高中化学探究电解池作用试题

亚氯酸钠(NaClO₂)是一种高效氧化剂、漂白剂。已知：NaClO₂饱和溶液在温度低于38^oC时析出的晶体是NaClO₂·3H₂O，高于38^oC时析出晶体是NaClO₂，高于60^oC时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl。利用下图所示装置制备亚氯酸钠。装置②反应容器为三颈烧瓶。

完成下列填空：
（1）组装好仪器后，检查整套装置气密性的操作是：                    。
（2）装置②中产生ClO₂的化学方程式为                                 。
装置④中发生反应的离子方程式为                                  。
（3）从装置④反应后的溶液获得NaClO₂晶体的操作步骤为：
①减压，55^oC蒸发结晶；②     ；③     ；④低于60^oC干燥，得到成品。
（4）目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺。

①上图是用石墨作电极，一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂的示意图。则阳极产生C1O₂的电极反应为               。
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。
（5）准确称取所得亚氯酸钠样品l0 g于烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应(ClO₂^-+4I^-+4H⁺=2H₂O+2I₂+C1^-)。将所得混合液配成250 mL待测溶液。配制待测液需用到的定量玻璃仪器是     ；取25．00 mL待测液，用2．0mol·L^-1Na₂S₂O₃标准液滴定(I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)，以淀粉溶液做指示剂，达到滴定终点时的现象为          。重复滴定2次，测得Na₂S₂O₃溶液平均值为20．00 mL。该样品中NaClO₂的质量分数为        。

碳及其化合物应用广泛。
I.工业上利用CO和水蒸汽反应制氢气，存在以下平衡:CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)
（1）沸石分子筛中含有硅元素，请写出硅原子结构示意图__________。
（2）向1L恒容密闭容器中注人CO和H₂o(g),830℃时测得部分数据如下表。则该温度下反应的平衡常
数K=______________。

（3）相同条件下，向1L恒容密闭容器中，同时注人1mol CO、1mol H₂O(g),2molCO₂和2mo1 H₂，此时v(正 ) __________v(逆)(填“＞”“＝”或“＜”)
II.已知CO(g)+1/2 O₂ (g)＝CO₂ (g)             △H＝一141 kJ·mol^-1
2H₂(g)+ O₂(g)＝2H₂O(g)                       △H＝一484 kJ·mol^-1
CH₃OH（1）+3/2O₂ (g)＝CO₂(g)+2H₂O(g)         △Hl＝一726 kJ·mol^-1
（4）利用CO、H₂化合制得液态甲醇的热化学方程式为___________。
III.一种新型氢氧燃料电池工作原理如下图所示

（5）写出电极A的电极反应式_____________。
（6）以上述电池电解饱和食盐水，若生成0.2mo1 Cl₂，则至少需通人O₂的体积为_____L(标准状况)。

2013年12月15日4时搭载长征系列火箭的“玉兔号”顺利驶抵月球表面，实现了五星红旗耀月球的创举。火箭升空需要高能燃料，通常用肼（N₂H₄）作燃料，N₂O₄做氧化剂。请回答下列问题：
（1）已知：N₂(g) + 2O₂(g) ="=" 2NO₂(g)                 ΔH= + 67.7kJ·mol^-1
N₂H₄₍g) + O₂（g）="=" N₂(g) + 2H₂O(g)     ΔH= - 534.0kJ·mol^-1
2NO₂(g)  N₂O₄（g）             ΔH=" -" 52.7kJ·mol^-1
写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：                                  ；
（2）工业上用次氯酸钠与过量的氨气反应制备肼，该反应的化学方程式为：                                    ；
（3）工业上可以用下列反应原理制备氨气：
2N₂(g)+6H₂O(l)4NH₃(g)+3O₂(g)  ΔH= Q kJ·mol^-1
①已知该反应的平衡常数K与温度的关系如图，则此反应的 Q        0 （填“＞”“＜”或“=”）。

②若起始加入氮气和水，15分钟后，反应达到平衡，此时NH₃的浓度为0.3mol/L，则用氧气表示的反应速率为           。
③常温下，如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，          （选填编号）.

