2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《电解池与金属腐蚀与保护》

2020-2021年新高三化学一轮复习讲解《电解池与金属腐蚀与保护》

2020-2021 年新高三化学一轮复习讲解《电解池与金属腐蚀与保护》 【知识梳理】 一、电解池的工作原理 1．定义：将电能转变成化学能的装置。 2. 形成条件：两电极接直流电源；两电极（一般为惰性电极）同时插入同一电解质溶液；用导线相互连接 组成闭合回路。 3．电极判断： 4. 电极反应：阳极上发生失电子的氧化反应，阴极上发生得电子的还原反应。电子的流向从电源的负极到 电解池的阴极，再从电解池的阳极到电源的正极。 （1）阳极：若为惰性电极，则电极本身不反应，溶液中的阴离子失去电子，发生氧化反应。阴离子放电顺 序(还原性强弱顺序)：S2―＞I―＞Br―＞Cl―＞OH―＞NO3-＞SO42-＞F－；若为活性电极：则电极本身失去电子， 发生氧化反应。 阴极： （2）电极本身不反应，溶液中阳离子在阴极上获得电子，发生还原反应。放电顺序：Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+ ＞H+＞Pb2+＞Sn2+＞Fe2+＞Zn2+＞Al3+＞Mg2+＞Na+＞Ca2+＞K+。 5. 电解规律： 例题 1、下列说法正确的是 。 ①用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极 ②电解稀硫酸制 H2 和 O2 时铜做阳极 ③可将地下输油钢管与外加直流电源的正极相连以保护它不受腐蚀 ④电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极 ⑤电解是把电能转化成化学能 ⑥任何溶液被电解时，必然导致氧化还原反应的发生 ⑦在海轮外壳连接锌块保护外壳不受腐蚀是采用了牺牲阳极的阴极保护法 ⑧与铜质水龙头连接处的钢质水管不易发生腐蚀 ⑨钢铁在潮湿的空气中不能发生电化学腐蚀 ⑩用如图装置电解精炼铝 ⑪可充电电池在充电的时候是电解池 ⑫氯碱工业中,烧碱在阳极区生成 [指点迷津]根据阳离子放电顺序判断阴极产物时，要注意下列三点：①阳离子放电顺序表中前一个 c(H＋)与 其他离子的浓度相近，后一个 c(H＋)很小，来自水的电离；②Fe3＋得电子能力大于 Cu2＋，但第一阶段只能被 还原到 Fe2＋；③Pb2＋、Sn2＋、Fe2＋、Zn2＋控制一定条件(即电镀)时也能在水溶液中放电；Al3＋、Mg2＋、Na＋、 Ca2＋、K＋只有在熔融状态下放电。 二、电解规律的应用 1.电解饱和食盐水制取烧碱：离子交换膜电解槽主要由阳极（用金属钛网制成，涂有钛、钌等氧化物涂层）、 阴极（由碳钢网制成，上面涂有镍涂层）、离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等组成。离子交换膜只允许 阳离子通过，而阻止阴极离子和气体通过。 （1）原理： ①阳极（用石墨）： 2Cl― －2e－=Cl2 ↑ ②阴极（用Fe）：2 H＋ + 2e－= H2 ↑ ③总反应：2NaCl + 2 H2O 2NaOH +H2↑+Cl2↑ （2）和食盐水的精制：电解前应除去食盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SO42―等杂质离子，加入试剂依次为NaOH 溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液、稀盐酸（或将BaCl2溶液和NaOH溶液的顺序互换）。 2.电镀：电镀是利用电解原理在某些金属表面镀上一薄层其他金属或合金的过程。电镀是一种特殊的电解， 要求镀件必须作阴极，镀层金属作阳极，含镀层金属离子的可溶性盐溶液作电解质溶液（作为电镀液）。 （1）形成条件：①电解时，镀层金属作 阳极；②镀件作 阴极；③含 镀层金属离子的电解质溶液作电镀 液；④用 直流电源。 （2）特征：①阳极本身 放电被氧化 ；②宏观上看无新物质生成；③电解液的总量、浓度、pH均不变。 3. 电解精炼粗铜时，阳极材料是粗铜，阴极材料是精铜，电解质溶液是CuSO4溶液(或 Cu(NO3)2溶液)。粗 铜中往往含有锌、铁、镍、银、金等多种杂质，当含杂质的铜在阳极不断溶解时，位于金属活动性顺序铜 以前的金属杂质如Zn、Fe、Ni等，也会同时放电：Zn－2e－= Zn2+ 、Fe －2e－= Fe2+、Ni－2e－= Ni2+、Cu－ 2e－= Cu2＋ ，位于金属活动性顺序铜之后的金、银等金属杂质，因为失去电子能力比Cu弱，难以在阳极失 去电子变成阳离子溶解下来，而以阳极泥的形式沉积下来，阳极泥可作为提炼金、银等贵重金属的原料。 长时间电解后，电解质溶液必须补充。 4.冶炼活泼金属：Na、Mg、Al等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物制得。 2NaCl 2Na +Cl2↑(制Na) MgCl2 Mg +Cl2↑(制Mg) 2Al2O3 4Al+3O2↑(制Al) 例题 2、（1）电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸(H2C2O3),装置如下图所示,写出复合膜电极的电极 反应式: 。 （2）解 NO 制备 NH4NO3,其工作原理如下图所示。为使电解产物全部转化为 NH4NO3,需补充物质有 A,A 是 ,说明理由: 。 （3）电解制备 Al(OH)3 时,电极分别为 Al 片和石墨,电解总反应式为 。 一种可超快充电的新 型铝电池,充放电时 AlCl4 - 和 Al2Cl7 - 两种离子在 Al 电极上相互转化,其他离子不参与电极反应,放电时负极 Al 的电极反应式为 。 （4）电解尿素[CO(NH2)2]的碱性溶液制氢气的装置示意图如图，电解池中隔膜仅阻止气体通过，阴阳两极 均为惰性电极，A 极为________，电极反应式为________，B 极为________，电极反应式为_______________。 （5）化工生产的副产氢也是氢气的来源。电解法制取有广泛用途的 Na2FeO4，同时获得氢气：Fe＋2H2O＋ 2OH－=====电解 FeO2－ 4 ＋3H2↑，工作原理如图 1 所示。装置通电后，铁电极附近生成紫红色 FeO2－ 4 ，镍电极有气 泡产生。若氢氧化钠溶液浓度过高，铁电极区会产生红褐色物质。已知：Na2FeO4 只在强碱性条件下稳定， 易被 H2 还原。