2019年高考化学化工流程全突破专题09化工流程中电化学的考查知识讲解.doc

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1、- 1 -专题 09 化工流程中电化学的考查原电池电极反应式的书写总的原则同化学方程式的书写：先写反应物，再写生成物，根据化合价标出得失电子数，再根据电荷守恒和物料守恒配平，同时注意溶液的酸碱性。1. 先确定原电池的正、负极，列出正、负极上的反应物质，并标出相同数目电子的得失。2. 注意负极反应生成的阳离子与电解质溶液中的阴离子是否共存。若不共存，则该电解质溶液中的阴离子应写入负极反应式；若正极上的反应物质是 O2，且电解质溶液为中性或碱性，则水必须写入正极反应式中，且 O2生成 OH ，若电解质溶液为酸性，则 H 必须写入正极反应式中，O 2生成水。3. 正、负极反应式相加得到电池反应的总反

2、应式。若已知电池反应的总反应式，可先写出较易书写的一极的电极反应式，然后在电子守恒的基础上，总反应式减去较易写出的一极的电极反应式，即得到较难写出的另一极的电极反应式。4. 燃料电池电极反应中，酸性溶液中不能出现 OH ，碱性溶液中不能出现 H ，水溶液中不能出现O2 ，而熔融电解质中 O2被还原为 O2 。典例 1 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 SiO2和少量 FeS、CdS、PbS 杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：相关金属离子c 0(Mn+)=0.1 molL-1形成氢氧化物沉淀的 pH 范围如下：金属离子 Fe3+ Fe2+ Zn2+ Cd2+

3、开始沉淀的 pH 1.5 6.3 6.2 7.4沉淀完全的 pH 2.8 8.3 8.2 9.4回答下列问题：（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为_。- 2 -（2）滤渣 1 的主要成分除 SiO2外还有_；氧化除杂工序中 ZnO 的作用是_，若不通入氧气，其后果是_。（3）溶液中的 Cd2+可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为_。（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。【答案】ZnS+ O2 ZnO+SO2PbSO4调节溶液的 pH 无法除去杂质Fe2+Zn+Cd2+ Zn2+CdZn2+2e Zn 溶浸典例 2 三氧化二镍（

4、Ni 2O3）是一种重要的电子元件材料和蓄电池材料。工业上利用含镍废料（镍、铁、钙、镁合金为主）制取草酸镍（NiC 2O42H2O） ，再高温煅烧草酸镍制取三氧化二镍。已知草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水。工艺流程图如图所示：请回答下列问题：- 3 -（1）操作为_。（2）加入 H2O2发生的主要反应的离子方程式为_；加入碳酸钠溶液目的是调溶液的 pH 值在 4.05.0，用化学用语回答加入碳酸钠的目的_。（3）草酸镍（NiC 2O42H2O）在热空气中干燥脱水后在高温下煅烧，可制得 Ni2O3，同时获得混合气体，NiC 2O4受热分解的化学方程式为_。（4）加入草酸后如何证明沉淀完全_；过滤 N

5、iC2O4沉淀时如何洗涤沉淀_。（5）以 Al 和 NiO(OH)为电极，NaOH 溶液为电解液组成一种新型电池，放电时 NiO(OH)转化为 Ni(OH)2，则该电池负极的电极反应式为_。【答案】加酸溶解，过滤 2Fe2+H2O2+2H+2Fe 3+2H2OCO32-+2H+CO 2+2H 2O ，CO 32-+H2OHCO3-+OH-，CO 32-先与酸反应，之后再水解使溶液呈碱性促进铁离子水解沉淀完全2NiC2O4 Ni2O3+3CO+ CO2静置取上层清液少许于试管中，再加入少量草高 温 = = = = =酸溶液，若试管内无沉淀产生说明已经沉淀完全沿玻璃棒向漏斗中加蒸馏水至液面浸没沉淀

6、，待水自然流下后，重复操作 2-3 次 Al+4OH-3e- = AlO2-+2H2O典例 3 亚铁氰化钾 K4Fe(CN)6俗名黄血盐，可溶于水，不溶于乙醇。以某电镀厂排放的含NaCN 度液为主要原料制备黄血盐的流程如下：- 4 -请回答下列问题：(1)常温下，HCN 的电离常数 Ka=6.210-10。实验室配制一定浓度的 NaCN 溶液时，将 NaCN 溶解于一定浓度的 NaOH 溶液中，加水稀释至指定浓度，其操作的目的是_。浓度均为 0.5mol/L 的 NaCN 和 HCN 的混合溶液显_(填“酸” “碱”或“中”)性，通过计算说明：_。(2)转化池中发生复分解反应生成 K4Fe(C

