高中化学探究电解池作用试题

环境中常见的重金属污染物有：汞.铅.锰.铬.镉。处理工业废水中含有的和，常用的方法有两种。
方法1　还原沉淀法该法的工艺流程为
。
其中第①步存在平衡2(黄色)＋2H^＋(橙色)＋H₂O。
(1)写出第①步反应的平衡常数表达式_________________________________。
(2)关于第①步反应，下列说法正确的是________。
A．通过测定溶液的pH可以判断反应是否已达平衡状态
B．该反应为氧化还原反应
C．强酸性环境，溶液的颜色为橙色
(3)第②步中，还原0.1 mol ，需要________mol的FeSO₄·7H₂O。
(4)第③步除生成Cr(OH)₃外，还可能生成的沉淀为________。在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：Cr(OH)₃(s)  Cr^3＋(aq)＋3OH^－(aq)，常温下，Cr(OH)₃的溶度积K_sp＝10^－32，当c(Cr^3＋)降至10^－5 mol·L^－1时，认为c(Cr^3＋)已经完全沉淀，现将第③步溶液的pH调至4，请通过计算说明Cr^3＋是否沉淀完全(请写出计算过程)：______________________________________________。
方法2　电解法
(5)实验室利用如图装置模拟电解法处理含的废水，电解时阳极反应式为________，阴极反应式为________，得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从水的电离平衡角度解释其原因是________________________。

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：         。

碳和碳的化合物在生产、生活中的应用非常广泛，在提倡健康生活已成潮流的今天，“低碳生活”不再只是一种理想，更是一种值得期待的新的生活方式。
（1）甲烷燃烧放出大量的热，可作为能源用于人类的生产和生活。
已知：①2CH₄（g）+3O₂（g）=2CO（g）+4H₂O（l） △H=" —1214" kJ/mol
②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g) △H=" —566" kJ/mol
则表示甲烷燃烧热的热化学方程式                                          。
（2） 将两个石墨电极插入KOH溶液中，向两极分别通入CH₄和O₂，构成甲烷燃料电池。其负极电极反应式是：                             。
（3）某同学利用甲烷燃料电池设计了一种电解法制取Fe(OH)₂的实验装置（如下图所示），通电后，溶液中产生大量的白色沉淀，且较长时间不变色。下列说法中正确的是      （填序号）

A．电源中的a一定为正极，b一定为负极
B．可以用NaCl溶液作为电解液
C．A、B两端都必须用铁作电极
D．阴极发生的反应是：2H⁺ + 2e^－= H₂↑
（4）将不同量的CO（g）和H₂O（g）分别通入体积
为2L的恒容密闭容器中，进行反应：
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
H2O	CO	CO2
1	650	2	4	1．6	5
2	900	1	2	0．4	3
3	900	1	2	0．4	1

 
①实验1中，以v (H₂)表示的平均反应速率为              。
②实验3跟实验2相比，改变的条件可能是                 （答一种情况即可）

工业废水中常含有一定量的Cr₂O和CrO，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。
方法1：还原沉淀法
该法的工艺流程为

其中第①步存在平衡：
2CrO(黄色)＋2H^＋Cr₂O(橙色)＋H₂O
(1)若平衡体系的 pH ＝ 2，该溶液显________色。
(2)能说明第①步反应达平衡状态的是________。
a．Cr₂O和CrO 的浓度相同
b．2v(Cr₂O)＝v(CrO)
c．溶液的颜色不变
(3)第②步中，还原 1 mol Cr₂O 离子，需要______mol的FeSO₄·7H₂O。
(4)第③步生成的Cr(OH)₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡：
Cr(OH)₃(s) Cr^3＋(aq)＋3OH^－(aq)
常温下，Cr(OH)₃的溶度积K_sp＝c(Cr^3＋)·c³(OH^－)＝10^－32，要使 c(Cr^3＋)降至10^－5mol/L，溶液的pH应调至________。
方法2：电解法
该法用 Fe 做电极电解含Cr₂O的酸性废水，随着电解的进行，在阴极附近溶液 pH 升高，产生 Cr(OH)₃沉淀。
(5)用Fe做电极的原因为______________________________________
(6)在阴极附近溶液 pH 升高的原因是(用电极反应解释)________________，溶液中同时生成的沉淀还有________。

