高中化学复习知识点通过实验探究电解原理.docx
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高中化学复习知识点通过实验探究电解原理
高中化学复习知识点:
通过实验探究电解原理
一、单选题
1.纳米Fe2O3在常压电化学法合成氨过程中起催化作用。
该电解装置如图所示。
已知熔融NaOH-KOH为电解液,Fe2O3在阴极发生反应生成中间体Fe。
下列说法不正确的是
A.惰性电极II是电解池的阳极,发生氧化反应
B.生成氨气的反应:
2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH3
C.惰性电极I的电极反应:
Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH-
D.产生2.24LO2时,转移的电子数为0.4NA
2.在固态金属氧化物电解池中,高温共电解H2O—CO2混合气体制备H2和CO是一种新的能源利用方式,基本原理如图所示。
下列说法不正确的是()
A.阴、阳两极生成的气体的物质的量之比是1︰2
B.X是电源的负极
C.阴极的反应式是:
H2O+2e-=H2+O2-CO2+2e-=CO+O2-
D.总反应可表示为:
H2O+CO2
H2+CO+O2
3.电解除锈分为阳极除锈和阴极除锈,其中阴极除锈是指借助阴极析出氢气的剥离撕裂等作用除去金属表面的薄锈氧化膜。
图示为利用电解清除铁制钥匙表面铁锈(钥匙与导线连接处的铁锈用砂纸打磨)的一种方法。
下列叙述不正确的是()
A.阳极的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O
B.电解一段时间后,溶液的pH变小
C.阴极除锈过程中,电子由负极流向铁制钥匙
D.除锈过程中,阴极下方有锈渣堆积
4.某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。
滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿,然后平铺在一块铂片上,接通电源后,用铅笔在滤纸上写字,会出现红色字迹。
据此,下列叙述正确的是()
A.铅笔端作阳极B.铂片端作阴极
C.铅笔端有少量的氯气产生D.a点是负极,b点是正极
5.如图中,两电极上发生的电极反应如下:
a极:
↑,b极:
-2
=
。
则以下说法不正确的是()
A.该装置可能是电解池
B.该装置中电解质溶液pH可能等于7
C.a、b可能是同种电极材料
D.该过程中能量的转换一定是化学能转化为电能
6.按图甲装置进行实验,若图乙中横坐标x表示通过电极的电子的物质的量。
下列叙述正确的是( )
A.F表示反应生成Cu的物质的量
B.E表示反应实际消耗H2O的物质的量
C.E表示反应生成O2的物质的量
D.F表示反应生成H2SO4的物质的量
7.电化学是研究化学能与电能相互转化的装置、过程和效率的科学。
下列说法不正确的是
A.铅蓄电池放电时,正极的质量会变小
B.对于某耗氧燃料电池,无论负极通入何种燃料,若转移电子总数相等,则正极消耗等质量的氧气
C.可以通过适当的电解装置实现反应
D.电解精炼铜,阳极为粗铜,电镀铜,阳极为纯铜
8.下列描述或化学用语书写错误的是
A.向Fe(OH)3胶体中滴加稀硫酸,先生成红褐色沉淀,后沉淀逐渐溶解
B.向铜粉中加入稀硫酸,铜粉不溶解,再加入硝酸钾固体,铜粉逐渐溶解
C.氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl,阳极上发生的电极反应都是:
2Cl--2e-=Cl2↑
D.向明矾[KAl(SO4)2·12H2O]溶液中滴入Ba(OH)2溶液,SO42-恰好完全沉淀时的离子方程式为:
Ba2++3OH-+Al3++SO42-=BaSO4↓+Al(OH)3↓
二、多选题
9.利用食盐水制取ClO2的工业流程如图所示。
装置①中的反应:
装置②中的反应:
下列关于该流程的说法正确的是
A.该流程中仅NaCl可循环利用
B.装置①中H2是阴极产物
C.装置②中Cl2是还原产物
D.为使H2完全转化为HCl,还应向装置③中再补充Cl2
10.我国科学家设计二氧化碳熔盐捕获及电化学转化装置,其示意图如图:
下列说法不正确的是()
A.b为电源的负极
B.①②中,捕获CO2时碳元素的化合价发生了变化
C.a极的电极反应式为2C2O52﹣-4e﹣=4CO2+O2
D.上述装置存在反应:
CO2
C+O2
三、综合题
11.含硫废气污染严重,SO2治理迫在眉睫.
