高中化学探究电解池作用填空题

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的三种方法：

（1）方法I中，用炭粉在高温条件下______________（填氧化、还原）CuO。
（2）方法II采用离子交换膜控制电解液中OH‾的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示：该电解池的阳极反应式为_____________________________，该装置中的离子交换膜为_____________（填阴、阳）离子交换膜。

（3）方法III为加热条件下用液态肼(N₂H₄)还原新制Cu(OH)₂ 来制备纳米
级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为_______________________________________。
（4）在相同的密闭容器中，用以上三种方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：

水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。

a．实验①前20 min的平均反应速率v(H₂)= _____________                         
b．实验②比实验①所用的催化剂催化效率_____________ （填高、低）
c．实验的温度T₂ _____________T_l（填>、<），原因是____________________________________________。

已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不反应）。某化学兴趣小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液，用电解的方法实现了粗铜的提纯，并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。
步骤一：电解精制：请回答以下问题：
电解时，粗铜应与电源的     极相连。阴极上的电极反应式为                   。电解过程中，硫酸铜的浓度会           （选填：变大、不变、变小）
步骤二：电解完成后，该小组同学按以下流程对电解液进行处理：

阳极泥的综合利用：稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请你写出该步反应的离子反应方程式：                                                                                 。残渣含有极少量的黄金，如何回收金，他们查阅了有关资料，了解到了一些有关金的知识，以下是他们获取的一些信息：

序号	反应	平衡常数
1	Au + 6HNO3（浓）= Au(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O	<< 1
2	Au^3++ 4Cl^— =  AuCl4^—	>>1

从中可知，金很难与硝酸反应，但却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1∶3的混合物），请你简要解释金能够溶于王水的原因                                                            
（2）滤液含量的测定： 以下是该小组探究滤液的一个实验流程：
则100mL滤液中Cu²⁺的浓度为        mol·L^—1，Fe²⁺的浓度为           mol·L^—1

甲醇是未来重要的绿色能源之一，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=+206．0KJ/mol
Ⅱ、CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-129．0KJ/mol
（1）CH₄（g）与H₂O（g）反应成CH₃OH（g）和H₂（g）的热化学方程式为          。
（2）将1．0mol CH₄和2．0mol H₂O（g）通入容积为2L的密闭容器中，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下平衡时CH₄的转化率与温度的关系如图1．

①假设100℃时反应I达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示这段时间该反应的平均反应速率为           。
②100℃时反应I的平衡常数为              。若保持温度和容器的容积不变，5min时再向容器中充入H₂O（g）和CO各0．2mol，平衡将      移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）如图2，P是可自由平行滑动的活塞，关闭K₂，在相同温度下，通过K₁、K₃分别向A、B中各充入2mol CO和3mol H₂，在一定条件下发生反应Ⅱ，关闭K₁、K₃，反应起始时A、B的体积相同，均为aL。
①反应达到平衡后，A内压强为起始压强的0．6倍，则平衡时A容器中H₂的体积分数为           。
②若在平衡后打开K₂，再次达到平衡后B容器的体积缩至0．6a L，则打开K₂之前，B容器的体积为      L。
（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⁺作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用如图3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                                 。

(14分)下图为细菌冶铜和火法冶锎的主要流程。

（1）硫酸铜溶液一般不呈中性，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，电解结束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。

次磷酸（H₃PO₂）是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。回答下列问题：
（1）H₃PO₂是一元中强酸，写出其电离方程式_______________________。
（2）H₃PO₂和NaH₂PO₂均可将溶液中的Ag⁺还原为Ag，从而可用于化学镀银。
①H₃PO₂中，P元素的化合价为__________；
②利用H₃PO₂进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4:1，则氧化产物为___________（填化学式）；
③NaH₂PO₂为___________（填“正盐”或“酸式盐”），其溶液显___   ____（填“弱酸性”、“中性”或“弱碱性”）。
（3）H₃PO₂的工业制法是：将白磷（P₄）与Ba(OH)₂溶液反应生成PH₃气体和Ba(H₂PO₂)₂，后者再与H₂SO₄反应，写出白磷与Ba(OH)₂溶液反应的化学方程式______________________。
（4）H₃PO₂也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示（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H₃PO₂的原因__________________            _________________；
③早期采用“三室电渗析法”制备H₃PO₂：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H₃PO₂稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有          杂质，该杂质产生的原因是                                  。

