高考真题化学分类难点专题13 电化学综合应用Word下载.docx
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Ⅰ.固体混合物的分离和利用（流程图中的部分分离操作和反应条件未标明）
（1）反应①所加试剂NaOH的电子式为 ，B→C的反应条件为 ，C→Al的制备方法称为 。
（2）该小组探究反应②发生的条件。
D与浓盐酸混合，不加热，无变化；
加热有Cl2生成，当反应停止后，固体有剩余，此时滴加硫酸，又产生Cl2。
由此判断影响该反应有效进行的因素有（填序号） 。
a.温度 b.Cl-的浓度 c.溶液的酸度
（3）0.1molCl2与焦炭、TiO2完全反应，生成一种还原性气体和一种易水解成TiO2·
xH2O的液态化合物，放热4.28kJ，该反应的热化学方程式为 。
Ⅱ.含铬元素溶液的分离和利用
（4）用惰性电极电解时，CrO42–能从浆液中分离出来的原因是 ，分离后含铬元素的粒子是 ；
阴极室生成的物质为 （写化学式）。
（1）
加热（或煅烧） 电解法
（2）ac
（3）2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）
TiCl4（l）+2CO（g） ΔH=-85.6kJ·
mol-1
（4）在直流电场作用下，CrO42–通过阴离子交换膜向阳极室移动，脱离浆液 CrO42–和Cr2O72– NaOH和H2
【解析】本题考查化工流程分析、热化学方程式书写及电解原理等。
（1）NaOH由Na+和OH-构成，电子式为
。
根据题中图示转化关系，向溶液A中通入CO2，发生反应:
NaAlO2+2H2O+CO2
Al（OH）3↓+NaHCO3，沉淀B为Al（OH）3，固体C为Al2O3，B→C的反应条件为加热或煅烧，Al2O3→Al的制备方法为电解熔融氧化铝。
（2）根据“D与浓盐酸混合，不加热，无变化；
加热有Cl2生成”知温度对反应有影响；
滴加硫酸，引入H+，又产生Cl2，说明溶液的酸度对反应有影响。
（3）该还原性气体为CO，易水解生成TiO2·
xH2O的液态化合物为TiCl4，反应的化学方程式为2Cl2（g）+TiO2（s）+2C（s）
TiCl4（l）+2CO（g），结合题意知ΔH=-
×
2=-85.6kJ·
mol-1。
（4）题图2中电解分离装置采用离子交换膜，根据电解时阴离子向阳极移动，则在直流电场作用下，CrO42–通过阴离子膜向阳极室移动，脱离浆液。
在阳极室，CrO42–发生可逆反应:
2CrO42–+2H+
Cr2O72–+H2O，故分离后含铬元素的粒子是CrO42–、Cr2O72–。
在阴极室，H2O放电:
2H2O+2e-
H2↑+2OH-，c（OH-）增大，且Na+向阴极室移动，故阴极室生成的物质为NaOH、H2。
2016-2013年化学高考题
1．【2015上海化学】
（12分）氯碱工业以电解精制饱和食盐水的方法制取氯气、氢气、烧碱和氯的含氧酸盐等系列化工产品。
下图是离子交换膜法电解食盐水的示意图，图中的离子交换膜只允许阳离子通过。
完成下列填空：
（1）写出电解饱和食盐水的离子方程式。
（2）离子交换膜的作用为、。
（3）精制饱和食盐水从图中位置补充，氢氧化钠溶液从图中位置流出。
（选填“a”、“b”、“c”或“d”）
（4）KClO3可以和草酸（H2C2O4）、硫酸反应生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。
写出该反应的化学方程式。
（5）室温下，0.1mol/LNaClO溶液的pH0.1mol/LNa2SO3溶液的pH。
（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为。
已知：
H2SO3Ki1=1.54×
10-2Ki2=1.02×
10-7
HClOKi1=2.95×
10-8
H
2CO3Ki1=4.3×
10-7Ki2=5.6×
10-11
（1）2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－
（2）阻止OH-进入阳极室，与Cl2发生副反应2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
（3）ad
