高三化學教案：《電化學解題策略》教學設計

　　本文題目：高三化學教案：電化學解題策略

　　電化學解題策略

　　通過研究近幾年全國各地的高考試題，有關電化學試題仍是2012年高考一大亮點，這充分說明電化學在今后教學中的重要性。但這類試題往往又是學生學習的難點，錯誤率較高。如何解答此類問題，現歸納如下：

　　【解題策略】

　　一. 電化學中四個極

　　正負極是根據物理學上的電極電勢高低而規定的，多用于原電池。正極電極電勢高，是流入電子(外電路)的電極;負極電極電勢低，是流出電子(外電路)的電極。

　　陰陽極是針對電解池或電鍍池來命名的。陽極是指與電源正極相連，發生氧化反應的電極;陰極是指與電源負極相連，發生還原反應的電極。

　　二. 電化學中四個池

　　1. 原電池：化學能轉化為電能的裝置。除燃料電池外，一般由活潑金屬作負極。

　　2. 電解池：電能轉化為化學能的裝置。

　　3. 電鍍池：應用電解原理在某些金屬表面鍍上一層新金屬的裝置。通常鍍層金屬接電源正極，待鍍金屬的物件接電源負極，含有鍍層金屬離子的溶液作電鍍液。

　　4. 電解精煉池：應用電解原理提純某些金屬的裝置，通常提純的金屬接電源正極，該金屬的純凈固體接電源負極，電解液含有待提純金屬的陽離子。

　　三. 原電池電極的四種判斷方法

　　1. 根據構成原電池的電極材料判斷：活潑金屬作負極，較不活潑金屬或導電的非金屬及金屬氧化物作正極。

　　2. 根據電子流向或電流流向判斷：電子流出或電流流入的電極為負極，反之為正極。

　　3. 根據電極反應進行判斷：發生氧化反應的為負極，發生還原反應的為正極。也可依據電極附近指示劑(石蕊、酚酞、淀粉試液等)的顯色情況判斷該電極是 或 等放電，從而確定正、負極。如用酚酞作指示劑，若電極附近溶液變紅色，說明該電極附近溶液顯堿性， 在該電極附近得電子被還原，該電極為正極。

　　4. 根據兩極現象判斷：通常溶解或質量減少的一極為負極;質量增加或有氣泡產生的一極為正極。

　　四. 電解的四種類型

　　1. 只有溶質發生化學變化：如用惰性電極電解 溶液、 溶液，其電解反應式分別為：

　　2. 形式上看只有水發生化學變化：如惰性電極電解 溶液的電解反應式均為：

　　3. 溶質、水均發生化學變化：如惰性電極電解 溶液、 溶液，其電解反應式分別為：

　　4. 形式上看溶質和水均未發生化學變化：如鐵器上鍍銅，電極反應式分別為：陽極銅棒： ，陰極鐵器： 。

　　五. 書寫電極反應的四原則

　　1. 加減原則：根據得失電子守恒，總反應式為兩個電極反應式之和。若已知一個電極反應式，可用總反應式減去已知的反應式，得另一電極反應式。

　　2. 共存原則：因為物質得失電子后在不同介質中的存在形式不同，所以電極反應式的書寫必須考慮介質環境。堿性溶液中 不可能存在，也不可能有 參加反應;當電解質溶液呈酸性時，不可能有 參加反應。如甲烷燃料電池以KOH為電解質溶液時：負極反應式： ;正極反應式： 。

　　3. 得氧失氧原則：得氧時，在反應物中加 (電解質為酸性時)或 (電解質溶液為堿性或中性時);失氧時，在反應物中加 (電解質為堿性或中性時)或 (電解質為酸性時)。如“鈕扣”電池以KOH為電解質溶液，其電池總反應式為： ，負極 ，根據得氧原則，負極反應式為： ;正極 ，根據失氧原則，正極反應式為： 。

　　4. 中性吸氧反應成堿原則：在中性電解質溶液中，通過金屬吸氧所建立起來的原電池反應，其反應的最后產物是堿。如銀鋅電池、鐵的吸氧腐蝕、以鋁、空氣、海水為材料組成的海水電池等。