(15分)过二硫酸钾(K₂S₂O₈)是一种无色结晶，易溶于水，不溶于乙醇，有强氧化性，易分解。实验室制备过二硫酸钾可通过低温电解KHSO₄溶液得到。
实验步骤如下：
步骤1．称取KHSO₄溶解蒸馏水，倒入大试管，试管浸在冰水浴中(装置见图9)，并冷却到5℃以下。
步骤2. 电解2h，每隔约半小时补一次冰
步骤3．过滤
步骤4.                       
步骤5．干燥、称重
（1）电解时溶液温度控制在5℃以下的原因是                。
（2）电解时阳极反应式为                    。电解过程中， 阳极产生微量且能使湿润的KI-淀粉变蓝的单质气体，该气体可能是          (填化学式)。
（3）步骤4操作是                                        。
（4）取得到的样品0.2500g溶于30mL水，加4gKI，塞住瓶塞，振荡，静止15min，加入1mL冰醋酸，再用cmol·L^{- 1}Na₂S₂O₃溶液滴定。
(S₂O₈^2- +3I^- =2SO₄^2- +I₃^-；I₃^-I₂+I^-；2S₂O₃^2-+I₂=2I^- + S₄O₆^2-)
①溶解时，加入KI后需塞住瓶塞，其目的是                  。
②本实验所用的指示剂为                   。
③若本次滴定消耗Na₂SO₃溶液VmL，由本次结果计算，样品中K₂S₂O₈的纯度为           (用含c、V的代数式表示)。
（5）分析化学上检验Mn²⁺在Ag⁺催化下K₂S₂O₈溶液将Mn²⁺氧化为紫色的MnO₄^-，该反应的离子方程式为                                              。

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             。

工业上电解法处理含镍酸性废水并得到单质Ni的原理如图所示。下列说法不正确的是

已知：①Ni²⁺在弱酸性溶液中发生水解
②氧化性：Ni²⁺（高浓度）＞H⁺＞Ni²⁺（低浓度）
A．碳棒上发生的电极反应：4OH^— -4e^—=O₂↑+2H₂O
B．电解过程中，B中NaCl溶液的物质的量浓度将不断减少
C．为了提高Ni的产率，电解过程中需要控制废水pH
D．若将图中阳离子膜去掉，将A、B两室合并，则电解反应总方程式发生改变

将下图所示实验装置的K闭合，下列判断正确的是

A．Zn电极上发生还原反应

B．片刻后盐桥中的Cl^－向乙装置中移动

C．片刻后在a点滴加酚酞观察到滤纸变红色

D．片刻后在b点滴加淀粉碘化钾溶液观察到滤纸无变化

催化剂是化工技术的核心，绝大多数的化工生产均需采用催化工艺。
⑴人们常用催化剂来选择反应进行的方向。如图所示为一定条件下1mol CH₃OH与O₂发生反应时，生成CO、CO₂或HCHO的能量变化图[反应物O₂(g)和生成物H₂O(g)略去]。

①在有催化剂作用下，CH₃OH与O₂反应主要生成     （填“CO、CO₂或HCHO”）。
②2HCHO(g)＋O₂(g)=2CO(g)＋2H₂O(g) △H=     。
③在稀硫酸催化下，HCHO可以通过反应生成分子式为C₃H₆O₃的环状三聚甲醛分子，其分子中同种原子的化学环境均相同。写出三聚甲醛的结构简式：     。
④甲醇制取甲醛可用Ag作催化剂，含有AgCl会影响Ag催化剂的活性，用氨水可以溶解除去其中的AgCl，写出该反应的离子方程式：     。
⑵一种以铜作催化剂脱硫有如下两个过程：
①在铜的作用下完成工业尾气中SO₂的部分催化氧化，所发生反应为：
2SO₂＋2n Cu＋(n＋1)O₂＋(2－2 n) H₂O="2n" CuSO₄＋(2－2n) H₂SO₄
从环境保护的角度看，催化脱硫的意义为     ；每吸收标准状况下11.2L SO₂，被SO₂还原的O₂的质量为     g。
②利用下图所示电化学装置吸收另一部分SO₂，并完成Cu的再生。写出装置内所发生反应的离子方程式     。

