2016——2019年高考电化学原理综合汇编
2016——2019 年高考电化学原理综合汇编
1.[2019新课标Ⅱ节选]环戊二烯( )是重要的有机化工原料,广泛用于农药、橡胶、
塑料等生产。回答下列问题:
(4)环戊二烯可用于制备二茂铁(Fe(C 5H 5)2,结构简式为
),后者广泛应用于航天、
化工等领域中。二茂铁的电化学制备原理如下图所示,其中电解液为溶解有溴化钠(电解质)
和环戊二烯的 DMF 溶液(DMF 为惰性有机溶剂)。
该电解池的阳极为 ____________,总反应为__________________。电解制备需要在无水条件
下进行,原因为_________________________。
2.[2019 新课标Ⅲ节选]近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量
也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种
新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:
负极区发生的反应有____________________(写反应方程式)。电路中转移 1 mol 电子,需消
耗氧气__________L (标准状况)。
3.[2019北京节选]氢能源是最具应用前景的能源之一,高纯氢的制备是目前的研究热点。
(2)可利用太阳能光伏电池电解水制高纯氢,工作示意图如下。通过控制开关连接K
1或K
2
,
可交替得到H
2和O
2
。
①制H
2时,连接_______________。产生H
2
的电极反应式是_______________。
②改变开关连接方式,可得O
2
。
③结合①和②中电极3的电极反应式,说明电极3的作用:________________________。
4.[2019江苏节选]CO
2的资源化利用能有效减少CO
2
排放,充分利用碳资源。
(2)电解法转化CO
2可实现CO
2
资源化利用。电解CO
2
制HCOOH的原理示意图如下。
①写出阴极CO
2
还原为HCOO?的电极反应式:▲。
②电解一段时间后,阳极区的KHCO
3
溶液浓度降低,其原因是▲。5.[2019浙江选考节选]水是“生命之基质”,是“永远值得探究的物质”。
(4)以铂阳极和石墨阴极设计电解池,通过电解NH4HSO4溶液产生(NH4)2S2O8,再与水反应得到H2O2,其中生成的NH4HSO4可以循环使用。
①阳极的电极反应式是________。
②制备H2O2的总反应方程式是________。
6.【2018天津卷】CO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:
2
(3)O辅助的Al~CO电池工作原理如图4所示。该电池电容量大,能有效利用CO,电池反222
应产物Al(C O)是重要的化工原料。
2243
电池的负极反应式:________。
电池的正极反应式:6O+6e?6O?6CO+6O?3C O2?
222224
反应过程中O的作用是________。
2
该电池的总反应式:________。
7.【2018江苏卷】NO
x
(主要指NO和NO
2
)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NO
x
是环境保护的重要课题。
(2)用稀硝酸吸收NO
x
,得到HNO
3
和HNO
2
的混合溶液,电解该混合溶液可获得较浓的硝酸。写出电解时阳极的电极反应式:____________________________________。
8.【2018新课标1卷】焦亚硫酸钠(Na S O)在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广
225
泛。回答下列问题:(3)制备Na S O也可采用三室膜电解技术,装置如图所示,其中SO
225
碱吸收液中含有NaHSO和Na SO。阳极的电极反应式为_____________。电解后,
323
__________室的NaHSO浓度增加。将该室溶液进行结晶脱水,可得到Na S O。
3225
2
