高中化学探究电解池作用实验题

某化学研究性小组采用如下装置（夹持和加热仪器已略去）电解饱和食盐水一段时间，并通过实验测定产物的量来判断饱和食盐水的电解率。
饱和食盐水的电解率=（电解的氯化钠质量/总的氯化钠质量）×100%

甲方案：利用甲、乙装置测定饱和食盐水的电解率。
（1）若饱和食盐水中滴有酚酞，则电解过程中甲装置中的实验现象：                     。
（2）若洗气瓶a中盛放的为足量的氢氧化钠溶液，通过测定洗气瓶a在电解前后的质量变化来计算饱和食盐水的电解率，则正确的连接顺序为     连________（填A、B、C、D、E等导管口），则洗气瓶a中发生反应的离子方程式为                                    。
乙方案：利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率。
（3）对于乙方案，有同学提出有两种方法都可测得饱和食盐水的电解率。
Ⅰ.通过测定硬质玻璃管中氧化铜固体前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
Ⅱ.通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
①一同学认为可以在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，则该干燥装置应与         口连接。
a.A         b.B         c.D         d.E
②另一同学认为乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，你是否同意？请说明理由          。
丙方案：只利用甲装置测定饱和食盐水的电解率。
（4）若电解150mL饱和食盐水一段时间，测得溶液的为pH为14，求饱和食盐水的电解率       
（假设电解前后溶液体积不变，饱和食盐水密度约为1.33 g/mL，溶解度为36.0g）。
若往该电解后所得溶液中通入二氧化碳气体2.24L（标准状况），则所得溶液中各离子浓度大小关系为：                         。

(本题16分)钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物(含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣)中提取钒的一种新工艺主要流程如图：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

部分含钒化合物在水中的溶解性如上表：
请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有___________。
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是(写化学式)            。
（3）反应④的离子方程式为            。
（4）25℃、101 kPa时，ⅰ、4Al(s)＋3O₂(g)2Al₂O₃(s)   ΔH₁＝-a kJ/mol
ⅱ、4V(s)＋5O₂(g)2V₂O₅(s)  ΔH₂＝-b kJ/mol
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是           。
（5）钒液流电池(如图所示)具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为          ，电池充电时阳极的电极反应式是                        。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2V＋H₂C₂O₄＋2H⁺2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25．00 mL 0．1000 mol/LH₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24．0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为            g/L。

辉铜矿（主要成分为Cu₂S）经火法冶炼，可制得Cu和H₂SO₄，流程如下图所示：

（1）Cu₂S中Cu元素的化合价是     价。
（2）Ⅱ中，电解法精炼粗铜（含少量Ag、Fe），CuSO₄溶液做电解质溶液：
①粗铜应与直流电源的     极（填“正”或“负”）相连。
②铜在阴极析出，而铁以离子形式留在电解质溶液里的原因是      。
（3）Ⅲ中，烟气（主要含SO₂、CO₂）在较高温度经下图所示方法脱除SO₂，并制得H₂SO₄。

①在阴极放电的物质是         。
②在阳极生成SO₃的电极反应式是          。
（4）检测烟气中SO₂脱除率的步骤如下：
i．将一定量的净化气（不含SO₃）通入足量NaOH溶液后，再加入足量溴水。
ii．加入浓盐酸，加热溶液至无色无气泡，再加入足量BaCl₂溶液。
iii．过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量。
①用离子方程式表示i中溴水的主要作用        。
②若沉淀的质量越大，说明SO₂的脱除率越        （填“高”或“低”）。

为探究FeCl₂溶液电解时阴阳极的产物，某兴趣小组用如下装置进行实验：

（查阅资料：电解能否发生、电极反应及其速率，与电压大小、离子浓度等因素有关。）
Ⅰ电极a表面始终未出现气泡，但产生了银灰色有金属光泽的固体。该电极的电极反应式为：___________________。
Ⅱ电极b开始一段时间内，表面无气泡产生，周围液体出现红褐色，逐渐浑浊。吸取该电极周围少许液体于两支试管中，一支试管中滴入淀粉-KI溶液，液体颜色不变；另一支试管中先加盐酸酸化，再滴入KSCN溶液，溶液变为红色。
结论：电解过程中产生了Fe³⁺，同时水解产生了红褐色物质。
（1）加盐酸酸化时发生的反应是______________________（用离子方程式表示）。
（2）对电解过程中Fe³⁺产生的原因进行猜想：
猜想①：Cl^－在阳极放电，生成的Cl₂将Fe²⁺氧化成Fe³⁺；
猜想②：________________________________________；
猜想③：……。
（3）设计实验验证猜想①
供选择的试剂：1mol/L FeSO₄溶液、1mol/L盐酸、2mol/L盐酸、1mol/L NaCl溶液、2mol/L NaCl溶液、淀粉-KI溶液、KSCN溶液、蒸馏水

