- 金属的电化学腐蚀与防护
- 共1146题
Ⅰ． 已知某工业废水中含有大量的CuSO4，少量的Ag+、Hg2+以及部分污泥，通过下述过程可从该废水中回收硫酸铜晶体及其他物质．
（1）步骤1需用到的玻璃仪器除烧杯外有 ．
（2）步骤2中需加入某种试剂后再将混合物分离，该试剂是（填化学式） ，固体残渣的成分是（填化学式） ．
（3）步骤3中涉及的操作是：蒸发浓缩、 、过滤、烘干．
（4）步骤2应该在通风橱中进行，原因是 ．
Ⅱ．（（2）为1分，其余每空2分）某溶液中含有Na+、SO42-、SO32-、CO32-、Cl-、Br-中的若干种，依次进行下列实验，观察到的现象记录如下：①加入盐酸，有无色气体生成；②向原溶液中滴加氯水，无气体产生，再加CCl4振荡，静置，CCl4层呈橙色，用分液漏斗分液；③向分液后所得的水溶液中加入Ba（NO3）2和HNO3的混合溶液，有白色沉淀生成，过滤；④在滤液中加AgNO3和HNO3的混合液，有白色沉淀产生．试回答：（提示：氯气会氧化SO32-为SO42-）
（1）原溶液中肯定存在的离子是 ，肯定没有的离子是 ；
（2）若步骤③改用BaCl2和盐酸的混合溶液，对判断（1）结论有无影响 ；
（3）步骤②中发生反应的离子方程式为 、 ．
正确答案
随着材料科学的发展，金属钒及其化合物得到了越来越广泛的应用，并被誉为“合金的维生素”．为回收利用含钒催化剂（含有V2O5、VOSO4及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，回收率达91.7%以上．部分含钒物质在水中的溶解性如下表所示：
请回答下列问题：
（1）23V在元素周期表位于第______周期______族．工业上由V2O5冶炼金属钒常用铝热剂法，其用化学方程式表示为______．
（2）反应①的目的是______．
（3）该工艺中反应③的沉淀率（又称沉矾率）是回收钒的关键之一，写出该步发生反应的离子方程式______．
（4）用酸化的H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，写出配平后完整的离子方程式．
______VO2++______H2C2O4+______H+→______VO2++______ CO2+______．
（5）经过热重分析测得：NH4VO3在焙烧过程中，固体质量的减少值（纵坐标）随温度变
化的曲线如右图所示．则NH4VO3在分解过程中______．
A．先分解失去H2O，再分解失去NH3
B．先分解失去NH3，再分解失去H2O
C．同时分解失去H2O和NH3
D．同时分解失去H2、N2和H2O．
正确答案
（1）钒核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d34s2，处于d区，故钒处于第四周期第ⅤB族；铝与五氧化二钒反应生成钒与氧化铝，反应方程式为3V2O5+10Al 
故答案为：四；VB；3V2O5+10Al 
（2）加入硫酸和亚硫酸钠，目的是利用氧化还原反应，用亚硫酸钠还原V2O5，将V2O5 转化为可溶性的VOSO4，便于提纯，
故答案为：将V2O5 转化为可溶性的VOSO4；
（3）根据NH4VO3难溶于水，利用复分解反应沉淀VO3-，离子方程式为：NH4++VO3-=NH4VO3↓，
故答案为：NH4++VO3-=NH4VO3↓；
（4）测定反应②溶液中钒的含量，可用已知浓度的酸化H2C2O4溶液滴定（VO2）2SO4溶液，主要产物为CO2和VOSO4，根据化合价升降，写出的离子方程为2VO2++H2C2O4+2H+=2 VO2++2 CO2↑+2 H2O，
故答案为：2；1；2；2；2；2H2O；
（5）根据NH4VO3在焙烧变化的图象可知：
2NH4VO3═V2O5+2NH3↑+H2O
234g 34g 18g
减少值开始为0～17g，曲线到200℃时（约为16.0g）曲线开始平直；到约为300℃时又开始减少（H2O的质量），到350℃时减少24g时就不再变化，所以NH4VO3在焙烧过程中200℃时左右先失去氨；在300～350℃再失去水，
故答案为：B．
在调水工程中，沿途工业污水的任意排放是造成水质恶化的最大隐患．检测某工厂废液中，含有大量Mg2+、Al3+、Cu2+、Ag+．试分析回答下列问题：
（1）该废液中可能大量存在的一种阴离子是______（填序号）
A．SO42- B．NO3-C．Cl- D．CO32-
（2）为检测废液中铝元素的含量，需将其从废水样品中分离出来，所用的试剂是______；铝元素发生变化的离子方程式是______；
（3）为了回收废液中的金属银，某同学设计了如图所示方案：
若依该方案获得108g Ag，为保证不污染环境和Cl2的循环利用，理论上应提供标准状况下H2的体积是______．
正确答案
（1）因硫酸银不溶液水，氯化银不溶于水，金属离子与碳酸根离子生成不溶于水的碳酸盐，所有的硝酸盐都溶于水，即硝酸根离子与金属离子均不反应，故答案为：B；
（2）只有氢氧化铝与碱反应，利用碱将金属阳离子分离，则试剂选NaOH溶液，发生的离子反应为Al3++4OH-═AlO2-+2H2O，
故答案为：NaOH溶液；Al3++4OH-═AlO2-+2H2O；
（3）n（Ag）=
