高中化学探究电解池作用试题

铁及其化合物在日常生活、生产中应用广泛．研究铁及其化合物的应用意义重大．
I．水体的净化和污水的处理与铁及其化合物密切相关．
（1）自来水厂常用高铁酸钠（Na₂FeO₄）改善水质．简述高铁酸钠用于杀菌消毒同时又起到净水作用的原理　                                                       　．
（2）碱式硫酸铁[Fe（OH）SO₄]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂，在医药上也可用于治疗消化性溃疡出血．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9.7	4.4

 
回答下列问题：
①写出反应I中主要发生的氧化还原反应的离子方程式　                       　．
②加入少量NaHCO₃的目的是调节溶液pH，应控制pH的范围为　            　．
③在实际生产中，反应II常同时通入O₂以减少NaNO₂的用量，若通入5.6L O₂（标准状况），则相当于节约NaNO₂的质量为　    　g．
④碱式硫酸铁溶于水后产生的[Fe（OH）]²⁺离子，可部分水解生成[Fe₂（OH）₄]²⁺聚合离子．该水解反应的离子方程式为　                                     　．
II铁的化合物也是制备高能锂电池的重要原料．已知磷酸亚铁锂电池总反应为：FePO₄+LiLiFePO₄，电池中的固体电解质可传导Li⁺．试写出该电池充电时的阳极反应式　                                                    　．

以食盐为原料进行生产并综合利用的某些过程如下图所示：

（1）为除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺和SO，得到纯净的NaCl晶体，需加入以下试剂：

A．过量的NaOH溶液；

B．过量的Na2CO3溶液；

C．适量的盐酸；

D．过量的BaCl2溶液。

正确的加入顺序是_______，还缺少的操作步骤是__________和___________。
（2）将滤液的pH调至酸性除去的离子是________，发生反应的离子方程式为________。
（3）若用惰性电极电解200mL1.5mol/L食盐水，当电解2min时，两极共收集到448mL气体（标准状况下）。假设电解前后溶液的体积不变，则电解后该溶液的pH为______。
（4）若向分离出NaHCO₃晶体后的母液中加入过量生石灰，则可获得一种可以循环使用的物质，其化学式是___________。
（5）纯碱在生产生活中有广泛的应用。
①纯碱可用于除灶台油污。其原因是（结合离子方程式表述）_____________。
②常温下，向某pH=11的Na₂CO₃溶液中加入过量石灰乳，过滤后所得溶液pH=13。则反应前的溶液中与反应后的滤液中水电离出的（OH^-）的比值是_________。

碘及其化合物在人类活动中占有重要地位。
(1)加碘食盐中含有碘酸钾(KIO₃)，工业上以电解法制备碘酸钾，电解设备如图所示。先将一定量的碘溶于过量氢氧化钾溶液，发生反应：

3I₂＋6KOH=5KI＋KIO₃＋3H₂O，再将该溶液加入       (阴极、阳极)区，另将氢氧化钾溶液加入另外一个区。使用       (阴、阳)离子交换膜，在阳极发生的电极反应式：                        。
(2)碘化氢不稳定，分解反应的热化学方程式是2HI(g)I₂(g)+H₂(g)  ΔH="+9.48" kJ·mol^－1已知ΔS＞0
①该反应属于(    )
A．任何温度均自发    B．任何温度均不自发   C．高温自发    D．低温自发
②一定条件下，反应在一个带有活塞的密闭容器中达到平衡，下列说法中不正确的是(    )
A．恒温，缩小体积，平衡常数不变
B．恒温，缩小体积，平衡不移动，颜色加深
C．恒容，升温，正向反应速率和逆向反应速率均增大  
D．恒容，在容器中若投入2mol HI，达到平衡时吸收9.48 kJ 的热量  
③一定温度下，平衡常数K=1/4，在2L的容器中，加入4molHI发生反应达到平衡，HI的转化率       。

铜及其化合物在工农业生产及日常生活中应用非常广泛。
（1）由辉铜矿制取铜的反应过程为：
2Cu₂S(s)+3O₂ (g)=2Cu₂O(s)+2SO₂(g) △H=－768.2kJ·mol^－1,
2Cu₂O(s)+Cu₂S(s)=6Cu(s)+SO₂(g)   △H=+116.0kJ·mol^－1,
①热化学方程式：Cu₂S(s)+O₂(g)=2Cu(s)+SO₂(g) △H=  kJ·mol^－1。
②获得的粗铜需电解精炼，精炼时粗铜作         极（选填：“阳”或“阴”）。
（2）氢化亚铜是一种红色固体，可由下列反应制备4CuSO₄+3H₃PO₂+6H₂O=4CuH↓+4H₂SO₄+3H₃PO₄。
①该反应还原剂是          （写化学式）。
②该反应每转移3mol电子，生成CuH的物质的量为               。
（3）氯化铜溶液中铜各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与c(Cl^－) 的关系如图所示。

