专题08 电极反应方程式专练教师版备战高考化学二轮主观题必刷题集.docx
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专题08电极反应方程式专练教师版备战高考化学二轮主观题必刷题集
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+LixC6=LiCoO2+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。
2.CO2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Al~CO2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+6e−
6O2−
6CO2+6O2−
3C2O42−
反应过程中O2的作用是________。
该电池的总反应式:
________。
【答案】Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=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:
Al–3e–=Al3+(或2Al–6e–=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;2Cl‾—2e‾=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:
2Cl‾—2e‾=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57.6ºC,金属氯化物的沸点均高于150ºC)
(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】baMnO2+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。
6.NH3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+7H2O
3NH4NO3+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+7H2O
3NH4NO3+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)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________________________________________________________。
②与普通锌锰电池相比,碱性锌锰电池的优点及其理由是_______。
②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)①ZnNH4ClMnO2+NH4++e-=MnOOH+NH3
②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。
①电源正极为(填A或B),阴极反应式为。
②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(Δm左-Δm右)为g。
【答案】(14分)
(1)①A,2NO3‾+6H2O+10e‾=N2↑+12OH‾②14.4
【解析】
(1)①NO2-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。
②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↑
4mol32g
2mol16g
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‾
10mol28g
2mol5.6g
H+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-+e-→NO2+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↓+2HCl2Fe2++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。
11.KIO3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。
①写出电解时阴极的电极反应式_____。
②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_____。
③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+2e﹣═2OH﹣+H2↑K+a到b产生Cl2易污染环境
【解析】
(1)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↑。
②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/%
①
为以下实验作参照
0.5
2.0
90.0
②
醋酸浓度的影响
0.5
36.0
③
0.2
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