高中化学探究电解池作用填空题

下图是两座工厂的主要生产流程以及它们之间的生产关系

回答下列问题：
（1）与上图中“设备A”的作用相当的实验装置是        。

（2）“溶液B”也可以用下列物质中的什么物质代替？     。
a．KAl(SO₄)₂·12H₂O      b.ClO₂        c.大量O₃      d.K₂Cr₂O₇       e.活性炭
（3）聚氯化铝在生产过程中作       剂，其作用是             ，可用离子方程式表示其化学原理如下（用Al³⁺代表聚氯化铝）：                       。
（4）上图中下方的工厂主要生产两种气体和一种常见强碱，通常称为         工业。
（5）加入“三种试剂”主要是为了除去粗食盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，按加入的先后次序写出化学式                            。
（6）制取“溶液B”的方法现在已作了改进，其原理图，用离子方程式表示该装置中发生的反应：                      。

已知A、B、C、D、E、F六种短周期元素中，A、B、C、D是组成蛋白质的基本元素；A与B的原子序数之和等于C原子核内的质子数；A与E、D与F分别位于同一主族，且F原子核内的质子数是D原子核外电子数的2倍。据此，请回答：
（1）F在周期表中的位置是____________________________。
（2）由A、C、D、F按8:2:4:1原子个数比组成的化合物甲中含有的化学键类型为____________；甲溶液中各离子浓度由大到小的顺序为________________（用离子浓度符号表示）。
（3）化合物乙由A、C组成且相对分子质量为32；化合物丙由A、D组成且分子内电子总数与乙分子内电子总数相等；乙与丙的反应可用于火箭发射（反应产物不污染大气），则该反应的化学方程式为_________________________________________。
（4）由A、D、E、F组成的化合物丁能与硫酸反应并放出刺激性气味的气体，则丁的化学式为＿＿＿＿＿＿＿＿；实验测得丁溶液显弱酸性，由此你能得出的结论是___________________。
（5）由B、A按1:4原子个数比组成的化合物戊与D的常见气态单质及NaOH溶液构成原电池

温度/K

（如图），试分析：

①闭合K，写出左池X电极的反应式__________________________________；
②闭合K，当X电极消耗1.6g化合物戊时（假设过程中无任何损失），则右池两极共放出气体在标准状况下的体积为_________升。

Ⅰ.某实验A小组设计生产亚氯酸钠（NaClO₂）的主要流程如图，

已知NaClO₂是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染工业。它在碱性环境中稳定存在。
（1）双氧水的电子式为           ，装置Ⅰ中发生反应的还原剂是　　　　　（填化学式）。
（2）A的化学式是　　 　，装置Ⅲ电解池中A在　　　极区产生，若装置Ⅲ中生成气体a为 11.2 L(标准状况)，则理论上通过电解池的电量为　　　             （已知法拉第常数F="9.65×l" 0⁴C· mol^-1)。
（3）装置Ⅱ中反应的离子方程式是　　　　　                        　　　 。
Ⅱ．某实验B小组测定金属锡合金样品的纯度（仅含少量锌和铜，组成均匀），将样品溶于足量盐酸: Sn+ 2HCl=SnCl₂+H₂↑，过滤，洗涤。将滤液和洗涤液合并再加过量的FeCl₃溶液。最后可用一定浓度的K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定生成的Fe²⁺，此时还原产物为Cr³⁺。现有锡合金试样1.23g，经上述反应、操作后，共用去0.200mol/L的K₂Cr₂O₇的酸性溶液15.00mL。
（4） 列式计算样品中锡的质量分数。
（5）用上述样品模拟工业上电解精炼锡，如图：

b极发生电极反应式      ，当得到11.90g纯锡时，电解质溶液质量减轻0.54g，则锡合金质量减少_______ g（结果保留一位小数）。

脱硫技术能有效控制SO₂对空气的污染。
(1)向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中SO₂的含量，该反应的化学方程式是
_______________________________。
(2)海水呈弱碱性，主要含有Na^＋、K^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Cl^－、SO₄^2—、Br^－、HCO₃^—等。含SO₂的烟气可利用海水脱硫，其工艺流程如图所示：

①向曝气池中通入空气的目的是_____________________________________。
②通入空气后曝气池中海水与天然海水相比，浓度有明显不同的离子是________。
a．Cl^－　　　 b．SO₄^2—　　　           c．Br^－　　　       d．HCO₃^—
(3)用NaOH溶液吸收烟气中的SO₂，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可得到NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如图所示(电极材料为石墨)。

