高中化学探究电解池作用实验题

净水剂液体聚合硫酸铝铁兼具铁盐和铝盐的双重絮凝特性，一般是以铁盐为主，铝盐为辅。现用的铝土矿（其主要成分是Al₂O₃，含有少量杂质Fe₂O₃和SiO₂，其他杂质忽略不计）来制备该净水剂，其工艺流程如下：

（1）H₂SO₄浓度的适宜范围是45%~50%，反应的适宜温度是100℃，其目的是：          ；Al₂O₃与H₂SO₄反应的化学反应方程式是__________。
（2）操作I为：冷却静置、       、洗涤，所得到的溶液I中的金属阳离子有_______（填化学式）。
（3）溶液I中加入绿矾（FeSO₄·7H₂O）和双氧水的目的是：                         ，涉及的反应离子方程式为                                        _              _。
（4）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，请在答题卡中完成钢材镀铝的装置示意图，并作相应标注。

(15分)本题由I，II两部分组成

（1）A的化学式是       ，甲中发生反应的化学方程式为        。
（2）乙中反应的离子方程式是         。
（3）装置丙产生气体b的电极反应式为          。
II、某溶液仅含下列离子中的几种，且所含各种离子的物质的量浓度均为0.lmol/L(忽略水的电离及离子的水解)。K^＋Ag^＋  Mg^2＋Al^3＋  NH₄^＋     Cl^－   CO₃^2－  NO₃^－    SO₄^2－   I^－
用如下各步实验分析该溶液组成：
①取5 mL溶液，滴少量稀氨水，发现溶液中有沉淀生成，且离子种类增加。
②用铂丝蘸取溶液，在火焰上灼烧，透过蓝色钻玻璃观察，火焰不显紫色。
③另取溶液加入过量盐酸，有无色气体生成，该无色气体遇空气变成红棕色。
④向步骤③实验所得的溶液中加入BaCl₂溶液，有白色沉淀生成。
请回答下列问题：
（4）由步骤②判断，溶液中一定不含有的阳离子是____；步骤③中生成无色气体的化学式是__   。
（5）最终确定溶液中所含阴离子有__   。
（6）另取100 mL原溶液，加入足量的NaOH溶液，充分反应后过滤，洗涤，灼烧沉淀至恒重，得到的固体化学式为____   。

（14分 每空2分）化工原料红矾钠(重铬酸钠:Na₂Cr₂O₇·2H₂O)主要是以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr₂O₃,还含有Al₂O₃、SiO₂等杂质)为主要原料生产,其主要工艺流程如下:

步骤①中主要反应的化学方程式如下:
4FeO·Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
（1） ①中反应是在回转窑中进行的,反应时需不断搅拌,其作用是　         。
（2） 杂质Al₂O₃在①中转化的化学反应方程式为　　　            　。
（3） 用化学平衡移动原理说明③中煮沸的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式结合文字说明),若调节pH过低产生的影响是　　　　　　　　。
（4） ⑤中酸化是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-写出该反应的离子方程式:　          。

（5） 工业上还可用电解法制备重铬酸钠,其装置示意图如上。
阴极的电极反应式为　                                ;
阳极的电极反应式为　                                。

(I)一种新型的熔融盐燃料电池具有高发电效率而备受重视。现用Li₂CO₃和Na₂CO₃的熔融盐混合物做电解质，一极通入CO气体，另一极通入空气与CO₂的混合气体，制得燃料电池。该电池工作时的正极反应式为：                       ；
(II)某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题:

（1）若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应为                      。 向B极附近滴加铁氰化钾溶液现象是                      发生反应的离子方程式                          
（2）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应为                     ，总反应的离子方程式为                      。习惯上把该工业生产称为            
（3）有关上述实验，下列说法正确的是       。

A．溶液中Na^＋向A极移动

B．从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

C．反应很短一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度

D．若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子

（4）该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应为               。 此时通过阴离子交换膜的离子数          (填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或 “D”)____________导出。
③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因___________________

某同学设计了以下操作流程来除去混在氯化钠固体中的少量硫酸钠和氯化钙。

（1）试剂A是          ，试剂A需要过量的原因是                    。
（2）操作a得到的滤渣的成分是                      ，在实验室中进行操作a需要的仪器是：铁架台（带铁圈）、滤纸、烧杯、            、            。
（3）加入试剂C调节滤液pH的离子反应方程式是                。
（4）该同学想利用上述得到的氯化钠设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并检验氯气的氧化性和测定所产生的氢气的体积，部分装置如下图：                       

