高中化学探究电解池作用试题

如下图所示的装置，C、D、E、F、X、Y都是惰性电极。将电源接通后，向（乙）中滴入酚酞溶液，在F极附近显红色。则以下说法正确的是

（1）电源B极是________极（填“正”或“负”）
（2）（甲）、（乙）装置的C、D、E、F电极均有单质生成，其物质的量比为
（3）欲用（丙）装置给钢镀银，G应该是_______（填电极材料），电镀液选_______溶液
（4）电解一段时间后，加入何种物质能使溶液恢复到原来浓度，甲应加入_________乙应加入__________。
（5）室温下，若从电解开始到时间为t时，若（甲）中某一电极增重0.64g，（乙）溶液的体积为200mL，则（乙）溶液的pH为_________。

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

选项	X	Y
A．	MgSO4	CuSO4
B．	AgNO3	Pb(NO3)2
C．	FeSO4	Al2(SO4)3
D．	CuSO4	AgNO3

(14分)二氧化氯(ClO₂)是国内外公认的高效、广谱、快速、安全无毒的杀菌消毒剂，被称为“第4代消毒剂”。工业上可采用氯酸钠(NaClO₃)或亚氯酸钠(NaClO₂)为原料制备ClO₂。
（1）亚氯酸钠也是一种性能优良的漂白剂，但在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO₂气体，离子方程式为_________________________________________________。向亚氯酸钠溶液中加入盐酸，反应剧烈。若将盐酸改为相同pH的硫酸，开始时反应缓慢，稍后一段时间产生气体速率迅速加快。产生气体速率迅速加快的原因是______________________________________。
（2）化学法可采用盐酸或双氧水还原氯酸钠制备ClO₂。用H₂O₂作还原剂制备的ClO₂更适合用于饮用水的消毒，其主要原因是___________________________________。
（3）电解法是目前研究最为热门的生产ClO₂的方法之一。如图所示为直接电解氯酸钠、自动催化循环制备高纯ClO₂的实验。

①电源负极为_______极(填A或B)：
②写出阴极室发生反应依次为：________________、____________________________；
③控制电解液H⁺不低于5mol/L，可有效防止因H⁺浓度降低而导致的ClO₂^﹣歧化反应。若两极共收集到气体22.4L(体积已折算为标准状况，忽略电解液体积的变化和ClO₂气体溶解的部分)，此时阳极室与阴极室c(H⁺)之差为______________。

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的三种方法：

方法Ⅰ	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ	电解法：2Cu＋H2O电解Cu2O＋H2↑
方法Ⅲ	用肼（N2H4）还原新制Cu(OH)2

（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是反应条件不易控制，若控温不当易生成       而使Cu₂O产率降低。
（2）方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体，每生成1 g该有毒气体，能量变化a kJ，写出制备反应的热化学方程式                               。
（3）方法Ⅱ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，该电池的阳极生成Cu₂O反应式为       。

（4）方法Ⅲ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           。
（5）方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼，但因反应温度较高而使部分产品颗粒过大，      （填操作名称）可分离出颗粒过大的Cu₂O。
（6）在相同的密闭容器中，用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：
2H₂O(g)2H₂(g)＋O₂(g)   ⊿H＞0
水蒸气的浓度（mol·L^－1）随时间t (min)变化如下表：

序号	温度	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

可以判断：实验①的前20 min的平均反应速率 ν(O₂)＝              ；实验温度T₁   T₂（填“＞”、“＜”）；催化剂的催化效率：实验①   实验②（填“＞”、“＜”）。

降低大气中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各国普遍重视。
（1）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，CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为：4OH^－－4e^－＝O₂↑＋2H₂O，则阴极反应式为_________      ____   ___。
（2）工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，在500℃下发生反应：
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) 。
实验测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图1所示。
①图2是改变温度时H₂的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应是     （填“吸热”或“放热”）反应。

②500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数为               。
（3） 右图中P是可自由平行滑动的活塞，关闭K，在相同温度时，向A容器中充入1molCH₃OH(g)和2molH₂O(g)，向B容器中充入1.2molCH₃OH(g) 和2.4molH₂O(g)，两容器分别发生上述（2）中反应的逆反应。已知起始时容器A和B的体积均为aL，反应达到平衡时容器B的体积为1.5aL，容器B中CH₃OH转化率为　　　　 　；维持其他条件不变，若打开K一段时间后重新达到平衡，容器B的体积为　　　 L（连通管中气体体积忽略不计，且不考虑温度的影响）。

