高中化学探究电解池作用简答题

液氨是一种良好的储氢物质。
已知：① 2NH₃(g)  N₂ (g) + 3H₂(g)    ΔH =+92.4 kJ·mol^－1
② 液氨中2NH₃(l)  NH₂^－ + NH₄^＋
（1）氨气自发分解的反应条件是        （填“低温”或“高温”）。
（2）图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。反应的活化能最大 的是          (填催化剂的化学式)。

（3）其他条件相同，反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后，氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。
①a点所代表的状态________（填“是”或“不是”）平衡状态。
②c点氨气的转化率高于b点，原因是                                           。
③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。
④假设Ru催化下，温度为750℃时，氨气的初始浓度为c₀，平衡转化率为40%，则该温度下此反应的 平衡常数K =                  。
（4）用Pt电极对液氨进行电解也可产生H₂和N₂。阴极的电极反应式是                    。

(15分)四川省钙芒硝矿(主要成分CaSO₄•Na₂SO₄)资源丰富。钙芒硝矿可生产具有广泛用途的芒硝(Na₂SO₄•10H₂O)和元明粉(Na₂SO₄)，其简要生产流程如下图所示。

请回答下列问题：
（1）浸取Na₂SO₄时，加入少量Na₂CO₃可使钙芒硝矿中的部分CaSO₄转化为CaCO₃，破坏钙芒硝矿结构，从而促进Na₂SO₄的浸取。CaSO₄能转化为CaCO₃的原因是_________________________。
（2）向Na₂SO₄的浸取液中加入适量烧碱和纯碱，Ca²⁺和Mg²⁺分别生成①________、②_________（填化学式）被过滤除去。
（3）根据下图溶解度曲线，可采用冷却结晶法从含少量NaCl的Na₂SO₄饱和溶液中制得芒硝的原因是___________________________________________________________________________。

（4）已知：25℃、101kPa时，
2C(s) + O₂(g) ="=" 2CO(g)    ΔH₁ = —222kJ/mol
4Na₂SO₃(s) ="=" 3Na₂SO₄(s) + Na₂S(s)    ΔH₂ = —122kJ/mol
2Na₂SO₃(s) + O₂(g) ="=" 2Na₂SO₄(s)    ΔH ₃= —572kJ/mol
元明粉经碳还原制备Na₂S的热化学方程式是__________________________________________________。
（5）如图，用惰性电极电解Na₂SO₄溶液，阳极区制得H₂SO₄溶液，阴极区制得NaOH溶液。其电解总反应的化学方程式是：______________________________。

（6）芒硝加热至70℃时，得到Na₂SO₄的饱和溶液(结晶水作溶剂，忽略加热过程中水的蒸发)和无水Na₂SO₄。若3220kg芒硝加热至70℃时，可析出元明粉(Na₂SO₄)的质量是________kg。

能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）氧化还原法消除氮氧化物的转化如下：

①反应I为：NO+O₃=NO₂+O₂，生成11.2 L O₂(标准状况)时，转移电子的物质的量是      mol。
②反应II中，当n(NO₂)∶n[CO(NH₂)₂]=3∶2时，反应的化学方程式是                  。
（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现氮氧化物的循环转化，主要反应为：
NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)      △H=－41.8 kJ·mol^－1
已知：2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)      △H=－196.6 kJ·mol^－1。
写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程 式                                      。
（3）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：
2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；该反应 平衡常数表达式为K=           。
（4）合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：
CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)   △H＜0。
在容积均为V L的I、II、III三个相同密闭容器中分别充入a mol CO和2a mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数υ(CO)%如图所示，

此时I、II、III三个容器中一定达到化学平衡状态的是          ；若三个容器内的反应再经过一段时间后都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是       。
（5）据报道以二氧化碳为原料，采用特殊的电极电解强酸性的二氧化碳水溶液可得到多种燃料，其原理如下图所示。电解时，b极上生成乙烯的电极反应式为___________________.

