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1、大题冲关滚动练之六 电化学原理综合应用题1铁和铁的化合物在工业生产和日常生活中都有广泛的用途。请回答下列问题：(1)钢铁锈蚀是目前难以解决的现实问题，电化学腐蚀最为普遍。写出在潮湿空气中钢铁锈蚀时发生还原反应的电极反应式：_。铁锈的主要成分是_(填写化学式)，将生锈的铁屑放入H2SO4溶液中充分 溶 解 后，在 溶 液 中 并 未 检 测 出Fe3，用 离 子 方 程 式 说 明 原 因：_。(2)爱迪生蓄电池的反应式为FeNiO22H2O放电充电Fe(OH)2Ni(OH)2；高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型净水剂。用如图装置可以制取少量高铁酸钠。此装置中爱迪生蓄电池的负极是_(填“a”或
2、“b”)，该电池工作一段时间后必须充电，充电时生成NiO2 的反应类型是 _。写出在用电解法制取高铁酸钠时，阳极的电极反应式_。你认为高铁酸钠作为一种新型净水剂的理由可能是_。A高铁酸钠溶于水形成一种胶体，具有较强的吸附性B高铁酸钠具有强氧化性，能消毒杀菌C高铁酸钠在消毒杀菌时被还原生成Fe3，水解产生氢氧化铁胶体能吸附悬浮杂质答案(1)O24e2H2O=4OHFe2O3 xH2O2Fe3Fe=3Fe2(2)a 氧化反应 Fe 6e8OH=FeO244H2OBC 解析(1)正极发生还原反应，在潮湿的空气中钢铁锈蚀正极反应式为O22H2O4e=4OH，铁锈的主要成分为Fe2O3的水合物，可表示为
3、Fe2O3 xH2O。由于在生锈的钢铁中，Fe 过量，当Fe2O36H=2Fe33H2O 反应后又发生2Fe3Fe=3Fe2反应，所以检测不到Fe3。(2)在该电解池中，Fe 一定做阳极，所以 a为负极，b 为正极，当充电时，Ni(OH)2生成 NiO2，化合价升高，发生氧化反应。在 FeO24中 Fe 的化合价为 6 价，所以Fe 应失去 6e，电极反应式为Fe6e名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 7 页 -8OH=FeO24 4H2O。Na2FeO4之所以能消毒净水，是因为Na2FeO4具有强氧化性，其还原产物Fe3能水解生成 Fe(OH)3胶体。26 价铬易被
4、人体吸收，可致癌；3 价铬不易被人体吸收，毒性小。工业含铬废水的处理方法之一是将含6 价铬的废水放入电解槽内，用铁作阳极，加入适量的NaCl后进行电解：阳极区生成的Fe2和 Cr2O27发生反应，生成的 Fe3和 Cr3在阴极区与OH结合生成 Fe(OH)3和 Cr(OH)3沉淀除去。(1)若阳极铁质量减少16.8g，则理论上被还原的Cr2O27的物质的量为_mol。(2)在下图装置中，观察到图1 装置铜电极上产生大量的无色气泡，而在图2 装置中当开关 K 断开时，铬电极无现象，K 闭合时，铬电极上产生大量无色气体，并变成红 棕 色 气 体。根 据 上 述 现 象 试 推 测 金 属 铬 的
5、两 个 重 要 化 学 性 质_、_。答案(1)0.05(2)铬比铜活泼铬在稀硝酸中可以发生钝化解析 其反应原理为阳极：Fe2e=Fe2、阴极：2H2e=H2，Cr2O276Fe214H=2Cr36Fe37H2O，Cr33OH=Cr(OH)3，Fe33OH=Fe(OH)3。(1)16.8g56g mol1160.05mol。(2)图 1 中，Cr 作负极，Cu 作正极，Cr 比铜活泼。图2 中，Cr 在稀硝酸中无明显现象，说明Cr 在稀硝酸中钝化，而Cu 不钝化，Cu 失电子通过导线到达Cr 电极，然后 NO3在 Cr 电极上得到电子，生成NO。3(1)某课外活动小组同学用下图1 装置进行实验
6、，试回答下列问题：若开始时开关K 与 a 连接，则铁发生电化学腐蚀中的_腐蚀。若开始时开关K 与 b 连接，则总反应的离子方程式为_。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 7 页 -图 1 图 2(2)芒硝化学式为Na2SO4 10H2O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用上图2所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。该电解槽的阳极反应式为_。此时通过阴离子交换膜的离子数_(填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交