（4）2KClO3+H2C2O4+2H2SO4===2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O
（5）大于SO32–>
CO32–>
HCO3–>
HSO3–
【解析】
（1）电解饱和食盐水时，溶液中的阳离子H+在阴极得到电子变为H2逸出，使附近的水溶液显碱性，溶液中的阴离子Cl-在阳极失去电子，发生氧化反应。
产生Cl2。
反应的离子方程式是2Cl－＋2H2O
Cl2↑＋H2↑＋2OH－。
（2）图中的离子交换膜只允许阳离子通过，不能使阴离子通过，这样阻止了OH—进入阳极室，阻止Cl—进入阴极室，使在阴极区产生的NaOH纯度更高。
同时可以阻止阳极产生的Cl2和阴极产生的H2混合发生爆炸。
（3）随着电解的进行，溶质NaCl不断消耗，所以应及时补充。
精制饱和食盐水从与阳极连接的图中a位置补充，由于阴极H+不断放电，附近的溶液显碱性，氢氧化钠溶液从图中d位置流出；
水不断被消耗，所以从b口不断加入蒸馏水，从c位置流出的是稀的NaCl溶液。
（4）KClO3有氧化性，H2C2O4有还原性，在酸性条件下KClO3可以和草酸（H2C2O4）生成高效的消毒杀菌剂ClO2，还生成CO2和KHSO4等物质。
则根据电子守恒及原子守恒，可得该反应的化学方程式是：
2KClO3+H2C2O4+2H2SO4===2ClO2+2CO2+2KHSO4+2H2O。
（5）NaClO、Na2SO3都是强碱弱酸盐，弱酸根离子发生水解反应，消耗水电离产生的H+，破坏了水的电离平衡，当最终达到平衡时，溶液中c（OH-）>
c（H+），所以溶液显碱性。
形成盐的酸越弱，盐水解程度就越大。
消耗的离子浓度越大，当溶液达到平衡时，剩余的离子浓度就越小。
由于H2SO3的Ki2=1.02×
10-7；
HClO的Ki1=2.95×
10-8，所以酸性：
HSO3->
HClO，因此溶液的pH:
NaClO>
Na2SO3。
由于电离程度：
H2SO3>
H2CO3>
HCO3-，浓度均为0.1mol/L的Na2SO3和Na2CO3的混合溶液中，水解程度：
SO32–，所以离子浓度：
SO32–>
CO32–；
水解产生的离子浓度：
HCO3->
HSO3-。
但是盐水解程度总的来说很小，主要以盐电离产生的离子存在。
所以在该溶液中SO32–、CO32–、HSO3–、HCO3–浓度从大到小的顺序为SO32–>
HSO3–。
【考点定位】考查电解原理的应用、氧化还原反应方程式的书写、电离平衡常数在比较离子浓度大小的应用的知识。
【名师点睛】氧化还原反应、电解原理、弱电解质的电离平衡理论、盐的水解、离子浓度大小比较是中学化学中的重要知识和理论，要掌握其反应原理、规律、方法、比较依据，再结合实际情况，进行正确的判断，得到相应的答案。
2．【2015北京理综化学】
（节选）研究CO2在海洋中的转移和归宿，是当今海洋科学研究的前沿领域。
（4）利用如图所示装置从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量。
结合方程式简述提取CO2的原理：
。
用该装置产生的物质处理b室排出的海水，合格后排回大海。
处理至合格的方法是。
（4）①a室：
2H2O-4e－===
O2↑+4H+，H+通过阳离子膜进入b室，发生反应：
HCO3－+H+===CO2↑+H2O。
②c室的反应：
2H2O+2e-===2OH-+H2↑，用c室排出的碱液将从b室排出的酸性海水调节至接近装置入口海水的pH
（4）海水pH＞8，显碱性，需要H+中和来降低海水的碱性，a室发生阳极反应：
O2↑+4H+，c（OH—）下降，水电离平衡右移，c（H+）增大，H+从a室进入b室，发生反应：
HCO3－+H+===CO2↑+H2O。
②
c室的反应：
【考点定位】考查化学平衡移动、电解等。
【名师点晴】本题以CO2在海洋中的转移和归宿为素材，考查有关化学反应原理知识，难度不大，要求学生掌握弱电解质的电离、化学方程式的书写以及利用守恒观点配平方程式，第（4）问利用电化学利用理论从海水中提取CO2，有利于减少环境温室气体含量，体现了化学与环境保护、理论与实际相结合的特点。
3．【2015北京理综化学】
（15分）为探讨化学平衡移动原理与氧化还原反应规律的联系，某同学通过改变浓度研究“2Fe3++2I-