电解一段时间后，c(OH－)降低的区域在________(填“阴极室”或“阳极室”)，电解过程中，须 将阴极产生的气体及时排出，其原因是__________________________。 （6）次磷酸(H3PO2)是一种精细磷化工产品，具有较强还原性， H3PO2 也可用电渗析法制备。“四室电渗析 法”工作原理如下图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：写出阳极的电极反应式： _________________________________________ ， 分 析 产 品 室 可 得 到 H3PO2 的 原 因 ： ______________________________________。 （7）利用下图所示装置电解制备 NCl3(氯的化合价为＋1 价)，其原理是 NH4Cl＋2HCl=====电解 NCl3＋3H2↑，b 接电源的 (填“正”或“负”)极，阳极反应式是 。 （8）用 NaOH 溶液吸收烟气中的 SO2，将所得的 Na2SO3 溶液进行电解，可循环再生 NaOH，同时得到 H2SO4， 其原理如下图所示(电极材料为石墨)。图中 a 极要连接电源的 (填“正”或“负”)极，C 口流出的物质 是 ，SO2－ 3 放电的电极反应式为 ，电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原 理解释原因 。 （9）电化学沉解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解 NO－ 3 的原理如图，电源正极为 (填“A” 或“B”)，阴极反应式为 。 （10）电解法也可以利用 KHCO3 使 K2CO3 溶液再生。其原理如下图所示，KHCO3 应进入 (填“阴极” 或“阳极”)室。结合方程式简述再生 K2CO3 的原理是 。 三、金属的腐蚀与保护 1．金属的腐蚀的定义：金属的腐蚀指金属或合金周围接触到气体或液体，失去电子被氧化而消耗进行化学 反应而腐蚀损耗的过程。 2．金属的腐蚀的实质：金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。 3．金属的腐蚀的分类：金属腐蚀分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀 电化腐蚀 一般条件 金属直接和强氧化剂接触 不纯金属，表面潮湿 反应过程 氧化还原反应，不形成原电池。 因原电池反应而腐蚀 有无电流 无电流产生 有电流产生 反应速率 电化腐蚀＞化学腐蚀 结果 使金属腐蚀 使较活泼的金属腐蚀 相互关系 化学腐蚀与电化学腐蚀往往同时发生，但电化学腐蚀更普遍危害 更严重 4．电化学腐蚀的常见类型：电化学腐蚀常分为吸氧腐蚀和析氢腐蚀。 类型 吸氧腐蚀 析氢腐蚀 条件 水膜酸性很弱或呈中性 水膜酸性较强 正极反应 O2+4e-+2H2O==4OH- 2H++2e-==H2↑ 负极反应 Fe－2e-==Fe2+ Fe－2e-==Fe2+ 腐蚀作用 是主要的腐蚀类型，具有广泛性 发生在某些局部区域内 5．金属的防护： 方法 措施 金属表面覆盖保护层 涂矿物性油脂、油漆或覆盖搪瓷塑料；镀耐腐蚀的金属或 合金；用化学方法钝化使金属表面形成一层致密的氧化物 膜 电化学保护法 外加电流的阴极保护法(电解池原理)如钢闸门接低压直流 电负极，石墨接电源正极作阳极，浸入水中； 牺牲阳极 的阴极保护法(原电池原理)，如船壳上钉上锌块 改变金属的内部结构 普通钢铁加入铬、镍等转变为不锈钢等 6．金属腐蚀快慢的规律：电解原理引起的腐蚀>原电池原理引起的腐蚀>化学腐蚀>有防护腐蚀措施的腐蚀； 同种金属的腐蚀在强电解质中>弱电解质中>非电解质中；泼性不同的两金属，活泼性差别越大，腐蚀越快； 对同一电解质溶液来说，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。 例题 3、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。 (1)采用“局部封闭法”可以防止青铜器进一步被腐蚀。如将糊状 Ag2O 涂在被腐蚀部位，Ag2O 与有害组分 CuCl 发生复分解反应，该化学方程式为______________________。 (2)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 4.29 g Cu2(OH)3Cl，则理论上耗氧体积为________L(标准状况)。 【课时练习】 1．为了防止钢铁锈蚀，下列防护方法中正确的是（ ） A．在精密机床的铁床上安装铜螺钉 B．在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中 C．在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里 D．在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极 2．关于下列各装置图的叙述中，不正确．．．的是（ ） A．用装置①精炼铜，则 a 极为粗铜，电解质溶液为 CuSO4 溶液 B．用装置①进行电镀，镀件接在 b 极上 C．装置②的总反应是：Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋ D．装置③中的铁钉几乎没被腐蚀 3．以铜银合金(含少量铁)废料为原料回收银和铜的工艺流程如下： 下列说法正确的是 A．粗铜溶于过量稀硝酸，过滤、低温干燥得纯铜 B．电解时用粗银作阴极，硝酸银溶液为电解质溶液 C．用稀硫酸处理渣料时主要发生了氧化还原反应 D．从滤液 B 中可以提取绿矾(FeSO4·7H2O) 4．利用偏铝酸钠（NaA1O2）溶液电解法制备氢氧化铝的简易装置如图所示，其中两电极均为惰性电极。 下列说法正确的是（ ） A．电极 A 为阳极 B．气体 b 为 H2 C．所得料浆液的 pH 大于原料 NaA1O2 溶液的 pH D．该方法总反应方程式是：4NaA1O2+10H2O 4A1(OH)3+4NaOH+O2↑+2H2↑ 5．“84”消毒液 (主要成分为 NaClO)广泛应用于杀菌消毒。某化学学习小组用甲烷燃料电池电解饱和食盐水 制备“84”消毒液，装置如图所示，a、b、c、d 均为惰性电极，下列说法正确的是 A．c 是阳极 B．