- 电解池
- 共5205题
工业生产中常利用电解反应来制取新的物质．
（1）填写下表中用惰性电极电解各物质时阳极（和电源正极相连的极）、阴极（和电源负极相连的极）所得产物的化学式．
（2）请写出电解饱和食盐水时阳极上的电极反应式______．
正确答案
（1）电解饱和食盐水时，阳极是氯离子失电子生成氯气的过程，阴极是氢离子得电子生成氢气的过程，在该极附近氢离子减少，氢氧根浓度增加，所以大量的氢氧化钠在阴极出现；电解氯化铜时，阳极是氯离子失电子生成氯气的过程，阴极是铜离子得电子生成金属铜的过程，故答案为：
（2）电解饱和食盐水时，阳极是氯离子失电子生成氯气的过程，电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑，
故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑．
如图所示，组成一种原电池．试回答下列问题（灯泡功率合适）：
（1）电解质溶液为稀H2SO4时，灯泡______（填“亮”或“不亮”，填“亮”做a题，填“不亮”做b题）．
a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为：______；Al电极上发生的反应为：______．
b．若灯泡不亮，其理由为：．
（2）电解质溶液为NaOH（aq）时，灯泡______（填“亮”或“不亮”，填“亮”做a题，填“不亮”做b题）．
a．若灯泡亮，则Mg电极上发生的反应为：______；Al电极上发生的反应为：______．
b．若灯泡不亮，其理由为：．
正确答案
（1）金属镁和铝为电极材料，电解质溶液为稀H2SO4时，可形成原电池，金属镁较铝活泼，做原电池的负极，铝做原电池的正极，负极反应为Mg-2e-=Mg2+，
正极反应为2H++2e-=H2↑，此时灯泡变亮，故答案为：亮；Mg-2e-=Mg2+；2H++2e-=H2↑；
（2）金属镁和铝为电极材料，电解质溶液为稀NaOH时，由于金属铝能与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液和氢气，所以铝为负极，镁为正极，
负极反应为2Al-6e-+8OH-=2AlO2+4H2O，正极反应为6H2O+6e-=3H2+6OH-，形成原电池时，灯泡变亮，
故答案为：亮；6H2O+6e-=3H2+6OH-；2Al-6e-+8OH-=2AlO2+4H2O．
Ⅰ．二氧化氯（ClO2）是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为－59℃，沸点为11.0℃，易溶于水。工业上用稍潮湿的KClO3和草酸（H2C2O4）在60℃时反应制得。某学生拟用下图所示装置模拟工业制取并收集ClO2。
（1）A必须添加温度控制装置，除酒精灯、温度计外，还需要的玻璃仪器有 。
（2）反应后在装置C中可得NaClO2溶液。已知在温度低于38℃时NaClO2饱和溶液中析出晶体是NaClO2·3H2O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO2。根据上右图所示的NaClO2的溶解度曲线，请补充从NaClO2溶液中制得NaClO2晶体的操作步骤： ① 蒸发结晶；② ；③ 洗涤；④ 干燥。
（3）ClO2很不稳定，需随用随制，用水吸收得到ClO2溶液。为测定所得溶液中ClO2的浓度，进行了下列实验：① 准确量取ClO2溶液V1mL加入到锥形瓶中，加适量蒸馏水稀释，调节试样的pH≤2.0。② 加入足量的KI晶体，静置片刻。此时发生反应的离子方程式为： ；③ 加入淀粉指示剂，用c mol/L Na2S2O3溶液滴定，至终点时消耗Na2S2O3溶液V2 mL。则原ClO2溶液的浓度为 mol／L（用含字母的代数式表示）。（已知2 Na2S2O3+I2= Na2S4O6+2NaI）
Ⅱ．将由Na+、Ba2+、Cu2+、SO42－、Cl－ 组合形成的三种强电解质溶液，分别装入下图装置
