高中化学探究电解池作用试题

I.下图为相互串联的三个装置，试回答：

（1）若利用乙池在铁片上镀银，则B是_________（填电极材料），电极反应式是_________；应选用的电解质溶液是_____________。
（2）若利用乙池进行粗铜的电解精炼，则________极（填“A”或“B”）是粗铜，若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_____________________。
（3）丙池滴入少量酚酞试液，电解一段时间___________（填“C”或“Fe”）极附近呈红色。
（4）写出甲池负极的电极反应式：________________________________。若甲池消耗3.2gCH₃OH气体，则丙池中阳极上放出的气体物质的量为______________。
II.（5）请利用反应Fe +2Fe³⁺= 3Fe²⁺设计原电池。
设计要求：①该装置尽可能提高化学能转化为电能的效率；
②材料及电解质溶液自选，在图中做必要标注；
③画出电子的转移方向。

某化学研究性小组采用如下装置(夹持和加热仪器已略去)电解饱和食盐水一段时间，并通过实验测定产物的量来判断饱和食盐水的电离率。
饱和食盐水的电解率=(电解的氯化钠质量/总的氯化钠质量)×100%

甲方案：利用甲、乙装置测定饱和食盐水的电解率
（1）若饱和食盐水中滴有酚酞，则电解过程中甲装置中的U形管左端的实验现象为________________； 该电解池总反应的化学方程式为________________；
（2）若洗气瓶a中盛放的为足量的氢氧化钠溶液，通过测定洗气瓶a在电解前后的质量变化来计算饱和食盐水的电解率，则正确的连接顺序为__________连_________(填A、B、C、D、E等导管口)，则洗气瓶a中发生反应的离子方程式为________________；
乙方案：利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率
（3）对于乙方案，有同学提出有两种方法都可测得饱和食盐水的电解率
Ⅰ．通过测定硬质玻璃管中氧化铜固体前后质量差来计算饱和食盐水的电解率。
Ⅱ．通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
①一同学认为可以在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，则  该干燥装置应与__________口连接(填A、B、C、D、E等导管口)。
②另一同学认为乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，你是否同意？________(填“同意”或“不同意”)请说明理由 ________________________。
丙方案：只利用甲装置测定饱和食盐水的电解率
（4）若电解150mL饱和食盐水一段时间，测得溶液的为pH为14，求饱和食盐水的电解率__________(保留一位小数，假设电解前后溶液体积不变，饱和食盐水密度约为1.33g/mL，溶解度为36.0g)。

如下图所示：

（1）a电极是_________（填“阴极”或“阳极”），b电极是_________（填“阴极”或“阳极”）。
（2）当电解NaCl溶液时：
①a电极的电极反应为________________，该反应是_______(填“氧化”或“还原”)反应；
②b电极的电极反应为______________，该反应是_________(填“氧化”或“还原”)反应。
（3）当电解精炼铜时：
①a电极是__________（填“粗铜”或“纯铜”），其电极反应为__________________________；
②b电极是__________（填“粗铜”或“纯铜”），其电极反应为__________________________。

某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解池原理进行实验探究。
        
请回答：
Ⅰ．用图1、2所示装置进行第一组实验。
（1）A极发生反应的电极反应式为                         。
（2）N极发生反应的电极反应式为                         。
（3）滤纸上能观察到的现象有                             。
（4）标准状况11.2L CH₄反应则图2可收集气体                L（标况）
Ⅱ．用图3所示装置进行第二组实验。实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料发现，高铁酸根(FeO₄^2－)在溶液中呈紫红色。
（5）电解过程中，X极区溶液的pH            (填“增大”“减小”或“不变”)。
（6）电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe-6e^-+8OH^－＝FeO₄^2－+4H₂O和           。
（7）若在X极收集到672 mL气体，在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况时气体体积)，则Y电极(铁电极)质量减少              g。
（8）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K₂FeO₄+3Zn＝Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂  该电池正极发生的反应的电极反应式为             。