请回答氯碱工业中的如下问题：
(1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k(质量比)生成的产品。理论上k＝       (要求写出计算表达式和结果)；
(2)原料粗盐中常含有泥沙和Ca^2＋、Mg^2＋、Fe^3＋、SO等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为①Na₂CO₃、②HCl(盐酸)、③BaCl₂，这3种试剂添加的合理顺序是       (填序号)；
(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。

①图中X、Y分别是       、       (填化学式)，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小                                   ；
②分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应，正极：       ；负极：       ；
③这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)       、       。

氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH溶液的工艺流程如示意图所示，完成下列填空：

(1)在电解过程中，与电源负极相连的电极上的电极反应式为________________，若检验与电源正极相连的电极上的气体产物，实验室中通常选用的化学试剂是________________________________。
(2)工业食盐含Ca^2＋、Mg^2＋等杂质，精制过程发生反应的离子方程式为________________。
(3)如果粗盐中SO₄^2-含量较高，必须添加钡试剂除去SO₄^2-，该钡试剂可以是________。(选填a、b、c)。
a．Ba(OH)₂    b．Ba(NO₃)₂   c．BaCl₂
(4)为了有效地除去Ca^2＋、Mg^2＋、SO₄^2-，加入试剂的合理顺序为_______(选填a、b、c)。
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
(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过________、冷却________、(填写操作名称)除去NaCl。

氯碱工业是最基本的化学工业之一，离子膜电解法为目前普遍使用的生产方法，其生产流程如下图所示：

（1）该流程中可以循环的物质是           。
（2）电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2－等无机杂质，所以在进入电解槽前需要进行两次精制，写出一次精制中发生的离子方程式    ，若食盐水不经过二次精制就直接进入离子膜电解槽会产生什么后果   。
（3）右图是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图(阳极用金属钛网制成，阴极由碳钢网制成)。则B处产生的气体是         ，E电极的名称是    。电解总反应的离子方程式为        。

（4）从阳极槽出来的淡盐水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8％～9％的亚硫酸钠溶液将其彻底除去，该反应的化学方程式为           。
（5）已知在电解槽中，每小时通过1安培的直流电可以产生1.492g的烧碱，某工厂用300个电解槽串联生产8小时，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342吨/m³）113m³，电解槽的电流强度1.45 ×10⁴A，该电解槽的电解效率为           。

X、Y、Z、L、M、N六种元素的原子序数依次增大。X、Y、Z、L是组成蛋白质的基础元素，M是短周期原子半径最大的元素，N是地壳中含量最高的金属元素。
用化学用语回答下列问题：
（1） M在元素周期表中的位置为               ；六种元素的原子半径从大到小的顺序是                    
（2）Z、X两元素按原子数目比l∶3构成分子A, A的电子式为           ，Y、L两元素按原子数目比l∶2构成分子B，B中所含的化学键类型为          。
（3）硒（se）是人体必需的微量元素，已知非金属性：₃₄Se<L。请结合原子结构解释原因                 。
（4）用Y、L、M构成的正盐溶液可以清除油污，请结合离子方程式以及必要的文字解释原因                                   。
（5）用石墨作电极，NCl₃溶液作电解液进行电解，生成难溶物R，R受热分解生成化合物Q。写出电解熔融Q制取N的电极方程式：阳极：         ；阴极：            。

某课外活动小组设计了如图所示的装置，调节滑动变阻器控制电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验(此时，打开止水夹a，关闭止水夹b)。由于粗心，实验并未达到预期目的，但也看到了很令人高兴的现象。(阳离子交换膜只允许阳离子和水通过)

请帮助他们分析并回答下列问题：
(1)写出B装置中的电极反应：
阴极：________；阳极：________。
(2)观察到A装置中的现象是：①________；②________；③________。
(3)当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b。再观察C装置，若无现象，请说明理由；若有现象，请写出有关反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)：____________________________________。
(4)若想达到电解NaCl溶液的目的，应如何改进装置，请提出你的意见：
__________________________________________________________________。

500 mL KNO₃和Cu(NO₃)₂的混合溶液中c(NO₃^—)=6．0 mol/L，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到22．4 L气体（标准状况），假定电解后溶液体积仍为500 mL，下列说法正确的是（　）

A．原混合溶液中n(K^＋)为2 mol

B．上述电解过程中共转移4 mol电子

C．电解得到的Cu的物质的量为0．5 mol

D．电解后溶液中c(OH^—)为2 mol/L