高中化学探究电解池作用实验题

某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y 都是惰性电极。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A 极的名称是__________(正极或负极)。
（2）甲装置中的C极的电极反应式______________________________。
（3）欲用丙装置给铜镀银，G应该是______(填“铜”或“银”)，电镀液的主要成分是__________(填化学式)。
（4）装置丁中的现象是__________________________。

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视。
⑴目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：
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从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝___________mol/(L·min)。
②该反应的平衡常数表达式为__________________。
③下列措施中能使n(CH₃OH)／n(CO₂)增大的是___________。

A．升高温度	B．充入He(g)，使体系压强增大
C．将H2O(g)从体系中分离	D．再充入1mol CO2和3mol H2

⑵在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂。某种电化学装置可实现如下转化：2 CO₂＝2 CO＋O₂，CO可用作燃料。
已知该反应的阳极反应为：4OH^――4e^―＝O₂↑＋2H₂O
则阴极反应式为：________________________________。
有人提出，可以设计反应2CO＝2C＋O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO的污染。请你判断是否可行并说出理由：__________________________________________。

请从下图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积，并检验氯气（氯气有毒，可以用NaOH溶液吸收，氯气可以和碘化钾反应生成碘单质）。

（1）A极发生的电极反应式是___________________，
B极发生的电极反应式是_______________________。
（2）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：A接______、 ______接______ ； B接______ 、 ______接______ 。
（3）证明产物中有Cl₂的实验现象是_________。
（4）已知电解后测得产生的H₂的体积为44.8 mL(已经折算成标准状况)，电解后溶液的体积为50 mL，此时溶液中NaOH的物质的量浓度为________。

下列实验装置、操作能达到实验目的的是

“向海洋进军”，已成为世界许多国家发展的战略口号，海水中通常含有较多的Ca²⁺、Mg²⁺、等杂质离子，以海盐为原料的氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下：

依据上图，完成下列填空：
（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极的电极反应式为  　　　　　　　      ；
（2）电解过程的总反应的化学方程式_________________________________________。
（3）电解槽阳极产物可用于_____________________________（至少写出两种用途）。
（4）工业食盐含Ca²⁺、Mg²⁺等杂质，精制过程中除去这2种离子所发生反应的离子方程式为：                                                                    。
（5）如果粗盐中SO₄^2-含量较高，必须添加钡试剂除去SO₄^2-，该钡试剂可以是     
a．Ba(OH)₂　　　b．Ba(NO₃)₂　　　c．BaCl₂
（6）为了有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-加入试剂的合理顺序为          
a．先加NaOH，后加Na₂CO₃，再加钡试剂　　　
b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na₂CO₃
c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na₂CO₃
（7）已知NaOH、NaCl在水中的溶解度数据如下表：

温度/℃	20	30	40	50	60	70	80	90	100
NaOH /g	109	118	129	146	177	300	313	318	337
NaCl/ g	36	36.3	36.6	37	37.3	37.8	38.4	39	39.8

 
根据上述数据，脱盐工序中利用通过 　　　  、      　 （填操作名称）除去NaCl。

(14分)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。
（1）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）化学法可采用盐酸或双氧水还原氯酸钠制备ClO₂。用H₂O₂作还原剂制备的ClO₂更适合用于 饮用水的消毒，其主要原因是___________________________________。
（3）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控制电解液H⁺不低于5mol/L，可有效防止因H⁺浓度降低而导致的ClO₂^﹣歧化反应。若两极共收集到气体22.4L(体积已折算为标准状况，忽略电解液体积的变化和ClO₂气体溶解的部分)，此时阳极室与阴极室c(H⁺)之差为______________。

工业上用铝土矿(主要成分为Al₂O₃，Fe₂O₃等)提取Al₂O₃做冶炼铝的原料，由熔盐电解法获得的粗铝中含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下图所示：
(已知：NaCl熔点为801℃；AlCl₃在181℃升华)

（1）向滤液中通入过量CO₂所发生反应的离子方程式为                       。
（2）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，则铝和氧化铁反应的化学方程式为                       。
（3）将Cl₂连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮而除去。气泡的主要成分除Cl₂外还含有______。固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在________。
（4）镀铝电解池中，金属铝为阳极，熔融盐电镀液中铝元素主要以AlCl₄^－形式存在，则阳极的电极反应式为_____________。
（5）钢材镀铝后，抗腐蚀性能会大大增强，其原因是_____________。

(14分）氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图完成下列问题：
在电解过程中，阴极上生成气体的电子式为     。
（2）精制过程中除去阳离子中的Ca²⁺、Mg²⁺等杂质，除去Mg²⁺的离子方程式为       。
（3）精制过程要除去SO₄^2-，可选择下列溶液中的      （填字母序号）
a. Ba(OH)₂           b.Ba(NO₃)₂          c.BaCl₂
（4）在实际生产中也可以用BaCO₃除去SO₄^2-（已知溶解度BaSO₄<BaCO₃)，试用平衡移动原理加以解释：     。
（5） 脱盐工作中，利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过蒸发、冷却、   、  （填操作名称）而制得50%的NaOH溶液。
（6）写出电解饱和食盐水的离子方程式：                          

雾霾含有大量的污染物SO₂、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₃和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

⑴装置Ⅰ中的主要离子方程式为                                         。3
⑵含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X(i)与溶液pH 的关系如图所示。

①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH=8时，溶液中个离子由大到小的顺序是         。
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：                                。
⑶写出装置Ⅱ中，酸性条件下的离子方程式                             。
⑷装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如下图所示。
①生成Ce⁴⁺从电解槽的        (填字母序号)口流出。②写出与阴极的反应式                      。
⑸已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的浓度为a g·L^-1，要使1 m³该溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂         L。(用含a代数式表示， 计算结果保留整数)