操作	现象和结论
①取一定量_______溶液，调节溶液pH为4．91；再以相同装置进行电解。 ②电解相同时间后，若电极b表面无气泡，_________________________ ________________________。	_____________________________________________ ______________________________________________。

 

用钛铁矿（主要含FeTiO3及Fe2O3、SiO2等不溶性杂质）提取高品位TiO2的一种流程如下图所示。

回答下列问题：
（1）有关钛的说法正确的是_________（填字母序号）。

A．TiOSO4中钛元素的化合价为+4价

B．TiO2中既含有离子键，又含有共价键

C．钛元素位于元素周期表中IVA族

D．在稀有气体氩氛围和800℃条件下，用金属镁与四氯化钛反应可制取金属钛。

反应的化学方程式为
（2）为了从浸取液中获取纯净的FeSO₄·7H₂O，II中应采取的操作是_________、_________、过滤、洗涤、干燥。如何检验提取FeSO₄·7H₂O的溶液中存在Fe²⁺_________。
（3）III中生成H₂TiO₃的离子方程式是__________________。
（4）将TiO₂与焦炭混合，通入氯气在1173K下反应，然后将生成的TiCl₄与CO分离可制取TiCl₄。   此反应中，氧化剂与还原剂物质的量之比是___________。TiCl₄极易水解，利用此性质又可制备纳米级二氧化钛TiO₂·XH₂O，该反应的化学方程式是__________________。
（5）将TiO₂熔于NaF 制成熔融盐，以石墨为阴极、覆盖了氧渗透膜的多孔金属陶瓷涂层为阳极，用如图所示电解装置制取金属钛。阳极电极反应式是__________________

【改编】污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO₂，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO₂，又制得电池材料MnO₂(反应条件已省略)。

请回答下列问题：
（1）上述流程中多次涉及到过滤操作，下图表示的过滤操作中的一处错误是_______；过滤后的沉淀需要洗涤，则实验室进行沉淀洗涤的操作是                 。

（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al^3＋和Fe^3＋，检验滤液中不存在Fe^3＋的实验操作是_____________。
（3）已知K_sp(CuS)＝8.4×10^－45，K_sp(NiS)＝1.4×10^－24；在除铜镍的过程中，当Ni^2＋恰好完全沉淀 (此时溶液中c(Ni^2＋)＝1.0×10^－5mol/L)，溶液中Cu^2＋的浓度是      mol/L。
（4）工业上采用电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，其中隋性电极作阳极，铁作阴极，请写出阴极的电极反应式                                   。
（5）下列各组试剂中，不能准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量的是__________。(填编号)
a.NaOH溶液、酚酞试液            b.稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c.碘水、淀粉溶液                 d.氨水、酚酞试液
（6）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过             (填操作名称)。高锰酸钾与硫酸锰反应制备MnO₂的离子方程式为_____________。

(15分)高锰酸钾[KMnO₄]是常用的氧化剂。工业上以软锰矿(主要成分是MnO₂)为原料制备高锰酸钾晶体。中间产物为锰酸钾[K₂MnO₄]。下图是实验室模拟制备的操作流程：

相关资料：
①物质溶解度

物质	KMnO4	K2CO3	KHCO3网]	K2SO4	CH3COOK
20℃溶解度	6.4	111	33.7	11.1	217

②锰酸钾[K₂MnO₄]
外观性状：墨绿色结晶。其水溶液呈深绿色，这是锰酸根(MnO₄^2—)的特征颜色。
化学性质：在强碱性溶液中稳定，在酸性、中性和弱碱性环境下，MnO₄^2—会发生歧化反应。
试回答下列问题：
（1）煅烧软锰矿和KOH固体时，不采用石英坩埚而选用铁坩埚的理由是______________；
实验中用铁坩埚煅烧暴露在空气中的固体混合物发生反应的化学方程式为_______。
（2）实验时，若CO₂过量会生成KHCO₃，导致得到的KMnO₄产品的纯度降低。请写出实验中通入适量CO₂时体系中可能发生反应离子方程式 ：                           ；
其中氧化还原反应中氧化剂和还原剂的质量比为_________________________。
（3）由于CO₂的通人量很难控制，因此对上述实验方案进行了改进，即把实验中通CO₂改为加其他的酸。从理论上分析，选用下列酸中________ ，得到的产品纯度更高。
A．醋酸             B．浓盐酸             C．稀硫酸
（4）工业上一般采用惰性电极电解锰酸钾溶液制取高锰酸钾，试写出该电解反应的化学方程为_________；
传统工艺采用无膜电解法由于副反应发生，Mn元素利用率和电流效率都会偏低。有同学联想到离子交换膜法电解饱和食盐水提出改进方法：可用阳离子交换膜分隔两极区进行电解(如图)。

