电解池原理及其应用

用石墨作电极电解CuSO₄溶液，通电一段时间后，欲使电解液恢复到起始状态，应向溶液中加入适量的

下图所示的电解池I和II中，a、b、c和d均为Pt电极。电解过程中，电极b和d上没有气体逸出，但质量均增大，且增重b﹤d。符合上述实验结果的盐溶液是

用石墨电极电解CuCl₂溶液（见右图）。下列分析正确的是

某兴趣小组设计如下微型实验装置。实验时，现断开K₂，闭合K₁，两极均有气泡产生；一段时间后，断开K₁，闭合K₂，发现电流表指针偏转，下列有关描述正确的是

A．断开K2，闭合K1时，总反应的离子方程式为：2H++2Cl—Cl2↑+H2↑

B．断开K2，闭合K1时，石墨电极附近溶液变红

C．断开K1，闭合K2时，铜电极上的电极反应为：Cl2+2e—＝2Cl—

D．断开K1，闭合K2时，石墨电极作正极

将下图所示实验装置的 K 闭合，下列判断正确的是

电解装置如图所示，电解槽内装有KI及淀粉溶液，中间用阴离子交换膜隔开。在一定的电压下通电，发现左侧溶液变蓝色，一段时间后，蓝色逐渐变浅。

已知:3I₂+6OH^—=IO₃^—+5I^—+3H₂O
下列说法不正确的是

镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中的总反应方程式是：
Ni(OH)₂ + M =" NiOOH" + MH
已知：6NiOOH + NH₃ + H₂O + OH^－="6" Ni(OH)₂ + NO₂^－
下列说法正确的是

以铬酸钾为原料，电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下，下列说法不正确的是

A．在阴极式，发生的电极反应为：2H2O＋2e－2OH―＋H2↑

B．在阳极室，通电后溶液逐渐由黄色变为橙色，是因为阳极区H＋浓度增大，使平衡2＋2H＋＋H2O向右移动

C．该制备过程总反应的化学方程式为：4K2CrO4＋4H2O2K2Cr2O7＋4KOH＋2H2↑＋2O2↑

D．测定阳极液中K和Cr的含量，若K与Cr的物质的量之比为d，则此时铬酸钾的转化率为α＝

离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al₂Cl₇^—和AlCl₄^—组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。
（1）钢制品应接电源的        极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为                           。若改用AlCl₃水溶液作电解液，则阴极产物为       。
（2）为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为           mol。
（3）用铝粉和Fe₂O₃做铝热反应实验，需要的试剂还有                  。
a．KCl         b．KClO₃        c．MnO₂         d．Mg
取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H₂SO₄，滴加KSCN溶液无明显现象，       （填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe₂O₃，理由是                    （用离子方程式说明）。

新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料，两电极上分别通入CH₄和O₂ ，电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源，进行饱和氯化钠溶液电解实验，如图所示。

回答下列问题：
（1）甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为                 、                。
（2）闭合K开关后，a、b电极上均有气体产生．其中b电极上得到的是      ，电解氯化钠溶液的总反应方程式为                             ；
（3）若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况)，且反应完全，则理论上通过电解池的电量为      （法拉第常数F=9.65×l0⁴C.mol^-1，列式计算)，最多能产生的氯气体积为    L(标准状况)。

将海水淡化和与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。一般是先将海水淡化获得淡水，再从剩余的浓海水中通过一系列工艺提取其他产品。
回答下列问题：
（1）下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是             （填序号）。
①用混凝法获取淡水          ②提高部分产品的质量
③优化提取产品的品种        ④改进钾．溴．镁的提取工艺
（2）采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br₂，并用纯碱吸收。碱吸收溴的主要反应是：Br₂+Na₂CO₃+H₂O NaBr + NaBrO₃+6NaHCO₃，吸收1mol Br₂时转移的电子为         mol。
（3）海水提镁的一段工艺流程如下图：