下图是一个化学过程的示意图。

（1）通入O₂的电极名称                  、C(Pt)电极的名称是______________
（2）写出通入O₂的电极上的电极反应式是_______   _______________________。
（3）写出通入CH₃OH的电极上的电极反应式是______________________________。
（4）乙池中反应的化学方程式为__________________________________。
（5）当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O₂__________mL(标准状况下)；

甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
I：CH₄(g)+H₂O(g)＝CO(g) + 3H₂(g)   △H ＝+206.0 kJ·mol^－1
II：CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH (g)  △H＝－129.0 kJ·mol^－1
（1）CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的热化学方程式为                      。
（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O ( g )通入容积为10 L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。

①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为               。
②100℃时反应I的平衡常数为                            。
（3）在压强为0.1 MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的l/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是                (填字母序号)。

A．c ( H2 )减少

B．正反应速率加快，逆反应速率减慢

C．CH3OH 的物质的量增加

D．重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )减小 E．平衡常数K增大

（4）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺ 做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用图装置模拟上述过程

①写出阳极电极反应式                                     。
②请写出除去甲醇的离子方程式                           。

H₂O₂是一种常用绿色氧化剂，在化学研究中应用广泛。
（1）空气阴极法电解制备H₂O₂的装置如下图所示，主要原理是在碱性电解质溶液中，通过利用空气中氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物。试回答：

①直流电源的a极名称是           。
②阴极电极反应式为               。
③1979年，科学家们用CO、O₂和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H₂O₂。相对于电解法，该方法具有的优点是安全、                   。
（2）Fe³⁺对H₂O₂的分解具有催化作用。利用图(a)和(b)中的信息，按图(c)装置（连通的A、B瓶中已充有NO₂气体）进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的               （填“深”或“浅”），其原因是                         。

（3）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。反应的离子方程式是             ，控制其它条件相同，印刷电路板的金属粉末用10%H₂O₂ 和3.0mol·L^－1H₂SO₄溶液处理，测得不同温度下铜的平均溶解速率（见下表）

温度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
Cu的平均溶解速率 （×10^－3mol·min^－1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降，其主要原因是             。

氮的重要化合物如氨（NH₃）、肼（N₂H₄）、三氟化氮（NF₃）等，在生产、生活中具有重要作用。
（1） 利用NH₃的还原性可消除氮氧化物的污染，相关热化学方程式如下：
H₂O(l)＝H₂O(g)   △H₁＝44.0 kJ·mol^－1
N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)   △H₂＝229.3 kJ·mol^－1
4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(g)   △H₃＝－906.5 kJ·mol^－1
4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)   △H₄
则△H₄＝        kJ·mol^－1。
（2） 使用NaBH₄为诱导剂，可使Co^2＋与肼在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
① 写出该反应的离子方程式：         。
② 在纳米钴的催化作用下，肼可分解生成两种气体，其中一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如下图1所示，则N₂H₄发生分解反应的化学方程式为：         ；为抑制肼的分解，可采取的合理措施有         （任写一种）。
    
图1                             图2
（3） 在微电子工业中NF₃常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含NH₄F等的无水熔融物生产NF₃，其电解原理如上图2所示。
① 氮化硅的化学式为                    。
② a电极为电解池的              （填“阴”或“阳”）极，写出该电极的电极反应式：                 ；电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是                。

用右图所示装置除去含CN^－、Cl^－废水中的CN^－时，控制溶液PH为9~10，阳极产生的ClO^－将CN^－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：Cl^－ + 2OH^－－2e^－= ClO^－ + H2O

C．阴极的电极反应式为：2H2O + 2e^－ = H2↑ + 2OH^－

D．除去CN^－的反应：2CN^－+ 5ClO^－ + 2H^+ = N2↑ + 2CO2↑ + 5Cl^－+ H2O

Ⅰ、工业上设计用CO₂来生产燃料甲醇，既减少二氧化碳气体，又得到宝贵的能源物质。为了探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，某温度下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)△H=-49.0KJ/mol．测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示

