高中化学探究电解池作用试题

氮的重要化合物如氨（NH₃）、肼（N₂H₄）、三氟化氮（NF₃）等，在生产、生活中具有重要作用。
（1） 利用NH₃的还原性可消除氮氧化物的污染，相关热化学方程式如下：
H₂O(l)＝H₂O(g)   △H₁＝44.0 kJ·mol^－1
N₂(g)＋O₂(g)＝2NO(g)   △H₂＝229.3 kJ·mol^－1
4NH₃(g)＋5O₂(g)＝4NO(g)＋6H₂O(g)   △H₃＝－906.5 kJ·mol^－1
4NH₃(g)＋6NO(g)＝5N₂(g)＋6H₂O(l)   △H₄
则△H₄＝        kJ·mol^－1。
（2） 使用NaBH₄为诱导剂，可使Co^2＋与肼在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
① 写出该反应的离子方程式：         。
② 在纳米钴的催化作用下，肼可分解生成两种气体，其中一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如下图1所示，则N₂H₄发生分解反应的化学方程式为：         ；为抑制肼的分解，可采取的合理措施有         （任写一种）。
    
图1                             图2
（3） 在微电子工业中NF₃常用作氮化硅的蚀刻剂，工业上通过电解含NH₄F等的无水熔融物生产NF₃，其电解原理如上图2所示。
① 氮化硅的化学式为                    。
② a电极为电解池的              （填“阴”或“阳”）极，写出该电极的电极反应式：                 ；电解过程中还会生成少量氧化性极强的气体单质，该气体的分子式是                。

世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO₂的流程如下：

已知：①NCl₃是黄色黏稠状液体或斜方形晶体，极易爆炸，有类似氯气的刺激性气味，自然爆炸点为95℃，在热水中易分解，在空气中易挥发，不稳定。
②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
回答下列问题：
（1）电解时，发生反应的化学方程式为                     。
实验室制备气体B的化学方程式为                       ，为保证实验的安全，在电解时需注意的问题是：①控制好生成NCl₃的浓度；②                 。
（2）NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1∶6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为                                 。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10 mL，稀释成100 mL试样；
步骤2：量取V₁ mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30 min。
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。
（已知I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－）
①上述步骤3中滴定终点的现象是                             ；
②根据上述步骤可计算出原ClO₂溶液的浓度为              g /L（用含字母的代数式表示）。

某化学研究性小组采用如下装置（夹持和加热仪器已略去）电解饱和食盐水一段时间，并通过实验测定产物的量来判断饱和食盐水的电解率。
饱和食盐水的电解率=（电解的氯化钠质量/总的氯化钠质量）×100%

甲方案：利用甲、乙装置测定饱和食盐水的电解率。
（1）若饱和食盐水中滴有酚酞，则电解过程中甲装置中的实验现象：                     。
（2）若洗气瓶a中盛放的为足量的氢氧化钠溶液，通过测定洗气瓶a在电解前后的质量变化来计算饱和食盐水的电解率，则正确的连接顺序为     连________（填A、B、C、D、E等导管口），则洗气瓶a中发生反应的离子方程式为                                    。
乙方案：利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率。
（3）对于乙方案，有同学提出有两种方法都可测得饱和食盐水的电解率。
Ⅰ.通过测定硬质玻璃管中氧化铜固体前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
Ⅱ.通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
①一同学认为可以在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，则该干燥装置应与         口连接。
a.A         b.B         c.D         d.E
②另一同学认为乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，你是否同意？请说明理由          。
丙方案：只利用甲装置测定饱和食盐水的电解率。
（4）若电解150mL饱和食盐水一段时间，测得溶液的为pH为14，求饱和食盐水的电解率       
（假设电解前后溶液体积不变，饱和食盐水密度约为1.33 g/mL，溶解度为36.0g）。
若往该电解后所得溶液中通入二氧化碳气体2.24L（标准状况），则所得溶液中各离子浓度大小关系为：                         。

乙醛酸（HOOC－CHO）是有机合成的重要中间体。工业上用“双极室成对电解法”生产乙醛酸，原理如图所示。该装置中阴、阳两极为惰性电极，两极室均可产生乙醛酸，其中乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸。下列说法不正确的是

