高中化学探究电解池作用试题

Ⅰ.氯碱工业中常用离子交换膜法电解制碱（如图1所示）。

　（1）写出图1中阴极的电极反应式                   。
　（2）已知阳离子交换膜只允许阳离子通过，阴离子交换膜只允许阴离子通过。工业上若用图2装置电解饱和Na₂SO₄溶液来生产纯净的NaOH和H₂SO₄，则该装置最主要的缺陷是                。

Ⅱ.辉钼矿(MoS₂)是一种重要的矿物。图3是辉钼矿多层焙烧炉的示意图，其中1，2，3，…是炉层编号。580，600，610，…是各炉层的温度（℃）。图4给出了各炉层固体物料的物质的量百分含量。                                  
已知：MoS₂焙烧生成1molMoO₃的反应热△H₁=-1011KJ/mol；MoO₂氧化生成1molMoO₃的反应热△H₂=-154KJ/mol。试回答：

（1）验证辉钼矿焙烧生成的气体是SO₂而不是SO₃的方法是                     。
（2）辉钼矿焙烧生成的气体能使硫酸酸化的KMnO₄溶液褪色，用化学方程式表示褪色的原因                                                                      。
（3）第6炉层存在的固体物质分别是MoS₂、MoO₃、MoO₂，则它们的物质的量之比为                        。
（4）图4表明，中间炉层（4～6）可能存在一种“固体+固体→固体+…”的反应，请写出该反应的热化学反应方程式                                                 。

某同学设计了以下操作流程来除去混在氯化钠固体中的少量硫酸钠和氯化钙。

（1）试剂A是          ，试剂A需要过量的原因是                    。
（2）操作a得到的滤渣的成分是                      ，在实验室中进行操作a需要的仪器是：铁架台（带铁圈）、滤纸、烧杯、            、            。
（3）加入试剂C调节滤液pH的离子反应方程式是                。
（4）该同学想利用上述得到的氯化钠设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并检验氯气的氧化性和测定所产生的氢气的体积，部分装置如下图：                       

①碳棒接直流电源的_____极； 铁棒上发生的电极反应为    。
②说明氯气具有氧化性的实验现象是                  。
③将上图中的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺（填编号）是B接 ，   接  。在答题卡的方框中画出与A接口连接的仪器的装置图。

为回收利用废钒催化剂（含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性残渣），科研人员最新研制了一种离子交换法回收钒的新工艺，主要流程如下：

部分含钒物质在水中的溶解性如下：

物质	VOSO4	V2O5	NH4VO3	（VO2）2SO4
溶解性	可溶	难溶	难溶	易溶

   回答下列问题：
⑴工业由V₂O₅冶炼金属钒常用铝热剂法，写出该反应的化学方程式             。
⑵图中所示滤液中含钒的主要成分为      （写化学式）。
⑶该工艺中反应③的沉淀率（又称沉钒率）是回收钒的关键之一，该步反应的离子方程式             ；沉钒率的高低除受溶液pH影响外，还需要控制氯化铵系数（NH₄Cl加入质量与料液中V₂O₅的质量比）和温度。根据下图判断最佳控制氯化铵系数和温度为       、       。

⑷用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定（VO₂）₂SO₄溶液，以测定反应②后溶液中含钒量，完成反应的离子方程式为□VO₂⁺＋□H₂C₂O₄＋□_____＝□VO²⁺＋□CO₂↑＋□H₂O。
⑸全矾液流电池的电解质溶液为VOSO₄溶液，电池的工作原理为VO₂⁺＋V²⁺＋2H⁺ VO²⁺＋H₂O＋V³⁺，电池充电时阳极的电极反应式为          。

工业废气、汽车尾气排放出的SO₂、NO_x等，是形成雾霾的重要因素。霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子形成的烟雾。
（1）大气中的SO₂在烟尘的催化下形成硫酸的反应方程式是____________________。
（2）已知2SO₂ (g)+ O₂ (g) 2SO₃(g) △H＝－196kJ/mol，提高反应中SO₂的转化率，是减少SO₂排放的有效措施。
①T温度时，在2L容积固定不变的密闭容器中加入2.0 mol SO₂和1.0 mol O₂，5 min后反应达到平衡，二氧化硫的转化率为50%，则υ(O₂)＝____________。
②在①的条件下，判断该反应达到平衡状态的标志是_______(填字母)。

A．SO2、O2、SO3三者的浓度之比为2∶1∶2	B．容器内气体的压强不变
C．容器内混合气体的密度保持不变	D．SO3的物质的量不再变化

E．SO₂的生成速率和SO₃的生成速率相等
③若反应初始时，在容器中加入1.5 mol SO₂和0.8 mol O₂，则平衡后二氧化硫的转化率       氧气的转化率（填大于、小于或等于）。
（3）烟气中的SO₂可以用NaOH溶液吸收，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可循环再生NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如下图所示。（电极材料为石墨）

①图中a极要连接电源的（填“正”或“负”）_______极，C口流出的物质是_______。
②SO₃^2－放电的电极反应式为_____________________________________。
③电解过程中若消耗12.6gNa₂SO₃，则阴极区变化的质量为_______g(假设该过程中所有液体进出口密闭)。

