高中化学探究电解池作用试题

电解法是处理工业废水的一种重要方法。如酸性含（Cr₂O₇^2-）废水就可以采用电解法进行无害化处理。电解时采用Fe作阳极，惰性电极作阴极。已知：①氧化性：Cr₂O₇^2->Fe³⁺；②Cr₂O₇^2-被还原生成Cr³⁺；③K_sp[Cr （OH）₃]=6.3×10^-31。下列说法正确的是

A．阳极材料也可以是Cu

B．阴极每产生3molH2，则有1mol Cr2O7^2-被还原

C．一段时间后溶液中发生反应Cr2O7^2-+6Fe^2++14H^+=2Cr^3++6Fe^3++7H2O

D．电解最后阶段需要加碱，使溶液中的阳离子转化为沉淀

碱性硼化钒（VB₂）—空气电池工作时反应为：4VB₂ + 11O₂ = 4B₂O₃ + 2V₂O₅。用该电池为电源，选用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图所示。当外电路中通过0.04mol电子时，B装置内共收集到0.448L气体（标准状况），则下列说法正确的是

A．VB2电极发生的电极反应为：2VB2 + 11H2O - 22e^- = V2O5 + 2B2O3 + 22H^+

B．外电路中电子由c电极流向VB2电极

C．电解过程中，c电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生

D．若B装置内的液体体积为100 mL，则CuSO4溶液的物质的量浓度为0.05 mol/L

甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇，反应流程中涉及如下反应（下列焓变数据均在25℃测得）：

（1）25℃时，用CH₄和O₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为________________；
（2）某温度下，向容积为4 L的恒容密闭容器中通入6 molCO₂和6 mol CH₄，发生反应①，5 min后反应在该温度下达到平衡，这时测得反应体系中各组分的体积分数相等，则该反应在0～5 min内的平均反应速率v（CO）=________mol·L^-1·min^-1；在相同温度下，将上述反应改在某恒压容器内进行，该反应的平衡常数________（填“增大”“不变”或“减小”）；
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，25℃时，其反应的热化学方程式为：

科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下图所示：

①根据反应体系的压强对甲醇转化率的影响并综合考虑生产成本因素，在下列各压强数据中，工业上制取甲酸甲酯应选择的是_______（填下列序号字母）
a．3.5×10⁶Pa        b．4.0×l0⁶Pa         c．5.0×10⁶Pa
②用上述方法制取甲酸甲酯的实际工业生产中，采用的温度是80℃，其理由是______________
（4）直接甲醇燃料电池（简称DMFC）由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染、可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示：

①通入气体a的电极是电池的_____（填“正”或“负”）极，其电极反应式为__________；
②25℃时，用此电池以石墨作电极电解0.5 L饱和食盐水（足量），若两极生成的气体共1．12 L（已折算为标准状况下的体积），则电解后溶液的pH为_____（忽略溶液体积的变化）。

氧和硫的化合物在化工生产上应用非常广泛。试回答下列问题：
（1）O₃可通过电解稀硫酸（原理如下图所示，该条件下3O₂=2O₃可以发生）制得。图中阳极为      （填A或B）。若C处通入O₂，则A极的电极反应式为：           ,若C处不通入O₂ ，D、E处分别收集到1mol和0.4mol气体， 则E处收集的气体中O₃所占的体积分数为         （忽略O₃ 的分解）。

（2）臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。己知：
6Ag(s)+O₃(g)===3Ag₂O(s)；△H =" -235" kJ/mol;
2 Ag₂O(s)===4Ag(s)+O₂(g)；△H = +60kJ/mol;
则反应 2O₃（g）= 3O₂（g）的△H =         。
（3）SO₂Cl₂常用于制造医药品、染料、表面活性剂等。已知：SO₂Cl₂(g)SO₂(g)＋Cl₂(g)△H＝＋98 kJ·mol^－1。某温度时向体积为2 L的恒容密闭容器中充入0．20mol SO₂Cl₂，达到平衡时，容器中含0.1mol SO₂，该温度时反应的平衡常数为____（请带单位）。将上述所得混合气体溶于足量BaCl₂溶液中，最终生成沉淀的质量为_______。
（4）对（3）中的反应，在400℃，1.01×10⁵Pa条件下，向容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的SO₂Cl₂，n(SO₂)和n(SO₂Cl₂)随时间的变化曲线如图所示。