7、N)6，说明该反应能发生的理由：_。(3)系列操作 B 为_。(4)实验室中，K 4Fe(CN)6可用于检验 Fe3+，生成的难溶盐 KFeFe(CN)6可用于治疗可溶性盐Tl2SO4中毒，得到 K2SO4及另外一种复杂难溶物，试写出上述治疗 Tl2SO4中毒的离子方程式：_。(5)一种太阳能电池的工作原理如图所示，电解质为铁氰化钾 K3Fe(CN)6和亚铁氰化钾K4Fe(CN)6的混合溶液。K +移向催化剂_(填“a”或“b”)。催化剂 a 表面发生的反应为_。【答案】抑制水解碱根据 Khc(HCN)c(OH )/c(CN )可知，K hc(HCN)c(OH )c(H+)/c(CN )c(H

8、+)K W/Ka110 14 /6.21010 1.610 -56.210 10 ，即水解平衡常数大于电离平衡常数，所以溶液呈碱性相同温度下 K4Fe(CN)6的溶解度小于 Na4Fe(CN)6过滤、洗涤、干燥 KFeFc(CN)6(s)+Tl+(aq)TlFeFe(CN) 6(s)+K+(aq)bFe(CN)64 -e Fe(CN) 63- 5 -电解产物的判断及电极反应式的书写 判断电解池的阴、阳极 根据外接电源的正、负极判断：电源正极连接阳极；电源负极连接阴极。 根据电极产物判断：电极溶解、逸出 O2(或电极区变酸性)或逸出 Cl2的为阳极；析出金属、逸出 H2(或电极区变碱性)的为阴极

9、。 分析电解质水溶液的组成找全离子并分阴、阳两组(不要忘记水溶液中的 H 和 OH )。 离子的放电顺序阴极：（阳离子在阴极上的放电顺序(得 e-)）Ag+Hg2+Fe3+Cu2+H+Pb2+Sn2+Fe2+Zn2+ Al3+Mg2+Na+Ca2+K+ 阳极： 是活性电极时：电极本身溶解放电 是惰性电极时：阴离子在阳极上的放电顺序（失 e-）：S2-I-Br-Cl-OH-NO3-SO42-(等含氧酸根离子)F - 写出两极电极反应式 阳极：活性电极失去电子生成相应的金属阳离子；溶液中的阴离子失去电子生成相应的单质或高价态化合物。 阴极：溶液中的阳离子得到电子生成相应的单质或低价态化合物。- 6

10、 - 写出电解总反应式在两极转移电子数目相同的前提下，两极反应式相加即可得总反应的化学方程式或离子方程式。典例 4 硼氢化钠(NaBH 4，硼为+3 价)为白色粉末，在干燥空气中稳定，在潮湿空气中分解，是常用的还原剂。偏硼酸钠（NaBO 2）易溶于水，不溶于乙醇，易水解。目前有多种工艺可制备 NaBH4。（1）用硼精矿（含有一定量 B2O3，及 Al2O3、SiO 2、Fe 2O3等杂质）制取 NaBH4的流程如下： “溶解”时，B 2O3与 NaOH 反应生成了 NaBO2，反应离子方程式为_。 “除硅铝”步骤加入 CaO，而不加入 CaCl2的原因有：能将硅、铝以沉淀除去；尽量不带入杂质离

11、子；_。 “操作 2”是将滤液蒸发、结晶、洗涤，其中洗涤选用的试剂最好是_。 “反应 1”是 MgH2与 NaBO2混合得到 NaBH4和 MgO，其化学方程式为_。（2）我国孙彦平采用耐腐蚀电极材料，以阳离子交换膜为隔离膜，电解偏硼酸钠的碱溶液，也可以高效制备 NaBH4。该工艺阳极产物为_，阴极电极方程式为_。【答案】 B2O3+2OH-=2BO2-+H2O 加入 CaO 使溶液呈碱性，抑制 NaBO2的水解 乙醇 2MgH2+NaBO2=NaBH4+2MgO O2 BO2-+8e-+6H2O=BH4-+8OH- 7 -BO2-+8e-+6H2O=BH4-+8OH-。典例 5 工业上用菱锰

