的物质有________________________(写出两种)。

  【解析】 (2)软锰矿酸浸后,滤液中主要含有Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+和H+,当加氨水调pH至5.4时,根据题目所给表格,此pH下,只有Al3+、Fe3+可沉淀完全。

  (3)在pH=5.4时,Cu2+、Zn2+可以硫化物的形式沉淀完全,而MnS在此情况下不可溶解形成Mn2+和S2-,因此加入MnS是为了除去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)锌、二氧化锰

  19.(13分)物质X是中学化学中的常见物质,X既能与稀硫酸反应,又能与氢氧化钠溶液反应。

  (1)若X为氧化物,X的化学式是________________。

  (2)若X为单质,X用于焊接钢轨反应的化学方程式是_________________________

  ________________________________________________________________________。

  (3)若X与稀硫酸反应生成无色无味的气体A,与浓氢氧化钠溶液加热反应生成气体B。等物质的量的A和B在水溶液中反应又生成X。

  X与稀硫酸反应的离子方程式是__________________________________________;

  X与足量稀氢氧化钠溶液反应的离子方程式是________________________________

  ________________________________________________________________________。

  ①在宇航器中,可以不断的将座舱内的空气通过盛有金属过氧化物(以过氧化钠为例)的容器,以除去A。反应的化学方程式是______________________________________________。

  ②科学家设计出新的航天飞船内的空气更新系统。其中一步是A和氢气在200~250 ℃时,镍催化剂作用下,生成甲烷和另一物质。该反应的化学方程式是___________________。

  ③熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如下图所示:

  C(Ⅰ)的电极名称是________(填正极或负极)。该燃料电池的总反应化学方程式是______________________。

  熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图

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

  (3)HCO-3+H+===H2O+CO2↑

  NH+4+HCO-3+2OH-===NH3?H2O+CO2-3+H2O

  ①2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2

  ②CO2+4H2=====Ni200~250 ℃CH4+2H2O

  ③负极 2H2+O2===2H2O

  20.(11分)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他产物均以气体逸出。

  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迁移的介质,该有机聚合物的单体之一(用M表示)的结构简式如下:

  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与足量氢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__________________________________________________________。

  【解析】 (1)因制备该电池电极材料的原料为乙酸亚铁,产品为磷酸亚铁锂,为防止亚铁化合物被氧化,故两种制备方法的过程必须在惰性气体氛围中进行。

  (2)方法一中除生成磷酸亚铁锂和乙酸外,由碳酸锂可生成CO2气体,由磷酸二氢铵可生成NH3和水蒸气,故除生成磷酸亚铁锂、乙酸外,还有CO2、H2O和NH3生成。

  (3)分析方法二所给条件,抓住几个关键点:①铁作阳极;②磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液为电解液;③析出磷酸亚铁锂沉淀,所以阳极的电极反应式为:Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+。

  (4)分析M的结构简式可知,M分子中既含甲基丙烯酸酯的结构,又含碳酸二酯的结构(见下图):

  由此可分析写出M与足量NaOH溶液反应的化学方程式。

  (5)该电池放电时正极的电极反应为充电时阳极电极反应的逆过程,即由磷酸铁生成磷酸亚铁锂,故放电时正极的电极反应式为:FePO4+Li++e-===LiFePO4。

  【答案】 (1)为了防止亚铁化合物被氧化

  (2)CO2 H2O NH3

  (3)Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+

  (4)

  HOCH2CH2OH+Na2CO3+CH3OH

  (5)FePO4+Li++e-===LiFePO4

  21.(8分)常温下电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中Ⅰ、Ⅱ所示(气体体积已换算成标准状况下的体积),根据图中信息进行下列计算:

  (1)原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度。

  (2)t2时所得溶液的pH。

  (3)电解至t3时,消耗水的质量。

  【解析】 (1)阳极首先逸出的是氯气:n(NaCl)=2n(Cl2)=0.02 mol,则c(NaCl)=0.1 mol/L。

  阳极得到336 mL气体中,含0.01 mol Cl2和0.005 mol O2,转移电子的物质的量为:0.01 mol×2+0.005 mol×4=0.04 mol。

  此过程中阴极刚好全部析出铜:

  n(CuSO4)=n(Cu)=0.04 mol2=0.02 mol,

  则c(CuSO4)=0.02 mol0.2 L=0.1 mol/L。

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

  根据电荷守恒有: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

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