逍遥右脑 2013-06-13 23:54
电化学解题策略
通过研究近几年全国各地的高考试题，有关电化学试题仍是2012年高考一大亮点，这充分说明电化学在今后中的重要性。但这类试题往往又是学生学习的难点，错误率较高。如何解答此类问题，现归纳如下：
【解题策略】
一. 电化学中四个极
正负极是根据物理学上的电极电势高低而规定的，多用于原电池。正极电极电势高，是流入电子（外电路）的电极；负极电极电势低，是流出电子（外电路）的电极。
阴阳极是针对电解池或电镀池命名的。阳极是指与电正极相连，发生氧化反应的电极；阴极是指与电负极相连，发生还原反应的电极。
二. 电化学中四个池
1. 原电池：化学能转化为电能的装置。除燃料电池外，一般由活泼金属作负极。
2. 电解池：电能转化为化学能的装置。
3. 电镀池：应用电解原理在某些金属表面镀上一层新金属的装置。通常镀层金属接电正极，待镀金属的物接电负极，含有镀层金属离子的溶液作电镀液。
4. 电解精炼池：应用电解原理提纯某些金属的装置，通常提纯的金属接电正极，该金属的纯净固体接电负极，电解液含有待提纯金属的阳离子。
三. 原电池电极的四种判断方法
1. 根据构成原电池的电极材料判断：活泼金属作负极，较不活泼金属或导电的非金属及金属氧化物作正极。
2. 根据电子流向或电流流向判断：电子流出或电流流入的电极为负极，反之为正极。
3. 根据电极反应进行判断：发生氧化反应的为负极，发生还原反应的为正极。也可依据电极附近指示剂（石蕊、酚酞、淀粉试液等）的显色情况判断该电极是 或 等放电，从而确定正、负极。如用酚酞作指示剂，若电极附近溶液变红色，说明该电极附近溶液显碱性， 在该电极附近得电子被还原，该电极为正极。
4. 根据两极现象判断：通常溶解或质量减少的一极为负极；质量增加或有气泡产生的一极为正极。
四. 电解的四种类型
1. 只有溶质发生化学变化：如用惰性电极电解 溶液、 溶液，其电解反应式分别为：
2. 形式上看只有水发生化学变化：如惰性电极电解 溶液的电解反应式均为：
3. 溶质、水均发生化学变化：如惰性电极电解 溶液、 溶液，其电解反应式分别为：
4. 形式上看溶质和水均未发生化学变化：如铁器上镀铜，电极反应式分别为：阳极铜棒： ，阴极铁器： 。
五. 书写电极反应的四原则
1. 加减原则：根据得失电子守恒，总反应式为两个电极反应式之和。若已知一个电极反应式，可用总反应式减去已知的反应式，得另一电极反应式。
2. 共存原则：因为物质得失电子后在不同介质中的存在形式不同，所以电极反应式的书写必须考虑介质环境。碱性溶液中 不可能存在，也不可能有 参加反应；当电解质溶液呈酸性时，不可能有 参加反应。如甲烷燃料电池以OH为电解质溶液时：负极反应式： ；正极反应式： 。
3. 得氧失氧原则：得氧时，在反应物中加 （电解质为酸性时）或 （电解质溶液为碱性或中性时）；失氧时，在反应物中加 （电解质为碱性或中性时）或 （电解质为酸性时）。如“钮扣”电池以OH为电解质溶液，其电池总反应式为： ，负极 ，根据得氧原则，负极反应式为： ；正极 ，根据失氧原则，正极反应式为： 。
4. 中性吸氧反应成碱原则：在中性电解质溶液中，通过金属吸氧所建立起的原电池反应，其反应的最后产物是碱。如银锌电池、铁的吸氧腐蚀、以铝、空气、海水为材料组成的海水电池等。
【题型解读】
题型一、电极名称和电极材料的判断
例1. 铜片和锌片用导线连接后插入稀硫酸中，锌片是（ ）
A. 阴极B. 正极C. 阳极D. 负极
解析：电解池的两极分别命名为阴、阳极，原电池的两极分别命名为正、负极。题中装置构成的是原电池，锌片失电子作原电池的负极。答案：D
题型二、电极方程式的书写
例2. 下图是电解CuCl2溶液的装置，其中c、d为石墨电极，则下列判断正确的是（ ）
A. a为负极，b为正极B. a为阳极，b为阴极