(16分)某研究小组拟用粗食盐(含Ca²⁺、Mg²⁺、SO等)、粗硅(含C及不与Cl₂反应的固体杂质)制取纯硅，设计如下的工艺流程：

试回答下列问题：
（1）工业上一般是利用过量焦炭在高温下还原石英砂来制取粗硅，写出该过程的化学方程式：_______________________________________________________________________。
（2）精制粗盐水所需试剂为①BaC1₂；②Na₂CO₃；③HC1；④NaOH，其滴加的先后顺序是下列的________(填下列各项的序号)。
a．①②④③    b．④②①③    c．④①③②    d．②④①③
已知，，假设该粗盐水中的浓度均为0.01 mol·L^-1，若向1 L该粗盐水中逐渐滴入一定量Na₂CO₃溶液，首先出现的沉淀是__________。
（3）已知SiCl₄的沸点是57.6℃，CC1₄的沸点是76.8℃。在反应器I中得到的SiCl₄粗品中含有CCl₄，从中得到纯净SiCl₄可采用的方法是下列各项中的________(填序号)。
a．蒸馏    b．干馏    c．分液    d．过滤
反应器Ⅱ中发生反应的化学方程式为__________________________________________。
（4）下图是用离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，电解槽中阴极产生的气体是_____。产品A的化学式为____________。

若采用无膜电解槽电解饱和食盐水可制取次氯酸钠，试写出该反应的化学方程式__              ___。

(14分)金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H₂SO₄(浓)+ FeTiO₃＝TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O
（1）步骤I中发生反应的离子方程式：                 、                  。
（2）已知：TiO^2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。
25 ℃时，难溶电解质溶解度与pH关系如图，

TiO(OH)₂溶度积K_sp＝1×10^－29
①步骤Ⅲ加入铁屑原因  是          　        。
② TiO^2＋水解的离子方程式为                 。
向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是       。
当溶液pH=       时，TiO(OH)₂已沉淀完全。
（3）TiCl₄→Ti反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于       ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）电解TiO₂制备钛的方法如图所示。该方法由于具备生产过程简化、生产成本低、产品质量高、环境友好等诸多优点而引人注目。已知TiO₂熔融状态下不发生电离，电解时阴极反应式为       。

Ⅰ、某化学研究性学习小组为探究元素性质的变化规律，设计了如下实验：
（1）甲同学欲比较N、C、Si的非金属性强弱，设计了图1所示的实验装置，其设计的依据是                                                           ；但该装置存在缺陷，请指出                                           。
（2）乙同学设计了如图2装置验证元素性质递变规律。A、B、C处分别是蘸有NaBr溶液的棉花、湿润的淀粉KI试纸、湿润的红纸。乙同学可能观察到的现象A．                   ；B．                  ；C．                    。从环保角度考虑，该装置有明显不足，请指出提出改进建议                                         。

Ⅱ、另一化学研究性学习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。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）。
步骤一：电解精制：
电解时，粗铜应与电源的      极相连。阴极上的电极反应式为                   。
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：

（1）阳极泥的综合利用：稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请写出该步反应的离子方程式：
                                                                         。
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信息：

序号	反应	平衡常数
1		1
2		1

请根据以上信息简要解释溶解阳极泥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。

则滤液中的浓度为       ，的浓度为      。

废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法回收WC和制备Co_xO_y，的工艺流程简图如下：


（1）电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，盐酸的作用是______。
（2）通人氨气的目的是调节溶液的pH，除去铁元素。由表中的数据可知，理论上可选择pH最大范围是____________。
（3）实验测得NH₄HCO₃溶液显碱性，制备CoCO₃时，选用的加料方式是_______（填代号），原因是_______。
a．将滤液与NH₄HCO₃溶液同时加入到反应容器中
b．将滤液缓慢加入到盛有NH₄HCO₃溶液的反应容器中
c．将NH₄HCO₃溶液缓慢加入到盛有滤液的反应容器中
写出生成CoCO₃的离子方程式______________________________________。
（4）实验中获得的若洗涤不充分，在焙烧时会产生污染性气体，该污染性气体的成分为_______________（填化学式）。
（5）实验室用下列装置制取，并测定其化学式。

①装置A制得的中含有少量Cl₂，则装置B中所盛放的试剂为______（填代号）。
a．NaHCO₃溶液    b．NaOH溶液    c．KMnO₄溶液    d．饱和NaCI溶液
②在CoCO₃完全转化为后，若称得E管增重4．40g，D管内残留物质的质量是8．30g，则生成物的化学式为____________。
③若缺少装置F，则导致的值______（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾（K₂CrO₄）为原料，采用电化学法制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）。制备装置如下图所示（阳离子交换膜只允许阳离子透过）：

制备原理：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
（1）通电后阳极室产生的现象为          ，其电极反应式是            。
（2）该制备过程总反应的离子方程式可表示为4CrO₄^2-+4H₂O="2" Cr₂O₇^2- + 4OH^- +2H₂↑+O₂↑，若实验开始时在右室中加入38.8g K₂CrO₄，t分钟后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3:2，则溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物质的量之比为       ；此时电路中转移电子的物质的量为          。

给你提供纯锌、纯铜片和500mL0.2mol·L^－1的H₂SO₄溶液、导线、1000mL量筒。试用下图装置来测定锌和稀硫酸反应时在某段时间内通过导线的电子的物质的量。

(1)如图所示，装置气密性良好，且1000mL量筒中已充满了水，则开始实验时，首先要______。
(2)a电极的反应式为_______。
b电极的反应式为_________。
(3)如果将a、b两电极的电极材料对调，U形管中将出现的现象是_________________