2020高考化学二轮复习能力提升训练9电化学基础含解析 14页

1 能力提升训练(9) 1．为了强化安全管理，某油库引进一台测空气中汽油含量的测量仪，其工作原理如图 所示(用强酸性溶液作电解质溶液)。下列说法不正确的是(　D　) A．石墨电极作正极，发生还原反应 B．铂电极的电极反应式：C8H18＋16H2O－50e－===8CO2↑＋50H＋ C．H＋由质子交换膜左侧向右侧迁移 D．每消耗 5.6 L O2，电路中通过 1 mol 电子 解析：由图象知，石墨电极通入 O2，发生还原反应 O2＋4e－＋4H＋===2H2O，A 项正确。 铂电极上发生氧化反应，电极反应式为 C8H18＋16H2O－50e－===8CO2↑＋50H＋，B 项正确。在 原电池中，阳离子向正极迁移，阴离子向负极迁移，C 项正确。由于没有指明反应温度和压 强，不能通过体积计算 O2 的物质的量，也就无法确定转移电子的物质的量，D 项不正确。 2．江苏正在建设世界最大的海上风电场，防腐蚀是建设海上风电场需要特别注意的问 题，下列说法正确的是(　D　) A．海水的 pH 一般在 8.0～8.5 之间，对风电机钢铁支架的腐蚀主要是析氢腐蚀 B．腐蚀总反应 4Fe＋3O2＋2xH2O===2[Fe2O3·xH2O](铁锈)的 ΔH>0，ΔS<0 C．钢部件镀锌前，可用碱液洗去表面的铁锈 D．热喷涂锌铝合金，可以减缓管道的腐蚀 解析：海水的 pH 一般在 8.0～8.5 之间，海水呈弱碱性，对钢铁支架的腐蚀主要是吸氧 腐蚀，A 错误；钢铁发生吸氧腐蚀总反应为 4Fe＋3O2＋2xH2O===2(Fe2O3·xH2O)，该反应为放 热反应，ΔH<0，ΔS<0，B 错误；铁锈的主要成分为 Fe2O3·xH2O，碱液与铁锈不反应，不能 洗去钢部件表面的铁锈，C 错误；锌铝合金比 Fe 活泼，锌铝合金为负极，钢铁为正极被保 护，减缓管道的腐蚀，此保护法称为牺牲阳极的阴极保护法，D 正确。 3．近年来，我国多条高压直流输电线路的瓷绝缘子出现铁帽腐蚀现象，在铁帽上加锌 环能有效防止铁帽的腐蚀(如图所示)，下列说法正确的是(　B　) A．阴极电极反应为 4OH－－4e－===O2↑＋2H2O B．阳极电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋ C．断电时，不能防止铁帽被腐蚀 2 D．绝缘子表面产生的 OH－向阴极移动 解析：阴极电极反应为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－，A 错误；阳极锌失电子产生锌离子， 电极反应为 Zn－2e－===Zn2＋，B 正确；断电时，锌环作负极，仍能防止铁帽被腐蚀，C 错误； 电解池中绝缘子表面产生的 OH－向阳极移动，D 错误。 4．某化学小组拟设计微生物燃料电池将污水中的乙二胺[H2N(CH2)2NH2]氧化成环境友好 的物质，工作原理如图所示(a、b 均为石墨电极)。下列分析正确的是(　C　) A．a 电极发生反应：H2NCH2CH2NH2＋16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋ B．质子交换膜处 H＋由右向左移动 C．该电池在微生物作用下将化学能转化为电能 D．开始放电时 b 电极附近 pH 不变 解析：b 极通入空气，因此 b 极为正极，a 极为负极，负极上失去电子，电极反应式为 H2NCH2CH2NH2－16e－＋4H2O===2CO2↑＋N2↑＋16H＋，A 项错误。根据原电池的工作原理，阳 离子向正极移动，即 H＋由左向右移动，B 项错误。此装置是原电池装置，是化学能转化成 电能的装置，C 项正确。b 极反应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O，pH 变大，D 项错误。 5．(2019·桂林、百色、崇左联考)用镁－次氯酸钠燃料电池作电源模拟消除工业酸性 废水中的 Cr2O 2－7 的过程(将“Cr2O2－7 ”还原为“Cr3＋”)，装置如图所示。下列说法错误的 是(　B　) A．金属铁电极的电极反应式为：Fe－2e－===Fe2＋ B．