3．①③④⑥ 4．
64It? m2?1.6?10?19十八．金属铝易与空气中的氧气发生反应生成一层氧化膜，使铝件有耐腐蚀性，但此时的氧化腆很薄，易被擦破损坏。为了增厚氧化膜，人们常将铝和铝的合金作进一步的氧化处理。电化学氧化法是将铝件和另一种材料做电极，在特定的电解液中通电电解，在铝与电解液的接触面上形成一层Al(OH)3薄膜，薄膜的某些部位存在着小孔，电流从小孔通过并产生热量，从而生成一层较厚的氧化膜。
阅读上述内容，回答下列问题；
1．铝件在电解增厚氧化膜的过程中做阴极还是阳极？
2．简述氧化膜的形成过程，写出铝件所发生的电极反应以及形成氧化膜的化学反应方程式。
3．在铝件氧化膜的增厚过程中，电路中的电流强度会怎样变化？要进一步增厚，电压是升高还是降低？为什么？
【参考答案】
1．因受“电镀”知识定势的影响，部分同学易将铝件做阴极。而Al2O3，是由单质铝失去电子后生成的。所以铝件应做阳极。
－
2．发生的电极反应为：Al＋3OH－3e→Al(OH)3，生成的Al(OH)3疏松地覆盖在铝件的表面，使电阻增大，温度升高，Al(OH)3分解生成Al2O3，反应方程式略，生成的Al2O3沉积在铝件表面，逐渐增厚。
3．由于Al2O3不导电，且在铝件的表面沉积得较紧密，使铝件（绝缘性增加）与电解液的导电能力减小，即电流强度逐渐下降甚至为零，使增厚可能停止。据I＝U/R可知，要使I达到一定值，必须使电压随电阻R的增大逐渐增大，所以电解过程中电压应逐渐升高，才能使氧化腹增厚到一定程度。
十九．在 t1℃时，将100g KOH溶于100g水中，用 I＝6A的电流电解该溶液10h，然后将温度调至t1℃， 分离出KOH· 2 H2O晶体后测知m剩余溶液=164.8g。已知：
①KOH的S(溶解度)—t（温度）关系如下表：
t（℃） S(g) 0 96.85 10 103.25 20 111.86 30 126.24 ②在上表中的三个温度区间内，KOH溶液中mKOH与t成线性关系； ③每电解lmol水要放出热量48.7kJ。 l．电解过程中有多少电能转变为热能？ 2．试通过分析计算出t1为多少度？
3．电解结束时的温度t2为多少度？（K 39.1，O 16，H 1.01；散热及其它热损失为总热量的40％；cKOH溶液＝4.2kJ·kg-1·℃-1；m电解槽=100g；c玻璃=2.4 kJ·kg-1·℃-1）
【参考答案】
1． ne=2.24 (mol)，Q放= 54.54kJ 2． t1=27.6℃≈28℃；
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3． t2＝61℃
本题是数理化知识相互渗透、交叉、融合的综合能力测试题。解答时宜沿着两个交叉点发散：①理化联系点——neqeNA=Q=It,求出ne后其它的化学计算便可顺利展开；②数化联系点——在一定温度区间内mKOH与（t温度）呈线性关系，其数学表达式为mKOH＝kt ＋c。
二十．通常状况下使水电解所需的最小电压（理论分解电压）为1.23V，但为维持常温电解，还需同时吸收一定的热量，即每电解1mol H2O需吸热48.65kJ（否则，电解液的温度将降低）。
由于使用了高效的正极（即氧气电极）催化剂和负极（即氢气电极）催化剂，已能使氢气和氧气分别成为电极的反应物，在以KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池中，在非燃烧条件下，实现电解水的逆反应，使氢能被高效地开发利用为电能。
试解答下列相关问题（所有计算值，均取3位有效数）。
－19
1．已知基元电荷的电量是1.602×10C。电解1mol H2O，需在电解槽中通过的电量是 C。
2．通常状况下且保持恒温，在此条件下电解1mol H2O，至少需耗能 kJ。 3．1mol H2完全与O2化合成常温下的液态H2 O，将产生的热量是 kJ。
4．常温下氢氧燃料电池电动势的理论值是（设所用的H2和O2均为常压） V。在此条件下，电池反应生成1moH2O所作最大电功的能量为 kJ。
【参考答案】 1．193000 2．286 3．286
4．l.23 237
