高三化学教案：《电化学解题策略》教学设计

　　本文题目：高三化学教案：电化学解题策略

　　电化学解题策略

　　通过研究近几年全国各地的高考试题，有关电化学试题仍是2012年高考一大亮点，这充分说明电化学在今后教学中的重要性。但这类试题往往又是学生学习的难点，错误率较高。如何解答此类问题，现归纳如下：

　　【解题策略】

　　一. 电化学中四个极

　　正负极是根据物理学上的电极电势高低而规定的，多用于原电池。正极电极电势高，是流入电子(外电路)的电极;负极电极电势低，是流出电子(外电路)的电极。

　　阴阳极是针对电解池或电镀池来命名的。阳极是指与电源正极相连，发生氧化反应的电极;阴极是指与电源负极相连，发生还原反应的电极。

　　二. 电化学中四个池

　　1. 原电池：化学能转化为电能的装置。除燃料电池外，一般由活泼金属作负极。

　　2. 电解池：电能转化为化学能的装置。

　　3. 电镀池：应用电解原理在某些金属表面镀上一层新金属的装置。通常镀层金属接电源正极，待镀金属的物件接电源负极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。

　　4. 电解精炼池：应用电解原理提纯某些金属的装置，通常提纯的金属接电源正极，该金属的纯净固体接电源负极，电解液含有待提纯金属的阳离子。

　　三. 原电池电极的四种判断方法

　　1. 根据构成原电池的电极材料判断：活泼金属作负极，较不活泼金属或导电的非金属及金属氧化物作正极。

　　2. 根据电子流向或电流流向判断：电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。

　　3. 根据电极反应进行判断：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。也可依据电极附近指示剂(石蕊、酚酞、淀粉试液等)的显色情况判断该电极是 或 等放电，从而确定正、负极。如用酚酞作指示剂，若电极附近溶液变红色，说明该电极附近溶液显碱性， 在该电极附近得电子被还原，该电极为正极。

　　4. 根据两极现象判断：通常溶解或质量减少的一极为负极;质量增加或有气泡产生的一极为正极。

　　四. 电解的四种类型

　　1. 只有溶质发生化学变化：如用惰性电极电解 溶液、 溶液，其电解反应式分别为：

　　2. 形式上看只有水发生化学变化：如惰性电极电解 溶液的电解反应式均为：

　　3. 溶质、水均发生化学变化：如惰性电极电解 溶液、 溶液，其电解反应式分别为：

　　4. 形式上看溶质和水均未发生化学变化：如铁器上镀铜，电极反应式分别为：阳极铜棒： ，阴极铁器： 。

　　五. 书写电极反应的四原则

　　1. 加减原则：根据得失电子守恒，总反应式为两个电极反应式之和。若已知一个电极反应式，可用总反应式减去已知的反应式，得另一电极反应式。

　　2. 共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中 不可能存在，也不可能有 参加反应;当电解质溶液呈酸性时，不可能有 参加反应。如甲烷燃料电池以KOH为电解质溶液时：负极反应式： ;正极反应式： 。

　　3. 得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加 (电解质为酸性时)或 (电解质溶液为碱性或中性时);失氧时，在反应物中加 (电解质为碱性或中性时)或 (电解质为酸性时)。如“钮扣”电池以KOH为电解质溶液，其电池总反应式为： ，负极 ，根据得氧原则，负极反应式为： ;正极 ，根据失氧原则，正极反应式为： 。

　　4. 中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起来的原电池反应，其反应的最后产物是碱。如银锌电池、铁的吸氧腐蚀、以铝、空气、海水为材料组成的海水电池等。

　　【题型解读】

　　题型一、电极名称和电极材料的判断

　　例1. 铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是( )

　　A. 阴极 B. 正极 C. 阳极 D. 负极

　　解析：电解池的两极分别命名为阴、阳极，原电池的两极分别命名为正、负极。题中装置构成的是原电池，锌片失电子作原电池的负极。答案：D

　　题型二、电极方程式的书写

　　例2. 下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列判断正确的是( )

