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大題精做七 電解工藝流程 精選大題 1.焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）在醫(yī)藥、橡膠、印染、食品等方面應(yīng)用廣泛?；卮鹣铝袉栴}： （1）生產(chǎn)Na2S2O5，通常是由NaHSO3過飽和溶液經(jīng)結(jié)晶脫水制得。寫出該過程的化學(xué)方程式__________。 （2）利用煙道氣中的SO2生產(chǎn)Na2S2O5的工藝為： ` ①pH=4.1時(shí)，Ⅰ中為__________溶液（寫化學(xué)式）。 ②工藝中加入Na2CO3固體、并再次充入SO2的目的是__________。 （3）制備Na2S2O5也可采用三室膜電解技術(shù)，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應(yīng)式為_____________。電解后，_____________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進(jìn)行結(jié)晶脫水，可得到Na2S2O5。 （4）Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑。在測定某葡萄酒中Na2S2O5殘留量時(shí)，取50.00 mL葡萄酒樣品，用0.01000molL?1的碘標(biāo)準(zhǔn)液滴定至終點(diǎn)，消耗10.00mL。滴定反應(yīng)的離子方程式為_____________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為____________gL?1（以SO2計(jì)）。 【解析】（1）亞硫酸氫鈉過飽和溶液脫水生成焦亞硫酸鈉，根據(jù)原子守恒可知反應(yīng)的方程式為2NaHSO3===Na2S2O5+H2O；（2）①碳酸鈉飽和溶液吸收SO2后的溶液顯酸性，說明生成物是酸式鹽，即Ⅰ中為NaHSO3；②要制備焦亞硫酸鈉，需要制備亞硫酸氫鈉過飽和溶液，因此工藝中加入碳酸鈉固體、并再次充入二氧化硫的目的是得到NaHSO3過飽和溶液；（3）陽極發(fā)生失去電子的氧化反應(yīng)，陽極區(qū)是稀硫酸，氫氧根放電，則電極反應(yīng)式為2H2O－4e?===4H＋+O2↑。陽極區(qū)氫離子增大，通過陽離子交換膜進(jìn)入a室與亞硫酸鈉結(jié)合生成亞硫酸鈉。陰極是氫離子放電，氫氧根濃度增大，與亞硫酸氫鈉反應(yīng)生成亞硫酸鈉，所以電解后a室中亞硫酸氫鈉的濃度增大。（4）單質(zhì)碘具有氧化性，能把焦亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，反應(yīng)的方程式為S2O+2I2+3H2O===2SO+4I?+6H＋；消耗碘的物質(zhì)的量是0.0001mol，所以焦亞硫酸鈉的殘留量（以SO2計(jì)）是0.0001mol64g/mol0.05L=0.128g/L。 【答案】（1）2NaHSO3===Na2S2O5+H2O (2) NaHSO3得到NaHSO3過飽和溶液 (3) 2H2O－4e?===4H＋+O2↑ a (4)S2O+2I2+3H2O===2SO+4I?+6H＋ 0.128 1.（2018云南昆明市診斷理綜）高錳酸鉀是一種重要的氧化劑，在消毒殺菌等方面應(yīng)用廣泛。實(shí)驗(yàn)室以固體堿熔氧化法制備高錳酸鉀，其部分流程如下： 回答下列問題： (1)為提高第③步的浸出速率，可采取的措施之一是______________________________ (2)第④步通入CO2，將溶液的pH調(diào)至10~11時(shí)，K2MnO4完全轉(zhuǎn)化為KMnO4和MnO2。第①步堿熔時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________________。 (3)第⑥步母液中主要含有的溶質(zhì)一定有K2CO3、KCl和________。該流程中，除了濃縮結(jié)晶的母液之外，還可以循環(huán)使用的物質(zhì)是___________。 (4)工業(yè)上可采用如圖所示裝置電解K2MnO4溶液制備KMnO4。 ①b是直流電源的________極 ②該裝置中的離子交換膜是________交換膜(填“陰離子”或“陽離子”) ③電解時(shí)陽極的電極反應(yīng)式是________________。 ④與“固體堿熔氧化法”相比，“電解法”的優(yōu)點(diǎn)是________________________。 