1、【 精品教育资源文库 】 课时达标 第 24讲 1某实验小组同学对电化学原理进行了一系列探究活动。 (1)如图为某实验小组依据氧化还原反应： _Fe Cu2 =Fe2 Cu_(用离子方程式表示 )，设计的原电池装置，反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差 12 g，导线中通过 _0.2_mol电子。 (2)其他条件不变，若将 CuCl2 溶液换为 NH4Cl 溶液，石墨电极反应式为 _2H 2e=H2 _，这是由于 NH4Cl 溶液显 _酸性 _(填 “ 酸性 ”“ 碱性 ” 或 “ 中性 ”) ，用离子方程式表示溶液显此性的原因 ： _NH4 H2 3H 2O H _；用吸管吸
2、出铁片附近溶液少许置于试管中，向其中滴加少量新制饱和氯水，写出发生反应的离子方程式： _2Fe2 Cl2=2Fe3 2Cl _，然后滴加几滴硫氰化钾溶液，溶液变红，继续滴加过量新制饱和氯水，颜色褪去，同学们对此做了多种假设，某同学的假设是： “ 溶液中的 3价铁被氧化为更高的价态。 ” 如果 3 价铁被氧化为 FeO24 ，试写出该反应的离子方程式： _2Fe3 3Cl28H2O=2FeO24 6Cl 16H _。 (3)其他条件不变，若将盐桥换成铜导线与石墨相连成 n 型，如图所示。一段时间后，在装置甲中铜丝附近滴加酚酞试液，现象是 _溶液变红 _，电极反应式为 _O2 2H2O 4e=4O
3、H _；装置乙中石墨 (1)为 _阴 _极 (填 “ 正 ”“ 负 ”“ 阴 ” 或 “ 阳 ”) ，装置乙中与铜丝相连的石墨电极上发生的反应式为 _2Cl 2e =Cl2 _，产物常用 _湿润的淀粉 KI试纸 _检验，反应的离子方程式为 _Cl2 2I =2Cl I2_。 解 析 (1)设导线中通过的电子的物质的量为 x mol，则负极减少 28x g，正极增重 32x g,28x 32x 12， x 0.2。 (2)NH4Cl 水解溶液显酸性，正极上 H 得电子，负极上 Fe 失电子生成 Fe2 。 Cl2将 Fe2 氧化为 Fe3 ， Cl2过量时，发生的反应为 2Fe3 3Cl2 8H
4、2O=2FeO24 6Cl 16H 。 (3)将盐桥改为铜丝和石墨后装置甲成为原电池，装置乙成为电解池。装置甲中 Fe为负极， Cu 为正极，正极电极反应式为 O2 2H2O 4e =4OH ，滴加酚酞后变红色。 装置乙中石墨 (1)为阴极，与铜丝相连的电极为阳极，电极反应式为 2Cl 2e =Cl2 ， Cl2【 精品教育资源文库 】 可用湿润的淀粉 KI 试纸检验。 2锂离子电池的应用很广，其正极材料可再生利用。某锂离子电池正极材料有钴酸锂(LiCoO2)、导电剂乙炔黑和铝箔等。充电时，该锂离子电池负极发生的反应为 6C xLi xe =LixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某
5、些金属资源 (部分条件未给出 )。 回答下列问题： (1)LiCoO2中， Co元素的化合价为 _ 3_。 (2)写出 “ 正极碱 浸 ” 中发生反应的离子方程式为 _2Al 2OH 6H2O=2Al(OH)4 3H2 _。 (3)“ 酸浸 ” 一般在 80 下进行，写出该步骤中发生的所有氧化还原反应的化学方程式： _2LiCoO2 3H2SO4 H2O2= Li2SO4 2CoSO4 O2 4H2O、 2H2O2= 2H2O O2 _； 可用盐酸代替 H2SO4和 H2O2的混合液，但缺点是 _有氯气生成，污染环境 _。 (4)写出 “ 沉钴 ” 过程中发生反应的化学方程式： _CoSO4
6、2NH4HCO3=CoCO3 (NH4)2SO4 H2O CO2 _。 (5)充放电过程中发生 LiCoO2与 Li1 xCoO2之间的转化，写出放电时电池的反应方程式：_Li1 xCoO2 LixC6=LiCoO2 6C_。 (6)上述工艺中 “ 放电处理 ” 有利于锂在正极的回收，其原因是 _Li 从负极中脱出，经电解质向正极移动并进入正极材料中 _。在整个回收工艺中，可回收的金属化合物有_Al(OH)3、 CoCO3、 Li2SO4_(填 化学式 )。 解析 (1)Li 和 O 的化合价分别是 1 和 2，所以该化合物中 Co 的化合价是 (22 1) 3。 (2)正极材料中的金属铝能和
7、氢氧化钠溶液反应，反应的离子方程式是 2Al 2OH 6H2O=2Al(OH)4 3H2 。 (3)根据流程可知，有 CoSO4生成，这说明在反应中 LiCoO2是氧化剂，双氧水是还原剂，因此该反应的化学方程式是 2LiCoO2 3H2SO4 H2O2= Li2SO42CoSO4 O2 4H2O；在反 应中双氧水是过量的，则过量的双氧水会发生自身的氧化还原反【 精品教育资源文库 】 应，即 2H2O2= 2H2O O2 ；如果用盐酸代替，则氯化氢会被氧化生成氯气，会造成环境污染。 (4)根据原子守恒可知，在反应中还有硫酸铵、 CO2和 H2O生成，所以反应的化学方程式是 CoSO4 2NH4
8、HCO3=CoCO3 (NH4)2SO4 H2O CO2 。 (5)根据充电时该锂离子电池负极发生的反应 6C xLi xe =LixC6可知，放电时 LixC6在负极失去电子，则 Li1 xCoO2在正极 得到电子，所以放电时电池反应式是 Li1 xCoO2 LixC6=LiCoO2 6C。 3熔融盐燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的 K2CO3(其中不含 O2 和 HCO3 )为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。该燃料电池负极电极反应式为 2C4H10 26CO23 52e =34CO210H2O。 试回答下列问题：