中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解，电极均为石墨电极。
接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如右上图（忽略因气体溶解带来的影响）。据此回答下列问题：
（1）写出乙烧杯中发生反应的化学方程式 ；
（2）电极f上发生的电极反应为 ；
（3）若经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了8g，要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态，应进行的操作是 。
正确答案
I． (1) 烧杯 (2分) （2） 趁热过滤 （2 分）
（3）2ClO2 + 8H+ + 10I－="==2" Cl—+ 5I2 + 4H2O （3 分） 
Ⅱ．（1）2CuSO4 + 2H2O 
（2）4OH－－4e－=2H2O + O2↑（2分）
（3）向丙烧杯中加入2.25g水（3分）
试题分析：Ⅰ．（1）本题要结合题干所给信息解答。题干中提到制备二氧化氯是由潮湿的KClO3和草酸（H2C2O4）在60℃时反应制得的，因此暗示该反应需要控制反应温度。控制该反应温度在60℃，可以选择60℃的热水浴。因此热水浴的温度控制装置除酒精灯、温度计外，还需要的玻璃仪器应该是能装水浴加热用的大烧杯。
（2）题中已说明NaClO2溶液容易得到2中晶体，而低于38℃时NaClO2饱和溶液中析出晶体是NaClO2·3H2O，高于38℃时析出晶体是NaClO2 ，因此要得到无结晶水的NaClO2 晶体，要保证在过滤的时候温度高于38℃，因此采用趁热过滤。
（3）酸化的ClO2溶液中加入KI晶体后，溶液变蓝，说明有碘单质生成，所以发生的氧化还原反应离子方程式为2ClO2 + 8H+ + 10I－="==2" Cl—+ 5I2 + 4H2O。
根据已知反应方程式关系得：n(ClO2)="2/5" n(I2) ， n(I2)="1/2" n(Na2S2O3)，因此n(ClO2)="1/5" n(Na2S2O3)。所以c (ClO2 )= 1/5×c×V2 ÷V1 =
Ⅱ．从常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系图可知，甲、丙两烧杯起始pH值等于7，甲、丙的电解质溶液是强酸强碱盐；乙烧杯起始pH值小于7，电解质溶液为强酸弱碱盐。乙烧杯的电极C质量增重，则可推断增重原因为有金属Cu析出，该电极是阴极，并由此可以得出电源M为负极，N为正极；a、c、e为阴极，b、d、f为阳极。
（1）乙烧杯的电极C质量增重，阴极为Cu2+放电；溶液pH值逐渐降低，说明溶液中阳极OH-放电，使溶液中氢离子增多；所以根据放电情况可以推测得出乙中的电解质溶液为CuSO4溶液，因此电解该溶液的化学方程式为2CuSO4 + 2H2O
（2）丙烧杯中的电解质是强酸强碱盐，随着电解的进行，丙中的溶液pH值不变，则阴极e为H+放电，阳极f上OH-放电，电解实质在电解水，由此可推测该电解质溶液是Na2SO4，因此f电极反应式为4OH－－4e－=2H2O + O2↑。
（3）乙烧杯中c电极质量增加了8g，则生成了0.125mol的单质Cu，则转移电子0.25mol，因此丙烧杯中电解消耗0.125mol的水，要使溶液恢复，应该加入0.125mol的水，即2.25g水。
某化学兴趣小组拟采用下图所示装置电解饱和氯化钠溶液制备H2，通过H2还原氧化铜测定Cu的相对原子质量Ar（Cu），同时检验Cl2的氧化性（图中夹持和加热仪器已略去）。
（1）直流电源中的X极为 极（填“正”、“负”、“阴”或“阳”）；写出甲装置U形管中反应的离子方程式： ；实验开始后，用铁棒作电极的一侧的实验现象是 。
（2）为完成上述实验，正确的链接顺序为：a连 ，b连 （填写连接的字母）。
（3）装置乙中的G瓶内溶液可能为 （填字母）。
