电解

中学综合学科题库——电解 胡 波（华东师范大学化学系） 张映辉（华东师范大学生物系） 一．由实验得知，用电解法将电解液中的金属离子还原为金属单质时，电极所通过的电量Q正比于金属的物质的量n和金属离子化合价a的乘积，其比例系数F是一个恒量，称为法拉第常数，它与金属的种类无关。已知：阿伏加德罗常数 NA＝6.023×1023mol－1；电子电量：e＝1.60×10－19C；Cu的原子量：64×10－3kg·mol－1。 1．试求出法拉第常数F（电量以库仑为单位，保留三位有效数字）。 2．现代工业上使用的铜对纯度要求很高，为此，需要对含杂质的铜用电解法再进行精炼。若用硫酸铜溶液做电解液，请画出其装置的原理简图（在图上标明阳极和阴极所用的）。如果电解硫酸铜溶液获得1kg的金属铜，通过电解槽的电量是多少？ 3．用电镀的方法在半径为R的铜球壳面均匀镀上很薄的银层，在电镀槽中铜球是阳极还是阴极？另一电极是什么材料？若电流强度为I，通过时间为t，银的原子量为A，金属银的密度为ρ，求镀层的厚度d（用本大题中的符号表示）。 【参考答案】 1．F＝eNA＝9.64×104C/mol 2．装置简图如右图所示： Q＝Fna＝3.0×106C 3．铁球是阴极，阳极材料是锌。 故通电时间t＝8πFρdR2/IA 本题以电解问题为背景，综合了中学化学、物理两学科的知识内容，涉及判断、推理、、实验等多种能力的综合运用。 本题是电解法精炼的化学原理和法拉第电解定律的综合应用，将电解和电镀过程中的化学量与电学量结合起来，通过定性分析和定量计算解决实际问题。值得注意的是法拉第电解定律是从物理概念和电解的物理过程的实质出发，作为题设已知条件提出的，只要对恒定电流的概念和离子导电的物理过程比较清楚，应用电学知识，通过数学计算，完全可以正确解决化学反应中的电解电镀问题。 二．1．将Al片和Cu片用导线相连，一组插入浓HNO3溶液中，一组插入稀NaOH溶液中，分别形成了原电池，则在这两个原电池中，正极分别为 A Al片、Cu片 B Cu片、Al片 C Al片、Al片 D Cu片、Cu片 2．盐溶液电解时，在相同时间作用下，析出金属物质的量取决于 A 电极的性质 B 电流强度 C 所加电压 D 金属离子的价数 3．A、B、C三个电解槽，A槽是CuCl2水溶液，纯铜片做阴极，B、C都是AgNO3水溶液，纯银丝做阴极，先将A、B槽并联，再与C槽串联进行电解，当B槽中银丝质量增加0.108g，C槽银丝质量增加0.216g时，A槽中铜片质量增加为 A 0.216g B 0.108g C 0.064g D 0.032g 4．锂电池是新型高能电池，它以质轻、容量大而受到普遍重视，目前已经制成多种功能的锂电池，某种锂电池的总反应可表示为Li＋MnO2→LiMnO2，若该电池提供0.5C电量，则消耗正极材料的质量约为（其他损耗忽略不计） A 3.5g B 7g C 4.52×10－4g D 43.5g 5．电解NaCl—KCl—AlCl3熔体制铝比电解Al2O3—NaAlF6制铝节省电能约30%，但现在仍用后一种方法制铝，其主要原因是 A AlCl3是分子晶体，其熔体不导电 B 电解AlCl3生成的Cl2会严重污染大气 C 自然界不存在富含AlCl3的矿石 D 生产无水AlCl3较困难，成本又较高 6．近年来，加“碘”食盐较多使用了碘酸钾，KIO3在工业上可用电解法制取，以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液（加少量K2CrO4）为电解液在一定条件下电解，反应方程式为KI+3H2O KIO3+3H2↑。下列有关说法正确的是 A 电解时，石墨作阴极，不锈钢作阳极 B 电解液调节至酸性比较合适 C 电解后得到KIO3产品的步骤有：过滤→浓缩→结晶→灼烧 D 电解中每转移0.6mol电子，理论上可得到21.4g无水KIO3晶体 【参考答案】 1．A 2．B、D 3．D 4．C 5．C、D 6．D 三．有一种化学式为R(NO)x·nH2O的硝酸盐晶体，现取此晶体6.05g溶于水配成500 mL溶液，用石墨棒作为电极材料对此溶液进行电解，当通过电流为5A时，经16.05min后，溶液中的金属离子已全部放电，且其中一极增重1.60g（已知此晶体的摩尔质量为242g/mol），则： 1．X＝ ； 2．R的原子量为 ； 3．n＝ ； 4．若反应前后体积保持不变，反应后溶液的pH＝ 。 【参考答案】 由于电解过程中要涉及到电学知识，如果分析时能考虑到电量Q＝It＝电子数N×Qe（Qe为一个电子所带电量），再由电子数N/NA得到所转移的电子的物质的量，也等于金属离子所得的电子的物质的量，则就可以解决问题。 1．Q＝4.815×103C 所转移的电子的物质的量为0.05mol 又因为6.05g硝酸盐的物质的量为0.025mol 可见0.025mol金属离子在电解过程中得到0.05mol电子，所以此金属为＋2价，即X＝2。 2．另一极质量增加1.60g，此极必为阴极，且质量的增加即为析出金属的质量，所以R的摩尔质量为64g/mol，即R的原子量为64。 3．n＝3 4．