装置中电子的流动路线是：C 电极→惰性电极→金属铁电极→D 电极 C．装置工作过程中消耗 7.2 g Mg，理论上可消除 0.1 mol Cr2O2－7 D．将 Cr2O 2－7 处理后的废水比原工业废水的 pH 大 解析：结合题意及题图可知左侧装置为原电池，右侧装置为电解池；结合 Cr2O 2－7 被还 原为 Cr3＋，且不产生有毒的 Cl2 知，金属铁电极为阳极，惰性电极为阴极，则 C 电极和 D 电 极分别为负极和正极。阳极上 Fe 失去电子，阳极的电极反应式为 Fe－2e－===Fe2＋，A 项正 确；装置中电子从负极→阴极，阳极→正极，即电子从 C 电极→惰性电极，金属铁电极→D 电极，B 项错误；装置工作过程中消耗 7.2 g Mg 时转移 0.6 mol 电子，根据各电极上转移电 子数目相等，结合阴极的电极反应式 Cr2O2－7 ＋6e－＋14H＋===2Cr3＋＋7H2O 可知，理论上能消 除 0.1 mol Cr2O2－7 ，C 项正确；处理 Cr2O 2－7 时消耗废水中的 H＋，即被处理后的废水中 H＋浓 度减小，pH 增大，D 项正确。 3 6．(2019·合肥质检二)如图所示，装置(Ⅰ)是一种可充电电池，装置(Ⅱ)为两电极均 为惰性电极的电解池。下列说法正确的是(　B　) A．闭合开关 K 时，电极 B 为负极，且电极反应式为：2Br－－2e－===Br2 B．装置(Ⅰ)放电时，总反应为 2Na2S2＋Br2===Na2S4＋2NaBr C．装置(Ⅰ)充电时，Na＋从左到右通过阳离子交换膜 D．该装置电路中有 0.1 mol e－通过时，电极 X 上析出 3.2 g Cu 解析：闭合开关 K 时，电极 B 上发生的电极反应为：Br2＋2e－===2Br－，发生还原反应， 电极 B 为正极，A 项错误；装置(Ⅰ)放电时，电极 B 上发生反应：Br2＋2e－===2Br－，电极 A 上发生反应：2Na2S2－2e－===Na2S4＋2Na＋，总反应为：2Na2S2＋Br2===Na2S4＋2NaBr，B 项正 确；装置(Ⅰ)充电时，电极 A 为阴极，电极 B 为阳极，根据电解池中阳离子向阴极移动， 则 Na＋从右到左通过阳离子交换膜，C 项错误；电极 X 为阴极，若阴极只发生反应：Cu2＋＋ 2e－===Cu，则电路中有 0.1 mol e－通过时，理论上析出铜的物质的量为 0.05 mol，但该电 解质溶液中 n(Cu2＋)＝0.4 mol·L－1×0.1 L＝0.04 mol，故阴极上水电离出的 H＋也放电， 析出铜的物质的量为 0.04 mol，其质量为 2.56 g，D 项错误。 7．将 PbO 粗品溶解在 HCl 和 NaCl 的混合溶液中，得到含 Na2PbCl4 的电解液，电解 Na2PbCl4 溶液后可生成 Pb，如图所示。下列说法不正确的是(　B　) A．阳极区会有气泡冒出，产生 O2 B．一段时间后，阳极附近 pH 明显增大 C．阴极的电极反应方程式为 PbCl2－4 ＋2e－===Pb＋4Cl－ D．Na2PbCl4 浓度下降后可在阴极区加入 PbO，实现电解液的继续使用 解析：阳极电极反应：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阳极区会有气泡冒出，产生 O2，一段 时间后，阳极附近 c(H＋)增大，pH 减小，A 正确、B 错误；阴极电极反应：PbCl2－4 ＋2e－===Pb ＋4Cl－，C 正确；阴极电解一段时间后溶液为 HCl 和 NaCl 的混合溶液，根据“将 PbO 粗品 溶解在 HCl 和 NaCl 的混合溶液中，得到含 Na2PbCl4 的电解液”，继续向阴极区加 PbO 粗品 可恢复其浓度且实现物质的循环利用，D 正确。 8．(2019·湖北荆门调研)空间实验室“天宫一号”的供电系统中有再生氢氧燃料电池 (RFC)，RFC 是一种将水电解技术与氢氧燃料电池技术相结合的充电电池。下图为 RFC 的工 作原理示意图，下列有关说法中正确的是(　C　) 4 A．当有 0.1 mol 电子转移时，a 极产生标准状况下 1.12 L O2 B．b 极上发生的电极反应是：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ C．