A．N电极上的电极反应式：HOOC－COOH+2e^－+2H^+=HOOC－CHO+H2O

B．若有2 mol H^+通过质子交换膜并完全参与反应，则该装置中生成的乙醛酸为1 mol

C．M电极上的电极反应式为：2Cl^－－2e^－=Cl2↑

D．乙二醛与M电极的产物反应生成乙醛酸的化学方程式： Cl2+OHC－CHO+ H2O = HOOC－CHO+2HCl

发生在天津港“8·12”特大火灾爆炸事故，再一次引发了人们对环境问题的关注。
（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施是将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H₂(g)＋1/2O₂(g)==H₂O(g) ΔH₁＝－241.8 kJ·mol^－1
C(s)＋1/2O₂(g)===CO(g)  ΔH₂＝－110.5 kJ·mol^－1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为：                         。
（2）由于CaC₂、金属钠、金属钾等物质能够跟水反应给灾后救援工作带来了很多困难。如果在实验室，你处理金属钠着火的方法是                         。
（3）事故发生后,爆炸中心区、爆炸区居民楼周边以及海河等处都受到了严重的氰化物污染。处理NaCN的方法是：用NaClO在碱性条件下跟NaCN反应生成无毒害的物质，试写出该反应的离子反应方程式            。
（4）电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。电化学降解NO₃^-的原理如图所示，电源正极为     （填“a”或“b”）；若总反应为4NO₃^-+4H⁺=5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，则阴极反应式为                   。

（5）欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr₂O₇^2-转化为Cr(OH)₃沉淀除去。已知在常温下：Ksp[Fe(OH)₂]= 1×10^－15、Ksp[Fe(OH)₃]= 1×10^－38、Ksp[Cr(OH)₃]= 1×10^－23，当离子浓度在1×10^－5mol/L以下时认为该离子已经完全沉淀，请回答：
①相同温度下Fe(OH)₃的溶解度       Cr(OH)₃的溶解度（填“>”、“<”或“=”）
②浓度为0.1mol/L的Fe²⁺与10. 0mol/L Cr³⁺同时生成沉淀的pH范围是       。

硫元素有多种化合价，可形成多种化合物。
（1）常温下用1mol•L^－1 100 mL NaOH溶液恰好完全吸收0.1mol SO₂气体，此反应的离子方程式为               ；该溶液pH<7的原因是              （结合方程式回答）。以石墨作电极，电解该物质的饱和溶液时，只有一个电极产生气体，写出阳极的电极反应式                。
（2）请按照浓度由大到小的顺序排列0.1mol/LNa₂SO₃溶液中的离子              。Na₂SO₃溶液放置于空气中一段时间后，溶液的pH        （填“增大”“减小”或 “不变”）。
（3）某同学在常温下设计如下实验流程探究Na₂S₂O₃的化学性质。

实验①可说明        （填字母）

A．该Na2S2O3溶液中水电离的c（OH^—）=10^—8mol/L

B．H2S2O3是一种弱酸

C．Na2S2O3是一种弱电解质

D．Na2S2O3水解方程式为S2O3^2—+2H2OH2S2O3+2OH^—

写出实验②发生反应的离子方程式                   。
（4）实验室制得的Na₂S₂O₃粗晶体中往往含有少量杂质。为了测定粗产品中Na₂S₂O₃·5H₂O的含量，一般采用在酸性条件下用KMnO₄标准液滴定的方法（假定粗产品中杂质与酸性KMnO₄溶液不反应）。
称取1.28 g的粗样品溶于水，用0.40mol/L KMnO₄溶液（加入适量硫酸酸化）滴定，当溶液中S₂O₃^2—全部被氧化时，消耗KMnO₄溶液体积20.00 mL。
5S₂O₃^2—+8MnO₄^—+14H⁺ ＝8Mn²⁺+10SO₄^2—+7H₂O）。试回答：
①此滴定实验是否需要指示剂     （填“是”或“否”），KMnO₄溶液置于    （填“酸式”或“碱式”）滴定管中。
②若滴定时振荡不充分，刚看到溶液局部变色就停止滴定，则会使样品中Na₂S₂O₃·5H₂O的质量分数的测量结果     （填“偏高”“偏低”或“不变”）。
③产品中Na₂S₂O₃·5H₂O的质量分数为          。（Na₂S₂O₃·5H₂O式量：248）（保留小数点后两位数）

(14分)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO₂加氢合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径。由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H ₁=－49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₂
反应Ⅲ：CO(g)+2 H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₃=－90.77 kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=         ，反应I自发进行条件是        （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入
A：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol
B：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2mol，曲线I代表哪种投入方式     （用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．此温度下的平衡常数为      ；500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、ｘmolH₂O，若使反应在开始时正向进行，则ｘ应满足的条件是
b．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线。
（3）固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池，它是以固体氧化锆、氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O ^2-）在其间通过，该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极均不参与电极反应，下图是甲醇燃料电池的模型。