①碳棒接直流电源的_____极； 铁棒上发生的电极反应为    。
②说明氯气具有氧化性的实验现象是                  。
③将上图中的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺（填编号）是B接 ，   接  。在答题卡的方框中画出与A接口连接的仪器的装置图。

目前，回收溴单质的方法主要有水蒸气蒸馏法和萃取法等。某兴趣小组通过查阅相关资料拟采用如下方案从富马酸废液（含溴0.27%）中回收易挥发的Br₂：

（1）操作X所需要的主要玻璃仪器为      ；反萃取时加入20%的NaOH溶液，其离子方程式为      。
（2）反萃取所得水相酸化时，需缓慢加入浓硫酸，并采用冰水浴冷却的原因是      。
（3）溴的传统生产流程为先采用氯气氧化，再用空气水蒸气将Br₂吹出。与传统工艺相比，萃取法的优点是      。
（4）我国废水三级排放标准规定：废水中苯酚的含量不得超过1.00mg/L。实验室可用一定浓度的溴水测定某废水中苯酚的含量，其原理如下：

①请完成相应的实验步骤：
步骤1：准确量取25.00mL待测废水于250mL锥形瓶中。
步骤2：将4.5 mL 0.02mol/L溴水迅速加入到锥形瓶中，塞紧瓶塞，振荡。
步骤3：打开瓶塞，向锥形瓶中加入过量的0.1mol/L KI溶液，振荡。
步骤4：      ，再用0.01 mol/L Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗 Na₂S₂O₃溶液15 mL。（反应原理：I₂ + 2Na₂S₂O₃ =" 2NaI" + Na₂S₄O₆）
步骤5：将实验步骤1~4重复2次。
②该废水中苯酚的含量为      mg/L。
③步骤3若持续时间较长，则测得的废水中苯酚的含量      （填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。

(15分)过二硫酸钾(K₂S₂O₈)是一种无色结晶，易溶于水，不溶于乙醇，有强氧化性，易分解。实验室制备过二硫酸钾可通过低温电解KHSO₄溶液得到。
实验步骤如下：
步骤1．称取KHSO₄溶解蒸馏水，倒入大试管，试管浸在冰水浴中(装置见图9)，并冷却到5℃以下。
步骤2. 电解2h，每隔约半小时补一次冰
步骤3．过滤
步骤4.                       
步骤5．干燥、称重
（1）电解时溶液温度控制在5℃以下的原因是                。
（2）电解时阳极反应式为                    。电解过程中， 阳极产生微量且能使湿润的KI-淀粉变蓝的单质气体，该气体可能是          (填化学式)。
（3）步骤4操作是                                        。
（4）取得到的样品0.2500g溶于30mL水，加4gKI，塞住瓶塞，振荡，静止15min，加入1mL冰醋酸，再用cmol·L^{- 1}Na₂S₂O₃溶液滴定。
(S₂O₈^2- +3I^- =2SO₄^2- +I₃^-；I₃^-I₂+I^-；2S₂O₃^2-+I₂=2I^- + S₄O₆^2-)
①溶解时，加入KI后需塞住瓶塞，其目的是                  。
②本实验所用的指示剂为                   。
③若本次滴定消耗Na₂SO₃溶液VmL，由本次结果计算，样品中K₂S₂O₈的纯度为           (用含c、V的代数式表示)。
（5）分析化学上检验Mn²⁺在Ag⁺催化下K₂S₂O₈溶液将Mn²⁺氧化为紫色的MnO₄^-，该反应的离子方程式为                                              。

某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题:

（1）若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应为                     。
（2）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应为                     ，总反应的离子方程式为                     。
（3）有关上述实验，下列说法正确的是       。

A．溶液中Na^＋向A极移动

B．从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

C．反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度

D．若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子

（4）该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应为               。 此时通过阴离子交换膜的离子数      (填“大于”“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或 “D”)________导出。
③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因__________________________

8分）电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：

(1)若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
a.电解池中X极上的电极反应式为 ① 。在X极附近观察到的现象是 ② 。
b.Y电极上的电极反应式为 ③ ，检验该电极反应产物的方法是  ④。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，则
a .X电极的材料是  ⑤ ，电极反应式是  ⑥ 。
b.Y电极的材料是 ⑦  ，电极反应式是 ⑧  。
（说明：杂质发生的电极反应不必写出）

