高中化学探究电解池作用简答题

目前，全世界的镍消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位。镍行业发展蕴藏着巨大的潜力。镍化合物中的三氧化二镍是一种重要的电子元件材料和二次电池材料。工业上可利用含镍合金废料（除镍外，还含有Fe、Cu、Ca、Mg、C等杂质）制取草酸镍，然后高温煅烧草酸镍来制取三氧化二镍。
已知：①草酸的钙、镁、镍盐均难溶于水，且溶解度：NiC₂O₄> NiC₂O₄·H₂O> NiC₂O₄·2H₂O
②常温下，Ksp[(Fe(OH))₃]=4.0×10^-38,lg5=0.7
根据下列工艺流程图回答问题：

（1）加6%的H₂O₂时，温度不能太高，其目的是              。若H₂O₂在一开始酸溶时便与盐酸一起加入，会造成酸溶过滤后的滤液中增加一种金属离子，用离子方程式表示这一情况                             。
（2）流程中有一步是调pH，使Fe³⁺转化为Fe(OH)₃沉淀，常温下当溶液中c (Fe³⁺)=0.5×10^-5mol/L时，溶液的pH=          。
（3）流程中加入NH₄F的目的是           。
（4）将最后所得的草酸镍晶体在空气中强热到400℃，可生成三氧化二镍和无毒气体，写出该反应的化学方程式                         。
（5）工业上还可用电解法制取三氧化二镍，用NaOH溶液调节NiCl₂溶液的pH至7.5，再加入适量Na₂SO₄进行电解，电解产生的Cl₂其80%的可将二价镍氧化为三价镍。写出Cl₂氧化Ni(OH)₂生成三氧化二镍的离子方程式                  ；将amol二价镍全部转化为三价镍时，外电路中通过电子的物质的量是                     。
（6）近年来镍氢电池发展很快，它可由NiO(OH)跟LaNi₅H₆(LaNi₅H₆中各元素化合价均可看作是零)组成：6NiO(OH)+LaNi₅H₆ LaNi₅+6Ni(OH)₂。该电池放电时，负极反应是                   。

银铜合金广泛应用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜的化工产品工艺如下：

（注：Al(OH)₃和Cu(OH)₂开始分解的温度分别为450℃和80℃）
（1）电解精炼银时，阴极反应式为                  ；滤渣A与稀HNO₃反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学方程式为                     。
（2）固体混合物B的组成为               ；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为                       。
（3）完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：
  CuO ＋    Al₂O₃     Cu AlO₂  ＋        ↑
（4）若银铜合金中铜的质量分数为63.5%，理论上5.0kg废料中的铜可完全转化为______mol CuAlO₂，至少需要1.0mol·L^－1的Al₂(SO₄)₃溶液      L。
（5）CuSO₄溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是          、        、过滤、洗涤和干燥。

含碳化合物在国民经济中占有重要地位。含碳化合物的性质、制备等一直是中学化学研究的焦点。
研究情境一：工业上采用乙苯与CO₂脱氢生产重要化工原料苯乙烯    △H＝－166kJ·mol^－1，平衡常数K
其中乙苯在CO₂气氛中的反应可分两步进行。
第一步：      ΔH₁，平衡常数K₁
第二步：H₂(g) +CO₂(g)CO(g) + H₂O(g)   ΔH₂＝－41kJ·mol^－1，平衡常数K₂
（1）上述第一步反应的ΔH₁=____________，K、K₁、K₂之间的关系是________________。
（2）某化学研究性学习小组模拟工业用乙苯与CO₂脱氢生产苯乙烯。在3L固定容积密闭容器内，乙苯与CO₂的反应在I、II、III三种不同的条件下进行实验。乙苯、CO₂的起始浓度分别为1.0mol·L^－1和3.0mol·L^－1，其中实验I在T₁°C，0.3MPa，而实验II、III分别改变了实验其他条件。乙苯的浓度随时间的变化如图所示。

①实验I 苯乙烯在0—50min的平均反应速率是____________。
②实验III改变的条件可能是_______________________________________________。
③对于实验I，下列叙述能说明乙苯与CO₂反应达到平衡的是_______。
a．平衡常数K不再增大                    b．CO₂的转化率不再增大
c．混合气体的平均相对分子质量不再改变　   d．反应物不再转化为生成物
研究情境二：2013年12月14日21时11分，嫦娥三号探测器在月球表面预选着陆区域成功着陆，标志我国已成为世界上第三个实现地外天体软着陆的国家。
（3）下图是某空间站能量转化系统的局部示意图，其中燃料电池采用KOH溶液为电解液。