　　【題型解讀】

　　題型一、電極名稱和電極材料的判斷

　　例1. 銅片和鋅片用導線連接后插入稀硫酸中，鋅片是( )

　　A. 陰極 B. 正極 C. 陽極 D. 負極

　　解析：電解池的兩極分別命名為陰、陽極，原電池的兩極分別命名為正、負極。題中裝置構成的是原電池，鋅片失電子作原電池的負極。答案：D

　　題型二、電極方程式的書寫

　　例2. 下圖是電解CuCl2溶液的裝置，其中c、d為石墨電極，則下列判斷正確的是( )

　　A. a為負極，b為正極 B. a為陽極，b為陰極

　　C. 電解過程中，d電極的質量增加 D. 電解過程中，氯離子的濃度不變

　　解析：根據電流方向可判斷出a為正極，b為負極，c為陽極，d為陰極。用惰性電極電解CuCl2溶液時，兩個電極上發生的反應陽極(c電極)為： ，陰極(d電極)為： 。答案：C

　　題型三、廢舊電池的處理方法

　　例3. 隨著人們生活水平的不斷提高，廢舊電池必須進行集中處理的問題被提到議事日程，其首要原因是( )

　　A. 利用電池外殼的金屬材料

　　B. 防止電池中的汞、鎘和鉛等重金屬離子對土壤和水體造成污染

　　C. 不使電池中滲泄的電解液腐蝕其他物品

　　D. 回收其中的石墨電極

　　解析：隨著生產的發展和人們生活水平的日益提高，環境污染和環保問題已越來越受到人們的重視，廢舊電池中含有鉛、汞等多種重金屬離子，極易對環境造成污染。答案：B

　　題型四、利用得失電子守恒進行計算

　　例4. 室溫下，在實驗室中電解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液，通電一段時間后溶液的pH從7增加到12時(設電解時溶液的體積變化忽略不計)，則陰極產生氣體的體積(標準狀況)和溶液中NaCl的濃度分別為( )

　　A. 112mL, 0.02mol/L B. 56mL, 0.02mol/L

　　C. 56mL, 0.04mol/L D. 112mL, 0.04mol/L

　　解析：室溫下，pH=12時， ，生成的 的物質的量為

　　。由電極反應中電子轉移數相等，推導出電子與各物質之間物質的量的關系為： 。由生成的 的物質的量可直接求得

　　參加反應的NaCl的物質的量為 。剩余NaCl的濃度為

　　，生成的H2為 。答案：B

　　題型五、電化學基礎知識應用

　　1. 判斷金屬的活動性強弱

　　例5. X、Y、Z、M代表四種金屬元素，金屬X和Z用導線連接放入稀硫酸中時，X溶解，Z極上有氫氣放出;若電解 和 共存的溶液時，Y先析出;又知 的氧化性強于 ，則這四種金屬的活動性由強到弱的順序為( )

　　A. X>Z>Y>M B. X>Y>Z>M C. M>Z>X>Y D. X>Z>M>Y

　　解析：金屬X和Z用導線連接放入稀H2SO4中，形成原電池，X溶解說明金屬活動性X>Z;電解 和 共存的溶液時，Y先析出，則金屬活動性Z>Y;離子的氧化性越強，其單質的金屬活動性越弱，則金屬活動性Y>M。答案：A

　　2. 金屬的腐蝕

　　例6. 家用炒菜鐵鍋用水清洗放置后，常出現紅棕色的銹斑，在此變化過程中不發生的化學反應是( )

　　A.

　　B.

　　C.

　　D.

