高中化学探究电解池作用试题

为增强铝的耐腐蚀性，现以铅蓄电池为外电源，以Al作阳极、Pb作阴极，电解稀硫酸，使铝表面的氧化膜增厚。其反应原理如下：
电池：Pb(s) + PbO₂(s) + 2H₂SO₄(aq) ＝ 2PbSO₄(s) + 2H₂O(l)
电解池：2Al + 3H₂O = Al₂O₃ + 3H₂↑
对该电解过程，以下判断正确的是

	电   池	电 解 池
A	H^+移向Pb电极	H^+移向Pb电极
B	每消耗3mol Pb	生成1mol Al2O3
C	正极：PbO2+4H^++2e^－=Pb^2++2H2O	阳极：2Al+3H2O－6e^－＝Al2O3+6H^+
D	Pb电极反应质量不变	Pb电极反应质量不变

 

(15分)发展储氢技术是氢氧燃料电池推广应用的关键。研究表明液氨是一种良好的储氢物质，其储氢容量可达17.6%(质量分数)。液氨气化后分解产生的氢气可作为燃料供给氢氧燃料电池。氨气分解反应的热化学方程式如下：2NH₃(g)N₂ (g) + 3H₂(g)     ΔH =" 92.4" kJ·mol^－1
请回答下列问题：
（1）氨气自发分解的反应条件是          。
（2）已知：2H₂ (g) + O₂ (g) = 2H₂O(g)       ΔH = －483.6 kJ·mol^－1
NH₃(l)  NH₃ (g)         ΔH =" 23.4" kJ·mol^－1
则，反应   4NH₃(l) + 3O₂ (g) ="=" 2N₂ (g) + 6H₂O(g) 的    ΔH =         。
（3）研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。

①不同催化剂存在下，氨气分解反应的活化能最大的是     (填写催化剂的化学式)。
②恒温(T₁)恒容时，用Ni催化分解初始浓度为c₀的氨气，并实时监测分解过程中氨气的浓度。计算后得氨气的转化率α(NH₃)随时间t变化的关系曲线(见图2)。请在图2中画出：在温度为T₁，Ru催化分解初始浓度为c₀的氨气过程中α(NH₃) 随t变化的总趋势曲线(标注Ru－T₁)。
③如果将反应温度提高到T₂，请在图2中再添加一条Ru催化分解初始浓度为c₀的氨气过程中α(NH₃)～t的总趋势曲线(标注Ru－T₂)
④假设Ru催化下温度为T₁时氨气分解的平衡转化率为40%，则该温度下此分解反应的平衡常数K与c₀的关系式是：K =          。
（4）用Pt电极对液氨进行电解也可产生H₂和N₂。阴 极的电极反应式是       ；阳极的电极反应式是       。(已知：液氨中2NH₃(l)NH₂^－ + NH₄^＋)

【改编】Ⅰ．(8分)利用下图装置作电解50mL 0.5 mol·L^－1的CuCl₂溶液实验。

实验记录：
A．阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示：Cl₂氧化性大于IO₃^－)；
B．电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。
（1）分析实验记录A中试纸颜色变化，用离子方程式解释：①                                 ；
②                                                  。
（2）分析实验记录B中浅蓝色固体可能是       (写化学式)，试分析生成该物质的原因            。
Ⅱ．(10分)A、B、C、D、E、F六种元素的原子序数依次递增，A^＋核外无电子，B元素的一种单质是自然界中最硬的物质，C、D、E的简单离子具有相同的核外电子排布，舍勒是D元素单质的发现者之一，戴维最早制得了E元素的单质，F元素的单质历史上曾作为流通货币，A、C、D、F四种元素形成的化合物W可用于制镜工业。
（1）D、E两元素通常可形成两种离子化合物，其中一种化合物X可用做供氧剂，X与A₂D反应会产生大量气体，该气体能使带火星的木条复燃。请写出X与A₂D反应的化学方程式                    。
（2）A、B、D、E四种元素形成的某化合物，摩尔质量为68 g·mol^－1，请用离子方程式解释其水溶液呈碱性的原因                                   。
（3）B、C的氧化物是汽车尾气中的主要有害物质，通过钯碳催化剂，两者能反应生成无毒物质，请写出该反应的化学方程式                                        。
（4）W的水溶液久置会析出一种沉淀物Z，Z由C、F两元素形成且两元素原子个数比为1:3，Z极易爆炸分解生成两种单质。请写出Z分解的化学方程式                                。请从化学反应原理的角度解释Z能发生分解反应的原因                                      。