7、换膜的离子数。制得的氢氧化钠溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)_导出。通电开始后，阴极附近溶液pH 会增大，请简述原因：_ _。若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为 _。已知H2的燃烧热为285.8kJ mol1，则该燃料电池工作产生 36g 液态 H2O 时，理论上有_kJ 的能量转化为电能。答 案(1)吸 氧 2Cl 2H2O=电解2OH H2 Cl2(2)4OH 4e=2H2OO2小于 D H放电促进水的电离，使OH浓度增大 H22e2OH=2H2O571.6 解析(1)开关 K 与 a 连接，形成原电池，由于电解质溶液为饱和食盐水，
8、铁发生吸氧腐蚀。开关 K 与 b 连接，为石墨作阳极电解饱和食盐水，总反应的离子方程式为 2Cl 2H2O=电解2OHCl2H2。(2)该电解槽中阳极为OH放电，电极反应式为4OH4e=2H2OO2。阳极 OH放电，因此SO24向阳极迁移，阴极 H放电，因此Na向阴极迁移，显然通过相同电量时，通过阴离子交换膜的离子数小于通过阳离子交换膜的离子数。NaOH 在阴极产生，因此从出口D 导出。通电开始后，阴极上H放电，促进水的电离，OH浓度增大，因此pH 增大。碱性氢氧燃料电池中负极为H2放电，电极反应式为H22e2OH=2H2O。该电池的总反应式为2H2O2=2H2O，由于 H2(g)12O2(g
9、)=H2O(l)H 285.8 名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 7 页 -kJ mol 1，当电池工作产生36g 液态 H2O 时，理论上转化的电能为285.8kJ mol12mol571.6kJ。4如图装置，A、B 中的电极为多孔的惰性电极；C、D 为夹在湿的Na2SO4滤纸条上的铂夹；电源有a、b 两极。若A、B 中充满 KOH 溶液后倒立于KOH 溶液的水槽中。切断K1，闭合 K2、K3通直流电，回答下列问题：(1)判断电源的正、负极：a为_极，b 为_极。(2)在湿的 Na2SO4溶液滤纸条中心的KMnO4液滴，有什么现象_ _。(3)写出电极反应式：A
10、极_，C 极 _。(4)若电解一段时间后，A、B 中均有气体包围电极。此时切断K2、K3，闭合 K1，则电流表的指针是否移动(填“是”或“否”)_，说明理由 _。答案(1)负正(2)紫色向 D 方向移动，两极有气体产生(3)4OH 4e=2H2OO24H4e=2H2(4)是组成氢氧燃料电池解析 根据 A、B 中产生气体的体积判断，B 中产生 H2，A 中产生 O2，所以 a 为负极，b 为正极，MnO4向阳极移动，即向 D 移动，电极反应式为阳极：4OH4e=2H2OO2，阴极：4H4e=2H2，所以两极均有气体产生，一段时间后，若断开 K2、K3，关闭 K1，则形成氢氧燃料电池，所以电流表指
11、针会发生偏转。5某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探究。.利用右图装置探究金属的防护措施，实验现象是锌电极不断溶解，铁电极表面有气泡产生。(1)写出负极的电极反应式_。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 7 页 -(2)某学生认为，铁电极可能参与反应，并对产物作出假设：假设 1：铁参与反应，被氧化生成Fe2假设 2：铁参与反应，被氧化生成Fe3假设 3：_。(3)为了探究假设1、2，他采取如下操作：取 0.01mol L1FeCl3溶液 2mL 于试管中，加入过量铁粉；取操作试管的上层清液加入2 滴 K3Fe(CN)6溶液，生成蓝色沉淀；取少量正极附近溶液加入2 滴
12、 K3Fe(CN)6溶液，未见蓝色沉淀生成；取少量正极附近溶液加入2 滴 KSCN 溶液，未见溶液变血红；据、现象得出的结论是_。(4)该 实 验 原 理 可 应 用 于 防 护 钢 铁 腐 蚀，请 再 举 一 例 防 护 钢 铁 腐 蚀 的 措 施_ _。.利用右图装置作电解50mL0.5molL1的 CuCl2溶液实验。实验记录：A阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示：Cl2氧化性大于IO3)；B电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。(1)分析实验记录A 中试纸颜色变化，用离子方程式解释：_；_。(2)分析实验记录B 中浅蓝