【解析】在堿性條件下氯酸鉀與二氧化錳加熱熔融發(fā)生氧化還原反應(yīng)，二氧化錳被氧化成錳酸鉀，溶于水得墨綠色K2MnO4溶液，K2MnO4溶液中通入CO2使MnO發(fā)生歧化反應(yīng)，生成MnO和MnO2，趁熱過濾除去二氧化錳，得高錳酸鉀溶液，冷卻結(jié)晶得高錳酸鉀晶體，（1）攪拌、適當(dāng)升溫、將廢渣碾細(xì)成粉末等均可加快反應(yīng)速率，所以為提高第③步的浸出速率，可采取的措施有將熔融物粉碎、不斷攪拌、適當(dāng)加熱等，故答案為：不斷攪拌或適當(dāng)加熱。（2）由題意可知，KOH、KClO3、MnO2共熔制得綠色K2MnO4，發(fā)生反應(yīng)方程式為：KClO3+ 3MnO2+6KOHKCl+3K2MnO4+3H2O，故答案為：3MnO2+6KOHKCl+3K2MnO4+3H2O。（3）第⑥步母液中主要含有的溶質(zhì)一定有K2CO3、KCl和KMnO4，除了濃縮結(jié)晶的母液之外，還可以循環(huán)使用的物質(zhì)是MnO2，故答案為：KMnO4；MnO2。（4）①由圖可知，MnO應(yīng)該在陽極失電子生成MnO，所以a是直流電源的正極，b是直流電源的負(fù)極，故答案為：負(fù)。②由圖可知，陰極區(qū)的電極反應(yīng)式為2H++2e?===H2↑，陰極區(qū)OH?濃度增大，稀KOH變?yōu)闈釱OH，該裝置中的離子交換膜應(yīng)是陽離子交換膜，允許陽離子K+通過，故答案為：陽離子。③電解時(shí)陽極的MnO的放電能力強(qiáng)于OH?，故陽極的電極反應(yīng)式為：MnO-e?===MnO，故答案為：MnO-e?===MnO。④與“固體堿熔氧化法”相比，“電解法”的優(yōu)點(diǎn)是原料利用率高，產(chǎn)品更純凈，答案為：原料利用率高，產(chǎn)品更純凈。 【答案】(1)不斷攪拌或適當(dāng)加熱 (2) KClO3+3MnO2+6KOHKCl+3K2MnO4+3H2O (3) KMnO4 MnO2 (4) 負(fù)陽離子 MnO-e?===MnO原料利用率高，產(chǎn)品更純凈 2.（2018四川自貢診斷理綜）工業(yè)上，以鈦鐵礦為原料制備二氧化鈦的工藝流程如下圖所示。鈦鐵礦主要成分為鈦酸亞鐵(FeTiO3)，其中一部分Fe2+在風(fēng)化過程中會轉(zhuǎn)化為+3價(jià)。 已知：TiO(OH)2(即H2TiO3)為兩性氫氧化物 (1)步驟②中，發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為__________。 (2)步驟③中，實(shí)現(xiàn)混合物的分離是利用物質(zhì)的__________填字母序號)。 A.熔沸點(diǎn)差異 B.溶解性差異 C.氧化性、還原性差異 (3)步驟②、③、④中，均需用到的操作是__________(填操作名稱)。 (4)請結(jié)合化學(xué)用語，用化學(xué)平衡理論解釋步驟④中將TiO2+轉(zhuǎn)化為H2TiO3的原理：__________。 (5)上述工藝流程中可以循環(huán)利用的物質(zhì)是__________ (6)研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì)，利用如圖所示裝置獲得金屬鈣，并以鈣為還原劑，還原二氧化鈦制備金屬鈦。 ①寫出陽極所發(fā)生反應(yīng)的電極反應(yīng)式__________。 ②在制備金屬Ti前后，CaO的質(zhì)量將__________(填“增大”、“不變”或“減小”)。 【解析】（1）步驟②中，用鐵粉將Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe2+的反應(yīng)的離子方程式為2Fe3++Fe===3Fe2+，故答案為：2Fe3+ +Fe===3Fe2+。（2）步驟③冷卻結(jié)晶得到硫酸亞鐵晶體，利用的是物質(zhì)溶解度的不同，通過冷卻熱飽和溶液得到；故答案為B。（3）②③④步驟的操作過程中都得到沉淀或晶體，所以需要過濾得到固體和溶液，故答案為：過濾。（4）步驟④中使用熱水的目的是促進(jìn)TiO2+水解生成H2TiO3，分離出固體加熱得到TiO2；溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3；故答案為：溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3。（5）流程中生成了硫酸，步驟①中使用硫酸，可循環(huán)使用，故答案為：H2SO4或硫酸。（6）①用石墨作陽極、鈦網(wǎng)作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質(zhì)，陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，陰極析出鈣、發(fā)生還原反應(yīng)，由陽極圖示產(chǎn)物可知，陽極生成一氧化碳?xì)怏w，是電解質(zhì)中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應(yīng)生成的一氧化碳，所以電極反應(yīng)為：2O2?