2019年高三化学复习主观题一遍过专题08电极反应方程式专练（含解析）.docx

专题8 电极反应方程式专练1锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂（LiCoO2）、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为6C+xLi+xe- = LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资源（部分条件未给出）。（1）充放电过程中，发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化，写出放电时电池反应方程式 。（2）上述工艺中，“放电处理”有利于锂在正极的回收，其原因是 。在整个回收工艺中，可回收到的金属化合物有 （填化学式）。【答案】（1） Li1-xCoO2+ LixC6= LiCoO2+ 6C（2）Li+从负极中脱出，经由电解质向正极移动并进入正极材料中Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4【解析】（1）充放电过程中，LiCoO2和Li1-xCoO2发生氧化还原反应生成LiCoO2和C，反应方程式为Li1-xCoO2+ LixC6LiCoO2+ 6C。（2）放电时，负极上生成锂离子，锂离子向正极移动并进入正极材料中，所以“放电处理”有利于锂在正极的回收，根据流程图知，可回收到的金属化合物有Al（OH）3、CoCO3、Li2SO4。2CO2是一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意义。回答下列问题：（1）O2辅助的AlCO2电池工作原理如图4所示。该电池电容量大，能有效利用CO2，电池反应产物Al2(C2O4)3是重要的化工原料。电池的负极反应式：_。电池的正极反应式：6O2+6e6O26CO2+6O23C2O42反应过程中O2的作用是_。该电池的总反应式：_。【答案】Al3e=Al3+（或2Al6e=2Al3+）催化剂2Al+6CO2=Al2(C2O4)3【解析】（1）明显电池的负极为Al，所以反应一定是Al失电子，该电解质为氯化铝离子液体，所以Al失电子应转化为Al3+，方程式为：Al3e=Al3+（或2Al6e=2Al3+）。根据电池的正极反应，氧气再第一步被消耗，又在第二步生成，所以氧气为正极反应的催化剂。将方程式加和得到，总反应为：2Al+6CO2=Al2(C2O4)3。3利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。（1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为_溶液（填化学式），阳极电极反应式为_，电解过程中Li+向_电极迁移（填“A”或“B”）。【答案】（1）LiOH；2Cl2e=Cl2；B【解析】（1）根据示意图，B极区生产H2，同时生成LiOH，则B极区电解液不能是LiCl溶液，如果是LiCl溶液则无法得到纯净的LiOH，则B极区电解液为LiOH溶液；电极A为阳极，阳极区电解液为LiCl溶液，根据放电顺序，阳极上Cl失去电子，则阳极电极反应式为：2Cl2e=Cl2；根据电流方向，电解过程中Li+向B电极迁移。4石墨在材料领域有重要应用。某初级石墨中含SiO2（7.8%）、Al2O3(5.1%)、Fe2O3(3.1%)和MgO(0.5%)等杂质。设计的提纯和综合应用工艺如下：（注：SiCl4的沸点是57.6C，金属氯化物的沸点均高于150C）（1）石墨可用于自然水体中铜件的电化学防腐，完成下图防腐示意图，并作相应标注。【答案】（5）【解析】（5）铜的化学性质比石墨活泼，所以应用外加电流的阴极保护法保护铜，所以石墨作阳极，铜作阴极。在图中注明电源的正负极，石墨与正极相连，铜与负极相连。5锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。该电池反应原理如图所示，其中电解质LiClO4，溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。 回答下列问题：（1）外电路的电流方向是由_极流向_极(填字母)。（2）电池正极反应式为_。（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？_(填“是”或“否”)，原因是_。【答案】b a MnO2+e+Li+=LiMnO2 否 电极Li是活泼金属，能与水反应 【解析】试题分析：(1)外电路的电流方向是由正极b流向负极a。（2）在电池正极b上发生的电极反应式为MnO2+e-+Li+=LiMnO2; (3)由于负极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，所以不可用水代替电池中的混合有机溶剂。6NH3经一系列反应可以得到HNO3，如下图所示。（1）IV中，电解NO制备 NH4NO3，其工作原理如右图所示，为使电解产物全部转化为NH4NO3，需补充物质A，A是_，说明理由：_。【答案】（4）氨气；根据反应8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，电解产生的HNO3多【解析】（1）电解NO制备硝酸铵，阳极反应为：NO-3e-+2H2O=NO3-+4H+，阴极反应为：NO+5e-+6H+=NH4+H2O，从两极反应可看出若要使电子得失守恒，阳极产生的NO3-的量大于阴极产生的NH4+的量，总反应为8NO+7H2O3NH4NO3+2HNO3，故应补充适量的氨气。7锌锰电池（俗称干电池）在生活中的用量很大。两种锌锰电池的构造图如图（a）所示。回答下列问题：（1）普通锌锰电池放电时发生的主要反应为：Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH。该电池中，负极材料主要是_，电解质的主要成分是_，正极发生的主要反应是_。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是_。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是_。