生成HNO3物质的量为0.05mol，所以pH＝1 四．取Pt和Zn为电极材料埋入人体内作为心脏起搏器的能源，它跟人体的体液中含有一定浓度的溶解O2、H+和Zn2+进行作用。 1．其正极的反应式为 负极的反应式为 2．该电池在0.5V、40uw条件下进行工作，则工作电流为 A。 3．将5g锌埋入人体内，则可维持多少年才需要第二次手术进行更换（取二位有效数字）？ 【参考答案】 1．正极反应式为：2Zn－4e==2Zn2+； 负极反应式为：O2＋4H+＋4e==2H2O 2．工作电流：5.0×10－5A 3．在Zn反应完毕之前要进行第二次手术更换Zn，反应完毕所需要的时间为t＝2.96×108s＝9.386年。考虑实际情况，答案应取9.3年。 五．如右图所示是某位同学的一个进行电解硫酸铜溶液实验的电路。电源由10个电压为1.5V的电池串联组成电池组，测得其总内阻为0.5Ω，电解质溶液为500mL，1.0mol/L的硫酸铜溶液，以铂做电极。20min后a极增重 1.6g（设电解过程中溶液体积保持不变，且不考虑电解池的反电势）。 1．M是 极，b是 极； 2．电解他的平均电阻是 Ω； 3．若要使电解池中溶液恢复至电解前的状态，可加入 A CuSO4固体 B 水 C CuO D Cu(OH)2 4．电解后溶液的pH值为 。 【参考答案】 1．负 阳 2．3.24 3．C 4．1 六．如右图所示，在一烧杯中盛有200mL 1mol/L的H3PO4溶液，同时一光滑小球是浮在液体中间。 1．当合上电键K时，电流计指针向 边偏转。 2．当向烧杯里逐滴滴入0.4 mol/L的Ba(OH)2，溶液至刚好完全反应，可观察到的现象有① ，② ，③ 。 3．磷酸可用磷矿石[Ca3(PO4)2]来制取，写出该反应的化学方程式。 【参考答案】 1．右 2．①小球下沉到烧杯底部 ②产生白色沉淀 ③电流计指针偏转幅度不断变小，最后回到中央。 3．（略） 分析这是一道物理和化学的综合题。第l问是物理中电学方面的问题，第2问综合考查Ba(OH)2和H3PO4之间的化学反应以及物理上的力学、电学等知识。第3问是化学方面的问题。 七．如右图所示，烧杯中盛有一定的硫酸溶液，闭合开关后逐滴往烧杯中加入Ba(OH)2溶液，灯L亮度变化情况和灵敏弹簧秤读数变化。 【参考答案】 本题通过物理学中的电流强度与亮度关系及电磁铁磁性强弱与电流强度关系，这是学科内的综合；而电流强度大小受电解质浓度的影响。 Ba(OH)2＋H2SO4= BaSO4↓＋2H2O 滴入Ba(OH)2过程也是电解质浓度逐渐减小的过程，因此电流强度也是随之变小的过程；当反应完全后再滴加Ba(OH)2，电解质浓度随之变大，所以灯L亮度由亮变暗直到熄灭，再逐渐变亮；弹簧秤的示数变化相同。 八．在右图所示的实验装置中，E为一张用淀粉、碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，C，D为夹在滤纸两端的铂夹，X，Y分别为直流电源的两极。在A，B中充满KOH溶液后倒立于盛有KOH溶液的水槽中，再分别插入铂电极。切断电源开关S1，合闭开关S2，通直流电一段时间后，请回答下列问题： 1．标出电源的正、负极：X为___极，Y为___极。 2．在滤纸的C端附近，观察到的现象是_ ___，在滤纸的D端附近，观察到的现象是__ __。 3．写出电极反应式：A中_ ___；B中_ ___；C中__ __；D中_ ___。 4．若电解一段时间后，A、B中均有气体包围电极。此时切断开关S2，闭合开关S1，则电流计的指针是否发生偏转（填“偏转”或“不偏转”）__ __。 5．若电流计指针偏转，写出有关的电极反应式（若指针“不偏转”，此题不必回答）：A中___ _；B中__ __。若电流计指针不偏转，请说明理由（若指针“偏转”，此题不必回答）__ __。 【参考答案】 1．电解KOH溶液实际就是电解水，所得产物为H2和O2，因为A试管中气体体积是B试管的2倍，所以A中为H2，B中为O2，即A为阴极，B为阳极，所以X为正极，Y为负极。 2．C与电源正极相连，为阳极： 2I－－2e＝I2，故试纸变蓝。 D与电源负极相连，为阴极：2H2O＋2e＝H2↑＋2OH－，故试纸变红。 3．A中：4H＋＋4e＝2H2↑； B中：4OH－－4e＝2H2O＋O2↑ C中：4I－－4e＝2I2； D中：4H＋＋4e＝2H2↑ 4．如果切断S2，闭合S1，则可由A中的H2，B中的O2与KOH溶液形成H2，O2燃料电池，把化学能变为电能，故指针偏转。 5．2H2＋4OH－－4e＝4H2O     2H2O＋O2＋4e＝4OH－ 该试题在知识网络交汇点设计试题的命题思路，强调了学科的内在联系和知识的综合，这有利于发挥高考对促进素质教育的导向功能。本题就是在电化学知识网络交汇点——电解池与原电池的结合与互换上命题，符合高考命题思路，体现了考试说明的要求。所以在高三化学总复习的过程，更应注重学科内的知识的内在联系，构建知识网络，培养学生学科能力。 九．如右图所示，在水泥槽里放入蒸馏水，在蒸馏水中放入一块纯铜板和一块粗铜板作电极，用导线连接电源、开关和一个阻值4欧的灯泡。