12、矿（MnCO 3） 含 FeCO3、SiO 2、Cu 2(OH) 2CO3等杂质为原料制取二氧化锰，其流程示意图如下：已知：生成氢氧化物沉淀的 pHMn(OH)2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Cu(OH)2开始沉淀时 8.3 6.3 2.7 4.7完全沉淀时 9.8 8.3 3.7 6.7- 8 -注：金属离子的起始浓度为 0.1 mol/L回答下列问题：（1）含杂质的菱锰矿使用前需将其粉碎，主要目的是_。盐酸溶解 MnCO3的化学方程式是_。（2）向溶液 1 中加入双氧水时，反应的离子方程式是_。（3）滤液 2 中加入稍过量的难溶电解质 MnS，以除去 Cu2+，反应的离子方程式是_。（

13、4）将 MnCl2转化为 MnO2的一种方法是氧化法。用酸化的 NaClO3溶液将 MnCl2氧化生成MnO2和 Cl2，该反应的离子方程式为_。（5）将 MnCl2转化为 MnO2的另一种方法是电解法。 生成 MnO2的电极反应式是_。 若直接电解 MnCl2溶液，生成 MnO2的同时会产生少量 Cl2。检验 Cl2的操作是_。 若在上述 MnCl2溶液中加入一定量的 Mn(NO3)2粉末，则无 Cl2产生。其原因是_。【答案】 增大接触面积，提高反应速率 MnCO3+2HCl=MnCl2+CO2+H 2O 2Fe2+H 2O24H 2O=2Fe(OH)34H + MnSCu 2 Mn 2

14、CuS 5Mn2 2ClO 3-4H 2OCl 25MnO 28H Mn2 2e -2H 2OMnO 24H + 将润湿的淀粉碘化钾试纸置于阳极附近，若试纸变蓝则证明有 Cl2生成 其它条件不变下，增大 Mn2+浓度，有利于 Mn2+放电【解析】分析：用菱锰矿（MnCO 3） 含 FeCO3、SiO 2、Cu 2(OH) 2CO3等杂质为原料制取二氧化锰，- 9 -典例 6 KMnO4是一种重要的氧化剂，广泛用于化学分析和化工生产以反水处理工业。工业上可由软锰矿(主要成分为 MnO2)制备，目前有两种较为成熟的制法。其模拟流程如下图所示：附表：不同温度下若干常见钾的化合物的溶解度（单位：g/(

15、100g H 2O)）化学式 20C 30C 40C 60C 80C 100CCH3COOK 256 283 324 350 381K2SO4 11.1 13 14.8 18.2 21.4 24.1- 10 -KCl 34.2 37.2 40.1 45.8 51.3 56.3KMnO4 6.34 9.03 12.6 22.1K2CO3 111 114 117 127 140 156（1） “熔融”时，可用作坩锅材质的是_(填序号)。A氧化铝 B陶瓷 C氧化镁 D石英（2）写出 MnO2和 KOH 熔融物中通入富氧空气时获得 K2MnO4的化学方程式_。（3） “酸歧化法”是在 pH7 时，Fe

16、 2+部分生成 Fe（II）氨络离子Fe（NH 3） 22+。请回答下列问题：（1）为保证产物 TiO(OH)2的纯度，加入试剂 A 要适量。试剂 A 为_。（2）煅烧回收的 TiO（OH） 2，获得的 TiO2会发黄，发黄的杂质可能是_（填化学式） 。（3）滤渣 I 的主要成分除 Fe(OH)2、Al（OH） 3外，还含有_。（4）加入 H2O2的目的是氧化除掉 Fe（II）氨络离子Fe（NH 3） 22+，配平下列离子方程式：2Fe（NH 3） 22+ +_+4H2O +H2O2 =_ + 4NH3H2O（5）电解制备过二硫酸铵的装置如下图所示。S 2O82-中 S 元素的化合价为+6，其