①图中a极要连接电源的________(填“正”或“负”)极，C口流出的物质是________。
②SO₃^2—放电的电极反应式为____________________________。
③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动的原理解释原因：
__________________________________________。

由铝土矿（主要成分是Al₂O₃）炼制铝的工艺流程示意图如下：

（1）电解生成的铝在熔融液的       （填“上层”或“下层”），电解时不断消耗的电极是       （填“阴极”或“阳极”）。
（2）写出通入过量二氧化碳酸化时反应的离子方程式                                                                       
                                                                       。
（3）电解制备铝时，需加入冰晶石（Na₃AlF₆），其作用是           ，工业上可以用氟化氢气体、氢氧化铝和纯碱在高温条件下发生反应来制取冰晶石，写出该反应的化学方程式                                                                       。
（4）上述工艺所得铝中往往含有少量Fe和Si等杂质，可用电解方法进一步提纯，该电解池的阴极材料是       （填化学式），阳极的电极反应式为                                                                       。
（5）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
①控制一定条件进行电解（见图），此时铝表面可形成耐酸的致密氧化膜，其电极反应式为                                 ；

②钢材镀铝后，能防止钢材腐蚀，其原因是                                                                                                                                               。

环境中常见的重金属污染物有：汞、铅、锰、铬、镉。处理工业废水中含有的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，常用的方法有两种。
方法1　还原沉淀法
该法的工艺流程为。
其中第①步存在平衡2CrO₄^2-（黄色）＋2H^＋Cr₂O₇^2-（橙色）＋H₂O。
（1）写出第①步反应的平衡常数表达式_________________________________。
（2）关于第①步反应，下列说法正确的是________。
A．通过测定溶液的pH可以判断反应是否已达平衡状态
B．该反应为氧化还原反应
C．强酸性环境，溶液的颜色为橙色
（3）第②步中，还原0.1 mol Cr₂O₇^2-，需要________mol的FeSO₄·7H₂O。
（4）第③步除生成Cr（OH）₃外，还可能生成的沉淀为________。在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr（OH）₃（s）Cr^3＋（aq）＋3OH^－（aq），常温下，Cr（OH）₃的溶度积K_sp＝10^－32，当c（Cr^3＋）降至10^－5 mol·L^－1时，认为c（Cr^3＋）已经完全沉淀，现将第③步溶液的pH调至4，请通过计算说明Cr^3＋是否沉淀完全（请写出计算过程）：____________________________________________________________________________。
方法2　电解法
（5）实验室利用如图装置模拟电解法处理含Cr₂O₇^2-的废水，电解时阳极反应式为________，阴极反应式为________，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是___________________________________________________________。

回收的废旧锌锰干电池经过处理后得到锰粉(含MnO₂、Mn(OH)₂、Fe、乙炔和黑炭等)，由锰粉制取MnO₂的步骤如下图所示。

根据上图所示步骤并参考表格数据，回答下列问题。

物 质	开始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Mn(OH)2	8.3	9.8

 
（1）在加热条件下用浓盐酸浸取锰粉，所得溶液中含有Mn²⁺、Fe²⁺等。MnO₂与浓盐酸反应的离子方程方程式：                                                      _。
（2）酸浸时，浸出时间对锰浸出率的影响如下图所示，工业采用的是浸取60 min，其可能原因是                                                    。

（3）锰粉经浓盐酸浸取，过滤I除去不溶杂质后，向滤液中加入足量H₂O₂溶液，其作用是                                 。
（4）过滤I所得滤液经氧化后，需加入NaOH溶液调节pH约为5.1，其目的是                                              。
（5）过滤Ⅱ所得滤液加入足量H₂O₂溶液并加入NaOH溶液调节pH约为9，使Mn²⁺ 氧化得到MnO₂，反应的离于方程式为                                                     。
（6）工业上利用KOH和MnO₂为原料制取KMnO₄。主要生产过程分两步进行：第一步将MnO₂和固体KOH粉碎，混合均匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌以制取K₂MnO₄；第二步为电解K₂MnO₄的浓溶液制取KMnO₄。
① 第一步反应的化学方程式为                                                            。
② 电解K₂MnO₄的浓溶液时，电解池中阴极的实验现象为                                        。