如果某段时间内氢氧储罐中共收集到67.2L气体（标准状况），则该段时间内水电解系统中转移电子的物质的量是________mol。
（4）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：2CO₂＝2CO + O₂，同时生成的CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应是：
4OH^－－4e^－＝O₂↑+2H₂O，则阴极反应是__________________。

(18分)为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。
（1）汽车内燃机工作时会引起N₂和O₂的反应：N₂（g）+O₂（g）2NO（g），是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。
①在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如图所示，根据图像判断反应N₂（g）+O₂（g）2NO（g）的△H__________0(填“>”或“<”)。

②在T₃温度下，向2L密闭容器中充入10molN₂与5mo1O₂，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v (N₂)=___________________。该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1 mol，则达到平衡后N₂的转化率为____________。
（2）利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO₂，用阴极排出的溶液可吸收NO₂。

①阳极的电极反应式为_____________________。
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。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______________。
（3）一定条件下可用甲醇与CO反应生成醋酸消除CO污染。常温下，将a mol·L的醋酸与b molLBa(OH)₂溶液等体积混合，充分反应后，溶液中存在2c(Ba^2＋)=c(CH₃COO^－)，则该混合溶液中醋酸的电离常数Ka=______________________(用含a和b的代数式表示)。

如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

(1)甲烷燃料电池负极反应式是                             ；
(2)石墨(C)极的电极反应式为                               ；
(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成 的气体体积为________L ，丙装置中阴极析出铜的质量为________g ；
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)₂的实验装置(如图所示)。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________；若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用________作电极。

尿素可作为H₂O₂的稳定载体，生产一种固态、耐储存、易运输的新型氧化剂和消毒剂—过氧化尿素[CO(NH₂)₂·H₂O₂]，其合成工艺流程如下：

请回答下列问题：
（1）操作I、II的名称分别是______、_______。CO(NH₂)₂·H₂O₂分子中尿素和过氧化氢之间以________结合，其结合力较弱，具有尿素和过氧化氢双重性质。
（2）工业上生产尿素所需的原料气可由天然气与水反应制备，已知：
①甲烷、氢气的燃烧热分别为890．3KJ/mol、285．8kJ/mol
②
写出CH₄与水蒸气作用生产CO₂和H₂的热化学方程式：_______________。
（3）合成过氧化氢尿素加入的稳定剂可以是水杨酸、酒石酸等。酒石酸分子式为C₄H₆O_6，其核磁共振氢谱只有3种锋，只含羧基和羟基两种官能团，则酒石酸的结构简式为_____。
（4）为测定产品中H₂O₂的含量，称取干燥样品12．0g配成250mL溶液，取25．00mL
于锥形瓶中，加入适量硫酸酸化，用0．20mol/LKMnO₄标准溶液滴定，三次滴定平均消耗KMnO₄溶液20．00mL．（KMO₄溶液与尿素不反应）．
①完成并配平方程式：MnO₄^-+    H₂O₂+   _________=Mn²⁺+ O₂↑+___；
②计算出产品中H₂O₂的质量分数为_______。
（5）电解尿素的废水既可以处理废水，又可制得纯氢，电解原理如图所示。电解池中隔膜仅阻止气体通过，B两极均为惰性电极。B极连接电源的____极（填
“正”或“负”），阳极电极反应方程为_____________。

复方过氧化氢消毒剂具有高效、环保、无刺激无残留，其主要成分H₂O₂。
（1）H₂O₂不稳定、易分解，Fe^3＋、Cu^2＋等对其分解起催化作用，为比较Fe^3＋和Cu^2＋对H₂O₂分解的催化效果，某化学研究小组同学分别设计了甲、乙两种实验装置。

若利用甲实验，可通过观察________现象，从而定性比较得出结论。有同学提出将FeCl₃改为Fe₂(SO₄)₃更为合理，其理由是________；若利用乙实验可进行定量分析，实验时均以生成40mL气体为准，其他可能影响实验的因素均已忽略，实验中还需要测量的数据是________。
（2）在含有表面活性剂的酸性水溶液中，以碳为电极，通直流电进行电解可制取氢气和过氧化氢，过氧化氢在          （填“阴极”、“阳极”）产生。                       
以H₂O₂和硼氢化合物NaBH₄（B的化合价为+3价）作原料的燃料电池，可用作通信卫星电源。其工作原理如图所示，写出a极上的电极反应式：              ，正极材料采用MnO₂，MnO₂除了作电极材料之外还可能具有的作用为                               

