高中化学探究电解池作用试题

Ⅰ．将由Na^＋、Ba^2＋、Cu^2＋、SO₄^2－、Cl^－组合形成的三种强电解质溶液，分别装入下图装置中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解，电极均为石墨电极。
接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如右上图（忽略因气体溶解带来的影响）。据此回答下列问题：

（1）在甲中烧杯中滴加酚酞，   极（填a或b）附近溶液会变红。
（2）写出乙烧杯中发生反应的化学方程式           。
（3）电极f上发生的电极反应式为           。
（4）若经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了8g，要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态，应进行的操作是           。
Ⅱ．工业上利用BaSO₄制备BaCl₂的工艺流程如下：

某活动小组的同学在实验室以重晶石（主要成分BaSO₄）为原料，对上述工艺流程进行模拟实验。
（1）上述过程中，气体用过量NaOH溶液吸收得到Na₂S。Na₂S水溶液显碱性的原因是     。（用离子方程式表示）
（2）已知有关反应的热化学方程式如下：
BaSO₄(s) +4C(s)4CO(g)+BaS(s) △H₁ = +571.2kJ/mol      ①
C(s) +CO₂(g)2CO(g)  △H₂ = +172.5kJ/mol               ②
则反应BaSO₄(s) +2C(s)2CO₂(g) + BaS(s) △H₃ =     
（3）在高温焙烧重晶石过程中必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的是     。

高锰酸钾是锰的重要化合物和常用氧化剂，在实验室和医疗上有非常广泛的应用。以下是工业上用软锰矿（主要含MnO₂）制备高锰酸钾晶体的一种工艺流程：

（1）操作Ⅱ的名称是_______，实验室进行该操作须用到的玻璃仪器有      ；
（2）反应②的产物中，氧化产物与还原产物的物质的   量之比是______；
（3）反应②中“酸化”时不能选择下列酸中的______（填字母序号）
a．稀盐酸     b．稀硫酸      c．稀醋酸
（4）电解锰酸钾溶液也可以制备高锰酸钾，其阴极反应式为：2H₂O + 2e^- = 2OH^- + H₂↑，如图，b为电源的_______极，电解池的阳极反应式是_______；若电解过程中收集到2.24 L H₂（标准状况），则得到高锰酸钾______g。（提示：阴离子放电顺序MnO₄^2->OH^-）

现有五种可溶性物质A、B、C、D、E，它们所含的阴、阳离子互不相同，分别含有五种阳离子K⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Ba²⁺、A1³⁺和五种阴离子Cl^-、OH^-、NO₃^-、CO₃^2-、X中的一种。
（1）某同学通过比较分析，认为无须检验就可判断五种物质中肯定有的两种物质是_____________和__________。
（2）物质C中含有离子X。为了确定X，现将（1）中的两种物质记为A和B，当C与A的溶液混合时产生蓝色沉淀，向该沉淀中滴入足量稀HNO₃，沉淀部分溶解，剩余白色固体。则X为__________（填字母）。
A．Br^-    B．SO₄^2-    C．CH₃COO^- D．HCO₃^-
（3）将19.2g Cu投入装有足量D溶液的试管中，Cu不溶解，再滴加稀H₂SO₄，Cu逐渐溶解，管口附近有红棕色气体出现，写出Cu溶解的离子方程式__________，若要将Cu完全溶解，至少应加入H₂SO₄的物质的量是_____ __。
（4）若用惰性电极电解C和D的混合溶液，若溶质的物质的量均为0.1 mol，通电后，当在阴极产生气体1.12L时，阳极产生的气体体积为___________L。（气体体积均为标准状况，且不考虑气体在水中的溶解）
（5）将E溶液蒸干后并将所得固体灼烧，最终得到的固体成分是（填化学式）__________。

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0.1molClO₂，则转移电子的物质的量为_______mol。
（2）目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺。

①上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              。
ClO₂对污水中Fe^2＋、Mn^2＋、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。

某中学课外兴趣小组用惰性电极电解饱和食盐水（含少量Mg²⁺）作系列探究，装置如图所示：

（1）电解时，甲同学发现电极a附近溶液出现浑浊，请用离子方程式表示原因：
___________________________________________________________________________________。
（2）一段时间后，你认为C中溶液可能出现的现象是_________________________________，请用离
子方程式表示原因______________________________________________________。
（3）随着反应的进行，兴趣小组的同学们都特别注意到D中溶液红色逐渐褪去。他们对溶液红色褪去主要原因提出了如下假设，请你完成假设二。
假设一：B中逸出气体与水反应生成的物质有强氧化性，使红色逐渐褪去；
假设二：______________________________________________________________________。
（4）请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论：_____________________________________。

