高中化学探究电解池作用试题

如图所示3套实验装置，分别回答下列问题。

（1）装置1中的Cu是        极（填“正”或“负”），该装置发生的总反应的离子方程式为                   。
（2）装置2中甲烧杯盛放100 mL 0.2 mol/L的NaCl溶液，乙烧杯盛放100 mL 0.5 mol/L的CuSO₄溶液。反应一段时间后，停止通电。向甲烧杯中滴入几滴酚酞，观察到右边石墨电极附近首先变红，左边石墨电极附近无明显现象。
① 电源的M端为      极
② 乙烧杯中电解反应的离子方程式                               。
（3）可用阳离子交换膜法电解饱和食盐水制NaOH，其工作原理装置3所示。
①请写出A、B两处物质的名称：A___________________B____________________
②请写出电解食盐水的离子方程式__________________________________________

锌溴液流电池是一种新型电化学储能装置（如图所示），电解液为溴化锌水溶液，电解液在电解质储罐和电池间不断循环。下列说法不正确的是

A．充电时电极a连接电源的负极

B．放电时负极的电极反应式为Zn—2e^－=Zn^2+

C．放电时左侧电解质储罐中的离子总浓度增大

D．阳离子交换膜可阻止Br2与Zn直接发生反应

（6分)ZnMnO₂干电池应用广泛，其电解质溶液是ZnCl₂NH₄Cl混合溶液。
（1）该电池的负极材料是________。电池工作时，电子流向________(填“正极”或 负 )。
（2）若ZnCl₂NH₄Cl混合溶液中含有杂质Cu^2＋，会加速某电极的腐蚀，其主要原因是____________。
欲除去Cu^2＋，最好选用下列试剂中的________(填代号)。

A．NaOH

B．Zn

C．Fe

D．NH3·H2O

（3）MnO₂的生产方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO₄溶液。阴极的电极反应式是________________。若电解电路中通过2 mol电子，MnO₂的理论产量为________g。

通以相等的电量，分别电解等浓度的硝酸银和硝酸亚汞（亚汞的化合价为＋1）溶液，若被还原的硝酸银和硝酸亚汞的物质的量之比n(硝酸银)︰n(硝酸亚汞)＝2︰1，则下列表述正确的是 （   ）

A．在两个阴极上得到的银和汞的物质的量之比n(银)︰n(汞)＝2︰1

B．在两个阳极上得到的产物的物质的量不相等

C．硝酸亚汞的化学式为HgNO3

D．硝酸亚汞的化学式为Hg2(NO3)2

下图是某研究性学习小组设计的对一种废旧合金的各成分（含有Cu、Fe、Si 三种成分）进行分离、回收再利用的工业流程，通过该流程将各成分转化为常用的单质及化合物。


已知：298K时，Ksp[Cu(OH)₂]=2.2×10^-20，  Ksp[Fe(OH)₃]=4.0×10^-38，Ksp[Mn(OH)₂] =1.9×10^-13。
根据上面流程回答有关问题：
（1）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ指的是          。
（2）过量的还原剂应是                      。
（3）①向溶液b中加入酸性KMnO₄溶液发生反应的离子方程式为
                                                                                  。
②若用X mol/L KMnO₄溶液处理溶液b，当恰好将溶液中的阳离子完全氧化时消耗KMnO₄溶液YmL，则最后所得红棕色固体C的质量为                 g（用含X、Y的代数式表示）。
（4）常温下,若溶液c中所含的金属阳离子浓度相等，向溶液c中逐滴加入KOH溶液，则三种金属阳离子沉淀的先后顺序为：          ﹥        ﹥         。(填金属阳离子)
（5）最后一步电解若用惰性电极电解一段时间后，析出固体B的质量为Z g，同时测得阴阳两极收集到的气体体积相等，则标况下阳极生成的最后一种气体体积为     L（用含Z的代数式表示）；阳极产生的最后一种气体的反应式为                                        。

某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃等。已知碳酸锰难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，流程如下：

阴离子膜法电解装置如下图所示：

（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式：                                     。
（2）已知Ksp (Fe(OH)₃) =" 4" ´10^–38，假设溶液中Fe³⁺离子浓度为0．1 mol·L^–1，则开始生成Fe(OH)₃沉淀的pH是_________，沉淀完全的pH是_________。（可能用到的数据：lg= -0．1  lg=0．2）
（3）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

离子	Fe^3+	A1^3+	Fe^2+	Mn^2+	Mg^2+
开始沉淀的pH	1．2	3．7	7．0	7．8	9．3
沉淀完全的pH	3．7	4．7	9．6	9．8	10．8