13、色固体可能是_(写化学式)，试分析生成该物质的原因_。答案.(1)Zn2e=Zn2(2)铁参与反应，被氧化生成Fe2和 Fe3(3)正极附近溶液不含Fe2和 Fe3(4)在钢铁表面刷一层油漆(其他合理答案均可).(1)2ICl2=I22Cl5Cl2I2 6H2O=10Cl2IO312H(2)Cu(OH)2电解较长时间后，Cu2浓度下降，H开始放电，溶液pH 增大，Cu2转化为 Cu(OH)2沉淀解析.该装置形成铁、锌原电池，其负极反应为Zn2e=Zn2，若正极铁参与名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 7 页 -反应，则生成Fe2或 Fe3或 Fe2、Fe3。(3)根据
14、实验现象推断，正极附近无Fe3、Fe2，说明正极Fe不参与反应。(4)保护钢铁的电化学保护法之一就是牺牲阳极的阴极保护法，也可以覆盖一层保护层，如刷油漆，防止铁被腐蚀。.反应原理为(1)阳极：2Cl2e=Cl2，然后 Cl22I=I22Cl，5Cl2I26H2O=10Cl2IO312H。(2)阴极：Cu22e=Cu，当 Cu2放电完毕后，2H2e=H2，致使该电极附近呈碱性，Cu22OH=Cu(OH)2。6某反应中反应物与生成物有：FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。(1)将上述反应设计成的原电池如图甲所示，请回答下列问题：图中 X 溶液是 _；Cu 电极上发生的电极反应式为_；原电池工
15、作时，盐桥中的_(填“K”或“Cl”)不断进入X 溶液中。(2)将上述反应设计成的电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙，请回答下列问题：M 是_极；图丙中的线是_的变化。当电子转移为2mol 时，向乙烧杯中加入_L5mol L1NaOH 溶液才能使所有的金属阳离子沉淀完全。(3)铁的重要化合物高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 7 页 -高铁酸钠生产方法之一是电解法，其原理为Fe2NaOH 2H2O=电解Na2FeO43H2，则电解时阳极的电极反应式是_。高铁
16、酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用NaClO 氧化 Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为_。Na2FeO4能消毒、净水的原因：_。答案(1)FeCl3、FeCl2Cu2e=Cu2K(2)负 Fe22.8(3)Fe8OH6e=FeO24 4H2O 2Fe(OH)33ClO4OH=2FeO24 3Cl5H2O 高价铁具有氧化性，能消毒杀菌，生成的Fe3水解生成胶体，具有吸附悬浮物的净水作用解析 根据反应物和生成物，该反应方程式：2FeCl3Cu=CuCl22FeCl2，所以X应为 FeCl3和 FeCl2，在该电池中，Cu 为负极，电极反应式为Cu2e=Cu2，在甲中，由于
17、2Fe32e=2Fe2，正电荷减少，所以K不断地进入X 溶液中。(2)根据反应式，Cu 应作阳极，所以N 为正极，M 为负极，代表 Fe3的变化，代表 Fe2的变化，代表 Cu2的变化。根据 2Fe3Cu=2Fe2Cu2，当转移 2mol 电子时，有2molFe3被还原，有1molCu 被氧化，所以溶液中应含有2mol Fe3，3molFe2，1molCu2，完全沉淀所需NaOH 的物质的量为2mol33mol21mol 214mol，其体积为14mol5mol L 12.8L。(3)在 Na2FeO4中，Fe为 6，所以阳极反应式为Fe6e8OH=FeO244H2O。2Fe(OH)33ClO 4OH=2FeO243Cl5H2O。Na2FeO4消毒、净水原理为 FeO24具有强氧化性，能消毒杀菌，生成的Fe3水解生成胶体具有吸附悬浮物的净水作用。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 7 页 -