Ⅰ.某工厂用(NH4)2SO3和NH4HSO3混合溶液A吸收烟气中SO2并制备(NH4)2SO3·H2O,已知:
溶液(1mol·L-1)
(NH4)2SO3
NH4HSO3
pH(25℃)
8.0
4.6
(1)“吸收”过程中,溶液A中(NH4)2SO3和NH4HSO3物质的量之比变_________(填“大”或小).
(2)(NH4)2SO3溶液呈碱性的原因是__________
(3)用不同的溶液A吸收SO2时,SO2吸收率和放空废气含N2量的变化如下图.解释图中放空废气含NH3吸收量增大的原因____________随(NH4)2SO3和NH4HSO3的物质的量之比增大____.
(注:
不同溶液A的体积相同,所含(NH4)2SO3和NH4HSO3的总物质的量相同)
Ⅱ:
Na2SO3同样可用于处理低浓度SO2废气,流程如下
(4)Na2SO3溶液吸收SO2的化学方程式是_______________________.
(5)测定0.1mol·L-1Na2SO3溶液先升温再降温过程中的pH,数据如下.
时刻
①
②
③
④
温度/℃
25
30
40
25
pH
9.66
9.52
9.37
9.25
解释①和④中pH不同的可能原因:
___________________________________________.
(6)通过电解法可分离NaHSO3与Na2SO3混合物,实现Na2SO3的循环利用,示意图如下
结合电极方程式,简述分离NaHSO3与Na2SO3混合物的原理__________
12.元素铬(Cr)在自然界主要以+3价和+6价存在。
请回答下列问题:
(1)+6价的Cr能引起细胞的突变而对人体不利,可用Na2SO3将Cr2O72—还原为Cr3+。
该反应的离子反应方程式为___________________________________。
(2)利用铬铁矿(FeO•Cr2O3)冶炼制取金属铬的工艺流程如图所示:
①为加快焙烧速率和提高原料的利用率,可采取的措施之一是___________。
②“水浸”要获得浸出液的操作是______。
浸出液的主要成分为Na2CrO4,向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成,则“还原”操作中发生反应的离子方程式为____。
③加热Cr(OH)3可得到Cr2O3,从工业成本角度考虑,用Cr2O3制取金属Cr的冶炼方法是____。
(3)用石墨电极电解铬酸钠(Na2CrO4)溶液,可制重铬酸钠(Na2Cr2O7),实验装置如图所示(已知:
2Cr
+2H+
Cr2
+H2O)。
①电极b连接电源的______极(填“正”或“负”),b极发生的电极反应式为______。
②电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由amol变为bmol,则理论上生成重铬酸钠的物质的量是__________mol。
参考答案
1.D
【解析】
【分析】
【详解】
A.右边是氢氧根放电生成氧气,化合价升高,因此惰性电极II是电解池的阳极,发生氧化反应,故A正确;
B.根据题知Fe2O3在阴极发生反应生成中间体Fe,因此生成氨气的反应:
2Fe+N2+3H2O=Fe2O3+2NH3,故B正确;
C.根据题知Fe2O3在阴极发生反应生成中间体Fe,因此惰性电极I的电极反应:
Fe2O3+3H2O+6e-=2Fe+6OH-,故C正确;
D.产生2.24LO2时,无标准状况下,因此无法计算O2的物质的量,转移的电子数无法计算,故D错误。
综上所述,答案为D。
2.A
【解析】
【详解】
A.从总反应方程式可知,阴极生成2mol气体(H2、CO各1mol)、阳极生成1mol气体(氧气),所以阴、阳两极生成的气体物质的量之比2∶1,故A错误;