浓海水的主要成分如下：

该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为                              ，产品2的化学式为        ，1L浓海水最多可得到产品2的质量为      g。
（4）采用石墨阳极．不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为                  ；电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式                         。

X、Y、Z、M、G五种元素分属三个短周期，且原子序数依次增大。X、Z同主族，可形成离子化合物ZX；Y、M同主族，可形成MY₂、MY₃两种分子。
请回答下列问题：
（1）Y在元素周期表中的位置为________________。
（2）上述元素的最高价氧化物对应的水化物酸性最强的是______________（写化学式），非金属气态氢化物还原性最强的是__________________（写化学式）。
（3）Y、G的单质或两元素之间形成的化合物可作水消毒剂的有______（写出其中两种物质的化学式）。
（4）X₂M的燃烧热ΔH＝ －a kJ·mol^－1，写出X₂M燃烧反应的热化学方程式____________________。
（5）ZX的电子式为_______；ZX与水反应放出气体的化学方程式为____________________。
（6）熔融状态下，Z的单质和FeG₂能组成可充电电池（装置示意图如下），反应原理为：
2Z + FeG2 Fe + 2ZG ；放电时，电池的正极反应式为__________________________：充电时，______________（写物质名称）电极接电源的负极；该电池的电解质为___________________。

尿素[CO（NH₂）₂]是首个由无机物人工合成的有机物．
（1）工业上尿素由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其反应方程式为              。
（2）当氨碳比=4时，CO₂的转化率随时间的变化关系如图1所示．
①A点的逆反应速率v_逆（CO₂）       B点的正反应速率v_正（CO₂）（填“大于”“小于”或“等于”）。
②NH₃的平衡转化率为              。
（3）人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图2所示．

①电源的负极为              （填“A”或“B”）．
②阳极室中发生的反应依次为              、              ．
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将              ；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为               g（忽略气体的溶解）．

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：
Al₂O₃(s)+AlC₁₃(g)+3C(s) =3AlCl(g)+3CO(g)  △H="a" kJ·mol^－1
3AlCl(g)=2Al(l)+AlC₁₃(g) △H="b" kJ·mol^－1
①反应Al₂O₃(s)+3C(s)=2Al(l)+3CO(g)的△H=         kJ·mol^－1(用含a、b的代数式表示)。
②Al₄C₃是反应过程中的中间产物。Al₄C₃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(Mg₁₇Al₁₂ )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Mg、Al 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Mg₁₇Al₁₂2+17H₂=17MgH₂+12Al。得到的混合物Y(17MgH₂ +12Al)在一定条件下可释放出氢气。
①熔炼制备镁铝合金(Mg₁₇Al₁₂)时通入氩气的目的是                        。
②在6. 0 mol·L-1 HCl 溶液中，混合物Y能完全释放出H₂。1 mol Mg₁₇ Al₁₂完全吸氢后得到的混合物Y 与上述盐酸完全反应，释放出H₂的物质的量为             。
③在0. 5 mol·L-1 NaOH 和1. 0 mol·L^-1 MgCl₂溶液中，混合物Y均只能部分放出氢气，反应后残留固体物质的X^－射线衍射谱图如图所示(X^－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NaOH 溶液中，混合物Y 中产生氢气的主要物质是                (填化学式)。

（3）铝电池性能优越，Al-AgO 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                                   。

硫化氢的转化是资源利用和环境保护的重要研究课题。由硫化氢获得硫单质有多种方法。

（1）将烧碱吸收H₂S后的溶液加入到如图1所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：S^2－—2e^－S （n—1）S+ S^2－ S_n^2－
①写出电解时阴极的电极反应式：                   。
②电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成              。
（2）将H₂S和空气的混合气体通入FeCl₃、FeCl₂、CuCl₂的混合溶液中反应回收S，其物质转化如图2所示。
①在图示的转化中，化合价不变的元素是            。
②反应中当有1molH₂S转化为硫单质时，保持溶液中Fe^3＋的物质的量不变，需要消耗O₂的物质的量为                。
③在温度一定和不补加溶液的条件下，缓慢通入混合气体，并充分搅拌。欲使生成的硫单质中不含CuS，可采取的措施有                    。
（3）H₂S在高温下分解生成硫蒸气和H₂。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图3所示，H₂S在高温下分解反应的化学方程式为              。

