高中化学探究电解池作用试题

利用化石燃料开采、加工过程产生的H₂S废气制取氢气，既价廉又环保。
（1）工业上可用组成为K₂O·M₂O₃·2RO₂·nH₂O的无机材料纯化制取的氢气。
①已知元素M、R均位于元素周期表中第三周期，两种元素原子的质子数之和为27，则R的原子结构示意图为________。
②常温下，不能与M单质发生反应的是________（填序号）。
a．CuSO₄溶液    b．Fe₂O₃    c．浓硫酸    d．NaOH溶液    e．Na₂CO₃固体
（2）利用H₂S废气制取氢气的方法有多种。
①高温热分解法
已知：H₂S（g）H₂（g）＋S₂（g）
在恒容密闭容器中，控制不同温度进行H₂S分解实验。以H₂S起始浓度均为c mol·L^－1测定H₂S的转化率，结果见下图。图中a为H₂S的平衡转化率与温度关系曲线，b曲线表示不同温度下反应经过相同时间且未达到化学平衡时H₂S的转化率。据图计算985℃时H₂S按上述反应分解的平衡常数K＝________；说明随温度的升高，曲线b向曲线a逼近的原因：____________________________________。

②电化学法
该法制氢过程的示意图如下。反应池中反应物的流向采用气、液逆流方式，其目的是______________________________；
反应池中发生反应的化学方程式为____________________。反应后的溶液进入电解池，电解总反应的离子方程式为_______________。

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10 min，溶液的pH由7变为12。
①N₂的结构式为________。
②上述反应离子方程式为____________________，其平均反应速率v（NO₃^-）为________mol·L^－1·min^－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2 mol电子，则膜两侧电解液的质量变化差（Δm_左－Δm_右）为________g。

硫酸铜在工农业生产和生活中都有重要的应用。请回答下列问题：
（1）铜与浓硫酸共热是制备硫酸铜的方法之一，写出反应的化学方程式：__________________。但该反应生成的气体污染环境。为避免环境污染，可在铜粉与稀硫酸的混合物中通入热空气，反应的总化学方程式为____________________。
（2）将铜粉置于稀硫酸中不发生反应，加入双氧水，则铜粉可逐渐溶解。写出反应的离子方程式：____________________。
（3）将适量稀硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶可得到硫酸铜晶体。为了节约原料，H₂SO₄和HNO₃的物质的量之比最佳为________________。
（4）用惰性电极电解硫酸铜溶液，实验装置如图甲所示。图乙是电解过程中产生气体的总体积V与转移电子的物质的量n（e^－）的关系图。

电解过程中，a电极的现象是______________；b电极的电极反应式为____________________。

某课外活动小组用如图所示装置进行实验（电解液足量）。下列说法中错误的是（　　）

A．图1中，若开始实验时开关K与a连接，则B极的电极反应式为Fe－3e^－=Fe^3^＋

B．图1中，若开始实验时开关K与b连接，则一段时间后向电解液中通入适量HCl气体可恢复到电解前的浓度

C．图2中，若开始实验时开关K与a连接，则电解液的溶质质量分数变小

D．图2中，若开始实验时开关K与b连接，则A极减少的质量等于B极增加的质量

（1）以硫酸工业的尾气、氨水、石灰石、焦炭及碳酸氢铵和KCl为原料可以合   成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸氢铵等物质．合成路线如下：

① 生产过程中，反应Ⅰ中需鼓入足量空气，试写出该反应的总方程式                         。
② 反应Ⅱ中需要向溶液中加入适量的对苯二酚等物质（已知对苯二酚具有很强的还原性），其作用可能是           。
③ 反应Ⅲ中氧化剂与还原剂的物质的量之比为             。
④ 能用于测定尾气中SO₂含量的是            。

A．滴有酚酞的NaOH溶液	B．酸性KMnO4
C．滴有淀粉的碘水	D．BaCl2溶液．

（2）已知铅蓄电池放电时发生如下反应：
负极：Pb-2e^－＋SO₄^2－＝PbSO₄    正极：PbO₂＋4H^＋＋SO₄^2-＋2e^－=PbSO₄＋2H₂O
如果用铅蓄电池做电源电解饱和食盐水制取Cl₂，已知某铅蓄电池中硫酸溶液的体积为0.80L，电解前硫酸溶液浓度为4.50mol.L^-1，当制得29.12 L Cl₂时（指在标准状况下），求理论上电解后电池中硫酸溶液的浓度为（假设电解前后硫酸溶液的体积不变）________ mol.L^-1。