【答案】（1）Zn NH4Cl MnO2+NH4+e-= MnOOH+ NH3碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。【解析】（1）根据化学方程式Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH，锌是负极材料，氯化铵是电解质的主要成分，二氧化锰和铵根离子在正极发生反应, MnO2+NH4+e-= MnOOH+ NH3。与普通锌锰电池相比，碱性锌锰电池的优点及其理由是碱性电池不易发生电解质的泄露，因为消耗的负极改装在电池的内部，碱性电池的使用寿命较长，因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高。8化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。（1）电化学降解NO3的原理如图所示。电源正极为 （填A或B），阴极反应式为 。若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(m左m右)为 g。【答案】（14分）（1）A ，2NO3+6H2O+10e=N2+12OH 14.4【解析】（1）NO2-在阴极得电子生成N2，所以B极为电源的负极，则A极为电源的正极，根据原子守恒和电荷守恒，反应物还有H2O，生成物还有OH。配平地离子方程式。除了电极反应会造成电解液的质量变化，质子通过质子交换膜导电也会产生电解液的质量变化，转移2mol电子，会有2molH+从左侧移动到右侧，使左侧电解液质量减少2g，右侧电解液质量增加2g左侧电极反应为H2O电离的OH放电：4OH-4e=2H2O+O2 4mol 32g 2mol 16g所以转移2mol电子，左侧电解液共减少：16g+2g=18g右侧电极反应为：2NO3 + 6H2O + 10e = N2+12OH 10mol 28g 2mol 5.6gH+移向右侧，所以转移2mol电子，右侧电解液共减少：5.6g-2g=3.6g因此两侧电解液的质量变化为：18g-3.6g=14.4g。9金属冶炼和处理常涉及氧化还原反应。（1）下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 有少量红棕色气体产生，则生成该气体的电极反应式为 ，（2）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，食盐水的作用为 。【答案】（1）a；2H+NO3+eNO2+H2O； （2）做电解质溶液（或导电）。【解析】（1）电解精炼时，粗银做阳极，所以粗银是a极；b电极是阴极，发生还原反应，生成了红棕色气体是NO2，电极反应：NO3+e+2H+=NO2+H2O，故答案为：a；NO3+e+2H+=NO2+H2O；（2）该装置构成原电池，氯化钠溶液作电解质溶液，促进溶液的导电能力，故答案为：作电解质溶液，形成原电池。10利用化石燃料开采、加工过程产生的H2S废气制取氢气，既廉价又环保。（1）利用H2S废气制取氢气来的方法有多种电化学法该法制氢过程的示意图如右。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是_；反应池中发生反应的化学方程式为_。反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为_。【答案】增大反应物接触面积，使反应更反分H2S + 2FeCl3 = 2FeCl2 + S + 2HCl 2Fe2+2H通电=2Fe3+H2【解析】采用气液逆流是保证有充足的接触时间和接触面积，反应更加充分。11KIO3是一种重要的无机化合物，可作为食盐中的补碘剂。回答下列问题：（1）利用“KClO3氧化法”制备KIO3工艺流程如下图所示：（2）KIO3也可采用“电解法”制备，装置如图所示。写出电解时阴极的电极反应式_。电解过程中通过阳离子交换膜的离子主要为_，其迁移方向是_。与“电解法”相比，“KClO3氧化法”的主要不足之处有_（写出一点）。【答案】2H2O+2e2OH+H2 K+ a到 b 产生Cl2易污染环境【解析】（1）由图示，阴极为氢氧化钾溶液，所以反应为水电离的氢离子得电子，反应为2H2O + 2e- = 2OH- + H2。电解时，溶液中的阳离子应该向阴极迁移，明显是溶液中大量存在的钾离子迁移，方向为由左向右，即由a到b。12某研究小组为探究弱酸性条件下铁发生电化学腐蚀类型的影响因素，将混合均匀的新制铁粉和碳粉置于锥形瓶底部，塞上瓶塞(如图1)。从胶头滴管中滴入几滴醋酸溶液，同时测量容器中的压强变化。（1）请完成以下实验设计表(表中不要留空格)：编号实验目的碳粉/g铁粉/g醋酸/%为以下实验作参照0.52.090.0醋酸浓度的影响0.536.00.22.090.0（2）编号实验测得容器中压强随时间变化如图2。t2时，容器中压强明显小于起始压强，其原因是铁发生了 腐蚀，请在图3中用箭头标出发生该腐蚀时电子流动方向；此时，碳粉表面发生了 (“氧化”或“还原”)反应，其电极反应式是 。【答案】（1）2.0 碳粉含量的影响（2）吸氧腐蚀还原反应 2H2O+O2+4e-=4OH- （或4H+O2+4e-=2H2O）【解析】（1）探究影响化学反应速率，每次只能改变一个变量，故有中铁的量不变，为2.0g；中改变了碳粉的质量，故为探究碳粉的量对速率的影响。（2）压强与气体的物质的量成正比，从图中可以看出，气体的量开始增加，后减少，故为吸氧腐蚀；活泼金属做负极，故碳为正极，发生还原反应。13NOx（主要指NO和NO2）是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。（1）用稀硝酸吸收NOx，得到HNO3和HNO2的混合溶液，电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式：_。【答案】HNO22e+H2O3H+NO3【解析】（1）根据电解原理，阳极发生失电子的氧化反应，阳极反应为HNO2失去电子生成HNO3，1molHNO2反应失去2mol电子，结合原子守恒和溶液呈酸性，电解时阳极电极反应式为HNO2-2e-+H2O=NO3-+3H+。