9.【2018新课标1卷】我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家,一种以闪锌矿(ZnS,含有SiO和少量FeS、CdS、PbS杂质)为原料制备金属锌的流程如图所示:
2
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极的电极反应式为______________;沉积锌后的电解液可返回_______工序继续使用。
10.【2018新课标3卷】KIO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
3
问题:
(3)KIO也可采用“电解法”制备,装置如图所示。
3
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,“KClO氧化法”的主要不足之处有______________(写出一点)。
3
11.【2017江苏卷】铝是应用广泛的金属。以铝土矿(主要成分为Al O,含SiO和Fe O等杂
23223
质)为原料制备铝的一种工艺流程如下:
注:SiO在“碱溶”时转化为铝硅酸钠沉淀。
2
(3)“电解Ⅰ”是电解熔融Al O,电解过程中作阳极的石墨易消耗,原因是___________。
23
(4)“电解Ⅱ”是电解Na CO溶液,原理如图所示。阳极的电极反应式为
23
_____________________,阴极产生的物质A的化学式为____________。
12.【2017天津卷】某混合物浆液含有Al(OH)、MnO和少量Na CrO,。考虑到胶体的吸附作
3224
用使Na CrO不易完全被水浸出,某研究小组利用设计的电解分离装置(见图2),使浆液分离24
成固体混合物和含铬元素溶液,并回收利用。回答Ⅰ和Ⅱ中的问题。
Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用
(4)用惰性电极电解时,CrO2-能从浆液中分离出来的原因是__________,分离后含铬元素的
4
粒子是_________;阴极室生成的物质为___________(写化学式)。
13.【2016新课标1卷】NaClO是一种重要的杀菌消毒剂,也常用来漂白织物等,其一种生产
2
工艺如下:
回答下列问题:
(3)“电解”所用食盐水由粗盐水精制而成,精制时,为除去Mg2+和Ca2+,要加入的试剂分别为________、________。“电解”中阴极反应的主要产物是____。
14.【2016北京卷】用零价铁(Fe)去除水体中的硝酸盐(NO-)已成为环境修复研究的热点
3
之一。
(1)Fe还原水体中NO-的反应原理如图所示。
3
①作负极的物质是________。
②正极的电极反应式是_________。
(2)将足量铁粉投入水体中,经24小时测定NO—的去除率和pH,结果如下:
3
初始pH NO—的去除率3
24小时pH pH=2.5
接近100%
接近中性
pH=4.5
<50%
接近中性
铁的最终物质形态
pH=4.5时,NO—的去除率低。其原因是________。
3
(4)其他条件与(2)相同,经1小时测定NO—的去除率和pH,结果如下:
3
初始pH NO—的去除率3
1小时pH pH=2.5
约10%
接近中性
pH=4.5
约3%
接近中性
与(2)中数据对比,解释(2)中初始pH不同时,NO—去除率和铁的最终物质形态不同的原
3
因:__________。
15.【2016江苏卷】铁炭混合物(铁屑和活性炭的混合物)、纳米铁粉均可用于处理水中污染物。
(1)铁炭混合物在水溶液中可形成许多微电池。将含有Cr O2–的酸性废水通过铁炭混合物,
27
在微电池正极上Cr O2–转化为Cr3+,其电极反应式为_____________。
27
15.【2016天津卷】氢能是发展中的新能源,它的利用包括氢的制备、储存和应用三个环节。回答下列问题:
(1)但是氢气直接燃烧的能量转换率远低于燃料电池,写出碱性氢氧燃料电池的负极反应式:____。
(5)化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的Na FeO,同时获得氢气:
24
Fe+2H O+2OH?