请从图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积（大于25mL），并检验氯气的氧化性。

（1）A极发生的电极反应式是_____________________·B极发生的电极反应式是_______________________；电解饱和食盐水的化学方程式是______________________。
（2）电源的M端应连接的电极为____________（A或B）极。
（3）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序为：______________________________
__________________________________（填接口编号）。
（4）实验中，在盛有KI淀粉溶液的容器中发生反应的离子方程式为________________。
（5）已知饱和食盐水50mL，某时刻测得H₂体积为56mL（标准状况）。此时溶液pH约为___________________。

前段时间席卷我国大部的雾霾天气给人们的生产生活带来了极大的影响，据统计我国部分城市雾霾天占全年一半，引起雾霾的PM2.5微细粒子包含(NH₄)₂SO₄、NH₄NO₃、金属氧化物、有机颗粒物及扬尘等。
（1）有机颗粒物的产生主要是由于不完全燃烧导致的相关热化学方程式如下：
①C(s)＋O₂(g)=CO₂(g)　ΔH1＝－94kJ·mol^－1；
②C₈H₁₆(l)+12O₂(g)=8CO₂(g)+8H₂O(l)  ΔH2＝－1124kJ·mol^－1
③C₈H₁₆(l)+4O₂=8C（g）+8H₂O（l）ΔH3＝                 kJ·mol^－1
（2）纳米二氧化钛可光解挥发性有机污染物（VOCs），若无水蒸气存在，三氯乙烯降解反应为：C₂HCl₃+2O₂→2CO₂+HCl+Cl₂，若有足够量的降解后的尾气，实验室检验产物中有氯气的简单方法是：           ；通过质谱仪发现还有多种副反物，其中之一为：，则该有机物核磁共振氢谱有 　 个峰。
已知：Cu(OH)₂是二元弱碱；亚磷酸（H₃PO₃）是二元弱酸，与NaOH溶液反应，生成Na₂HPO₃。
（3）在铜盐溶液中Cu^2＋发生水解反应的离子方程式为____，该反应的平衡常数为____；（已知：25℃时，Ksp[Cu(OH)₂]＝2.0×10^－20mol³/L³）
（4）电解Na₂HPO₃溶液可得到亚磷酸，装置如图（说明：阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）

①阳极的电极反应式为____________________。
②产品室中反应的离子方程式为____________。

MnO₂、KMnO₄等是中学化学中的常用试剂。请回答下列问题：
（1）MnO₂在H₂O₂分解反应中作催化剂。若将MnO₂加入酸化的H₂O₂溶液中，MnO₂ 溶解产生Mn²⁺，反应的离子方程式是                                               。
（2）用MnO₂制KMnO₄的工艺流程如图

电解池中两极材料均为碳棒，在水或酸性溶液中K₂MnO₄发生歧化而变成MnO₂和KMnO₄。
①写出240℃熔融时发生反应的化学方程式                                      ，投料时必须满足n(KOH)：n(MnO₂)            。
②阳极的电极反应为                                   。
③B物质是         （写化学式，下同），可以循环使用的物质是                    。
④钾离子交换膜的一种材料是聚丙烯酸钾（），聚丙烯酸钾单体的结构简式为           。
⑤上述制得的KMnO₄产品0.165 g，恰好与0.335 g经硫酸酸化的Na₂C₂O₄反应完全，该KMnO₄的
纯度是           （精确到0.1%）。

如图表示各物质之间的转化关系。已知D、E、Z是中学化学常见的单质，其他都是化合物。Z、Y是氯碱工业的产品。D元素的原子最外层电子数与电子层数相等，且D的硫酸盐可作净水剂。E为日常生活中应用最广泛的金属。除反应①外，其他反应均在水溶液中进行。请回答下列问题。

（1）写出X的电子式：            。
（2）常温时pH =12的G溶液中，溶质的阳离子与溶质的阴离子浓度之差为          （写出计算式）。
（3）在电镀工业中，若将E作为待镀金属，铜为镀层金属，则铜是____极，请写出在E电极上发生的电极反应式：             。
（4）写出反应③的离子方程式：                   。
（5）现有无标签的Y和M的两种无色水溶液，不用其他任何试剂，请你设计一个简单的实验对这两种溶液加以鉴别                （回答实验操作、现象及结论）。
（6）A溶液与NaOH溶液混合可形成沉淀，某温度下此沉淀的Ksp =2.097×l0^－39。将0.01 mol/L的A溶液与0.001 mol·L^－1的NaOH溶液等体积混合，你认为能否形成沉淀____（填“能”或“不能”），请通过计算说明                             。