2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化。
实验如下：
（1）待实验
溶液颜色不再改变时，再进行实验
，目的是使实验
的反应达到。
（2）
是
的对比试验，目的是排除有
中造成的影响。
（3）
和
的颜色变化表明平衡逆向移动，Fe2+向Fe3+转化。
用化学平衡移动原理解释原因：
（4）根据氧化还原反应的规律，该同学推测
中Fe2+向Fe3+转化的原因：
外加Ag+使c（I—）降低，导致I-的还原性弱于Fe2+，用右图装置（a、b均为石墨电极）进行实验验证。
K闭合时，指针向右偏转，b作极。
当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01mol/LAgNO3溶液，产生的现象证实了其推测，该现象是。
（5）按照（4）的原理，该同学用上图装置进行实验，证实了
中Fe2+向Fe3+转化的原因，
转化原因是。
与（4）实验对比，不同的操作是。
（6）实验
中，还原性：
I—>
Fe2+；
而实验
Fe2+>
I—，将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是。
【答案】
（1）化学平衡状态
（2）溶液稀释对颜色变化（3）加入Ag+发生反应：
Ag++I—===AgI↓，c（I—）降低；
或增大c（Fe2+）平衡均逆向移动（4）①正
②左管产生黄色沉淀，指针向左偏转
（5）①Fe2+随浓度增大，还原性增强
，使Fe2+还原性强于I-②向U型管右管中滴加1mol/L
FeSO4溶液（6）该反应为可逆氧化还原反应，在平衡时，通过改变物质的浓度，可以改变物质的氧化、还原能力，并影响平衡移动方向
的反应达到化学平衡状态。
（2）根据实验
和实验
的对比可以看出是为了排除有
中水造成溶液中离子浓度改变
的影响；
（3）i.加入AgNO3，Ag+与I-生成AgI黄色沉淀，I-浓度降低，2Fe3+
+
2I-
2Fe2+
I2平衡逆向移动。
ii.加入FeSO4，Fe2+浓度增大，平衡逆移。
（4）
K闭合时，指针向右偏转，b极为Fe3+得电子，作正极；
当指针归零（反应达到平衡）后，向U型管左管滴加0.01mol/LAgNO3溶液，产生黄色沉淀，I-离子浓度减小，2Fe3+
I2平衡左移，指针向左偏转。
（5）①Fe2+向Fe3+转化的原因是Fe2+浓度增大，还原性增强
；
②与（4）实验对比，不同的操作是当指针归零后，向U型管右管中滴加1mol/L
FeSO4溶液。
将（3）和（4）、（5）作对比，得出的结论是在其它条件不变时，物质的氧化性和还原性与浓度有关，浓度的改变可影响物质的氧化还原性，导致平衡移动。
【考点定位】考查化学平衡、电化学、以及化学实验设计等知识。
【名师点晴】本题以“2Fe3++2I-
2Fe2++I2”反应中Fe3+和Fe2+的相互转化为基本素材，考查化学平衡状态的判断、平衡的移动、原电池原理、化学实验设计等内容，要求学生在解答本题时能
充分接受、吸收、整合所给信息，分析和解决化学问题，同时本题第
（2）（5）等小问也体现了对化学实验与科学探究能力的考查。
题目难度不是很大。
解答本题时还要注意答题的规范性。
4．【2015海南化学】
（节选）银是一种贵金属，古代常用于制造钱币及装饰器皿，现代在电池和照明器材等领域亦有广泛应用。
回答下列问题。
（4）右图所示原电池正极的反应式为。
（4）Ag++e-===Ag
（4）该原电池的实质是Cu与银离子发生置换反应生成Ag单质，所以正极是生成Ag单质的还原反应。
【考点定位】本题考查金属的腐蚀、电极反应式的书写。
【名师点睛】以银及其化合物为载体考查原电池原理的应用。
考查学生分析问题、解决问题的能力。
5．【2015安徽理综化学】
（节选）C、N、O、Al、Si、Cu是常见的六种元素。
（4）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO3中组成原电池（图1），测得原电池的电流强度（I）随时间（t）的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。
0-t1时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是_____,溶液中的H+向___极移动，t1时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是______。