某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂（LiCoO₂）的正极粉均匀涂覆在铝箔上制成的，可以再生利用。某校研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴。

（1）25℃时，用图1所示装置进行电解，有一定量的钴以Co²⁺的形式从正极粉中浸出，且两极均有气泡产生，一段时间后正极粉与铝箔剥离。
①阴极的电极反应式为：LiCoO₂ + 4H⁺ + e^- ="==" Li⁺ + Co²⁺ + 2H₂O 、         。
阳极的电极反应式为         。
②该研究小组发现硫酸浓度对钴的浸出率有较大影响，一定条件下，测得其变化曲线如图2所示。当c(H₂SO₄) > 0.4 mol·L^-1时，钴的浸出率下降，其原因可能为         。
（2）电解完成后得到含Co²⁺的浸出液，且有少量正极粉沉积在电解槽底部。用以下步骤继续回收钴。

①写出“酸浸”过程中正极粉发生反应的化学方程式         。该步骤一般在80℃以下进行，温度不能太高的原因是         。
②已知(NH₄)₂C₂O₄溶液呈弱酸性，下列关系中正确的是         （填字母序号）。
a.c (NH₄⁺)> c(C₂O₄^2-)>c (H⁺)>c (OH^-)
b.c (H⁺) +c (NH₄⁺) ="c" (OH^-) + c(HC₂O₄^-)+c(C₂O₄^2-)
c.c (NH₄⁺)+ c (NH₃•H₂O) = 2[c(C₂O₄^2-) + c(HC₂O₄^-) + c(H₂C₂O₄)]
（3）已知所用锂离子电池的正极材料为x g，其中LiCoO₂（M =" 98" g·mol^-1）的质量分数为a%，则回收后得到CoC₂O₄•2H₂O （M =" 183" g·mol^-1）的质量不高于         g。

铬是用途广泛的金属元素，但在生产过程中易产生有害的含铬工业废水。
（1）还原沉淀法是处理含Cr₂O₇^2—和CrO₄^2—工业废水的一种常用方法，其工艺流程为：

其中第I步存在平衡：2CrO₄^2—(黄色)+2H⁺Cr₂O₇^2— (橙色)+H₂O
①若平衡体系的pH=2，该溶液显        色。
②根据2CrO₄^2—+2H⁺Cr₂O₇^2— +H₂O，设计下图装置（均为惰性电极）电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇。Na₂Cr₂O₇中铬元素的化合价为   ，图中右侧电极连接电源的      极，其电极反应式为            。

③第Ⅱ步反应的离子方程式：                            ，向Ⅱ反应后的溶液加一定量NaOH，若溶液中c(Fe³⁺)=2.0×10^—12mol·L^—1，则溶液中c(Cr³⁺)=      mol·L^—1。（已知Ksp[Fe(OH)₃]=4.0×10^—38，Ksp[Cr(OH)₃]=6.0x10^—31）。
（2）CrO₃具有强氧化性，遇到有机物（如酒精）时，猛烈反应以至着火。若该过程中乙醇被氧化成乙酸，CrO₃被还原成绿色的Cr₂(SO₄)₃。完成该反应的化学方程式：

（3）CrO₃的热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率随温度的变化如图所示。B点时剩余固体的成分是   （填化学式）。

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的四种方法：

方法a	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法b	用葡萄糖还原新制的Cu(OH)2制备Cu2O；
方法c	电解法，反应为2Cu + H2OCu2O + H2↑。
方法d	用肼（N2H4）还原新制的Cu(OH)2

（1）已知：①2Cu（s）＋1/2O₂(g)=Cu₂O（s）；△H = -169kJ·mol^-1
②C（s）＋1/2O₂(g)=CO(g)；△H = -110.5kJ·mol^-1
③ Cu（s）＋1/2O₂(g)=CuO（s）；△H = -157kJ·mol^-1
则方法a发生的热化学方程式是：
（2）方法c采用离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示：该电池的阳极反应式为           钛极附近的pH值      （增大、减小、不变）。

（3）方法d为加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为              。
（4）在相同的密闭容器中，用以上方法制得的三种Cu₂O分别进行催化分解水的实验：  △H>0。水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。

序号		0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

下列叙述正确的是       （填字母）。
A．实验的温度：T₂<T₁       
B．实验②比实验①所用的催化剂催化效率高
C．实验①前20 min的平均反应速率 v(H₂)=7×10^-5 mol·L^-1 min^-1