c 极上发生还原反应，B 中的 H＋可以通过隔膜进入 A D．d 极上发生的电极反应是：O2＋4H＋＋4e－===2H2O 解析：由题图可知 a 为阴极，b 为阳极，则气体 X 为 H2，气体 Y 为 O2；c 为正极，d 为 负极。正极、阴极发生还原反应，负极、阳极发生氧化反应，A、B、D 错误；在原电池中阳 离子移向正极，C 正确。 9．(2019·大连重点中学考试)已知 H2O2 是一种弱酸，在强碱溶液中主要以 HO －2 形式存 在。现以Al­H2O2 燃料电池电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制备氢气(电解池中隔膜仅阻止气 体通过，c、d 均为惰性电极)。下列说法正确的是(　D　) A．燃料电池的总反应为 2Al＋3HO－2 ===2AlO－2 ＋2H2O B．电解时，Al 消耗 2.7 g，则产生氮气的体积为 1.12 L C．电极 b 是负极，且反应后该电极区 pH 增大 D．电解过程中，电子的流向：a→d，c→b 解析：本题考查燃料电池和电解池的反应原理。Al­H2O2 燃料电池的总反应为 2Al＋3HO －2 ===2AlO－2 ＋OH－＋H2O，A 项错误；Al ― ― → 失3e－ AlO－2 、CO(NH2)2 ― ― → 失2 × 3e－ N2，根据各电极 上转移电子数相等知，每消耗 0.1 mol Al，转移 0.3 mol 电子，生成 0.05 mol N2，在标准 状况下氮气的体积为 1.12 L，但 B 项未标明标准状况，B 项错误；根据电解池中 c 极上发生 氧化反应生成 N2 知，c 极为阳极，故 d 极为阴极，所以 a 极为负极，b 极为正极，正极的电 极反应为 HO－2 ＋H2O＋2e－===3OH－，反应后 b 极区溶液的 pH 增大，C 项错误；a 极为负极，b 极为正极，c 极为阳极，d 极为阴极，故电解过程中电子的流向为 a→d，c→b，D 项正确。 10．(2019·山西四校联考)用酸性甲醛燃料电池为电源进行电解的实验装置如图所示， 下列说法中正确的是(　D　) 5 A．当 a、b 都是铜时，电解的总反应方程式为：2CuSO4＋2H2O ===== 通电 2H2SO4＋2Cu＋O2↑ B．燃料电池工作时，正极反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．当燃料电池消耗 2.24 L 甲醛气体时，电路中理论上转移 0.2 mol e－ D．燃料电池工作时，负极反应为：HCHO＋H2O－2e－===HCOOH＋2H＋ 解析：氧气在正极通入，甲醛在负极通入，因此 a 是阴极，b 是阳极。当 a、b 都是铜 时，相当于是铜的精炼，A 错误；电解质为酸性电解质，则正极反应式为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O， B 错误；2.24 L 甲醛的物质的量不一定是 0.1 mol，则不能计算转移的电子数，C 错误；负极 甲醛失去电子转化为甲酸，D 正确。 11．模拟电渗析法淡化海水的工作原理示意图如下。已知 X、Y 均为隋性电极，模拟海 水中富含 Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO 2－4 等离子。下列叙述中不正确的是(　D　) A．N 是阴离子交换膜 B．Y 电极上产生有色气体 C．X 电极区域有浑浊产生 D．X 电极反应式为 2H2O－4e－===4H＋＋O2↑ 解析：Y 电极为阳极，电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2↑，为保持 Y 电极附近溶液呈电 中性，M、N 之间海水中的阴离子需透过离子交换膜 N 进入右侧溶液，则 N 为阴离子交换膜， A 正确；电解时，Y 电极上产生的 Cl2 为有色气体，B 正确；X 为阴极，电极反应式为 2H2O＋ 2e－===H2↑＋2OH－，溶液中 c(OH－)增大，易产生 Mg(OH)2、Ca(OH)2 沉淀而使 X 电极区域出 现浑浊，C 正确；X 电极为阴极，发生还原反应，电极反应式为 2H2O＋2e－===H2↑＋2OH－， D 错误。 