电化学试题选编

电化学试题选编第i题（7分）甲磺酸铅通常为50%～58%的水溶液，在电镀及电子工业中有广泛地应用。电化学合成法制备甲磺酸铅的要点：以甲磺酸为电解液，金属铅做为阳电极，石墨做阴极，聚乙烯磺酸型阳离子交换膜为阴阳极室隔膜。1．写出电极反应方程式和总反应方程式。2．使用隔膜的目的是什么？不使用会有什么后果。3．是否需要加入支持电解质？为什么？4．电化学合成法比一般的化学合成法有什么优点？第i题（7分）1．阳极：Pb→Pb2＋＋2e－（1分）Pb2＋＋2CH3SO3－→Pb(CH3SO3)2阴极：2H＋＋2e－→H2（1分）总反应：Pb＋2CH3SO3H→Pb(CH3SO3)2＋H2（1分）2．阻止Pb2＋向阴极移动。（1分）如没有隔膜，Pb2＋将向阴极移动，发生阴极析铅的副反应：Pb2＋＋2e－→Pb（1分）3．不需要。为甲磺酸为强电解质，其水溶液具有很强的导电性，故没必要再加入支持电解质。（1分）4．实现氧化还原反应靠的是清洁而干净的电子，无三废排放，符合环境保护的要求。第i题（8分）在金电极之间，以一定电流通过AuCl4－溶液。经过10min，阴极重量增加了1.314g。1．写出阴极反应方程式；2．试问在此过程中，有多少电荷经过？电流是多少？3．在1.000×105Pa，25.0℃下，阳极可释放出多少体积的气体。4．在电解AuCl4－溶液的过程中，溶液需要快速搅拌，请明确解释为什么搅拌在这个过程中如此重要？第i题（8分）1．AuCl4－＋3e－＝4Au＋4Cl－（1分）2．Q＝1.93×103C（2分）I＝3.22A（1分）3．VCl2＝0.248L（2分）4．AuCl4－负离子带负电荷，由于同性相斥，在电场作用下向正极聚集，要使其在负极得电子还原，必须搅拌才能使AuCl4－负离子靠近负极。（2分）第i题（13分）苛性碱是重要的化工原料，在化学发展史上有多种制备方法：1．苛性碱的制备最早记载在我国晋朝炼丹家葛洪编著的《肘后备急》中：“取白炭灰，荻灰等分，煎令如膏。……”请写出化学反应方程式。2．1882年德国化学家将干燥的碳酸钠和氧化铁混合后熔融，所得产物溶于水可得苛性钠，写出反应方程式。3．用电解NaCl水溶液的方法制备苛性钠是无机工业中最重要的反应。19世纪初末开始，隔膜法得到广泛使用；到20世纪60年代被离子交换膜法所替代。离子交换膜和隔膜的最大区别是什么？离子交换膜的最大优点是什么？4．1892年，一位居住在英国的美国化学技术人员卡斯特勒提出，利用水银作为阴极，电解食盐水以制取氢氧化钠，并取得专利。该方法是继隔膜法之后实现工业化的第二种电解制备苛性钠的方法。其电解原理如右图所示（在水银电极上钠离子Na＋比氢离子H＋容易放电）：（1）请写出电极反应、溶解室反应和总反应方程式；（2）与隔膜法和离子交换膜法相比较，该方法的最大优点和缺点是什么？第i题（13分）1．CaO＋K2CO3＋H2O＝CaCO3↓＋2KOH或CaO＋NaCO3＋H2O＝CaCO3↓＋2NaOH（2分）2．Na2CO3＋Fe2O3＝2NaFeO2＋CO2（2分）2NaFeO2＋H2O＝2NaOH＋Fe2O3（1分）3．隔膜中Na＋、Cl－均可透过，离子交换膜只有Na＋透过而无Cl－透过所得NaOH溶液纯度高，NaCl含量低（各1分）4．