17、中过氧键的数目为_。电解时，铁电极连接电源的_极。常温下，电解液中含硫微粒主要存在形式与 pH 的关系如下图所示。在阳极放电的离子主要为 HSO4-，阳极区电解质溶液的 pH 范围为_，阳极的电极反应式为_。【答案】 铁粉 Fe2O3 Fe(OH)3 4OH- 2Fe(OH)3 1 负 0pH2 2HSO4- - 2e- = S2O82- + 2H+- 13 -根据图示可知，在阳极放电的离子主要为 HSO4-，阳极区电解质溶液的 pH 范围为0pH2；HSO 4-失电子变为 S2O82-，发生氧化反应，阳极的电极反应式为 2HSO4- - 2e- = S2O82- + 2H+；正确答案：0pH

18、2；2HSO 4- - 2e- = S2O82- + 2H+。典例 8 铅精矿可用于冶炼金属铅，其主要成分为 PbS。I火法炼铅将铅精矿在空气中焙烧，生成 PbO 和 SO2。（1）用铅精矿火法炼铅的反应的化学方程式为_。（2）火法炼铅的废气中含低浓度 SO2，可将废气通入过量氨水中进行处理，反应的离子方程式为_。II湿法炼铅在制备金属铅的同时，还可制得硫磺，相对于火法炼铅更为环保。湿法炼铅的工艺流程如下：已知：不同温度下 PbCl2的溶解度如下表所示。温度（） 20 40 60 80 100溶解（g） 100 1.42 1.94 2.88 3.20- 14 -PbCl 2为能溶于水的弱电解质

19、，在 Cl-浓度较大的溶液中，存在平衡：PbCl 2(aq)+2Cl-(aq)PbCl42-(aq) （3）浸取液中 FeCl3的作用是_。（4）操作 a 为加适量水稀释并冷却，该操作有利于滤液 1 中 PbCl2的析出，分析可能的原因是_。（5）将溶液 3 和滤液 2 分别置于如图所示电解装置的两个极室中，可制取金属铅并使浸取液中的 FeCl3再生。溶液 3 应置于_（填“阴极室”或“阳极室” ）中。简述滤液 2 电解后再生为 FeCl3的原理：_。若铅精矿的质量为 a g，铅浸出率为 b ，当电解池中通过 c mol 电子时，金属铅全部析出，铅精矿中 PbS 的质量分数的计算式 为_。【答

20、案】 2PbS + 3O2 2PbO + 2SO2 2NH3H2O + SO2 2NH4+ + SO32- + H2O 使 Pb 元素从难溶固体 PbS 转化成溶液中的 PbCl4-，S 元素转化成单质硫成为滤渣 加水稀释使 PbCl2(aq) + 2Cl-(aq) PbCl42-(aq)平衡向左移动；温度降低 PbCl2溶解度减小 阴极室 阳极发生电极反应：Fe 2+ - e- Fe3+（或 2Cl- -2e- Cl2；Cl 2 + 2Fe2+ = 2Fe3+ + 2Cl-，文字表述也可） ，使 c(Fe3+)升高，同时 Cl-通过阴离子交换膜向阳极移动，使FeCl3再生 - 15 -典例

21、9 工业废水、废渣不经处理，会对环境造成很大的危害。利用化学原理可以对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测、处理及应用。某工厂对制革工业污泥中 Cr（）的处理工艺流程如下，Cr（）最终转化为 CrOH(H2O)5SO4。常温下，部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时，溶液的 pH 如下：- 16 -阳离子 Fe3+ Mg2+ Al3+ 开始沉淀时的 pH 2.7 沉淀完全时的 pH 3.7 11.1 8其中硫酸浸取液中的金属离子主要是 Cr3+，其次是 Fe3+、Al 3+、Ca 2+和 Mg2+。（1）实验室用 18.4mol/L 的浓硫酸配制 225mL4.8mol/L 的 H2SO4溶液，所用的玻

22、璃仪器除烧杯、玻璃棒、量筒和胶头滴管外，还需_，配制时所需浓 H2SO4的体积为_mL（小数点后保留一位数字） 。（2）酸浸时，为了提高浸取率，除了适当增大酸的浓度外，还可采取的措施有_（答出一点即可） 。（3）H 2O2的作用是将滤液 I 中的 Cr3+转化为 Cr2O72-，写出此反应的离子方程式_。（4）加入 NaOH 溶液使溶液呈碱性，Cr 2O72-转化为 CrO42-溶液的 pH 不能超过 8，其理由_。钠离子交换树脂的反应原理为 Mn+nNaRMR n+nNa+，利用钠离子交换树脂除去的滤液中的金属阳离子是_。（5）写出上述流程中用 Na2SO3进行还原时发生反应的化学方程式_。