2FeO2?+3H↑,工作原理如图1所示。装置通电后,铁电极附近生成紫红色42
的FeO2?,镍电极有气泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高,铁电极区会产生红褐色物质。已知:4
Na FeO只在强碱性条件下稳定,易被H还原。
242
①电解一段时间后,c(OH?)降低的区域在_______(填“阴极室”或“阳极室”)。
②电解过程中,须将阴极产生的气体及时排出,其原因是。
③c(Na FeO)随初始c(NaOH)的变化如图2,任选M、N两点中的一点,分析c(Na FeO)低于最
2424
高值的原因:_____________。
16.【2016浙江卷】催化还原CO是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。
2
(5)研究证实,CO也可在酸性水溶液中通过电解生成甲醇,则生成甲醇的反应发生在
2
极,该电极反应式是。
感悟高考之——电化学原理综合应用答案
1.[2019 新课标Ⅱ节选]
【答案】(4)Fe 电极
Fe+2 +H 2↑(Fe+2C 5H 6 Fe(C 5H 5)2+H 2↑)
水会阻碍中间物 Na 的生成;水会电解生成 OH ?,进一步与 Fe 2+反应生成 Fe(OH)2
【解析】(4)根据阳极升失氧可知 Fe 为阳极;根据题干信息 Fe?2e ?=Fe 2+,电解液中钠离子起到催化剂 的作用使得环戊二烯得电子生成氢气,同时与亚铁离子结合生成二茂铁,故电极反应式为 F e+2
=
+H 2↑;电解必须在无水条件下进行,因为中间产物 Na 会与水反应生成氢氧化钠和氢气,亚铁离子
会和氢氧根离子结合生成沉淀;
答案:Fe 电极;Fe+2
=
+H 2↑(Fe+2C 5H 6=Fe (C 2H 5)2+ H 2↑);水会阻碍中间物 Na 的生
成;水会电解生成 OH ?,进一步与 Fe 2+反应生成 Fe (OH )2。
2.[2019 新课标Ⅲ节选]
【答案】(4)Fe 3++e ?=Fe 2+,4Fe 2++O 2+4H +=4Fe 3++2H 2O
5.6
【解析】(4)电解过程中,负极区即阴极上发生的是得电子反应,元素化合价降低,属于还原反应,则
图中左侧为负极反应,根据图示信息知电极反应为:Fe 3++e ? =Fe 2+和 4Fe 2++O 2+4H +=4Fe 3++2H 2O ;电路
中转移 1 mol 电子,根据电子得失守恒可知需消耗氧气的物质的量是 1mol÷4=0.25mol ,在标准状况下的
体积为 0.25mol×22.4L/mol =5.6L 。
3
3.[2019 北京节选]
【答案】(2)K 1
2H 2O+2e ?=H 2↑+2OH ?
连接 K 1 或 K 2 时,电极 3 分别作为阳极材料和阴极材料,
并且 NiOOH 和 Ni(OH)2 相互转化提供电子转移
【解析】(2)①电极生成 H 2 时,根据电极放电规律可知 H +得到电子变为氢气,因而电极须连接负极, 因而制 H 2 时,连接 K 1,该电池在碱性溶液中,由 H 2O 提供 H +,电极反应式为 2H 2O+2e ?=H 2↑+2OH ?; ③电极 3 上 NiOOH 和 Ni(OH)2 相互转化,其反应式为 NiOOH+e ?+H 2O Ni(OH)2+OH ?,当连接 K 1 时, Ni(OH)2 失去电子变为 NiOOH ,当连接 K 2 时,NiOOH 得到电子变为 Ni(OH)2,因而作用是连接 K 1 或 K 2 时,电极 3 分别作为阳极材料和阴极材料,并且 NiOOH 和 Ni(OH)2 相互转化提供电子转移。
4.[2019江苏节选]
【答案】(2)①CO 2+H ++2e ?
HCOO ?或 CO 2+ HCO - +2e ?
HCOO ?+ CO 2-
3
②阳极产生 O 2,pH
减小, HCO - 浓度降低;K +部分迁移至阴极区
3
【解析】(2)①根据电解原理,阴极上得到电子,化合价降低,CO 2+HCO 3?+2e ? =HCOO ?+CO 32?,或
CO 2+H ++2e ? =HCOO ?;②阳极反应式为 2H 2O ?4e ? =O 2↑+4H +,阳极附近 pH 减小,H +与 HCO 3? 反 应,同时部分 K +迁移至阴极区,所以电解一段时间后,阳极区的 KHCO 3 溶液浓度降低。 5.[2019 浙江选考节选]水是“生命之基质”,是“永远值得探究的物质”。
(4)以铂阳极和石墨阴极设计电解池,通过电解 NH 4HSO 4 溶液产生(NH 4)2S 2O 8,再与水反应得到
H 2O 2,其中生成的 NH 4HSO 4 可以循环使用。
①阳极的电极反应式是________。
②制备 H 2O 2 的总反应方程式是________。
【答案】(4)①2HSO 4?? 2e ?