　　A. a为负极，b为正极 B. a为阳极，b为阴极

　　C. 电解过程中，d电极的质量增加 D. 电解过程中，氯离子的浓度不变

　　解析：根据电流方向可判断出a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。用惰性电极电解CuCl2溶液时，两个电极上发生的反应阳极(c电极)为： ，阴极(d电极)为： 。答案：C

　　题型三、废旧电池的处理方法

　　例3. 随着人们生活水平的不断提高，废旧电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是( )

　　A. 利用电池外壳的金属材料

　　B. 防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水体造成污染

　　C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品

　　D. 回收其中的石墨电极

　　解析：随着生产的发展和人们生活水平的日益提高，环境污染和环保问题已越来越受到人们的重视，废旧电池中含有铅、汞等多种重金属离子，极易对环境造成污染。答案：B

　　题型四、利用得失电子守恒进行计算

　　例4. 室温下，在实验室中电解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液，通电一段时间后溶液的pH从7增加到12时(设电解时溶液的体积变化忽略不计)，则阴极产生气体的体积(标准状况)和溶液中NaCl的浓度分别为( )

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

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

　　解析：室温下，pH=12时， ，生成的 的物质的量为

　　。由电极反应中电子转移数相等，推导出电子与各物质之间物质的量的关系为： 。由生成的 的物质的量可直接求得

　　参加反应的NaCl的物质的量为 。剩余NaCl的浓度为

　　，生成的H2为 。答案：B

　　题型五、电化学基础知识应用

　　1. 判断金属的活动性强弱

　　例5. X、Y、Z、M代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出;若电解 和 共存的溶液时，Y先析出;又知 的氧化性强于 ，则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为( )

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

　　解析：金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中，形成原电池，X溶解说明金属活动性X>Z;电解 和 共存的溶液时，Y先析出，则金属活动性Z>Y;离子的氧化性越强，其单质的金属活动性越弱，则金属活动性Y>M。答案：A

　　2. 金属的腐蚀

　　例6. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后，常出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是( )

　　A.

　　B.

　　C.

　　D.

　　解析：洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀，负极发生的反应为： ，正极发生的反应为： ，总反应式为： ，而 又易被O2氧化为红褐色的 。答案：D

　　题型6、电子守恒法的应用。

　　例7、500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3-)=6.0 mol?L-1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22.4 L气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )

　　A.原混合溶液中c(K+)为1 mol?L-1 B.上述电解过程中共转移4 mol电子

　　C.电解得到的Cu的物质的量为0.5 mol D.电解后溶液中c(H+)为2 mol?L-1

　　解析：两极反应为：阴极 Cu2++2e-=Cu 2H++2e-=H2↑ 阳极：4OH--4e-=O2↑+2H2O,两极都收集1mol气体，由阳极得到转移电子为4mol，又知生成1molH2转移电子2mol，根据电子得失守恒，n(Cu2+)=1mol.再通过离子所带电荷的守恒,在500 mL KNO3和Cu(N03)2的混合溶液中存在关系：2c(Cu2+)+c(K+)=c(NO3-)，可以求出c(K+)=2 mol?L-1 .电解过程中消耗的n(OH-)=4mol,则溶液中留下4mol的H+,c(H+)=8mol?L-1 .