【改编】用酸性氢氧燃料电池电解硫酸钠饱和溶液的装置如图所示(a、b为铜电极)。下列说法中不正确的是

A．电池工作时，正极反应式为：O2 + 4H^＋+ 4e^－= 2H2O

B．电解时，当阴极逸出a mol气体，同时有W克Na2SO4•10H2O 析出，保持温度不变，剩余溶液中的硫酸钠的质量分数是

C．电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极

D．忽略能量损耗，当电池中消耗0.01g O2 时，b 极周围会产生0.02g H2

下列叙述正确的是

A．Cu2O是一种半导体材料，基于绿色化学理念设计的制取Cu2O的电解池示意图如图一所示，石墨电极上产生氢气，铜电极发生氧化反应

B．图一所示当有0.1mol电子转移时，有0.1molCu2O生成

C．图二装置中发生：Cu＋2Fe^3+ = Cu^2+＋2Fe^2+，X极是负极，Y极材料可以是铜

D．如图二，盐桥的作用是传递电荷以维持电荷平衡，Fe^3+经过盐桥进入左侧烧杯中

(12分)汽车尾气中CO、NO_x 以及燃煤废弃中的SO₂都是大气污染物，对它们的治理具有重要意义。吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

（1）装置Ⅰ中，NaOH溶液吸收SO₂也可生成Na₂SO₃和NaHSO₃的混合溶液
①写出NaOH溶液吸收SO₂生成等物质的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液时总反应的离子方程式         。
②已知混合液pH随：n（）变化关系如下表：

	91：9	1：1	9：91
	8.2	7.2	6.2

当混合液中时，c(Na⁺)      c(HSO₃^-)+ 2c(SO₃^2-)（填“>”“=”或“<”）
（2）装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺ 氧化的产物主要是NO₃^- 、NO₂^- ，写出只生成NO₂^-的离子方程式                       ；
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。

①生成的Ce⁴⁺从电解槽的         (填字母序号)口流出；
②生成S₂O₄^{2 -} 的电极反应式为                           ；
（4）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^- 的浓度为a g·L^{- 1} ，要使1m³该溶液中的NO₂^- 完全转化为NO₃^-，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂         L。(用含a代数式表示)

(15分）甲醇可作为燃料电池的原料。工业上利用CO₂和H₂在一定条件下反应合成甲醇。
（1）已知在常温常压下：
①2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(g)   ΔH＝－1275.6 kJ／mol
②2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)  ΔH＝－566.0 kJ／mol
③H₂O(g) ＝ H₂O(l)  ΔH＝－44.0 kJ／mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：                      。
（2）甲醇脱氢可制取甲醛CH₃OH(g)HCHO(g)+H₂(g)，甲醇的平衡转化率随温度变化曲线如下图所示。回答下列问题：

①600K时，Y点甲醇的υ(逆)         (正)（填“>”或“<”）
②从Y点到X点可采取的措施是______________________________________。
③有同学计算得到在t­₁K时，该反应的平衡常数为8.1mol·L^－1。你认为正确吗？请说明理由                                                                         。
（3）纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注。在相同的密闭容器中，使用不同方法制得的Cu₂O（Ⅰ）和（Ⅱ）分别进行催化CH₃OH的脱氢实验：CH₃OH(g)HCHO(g)+H₂(g)
CH₃OH的浓度（mol·L^－1）随时间t (min)变化如下表：

序号	温度	0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

可以判断：实验①的前20 min的平均反应速率 ν(H₂)＝             ；实验温度T₁      T₂（填“>”、“<”）；催化剂的催化效率：实验①       实验②（填“>”、“<”）。
（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）。现用如下图所示装置模拟上述过程，则Co²⁺在阳极的电极反应式为                  ；除去甲醇的离子方程式为                            。

钨是我国丰产元素，也是熔点最高的金属，被誉为“光明使者”。用黑钨矿[FeWO₄、MnWO₄(W为+6价)]结合其它化工生产高纯钨的化工流程如下。已知H₂WO₄是不溶于水的弱酸，受热可分解生成氧化物。请回答下列有关问题：