S 2O 82?+2H +或 2SO 42?? 2e ? S 2O 82?
②2H 2O
H 2O 2+H 2↑
【解析】(4)①电解池使用惰性电极,阳极本身不参与反应,阳极吸引 HSO 4?(或 SO 42?)离子,并放
电生成 S 2O 82?,因而电极反应式为 2HSO 4?? 2e ? =S 2O 82?+2H +或 2SO 42?? 2e ? =S 2O 82? 。
②通过电解 NH 4HSO 4 溶液产生(NH 4)2S 2O 8 和 H 2。由题中信息可知,生成的 NH 4HSO 4 可以循环使用,说 明(NH 4)2S 2O 8 与水反应除了生成 H 2O 2,还有 NH 4HSO 4 生成,因而总反应中只有水作反应物,产物为 H 2O 2 和 H 2,故总反应方程式为 2H 2O
H 2O 2+H 2↑。
6.【2018 天津卷】
【答案】Al –3e –=Al 3+(或 2Al –6e –=2Al 3+) 催化剂 2Al+6CO 2=Al 2(C 2O 4)3
【解析】
精准分析:)根据电解原理,阳极发生失电子的氧化反应,阳极反应为HNO
2
失去电子生成HNO
3
,1molHNO
2
11.【2017江苏卷】【答案】)石墨电极被阳极上产生的O
2
氧化(4)4CO
32-
+2H
2
O?4e?=4HCO
3-
+O
2
↑H
2 7.【2018江苏卷】
【答案】(2)HNO
2
?2e?+H
2
O3H++NO
3
?
【解析】
(2
反应失去2mol电子,结合原子守恒和溶液呈酸性,电解时阳极电极反应式为HNO
2
-2e-+H
2
O=NO
3
-+3H+。8.【2018新课标1卷】
【答案】(3)2H
2
O-4e-=4H++O
2
↑a
【解析】
9.【2018新课标1卷】
【答案】(4)Zn2++2e-=Zn溶浸
【解析】
精准分析:焙烧时硫元素转化为SO
2
,然后用稀硫酸溶浸,生成硫酸锌、硫酸亚铁和硫酸镉,二氧化硅与稀硫酸不反应转化为滤渣,由于硫酸铅不溶于水,因此滤渣1中还含有硫酸铅。由于沉淀亚铁离子的pH
较大,需要将其氧化为铁离子,通过控制pH得到氢氧化铁沉淀;滤液中加入锌粉置换出Cd,最后将滤液电解得到金属锌。则
(4)电解硫酸锌溶液制备单质锌时,阴极发生得到电子的还原反应,因此阴极是锌离子放电,则阴极的电极反应式为Zn2++2e-=Zn;阳极是氢氧根放电,破坏水的电离平衡,产生氢离子,所以电解后还有硫酸产生,因此沉积锌后的电解液可返回溶浸工序继续使用。
10.【2018新课标3卷】【答案】(3)①2H
2
O+2e-=2OH-+H
2
↑②K+;a到b③产生Cl
2
易污染环境等
【解析】
(3
【解析】)食盐溶液中混有Mg2+和Ca2+,可利用过量NaOH溶液除去Mg2+,利用过量Na
2
CO
3
溶液除去Ca2+;12.【2017天津卷】
【答案】(4)在直流电场作用下,CrO
4
2-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液
CrO
4
2-和Cr
2
O
7
2-NaOH和H
2
(4)用惰性电极电解时,在直流电场作用下,CrO
4
2-通过阴离子交换膜向阳极室移动,脱离浆液,从而使
CrO
4
2-从浆液中分离出来;因2CrO
4
2-+2H+Cr
2
O
7
2-+H
2