①0～20min反应的平均速率υ(SO₂Cl₂)＝___________。
②下列叙述正确的是
A．A点υ正(SO₂Cl₂)＞υ逆(SO₂Cl₂)
B．密度和平均摩尔质量不变均说明处于平衡状态
C．其它条件不变，若增大压强 ，n(SO₂)比图中D点的值大
D．其它条件不变，500℃时反应达平衡，n(SO₂)比图中D点的值大

硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。
（1）某科研小组用SO₂为原料制取硫酸。
①利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池的负极的电极反应式            。
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如图所示。电解时阳极区会产生气体，产生气体的原因是            。

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应是          。
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是                  。
（3）氢化亚铜是一种红色固体，可由硫酸铜为原理制备
4CuSO₄ + 3H₃PO₂ + 6H₂O="4CuH↓" + 4H₂SO₄ + 3H₃PO₄。
①该反应中还原剂是             （写化学式）。
②该反应每生成1molCuH，转移的电子物质的量为        。
（4）硫酸铜晶体常用来制取波尔多液，加热时可以制备无水硫酸铜。将25.0 g胆矾晶体放在坩埚中加热测定晶体中结晶水的含量，固体质量随温度的升高而变化的曲线如下图。

请分析上图，填写下列空白：
①30℃～110℃间所得固体的化学式是        ，
②650℃～1000℃间所得固体的化学式是        。

(14分)研究含Cl、N、S等元素的化合物对净化水质、防治污染有重要意义。
（1）二氧化氯(ClO₂)是国内外公认的高效、广谱、快速、安全无毒的杀菌消毒剂，被称为“第4代消毒剂”。工业上可采用氯酸钠(NaClO₃)或亚氯酸钠(NaClO₂)为原料制备ClO₂。亚氯酸钠也是一种性能优良的漂白剂，但在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO₂气体，离子方程式为____________。
向亚氯酸钠溶液中加入盐酸，反应剧烈。若将盐酸改为相同pH的硫酸，开始时反应缓慢，稍后一段时间产生气体速率迅速加快。产生气体速率迅速加快的原因是：_________________。
（2）电解法是目前研究最为热门的生产ClO₂的方法之一。下图所示为直接电解氯酸钠、自动催化循环制备高纯ClO₂的实验。

①电源负极为_______极(填A或B)：
②写出阴极室发生反应依次为：______________________、______________________；
（3）已知：
2SO₂(g)+ O₂ (g)2SO₃ (g)  △H =－196.6kJ·mol^－1
2NO(g)+ O₂ (g) 2NO₂ (g)  △H =－113.0kJ·mol^－1
则反应NO₂(g)+ SO₂ (g) SO₃ (g) +NO(g)的△H =                kJ·mol^－1
一定条件下，将体积比为1：2的NO₂(g)、 SO₂ (g)置于密闭容器中发生上述反应，测得上述反应平衡时的NO₂与SO₂体积比为1:6，则平衡常数K=______。

为探究FeCl₂溶液电解时阴阳极的产物，某兴趣小组用如下装置进行实验：

（查阅资料：电解能否发生、电极反应及其速率，与电压大小、离子浓度等因素有关。）
Ⅰ电极a表面始终未出现气泡，但产生了银灰色有金属光泽的固体。该电极的电极反应式为：___________________。
Ⅱ电极b开始一段时间内，表面无气泡产生，周围液体出现红褐色，逐渐浑浊。吸取该电极周围少许液体于两支试管中，一支试管中滴入淀粉-KI溶液，液体颜色不变；另一支试管中先加盐酸酸化，再滴入KSCN溶液，溶液变为红色。
结论：电解过程中产生了Fe³⁺，同时水解产生了红褐色物质。
（1）加盐酸酸化时发生的反应是______________________（用离子方程式表示）。
（2）对电解过程中Fe³⁺产生的原因进行猜想：
猜想①：Cl^－在阳极放电，生成的Cl₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
猜想②：________________________________________；
猜想③：……。
（3）设计实验验证猜想①
供选择的试剂：1mol/L FeSO₄溶液、1mol/L盐酸、2mol/L盐酸、1mol/L NaCl溶液、2mol/L NaCl溶液、淀粉-KI溶液、KSCN溶液、蒸馏水