（3）锗（Ge）与碳是同主族元素，最新研究表明有机锗具有明显的抗肿瘤活性，锗不与NaOH 溶液反应，但在有H₂O₂存在时可与NaOH 溶液反应生成锗酸盐，其化学方程式为                 。

（1）25℃时，0．1 mol·L^－1的HA溶液中c(H⁺)/c(OH^-)＝10¹⁰。请回答下列问题：
①HA是________(填“强电解质”或“弱电解质”)；
②在加水稀释HA溶液的过程中，随着水量的增加而减小的是________(填字母)。
A．c(H⁺)/c(HA)　   B．c(HA)/(A^-)    C．c(H^＋)与c(OH^－)的乘积 　  D．c(OH^－)
③若M溶液是由上述HA溶液V₁ mL与pH = 12的NaOH溶液V₂ mL混合充分反应而得，则下列说法中正确的是       
A．若溶液M呈中性，则溶液M中c(H⁺) + c(OH^-) = 2．0×10^-7 mol·L^-1
B．若V₁ =V₂ ，则溶液M的pH一定等于7
C．若溶液M呈酸性，V₁一定大于V₂
D．若溶液M呈碱性，V₁一定小于V₂
（2）若已知在25℃，AgCl的K_sp = 1．8×10^-10，现将足量AgCl分别放入：①100 mL 蒸馏水中；②100 mL 0．2mol·L^-1 AgNO₃溶液中；③100 mL 0．1mol·L^-1 AlCl₃溶液中；④100 mL 0．1mol·L^-1盐酸中，充分搅拌后，相同温度下c(Ag⁺)由大到小的顺序是          （用序号连接）
（3）若1mol SO₂(g)氧化为1mol SO₃(g)的ΔH ＝－99kJ·mol^－1，单质硫的燃烧热为296kJ·mol^－1，则由S(s)生成3 mol SO₃(g)的ΔH =         
（4）对于2NO₂(g)N₂O₄(g) ΔH < 0反应，在温度为T₁，T₂时，平衡体系中NO₂的体积分数随压强变化曲线如图所示。则下列说法正确的是    。

①．A、C两点的反应速率：A>C
②．A、C两点气体的颜色：A深、C浅
③．B、C两点的气体的平均分子质量：B<C
④．由状态B到状态A，可以用加热方法 
（5）下图是利用甲烷燃料电池电解50 mL 2 mol·L^-1的氯化铜溶液的装置示意图：
请回答：
① 甲烷燃料电池的负极反应式是           。
② 当线路中有0．2 mol电子通过时，阴极增重____g。

固体A可用于工业上生产硫酸，各物质间转化如下图。其中C为红棕色粉
末，D为能使品红溶液褪色的无色气体。

请回答：
（1）F的电子式为_________。
（2）若测得生成C和D的质量比为5:8，则A的化学式为______________。
（3）将D通入H溶液中发生反应的离子方程式为_____________。
（4）物质的量浓度均为0.lmol/L的G和H的混合溶液中，离子浓度由大到小的顺序
为____________。
（5）有人用电解某饱和溶液的方法同时制备G的浓溶液和浓氢氧化钠溶液，如图所
示。则：

①a端为电源的_________（填“正极”或“负极”）。
②N口收集的物质为__________（填化学式，下同。）；
Q口收集的为_________浓溶液。
③某物质的饱和溶液最好选用___________（填试剂名称）。
④阳极的电极反应式为____________。
（6）检验H中金属阳离子的方法___________。

制烧碱所用盐水需两次精制。第一次精制主要是用沉淀法除去粗盐水中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等离子，过程如下：
Ⅰ. 向粗盐水中加入过量BaCl₂溶液，过滤；
Ⅱ. 向所得滤液中加入过量Na₂CO₃溶液，过滤；
Ⅲ. 滤液用盐酸调节pH，获得一次精制盐水。
（1）过程Ⅰ除去的离子是______。
（2）过程Ⅰ、Ⅱ生成的部分沉淀及其溶解度（20℃/g）如下表：