C. 电解过程中，d电极的质量增加D. 电解过程中，氯离子的浓度不变
解析：根据电流方向可判断出a为正极，b为负极，c为阳极，d为阴极。用惰性电极电解CuCl2溶液时，两个电极上发生的反应阳极（c电极）为： ，阴极（d电极）为： 。答案：C
题型三、废旧电池的处理方法
例3. 随着人们生活水平的不断提高，废旧电池必须进行集中处理的问题被提到议事日程，其首要原因是（ ）
A. 利用电池外壳的金属材料
B. 防止电池中的汞、镉和铅等重金属离子对土壤和水体造成污染
C. 不使电池中渗泄的电解液腐蚀其他物品
D. 回收其中的石墨电极
解析：随着生产的发展和人们生活水平的日益提高，环境污染和环保问题已越越受到人们的重视，废旧电池中含有铅、汞等多种重金属离子，极易对环境造成污染。答案：B
题型四、利用得失电子守恒进行计算
例4. 室温下，在实验室中电解500mL某0.03mol/L的NaCl溶液，通电一段时间后溶液的pH从7增加到12时（设电解时溶液的体积变化忽略不计），则阴极产生气体的体积（标准状况）和溶液中NaCl的浓度分别为（ ）
A. 112mL, 0.02mol/LB. 56mL, 0.02mol/L
C. 56mL, 0.04mol/LD. 112mL, 0.04mol/L
解析：室温下，pH=12时， ，生成的 的物质的量为
。由电极反应中电子转移数相等，推导出电子与各物质之间物质的量的关系为： 。由生成的 的物质的量可直接求得
参加反应的NaCl的物质的量为 。剩余NaCl的浓度为
，生成的H2为 。答案：B
题型五、电化学基础知识应用
1. 判断金属的活动性强弱
例5. X、Y、Z、代表四种金属元素，金属X和Z用导线连接放入稀硫酸中时，X溶解，Z极上有氢气放出；若电解 和 共存的溶液时，Y先析出；又知 的氧化性强于 ，则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
A. X>Z>Y>B. X>Y>Z>C. >Z>X>YD. X>Z>>Y
解析：金属X和Z用导线连接放入稀H2SO4中，形成原电池，X溶解说明金属活动性X>Z；电解 和 共存的溶液时，Y先析出，则金属活动性Z>Y；离子的氧化性越强，其单质的金属活动性越弱，则金属活动性Y>。答案：A
2. 金属的腐蚀
例6. 家用炒菜铁锅用水清洗放置后，常出现红棕色的锈斑，在此变化过程中不发生的化学反应是（ ）
A.
B.
C.
D.
解析：洗过的铁锅在空气中放置，可发生吸氧腐蚀，负极发生的反应为： ，正极发生的反应为： ，总反应式为： ，而 又易被O2氧化为红褐色的 。答案：D
题型6、电子守恒法的应用。
例7、500 mL NO3和Cu(N03)2的混合溶液中c(NO3－)＝6．0 mol•L－1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22．4 L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是( )
A.原混合溶液中c(＋)为1 mol•L－1 B.上述电解过程中共转移4 mol电子
C.电解得到的Cu的物质的量为0．5 mol D.电解后溶液中c(H＋)为2 mol•L－1
解析：两极反应为：阴极 Cu2＋+2e－=Cu 2H＋+2e－=H2↑ 阳极：4OH－-4e－=O2↑+2H2O,两极都收集1mol气体，由阳极得到转移电子为4mol，又知生成1molH2转移电子2mol，根据电子得失守恒，n（Cu2＋）=1mol.再通过离子所带电荷的守恒,在500 mL NO3和Cu(N03)2的混合溶液中存在关系：2c(Cu2＋)+c(＋)=c(NO3-)，可以求出c(＋)=2 mol•L－1 .电解过程中消耗的n(OH－)=4mol,则溶液中留下4mol的H＋,c(H＋)=8mol•L－1 .