-4e?===O2↑或C+O2?-4e?===CO↑，故答案為：2O2?-4e?===O2↑或C+O2?-4e?===CO↑。②制備TiO2時(shí)，在電解槽發(fā)生如下反應(yīng)：陰極：2Ca2++4e?===2Ca 陽極：2O2?-4e?===O2↑，鈣再還原二氧化鈦生成鈦：2Ca+TiO2===Ti+2CaO，由此可見，CaO的量不變，故答案為：不變。 【答案】（1）2Fe3++Fe===3Fe2+ （2） B （3） 過濾 （4） 溶液中存在平衡：TiO2++2H2OH2TiO3+2H+，當(dāng)加入熱水稀釋、升溫后，平衡正向移動，生成H2TiO3 （5） H2SO4或硫酸 （6）2O2?-4e?===O2↑或C+O2?-4e?===CO↑ 不變 3.（2018山東濟(jì)南一模）紅簾石礦的主要成分為Fe3O4、Al2O3、MnCO3、MgO少量MnO2等。工業(yè)上將紅簾石處理后運(yùn)用陰離子膜電解法的新技術(shù)提取金屬錳并制得綠色高效的水處理劑(K2FeO4)。工業(yè)流程如下： (1)在稀硫酸浸取礦石的過程中，MnO2可將Fe2+氧化為Fe3+，寫出該反應(yīng)的離子方程式：__________ _______。 (2)浸出液中的陽離子除H+、Fe2+、Fe3+外還有_______(填離子符號)。 (3)已知：不同金屬離子生成生成氫氧化物沉淀所需的pH如下表： 離子 Fe3+ A13+ Fe2+ Mn2+ Mg2+ 開始沉淀的pH 2.7 3.7 7.0 7.8 9.6 完全沉淀的pH 3.7 4.7 9.6 9.8 11.1 步驟②中調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，調(diào)節(jié)pH的試劑最好選用下列哪種試劑：_______(填選項(xiàng)字母，下同)濾渣B除掉雜質(zhì)后可進(jìn)一步制取K2FeO4，除掉濾渣B中雜質(zhì)最好選用下列哪種試劑：_____。 a.稀鹽酸 b.KOH c.氨水 d.MnCO3 e.CaCO3 (4)濾渣B經(jīng)反應(yīng)④生成高效水處理劑的離子方程式_______________。 (5)電解裝置如圖所示，箭頭表示溶液中陰離子移動的方向；則與A電極連接的是直流電源的_____極。陽極電解液是稀硫酸，若陰極上只有錳單質(zhì)析出，當(dāng)生成11g錳時(shí)，另一個(gè)電極上產(chǎn)生的氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為________。 【解析】本題考查化學(xué)工藝流程。(1)在稀硫酸浸取礦石的過程中，MnO2將溶液中Fe2+氧化為Fe3+，MnO2被還原為Mn2+，反應(yīng)的離子方程式為：MnO2+2Fe2++4H+===2Fe3++Mn2++2H2O；(2)由題意可知，在稀硫酸浸取礦石的過程中，過量的稀硫酸與Fe3O4、Al2O3、MnCO3、MgO反應(yīng)生成Fe2+、Fe3+、Al3+、Mn2+、Mg2+，部分Fe2+被MnO2氧化為Fe3+，即浸出液中的陽離子除H+、Fe2+、Fe3+外還有Al3+、Mn2+、Mg2+；(3)步驟②中先加雙氧水將Fe2+氧化為Fe3+，再調(diào)節(jié)溶液的pH等于6，將溶液中Fe3+和Al3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀和Al(OH)3沉淀，調(diào)節(jié)溶液的pH時(shí)，最好選用不引入雜質(zhì)的MnCO3；除去Fe(OH)3沉淀中的Al(OH)3沉淀，應(yīng)選用強(qiáng)堿KOH溶液與Al(OH)3反應(yīng)生成可溶的KAlO2；(4)Fe(OH)3在堿性條件下被KClO氧化為K2FeO4，KClO被Fe(OH)3還原為KCl，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe(OH)3+3ClO?+4OH?===2FeO+3Cl?+5H2O；(5)由電子的移動方向可知，與A電極連接的是直流電源的負(fù)極，則A電極為電解池的陰極，B電極為電解池的陽極，陰極上Mn2+放電生成Mn，陽極上OH?放電生成O2，11g錳的物質(zhì)的量為0.2mol，由得失電子數(shù)目守恒可知，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下陽極生成0.1molO2，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積為2.24L。 【答案】（1）MnO2+2Fe2++4H+===2Fe3++Mn2++2H2O （2）Mn2+、Mg2+、Al3+ （3）db （4）2Fe(OH)3+3ClO?+4OH?===2FeO+3Cl?+5H2O （5）負(fù) 2.24L 4.