合上开关K，小灯泡将 ，然后断开开关，再加入适量无水硫酸铜，待全部溶解后，溶液将呈 色。这时若合上开关K，小灯泡将 ，纯铜板上发生的现象是 ，其电极反应式为 ；粗铜板上发生的现象是 。若测得此过程中1秒内共有3×1018个Cu2＋和2×1018个SO42－通过两极板间某一截面，则加在灯泡两端的电压为 。 【参考答案】 本题通过电解槽这一载体着重考查液体的导电特性，电流强度定义式I＝q/t在电解液中的应用，欧姆定律等物理知识及规律；由于电解精炼铜是化学中的重要知识，所以题目同时考查了电解原理，要求学生能够熟练掌握外电路电源正负极与电解池阴阳极的关系，两极发生的氧化还原反应的电极式以及电极的不同变化。CuSO4溶液的颜色也是同学们应该牢记的。 解此题应该弄清金属导电与液体导电的区别：①一切金属都能导电，而液体则不然，只有某些物质的酸、碱、盐（电解质）的水溶液或它们溶解成液体时才能导电，所以两次合上开关灯泡的发光与否就显见了。②金属的导电是电子导电，液体的导电是离子导电，当有外电场时，正、负离子同时做方向相反的定向运动形成电流，在一段时间内，通过电解质某一截面的电量等于通过该截面的正、负离子的电量绝对值之和，考虑到题目中Cu2＋和SO42－均为二价离子，不难根据I＝q/t计算出电路中的电流，再根据欧姆定律U=IR计算出灯泡两端的电压；③金属导电时金属本身并不变化，而液体导电时，电解质要发生化学变化，极板上有物质析出，本题中硫酸铜溶液中有电流通过时，Cu2＋迁移至阴极板后将从极板上获得两个电子变为铜原子而沉积在电极上，即发生了还原反应：Cu2＋＋2e＝Cu；硫酸根离子迁移到阳极后将和粗铜板上的铜原子结合成硫酸铜而又溶入水中，并在水溶液里再次电离成铜离子和硫酸根离子，随着电流不断通过溶液，这个过程也就不断地进行着，作为阳极的粗铜板不断地溶入硫酸铜溶液，而作为阴极的纯铜板则不断地变厚，结果粗铜成了纯铜，这就是电解炼铜的过程，学生只要理解了这一电解原理，答案就不言而喻了。 不发光；蓝；发光；有纯铜沉积不断地变厚；Cu2＋＋2e= Cu；不断地溶解而变薄；6.4V。 十．如右图所示，一金属杆ab在两水平平行的导轨间向右做匀速直线运动，其速度为v＝1m/s，导轨电阻不计。导轨间的宽度为l＝1m，其间有一竖直向下的匀强磁场，磁感强度B＝1T，现用导线与插入电解槽中两惰性电极CD相连，回路的总电阻为1Ω，电解液为CuSO4，问： 1．哪一个电极为负极，析出何种物质？ 2．写出电解CuSO4水溶液的离子方程式。 3．析出的物质质量为多少克？ 【参考答案】 1．由右手定则判断金属杆的a为正极，故电解槽中D为负极，析出铜。 2．离子方程式略 3．感生电动势ε＝1V；电流I＝1A；通过电解槽的电量：Q＝5C；可析出的铜的物质的量为：n＝2.6×10－5mol；其质量为：1.66×10－3g。 十一．有A、B、C三种电解质溶液分别装在二个烧杯中，插有石墨电极，并按图所示方式在电路中连接。闭合开关K后，测得各支路电流强度IⅠ≈IⅡ（其中IⅡ略小）。 若撤去B，测得电流强度IA IC； 若撤去C，并将A、B两溶液混均匀后分为两份，再重置于电路Ⅰ、Ⅱ处，测知通过A、B混合溶液的电流强度与先前通过A溶液的电流强度的相对大小关系为IABIA。 已知A、B、C分别选自下列溶液：0.1mol/L盐酸、0.1mol/L醋酸、0.1mol/L NaCl溶液、0.1mol/L H2SO4、0.1mol/L NaOH、0.1mol/L氨水且25℃时，A溶液pH＜7，回答了列问题： 1．指出A、B、C是（或可能是）什么溶液？ 2．若向溶液中滴入酚酞呈红色，则C是 3．将A、B、C分别以等体积进行两两混合，结果哪种组合液中，水的电离度大？ 【参考答案】 本题利用到的物理知识为电路中的电流强度I＝U/R，综合的化学知识为电解质溶液的电阻与溶液的离子浓度成反比。图中B、C两烧杯串联后和A并联，电流强度IⅠ≈IⅡ，说明 Ⅰ、Ⅱ两支路中的电阻近似相等；若撤去B，电流强度IA IC，说明此时Ⅰ的电阻远大于Ⅱ的电阻。所以，C为强电解质，A为弱电解质，B也为弱电解质。 将A、B两溶液混合均匀后分为两份，再重新置于电路Ⅰ、Ⅱ处，此时IABIA，进一步说明A、B都是弱电解质，它们混合后生成了强电解质，导电性增强。而A溶液的pH＜7，所以A为醋酸；从所给物质中可知B只能为氨水；C可能是其他四种中的任何一种。若在C中滴入酚酞变红，则C是NaOH。 又因为酸或碱对水的电离起抑制作用，而能水解的盐对水的电离起促进作用，所以是A、B以等体积混合液中水的电离度大。只有它们反应能生成发生互促水解的盐CH3COONH4，促进水的电离。 十二．如右图所示，在垂直纸面向外的匀强磁场中，磁感应强度为B，有两条竖直向下的导轨，（导轨足够长）在导轨上有一根质量为m，长为L的金属杆，匀速切割磁力线，导轨两端分别接在电解装置上。B中盛有1L 2mol/L的Na2SO4溶液，A中盛有1L 2mol/L的AgNO3溶液。 1．试求金属杆中的电流强度。 2．经过一段时间，湿润的KI淀粉试纸C端变蓝色，试回答： A中发生反应的化学方程式 在B中观察到的现象是 【参考答案】这是一道物理化学综合题，旨在考查学生对闭合线路导体切割磁力线产生感生电流等知识的掌握，以及电解池电解原理的熟悉程度。 