明矾石的主要成分是K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·2Al₂O₃·6H₂O，还含有杂质Fe₂O₃。利用明矾石来制取纯净的Al₂O₃、K₂FeO₄和H₂SO₄的工艺流程如图所示。

请回答下列问题：
（1）焙烧炉中发生反应的化学方程式为2Al₂(SO₄)2Al₂O₃+6SO₂↑+3O₂↑，若生成102gAl₂O₃，转移的电子数目为                    .
（2）生成沉淀I的离子方程式为         ，沉淀II的化学式为               。
（3）溶液经加硫酸调节pH后，过滤，洗涤，可得沉淀I，证明沉淀I已洗涤干净的实验操作和现象是             。
（4）写出Cl₂将沉淀Ⅱ氧化为K₂FeO₄的化学方程式：           。
（5）从滤液中得到K₂SO₄晶体的方法是                           。
（6） K₂FeO₄也可以铁为电极，通过电解浓的KOH溶液来制取，写出电解法制取K₂FeO₄的
阳极反应式：                    .

关于下列各图的说法中，正确的是

A．①中与电源负极相连的电极附近能产生使湿润淀粉KI试纸变蓝的气体

B．②中待镀铁制品应该与电源的正极相连接

C．③中的b极是电子流出的极，发生氧化反应

D．④中的离子交换膜可以避免生成的Cl2与NaOH溶液反应

尿素[]是首个由无机物人工合成的有机物．
（1）工业上尿素由和在一定条件下合成，其反应方程式为．
（2）当氨碳比=4时，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（）B点的正反应速率v_正（）（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""或""）．
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13.44（标准状况），则除去的尿素为（忽略气体的溶解）．

“氢能”将是未来最理想的新能源。
Ⅰ 在25℃,101KPa条件下，1 g氢气完全燃烧生成液态水时放出142.9kJ热量，则表示氢气燃烧热的热化学方程式为                                                        。
Ⅱ 氢气通常用生产水煤气的方法制得。其中CO(g)+ H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g) △H＜0。在850℃时，平衡常数K=1。
(1)若升高温度至950℃，达到新平衡状态时K         （填“＞”、“＜”或“＝”）1。
(2)850℃时，若向一容积可变的密闭容器中同时充入1.0 molCO、3.0mol H₂O、1.0 molCO₂和x mol H₂，则：
①当x = 5.0时，上述平衡向              （填“正反应”或“逆反应”）方向进行。
②若要使上述反应开始时向正反应方向进行，则x应满足的条件是                       。
③若设x="5.0" mol和x="6.0" mol，其他物质的投料不变，当上述反应达到平衡后，测得H₂的体积分数分别为a%、b%，则a      （填“＞”、“＜”或“＝”）b。
Ⅲ 海水淡化获得淡水的过程也可以产生氢气。下面是利用电渗析法处理海水获得淡水的原理图，已知海水中含Na^＋、Cl^－、Ca^2＋、Mg^2＋、SO₄^2－等离子，电极为惰性电极。请分析下列问题：

(1)阳离子交换膜是指______________ (填A或B)。
(2)写出通电后阳极的电极反应式：_________________________________________，在阴极区观察到的现象是：_________________________________________。

如下图装置所示，是用氢氧燃料电池B进行的某电解实验：

(1)若电池B使用了亚氨基锂(Li₂NH)固体作为储氢材料，其储氢原理是：Li₂NH＋H₂＝LiNH₂＋LiH，则下列说法中正确的是________。

A．Li2NH中N的化合价是-1价	B．该反应中H2既是氧化剂又是还原剂
C．Li^＋ 和H^＋的离子半径相等	D．此法储氢和钢瓶储氢的原理相同

(2)在电池B工作时：
①若用固体Ca(HSO₄)₂为电解质传递H^＋，则电子由________极流出，H^＋向________极移动。（填“a”或“b”）
②b极上的电极反应式为：________________________________
③外电路中，每转移0.1 mol电子，在a极消耗________上的H₂（标准状况下）。
(3)若A中X、Y都是惰性电极，电解液W是滴有酚酞的饱和NaCI溶液，则B工作时：
①电解池中X极上的电极反应式是  ________________________________。
在X极这边观察到的现象是 _____________________________________。
②检验Y电极上反应产物的方法是 _________________________________。
③若A中其它均不改变，只将电极Y换成铁棒，可实现的实验目的是_____________________。

已知；①Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)　ΔH＝a kJ·mol^－1，平衡常数为K；
②Fe₂O₃(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO₂(g)　ΔH＝b kJ·mol^－1。
测得在不同温度下，K值如下：