下表为部分短周期元素化合价及相应原子半径的数据：

元素性质	元素编号
A	B	C	D	E	F	G	H
原子半径(nm)	0.102	0.110	0.117	0.074	0.075	0.071	0.099	0.077
最高化合价	＋6	＋5	＋4		＋5		＋7	＋4
最低化合价	－2	－3	－4	－2	－3	－1	－1	－4

 
已知：
①A与D可形成化合物AD₂、AD₃；
②E与D可形成多种化合物，其中ED、ED₂是常见的化合物，C可用于制光电池。
(1)E在周期表中位置是________________；
(2)C和H的气态氢化物的稳定性强弱关系为______________(用分子式表示)；
(3)分子组成为ADG₂的物质在水中会强烈水解，产生使品红溶液褪色的无色气体和一种强酸。该反应的化学方程式是_____________________________________。
(4)工业上可用纯碱溶液处理ED和ED₂，该反应如下：
ED＋ED₂＋Na₂CO₃===2________＋CO₂
横线上某盐的化学式应为________。
(5)在一密闭容器中发生反应2AD₂＋D₂2AD₃　ΔH＝－47 kJ/mol，在上述平衡体系中加入¹⁸D₂，当平衡发生移动后，AD₂中¹⁸D的百分含量________(填“增加”“减少”或“不变”)其原因为______________________________________________
(6)请设计一个实验方案，使铜和稀的H₂AD₄溶液反应，得到蓝色溶液和氢气。在下列方框内绘出该实验方案装置图。

能源问题是人类社会面临的重大课题，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）ΔH＝＋206.0 kJ/mol
Ⅱ.CO（g）＋2H₂（g）=CH₃OH（g）ΔH＝－129.0 kJ/mol
（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100 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1.0 mol CO与2.0 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，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）减小

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．重新平衡时减小

E．平衡常数K增大
（4）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH₃OH（g）CO（g）＋2H₂（g），此反应能自发进行的原因是：___。
（5）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Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋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___________________。

工业上利用铬铁矿(FeOCr₂O₃)冶炼铬的工艺流程如下:

（1）实验室焙烧铬铁矿可选用的装置是__________（填序号）。

（2）完成下列化学方程式（在横线上填写物质的化学式及计量数）：4CrO₄^2－＋6S＋7H₂O＝4Cr(OH)₃↓＋3S₂O₃^2－＋_____________。
（3）操作I包括过滤与洗涤，简述实验室中洗涤沉淀的操作：__________________。
（4）Cr(OH)₃和Al(OH)₃类似，也是两性氢氧化物，写出Cr(OH)₃溶于浓氢氧化钠溶液的离子方程式________________________________。
（5）由Cr₂O₃冶炼Cr的化学方程式为____________________________。
（6）目前有一种采用以铬酸钠(Na₂CrO₄)为原料，用电化学法制备重铬酸钠(Na₂Cr₂O₇)的实验装置如下图所示（已知：2CrO₄^2－＋2H^＋Cr₂O₇^2－＋H₂O）。

①写出阴极的电极反应式为________________________________________。
②电解一段时间后，测得阳极区溶液中Na^＋物质的量由a mol变为b mol，则此时铬酸钠的转化率为___。

工业上利用含有一定浓度的I₂和CuSO₄溶液的工业废水制备饲料添加剂Ca(IO₃)₂,其生产流程如下：

已知：Ca(IO₃)₂微溶于水,溶于硝酸；Ksp(CuI)=1.1×10^-12, Ksp(Cu₂S)=2.5×10^-48；
氧化性: HNO₃＞IO₃^—＞H₂O₂ 
（1）“还原”过程中主要反应的化学方程式为：2Na₂S₂O₃＋I₂ =       ＋ 2NaI。 
（2）在还原过程还伴随有CuI生成，写出加入Na₂S的离子反应方程式                          。
（3）在氧化过程中先加入H₂O₂再加入浓硝酸，而不直接加入浓硝酸的目的是                     。
（4）加入的石灰乳在溶液中反应而得到Ca(IO₃)₂，则要调节pH至     （填“酸性” 或“中性”或“碱性”），原因是                                                              。
（5）Ca(IO₃)₂也可用电化学氧化法制取：先充分电解KI溶液，然后在电解后的溶液中加入CaCl₂，最后过滤得到Ca(IO₃)₂。写出电解时阳极发生的电极反应方程式                           ,用该方法制取Ca(IO₃)₂，每1kg碘化钾理论上可生产纯度为97.8%Ca(IO₃)₂的质量为              ____kg（计算结果保留3位有效数字）。 