(12分)电化学原理常应用于工农业生产、对工业废水和生活污水进行处理。
（1）对工业废水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施之一，含氰废水中的CN^－有剧毒。
①CN^－中碳元素显+2价，则非金属性N    C（填<,=或>）
②在微生物的作用下，CN^－能够被氧气氧化成HCO₃^-，同时生成NH₃，该反应的离子方程式为                                                             。
（2）某研究性学习小组模拟工业生产，将下列装置如图连接，C、D、E、X、Y 都是石墨，F是铁，丙是模拟精炼铜。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题:

①电源 B 极的名称是________
②甲装置中电解反应的总化学方程式是:___________                                        _。
③通电一段时间后，丙中原电解质的物质的量浓度将__________（填“变大”、“变小”或“不变”）。
④装置丁中的现象是_________________________________                      _______。
（3）对生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如下图所示（图中“HA”表示乳酸分子，A^- 表示乳酸根离子）。

① 阳极的电极反应式为                                                。
② 电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6-8，此时进入浓缩室的OH^-可忽略不计。400mL 10 g•L^-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 g•L^-1（溶液体积变化忽略不计），阴极上产生的H₂在标准状况下的体积约为         L。（乳酸的摩尔质量为90 g• mol^-1）

近年来雾霾天气多次肆虐我国部分地区。其中燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g) 。在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图1所示。据此判断：
①该反应的△H        0（填“＜”或“＞”）。
②在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v (N₂)为          。
③若降低温度,将NO₂(g)转化为N₂O₄(l)，已知:2NO₂(g) N₂O₄(g)ΔH₁    2NO₂(g) N₂O₄(l)ΔH₂ ；下列能量变化示意图2中,正确的是(选填字母)　　　　。 
        
图1                                      图2
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气中含氮的氧化物，某化学课外小组用CH₄可以消除NO_X对环境的污染。已知：CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g);△H<0   
CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g);△H=-1160KJ/mol
现有某NO₂、NO的混合气体，同温同压下密度是氢气的17倍，用16g CH₄恰好完全反应生成N₂、CO₂(g)、H₂O(g)，放出热量1042.8KJ。则△H为（    ）

A．-925.6KJ/mol

B．-867 KJ/mol

C．-691.2 KJ/mol

D．-574 KJ/mol

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL 1 mol/L食盐水的装置，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）。
①该燃料电池的负极反应式为        。
②电解后溶液的pH约为      （忽略氯气与氢氧化钠溶液反应）。

(14分)金属铜具有良好的导电性和导热性，在电气和电子工业中应用广泛。请回答下列问题：
（1）资料显示：加热条件下氨气能够还原CuO得到金属铜。某同学用装置I和Ⅱ制取纯净干燥的氨气，装置I中应选用试剂______(供选用的试剂有：NH₄Cl固体、NH₄HCO₃固体)，试剂a最好选用__________，其作用是_________________________________________；装置III吸收尾气，如何检验所得溶液中数目最多的阳离子(只回答试剂名称和实验现象)_____________________。

（2）电解硫酸铜溶液也可得到金属铜。
①以黄铜矿(主要成份为CuFeS₂)为原料采用电解法可制取硫酸铜溶液。实验室用如图所示装置模拟其过程，阳极区稀硫酸的作用是溶解矿粉得到Cu²⁺、Fe²⁺、H₂S，硫酸铁的作用是氧化吸收H₂S，防止逸出造成污染。电解过程中，阳极区Fe³⁺的浓度基本保持不变，原因是(用电极反应式回答)______________，阴极上先有固体析出，然后又溶解，阴极区通入O₂的作用是(用离子方程式回答)__________________。

②用惰性电极电解一定浓度CuSO₄溶液制取金属铜，一段时间后停止通电，此时加入9．8gCu(OH)₂恰好能使电解质溶液恢复至初始状态，则该过程中阳极产生气体的体积为____________L(标准状况)。