　　答案：B

　　例8、如下图所示，若电解5min时铜电极质量增加2.16g，试回答：

　　(1)电源电极X名称为_____________。

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

　　(3)通电5min时，B中共收集224mL气体(标况)，溶液体积为200mL。(设电解前后无体积变化)则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为__________。

　　(4)若A中KCl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH是___________(设前后体积无变化)。

　　解析：(1)因为Cu电极增重，说明溶液中的Ag+在此极析出，所以Cu极为阴极，Ag极为阳极，那么与Ag极相连的电源Y极为正极，X极为负极。(2)电解KCl溶液时，阴极上2H++2e-=H2↑，溶液pH增大，电解CuSO4和K2 SO4溶液时，阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，溶液pH减小。电解AgNO3溶液实质是电镀，溶液浓度不变，故pH不变。(3)C中铜电极增加2.16gAg，通过的电子为n(e-)= 0.02mol，因为串联电池，每个电极通过的电子均为0.02mol，B中阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，放出O2为 =0.005mol，阴极放出H2为：0.01mol-0.005mol=0.005mol，根据H2的物质的量推知H+得电子2×0.005mol，则Cu2+得电子为0.02mol -2×0.005mol， CuSO4 的浓度为： 。

　　(4)A中阴极2H++2e-=H2↑，H+减少n(H+)=0.02mol，

　　c(OH-) = ,pH=13。

　　答案：(1)负极(2)增大;减小;不变(3)0.025mol/L(4)13。

　　例9、(1)肼(N2H4)又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ(25℃时)，N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是 。

　　(2)肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。

　　肼—空气燃料电池放电时：

　　正极的电极反应式是 。

　　负极的电极反应式是 。

　　(3)下图是一个电化学过程示意图。

　　①锌片上发生的电极反应是 。

　　②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论上消耗标标准状况下的空气 L(假设空气中氧气体积含量为20%)

　　解析：(1)注意32克N2H4为1mol,注意△H应与方程式的计量数相对应，如N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O(1);△H=-624kJ/mol

　　(2)肼—空气燃料电池，电解质溶液是KOH溶液。故电极反应为：

　　(正极)O2+2H2O+4e-=4OH- ，(负极)N2H4+4OH--4e-=4H2O+N2↑

　　(3)①此图为电解装置，铜片为阳极，锌片为阴极。锌片上发生的电极反应是Cu2++2e-=Cu

　　② 铜片减少128g，即转移电子4mol 根据O2+2H2O+4e-=4OH-计算得，需要氧气1mol,转化为空气则需要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

　　【专题测试】

　　1.下列有关电化学的示意图中正确的是

　　(　　)

　　【解析】　选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极。选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。选项C，粗铜应连接电源正极。选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl-在阳极放电产生Cl2，溶液中的H+在阴极获得电子而产生H2，正确。

　　【答案】　D

　　2.下列叙述正确的是

　　(　　)

　　①原电池是把化学能转化成电能的一种装置　②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应　③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现　④碳棒不能用来作原电池的正极　⑤反应Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+，能以原电池的形式来实现

　　A.①⑤　　　　　　　　　B.①④⑤

　　C.②③④ D.②⑤

　　【解析】　②原电池负极发生氧化反应，③不能实现，④碳棒可以作原电池的正极。

　　【答案】　A

　　3.碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：

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

　　下列说法错误的是

　　(　　)

　　A.电池工作时，锌失去电子

　　B.电池正极的电极反应式为2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)

　　C.电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极

　　D.外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g

　　【解析】　由所给电池的总反应式可知，电池工作时，每有1 mol Zn参加反应，失去2 mol电子，则会有2 mol电子从负极Zn开始，流经外电路而流向正极，并在正极发生反应，2MnO2(s)+H2O(l)+2e-===Mn2O3(s)+2OH-(aq)，故外电路每通过0.2 mol电子，Zn的质量就减轻6.5 g。

　　【答案】　C

　　4.科学家近年来研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为

　　(　　)

　　A.H2+2OH--2e-===2H2O

　　B.O2+4H++4e-===2H2O

　　C.H2-2e-===2H+

　　D.O2+2H2O+4e-===4OH-

　　【答案】　C

　　5.钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe+2H2O+O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是

　　(　　)

　　A.负极发生的反应为：Fe-2e-===Fe2+

　　B.正极发生的反应为：2H2O+O2+2e-===4OH-

　　C.原电池是将电能转变为化学能的装置

　　D.钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀

　　【答案】　A

　　6.在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是

　　(　　)