12．净水器推销员用自来水做电解实验，一段时间后两极间产生灰绿色沉淀，并很快变 成红褐色，然后用净水器净化后的水做电解实验，两极上只有气体产生，水中并无沉淀，用 以证明自来水很“脏”。人们将自来水送检，却是合格的，下列有关说法合理的是(　C　) 6 A．推销员电解自来水时，用石墨作阳极；电解净化水时，用铁作阴极 B．电解自来水时，阴极反应式：O2＋2H2O＋4e－===4OH－ C．电解净化水时，a、b 两极的 pH 变化如图 2 所示 D．电解自来水实验中，若阴极产生气体为 3.36 L(标准状况)，则阳极质量减小 5.6 g 解析：推销员电解自来水时，用铁作阳极，铁失电子成为 Fe2＋，在阴极，水中的 H＋得 电子成为氢气，破坏了水的电离平衡生成了 OH－，Fe2＋与 OH－生成的氢氧化亚铁为灰绿色沉 淀，氢氧化亚铁很快被氧化为红褐色的氢氧化铁，推销员电解净化水时，用石墨作阳极，阳 极(b 极)电极反应为 4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阳极区 c(H＋)增大，pH 降低，阴极(a 极)电 极反应为 2H＋＋2e－===H2↑，阴极区 c(OH－)增大，pH 升高，故两极上只有气体产生，水中 并无沉淀，故 A、B 项错误，C 项正确；电解自来水实验中，若阴极产生气体(H2)为 3.36 L(标 准状况)，则转移的电子的物质的量为 3.36 L 22.4 L·mol－1×2＝0.3 mol，阳极铁失电子成为 Fe2 ＋，质量减小 0.3 mol 2 ×56 g·mol－1＝8.4 g，D 项错误。 13．用一种阴、阳离子双隔膜三室电解槽处理废水中的 NH＋4 ，模拟装置如图所示。下列 说法不正确的是(　D　) A．阳极室溶液由无色变成浅绿色 B．当电路中通过 1 mol 电子的电量时，阴极有 0.5 mol 的气体生成 C．电解时中间室(NH4)2SO4 溶液浓度下降 D．电解一段时间后，阴极室溶液中的溶质一定是(NH4)3PO4 解析：根据装置图知，Fe 为阳极，阳极上 Fe 失电子发生氧化反应生成亚铁离子，所以 阳极室溶液由无色变成浅绿色，A 正确；阴极上 H＋放电生成 H2，因此当电路中通过 1mol 电 子的电量时，阴极有 0.5 mol 的气体生成，B 正确；电解时，溶液中 NH ＋4 向阴极室移动，SO 2－4 向阳极室移动，中间室(NH4)2SO4 溶液浓度下降，C 正确；电解一段时间后，阴极室溶液不 一定是(NH4)3PO4，也可能得到酸式盐，D 错误。 14．如图甲为将 Pt 电极置于含有 Cu2＋和 Ag＋各 0.05 mol·L－1 的电解液中(阴离子为 NO－3 )，图乙是电解过程中消耗的电荷量与阴极质量变化的关系图，下列说法不正确的是 (　D　) 7 A．区间Ⅰ，在阴极上有金属银析出 B．区间Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中溶液的 pH 均降低 C．区间Ⅱ，在阳极上有氧气放出 D．区间Ⅱ析出的固体质量是区间Ⅰ的 2 倍 解析：本题考查电解池的知识，要求考生会判断两个电极的电极反应、电解质溶液中离 子浓度的变化、溶液 pH 的变化等。区间Ⅰ发生电解反应 4Ag＋＋2H2O ===== 电解 4Ag＋O2↑＋4H ＋，区间Ⅱ发生电解反应 2Cu2＋＋2H2O ===== 电解 2Cu＋O2↑＋4H＋，区间Ⅲ发生电解反应 2H2O ===== 电解 2H2↑＋O2↑。由以上分析知，区间Ⅰ析出金属银，区间Ⅱ析出金属铜，A 项不符合 题意。区间Ⅰ、Ⅱ生成 H＋，溶液中 c(H＋)增大，pH 降低；区间Ⅲ实质是电解水，溶液中 c(H ＋)增大，pH 降低，B 项不符合题意。区间Ⅱ阳极的电极反应为 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋，C 项不符合题意。在同一溶液中，析出等物质的量的 Cu 和 Ag，Cu 与 Ag 的质量比为 64∶108， D 项符合题意。 15．一种三室微生物燃料电池可用于污水净化、海水淡化，其工作原理如图所示，图中 有机废水中有机物可用 C6H10O5 表示。