A．容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化

B．v（N2）/v（O2）=2∶3

C．容器中气体的密度不随时间而变化

D．通入稀有气体能提高反应的速率

E．若向容器中继续加入N₂，N₂的转化率将增大
（4）最近华南理工大提出利用电解法制H₂O₂并以此处理废氨水，装置如图。

①为不影响H₂O₂的产量，需要向废氨水加入适量硝酸调节溶液的pH约为5，则所得废氨水溶液中c(NH₄⁺)       c(NO₃^-)（填“＞”“＜”或“=”）；
②Ir—Ru惰性电极有吸附O₂作用，该电极的电极反应为                     ；
③理论上电路中每转移3mol电子，最多可以处理NH₃·H₂O的物质的量为            。

工业生产Na₂S常用方法是无水芒硝(Na₂SO₄)一碳还原法，其流程示意图如下：

(1)若煅烧阶段所得气体为等物质的量的CO和CO₂。写出煅烧时发生的总反应方程式：______________________。
(2)用碱液浸出产品比用热水更好，理由是__________________。
(3)废水中汞常用硫化钠除去，汞的除去率与溶液pH和硫化钠实际用量与理论用量比值x的关系如图所示。为使除汞达到最佳效果，应控制条件是________________。

(4)取Na₂S(含少量NaOH)，加入到CuSO₄溶液中，充分搅拌，若反应后溶液pH＝4，此时溶液中c(S^2－)＝________mol·L^－1[已知：CuS的K_sp＝8.8×10^－36；Cu(OH)₂的K_sp＝2.2×10^－20(保留2位有效数字)]。
(5)纳米Cu₂O常用电解法制备，制备过程用铜棒和石墨棒做电极，Cu(NO₃)₂做电解液。电解生成Cu₂O应在________；该电极pH将________(填“升高”“不变”或“降低”)，用电极方程式解释pH发生变化的原因______________________。

钛铁矿的主要成分为FeTiO₃(可表示为FeO·TiO₂)，含有少量MgO、CaO、SiO₂等杂质。利用钛铁矿制备锂离子电池电极材料(钛酸锂Li₄Ti₅O₁₂和磷酸亚铁锂LiFePO₄)的工业流程如图所示：

已知：FeTiO₃与盐酸反应的离子方程式为FeTiO₃＋4H^＋＋4Cl^－=Fe^2＋＋TiOCl₄^2—＋2H₂O
(1)化合物FeTiO₃中铁元素的化合价是________。
(2)滤渣A的成分是________。
(3)滤液B中TiOCl₄^2—转化生成TiO₂的离子方程式是________________。
(4)反应②中固体TiO₂转化成(NH₄)₂Ti₅O₁₅溶液时，Ti元素的浸出率与反应温度的关系如图所示。反应温度过高时，Ti元素浸出率下降的原因是________________________________。

(5)反应③的化学方程式是________________________。
(6)由滤液D制备LiFePO₄的过程中，所需17%双氧水与H₂C₂O₄的质量比是________。
(7)若采用钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)和磷酸亚铁锂(LiFePO₄)做电极组成电池，其工作原理为Li₄Ti₅O₁₂＋3LiFePO₄Li₇Ti₅O₁₂＋3FePO₄，该电池充电时阳极反应式是____________________。

碘被称为“智力元素”，科学合理地补充碘可防治碘缺乏病，KI、KIO₃曾先后用于加碘盐中。
(1)工业上可以通过铁屑法生产KI，其工艺流程如下：

①反应Ⅰ生成铁与碘的化合物，若该化合物中铁元素与碘元素的质量比为21∶127，则加入足量碳酸钾时，反应Ⅱ的化学方程式为____________________。
②操作A包括__________________；用冰水洗涤的目的是__________________。
(2)KIO₃可以通过H₂O₂氧化I₂先制得HIO₃，然后再用KOH中和的方法进行生产。
①烹饪时，含KIO₃的食盐常在出锅前加入，其原因是_____________________________
②若制得1 284 kg KIO₃固体，理论上至少需消耗质量分数为30%的双氧水________ kg。
③KIO₃还可通过下图所示原理进行制备。电解时总反应的离子方程式为____________。若忽略溶液体积的变化，则电解结束后阴极区的pH与电解前相比________(选填“增大”、“减小”或“不变”)。

下图是两座工厂的主要生产流程以及它们之间的生产关系

回答下列问题：
（1）与上图中“设备A”的作用相当的实验装置是        。

（2）“溶液B”也可以用下列物质中的什么物质代替？     。
a．KAl(SO₄)₂·12H₂O      b.ClO₂        c.大量O₃      d.K₂Cr₂O₇       e.活性炭
（3）聚氯化铝在生产过程中作       剂，其作用是             ，可用离子方程式表示其化学原理如下（用Al³⁺代表聚氯化铝）：                       。
（4）上图中下方的工厂主要生产两种气体和一种常见强碱，通常称为         工业。
（5）加入“三种试剂”主要是为了除去粗食盐水中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，按加入的先后次序写出化学式                            。
（6）制取“溶液B”的方法现在已作了改进，其原理图，用离子方程式表示该装置中发生的反应：                      。