操作	现象和结论
①取一定量_______溶液，调节溶液pH为4．91；再以相同装置进行电解。 ②电解相同时间后，若电极b表面无气泡，_________________________ ________________________。	_____________________________________________ ______________________________________________。

 

煤粉中的氮元素在使用过程中的转化关系如下图所示：

（1）②中NH₃参与反应的化学方程式为          。
（2）③中加入的物质可以是          （填字母序号)。
a．空气        b．CO         c．KNO₃        d．NH₃
（3）焦炭氮中有一种常见的含氮有机物吡啶（)，其分子中相邻的C和N原子相比，N原子吸引电子能力更          （填“强”或“弱”)，从原子结构角度解释原因：         。
（4）已知：N₂（g) ＋ O₂（g)2NO（g)   ΔH =" a" kJ·mol^-1
N₂（g) ＋ 3H₂（g)2NH₃（g) ΔH =" b" kJ·mol^-1
2H₂（g) ＋ O₂（g)2H₂O（l) ΔH =" c" kJ·mol^-1
反应后恢复至常温常压，①中NH₃参与反应的热化学方程式为          。
（5）用间接电化学法除去NO的过程，如下图所示：

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：          。

(共16分)Ⅰ.CO和H₂作为重要的燃料和化工原料，有着十分广泛的应用。
（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)         △H₁= -393．5 kJ·mol^-1
C(s)+H₂O(g)= CO(g)+H₂(g)    △H₂= +131．3 kJ·mol^-1
则反应CO(g)+H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)+CO₂(g)△H=            kJ·mol^-1。
（2）利用反应CO(g) +H₂(g)+O₂(g) = CO₂(g) +H₂O(g) 设计而成的MCFS燃料电池是用水煤气（CO和H₂物质的量之比为1:1）作负极燃气，空气与CO₂的混合气为正极助燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质的一种新型电池。现以该燃料电池为电源，以石墨作电极电解饱和NaCl溶液，反应装置以及现象如图所示。则有：

①燃料电池即电源的N极的电极反应式为 _______________________  ；
②已知饱和食盐水的体积为1 L，一段时间后，测得左侧试管中气体体积为11．2 mL(标准状况)，若电解前后溶液的体积变化忽略不计，而且电解后将溶液混合均匀，则此时溶液的pH为                 。
Ⅱ.CO和NO是汽车尾气的主要污染物。消除汽车尾气的反应式之一为：
2NO(g)+2CO(g)  N₂(g)+2CO₂(g)。请回答下列问题：
（3）一定温度下，在一体积为VL的密闭容器中充人一定量的NO和CO时，反应进行到t时刻时达到平衡状态，此时n(CO)=amol、n(N0)=2amol、n(N₂)=bmol，且N₂占平衡混合气体总体积的1/4。
①该反应的平衡常数K=               （用只含a、V的式子表示）
②判断该反应达到平衡的标志是____（填序号）
A．v(CO₂)_生成=v(CO)_消耗            
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变
C．混合气体的密度不再改变    
D．NO、CO、N₂、CO₂的物质的量浓度均不再变化
（4）在一定温度下，将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示，则：

①有害气体NO的转化率是          ，0～15minCO₂的平均反应速率v(CO₂)=____（保留小数点后三位）。
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件是     。（填序号）。
A．增加CO的量      B．加入催化剂
C．减小CO₂的量     D．扩大容器体积

重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）俗称红矾钾，是工业生产和实验室的重要氧化剂。已知K₂Cr₂O₇溶液中存在平衡Cr₂O₇^2-+H₂O2CrO₄^2-+2H⁺。回答下列问题（残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol·L^-1时，该离子视为沉淀完全）：
（1）重铬酸钾试剂标签上应标注      。（填字母编号）