（4）2H++NO3—+e—===NO2↑+H2O正Al在浓硝酸中发生钝化，氧化膜阻止了Al进一步反应。
（4）正极得电子发生还原反应，故电极反应为:
2H++NO3—+e—===NO2↑+H2O;
在电场作用下，阳离子向电池正极移动，由图像得t1时刻电流方向改变，说明电负极发生改变，Al因为发生钝化不再进一步反应。
【考点定位】本题属于实验题，考查原电池原理等知识。
【名师点睛】判断原电池的正负极关键在于理解原电池的本质是氧化还原反应，根据这个原理来判断正负极，负极失电子，发生氧化反应，进而再根据电极材料、电解质溶液和题干信息书写电极反应式。
6．【2015重庆理综化学】
（节选）我国古代青铜器工艺精湛，有很高的艺术价值和历史价值，但出土的青铜器大多受到环境腐蚀，故对其进行修复和防护具有重要意义。
（5）如图为青铜器在潮湿环境中发生电化学腐蚀的原理示意图。
①腐蚀过程中，负极是（填图中字母“a”或“b”或“c”）；
②环境中的Cl-扩散到孔口，并与正极反应产物和负极反应产物作用生成多孔粉状锈Cu2（OH）3Cl，其离子方程式为；
③若生成4.29gCu2（OH）3Cl，则理论上耗氧体积为L（标准状况）。
【答案】（5）①c②2Cu2＋+3OH－+Cl－===Cu2（OH）3Cl↓③0.448
（5）①根据图示，青铜基体发生氧化反应，转化为Cu2＋，故c作负极。
②负极上Cu发生氧化反应，产物为Cu2＋，正极上O2发生还原反应，产物为OH－，故该反应为2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2（OH）3Cl↓。
③根据得失电子守恒，由O2
4OH－、2Cu
Cu2（OH）3Cl，可得关系式：
O2～Cu2（OH）3Cl，则理论上消耗标准状况下O2的体积为0.02mol×
22.4L/mol＝0.448L。
【考点定位】本题主要考查铜及其化合物的性质，电化学的基本原理。
【名师点晴】生活中常见的金属，以铜为载体设计题目的较少，试题背景注重化学与生活、社会、科技及历史等的有机结合和联系，突显了化学学科的特点，能较好的考查电化学基本知识。
7．【2015新课标Ⅱ卷理综化学】
（14分）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，中间是碳棒，其周围是碳粉，MnO2，ZnCl2和NH4Cl等组成的糊状填充物，该电池在放电过程产生MnOOH，回收处理该废电池可得到多种化工原料，有关数据下表所示：
溶解度/（g/100g水）
温度/℃
化合物
20
40
60
80
100
NH4Cl
29.3
37.2
45.8
55.3
65.6
77.3
ZnCl2
343
395
452
488
541
614
Zn（OH）2
Fe（OH）2
Fe（OH）3
Ksp近似值
10-17
10-39
回答下列问题：
（1）该电池的正极反应式为，电池反应的离子方程式为。
（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，理论上消耗Zng。
（已经F＝96500C/mol）
（3）废电池
糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有ZnCl2和NH4Cl，二者可通过分离回收；
滤渣的主要成分是MnO2、______和，欲从中得到较纯的MnO2，最简便的方法是，其原理是。
（4）用废电池的锌皮制备ZnSO4·
7H2O的过程中，需去除少量杂质铁，其方法是：
加稀硫酸和H2O2溶解，铁变为_____，加碱调节至pH为时，铁刚好完全沉淀（离子浓度小于1×
10-5mol/L时，即可认为该离子沉淀完全）；
继续加碱调节至pH为_____时，锌开始沉淀（假定Zn2＋浓度为0.1mol/L）。
若上述过程不加H2O2后果是，原因是。
（1）MnO2＋e—＋H＋===MnOOHZn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH
（2）0.05g
（3）加热浓缩、冷却结晶铁粉、MnOOH在空气中加热；
碳粉转变为CO2，MnOOH氧化为MnO2（4）Fe3＋2.76Zn2＋和Fe2＋分离不开Fe（OH）2和Zn（OH）2的Ksp相近
