(三) 电化学填空特训
1.含SO2的烟气可用Na2SO3溶液吸收。可将吸收液送至电解槽再生后循环使用。再生电解槽如图所示。a电极上含硫微粒放电的反应式为_________________________________(任写一个)。离子交换膜________(填标号)为阴离子交换膜
。
答案 HSOeq \o\al(-,3)+H2O-2e-===SOeq \o\al(2-,4)+3H+(或SOeq \o\al(2-,3)+H2O-2e-===SOeq \o\al(2-,4)+2H+) c
解析 用亚硫酸钠溶液吸收二氧化硫应该得到亚硫酸氢钠溶液,将亚硫酸氢钠溶液(pH=6的吸收液)加入电解槽中。右侧是电极的阴极,可以认为是水电离的氢离子得电子转化为氢气,剩余的氢氧根离子与亚硫酸氢根离子反应得到亚硫酸根离子。左侧是电极的阳极,c为阴离子交换膜,亚硫酸氢根离子透过交换膜进入阳极,在阳极上失电子转化为硫酸根,副产物甲为硫酸。所以阳极反应为:HSOeq \o\al(-,3)+H2O-2e-===SOeq \o\al(2-,4)+3H+或SOeq \o\al(2-,3)+H2O-2e-===SOeq \o\al(2-,4)+2H+(溶液中也有一定量的亚硫酸根)。
2.干燥的甲醇可用于制造燃料电池。
(1)研究人员发现利用NaOH干燥甲醇时,温度控制不当会有甲酸钠和H2生成,其反应方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)某高校提出用CH3OH—O2燃料电池作电源电解处理水泥厂产生的CO2(以熔融碳酸盐为介质),产物为C和O2。其阳极电极反应式为_________________________________。
答案 (1)CH3OH+NaOHeq \o(=====,\s\up7(某温度))HCOONa+2H2↑
(2)2COeq \o\al(2-,3)-4e-===2CO2+O2
3.NO可用间接电化学法除去,其原理如图所示:
(1)阴极的电极反应式为____________________________________________________。
(2)吸收塔内发生反应的离子方程式为_______________________________________。
答案 (1)2HSOeq \o\al(-,3)+2e-+2H+===S2Oeq \o\al(2-,4)+2H2O
(2)2NO+2S2Oeq \o\al(2-,4)+2H2O===N2+4HSOeq \o\al(-,3)
解析 (1)由图可知,阴极上是HSOeq \o\al(-,3)获得电子生成S2Oeq \o\al(2-,4),酸性条件下还生成水,电极反应式:2HSOeq \o\al(-,3)+2e-+2H+===S2Oeq \o\al(2-,4)+2H2O。
(2)吸收池中S2Oeq \o\al(2-,4)与NO反应生成N2与HSOeq \o\al(-,3),反应的离子方程式为2NO+2S2Oeq \o\al(2-,4)+2H2O===N2+4HSOeq \o\al(-,3)。
4.以稀硫酸作电解质溶液,利用电解法将CO2转化为乙烯的装置如图所示。M电极的电极反应式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________,
工作一段时间后,阳极室中溶液的pH________(填'增大''不变'或'减小')。
答案 2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O 减小
解析 CO2转化为乙烯,碳元素化合价降低,得电子被还原,发生还原反应。所以M电极的电极反应式为2CO2+12H++12e-===C2H4+4H2O;因为阳极的电极反应为2H2O-4e-===O2+4H+,氢离子浓度增加,所以工作一段时间后,阳极室中溶液的pH减小。
5.我国科学家在天然气脱硫研究方面取得了新进展,利用如图装置可发生反应:H2S+O2===H2O2+S↓。
已知甲池中发生的反应:
(1)装置中H+从________移向________(填'甲池'或'乙池')。
(2)乙池溶液中发生的反应为________________________________________________。
答案 (1)乙池 甲池
(2) H2S+Ieq \o\al(-,3)===3I-+S↓+2H+
解析 (1)从示意图中看出,电子流向碳棒一极,该极为正极,氢离子从乙池移向甲池。
(2)乙池溶液中,硫化氢与Ieq \o\al(-,3)发生氧化还原反应:硫化氢失电子变为硫单质,Ieq \o\al(-,3)得电子变为I-,离子反应为H2S+Ieq \o\al(-,3)===3I-+S↓+2H+。
6.利用电解装置也可进行烟气处理,如图可将雾霾中的NO、SO2分别转化为NHeq \o\al(+,4)和SOeq \o\al(2-,4),阳极的电极反应式为___________________________________________________________;
物质A是________(填化学式)。
答案 SO2+2H2O-2e-===SOeq \o\al(2-,4)+4H+ H2SO4
解析 根据题目叙述,结合装置可知阳极反应物为SO2,生成物为SOeq \o\al(2-,4),所以阳极反应式为SO2+2H2O-2e-===SOeq \o\al(2-,4)+4H+,而阴极反应为NO+6H++5e-===NHeq \o\al(+,4)+H2O,所以总反应式为2NO+5SO2+8H2O===(NH4)2SO4+4H2SO4,由此反应方程式可知,装置中的物质A是H2SO4。
7.工业上常采用除杂效率高的吸收—电解联合法,除去天然气中的杂质气体H2S,并转化为可回收利用的单质硫,其装置如下图所示。
通电前,先通入一段时间含H2S的甲烷气,使部分NaOH吸收H2S转化为Na2S,再接通电源,继续通入含杂质的甲烷气,并控制好通气速率。装置中右端碳棒为______极,左端碳棒上的电极反应为______________________________________________________________,
右池中的c(NaOH)∶c(Na2S)________(填'增大''基本不变'或'减小)。
答案 阳 2H2O+2e-===2OH-+H2↑(或2H++2e-===H2↑) 基本不变
解析 装置中右端硫离子失电子转化为硫单质,硫元素被氧化,则右端碳棒为阳极,左端碳棒为阴极产生氢气,阴极的电极反应为2H2O+2e-===2OH-+H2↑;再接通电源,继续通入含杂质的甲烷气,并控制好通气速率,右池中的c(NaOH)∶c(Na2S)基本不变。
8.电解法可消除甲醇对水质造成的污染,原理是:通电将Co2+ 氧化成Co3+,然后Co3+将甲醇氧化成CO2和H+(用石墨烯吸附除去Co2+)。现用如图所示装置模拟上述过程,请写出:
(1)阴极的电极反应式:_____________________________________________________。
(2)除去甲醇的离子方程式:_________________________________________________。
答案 (1)2H++2e-===H2↑ (2)6Co3++CH3OH+H2O===CO2↑+6H++6Co2+
解析 (1)通电后,电解池中水电离产生的氢离子得电子产生氢气,阴极电极反应式为2H++2e-===H2↑;(2)将Co2+氧化成Co3+,电解池中阳极失电子发生氧化反应,电极反应为Co2+-e-===Co3+;以Co3+作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化,自身被还原为Co2+,结合原子守恒与电荷守恒可知,还原生成H+,配平书写离子方程式:6Co3++CH3OH+H2O===CO2↑+6Co2++6H+。
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