高中化学探究电解池作用试题

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×10⁵Pa测定）：
①CH₃OCH₃（g) + H₂O（l) 2 CH₃OH（l) △H＝＋24.52kJ/mol
②CH₃OH（l) + H₂O（l)  CO₂（g) + 3H₂（g) △H＝＋49.01kJ/mol
③CO（g) + H₂O（l)  CO₂（g) + H₂（g) △H＝－41.17kJ/mol
④CH₃OH（l)  CO （g) + 2H₂（g) △H＝＋90. 1kJ/mol
请回答下列问题：
（1）写出用二甲醚制H₂同时全部转化为CO₂时反应的热化学方程式                       。
（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=           。
（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为_______。
A．容器内气体密度保持不变        B．气体的平均相对分子质量保持不变
C．CO的体积分数保持不变          D．CO与H₂的物质的量之比保持1:2不变
（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，
 
①你认为反应控制的最佳温度应为___________。
A．300～350℃     B．350～400℃
C．400～450℃     D．450～500℃
②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H₂体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是__________（用相应的化学方程式表示）。
（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t₁时刻升温，在t₁与t₂之间某时刻达到平衡；t₂时刻添加催化剂，CO₂的百分含量随时间变化图像。

（6）一定条件下，如图示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物），则阴极的电极反应式为                  。

（1）人们常用催化剂来选择反应进行的方向。右图所示为一定条件下1mol CH₃OH与O₂发生反应时，生成CO、CO₂或HCHO的能量变化图[反应物O₂(g)和生成物H₂O(g)略去]。

①写出1 moL HCHO生成CO的热化学方程式：     。
②CH₃OH与O₂在有催化剂作用下反应，产物中HCHO比率大大提高的原因是     。
（2）①一定温度下，将N₂H₄与NO₂以体积比为1:1置于10 L定容容器中发生反应
2N₂H₄(g)+2NO₂(g) 3N₂(g)+4H₂O(l)  ΔH<0
下列能说明反应达到平衡状态的是   。
a．混合气体密度保持不变           b．3v_正(NO₂)=2v_逆(N₂)
c．N₂H₄与NO₂体积比保持不变        d．体系压强保持不变
②在某温度下，5L密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量变化如下表：

物质的量/mol 时间	n (N2H4)	n (NO2)	n (N2)
起始	2.0	3.0	0
第2min	1.5	a	0.75
第4min	1.2	b	1.2
第6min	1.0	c	1.5
第7min	1.0	c	1.5

请画出该反应中n(NO₂)随时间变化曲线,并画出在第7min分别升温、加压、加催化剂的情况下n(NO₂)随时间变化示意图。计算该温度下反应的平衡常数K(保留2位有效数字,写出计算过程)。
   
（3）纳米级Cu₂O具有优良的催化性能，制取Cu₂O的方法有：
①加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为          。
②用阴离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度制备纳米Cu₂O，反应为2Cu＋H₂OCu₂O＋H₂↑，如图所示。该电解池的阳极反应式为    。

一定条件下合成乙烯：
6H₂（g）＋2CO₂（g）CH₂＝CH₂（g）＋4H₂O（g）        △H₁
已知：2H₂（g）＋O₂（g）＝2 H₂O（g）       △H₂＝－480 kJ•mol^-1
CH₂＝CH₂（g）＋3O₂（g）＝2CO₂（g）＋2 H₂O（g）     △H₃＝－1400 kJ•mol^-1
（1）△H₁＝              。请标出该反应电子转移的方向和数目                     。
（2）温度对CO₂的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图，下列说法正确的是              。

A．生成乙烯的速率：v（M）有可能小于v（N）
B．平衡常数：K_M ＞K_N
C．催化剂会影响CO₂的平衡转化率
（3）若投料比n（H₂）∶n（CO₂）＝3∶1，则图中M点时，乙烯的体积分数为                 （保留两位有效 数字）。
（4）为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施有                 （任写一条）。
（5）电解法可制取乙烯（下图），电极a接电源的           极，该电极反应式为                    。

(本题16分)钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物(含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程如图：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