甲烷发生的电极反应方程式为 CH4-8e-+8OH-=CO2↑+6H2O C．消耗 2.24L (标准状况)甲烷，K+通过交换膜向左室移动 0.8 mol D．电解装置中的总反应为 NaCl+H2O === 电解 NaClO+H2↑ 6．如图所示装置中，电极Ⅰ的材料为 Al，其他电极均为 Cu，盐桥为琼脂 饱和 K2SO4。下列说法正确的 是 A．电极Ⅰ为负极，发生还原反应 B．盐桥中的 2- 4SO 向甲烧杯移动 C．丙烧杯中的能量变化为化学能转化为电能 D．Ⅳ的电极反应式：4OH--4e-==O2↑+2H2O 7．钢铁的电化学腐蚀原理如图所示，下列有关说法中错误．．的是（ ） A．铁片里的铁和碳与食盐水形成无数的微小原电池 B．铁电极发生氧化反应 C．负极的电极反应方程式为 O2＋4e－＋2H2O=4OH－ D．放置一段时间后，铁片上有铁锈出现 8．以铅蓄电池为电源．将 CO2 转化为乙烯的装置如图所示，电解所用电极材料均为惰性电极。下列说法不． 正确．．的是（ ） A．b 为铅蓄电池的正极 B．每生成 1mol 乙烯，理论上铅蓄电池中消耗 12mol 硫酸 C．电解过程中，阳极区溶液中 c(H+)逐渐减小 D．阴极反应式：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O 9．下图是半导体光电化学电池光解水制氢的反应原理示意图。在光照下，电子由价带跃迁到导带后，然后 流向对电极。下列说法不正确的是 A．对电极的电极反应式为：2H++2e－=H2↑ B．半导体电极发生还原反应 C．电解质溶液中阳离子向对电极移动 D．整个过程中实现了太阳能→电能→化学能的转化 10．电解法制备磷酸二氢钾(KH2PO4)装置如图所示。下列说法正确的是 A．与 a 相连接的电源电势比 b 的高 B．离子交换膜 x、y 分别为阳离 子、阴离子交换膜 C．电解时，理论上相同时间内通过交换膜的阴、阳离子数相等 D．当外电路中通过 1mol 电子时，会有 ll.2L 的 Cl2 生成 11．下图装置(Ⅰ)是一种可充电电池，装置(Ⅱ)为电解池。装置(Ⅰ)的离子交换膜只允许 Na＋通过，已知电 池充、放电的化学方程式为 2Na2S2＋NaBr3 Na2S4＋3NaBr，当闭合开关 K 时，X 电极附近溶液变红。下 列说法正确的是 A．闭合开关 K 时，Na＋从右到左通过离子交换膜 B．闭合开关 K 时，负极反应式为 3NaBr－2e－===NaBr3＋2Na＋ C．闭合开关 K 时，当有 0.1 mol Na＋通过离子交换膜时，X 电极上放出标准状况下气体 1.12 L D．闭合开关 K 时，X 电极反应式为 2Cl－－2e－===Cl2↑ 12．武汉大学肖巍教授课题组设计 2CO 熔盐捕获及电化学转化装置，其示意图如图所示。下列说法正确的 是（ ） A．c 为电源的正极 B．a 极的电极反应式为 2- - 2 5 2 22C O +4e =4CO +O C．当电路中有 7 . 5 m o l 电子转移时，阳极析出 2 2 . 5 g 碳 D．该装置实质上是将 2CO 分解成了碳和氧气 13．某兴趣小组利用电解装置，探究“铁作阳极”时发生反应的多样性，实验过程如下。 (1)实验 1：用 KCl 作电解质，一定电压下，按图 1 装置电解，现象如下：石墨电极上迅速产生无色气体， 铁电极上无气体生成，铁逐渐溶解。5 min 后 U 型管下部出现灰绿色固体，之后铁电极附近也出现灰绿色固 体，10 min 后断开 K．按图 2 进行实验。 ①石墨电极上的电极反应式是_____。 ②确认灰绿色固体中含有 Fe2+的实验现象是_____。 ③灼烧晶体 X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色。结合平衡移动原理，解释“试管 i 中析出白色晶体”的原 因是_____。 (2)实验 2：其他条件不变时，用图 3 装置重复实验，10 min 后铁电极附近溶液依然澄清，断开 K，按图 4 进行实验 ①结合图 1 和图 2 装置中现象的差异说明盐桥的作用是_____。 ②对比图 2 和图 4 的现象，解释实验 1 和 2 中阳极附近实验现象不同的原因是：_____。 (3)实验 3：用 KOH 作电解质 用图 1 装置电解浓 KOH 溶液，观察到铁电极上立即有气体生成，附近溶液逐渐变为淡紫色( 2- 4F e O )，没有 沉淀产生。 ①铁电极上 OH-能够放电的原因是_____。 ②阳极生成 FeO 2 4  的总电极反应式是_____。 ③某同学推测生成的必要条件是浓碱环境，将图 5 中的实验方案补充完整，证实推测成立。试剂 a：_____、 现象 b：_____。 (4)根据上述实验，“铁作阳极”时发生反应的多样性与_____有关。 14．苯甲酸可用作食品的防腐剂，实验室用苯乙酮间接电氧化法合成苯甲酸，原理如图所示： 实验步骤如下： 步骤 I：电氧化合成 在电解池中加入适量 KI、20mL 蒸馏水和 20 mL 的 1，4-二氧六环，搅拌至完全溶解，再加入 23.30 mL 苯 乙酮，连接电化学装置，恒定电流电解 3h； 步骤 II：清洗分离 反应停止后，将反应液转移至烧瓶，蒸馏除去反应溶剂；用蒸馏水和二氯甲烷洗涤烧瓶，将洗涤液转移至 分液漏斗；用二氯甲烷萃取除去亲油性杂质，分离出水相和有机相； 步骤 III：制得产品 用浓盐酸酸化水相至 pH 为 1~2，接着加入饱和 KHSO3 溶液，振荡、抽滤、洗涤、干燥，称量得到产品 12.2 g； 有关物质的数据如下表所示： 物质 分子式 溶解性 沸点(℃) 密度(g/cm3) 相对分子质量 苯乙酮 C8H8O 难溶于水 202.3 1.03 120 苯甲酸 C7H6O2 微溶于水 249 1.27 122 二氯甲烷 CH2Cl2 不溶于水 40 1.33 85 回答下列问题： (1)步骤 I 中，阴极的电极反应式为___，阳极 I-失去电子后的产物与 OH-反应的离子方程式为_。 (2)步骤 II 蒸馏过程中，需要使用到的下图玻璃仪器有_______(填字母)，除下图外完成蒸馏操作还需的玻璃 仪器______(填仪器名称)。 (3)步骤 II 分液过程中，应充分振荡，静置分层后________(填字母)。 A．依次将有机相、水相从分液漏斗的上口倒出 B．依次将有机相、水相从分液漏斗的下口放出 C．先将有机相从分液漏斗的下口放出，再将水相从下口放出 D．先将有机相从分液漏斗的下口放出，再将水相从上口倒出 (4)步骤 III 中，加入浓盐酸的目的是_________。 (5)步骤 III 中，加入饱和 NaHSO3 溶液，水相中的颜色明显变浅，说明过量的 I2 被还原为 I-，其离子方程式 为___________。 (6)本实验的产率是_________。 15．对硝基苯甲酸（ ）是一种广泛用于医药、染料、感光材料等的重要精细化工中间体。 工业上以对硝基甲苯（ ）、 Cr（SO）3 等物质为主要原料，通过间接电合成法制备对硝基苯 甲酸，生产工艺流程如下： 已知：①对硝基甲苯：黄色晶体，熔点为 51.7℃，沸点为 238.5℃，不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿和 苯。②对硝基苯甲酸：黄色晶体，熔点为 242℃，沸点为 359℃，微溶于水，溶于乙醇，能升华。 回答下列问题： （1）电解制备 Cr2O72－:用 H 型隔膜电解槽电解制备 Cr2O72－，装置如下图 1 所示。外接电源的负极为__（填 “A”或“B”），反应 II 的离子方程式为_______。 （2）氧化制备对硝基苯甲酸:用上图 2 所示装置制备对硝基苯甲酸，具体过程如下： 步骤 1：向 250 mL 三颈烧瓶中依次加入一定量含 Cr2O72－的电解液、对硝基甲苯，搅拌、水浴升温到设定温 度，恒温下进行反应，直至反应液由棕红色变为墨绿色时为止。 步骤 2：待反应混合物冷却至室温后，与适量冰水充分混合，抽滤。滤液返回电解槽中重新电解。 步骤 3：把步骤 2 中抽滤所得固体溶于 5%的热 NaOH 溶液中（约 60℃），待温度降到 50℃时，抽滤，向滤 液中加入过量 2 mol/L H2SO4，析出黄色沉淀，再抽滤，并用冷水洗涤，然后在低于 80℃的条件下烘干，可 得粗产品。 ①仪器 X 的名称是_____，冷却水应从___口进入（填“a”或“b”）。 ②步骤 2 中，抽滤所得固体的主要成分是_____。 ③步骤 3 中，用 NaOH 溶液处理后，需待温度降到 50℃时进行抽滤的原因是______。 ④制得的粗产品需要进一步纯化，根据对硝基苯甲酸的有关性质可知，对其进行纯化还可以采用_____法完 成。 ⑤该合成技术的优点是实现了____（填化学式）的循环利用，绿色环保。 （3）测定对硝基苯甲酸的纯度:称取 1.670 g 粗产品，配成 100 mL 溶液，取 25.00 mL 溶液，用 0.1000 mol·L －1 KOH 溶液滴定，重复滴定四次，每次消耗 KOH 溶液的体积如下表所示。已知：对硝基苯甲酸的摩尔质 量为 167.0 g·mol－1，则对硝基苯甲酸的纯度为_____。 第一次 第二次 第三次 第四次 体积( mL) 23.00 23.10 21.40 22.90 16．某小组电解 K2Cr2O7 溶液，研究过程如下： 实验一 电压不同时，用石墨电极电解硫酸酸化的 pH＝2.5 的饱和 K2Cr2O7 溶液，实验现象如下： 电压/V 实验现象 2.0 阳极缓慢产生少量气泡，阴极没有气泡 3.0 阳极产生较多气泡，阴极产生少量气泡 ＞5.0 两极均快速产生大量气泡，阴极产生气泡的速率约为阳极的 2 倍 (1)阳极产生的气体是______________________。 (2)电压为 2.0 V 时，阴极区检出 Cr3+，结合实验现象判断在阴极放电的主要离子是__。 (3)电压高于 5.0 V 时，被电解的主要物质是______________。 实验二 探究其他因素对电解 K2Cr2O7 溶液的影响。用相同强度的稳恒电流（单位时间内转移的电子数始终 相同），分别电解 3 份 500 mL 相同浓度的 K2Cr2O7 溶液，电解时间均为 30 min。实验结果如下： 实验序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 电极材料 阴极：石墨 阳极：石墨 阴极：石墨 阳极：石墨 阴极：石墨 阳极：铁 加入的物质 1 mL 浓硫酸 1 mL 浓硫酸、 少量硫酸铁 1 mL 浓硫酸 电极表面是否产 生气泡 两极均产生气泡 两极均产生气泡 阴极：产生气泡 阳极：无明显气泡产生 Cr2O72−还原率/% 12.7 20.8 57.3 阴极变化 实验结束后取出电极，仅Ⅰ中阴极上附着银白色固体，经检验为金属 Cr (4)对比Ⅰ、Ⅱ可知，阴极表面是否析出金属 Cr，以及Ⅱ中 Cr2O72−的还原率提高均与______填离子符号）有 关。 (5)Ⅲ中 Cr2O72−还原率较Ⅰ、Ⅱ有较大提高，分析其原因： ①阳极区：阳极反应：_______，进而使 Cr2O72−被还原。 ②阴极区：由于_______，进而促进了 Cr2O72−在阴极区被还原，依据的实验现象是___________。 (6)工业上处理含 Cr2O72−的废水，用铁作阳极，控制一定的电压，初始 pH 为 3～4，将 Cr2O72−最终转化为难 溶的 Cr(OH)3 除去，结合上述实验，电压不宜过高、pH 不宜过小的目的，除节约成本和防止腐蚀设备外， 还有__________。 参考答案 例题 1、①⑤⑥⑪ 【解析】电解精炼铜时，粗铜中的铜失去电子，做阳极，①错误；电解稀硫酸时，铜做阳极，失电子的是 铜而不是溶液中的 OH－，因而得不到氧气，②错误；外加直流电源保护器件时，必须连接电源负极，③错 误；电解熔融的氧化铝制取金属铝，是用石墨作阳极，④错误；从能量角度看，电解是把电能转化成化学 能的过程，⑤正确；电解质溶液的导电过程，必然伴随着两个电极上氧化、还原反应的发生，同时生成新 的物质，⑥正确；与 Zn 块形成原电池，Zn 作负极（阳极），从而保护 Fe 正极（阴极），⑦正确；铜和钢构 成原电池，腐蚀速度加快，⑧错误；钢铁是铁和碳的混合物，在潮湿的空气的中易发生吸氧腐蚀，属于电 化学腐蚀，⑨错误；电解氯化铝溶液无法制得金属铝，⑩错误；可充电电池在放电时是原电池，充电的时 候是电解池，⑪正确；氯碱工业中,阴极区水中 H+放电,促使水的电离平衡正向移动,产生 OH-,因而 NaOH 在 阴极区产生，⑫错误。 