　　①原电池正极和电解池阳极所发生的反应　②原电池正极和电解池阴极所发生的反应　③原电池负极和电解池阳极所发生的反应　④原电池负极和电解池阴极所发生的反应

　　A.①② B.②③

　　C.③④ D.①④

　　【解析】　原电池的负极和电解池的阳极发生的是氧化反应。原电池的正极和电解池的阴极发生的是还原反应。

　　【答案】　B

　　7.用惰性电极分别电解足量的下列物质的水溶液一段时间后，向剩余电解质溶液中加入一定量的一种物质(括号内)，溶液能恢复到与原来溶液完全一样的是

　　(　　)

　　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阴、阳离子，判断阴、阳两极参加反应的离子是什么?溶液中减少的是什么?显然A中电解的是CuCl2，B中被电解的是水，D中减少的是CuO，与添加的物质不符被否定。

　　【答案】　C

　　8.氢镍电池是近年开发出来的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：

　　12H2+NiO(OH) Ni(OH)2

　　根据此反应式判断，下列叙述中正确的是

　　(　　)

　　A.电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大

　　B.电池放电时，镍元素被氧化

　　C.电池充电时，氢元素被氧化

　　D.电池放电时，H2是负极

　　【解析】　放电时，反应向右进行，氢被氧化为H+，负极区pH减小，镍元素被还原，而充电时，反应向左进行，氢元素被还原。

　　【答案】　D

　　9.若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是：Cu+2H+===Cu2++H2↑，则下列关于该装置的有关说法正确的是

　　(　　)

　　A.该装置可能是原电池，也可能是电解池

　　B.该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸

　　C.该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极

　　D.该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸

　　【解析】　不能是原电池，Cu+H+不能自发的发生氧化还原反应。

　　【答案】　C

　　10.用惰性电极电解2 L 1.0 mol?L-1CuSO4溶液，在电路中通过0.5 mol电子后，调换正负极继续电解，电路中通过了1 mol电子，此时溶液中c(H+)为(假设体积不变)

　　(　　)

　　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】　调换正负极前后电极反应式的比较情况如下：

　　前阳：4OH--4e-===2H2O+O2↑阴：2Cu2++4e-===2Cu

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

　　由上反应知：电路中转移的1.5 mol电子中，只有1 mol由OH-放电产生，即消耗的n(OH-)=1 mol，亦即溶液中积累的n(H+)=1 mol，故c(H+)=0.5 mol/L。

　　【答案】　C

　　11.把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条件下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为

　　(　　)

　　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，不符合生产实际的是

　　(　　)

　　A.电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极

　　B.电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极

　　C.电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极

　　D.在镀件上电镀锌，用锌作阳极

　　【答案】　A

　　13.如下图所示，通电后，A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是 (　　)

　　A.P是电源的正极

　　B.F极上发生的反应为：4OH--4e-===2H2O+O2↑

　　C.通电后，甲、乙、丙三池中，除了E、F两极外，其他电极均参加了反应

　　D.通电后，甲池溶液的pH减小，而乙、丙两池溶液的pH不变

　　【答案】　B

　　14.如下图所示，X、Y分别是直流电源的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无臭

　　气体放出。符合这一情况的是 (　　)

　　a极板 b极板 X电极 Z溶液

　　A 锌 石墨 负极 CuSO4

　　B 石墨 石墨 负极 NaOH

　　C 银 铁 正极 AgNO3

　　D 铜 石墨 负极 CuCl2

　　【答案】　A

　　15.天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li+迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2+C6 CoO2+LiC6，下列说法正确的是

　　(　　)