部分含钒化合物在水中的溶解性如上表：
请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有___________。
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是(写化学式)            。
（3）反应④的离子方程式为            。
（4）25℃、101 kPa时，ⅰ、4Al(s)＋3O₂(g)2Al₂O₃(s)   ΔH₁＝-a kJ/mol
ⅱ、4V(s)＋5O₂(g)2V₂O₅(s)  ΔH₂＝-b kJ/mol
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是           。
（5）钒液流电池(如图所示)具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为          ，电池充电时阳极的电极反应式是                        。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2V＋H₂C₂O₄＋2H⁺2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25．00 mL 0．1000 mol/LH₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24．0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为            g/L。

甲醇（CH₃OH）是重要的溶剂和替代燃料。
（1）CO和H₂的混合气体俗称合成气，可以在一定条件下制备甲醇。
CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)  ΔH＜0，该反应平衡常数的表达式为       。若压强、投料比x[n(CO)/n(H₂)]对该反应的影响如图所示，则图中曲线所示的压强关系：p₁       p₂（填“=”“>”或“<”）。

（2）NH₄Cl(s) ＝ NH₃(g) + HCl(g)  ΔH =" +163.9" kJ•mol^-1
HCl(g) + CH₃OH(g) → CH₃Cl(g) + H₂O(g)  ΔH =" -31.9" kJ•mol^-1
写出氯化铵和甲醇反应的热化学方程式        ，该反应在一定条件下能自发进行的原因是        。由右图知，HCl和CH₃OH的混合气体通过催化剂时的最佳流速在20 L•min^-1~30 L• min^-1之间。流速过快，会导致氯甲烷产率下降，原因是        。流速过慢，会使副产物二甲醚增多，其反应为2CH₃OH→CH₃OCH₃ + H₂O，生产中常通入适量的水蒸气，该操作对制备CH₃Cl的影响是               。

（3）将有机污水去除氧气后加入到如图所示的微生物电解池内，可以实现污水处理和二氧化碳还原制甲醇。写出电解时阴极的电极反应式       。

氮及其化合物的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题，下面是氮的氧化物的几种不同情况下的转化。
（1）已知：2SO₂(g)+ O₂ (g)2SO₃ (g)   △H ＝-196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+ O₂ (g) 2NO₂ (g)   △H ＝-113.0kJ·mol^-1
则SO₂气体与NO₂气体反应生成SO₃气体和NO气体的反应为      （填“放热”或“吸热”）反应。
（2）向绝热恒容密闭容器中通入SO₂和NO₂，一定条件下使反应SO₂(g)＋NO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)达到平衡，正反应速率随时间变化的示意图如图所示。

①反应在c点     （填“达到”或“未到”）平衡状态。
②开始时，在该容器中加入：
I：1molSO₂(g)和1molNO₂(g)；
II：1molSO₃(g)和1mol NO(g)，
则达化学平衡时，该反应的平衡常数I     II(填“>”、“＝”或“<”)。
（3）用氢氧化钠溶液吸收氮的氧化物时发生下列反应：
2NaOH + NO + NO₂ = 2NaNO₂ + H₂O
2NaOH + 2NO₂ = NaNO₂ + NaNO₂ + H₂O
将反应混合液和氢氧化钠溶液分别加到下图所示的电解槽中进行电解，A室产生了N₂。

①电极Ⅰ是     极，B室产生的气体是     。
②A室NO₂^－发生的电极反应是      。
（4）NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。现有NO、NO₂的混合气6 L，可用同温同压下7 L的NH₃恰好使其完全转化为N₂，则原混合气体中NO和NO₂的物质的量之比为    。

碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题。请回答：
（1）消除汽车尾气中的NO、CO，有利于减少对环境的污染。已知如下信息：

②在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体，写出反应的热化学方程式___________________。
（2）在催化剂作用下，CO₂和H₂可以制取甲醇，在体积为2L的密闭容器中，充入lmolCO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)    △H<0
测得CO₂（g）和CH₃OH(g)的物质的量随时间变化的曲线如下图所示：

①从反应开始到平衡，H₂O的平均反应速率v(H₂O)=_________________________。此反应的平衡常数为_________________。
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是_________________(填序号)