14焦亚硫酸钠（Na2S2O5）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题：（1）制备Na2S2O5也可采用三室膜电解技术，装置如图所示，其中SO2碱吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。阳极的电极反应式为_。电解后，_室的NaHSO3浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水，可得到Na2S2O5。【答案】2H2O4e4H+O2 a 【解析】（1）阳极发生失去电子的氧化反应，阳极区是稀硫酸，氢氧根放电，则电极反应式为2H2O4e4H+O2。阳极区氢离子增大，通过阳离子交换膜进入a室与亚硫酸钠结合生成亚硫酸氢钠。阴极是氢离子放电，氢氧根浓度增大，与亚硫酸氢钠反应生成亚硫酸钠，所以电解后a室中亚硫酸氢钠的浓度增大。15某混合物浆液含Al(OH)3、MnO2和少量Na2CrO4。考虑到胶体的吸附作用使Na2CrO4不易完全被水浸出，某研究小组利用设计的电解分离装置（见图2），使浆液分离成固体混合物和含铬元素溶液，并回收利用。回答和中的问题。固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）含铬元素溶液的分离和利用（1）用惰性电极电解时，CrO42-能从浆液中分离出来的原因是_，分离后含铬元素的粒子是_；阴极室生成的物质为_（写化学式）。【答案】 在直流电场作用下，CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液 CrO42-和Cr2O72- NaOH和H2【解析】（1）用惰性电极电解时，在直流电场作用下，CrO42-通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液，从而使CrO42-从浆液中分离出来；因2CrO42-+2H+Cr2O72-+H2O，所以分离后含铬元素的粒子是CrO42-和Cr2O72-；阴极室H+放电生成H2，剩余的OH-与透过阳离子交换膜移过来的Na+结合生成NaOH，所以阴极室生成的物质为NaOH和H2。16铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al2O3，含SiO2和Fe2O3等杂质)为原料制备铝的一种工艺流程如下： 注：SiO2在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。（1）“电解”是电解Na2CO3溶液，原理如图所示。阳极的电极反应式为_，阴极产生的物质A的化学式为_。【答案】4+2H2O4e=4+O2 H2 【解析】(4)由图可知，阳极反应为4CO32+2H2O-4e4HCO3+O2，阴极上氢离子得到电子生成氢气，则阴极产生的物质A的化学式为H2。17用零价铁（Fe）去除水体中的硝酸盐（NO3-）已成为环境修复研究的热点之一。（1）Fe还原水体中NO3-的反应原理如图所示。作负极的物质是_。正极的电极反应式是_。【答案】（1）铁 NO3+8e+10H+=NH4+3H2O【解析】（1）Fe是活泼的金属，根据还原水体中的NO3-的反应原理图可知，Fe被氧化作负极；正极发生得到电子的还原反应，因此正极是硝酸根离子被还原为NH4+，该溶液为酸性电解质溶液，结合元素和电荷守恒可知电极反应式为：NO3-+8e-+10H+=NH4+3H2O。18氢能是发展中的新能源，它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题：（1）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na2FeO4，同时获得氢气：Fe+2H2O+2OHFeO42+3H2，工作原理如图1所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色的FeO42，镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。电解一段时间后，c(OH)降低的区域在_(填“阴极室”或“阳极室”)。电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，其原因是_。c( Na2FeO4)随初始c(NaOH)的变化如图2，任选M、N两点中的一点，分析c(Na2FeO4)低于最高值的原因：_。【答案】（5）阳极室 防止Na2FeO4与H2反应使产率降低M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)。【解析】（1）根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气，铁电极发生氧化反应，溶液中的氢氧根离子减少，因此电解一段时间后，c(OH)降低的区域在阳极室，故答案为：阳极室；氢气具有还原性，根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，易被H2还原。电解过程中，须将阴极产生的气体及时排出，防止Na2FeO4与H2反应使产率降低，故答案为：防止Na2FeO4与H2反应使产率降低；根据题意Na2FeO4只在强碱性条件下稳定，在M点，c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢，在N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低，故答案为：M点：c(OH-)低，Na2FeO4稳定性差，且反应慢(或N点：c(OH-)过高，铁电极上有氢氧化铁生成，使Na2FeO4产率降低)。19（14分）研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。（1）溶于海水的CO2主要以4种无机碳形式存在，其中HCO3-占95%，写出CO2溶于水产生HCO3-的方程式： 。（2）利用下图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。结合方程式简述提取CO2的原理： 。用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。处理至合格的方法是 。【答案】（1）CO2+H2OH2CO3，H2CO3HCO3+H+（2）a室：2H2O-4e= O2+4H+，H+通过阳离子膜进入b室，发生反应：HCO3+H+= CO2+H2O。