NH₃经一系列反应可以得到HNO₃，如下图所示。

（1）I中，NH₃和O₂在催化剂作用下反应，其化学方程式是_____________________。
（2）II中，2NO（g）+O₂2NO₂(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（P₁、P₂）下温度变化的曲线（如图）。

①比较P₁、P₂的大小关系：________________。
②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是________________。
（3）III中，降低温度，将NO₂（g）转化为N₂O₄（l），再制备浓硝酸。
①已知：2NO₂（g） N₂O₄（g）△H₁
2NO₂（g） N₂O₄（l）△H₂
下列能量变化示意图中，正确的是（选填字母）_______________。

②N₂O₄与O₂、H₂O化合的化学方程式是_________________。
（4）IV中，电解NO制备 NH₄NO₃，其工作原理如右图所示，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A，A是_____________，说明理由：________________。

化学在环境保护中起着十分重要的作用，催化反硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
（1）催化反硝化法中，H₂能将NO₃^－还原为N₂。25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12。
①N₂的结构式为                     。
②上述反应的离子方程式为                ，其平均反应速率υ(NO₃^－)为         mol·L^－1min^-1。
③还原过程中可生成中间产物NO₂^－，写出3种促进NO₂^－水解的方法                   。
（2）电化学降解NO₃^－的原理如图所示。

①电源正极为           （填A或B），阴极反应式为                 。
②若电解过程中转移了2mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差(Δm_左－Δm_右)为     g。

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（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被氧化为Cu₂O，生成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分别是                   、                    ；
（3）粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极_     _（填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应式为                          ；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                      。

直接排放含SO₂的烟气会形成酸雨，危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO₂，
（1）用化学方程式表示SO₂形成硫酸型酸雨的反应:               。
（2）在钠碱循环法中，Na₂SO₃溶液作为吸收液，可由NaOH溶液吸收SO₂制得，该反应的离子方程式是
（3）吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n(SO₃²﹣):n(HSO₃﹣)变化关系如下表:

①上表判断NaHSO₃溶液显      性，用化学平衡原理解释:
②当吸收液呈中性时，溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母):
a．c（Na^＋）=2c（SO₃^2-）＋c（HSO₃^－），
b．c（Na^＋）> c（HSO₃^－）> c（SO₃^2-）>c（H^＋）=c（OH^－）
c．c（Na^＋）+c（H^＋）= c（SO₃^2-）+ c（HSO₃^－）+c（OH^－）
（4）当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生。再生示意图如下:

①HSO₃^-在阳极放电的电极反应式是               。
②当阴极室中溶液pＨ升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理:

化学实验有助于理解化学知识，形成化学观念，提高探究与创新能力，提升科学素养。
（1）在实验室中用浓盐酸与MnO₂共热制取Cl₂并进行相关实验。
①下列收集Cl₂的正确装置是      。

②将Cl₂通入水中，所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是                 。
③设计实验比较Cl₂和Br₂的氧化性，操作与现象是：取少量新制氯水和CCl₄于试管中，                                                                       。
（2）能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl₂是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能。设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率。
限选材料：ZnSO₄(aq)，FeSO₄₍aq)，CuSO₄₍aq)；铜片，铁片，锌片和导线。
①完成原电池甲的装置示意图，并作相应标注。

要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素。
②铜片为电极之一，CuSO₄₍aq)为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极                            。
③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是       ，其原因是       。
（3）根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在（2）的材料中应选    作阳极。