已知A、B、C、D、E、F六种短周期元素中，A、B、C、D是组成蛋白质的基本元素；A与B的原子序数之和等于C原子核内的质子数；A与E、D与F分别位于同一主族，且F原子核内的质子数是D原子核外电子数的2倍。据此，请回答：
（1）F在周期表中的位置是____________________________。
（2）由A、C、D、F按8:2:4:1原子个数比组成的化合物甲中含有的化学键类型为____________；甲溶液中各离子浓度由大到小的顺序为________________（用离子浓度符号表示）。
（3）化合物乙由A、C组成且相对分子质量为32；化合物丙由A、D组成且分子内电子总数与乙分子内电子总数相等；乙与丙的反应可用于火箭发射（反应产物不污染大气），则该反应的化学方程式为_________________________________________。
（4）由A、D、E、F组成的化合物丁能与硫酸反应并放出刺激性气味的气体，则丁的化学式为＿＿＿＿＿＿＿＿；实验测得丁溶液显弱酸性，由此你能得出的结论是___________________。
（5）由B、A按1:4原子个数比组成的化合物戊与D的常见气态单质及NaOH溶液构成原电池

温度/K

（如图），试分析：

①闭合K，写出左池X电极的反应式__________________________________；
②闭合K，当X电极消耗1.6g化合物戊时（假设过程中无任何损失），则右池两极共放出气体在标准状况下的体积为_________升。

Ⅰ.某实验A小组设计生产亚氯酸钠（NaClO₂）的主要流程如图，

已知NaClO₂是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染工业。它在碱性环境中稳定存在。
（1）双氧水的电子式为           ，装置Ⅰ中发生反应的还原剂是　　　　　（填化学式）。
（2）A的化学式是　　 　，装置Ⅲ电解池中A在　　　极区产生，若装置Ⅲ中生成气体a为 11.2 L(标准状况)，则理论上通过电解池的电量为　　　             （已知法拉第常数F="9.65×l" 0⁴C· mol^-1)。
（3）装置Ⅱ中反应的离子方程式是　　　　　                        　　　 。
Ⅱ．某实验B小组测定金属锡合金样品的纯度（仅含少量锌和铜，组成均匀），将样品溶于足量盐酸: Sn+ 2HCl=SnCl₂+H₂↑，过滤，洗涤。将滤液和洗涤液合并再加过量的FeCl₃溶液。最后可用一定浓度的K₂Cr₂O₇酸性溶液滴定生成的Fe²⁺，此时还原产物为Cr³⁺。现有锡合金试样1.23g，经上述反应、操作后，共用去0.200mol/L的K₂Cr₂O₇的酸性溶液15.00mL。
（4） 列式计算样品中锡的质量分数。
（5）用上述样品模拟工业上电解精炼锡，如图：

b极发生电极反应式      ，当得到11.90g纯锡时，电解质溶液质量减轻0.54g，则锡合金质量减少_______ g（结果保留一位小数）。

脱硫技术能有效控制SO₂对空气的污染。
(1)向煤中加入石灰石可减少燃烧产物中SO₂的含量，该反应的化学方程式是
_______________________________。
(2)海水呈弱碱性，主要含有Na^＋、K^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、Cl^－、SO₄^2—、Br^－、HCO₃^—等。含SO₂的烟气可利用海水脱硫，其工艺流程如图所示：

①向曝气池中通入空气的目的是_____________________________________。
②通入空气后曝气池中海水与天然海水相比，浓度有明显不同的离子是________。
a．Cl^－　　　 b．SO₄^2—　　　           c．Br^－　　　       d．HCO₃^—
(3)用NaOH溶液吸收烟气中的SO₂，将所得的Na₂SO₃溶液进行电解，可得到NaOH，同时得到H₂SO₄，其原理如图所示(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电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动的原理解释原因：
__________________________________________。

由铝土矿（主要成分是Al₂O₃）炼制铝的工艺流程示意图如下：

（1）电解生成的铝在熔融液的       （填“上层”或“下层”），电解时不断消耗的电极是       （填“阴极”或“阳极”）。
（2）写出通入过量二氧化碳酸化时反应的离子方程式                                                                       
                                                                       。
（3）电解制备铝时，需加入冰晶石（Na₃AlF₆），其作用是           ，工业上可以用氟化氢气体、氢氧化铝和纯碱在高温条件下发生反应来制取冰晶石，写出该反应的化学方程式                                                                       。
（4）上述工艺所得铝中往往含有少量Fe和Si等杂质，可用电解方法进一步提纯，该电解池的阴极材料是       （填化学式），阳极的电极反应式为                                                                       。
（5）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命。
①控制一定条件进行电解（见图），此时铝表面可形成耐酸的致密氧化膜，其电极反应式为                                 ；

②钢材镀铝后，能防止钢材腐蚀，其原因是                                                                                                                                               。