如下图所示，其中甲池的总反应式为：2CH₃OH＋3O₂＋4KOH＝2K₂CO₃＋6H₂O

下列说法正确的是

A．甲池是电能转化为化学能的装置，乙、丙池是化学能转化电能的装置

B．甲池通入CH3OH的电极反应为CH3OH－6e^-＋2H2O＝CO3^2-＋8H^+

C．反应一小段时间后，向乙池中加入一定量Cu（OH）2固体，能使CuSO4溶液恢复到原浓度

D．甲池中消耗560 mL（标准状况下）O2，此时丙池中理论上最多产生2.9g固体

(16分)金属钛被称为铁和铝之后崛起的“第三金属”,常见化合价为+4。它是空间技术、航海、化工、医疗上不可缺少的材料。
Ⅰ．工业上用钛铁矿(主要成分FeTiO₃)制备金属钛的一种工艺流程如下图(部分产物略去)：

（1）步骤①反应的化学方程式为：2FeTiO₃ + 6C + 7Cl₂高温2FeCl₃ + 2TiCl₄ + 6CO,还原剂是     。
（2）步骤②分离出TiCl₄的方法,利用了TiCl₄与FeCl₃       的不同。
（3）步骤④反应的化学方程式为____________,该反应在氩气中进行的理由是____ ______。
（4）绿色化学提倡物料循环。以上流程中,可用于循环的物质除Cl₂、Mg外,还有__________。
II． 工业上也可用TiO₂通过下述两种方法制备金属钛：
方法一：先将TiO₂氯化为TiCl₄,再还原得到Ti。
（5）氯化反应TiO₂ (s) +2Cl₂ (g)TiCl₄(l) + O₂ (g)无法自发正向进行,在反应器中加入碳,则在高温条件下反应可顺利进行。试从化学平衡角度解释,往氯化反应器中加碳的原因：               。
方法二：以熔融盐为电解液电解TiO₂获得Ti。其中碳块为阳极,电极反应式为：2O²ˉ4eˉ＝O₂↑；TiO₂作阴极，被还原。
（6）阴极的电极反应式为               。
（7）电解过程中需定期向电解槽中加入碳块的原因是                     。

电浮选凝聚法处理酸性污水的工作原理如图。下列说法不正确的是

A．铁电极的电极反应式为：Fe—2e^—＝Fe^2+

B．通入甲烷的石墨电极的电极反应式为：CH4+4CO3^2——8e^—＝5CO2+2H2O

C．为增强污水的导电能力,可向污水中加入适量工业用食盐

D．若左池石墨电极产生44．8L(标况)气体,则消耗0．5 mol氧气

用惰性电极电解一定量的硫酸铜溶液，实验装置如图①。电解过程中的实验数据如图②，横坐标表示电解过程中转移电子的物质的量，纵坐标表示电解过程中产生气体的总体积（标准状况）。则下列说法正确的是（   ）

A．电解过程中，b电极表面先有红色物质析出，后有气泡产生

B．a电极上发生的反应方程式为：2H^+ +2e^- = H2↑和 4OH^-－4e^- = 2H2O + O2↑

C．从P到Q点时收集到的混合气体的平均摩尔质量为12g·mol^-1

D．曲线0～P段表示H2和O2混合气体的体积变化，曲线P～Q段表示O2的体积变化

（本题16分）钼酸钠晶体(Na₂MoO₄·2H₂O)是无公害型冷却水系统的金属缓蚀剂，由钼精矿（主要成分是MoS₂，含少量PbS等）制备钼酸钠晶体的部分流程如下：
（1）焙烧的过程中采用的是“逆流焙烧”的措施，则该措施的优点是：①_______________
②____________________________
（2）写出焙烧时生成MoO₃的化学方程式为：______________________________________
（3）写出“碱浸”反应的离子方程式：　 　　　　　　　　　　
（4）重结晶得到的母液可以在下次重结晶时重复使用，但达到一定次数后必须净化处理，原因是　 　　　　　　　　　　。
（5）下图是碳钢在3种不同介质中的腐蚀速率实验结果：

①碳钢在盐酸和硫酸中腐蚀速率随酸的浓度变化有明显差异，其原因可能是　 　　________________。
②空气中钼酸盐对碳钢的缓蚀原理是在钢铁表面形成FeMoO₄—Fe₂O₃保护膜。
密闭式循环冷却水系统中的碳钢管道缓蚀，除需加入钼酸盐外还需加入NaNO₂。则NaNO₂的作用是　　　_________________________________________。
③若缓释剂钼酸钠—月桂酸肌氨酸总浓度为300mg·L^－1，则缓蚀效果最好时钼酸钠的物质的量浓度为　　　 　　
（6）锂和二硫化钼形成的二次电池的总反应为：xLi + nMoS₂Li_x(MoS₂)_n。则电池放电时的正极反应式是：___________________________________。

