发布时间 : 星期六 文章电化学高考复习含解析更新完毕开始阅读
回答下列问题:
(1)普通锌锰电池放电时发生的主要反应为: Zn+2NH4Cl+2MnO2Zn(NH3)2Cl2+2MnOOH
①该电池中,负极材料主要是 ,电解质的主要成分是 ,正极发生的主要反应是 。
②与普通锌锰电池相比,碱性锌锰电池的优点及其理由是
。
(2)图(b)表示回收利用废旧普通锌锰电池的一种工艺(不考虑废旧电池中实际存在的少量其他金属)。
①图(b)中产物的化学式分别为A ,B 。
②操作a中得到熔块的主要成分是K2MnO4。操作b中,绿色的K2MnO4溶液反应后生成紫色溶液和一种黑褐色固体,该反应的离子方程式为 。
③采用惰性电极电解K2MnO4溶液也能得到化合物D,则阴极处得到的主要物质是 (填化学式)。
解析:(1)①由普通锌锰电池放电发生的主要反应可知,Zn作负极,电解质的主要成分为NH4Cl,正极反应为MnO2+NH?4+e
-
MnOOH+NH3。②碱性锌锰电池的负极在电池的内部,不易发生因
负极的消耗而使电解质泄漏;由于金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中稳定,故碱性锌锰电池使用寿命较长。(2)黑色固体混合物中溶于水的物质有NH4Cl、Zn(NH3)2Cl2,不溶于水的物质有MnO2、MnOOH,因此滤液中含Zn(NH3)2Cl2、NH4Cl,加盐酸后生成ZnCl2和NH4Cl,故得到的化合物A是ZnCl2,B是NH4Cl;由操作b的现象可推知,K2MnO4在溶液中发生歧化反应生
+
成KMnO4和MnO2;用惰性电极电解K2MnO4溶液时,阴极是H得电子,生成H2。 答案:(1)①Zn NH4Cl MnO2+NH?4+e
-
MnOOH+NH3 ②碱性电池不易发生电解质的泄漏,因
为消耗的负极改装在电池的内部;碱性电池使用寿命较长,因为金属材料在碱性电解质中比在酸性电解质中的稳定性提高(答对一条即可,其他合理答案也给分)
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?(2)①ZnCl2 NH4Cl ②3MnO24+2CO22?2MnO?4+MnO2↓+2CO3 ③H2
15.(2013年新课标全国理综Ⅰ,27,15分)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+xeLixC6。现欲利用以下工艺流程回收正极材料中的某些金属资
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 。
(2)写出“正极碱浸”中发生反应的离子方程式
。
(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 ;
可用盐酸代替H2SO4和H2O2的混合液,但缺点是
。
(4)写出“沉钴”过程中发生反应的化学方程式
。
(5)充放电过程中,发生LiCoO2与Li1-xCoO2之间的转化,写出放电时电池反应方程式
。
(6)上述工艺中,“放电处理”有利于锂在正极的回收,其原因
是 。在整个回收工艺中,可回收到的金属化合物有 (填化学式)。
解析:(1)已知在LiCoO2中Li为+1价,O为-2价,依据化合物中元素化合价代数和为零原则,可算得Co的化合价为+3价。
-(2)在正极碱浸的条件下,正极材料中的铝箔和氢氧化钠溶液发生反应:2Al+2OH+6H2O 2Al?OH?4+
?3H2↑。
(3)酸浸是在80 ℃下进行,H2O2会发生分解,2H2O22H2O+O2↑;另外H2O2具有还原性,+3价的Co可以将H2O2氧化,反应为2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O;若用盐酸代替H2SO4和H2O2,在反应过程中盐酸被氧化,生成氯气,会污染环境。
(4)在CoSO4溶液中加入NH4HCO3,然后过滤得到CoCO3,说明沉淀钴过程中生成碳酸钴沉淀,同
?时HCO3在转化为CoCO3的过程中,会电离出H,因此还会有CO2和水生成,反应方程式为
+
CoSO4+2NH4HCO3CoCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑。
+--+
(5)充电时,阴极反应为6C+xLi+xeLixC6,则放电时,负极反应式为LixC6-xe6C+xLi,该反应中C的化合价升高,属于氧化反应,则另一极发生还原反应,应是Li1-xCoO2转化为
6
LiCoO2的过程,其电极反应式为:Li1-xCoO2+xLiLiCoO2。此时电池反应方程式为:Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C。
+
(6)放电时Li从负极流出,并向正极移动,正极上便富集了锂,由流程图可得可回收的金属化合物有Al(OH)3、Li2SO4、CoCO3。 答案:(1)+3 (2)2Al+2OH+6H2O
-
+
2Al?OH?4+3H2↑
?(3)2LiCoO2+3H2SO4+H2O2Li2SO4+2CoSO4+O2↑+4H2O、2H2O22H2O+O2↑ 有氯气生成,污染较大