①当c(Cl^－)=9mol·L^－1时，溶液中主要的3种含铜物种浓度大小关系为              。
②在c(Cl^－)=1mol·L^－1的氯化铜溶液中，滴入AgNO₃溶液，含铜物种间转化的离子方程式为       （任写一个）。

(1)臭氧可用于净化空气、饮用水消毒、处理工业废物和作为漂白剂。
①臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如：
6Ag(s)+O₃(g)＝3Ag₂O(s)；△H＝－235．8 kJ/mol。
己知：2 Ag₂O(s)＝4Ag(s)+O₂(g)；△H＝+62.2kJ/mol，则O₃转化为O₂的热化学方程式为          ；②科学家P．Tatapudi等人首先使用在酸性条件下电解水的方法制得臭氧。臭氧在阳极周围的水中产生，阴极附近的氧气则生成过氧化氢，阴极电极反应式为                                         。

时间/min浓度(mol/L)	NO	N2	CO2
0	1.00	0	0
10	0.58	0.21	0.21
20	0.40	0·30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.l7

 
(2)用活性炭还原法处理氮氧化物，有关反应为： C(s)+2NO(g)N₂(g)+CO₂(g)。某研究小组向某密闭的真空容器(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)中加入NO和足量的活性炭，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：
①10 min～20 min以内v(CO₂)表示的反应速率为                      
②根据表中数据，计算T₁℃时该反应的平衡常数K＝        (保留两位小数)；
③下列各项能作为判断该反应达到平衡状态的是   (填序号字母)；
A．容器内压强保持不变
B．2v_正(NO)=v_逆(N₂)
C．容器内CO₂的体积分数不变
D．混合气体的密度保持不变
④30 min时改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是    ；
⑤一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率   (填“增大”、“不变”或“减小”)。

某厂废水中含量金属Cr³⁺（含有少量Fe³⁺、Cu²⁺）。某研究性学习小组为了变废为宝，将废水处理得到重铬酸钾。某含铬废水处理的主要流程如图所示：

已知：①沉淀完全，而在pH≥3.2时
Fe（OH）₃沉淀完全。
②CrO^2—₄在酸性环境中发生：
回答下列问题：
（1）滤渣的成分是        。（写化学式）
（2）写出第③步反应的离子方程式           。
（3）分离出含[Cr（OH）₄]^—的溶液需要的玻璃仪器有             。
（4）目前一种采用以铬酸钾为原料，电化学法制备重要铬酸钾的实验装置示意图如下：

电解一段时间后，测定阳极液中K元素和Cr元素的含量，若K元素与Cr元素的物质的量之比为d，则此时的铬酸钾的转化率为         。

高锰酸钾是强氧化剂，它的用途遍布各个行业。
（1）工业上由软锰矿（主要成分为MnO₂）生产髙锰酸钾分为两个步骤。
①步骤一将软锰矿与过量的固体KOH和空气在高温下反应，生成锰酸钾（K₂MnO₄），该反应的化学方程式是______________。
②步骤二以石墨为阳极，铁为阴极，电解锰酸钾（K₂MnO₄）溶液，在_______（填“阴极区”或“阳极区”）得到高锰酸钾。阴极反应的化学方程式是_______。
（2）某研究小组用工业生产高锰酸钾产生的废渣——猛泥（含K₂MnO₄、MnO₂及Pb、Ca等元素）和乳钢废酸液制取工业级碳酸锰（MnCO₃），其流程如下：

③轧钢废酸中Fe²⁺的作用是______________。
④操作I、操作II、操作III的名称是_______。
⑤溶液C中除含有Ca²⁺、Mn²⁺、H⁺外，还含有的阳离子是_______。
⑥若固体C中不含CaCO₃，则溶液D中<_______。
[已知：K_sp(MnCO₃)=1×10^—11，K_sp(CaCO₃)=5×10^—9]

由软锰矿（主要成分为MnO₂)制备KMnO₄的实验流程可表示如下：

(1)操作Ⅱ的名称是____________。
(2)可循环利用的物质____________(填化学式）。
(3)反应②的产物中，氧化产物与还原产物的物质的量之比是______。
(4)反应②中“酸化”时不能选择下列酸中的______(填字母序号）
A．稀盐酸    B．稀硫酸     C．稀醋酸
(5)电解猛酸钾溶液也可以得到高锰酸钾，其阴极反应式为：2H₂O+2e^-=2OH^-+H₂↑，如下图，b作____________极，电解池的阳极反应式是____________；若电解过程中收集到2.24L H₂(标准状况），则得到高锰酸 钾____________克。(提示：阴离子放电顺序MnO₄^2->OH^-）