　　解析：洗過的鐵鍋在空氣中放置，可發生吸氧腐蝕，負極發生的反應為： ，正極發生的反應為： ，總反應式為： ，而 又易被O2氧化為紅褐色的 。答案：D

　　題型6、電子守恒法的應用。

　　例7、500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 mol?L-1，用石墨作電極電解此溶液，當通電一段時間后，兩極均收集到22.4 L氣體(標準狀況)，假定電解后溶液體積仍為500 mL，下列說法正確的是( )

　　A.原混合溶液中c(K+)為1 mol?L-1 B.上述電解過程中共轉移4 mol電子

　　C.電解得到的Cu的物質的量為0.5 mol D.電解后溶液中c(H+)為2 mol?L-1

　　解析：兩極反應為：陰極 Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 陽極：4OH--4e-=O2↑+2H2O,兩極都收集1mol氣體，由陽極得到轉移電子為4mol，又知生成1molH2轉移電子2mol，根據電子得失守恒，n(Cu2+)=1mol.再通過離子所帶電荷的守恒,在500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中存在關系：2c(Cu2+)+c(K+)=c(NO3-)，可以求出c(K+)=2 mol?L-1 .電解過程中消耗的n(OH-)=4mol,則溶液中留下4mol的H+,c(H+)=8mol?L-1 .

　　答案：B

　　例8、如下圖所示，若電解5min時銅電極質量增加2.16g，試回答：

　　(1)電源電極X名稱為_____________。

　　(2)pH變化：A___________, B__________, C__________。

　　(3)通電5min時，B中共收集224mL氣體(標況)，溶液體積為200mL。(設電解前后無體積變化)則通電前CuSO4溶液的物質的量濃度為__________。

　　(4)若A中KCl溶液的體積也是200mL，電解后，溶液的pH是___________(設前后體積無變化)。

　　解析：(1)因為Cu電極增重，說明溶液中的Ag+在此極析出，所以Cu極為陰極，Ag極為陽極，那么與Ag極相連的電源Y極為正極，X極為負極。(2)電解KCl溶液時，陰極上2H++2e-=H2↑，溶液pH增大，電解CuSO4和K2 SO4溶液時，陽極4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，溶液pH減小。電解AgNO3溶液實質是電鍍，溶液濃度不變，故pH不變。(3)C中銅電極增加2.16gAg，通過的電子為n(e-)= 0.02mol，因為串聯電池，每個電極通過的電子均為0.02mol，B中陽極4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，放出O2為 =0.005mol，陰極放出H2為：0.01mol-0.005mol=0.005mol，根據H2的物質的量推知H+得電子2×0.005mol，則Cu2+得電子為0.02mol -2×0.005mol， CuSO4 的濃度為： 。

　　(4)A中陰極2H++2e-=H2↑，H+減少n(H+)=0.02mol，

　　c(OH-) = ,pH=13。

　　答案：(1)負極(2)增大;減小;不變(3)0.025mol/L(4)13。

　　例9、(1)肼(N2H4)又稱聯氨，是一種可燃性的液體，可用作火箭燃料。已知在101kPa時，32.0gN2H4在氧氣中完全燃燒生成氮氣，放出熱量624kJ(25℃時)，N2H4完全燃燒反應的熱化學方程式是 。

　　(2)肼—空氣燃料電池是一種堿性燃料電池，電解質溶液是20%~30%的KOH溶液。

　　肼—空氣燃料電池放電時：

　　正極的電極反應式是 。

　　負極的電極反應式是 。

　　(3)下圖是一個電化學過程示意圖。

　�、黉\片上發生的電極反應是 。

　�、诩僭O使用肼—空氣燃料電池作為本過程中的電源，銅片的質量變化128g，則肼一空氣燃料電池理論上消耗標標準狀況下的空氣 L(假設空氣中氧氣體積含量為20%)

　　解析：(1)注意32克N2H4為1mol,注意△H應與方程式的計量數相對應，如N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(1);△H=-624kJ/mol

　　(2)肼—空氣燃料電池，電解質溶液是KOH溶液。故電極反應為：

　　(正極)O2+2H2O+4e-=4OH- ，(負極)N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑

　　(3)①此圖為電解裝置，銅片為陽極，鋅片為陰極。鋅片上發生的電極反應是Cu2++2e-=Cu

　�、� 銅片減少128g，即轉移電子4mol 根據O2+2H2O+4e-=4OH-計算得，需要氧氣1mol,轉化為空氣則需要112L。

　　答案：(1)N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(1);△H=-624kJ/mol

　　(2)O2+2H2O+4e-=4OH- ; N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑

　　(3)①Cu2++2e-=Cu ②112

　　【專題測試】

　　1.下列有關電化學的示意圖中正確的是

　　(　　)