答案：B
例8、如下图所示，若电解5min时铜电极质量增加2.16g，试回答：
（1）电电极X名称为_____________。
（2）pH变化：A___________, B__________, C__________。
（3）通电5min时，B中共收集224mL气体（标况），溶液体积为200mL。（设电解前后无体积变化）则通电前CuSO4溶液的物质的量浓度为__________。
（4）若A中Cl溶液的体积也是200mL，电解后，溶液的pH是___________（设前后体积无变化）。
解析：（1）因为Cu电极增重，说明溶液中的Ag+在此极析出，所以Cu极为阴极，Ag极为阳极，那么与Ag极相连的电Y极为正极，X极为负极。（2）电解Cl溶液时，阴极上2H++2e-=H2↑，溶液pH增大，电解CuSO4和2 SO4溶液时，阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，溶液pH减小。电解AgNO3溶液实质是电镀，溶液浓度不变，故pH不变。（3）C中铜电极增加2.16gAg，通过的电子为n(e-)= 0.02mol，因为串联电池，每个电极通过的电子均为0.02mol，B中阳极4OH- - 4e-=2H2O+O2↑，放出O2为 =0.005mol，阴极放出H2为：0.01mol-0.005mol=0.005mol，根据H2的物质的量推知H+得电子2×0.005mol，则Cu2+得电子为0.02mol -2×0.005mol， CuSO4 的浓度为： 。
（4）A中阴极2H++2e-=H2↑，H+减少n(H+)=0.02mol，
c(OH-) = ,pH=13。
答案：（1）负极（2）增大；减小；不变（3）0.025mol/L（4）13。
例9、（1）肼（N2H4）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN2H4在氧气中完全燃烧生成氮气，放出热量624kJ（25℃时），N2H4完全燃烧反应的热化学方程式是 。
（2）肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的OH溶液。
肼—空气燃料电池放电时：
正极的电极反应式是 。
负极的电极反应式是 。
（3）下图是一个电化学过程示意图。
①锌片上发生的电极反应是 。
②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论上消耗标标准状况下的空气 L（假设空气中氧气体积含量为20%）
解析：（1）注意32克N2H4为1mol,注意△H应与方程式的计量数相对应，如N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O（1）；△H=－624kJ/mol
（2）肼—空气燃料电池，电解质溶液是OH溶液。故电极反应为：
（正极）O2+2H2O+4e－=4OH－ ，（负极）N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑
（3）①此图为电解装置，铜片为阳极，锌片为阴极。锌片上发生的电极反应是Cu2++2e－=Cu
② 铜片减少128g，即转移电子4mol 根据O2+2H2O+4e－=4OH－计算得，需要氧气1mol,转化为空气则需要112L。
答案：（1）N2H4(1)+O2(g)=N2(g)+2H2O（1）；△H=－624kJ/mol
（2）O2+2H2O+4e－=4OH－ ； N2H4+4OH－－4e－=4H2O+N2↑
（3）①Cu2++2e－=Cu ②112
【专题测试】
1．下列有关电化学的示意图中正确的是
( )
【解析】 选项A，Zn应为原电池负极，Cu为原电池正极。选项B，盐桥两边的烧杯中盛装的电解质溶液应互换。选项C，粗铜应连接电正极。选项D，电解饱和NaCl溶液，Cl－在阳极放电产生Cl2，溶液中的H＋在阴极获得电子而产生H2，正确。
【答案】 D
2．下列叙述正确的是
( )
①原电池是把化学能转化成电能的一种装置 ②原电池的正极发生氧化反应，负极发生还原反应 ③不能自发进行的氧化还原反应，通过原电池的装置均可实现 ④碳棒不能用作原电池的正极 ⑤反应Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋，能以原电池的形式实现
A．①⑤ B．①④⑤
C．②③④ D．②⑤
【解析】 ②原电池负极发生氧化反应，③不能实现，④碳棒可以作原电池的正极。
【答案】 A
3．碱性电池具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。锌—锰碱性电池以氢氧化钾溶液为电解液，电池总反应式为：
Zn(s)＋2nO2(s)＋H2O(l)===Zn(OH)2(s)＋n2O3(s)
下列说法错误的是