(13分)（1）在恒容绝热(不与外界交换能量)条件下进行2A(g)+B(g)2C(g)+D(s) △H₁＜0反应，按下表数据投料，反应达到平衡状态，测得体系压强升高。

①该反应的平衡常数表达式为K＝___。升高温度，平衡常数将____(填“增大”“减小”或“不变”)。
②能判断该反应是否达到化学平衡状态的依据是________。
A．容器中压强不变      
B．混合气体的密度不变
C．υ(A):υ(B):υ(C)＝2:1:2    
D．c(A)＝c(C)
（2）为研究不同条件对反应2NO(g)+Cl₂(g)2C1NO(g)  △H₂＜0的影响，在恒温条件下，向2 L恒容密闭容器中加入0.2 mol NO和0.1 mol C1₂，10 min时反应达到平衡。测得NO的转化率为。其他条件保持不变，反应在恒压条件下进行，平衡时NO的转化率为，则__________，(填“大于”“小于”或“等于”)。
（3）甲醇(CH₃OH)是重要的能源物质，研究甲醇具有重要意义。为提高甲醇燃料的利用率，科学家发明了一种燃料电池，电池的一个电极通入空气，另一个电极通入甲醇气体，电解质是掺入了Y₂O₃的ZrO₂晶体，在高温下它能传导O^2—离子。电池工作时负极反应式为_________________。用该燃料电池作电源，以石墨为电极电解足量的硫酸铜溶液，当电路中通过0.1 mol电子时，若要使溶液恢复到起始浓度(温度不变，忽略溶液体积的变化)，可向溶液中加入_____(填物质名称)，其质量约为_______g。

(14分)苯乙烯(C₆H₅CH=CH₂)是合成橡胶和塑料的单体，用来生产丁苯橡胶、聚苯乙烯等。工业上以乙苯(C₆H₅CH₂CH₃)为原料，采用催化脱氢的方法制取苯乙烯，反应方程式为：
C₆H₅CH₂CH₃(g)  C₆H₅CH=CH₂(g)＋H₂(g)   H
（1）已知：H₂和CO的燃烧热(H)分别为-285.8 kJ．mol和-283.0 kJ．mol；
C₆H₅CH₂CH₃(g)＋CO₂ (g) C₆H₅CH=CH₂(g)＋CO(g)＋H₂O(l)  H=＋114.8 kJ·mol^－1
则制取苯乙烯反应的H为_________
（2）向密闭容器中加入1 mol乙苯，在恒温恒容条件下合成苯乙烯，达平衡时，反应的能量变化为QkJ。下列说法正确的是 _________。

A．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大

B．若继续加入1 mol乙苯，苯乙烯转化率增大

C．压缩体积，平衡逆向移动，反应物浓度增大，生成物浓度减小

D．相同条件下若起始加入1 mol苯乙烯和1 mol氢气，

达平衡时反应能量变化为(H-Q)kJ
（3）向2 L密闭容器中加入1 mol乙苯发生反应，达到平衡状态时，平衡体系组成(物质的量分数)与温度的关系如图所示。700时，乙苯的平衡转化率为_______，此温度下该反应的平衡常数为 ______；温度高于970时，苯乙烯的产率不再增加，其原因可能是_________。

（4）含苯乙烯的废水排放会对环境造成严重污染，可采用电解法去除废水中的苯乙烯，基本原理是在阳极材料MOx上生成自由基MOx(OH)，其进一步氧化有机物生成CO₂，该阳极的电极反应式为_________，若去除0.5 mol苯乙烯，两极共收集气体_________mol。

湿式吸收一电解再生法，是采用氧化一电解的双反应器对含硫化氢的废气进行脱硫制氢。实验表明，双反应器法可以在较宽的范围内实现对硫化氢的有效吸收，并可同时制取氢气和硫磺，该法基本流程见图l，其中氧化吸收器中为FeCl₃溶液，电解反应器可实现FeCl₃溶液的恢复及H₂的制备。