例题 2、（1）H2C2O4+2e-+2H+=H2C2O3+H2O（2）NH3 根据反应 8NO+7H2O 3NH4NO3+2HNO3,电解产生 的 HNO3 多（3）2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2↑ Al-3e-+7AlCl4 - =4Al2Cl7 - （4）阳极 CO(NH2)2＋8OH－－6e －=N2↑＋CO2－ 3 ＋6H2O 阴极 6H2O＋6e－=3H2↑＋6OH－（5）阳极室 防止Na2FeO4 与H2反应使产率降低（6） 2H2O－4e－===O2↑＋4H＋ ，阳极室的 H＋穿过阳膜扩散至产品室，原料室的 H2PO－ 2 穿过阴膜扩散至产品室， 二者反应生成 H3PO2（7）负 3Cl－－6e－＋NH＋ 4 =NCl3＋4H＋（8）负 硫酸 SO2－ 3 －2e－＋H2O=SO2－ 4 ＋2H ＋ H2O H＋＋OH－，在阴极 H＋放电生成 H2，c(H＋)减小，水的电离平衡正向移动，碱性增强（9）A 2NO－ 3 ＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O （10）阴极 水电离出 H＋在阴极得电子生成 H2，使水的平衡正移，产生的 OH－和 HCO－ 3 反应生成 CO2－ 3 ， 使得 K2CO3 再生 【解析】（1）因为电解饱和草酸溶液可以制得高档香料乙醛酸(H2C2O3),所以复合膜电极的电极反应是还原 反应。（2）根据工作原理装置图,可以确定阳极为 NO 失去电子转变为 NO3 - ,阴极为 NO 得到电子转变为 NH4 +, 书写电极反应式为；阳极 NO-3e-+2H2O NO3 - +4H+，阴极 NO+5e-+6H+ NH4 ++H2O，然后根据得失电子 守恒,硝酸根离子物质的量比铵根离子物质的量多,所以需要向溶液中加入的物质为 NH3。（ 3）Al 在阳极放电, 溶液中的H+在阴极放电,破坏了水的电离平衡,溶液中的OH-浓度增大,与产生的Al3+结合生成Al(OH)3,总反应 式为 2Al+6H2O 2Al(OH)3+3H2↑。根据题意,充电和放电时 AlCl4 - 和 Al2Cl2 - 两种离子在 Al 电极上相互转化, 放电时负极Al失去电子变为Al3+,与溶液中的AlCl4 - 结合产生Al2Cl7 - ,电极反应式为Al-3e-+7AlCl4 - 4Al2Cl7 - 。 （4）H2 产生是因为 H2O 电离的 H＋在阴极上得电子，即 6H2O＋6e－===3H2↑＋6OH－，所以 B 极为阴极，A 极为阳极，电极反应式为 CO(NH2)2－6e－＋8OH－===N2↑＋CO2－ 3 ＋6H2O，阳极反应式容易错写成 4OH－－4e －===2H2O＋O2↑。（ 5）根据电解总反应：Fe＋2H2O＋2OH－=====电解 FeO2－ 4 ＋3H2↑，结合阳极发生氧化反应知， 阳极反应式为 Fe－6e－＋8OH－===FeO2－ 4 ＋4H2O，结合阴极发生还原反应知，阴极反应式为 2H2O＋2e－ ===2OH－＋H2↑，则阳极室消耗 OH－且无补充，故 c(OH－)降低。结合题给信息“Na2FeO4 易被氢气还原”知， 阴极产生的氢气不能接触到 Na2FeO4，故需及时排出。（6）阳极为水电离出的 OH－放电，电极反应式为 2H2O －4e－===O2↑＋4H＋，阳极室中的 H＋穿过阳膜进入产品室，原料室中的 H2PO－ 2 穿过阴膜扩散至产品室，二者 反应生成 H3PO2。（ 7）b 电极，H＋得电子生成 H2，发生还原反应 ，所以 b 电极为阴极，连接电源的负极。 阳极反应物为 NH4Cl，生成物为 NCl3，题目中给出氯的化合价为＋1 价，所以氯失电子，化合价升高，氮、 氢不变价，然后根据电荷守恒配平方程式，则阳极反应式是 3Cl－－6e－＋NH＋ 4 ===NCl3＋4H＋。（ 8）根据 Na ＋、SO2－ 3 的移向判断阴、阳极。Na＋移向阴极区，a 应接电源负极，b 应接电源正极，其电极反应式分别为： 阳极 SO2－ 3 －2e－＋H2O===SO2－ 4 ＋2H＋，阴极 2H＋＋2e－===H2↑，所以从 C 口流出的是 H2SO4，在阴极区，由 于 H＋放电，破坏水的电离平衡，c(H＋)减小，c(OH－)增大，生成 NaOH，碱性增强，从 B 口流出的是浓度 较大的 NaOH 溶液。（9）由题给原理图可知，Ag－Pt 电极上 NO－ 3 发生还原反应生成氮气，因此 Ag－Pt 电 极为阴极，电极反应式为 2NO－ 3 ＋12H＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则 B 为负极，A 为电源正极。（9）由题给原 理图可知，Ag－Pt 电极上 NO－ 3 发生还原反应生成氮气，因此 Ag－Pt 电极为阴极，电极反应式为 2NO－ 3 ＋12H ＋＋10e－===N2↑＋6H2O，则 B 为负极，A 为电源正极。（10）电解法也可以使 K2CO3 溶液再生。根据图所示， 可知水电离产生的 H＋在阴极获得电子变为氢气逸出，水产生的 OH－在阳极失去电子变为 O2，产生的 OH－ 和 HCO－ 3 反应生成 CO2－ 3 ，使得 K2CO3 再生。 例题 3、(1)Ag2O＋2CuCl===2AgCl＋Cu2O(2)①c ②2Cu2＋＋3OH－＋Cl－===Cu2(OH)3Cl↓③0.448 【解析】(1)复分解反应为相互交换成分的反应，因此该反应的化学方程式为 Ag2O＋2CuCl=2AgCl＋Cu2O。 (2)①负极发生失电子的反应，铜作负极失电子，因此负极为 c。负极反应：Cu－2e－=Cu2＋，正极反应：O2 ＋2H2O＋4e－=4OH－；②正极产物为 OH－，负极产物为 Cu2＋，两者与 Cl－反应生成 Cu2(OH)3Cl，其离子方 程式为 2Cu2＋＋3OH－＋Cl－=Cu2(OH)3Cl↓；③4.29 g Cu2(OH)3Cl 的物质的量为 0.02 mol，由 Cu 元素守恒知， 发生电化腐蚀失电子的 Cu 单质的物质的量为 0.04 mol，失去电子 0.08 mol，根据电子守恒可得，消耗 O2 的物质的量为 0.02 mol，所以理论上消耗氧气的体积为 0.448 L(标准状况)。 课时练习 1．C【解析】A. 在精密机床的铁床上安装铜螺钉，Fe、Cu、水膜形成原电池，Fe 作负极，加速腐蚀，A 不正确； B. 在排放海水的钢铁阀门上用导线连接一块石墨，一同浸入海水中，形成原电池，Fe 作负极，加速腐蚀， B 不正确； C. 在海轮舷上用铁丝系住锌板浸在海水里，形成的原电池中，铁作正极，受到保护，C 正确； D. 在地下输油的铸铁管上接直流电源的正极，铁作阳极，加速腐蚀，D 不正确。 故选 C。 2．C【解析】装置①中，b 极是阴极，发生还原反应，生成铜，故 A、B 选项正确；D、浓硫酸有强氧化性， 可以使铁钝化，故 D 正确；C、装置②中，由于铁比铜活泼，铁作为负极与氯化铁溶液反应，故 C 错误； 答案选 C。 3．