- 电解池
- 共5205题
(10分)下图中p、q为直流电源两极,A极由金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D产生气泡。试回答:
(1)p为_____极,A极发生了______反应。
(2)C极的电极反应方程式为:______________________;
(3)在电解过程中,测得了C、D两极上产生的气体的实验数据如下:仔细分析以上实验数据,请说出可能的原因是______ 。
(4)电解一段时间后,若将硫酸溶液浓度恢复到电解前,应加入的物质是_____
(5)当电路中通过0.004 mol 电子时,B电极上沉积金属 X的质量为0.128g,则此金属的摩尔质量为_______。
若A电极改用石墨电极电解400mLXSO4溶液,则此时溶液pH为 。
正确答案
(1)正;(1分)氧化
(2)4OH--4e-=O2↑+2H2O
(3)开始反应的1~4min内,由于产生的氧气和氢气在水中的溶解度没有达到饱和,而氧气在水中的溶解度大于氢气,故氢气和氧气的体积比大于2:1,随反应的进行,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解均达到饱和故4min后氢气和氧气的体积比等于2:1
(4)水
(5)64g·mol–1,pH = 2
(1)由“接通电源,金属X沉积于B极”说明金属阳离子在B极得电子,即B为阴极(还原反应),A为阳极(氧化反应);q为电源负极,p为电源正极;
(2)C为电解硫酸溶液的阳极:4OH--4e-=O2↑+2H2O
(3)D极为电解硫酸溶液的阴极:2H++2e-=H2↑:开始反应的1~4min内,由于产生的氧气和氢气在水中的溶解度没有达到饱和,而氧气在水中的溶解度大于氢气,故氢气和氧气的体积比大于2:1,随反应的进行,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解均达到饱和故4min后氢气和氧气的体积比等于2:1
(4)由电极反应可知,电解硫酸溶液相当于电解水,故若将硫酸溶液浓度恢复到电解前,应加入的物质是水
(5)B电极上的电极反应为:Xn++ne-=X,设X元素的摩尔质量为Mg/mol,则可得到:,当n=2时,M=64g/mol符合实际
由电极反应:2X2++2H2O=2X+O2↑+4H+(有4个电子转移)可知,当电路中通过0.004 mol 电子时,生成的H+的物质的量为0.004 mol,其浓度为0.01mol/L,pH=2
(14分)按下图所示装置连接好仪器在U形管中加入饱和氯化铜溶液,用石墨棒作电极,接通电源,电解数分钟后,观察现象。
(1)接电源负极的石墨棒上现象 电极反应为 &s.5*u.c.#om
(2)接电源正极的石墨棒上现象, 电极反应为
电解反应的化学方程式
(3)在上述电解反应中,被氧化的物质是 离子
(4)如何验证阳极产生的气体:
正确答案
(1)有红色金属Cu析出;Cu2+ + 2e- =Cu
(2)放出黄绿色气体;2Cl- - 2e- =Cl2↑;CuCl2 Cu + Cl2↑
(3)Cl-
(4)把湿润的淀粉KI试纸放在阳极附近,试纸变蓝色
略
已知X是一种酸式盐,H是常见金属单质,F、I是常见非金属单质,D为淡黄色固体,E、G都是工业上重要的碱性物质,A物质可做耐火材料.它们有如图所示的转化关系.
试回答下列问题
(1)X的化学式为:______;G的电子式为______.
(2)写出下列反应的化学方程式
①______ ②______.
(3)H与同周期原子序数比其大一的另一种金属组成原电池,H作正极,则负极反应式为______,电解质溶液为______.
(4)H的工业制法可用电解原理,当阳极产生可使湿润的淀粉KI试纸变蓝的气体1.12升(标况)时,阴极生成H______克,有关化学方程式为______.
正确答案
H是常见金属单质,I是常见非金属单质,根据关系图,可知H+B=A+I,此为点燃条件下置换反应,且为金属置换非金属,A物质可做耐火材料,初步确定为2Mg+CO2=2MgO+C,H为Mg,B为CO2,I为C,所以A为MgO,A由X分解得到,且X为酸式盐,应为碳酸氢镁,B是CO2,C为H2O,二者均能和D反应,D为淡黄色固体,且都生成F,F是常见非金属单质,可知D为过氧化钠,F为氧气.根据关系图,可知E为碳酸钠,G为氢氧化钠.进行验证符合.
故A为MgO,B是CO2,C为H2O,D为过氧化钠,E为碳酸钠,F为氧气,G为氢氧化钠,H为Mg,I为C.