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Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，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2CrO₄^2-（黄色）＋2H^＋Cr₂O₇^2-（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 Cr₂O₇^2-，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Cr₂O₇^2-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___________________________________________________________。

回收的废旧锌锰干电池经过处理后得到锰粉(含MnO₂、Mn(OH)₂、Fe、乙炔和黑炭等)，由锰粉制取MnO₂的步骤如下图所示。

根据上图所示步骤并参考表格数据，回答下列问题。

物 质	开始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Mn(OH)2	8.3	9.8

 
（1）在加热条件下用浓盐酸浸取锰粉，所得溶液中含有Mn²⁺、Fe²⁺等。MnO₂与浓盐酸反应的离子方程方程式：                                                      _。
（2）酸浸时，浸出时间对锰浸出率的影响如下图所示，工业采用的是浸取60 min，其可能原因是                                                    。

（3）锰粉经浓盐酸浸取，过滤I除去不溶杂质后，向滤液中加入足量H₂O₂溶液，其作用是                                 。
（4）过滤I所得滤液经氧化后，需加入NaOH溶液调节pH约为5.1，其目的是                                              。
（5）过滤Ⅱ所得滤液加入足量H₂O₂溶液并加入NaOH溶液调节pH约为9，使Mn²⁺ 氧化得到MnO₂，反应的离于方程式为                                                     。
（6）工业上利用KOH和MnO₂为原料制取KMnO₄。主要生产过程分两步进行：第一步将MnO₂和固体KOH粉碎，混合均匀，在空气中加热至熔化，并连续搅拌以制取K₂MnO₄；第二步为电解K₂MnO₄的浓溶液制取KMnO₄。
① 第一步反应的化学方程式为                                                            。
② 电解K₂MnO₄的浓溶液时，电解池中阴极的实验现象为                                        。

下表为部分短周期元素化合价及相应原子半径的数据：

元素性质	元素编号
A	B	C	D	E	F	G	H
原子半径(nm)	0.102	0.110	0.117	0.074	0.075	0.071	0.099	0.077
最高化合价	＋6	＋5	＋4		＋5		＋7	＋4
最低化合价	－2	－3	－4	－2	－3	－1	－1	－4

 
已知：
①A与D可形成化合物AD₂、AD₃；
②E与D可形成多种化合物，其中ED、ED₂是常见的化合物，C可用于制光电池。
(1)E在周期表中位置是________________；
(2)C和H的气态氢化物的稳定性强弱关系为______________(用分子式表示)；
(3)分子组成为ADG₂的物质在水中会强烈水解，产生使品红溶液褪色的无色气体和一种强酸。该反应的化学方程式是_____________________________________。
(4)工业上可用纯碱溶液处理ED和ED₂，该反应如下：
ED＋ED₂＋Na₂CO₃===2________＋CO₂
横线上某盐的化学式应为________。
(5)在一密闭容器中发生反应2AD₂＋D₂2AD₃　ΔH＝－47 kJ/mol，在上述平衡体系中加入¹⁸D₂，当平衡发生移动后，AD₂中¹⁸D的百分含量________(填“增加”“减少”或“不变”)其原因为______________________________________________
(6)请设计一个实验方案，使铜和稀的H₂AD₄溶液反应，得到蓝色溶液和氢气。在下列方框内绘出该实验方案装置图。

能源问题是人类社会面临的重大课题，甲醇是未来重要的绿色能源之一。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
Ⅰ.CH₄（g）＋H₂O（g）=CO（g）＋3H₂（g）ΔH＝＋206.0 kJ/mol
Ⅱ.CO（g）＋2H₂（g）=CH₃OH（g）ΔH＝－129.0 kJ/mol
（1）CH₄（g）与H₂O（g）反应生成CH₃OH（g）和H₂（g）的热化学方程式为_____。
（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O（g）通入容积为100 L的反应室，在一定条件下发生反应Ⅰ，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。

①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为________；
②100 ℃时反应Ⅰ的平衡常数为________。
（3）在压强为0.1 MPa、温度为300 ℃条件下，将1.0 mol CO与2.0 mol H₂的混合气体在催化剂作用下发生反应Ⅱ生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是________（填字母序号）。

A．c（H2）减小

B．正反应速率加快，逆反应速率减慢

C．CH3OH的物质的量增加

D．重新平衡时减小

E．平衡常数K增大
（4）工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有甲醇蒸气重整法。该法中的一个主要反应为CH₃OH（g）CO（g）＋2H₂（g），此反应能自发进行的原因是：___。
（5）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co^2＋氧化成Co^3＋，然后以Co^3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用下图装置模拟上述过程：

①写出阳极电极反应式_______________；
②写出除去甲醇的离子方程式___________________。