23、（6）工业上还可用电解法制备重铬酸钠，其装置示意图如图阴极的电极反应式为_， 阳极的电极反应式为_。【答案】 250mL 容量瓶 65.2 升高反应温度 加快搅拌速度 2Cr3+3H2O2+H2O=Cr2O72-+8H+ pH 超过 8 会使部分 Al(OH)3溶解生成 AlO2-，最终影响 Cr(III)的回收与再利用 Ca 2+、Mg 2+ 3Na2SO3+2Na2CrO4+15H2O=2CrOH(H2O)5SO4+Na 2SO4+8NaOH 2H+2e-= H2（或 4H2O+4e-= 2H2+4OH -） 4OH -4e-=2H2O+O2- 17 -典例 10 MnO2是一种重要的化工

24、原料，工业上用粗 MnO2（含有较多的 MnO 和 MnCO3）样品转化为较纯净 MnO2的流程如图所示：（1）第步反应中的硫酸能否用浓盐酸代替？_(填“能”或“否”)，理由是_。（2）第步操作中，氧化性强弱顺序：ClO 3_MnO2(填“”或“”)，写出操作中发反应的离子方程式：_；当反应中转移 2mol 电子时，生成的氧化产物的物质的量为_mol。（3）工业上用 MnO2为原料制取 KMnO4，第一步将 MnO2和 KOH 粉碎，混匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌，制取 K2MnO4；第二步将 K2MnO4浓溶液用惰性电极进行电解，在阳极上得到 KMnO4，在阴极上得到 KOH。制取 K

25、2MnO4的化学反应方程式为_，工业上不断搅拌的目- 18 -的是_。（4）二氧化锰含量可用碘量法测定，其原理为在盐酸介质中，二氧化锰能定量地将碘离子氧化成碘，以淀粉为指示剂用 0.1000mol/L 硫代硫酸钠标准溶液滴定碘而确定二氧化锰含量：MnO2+4HCl+2KI MnCl2+I2+2KCl+2H2OI2+2Na2S2O3 2NaI+Na2S4O6取较为纯净的二氧化锰样品 a g 加入到适量的盐酸和 KI 溶液中，反应完毕用 Na2S2O3滴定反应后的溶液，消耗 VmLNa2S2O3溶液，则该样品中 MnO2含量为_%（杂质不参与反应） 。【答案】 否 浓盐酸能被 MnO2氧化生成 C

26、l2 5Mn2+2 ClO3+4H2O 5MnO2+Cl2+8H + 1 2MnO2+4KOH+O2 2 K2 MnO4+2H2O 使反应物与 O2充分接触，提高二氧化锰的转化率 0.435V/a- 19 -典例 11 以化工厂铬渣( 含有 Na2SO4及少量 Cr2O72-、Fe 3+)为原料提取硫酸钠的工艺流程如下：已知：Fe 3+、Cr 3+完全沉淀(c1.010 -5molL-1)时 pH 分别为 3.6 和 5。回答下列问题：（1）根据下图信息，操作 B 的最佳方法是_。- 20 -（2） “母液”中主要含有的离子为_。（3）酸化后的 Cr2O72-可被 SO32-还原，该反应的离子

27、方程式为_。（4）酸化、还原操作时，酸 C 和 Na2SO3溶液是_(填“先后加入”或“混合后加入”),理由是_。（5）若 pH=4.0 时，溶液中 Cr3+尚未开始沉淀，则溶液中允许 Cr3+浓度的最大值为_。（6）根据 2CrO42-+2H+ Cr2O72-+H2O 设计图示装置，以惰性电极电解 Na2CrO4溶液制取Na2Cr2O7,图中右侧电极与电源的_极相连，其电极反应式为_。透过交换膜的离子为_，该离子移动的方向为_ (填“ab”或“ba”)。【答案】 蒸发结晶、趁热过滤 Na +、SO 42-、Cr 2O72- 3SO32-+Cr2O72-+8H+=2Cr3+3SO42-+4H2O 先后加入 避免 Na2SO3与 H2SO4直接反应而降低还原效率 0.01mol/L 正极 4OH -4e-=O2+2H 2O(或 2H2O-4e-=O2+4H +) Na+ ba- 21 -