(13分)Ⅰ：已知Ca(OH)₂与Cl₂反应的氧化产物与温度有关，在一定量的石灰乳中通入足量的氯气，二者恰好完全反应。生成Cl^-、ClO^-、ClO₃^-三种含氯元素的离子，其中ClO^-、ClO₃^-两种离子的物质的量(n)与反应时间(t)的曲线如图所示。

（1）t₁时，开始有ClO₃^-生成的原因是_________________。
（2）t₂时，Ca(OH)₂与Cl₂发生反应的总的化学方程式为        ___________________________。
（3）该石灰乳中含有Ca(OH)₂的物质的量是_________mol。
（4）若反应物的量不变，在某温度下恰好完全反应时，氧化产物比值为，则n(Cl^-)=____mol（用含a的代数式来表示）。
Ⅱ下图中，是电解NO制备 NH₄NO₃，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃。

（1）阳极发生的电极反应式为                           。
（2）需补充物质A，A是_____________，说明理由：________________。

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的三种方法：

（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是                 。
（2）已知：①2Cu(s)＋1/2O₂(g)=Cu₂O(s)   △H = -akJ·mol^-1
②C(s)＋1/2O₂(g)=CO(g)      △H = -bkJ·mol^-1
③Cu(s)＋1/2O₂(g)=CuO(s)    △H = -ckJ·mol^-1
则方法Ⅰ发生的反应：2CuO(s)＋C(s)= Cu₂O(s)＋CO(g) △H =       kJ·mol^-1。
（3）方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示,该电池的阳极反应式为                      。

（4）方法Ⅲ为加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为               。已知肼与氨相似，则它与足量盐酸反应的方程式                      
（5）在相同的密闭容器中，用以上两种方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：
2H₂O（g）  2H₂（g）+ O₂（g）△H>0 水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。

下列叙述正确的是         （填字母代号）。
A．实验的温度:T₂<T₁
B．实验①前20 min的平均反应速率 v(O₂)=7×10^-5 mol·L^-1 min^-1  
C．实验②比实验①所用的催化剂催化效率高

(14分)数十年来，化学工作者对碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。
已知：C(s)＋O₂(g)＝CO₂(g)；ΔH＝－393 kJ·mol^－1  ①
2CO (g)＋O₂(g)＝2CO₂(g)；ΔH＝－566 kJ·mol^－1     ②
2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)；ΔH＝－484 kJ·mol^－1      ③
（1）工业上常采用将水蒸气喷到灼热的炭层上实现煤的气化（制得CO、H₂），该反应的热化学方程式是                                                                    
（2）上述煤气化过程中需向炭层交替喷入空气和水蒸气，喷入空气的目的是                                                           ；该气化气可在适当温度和催化剂下合成液体燃料甲醇，该反应方程式为                                                  
（3）CO常用于工业冶炼金属，下图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO₂)]与温度(t)的关系曲线图。

下列说法正确的是          

A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量

B．CO不适宜用于工业冶炼金属铬（Cr）

C．工业冶炼金属铜（Cu）时较低的温度有利于提高CO的利用率

D．CO还原PbO2的反应ΔH＞0

（4）在载人航天器中应用电化学原理，以Pt为阳极，Pb（CO₂的载体）为阴极，KHCO₃溶液为电解质溶液，还原消除航天器内CO₂同时产生O₂和新的能源CO，总反应的化学方程式为：2CO₂2CO+O₂，则其阳极的电极反应式为                                     
（5）将CO通入银氨溶液中可析出黑色的金属颗粒，写出反应方程式                               

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＝+206.0kJ·mol^－1
II：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)      △H＝－129.0kJ·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1.0molCH₄和2.0molH₂O(g)通入容积为10L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下图。

①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5min，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0.1MPa、温度为300℃条件下，将amol CO与3amol 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。实验室用下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                                             。