B.从图示可看出,与X相连的电极发生H2O→H2、CO2→CO的转化,均得电子,应为电解池的阴极,则X为电源的负极,故B正确;
C.阴极H2O→H2、CO2→CO均得电子发生还原反应,电极反应式分别为:
H2O+2eˉ=H2↑+O2ˉ、CO2+2eˉ=CO+O2ˉ,故C正确;
D.从图示可知,阳极生成H2和CO的同时,阴极有O2生成,所以总反应可表示为:
H2O+CO2
H2+CO+O2,故D正确。
综上所述,答案为A。
【点睛】
分析化合价升降,得出是氧化反应还是还原反应,分析出阴极还是阳极的反应,再根据具体情况分析其他。
3.B
【解析】
【详解】
A.阳极是氢氧根失去电子,其电极反应式为4OH-−4e-=O2↑+2H2O,故A正确;
B.电解一段时间后,实际是电解水,碳酸钠溶液浓度增大,碱性增强,溶液的pH变大,故B错误;
C.阴极除锈过程中,电子由负极流向阴极即铁制钥匙,故C正确;
D.阴极除锈是指借助阴极析出氢气的剥离撕裂等作用除去金属表面的薄锈氧化膜,因此阴极下方有锈渣堆积,故D正确。
综上所述,答案为B。
4.D
【解析】
【详解】
根据实验现象,写出的字迹为红色,说明铅笔电极生成了氢氧根离子,氢氧根离子遇到酚酞,酚酞显红色,则为水得电子生成氢气和氢氧根离子,铅笔电极做阴极,与阴极相连的a电极为负极,b为正极,铂片端做阳极,综上所述,答案为D。
【点睛】
根据实验现象,判断电解池的阴阳极,根据阴阳极判断电池的正负极。
5.D
【解析】
【详解】
A.根据Zn+2H+═Zn2++H2↑知,锌发生氧化反应,氢离子发生还原反应,当锌作阳极,电解酸溶液时就发生此电池反应,故A正确;
B.当该装置是电解池,以锌作阳极,电解硫酸钠、氯化钠溶液时都能发生此电池反应,它们的pH等于7,故B正确;
C.当该装置是电解池,以锌作阴阳极,电解硫酸钠、盐酸时都发生此电池反应,故C正确;
D.该装置可能是原电池也可能是电解池,所以可能是化学能转化为电能,也可能是电能转化为化学能,故D错误;
答案选D。
6.B
【解析】
【详解】
惰性电极电解硫酸铜溶液,生成物是铜、氧气和硫酸,反应的化学方程式是2CuSO4+2H2O
2Cu+2H2SO4+O2↑。
根据电子守恒:
2Cu~4e-~O2,反应中生成1mol氧气转移4mol电子,而转移4mol电子生成2mol铜,F表示反应生成氧气的物质的量,E表示反应生成Cu的物质的量或生成硫酸的物质的量或消耗水的物质的量或消耗硫酸铜的物质的量,答案选B。
7.A
【解析】
【详解】
铅蓄电池在放电过程中,正极发生
,正极质量增大,故A错误;
B.耗氧燃料电池,正极上氧气得电子生成水或氢氧根离子,O元素化合价由0价都降低到
价,若转移电子总数相等,则正极消耗等质量的氧气,故B正确;
C.银为阳极,电解质溶液为稀硫酸,可实现反应
,故C正确;
D.电解精炼铜,粗铜作阳极、精铜作阴极;电镀铜,镀件作阴极、纯铜为阳极,故D正确;
故选A。
8.D
【解析】
【分析】
【详解】
A.加入的稀硫酸是电解质溶液,会引起氢氧化铁胶体聚沉,继续加入稀硫酸,氢氧化铁沉淀与硫酸反应生成硫酸铁和水,沉淀会溶解,正确;
B、铜和稀硫酸不反应,加入稀硫酸铜粉不溶解,再加入硝酸钾固体发生反应:
3Cu+8H++2NO3-=3Cu2++2NO↑+4H2O,铜粉溶解,正确;
C、氯碱工业和金属钠的冶炼都用到了NaCl,阳极上氯化钠溶液和熔融氯化钠中的氯离子放电,发生的电极反应都是:
2Cl--2e-=Cl2↑,正确;
D、发生反应:
2Ba2++4OH-+Al3++2SO42-=2BaSO4↓+AlO2—+2H2O,错误;
答案选D。
9.BD
【解析】
【分析】
【详解】
A.电解食盐水得到氢气、氯气和氢氧化纳溶液,氢气和氯气反应生成氯化氢得到浓盐酸,制得NaClO3和浓盐酸加热反应生成ClO2,
,该流程中Cl2、NaCl都可以循环利用,故A错误;
B.装置①是电解食盐水,溶液中氢离子在阴极得到电子生成氢气,是阴极产物,故B正确;
C.