温度/℃	500	700	900
K	1.00	1.47	2．40

（1）反应①为__________(选填“吸热”或“放热”)反应。
（2）若500 ℃时进行反应①，CO₂的起始浓度为2 mol·L^－1，CO的平衡浓度为      。
（3）下列关于反应①的说法正确的是           。
A．达到平衡后保持其他条件不变，升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动
B． 在500 ℃下反应，当c(CO₂)=c(CO)时，反应达到平衡状态
C．恒温恒容下，当容器内气体密度不再变化时，反应达到平衡状态
D．加压、升温和使用催化剂均可增大反应物的转化率
（4）由已知反应，写出Fe₂O₃(s)被CO(g)还原成FeO(s)的热化学方程式              。
（5）室温时在FeCl₃溶液中滴加NaOH溶液，当溶液pH为2．7时，Fe^3＋开始沉淀；当溶液pH为4时，c(Fe^3＋)＝__________mol·L^－1(已知：K_sp[Fe(OH)₃]＝4．0×10^－36)。
（6）新型锌空电池与锂电池相比，具有能量密度高、安全性好且成本低。该电池的总反应为2Zn+O₂===2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为_______。
若以该电池为电源，用惰性电极电解硫酸铜溶液，为保证阴极有6．4g铜析出，理论上至少需要标准状况下　　　   L空气(空气中含氧气按20%计算)进入该电池。

电解质溶液为氢氧化钾水溶液的氢氧燃料电池电解饱和碳酸钠溶液一段时间，假设电解时温度不变且用惰性电极，下列说法正确的是(   )

A．当电池负极消耗mg气体时，电解池阳极同时有mg气体生成

B．电池负极反应式为：O2 + 2H2O + 4e^—＝ 4OH^—

C．电解后c(Na2CO3)不变，且溶液中有晶体析出

D．电池中c(KOH)不变；电解池中溶液pH变大

(14分) 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图，完成下列填空：
在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的方程式为：      。
与电源负极相连的电极附近溶液pH      。(填“不变”“增大”或“减小”)
（2）如果粗盐中SO₄^2-含量较高，必须添加钡试剂除去SO₄^2-，该试剂可以选     。
a．Ba(OH)₂               b．Ba(NO₃)₂                  c．BaCl₂
（3）为有效除去Ca^2＋、Mg^2＋、SO₄^2-，加入试剂的合理顺序为      (选a、b、c，多选扣分)。
a．先加NaOH，后加Na₂CO₃，再加钡试剂　
b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na₂CO₃
c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na₂CO₃
（4）在用阳离子交换膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl₂与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl₂与NaOH充分反应，产物最终仅有NaClO和H₂，相应的化学反应方程式为                         、                         。

海洋是一座巨大的宝藏，海水中蕴含80多种元素。氯碱工业和制备金属镁的原料都可来自于海水。

Ⅰ．在氯碱工业中，曾用石棉隔膜电解槽来电解食盐水（如图甲所示）。
（1）写出阳极的反应式                                     。
（2）图甲中流出的b是                       溶液。
（3）石棉隔膜的作用是                                               。
Ⅱ．随着科技的发展，电解工艺不断革新，电解效率和产品纯度得到提高。20世纪80年代起，隔膜法电解工艺逐渐被离子交换膜电解技术取代。
（1）离子交换膜电解槽（如图乙所示）中⑥、⑦分别是_______、______________。
（2）已知一个电子的电量是1．602×10^－19C，用离子膜电解槽电解饱和食盐水，当电路中通过1．929×10⁵ C的电量时，生成NaOH_        g。 
Ⅲ．下图是工业上生产镁的流程。

（1）写出下列反应的化学方程式：
①沉淀池：                     ；  ②电解：                              ；
（2）整个生产流程中循环使用的物质是               。
（3）简述加热氯化镁的结晶水合物使之脱水转化为无水氯化镁的注意事项：                   。

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H ₁ = +489．0 kJ·mol^－1
        ②C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)  △H ₂ = +172．5 kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                                 。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g) △H
①该反应的平衡常数表达式为K=                                      。
②取一定体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比为1∶3），加入恒容密闭容器中，发生上述反应反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的ΔH                       0 （填“>”、“<”或“＝”）。

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质。
①工业上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其反应方程式为       。
当氨碳比＝3，达平衡时CO₂的转化率为60%，则NH₃的平衡转化率为：         。
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，该电极反应的方程式为            。

Cl₂是一种重要的化工原料。
（1）电解饱和NaCl溶液获得Cl₂的化学方程式是_______。
（2）为便于储存，要将氯气液化[ Cl₂(g)  Cl₂(l) ]，应采取的措施是_______（写出一条即可）。
（3）液氯储存区贴有的说明卡如下（部分）：

危险性
储运要求	远离金属粉末、氨、烃类、醇更物质；设置氯气检测仪
泄漏处理	NaOH、NaHSO3溶液吸收
包装	钢瓶

   ① 用离子方程式表示“泄漏处理”中NaHSO₃溶液的作用_______。
② 若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是       。
③ 氯气含量检测仪工作原理示意图如下：
 
Cl₂在Pt电极放电的电极反应式是_______。
（4）质量标准要求液氯含水量（以1 g氯气含水的质量计）＜0. 4 mg，含水量超标会严重腐蚀钢瓶。液氯含水量的测定装置如下图所示：

（已知：P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄；Cl₂与P₂O₅不反应。）
① 用离子方程式说明c装置的作用_______。
② 检测液氯的含水量，根据上图，需要测定的数据是_______。