（1）氧化反应器中发生的主要反应的离子有程式为________
（2）电解反应器中，阳极反应式是________
（3）某研究小组在实验室中模拟上述过程，研究FeCl₃溶液吸收H₂S气体的效率，实验时要先向FeCl₃溶液中通人N₂，其目的是 ________。对影响吸收效率的因素提出如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：H₂S气体的通入速率；
假设二：        ；
假设三：          .
请你设计实验就假设一进行验证，将实验步骤及结论补充完整（注：可用pH计测量溶液中的H⁺浓度）

（4）将FeCl₃溶液吸收H₂S气体后的溶液过滤后，取少量向其中加入BaCl₂溶液，发现有白色沉淀生成（注：BaS溶于盐酸）。则白色沉淀可能是_______你的判断理由是_______

“霾”是当今世界环境热点话题。目前宁夏境内空气质量恶化原因之一是机动车尾气和燃煤产生的烟气。NO和CO气体均为汽车尾气的成分，这两种气体在催化转换器中发生如下反应：  
2NO（g）+ 2CO（g）2CO₂（g）+ N₂（g）   △H＝﹣a kJ•mol^-1（a＞0）
（1）在一定温度下，将2.0mol NO、2.4mol CO气体通入到固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的浓度变化如图所示：

①0～15min N₂的平均速率v（N₂）＝      ；NO的转化率为     。
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件可能是    （选填序号）。
a．缩小容器体积
b．增加CO的量
c．降低温度
d．扩大容器体积
③若保持反应体系的温度不变，20min时再向容器中充入NO、N₂各0.4mol，化学平衡将      移动（选填“向左”、“向右”或“不”），重新达到平衡后，该反应的化学平衡常数为       。
（2）已知：2NO（g）+ O₂（g）＝2NO₂（g）  △H＝﹣b kJ•mol^-1（b＞0）
CO的燃烧热△H＝﹣c kJ•mol^-1 （c＞0）
则在消除汽车尾气中NO₂的污染时，NO₂与CO发生反应
的热化学反应方程式为：            。
（3）工业废气中含有的NO₂还可用电解法消除。制备方法之一是先将NO₂转化为N₂O₄，然后采用电解法制备N₂O₅，装置如图所示。Pt乙为        极，电解池中生成N₂O₅的电极反应式是            。

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如下表：

（1）滤渣1的主要成分为               。
（2）从滤液2中获得NiSO₄.6H₂O的实验操作          、             、过滤、洗涤、干燥。
（3）用离子方程式解释加入H₂O₂的作用                    。
（4）加NiO调节溶液的pH至5，则生成沉淀的离子方程式有                      。
（5）电解浓缩后的滤液2可获得金属镍，其基本反应原理如图：

①A电极反应式为                      和2H⁺+2e^- =H₂↑。
②若一段时间后，在A、B两极均收集到11.2L气体(标准状况下)，能得到Ni          g。

(14分)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO₂加氢合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径。由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H ₁=－49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₂
反应Ⅲ：CO(g)+2 H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₃=－90.77 kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=         ，反应I自发进行条件是        （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入
A：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol
B：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2mol，曲线I代表哪种投入方式     （用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．此温度下的平衡常数为      ；500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、ｘmolH₂O，若使反应在开始时正向进行，则ｘ应满足的条件是
b．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线。
（3）固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池，它是以固体氧化锆、氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O ^2-）在其间通过，该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极均不参与电极反应，下图是甲醇燃料电池的模型。

①出该燃料电池的负极反应式        
②如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为       （法拉第常数为9.65×10⁴C·mol^-1）

二氧化碳是引起“温室效应”的主要物质，节能减排、高效利用能源能够减少二氧化碳的排放。
（1）在一定温度下的2L固定容积的密闭容器中，通入2 mol CO₂和3mol H₂，发生的反应为：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) △H＝－a kJ·mol^－1（a＞0），测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①能说明该反应已达平衡状态的是______    __。
A．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变         
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化。
C．单位时间内每消耗1.2mol H₂，同时生成0.4molH₂O。
D．反应中H₂O与CH₃OH的物质的量浓度之比为1:1，且保持不变。
②下列措施中能使增大的是________（选填编号）。
A．升高温度      
B．恒温恒容下充入He(g)
C．将H₂O(g)从体系中分离    
D．恒温恒容再充入2 mol CO₂和3 mol H₂
③计算该温度下此反应的平衡常数K＝__________。若改变条件（填选项），可使K＝1。
A．增大压强     
B．增大反应物浓度    
C．降低温度 
D．升高温度      
E．加入催化剂
（2）某甲醇燃料电池原理如下图1所示。