H瓶内的反应的离子方程式为： 。
（4）在对硬质玻璃试管里的氧化铜粉末加热前需要进行的操作为： 。
（5）装置丙中N瓶内盛放的试剂为 ，作用是 。
（6）为了测定Cu的相对原子质量，某同学通过实验测得如一下数据：
I．氧化铜样品质量为m1g
Ⅱ．反应后硬质玻璃管中剩余固体质量为m2g
Ⅲ．反应前后U形管及其固体质量差为m3g
Ⅳ．反应前后瓶及其液体质量差为m4g
①请选择理论上误差最小的一组数据计算Ar（Cu），Ar（Cu）= 。
②如果选用其它数据进行计算，会导致Ar（Cu） （填“偏大”、“偏小”或“无影响”），理由是 。
正确答案
(1)负极；2Cl-+2H2O
(2)f; c
(3)A、C；Cl2+2OH-=Cl-+ClO-+H2O
(4)检验H2的纯度防止爆炸
(5)浓硫酸；干燥H2，防止硬质试管炸裂
(6)①16m2/(m1-m2);②偏小；空气中的水通过e导管进入U型管造成m3增大，最终导致Ar（Cu）偏小。
（1）根据电解原理，与阴极相连的是外接电源的负极，故X极应为负极。甲中电解饱和食盐水，化学方程式为
2NaCl+2H2O
“通过H2还原氧化铜测定Cu的相对原子质量Ar(Cu)”故a接f；“同时检验Cl2的氧化性”，故b接c。
A、C、D中的I-、S2-、SO32-都有还原性，但是Cl2与SO32-反应没有现象，故选A、C。
Cl2＋2NaOH=NaCl ＋NaClO＋H2O。
（4）检验H2的纯度防止爆炸。
（5）浓硫酸；干燥H2，防止硬质试管炸裂。
（6）①CuO＋H2=Cu＋H2O △m=80-64=16,现在质量差为m1-m2,而“反应后硬质玻璃管中剩余固体质量为m2g”，即Cu的质量为m2g。根据化学方程式就可求出Ar（Cu）。②偏小；空气中的水通过e导管进入U型管造成m3增大，最终导致Ar（Cu）偏小。
下图为细菌冶铜和火法冶铜的主要流程。
(1) 硫酸铜溶液一般呈________(填“酸”、“碱”或“中”)性，原因是________ (用离子方程式表示）。写出电解硫酸铜溶液的化学方程式：______________(电解过程中，始终无氢气产生)。
(2)细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。细菌冶铜与火法冶铜相比，优点为________________(写出一点即可)。
(3) 用惰性电极分别电解浓的氯化铜溶液和硫酸铜溶液。电解浓的氯化铜溶液时发现阴极有金属铜生成，同时阴极附近会出现棕褐色溶液。而电解硫酸铜溶液时，没有棕褐色溶液生成。下面是关于棕褐色溶液成分的探究：
①有同学认为，阴极附近出现的棕褐色溶液是氯气反应的结果，你认为他的猜测是否正确？________(填“正确”或“不正确"），原因是__________
资料1:
一般具有混合价态(指化合物中同一元素存在两种不同的化合价，如Fe3O4中的 Fe元索)的物质的颜色比单一价态的物质的颜色要深。
资料2:
CuCl微溶于水，能溶于浓盐酸。
②猜想：棕褐色溶液中可能含有的离子是________(填3种主要离子符号）。
③验证猜想：完成实验方案(配制棕褐色溶液）。
取少量________固体于试管中，加入________使其溶解，再加入________溶液，观察现象。
④已知电解前，U形管中加入了________100mL0.5 mol . L－1 CuCl2溶液，电解结朿时电路中一共转移了 0.03 mol电子，且阴极生成0. 64 g铜，则形成的低价阳离子的物质的量为________mol。
正确答案
(1)酸（1分）；Cu2++2H2O
(2)节约能源、环保、设备简单、操作方便．工艺条什易控制、投资少、成本低(或适宜处理贫矿、废矿、尾矿、炉渣等)(或其他合理答案)(2分)
(3)①不正确(1分)；阴极不会产生氯气(2分)
②Cu2+、Cu+、Cl-、[CuCl2]-(只要写前三个即可)(2分)
③氯化亚铜；浓盐酸；氯化铜(所加|式剂顺序不对扣1分)(各1分)
④0.01(2分)