图中A口加入的溶液最好为__________。
使用阳离子交换膜可以提高Mn元素利用率的原因为_______________。

某化学兴趣小组进行有关电解食盐水的探究实验，电解装置如右图所示。

实验一：电解饱和食盐水。
（1）简述配制饱和食盐水的操作：
（2）电解饱和食盐水的离子方程式为
实验二：电解不饱和食盐水及产物分析。
相同条件下，电解1 mol·L^一1NaCl溶液并收集两极产生的气体。在X处收集到V₁mL气体，同时，在Y处收集到V₂mL气体，停止电解。结果发现V₂＜V₁，且与电解饱和食盐水相比，Y处收集到的气体颜色明显较浅。经讨论分析，导致上述现象的原因有：
i．有部分C1₂溶解于NaCl溶液中；ii．有0₂生成。
（3）设计实验证明有部分C1₂溶解于NaCl溶液中。实验方案为      。
（4）证明有O₂生成并测定O₂的体积。
按如图所示装置进行实验。通过注射器缓缓地将在Y处收集到的V₂mL气体全部推入装置A(盛有足量试剂）中，最终，量气管中收集到V₃mL气体（设均在相同条件下测得）。

①装置A的作用是    。
②本实验中，观察到   的现象，说明石墨电极上有0₂生成。
③实验中是否需要预先除净装置中的空气？   （填“是”或“否”）。
（5）实验二中，在石墨电极上生成Cl₂的总体积为    mL（用代数式表示）。
实验反思：
（6）由以上实验推知，欲通过电解食盐水持续地获得较纯净的氯气，电解时应控制的条件：
①     ；②      。要进一步证明该推论，还需进行电解不同浓度食盐水的平行实验。

(14分)世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO2的流程如下：

已知：①NCl₃是黄色黏稠状液体或斜方形晶体，极易爆炸，有类似氯气的刺激性气味，自然爆炸点为95℃，在热水中易分解，在空气中易挥发，不稳定。②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
回答下列问题：
（1）电解时，发生反应的化学方程式为_____________________________________。实验室制备气体B的化学方程式为____________________________。为保证实验的安全，在电解时需注意的问题是：①控制好生成NCl₃的浓度；②_______________________。
（2）NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1∶6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为_________________________________________ 。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10 mL，稀释成100 mL试样；
步骤2：量取V1 mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30 min
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。（已知I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－）
①上述步骤3中滴定终点的现象是_______________________________；
②根据上述步骤可计算出原ClO₂溶液的浓度为___________g/L（用含字母的代数式表示）。

某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数数值，其实验方案的要点为：①用直流电源电解CuCl₂溶液，所用仪器如下图所示。②在电流强度为IA，通电时间为t min后，精确测得电极上析出铜的质量为m g。

试回答：（1）连接这些仪器的正确顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示)：
E接      ，C接        ，        接F。
（2）写出B电极上发生的电极反应式：                           ；
G试管中淀粉KI溶液变化的现象为                     ，
相应的离子方程式是                          。
（3）为精确测定电极上析出的铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是         (选填下列操作步骤的编号)。
①称量电解前电极质量            ②刮下电解后电极上的铜并清洗
③用蒸馏水清洗电解后的电极      ④低温烘干电极后称量
⑤低温烘干刮下的铜后称量        ⑥再次低温烘干后称量至恒重
（4）已知电子的电量为1.6×10^-19C。试列出阿伏加德罗常数的计算式：N_A=         。

工业上由黄铜矿（主要成分CuFeS₂）冶炼铜的主要流程如下：

（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的        吸收。
A．浓H₂SO₄        B．稀HNO₃         C．NaOH溶液         D．氨水
（2）用稀H₂SO₄浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在       (填离子符号)，检验溶液中还存在Fe²⁺的方法是               (注明试剂．现象)。
（3）由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为                                    。
（4）以CuSO₄溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al．Zn．Ag．Pt．Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是
A．电能全部转化为化学能       
B．粗铜接电源正极，发生氧化反应
C．溶液中Cu²⁺向阳极移动       
D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
（5）利用反应可制备CuSO₄，若将该反应2Cu²⁺ + O₂ + 2H₂SO₄ = 2CuSO₄ + 2H₂O设计为原电池，其正极电极反应式为                                  。

某NiO的废料中有FeO、CuO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质，用此废料提取NiSO₄和Ni的流程如下：