①出该燃料电池的负极反应式        
②如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为       （法拉第常数为9.65×10⁴C·mol^-1）

由黄铜矿(主要成分是CuFeS₂)炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1 000 ℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是_____________、____________________，反射炉内生成炉渣的主要成分是____________。
（2）冰铜(Cu₂S和FeS互相熔合而成)含Cu量为20%～50%。转炉中，将冰铜加熔剂(石英砂)在1 200 ℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu₂S被氧化为Cu₂O，生成的Cu₂O与Cu₂S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是__________________、____________________；
（3）粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极______(填图中的字母)；在电极d上发生的电极反应式为________________；若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为________。

I.下图为相互串联的三个装置，试回答：

（1）若利用乙池在铁片上镀银，则B是_________（填电极材料），电极反应式是_________；应选用的电解质溶液是_____________。
（2）若利用乙池进行粗铜的电解精炼，则________极（填“A”或“B”）是粗铜，若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_____________________。
（3）丙池滴入少量酚酞试液，电解一段时间___________（填“C”或“Fe”）极附近呈红色。
（4）写出甲池负极的电极反应式：________________________________。若甲池消耗3.2gCH₃OH气体，则丙池中阳极上放出的气体物质的量为______________。
II.（5）请利用反应Fe +2Fe³⁺= 3Fe²⁺设计原电池。
设计要求：①该装置尽可能提高化学能转化为电能的效率；
②材料及电解质溶液自选，在图中做必要标注；
③画出电子的转移方向。

如下图所示：

（1）a电极是_________（填“阴极”或“阳极”），b电极是_________（填“阴极”或“阳极”）。
（2）当电解NaCl溶液时：
①a电极的电极反应为________________，该反应是_______(填“氧化”或“还原”)反应；
②b电极的电极反应为______________，该反应是_________(填“氧化”或“还原”)反应。
（3）当电解精炼铜时：
①a电极是__________（填“粗铜”或“纯铜”），其电极反应为__________________________；
②b电极是__________（填“粗铜”或“纯铜”），其电极反应为__________________________。

H₂O₂是一种常用绿色氧化剂，在化学研究中应用广泛。
（1）空气阴极法电解制备H₂O₂的装置如下图所示，主要原理是在碱性电解质溶液中，通过利用空气中氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物。试回答：

①直流电源的a极名称是           。
②阴极电极反应式为               。
③1979年，科学家们用CO、O₂和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H₂O₂。相对于电解法，该方法具有的优点是安全、                   。
（2）Fe³⁺对H₂O₂的分解具有催化作用。利用图(a)和(b)中的信息，按图(c)装置（连通的A、B瓶中已充有NO₂气体）进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的               （填“深”或“浅”），其原因是                         。

（3）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。反应的离子方程式是             ，控制其它条件相同，印刷电路板的金属粉末用10%H₂O₂ 和3.0mol·L^－1H₂SO₄溶液处理，测得不同温度下铜的平均溶解速率（见下表）

温度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
Cu的平均溶解速率 （×10^－3mol·min^－1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降，其主要原因是             。

铜、铁及其化合物在工业、农业、科技和日常生活中有广泛应用。
（1）工业上利用辉铜矿（主要成分是Cu₂S）冶炼铜。为了测定辉铜矿样品的纯度，用酸性高锰酸钾溶液反应(已知1 molCu₂S失去10mol的电子)，写出该反应的离子方程式                             。
（2）工业上利用废铜屑、废酸（含硝酸、硫酸）为主要原料制备硫酸铜晶体。某含有c(HNO₃)="2" mol·L^—1，c(H₂SO₄)="4" mol·L^—1的废酸混合液100 mL（不含其它酸或氧化剂），最多能制备硫酸铜晶体（CuSO₄·5H₂O）的质量为               。
（3）现有一块含有铜绿的铜片（假设不含其它杂质）在空气中灼烧至完全反应，经测定，反应前后固体的质量相同。（已知：金属生锈率=）
①上述铜片中铜的生锈率为                 （结果保留2位有效数字）
②固态铜与适量氧气反应，能量变化如下图所示，写出固态铜与氧气反应生成1 mol固态氧化亚铜的热化学方程式                             。