( )
A．电池工作时，锌失去电子
B．电池正极的电极反应式为2nO2(s)＋H2O(l)＋2e－===n2O3(s)＋2OH－(aq)
C．电池工作时，电子由正极通过外电路流向负极
D．外电路中每通过0.2 mol电子，锌的质量理论上减小6.5 g
【解析】 由所给电池的总反应式可知，电池工作时，每有1 mol Zn参加反应，失去2 mol电子，则会有2 mol电子从负极Zn开始，流经外电路而流向正极，并在正极发生反应，2nO2(s)＋H2O(l)＋2e－===n2O3(s)＋2OH－(aq)，故外电路每通过0.2 mol电子，Zn的质量就减轻6.5 g。
【答案】 C
4．科学家近年研制出一种新型细菌燃料电池，利用细菌将有机酸转化成氢气，氢气进入以磷酸为电解质的燃料电池发电。电池负极反应为
( )
A．H2＋2OH－－2e－===2H2O
B．O2＋4H＋＋4e－===2H2O
C．H2－2e－===2H＋
D．O2＋2H2O＋4e－===4OH－
【答案】 C
5．钢铁在潮湿的空气中会被腐蚀，发生的原电池反应为：2Fe＋2H2O＋O2===2Fe(OH)2。以下说法正确的是
( )
A．负极发生的反应为：Fe－2e－===Fe2＋
B．正极发生的反应为：2H2O＋O2＋2e－===4OH－
C．原电池是将电能转变为化学能的装置
D．钢柱在水下部分比在空气与水交界处更容易腐蚀
【答案】 A
6．在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是
( )
①原电池正极和电解池阳极所发生的反应 ②原电池正极和电解池阴极所发生的反应 ③原电池负极和电解池阳极所发生的反应 ④原电池负极和电解池阴极所发生的反应
A．①② B．②③
C．③④ D．①④
【解析】 原电池的负极和电解池的阳极发生的是氧化反应。原电池的正极和电解池的阴极发生的是还原反应。
【答案】 B
7．用惰性电极分别电解足量的下列物质的水溶液一段时间后，向剩余电解质溶液中加入一定量的一种物质(括号内)，溶液能恢复到与原溶液完全一样的是
( )
A．CuCl2(CuO) B．NaOH(NaOH)
C．NaCl(HCl) D．CuSO4〔Cu (OH)2〕
【解析】 首先分析各水溶液中存在哪些阴、阳离子，判断阴、阳两极参加反应的离子是什么？溶液中减少的是什么？显然A中电解的是CuCl2，B中被电解的是水，D中减少的是CuO，与添加的物质不符被否定。
【答案】 C
8．氢镍电池是近年开发出的可充电电池，它可以取代会产生镉污染的镉镍电池。氢镍电池的总反应式是：
12H2＋NiO(OH) Ni(OH)2
根据此反应式判断，下列叙述中正确的是
( )
A．电池放电时，电池负极周围溶液的pH不断增大
B．电池放电时，镍元素被氧化
C．电池充电时，氢元素被氧化
D．电池放电时，H2是负极
【解析】 放电时，反应向右进行，氢被氧化为H＋，负极区pH减小，镍元素被还原，而充电时，反应向左进行，氢元素被还原。
【答案】 D
9．若某电能与化学能的转化装置(电解池或原电池)中发生的总反应的离子方程式是：Cu＋2H＋===Cu2＋＋H2↑，则下列关于该装置的有关说法正确的是
( )
A．该装置可能是原电池，也可能是电解池
B．该装置只能是原电池，且电解质溶液为硝酸
C．该装置只能是电解池，且金属铜为该电解池的阳极
D．该装置只能是原电池，电解质溶液不可能是盐酸
【解析】 不能是原电池，Cu＋H＋不能自发的发生氧化还原反应。
【答案】 C
10．用惰性电极电解2 L 1.0 mol•L－1CuSO4溶液，在电路中通过0.5 mol电子后，调换正负极继续电解，电路中通过了1 mol电子，此时溶液中c(H＋)为(假设体积不变)
( )
A．1.5 mol•L－1 B．0.75 mol•L－1
C．0.5 mol•L－1 D．0.25 mol•L－1
【解析】 调换正负极前后电极反应式的比较情况如下：
前阳：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑阴：2Cu2＋＋4e－===2Cu
后阳：2Cu－4e－===2Cu2＋(先)4OH－－4e－===2H2O＋O2↑(后)阴：2Cu2＋＋4e－===2Cu
由上反应知：电路中转移的1.5 mol电子中，只有1 mol由OH－放电产生，即消耗的n(OH－)＝1 mol，亦即溶液中积累的n(H＋)＝1 mol，故c(H＋)＝0.5 mol/L。
【答案】 C
11．把分别盛有熔融的氯化钾、氯化镁、氧化铝的三个电解槽串联，在一定条下通电一段时间后，析出钾、镁、铝的物质的量之比为
( )
A．1∶2∶3 B．3∶2∶1
C．6∶3∶1 D．6∶3∶2
【答案】 D
12．下列描述中，不符合生产实际的是
( )
A．电解熔融的氧化铝制取金属铝，用铁作阳极
B．电解法精炼粗铜，用纯铜作阴极