试题分析：该题分为两部分，前一部分是课本上知识内容的应用，比较简单，后一部分为对新现象的探究，有一定难度。探究题在解答的过程中要注意对新信息的收集和联系课本已有知识，进行整合。在电解过程中阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故在阴极上不可能生成氯气。根据新信息，多价态混合物质比单一物质颜色深，结合铜有+1、+2两个价态，可以进行相关猜测；然后根据CuCl的性质（溶于浓HCl）进行设计方案，探究。计算可以根据守恒法：生成0.01molCu，得到0.02mol电子，还有0.03=0.02=0.01mol电子为Cu2+得到电子生成Cu+，故生成Cu+为0.01mol。
由黄铜矿(主要成分是CuFeS2)炼制精铜的工艺流程示意图如下：
（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到l000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是__________、__________，反射炉内生成炉渣的主要成分是__________；
（2）冰铜(Cu2S和FeS互相熔合而成)含Cu量为20％～50％。转炉中，将冰铜加熔剂(石英砂)在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu2S被氧化为Cu2O。生成的Cu2O与Cu2S反应，生成含Cu量约为98. 5％的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是__________、__________。
（3）粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极_____(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为____________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为______。
正确答案
⑴Cu2FeS2＋O2==Cu2S＋2FeS＋SO2 2FeS＋3O2="=" 2FeO＋2SO2 FeSiO3
⑵2Cu2S＋3O2==2Cu2O＋2SO2 2Cu2O＋Cu2S==6Cu＋SO2↑
⑶ c （本空1分，其它每空2分） Cu2＋＋2e－= Cu
Au、Ag以单质的形式沉积在c(阳极)下方，Fe以Fe2+的形式进入电解液中
试题分析：（1）黄铜矿与空气反应生成Cu2S、FeS，根据化合价升降相等配平，反应方程式为：Cu2FeS2＋O2==Cu2S＋2FeS＋SO2；FeS和氧气反应生成FeO，根据化合价升降相等，配平方程式为：2FeS＋3O2="=" 2FeO＋2SO2，生成炉渣的主要成分为：FeSiO3；（2）Cu2S被氧化为Cu2O的反应方程式为：2Cu2S＋3O2==2Cu2O＋2SO2；Cu2O与Cu2S发生反应的方程式为：2Cu2O＋Cu2S==6Cu＋SO2↑；（3）c连电源正极，d连电源的负极；故c为阳极，d为阴极；粗铜板应放在阳极，即c；d阴极发生还原反应，方程式为：Cu2++2e﹣=Cu；Au、Ag比较稳定，不反应，以单质形式沉积在c（阳极）下方，Fe失去电子变成Fe2+的形式进入电解液中。
某厂废水中含量金属Cr3+（含有少量Fe3+、Cu2+）。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到重铬酸钾。某含铬废水处理的主要流程如图所示：
已知：①
Fe（OH）3沉淀完全。
②CrO2—4在酸性环境中发生：
回答下列问题：
（1）滤渣的成分是 。（写化学式）
（2）写出第③步反应的离子方程式 。
（3）分离出含[Cr（OH）4]—的溶液需要的玻璃仪器有 。
（4）目前一种采用以铬酸钾为原料，电化学法制备重要铬酸钾的实验装置示意图如下：