1．I＝mg/BL 对金属杆进行受力平衡分析可解。 2．4AgNO3＋2H2O 4Ag↓＋O2↑＋4HNO3 石墨电极表面有气泡产生，铜电极周围溶液变蓝色，一段时间后，有蓝色沉淀产生。 十三．如右图所示的电解池。电解溶液为500克CuSO4溶液，两根电极一根为铁，一根为含有少量锌的均匀粗铜。通电一段时间后切断供电装置，立即将其取出，这时铁极上析出7.04克铜，电解质溶液增重0.02克。供电装置是利用电磁感应原理制作的。OC可绕AB轴转动，C搭在P环上。P环内有等于AB的匀强磁场，磁感应强度为B。OC长为r，以角速度ω转动。求粗铜中含锌的质量百分率及通电时间。（基元电荷C，阿伏加德罗常数N0，回路总电阻为R） 【参考答案】 本题考查电解反应和电磁感应知识。要注意的是先判断谁作阴极，谁作阳极。要会利用电量转移计算通电时间。分析两极变化，易知铁极是阴极，粗铜为阳极。因为阳极含有锌，所以Cu2+和Zn2+同时进入溶液。且由于是均匀的，所以它们物质的量之比反映了原粗铜中的物质的量之比。求得Cu、Zn反应量后即得回路中转移的总电量，即可求出通电时间。 含锌质量百分率为18.4％ 通电时间为4(x＋y)N0CR/Bωr2（设反应的Cu为xmol，反应的Zn为ymol） 十四．如右图所示为电解水的实验装置，闭合开关S后，观察到电压表示数为6.0V，毫安表的示数为100mA。 1．此时A管内生成 气，B管内生成 气。 2．试写出电解水的化学反应方程式。 3．通电过程中，A极、B极各发生何种化学反应？ 4．为了加快电解水的速率，可在水中加入 A H3PO4 B HCl C NaOH D NaCl 5．在实验过程中消耗了何种形式的能量，产生了何种形式的能量？ 6．若通电10min，A管中将生成多少气体？ 7．已知每摩水被电解消耗280.8kJ能量，则10min内增加了多少化学能？ 8．在电解池中产生多少内能，在该实验中两极间液体的电阻是多大？ 9．在某次电解水的实验中加入了少量的NaOH溶液，测得了阴、阳两极上产生的气体的实验数据如下： 时间（min） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 阴极生成气体体积（cm3） 6 12 20 29 39 49 55 65 75 85 阳极生成气体体积（cm3） 2 4 7 11 16 21 26 31 36 41 仔细分析以上实验数据，请说出可能的原因。 10．为保证NaOH不从溶液中析出而附着在电极上增大电阻，必须不断往电解池中滴入纯水，以维持此温度下溶液处于饱和状态。若氢气生成的速率保持在0.lmL/s（已折合成标准状况），则水的滴速是 mL/s； 11．电解水制取H2需要消耗大量的电能，接收太阳能分解水得到氢气是人类开发氢能源的主要研究课题。已知在特定条件下聚合太阳能所得高温可使氢碘酸分解出氢气，也可使硫酸分解出氧气。化学家据此设计了一个化学过程，以便达到在化学试剂的催化作用下由太阳能间接分解水的目的。请写出该方案的化学方程式，并指出何种物质起催化作用。 【参考答案】 1．氢 氧 2．（略） 3．（略） 4．A、C 5．消耗了电能，产生了化学能和内能 6．697Ml 7．87.3 J 8．272.7J 45.5Ω 9．分析实验数据知，l～6分钟内阴、阳两极生成的气体体积之比大于2:1；从第7分钟开始，每分钟内阴、阳两极生成的气体体积之比约为2:1。前6分钟内因产物H2和O2溶解度不同（后者溶解度大），致使气体的体积比大于2:1，此后H2和O2的溶解已达饱和，气体的体积比大致保持2:1。 10．0.08mL/s 11．I2和SO2 这是一道物理、化学综合试题，涉及能量转换，化学反应的类型及电路计算等知识。各题之间有渗透，但彼此之间相对独立，对于不能完整正确解答的学生，可以通过审题有的放矢地选自己能解的部分。这正是综合能力测试题知识点涉及得广，学生思维自由度大的优点，不像原来单科独立试题，要摔就是一个大跟头。 十五．装置如右图：D是允许通过离子的盐桥，E是48V稳压电源，R是可变电阻，K是开关，G是灵敏电流计，C1、C2是碳棒，A、B是烧杯。 1．已知AsO43－＋2I－＋2H+AsO33－＋I2＋H2O是可逆反应。若A中盛KI－I2溶液，B中盛Na3AsO4和Na3AO3溶液，则当K接1，并向B中滴加浓盐酸时发现G中的指针发生偏转；改向B中滴加40％的NaOH溶液时，G中的指针则向反方向偏转。 ①两次操作过程中指针偏转的原因是 ②指针偏转方向相反的原因是 ③加盐酸时C1上发生的反应是 ④加NaOH溶液时C1上发生的反应是 2．当 A中盛适量的1mol/L Na2SO4溶液，B中盛40mL适量浓度的KI－KHCO3溶液，且K接2时，可用该装置来测定砷的含量。其操作如下：称取5.00g含砷样品，溶解后加入还原剂，使砷全部转化为HAsO32－，除去过量的还原剂后再转移到250mL容量瓶中配成250mL溶液，用移液管从中取出10mL加入B中，边搅拌边电解，电解生成的 I2可将HAsO32－快速、定量地氧化为HAsO42－，以2mA的电流电解241s便可使反应进行完全。 ①反应到达终点时宜用 来指示； ②假设电能没有损失，试求样品中As2O5的质量分数。 【参考答案】 1．①化学能转变成了电能，有电流通过； ②加盐酸时平衡右移，加NaOH溶液时平衡左移，两种情况下产生的电流的方向相反； ③2I－－2e→I2； ④AsO33－＋H2O－2e→AsO43－＋2H＋ 2．①淀粉溶液 ②0.144% 十六．某次化学实验时，将两个铜极插入一定量的硫酸钠饱和溶液中进行电解、通电3秒后，阴极上放出6×10－6mol气体，已知整个电路的电阻为10Ω，求本实验装置所用电源的电动势。 【参考答案】 3.87V 本题以电解实验为背景，综合了化学、物理两门学科知识内容，涉及理解、推理、分折和综合解决实际问题等诸多能力的综合应用。本题由化学反应生成物，计算电路中的物理量，将电学的重要规律与电解的化学实验联系在一起，综合解决实际问题，加深对电解的化学物理本质的认识。 十七．某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数值，其实验方案的要点为： ①用直流电电解氯化铜溶液，所用仪器如下图： ②在电流强度为I安培，通电时间为t秒钟后，精确测得某电极上析出的铜的质量为mg。 试回答： 1．连接这些仪器的正确顺序为（用图中标注的仪器接线柱上的英文字母表示，下同）E接 ，C接 ， 接F。实验线路中的电流方向为 → → →C→ → 。 2．B电极上发生反应的离子方程式为 G试管中淀粉KI溶液变化的现象为 ，相应的离子方程式是 3．为精确测定电极上析出铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是 （选填下列操作步骤的编号）。 ①称量电解前电极质量 ②刮下电解后电极上的铜并清洗 ③用蒸馏水清洗电解后电极 ④低温烘干电极后称量 ⑤低温烘干刮下的铜后称量 ⑤再次低温烘干后称量至恒重 4．已知电子的电量为1.6×10－19库仑。试列出阿伏加德罗常数的计算表达式：NA＝ 【参考答案】 1．D A B F→B→A→C→D→E 2．2Cl－－2e→Cl2↑ 变兰色 Cl2＋2I－→CCl－＋I2 3．①③④⑥ 4． 十八．金属铝易与空气中的氧气发生反应生成一层氧化膜，使铝件有耐腐蚀性，但此时的氧化腆很薄，易被擦破损坏。为了增厚氧化膜，人们常将铝和铝的合金作进一步的氧化处理。电化学氧化法是将铝件和另一种材料做电极，在特定的电解液中通电电解，在铝与电解液的接触面上形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量，从而生成一层较厚的氧化膜。 阅读上述内容，回答下列问题； 1．铝件在电解增厚氧化膜的过程中做阴极还是阳极？ 2．简述氧化膜的形成过程，写出铝件所发生的电极反应以及形成氧化膜的化学反应方程式。 3．在铝件氧化膜的增厚过程中，电路中的电流强度会怎样变化？要进一步增厚，电压是升高还是降低？为什么？ 【参考答案】 1．因受“电镀”知识定势的影响，部分同学易将铝件做阴极。而Al2O3，是由单质铝失去电子后生成的。所以铝件应做阳极。 2．发生的电极反应为：Al＋3OH－－3e→Al(OH)3，生成的Al(OH)3疏松地覆盖在铝件的表面，使电阻增大，温度升高，Al(OH)3分解生成Al2O3，反应方程式略，生成的Al2O3沉积在铝件表面，逐渐增厚。 3．由于Al2O3不导电，且在铝件的表面沉积得较紧密，使铝件（绝缘性增加）与电解液的导电能力减小，即电流强度逐渐下降甚至为零，使增厚可能停止。据I＝U/R可知，要使I达到一定值，必须使电压随电阻R的增大逐渐增大，所以电解过程中电压应逐渐升高，才能使氧化腹增厚到一定程度。 十九．在 t1℃时，将100g KOH溶于100g水中，用 I＝6A的电流电解该溶液10h，然后将温度调至t1℃， 分离出KOH· 2 H2O晶体后测知m剩余溶液=164.8g。已知： ①KOH的S(溶解度)—t（温度）关系如下表： t（℃） 0 10 20 30 S(g) 96.85 103.25 111.86 126.24 ②在上表中的三个温度区间内，KOH溶液中mKOH与t成线性关系； ③每电解lmol水要放出热量48.7kJ。 l．电解过程中有多少电能转变为热能？ 2．试通过分析计算出t1为多少度？ 3．电解结束时的温度t2为多少度？（K 39.1，O 16，H 1.01；散热及其它热损失为总热量的40％；cKOH溶液＝4.2kJ·kg-1·℃-1；m电解槽=100g；c玻璃=2.4 kJ·kg-1·℃-1） 【参考答案】 1． ne=2.24 (mol)，Q放= 54.54kJ 2． t1=27.6℃≈28℃； 3． t2＝61℃ 本题是数理化知识相互渗透、交叉、融合的综合能力测试题。解答时宜沿着两个交叉点发散：①理化联系点——neqeNA=Q=It,求出ne后其它的化学计算便可顺利展开；②数化联系点——在一定温度区间内mKOH与t（温度）呈线性关系，其数学表达式为mKOH＝kt ＋c。 二十．通常状况下使水电解所需的最小电压（理论分解电压）为1.23V，但为维持常温电解，还需同时吸收一定的热量，即每电解1mol H2O需吸热48.65kJ（否则，电解液的温度将降低）。 