【解析】(1)阴极发生还原反应,是亚硫酸氢根离子得电子生成S2,电极反应式为2HS+2e+2HS2+2H2O; S2与一氧化氮发生氧化还原反应,生成氮气和亚硫酸氢根,离子反应方程式为2NO+2S2+2H2ON2+4HS。 (2)①由题意可知,氯离子放电生成ClO2,由元素守恒可知,有水参加反应,同时生成氢离子,电极反应式为Cl-5e+2H2OClO2↑+4H。②在阴极发生2H+2e
H2↑,氢气的物质的量为0.005 mol,通过阳离子交换膜的阳离子为+1价离子,通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为0.005 mol×2=0.01 mol,电解时阴极H浓度减小,使得H2OOH+H的平衡向右移动,溶液的pH增大。
答案:(1)2HS+2e+2HS2+2H2O 2NO+2S2+2H2ON2+4HS
(2)①Cl-5e+2H2OClO2↑+4H
②0.01 在阴极发生2H+2eH2↑,H浓度减小,使得H2OOH+H的平衡向右移动,OH浓度增大,pH增大 10.(15分)利用电化学原理,将NO2、O2和熔融KNO3制成燃料电池,模拟工业电解法来处理含Cr2废水,如图所示;电解过程中溶液发生反应:Cr2+6Fe+14H2Cr+6Fe+7H2O。
3+
3+
2+
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+
-+
-+
---+
-+
+
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+
-
-+
(1)甲池工作时,NO2转变成绿色硝化剂Y,Y是N2O5,可循环使用。则石墨Ⅱ是电池的______极;石墨Ⅰ附近发生的电极反应式为__ __。
(2)工作时,甲池内的N向________极移动(填“石墨Ⅰ”或“石墨Ⅱ”);在相同条件下,消耗的O2和NO2的体积比为________。
(3)乙池中Fe(Ⅰ)棒上发生的电极反应为 __。 (4)若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则电路中至少转移了________mol电子。
(5)向完全还原为Cr的乙池工业废水中滴加NaOH溶液,可将铬以Cr(OH)3沉淀的形式除去,已知Cr(OH)3存在以下溶解平衡:Cr(OH)3(s)Cr(aq)+3OH(aq),常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr)·c(OH)=1.0×10,要使c(Cr)降至
10 mol·L,溶液的pH应调至________。
-5
-13+
3+
-3+
3
--32
3+
【解析】(1)根据图示知甲池为燃料电池,电池工作时,石墨Ⅰ附近NO2转变成N2O5,发生氧化反应,电极反应式为NO2+N-eN2O5;石墨Ⅱ是电池的正极,O2得电子发生还原反应,电极反应式为O2+4e+2N2O54N。 (2)电池工作时,电解质溶液中的阴离子移向负极,即甲池内的N向石墨Ⅰ极移动;根据两极的电极反应式NO2+N-eN2O5、O2+4e+2N2O54N,根据得失电子守恒知,在相同条件下,消耗O2和NO2的体积比为1∶4。 (3)乙池为电解池,Fe(Ⅰ)棒为电解池的阳极,发生的电极反应为Fe-2eFe。
(4)根据反应Cr2+6Fe+14H2Cr+6Fe+7H2O知,若溶液中减少了0.01 mol Cr2,则参加反应的Fe为0.06 mol,根据电极反应:Fe-2eFe知电路中至少转移了0.12 mol电子。
(5)常温下Cr(OH)3的溶度积Ksp=c(Cr)·c(OH)=1.0×10,c(Cr)=10 mol·L,则c(OH)=1.0×10,c(OH)=1.0×10 mol·L,c(H)=10 mol·L,溶液的pH应调至5。 答案:(1)正 NO2+N-eN2O5 (2)石墨Ⅰ 1∶4 (3)Fe-2eFe (4)0.12 (5)5
11.(16分)(能力挑战题)铅蓄电池在日常生活中应用广泛。回答下列问题:
-2+
--27
--9
-1
+
-5
-1
3+
3
--32
3+
-5
-1
3
--2+2+
+
3+
3+
2+
-2+
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(1)铅蓄电池放电时的工作原理为Pb+PbO2+2H2SO42PbSO4+2H2O,现用如图装置进行电解(电解液足量),测得当铅蓄电池中转移0.4 mol电子时铁电极的质量减少11.2 g。请回答下列问题: ①A是铅蓄电池的________极,铅蓄电池正极反应式为____________。
②Ag电极的电极反应式是_____________________, 该电极的电极产物共________g。
③Cu电极的电极反应式是______________________, CuSO4溶液的浓度________(填“减小”“增大”或“不变”)。
(2)铅蓄电池的PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为________________; PbO2也可以石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液制取。阳极发生的电极反应式为 _____________________________,
阴极上观察到的现象是____________________________________________; 若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为__________________,
这样做的主要缺点是____________________________________________。
(3)将Na2S溶液加入如图所示的电解池的阳极区,用铅蓄电池进行电解,电解过程中阳极区发生如下反应:S-2eS,(n-1)S+S。
2--2-
电解时阴极的电极反应式:___________________。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质,其离子方程式可写成_____________。
【解析】(1)①因电解过程中铁电极质量减少,判断A是电源负极,B是电源正极,铅蓄电池正极反应式为PbO2+4H+S+2ePbSO4+2H2O。
②电解时Ag极作阴极,发生2H+2eH2↑,转移0.4 mol电子时,析出氢气0.4 g。
③右侧U形管相当于电镀装置,Zn电极作阴极,电极反应式为Cu+2eCu,铜电极作阳极,电极反应式为Cu-2eCu,电镀过程中CuSO4溶液的浓度保持不变。
(2)根据电子得失守恒可得PbO+ClOPbO2+Cl。用电解法制PbO2,Pb价态升高,PbO2应为阳极产物,即Pb+2H2O-2ePbO2↓+4H;阴极Cu放电,在石墨极上析出铜;若不加Cu(NO3)2,则阴极为Pb放电,损失Pb,不能有效利用Pb。
(3)阴极只有H得电子生成H2;反应物为、H,产物有S,所以中S的化合价既升高也降低,有H2S生成,配平即可。
答案:(1)①负 PbO2+4H+S+2ePbSO4+2H2O ②2H+2eH2↑ 0.4 ③Cu-2eCu 不变 (2)PbO+ClOPbO2+Cl Pb+2H2O-2ePbO2↓+4H 石墨上析出金属 Pb+2ePb↓ 不能有效利用Pb (3)2H+2eH2↑
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+2H(n-1)S↓+H2S↑
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2019年高考化学一轮复习 第六章 化学反应与能量 课时梯级作业二十 6.3 电解池 金属的电化学腐蚀与防护