c室的反应：2H2O+2e-=2OH-+H2，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH【解析】（1）考查碳酸的第1步电离：CO2+H2OHCO3+H+（2）海水pH8，显碱性，需要H+中和降低海水的碱性，a室发生阳极反应：2H2O-4e= O2+4H+, c（OH）下降，H2OOH+H+平衡右移，c（H+）增大，H+从a室进入b室，发生反应：HCO3+H+= CO2+H2O。c室的反应：2H2O+2e-=2OH-+H2，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH 。20.氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。完成下列填空：(1)写出电解饱和食盐水的离子方程式 。(2)离子交换膜的作用为： 、 。(3)精制饱和食盐水从图中 位置补充，氢氧化钠溶液从图中 位置流出（选填“a”、“b”、“c”或“d”）。【答案】(1) 2Cl2H2OCl2H22OH。 (2) 阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应：2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O；阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。 (3) a；d； 【解析】(1).电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子，发生氧化反应。产生Cl2。反应的离子方程式是2Cl2H2OCl2H22OH。(2).图中的离子交换膜只允许阳离子通，是阳离子交换膜，可以允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样就可以阻止阴极溶液中的OH-进入阳极室，与氯气发生反应，阻止Cl-进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。(3).随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应该及时补充。精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H+不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；水不断消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。21 C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。（1）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。0-t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_,溶液中的H+向_极移动，t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是_。【答案】（4）2H+ NO3-+e-=NO2+ H2O，正，Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al进一步反应【解析】（1）正极得电子发生还原反应，故电极反应式为：2H+ NO3-+e-=NO2+ H2O；在电场作用下，阳离子向电池正极移动；由图像得t1时刻电流方向改变，说明电负极发生变化，Al因为发生钝化不再进一步反应。22我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。（1）下图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。腐蚀过程中，负极是 （填图中字母“a”或“b”或“c”）；环境中的Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈u2（OH）3Cl，其离子方程式为 ；若生成4.29 g Cu2（OH）3Cl，则理论上耗氧体积为 L（标准状况）。【答案】（1） c 2Cu2+3OH+Cl=Cu2（OH）3Cl 0.448【解析】（1）根据图示，腐蚀过程中，铜失电子生成Cu2，则负极是铜，选c；根据上述分析，正极产物是OH，负极产物为Cu2，环境中的Cl-扩散到孔口，与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，则离子方程式为2Cu2+3OH+Cl=Cu2（OH）3Cl；4.29gCu2（OH）3Cl的物质的量为4.29/241.5=0.02mol,根据铜原子守恒，Cu2的物质的量为0.04mol,负极反应为：2Cu-4e=2Cu2,正极反应为O2+4e+2H2O = 4OH，根据正负极放电量相等，则理论上耗氧体积为0.02mol22.4Lmol-1=0.448L.23次磷酸(H3PO2)是一种精细化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：（1）(H3PO2)也可以通过电解的方法制备工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过):写出阳极的电极反应式_；分析产品室可得到H3PO2的原因_；早期采用“三室电渗析法”制备H3PO2，将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H3PO2稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室，其缺点是_杂质。该杂质产生的原因是_。【答案】（1）4OH-4e-=O2+2H2O；阳极室的H+穿过阳膜扩散至产品室，原料室的H2PO2-穿过阴膜扩散至产品室，二者反应生成H3PO2；PO43-；H2PO2-或H3PO2被氧化【解析】（1）由于阳极中阴离子为硫酸根离子、氢氧根离子和H2PO2-，其中放电能力最强的是氢氧根离子，则阳极发生的电极反应为