(14分)运用化学反应原理研究溶液的组成与性质具有重要意义。请回答下列问题：
（1）氨水显弱碱性，若用水稀释0.1mol·L^-1的氨水，溶液中随着水量的增加而增大的是 
     (填写序号)
①     ②     ③c(H⁺)和c(OH^-)的乘积      ④c(H⁺)
（2）室温下，将0.01mol·L^-1 NH₄HSO₄溶液与0.01mol·L^-1烧碱溶液等体积混合，所得溶液中所有离子的物质的量浓度大小关系为                                     (用具体离子的浓度表达式回答)。
（3）已知：25℃时，Ksp(AgCl)=1.6×10^-10(mol·L^-1)²，Ksp(AgI)=1.5×10^-16(mol·L^-1)²。在25℃条件下，向0.1L0.002mol·L^-1的NaCl溶液中逐滴加入O.1L0.002mol·L^-1的AgNO₃溶液，有白色沉淀生成，从难溶电解质的溶解平衡角度解释产生沉淀的原因是                  ，向反应后的浑浊液中继续加入0.1L0.002mol·L^-1的NaI溶液，观察到白色沉淀转化为黄色沉淀，产生该现象原因是(用离子方程式回答)                         。
（4）在25℃条件下，将a mol·L^-1的醋酸与b mol·L^-1的烧碱溶液等体积混合(混合后体积为混合前体积之和)，充分反应后所得溶液显中性。则25℃条件下所得混合溶液中醋酸的电离平衡常数为   mol·L^-1(用含a、b的式子表示)。
（5）用惰性电极电解含有NaHCO₃的NaCl溶液，假设电解过程中产生的气体全部    逸出，测得溶液pH变化如下图所示。则在0→t₁时间内，阳极反应式为                ，溶液pH     升高比较缓慢的原因是(用离子方程式回答)                       。

X是一种新型无机非金属材料，具有耐磨、耐腐蚀、抗冷热冲击性。有关生产过程如下：

为了确定C的组成，某同学进行了以下的探究过程。已知F、G都是难溶于水和稀硝酸的白色沉淀，I可做光导纤维。

按要求回答下列问题：
（1）C的空间构型为         ；X的化学式为              。
（2）反应②的化学方程式为                           。
（3）反应⑦的离子方程式                            。
（4）E是重要的工业原料，常见工业制备E的方法存在着一定的局限性，现在设想用电化学的方法制备E，并向外界提供电能，则正极反应式为______________________________，现将该电池与另一如图所示的蓄电池充电，该电池总反应式为：Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-2PbSO₄+2H₂O，当制得2molE时，阳极质量__________（填“增重”或“减轻”） __________g。

合成氨是人类研究的重要课题，目前工业合成氨的原理为：
合成氨是人类研究的重要课题，目前工业合成氨的原理为：
N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）△H=-93.0kJ•mol-1，在3个2L的密闭容器中，使用相同的催化剂，按不同方式投入反应物，分别进行反应：
相持恒温、恒容，测的反应达到平衡时关系数据如下：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	3molH2、2molN2	6molH2、4molN2	2mol NH3
达到平衡的时间/min		6	8
平衡时 N2的体积密度	C1	1.5
混合气体密度/g·L^-1
平衡常数/ L^2·mol^-2	K甲	K乙	K丙

（1）下列各项能说明该反应已到达平衡状态的是            （填写序号字母）
a.容器内H₂、N₂、NH₃的浓度只比为1：3：2    b.容器内压强保持不变
c.                          d.混合气体的密度保持不变
e.混合气体的平均相对分子质量不变
（2）容器乙中反应从开始到达平衡的反应速度为=             
（3）在该温度下甲容器中反应的平衡常数K           （用含C₁的代数式表示）
（4）分析上表数据，下列关系正确的是       （填序号）：
a.     b.氮气的转化率：          c.     d.
（5）另据报道，常温、常压下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，生成NH₃和O₂。已知：H₂的燃烧热△H=-286KJ/mol，则由次原理制NH₃反应的热化学方程式为   
（6）希腊阿里斯多德大学的George Mamellos和Michacl Stoukides,发明了一种合成氨的新方法，在常压下，把氢气和用氨气稀释的氮气分别通入一个加热到的电解池，利用能通过的氢离子的多孔陶瓷固体作电解质，氢气和氮气在电极上合成了氨，转化率达到78%，在电解法合成氨的过程中，应将N₂不断地通入  极，该电极反应式为                 。