下列有关说法不正确的是(　C　) A．Cl－由中间室移向左室 B．X 气体为 CO2 C．处理后的含 NO －3 废水的 pH 降低 D．电路中每通过 4 mol 电子，产生 X 气体的体积在标准状况下为 22.4 L 解析：该原电池中，NO－3 得电子发生还原反应，则装置中右边电极是正极，电极反应为 2NO－3 ＋10e－＋12H＋===N2↑＋6H2O，装置左边电极是负极，负极上有机物失电子发生氧化反 应生成 X，有机物在厌氧菌作用下生成二氧化碳。放电时，电解质溶液中阴离子 Cl－移向负 极室(左室)，A、B 项正确；根据正极反应式可知 H＋参加反应导致溶液酸性减小，溶液的 pH 增大，C 项错误；根据负极上有机物失电子发生氧化反应，有机物在厌氧菌作用下生成二氧 化碳，电极反应为 C6H10O5－24e－＋7H2O===6CO2↑＋24H＋知，电路中每通过 4 mol 电子，产 8 生标准状况下 X 气体的体积为 4 24×6×22.4 L＝22.4 L，D 项正确。 16．(2019·湖北八校联考)下图所示的四个容器中分别盛有不同的溶液，除 a、b 外， 其余电极均为石墨电极。甲为铅蓄电池，其工作原理为 Pb＋PbO2＋2H2SO4 放电 充电 2PbSO4＋2H2O， 两个电极的电极材料分别为 PbO2 和 Pb。闭合开关 K，发现 g 电极附近的溶液先变红色，20 min 后，将 K 断开，此时 c、d 两极上产生的气体体积相同。 请回答下列问题： (1)a 电极的电极材料是 PbO2(填“PbO2”或“Pb”)。 (2)丙装置中发生电解的总反应方程式为 2H2O ===== 电解 2H2↑＋O2↑。 (3)电解 20 min 后，停止电解，此时要使乙中溶液恢复到原来的状态，需加入的物质及 其物质的量是 0.1_mol_Cu(OH)2 或 0.1_mol_CuO 和 0.1_mol_H2O。 (4)20min 后将乙装置与其他装置断开，然后在 c、d 两极间连接上灵敏电流计，发现电 流计指针偏转，则此时 c 电极为负极，d 电极上发生的电极反应为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O。 (5)电解后冷却至常温，取 a mL 丁装置中的溶液，向其中逐滴加入等物质的量浓度的 CH3COOH 溶液，当加入 b mL CH3COOH 溶液时，混合溶液的 pH 恰好等于 7(体积变化忽略不 计)。已知 CH3COOH 的电离平衡常数为 1.75×10－5，则 a b＝ 175 176。 解析：本题主要考查了电解原理及溶液中离子平衡的相关计算等。g 电极附近的溶液先 变红色，说明 g 为阴极，依次可推出 h 为阳极，a 为正极，b 为负极，c 为阴极，d 为阳极， e 为阴极，f 为阳极。(1)a 为正极，铅蓄电池的正极材料为 PbO2。(2)Al2(SO4)3 为活泼金属 的含氧酸盐，电解其水溶液的实质是电解水。(3)阴极上先析出 Cu，溶液中 Cu2＋反应完后， 阴极上开始产生 H2，阳极上始终产生 O2，设两极均产生气体 a mol，根据得失电子守恒可得 4a＝0.1×2＋2a，解得 a＝0.1，即电解过程中析出了 0.1 mol Cu、0.1 mol H2 和 0.1 mol O2，要使电解质溶液复原，根据“析出什么补什么”知，需要加入 0.1 mol Cu(OH)2 或 0.1 mol CuO 和 0.1 mol H2O。(4)电解 20 min 后，c 电极处有 H2 生成，d 电极处有 O2 生成，电解质溶 液为 H2SO4 溶液，断开 K，c、d 两极间连接上灵敏电流计后形成氢氧燃料电池，c 电极作负 极，d 电极作正极，发生的电极反应为 O2＋4H＋＋4e－===2H2O。(5)电解过程中共转移了 0.4 mol 电子，电解后丁装置中的溶液为 NaOH 溶液。加入 b mL CH3COOH 溶液时，混合溶液的 pH ＝7，则溶液中 c(OH－)＝c(H＋)，根据电荷守恒有 c(CH3COO－)＋c(OH－)＝c(H＋)＋c(Na＋)， 故 c(CH3COO－)＝c(Na＋)。