由于使用了高效的正极（即氧气电极）催化剂和负极（即氢气电极）催化剂，已能使氢气和氧气分别成为电极的反应物，在以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池中，在非燃烧条件下，实现电解水的逆反应，使氢能被高效地开发利用为电能。 试解答下列相关问题（所有计算值，均取3位有效数）。 1．已知基元电荷的电量是1.602×10－19C。电解1mol H2O，需在电解槽中通过的电量是 C。 2．通常状况下且保持恒温，在此条件下电解1mol H2O，至少需耗能 kJ。 3．1mol H2完全与O2化合成常温下的液态H2 O，将产生的热量是 kJ。 4．常温下氢氧燃料电池电动势的理论值是（设所用的H2和O2均为常压） V。在此条件下，电池反应生成1moH2O所作最大电功的能量为 kJ。 【参考答案】 1．193000 2．286 3．286 4．l.23 237 电能（焦耳）即电压（伏特）与电量（库仑）的乘积。由此可计算在吸热48.65kJ的条件下，实现常温、常压下电解1mol H2O，所耗最小电能。这些能量（286kJ），就成为电解产物1mol H2和0.5mol O2的内能。而当这些H2和O2再化合成常温下的液态水时，286kJ的内能（化学能）必将转化为热能释放出来，这就是该化合反应的反应热。电解水时，电解槽的两极分别成为氢气电极和氧气电极，故其所需最小电压应等于该温度、压强条件下氢氧原电池（即氢氧燃料电池）的电动势。根据这一分析，按题设反应条件，可知该氢氧燃料电池电动势的理论值即题给水的理论分解电压l.23V。用氢氧燃料电池的电动势1.23V计算其生成1mol H2O所作最大电功的能量，跟题2中用水的理论分解电压计算电解1mol H2O所需消耗的最小电能自应完全一致。因为根据物理学的“能的转化和守恒定律”，这两种相反过程所转换的能量必然相等（相对应的电动势和理论分解电压也必然相等），只是能量形式的转换方向彼此相反而已。由此也可见，氢氧燃料电池能使绝大部分氢氧化合释放的化学能直接转化为电能而有其氢能利用的高效率。解本题过程中系统运用的是电化学视角，一切从相关的电化学反应出发，同时综合了相关的物理学原理。 二十一．一些氧化还原反应可设计成原电池。电池反应由2个半反应组成，2个半反应分别在2个电极上进行。例如：伏打电池的电池反应为：Zn＋2H+→Zn2＋＋H2。2个电极反应为：负极 Zn－2e→Zn2＋；正极 2H+＋2e→2H2。 铅蓄电池具有电压高，放电容量大，经济上较便宜，广泛用于汽车、拖拉机、轮船做启动与照明电源。已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为ρ1，放电完毕后，溶液的密度变为ρ2。又铅蓄电池充电时的反应：2PbSO4＋2H2O Pb＋PbO2＋2H2SO4。法拉第常数F＝96500C/mol。 1．写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及2个电极上的半反应。 2．已知充、放电完毕后，溶液的密度是下列2个数据；1.10g/cm3，相当于含14.35％（质量）的硫酸；1.28g/cm3，相当于含36.87％（质量）的硫酸。请指出ρ1、ρ2分别对应于哪一个数据。 3．用什么方法可以确定什么时候该充电，什么时候该停止充电？ 4．按方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。 5．计算一个电容量为4.32×106C的蓄电池中需加多少硫酸？ 6．对于一个电容量为4.32×106C的蓄电池，计算充电和放电后硫酸溶液体积的差值。 7．用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？ 【参考答案】 1．由题示可知：伏打电池的电池反应分为2个半反应，依据电池的充电、放电反应互为相反的过程，可得铅蓄电池的电池反应： Pb＋PbO2＋2H2SO4 2PbSO4＋2H2O。 正极反应：PbO2＋2H2SO4＋2e→PbSO4＋2H2O＋SO42－ 负极反应：Pb＋H2SO4－2e→PbSO4＋2H+ 2．从方程式看出：铅蓄电池放电时生成了水，溶液的密度降低；反之，充电时生成了H2SO4。因此，ρ1应该为1.28g/cm3，相当于含36.87％（质量）的硫酸；ρ2应该为1.10g/cm3，相当于含14.35％（质量）的硫酸。 3．该问是在前两问基础上考查学生的发散思维和创新能力。由铅蓄电池的电动势和溶液的密度变化可想到2种方法：（a）测量电池电动势：放电时，电动势降至某额定限量即充电；充电时电动势上升达某一额定限量即停止充电。（b）设法用比重计测定电解液比重。若充电时比重计的读数为ρ1时，则表明充电完成；若放电时比重计的读数为ρ2，则表明放电完成。 4．根据电池反应，每消耗2mol H2SO4，即196g H2SO4，生成2mol水，即36g。 5．解题关键是求出反应中硫酸和水消耗和生成的量。