（1）阳极：2Cl－＝Cl2↑＋2e－；阴极：2Na＋＋Hg＋2e－＝2Na(Hg)溶解室：2Na(Hg)＋2H2O＝2Na＋＋2OH－＋H2＋Hg总反应：2NaCl＋2H2O＝2NaOH＋Cl2↑＋H2↑（各1分）（2）优点：NaOH纯度非常高，不要求提纯；缺点：在生产过程中有汞蒸气逸出，污染环境，危害操作人员。（各1分）第i题（5分）下图电池由多孔隔板隔成的三室组成，第一室是一个钴电极在5.0L的0.1000mol/L二价硝酸钻盐的溶液里；第二室是5.0L0.100mol/L的KNO3；第三室是一个银电极在5.0L的0.100mol/L硝酸银溶液里；假设在电解池中，正负离子运输电荷的能力相等。已知ECo2+/Co＝－0.28VEH+/H2＝0.00VEAg+/Ag＝0.799V1．写出电极反应方程式；2．计算通过0.1mol电子后，电解池中每一室中每一种离子的浓度。第i题（5分）1．Co－2e－＝Co2＋Ag＋e－＝Ag（各1分）2．第一室：Co2＋：0.105mol/L；NO3－：0.210mol/L（1分）第二室：Co2＋：0.005mol/L；K＋：0.090mol/LNO3－：0.100mol/L（1分）第三室：Ag2＋：0.080mol/L；K＋：0.010mol/LNO3－：0.090mol/L（1分）第i题（11分）黄金的提取通常采用氰化氧化法。1．该法是向含氰化钠的Au矿粉混合液中鼓入空气，将金以Au(Ⅰ)转移到溶液中，再用锌粉还原提取Au。请写出反应过程的离子方程式。2．纯度达99.95％～99.98％的黄金可用AuCl3的盐酸溶液进行电解制取，有证据表明，AuCl3在浓盐酸中是以[H9O4]＋[AuCl4]－存在。（1）请写出H9O4＋的结构式；（2）写出电解中的电极反应方程式；（3）在电解中对电解液需要进行何种物理操作？3．为了富集AuCl3，常用含磷酸三丁酯的苯溶液萃取，请说明其中原理。4．为保护环境，必须对废水进行处理，请设计两个原理不同的处理方案（不必写配平的反应方程式），并比较它们的优缺点。第i题（11分）1．4Au＋8CN－＋2H2O＋O2＝4Au(CN)2－＋4OH－2Au(CN)2－＋Zn＝2Au＋Zn(CN)42－（各1分）2．（1）或（1分）（2）阴极：AuCl4－＋3e－＝Au＋4Cl－阳极：2Cl－－2e－＝Cl2（1分）（3）对电解液不断进行机械搅拌（1分，因为AuCl4－是向阴极运动的）3．＋→（1分）(HO)3P＝O与[H9O4]＋形成氢键，螫合效应，－OR基亲油，进入苯溶液，富集[AuCl4]－（1分）4．①络合沉淀法：Fe2＋＋6CN－OHFe(CN)64－3FeFe4[Fe(CN)6]3↓（1分）②氧化法：CN－＋OH－222223ONaOHClOClO、、、、CNO－→CO2＋N2（1分）方法①的优点：成本低；缺点：二次污染；方法②的优点：处理彻底；缺点：成本高。（1分）第i题（10分）锑化铟的化学式为InSb，由计算量的铟和锑在真空中高温熔合而得。InSb具有特定的晶体结构，Li能替位到InSb中In的位置并挤出In，而原来的结构保持不变。替位反应可表示为：xLi＋InSb→LixIn1－xSb＋xIn。LixIn1－xSb作为锂电池的电极材料。1．锑化铟一般作为哪类材料？锑化铟中粒子间是哪类作用力？2．锑化铟晶体中Sb作立方最密堆积，而In填充在正四面体空隙中，所得晶胞参数a＝0.631nm。（1）画出锑化铟的晶胞结构图；（2）写出该晶胞中全部In的原子坐标；（3）计算锑化铟的晶体密度3．