高中化学探究电解池作用填空题

某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。

请回答：
I．用图1所示装置进行第一组实验。
（1）在保证电极反应不变的情况下，不能替代Cu做电极的是          （填字母序号）。

A．铝

B．石墨

C．银

D．铂

（2）N极发生反应的电极反应式为                     。
（3）实验过程中，SO₄^2-          （填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；
滤纸上能观察到的现象有                    。
II．用图2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。
（4）电解过程中，X极区溶液的pH            （填“增大” 、“减小”或“不变”）。电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe-6e^-+8OH^-==FeO₄^2-+4H₂O 和                。
（5）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。

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）。

SO₂和NO_x都是大气污染物。
（1）汽车排放的尾气中含CO和NO，汽车发动机工作时产生的NO和CO可通过催化转化器转化为两种无污染的气体，该反应的化学方程式是              。
（2）采取还原法，用炭粉可将氮氧化物还原。
已知：① N₂(g)＋O₂(g）= 2NO(g)ΔH＝＋180.6 kJ·mol^－1    
②C(s)＋O₂(g）= CO₂(g)ΔH＝－393.5 kJ·mol^－1
则反应C(s)＋2NO(g）= CO₂(g)＋N₂(g)ΔH＝________kJ·mol^－1。
（3）将NO₂变成无害的N₂，要找到适合的物质G与适当的反应条件，G应为
（填写“氧化剂”或“还原剂”）。下式中X必须为无污染的物质，系数n可以为0。NO₂+GN₂+H₂O+nX（未配平的反应式）。下列化合物中，满足上述反应式中的G是          （填写字母）。
a．NH₃        b．CO₂        c．SO₂         d．CH₃CH₂OH
（4）利用氨水可以将SO₂和NO₂吸收，原理如下图所示：

NO₂被吸收的离子方程式是                   。
（5）利用下图所示装置（电极均为惰性电极）也可吸收SO₂，并用阴极排出的溶液吸收NO₂。

①b极的电极反应式为                  。
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时有SO₃^2－生成。该反应离子方程式为              。

(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=______。

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。

(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FeCl₃酸性溶液脱除H₂S后的溶液，通过控制电压电解得以再生。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的FeCl₂溶液，研究废液再生机理。记录如下(a、b、c代表电压数值):

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Fe^3＋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。写出有关反应：
__________________________。
（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。电解pH=1的NaCl溶液做对照实验，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溶液的浓度是________mol·L^－1。
②Ⅳ中检测Cl₂的实验方法_________________________。
③与Ⅱ对比，得出的结论（写出两点）：                      。

一氧化碳是一种用途广泛的化工基础原料。
（l）在高温下CO可将SO₂还原为单质硫。已知：
2CO(g)+O₂(g)2CO₂(g) △H₁＝－566.0kJ·mol^-1；
S(s)+O₂(g)SO₂(g) △H₂＝－296.0kJ·mol^-1；
请写出CO还原SO₂的热化学方程式______        。
（2）工业上用一氧化碳制取氢气的反应为：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)，已知420℃时，该反应的化学平衡常数K=9。如果反应开始时，在2L的密闭容器中充入CO和H₂O的物质的量都是0.60mol，5min末达到平衡，则此时CO的转化率为____，H₂的平均生成速率为  mol·L^-1min^-1，其他条件不变时，升温至520℃，CO的转化率增大，该反应为____反应（填“吸热”或“放热”）；
（3）CO与H₂反应还可制备CH₃OH，CH₃OH可作为燃料使用，用CH₃OH和O₂组合形成的质子交换膜燃料电池的结构示意图

电池总反应为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O，则c电极是    （填“正极”或“负极”），c电极的反应方程式为      。若用该电池电解精炼铜（杂质含有Ag和Fe），粗铜应该接此电源的____极（填“c”或“d”），反应过程中析出精铜64g，则上述CH₃OH燃料电池，消耗的O₂在标况下的体积为      L。

甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．请回答下列与甲醇有关的问题．
（1）甲醇分子是____________分子(填“极性”或“非极性”)。
（2）工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)△H=﹣86.6KJ/mol，在T℃时，往一个体积固定为1L的密闭容器中加入1mol CO和2mol H₂，反应达到平衡时，容器内的压强是开始时的3/5．
①达到平衡时，CO的转化率为____________
②下列选项能判断该反应达到平衡状态的依据的有____________