A．升高温度	B．将CH3OH(g)及时液化移出
C．选择高效催化剂	D．再充入1 molCO2和4molH2

（3）用间接电化学法除去NO的过程，如图所示：已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间，写出阴极的电极反应式：____________。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：________________。

（4）①工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO₃^2-)较小的是，用文字和化学用语解释原因__________________。
②废气中的SO₂可用NaOH溶液吸收，吸收SO₂后的碱性溶液还可用于C1₂的尾气处理，吸收C1₂后的溶液仍呈强碱性。则吸收C1₂后的溶液中一定存在的阴离子有OH^-_____、_____；还可能存在SO₃^2-，取该溶液于试管中，滴加黄色的溴水，得到无色溶液。此实验不能证明溶液中含有SO₃^2-，理由是：________________(用离子方程式表示)。

(18分)I．碱性锌锰干电池的总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn(OH)₂。该电池中，负极材料是______，正极反应式为_______。
Ⅱ．以废旧锌锰干电池处理得到的混合物为原料制备锰锌铁氧体的主要流程如下图所示。

请回答下列问题：
（1）Mn_xZn_1-xFe₂O₄中铁元素化合价为+3，则锰元素的化合价为__________。
（2）活性铁粉除汞时，铁粉的作用是_________(填“氧化剂”或“还原剂”)。
（3）除汞是以氮气为载气吹入滤液中，带出汞蒸气经KMnO₄溶液进行吸收而实现的。在恒温下不同pH时，KMnO₄溶液对Hg的单位时间去除率及主要产物如下图所示。

①写出pH=2时KMnO₄溶液吸收汞蒸气的离子方程式_________。
②在强酸性环境中汞的单位时间去除率高，其原因除氢离子浓度增大使KMnO₄；溶液的氧化性增强外，还可能是___________。
（4）用惰性电极电解K₂MnO₄溶液制备KMnO₄的装置如图所示。

①a应接直流电源的____________(填“正”或“负”)极。
②已知25℃，两室溶液的体积均为100 mL，电解一段时间后，右室溶液的pH由10变为14，则理论上可制得_______mol KMnO₄ (忽略溶液的体积和温度变化)。

(本题共14分)火力发电厂产生的烟气中含有CO₂、CO、SO₂等物质，直接排放会对环境造成危害。对烟气中CO₂、CO、SO₂等物质进行回收利用意义重大。
（1）“湿式吸收法”利用吸收剂与烟气中的SO₂发生反应从而脱硫，其中“钠碱法”用NaOH溶液作吸收剂，向100mL2mol·L^-1的NaOH溶液中通入标准状况下4.48LSO₂气体，反应后测得溶液pH<7．则溶液中下列各离子浓度关系正确的是                      (填字母序号)．
a．c(HSO₃^-)>c(SO₃^2-)>c(H₂SO₃)              
b．c(Na⁺)>c(HSO₃^-)>c(H⁺)>c(SO₃^2-)
c．c(Na⁺)+c(H⁺)=c(HSO₃^-)+c(SO₃^2-)+c(OH^-)
d．c(H⁺)= c(SO₃^2-)- c(H₂SO₃)+c(OH^-)
（2）工业上常用高浓度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃溶液再生，其装置示意图如图所示

①在阳极区发生的反应中的非氧化还原反应的离子方程式为                          ．
②简述CO₃^2-在阴极区再生的原理                                    ．
（3）下表中列出了25℃、l0l kPa时一些物质的燃烧热数据：

已知键能：C—H键：413.4kJ．mol^-l． H—H键：436.0 kJ·mol^-1，请计算：
①2CH₄(g)=C₂H₂(g)+3H₂(g)  △H=      
②C₂H₂中—C≡C—的键能为       kJ·mol^-l
（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。负极反应式为                   ．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是                  ．

(8分）某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中溶质足量），当闭合该装置的电键K时，观察到电流计的指针发生了偏转。

请回答下列问题：
（1）甲池为    (填“原电池”、“电解池”或 “电镀池”），A电极的电极反应式为             。
（2）丙池中F电极为                 (填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”），
该池的总反应方程式为                                                     。
（3）当池中C极质量减轻10.8 g时，甲池中B电极理论上消耗O₂的体积为       mL(标准状况）。
（4）一段时间后，断开电键K，加入下列物质能使丙池恢复到反应前浓度的是       (填选项字母）。