（2）加热时，重铬酸钾与浓盐酸反应，使氯离子氧化逸出，请写出该反应的离子方程式：      。
（3）已知AgCl、Ag₂CrO₄（砖红色）的K_sp分别为2×10^-10和1．12×10^-12。分析化学中，测定含氯的中性溶液中Cl^-的含量，以K₂CrO₄作指示剂，用AgNO₃溶液滴定。滴定过程中首先析出沉淀   ，达到滴定终点的实验现象为：          。该沉淀滴定需要注意两个问题：①指示剂的用量，滴定终点时，溶液中的CrO₄^2-浓度为    mol·L^-1时合适；②控制溶液的酸度，pH在6．5-10．5之间，请结合反应方程式分析，为什么pH<6．5实验结果将不准确：   。
（4）人体内铬元素的含量过高，会引起急性中毒，甚至致癌。工业上可采用铁作阳极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解的进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Fe（OH）₃和Cr（OH）₃沉淀，从而使废水中铬含量低于排放标准。下表是常温下金属氢氧化物的K_sp和金属离子在某浓度下开始沉淀所需的pH（表中浓度为相应pH时溶液中有关金属离子产生沉淀的最小浓度）[Cr（OH）₃是一种两性氢氧化物]。

金属离子	Ksp	pH（10^-1 mol·L^-1）	pH（10^-5 mol·L^-1）
Fe^3+	4．0×10^-38	2．7	3．7
Cr^3+	6．0×10^-31	4．3	5．6

①阴极的电极反应式为       ；Cr₂O₇^2-转化为Cr^{3 +}的离子方程式为        ，电路中每转移6 mol电子，最多有      mol Cr₂O₇^2-被还原。
②pH对废水中Cr₂O₇^2-去除效率的影响情况如图所示。电解过程中对降低废水中的铬含量最有利的pH范围为    。

镁是海水中含量较多的金属，镁合金及其镁的化合物用途非常广泛。
（1）“镁-次氯酸盐”燃料电池的装置如下图所示：

该电池的正极反应式为                                  。
（2）Mg₂Ni是一种储氢合金，已知：
Mg(s) + H₂(g)MgH₂(s)            △H₁＝－74．5kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s) + 2H₂(g)Mg₂NiH₄(s)      △H₂＝－64．4kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2MgH₂(s)2Mg(s)+Mg₂NiH₄(s)的△H₃＝          。
（3）一种用水氯镁石(主要成分为MgCl₂·6H₂O)制备金属镁工艺的关键流程如下：

①为探究MgCl₂•6H₂O“一段脱水”的合理温度范围，某科研小组将MgCl₂•6H₂O在不同温度下分解，测得残留固体物质的X-射线衍射谱图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在)。

测得E中Mg元素质量分数为60．0%，则E的化学式为       。
②若电解时电解槽中有水分，则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率。生成MgO的化学方程式为                  。
（4）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110~200°C的反应为：Mg(AlH₄)₂MgH₂ +2A1+3H₂↑每生成27gAl转移电子的物质的量为_______________。

(15分)四川省钙芒硝矿(主要成分CaSO₄•Na₂SO₄)资源丰富。钙芒硝矿可生产具有广泛用途的芒硝(Na₂SO₄•10H₂O)和元明粉(Na₂SO₄)，其简要生产流程如下图所示。

请回答下列问题：
（1）浸取Na₂SO₄时，加入少量Na₂CO₃可使钙芒硝矿中的部分CaSO₄转化为CaCO₃，破坏钙芒硝矿结构，从而促进Na₂SO₄的浸取。CaSO₄能转化为CaCO₃的原因是_________________________。
（2）向Na₂SO₄的浸取液中加入适量烧碱和纯碱，Ca²⁺和Mg²⁺分别生成①________、②_________（填化学式）被过滤除去。
（3）根据下图溶解度曲线，可采用冷却结晶法从含少量NaCl的Na₂SO₄饱和溶液中制得芒硝的原因是___________________________________________________________________________。