电解一段时间后，测定阳极液中K元素和Cr元素的含量，若K元素与Cr元素的物质的量之比
正确答案
（1）Cr(OH)3、Fe(OH)3、Cu(OH)2(3分)
（2）2[Cr(OH)4]-+3H2O2+2OH-=2CrO42-+8H2O(2分)
（3）漏斗、烧杯、玻璃棒(3分)
（4）2-d(2分)
试题分析：（1）由题干所给信息可知在pH=8.0～9.5时，Cr3+、Fe3+、Cu2+均转化为相应氢氧化物沉淀，因此利用流程可知滤渣的成分为Cr(OH)3、Fe(OH)3、Cu(OH)2。（2）在第③步中+3价Cr被氧化为+6价Cr，因此H2O2被还原，结合溶液为碱性和电荷守恒等可写出反应的离子方程式。（3）调节pH=13时，Cr(OH)3溶解，而Fe(OH)3、Cu(OH)2仍为固体，因此可通过过滤操作分离出[Cr(OH)4]-，过滤操作所需玻璃仪器有玻璃棒、烧杯、漏斗。（4）由电解图示知电解时，阳极室发生反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，导致溶液中c(H+)增大，促使2CrO42- +2H+
由软锰矿（主要成分为MnO2)制备KMnO4的实验流程可表示如下：
(1)操作Ⅱ的名称是____________。
(2)可循环利用的物质____________(填化学式）。
(3)反应②的产物中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是______。
(4)反应②中“酸化”时不能选择下列酸中的______(填字母序号）
A．稀盐酸 B．稀硫酸 C．稀醋酸
(5)电解猛酸钾溶液也可以得到高锰酸钾，其阴极反应式为：2H2O+2e-=2OH-+H2↑，如下图，b作____________极，电解池的阳极反应式是____________；若电解过程中收集到2.24L H2(标准状况），则得到高锰酸 钾____________克。(提示：阴离子放电顺序MnO42->OH-）
正确答案
（16分）
（1）过滤 （2分）
（2）MnO2 （2分）
（3）2:1 （2分）
（4）A （2分）
（5）负 （2分），MnO42-—e-=MnO4- （3分）；31.6 （3分）
试题分析：工艺流程题解题的关键是要搞清楚加入什么物质，发生什么反应，如何分离等，通过分析，我们要能够将一个工艺的流程转化为物质的流程。第一步，KOH和KClO3与MnO2反应，得到K2MnO4，从而可以写出反应方程式为6KOH+3MnO2+KClO3=3K2MnO4+KCl+3H2O，然后加入水溶解分离可溶性物质，得到K2MnO4和KCl；第二步，将滤液酸化，得到高锰酸钾和二氧化锰，为一歧化反应，锰从+6变为+7和+4；反应方程式为3MnO42-+4H+=2MnO4-+MnO2+2H2O，通过过滤分离MnO2和高锰酸钾溶液，最终得到产品。整个过程中MnO2可以循环利用。
（4）因锰酸根和高锰酸根均具有强氧化性，不能使用盐酸（具有还原性）；
（5）铁为活性电解，这里没有参与反应，做阴极故与负极相连。阳极发生氧化反应，锰酸根失电子生成高锰酸根，根据电子得失守恒可以进行相关计算。
重铬酸钠俗称红矾钠（Na2Cr2O7·2H2O）是重要的化工产品和强氧化剂。工业制备的流程如下：
请回答：
（1）已知Fe（CrO2）2中铬元素是+3价，则Fe（CrO2）2中铁元素是____价。
（2）化学上可将某些盐写成氧化物的形式，如Na2SiO3可写成Na2O·SiO2，则Fe（CrO2）2可写成____。
（3）煅烧铬铁矿时，矿石中难溶的Fe（CrO2）2生成可溶于水的Na2CrO4，反应化学方程式如下：
为了加快该反应的反应速率，可采取的措施是____。
（4）已知CrO42—在不同的酸性溶液中有不同的反应，如：
①往混合溶液甲中加入硫酸必须适量的原因是____。
②混合溶液乙中溶质的化学式是____。