（本题16分）工业上利用CO₂和H₂在一定条件下反应合成甲醇。
（1）已知在常温常压下：
① 2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)   ΔH＝－1275.6 kJ／mol
②2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)  ΔH＝－566.0 kJ／mol
③H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH＝－44.0 kJ／mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：____________ ________
（2）甲醇脱氢可制取甲醛CH₃OH(g)HCHO(g)+H₂(g),甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如下图所示。回答下列问题:

①脱氢反应的△H_____0，600K时，Y点甲醇的υ(正) _____υ(逆)（填“>”或“<”）
②从Y点到X点可采取的措施是_______________________________________________。
③有同学计算得到在t₁K时，该反应的平衡常数为8.1mol·L^－1。你认为正确吗？请说明理由__________________________________________________________________________。
（3）纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注。在相同的密闭容器中，使用不同方法制得的Cu₂O（Ⅰ）和（Ⅱ）分别进行催化CH₃-OH的脱氢实验：
CH₃OH(g)HCHO(g)+H₂(g)
CH₃OH的浓度（mol·L^－1）随时间t (min)变化如下表：

序号	温度	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

可以判断：实验①的前20 min的平均反应速率 ν(H₂)＝              ；实验温度T₁   T₂（填“>”、“<”）；催化剂的催化效率：实验①   实验②（填“>”、“<”）。
（4）用CH₃-OH、空气、KOH溶液和石墨电极可构成燃料电池。则该电池的负极反应式为：
___________________________________________。

W、X、Y、Z是四种常见的短周期元素，其原子半径随原子序数变化如下图所示。已知W的一种核素的质量数为14，中子数为7；X的离子与N具有相同的质子、电子数目：W与Y的氧化物均能导致酸雨的形成；Z的非会属性在同周期主族元素中最强。

（1）Y在周期表中的位置是        。
（2）用电子式表示化合物X₃W的结
构                     。
（3） X₃W遇水可释放出使酚酞溶液变红的气体A，该
反应的化学方程式是        。
（4）同温同压下，将a L W的简单氢化物和b LZ的氢化物通入水中，若所得溶液的pH=7则a     b（填“>”或“<”或“=”）。
（5）用惰性电极电解化合物XZ溶液从阴极释放出气休B，该反应的离子方程式是             。
（6）已知W的单质与气体B在一定条件下可形成气体A，即：
                  △H=—92.4kJ·mo1^－1
在某温度时，一个容积固定的密闭容器中，发生上述反应。在不同时间测定的容器内各物质的浓度如下表：

时间	浓度(mo1/L)
c(W2)	c(B)	c(A)
第0 min	4．0	9．0	0
第10 min	3．8	8．4	0．4
第20 min	3．4	7．2	1．2
第30 min	3．4	7．2	1．2
第40 min	3．6	7．8	0．8

 0min～10min，  W₂ 的平均反应速率           。
②反应在第l0min改变了反应条件，改变的条件可能是          。
a．更新了催化剂 b．升高温度 c．增大压强 d．增加B的浓度
③若反应从第30min末又发生了一次条件改变，改变的反应条件可能是          。
a．更新了催化剂  b．升高温度 c．增大压强 d．减小A的浓度

（本题16分）CO₂和CO是工业排放的对环境产生影响的废气。
（1）以CO₂与NH₃为原料合成化肥尿素的主要反应如下：
①2NH₃(g)＋CO₂(g)＝NH₂CO₂NH₄(s)；ΔH＝－159.47 kJ·mol^－1
②NH₂CO₂NH₄(s)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)；ΔH＝a kJ·mol^－1
③2NH₃(g)＋CO₂(g)＝CO(NH₂)₂(s)＋H₂O(g)；ΔH＝－86.98 kJ·mol^－1
则a为            。
（2）科学家们提出用工业废气中的CO₂制取甲醇：CO₂+3H₂CH₃OH+H₂O。
制得的CH₃OH可用作燃料电池的燃料。