根据电池的总电量、法拉第常数，可求出充、放电反应时转移电子的物质的量，再根据题意列出方程式，解得开始时需加入硫酸的量为6341g。 6．在前一问的基础上，求出充、放电后溶液的体积，即得该蓄电池中硫酸溶液的体积差为1058cm3。 7．本问属环保问题。由于铅蓄电池笨重，抗震性差，有酸雾产生，需补水，一旦漏液会造成设备的腐蚀等问题。因此，用久了的铅蓄电池会发生漏液，铅污染环境等。 二十二．电解食盐溶液的氯碱生产技术，已由传统的隔膜法变革为离子膜法高新技术。这种技术进步，如下表所示： 表1 产品液碱质量比较 项目 离子膜法 隔膜法 隔膜法 NaOH% 35（已有50%的报道） 10～12 30 NaCl% 0.0025 14～16 4 Na2CO3% 0.02 （一般不计量） 1 表2 能耗与蒸汽用量比较 （以NaOH质量分数为50％作比较基准） 项 目 离子膜法 隔膜法 电解用电 度/吨 2160 2600 蒸汽用电 度/吨 80 700 蒸量用电 度/吨 0.40 3.5 隔膜法和离子膜法新技术中所用的膜有本质区别。前者是有条件地阻止阴、阳极电解产物相混合的多孔石棉隔膜。后者由阳离子交换树脂（几类氟碳树脂）组成，树脂的高分子骨架上接有能电离出H+而可与Na+等阳离子交换的离子交换基团—SO3H、—COOH，所以是一类厚度虽仅0.l～0.5mm，但一般只允许溶液中的阳离子在膜中通过，更不能自由通过气体或液体的阳离子交换膜。 试从自然科学、生产技术与社会发展的综合角度，系统简答下列相关问题。 1．在所给离子膜法电解食盐溶液示意图中的括号内，填写开始电解时进入电解槽用作电解液的液体A、B的组成名称，以及电解产出气体C、D的化学式，并简述其通过电解液的循环电解，直接生产纯浓液碱的电化学原理。离子膜法电解槽的极间距，由于膜在电极间的结构紧凑而远小于隔膜法电解槽，这将如何影响能耗？ 2．传统隔膜法的阴极电解碱液，它所含NaOH的质量分数，为什么只能控制得低些？ 3．试对比评价本离子膜法科技进步的经济、社会效益。 【参考答案】 1．A为饱和食盐溶液，B为淡碱液或纯水，C为Cl2，D为H2。极间距减小，可降低电解电压而节省电能。循环电解时，阳极液中的Na+，能在Cl－阳极氧化成Cl2的同时，透过阳离子交换膜迁移入阴极室；阴极液中的H2O在阴极还原生成H2和OH－，其中OH－因受阻于阳离子交换膜而与Na+共存于阴极室，最终使阴极液成为产品纯浓液碱。 2．为减少OH－向阳极的迁移量，以保持较高的电流效率。 3．见下面的分析3 1．在直流电场中的阳离子交换膜，只能让阳离子透过、迁移进入阴极室，而不容阴极室里的阴离子透过、迁移进入阳极室。这种选择性的透过作用，使精制饱和食盐水在阳极室中经循环电解，通过Cl－的阳极氧化和Na＋的迁移入阴极室而变为淡盐水；使淡碱液或纯水在阴极室中经循环电解，通过H2O（H+）的阴极还原，积累OH－和Na+而变为纯烧碱浓溶液。电解槽的极间距变短，两极间的溶液电阻就减小，可相应降低电解电压而节省电能。 2．传统的隔膜法使用的石棉隔膜，并无离子膜所有阻止OH－向阳极迁移的功能。当稍为提高阴极碱液的浓度时，将明显增大OH－向阳极的迁移量，必首先由于Cl2和OH－的反应而相应显著降低该电解生产的电流效率。 3．离子膜法生产与传统的隔膜法相反，无需再为电解碱液脱盐（尽量回收NaCl）浓缩；经济效益高，生产效率高，产品烧碱纯且浓，能耗低、蒸汽省。隔膜法生产中，更因制作、使用石棉隔膜，必发生硅酸盐纤维（粉尘）污染环境的问题，有使部分操作工人患肺癌职业病的危险。可见，以电化学科学原理为核心，通过为其所开发的离子膜法电解生产的跨学科高新技术，优化了资源、能源的利用，变污染环境的生产为“清洁生产”，更有其适应可持续发展需要的高社会效益。 二十三．生活中常常有这样的现象：一件普通的铁器，如不精心保管，便会生锈；若不引起注意，锈斑蔓延开来，就会吞噬整个铁器使之变成废物。人们称这种现象为“锈吃铁” 1．请用相关学科知识解释“锈吃铁”这一自然现象。 2．根据上面提供的材料，联系现实生活，自拟题目写一篇不少于600字的议论文 【参考答案】 该题从语文上讲，是一道考查学生语言表达能力和知识面的好作文题；从化学上看，又是一道考查学生基础理论和语言表达能力的好简答题。不管从那一个角度看，都培养学生观察现象，找出事物本质的能力。 1．铁在干燥的空气中不易生锈，但在潮湿的空气中发生了电化学腐蚀，腐蚀后生成的铁锈是一种海绵状的物质，具有保湿的作用，电解质水的存在促使铁器电化学腐蚀持续进行，直到铁器全部锈腐。 具体解释如下：首先是原电池的构成，铁器中铁作负极，其中杂质碳作正极，铁器表面的水膜构成电解液。 析氢腐蚀（－）Fe︱H2O（CO2）︱C（＋） （－）Fe－2e＝Fe2＋ （＋）2H＋＋2e＝H2↑ 析氢腐蚀后pH升高，从而进入吸氧腐蚀。 吸氧腐蚀（－）Fe︱H2O（O2）︱（＋） （－）Fe－2e＝Fe2+ （＋）O2＋4e＋2H2O＝4OH－ OH－增大，生成Fe(OH)2，它很易被空气中的氧气所氧化4Fe(OH)2＋O2＋2H2O==4Fe(OH)3，Fe(OH)3部分失水后生成海绵状物质Fe2O3·xH2O，它具有保湿作用，水膜的存在加速了铁器的腐蚀。 