臭氧可用于净化空气、饮用水的消毒、处理工业废物和作氧化剂.
（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) ΔH=-235.8kJ/mol.已知2Ag₂O(s)=4Ag(s)+O₂(g) ΔH=+62.2kJ/mol,则常温下反应: 2O₃(g)=3O₂(g)的ΔH=                      .
（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,电极反应式为3H₂O-6e^-=O₃↑+6H⁺,阴极附近溶解在水中的氧气生成过氧化氢,其电极反应式为                    。
（3）O₃在碱性条件下可将Na₂SO₄氧化成Na₂S₂O₈。写出该反应的化学方程式为：                        
           
（4）所得的Na₂S₂O₈溶液可降解有机污染物4-CP。原因是Na₂S₂O₈溶液在一定条件下可产生强氧化性自由基（SO₄^-·）。通过测定4-CP降解率可判断Na₂S₂O₈溶液产生SO₄^-·的量。某研究小组设计实验探究了溶液酸碱性、Fe²⁺的浓度对产生SO₄^-·的影响。
①溶液酸碱性的影响：其他条件相同，将4-CP加入到不同pH的Na₂S₂O₈溶液中，结果如图a所示。由此可知：溶液酸性增强，                （填 “有利于”或“不利于”）Na₂S₂O₈产生SO₄^-·。
②Fe²⁺浓度的影响：相同条件下，将不同浓度的FeSO₄溶液分别加入c(4-CP)=1.56×10^-4 mol·L^－1、c(Na₂S₂O₈)=3.12×10^-3 mol·L^－1的混合溶液中。反应240 min后测得实验结果如图b所示。已知 S₂O₈^2- + Fe²⁺= SO₄^-·+ SO₄^2- + Fe³⁺。则由图示可知下列说法正确的是：_________________（填序号）

A．反应开始一段时间内， 4-CP降解率随Fe^2+浓度的增大而增大，其原因是Fe^2+能使Na2S2O8产生更多的SO4^-·。

B．Fe^2+是4-CP降解反应的催化剂

C．当c(Fe^2+)过大时，4-CP降解率反而下降，原因可能是Fe^2+会与SO4^—．发生反应，消耗部分SO4^—．。

D．4-CP降解率反而下降，原因可能是生成的Fe^3+水解使溶液的酸性增强，不利于降解反应的进行。

③当c(Fe²⁺)＝3.2 ×10^-3 mol·L^－1时，4-CP降解的平均反应速率的计算表达式为               。

污染与环境保护已经成为现在我国最热门的一个课题，污染分为空气污染，水污染，土壤污染等。
（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H₂(g)＋O₂(g)=H₂O(g) ΔH₁＝－241.8 kJ·mol^－1
C(s)＋O₂(g)=CO(g)  ΔH₂＝－110.5 kJ·mol^－1
写出焦炭与水蒸气反应的热化学方程式：         。
该反应的平衡常数表达式为K＝        。
②洗涤含SO₂的烟气。以下物质可作洗涤剂的是     （选填序号）。
a．Ca(OH)₂      b．CaCl₂         c．Na₂CO₃       d．NaHSO₃
（2）为了减少空气中的CO₂，目前捕碳技术在降低温室气体排放中具有重要的作用，捕碳剂常用(NH₄)₂CO₃，反应为：(NH₄)₂CO₃(aq)＋H₂O(l)＋CO₂(g)＝2NH₄HCO₃(aq)  ΔH₃为研究温度对(NH₄)₂CO₃捕获CO₂效率的影响，在某温度T₁下，将一定量的(NH₄)₂CO₃溶液置于密闭容器中，并充入一定量的CO₂气体（用氮气作为稀释剂），在t时刻，测得容器中CO₂气体的浓度。然后分别在温度为T₂、T₃、T₄、T₅下，保持其他初始实验条件不变，重复上述实验，经过相同时间测得CO₂气体浓度，其关系如图，则：

①ΔH₃   0(填“＞”、“＝”或“＜”)。
②在T₄～T₅这个温度区间，容器内CO₂气体浓度变化趋势的原因是：        。
（3）催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
①催化反硝化法中，用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强。则反应离子方程式为：   。
②电化学降解NO₃^-的原理如图，电源正极为：       （选填填“A”或“B”），阴极反应式为：        。