　　【解析】　選項A，Zn應為原電池負極，Cu為原電池正極。選項B，鹽橋兩邊的燒杯中盛裝的電解質溶液應互換。選項C，粗銅應連接電源正極。選項D，電解飽和NaCl溶液，Cl-在陽極放電產生Cl2，溶液中的H+在陰極獲得電子而產生H2，正確。

　　【答案】　D

　　2.下列敘述正確的是

　　(　　)

　�、僭�電池是把化學能轉化成電能的一種裝置�、谠�電池的正極發生氧化反應，負極發生還原反應　③不能自發進行的氧化還原反應，通過原電池的裝置均可實現　④碳棒不能用來作原電池的正極　⑤反應Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+，能以原電池的形式來實現

　　A.①⑤　　　　　　　　　B.①④⑤

　　C.②③④ D.②⑤

　　【解析】　②原電池負極發生氧化反應，③不能實現，④碳棒可以作原電池的正極。

　　【答案】　A

　　3.堿性電池具有容量大、放電電流大的特點，因而得到廣泛應用。鋅—錳堿性電池以氫氧化鉀溶液為電解液，電池總反應式為：

　　Zn(s)+2MnO2(s)+H2O(l)===Zn(OH)2(s)+Mn2O3(s)

　　下列說法錯誤的是

　　(　　)

　　A.電池工作時，鋅失去電子

　　B.電池正極的電極反應式為2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)

　　C.電池工作時，電子由正極通過外電路流向負極

　　D.外電路中每通過0.2 mol電子，鋅的質量理論上減小6.5 g

　　【解析】　由所給電池的總反應式可知，電池工作時，每有1 mol Zn參加反應，失去2 mol電子，則會有2 mol電子從負極Zn開始，流經外電路而流向正極，并在正極發生反應，2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)，故外電路每通過0.2 mol電子，Zn的質量就減輕6.5 g。

　　【答案】　C

　　4.科學家近年來研制出一種新型細菌燃料電池，利用細菌將有機酸轉化成氫氣，氫氣進入以磷酸為電解質的燃料電池發電。電池負極反應為

　　(　　)

　　A.H2+2OH--2e-===2H2O

　　B.O2+4H++4e-===2H2O

　　C.H2-2e-===2H+

　　D.O2+2H2O+4e-===4OH-

　　【答案】　C

　　5.鋼鐵在潮濕的空氣中會被腐蝕，發生的原電池反應為：2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。以下說法正確的是

　　(　　)

　　A.負極發生的反應為：Fe-2e-===Fe2+

　　B.正極發生的反應為：2H2O+O2+2e-===4OH-

　　C.原電池是將電能轉變為化學能的裝置

　　D.鋼柱在水下部分比在空氣與水交界處更容易腐蝕

　　【答案】　A

　　6.在原電池和電解池的電極上所發生的反應，同屬氧化反應或同屬還原反應的是

　　(　　)

　�、僭�電池正極和電解池陽極所發生的反應�、谠�電池正極和電解池陰極所發生的反應�、墼�電池負極和電解池陽極所發生的反應�、茉�電池負極和電解池陰極所發生的反應

　　A.①② B.②③

　　C.③④ D.①④

　　【解析】　原電池的負極和電解池的陽極發生的是氧化反應。原電池的正極和電解池的陰極發生的是還原反應。

　　【答案】　B

　　7.用惰性電極分別電解足量的下列物質的水溶液一段時間后，向剩余電解質溶液中加入一定量的一種物質(括號內)，溶液能恢復到與原來溶液完全一樣的是

　　(　　)

　　A.CuCl2(CuO) B.NaOH(NaOH)

　　C.NaCl(HCl) D.CuSO4〔Cu (OH)2〕

　　【解析】　首先分析各水溶液中存在哪些陰、陽離子，判斷陰、陽兩極參加反應的離子是什么?溶液中減少的是什么?顯然A中電解的是CuCl2，B中被電解的是水，D中減少的是CuO，與添加的物質不符被否定。