2．略 二十四．某学生在课外活动中进行电解氯化钠水溶液的实验，其装置如右图所示。电源电动势3V，内阻1Ω，定值电阻9Ω，滑动变阻器最大阻值15Ω，伏特表内阻很大，安培表内阻不计。在滑动变阻器滑动过程中，两表示数关系满足右图所示的图象。电解槽内为100mL 1mol/L的NaCl溶液与0.2mol/L的Na2SO4溶液的混合液，两试管横截面积2cm2，长度为1m，并装满混合液，用于收集两极产生的气体产物。 1．闭合电键，移动变阻器，计算伏特表示数变化范围和定值电阻上功率变化范围。 2．闭合电键，滑动变阻器滑到何处时，变阻器上电功率最大。 3．27℃时，调节变阻器并闭合电键，伏特表示数为1V，连续工作4小时1分15秒，在A管内收集到气体量得气柱长为24cm（假设两管内气体压强都为101kPa）。 ①计算滑动变阻器的阻值。 ②计算B内气体气柱长度和A内气体成分，写出两极电极反应式。 ③计算在电解过程中在内阻、定值电阻和滑动变阻器上消耗的总电功。 ④计算电解后溶液的Ph（溶液体积变化忽略不计，lg3＝0.477）。 这是一个综合电解与电路的试题。首先看两只表，它们分别测量了通过电解池的电流强度与电解池两端的电压，由图可知，电压与电流强度成正比，若将电解地等效为一电阻，则可求出其阻值，并能容易地解出1、2和3中的①、③，其中第2题求最值还要结合数学有关不等式的性质。电解中，B管电极反应只可能是2H＋＋2e→H2，A管电极反应有2Cl－－2e→Cl2，根据电解中消耗的总电量可求出两管中气体物质的量及气柱长度，但它们长度都不为24cm，原因何在？由于NaCl的浓度是0.1mol/L，电解中Cl一浓度不断下降（也可能反应完），使OH－有机会参加电极反应：4OH－－4e→2H2O＋O2，因此A管内得到的是O2与Cl2的混合气体。由于本题中的气体处于非标准状态下，还要会应用理想气体状态方程进行求解。 1．电解池可等效为一电阻为10Ω，滑动变阻器滑到最右端：I＝0.3A 伏特表示数V＝0 定值电阻P＝0.81W 滑动变阻器滑到最左端：I＝0.1815A 伏特表示数V＝1.125V 定值电阻P＝0.316W 伏特表示数变化范围0～l.125V 定值电阻功率变化范围0.316W～0.81W 2．P＝U2／R＝9／(4R＋40＋100/R)≤0.1125W 当R＝5Ω时取到最大值。 所以当滑动变阻器滑到距右端1/3处时，变阻器上电功率有最大值0.1125W。 3．①干路上I＝0.2A 通过电解池I＝0.1A 变阻器阻值R＝10Ω ②电解时间t＝14475s 电解转移电子ne＝0.015mol B管阴极反应为2H＋＋2e→H2 ＝0.0075mol 由理想气体状态方程pV＝nRT V H2＝185.2cm3 h H2＝92.6cm A管中n气＝0.0060mol 阳极反应为2Cl－－2e→Cl2 4OH－－4e→2H2O＋O2 ＝0.0045mol nO2＝0.0015mol ③P＝7.24kJ ④pH＝13.0 二十四．阿状加德罗常数（NA）、物质的量（n）和粒子数（N）之间有如下关系：NA＝N/n，测定阿伏加德罗常数有多种方法，其中电解法是常用的方法。试回答下列有关问题。 1．实验室有同样浓度的NaCl、CuSO4、AgNO3、H2SO4等溶液，若实验过程中不考虑电极上的析出物与电解后的溶液之间的反应，则你认为选用哪一种溶液作为电解液，实验既简便、测定结果误差又小，并说明其理由。 2．采用你所选定的溶液来实验，至少应测定哪些数据？ 3．若已知1个电子的电量（符号为q），选定符号代表有关数据，列出求算阿伏加德罗常数（NA）的数学表达式。 【参考答案】 1．选用AgNO3溶液较好 ①若电解NaCl、H2SO4溶液，产生的气体体积较难测定准确。 ②同样条件，通过等量的电量，析出的Ag的质量大于Cu，因而称量和计算时产生的误差前者要小。 2．①电流强度 ②电解（通电）时间 ③电解产物的质量 3．NA＝ I－电流、t－通电时间、m（Ag）－析出Ag的质量、M（Ag）－Ag的摩尔质量 二十五．1．碘是合成下列哪种激素的主要原料之一_______________ A、胰岛素 B、甲状腺激素 C、生长激素 D、雄性激素 2．长期生活在缺碘山区，又得不到碘盐的供应，易患_____________________。 3．已知KIO3可用电解方法制得。原理是：以石墨为阳极，以不锈钢为阴极，在一定电流强度和温度下电解KI溶液。总反应方程式为：KI+3H2OKIO3+3H2↑，则两极反应式分别为阳极______________，阴极____________。 4．在某温度下，若用12A的电流强度电解KI溶液10min，理论上可得标况下氢气_____L。 【参考答案】 1．B 2．地方性甲状腺肿 3．阳极：I－＋3H2O－6e→IO3－＋6H＋ 阴极：6H2O＋6e→3H2＋6OH－ 4．85.7L 主页 目录 下载 论坛 中学综合学科网 第 1 页 共 18 页 http://hbtk.126.com 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