CaSO4	Mg2(OH)2CO3	CaCO3	BaSO4	BaCO3
2.6×10^-2	2.5×10^-4	7.8×10^-4	2.4×10^-4	1.7×10^-3

     ① 检测Fe³⁺是否除尽的方法是______。
② 过程Ⅰ选用BaCl₂而不选用CaCl₂，运用表中数据解释原因______。
③ 除去Mg²⁺的离子方程式是______。
④ 检测Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺是否除尽时，只需检测Ba²⁺即可，原因是_____。
（3）第二次精制要除去微量的I^-、IO₃^-、NH₄⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，流程示意如下：

① 过程Ⅳ除去的离子是______。
② 盐水b中含有SO₄^2-。Na₂S₂O₃将IO₃^- 还原为I₂的离子方程式是______。
③ 过程VI中，在电解槽的阴极区生成NaOH，结合化学平衡原理解释：_______。

【化学与技术】
由黄铜矿（主要成分是CuFeS₂）炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转化为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式是            、           ，反射炉内生成炉渣的主要成分是             ；
（2）冰铜（Cu₂S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20%～50%。转炉中将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu₂S被氧化成Cu₂O，生成的Cu₂O与Cu₂S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式是        、          ；
（3）粗铜的电解精炼如图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板是图中电极            （填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应为     ；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为                。

由黄铜矿(主要成分是)炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成和的低价硫化物，且部分的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是、，反射炉内生成炉渣的主要成分是；
（2）冰铜（和互相熔合而成）含量为20%--50%。转炉中，将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的被氧化为，生成与反应，生成含量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是、；
（3）粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极（填图中的字母）；在电极上发生的电极反应式为；若粗铜中还含有，它们在电解槽中的存在形式和位置为。

铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
（1）要确定铁的某氯化物的化学式，可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54的样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和的阴离子交换柱，使和发生交换。交换完成后，流出溶液的用0.40的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0。计算该样品中氯的物质的量，并求出中值：（列出计算过程）；
（2）现有一含有和的混合物样品，采用上述方法测得=1:2.1，则该样品中的物质的量分数为。在实验室中，可用铁粉和盐酸反应制备，可用铁粉和反应制备；
（3）与氢碘酸反应时可生成棕色物质，该反应的离子方程式为

（4）高铁酸钾（）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。与在强碱性条件下反应可制取，其反应的离子方程式为与电池类似，-也可以组成碱性电池，在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。

铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。
(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝土矿制备金属铝，其相关反应的热化学方程式如下：
  
 
①反应的=kJ·mol^－1(用含、 的代数式表示)。
②是反应过程中的中间产物。与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃) 的化学方程式为。
(2)镁铝合金( )是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的、 单质在一定温度下熔炼获得。该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为。得到的混合物()在一定条件下可释放出氢气。   
①熔炼制备镁铝合金()时通入氩气的目的是。
②在 溶液中，混合物 能完全释放出。1 mol 完全吸氢后得到的混合物 与上述盐酸完全反应，释放出的物质的量为。
③在 和溶液中，如图混合物 均只能部分放出氢气，反应后残留固体物质的射线衍射谱图如图所示(射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。在上述溶液中，混合物 中产生氢气的主要物质是(填化学式)。

(3)铝电池性能优越，电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为。

欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr₂O₇^2-转化为Cr(OH)₃沉淀除去。三种金属离子生成沉淀的pH如右表。

	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)2	7.0	9.0
Fe(OH)3	1.9	3.2
Cr(OH)3	6.0	8.0

（1）某含铬废水处理的主要流程如下图所示：

①初沉池中加入明矾作沉降剂，其作用的原理是（用离子方程式表示）           。
②请补充并配平以下反应池中发生主要反应的离子方程式：
  Cr₂O₇^2-+  HSO₃^-+    ==   Cr³⁺+   SO₄^2-+    H₂O。
③根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此过程中发生主要反应的离子方程式是：H⁺+OH^-＝H₂O和   ____________________________          。证明Cr³⁺沉淀完全的方法是                                                   。
（2）工业可用电解法来处理含Cr₂O₇^2-废水。实验室利用如右下图模拟处理含Cr₂O₇^2-的废水，阳极反应是Fe-2e^-＝Fe²⁺，阴极反应式是2H⁺+2e^-＝H₂↑。

①Fe²⁺与酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反应的离子方程式是                             ；
②上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡角度解释其原因     。
③若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，则阳离子全部生成沉淀的物质的量是_______mol。