　　【答案】　C

　　8.氫鎳電池是近年開發出來的可充電電池，它可以取代會產生鎘污染的鎘鎳電池。氫鎳電池的總反應式是：

　　12H2+NiO(OH) Ni(OH)2

　　根據此反應式判斷，下列敘述中正確的是

　　(　　)

　　A.電池放電時，電池負極周圍溶液的pH不斷增大

　　B.電池放電時，鎳元素被氧化

　　C.電池充電時，氫元素被氧化

　　D.電池放電時，H2是負極

　　【解析】　放電時，反應向右進行，氫被氧化為H+，負極區pH減小，鎳元素被還原，而充電時，反應向左進行，氫元素被還原。

　　【答案】　D

　　9.若某電能與化學能的轉化裝置(電解池或原電池)中發生的總反應的離子方程式是：Cu+2H+===Cu2++H2↑，則下列關于該裝置的有關說法正確的是

　　(　　)

　　A.該裝置可能是原電池，也可能是電解池

　　B.該裝置只能是原電池，且電解質溶液為硝酸

　　C.該裝置只能是電解池，且金屬銅為該電解池的陽極

　　D.該裝置只能是原電池，電解質溶液不可能是鹽酸

　　【解析】　不能是原電池，Cu+H+不能自發的發生氧化還原反應。

　　【答案】　C

　　10.用惰性電極電解2 L 1.0 mol?L-1CuSO4溶液，在電路中通過0.5 mol電子后，調換正負極繼續電解，電路中通過了1 mol電子，此時溶液中c(H+)為(假設體積不變)

　　(　　)

　　A.1.5 mol?L-1 B.0.75 mol?L-1

　　C.0.5 mol?L-1 D.0.25 mol?L-1

　　【解析】　調換正負極前后電極反應式的比較情況如下：

　　前陽：4OH--4e-===2H2O+O2↑陰：2Cu2++4e-===2Cu

　　后陽：2Cu-4e-===2Cu2+(先)4OH--4e-===2H2O+O2↑(后)陰：2Cu2++4e-===2Cu

　　由上反應知：電路中轉移的1.5 mol電子中，只有1 mol由OH-放電產生，即消耗的n(OH-)=1 mol，亦即溶液中積累的n(H+)=1 mol，故c(H+)=0.5 mol/L。

　　【答案】　C

　　11.把分別盛有熔融的氯化鉀、氯化鎂、氧化鋁的三個電解槽串聯，在一定條件下通電一段時間后，析出鉀、鎂、鋁的物質的量之比為

　　(　　)

　　A.1∶2∶3　　　　　　　B.3∶2∶1

　　C.6∶3∶1 D.6∶3∶2

　　【答案】　D

　　12.下列描述中，不符合生產實際的是

　　(　　)

　　A.電解熔融的氧化鋁制取金屬鋁，用鐵作陽極

　　B.電解法精煉粗銅，用純銅作陰極

　　C.電解飽和食鹽水制燒堿，用涂鎳碳鋼網作陰極

　　D.在鍍件上電鍍鋅，用鋅作陽極

　　【答案】　A

　　13.如下圖所示，通電后，A極上析出Ag，對該裝置的有關敘述正確的是 (　　)

　　A.P是電源的正極

　　B.F極上發生的反應為：4OH--4e-===2H2O+O2↑

　　C.通電后，甲、乙、丙三池中，除了E、F兩極外，其他電極均參加了反應

　　D.通電后，甲池溶液的pH減小，而乙、丙兩池溶液的pH不變

　　【答案】　B

　　14.如下圖所示，X、Y分別是直流電源的兩極，通電后發現a極板質量增加，b極板處有無色、無臭

　　氣體放出。符合這一情況的是 (　　)

　　a極板 b極板 X電極 Z溶液

　　A 鋅 石墨 負極 CuSO4

　　B 石墨 石墨 負極 NaOH

　　C 銀 鐵 正極 AgNO3

　　D 銅 石墨 負極 CuCl2

　　【答案】　A

　　15.天津是我國研發和生產鋰離子電池的重要基地。鋰離子電池正極材料是含鋰的二氧化鈷(LiCoO2)，充電時LiCoO2中Li被氧化，Li+遷移并以原子形式嵌入電池負極材料碳(C6)中，以LiC6表示。電池反應為LiCoO2+C6 CoO2+LiC6，下列說法正確的是