D【解析】A、由流程可知，粗铜中含有少量铁，铁和铜都能溶于过量的稀硝酸中，过滤后低温干燥得 不到纯铜，选项 A 错误； B、电解时，粗银作阳极，纯银作阴极，选项 B 错误； C、渣料的主要成分为氧化铜，还含有少量的氧化铁，两种金属氧化物均能与稀硫酸反应，元素化合价均没 有发生变化，没有发生氧氧化还原反应，选项 C 错误； D、滤液 B 中的溶质是硫酸亚铁，采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤、干燥，可得到绿矾，选项 D 正 确。 答案选 D。 4．D【解析】电解 NaA1O2 溶液制备氢氧化铝，阳极 A1O2-失去电子，发生氧化反应，电极反应式为： 4A1O2--4e-+6H2O=O2↑+ 4A1(OH)3↓，阴极 H+得到电子，发生还原反应，电极反应式为：4H2O+4e--=2H2↑+4OH-， 总反应为：4NaA1O2+10H2O 4A1(OH)3+4NaOH+O2↑+2H2↑。 A. 阴极上 H+得到电子，发生还原反应，其电极反应式为：4H2O+4e--=2H2↑+4OH-，碱性增强，有图像可知， 电极 A 附近稀 NaOH 变为浓 NaOH，碱性增强，则电极 A 为阴极，A 错误； B. 电极 A 为阴极，电极 B 为阳极，阳极上 A1O2-失去电子，发生氧化反应，其电极反应式为： 4A1O2--4e-+6H2O=O2↑+ 4A1(OH)3↓，气体 b 为 O2，B 错误； C. 电极 B 上生成料浆液，电极 B 为阳极，阳极上 A1O2-失去电子，发生氧化反应，其电极反应式为： 4A1O2--4e-+6H2O=O2↑+ 4A1(OH)3↓，pH 小于原料 NaA1O2 溶液的 pH，C 错误； D. 该电解池总反应方程式是：4NaA1O2+10H2O 4A1(OH)3+4NaOH+O2↑+2H2↑，D 正确；故答案为：D。 5．D【解析】利用甲烷燃料电池电解饱和食盐水制备漂白液的原理是阴极上产生氢气和氢氧化钠，在阳极 上产生氯气，电解生成的氯气和氢氧化钠反应生成氯化钠和次氯酸钠和水，总反应方程式为 NaCl+H2O 电 解 NaClO+H2↑，所以电极 d 处产生的是氯气，电极 c 处产生的是氢气，a 电极为负极，b 电极为正极。 A．b 电极为正极，与正极 b 相连的电极 d 为阳极，A 错误； B．甲烷在负极失去电子发生氧化反应生成碳酸根，电极反应式为 CH4－8e－+10OH－=CO32－+ 7H2O，B 错 误； C．原电池中阳离子移向正极，则燃料电池中 b 为正极，所以 K＋通过交换膜向右室移动， C 错误； D．由分析可知，电解装置中的总反应为 NaCl+H2O NaClO+H2↑，D 正确； 答案选 D。 6．B【解析】甲、乙两个容器构成了原电池，电极Ⅰ是 Al，乙中的电解质溶液是 CuSO4 溶液，自发进行的 反应是 2Al＋3Cu2＋=2Al3＋＋3Cu；Al 失去电子，作负极，电极Ⅱ上 Cu2＋得到电子，作正极，因此电极Ⅲ是 阳极，电极Ⅳ是阴极。由于电极Ⅲ的材料 Cu，是活性电极，Cu 失去电子，电极方程式为 Cu－2e－=Cu2＋； 在阴极，溶液中的 Cu2＋得到电子，电极方程式为 Cu2＋＋2e－=Cu。 A．根据分析，电极Ⅰ失去电子发生氧化反应，Al－3e－=Al3＋，作负极，A 错误； B．在原电池中，阴离子向负极移动，甲池中电极Ⅰ作负极，因此 SO42－向甲烧杯移动，B 正确； C．丙装置相当于电解池，将化学能转化为电能，C 错误； D．电极Ⅳ是阴极，电极反应式为 Cu2＋＋2e－=Cu，D 错误； 答案选 B。 7．C【解析】A.在一块表面无锈的铁片上滴食盐水，由于电极活动性 Fe>C，所以铁作负极，碳作正极，铁 片里的铁和碳与食盐水形成无数微小原电池，发生了电化学腐蚀，A 正确； B.在原电池中，负极发生氧化反应，所以铁电极发生氧化反应，B 正确； C.铁作负极，发生失电子的氧化反应，即 Fe-2e-=Fe2+，C 错误； D.铁失去电子生成氢氧亚铁，氢氧化亚铁被氧化生成氢氧化铁，氢氧化铁失水生成氧化铁，因此放置一段 时间后，铁片上有铁锈出现，D 正确； 故合理选项是 C。 8．C【解析】A、右边通入二氧化碳在电极上得电子产生乙烯，则电极为阴极，连接的电极 a 为负极，故 b 为正极，选项 A 正确；B、根据电极反应式：2CO2+12e-+12H+=C2H4+4H2O，每生成 1mol 乙烯，转移电子 12mol，铅蓄电池工作的电极总反应为：Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，每转移 12mol 电子，消耗 12mol 硫酸，选项 B 正确；C、电解过程中，阳极电极反应式为：2H2O－4e-＝4H++O2↑，阳极区溶液中 c(H+)逐渐 增大，选项 C 不正确；D、阴极反应式：2CO2+12H++12e-=C2H4+4H2O，选项 D 正确。答案选 C。 9．B【解析】A. 图示分析可以知道在对电极上发生的反应是水电离出的氢离子得到电子生成氢气，电极反 应为: 2H++2e－=H2↑,A 正确； B. 在光照下,电子 由价带跃迁到导带后,然后流向对电极，所以半导体电极为负极，发生氧化反应，B 错误； C. 阳离子向阴极移动，对电极为阴极，因此电解质溶液中阳离子向对电极移动，C 正确； D. 过程分析可以知道,该装置是光能转化为电能,电能转化为化学能的过程,整个过程中实现了太阳能向电能 化学能等的转化,D 正确； 正确选项 B。 10．C【解析】根据图示，通电的条件下，a 电极上 H+得电子变为 H2，发生还原反应，b 电极上 Cl-失电子 转化为 Cl2，发生氧化反应，则 a 电极为阴极，与电源正极相连，b 电极为阳极，与电源正极相连， - 24H PO 通过离子交换膜 x 进入中和室，K+通过离子交换膜 y 进入中和室，在中和室中生成磷酸二氢钾(KH2PO4)， 则离子交换膜 x 为阴离子交换膜，离子交换膜 y 为阳离子交换膜，据此分析解答。 A．根据分析，a 电极为阴极，与电源正极相连，b 电极为阳极，与电源正极相连，原电池中正极的电势高 于负极，则与 b 相连接的电源电势比 a 的高，故 A 错误； B．根据分析，离子交换膜 x 为阴离子交换膜，离子交换膜 y 为阳离子交换膜，故 B 错误； C．电解时， 通过离子交换膜 x 进入中和室，K+通过离子交换膜 y 进入中和室，二者都带一个单位 的电荷，根据得失电子守恒，理论上相同时间内通过交换膜的阴、阳离子数相等，故 C 正确； D．