C．电解饱和食盐水制烧碱，用涂镍碳钢网作阴极
D．在镀上电镀锌，用锌作阳极
【答案】 A
13．如下图所示，通电后，A极上析出Ag，对该装置的有关叙述正确的是( )
A．P是电的正极
B．F极上发生的反应为：4OH－－4e－===2H2O＋O2↑
C．通电后，甲、乙、丙三池中，除了E、F两极外，其他电极均参加了反应
D．通电后，甲池溶液的pH减小，而乙、丙两池溶液的pH不变
【答案】 B
14．如下图所示，X、Y分别是直流电的两极，通电后发现a极板质量增加，b极板处有无色、无臭
气体放出。符合这一情况的是 ( )
a极板b极板X电极Z溶液
A锌石墨负极CuSO4
B石墨石墨负极NaOH
C银铁正极AgNO3
D铜石墨负极CuCl2
【答案】 A
15．天津是我国研发和生产锂离子电池的重要基地。锂离子电池正极材料是含锂的二氧化钴(LiCoO2)，充电时LiCoO2中Li被氧化，Li＋迁移并以原子形式嵌入电池负极材料碳(C6)中，以LiC6表示。电池反应为LiCoO2＋C6 CoO2＋LiC6，下列说法正确的是
( )
A．充电时，电池的负极反应为LiC6－e－===Li＋＋C6
B．放电时，电池的正极反应为CoO2＋Li＋＋e－===LiCoO2
C．羧酸、醇等含活泼氢的有机物可用作锂离子电池的电解质
D．锂离子电池的比能量(单位质量释放的能量)低
【解析】 A项，充电时，发生电解池反应，电池负极即为电解池阴极，发生还原反应Li＋＋C6＋e－===LiC6；B项，放电时发生原电池反应电池正极发生还原反应；C项，含活泼氢的有机物作电解质易得电子；D项，锂相对原子质量小，其密度最小，所以锂离子电池的比能量高。
【答案】 B
16．将g条、Al条平行插入一定浓度的NaOH溶液中，如下图所示用导线连接起。下列叙述符合事实的是( )
A．断开2，闭合1时，Al电极反应为：Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O
B．断开2，闭合1时，由于g比Al活泼，故g失去电子被氧化成g2＋
C．断开1，闭合2时，电子由g向Al流动
D．断开1，闭合2时，溶液中立即会有白色沉淀析出
【解析】 断开2，闭合1时，Al、g、NaOH构成原电池，Al能自发与NaOH溶液反应而失去电子，为原电池的负极：Al＋4OH－－3e－===AlO－2＋2H2O，故选项A正确，B错误。断开1，闭合2时，构成电解NaOH溶液的电解池，Al接电的正极为电解池的阳极，被溶解：Al－3e－===Al3＋，生成的Al3＋马上与溶液中过量的OH－反应生成AlO－2，看不到白色沉淀析出。g接电的负极为电解池的阴极，溶液中的H＋在该极获得电子而产生H2：2H＋＋2e－===H2↑。电子流向为：g→NaOH溶液→Al，故选项C、D错误。
【答案】 A
17．(10分)如何防止铁的锈蚀是工业上研究的重点内容。为研究铁锈蚀的影响因素，某同学做了如下探究实验：
序号内容实验现象
1常温下将铁丝放在干燥空气中一个月干燥的铁丝表面依然光亮
2常温下将铁丝放在潮湿空气中一小时铁丝表面依然光亮
3常温下将铁丝放在潮湿的空气中一个月铁丝表面已变得灰暗
4将潮湿的铁丝放在常温的氧气流中一小时铁丝表面略显灰暗
5将潮湿的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面已变得灰暗
6将浸过氯化钠溶液的铁丝放在高于常温的氧气流中一小时铁丝表面灰暗程度比实验5严重
回答以下问题：
(1)上述实验中发生了电化学腐蚀的是(填实验序号)________；在电化学腐蚀中，负极反应是__________________；正极反应是______________________；
(2)由该实验可知，可以影响铁锈蚀速率的因素是___________________________
______________________________________________________________________；
(3)为防止铁的锈蚀，工业上普遍采用的方法是________________________(答两种方法)。
【解析】 由实验现象(铁丝表面变灰暗)得出发生了电化学腐蚀的实验为3、4、5、6，负极Fe失电子变成Fe2＋被腐蚀，正极均为O2放电。从能否构成原电池的条等方面回答问题(2)。从改变物质的内部结构方面，从覆盖保护层、原电池原理等方面进行思考回答问题(3)。
【答案】 (1)3、4、5、6
Fe－2e－===Fe2＋(或2Fe－4e－===2Fe2＋)
2H2O＋O2＋4e－===4OH－
(2)湿度、温度、O2的浓度、电解质存在
(3)电镀、发蓝等表面覆盖保护层，牺牲阳极的阴极保护法等
18．(10分)二氧化锰是制造锌锰干电池的基本材料。工业上以软锰矿为原料，利用硫酸亚铁制备高纯二氧化锰的流程如下：