（1）上述流程中通入空气的目的是    ；
（2）滤渣A与硫酸反应的离子方程式为    ；
（3）实验室用锌锰碱性电池作做电源模拟氯碱工业的装置如下图：

已知：锌锰碱性电池的总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=Zn(OH)₂+2MnOOH，则锌锰碱性电池的锌电极应与装置中
电极    (填“A”或“B”)相接，气体Y为气体出口       （填“A”或“B”）出来的气体，为提高生产效率，电解开始时，从进料口B加入的物质为      ，写出锌锰碱性电池正极反应式      ；
（4）已知：单质碳也可与固体甲制得钨，用气体Y而不用单质碳的原因      ；
（5）将H₂与CO₂以4:1的体积比混合，在适当的条件下可制得CH₄。已知：
CH₄ (g) + 2O₂(g)  CO₂(g)+ 2H₂O（1）   ΔH₁＝－890.3 kJ/mol
H₂(g) + 1/2O₂(g)  H₂O（1）           ΔH₂＝－285.8 kJ/mol
则CO₂(g)与H₂(g)反应生成CH₄(g)与液态水的热化学方程式是        。

【原创】据中国地震台网测定，3月30日在贵州省黔东南苗族侗族自治州发生5.5级地震，据了解，这已经是贵州这个月以来发生的第三次地震。饮用水安全在灾后重建中占有极为重要的地位，为防止灾后疫病使用了大量的各种消毒液，如NaClO溶液，为防止灾后疫病使用了大量的各种消毒液，如NaClO溶液，某学习小组对消毒液次氯酸钠(NaClO)的制备与性质进行研究。
（1）下面是某同学从超市购买的某品牌消毒液包装说明查询到的部分内容：主要有效成分为次氯酸钠，有效氯含量8 000～ 10 000 mg/L。可用于各类家居用品、餐具、棉织衣物等的消毒，对彩色织物可能有褪色作用。本品须密封，置阴凉暗处保存。据此分析：
①室温时，他测得该消毒液(NaClO)的pH_______7(填“＞”、“=”或“＜”)，其原因为（用离子方程式表示）_________________________。
②该消毒液还具有的化学性质有____（填序号）

A．强氧化性

B．强还原性

C．不稳定性

D．漂白性

③从该消毒液的保存要求分析，导致其失效的主要原因是（用化学方程式表示）_________________。
④日常生活中也常用明矾作净水剂，用离子方程式表示其净水原理___________________。
（2）该学习小组同学用石墨和饱和食盐水设计了如图所示的装置，进行消毒液( NaClO 溶液）制备，通电时，电解饱和食盐水的化学方程式为_________________；为使生成的Cl₂完全被吸收，则电源的a极应为___极（填“正”或“负”），溶液中生成NaClO的离子方程式为____________________。

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。
（1）写出CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂O的热化学方程式                     。
已知：①CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)      ΔH＝－41kJ·mol^－1
②C(s)+2H₂(g)CH₄(g)            ΔH＝－73kJ·mol^－1
③2CO(g)C(s)+CO₂(g)          ΔH＝－171kJ·mol^－1
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g) + 6H₂(g)CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)。已知一定条件下，该反应中CO₂的平衡转化率随温度、投料比[n(H₂) / n(CO₂)]的变化曲线如下左图：
①在其他条件不变时，请在上图中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n(H₂) / n(CO₂)]变化的曲线图。

②某温度下，将2.0molCO₂(g)和6.0molH₂(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH₃OCH₃(g)的物质的量分数变化情况如图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是             ；

A．P₃＞P₂，T₃＞T₂         B．P₁＞P₃，T₁＞T₃       
C．P₂＞P₄，T₄＞T₂       D．P₁＞P₄，T₂＞T₃
③在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是       ；
A．正反应速率先增大后减小
B．逆反应速率先增大后减小
C．化学平衡常数K值增大 
D．反应物的体积百分含量增大
E．混合气体的密度减小
F．氢气的转化率减小
（3）最近科学家再次提出“绿色化学”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO₂转变为可再生燃料甲醇。甲醇可制作燃料电池，写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式__                         。以此燃料电池作为外接电源按图所示电解硫酸铜溶液，如果起始时盛有1000mL pH＝5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO₄足量），一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是                   ；若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入       （填物质名称），其质量约为      g。

【改编】雾霾含有大量的污染物SO₂、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：


（1）装置Ⅰ的目的是                                              。
（2）含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X(i)与溶液pH的关系如图所示。

①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH＝4时，溶液中各离子浓度由大到小的顺序是                          。
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：                        。
（3）写出装置Ⅱ中，酸性条件下反应的离子方程式                ，                 。
（4）装置Ⅲ中阴极反应方程式为                               ；阳极使Ce⁴⁺再生，其原理如图所示。生成Ce⁴⁺从电解槽的    (填字母序号)口流出。

