高中化学探究电解池作用试题

碳氧化物、氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是世界各国研究的热点问题。请回答：
（1）消除汽车尾气中的NO、CO，有利于减少对环境的污染。已知如下信息：

②在催化剂作用下NO和CO转化为无毒气体，写出反应的热化学方程式___________________。
（2）在催化剂作用下，CO₂和H₂可以制取甲醇，在体积为2L的密闭容器中，充入lmolCO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)    △H<0
测得CO₂（g）和CH₃OH(g)的物质的量随时间变化的曲线如下图所示：

①从反应开始到平衡，H₂O的平均反应速率v(H₂O)=_________________________。此反应的平衡常数为_________________。
②下列措施中能使化学平衡向正反应方向移动的是_________________(填序号)

A．升高温度	B．将CH3OH(g)及时液化移出
C．选择高效催化剂	D．再充入1 molCO2和4molH2

（3）用间接电化学法除去NO的过程，如图所示：已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间，写出阴极的电极反应式：____________。用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：________________。

（4）①工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO₃^2-)较小的是，用文字和化学用语解释原因__________________。
②废气中的SO₂可用NaOH溶液吸收，吸收SO₂后的碱性溶液还可用于C1₂的尾气处理，吸收C1₂后的溶液仍呈强碱性。则吸收C1₂后的溶液中一定存在的阴离子有OH^-_____、_____；还可能存在SO₃^2-，取该溶液于试管中，滴加黄色的溴水，得到无色溶液。此实验不能证明溶液中含有SO₃^2-，理由是：________________(用离子方程式表示)。

某研究性学习小组将下列装置如图连接，D、F、X、Y 都是铂电极、C、E是铁电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。下列说法不正确的是   （ ）

A、电源B 极的名称是负极
B、甲装置中电解反应的总化学方程式是: CuSO₄+FeCu+ FeSO₄
C、设电解质溶液过量，则同一时内C、D电极上参加反应的单质或生成的单质的物质的量之比是1:1
D、设甲池中溶液的体积在电解前后都是500ml，当乙池所产生气体的体积为4.48L（标准状况）时，甲池中所生成物质的物质的量浓度为0.2mol/L

(本题共14分)火力发电厂产生的烟气中含有CO₂、CO、SO₂等物质，直接排放会对环境造成危害。对烟气中CO₂、CO、SO₂等物质进行回收利用意义重大。
（1）“湿式吸收法”利用吸收剂与烟气中的SO₂发生反应从而脱硫，其中“钠碱法”用NaOH溶液作吸收剂，向100mL2mol·L^-1的NaOH溶液中通入标准状况下4.48LSO₂气体，反应后测得溶液pH<7．则溶液中下列各离子浓度关系正确的是                      (填字母序号)．
a．c(HSO₃^-)>c(SO₃^2-)>c(H₂SO₃)              
b．c(Na⁺)>c(HSO₃^-)>c(H⁺)>c(SO₃^2-)
c．c(Na⁺)+c(H⁺)=c(HSO₃^-)+c(SO₃^2-)+c(OH^-)
d．c(H⁺)= c(SO₃^2-)- c(H₂SO₃)+c(OH^-)
（2）工业上常用高浓度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃溶液再生，其装置示意图如图所示

①在阳极区发生的反应中的非氧化还原反应的离子方程式为                          ．
②简述CO₃^2-在阴极区再生的原理                                    ．
（3）下表中列出了25℃、l0l kPa时一些物质的燃烧热数据：

已知键能：C—H键：413.4kJ．mol^-l． H—H键：436.0 kJ·mol^-1，请计算：
①2CH₄(g)=C₂H₂(g)+3H₂(g)  △H=      
②C₂H₂中—C≡C—的键能为       kJ·mol^-l
（4）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。负极反应式为                   ．为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是                  ．

电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5．0~6．0之间，通过电解生成Fe（OH）₃沉淀。Fe（OH）₃有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用。阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，除去浮渣层，即起到了浮选净化的作用。某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置示意图，如图所示。

（1）实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣。此 时，可向污水中加入适量的            。
a．BaSO₄   b．CH₃CH₂OH   c．Na₂SO₄   d．NaOH
（2）电解池阳极发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是
①．______________________；②．                 。
（3）电极反应①和②的生成物反应得到Fe（OH）₃沉淀的离子方程式是____________________。
（4）该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料作电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（如图）。A物质的化学式是____________________。

某同学使用石墨电极，在不同电压(x)下电解pH＝1的0.1 mol·L^－1 FeCl₂溶液，实验记录如下(a、b、c代表电压值)：

序号	电压/V	阳极现象	检验阳极产物
Ⅰ	x≥a	电极附近出现黄色，有气泡产生	有Fe^3^＋、有Cl2
Ⅱ	a＞x≥b	电极附近出现黄色，无气泡产生	有Fe^3^＋、无Cl2
Ⅲ	b＞x＞0	无明显变化	无Fe^3^＋、无Cl2

（1）用KSCN溶液检验出溶液中含Fe^3＋，看到的现象是_____。
（2）Ⅰ中，Fe^3＋产生的原因可能是Cl^－在阳极放电，生成的Cl₂将Fe^2＋氧化。写出Cl₂氧化Fe^2＋的离子方程式：______________________________________。
（3）由Ⅱ推测，Fe^3＋产生的原因还可能是Fe^2＋在阳极放电。原因是Fe^2＋具有____性。
（4）Ⅱ中虽未检验出Cl₂，但Cl^－在阳极是否放电仍需进一步验证。控制变量，做对照实验继续探究：电解pH＝1的NaCl溶液，记录如下：