(1)X为碳酸氢镁,化学式为Mg(HCO3)2;G为氢氧化钠,由钠离子与氢氧根离子构成,电子式为
.
故答案为:Mg(HCO3)2;
.
(2)①二氧化碳与过氧化钠反应生成碳酸钠与氧气,反应方程式为2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2.
故答案为:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 .
②水与过氧化钠反应生成氢氧化钠与氢气,反应方程式为2Na2O2+2H2O═4NaOH+O2↑.
故答案为:2Na2O2+2H2O═4NaOH+O2↑.
(3)H为Mg,Mg与Al组成原电池,Mg作正极,则电解质溶液与Al反应,不与Mg反应,电解质溶液为强碱如NaOH溶液,Al为负极,则负极反应式为Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O.
故答案为:Al+4OH--3e-=AlO2-+2H2O;NaOH溶液.
(4)工业上利用电解熔融的氯化镁生成镁,电解总反应式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,阳极产生的氯气为
=0.05mol,由电解总反应式可知,生成Mg0.05mol,所以生成Mg的质量为0.05mol×24g/mol=1.2g.
故答案为:1.2;MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑.
化学--选修2:化学与技术
KMnO4是一种常用的强氧化剂,工业上以软锰矿(主要成分MnO2)为原料,通过液相法生产.即在反应器中碱性条件下用氧气氧化MnO2得到K2MnO4,分离后得到K2MnO4,再在电解槽中用铂板作用阳极,铁作阴极电解K2MnO4溶液得到KMnO4,简略生产过程如下所示:
回答下列问题:
(1)写出反应器中反应的方程式______
(2)生产过程中最好使用含MnO280%以上的富矿,因为MnO2含量较低的贫矿中Al的氧化物含量较高,会导致KOH消耗量偏离,用离子方程式表示KOH消耗偏高的原因______.
(3)写出电解槽中阴极和阳极的电极反应方程式阴极:______阳极:______.
(4)在传统工艺中,得到K2MnO4后,向其溶液中避入CO2制备KMnO4,配平方程式:K2MnO4+CO2=KMnO4+MnO2+K2CO3将所得到的KMnO4配成0.1mol•L-1 KMnO4溶液,滴定20.00mL未知浓度的FeCl2液,消耗KMnO4溶液30.00mL.滴定达到终点时的现象为:______,则FeCl2溶液的浓度为______mol/L.
正确答案
(1)二氧化锰和氢氧化钾、氧气发生生成锰酸钾和水,反应的化学方程式为4KOH+2MnO2+O2=2K2MnO4+2H2O,
故答案为:4KOH+2MnO2+O2=2K2MnO4+2H2O;
(2)氧化铝是两性氧化物,既能与强酸反应也能与强碱反应,所以氧化铝和强碱反应生成偏铝酸盐和水,反应的离子方程式为2OH-+Al2O3=2AlO2-+H2O,
故答案为:2OH-+Al2O3=2AlO2-+H2O;
(3)电解锰酸钾溶液时,阴极上水得电子生成氢气和氢氧根离子,电极反应为2H2O+2e-=H2↑+2OH-,阳极上锰酸根离子失电子生成高锰酸根离子,电极反应式为2MnO42--2e-=2MnO4-,
故答案为:阴极:2H2O+2e-=H2↑+2OH-,阳极:2MnO42--2e-=2MnO4-;
(4)氯化亚铁有还原性,高锰酸钾有强氧化性,所以氯化亚铁能被高锰酸钾氧化成氯化铁,故滴定达到终点时的现象为:溶液从浅绿色变为紫红色并且在30秒内不褪色;
设氯化亚铁溶液的浓度为C.
5Fe2++8H++MnO4-=5Fe3++Mn2++4H2O
5mol 1mol
0.02Cmol 0.003mol
C=0.75mol•L-1
故答案为:溶液从浅绿色变为紫红色并且在30秒内不褪色;0.75.
(1)铝是地壳中含量最大的金属,铝质轻,燃烧时放热量高,在常温常压下,9g的铝粉完全燃烧生成固态的A2O3时放出235kJ的热,则这个反应的热化学方程式为______;
(2)中国是世界上最大的电冶铝国家之一,电冶铝的原料是氧化铝,在熔融下进行电解,试写出电解法冶炼铝的方程式为______;
(3)铝用途很广,在电化学中常用于充当电极材料.把铝和镁用导线连接后,若插入到稀硫酸中,则正极是______,插入氢氧化钠溶液中,负极的电极反应式是______
(4)中国首创的海洋铝矿灯,是以铝、空气和海水为原料所设计的原电池,当把电池置于海水电池就有较大的电压,此电池的正极反应式为______.