（1）酸性锌锰干电池是一种一次电池，外壳为金属锌，锌是活泼的金属，锌是负极，电解质显酸性，则负极电极反应式为Zn—2e—===Zn2＋。
中间是碳棒，碳棒是正极，其中二氧化锰得到电子转化为MnOOH，则正极电极反应式为MnO2＋e—＋H＋===MnOOH，所以总反应式为Zn＋2MnO2＋2H＋===Zn2＋＋2MnOOH。
（2）维持电流强度为0.5A，电池工作五分钟，则通过的电量是0.5×
300＝150，因此通过电子的物质的量是
，锌在反应中失去2个电子，则理论消耗Zn的质量是
（3）废电池糊状填充物加水处理后，过滤，滤液中主要有氯化锌和氯化铵。
根据表中数据可知氯化锌的溶解度受温度影响较大，因此两者可以通过结晶分离回收，即通过蒸发浓缩、冷却结晶实现分离。
二氧化锰、铁粉、MnOOH均难溶于水，因此滤渣的主要成分是二氧化锰、碳粉、MnOOH。
由于碳燃烧生成CO2，MnOOH能被氧化转化为二氧化锰，所以欲从中得到较纯的二氧化锰，最简便的方法是在空气中灼烧。
（4）双氧水具有强氧化性，能把铁氧化为铁离子，因此加入稀硫酸和双氧水，溶解后铁变为硫酸铁。
根据氢氧化铁的溶度积常数可知，当铁离子完全沉淀时溶液中铁离子浓度为10—5mol/L，则溶液中氢氧根的浓度＝
，所以氢离子浓度是2×
10—3mol/L，pH＝2.7，因此加碱调节pH为2.7时铁刚好完全沉淀。
Zn2＋浓度为0.1mol/L，根据氢氧化锌的溶度积常数可知开始沉淀时的氢氧根浓度为＝
＝10—8mol/L，氢离子浓度是10—6mol/L，pH＝6，即继续加碱调节pH为6时锌开始沉淀。
如果不加双氧水，则铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁，由于氢氧化亚铁和氢氧化锌的溶度积常数接近，因此在沉淀锌离子的同时亚铁离子也沉淀，导致生成的氢氧化锌不纯，无法分离开Zn2＋和Fe2＋。
【考点定位】本题主要是考查原电池原理的应用、物质的分离与提纯等，涉及电极反应式书写、电解计算、溶度积常数的应用、pH计算、化学实验基本操作等。
【名师点晴】该题以酸性锌锰干电池为载体综合考查了氧化还原反应、电化学、化学计算、物质的分离与提纯等，能够很好地考查考生所掌握的化学知识结构。
考查了学生对知识理解、综合运用能力及阅读材料接受信息的能力和思维能力，对相关知识的掌握情况。
这道高考题为一道中高档题，能力要求较高。
8．【2014年高考海南卷】
（9分）锂锰电池的体积小、性能优良，是常用的一次电池。
该电池反应原理如图所示，其中电解质LiCIO4。
溶于混合有机溶剂中，Li+通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2。
（1）外电路的电流方向是由____极流向____极。
（填字母）
（2）电池正极反应式为。
（3）是否可用水代替电池中的混合有机溶剂？
____（填“是”或“否”），原因是____________。
（4）MnO2可与KOH和KClO3，在高温下反应，生成K2MnO4，反应的化学方程式为_______________。
K2MnO4在酸性溶液中歧化，生成KMnO4和MnO2的物质的量之比为___________。
（1）ba
（2）MnO2+e-+Li+===LiMnO2（3）否电极Li是活泼金属，能与水反应
（4）3MnO2+KClO3+6KOH2K2MnO4+KCl+3H2O2:
1
（1）结合所给装置图以及原电池反应原理，可知Li作负极材料，MnO2作正极材料，所以电子流向是从a→b，那么电流方向则是b→a；
（2）根据题目中的信息“电解质LiClO4溶于混合有机溶剂中，Li+
通过电解质迁移入MnO2晶格中，生成LiMnO2”，所以正极的电极反应式MnO2+e—+Li+===LiMnO2；
（3）因为负极的电极材料Li是活泼的金属，能够与水发生反应，故不能用水代替电池中的混合有机溶剂；
（4）由题目中的信息“MnO2可与KOH和KClO4在高温条件下反应，生成K2MnO4”，可知该反应属于氧化还原反应，Mn元素化合价升高，Cl元素的化合价降低，方程式：
3MnO2+KClO3+6KOH2K2MnO
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