　　(　　)

　　A.充電時，電池的負極反應為LiC6-e-===Li++C6

　　B.放電時，電池的正極反應為CoO2+Li++e-===LiCoO2

　　C.羧酸、醇等含活潑氫的有機物可用作鋰離子電池的電解質

　　D.鋰離子電池的比能量(單位質量釋放的能量)低

　　【解析】　A項，充電時，發生電解池反應，電池負極即為電解池陰極，發生還原反應Li++C6+e-===LiC6;B項，放電時發生原電池反應電池正極發生還原反應;C項，含活潑氫的有機物作電解質易得電子;D項，鋰相對原子質量小，其密度最小，所以鋰離子電池的比能量高。

　　【答案】　B

　　16.將Mg條、Al條平行插入一定濃度的NaOH溶液中，如下圖所示用導線連接起來。下列敘述符合事實的是 (　　)

　　A.斷開K2，閉合K1時，Al電極反應為：Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O

　　B.斷開K2，閉合K1時，由于Mg比Al活潑，故Mg失去電子被氧化成Mg2+

　　C.斷開K1，閉合K2時，電子由Mg向Al流動

　　D.斷開K1，閉合K2時，溶液中立即會有白色沉淀析出

　　【解析】　斷開K2，閉合K1時，Al、Mg、NaOH構成原電池，Al能自發與NaOH溶液反應而失去電子，為原電池的負極：Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O，故選項A正確，B錯誤。斷開K1，閉合K2時，構成電解NaOH溶液的電解池，Al接電源的正極為電解池的陽極，被溶解：Al-3e-===Al3+，生成的Al3+馬上與溶液中過量的OH-反應生成AlO-2，看不到白色沉淀析出。Mg接電源的負極為電解池的陰極，溶液中的H+在該極獲得電子而產生H2：2H++2e-===H2↑。電子流向為：Mg→NaOH溶液→Al，故選項C、D錯誤。

　　【答案】　A

　　17.(10分)如何防止鐵的銹蝕是工業上研究的重點內容。為研究鐵銹蝕的影響因素，某同學做了如下探究實驗：

　　序號 內容 實驗現象

　　1 常溫下將鐵絲放在干燥空氣中一個月 干燥的鐵絲表面依然光亮

　　2 常溫下將鐵絲放在潮濕空氣中一小時 鐵絲表面依然光亮

　　3 常溫下將鐵絲放在潮濕的空氣中一個月 鐵絲表面已變得灰暗

　　4 將潮濕的鐵絲放在常溫的氧氣流中一小時 鐵絲表面略顯灰暗

　　5 將潮濕的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時 鐵絲表面已變得灰暗

　　6 將浸過氯化鈉溶液的鐵絲放在高于常溫的氧氣流中一小時 鐵絲表面灰暗程度比實驗5嚴重

　　回答以下問題：

　　(1)上述實驗中發生了電化學腐蝕的是(填實驗序號)________;在電化學腐蝕中，負極反應是__________________;正極反應是______________________;

　　(2)由該實驗可知，可以影響鐵銹蝕速率的因素是___________________________

　　______________________________________________________________________;

　　(3)為防止鐵的銹蝕，工業上普遍采用的方法是________________________(答兩種方法)。

　　【解析】　由實驗現象(鐵絲表面變灰暗)得出發生了電化學腐蝕的實驗為3、4、5、6，負極Fe失電子變成Fe2+被腐蝕，正極均為O2放電。從能否構成原電池的條件等方面來回答問題(2)。從改變物質的內部結構方面，從覆蓋保護層、原電池原理等方面進行思考來回答問題(3)。

　　【答案】　(1)3、4、5、6

　　Fe-2e-===Fe2+(或2Fe-4e-===2Fe2+)