（1）该反应该温度下，化学平衡常数的值为_______________________
（2）下列说法中能作为反应达到平衡状态标志的是___________________(填字母)。
A．容器内压强不再发生变化    
B．平均相对分子质量不再变化
C．c(CO₂)和c(H₂)之比等于1:3
D．相同时间内每断裂3molH-H键，同时断裂3molO-H键
（3）下列措施中能使n(CH₃OH)/n(CO₂)减小的是__________________
A．再充入1molCO₂和3molH₂          B．将H₂O(g)从体系中分离 
C．充入He(g)，使体系压强增大      D．升高温度     
Ⅱ、钢铁工业是国家工业的支柱，每年钢铁生锈让国家损失大量资金，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
（1）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如下：

①A电极对应的金属是_________(写元素名称)，B电极的电极反应式是__________；
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为__________；
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___________________________。

(Ⅰ)（1）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用如图装置模拟上述过程：

①写出阳极电极反应式____________________________________________．
②写出除去甲醇的离子方程式__________________________________________．
③若右图装置中的电源为甲醇-空气-KOH 溶液的燃料电池，则电池负极的电极反应式：__________________________________________，净化含1mol甲醇的水燃料电池需消耗KOH______mol．
(Ⅱ)化学在环境保护中起着十分重要的作用，电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO₃^－的原理如下图所示。

（1）电源正极为           (填A或B)，阴极反应式为                 。
（2）电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm_左－Δm_右)为        g。

目前正在研究和已经使用的储氢合金有镁系合金、稀土系合金等。
（1）工业上用电解熔融的无水氯化镁获得镁。其中氯化镁晶体脱水是关键工艺之一，一种氯化镁晶体脱水的方法是：先将MgCl₂·6H₂O转化为MgCl₂·NH₄C1·nNH₃（铵镁复盐），然后在700℃脱氨得到无水氯化镁，脱氨反应的化学方程式为 ____________。
（2）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110～200℃的反应为：Mg(AlH₄)₂＝MgH₂+2Al+3H₂↑。生成2．7gAl时，产生的H₂在标准状况下的体积为______________L。
（3）采用球磨法制备Al与LiBH₄的复合材料，并对Al－LiBH₄体系与水反应产氢的特性进行下列研究：
①下图为25℃水浴时每克不同配比的Al－LiBH₄复合材料与水反应产生H₂体积随时间变化关系图。由下图可知，下列说法正确的是_______________(填字母)。

a．25℃时，纯铝与水不反应
b．25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气
c．25℃时，Al－LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
②下图为25℃和75℃时，Al－LiBH₄复合材料[w(LiBH₄)=25%]与水反应一定时间后产物的X－射线衍射图谱（X－射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同）。

从图中可知，25℃时Al－LiBH₄复合材料中与水完全反应的物质是______________(填化学式)。
（4）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

①某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为a mol·L^-1，平衡时苯的浓度为b mol·L^-1，该反应的平衡常数K＝_______________。
②一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。生成目标产物的电极反应式为_______________。

铁及其化合物在工农业生产、环境保护等领域中有着重要的作用。
（1）酸性条件下，硫酸亚铁可将MnO₂还原为MnSO₄，该反应的离子方程式为：_____________。
（2）分析表明，铁在浓硫酸中发生钝化时，生成的氧化物中Fe、O两种元素的质量比为28∶11，则其化学式为______________。
（3）铁及其化合物可用于消除环境污染。常温下，硫酸亚铁能将SO₂转化为SO₄^2－，总反应为2SO₂＋O₂＋2H₂O＝2H₂SO₄，其中一个反应为4Fe^2＋＋O₂＋4H^＋＝4Fe^3＋＋2H₂O，则另一个反应的离子方程式为____________________。
常温下，用氧缺位铁酸锌ZnFe₂O_y可以消除NO_x污染，使NO_x转变为N₂，同时ZnFe₂O_y转变为ZnFe₂O₄。若2 mol ZnFe₂O_y与足量NO₂反应可生成0.5 mol N₂，则y＝____________。