（共11分）工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大的伤害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。
方法l：还原沉淀法
该法的工艺流程为：
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2-(黄色)+2H⁺Cr₂O₇^2-(橙色)+H₂O
(1)若平衡体系的pH＝2，则溶液显    色。
(2)能说明第①步反应达平衡状态的是          。
A．Cr₂O2- 7和CrO2- 7的浓度相同      B．2v(Cr₂O2- 7)＝v(CrO2- 4)     C．溶液的颜色不变
(3)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)Cr³⁺(aq)+3OH^－(aq)
常温下，Cr(OH)₃的溶度积Ksp＝c(Cr³⁺)•c³(OH^-)＝10^-32,要使c(Cr³⁺)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Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。
(4)用Fe做电极的原因为                  。
(5)在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应式解释)      。溶液中同时生成的沉淀还有      。

工业上生产金属钛的方法很多。以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，钛酸亚铁）为主要原料冶炼金属钛，生产的工艺流程图如下，其中钛铁矿与浓硫酸发生反应的化学方程式为：
FeTiO₃＋2H₂SO₄＝TiOSO₄＋FeSO₄＋2H₂O
 
回答下列问题：
（1）钛铁矿和浓硫酸反应属于______________________ （选填“氧化还原反应”或“非氧化还原反应”）。
（2）上述生产流程中加入物质A的目的是防止Fe^2＋被氧化，物质A是________，上述制备TiO₂的过程中，所得到的副产物和可回收利用的物质分别是__________、___________。
（3）反应TiCl₄＋2Mg＝2MgCl₂＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________。
（4）由二氧化钛制取四氯化钛所涉及的反应有：
TiO₂ (s)+ 2Cl₂ (g) +2C(s) ＝TiCl₄(g) + 2CO(g)    ΔH₁ = －72 kJ•mol^-1 
TiO₂(s) + 2Cl₂ (g) ＝TiCl₄(g) + O₂ (g)   ΔH₂ =+38.8kJ•mol^－1
C(s)＋CO₂(g)＝2CO(g)   ΔH₃ =+282.8kJ•mol^－1
①反应C(s)＋CO₂(g)＝2CO(g)在高温下能够自发进行的原因是______________________。
②反应C(s)＋O₂(g)＝CO₂ (g)的ΔH＝_______________。
（5）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。①写出阳极所发生反应的电极反应式：________________________________。

②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）                                                                              。

（1）、①用肼(N₂H₄)为燃料，四氧化二氮做氧化剂，两者反应生成氮气和气态水。
已知：N₂(g)＋2O₂(g)＝N₂O₄(g)  ΔH＝+10.7kJ·mol^-1
N₂H₄(g)＋O₂(g)＝N₂(g)＋2H₂O(g)  ΔH＝-543kJ·mol^-1
写出气态肼和N₂O₄反应的热化学方程式：                                。
②已知四氧化二氮在大气中或在较高温度下很难稳定存在，其很容易转化为二氧化氮。试推断由二氧化氮制取四氧化二氮的反应条件(或措施)：                         。
（2）科学家制造出一种使用固体电解质的燃料电池，其效率更高，可用于航天航空。

图甲所示装置中，以稀土金属材料为惰性电极，在两极上分别通入CH₄和空气，其中固体电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂固体，它在高温下能传导阳极生成的O^2-(O₂+4e →2O^2-)
①c电极为       ，d电极上的电极反应式为                            。
②图乙是电解100mL 0.5mol·L^-1 CuSO₄溶液，a电极上的电极反应式为          。若a电极产生56mL(标准状况)气体，则所得溶液的pH=     (不考虑溶液体积变化)，若要使电解质溶液恢复到电解前的状态，可加入       (选填字母序号)
a.CuO    b.Cu(OH)₂     c.CuCO₃     d.Cu₂(OH)₂CO₃

我国某大型电解铜生产企业，其冶炼工艺中铜、硫回收率达到97％、87％。下图表示其冶炼加工的流程：

冶炼中的主要反应：Cu₂S + O₂ =" 2Cu" + SO₂
（1）烟气中的主要废气是________________，从提高资源利用率和减排考虑，其综合利用方式是制___________。
（2）电解法炼铜时，阳极是____________（填“纯铜板”或“粗铜板”）；粗铜中含有的金、银以单质的形式在电解槽_______________（填“阳极”或“阴极”的槽底，阴极的电极反应式是_________________________________________。
（3）在精炼铜的过程中，电解质溶液中c(Fe²⁺)、c(Zn²⁺)会逐渐增大而影响进一步电解。
几种物质的溶度积常数（K_SP）：