加氨水调节溶液的pH等于6，则“滤渣（待处理）”的成分是            （写化学式），滤液中含有的阳离子有H⁺和           （写符号）。
（4）在浸出液里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，且滤渣A中也无MnO₂，请用离子方程式解释原因：                                                                               。
（5）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的      极。实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为                                      。
（6）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn²⁺进入阳极区发生副反应生成MnO₂造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式：                                              。

(10分)电解原理和原电池原理是电化学的两个重要内容。某兴趣小组做如下探究实验：

Ⅰ．（1）如图为某实验小组依据氧化还原反应：(用离子方程式表示)_______________________________设计的原电池装置，反应前，电极质量相等，一段时间后，两电极质量相差12 g，导线中通过________mol电子。
（2）其他条件不变，若将CuCl₂溶液换为NH₄Cl溶液，石墨电极反应式为________________________，这是由于NH₄Cl溶液显________(填“酸性”“碱性”或“中性”)，用离子方程式表示溶液显此性的原因____________________________________________。
（3）如图其他条件不变，若将盐桥换成弯铜导线与石墨相连成n型，则乙装置中石墨（1）为________极(填正、负、阴、阳)，乙装置中与铜线相连石墨电极上发生的反应式为_________________________________。

Ⅱ．如右图所示装置，通电5 min后，第③极增重2．16 g，同时在A池中收集到标准状况下的气体224 mL。
请完成下列问题：

①第②极上生成的物质为________mol。
②写出第①极上发生反应的电极反应式_________________________。
③设A池中原混合液的体积为200 mL，则通电前A池原混合液中Cu^2＋的浓度为________ mol/L。

二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是国际上公认的高效、广谱、快速、安全的杀菌消毒剂。
（1）工业上制备ClO₂的反应原理常采用：2NaClO₃+4HCl＝2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl。
①浓盐酸在反应中显示出来的性质是_____（填序号）。

A．只有还原性

B．还原性和酸性

C．只有氧化性

D．氧化性和酸性

②若上述反应中产生0.1mol ClO₂，则转移电子的物质的量为_________0.1
mol。
（2）目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺。

①右图示意用石墨做电极，在一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂。写出阳极产生ClO₂的电极反应式                   。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为_________mol；用平衡移动原理解释阴极区pH增大的原因________________。
（3）ClO₂对污水中Fe²⁺、Mn²⁺、S^2–和CN^–等有明显的去除效果。某工厂污水中含CN^– a mg/L，现用ClO₂将CN^–氧化，只生成两种气体，其离子反应方程式为                       ；处理100 m³这种污水，至少需要ClO₂ _______ mol。

某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解原理进行实验探究。

请回答：
I．用图1所示装置进行第一组实验。
（1）N极发生反应的电极反应式为                                        。
（2）实验过程中，SO₄^2-                 （填“从左向右”、“从右向左”或“不”）移动；
II．用图2所示装置进行第二组实验。实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料发现，高铁酸根（FeO₄^2-）在溶液中呈紫红色。
（3）电解过程中，X极区溶液的pH            （填“增大” 、“减小”或“不变”）。
（4）电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe - 6e^- + 8OH^-＝FeO₄^2- + 4H₂O和4OH^- - 4e^-＝2H₂O + O₂↑， 若在X极收集到672 mL气体，在Y极收集到168 mL气体（均已折算为标准状况时气体体积），则Y电极（铁电极）质量减少           g。
（5）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K₂FeO₄ + 3Zn＝Fe₂O₃ +ZnO +2K₂ZnO₂
该电池正极发生的反应的电极反应式为                                 。
（6）Ag₂O₂是银锌碱性电池的正极活性物质，其电解质溶液为 KOH 溶液，电池放电时正极的Ag₂O₂转化为Ag，负极的Zn转化为K₂Zn(OH)₄，写出该电池反应方程式：__________________________。

（共14分）有A、B、C、D、E、F、G七种元素核电荷数依次增加，A是非金属元素外围电子排布式为nsⁿ，B的价电子层电子排布nsⁿnpⁿ，C的基态原子中2p轨道有三个未成对的单电子，D是周期表中电负性数值最大的元素， E原子核外电子数是D与C核外电子数之和，F是主族元素且与G同周期，G能形成红色（或砖红色）的G₂O和黑色的GO两种氧化物，D与F可形成离子化合物，其晶胞结构如下图所示。请回答下列问题。
（1）E的气态氧化物EO₃分子结构模型是          。
（2）CA₃极易溶于水，其原因主要是               ，试判断CA₃溶于水后，形成CA₃·H₂O的最合理结构为          （填字母）。
（3）从图中可以看出，D跟F形成的离子化合物的电子式为            ；该离子化合物晶体的密度
为ag· cm^-3。，则晶胞的体积是    （只要求列出算式）,每个D原子周围最近的F原子有    个。
（4）某科研小组为了处理污水，设计了如下图所示的的装置，Ⅱ装置为BA₄燃料电池，两电极分别通入BA₄和混合气体（空气和气体甲），电解质为熔融碳酸盐。Ⅰ是污水处理的装置,其方法如下：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe(OH)₃。Fe(OH)₃具有吸附性，可吸附污物而沉积下来，有净化水的作用。
①向污水中加入适量的H₂SO₄的目的是                 ；
②为了使燃料电池乙长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时，循环的物质A为    Ⅱ装置中负极上发生的反应                 ；
③Ⅰ装置中碳电极是电解池的        极，Fe电极上发生的反应为              ；
④Ⅱ装置中有0.8mol BA₄参加反应时，C电极理论上生成气体的体积在标准状况下为      。