K＝1.75×10－5＝ c(CH3COO－)·c(H＋) c(CH3COOH) ，c(H＋)＝1×10－7 mol·L－ 1 ， 则 c(CH3COOH) ＝ 1 175c(CH3COO － ) ， 混 合 溶 液 中 c(Na＋) c(CH3COOH)＋c(CH3COO－)＝ 9 c(CH3COO－) 1 175c(CH3COO－)＋c(CH3COO－) ＝ 175 176，由于 NaOH 溶液与 CH3COOH 溶液等浓度混合，故 a b＝ 175 176。 17．我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展，利用如图装置可发生反应：H2S＋ O2===H2O2＋S↓。 已知甲池中发生的反应： (1)装置中 H＋从乙池移向甲池(填“甲池”或“乙池”)。 (2)乙池溶液中发生的反应为 H2S＋I－3 ===3I－＋S↓＋2H＋。 解析：(1)从示意图中看出，电子流向碳棒一极，该极为正极，氢离子从乙池移向甲池。 (2)乙池溶液中，硫化氢与 I －3 发生氧化还原反应：硫化氢失电子变为硫单质，I －3 得电 子变为 I－，离子反应为 H2S＋I－3 ===3I－＋S↓＋2H＋。 18．(1)我国学者发明的一种分解硫化氢制氢气并回收硫的装置如图 1 所示： 10 ①该装置中能量转化的形式为光能转变为化学能和电能。 ②若 Y 极溶液中的电对(A/B)选用 I－3 /I－，装置工作时 Y 极上的电极反应式为 3I－－2e －===I－3 ，Y 极溶液中发生的离子反应为 I－3 ＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－；再列举一种可作为 Y 极 循环液的常见的电对：Fe3＋/Fe2＋。 ③该分解 H2S 制氢的方法主要优点是充分利用太阳能且不产生污染(或可在常温下实现， 操作容易等合理答案)。 (2)过二硫酸钾(K2S2O8)可通过“电解→转化→提纯”方法制得，电解装置示意图如图 2 所示。 ①电解时，铁电极连接电源的负极。 ②常温下，电解液中含硫微粒的主要存在形式与 pH 的关系如图 3 所示。 11 在阳极放电的离子主要是 HSO－4 ，阳极区电解质溶液的 pH 范围为 0～2，阳极的电极反 应式为 2HSO－4 －2e－===S2O2－8 ＋2H＋。 ③往电解产品中加入硫酸钾，使其转化为过二硫酸钾粗产品，提纯粗产品的方法为重结 晶。 (3)甲烷燃料电池工作原理如图 4 所示。a 气体是 O2，b 气体通入电极的反应式为 CH4＋ 2H2O－8e－===CO2＋8H＋。用该燃料电池作电源，以石墨作电极电解硫酸铜溶液，一段时间后， 若将 0.1 mol Cu2(OH)2CO3 溶解于该溶液，恰好使溶液恢复至起始成分和浓度，则燃料电池中 理论上消耗 CH4 的体积(标准状况)为 1.68_L。 (4)电解法治理硫化氢是先用 FeCl3 溶液吸收含 H2S 的工业废气，所得溶液用惰性电极 电解，阳极区所得溶液循环利用(如图所示)。 ①进入电解池的溶液中，溶质是 FeCl2、HCl。 ②阳极的电极反应式为 Fe2＋－e－===Fe3＋。 ③电解总反应的离子方程式是 2Fe2＋＋2H＋ ===== 电解 2Fe3＋＋H2↑。 解析：(1)②X 电极上是 H＋转化为 H2，元素化合价降低，发生还原反应，则 Y 电极应发 12 生氧化反应，反应式为 3I－－2e－===I－3 ；Y 极溶液中有 H2S，具有还原性，而 I －3 具有氧化 性，则二者可以发生氧化还原反应，离子方程式为 I－3 ＋H2S===S↓＋2H＋＋3I－；另一种可作 为 Y 极循环液的常见的电对为 Fe3＋/Fe2＋。③该分解 H2S 制氢的方法主要优点是充分利用太 阳能且无污染，可在常温下实现，操作容易等。(2)①电解时，铁作阴极，铁电极连接电源 的负极。②常温下，在阳极放电的离子主要是 HSO－4 ，电解 HSO －4 生成 S2O2－8 ，由图可知，HSO －4 存在的 pH 范围为－2～2，S2O 2－8 存在的 pH 范围为 0～2，阳极区电解质溶液的 pH 范围为 0～ 2；S 化合价不变，O 由－2 价升高至－1 价，失电子，阳极的电极反应式为 2HSO－4 －2e－===S2O 2－8 ＋2H＋。