反应中,氯气中的氯来自HCl中的氯,所以氯气是氧化产物,故C错误;
D.根据装置①和装置②中反应的关系可知,生成HCl时Cl2少量,为了使H2完全转化为HCl,需要向装置③中补充Cl2,故D正确;
故选BD。
【点睛】
此题难点在于C项中Cl元素化合价的判断,根据氧化还原反应中化合价不交叉原则分析,ClO2为还原产物,Cl2为氧化产物。
10.AB
【解析】
【详解】
A.由分析可知,C2O52−化合价升高变为O2,因此电极a为阳极,电源b为正极,故A错误;
B.①②捕获CO2时生成的过程中碳元素的化合价均为+4价,没有发生化合价变化,故B错误;
C.由分析可知,a电极的电极反应式为2C2O52−−4e-=4CO2+O2,故C正确;
D.由a电极、d电极的电极反应式可知,该装置的总反应为CO2
C+O2,故D正确。
综上所述,答案为AB。
【点睛】
学会分析左右两边电极反应,C2O52−反应生成O2,化合价升高,发生氧化反应,为阳极,连接电源正极。
11.小SO32-+H2O
HSO3-+OH-,NH4++H2O
NH3·H2O+H+,SO32-的水解程度更大使溶液中c(H+)>c(OH-)随溶液中c(NH4+)和c(OH-)均增大,使NH4++H2O
NH3·H2O+H+平衡向右移动,促进NH3逸出SO32-+SO2+H2O==2HSO3-在升温过程中,SO32—被空气中氧气氧化变成SO42—,使SO32—浓度下降,水解程度降低,pH降低阳极发生4OH--4e-=O2↑+2H2O,c(OH-)降低,促进水电离,使c(H+)升高,多余的H+由a室经阳离子交换膜进入b室将b室中SO32-转化为HSO3-,阴极2H++2e-==H2↑,导致平衡HSO3-
H++SO32-向右移动,生成更多SO32-,Na+从b室进入c室.最终b中Na2SO3转化为NaHSO3,c中NaHSO3转化为Na2SO3,实现分离
【解析】
【分析】
(1)“吸收”过程中,溶液A中(NH4)2SO3和SO2反应生成NH4HSO3,导致(NH4)2SO3量减小,而NH4HSO3的量增大;
(2)溶液中存在SO32-+H2O
HSO3-+OH-,NH4++H2O
NH3·H2O+H+;
(3)SO2溶液水,导致溶液显酸性可增大NH3吸收量;c(SO32-)增大,则水解使溶液碱性增强,使NH4++H2O
NH3·H2O+H+平衡向右移动;
(4)Na2SO3、SO2与水反应生成亚硫酸氢钠;
(5)根据表中数据对比说明盐的成分发生改变,导致水解程度减小;
(6)通电时,阳极水失电子生成氧气和氢离子,溶液中的氢离子经过阳离子交换膜向b室移动,氢离子与b室的SO32-反应生成HSO3-,而b室的钠离子向c室移动,c室阴极氢离子得电子生成氢气,导致HSO3-
H++SO32-向右移动,c中NaHSO3转化为Na2SO3,实现分离。
【详解】
(1)“吸收”过程中,溶液A中(NH4)2SO3和SO2反应生成NH4HSO3,导致(NH4)2SO3物质的量减小,而NH4HSO3物质的量增大,则其比值减小;
(2)(NH4)2SO3为弱酸弱碱盐,溶液中存在SO32-+H2O
HSO3-+OH-,NH4++H2O
NH3·H2O+H+,SO32-水解使溶液呈碱性,而NH4+水解呈酸性,此时溶液呈碱性则SO32-水解程度大于NH4+水解;
(3)SO2溶液水,导致溶液显酸性,即c(H+)>c(OH-),酸性溶液可增大NH3吸收量;随(NH4)2SO3和NH4HSO3的物质的量之比增大,c(SO32-)增大,则水解使溶液碱性增强,使NH4++H2O
NH3·H2O+H+平衡向右移动,促进NH3逸出;
(4)Na2SO3、SO2与水反应生成亚硫酸氢钠,方程式为Na2SO3+SO2+H2O=2NaHSO3;
