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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、食品等方面應用廣泛?；卮鹣铝袉栴}： （1）生產Na2S2O5，通常是由NaHSO3過飽和溶液經結晶脫水制得。寫出該過程的化學方程式__________。 （2）利用煙道氣中的SO2生產Na2S2O5的工藝為： ` ①pH=4.1時，Ⅰ中為__________溶液（寫化學式）。 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，裝置如圖所示，其中SO2堿吸收液中含有NaHSO3和Na2SO3。陽極的電極反應式為_____________。電解后，_____________室的NaHSO3濃度增加。將該室溶液進行結晶脫水，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，取50.00 mL葡萄酒樣品，用0.01000molL?1的碘標準液滴定至終點，消耗10.00mL。滴定反應的離子方程式為_____________，該樣品中Na2S2O5的殘留量為____________gL?1（以SO2計）。 【解析】（1）亞硫酸氫鈉過飽和溶液脫水生成焦亞硫酸鈉，根據原子守恒可知反應的方程式為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，陽極區(qū)是稀硫酸，氫氧根放電，則電極反應式為2H2O－4e?===4H＋+O2↑。陽極區(qū)氫離子增大，通過陽離子交換膜進入a室與亞硫酸鈉結合生成亞硫酸鈉。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）單質碘具有氧化性，能把焦亞硫酸鈉氧化為硫酸鈉，反應的方程式為S2O+2I2+3H2O===2SO+4I?+6H＋；消耗碘的物質的量是0.0001mol，所以焦亞硫酸鈉的殘留量（以SO2計）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用廣泛。實驗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調至10~11時，K2MnO4完全轉化為KMnO4和MnO2。第①步堿熔時發(fā)生反應的化學方程式為______________________________。 (3)第⑥步母液中主要含有的溶質一定有K2CO3、KCl和________。該流程中，除了濃縮結晶的母液之外，還可以循環(huán)使用的物質是___________。 (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電解時陽極的電極反應式是________________。 ④與“固體堿熔氧化法”相比，“電解法”的優(yōu)點是________________________。 【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，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，生成MnO和MnO2，趁熱過濾除去二氧化錳，得高錳酸鉀溶液，冷卻結晶得高錳酸鉀晶體，（1）攪拌、適當升溫、將廢渣碾細成粉末等均可加快反應速率，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、適當加熱等，故答案為：不斷攪拌或適當加熱。（2）由題意可知，KOH、KClO3、MnO2共熔制得綠色K2MnO4，發(fā)生反應方程式為：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一定有K2CO3、KCl和KMnO4，除了濃縮結晶的母液之外，還可以循環(huán)使用的物質是MnO2，故答案為：KMnO4；MnO2。（4）①由圖可知，MnO應該在陽極失電子生成MnO，所以a是直流電源的正極，b是直流電源的負極，故答案為：負。②由圖可知，陰極區(qū)的電極反應式為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電解時陽極的MnO的放電能力強于OH?，故陽極的電極反應式為：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)點是原料利用率高，產品更純凈，答案為：原料利用率高，產品更純凈。 【答案】(1)不斷攪拌或適當加熱 (2) KClO3+3MnO2+6KOHKCl+3K2MnO4+3H2O (3) KMnO4 MnO2 (4) 負陽離子 MnO-e?===MnO原料利用率高，產品更純凈 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+在風化過程中會轉化為+3價。 已知：TiO(OH)2(即H2TiO3)為兩性氫氧化物 (1)步驟②中，發(fā)生主要反應的離子方程式為__________。 (2)步驟③中，實現(xiàn)混合物的分離是利用物質的__________填字母序號)。 A.熔沸點差異 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)請結合化學用語，用化學平衡理論解釋步驟④中將TiO2+轉化為H2TiO3的原理：__________。 (5)上述工藝流程中可以循環(huán)利用的物質是__________ (6)研究發(fā)現(xiàn)，可以用石墨作陽極、鈦網作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質，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)生反應的電極反應式__________。 ②在制備金屬Ti前后，CaO的質量將__________(填“增大”、“不變”或“減小”)。 【解析】（1）步驟②中，用鐵粉將Fe3+轉化為Fe2+的反應的離子方程式為2Fe3++Fe===3Fe2+，故答案為：2Fe3+ +Fe===3Fe2+。（2）步驟③冷卻結晶得到硫酸亞鐵晶體，利用的是物質溶解度的不同，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、鈦網作陰極、熔融CaF2-CaO作電解質，陽極發(fā)生氧化反應，陰極析出鈣、發(fā)生還原反應，由陽極圖示產物可知，陽極生成一氧化碳氣體，是電解質中的氧離子失電子生成氧氣，氧氣和陽極石墨反應生成的一氧化碳，所以電極反應為：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，在電解槽發(fā)生如下反應：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用陰離子膜電解法的新技術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中調節(jié)溶液的pH等于6，調節(jié)pH的試劑最好選用下列哪種試劑：_______(填選項字母，下同)濾渣B除掉雜質后可進一步制取K2FeO4，除掉濾渣B中雜質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經反應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析出，當生成11g錳時，另一個電極上產生的氣體在標準狀況下的體積為________。 【解析】本題考查化學工藝流程。(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+，再調節(jié)溶液的pH等于6，將溶液中Fe3+和Al3+轉化為Fe(OH)3沉淀和Al(OH)3沉淀，調節(jié)溶液的pH時，最好選用不引入雜質的MnCO3；除去Fe(OH)3沉淀中的Al(OH)3沉淀，應選用強堿KOH溶液與Al(OH)3反應生成可溶的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錳的物質的量為0.2mol，由得失電子數目守恒可知，在標準狀況下陽極生成0.1molO2，在標準狀況下的體積為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 2.24L 4.（2018重慶九校聯(lián)考）資源的高效利用對保護環(huán)境、促進經濟持續(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： 有關數據如下表所示。 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）為了達到實驗目的，步驟③中加入NaOH溶液，應調節(jié)溶液的pH范圍為_________。 （4）步驟⑥向濾液B中通入過量CO2，反應的離子方程式為__________________________。 （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_________（標準狀況）L。 【解析】步驟①中，SO2有還原性，Cr2O在酸性條件下具有強氧化性，故發(fā)生主要反應的離子方程式為：Cr2O+3SO2+2H+===2Cr3++3SO+H2O，故答案為：Cr2O+3SO2+2H+===2Cr3++3SO+H2O。（2）根據題中表格數據，步驟②中加入適量Al2O3的目的是：調節(jié)溶液的pH，使Cr3+、Al3+形成沉淀而與Mg2+分離，故答案為：調節(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向濾液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反應生成Al(OH)3和碳酸氫鈉，反應的離子方程式為：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)應生成Cr3+和Fe3+，反應的離子方程式：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)生反應消耗H+，同時H+通過質子交換膜遷移到陰極區(qū)，故答案為：Fe2+與Cr2O72-發(fā)生反應消耗H+，同時H+通過質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↑，陽極反應為：Fe-2e?===Fe2+，根據反應Cr2O+6Fe2++14H+===2Cr3++6Fe3++7H2O，可知1molK2Cr2O7和6molFe2+反應，所以陽極每生成6molFe2+，失去12mol電子，根據得失電子守恒可知：陰極區(qū)生成氫氣為6mol，標況下氫氣的體積為：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)生反應消耗H+，同時H+通過質子交換膜遷移到陰極區(qū) 134.4