序号	电压/V	阳极现象	检验阳极产物
Ⅳ	a＞x≥c	无明显变化	有Cl2
Ⅴ	c＞x≥b	无明显变化	无Cl2

①NaCl溶液的浓度应是______mol·L^－1。
②Ⅳ中检验Cl₂的实验方法：________________________________。
③与Ⅱ对比，得出的结论：通过控制电压，证实了产生Fe^3＋的两种原因都成立；通过控制电压，验证了放电顺序是：Fe^2＋___________Cl^－（填“＞”或“＜”）

Ⅰ、工业上设计用CO₂来生产燃料甲醇，既减少二氧化碳气体，又得到宝贵的能源物质。为了探究反应原理，现进行如下实验：在体积为1L的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，某温度下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)△H=-49.0KJ/mol．测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示

（1）该反应该温度下，化学平衡常数的值为_______________________
（2）下列说法中能作为反应达到平衡状态标志的是___________________(填字母)。
A．容器内压强不再发生变化    
B．平均相对分子质量不再变化
C．c(CO₂)和c(H₂)之比等于1:3
D．相同时间内每断裂3molH-H键，同时断裂3molO-H键
（3）下列措施中能使n(CH₃OH)/n(CO₂)减小的是__________________
A．再充入1molCO₂和3molH₂          B．将H₂O(g)从体系中分离 
C．充入He(g)，使体系压强增大      D．升高温度     
Ⅱ、钢铁工业是国家工业的支柱，每年钢铁生锈让国家损失大量资金，请回答钢铁腐蚀与防护过程中的有关问题。
（1）在实际生产中，可在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀。装置示意图如下：

①A电极对应的金属是_________(写元素名称)，B电极的电极反应式是__________；
②若电镀前铁、铜两片金属质量相同，电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量，二者质量差为5.12g，则电镀时电路中通过的电子为__________；
③镀层破损后，镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀，请简要说明原因___________________________。

常温下电解200 mL一定浓度的NaCl与CuSO₄混合溶液，理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如图中Ⅰ、Ⅱ所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，根据图中信息进行下列计算：（要求写出计算步骤）

（1）原混合溶液中NaCl和CuSO₄的物质的量浓度。
（2）电解至t₃时，消耗水的质量。

通过煤的气化和液化，使碳及其化合物得以广泛应用。
I．工业上先用煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，存在以下平衡：
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）
（1）向1L恒容密闭容器中充入CO和H₂O（g），800℃时测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4
n（H2O）/mol	0．600	0．520	0．450	0．350	0．350
n（CO）/mol	0．400	0．320	0．250	0．150	0．150

则该温度下反应的平衡常数K=                   。（保留2位有效数字）
（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H₂O（g）、2molCO₂、2mo1 H₂，此时v （正）_____________ v （逆）（填“>” “="”" 或 “<”）。
II．已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（l）的燃烧热分别为283 kJ·mol^-1、286 kJ·mol^-1、726 kJ·mol^-1。
（3）利用CO、H₂合成液态甲醇的热化学方程式为                             。
（4）依据化学反应原理，分析增加压强对制备甲醇反应的影响                  。
III．为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如右图所示：一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2—。

（5）以辛烷（C₈H₁₈）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式                           。
（6）已知一个电子的电量是1．602×10^—19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1．929×10⁵C的电量时，生成NaOH              g。
Ⅳ．煤燃烧产生的CO₂是造成温室效应的主要气体之一。
（7）将CO₂转化成有机物可有效地实现碳循环。如：
a．6CO₂+6H₂OC₆H₁₂O₆+6O₂      b．2CO₂ + 6H₂C₂H₅OH +3H₂O
c．CO₂ + CH₄CH₃COOH          d．2CO₂ + 6H₂ CH₂=CH₂ + 4H₂O
以上反应中，最节能的是               ，反应b中理论上原子利用率为                  。

某化学兴趣小组设计如下流程，从酸性工业废液（含H^＋、Al^3＋、Mg^2＋、Cr^3＋、SO₄^2－）中提取铬。

有关数据如下表：

回答下列问题：
（1）步骤①所得滤液可用于制取MgSO₄·7H₂O，酸性工业废液中加入适量氧化铝的作用是       。
（2）若酸性废液中c(Mg²⁺)＝0.lmol.L^-l， 为达到步骤①的实验目的，则废液的pH应保持在   范围（保留小数点后l位）。
（3）步骤②中生成NaCrO₂的离子方程式为                          。
（4）步骤④中反应的离子方程式为                                   。
（5）步骤⑤在空气中充分灼烧的目的是     ，可选用的装置是        （填序号）。

（6）用如图所示装置制取铬酸钠(Na₂CrO₄)，回答相关问题。

①a是电源的____极，阳极的电极反应式为________。
②若电解一段时间后阴极收集到标准状况下的气体3.36 L，则理论上可制得      g铬酸钠(忽略反应2CrO₄^2-(aq) + 2H⁺(aq)Cr₂O₇^2-(aq)+ H₂O（1）的影响）

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：            。