21．某中药主要含二硫化亚铁（FeS₂），某学习小组欲用下图所示装置进行实验，测定其铁、硫元素的质量分数。
（1）装置中，A为高温灼烧装置，B为气体吸收装置，C为检测尾气中是否含有SO₂的传感器。取m g该中药样品于装置A中，经充分反应，使硫元素全部转化为SO₂和SO₃，在B中得到白色沉淀，传感器（装置C）未检测到SO₂。

① 装置B中的H₂O₂反应时表现出了     性。
② 欲计算硫元素的质量分数，需测量的数据是     。
③ 传感器的工作原理如下图所示。

传感器中阴极的电极反应式是     。
（2）为测定铁元素的质量分数，继续实验。
a．将A装置中的剩余固体用足量盐酸酸浸，有少量H₂产生。充分反应后过滤，得到黄色滤液；
b．向滤液中滴加TiCl₃溶液，至恰好完全反应，TiCl₃被氧化为TiO²⁺；
c．用滴定法测定Fe²⁺的量，消耗v mL n mol/LK₂Cr₂O₇溶液。
① a中滤液含有的金属阳离子是     。
② b中反应的离子方程式是     。
③ c中K₂Cr₂O₇被还原为Cr³⁺，样品中铁元素质量分数的数学表示式是     。

如图所示的实验装置，丙为用淀粉碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，m、n为夹在滤纸两端的铂夹。丁为直流电源，x、y为电源的两极。G为电流计，电极均为石墨电极。闭合K₂、断开K₁，一段时间后，A、B两极产生的气体体积之比为2:1，回答下列问题：

（1）M溶液可能是                （填序号）。
A．KNO₃溶液 B. Ba(OH)₂溶液 C．H₂SO₄溶液 D. NaCl溶液 E．CuSO₄溶液
（2）C极的电极反应式为                     。
（3）滤纸丙的m端发生的现象为                       。
（4）闭合K₂、断开K₁一段时间后，断开K₂、闭合K₁,若M溶液为KOH溶液，则A极电极反应式为            。乙池电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

某课外活动小组设计了如下图所示的装置，调节滑动变阻器，控制电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验(此时，止水夹a处于打开状态，止水夹b处于关闭状态)。实验过程中看到了令人很高兴的现象(阳离子交换膜只允许阳离子和水通过)。

请帮助他们分析并回答下列问题：
（1）写出B装置中的电极反应：
阴极：__________________________________；
阳极：__________________________________。
（2）先后观察到A装置中的现象是：
①烧杯A中导管产生气泡数秒后溶液变红，                      ；
②烧瓶中液面 ______________________________，烧杯A中导管又有气泡冒出。
（3）当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b。再观察C装置（此溶液经过煮沸，且上层有油膜），若无现象，请说明理由；若有现象，请写出有关反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)：_______________________；片刻后再向烧杯C 中吹大量空气，则C中的现象是                          。

A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：

阳离子	Na^＋、K^＋、Cu^2^＋
阴离子	SO4^2^－、OH^－

下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放250 mL足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。
接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图如下。据此回答下列问题：

（1）M为电源的________极(填写“正”或“负”)。
（2）计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积为_________________。
（3）B溶液中的溶质为             。电解后，乙烧杯中溶液的pH＝__________。 若在B溶液中事先滴加紫色石蕊试液，       极（填写“c”或“d”）先变红。

氯气在工农业生产中应用非常广泛。请回答以下问题：
（1）下面是三位同学分别设计的实验室制取和收集氯气的装置，其中最好的是  （填序号）：

（2）某课外小组同学用如图所示装置通过电解食盐水并探究氯气相关性质，请回答：

①现有电极:C和Fe供选择，请在虚框中补画导线、电源（），串联变阻器以调节电流，同时标出电极材料；电解的离子反应方程式为                                       。
②通电一段时间后，玻璃管A、B、C三处是浸有不同溶液的棉花，其中A、B两处的颜色变化分别为      、      ；C处发生的离子反应方程式为                 。
③为防止氯气逸出造成污染，应采取的措施是                                   。
（3）当在阴极收集到气体448mL（标准状况）后停止实验，将U形管溶液倒于量筒中测得体积为400mL，则摇匀后理论上计算得溶液pH=      。

某课外活动小组同学用右图装置进行实验，试回答下列问题。

（1）若开始时开关K与a连接，则A极的电极反应式
为                           。
（2）若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为                。
有关上述实验，下列说法正确的是（填序号）           。
①溶液中Na⁺向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后（设NaCl足量）加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则有0.2 mol电子转移
（3）该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如右图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应式为       。此时通过阴离子交换膜的离子数
     （填“大于”或“小于”或“等于”）通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口（填写“A”、 “D”）       导出。
③若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为                      。