①M区发生反应的电极反应式为_______________________________。
②用上述电池做电源，用上图2装置电解饱和食盐水（电极均为惰性电极），则该电解反应的总反应的离子方程式为________________________。假设溶液体积为300mL，当溶液的pH值变为13时（在常温下测定），理论上消耗甲醇的质量为______________（忽略溶液体积变化）。

(14分)综合利用CO₂、CO对构建低碳社会有重要意义。
（1）Li₄SiO₄可用于富集得到高浓度CO₂。原理是：在500℃，低浓度CO₂与Li₄SiO₄接触后生成两种锂盐；平衡后加热至700℃，反应逆向进行，放出高浓度CO₂，Li₄SiO₄再生。700℃时反应的化学方程式为____________。
（2）固体氧化物电解池(SOEC)用于高温共电解CO₂/H₂O，既可高效制备合成气(CO＋H₂)，又可实现CO₂的减排，其工作原理如图。

①b为电源的________(填“正极”或“负极”)。
②写出电极c发生的电极反应式：________、________________。
（3）电解生成的合成气在催化剂作用下发生如下反应：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)。对此反应进行如下研究：某温度下在一恒压容器中分别充入1.2 mol CO和1 mol H₂，达到平衡时容器体积为2 L，且含有0.4 mol CH₃OH(g)，则该反应平衡常数值为_______，此时向容器中再通入0.35 mol CO气体，则此平衡将________(填“向正反应方向”“不”或“向逆反应方向”)移动。
（4）已知：
若甲醇的燃烧热为ΔH₃，试用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(l)的ΔH，则ΔH＝_____。
（5）利用太阳能和缺铁氧化物[如Fe_0.9O]可将廉价CO₂热解为碳和氧气，实现CO₂再资源化，转化过程如图所示，若用1 mol缺铁氧化物[Fe_0.9O]与足量CO₂完全反应可生成________mol C(碳)。

硫酸铅（PbSO₄）广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿（PbS）直接制备硫酸铅粉末的流程如下：

已知：（ⅰ）PbCl₂（s）+2Cl^－(aq) PbCl₄^2-(aq) △H＞0
（ⅱ）有关物质的Ksp和沉淀时的pH如下：

Ksp		开始沉淀时pH	完全沉淀时pH
PbSO4	1.08×10^-8	Fe (OH)3	2.7	3.7
PbCl2	1.6×10^-5	Pb(OH)2	6	7.04

（1）步骤Ⅰ中生成PbCl₂的离子方程式_______，加入盐酸控制pH值小于2，原因是_______。
（2）用化学平衡移动原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因______。若原料中FeCl₃过量，则步骤Ⅱ得到的沉淀中还含有溶液中的悬浮杂质，溶液中的悬浮杂质被共同沉淀的原因是_______。
（3）写出步骤Ⅲ中PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀的离子方程式______。
（4）请用离子方程式解释滤液2加入H₂O₂可循环利用的原因______。
（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，充电时阴极的电极反应式为_______。
（6）双隔膜电解池的结构示意简图如图所示，利用铅蓄电池电解硫酸钠溶液可以制取硫酸和氢氧化钠，并得到氢气和氧气。对该装置及其原理判断正确的是____。

A．A溶液为氢氧化钠，B溶液为硫酸
B．C₁极与铅蓄电池的PbO₂电极相接、C₂极与铅蓄电池的Pb电极相接
C．当C₁极产生标准状况下11.2 L气体时，铅蓄电池的负极增重49g
D．该电解反应的总方程式可以表示为：2Na₂SO₄＋6H₂O2H₂SO₄＋4NaOH＋O₂↑＋2H₂↑