切过咸菜的钢刀未及时清洗，第二天刀上便出现锈斑，试用有关电极反应式、化学方程式表示Fe（OH）3的生成过程．
（1）负极______；正极______．
（2）化学方程式______、______．
正确答案
（1）中性溶液中，钢铁中碳、铁和电解质溶液构成原电池发生吸氧腐蚀，负极上铁失电子生成二价铁离子，电极反应式为Fe-2e-=Fe 2+，正极上氧气得电子和水反应生成氢氧根离子，电极反应式为O2+4e-+2H2O=4OH-；
故答案为：Fe-2e-=Fe 2+；O2+4e-+2H2O=4OH-；
（2）二价铁离子和氢氧根离子反应生成氢氧化亚铁，氢氧化亚铁不稳定，容易被空气中的氧气氧化生成氢氧化铁4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，最后，氢氧化铁失去部分水生成带结晶水 的氧化铁Fe2O3．xH2O，即铁锈的主要成分．
故答案为：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2 4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3．
铁是一种化学性质比较活泼的金属，也是用途最广泛 的金属。铁在一定条件下能跟多种物质发生化学反应。完成下列问题：
(1)以铁为研究对象，仿照下图中的实例在框图处填写物质的化学式（所填写的反应物不属于同一类别的物质，生成物必须填写铁的化合物）。
①____;②___；③____;④____。
(2)实验室要除去细碎铜屑中的少量铁屑，请用化学方法和 物理方法将其除去。（只用简单的原理描述即可） 化学方法：___ 。物理方法：____。
(3)据统计，每年锈蚀的钢铁约占世界钢铁年产总量的四分 之一。联系生活、生产实际，举出防止钢铁生锈的两种常用方法： ①________； ②________。
(4)经研究发现，长期使用铁锅炒菜做饭，可有效地减少缺铁性贫血的发生，原因是___； 如果在炒菜时经常加入适量的食用醋，效果会更好，理由是____。
正确答案
(1)①FeCl2 ；②HCl ；③CuSO4 ；④FeSO4
(2)加入足量稀盐酸，铁会溶解在稀盐酸中，2HCl+ Fe= FeCl2+H2↑ ；用磁铁吸引铁屑
(3)①在钢铁制品表面刷油漆或镀上一层其他金属；
②保持钢铁制品表面的干燥
(4)用铁锅炒菜，会有微量的铁元素进入食物中，可补充人体需要的铁元素 ；铁能溶解在食醋中
锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下
（1）第②步反应得到的沉淀X的化学式为______．
（2）第③步反应的离子方程式是______．
（3）第④步反应后，过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有______．若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：______、______．
（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiNB2O4的质量为18.1g第③步反应中加入20.0mL3.0mol•L-1的H2SO4溶液．定正极材料中的锂经反应③和④完全为Li2CO3，剩至少有______Na2CO3参加了反应．
正确答案
第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中（注意LiMn2O4不溶于水）生成四羟基合铝酸钠，即滤液的主要成分，第二步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程，第三步是LiMn2O4在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应，得到的滤液中有生成的硫酸锂，可能有过量的硫酸，最后一步加入碳酸钠之后所得的滤液主要成分为硫酸钠；
（1）四羟基合铝酸钠与过量二氧化碳反应得产物是Al（OH）3沉淀和碳酸氢钠，故答案为：Al（OH）3；
（2）在酸性环境下，LiMn2O4能被空气中的氧气氧化，离子方程式为：4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O，故答案为：4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O；
（3）过滤所用玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯；过滤时发现滤液中有少量浑浊，原因可能有：滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等，故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯；滤纸破损、滤液超过滤纸边缘
（4）根据LiMn2O4～0.5H2SO4～Li+得18.1gLiMn2O4即0.1molLiMn2O4消耗硫酸的量为0.05mol，故硫酸有剩余，剩余的硫酸和生成的Li+共消耗碳酸钠0.05mol，即5.3g，故答案为：5.3g．
按要求填空：