（5）+3、+6价铬都有很强的毒性，+6价铬的毒性更高，可诱发肺癌和鼻咽癌，所以制取红矾钠后的废水中含有的Cr2O72—必须除去。工业上可用电解法来处理含Cr2O72—的废水，下图为电解装置示意图（电极材料分别为铁和石墨）。通电后，Cr2O72—在b极附近转变为Cr3+，一段时间后Cr3+最终可在a极附近变成Cr（OH）3沉淀而被除去。
a电极的电极反应式是 ，
b电极附近反应的离子方程式是 。
正确答案
（1）+2 （2）FeO•Cr2O3；
（3）粉碎矿石、升高温度；
（4）①加入太少，不能完全除去碳酸钠，过量会生成Na2Cr3O10的副产物②Na2Cr2O7和Na2SO4；
（5）2H++2e-=H2↑，Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O．
试题分析：（1）根据化合物中化合价代数和为零的原则，铁元素的化合价为+2价
（2）根据铁、铬元素化合价，Fe（CrO2）2可写成FeO•Cr2O3
（3）根据条件对反应速率的影响，适合该反应加快反应速率的条件是粉碎矿石，增大接触面积、升高温度；
（4）①加入硫酸的目的是除去碳酸钠，太少，不能完全除去碳酸钠，过量会生成Na2Cr3O10的副产物②混合物乙溶质的化学式为Na2Cr2O7和Na2SO4；
（5）b为阳极，发生氧化反应，而Cr2O72—在b极附近转变为Cr3+发生了还原反应，所以b为铁，失去电子被氧化为Fe2+；a为石墨，作阴极，所以a极氢离子放电产生氢气，电极反应方程式为2H++2e-=H2↑，Cr2O72—作氧化剂被还原，Fe2+作还原剂，被氧化成Fe3+，结合溶液的酸性环境得离子方程式为Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
钛铁矿的主要成分为FeTiO3(可表示为FeO·TiO2)，含有少量MgO、CaO、SiO2等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂Li4Ti5O12和磷酸亚铁锂LiFePO4)的工业流程如图所示：
已知：FeTiO3与盐酸反应的离子方程式为FeTiO3＋4H＋＋4Cl－=Fe2＋＋TiOCl42—＋2H2O
(1)化合物FeTiO3中铁元素的化合价是________。
(2)滤渣A的成分是________。
(3)滤液B中TiOCl42—转化生成TiO2的离子方程式是________________。
(4)反应②中固体TiO2转化成(NH4)2Ti5O15溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是________________________________。
(5)反应③的化学方程式是________________________。
(6)由滤液D制备LiFePO4的过程中，所需17%双氧水与H2C2O4的质量比是________。
(7)若采用钛酸锂(Li4Ti5O12)和磷酸亚铁锂(LiFePO4)做电极组成电池，其工作原理为Li4Ti5O12＋3LiFePO4
正确答案
(1)＋2
(2)SiO2
(3)TiOCl42—＋H2O
(4)温度过高时，反应物氨水(或双氧水)受热易分解
(5)(NH4)2Ti5O15＋2LiOH=Li2Ti5O15↓＋2NH3·H2O(或2NH3＋2H2O)
(6)209
(7)LiFePO4－e－=FePO4＋Li＋
(2)钛铁矿中只有SiO2不与盐酸反应，因此滤渣A的成分是SiO2。(3)TiOCl42—转化为TiO2，Ti的化合价不变，发生的是TiOCl42—的水解反应。(5)反应③为LiOH与(NH4)2Ti5O15的复分解反应。(6)根据得失电子守恒，可得关系式：2Fe2＋～H2O2～2Fe3＋～H2C2O4，则17%双氧水与H2C2O4的质量比＝
点拨：本题考查锂离子电池电极材料的制备工艺流程，考查考生对化工流程的综合分析能力。难度较大。
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