（4）已知：25℃、101kPa时，
2C(s) + O₂(g) ="=" 2CO(g)    ΔH₁ = —222kJ/mol
4Na₂SO₃(s) ="=" 3Na₂SO₄(s) + Na₂S(s)    ΔH₂ = —122kJ/mol
2Na₂SO₃(s) + O₂(g) ="=" 2Na₂SO₄(s)    ΔH ₃= —572kJ/mol
元明粉经碳还原制备Na₂S的热化学方程式是__________________________________________________。
（5）如图，用惰性电极电解Na₂SO₄溶液，阳极区制得H₂SO₄溶液，阴极区制得NaOH溶液。其电解总反应的化学方程式是：______________________________。

（6）芒硝加热至70℃时，得到Na₂SO₄的饱和溶液(结晶水作溶剂，忽略加热过程中水的蒸发)和无水Na₂SO₄。若3220kg芒硝加热至70℃时，可析出元明粉(Na₂SO₄)的质量是________kg。

(16分)天然气在生产、生活中具有广泛的应用。
（1）CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g) △H="-162" kJ·mol^-1。其他条件相同，实验测得在T₁和P_l与T₂和P₂条件下该反应的H₂平衡转化率相同，若T₁> T₂、则P_l ____P₂ (填“>”“<”或“=”)，平衡常数K_{1______}K₂(填“>” “<”或“=”)。
（2）另一合成CH₄的原理：CO(g)+3H₂(g)CH₄(g)+H₂O(g)。某温度时将0．1molCO和0.3mol H₂充入10L的密闭容器内，l0min时达平衡。测得10min内v(CO)= 0．0009mol·L^-1·min^-1，则H₂的平衡转化率为______，该温度下反应的平衡常数为___________mol^-2·L²。
（3）某实验小组依据甲烷燃烧的反应原理，设计如图所示的装置。已知甲池的总反应式为CH₄+2O₂+2KOH=K₂CO₃+3H₂O，乙池中盛有1L lmo1·L^-1CuSO₄溶液。a电极通入的气体为CH₄，其电极反应式是______，b电极的现象为______。一段时间内乙池中溶液的pH由2变为1，则在这段时间内转移电子的物质的量为________mol。

用下图所示装置除去含、废水中的时，控制溶液为9~10，阳极产生的将氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是

A．	用石墨作阳极，铁作阴极
B．	阳极的电极反应式为：
C．	阴极的电极反应式为： ↑
D．	除去 的反应： ↑ ↑

(17分)金属作为一种能源受到越来越多的关注。
（1）起始阶段，金属主要作为燃料的添加剂。如航天飞机曾用金属铝粉和高氯酸铵混合物作为固体燃料，加热铝粉使其氧化并放出大量热量，促使混合物中另一种燃料分解：4NH₄ClO₄6H₂O↑+2N₂↑+4HCl↑+5O₂↑，在该反应中还原产物与氧化产物的物质的量比为_______，每有1molNH₄ClO₄分解，转移电子的物质的量为__________。
（2）随着研究的深入，金属燃料直接作为能源出现。
①铁和铝的燃烧可以提供大量能量。
已知：4Al(s)+3O₂(g)=2Al₂O₃(s)   △H ₁；3Fe(s)+2O₂(g)=Fe₃O₄(s)   △H ₂
则相同质量的铝和铁完全燃烧，铝提供能量是铁提供能量的_____倍(用△H ₁和△H ₂表示)。
②关于金属燃料的下列说法错误的是________
a．较易控制金属燃烧后产物，减少对环境的污染
b．镁可以通过与二氧化碳的反应，达到既节能又减碳的效果
c．将金属加工为纳米金属时，表面积增大更容易燃烧
d．电解法冶炼镁铝的技术比较成熟，制取的镁铝可作为燃料用于发电
（3）相比金属燃料来讲，将金属中的化学能转化为电能在现在得到了更为广泛的应用。
①下图为某银锌电池的装置图，则该装置工作时，负极区pH______(填“增大”、“减小”或“不变)，正极反应式为__________________。

②一种新型电池是以Li₂FeSiO₄、嵌有Li的石墨为电极，含Li⁺的导电固体为电解质，放、充电的总反应式可表示为Li+LiFeSiO₄ Li₂FeSiO₄。放电时，Li⁺向________(填“正”或“负”)极移动；充电时，每生成1mol LiFeSiO₄转移_________mol电子。