已知：有关金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下图：

（1）滤渣1的主要成分为         。
（2）电解脱铜：金属铜在         极析出。
（3）①用离子方程式解释加入H₂O₂的作用         。
②加Na₂CO₃调节溶液的pH至5，则滤渣2的主要成分为         。
（4）从滤液2中获得NiSO₄^.6H₂O的实验操作是         、过滤、洗涤、干燥。
（5）电解浓缩后的滤液2可获得金属镍，其基本反应原理示意图如下：

①A极的电极反应式为         和2H⁺+2e^-=H₂↑。
②B极附近pH会         （填“增大”、“减小”或“不变”）；用平衡移动原理解释B极附近pH变化的原因：         。
③若一段时间后，在A、B两极均收集到11.2L气体（标准状况下），理论上能得到Ni         g。

(13分)世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO₂的流程如下：

已知：①NCl₃是黄色黏稠状液体或斜方形晶体，极易爆炸，有类似氯气的刺激性气味，自然爆炸点为95℃，在热水中易分解，在空气中易挥发，不稳定。②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
回答下列问题：
（1）电解时，发生反应的化学方程式为                     。
实验室制备气体B的化学方程式为               。
为保证实验的安全，在电解时需注意的问题是：①控制好生成NCl₃的浓度；②                 。
（2）NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1∶6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为                                 。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10 mL，稀释成100 mL试样；
步骤2：量取V₁ mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30 min。
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。（已知I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－）
①上述步骤3中滴定终点的现象是                             ；
②根据上述步骤可计算出原ClO₂溶液的浓度为   g /L（用含字母的代数式表示）。

二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。制备ClO₂的方法有多种。
（1）纤维素还原法制ClO₂。其原理是：纤维素水解得到的最终产物A与NaClO₃反应生成ClO₂。完成反应的化学方程式：其流程如下：□（A）+□NaClO₃+□H₂SO₄=□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□______
（2）电解食盐水制取ClO₂ ，其流程如下：

①粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质。除杂操作时，往粗盐水中加入试剂的顺序依次为__________（填化学式），充分反应后将沉淀一并滤去，再加入盐酸。
②食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO₃）与盐酸在发生器中反应生成ClO₂ ，写出发生器中生成ClO₂的化学方程式____________________。
③上述流程中，可循环利用的物质有__________；按照绿色化学原则，电解槽阴极产生的气体与方框中物质的物质的量之比为________时，原子的利用率为100%。
（3）实验室以NH₄Cl、盐酸、NaClO₂（亚氯酸钠）为原料制备ClO₂的流程下如下：

已知：(I)A气体在标准状况下的密度为0．089g/L；
(Ⅱ)气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
①电解时，发生反应的化学方程式为         。
②NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1∶6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为           。

用含少量铁的氧化物的氧化铜制取氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）。有如下操作：

已知：在pH为4～5时，Fe³⁺几乎完全水解而沉淀，而此时Cu²⁺却几乎不水解。
（1）溶液A中的金属离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺。能检验溶液A中Fe²⁺的试剂为    （填编号，下同）
①KMnO₄  ②(NH₄)₂S  ③NaOH  ④KSCN
（2）氧化剂可选用        。
①Cl₂   ②KMnO₄    ③HNO₃   ④H₂O₂
（3）要得到较纯的产品，试剂可选用        。
①NaOH     ②FeO     ③CuO     ④Cu（OH）₂   ⑤Cu₂（OH）₂CO₃
（4）欲测定溶液A中的Fe²⁺的浓度，实验前，首先要配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、药匙、胶头滴管外，还需           ，下列滴定方式中（夹持部分略去），最合理的是         （填序号）
 
写出滴定反应的离子方程式___                                   __。
（5）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）中的值，某兴趣小组设计了两种实验方案：（已知CuCl₂的摩尔质量为135g/mol；H₂O的摩尔质量为18g/mol）。
方案一：称取m g晶体灼烧至质量不再减轻为止，冷却、称量所得无水CuCl₂的质量为n₁ g。
方案二：称取m g晶体溶于水，加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再轻为止，冷却，称量所得固体的质量为n₂ g。
试评价上述两种实验方案：其中正确的方案是    ，据此计算得x＝                      （用含m、n₁或n₂的代数式表示）。
（6）某同学想利用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（约8mL）。

试从上图中选用几种必要的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺序（填编号）是：
A接       ，      接        ；B接       ，      接      ；
（7）若装入的饱和食盐水为75mL（氯化钠足量，电解前后溶液体积变化可忽略，假设两极产生的气体全部逸出），当测得氢气为8.4mL（标准状况）时停止通电。将U形管内的溶液倒入烧杯，其pH约为        。