下图为细菌冶铜和火法冶铜的主要流程。

(1) 硫酸铜溶液一般呈________(填“酸”、“碱”或“中”)性，原因是________    (用离子方程式表示）。写出电解硫酸铜溶液的化学方程式：______________(电解过程中，始终无氢气产生)。
(2)细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。细菌冶铜与火法冶铜相比，优点为________________(写出一点即可)。

(3) 用惰性电极分别电解浓的氯化铜溶液和硫酸铜溶液。电解浓的氯化铜溶液时发现阴极有金属铜生成，同时阴极附近会出现棕褐色溶液。而电解硫酸铜溶液时，没有棕褐色溶液生成。下面是关于棕褐色溶液成分的探究_：
①有同学认为，阴极附近出现的棕褐色溶液是氯气反应的结果，你认为他的猜测是否正确？________(填“正确”或“不正确"），原因是__________
资料1:
一般具有混合价态(指化合物中同一元素存在两种不同的化合价，如Fe₃O₄中的 Fe元索)的物质的颜色比单一价态的物质的颜色要深。
资料2:
CuCl微溶于水，能溶于浓盐酸。
②猜想：棕褐色溶液中可能含有的离子是________(填3种主要离子符号）。
③验证猜想：完成实验方案(配制棕褐色溶液）。
取少量________固体于试管中，加入________使其溶解，再加入________溶液，观察现象。
④已知电解前，U形管中加入了________100mL0.5 mol . L^－1 CuCl₂溶液，电解结朿时电路中一共转移了 0.03 mol电子，且阴极生成0. 64 g铜，则形成的低价阳离子的物质的量为________mol。

以黄铜矿精矿为原料，制取硫酸铜及金属铜的工艺如下所示：
Ⅰ.将黄铜矿精矿（主要成分为CuFeS₂，含有少量CaO、MgO、Al₂O₃）粉碎
Ⅱ.采用如下装置进行电化学浸出实验

将精选黄铜矿粉加入电解槽阳极区，恒速搅拌，使矿粉溶解。在阴极区通入氧气，并加入少量催化剂。
Ⅲ.一段时间后，抽取阴极区溶液，向其中加入有机萃取剂（RH）发生反应：
2RH（有机相）+ Cu²⁺（水相）R₂Cu（有机相）+ 2H^＋（水相）
分离出有机相，向其中加入一定浓度的硫酸，使Cu²⁺得以再生。
Ⅳ.电解硫酸铜溶液制得金属铜。
（1）黄铜矿粉加入阳极区与硫酸及硫酸铁主要发生以下反应：
CuFeS₂ + 4H^＋ = Cu²⁺ + Fe²⁺ + 2H₂S    2Fe³⁺ + H₂S = 2Fe²⁺ + S↓+ 2H^＋
① 阳极区硫酸铁的主要作用是       。
② 电解过程中，阳极区Fe³⁺的浓度基本保持不变，原因是       。
（2）阴极区，电极上开始时有大量气泡产生，后有固体析出，一段时间后固体溶解。写出上述现象对应的反应式       。
（3）若在实验室进行步骤Ⅲ，分离有机相和水相的主要实验仪器是       ；加入有机萃取剂的目的是       。
（4）步骤Ⅲ，向有机相中加入一定浓度的硫酸，Cu²⁺得以再生的原理是       。
（5）步骤Ⅳ，若电解200mL0.5 mol/L的CuSO₄溶液，生成铜3.2 g，此时溶液中离子浓度由大到小的顺序是       。

科学家一直致力于“人工固氨”的新方法研究。目前合成氨技术原理为：N₂(g) +3H₂(g) 2NH₃(g)+92.4 kJ/mol673K，30MPa下，上述合成氨反应中n(NH₃)和n(H₂)随时间变化的关系如右图所示。

（1）下列叙述正确的是
A．点a的正反应速率比点b的大
B．点c处反应达到平衡
C．点d和点e处的n (N₂)相同
D．773K，30MPa 下，反应至t₂时刻达到平衡，则n(NH₃)比图中e点的值大
（2）在容积为2.0 L恒容得密闭容器中充入0.80 mol N₂(g)和1.60 mol H₂(g)，673K、30MPa下达到平衡时，NH₃的体积分数为20%。该条件下，N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)的平衡常数值为：___。
（3）K值越大，表明反应达到平衡时(    )。
A. H₂的转化率一定越高    B．NH₃的产量一定越大
C．正反应进行得越完全    D．化学反应速率越大
（4）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺），实现了高温、常压下高转化率的电解合成氨。其实验装置如图。阳极的电极反应为：H₂-2e→2H⁺，则阴极的电极反应为：_____________。