9、 (1)该燃料电池的化学反应方程式为 _2C4H10 13O2=8CO2 10H2O_。 (2)正极电极反应式为 _O2 2CO2 4e =2CO23 _。 (3)为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是 _CO2_，它来自 _负极生成的产物 _。 (4)某学生想用该燃料电池和如图所示装置来电解饱和食盐水。 写出反应的离子方程式： _2Cl 2H2O=通电 Cl2 H2 2OH _。 将湿润的淀粉 KI 试 纸放在该装置附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去，这是因为过量的 Cl2将生成的 I2氧化。若反应的 Cl2
10、和 I2的物质的量之比为 51 ，且生成两种酸。该反应的化学方程式为 _5Cl2 I2 6H2O=10HCl 2HIO3_。 若电解后得到 200 mL 3.25 mol/L NaOH 溶液，则消耗 C4H10 的体积在标准状况下为_560_mL。 解析 (2)用总化学方程式减去负极电极反应式即得正极电极反应式。 (3)因为负极消耗CO23 而生成 CO2，所以要保持稳定，正 极需要生成 CO23 ，所需 CO2可以由负极生成的产物提供。(4)根据串联电路中各电极得失电子数相等，电解后得到 NaOH 的物质的量为 3.25 mol/L0.2 L 0.65 mol，即电解池阴极有 0.65 mo
11、l H 得到了 0.65 mol 电子，所以燃料电池的负极消耗 C4H10的体积为 (0.65 mol26)22.4 L/mol 0.56 L 560 mL。 4如图所示的装置， X、 Y都是惰性电极。将电源接通后，向装置甲中滴入酚酞溶液，【 精品教育资源文库 】 在 Fe极附近显红色。试回答下列问题： (1)在电源中， B电极为 _负 _极 (填电极名称，下同 )；装置丙中 Y电极为 _阴 _极。 (2)在装置甲中，石墨 (C)电极上发生 _氧化 _(填 “ 氧化 ” 或 “ 还原 ”) 反应；装置甲中总的化学方程式是 _2NaCl 2H2O=电解 Cl2 H2 2NaOH_。 (3)装置
12、丙在通电一段时间后， X电极上发生的电极反应式是 _2Cl 2e =Cl2 _。 (4)如果装置乙中精铜电极的质量增加了 0.64 g，请问装置甲中，铁电极上产生的气体在标准状况下为 _0.224_L。 解析 (1)电源接通后，向装置甲中滴入酚酞溶液，在 Fe 极附近显红色，说明在 Fe 电极附近的水溶液显碱性，则在该电极上是 H 放电，所以 Fe 为阴极，与直流电源的负极相连。因此在电源中， B电极为负极， A电极为正极。在装置丙中 Y电极为阴极。 (2)在装置甲中，石墨 (C)电极为电解池的阳极，发生氧化反应。由于在 NaCl溶液中放电能力： Cl OH ，所以在 C 电极上发生氧化反应：
13、 2Cl 2e =Cl2 。装置甲中总的化学方程式是 2NaCl2H2O=电解 Cl2 H2 2NaOH。 (4)如果装置乙中精铜电极的质量增加了 0.64 g， n(Cu) 0.01 mol，则 n(e ) 0.02 mol。由于在整个闭合回路中电子转移数目相等，所以铁电极上产生的氢气为 0.01 mol，在标准状况下为 0.224 L。 5 (1)二氧化氯 (ClO2)为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。目前已开发出用电解法制取 ClO2的新工艺。 图中用石墨作电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取 ClO2。则阳极产生 ClO2的电极反应式为 _Cl 5e
14、2H2O=ClO2 4H _。 电解一段时间，当阴极产生的气体体积为 112 mL(标准状况 )时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为 _0.01_mol；用平衡移动原理解释阴极区 pH 增大的原【 精品教育资源文库 】 因： _在阴极发生反应： 2H 2e =H2 ， H 浓度减小，使 H2 OH 的平衡向右移动， OH 浓度增大， pH 增大 _。 (2)为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了 Y2O3的 ZrO2晶体，在高温下它能传导 O2 。电 池工作时正极反应式为 _O2 4e =2O2 _。 若
15、以该电池为电源，用石墨作电极电解 100 mL 含有以下离子的溶液。 离子 Cu2 H Cl SO24 c/(molL 1) 1 4 4 1 电解一段时间后，当两极收集到相同体积 (相同条件 )的气体时 (忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象 )，阳极上收集到氧气的物质的量为 _0.1_mol。 解析 (1) 阳极 Cl 失去电子发生氧化反应。 水电离产生的 H 在阴极上放电产生 H2，转移电子的物质的量 n(e ) 2n(H2) 2 0.112 L22.4 Lmol 1 0.01 mol，则在内电路中移动的电荷为 0.01 mol，每个 Na 带一个单位的正电荷，则通过的 Na 为 0.01 mol。 (2)电池工作时，正极上 O2得电子发生还原反应生成 O2 。结合离子