①在KOH介质中，负极的电极反应式为_________________________________。
② 作介质的KOH可以用电解K₂SO₄溶液的方法制得。则KOH在_______出口得到,
阳极的电极反应式是：_____________________________________。                                     
（3）利用CO与H₂反应可合成CH₃OCH₃。
已知：3H₂(g) + 3CO(g)  CH₃OCH₃(g) + CO₂(g)，ΔH＝-247kJ/mol
在一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高CO的转化率，可以采取的措施是           .
A低温高压     B加入催化剂   C体积不变充入氦气 
D增加CO的浓度   E．分离出二甲醚
（4）CH₃OCH₃也可由CH₃OH合成。已知反应2CH₃OH(g)  CH₃OCH₃(g) + H₂O(g)，在某温度下，在1L密闭容器中加入CH₃OH ，反应到10分钟时达到平衡，此时测得各组分的浓度如下：

物质	CH3OH	CH3OCH3	H2O
浓度/（mol·L^－1）	0.01	0.2	0.2

①0-10 min内反应速率v(CH₃OH) ＝               。
②该温度下的平衡常数为              。
③若平衡后，再向容器中再加入0.01mol CH₃OH和0.2mol CH₃OCH₃，此时正、逆反应速率的大小：v_正        v_逆 （填“>”、“<”或“＝”)。

（本题16分）三氧化二镍(Ni₂O₃)可用于制造高能电池。一种制备Ni₂O₃的方法是电解NiCl₂得Ni³⁺，再将Ni³⁺经一系列反应后转化为Ni₂O₃。其电解制备过程如下：用NaOH调NiCl₂溶液pH至7.5，加放适量硫酸钠后进行电解。电解过程中产生的Cl₂在弱碱性条件下生成ClO^－，把二价镍氧化为三价镍。右图为电解装置示意图，电解池两极用阳离子交换膜隔开。请回答下列问题：        

（1）该电解池的阳极材料可选用________(填序号)

A．铁

B．Cu

C．石墨

D．镍

（2）加放适量硫酸钠的作用是：_______________________________________________
（3）电解过程中，阴极附近溶液的pH_____，阳极附近溶液的pH_____（填“升高”、“不变”、“降低”）。
（4）写出Ni²⁺转化为Ni³⁺的离子方程式：_______________________________________
（5）铁镍蓄电池又称爱迪生电池，放电时的总反应为：
Fe+Ni₂O₃+3H₂O Fe(OH)₂+2Ni(OH)₂。
写出下列电极反应式：
①放电时的正极：___________________________________________________________
②充电时的阴极：___________________________________________________________
（6）电池充电时，电池的负极应接外电源的_____________（填正极或负极）

（本题16分）降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为研究的主要课题。
（1）已知在常温常压下：
① 2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)  ΔH ＝－1275.6 kJ/mol
② 2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)  ΔH ＝－566.0 kJ/mol
③ H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH ＝－44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：______________________。
（2）在容积为2L的密闭容器中，充入2mol CO₂和6mol H₂，在温度500℃时发生反应：
CO₂（g）+ 3H₂（g）CH₃OH（g）+ H₂O（g） △H<0。
CH₃OH的浓度随时间变化如图。回答有关问题：

①从反应开始到20分钟时，H₂的平均反应速率v(H₂)＝_________________
②从30分钟到35分钟达到新的平衡，改变的条件可能是__________________________
A．增大压强    B．加入催化剂   C．升高温度    D．增大反应物的浓度 
③列式计算该反应在35分钟达到新平衡时的平衡常数(保留2位小数)
④如果在30分钟时,再向容器中充入2mol CO₂和6mol H₂，保持温度不变，达到新平衡时，CH₃OH的浓度____________1mol.L^-1(填“>”、“<”或“=”)。
（3）一种原电池的工作原理为：2Na₂S₂ + NaBr₃ Na₂S₄ + 3NaBr。用该电池为电源，以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，使CO₂在铜电极上可转化为甲烷。
①该电池负极的电极反应式为：______________________________________
②电解池中产生CH₄一极的电极反应式为：   ____________________________________。
（4）下图是NaOH吸收CO₂后某种产物的水溶液在pH从0至14的范围内H₂CO₃、HCO₃^－、CO₃^2－三种成分平衡时的组成分数。

下列叙述正确的是  _____________
A．此图是1.0 mol·L^-1碳酸钠溶液滴定1.0 mol·L^-1 HCl溶液的滴定曲线
B．在pH分别为6.37及10.25时，溶液中c(H₂CO₃)=c(HCO₃^－)=c(CO₃^2－)
C．人体血液的pH约为7.4，则CO₂在血液中多以HCO₃^－形式存在
D．若用CO₂和NaOH反应制取NaHCO₃，宜控制溶液的pH为7～9之间