当InSb中的In全部被Li替换后（LiSb），体积收缩达到24.59%。（1）为什么体积会发生收缩？（2）计算LiSb的密度。（3）LiSb中Sb周围的电荷呈何种形式的分布？4．LixIn1－xSb作为锂电池的哪极极材料？写出该电极的主要电极反应。第i题（10分）1．半导体（1分）共价键（1分）2．（1）（1分）（2）（1/4，1/4，1/4）、（1/4，3/4，3/4）、（3/4，3/4，1/4）、（3/4，1/4，3/4）（1分）（3）6.26g/cm3（1分）3．（1）Li原子半径远比In原子半径小（1分）（2）4.52g/cm3（1分）（3）球形（1分）4．负极（1分）Li－2e－＝Li＋（1分）第i题（11分）完成下列反应方程式1．锂电池新型电极材料LiMnPO4可用两种碳酸盐和NH4H2PO4在N2流中加热得到，写出反应方程式。2．XeO3和Ba(OH)2液反应得一白色物。分析知其中含Xe20.6％。写出反应方程式。3．在Pd/C催化下，肼还原对硝基－β－苯乙醇制备对氨基－β－苯乙醇。4．电解法产生臭氧是利用直流电电解含氧电解质产生臭氧的。目前，最流行的电化学产生臭氧技术是采用固体聚合物电解质（SPE）膜复合电极电解水产生臭氧。写出电极反应方程式。（1）阳极：（副反应）（2）阴极：或第i题（11分）1．Li2CO3＋2MnCO3＋2NH4H2PO4＝2LiMnPO4＋3CO2↑＋2NH3↑＋3H2O（2分）2．XeO3＋3Ba(OH)2＝Ba3XeO6＋3H2O（2分）3．2O2N－－CH2CH2OH＋3N2H4CPd/2H2N－－CH2CH2OH＋3N2↑＋4H2O（3分）4．（1）3H2O→O3＋6H＋＋6e－2H2O→O2＋4H＋＋4e－（2）2H＋＋2e－→H2O2＋4H＋＋4e－→2H2O（各1分）第i题（5分）以石墨为电极，通电电解含酚酞的KI溶液（无色）1．写出阴、阳极的电极反应和阴、阳极区溶液呈现的现象；2．观察到以上现象时停止通电，摇匀电解液，恢复成（几乎）无色，为什么？第i题（5分）1．阳极电极反应式：2I―－2e－＝I2或3I―－2e－＝I3―（1分）阳极区现象：溶液呈黄棕或浅黄棕色（0.5分）阴极电极反应式：2H＋＋2e－＝H2或2H2O＋2e－＝H2＋2OH―（1分）阴极区现象：溶液呈红色（0.5分）2．阳极、阴极生成的I2和OH―物质的量之比为1︰2，因此发生以下反应：3I2＋6OH―＝IO3―＋5I―＋3H2OI2和OH―完全反应（2分）注：若写成I2＋2OH―＝IO―＋I―＋H2O，不给分。第i题（5分）对氨基苯酚（PAP），是一种重要的有机精细化工中间体，在制药行业可用于生产扑热息痛、扑炎痛和安妥明等药品；染料工业用于生产各种硫化染料、酸性染料和毛皮染料；还可用作橡胶防老剂和照相显影剂等。生产PAP的新工艺是电解法：在硫酸介质中，电解硝基苯可得。该法很好地解决了生产过程中的污染问题，工艺过程基本无三废，真正实现了清洁生产，且具有产品品质好，工艺过程简单等优点，是PAP生产的发展方向。请写出该电解法的电极反应和总反应方程式。第i题（5分）阳极反应：2H2O→O2↑＋4H＋＋4e－（1分）阴极反应：C6H5NO2＋4H＋+4e－→HOC6H4NH2＋H2O（2分）总反应：C6H5NO2＋H2O＝HOC6H4NH2＋O2↑（2分）