物质	Fe(OH)2	Fe(OH)3	Zn(OH)2	Cu(OH)2
KSP	8.0×10^－16	4.0×10^－38	3.0×10^－17	2.2×10^－20

 
调节电解液的pH是除去杂质离子的常用方法。根据上表中溶度积数据判断，含有等物质的量浓度的Fe²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺的溶液，随pH升高最先沉淀下来的离子是______________。
一种方案是先加入过量的H₂O₂，再调节pH到4左右。加入H₂O₂后发生反应的离子方程式为___________________________________________________________________________。

二氧化氯（ClO₂）是一种广谱、高效的消毒剂，易溶于水，尤其在水处理等方面有广泛应用。以下是某校化学研究小组设计实验室制取ClO₂的工艺流程图。下列有关说法正确的是

A．电解时发生反应的化学方程式为：

B．由NaClO3溶液制取0.6mol ClO2时，至少消耗0.1mol NCl3

C．将产生的混合气体通过盛有碱石灰的干燥器以除去ClO2中的NH3

D．溶液X的成分为NaClO3和NaOH

A、B、C、D、E、F六种元素为原子序数依次增大的短周期元素。A为原子半径最小的元素，A和B可形成4原子10电子的分子X；C的最外层电子数是内层的3倍； D原子的最外层电子数是最内层电子数的一半；E是地壳中含量最多的金属元素；F元素的最高正价与最低负价代数和为6。
请回答下列问题：
(1)B、C、D、E、F五种元素原子半径由大到小的顺序是________。
(2)A和C按原子个数比1：l形成4原子分子Y．Y的结构式是________。
(3)分子X的电子式是_____________；D可以在液态X中发生类似于与A₂C的反应，
写出反应的化学方程式_________________________________ 。
(4)实验证明，熔融的EF3不导电，其原因是__________________________。
(5)E的单质可溶于A、C、D形成的化合物Z的水溶液中。拉曼光谱证实此反应生成的阴离子主要以的形式存在，写出E溶于Z溶液的离子方程式：_________________________________________.
(6)工业品Z的溶液中含有某些含氧酸根杂质，可用离子交换膜法电解提纯。电解槽内装有阳离子交换膜（只允许阳离子通过），其工作原理如图所示。

①该电解槽的阳极反应式是____________________。
②通电开始后，阴极附近溶液pH_________________（“增大”、“减小”或”不变”）。
③除去杂质后的Z溶液从液体出口___________________（填写“A”或“B”）导出。

（1）医疗上常用浓度为75%的某有机物水溶液作皮肤消毒液。该有机物的结构简式是     。
（2）一定条件下，0.1mol氨气与氧气反应生成两种无毒气体，放出31.67kJ热量。写出核反应的热化学方程式：         。
（3）现有固体X，可能含有Cu、SiO₂、KNO₃、NH₄Cl中的一种或几种。为了探究其成分，某学习小组取该样品进行如下实验（部分产物已略去）。

①步骤I中发生反应的离子方程式为                           。
②20.00gX中Cu的质量分数为                。
③为进一步确定固体X的组成，常温下，学习小组另取固体X加水，充分搅拌后过滤，测得滤液的pH＜7。他们判断一定有NH₄Cl，理由是          。
（4）工业上常用电渗析法生产HI，其模拟实验如图。写出阴极的电极反应式：           。

氮可以形成多种化合物，如NH₃、N₂H₄、HCN、NH₄NO₃等。
（1）已知：N₂(g)+2H₂(g)=N₂H₄(l)            △H=" +" 50.6kJ·mol^-1
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)            △H="-571.6" kJ·mol^-1
则①N₂H₄(l)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(l)     △H=    kJ·mol^-1
②N₂(g)+2H₂(g)=N₂H₄(l) 不能自发进行的原因是  。
③用次氯酸钠氧化氨，可以得到N₂H₄的稀溶液，该反应的化学方程式是    。
（2）采矿废液中的CN^-可用H₂O₂处理。已知：H₂SO₄=H⁺+ HSO₄^-  HSO₄^-H⁺+ SO₄^2-
用铂电极电解硫酸氢钾溶液，在阳极上生成S₂O₈^2-，S₂O₈^2-水解可以得到H₂O₂。写出阳极上的电极反应式   。
（3）氧化镁处理含NH₄⁺的废水会发生如下反应：
MgO+H₂OMg(OH)₂        Mg(OH)₂+2NH₄⁺ Mg²⁺ +2NH₃·H₂O。
①温度对氮处理率的影响如图所示。在25℃前，升高温度氮去除率增大的原因是    。