甲、乙、丙三个烧杯中分别装有稀硫酸、氯化铜溶液、饱和食盐水，把用导线连接的锌片和铜片插入甲，把分别与直流电源正、负极相连的C₁、C₂插入乙，把分别与直流电源正、负极相连的C₃、铁片插入丙。则下列叙述正确的是（  ）

A．甲、丙中是化学能转变为电能，乙中是电能转变为化学能

B．C1、C2分别是阳极、阴极，锌片、铁片上都发生氧化反应

C．C1和C3放出的气体相同，铜片和铁片放出的气体也相同

D．甲、乙中溶液的pH逐渐升高，丙中溶液的pH逐渐减小

工业上生产氯气，常用电解槽中电解饱和食盐水，为了避免电解产物之间发生反应，常用阳离子交换膜将电解槽隔成两部分。下图（左图）为电解槽的示意图。
⑴这种阳离子交换膜，只允许溶液中的    通过。(填下列微粒的编号)
①    ②   ③  ④  ⑤  ⑥
⑵写出在电解过程中阳极发生的电极方程式：    。
⑶已知某电解槽每小时加入10%的氢氧化钠溶液10kg，每小时能收集到标况下的氢气896L,而且两边的水不能自由流通。则理论上计算，电解后流出的氢氧化钠溶液的质量分数为    。

⑷某化学课外兴趣小组设计了用电解法制取乙醇钠的工业方法，所用的电解槽如上右图所示，设计要求：①所用的交换膜不能让分子自由通过；②电解过程中消耗的原料是氢氧化钠和乙醇。回答下列问题：
写出在电解过程中阳极发生的电极方程式    。
②最后从乙醇钠的乙醇溶液中分离得到纯净乙醇钠固体的方法是：     。
（5）如图所示的是一个燃料电池的示意图，当此燃料电池工作时，

①如果a极通入H₂，b极通入O₂，NaOH溶液作电解质溶液，则负极发生的电极方程式：              
②如果a极通入CH₄，b极通入O₂，NaOH作电解质溶液，则负极发生的电极方程式：    

下图是一个化学过程的示意图。已知甲池的总反应式为：
2CH₃OH+3O₂+4KOH  2K₂CO₃+6H₂O

（1）甲电池是      装置，A（石墨）电极的名称是               。
（2）写出电极反应式：
通入CH₃OH的电极的电极反应式是                              。
B（Ag）电极的电极反应式为                                     ，
（3）乙池中反应的总反应方程式为                              。
（4）当乙池中A（Ag）极的质量增加5.40g时，甲池中理论上消耗O₂     
mL（标准状况下）。

工业废水中常含有一定量的Cr₂O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是一种行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe作电极电解含Cr₂O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)₃沉淀，达到净化目的。下列有关说法不正确的是(　　)

A．电解时选用Fe作阳极，石墨棒作阴极

B．阴极附近的沉淀只有Cr(OH)3

C．阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是Cr2O7^2-＋6Fe^2^＋＋14H^＋===6Cr^3^＋＋6Fe^3^＋＋7H2O

D．消耗1 mol Cr2O7^2-将有336g Fe消耗，因此要定期更换铁电极

(14 分)CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L密闭容器中通入6 mol CO₂、6 mol CH₄，发生如下反应：CO₂(g)＋CH₄(g) 2CO(g)＋2H₂(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

物质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

   ①此温度下该反应的平衡常数K=           。
②已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H="-890.3" kJ·mol^－1
CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H="2.8" kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H="-566.0" kJ·mol^－1
反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H=           ；
③在不同温度下催化剂的催化效率与CO的生成速率如图所示。t1～t2℃时，温度升高而CO的生成速率降低的原因 是                                   ；

（∆代表CO的生成速率，■代表催化剂的催化效率）
④为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是                     ；
⑤若再向容器中同时充入2.0 mol CO₂、6.0 mol CH₄、4.0 molCO 和8.0 molH₂，则上述平衡向          (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
（2）以CO₂为原料可以合成多种物质。
①可降解二氧化碳聚合物是由CO₂加聚而成，写出其结构简式：                    ；
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO₂在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为                                  。