①图中X、Y分别是_____、_______(填化学式),分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小_________;
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极:______; 负极:_____;
③这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)____________、____________。
评析:本题前半部分基本就是氯碱工艺的再现,但后半部把原电池、电解的相关知识巧妙地融合在一起,使试题表现出了较好的创意。(1)根据电解饱和食盐水的化学方程式2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑即可得到k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89;(2)抓住除钡离子要放在除碳酸根离子前即可得到顺序关系:③①②;(3)本题突破口在于B燃料电池这边,通空气一边为正极(还原反应),那么左边必然通H2,这样Y即为H2 ;再转到左边依据电解饱和食盐水的化学方程式可知唯一未知的X必然为Cl2;A中的NaOH进入燃料电池正极再出来,依据O2+4e-+2H2O=4OH- 可知NaOH浓度增大。
答案:(1)k=M(Cl2)/2 M(NaOH)=71/80=1:1.13或0.89(2)③①② (3)①Cl2 H2 a%小于b% ②O2+4e-+2H2O=4OH- H2-2e-+2OH-=2H2O ③燃料电池可以补充电解池消耗的电能;提高产出碱液的浓度;降低能耗(其他合理答案也可)
除此之外,还有09年全国1卷第28题、重庆卷第26题等都是以氯碱工业知识为题材的,这就启示我们一定要把氯碱工业的流程及教材电解饱和食盐水实验涉及到的各个知识点要理顺、理细,如饱和食盐水的精制、电解时的现象、电极产物检验、物质计算、电极反应式及电解反应的化学方程式书写等知识要清晰才行,避免一带而过、简单处理。
三、电化学与化学实验知识有机融合
由于电化学在电极反应分析及电极反应式等知识中,要涉及到电极材料、电解液中离子等性质的分析,因而在电化学考查中就容易与化学实验融合在一起,如电解液的制备、净化、电极反应产物的检验、电化学装置的设计等等,这样就提高了试题的综合度,利于全面考查学生的基础知识及灵活解答问题能力。在崇尚知识立意、能力考查的命题原则下,相信该类试题将继续受到推崇。
例3、(09山东).Zn-MnO2干电池应用广泛,其电解质溶液是ZnCl2-NH4Cl混合溶液。
(1)该电池的负极材料是 。电池工作时,电子流向 (填"正极"或"负极")。
(2)若ZnCl2-NH4Cl混合溶液中含有杂质Cu2+,会加速某电极的腐蚀.其主要原因是 。欲除去Cu2+,最好选用下列试剂中的 (填代号)。
a.NaOH b.Zn c.Fe d.NH3·H2O
(3)MnO2的生产方法之一是以石墨为电极,电解酸化的MnSO4溶液。阴极的电极反应式是: 。若电解电路中通过2mol电子,MnO2的理论产量为 。
评析: 这是典型的实验知识与原电池原理、电解原理相融合的题型,涉及了电极材料分析、电解液净化及相关电化学计算等内容,拓宽了知识的覆盖面。(1) 失电子的一极为负极,故 Zn为负极,电子由此经外电路流向正极。(2)锌与还原出来的Cu构成铜锌原电池而加快锌的腐蚀,所以应选Zn将Cu2+ 置换为单质而除去。(3)阴极上得电子而发生还原反应, H+得电子生成氢气。因为MnSO4~MnO2~2 e-,通过2mol电子产生1molMnO2,质量为87g。