（2018重慶九校聯(lián)考）資源的高效利用對保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展具有重要作用。某工廠以酸性工業(yè)廢水（含H+、Al3+、Mg2+、Cr2O、SO）以及硫酸廠廢氣(SO2)為原料提取鉻的工藝流程如下： 有關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示。 化合物 Mg(OH)2 Al(OH)3 Cr(OH)3 完全沉淀的pH 10.5 4.3 5.3 開始溶解的pH — 7.8 9.2 Ksp近似值 5.610-12 1.310-33 6.310-31 請回答下列問題： （1）步驟①中發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為__________________________。 （2）步驟②中加入適量Al2O3的目的是__________________________。 （3）為了達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，步驟③中加入NaOH溶液，應(yīng)調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為_________。 （4）步驟⑥向?yàn)V液B中通入過量CO2，反應(yīng)的離子方程式為__________________________。 （5）工業(yè)上也常采用下列裝置，利用電解法處理含鉻廢水。 ①在電解過程中陽極區(qū)pH增大的原因是_______________________。 ②理論上每處理含1mol K2Cr2O7的廢水，陰極區(qū)得到的氣體體積為_________（標(biāo)準(zhǔn)狀況）L。 【解析】步驟①中，SO2有還原性，Cr2O在酸性條件下具有強(qiáng)氧化性，故發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式為：Cr2O+3SO2+2H+===2Cr3++3SO+H2O，故答案為：Cr2O+3SO2+2H+===2Cr3++3SO+H2O。（2）根據(jù)題中表格數(shù)據(jù)，步驟②中加入適量Al2O3的目的是：調(diào)節(jié)溶液的pH，使Cr3+、Al3+形成沉淀而與Mg2+分離，故答案為：調(diào)節(jié)溶液的pH，使Cr3+、Al3+形成沉淀而與Mg2+分離。（3）步驟③中的濾渣A為：Al(OH)3和Cr(OH)3，加入NaOH溶液使氫氧化鋁溶解，故調(diào)節(jié)溶液的pH范圍為：7.8≤pH＜9.2，故答案為：7.8≤pH＜9.2。（4）步驟⑥向?yàn)V液B中通入過量CO2，濾液B為偏鋁酸鈉溶液，偏鋁酸鈉溶液和過量CO2反應(yīng)生成Al(OH)3和碳酸氫鈉，反應(yīng)的離子方程式為：AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO，故答案為：AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+ HCO。（5）①右側(cè)鐵板為陽極，鐵放電生成亞鐵離子，亞鐵離子被溶液中Cr2O氧化，發(fā)應(yīng)生成Cr3+和Fe3+，反應(yīng)的離子方程式：Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O，故在電解過程中陽極區(qū)pH增大的原因是：Fe2+與Cr2O72-發(fā)生反應(yīng)消耗H+，同時(shí)H+通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極區(qū)，故答案為：Fe2+與Cr2O72-發(fā)生反應(yīng)消耗H+，同時(shí)H+通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極區(qū)。②陰極氫離子放電生成氫氣，2H++2e?===H2↑，陽極反應(yīng)為：Fe-2e?===Fe2+，根據(jù)反應(yīng)Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O，可知1molK2Cr2O7和6molFe2+反應(yīng)，所以陽極每生成6molFe2+，失去12mol電子，根據(jù)得失電子守恒可知：陰極區(qū)生成氫氣為6mol，標(biāo)況下氫氣的體積為：134.4L，故答案為：134.4。 【答案】（1）Cr2O+3SO2+2H+===2Cr3++3SO+H2O （2） 調(diào)節(jié)溶液的pH，使Cr3+、Al3+形成沉淀而與Mg2+分離 （3） 7.8≤pH＜9.2 （4） AlO+CO2+2H2O===Al(OH)3↓+HCO Fe2+與Cr2O發(fā)生反應(yīng)消耗H+，同時(shí)H+通過質(zhì)子交換膜遷移到陰極區(qū) 134.4