(5)采用惰性电极从NO3-、SO42-、Cl-、Cu2+、Mg2+、H+中选出适当的离子组成电解质,并对其溶液进行电解
①若两极分别放出H2和O2,则电解质的化学式为______;
②若阴极析出金属,阳极放出O2,则电解质的化学式为______.
正确答案
(1)9g铝的物质的量==
mol,9g的铝粉完全燃烧生成固态的A2O3时放出235kJ的热,则4mol铝完全燃烧放出2820KJ热量,所以其热化学反应方程式为:
4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s),△H=2820kJ/mol;
故答案为:4Al(s)+3O2(g)=2Al2O3(s),△H=2820kJ/mol;
(2)电解熔融态氧化铝生成铝和氧气,电解方程式为2Al2O34Al+3O2↑;
故答案为:2Al2O34Al+3O2↑;
(3)铝、镁、稀硫酸构成的原电池中,正极上氢离子得电子生成氢气,电极反应式为2H++2e-=H2↑,铝、镁、氢氧化钠溶液构成的原电池中,铝作负极,镁作正极,负极上铝失电子和氢氧根离子反应生成偏铝酸根离子和水,
电极反应式为Al-3e-+4HO-=AlO2-+2H2O;
故答案为:2H++2e-=H2↑;Al-3e-+4HO-=AlO2-+2H2O;
(4)铝、空气和海水构成的原电池中,负极上铝失电子生成铝离子,电极反应式为Al-3e-=Al3+;
故答案为:Al-3e-=Al3+;
(5)①若两极分别放出H2和O2,则阴极上氢离子放电,阳极上氢氧根离子放电,根据阴阳离子放电顺序知,溶液中存在的阴离子为含氧酸根离子,阳离子为氢离子或活泼金属离子,所以电解质的化学式为HNO3、H2SO4、Mg(NO3)2、MgSO4;
故答案为:HNO3、H2SO4、Mg(NO3)2、MgSO4;
②若阴极析出金属,根据离子的放电顺序知,溶液中含有H之后的不活泼金属阳离子,阳极放出O2,则溶液中含有含氧酸根离子,所以电解质的化学式为Cu(NO3)2、CuSO4;
故答案为:Cu(NO3)2、CuSO4.
臭氧是一种强氧化剂,常用于消毒、灭菌等。
(1)O3与KI溶液反应生成的两种单质是___________和_________。(填分子式)
(2)O3在水中易分解,一定条件下,O3的浓度减少一半所需的时间(t)如表所示。
已知:O3的起始浓度为0.0216 mol/L。
①pH增大能加速O3分解,表明对O3分解起催化作用的是___________。
②在30°C、pH=4.0条件下,O3的分解速率为__________ mol/(L·min)。
③据表中的递变规律,推测O3在下列条件下分解速率依次增大的顺序为______。(填字母代号)
a. 40°C、pH=3.0
b. 10°C、pH=4.0
c. 30°C、pH=7.0
(3)O3可由臭氧发生器(原理如下图)电解稀硫酸制得。
①图中阴极为_____(填“A”或“B”),其电极反应式为_____。
②若C处通入O2,则A极的电极反应式为_______________。
③若C处不通入O2,D、E处分别收集到xL和有yL气体(标准情况),则E处收集的气体中O3所占的体积分数为___________(忽略O3的分解)。
正确答案
(1)I2;O2
(2)①OH-;②1.00×10-4;③bac
(3)①A;2H++2e-=H2↑;②O2+4H++4e-=2H2O;③
如下图所示,若电解5 min,铜电极质量增加2.16 g。试回答:
(1)电极X是电源的 极。
(2) pH变化:A ,B ,C 。
(3)若A中KCl溶液的体积为200 mL,电解至5 min,溶液的pH是 (假设溶液体积不变化)。
正确答案
(1)负 (2)增大减小不变 (3) 13
(1)由铜电极质量增加可知铜电极为阴极,进一步可推知X是电源的负极。(2)A电解的方程式为2KCl+2H2OH2↑+Cl2↑+2KOH,A溶液pH增大;B电解的方程式为2CuSO4+2H2O
2Cu+O2↑+2H2SO4,B溶液pH减小;C是电镀池,C溶液pH不变。(3)根据电子得失守恒得如下关系式:2KCl+2H2O
H2↑+Cl2↑+2KOH~2e-~2Ag,由铜极上析出Ag的质量可计算出A中生成的KOH的物质的量,进而即可计算出A溶液的pH。
(9分)在右图中A为电源,B为浸透饱和食盐水和酚酞试液的滤纸,C为盛有稀硫酸的电解槽,e、f为铂电极。接通电路后,发现B上的c点显红色。试回答:
(1)电源A上的b为__________极。
(2)写出B上的电极反应式:
c_______________________;d_______________________。
(3)e、f电极上所产生的气体分别为__________、__________,其体积比为__________。
正确答案
(1)负。(2)2H++2e-====H2↑;2Cl--2e-====Cl2↑。(3)O2;H2;1∶2。
c点显红色,说明呈碱性,故c点电极反应式为:2H++2e-====H2↑,与c点相连的b为电源的负极,a为电源的正极。进一步可确定e为阳极,f为阴极。
由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法除去,产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下:
(注:NaCl熔点为801℃;AlCl3在181℃升华)
(1)工业上电解法获得金属铝的过程中,须在氧化铝中加入_________,其目的是__________________。
(2)精炼前,需清除坩埚内的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质,铝与氧化铁反应的化学方程式为:__________________。
(3)将Cl2连续通入粗铝熔体中,杂质随气泡上浮除去。气泡的成分有_________;固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中的物质有__________________。
(4)在用废碱液处理A时,写出主要反应的离子方程式_________。
(5)镀铝电解池中,以钢材镀件和铝为电极,熔融盐做电解液。则金属铝为_______极。电镀选择在170℃下进行的原因是__________________。采用的加热方式最好是_________。(填字母选项)
A、水浴 b、油浴 c、直接强热快速升温至170℃
(6)钢材表面镀铝之后,能有效防止钢材腐蚀,其原因是_________。
正确答案
(1)冰晶石或Na3AlF6;降低氧化铝熔融所需的温度
(2)2Al+Fe2O32Al2O3+2Fe
(3)Cl2、HCl和AlCl3;NaCl
(4)Cl2+2OH- == Cl- + ClO-+ H2O、 H+ + OH- ==H2O
(5)阳极;防止氯化铝升华损失; b
(6)铝在钢材表面形成致密的氧化铝膜,保护了内层金属
生产着色铝片的工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)第①步中NaOH溶液的作用是______.
(2)第②步HNO3的作用是对铝片进行抛光,写出其反应的离子方程式______.
(3)在第④步电解是以铝为阴极,铝片为阳极,在硫酸介质中控制电压电流,使阳极放出O2与Al反应使铝表面形成一层致密的氧化膜.写出有关的电极反应式:阴极:______,阳极:______.
(4)氧化膜质量的检验:取出铝片干燥,在氧化膜未经处理的铝片上分别滴一滴氧化膜质量检查液(3gK2CrO4+75mL水+25mL浓盐酸),判断氧化膜质量的依据是______.
A.铝片表面有无光滑 B.比较颜色变化
C.比较质量大小 D.比较反应速率大小
(5)将已着色的铝干燥后在水蒸气中进行封闭处理约20~30min,封闭的目的是使着色的氧化膜更加致密,有关反应化学方程式是______.
正确答案
(1)因铝表面的油污,用热碱液除可以金属表面油污,故答案为:洗去铝表面的油污;
(2)因铝与硝酸反应:Al+4HNO3=Al(NO3)3+NO↑+2H2O,离子方程式为:Al+4H++NO3-=Al3++NO↑+2H2O,故答案为:Al+4H++NO3-=Al3++NO↑+2H2O;
(3)阴极是溶液中的阳离子H+得到电子:6H++6e-=H2↑;阳极是水中的氢氧根离子放电产生氧气,放出O2与Al反应使铝表面形成一层致密的氧化膜:2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+,故答案为:6H++6e-=H2↑;2Al+3H2O-6e-=Al2O3+6H+;
(4)因K2CrO4是黄色的,其中的Cr(+6价)有氧化性能和Al反应应该是被还原成+3价(绿色),颜色发生了变化,故选:B.
(5)因Al和H2O(g)生成了氧化铝,所以化学方程式为:2Al+3H2O(g) Al2O3+3H2(g),故答案为:2Al+3H2O(g)
Al2O3+3H2(g).
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