②剩余的氧化镁，不会对废水形成二次污染，理由是    。
（4）滴定法测废水中的氨氮含量（氨氮以游离氨或铵盐形式存在于水中）步骤如下：①取10 mL废水水样于蒸馏烧瓶中，再加蒸馏水至总体积为175 mL②先将水样调至中性，再加入氧化镁使水样呈微碱性，加热③用25 mL硼酸吸收蒸馏出的氨[2NH₃+4H₃BO₃＝(NH₄)₂B₄O₇+5H₂O]④将吸收液移至锥形瓶中，加入2滴指示剂，用c mol·L^-1的硫酸滴定至终点[(NH₄)₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O＝(NH₄)₂SO₄+4H₃BO₃]，记录消耗的体积V mL。则水样中氮的含量是    mg·L^-1（用含c、V的表达式表示）。

高铁酸钾（K₂FeO₄）是铁的一种重要化合物，具有极强的氧化性。
（1）将适量K₂FeO₄溶解于pH=4.74的溶液中，配制成c(FeO₄^2－)=1.0×10^－3mol·L^－的试样，将试样分别置于20℃、30℃、40℃和60℃的恒温水浴中，测定c(FeO₄^2－)随时间变化的结果如图1所示。
该实验的目的是_______________________；FeO₄^2－发生反应的△H____________0（填“＞”“＜”或“＝”）
（2）将适量K₂FeO₄分别溶解于pH=4.74、7.00、11.50的水溶液中，配制成c(FeO₄^2－)=1.0×10^－3 mol·L^－的试样，静置，考察不同初始pH的水溶液对K₂FeO₄某种性质的影响，其变化图像见图2，800min时，在pH=11.50的溶液中，K₂FeO₄的浓度比在pH=4.74的溶液中高，主要原因是______________。
（3）电解法是工业上制备K₂FeO₄的一种方法。以铁为阳极电解氢氧化钠溶液，然后在阳极溶液中加入KOH，即在高铁酸钠溶液中加入KOH至饱和可析出高铁酸钾（K₂FeO₄），说明           。电解时阳极发生反应生成FeO₄^2－，该电极反应式为______________。
（4）与MnO₂—Zn电池类似，K₂FeO₄—Zn也可以组成高铁电池，K₂FeO₄在电池中作正极材料，其电极反应式为FeO₄^2－+3eˉ+4H₂O→Fe(OH)₃+5OHˉ，则该电池总反应的离子方程式为_______________。图3为高铁酸钾电池和高能碱性电池放电曲线，由此可得出的高铁酸钾电池的优点有_______________________、________________________。

已知：K_sp(AgCl)=1.8×10^—10，K_sp(AgI)=1.5×10^—16 ，K_sp(Ag₂CrO₄)=2.0×10^—12，Ag₂CrO₄为砖红色沉淀。
(1) AgCl、AgI、 Ag₂CrO₄三种饱和溶液中，Ag⁺浓度由大到小顺序是                     。现将等体积2.0×10^—4 mol·L^－1的AgNO₃溶液和一定浓度的Na₂CrO₄溶液混合，若要产生Ag₂CrO₄沉淀，则Na₂CrO₄溶液至少浓度为               mol·L^－1。
(2) 在室温下，向0.02mol·L^－1的Na₂CrO₄溶液中滴加0.01mol·L^－1稀硫酸，溶液由黄色转变为橙红色的Na₂Cr₂O₇，该平衡转化的离子方程式为                                。Na₂Cr₂O₇可用来鉴别NaCl和NaNO₂，鉴别时发生的离子方程式为                                。
(3) 工业酸性废水中含Cr₂O₇^2－离子会造成铬污染，排放前先将Cr₂O₇^2－还原成Cr³⁺，并转化成Cr(OH)₃除去，工业上采用的方法是向废水中加入NaCl，以铁为电极进行电解，同时鼓入空气。结果溶液的pH值不断升高，溶液由酸性转变为碱性。在以上处理过程中，写出其阳极电极反应式：           ，Cr₂O₇^2－转化为毒性较低的Cr³⁺的离子方程式为：                     。
(4) 用AgNO₃溶液滴定含Cl^－的溶液，可测定溶液中的c(Cl^－)。可滴入几滴             溶液为指示剂，滴定的终点现象为                                。