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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Fe＋NiO2＋2H2O放电充电Fe(OH)2＋Ni(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。①此装置中爱迪生蓄电池的负极是_______(填“a”或“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___________。②写出在用电解法制取高铁酸钠时，阳极的电极反应式________________________________________________。③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O2＋4e－＋2H2O===4OH－Fe2O3·xH2O2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋氧化反应aFe－6e－＋8OH－===FeO2－4＋4H2OBC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O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铁锈的主要成分为Fe2O3的水合物，可表示为Fe2O3·xH2O。由于在生锈的钢铁中，Fe过量，当Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O反应后又发生2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋反应，所以检测不到Fe3＋。(2)①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。②在FeO2－4中Fe的化合价为＋6价，所以Fe应失去6e－，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO2－4＋4H2O。③Na2FeO4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。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O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铁锈的主要成分为Fe2O3的水合物，可表示为Fe2O3·xH2O。由于在生锈的钢铁中，Fe过量，当Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O反应后又发生2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋反应，所以检测不到Fe3＋。(2)①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。②在FeO2－4中Fe的化合价为＋6价，所以Fe应失去6e－，电极反应式为Fe－6e－＋8OH－===FeO2－4＋4H2O。③Na2FeO4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。2．＋6价铬易被人体吸收，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Cr2O2－7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Cr2O2－7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两个重要化学性质___________________、_____________________________。铬在稀硝酸中可以发生钝化0.05铬比铜活泼解析其反应原理为阳极：Fe－2e－===Fe2＋、阴极：2H＋＋2e－===H2↑，Cr2O2－7＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，Cr3＋＋3OH－===Cr(OH)3↓，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。(1)16.8g56g·mol－1·16＝0.05mol。(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NO－3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，试回答下列问题：①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的________腐蚀。②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为_______________________________________。图12Cl－＋2H2O=====电解2OH－＋H2↑＋Cl2↑吸氧解析(1)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，铁发生吸氧腐蚀。②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2OH－＋Cl2↑＋H2↑。(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。①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”)通过阳离子交换膜的离子数。②制得的氢氧化钠溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)________导出。③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：__________________________________________________。④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·mol－1，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。571.64OH－－4e－===2H2O＋O2↑小于DH＋放电促进水的电离，使OH－浓度增大H2－2e－＋2OH－===2H2O图2解析(2)①该电解槽中阳极为OH－放电，电极反应式为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑。阳极OH－放电，因此SO2－4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。②NaOH在阴极产生，因此从出口D导出。③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。④碱性氢氧燃料电池中负极为H2放电，电极反应式为H2－2e－＋2OH－===2H2O。该电池的总反应式为2H2＋O2===2H2O，由于H2(g)＋12O2(g)===H2O(l)ΔH＝－285.8kJ·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·mol－1×2mol＝571.6kJ。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____________________。紫色向D方向负正移动，两极有气体产生4OH－－4e－===2H2O＋O2↑4H＋＋4e－===2H2↑组成氢氧燃料电池是解析根据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，MnO－4向阳极移动，即向D移动，电极反应式为阳极：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，阴极：4H＋＋4e－===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。Ⅰ.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___________________________。(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：①取0.01mol·L－1FeCl3溶液2mL于试管中，加入过量铁粉；②取操作①试管的上层清液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀；③取少量正极附近溶液加入2滴K3[Fe(CN)6]溶液，未见蓝色沉淀生成；④取少量正极附近溶液加入2滴KSCN溶液，未见溶液变血红；据②、③、④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_________________________________________________。在钢铁表面刷一层油漆(其他合理答案均可)Zn－2e－===Zn2＋铁参与反应，被氧化生成Fe2＋和Fe3＋正极附近溶液不含Fe2＋和Fe3＋Ⅱ.利用下图装置作电解50mL0.5mol·L－1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IO－3)；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：①____________________________________________；②____________________________________________。(2)分析实验记录B中浅蓝色固体可能是__________(写化学式)，试分析生成该物质的原因_________________________________________________________________________________________。2I－＋Cl2===I2＋2Cl－5Cl2＋I2＋6H2O===10Cl－＋2IO－3＋12H＋Cu2＋浓度下降，H＋开始放电，溶液pH增大，Cu2＋转化为Cu(OH)2沉淀Cu(OH)2电解较长时间后，解析Ⅰ.该装置形成铁、锌原电池，其负极反应为Zn－2e－===Zn2＋，若正极铁参与反应，则生成Fe2＋或Fe3＋或Fe2＋、Fe3＋。(3)根据实验现象推断，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。Ⅱ.