　　A.充电时，电池的负极反应为LiC6-e-===Li++C6

　　B.放电时，电池的正极反应为CoO2+Li++e-===LiCoO2

　　C.羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质

　　D.锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低

　　【解析】　A项，充电时，发生电解池反应，电池负极即为电解池阴极，发生还原反应Li++C6+e-===LiC6;B项，放电时发生原电池反应电池正极发生还原反应;C项，含活泼氢的有机物作电解质易得电子;D项，锂相对原子质量小，其密度最小，所以锂离子电池的比能量高。

　　【答案】　B

　　16.将Mg条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，如下图所示用导线连接起来。下列叙述符合事实的是 (　　)

　　A.断开K2，闭合K1时，Al电极反应为：Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O

　　B.断开K2，闭合K1时，由于Mg比Al活泼，故Mg失去电子被氧化成Mg2+

　　C.断开K1，闭合K2时，电子由Mg向Al流动

　　D.断开K1，闭合K2时，溶液中立即会有白色沉淀析出

　　【解析】　断开K2，闭合K1时，Al、Mg、NaOH构成原电池，Al能自发与NaOH溶液反应而失去电子，为原电池的负极：Al+4OH--3e-===AlO-2+2H2O，故选项A正确，B错误。断开K1，闭合K2时，构成电解NaOH溶液的电解池，Al接电源的正极为电解池的阳极，被溶解：Al-3e-===Al3+，生成的Al3+马上与溶液中过量的OH-反应生成AlO-2，看不到白色沉淀析出。Mg接电源的负极为电解池的阴极，溶液中的H+在该极获得电子而产生H2：2H++2e-===H2↑。电子流向为：Mg→NaOH溶液→Al，故选项C、D错误。

　　【答案】　A

　　17.(10分)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：

　　序号 内容 实验现象

　　1 常温下将铁丝放在干燥空气中一个月 干燥的铁丝表面依然光亮

　　2 常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时 铁丝表面依然光亮

　　3 常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月 铁丝表面已变得灰暗

　　4 将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时 铁丝表面略显灰暗

　　5 将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面已变得灰暗

　　6 将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时 铁丝表面灰暗程度比实验5严重

　　回答以下问题：

　　(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________;在电化学腐蚀中，负极反应是__________________;正极反应是______________________;

　　(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是___________________________

　　______________________________________________________________________;

　　(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是________________________(答两种方法)。

　　【解析】　由实验现象(铁丝表面变灰暗)得出发生了电化学腐蚀的实验为3、4、5、6，负极Fe失电子变成Fe2+被腐蚀，正极均为O2放电。从能否构成原电池的条件等方面来回答问题(2)。从改变物质的内部结构方面，从覆盖保护层、原电池原理等方面进行思考来回答问题(3)。

　　【答案】　(1)3、4、5、6

　　Fe-2e-===Fe2+(或2Fe-4e-===2Fe2+)

　　2H2O+O2+4e-===4OH-

　　(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质存在

　　(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等

　　18.(10分)二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：

　　某软锰矿的主要成分为MnO2，还含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：

　　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)硫酸亚铁在酸性条件下将MnO2还原为MnSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________。

　　(2)滤渣A的主要成分为__________________。

　　(3)加入MnS的目的是除去________________杂质。

　　(4)碱性锌锰干电池中，MnO2参与的电极反应方程式为___________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(5)从废旧碱性锌锰干电池中可以回收利用的物质有________________________(写出两种)。

　　【解析】　(2)软锰矿酸浸后，滤液中主要含有Mn2+、Fe3+、Al3+、Cu2+、Zn2+、Fe2+和H+，当加氨水调pH至5.4时，根据题目所给表格，此pH下，只有Al3+、Fe3+可沉淀完全。

　　(3)在pH=5.4时，Cu2+、Zn2+可以硫化物的形式沉淀完全，而MnS在此情况下不可溶解形成Mn2+和S2-，因此加入MnS是为了除去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)锌、二氧化锰

　　19.(13分)物质X是中学化学中的常见物质，X既能与稀硫酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应。