（4）工业上常采用如图所示电解装置，利用铁的化合物将气态废弃物中的硫化氢转化为可利用的硫。通电电解，然后通入H₂S时发生反应的离子方程式为：2[Fe(CN)₆]^3－＋2CO₃^2－＋H₂S＝2[Fe(CN)₆]^4－＋2HCO₃^－＋S↓。电解时，阳极的电极反应式为___________；电解过程中阴极区溶液的pH______________(填“变大”、“变小”或“不变”)。

硼酸（H₃BO₃）与铝酸（H₃AlO₃）结构相似，可写成B(OH)₃。
（1）已知H₃BO₃的电离常数为5.8×10^﹣10，H₂CO₃的电离常数为Ka₁=4.4×10^﹣7、Ka₂=4.7×10^﹣11。向盛有饱和硼酸溶液的试管中，滴加0.1mol/L Na₂CO₃溶液，      （填“能”或“不能”）观察到气泡逸出。
（2）已知H₃BO₃与足量NaOH溶液反应的离子方程式为H₃BO₃+OH^﹣=B(OH)₄^﹣，写出硼酸的电离方程式                    ，它是      元酸。（填“一”或“二”或“三”）
（3）硼酸和甲醇在浓硫酸存在下生成B(OCH₃)₃，B(OCH₃)₃可与NaH反应制得易溶于水的强还原剂硼氢化钠（NaBH₄）。①NaBH₄中氢元素的化合价为            ，写出生成NaBH₄的化学方程式                 。
②写出生成B(OCH₃)₃的化学方程式                         。
③用NaBH₄和过氧化氢可以设计成一种新型碱性电池。该电池放电时，每摩尔NaBH₄释放8mole^﹣。写出这种电池放电反应的离子方程式                     。
（4）H₃BO₃可以通过电解的方法制备。工作原理如下图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）。

①写出阳极的电极反应式                            。
②分析产品室可得到H₃BO₃的原因                     。
（5）过硼酸钠晶体（NaBO₃·4H₂O）是一种优良的漂白剂，在70℃以上加热会逐步失去结晶水。 实验测得过硼酸钠晶体的质量随温度变化的情况如下图所示，则T₂℃时所得晶体的化学式为                。

铜、铁及其化合物在工业、农业、科技和日常生活中有广泛应用。
（1）工业上利用辉铜矿（主要成分是Cu₂S）冶炼铜。为了测定辉铜矿样品的纯度，用酸性高锰酸钾溶液反应(已知1 molCu₂S失去10mol的电子)，写出该反应的离子方程式                             。
（2）工业上利用废铜屑、废酸（含硝酸、硫酸）为主要原料制备硫酸铜晶体。某含有c(HNO₃)="2" mol·L^—1，c(H₂SO₄)="4" mol·L^—1的废酸混合液100 mL（不含其它酸或氧化剂），最多能制备硫酸铜晶体（CuSO₄·5H₂O）的质量为               。
（3）现有一块含有铜绿的铜片（假设不含其它杂质）在空气中灼烧至完全反应，经测定，反应前后固体的质量相同。（已知：金属生锈率=）
①上述铜片中铜的生锈率为                 （结果保留2位有效数字）
②固态铜与适量氧气反应，能量变化如下图所示，写出固态铜与氧气反应生成1 mol固态氧化亚铜的热化学方程式                             。

（4）高铁酸盐在能源环保等领域有广泛用途，如高铁酸钾(K₂FeO₄) 因有强氧化性，能杀菌消毒，产生Fe(OH)₃有吸附性，是一种新型净水剂，用如下图所示的装置可以制取少量的高铁酸钾。
（已知爱迪生蓄电池的反应式为：）

①爱迪生蓄电池的负极材料是                      
②写出制取高铁酸钾阳极的电极反应式                      
③当生成19.8g的K₂FeO₄时，隔膜两侧电解液的质量变化差(△m_右一△m_左)为_              g。