某软锰矿的主要成分为nO2，还含Si(16.27%)、Fe(5.86%)、Al(3.42%)、Zn(2.68%)和Cu(0.86%)等元素的化合物。部分阳离子以氢氧化物或硫化物的形式完全沉淀时溶液的pH见下表，回答下列问题：
沉淀物Al(OH)3Fe(OH)3Fe(OH)2n(OH)2Cu(OH)2
pH5.23.29.710.46.7
沉淀物Zn(OH)2CuSZnSnSFeS
pH8.0≥0.42≥2.5≥7≥7
(1)硫酸亚铁在酸性条下将nO2还原为nSO4，酸浸时发生的主要反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
(2)滤渣A的主要成分为__________________。
(3)加入nS的目的是除去________________杂质。
(4)碱性锌锰干电池中，nO2参与的电极反应方程式为___________________________
________________________________________________________________________。
(5)从废旧碱性锌锰干电池中可以回收利用的物质有________________________(写出两种)。
【解析】 (2)软锰矿酸浸后，滤液中主要含有n2＋、Fe3＋、Al3＋、Cu2＋、Zn2＋、Fe2＋和H＋，当加氨水调pH至5.4时，根据题目所给表格，此pH下，只有Al3＋、Fe3＋可沉淀完全。
(3)在pH＝5.4时，Cu2＋、Zn2＋可以硫化物的形式沉淀完全，而nS在此情况下不可溶解形成n2＋和S2－，因此加入nS是为了除去Cu2＋和Zn2＋。
【答案】 (1)nO2＋2FeSO4＋2H2SO4===nSO4＋
Fe2(SO4)3＋2H2O (2)Fe(OH)3、Al(OH)3 (3)Cu2＋、Zn2＋
(4)nO2＋H2O＋e－===nOOH＋OH－(或2nO2＋H2O＋2e－===n2O3＋2OH－) (5)锌、二氧化锰
19．(13分)物质X是中学化学中的常见物质，X既能与稀硫酸反应，又能与氢氧化钠溶液反应。
(1)若X为氧化物，X的化学式是________________。
(2)若X为单质，X用于焊接钢轨反应的化学方程式是_________________________
________________________________________________________________________。
(3)若X与稀硫酸反应生成无色无味的气体A，与浓氢氧化钠溶液加热反应生成气体B。等物质的量的A和B在水溶液中反应又生成X。
X与稀硫酸反应的离子方程式是__________________________________________；
X与足量稀氢氧化钠溶液反应的离子方程式是________________________________
________________________________________________________________________。
①在宇航器中，可以不断的将座舱内的空气通过盛有金属过氧化物(以过氧化钠为例)的容器，以除去A。反应的化学方程式是______________________________________________。
②科学家设计出新的航天飞船内的空气更新系统。其中一步是A和氢气在200～250 ℃时，镍催化剂作用下，生成甲烷和另一物质。该反应的化学方程式是___________________。
③熔融碳酸盐燃料电池的工作原理如下图所示：
C(Ⅰ)的电极名称是________(填正极或负极)。该燃料电池的总反应化学方程式是______________________。
熔融碳酸盐燃料电池的工作原理示意图
【答案】 (1)Al2O3 (2)2Al＋Fe2O3=====高温2Fe＋Al2O3
(3)HCO－3＋H＋===H2O＋CO2↑
NH＋4＋HCO－3＋2OH－===NH3•H2O＋CO2－3＋H2O
①2CO2＋2Na2O2===2Na2CO3＋O2
②CO2＋4H2=====Ni200～250 ℃CH4＋2H2O
③负极 2H2＋O2===2H2O
20．(11分)新型锂离子电池在新能的开发中占有重要地位，可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂(LiFePO4)是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁[(CH3COO)2Fe]、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800 ℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其他产物均以气体逸出。