b 电极上 Cl-失电子转化为 Cl2，电极反应为：2Cl--2e-= Cl2，当外电路中通过 2mol 电子时，会有 1mol Cl2 生成，标准状况下的体积为 22.4L，则外电路中通过 1mol 电子时，会有标况下 ll.2L 的 Cl2 生成，题中选项 未给出气体的状态条件，则生成的氯气体积不一定为 11.2L，故 D 错误； 答案选 C。 11．C【解析】当闭合开关 K 时，X 附近溶液先变红，即 X 附近有氢氧根生成，所以在 X 极上得电子析出 氢气，X 极是阴极，Y 极是阳极．与阴极连接的是原电池的负极，所以左边是负极，右边是正极。 A、闭合 K 时，I 左边是负极，右边是正极，根据异性电荷相吸原理，所以钠离子从左到右通过离子交换膜， 故 A 错误；B、闭合 K 时，A 是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为 2K2S2-2e－═K2S4+2K＋， 故 B 错误；C、闭合 K 时，当有 0.1mol 钠离子通过离子交换膜，即有 0.1mol 电子产生，根据氢气与电子的 关系式知，生成的氢气体积为 1.12L（标况下），故 C 正确；D、闭合 K 时，X 电极是阴极，在阴极上溶液 中的氢离子放电生成氢气，所以电极反应式为 2H＋+2e－=H2↑，故 D 错误；故选 C。 12．D【解析】A.因为 d 电极得到电子，作阴极，所以 c 为负极，A 错误； B.a 极为阳极，阳极的电极反应为 2 2 5 2 22C O 4e 4CO O   ，故 B 错误； C.由 CO32-  C 可知，每转移 4 m o l 电子，d 极生成 12g 碳，电路中转移 7 . 5 m o l 电子时，阴极析出 2 2 . 5 g 碳， 故 C 错误； D.由图可知该装置实质上是将 2 CO 分解为碳和氧气，故 D 正确； 故答案：D。 13．（ 1）①2H++2e-＝H2↑（或 2H2O+2e-＝2OH-+H2↑）②试管 iii 中生成蓝色沉淀，试管 v 中没有蓝色沉淀③ 试管 i 中存在溶解平衡：KCl(s)⇌K+(aq)+Cl-(aq)，滴加 12 mol/L 的盐酸，增大 c(Cl-)，平衡逆向移动，析出 KCl 晶体（2）①阻碍 OH-向阳极迁移，避免灰绿色固体生成②本实验条件下铁在阳极区的产物主要为 Fe2+， Fe2+在碱性条件下更容易被氧化为 Fe3+（3）①c(OH-)增大，反应速率加快（更容易放电）（3）①②Fe﹣6e-+8OH- ＝ 2- 4F e O +4H2O③水；紫色消失（4）OH-的浓度 【解析】（1）①石墨电极为阴极，溶液中的氢离子放电生成氢气，电极反应式为：2H++2e﹣＝H2↑或 2H2O+2e ﹣＝2OH﹣+H2↑，故答案为：2H++2e﹣＝H2↑（或 2H2O+2e﹣＝2OH﹣+H2↑）； ②灰绿色固体用盐酸溶解后的溶 液中加入铁氰化钾溶液，生成蓝色沉淀，灰绿色悬浊液过滤后的溶液中加入铁氰化钾溶液，无蓝色沉淀生 成，说明灰绿色悬浊液中含有 Fe2+，故答案为：试管 iii 中生成蓝色沉淀，试管 v 中没有蓝色沉淀； ③灼烧晶体 X，透过蓝色钴玻璃观察到火焰呈紫色，说明含有钾元素，是因为试管 i 中存在溶解平衡：KCl （s）⇌K+（aq）+Cl﹣（aq），滴加 12 mol/L 的盐酸，增大 c（Cl﹣），平衡逆向移动，析出 KCl 晶体，白色晶 体为氯化钾晶体，故答案为：试管 i 中存在溶解平衡：KCl（s）⇌K+（aq）+Cl﹣（aq），滴加 12 mol/L 的盐 酸，增大 c（Cl﹣），平衡逆向移动，析出 KCl 晶体； （2）①盐桥中的氯离子代替氢氧根离子向阳极移动，避免灰绿色固体生成，故答案为：阻碍 OH﹣向阳极迁 移，避免灰绿色固体生成； ②根据实验 I 中 vi、vii 与 ii～v 中的现象比较可知，vii 中加入铁氰化钾溶液后生成大量蓝色沉淀，说明在 使用盐桥的实验条件下铁在阳极区的产物主要为 Fe2+，vi 中溶液在加入 KSCN 溶液后呈浅红色，说明 Fe2+ 在碱性条件下更容易被氧化为 Fe3+，故答案为：本实验条件下铁在阳极区的产物主要为 Fe2+，Fe2+在碱性条 件下更容易被氧化为 Fe3+； （3）①c（OH﹣）增大，反应速率加快，使得铁电极上 OH﹣能够放电，故答案为：c（OH﹣）增大，反应速 率加快（更容易放电）； ②阳极上生成的氧气能够将亚铁离子氧化生成 FeO 2 4  ，反应的总电极反应式为：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO +4H2O，故答案为：Fe﹣6e﹣+8OH﹣＝FeO +4H2O； ③要推测生成 FeO 的必要条件是浓碱环境，只需要改变溶液的碱性，看是否仍然生成 FeO 即可，实验 方案为：将淡紫色（FeO42﹣）溶液加入水中稀释，使溶液的碱性减弱，则发生反应 4FeO +10H2O⇌4Fe（OH） 3↓+8OH﹣+3O2↑，看到紫色消失，生成红褐色沉淀和无色气体，说明生成 FeO 的必要条件是浓碱环境，故 答案为：水；紫色消失； （4）根据上述实验可知，“铁作阳极”时发生反应的多样性与 OH﹣的浓度有关，故答案为：OH﹣的浓度。 14．（ 1）H2O＋2e-=H2↑＋2OH-（或 2H+＋2e-=H2↑）， I2＋2OH-= I-＋IO-＋H2O（2）a、c、d、e、g；冷凝管 （3）D（4）将苯甲酸盐转化为苯甲酸（5） - 3H S O ＋I2＋H2O = 2- 4SO ＋3H＋＋2I-（6）50.0% 【解析】根据图示，结合阴极得电子发生还原反应，阳极失电子发生氧化反应写出电极反应式和阳极产物 与 OH-反应的离子方程式；根据蒸馏装置判断所选仪器和所缺仪器；根据分液操作规定先从下口放出下层液 体、后从上口倒出上层液体；由强酸制弱酸原理解释加入盐酸的目的；根据反应现象，判断反应产物，写 出离子方程式；根据题中给出的苯乙酮的量，算出苯甲酸的理论产量，求出产率。 （1）根据装置图可知，右边电极为阴极，氢离子得电子发生还原反应生成 H2，或 H2O 得电子发生还原反 应生成 H2 和 OH-，电极反应是 2H++2e-═H2↑或 2H2O+2e-=H2+2OH-，左边电极为电解池的阳极，I-失电子发 生氧化反应，电极反应式是 2I--2e-═I2，阳极 I-失去电子后的产物 I2 与 OH-反应的离子方程式为 I2+2OH-═I-+IO-+H2O，答案为 2H++2e-═H2↑或 2H2O+2e-=H2+2OH-，I2+2OH-═I-+IO-+H2O。 （2）根据蒸馏装置 从下到上，从左到右分别需要酒精灯、蒸馏烧瓶、温度 计、冷凝管、尾接管、锥形瓶等玻璃仪器，在上述仪器上选取 a、c、d、e、g，还需要冷凝管；答案为 a、c、 d、e、g，冷凝管。 （3）步骤 II 分液过程中，应充分振荡，根据表中数据，萃取剂二氯甲烷的密度大于 1，比水重，静置分层 后，水相在上层，有机相在下层，分液时为防止上下层液体的相互污染，先从下口放出下层液体、后从上 口倒出上层液体，D 符合，答案为 D。 （4）水相中含有苯甲酸盐，加入浓盐酸，苯甲酸盐和浓盐酸反应生成弱酸苯甲酸，因而步骤Ⅲ中，加入浓 盐酸的目的是将苯甲酸盐转化为苯甲酸；答案为将苯甲酸盐转化为苯甲酸。 （5）步骤Ⅲ中，加入饱和 NaHSO3 溶液，水相中的颜色明显变浅，说明过量的 I2 被还原为 I-，HSO3-被 I2 氧化为 SO42-，其离子方程式为 HSO3-+I2+H2O=SO42-+3H++2I-；答案为 HSO3-+I2+H2O=SO42-+3H++2I-。 （6）根据 反应，1mol 苯乙酮生成 1mol 苯甲酸， 23.3mL 苯乙酮的质量是 m=23.3mL×1.03g/mL=24.0g，苯乙酮的物质的量是 n= 24.0g 120g / mol =0.2mol，理论上 生成苯甲酸的物质的量是 0.2mol，质量是 0.2mol×122g/mol=24.4g，产率= 100%实际产量 理论产量 = 12.2g 24.4g ×100%=50.0%；答案为 50.0%。 15．（ 1）A；3S2O82-+2Cr3++7H2O=6SO42-+Cr2O72-+14H+(2)①冷凝管；b②对硝基苯甲酸③使未反应的对硝基 甲苯凝固析出④升华⑤Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、H2SO4(3)92.00% 【解析】用图 1 装置电解 Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、H2SO4 的混合液，获得 Cr2O72－的电解液，其中阳极区发生 氧化反应，然后将含 Cr2O72－的电解液浓缩并加硫酸酸化，再在氧化装置内将对硝基甲苯氧化为对硝基苯甲 酸，将反应混合物冷却至室温后，与适量冰水充分混合，抽滤，所得所得固体溶于 5%的热 NaOH 溶液中(约 60℃)，待温度降到 50℃时，抽滤，向滤液中加入过量 2 mol/L H2SO4，析出黄色沉淀，再抽滤，并用冷水洗 涤，然后在低于 80℃的条件下烘干，可得对硝基苯甲酸粗产品，据此分析解题。 (1)电解槽中阳极周围阴离子发生氧化反应，反应Ⅰ是 SO42-氧化为 S2O82-，则右侧电极为阳极，B 为外接电 源正极，A 为外接电源的负极；反应 II 是 S2O82-氧化 Cr3+生成 Cr2O72－，发生反应的离子方程式为 3S2O82-+2Cr3++7H2O=6SO42-+Cr2O72-+14H+； (2)①仪器 X 的名称是冷凝管，冷却水的水流方向应与蒸气流向相反，则应从 b 口进入冷水； ②步骤 1 中反应液由棕红色变为墨绿色时，说明有对硝基苯甲酸生成，则步骤 2 经冷却后，经抽滤所得固 体的主要成分是对硝基苯甲酸； ③对硝基甲苯的熔点为 51.7℃，则步骤 3 中，用 NaOH 溶液处理后，需待温度降到 50℃时进行抽滤，目的 是使未反应的对硝基甲苯凝固析出，可提高对硝基苯甲酸的纯度； ④对硝基苯甲酸是黄色晶体，能升华，则对粗产品进行纯化还可以采用升华法完成； ⑤由工业流程图可知，步骤 2 中抽滤后的滤液返回电解槽中重新电解，说明滤液中的 Cr2(SO4)3、(NH4)2SO4、 H2SO4 可循环利用，符合绿色环保； (3)第三次实验消耗 KOH 的体积明显偏小，舍去，其它三次消耗 KOH 溶液体积的平均值 23.0023.1022.90 3 mL=23.00mL，对硝基苯甲酸与 KOH 溶液发生中和反应时，对硝基苯甲酸与 KOH 等物质的量反应，则对硝基苯甲酸的纯度为 1000.0230.100mol / L 167.0g / mol 25 1.670 mLL mL g  ×100%=92.0%。 16．（ 1）O2（2）Cr2O72−（3）H2O(H+和 OH−)（4）Fe3+(5)①Fe–2e−＝Fe2+②Fe3+迁移进入阴极区，在阴极得 电子生成 Fe2+；Ⅱ中比Ⅰ中的 Cr2O72−还原率高，Ⅱ、Ⅲ中阴极上均没有析出 Cr（6）避免电压过高、pH 过 小导致 H+在阴极放电，从而降低 Cr2O72−的还原率；pH 过小不利于 Cr3+转化为 Cr(OH)3 【解析】 (1)用石墨电极电解硫酸酸化的 pH＝2.5 的饱和 K2Cr2O7 溶液，阳极上为阴离子放电，溶液中含有 的阴离子为 Cr2O72-、OH-，根据阴离子放电顺序，OH-在阳极放电，OH-来自于水的电离，电极反应为： 2H2O-4e-=O2↑+4H+，阳极产生的气体为 O2； (2)电压为 2.0 V 时，阴极为阳离子放电，溶液中阳离子为 H+、K+，根据放电顺序，阴极为 H+放电生成氢气， 但阴极没有气泡，检出 Cr3+，只有 Cr2O72-离子含有 Cr 元素，则阴极放电的主要离子是 Cr2O72-； (3)电压高于 5.0 V 时，两极均快速产生大量气泡，阴极产生气泡的速率约为阳极的 2 倍，则可判断两极生成 的气体为氢气和氧气，结合溶液中存在的离子：Cr2O72-、OH-、H+、K+，故电压高于 5.0 V 时，阴极 H+放电， 阳极 OH-放电，被电解的主要物质是是 H2O(H+和 OH−)； (4)对比Ⅰ、Ⅱ可知，，其他条件都相同，Ⅱ中多加入少量硫酸铁，溶液中本身含有硫酸根离子，则可以断 定，Fe3+与阴极表面是否析出金属 Cr，以及Ⅱ中 Cr2O72−的还原率提高均有关； (5)①Ⅲ中阳极为活泼电极铁，电极参与电解反应，阳极的电极反应为：Fe–2e−=Fe2+； ②由于中的电解液为浓硫酸，具有强氧化性，阳极产生的 Fe2+被氧化为 Fe3+，又因为阳离子向阴极移动， Fe3+迁移进入阴极区，在阴极得电子生成 Fe2+，且 Fe2+具有还原性，进而促进了 Cr2O72−在阴极区被还原； (6)工业上处理含 Cr2O72−的废水，用铁作阳极，控制一定的电压，初始 pH 为 3～4，将 Cr2O72−最终转化为难 溶的 Cr(OH)3 除去，结合上述实验，电压不宜过高、pH 不宜过小的目的，除节约成本和防止腐蚀设备外， 根据实验一实验结果，还有需要避免电压过高或 pH 过小导致 H+在阴极放电，从而降低 Cr2O72−的还原率； pH 过小不利于 Cr3+转化为 Cr(OH)3。