电能（焦耳）即电压（伏特）与电量（库仑）的乘积。由此可计算在吸热48.65kJ的条件下，实现常温、常压下电解1mol H2O，所耗最小电能。这些能量（286kJ），就成为电解产物1mol H2和0.5mol O2的内能。而当这些H2和O2再化合成常温下的液态水时，286kJ的内能（化学能）必将转化为热能释放出来，这就是该化合反应的反应热。电解水时，电解槽的两极分别成为氢气电极和氧气电极，故其所需最小电压应等于该温度、压强条件下氢氧原电池（即氢氧燃料电池）的电动势。根据这一分析，按题设反应条件，可知该氢氧燃料电池电动势的理论值即题给水的理论分解电压l.23V。用氢氧燃料电池的电动势1.23V计算其生成1mol H2O所作最大电功的能量，跟题2中用水的理论分解电压计算电解1mol H2O所需消耗的最小电能自应完全一致。因为根据物理学的“能的转化和守恒定律”，这两种相反过程所转换的能量必然相等（相对应的电动势和理论分解电压也必然相等），只是能量形式的转换方向彼此相反而已。由此也可见，氢氧燃料电池能使绝大部分氢氧化合释放的化学能直接转化为电能而有其氢能利用的高效率。解本题过程中系统运用的是电化学视角，一切从相关的电化学反应出发，同时综合了相关的物理学原理。
二十一．一些氧化还原反应可设计成原电池。电池反应由2个半反应组成，2个半
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反应分别在2个电极上进行。例如：伏打电池的电池反应为：Zn＋2H+→Zn2＋H2。2
＋
个电极反应为：负极 Zn－2e→Zn2；正极 2H+＋2e→2H2。
铅蓄电池具有电压高，放电容量大，经济上较便宜，广泛用于汽车、拖拉机、轮船做启动与照明电源。已知：铅蓄电池充电完毕后，电池中硫酸的密度为ρ1，放电完毕
＋
后，溶液的密度变为ρ2。又铅蓄电池充电时的反应：2PbSO4＋2H2O????Pb＋PbO2＋2H2SO4。法拉第常数F＝96500C/mol。
1．写出铅蓄电池使用时所产生的总反应式及2个电极上的半反应。 2．已知充、放电完毕后，溶液的密度是下列2个数据；1.10g/cm3，相当于含14.35％（质量）的硫酸；1.28g/cm3，相当于含36.87％（质量）的硫酸。请指出ρ1、ρ2分别对应于哪一个数据。
3．用什么方法可以确定什么时候该充电，什么时候该停止充电？ 4．按方程式计算生成及消耗的水和硫酸的质量。
5．计算一个电容量为4.32×106C的蓄电池中需加多少硫酸？
6．对于一个电容量为4.32×106C的蓄电池，计算充电和放电后硫酸溶液体积的差值。
7．用久了的铅蓄电池会对环境造成污染，为什么？ 【参考答案】
1．由题示可知：伏打电池的电池反应分为2个半反应，依据电池的充电、放电反应互为相反的过程，可得铅蓄电池的电池反应：
Pb＋PbO2＋2H2SO4?放电???2PbSO4＋2H2O。
正极反应：PbO2＋2H2SO4＋2e→PbSO4＋2H2O＋SO42 负极反应：Pb＋H2SO4－2e→PbSO4＋2H+
2．从方程式看出：铅蓄电池放电时生成了水，溶液的密度降低；反之，充电时生成了H2SO4。因此，ρ1应该为1.28g/cm3，相当于含36.87％（质量）的硫酸；ρ2应该为1.10g/cm3，相当于含14.35％（质量）的硫酸。
3．该问是在前两问基础上考查学生的发散思维和创新能力。由铅蓄电池的电动势和溶液的密度变化可想到2种方法：（a）测量电池电动势：放电时，电动势降至某额定限量即充电；充电时电动势上升达某一额定限量即停止充电。（b）设法用比重计测定电解液比重。若充电时比重计的读数为ρ1时，则表明充电完成；若放电时比重计的读数为ρ2，则表明放电完成。
4．根据电池反应，每消耗2mol H2SO4，即196g H2SO4，生成2mol水，即36g。 5．解题关键是求出反应中硫酸和水消耗和生成的量。根据电池的总电量、法拉第常数，可求出充、放电反应时转移电子的物质的量，再根据题意列出方程式，解得开始时需加入硫酸的量为6341g。
6．在前一问的基础上，求出充、放电后溶液的体积，即得该蓄电池中硫酸溶液的体积差为1058cm3。
7．本问属环保问题。由于铅蓄电池笨重，抗震性差，有酸雾产生，需补水，一旦
－
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漏液会造成设备的腐蚀等问题。因此，用久了的铅蓄电池会发生漏液，铅污染环境等。 二十二．电解食盐溶液的氯碱生产技术，已由传统的隔膜法变革为离子膜法高新技术。这种技术进步，如下表所示：
表1 产品液碱质量比较