(4)CoSO4+2NH4HCO3CoCO3↓+(NH4)2SO4+H2O+CO2↑ (5)Li1-xCoO2+LixC6LiCoO2+6C
+
(6)Li从负极流出,经电解质向正极移动并进入正极材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4 16.(2011年四川理综,29,14分)开发氢能是实现社会可持续发展的需要。硫铁矿(FeS2)燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4,又能制H2。
请回答下列问题:
(1)已知1 g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ热量,FeS2燃烧反应的热化学方程式为 。
(2)该循环工艺过程的总反应方程式为
。
(3)用化学平衡移动的原理分析,在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是
。
(4)用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料(用MH表示),NiO(OH)作为电池正极材料,KOH溶液作为电解质溶液,可制得高容量、长寿命的镍氢电池。电池充放电时的总反应为: NiO(OH)+MH
Ni(OH)2+M
①电池放电时,负极的电极反应式为 。 ②放电完成时,Ni(OH)2全部转化为NiO(OH)。若继续充电将在一个电极产生O2,O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗,从而避免产生的气体引起电池爆炸,此时,阴极的电极反应式为 。
解析:(1)FeS2完全燃烧生成Fe2O3和SO2,因为1 g FeS2燃烧放出7.1 kJ热量,则1 mol FeS2燃烧放出852 kJ热量,故FeS2燃烧反应的热化学方程式
-1
为:4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g) ΔH=-3 408 kJ·mol。 (2)该循环工艺中,反应物为SO2和H2O,产物为H2SO4和H2,故总反应方程式为:2H2O+SO2H2SO4+H2。 (3)在HI分解反应中:2HI(g)H2(g)+I2(g),从平衡移动原理分析,减少H2的量,上述平衡正向移动,HI的分解率增大。
(4)①分析充、放电总反应式:NiO(OH)+MH
Ni(OH)2+M。则电池放电时,负极上发生氧化反
M+H2O。
应:MH失去电子生成M、H+,在碱性环境中H+与OH-结合生成H2O:MH+OH--e-
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②电池继续充电时,O2在另一电极上被消耗,则该电极反应式为:O2+2H2O+4e4OH。 答案:(1)4FeS2(s)+11O2(g)2Fe2O3(s)+8SO2(g)
-1
ΔH=-3 408 kJ·mol (2)2H2O+SO2H2SO4+H2
(3)减少H2的量,使HI分解平衡正向移动,提高HI的分解率
--(4)①MH+OH-eM+H2O
--②O2+2H2O+4e4OH 考点二 电解原理及应用
1.(2013年北京理综,9,6分) 用石墨电极电解CuCl2溶液(如图所示)。下列分析正确的是( )
--
A.a端是直流电源的负极 B.通电使CuCl2发生电离
2+-C.阳极上发生的反应:Cu+2eCu
D.通电一段时间后,在阴极附近观察到黄绿色气体
解析:电解池中,电解质阴离子移向阳极,阳离子移向阴极,阴极与电源负极相连,A正
-确;CuCl2溶液中CuCl2因为溶于水发生电离与通电无关,B错误;石墨阳极,Cl放电发生氧化
--2+
反应,2Cl-2eCl2↑,可观察到逸出的黄绿色气体;阴极,Cu放电析出铜,C错误,D错误。 答案:A
2.(2013年天津理综,6,6分)为增强铝的耐腐蚀性,现以铅蓄电池为外电源,以Al作阳极、Pb作阴极,电解稀硫酸,使铝表面的氧化膜增厚。反应原理如下: 电池:Pb(s)+PbO2(s)+2H2SO4(aq)2PbSO4(s)+2H2O(l) 电解池:2Al+3H2OAl2O3+3H2↑
电解过程中,以下判断正确的是( ) 电池 电解池 ++A H移向Pb电极 H移向Pb电极 B 每消耗3 mol Pb 生成2 mol Al2O3 +-2+-+C 正极:PbO2+4H+2ePb+2H2O 阳极:2Al+3H2O-6eAl2O3+6H D + +解析:原电池中阳离子移向正极,即H移向PbO2极,电解池中,阳离子移向阴极,即H移向Pb极,A错误;根据电子守恒,电池中每消耗3 mol Pb,则在电解池中生成1 mol Al2O3,B错误;
-
电池中正极反应为PbO2+2e
?+4H+SO24+
PbSO4+2H2O,C错误;电池中Pb失电子转化为难溶的PbSO4,所以Pb电极质量增
加,电解池中Pb作阴极,不参与电极反应,因此质量不变,D正确。 答案:D
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