南海某小岛上,解放军战士为了寻找合适的饮用水源,对岛上山泉水进行分析化验,结果显示水的硬度为28°(属于硬水),主要含钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子。请思考下列问题:
(1)该泉水属于　　　　硬水(填写“暂时”或“永久”)。 
(2)若要除去Ca²⁺、Mg²⁺可以往水中加入石灰和纯碱,试剂添加时先加　　　　后加　　　　,原因是                            。
(3)目前常用阳离子交换树脂如NaR、HR来进行水的软化,若使用HR作为阳离子交换树脂则水中的Ca²⁺、Mg²⁺与交换树脂的　　　　起离子交换作用。若使用NaR作为阳离子交换树脂失效后可放入5%-8%　　　　溶液中再生。
(4)岛上还可以用海水淡化来获得淡水。下面是海水利用电渗析法获得淡水的原理图,已知海水中含Na⁺、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、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写出通电后阳极区的电极反应式:                       ;阴极区的现象是:　                         。

如图是传统的工业生产金属铝的基本流程图。

请回答：
（1）金属铝常用来制造容器，但铝制餐具不宜用来蒸煮或长时间存放酸性、碱性等食物，写出铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式：_____________________________________。
石油炼制和煤的干馏产品________(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。
（2）在冶炼过程中，阳极材料需要定期进行更换，原因是该极材料不断被消耗，产生这种现象的原因是____________________________________(用化学方程式表示)。
（3）工业上通过电解熔融的MgCl₂制取金属镁，电解反应方程式为________________。镁和铝都是活泼金属，为什么在电解冶炼过程中，一个用氯化物，一个用氧化物，请说明理由。________________________________________________。

废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法可回收WC和Co。工艺流程简图如下：

（1）电解时废旧刀具做阳极，不锈钢做阴极，HCl溶液为电解液。阴极主要的电极反应式为________________________________________________________________________。
（2）净化步骤所得滤饼的主要成分是________。回收的洗涤液代替水配制电解液，目的是回收利用其中的________。
（3）溶液Ⅰ的主要成分是________。洗涤CoC₂O₄不充分对最终产品纯度并无明显影响，但焙烧时会造成环境污染，原因是____________________________________________。
（4）将Co₂O₃还原成Co粉的化学反应方程式为____________________。

把物质的量均为0.1 mol的AlCl₃、CuCl₂和H₂SO₄溶于水配制成100 mL混合溶液，用石墨作电极电解，并收集两电极所产生的气体，一段时间后在两极收集到的气体在相同条件下的体积相同。则下列描述正确的是(　　)

A．电路中共转移0.9 mol电子

B．阳极得到的气体中有O2，且其物质的量为0.35 mol

C．阴极的质量增加3.2 g

D．铝元素仅以Al(OH)3的形式存在

如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

(1)甲烷燃料电池负极反应式为________________________。
(2)石墨(C)极的电极反应式为_______________________。
(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体的体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________ g。
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)₂的实验装置(如图所示)。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用)________________
若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用________作电极。

工业上以钛铁矿为原料制备二氧化钛的工艺流程如下图所示。钛铁矿的主要成分为钛酸亚铁(FeTiO₃)，其中一部分铁元素在风化过程中会转化为＋3价。

已知：TiOSO₄遇水会水解。
(1)步骤②中，用铁粉将Fe^3＋转化为Fe^2＋的离子方程式为_______________________
(2)步骤③中，实现混合物的分离是利用物质的________(填字母序号)。
a．熔、沸点差异　     b．溶解性差异　   c．氧化性、还原性差异
(3)步骤②、③、④中，均需要进行的操作是________(填操作名称)。
(4)请结合化学用语用化学平衡理论解释步骤④中将TiO^2＋转化为H₂TiO₃的原理：
____________________________________________________________。
(5)利用生产过程中的废液与软锰矿(主要成分为MnO₂)反应可生产硫酸锰(MnSO₄，易溶于水)，该反应的离子方程式为__________________________________
(6)研究发现，用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂－CaO作电解质，利用如图所示装置可获得金属钙，并可以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。
写出阳极的电极反应式：_________________________

在制备金属钛前后，CaO的总量不变，其原因是______________________________________(请结合化学用语解释)。