离子膜法 项目 隔膜法 隔膜法 ?电解即得的???液碱产品?? ??35（已有50%的报道） 0.0025 0.02 ?电解先得的半???成品电解碱液?? ??10～12 14～16 （一般不计量） ?脱盐浓缩后???的碱液产品?? ??30 4 1 NaOH% NaCl% Na2CO3% 表2 能耗与蒸汽用量比较 （以NaOH质量分数为50％作比较基准） 项 目 电解用电 度/吨 蒸汽用电 度/吨 蒸量用电 度/吨 离子膜法 2160 80 0.40 隔膜法 2600 700 3.5 隔膜法和离子膜法新技术中所用的膜有本质区别。前者是有条件地阻止阴、阳极电解产物相混合的多孔石棉隔膜。后者由阳离子交换树脂（几类氟碳树脂）组成，树脂的高分子骨架上接有能电离出H+而可与Na+等阳离子交换的离子交换基团—SO3H、—COOH，所以是一类厚度虽仅0.l～0.5mm，但一般只允许溶液中的阳离子在膜中通过，更不能自由通过气体或液体的阳离子交换膜。
试从自然科学、生产技术与社会发展的综合角度，系统简答下列相关问题。
1．在所给离子膜法电解食盐溶液示意图中的括号内，填写开始电解时进入电解槽用作电解液的液体A、B的组成名称，以及电解产出气体C、D的化学式，并简述其通过电解液的循环电解，直接生产纯浓液碱的电化学原理。离子膜法电解槽的极间距，由于膜在电极间的结构紧凑而远小于隔膜法电解槽，这将如何影响能耗？
2．传统隔膜法的阴极电解碱液，它所含NaOH的质量分数，为什么只能控制得低些？
3．试对比评价本离子膜法科技进步的经济、社会效益。
【参考答案】
1．A为饱和食盐溶液，B为淡碱液或纯水，C为Cl2，D为H2。极间距减小，可降
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低电解电压而节省电能。循环电解时，阳极液中的Na+，能在Cl阳极氧化成Cl2的同时，
－
透过阳离子交换膜迁移入阴极室；阴极液中的H2O在阴极还原生成H2和OH，其中－
OH因受阻于阳离子交换膜而与Na+共存于阴极室，最终使阴极液成为产品纯浓液碱。
－
2．为减少OH向阳极的迁移量，以保持较高的电流效率。 3．见下面的分析3
1．在直流电场中的阳离子交换膜，只能让阳离子透过、迁移进入阴极室，而不容阴极室里的阴离子透过、迁移进入阳极室。这种选择性的透过作用，使精制饱和食盐水
－＋
在阳极室中经循环电解，通过Cl的阳极氧化和Na的迁移入阴极室而变为淡盐水；使
－
淡碱液或纯水在阴极室中经循环电解，通过H2O（H+）的阴极还原，积累OH和Na+而变为纯烧碱浓溶液。电解槽的极间距变短，两极间的溶液电阻就减小，可相应降低电解电压而节省电能。
－
2．传统的隔膜法使用的石棉隔膜，并无离子膜所有阻止OH向阳极迁移的功能。
－
当稍为提高阴极碱液的浓度时，将明显增大OH向阳极的迁移量，必首先由于Cl2和－
OH的反应而相应显著降低该电解生产的电流效率。
3．离子膜法生产与传统的隔膜法相反，无需再为电解碱液脱盐（尽量回收NaCl）浓缩；经济效益高，生产效率高，产品烧碱纯且浓，能耗低、蒸汽省。隔膜法生产中，更因制作、使用石棉隔膜，必发生硅酸盐纤维（粉尘）污染环境的问题，有使部分操作工人患肺癌职业病的危险。可见，以电化学科学原理为核心，通过为其所开发的离子膜法电解生产的跨学科高新技术，优化了资源、能源的利用，变污染环境的生产为“清洁生产”，更有其适应可持续发展需要的高社会效益。
－
二十三．生活中常常有这样的现象：一件普通的铁器，如不精心保管，便会生锈；若不引起注意，锈斑蔓延开来，就会吞噬整个铁器使之变成废物。人们称这种现象为“锈吃铁”
1．请用相关学科知识解释“锈吃铁”这一自然现象。
2．根据上面提供的材料，联系现实生活，自拟题目写一篇不少于600字的议论文 【参考答案】 该题从语文上讲，是一道考查学生语言表达能力和知识面的好作文题；从化学上看，又是一道考查学生基础理论和语言表达能力的好简答题。不管从那一个角度看，都培养学生观察现象，找出事物本质的能力。
1．铁在干燥的空气中不易生锈，但在潮湿的空气中发生了电化学腐蚀，腐蚀后生成的铁锈是一种海绵状的物质，具有保湿的作用，电解质水的存在促使铁器电化学腐蚀持续进行，直到铁器全部锈腐。
具体解释如下：首先是原电池的构成，铁器中铁作负极，其中杂质碳作正极，铁器表面的水膜构成电解液。
析氢腐蚀（－）Fe︱H2O（CO2）︱C（＋）
＋
（－）Fe－2e＝Fe2
＋
（＋）2H＋2e＝H2↑
析氢腐蚀后pH升高，从而进入吸氧腐蚀。
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