 

氢气是清洁的能源，也是重要的化工原料。
（1）以H₂为原料制取氨气进而合成CO(NH₂)₂的反应如下：
N₂(g)＋3H₂(g)＝2NH₃(g)              △H＝―92.40 kJ·mol^－1
2NH₃(g)＋CO₂(g)＝NH₂CO₂NH₄(s)      △H＝―159.47 kJ·mol^－1
NH₂CO₂NH₄(s)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(l)   △H＝＋72.49 kJ·mol^－1
则N₂(g)、H₂(g)与CO₂(g)反应生成CO(NH₂)₂(s)和H₂O(l)的热化学方程式为   。
（2）用丙烷和水为原料在电催化下制氢气，同时得到一种含有三元环的环氧化合物A，该反应的化学方程式为   。该反应也可生成A的同分异构体——另一种环氧化合物B，B的核磁共振氢谱为下图中的   （填“a”或“b”）。

（3）已知叠氮酸（HN₃）不稳定，同时也能与活泼金属反应，反应方程式为：
2HN₃＝3N₂↑＋H₂↑
2HN₃＋Zn＝Zn(N₃)₂＋H₂↑
2 mol HN₃与一定量Zn完全反应，在标准状况下生成67.2 L气体，其中N₂的物质的量为   。
（4）已知H₂S高温热分解制H₂的反应为：H₂S(g)H₂(g)＋1/2S₂(g) 在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S的分解实验：以H₂S的起始浓度均为c mol·L^－1测定H₂S的转化率，结果如右下图所示。图中a为H₂S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率。若985℃时，反应经t min达到平衡，此时H₂S的转化率为40%，则反应速率v(H₂)＝   （用含c、t的代数式表示）。请说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：   。

（5）用惰性电极电解煤浆液的方法制H₂的反应为：C(s)＋2H₂O(l)＝CO₂(g)＋2H₂(g)现将一定量的1 mol·L^－1 H₂SO₄溶液和适量煤粉充分混合，制成含碳量为0.02 g·mL^－1～0.12g·mL^－1的煤浆液，置于右图所示装置中进行电解（两电极均为惰性电极）。则A极的电极反应式为   。

资源化利用二氧化碳不仅可减少温室气体的排放，还可重新获得燃料或重要工业产品。
（1）以CO₂与NH₃为原料可合成化肥尿素[CO(NH₂)₂]。已知：
①2NH₃（g）＋ CO₂（g）＝ NH₂CO₂NH₄（s）    △H ＝ -159.47 kJ·mol^-1
②NH₂CO₂NH₄（s）＝ CO(NH₂)₂（s）＋ H₂O（g） △H ＝ +116.49 kJ·mol^-1
③H₂O（l）＝ H₂O（g） △H ＝+88.0 kJ·mol^-1
试写出NH₃和CO₂合成尿素和液态水的热化学方程式                           。
（2）在一定条件下，二氧化碳转化为甲烷的反应如下：
CO₂(g)+4H₂(g)CH₄(g)+2H₂O(g)  ΔH＜0
①向一容积为2L的恒容密闭容器中充入一定量的CO₂和H₂，在300℃时发生上述反应，达到平衡时各物质的浓度分别为CO₂：0.2mol·L^—1，H₂：0.8mol·L^—1，CH₄：0.8mol·L^—1，H₂O：1.6mol·L^—1，起始充入CO₂和H₂的物质的量分别为         、          。CO₂的平衡转化率为              。
②现有两个相同的恒容绝热（与外界没有热量交换）密闭容器I、II，在I中充入1 molCO₂,和4 molH₂，在II中充入1 mol CH₄和2 mol H₂ O(g) ，300℃下开始反应。达到平衡时，下列说法正确的是                （填字母）。

A．容器I、II中正反应速率相同

B．容器I、II中CH4的物质的量分数相同

C．容器I中CO2的物质的量比容器II中的多

D．容器I中CO2的转化率与容器II中CH4的转化率之和小于1

（3）华盛顿大学的研究人员研究出一种方法，可实现水泥生产时CO₂零排放，其基本原理如图所示：

①上述生产过程的能量转化方式是       。
②上述电解反应在温度小于900℃时进行碳酸钙先分解为CaO和CO₂，电解质为熔融碳酸钠，则阳极的电极反应式为               ，阴极的电极反应式为                          。