（5）若进入装置Ⅳ的溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为    。

【改编】下面是常见的电化学装置图，①②④中均为惰性电极，下列说法错误的是

A．装置①中电解一段时间后，要恢复原溶液，应加入一定量的水。

B．装置②中b极为正极，该极的电极反应方程式为O2+4H^++ 4e^-=2H2O

C．装置③中铜片为阳极，若铜片和铁制品的质量相等，电解一段时间后，电路中有2mol电子转移，此时铜片和铁制品的质量差为128g

D．装置④中阳极每产生标况下11.2L Cl2，则阳离子交换膜上透过1mol Na^+

工业上从电解精炼铜的阳极泥（含金、银、铜、硒等单质）中提取硒的湿法工艺流程如下：

（1）向溶液X中加入铁屑的作用是______ ，此操作中不能加入过量铁粉的原因是______。
（2）检验溶液Z中阴离子的操作方法是______。
（3）过滤操作中要用到玻璃棒，请另举两例用到玻璃棒的实验或操作：______。
（4）实验室中制取SO₂的原理为：，此处应使用______（填“较浓的硫酸”或“稀硫酸”），原因是______。制取SO₂的装置，最好选用下图中的______。

（5）粗硒中硒的含量可用如下方法测定：
通过用Na₂S₂O₃标准溶液（显碱性）滴定反应②中生成的I₂来计算硒的含量。滴定操作中用到的玻璃仪器有_______。实验中准确称量0.1200g粗硒样品，滴定中消耗0.2000mol的Na₂S₂O₃溶液27.60mL，则粗硒样品中硒的质量分数为       。

(17分)金属镍具有优良的物理和化学特性，是高技术产业的重要原料。
（1）羰基法提纯镍涉及的反应为：Ni（s）+4CO（g）Ni（CO）₄（g）
①当温度升高时，减小，则H     0（填“>”或“<”）。
②一定温度下，将一定量的粗镍和CO加入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________（填代号）。

若在相同温度下，上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行，平衡常数      （填“增大”、“不变”或“减小”），反应进行3s后测得Ni(CO)₄的物质的量为0．6mol，则0—3s内的平均反应速率v(CO)=____mol。
③要提高上述反应中CO的转化率，同时增大反应速率，可采取的措施为____________________（写出一条措施即可）。
（2）以NiS04溶液为电解质溶液进行粗镍（含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是____________（填代号）。(已知氧化性：)
a．电解过程中，化学能转化为电能
b．粗镍作阳极，发生还原反应
c．利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属
d．粗镍精炼时通过的电量与阴极析出镍的质量成正比
（3）工业上用硫化镍(NiS)作为电极材料冶炼镍。电解时，硫化镍中的硫元素以单质形态沉积在某电极附近，镍元素以Ni^2＋形态进入电解液中，如图所示。硫化镍与电源的____________（填“正极”或“负极”）相接。写出阳极的电极反应式________________。

对含氮物质的研究和利用有着极为重要的意义。
（1）N₂、O₂和H₂相互之间可以发生化合反应，已知反应的热化学方程式如下：
N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)     H=+180．5kJ·mol^-1；
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)   H =-483．6 kJ·mol^-1；
N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)   H =-92．4 kJ·mol^-1。
则氨的催化氧化反应的热化学方程式为                 。
（2）汽车尾气净化的一个反应原理为：2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g) H<0。
一定温度下，将2．8mol NO、2．4mol CO通入固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示。

①NO的平衡转化率为    ，0~20min平均反应速率v(NO)为          。25min时，若保持反应温度不变，再向容器中充入CO、N₂各0．8 mol，则化学平衡将        移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
②若只改变某一反应条件X，反应由原平衡I达到新平衡II，变量Y的变化趋势如下图所示。下列说法正确的是       (填字母代号)。

（3）某化学小组拟设计以N₂和H₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl为电解质溶液制成燃料电池，则该电池的正极反应式为               。假设电解质溶液的体积不变，下列说法正确的是          (填字母代号)。
a．放电过程中，电解质溶液的pH保持不变
b．溶液中的NH₄Cl浓度增大，但Cl^-离子浓度不变
c．每转移6．0210²³个电子，则有标准状况下11．2L电极反应物被氧化
d．为保持放电效果，电池使用一段时间需更换电解质溶液