方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800 ℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。
在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一(用表示)的结构简式如下：
请回答下列问题：
(1)上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是________________________________________________________________________。
(2)在方法一所发生的反应中，除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有________、________、________(填化学式)生成。
(3)在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为__________________________
________________________________________________________________________。
(4)写出与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：___________________________
________________________________________________________________________。
(5)已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为__________________________________________________________。
【解析】 (1)因制备该电池电极材料的原料为乙酸亚铁，产品为磷酸亚铁锂，为防止亚铁化合物被氧化，故两种制备方法的过程必须在惰性气体氛围中进行。
(2)方法一中除生成磷酸亚铁锂和乙酸外，由碳酸锂可生成CO2气体，由磷酸二氢铵可生成NH3和水蒸气，故除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有CO2、H2O和NH3生成。
(3)分析方法二所给条，抓住几个关键点：①铁作阳极；②磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液为电解液；③析出磷酸亚铁锂沉淀，所以阳极的电极反应式为：Fe＋H2PO－4＋Li＋－2e－===LiFePO4＋2H＋。
(4)分析的结构简式可知，分子中既含甲基丙烯酸酯的结构，又含碳酸二酯的结构(见下图)：
由此可分析写出与足量NaOH溶液反应的化学方程式。
(5)该电池放电时正极的电极反应为充电时阳极电极反应的逆过程，即由磷酸铁生成磷酸亚铁锂，故放电时正极的电极反应式为：FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4。
【答案】 (1)为了防止亚铁化合物被氧化
(2)CO2 H2O NH3
(3)Fe＋H2PO－4＋Li＋－2e－===LiFePO4＋2H＋
(4)
HOCH2CH2OH＋Na2CO3＋CH3OH
(5)FePO4＋Li＋＋e－===LiFePO4
21．(8分)常温下电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中Ⅰ、Ⅱ所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，根据图中信息进行下列计算：
(1)原混合溶液中NaCl和CuSO4的物质的量浓度。
(2)t2时所得溶液的pH。
(3)电解至t3时，消耗水的质量。
【解析】 (1)阳极首先逸出的是氯气：n(NaCl)＝2n(Cl2)＝0.02 mol，则c(NaCl)＝0.1 mol/L。
阳极得到336 mL气体中，含0.01 mol Cl2和0.005 mol O2，转移电子的物质的量为：0.01 mol×2＋0.005 mol×4＝0.04 mol。
此过程中阴极刚好全部析出铜：
n(CuSO4)＝n(Cu)＝0.04 mol2＝0.02 mol，
则c(CuSO4)＝0.02 mol0.2 L＝0.1 mol/L。
(2)t2时溶液中c(Na＋)＝0.1 mol/L，c(SO2－4)＝0.1 mol/L。
根据电荷守恒有：c(H＋)＝2×0.1 mol/L－0.1 mol/L＝0.1 mol/L，即溶液的pH＝1。
【答案】 (1)c(NaCl)＝0.1 mol/L、c(CuSO4)＝0.1 mol/L
(2)pH＝1 (3)0.72 g