O,所以分离后含铬元素的粒子是CrO
4
2-和Cr
2
O
7
2-;
阴极室H+放电生成H
2
,剩余的OH?与透过阳离子交换膜移过来的Na+结合生成NaOH,所以阴极室生成的物质
为NaOH和H
2
。
13.【2016新课标1卷】
【答案】(3)NaOH溶液;Na
2
CO
3
溶液;ClO
2
?(或NaClO
2
);
(3
向NaCl溶液中加入ClO
2
,进行电解,阳极发生反应2Cl--2e-=Cl
2
↑,反应产生Cl
2
,阴极发生反应产生
NaClO
2
,可见“电解”中阴极反应的主要产物是NaClO
2
;
14.【2016北京卷】
【答案】(1)①铁②NO
3
-+8e-+10H+=NH
4
++3H
2
O
(2)因为铁表面生成不导电的FeO(OH),阻止反应进一步发生
(4)Fe+2H+=Fe2++H
2
↑,初始pH较小,氢离子浓度高,产生的Fe2+浓度大,促使FeO(OH)转化为可导
电的Fe
3
O
4
,使反应进行的更完全,初始pH高时,产生的Fe2+浓度小,从而造成NO
3
—去除率和铁的最终物
质形态不同。
(2)从pH对硝酸根去除率的影响来看,初始pH=4.5时去除率低,主要是因为铁离子容易水解生成FeO(OH),
同时生成的Fe
3
O
4
产率降低,且生成的FeO(OH)不导电,所以NO
3
-的去除率低;
(4)Fe+2H+=Fe2++H
2
↑,初始pH较小,氢离子浓度高,产生的Fe2+浓度大,促使FeO(OH)转化为可导
电的Fe
3
O
4
,使反应进行的更完全;初始pH高时,由于
Fe3+
的水解,Fe3+越容易生成FeO(OH),产生的
Fe2+浓度小,从而造成NO
3
—去除率和铁的最终物质形态不同。
15.【2016江苏卷】【答案】(1)Cr
2
O
7
2–+6e-+14H+=2Cr3++7H
2
O
15.【2016天津卷】
【答案】(1)H
2
+2OH--2e-=2H
2
O(5)①阳极室②防止Na
2
FeO
4
与H
2
反应使产率降低
③M点:c(OH-)低,Na
2
FeO
4
稳定性差,且反应慢(或N点:c(OH-)过高,铁电极上有氢氧化铁生成,使Na
2
FeO
4
产率降低)。
【解析】(1)碱性氢氧燃料电池的负极反应式为H
2
+2OH--2e-=2H
2
O;
(5)①根据题意镍电极有气泡产生是氢离子放电生成氢气,铁电极发生氧化反应,溶液中的氢氧根离子减少,因此电解一段时间后,c(OH?)降低的区域在阳极室,故答案为:阳极室;
②氢气具有还原性,根据题意Na
2
FeO
4
只在强碱性条件下稳定,易被H
2
还原。电解过程中,须将阴极产生
的气体及时排出,防止Na
2
FeO
4
与H
2
反应使产率降低,故答案为:防止Na
2
FeO
4
与H
2
反应使产率降低;
③根据题意Na
2
FeO
4
只在强碱性条件下稳定,在M点,c(OH-)低,Na
2
FeO
4
稳定性差,且反应慢,在N点:
c(OH-)过高,铁电极上有氢氧化铁生成,使Na
2
FeO
4
产率降低,故答案为:M点:c(OH-)低,Na
2
FeO
4
稳定性
差,且反应慢(或N点:c(OH-)过高,铁电极上有氢氧化铁生成,使Na
2
FeO
4
产率降低)。
16.【2016浙江卷】
【答案】(5)阴CO
2
+6H++6e?==CH
3
OH+H
2
O