　　2H2O+O2+4e-===4OH-

　　(2)濕度、溫度、O2的濃度、電解質存在

　　(3)電鍍、發藍等表面覆蓋保護層，犧牲陽極的陰極保護法等

　　18.(10分)二氧化錳是制造鋅錳干電池的基本材料。工業上以軟錳礦為原料，利用硫酸亞鐵制備高純二氧化錳的流程如下：

　　某軟錳礦的主要成分為MnO2，還含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。部分陽離子以氫氧化物或硫化物的形式完全沉淀時溶液的pH見下表，回答下列問題：

　　沉淀物 Al(OH)3 Fe(OH)3 Fe(OH)2 Mn(OH)2 Cu(OH)2

　　pH 5.2 3.2 9.7 10.4 6.7

　　沉淀物 Zn(OH)2 CuS ZnS MnS FeS

　　pH 8.0 ≥0.42 ≥2.5 ≥7 ≥7

　　(1)硫酸亞鐵在酸性條件下將MnO2還原為MnSO4，酸浸時發生的主要反應的化學方程式為________________________________________________________________________。

　　(2)濾渣A的主要成分為__________________。

　　(3)加入MnS的目的是除去________________雜質。

　　(4)堿性鋅錳干電池中，MnO2參與的電極反應方程式為___________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(5)從廢舊堿性鋅錳干電池中可以回收利用的物質有________________________(寫出兩種)。

　　【解析】　(2)軟錳礦酸浸后，濾液中主要含有Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+和H+，當加氨水調pH至5.4時，根據題目所給表格，此pH下，只有Al3+、Fe3+可沉淀完全。

　　(3)在pH=5.4時，Cu2+、Zn2+可以硫化物的形式沉淀完全，而MnS在此情況下不可溶解形成Mn2+和S2-，因此加入MnS是為了除去Cu2+和Zn2+。

　　【答案】　(1)MnO2+2FeSO4+2H2SO4===MnSO4+

　　Fe2(SO4)3+2H2O　(2)Fe(OH)3、Al(OH)3　(3)Cu2+、Zn2+

　　(4)MnO2+H2O+e-===MnOOH+OH-(或2MnO2+H2O+2e-===Mn2O3+2OH-)　(5)鋅、二氧化錳

　　19.(13分)物質X是中學化學中的常見物質，X既能與稀硫酸反應，又能與氫氧化鈉溶液反應。

　　(1)若X為氧化物，X的化學式是________________。

　　(2)若X為單質，X用于焊接鋼軌反應的化學方程式是_________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(3)若X與稀硫酸反應生成無色無味的氣體A，與濃氫氧化鈉溶液加熱反應生成氣體B。等物質的量的A和B在水溶液中反應又生成X。

　　X與稀硫酸反應的離子方程式是__________________________________________;

　　X與足量稀氫氧化鈉溶液反應的離子方程式是________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　①在宇航器中，可以不斷的將座艙內的空氣通過盛有金屬過氧化物(以過氧化鈉為例)的容器，以除去A。反應的化學方程式是______________________________________________。

　�、诳茖W家設計出新的航天飛船內的空氣更新系統。其中一步是A和氫氣在200～250 ℃時，鎳催化劑作用下，生成甲烷和另一物質。該反應的化學方程式是___________________。

　　③熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理如下圖所示：

　　C(Ⅰ)的電極名稱是________(填正極或負極)。該燃料電池的總反應化學方程式是______________________。

　　熔融碳酸鹽燃料電池的工作原理示意圖

　　【答案】　(1)Al2O3　(2)2Al+Fe2O3=====高溫2Fe+Al2O3

　　(3)HCO-3+H+===H2O+CO2↑

　　NH+4+HCO-3+2OH-===NH3?H2O+CO2-3+H2O

　�、�2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2

　�、贑O2+4H2=====Ni200～250 ℃CH4+2H2O

　　③負極　2H2+O2===2H2O

　　20.(11分)新型鋰離子電池在新能源的開發中占有重要地位，可用作節能環保電動汽車的動力電池。磷酸亞鐵鋰(LiFePO4)是新型鋰離子電池的首選電極材料，它的制備方法如下：

　　方法一：將碳酸鋰、乙酸亞鐵[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氫銨按一定比例混合、充分研磨后，在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態磷酸亞鐵鋰，同時生成的乙酸及其他產物均以氣體逸出。