③往电解产品过二硫酸钠中加入硫酸钾，使其转化为过二硫酸钾粗产品，依据二 者的溶解度差异，提纯粗产品的方法为重结晶。(3)根据电子的移动方向可知，右侧电极为 负极，通入的气体为甲烷，左侧电极为正极，通入的气体为氧气，甲烷在负极上发生氧化反 应生成二氧化碳，电极反应式为 CH4＋2H2O－8e－===CO2＋8H＋；用该燃料电池作电源，以石 墨作电极电解硫酸铜溶液，一段时间后，若将 0.1 mol Cu2(OH)2CO3 溶解于该溶液，恰好使溶 液恢复至起始成分和浓度，说明电解生成的物质为：阴极上生成 0.2 mol Cu、0.1 mol 氢气， 阳极上生成 0.15 mol 氧气，转移电子 0.15 mol×4＝0.6 mol，则燃料电池中理论上消耗 CH4 的物质的量为 0.6 mol 8 ＝0.075 mol，标准状况下的体积为 0.075 mol×22.4 L·mol－1＝ 1.68 L。(4)①反应池中 FeCl3 与 H2S 反应生成硫单质、FeCl2、HCl，FeCl2 和 HCl 进入电解 池的溶液中，所以溶质为 FeCl2、HCl。②电解池的阳极发生氧化反应，二价铁离子失去 1 个电子生成三价铁离子，电极反应式为 Fe2＋－e－===Fe3＋。③电解氯化亚铁时，阴极发生氢 离子得电子的还原反应，电极反应式为 2H＋＋2e－===H2↑，阳极亚铁离子发生失电子的氧化 反应，电极反应式为 2Fe2＋－2e－===2Fe3＋，根据两极反应可写总的电解反应为 2Fe2＋＋2H＋ ===== 电解 2Fe3＋＋H2↑。 19．(2019·福建师大附中期末)甲烷和甲醇可以作燃料电池，具有广阔的开发和应用前 景，回答下列问题： (1)甲醇燃料电池(简称 DMFC)由于结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常 规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC 工作原理如图所示。 通入 a 气体的电极是原电池的负极(填“正”或“负”)，其电极反应式为 CH3OH＋H2O－ 6e－===CO2↑＋6H＋。 (2)室温时，某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行电解饱和氯化钠溶 液实验。如图所示 U 形管中氯化钠溶液的体积为 800mL。闭合 K 后，若每个电池甲烷用量为 0.224 L(已折算成标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电子的物质的量为 0.08_mol。若产生的气体全部逸出，电解后溶液混合均匀，电解后 U 形管中溶液的 pH 为 13。 13 (3)若用惰性电极电解 400 mL 一定浓度的 CuSO4 溶液(不考虑电解过程中溶液体积的变 化)，通电一段时间后，①若向所得溶液中加入 0.1 mol CuO 后，使溶液恰好恢复到电解前的 浓度和 pH，电解过程中总反应的离子方程式为 2Cu2＋＋2H2O ===== 通电 2Cu＋O2↑＋4H＋；②若 向所得的溶液中加入 0.1 mol Cu2(OH)2CO3 后，使溶液恰好恢复到电解前的浓度和 pH，则电 解过程中转移的电子为 0.6 mol。 (4)把物质的量均为 0.1 mol 的 AlCl3、CuCl2 和 H2SO4 溶于水制成 100 mL 的混合溶液， 用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条 件下体积相同。则电路中共转移 0.9mol 电子，此时铝元素以 Al3＋、Al(OH)3 形式存在(用化 学用语作答)。 解析：(1)由图可知，电子由左侧电极流出，说明气体 a 在该电极发生失去电子的氧化 反应，则左侧电极为负极，气体 a 为甲醇，电极反应式为 CH3OH＋H2O－6e－===CO2↑＋6H＋。 (2)碱性甲烷燃料电池的总反应为 CH4＋2O2＋2KOH===K2CO3＋3H2O，用石墨电极电解饱和 NaCl 溶液的总反应为 2NaCl＋2H2O ===== 通电 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，据得失电子守恒可得关系式：CH4～ 8e－～8NaOH，故每个电池甲烷用量为 0.224 L(标准状况，即 0.01 mol CH4)时，转移电子的 物质的量为 0.01 mol×8＝0.08 mol，该过程中生成 NaOH 的物质的量为 0.08 mol，则有 c(NaOH)＝ 0.08 mol 0.8 L ＝0.1 mol·L－1，故电解后 U 形管中溶液的 pH＝13。(3)①向所得溶液 中加入 0.1 mol CuO 可使电解质溶液复原，说明电解时阴极上 Cu2＋放电，阳极上 OH－放电， 故电解总反应式为 2Cu2＋ ＋2H2O ===== 通电 2Cu＋O 2↑＋4H ＋；②向所得溶液中加入 0.1 mol Cu2(OH)2CO3 可使电解质溶液复原，相当于加入 0.2 mol CuO 和 0.1 mol H2O，则电解时阴极 上 Cu2＋和 H＋放电，阳极上 OH－放电，故转移电子的物质的量为 0.2 mol×2＋0.1 mol×2＝ 0.6 mol。(4)电解物质的量均为 0.1 mol 的 AlCl3、CuCl2 和 H2SO4 的混合液，阳离子的放电 顺序：Cu2＋>H＋>Al3＋，阴离子的放电顺序：Cl－>OH－>SO2－4 ，故阴极上 Cu2＋首先放电生成 Cu，然后 H＋放电生成 H2，阳极上首先 Cl－放电生成 Cl2，然后 OH－放电生成 O2；设阴极生成 H2 的物质的量为 x mol，因两极产生气体体积相等，则阳极产生 Cl2 与 O2 共 x mol，而 0.5 mol Cl－完全放电生成 0.25 mol Cl2，则 O2 的物质的量为(x－0.25) mol，据得失电子守恒可得： 0.1 mol×2＋x mol×2＝0.5 mol×1＋(x－0.25) mol×4，解得 x＝0.35 mol，故电路中转 移电子的物质的量为 0.1 mol×2＋0.35 mol×2＝0.9 mol。生成 0.35 mol H2 时消耗 0.7 mol H＋，其中 0.1 mol H2SO4 提供 0.2 mol H＋，则水提供 0.5 mol H＋，同时生成 0.5 mol OH－， 由于生成 0.1 mol O2 时阳极上消耗 0.4 mol OH－，故整个过程中净生成 0.1 mol OH－，与 0.1 mol Al3＋反应生成 Al(OH)3 沉淀，而 Al3＋仍有剩余，因此 Al 元素的存在形式是 Al3＋、 14 Al(OH)3。 20．电化学在处理环境污染方面发挥了重要的作用。 (1)据报道以二氧化碳为原料采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种 燃料，其原理如图 1 所示。其中电解时 b 极上生成乙烯的电极反应式为 2CO2＋12H＋＋12e－ ===C2H4＋4H2O。 (2)利用电解原理可将 NO 还原为 N2，装置见图 2，以高质子导电性的 SCY 陶瓷(能传递 H ＋)为介质，金属钯薄膜作电极。钯电极 A 为阴极，电极反应式为 2NO＋4H ＋＋4e－===N2＋ 2H2O。 (3)脱去冶金工业排放烟气中 SO2 的方法有多种。离子膜电解法：利用硫酸钠溶液吸收 SO2，再用惰性电极电解。将阴极区溶液导出，经过滤分离硫黄后，可循环吸收利用，装置 如图 3 所示，则阴极的电极反应式为 SO2＋4H ＋＋4e －===S↓＋2H2O(或 H2SO3＋4H ＋＋4e － ===S↓＋3H2O)，阳极产生的气体的化学式为 O2。 解析：(1)b 电极与电源的负极相连为阴极，该极通入 CO2，故在该电极上 CO2 得电子后 结合迁移过来的 H＋生成乙烯，电极反应式为 2CO2＋12H＋＋12e－===C2H4＋4H2O。(2)因为 A 电极上 NO 得电子后生成 N2，故 A 电极为阴极，电极反应式为 2NO＋4H＋＋4e－===N2＋2H2O。 (3)由于阴极生成了硫黄，则在阴极上 SO2 在酸性溶液中得电子生成单质硫的同时生成了 H2O， 电极反应式为 SO2＋4H＋＋4e－===S↓＋2H2O；阳极发生氧化反应，溶液中 OH－失电子生成 O2，故产生的气体为 O2。