（1）碱金属元素原子半径最小的是______，它作为新一代绿色可充电池的材料，放电时它是电池的______ 极（填“正”或“负”）；卤族元素中原子最外层的电子数都是______个，在化学反应中它们容易得到______个电子．在卤族元素中非金属性最强的元素是______，其离子的结构示意图：______；
（2）为防止碳素钢菜刀生锈，使用后特别是切过咸菜后，应采取的简易措施是______； 生活中和生产上最常用的燃料里所含的主要元素有______，它们在燃烧后生成的化合物主要是______．
（3）相对分子质量为58的烷烃的分子式是______，它可能的结构简式是______、______
（4）已知某反应的各物质浓度数据如下：aA（g）+bB（g）
2C（g）
起始浓度（mol/L）：1.5 1.0 0
2s末浓度（mol/L）：0.9 0.8 0.4
则①a=______，b______．
②2S内B的反应速率=______．
③3s末上述反应达平衡时，C浓度为0.6mol/L，则A的转化率为______．
（5）（6分）丙烯通入溴水中褪色的化学方程式：______（反应类型：______）硝基苯生成的化学方程式：______（反应类型：______）
正确答案
（1）碱金属元素的原子，从上到下原子半径逐渐增大，原子半径最小的是金属锂，锂电池放电时，锂是电池的负极，卤族元素的原子，从上到下非金属性逐渐减弱，所以非金属性最强的元素是F，第ⅤⅡA元素称为卤族元素，最外层电子数是7在化学反应中它们容易得到1个电子，形成8电子稳定结构，故答案为：锂；负；7；1；氟；
；
（2）铁生锈的原理是金属铁和水及空气接触，切过咸菜后的菜刀，防止生锈的简单做法是：立即将菜刀擦拭干净，生活中最常用的燃料是天然气，燃烧产物是水和二氧化碳，故答案为：立即将菜刀擦拭干净；C、H；CO2和H2O；
（3）烷烃具有通式：CnH2n+2，相对分子质量为14n+2，当相对分子质量为58时，所以n=4，即为丁烷，具有2种同分异构体：正丁烷和异丁烷，故答案为：C4H10；CH3-CH2-CH2-CH3；
；
（4）①A和B的浓度的变化量分别为：0.6mol/L和0.2mol/L，浓度的变化量之比等于方程式的系数之比，所以a=3，b=1，故答案为：3；1；
②2S内B的反应速率v=
③3s末上述反应达平衡时，C浓度为0.6mol/L，则消耗的A的浓度为0.9mol/L，A的转化率=
（5）溴水和丙烯之间发生加成反应，原理是：
+Br2→
，属于加成反应，苯和浓硫酸以及浓硝酸的混合酸反应生成硝基苯，即
+HO-NO2
+H2O，属于取代反应，故答案为：
+Br2→
，加成反应；
+HO-NO2
+H2O；取代反应．
从含镍废催化剂中可回收镍，其流程如下：
某油脂化工厂的含镍催化剂主要含有Ni，还含有Al（31%）、Fe（1.3%）的单质及氧化物，其他不溶杂质（3.3%）．部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时的pH如下：
回答下列问题：
（1）“碱浸”的目的是除去______．
（2）“酸浸”时所加入的酸是______（填化学式）．酸浸后，滤液②中可能含有的金属离子是______．
（3）“调pH为2～3”的目的是______．
（4）产品晶体中有时会混有少量绿矾（FeSO4•7H2O），可能是由于生产过程中______．
（5）NiSO4在强碱溶液中用NaClO氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料--NiOOH．该反应的离子方程式是______．
正确答案
（1）“碱浸”过程中是为了除去铝及其氧化物极其油脂，铝是两性元素和强碱反应，氧化铝是两性氧化物和强碱反应，镍单质和铁及其氧化物不和碱反应达到除去铝元素的目的；反应的两种方程式为：2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑、Al2O3+2OH-═2AlO2-+3H2O，
故答案为：Al、Al2O3、油脂；
（2）“酸浸”时主要是溶解镍金属和铁单质及其氧化物，依据制备目的是得到NiSO4•7H2O，加入的酸不能引入新的杂质，所以需要加入硫酸进行酸浸；镍、铁和稀硫酸反应生成硫酸亚铁、硫酸镍溶液，
故答案为：H2SO4；Ni2+、Fe2+；
（3）硫酸镍溶液需要蒸发浓缩结晶析出，为防止镍离子水解生成氢氧化镍沉淀，需要控制溶液pH在酸性条件下，
故答案为：防止在浓缩结晶过程中Ni2+水解（或“防止在浓缩结晶过程生成Ni（OH）2沉淀）；
（4）产品晶体中有时会混有少量绿矾（FeSO4•7H2O），说明在加入过氧化氢氧化剂氧化亚铁离子时未把亚铁离子全部氧化，氢氧化亚铁沉淀的pH大于镍离子沉淀的pH，保温目的是把亚铁离子完全氧化，
故答案为：H2O2的用量不足（或H2O2失效）、保温时间不足导致Fe2+未被完全氧化造成的；
（5）NiSO4在强碱溶溶中用NaClO氧化，可制得碱性镍镉电池电极材料--NiOOH．该反应的离子方程式是：2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH+Cl-+H2O，
故答案为：2Ni2++ClO-+4OH-=2NiOOH↓+Cl-+H2O．
镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni（OH）2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成．由于电池使用后电极材料对环境有危害．某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：
已知：①NiCl2易溶于水，Fe3+不能氧化Ni2+．
②已知实验温度时的溶解度：NiC2O4＞NiC2O4•H2O＞NiC2O4•2H2O
③某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的理论pH如下表所示：
回答下列问题：
（1）用NiO调节溶液的pH，依次析出沉淀Ⅰ______和沉淀Ⅱ______（填化学式）．
（2）写出加入Na2C2O4溶液的反应的化学方程式：______．
（3）检验电解滤液时阳极产生的气体的方法：______．
（4）写出“氧化”反应的离子方程式：______．
（5）如何检验Ni（OH）3已洗涤干净？______．
正确答案
（1）根据表中开始沉淀和沉淀完全PH，Fe（OH）3开始沉淀PH2.5沉淀完全PH2.9，Al（OH）3开始沉淀3.4沉淀完全PH4.2，故答案为：Fe（OH）3 Al（OH）3
（2）NiCl2可与Na2C2O4反应生成NiC2O4•2H2O和NaCl，故答案为：NiCl2+Na2C2O4+2H2O═NiC2O4•2H2O↓+2NaCl
（3）滤液为氯化钠溶液，电解时阳极产生氯气，氯气有强氧化性，故可用湿润的淀粉碘化钾试纸，故答案为：用湿润的淀粉碘化钾试纸
（4）过滤2得到Ni（OH）2电解滤液1产生氯气，二者发生氧化还原反应，离子方程式为2Ni（OH）2+2OH-+Cl2═2Ni（OH）3+2Cl-，故答案为：2Ni（OH）2+2OH-+Cl2═2Ni（OH）3+2Cl-
（5）取最后一次洗涤浸出液，加入硝酸银溶液，若有白色沉淀生成，则说明未洗涤干净，若无白色沉淀，说明已洗涤干净，故答案为：取最后一次洗涤液，加入AgNO3溶液，如有白色沉淀生成，再加入稀硝酸，若沉淀不溶解，证明沉淀已洗涤干净．
已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不不反应）．某化学兴趣小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液，用电解的方法实现了粗铜的提纯，并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定．
步骤一：电解精制：
请回答以下问题：
Ⅰ．电解时，粗铜应与电源的______极相连．阴极上的电极反应式为______
电解过程中，硫酸铜的浓度会变小，原因是锌，铁与硫酸铜发生置换反应．
步骤二：电解完成后，该小组同学按以下流程对电解液进行处理：
（1）阳极泥的综合利用：
Ⅱ．稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请你写出该步反应的化学方程式：______
残渣含有极少量的黄金，如何回收金，他们查阅了有关资料，了解到了一些有关金的知识，以下是他们获取的一些极其重要的信息：
Ⅲ．从平衡常数的大小可知，金很难与硝酸反应，但却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1：3的混合物），请你简要解释金能够溶于王水的原因：______
（2）滤液含量的测定：
以下是该小组探究滤液的一个实验流程：
Ⅳ．则100mL滤液中Cu2+ 的浓度为______mol•L-1，
Ⅴ．则100mL滤液中Fe2+的浓度为______mol•L-1．
正确答案
Ⅰ、在电解精炼铜时，阳极反应是金属锌、铁、镍等先失电子，阴极上是铜离子得电子产生铜，精铜做阴极，粗铜作阳极，故答案为：正；Cu2++2e=Cu；
金属银可以和稀硝酸反应生成硝酸银、一氧化氮和水，即3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2O，故答案为：3Ag+4H++NO3-=3Ag++NO↑+2H2O；
Ⅲ、根据表中的信息，Au+6HNO3（浓）=Au（NO3）3+3NO2↑+3H2O，并且Au3++4Cl-=AuCl4-，在王水中，含有浓硝酸和浓盐酸，浓盐酸含有大量氯离子，Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4-离子，使反应2平衡向右移动，则金溶于王水中，故答案为：浓盐酸含有大量氯离子，Au3+离子与氯离子形成稳定的AuCl4-离子，使反应②平衡向右移动，则金溶于王水中；
（2）Ⅳ、100mL的滤液中含有亚铁离子、铜离子、锌离子，当加入足量的金属Fe以后，会将金属铜全部置换出来，所以生成的3.2g金属是Cu，所以铜离子的浓度c=
Ⅴ、亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁，在空气中更易被氧化为氢氧化铁，受热分解生成的氧化铁的质量是4.8g，根据原子守恒，亚铁离子的物质的量是：
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