　　方法二：將一定濃度的磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液作為電解液，以鐵棒為陽極，石墨為陰極，電解析出磷酸亞鐵鋰沉淀。沉淀經過濾、洗滌、干燥，在800 ℃左右、惰性氣體氛圍中煅燒制得晶態磷酸亞鐵鋰。

　　在鋰離子電池中，需要一種有機聚合物作為正負極之間鋰離子遷移的介質，該有機聚合物的單體之一(用M表示)的結構簡式如下：

　　請回答下列問題：

　　(1)上述兩種方法制備磷酸亞鐵鋰的過程都必須在惰性氣體氛圍中進行。其原因是________________________________________________________________________。

　　(2)在方法一所發生的反應中，除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有________、________、________(填化學式)生成。

　　(3)在方法二中，陽極生成磷酸亞鐵鋰的電極反應式為__________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(4)寫出M與足量氫氧化鈉溶液反應的化學方程式：___________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(5)已知該鋰離子電池在充電過程中，陽極的磷酸亞鐵鋰生成磷酸鐵，則該電池放電時正極的電極反應式為__________________________________________________________。

　　【解析】　(1)因制備該電池電極材料的原料為乙酸亞鐵，產品為磷酸亞鐵鋰，為防止亞鐵化合物被氧化，故兩種制備方法的過程必須在惰性氣體氛圍中進行。

　　(2)方法一中除生成磷酸亞鐵鋰和乙酸外，由碳酸鋰可生成CO2氣體，由磷酸二氫銨可生成NH3和水蒸氣，故除生成磷酸亞鐵鋰、乙酸外，還有CO2、H2O和NH3生成。

　　(3)分析方法二所給條件，抓住幾個關鍵點：①鐵作陽極;②磷酸二氫銨、氯化鋰混合溶液為電解液;③析出磷酸亞鐵鋰沉淀，所以陽極的電極反應式為：Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+。

　　(4)分析M的結構簡式可知，M分子中既含甲基丙烯酸酯的結構，又含碳酸二酯的結構(見下圖)：

　　由此可分析寫出M與足量NaOH溶液反應的化學方程式。

　　(5)該電池放電時正極的電極反應為充電時陽極電極反應的逆過程，即由磷酸鐵生成磷酸亞鐵鋰，故放電時正極的電極反應式為：FePO4+Li++e-===LiFePO4。

　　【答案】　(1)為了防止亞鐵化合物被氧化

　　(2)CO2　H2O　NH3

　　(3)Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+

　　(4)

　　HOCH2CH2OH+Na2CO3+CH3OH

　　(5)FePO4+Li++e-===LiFePO4

　　21.(8分)常溫下電解200 mL一定濃度的NaCl與CuSO4混合溶液，理論上兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如圖中Ⅰ、Ⅱ所示(氣體體積已換算成標準狀況下的體積)，根據圖中信息進行下列計算：

　　(1)原混合溶液中NaCl和CuSO4的物質的量濃度。

　　(2)t2時所得溶液的pH。

　　(3)電解至t3時，消耗水的質量。

　　【解析】　(1)陽極首先逸出的是氯氣：n(NaCl)=2n(Cl2)=0.02 mol，則c(NaCl)=0.1 mol/L。

　　陽極得到336 mL氣體中，含0.01 mol Cl2和0.005 mol O2，轉移電子的物質的量為：0.01 mol×2+0.005 mol×4=0.04 mol。

　　此過程中陰極剛好全部析出銅：

　　n(CuSO4)=n(Cu)=0.04 mol2=0.02 mol，

　　則c(CuSO4)=0.02 mol0.2 L=0.1 mol/L。

　　(2)t2時溶液中c(Na+)=0.1 mol/L，c(SO2-4)=0.1 mol/L。

　　根據電荷守恒有：c(H+)=2×0.1 mol/L-0.1 mol/L=0.1 mol/L，即溶液的pH=1。

　　【答案】　(1)c(NaCl)=0.1 mol/L、c(CuSO4)=0.1 mol/L

　　(2)pH=1　(3)0.72 g