A．Cu

B．CuO

C．Cu(OH）2

D．Cu2(OH）2CO3

某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 mol·L^－1 FeCl₂溶液，实验记录如下(a、b、c代表电压值)：

序号	电压/V	阳极现象	检验阳极产物
Ⅰ	x≥a	电极附近出现黄色，有气泡产生	有Fe^3^＋、有Cl2
Ⅱ	a＞x≥b	电极附近出现黄色，无气泡产生	有Fe^3^＋、无Cl2
Ⅲ	b＞x＞0	无明显变化	无Fe^3^＋、无Cl2

（1）用KSCN溶液检验出溶液中含Fe^3＋，看到的现象是_____。
（2）Ⅰ中，Fe^3＋产生的原因可能是Cl^－在阳极放电，生成的Cl₂将Fe^2＋氧化。写出Cl₂氧化Fe^2＋的离子方程式：______________________________________。
（3）由Ⅱ推测，Fe^3＋产生的原因还可能是Fe^2＋在阳极放电。原因是Fe^2＋具有____性。
（4）Ⅱ中虽未检验出Cl₂，但Cl^－在阳极是否放电仍需进一步验证。控制变量，做对照实验继续探究：电解pH＝1的NaCl溶液，记录如下：

序号	电压/V	阳极现象	检验阳极产物
Ⅳ	a＞x≥c	无明显变化	有Cl2
Ⅴ	c＞x≥b	无明显变化	无Cl2

①NaCl溶液的浓度应是______mol·L^－1。
②Ⅳ中检验Cl₂的实验方法：________________________________。
③与Ⅱ对比，得出的结论：通过控制电压，证实了产生Fe^3＋的两种原因都成立；通过控制电压，验证了放电顺序是：Fe^2＋___________Cl^－（填“＞”或“＜”）

思考下列问题，按要求填空：
（1）某温度下纯水中c(H⁺) = 2×10^-7 mol/L
①此时溶液中的C(OH^-) = ___ __。
②若温度不变，向水中滴入稀盐酸使c (H⁺) = 5×10^-6 mol/L，则此时溶液中的C(OH^-) =___ __。
（2）已知下列热化学方程式:Zn(s)+O₂(g)="==ZnO(s)" △H₁="-351.1" kJ·mol^－1；
Hg(l)+O₂(g)="==HgO(s)" △H₂="-90.7" kJ·mol^－1
由此可知反应Zn(s)+HgO(s)===ZnO(s)+Hg(l)的焓变为___ __。
（3）在稀氨水中存在下述电离平衡NH₃+H₂O  NH₃ ·H₂O  NH₄⁺+OH^－，分别加入少量下列物质，溶液中c(OH^－)如何变化？___ __(填“增大”、“减小”或“不变”)；平衡移动方向如何？___ __(填“正向”、“逆向”或“不移动”)。

加入的物质	少量(NH4)2SO4固体	少量HNO3溶液	少量KOH溶液
c(OH^-)的变化		减小
平衡移动方向	逆向		逆向

（4）如图所示，装置B中两电极均为石墨电极，试回答下列问题：

①判断装置的名称：A池为____ ____。
②锌极为___ ___极，电极反应式为_____ _______；
③当C₂极析出224 mL气体（标准状况下），锌的质量减少_ _g

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：（要求写出计算步骤）

（1）原混合溶液中NaCl和CuSO₄的物质的量浓度。
（2）电解至t₃时，消耗水的质量。

(每空2分，共14分)下图为以惰性电极进行电解：

（1）写出A、B、C、D各电极上的电极方程式：
A________________________________
B________________________________
C________________________________
D________________________________
（2）在A、B、C、D各电极上析出生成物的物质的量比为               。
（3）Zn-MnO₂干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液。若ZnCl₂-NH₄Cl混合溶液中含有杂质Cu^2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是                      。
欲除去Cu^2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)。
a．NaOH       b．Zn        c．Fe        d．NH₃·H₂O

下图中x、y分别是直流电源的两极,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