（4）高铁酸盐在能源环保等领域有广泛用途，如高铁酸钾(K₂FeO₄) 因有强氧化性，能杀菌消毒，产生Fe(OH)₃有吸附性，是一种新型净水剂，用如下图所示的装置可以制取少量的高铁酸钾。
（已知爱迪生蓄电池的反应式为：）

①爱迪生蓄电池的负极材料是                      
②写出制取高铁酸钾阳极的电极反应式                      
③当生成19.8g的K₂FeO₄时，隔膜两侧电解液的质量变化差(△m_右一△m_左)为_              g。

工业电解饱和食盐水模拟装置的结构如图所示：

（1）写出电解饱和食盐水的化学方程式                ，该工业称为                  工业
（2）实际生产中使用的盐往往含有一些杂质，在电解食盐水之前，需要提纯食盐水。为了除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2－及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作，正确的操作顺序是                 
①过滤 ②加过量的NaOH溶液 ③加适量的盐酸 ④加过量的Na₂CO₃溶液 ⑤加过量的BaCl₂溶液

A．①④②⑤③

B．④①②⑤③

C．②⑤④①③

D．⑤②④③①

（3）在该装置中写出装NaOH溶液试管中所发生的化学反应方程式（并用双线桥表示电子的转移的方向和数目）                   。

(12分)某化学研究性小组采用如下装置(夹持和加热仪器已略去)电解饱和食盐水一段时间，并通过实验测定产物的量来判断饱和食盐水的电解率。饱和食盐水的电解率=（电解的氯化钠质量/总的氯化钠质量)×100%

甲方案：利用甲、乙装置测定饱和食盐水的电解率
（1）若饱和食盐水中滴有酚酞，则电解过程中甲装置中的实验现象：              。
（2）若洗气瓶a中盛放的为足量的氢氧化钠溶液，通过测定洗气瓶a在电解前后的质量变化来计算饱和食盐水的电解率，则正确的连接顺序为     连________（填A、B、C、D、E等导管口），则洗气瓶a中发生反应的离子方程式为                          。
乙方案：利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率
（3）对于乙方案，有同学提出有两种方法都可测得饱和食盐水的电解率
Ⅰ．通过测定硬质玻璃管中氧化铜固体前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
Ⅱ．通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
①一同学认为可以在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，则该干燥装置应与          口连接
a．A         b．B          c．D         d．E
②另一同学认为乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，你是否同意？请说明理由     。
丙方案：只利用甲装置测定饱和食盐水的电解率。
（4）若电解150mL饱和食盐水一段时间，测得溶液的为pH为14，求饱和食盐水的电解率      （假设电解前后溶液体积不变，饱和食盐水密度约为1．33 g/mL，溶解度为33．0g）。
（5）若往该电解后所得溶液中通入二氧化碳气体2．24L(标准状况)，则所得溶液中各离子浓度大小关系为：            。

铬是用途广泛的金属元素，但在生产过程中易产生有害的含铬工业废水。
（1）还原沉淀法是处理含Cr₂O₇^2—和CrO₄^2—工业废水的一种常用方法，其工艺流程为：

其中第I步存在平衡：2CrO₄^2—(黄色)+2H⁺Cr₂O₇^2— (橙色)+H₂O
①若平衡体系的pH=2，该溶液显        色。
②根据2CrO₄^2—+2H⁺Cr₂O₇^2— +H₂O，设计下图装置（均为惰性电极）电解Na₂CrO₄溶液制取Na₂Cr₂O₇。Na₂Cr₂O₇中铬元素的化合价为   ，图中右侧电极连接电源的      极，其电极反应式为            。

③第Ⅱ步反应的离子方程式：                            ，向Ⅱ反应后的溶液加一定量NaOH，若溶液中c(Fe³⁺)=2.0×10^—12mol·L^—1，则溶液中c(Cr³⁺)=      mol·L^—1。（已知Ksp[Fe(OH)₃]=4.0×10^—38，Ksp[Cr(OH)₃]=6.0x10^—31）。
（2）CrO₃具有强氧化性，遇到有机物（如酒精）时，猛烈反应以至着火。若该过程中乙醇被氧化成乙酸，CrO₃被还原成绿色的Cr₂(SO₄)₃。完成该反应的化学方程式：

（3）CrO₃的热稳定性较差，加热时逐步分解，其固体残留率随温度的变化如图所示。B点时剩余固体的成分是   （填化学式）。