A．2v(H2)=v(CH3OH)	B．CO的消耗速率等于CH3OH的生成速率
C．容器内的压强保持不变	D．混合气体的密度保持不变

E．混合气体的颜色保持不变    F．混合气体的平均相对分子质量不随时间而变化
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（1）+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  △H=﹣akJ·mol^﹣1
②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g)  △H=﹣bkl·mol^﹣1
③H₂O(g)=H₂O（1）  △H=﹣ckJ·mol^﹣1
则CH₃OH（1）+O₂(g)=CO(g)+2H₂O（1）  △H=____________kJ·mol^﹣1
（4）由甲醇、氧气和NaOH溶液构成的新型手机电池，可使手机连续使用一个月才充一次电．
①该电池负极的电极反应式为____________________．
②若以该电池为电源，用石墨做电极电解200mL含有如下离子的溶液．

离子	Cu^2+	H+	Cl^﹣	SO4^2^﹣
c/mol·L^﹣1	0.5	2	2	0.5

电解一段时间后，当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的质量为____________．

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__________________________。

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                。

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                。

氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。
（1）合成氨反应N₂(g) + 3H₂(g)2NH₃(g)在一定条件下能自发进行的原因是           。电化学法是合成氨的一种新方法，其原理如图1所示，阴极的电极反应式是                     。

（2）氨碳比[n(NH₃)/n(CO₂)]对合成尿素[2NH₃(g)+CO₂(g)CO(NH₂)₂(g)+H₂O(g)]有影响，恒温恒容时，将总物质的量3 mol的NH₃和CO₂以不同的氨碳比进行反应，结果如图2所示。a、b线分别表示CO₂或NH₃的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化。[n(NH₃)/ n(CO₂)]=           时，尿素产量最大；经计算，图中y=               （精确到0.01）。
（3）废水中含氮化合物的处理方法有多种。
①NaClO溶液可将废水中的NH₄⁺转化为N₂。若处理过程中产生N₂ 0.672 L（标准状况），则需要消耗0.3mol·L^-1的NaClO溶液               L。
②在微生物的作用下，NH₄⁺经过两步反应会转化为NO₃^-，两步反应的能量变化如图3所示。则1 mol NH₄⁺ (aq)全部被氧化成NO₃^- (aq)时放出的热量是               kJ。

③用H₂催化还原法可降低水中NO₃^-的浓度，得到的产物能参与大气循环，则反应后溶液的pH       （填“升高”、“降低”或“不变”）。

美国斯坦福大学研究人员最近发明一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。海水中的“水”电池总反应可表示为：5MnO₂ + 2Ag + 2NaCl＝Na₂Mn₅O₁₀ + 2AgCl
（1）写出负极电极反应式               。
（2）当生1 mol Na₂Mn₅O₁₀时，转移电子的数目是       。
用上述电池电解尿素[CO(NH₂)₂]的碱性溶液制合成氨的装置如图（隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。

（3）写出A电极的名称            。
（4）写出电解时阳极的电极反应式                   。
（5）已知电解排出液中n(OH^－)/n(CO₃^2－) =1，则起始时进入电解池中的原料配比n(KOH)/n[CO(NH₂)₂]是          。

(14 分)碳及其化合物应用广泛。
I．工业上利用CO和水在沸石分子筛表面反应制氢气，CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)
（1）向 1L恒容密闭容器中注入CO和H₂O（g），830^oC时，测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	0.200	0.160	0.125	0.099	0.080	0.080
n(H2O)/mol	0.300	0.260	0.225	0.199	0.180	0.180

则该温度下反应的平衡常数K=    
（2）相同条件下，向 1L恒容密闭容器中，同时注入1molCO、1molH₂O(g)、2molCO₂和2molH₂，此时
v（正）      v（逆）（填“＞”“＝”或“＜”）
II．已知：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)        △H₁=－141kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)               △H₂=－484kJ·mol^－1
CH₃OH（l）+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)     △H₃=－726kJ·mol^－1
（3）利用CO、H₂化合制得液态甲醇的热化学方程式为                             
Ⅲ．一种新型氢氧燃料电池工作原理如下图所示。

（4）写出电极A的电极反应式      ，放电过程中，溶液中的CO₃^2-将移向电极       （填A或B）
（5）以上述电池电解饱和食盐水，若生成0.2mol Cl₂，则至少需通入O₂的体积为     L（标准状况）