(5)根据表中数据,0.1mol·L-1Na2SO3溶液升高温度后,水的电离程度增大,pH减小;再恢复至原温度后,pH却减小,说明盐的成分发生改变,导致水解程度减小,则可能为在升温过程中,SO32-被空气中氧气氧化变成SO42-,使SO32-浓度下降,水解程度降低,pH降低;
(6)通电时,阳极水失电子生成氧气和氢离子,溶液中的氢离子经过阳离子交换膜向b室移动,氢离子与b室的SO32-反应生成HSO3-,而b室的钠离子向c室移动,c室阴极氢离子得电子生成氢气,导致HSO3-
H++SO32-向右移动,c中NaHSO3转化为Na2SO3,实现分离。
12.3SO32−+Cr2O72−+8H+=2Cr3++3SO42−+4H2O洛铁矿粉碎等过滤8CrO42−+3S2−+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42−+16OH−CO高温还原Cr2O3(或热还原法)正2H2O−4e−=O2↑+4H+
【解析】
【分析】
(1)Na2SO3 将Cr2O72-还原为Cr3+,则SO32-被氧化为SO42-,结合电荷守恒和质量守恒可得;
(2)根据流程:
铬铁矿(FeO•Cr2O3)加入纯碱、通入空气焙烧,得到Na2CrO4,过滤,滤液含有Na2CrO4,加入Na2S还原得到Cr(OH)3,反应为:
8CrO42-+3S2-+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42-+16OH-,加热Cr(OH)3可得到Cr2O3,再用还原剂还原得到Cr,据此分析作答;
(3)①b极得到Na2Cr2O7,则b有反应2CrO42-+2H+⇌Cr2O72-+H2O,故b的电极反应为水放电生成氧气和氢离子,据此可得;
②根据电荷守恒计算。
【详解】
(1)Na2SO3 将Cr2O72−还原为Cr3+,则SO32−被氧化为SO42−,离子反应为:
3SO32−+Cr2O72−+8H+=2Cr3++3SO42−+4H2O,故答案为:
3SO32−+Cr2O72−+8H+=2Cr3++3SO42−+4H2O;
(2)①将洛铁矿粉碎等可以加快焙烧速率和提高原料的利用率,故答案为:
将洛铁矿粉碎等;
②根据流程,水浸得到浸渣和浸取液,分离固液的操作是过滤;浸出液的主要成分为Na2CrO4,加入Na2S还原得到Cr(OH)3,向“滤液”中加入酸化的氯化钡溶液有白色沉淀生成,则有SO42−,故反应为:
8CrO42−+3S2−+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42−+16OH−,故答案为:
过滤;8CrO42−+3S2−+20H2O=8Cr(OH)3↓+3SO42−+16OH−;
③加热Cr(OH)3可得到Cr2O3,从工业成本角度考虑,用Cr2O3制取金属Cr的冶炼方法是用CO高温还原Cr2O3(或热还原法),故答案为:
CO高温还原Cr2O3(或热还原法);
(3)①b极得到Na2Cr2O7,则b有反应2CrO42−+2H+⇌Cr2O72−+H2O,故b的电极反应为水放电生成氧气和氢离子,反应为:
2H2O−4e−=O2↑+4H+,故b极为阳极,连接电源正极,故答案为:
正;2H2O−4e−=O2↑+4H+;
②电解一段时间后,测得阳极区溶液中Na+物质的量由amol变为bmol,则溶液中移动的电荷为(a−b)mol,所以外电路中转移的电子为(a−b)mol,阳极的电极反应为:
2H2O−4e−=O2↑+4H+,则阳极生成的氢离子为(a−b)mol,已知:
2CrO42−+2H+⇌Cr2O72−+H2O,则则理论上生成重铬酸钠的物质的量是
mol,故答案为:
。
【点睛】
根据工艺流程图,写出离子反应,从氧化还原反应的角度和电荷守恒,原子个数守恒的角度配平是解答难点。
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