2013年初，雾霾天气多次肆虐我国中东部，该地区PM2.5严重超标。研究表明，PM2.5约60%来源于某些气体污染物在空气中转变而成的二次颗粒物。这些气体污染物主要有二氧化硫、氮氧化物、氨气、挥发性有机物。因此，控制、治理PM2.5污染源成为环保的重要课题。
（1）研究表明，TiO₂在紫外线照射下会使空气中的某些分子产生活性基团OH，如图所示，OH与NO₂的反应为NO₂＋OHHNO₃。写出OH与NO反应的化学方程式：_____________，该反应中被氧化的元素是       。

（2）如图所示的电解装置能吸收和转化NO₂、NO和SO₂。阴极排出的溶液中含S₂O₄^2-离子，能吸收NO_x气体，生成的SO₃^2-可在阴极区再生。请将S₂O₄^2-吸收NO₂的离子方程式配平，并标明电子转移的方向和数目。
____S₂O₄^2-＋____NO₂＋____OH^－    SO₃^2-＋____N₂＋____

（3）已知上述电解装置阳极反应为：SO₂－2e^－＋2H₂OSO₄^2-＋4H^＋，阴极生成的吸收液每吸收标准状况下7.84 L的气体，阳极区新生成质量分数为49%的硫酸100 g，则被吸收气体中NO₂和NO的物质的量之比为             。
（4）PM2.5产生的主要来源是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物，大多含有重金属等有毒物质。一般而言，粒径2.5微米至10微米的粗颗粒物主要来自扬尘等；2.5微米以下的细颗粒物（PM2.5）则主要来自化石燃料的燃烧（如机动车尾气、燃煤）、挥发性有机物的排放等。请你结合信息，给出降低PM2.5排放的对策（至少两条）：           ______     。

铝及其化合物在生产生活中具有重要的作用。
（1）铝在元素周期表中的位置是                      。
（2）已知电负性的数值表示原子对电子吸引能力的相对大小。以下是几种原子的电负性数值：

元素	钠	镁	铝	硅
电负性	0.9	1.2	χ	1.8

 
①铝的电负性χ的范围是                    。
②电负性的数值与元素金属性的关系是                                      。
③下列实验能比较镁和铝的金属性强弱的是          。
a．测定镁和铝的导电性强弱
b．测定等物质的量浓度的Al₂(SO₄)₃和MgSO₄溶液的pH
c．向0.1 mol/LAlCl₃和0.1 mol/L MgCl₂中加过量NaOH溶液
（3）铝热法是常用的金属冶炼方法之一。
已知：4Al(s)＋3O₂(g)＝2Al₂O₃(s)   ΔH₁＝-3352 kJ/mol
Mn(s)＋O₂(g)＝MnO₂(s)    ΔH₂＝ -521 kJ/mol
Al与MnO₂反应冶炼金属Mn的热化学方程式是                                 。
（4）冶炼金属铝时，用石墨做电极电解熔融Al₂O₃。液态铝在（填“阴”或“阳”）    极得到，电解过程中，阳极石墨需要不断补充，结合电极反应说明其原因是                           。

二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。
（1）工业上制备ClO₂的反应原理常采用：2NaClO₃＋4HCl=2ClO₂↑＋Cl₂↑＋2H₂O＋2NaCl。
① 浓盐酸在反应中显示出来的性质是_______（填序号）。

A．只有还原性

B．还原性和酸性

C．只有氧化性

D．氧化性和酸性

② 若上述反应中产生0.1 mol ClO₂，则转移电子的物质的量为_______mol。
（2）目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺。
 
①上图示意用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂。写出阳极产生ClO₂的电极反应式：__________。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL（标准状况）时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为_________mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因______________。
（3）ClO₂对污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2—和CN^-等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN^- a mg/L，现用ClO₂将CN^-氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为_______；处理100 m³这种污水，至少需要ClO₂ _______ mol 。

已知：Cu(OH)₂是二元弱碱；亚磷酸（H₃PO₃）是二元弱酸，与NaOH溶液反应，生成Na₂HPO₃。
（1）在铜盐溶液中Cu^2＋发生水解反应的离子方程式为____，该反应的平衡常数为____；（已知：25℃时，Ksp[Cu(OH)₂]＝2.0×10^－20mol³/L³）
（2）根据H₃PO₃的性质可推测Na₂HPO₃稀溶液的pH______7（填“＞”“＜”或“＝”）。常温下，向10mL0.01mol/L H₃PO₃溶液中滴加10ml0.02mol/LNaOH溶液后，溶液中各种离子浓度由大到小的顺序是_________；
（3）电解Na₂HPO₃溶液可得到亚磷酸，装置如图（说明：阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）

①阳极的电极反应式为____________________。
②产品室中反应的离子方程式为____________。