　　(1)若X为氧化物，X的化学式是________________。

　　(2)若X为单质，X用于焊接钢轨反应的化学方程式是_________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(3)若X与稀硫酸反应生成无色无味的气体A，与浓氢氧化钠溶液加热反应生成气体B。等物质的量的A和B在水溶液中反应又生成X。

　　X与稀硫酸反应的离子方程式是__________________________________________;

　　X与足量稀氢氧化钠溶液反应的离子方程式是________________________________

　　________________________________________________________________________。

　　①在宇航器中，可以不断的将座舱内的空气通过盛有金属过氧化物(以过氧化钠为例)的容器，以除去A。反应的化学方程式是______________________________________________。

　　②科学家设计出新的航天飞船内的空气更新系统。其中一步是A和氢气在200～250 ℃时，镍催化剂作用下，生成甲烷和另一物质。该反应的化学方程式是___________________。

　　③熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如下图所示：

　　C(Ⅰ)的电极名称是________(填正极或负极)。该燃料电池的总反应化学方程式是______________________。

　　熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图

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

　　(3)HCO-3+H+===H2O+CO2↑

　　NH+4+HCO-3+2OH-===NH3?H2O+CO2-3+H2O

　　①2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2

　　②CO2+4H2=====Ni200～250 ℃CH4+2H2O

　　③负极　2H2+O2===2H2O

　　20.(11分)新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：

　　方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800 ℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出。

　　方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800 ℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。

　　在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一(用M表示)的结构简式如下：

　　请回答下列问题：

　　(1)上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是________________________________________________________________________。

　　(2)在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有________、________、________(填化学式)生成。

　　(3)在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为__________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(4)写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：___________________________

　　________________________________________________________________________。

　　(5)已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为__________________________________________________________。

　　【解析】　(1)因制备该电池电极材料的原料为乙酸亚铁，产品为磷酸亚铁锂，为防止亚铁化合物被氧化，故两种制备方法的过程必须在惰性气体氛围中进行。

　　(2)方法一中除生成磷酸亚铁锂和乙酸外，由碳酸锂可生成CO2气体，由磷酸二氢铵可生成NH3和水蒸气，故除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有CO2、H2O和NH3生成。

　　(3)分析方法二所给条件，抓住几个关键点：①铁作阳极;②磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液为电解液;③析出磷酸亚铁锂沉淀，所以阳极的电极反应式为：Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+。

　　(4)分析M的结构简式可知，M分子中既含甲基丙烯酸酯的结构，又含碳酸二酯的结构(见下图)：

　　由此可分析写出M与足量NaOH溶液反应的化学方程式。

　　(5)该电池放电时正极的电极反应为充电时阳极电极反应的逆过程，即由磷酸铁生成磷酸亚铁锂，故放电时正极的电极反应式为：FePO4+Li++e-===LiFePO4。

　　【答案】　(1)为了防止亚铁化合物被氧化

　　(2)CO2　H2O　NH3

　　(3)Fe+H2PO-4+Li+-2e-===LiFePO4+2H+

　　(4)

　　HOCH2CH2OH+Na2CO3+CH3OH

　　(5)FePO4+Li++e-===LiFePO4

　　21.(8分)常温下电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中Ⅰ、Ⅱ所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，根据图中信息进行下列计算：

　　(1)原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度。

　　(2)t2时所得溶液的pH。

　　(3)电解至t3时，消耗水的质量。

　　【解析】　(1)阳极首先逸出的是氯气：n(NaCl)=2n(Cl2)=0.02 mol，则c(NaCl)=0.1 mol/L。

　　阳极得到336 mL气体中，含0.01 mol Cl2和0.005 mol O2，转移电子的物质的量为：0.01 mol×2+0.005 mol×4=0.04 mol。

　　此过程中阴极刚好全部析出铜：

　　n(CuSO4)=n(Cu)=0.04 mol2=0.02 mol，

　　则c(CuSO4)=0.02 mol0.2 L=0.1 mol/L。

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

　　根据电荷守恒有：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