高中化学探究电解池作用试题

(14分)大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的NO_x必须脱除(即脱硝)后才能排放。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(l)；ΔH＝－890.3 kJ·mol^－1
N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g)；ΔH＝＋180 kJ·mol^－1
CH₄可用于脱硝，其热化学方程式为CH₄(g)＋4NO(g)===CO₂(g)＋2N₂(g)＋2H₂O(l)，ΔH＝________。
（2）C₂H₄也可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu^2＋负载量对其NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如图1所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu^2＋负载量分别是________。

（3）臭氧也可用于烟气脱硝。
①O₃氧化NO结合水洗可产生HNO₃和O₂，该反应的化学方程式为____。
②一种臭氧发生装置原理如图2所示。阳极(惰性电极)的电极反应式为________。
（4）图3是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。
①该脱硝原理中，NO最终转化为________(填化学式)和H₂O。
②当消耗2 mol NH₃和0.5 mol O₂时，除去的NO在标准状况下的体积为________。

（5）NO直接催化分解(生成N₂与O₂)也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40 ℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图4所示。写出Y和Z的化学式：____。

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g)   △H ₁ =" +489.0" kJ·mol^－1
②C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)  △H ₂ =" +172.5" kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                                 。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H
①该反应的平衡常数表达式为K=                                      。
②取一定体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比为1∶3），加入恒容密闭容器中发生上述反应，反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的ΔH      0（填“>”、“<”或“＝”）。

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线Ⅰ、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质。
①工业上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其发生可逆反应的方程式为              。
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，请写出该电极反应的方程式为            。

减少二氧化碳的排放是一项重要课题。
（1）CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃：  
在0.1 MPa时，按＝1：3投料，如图所示不同温度（T）下，平衡时的四种气态物质的物质的量（n）的关系。

①该反应的△H__________0（填“>”、“＝”或“<”）。
②曲线b表示的物质为__________。
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是__________。
（2）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如下图所示。

①该工艺中能量转化方式主要有__________。
②b为电源的__________（填“正”或“负”）极，电解时，生成乙烯的电极反应式是__________。
（3）以CO₂为原料制取碳（C）的太阳能工艺如图所示。

①过程1每反应1mol Fe₃O₄转移电子的物质的量为__________。
②过程2发生反应的化学方程式是__________。

(12分)在右图均用石墨作电极的电解池中，甲池中为500mL含某一溶质的蓝色溶液，乙池中为500mL稀硫酸，闭合K₁，断开K₂进行电解，观察到A电极表面有红色的固态物质生成，B电极有无色气体生成；当溶液中的原有溶质完全电解后，立即停止电解，取出A电极，洗涤、干燥、称量，电极质量增重1.6g。请回答下列问题：

（1）电解过程中，乙池C电极发生反应的电极反应式                    。
（2）甲池电解时反应的离子方程式                         。
（3）甲池电解后溶液的pH=       ，要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入      ，
其质量为        g。（假设电解前后溶液的体积不变）
（4）电解后若再将K₁断开，闭合K₂，电流计指针发生偏转，则D电极发生反应的电极反应式     。

某课外兴趣小组进行电解原理的实验探究，做了如下的实验：以铜为电极，按如图所示的装置电解饱和食盐水。

实验现象：接通电源30 s内，阳极附近出现白色浑浊，之后变成橙黄色浑浊，此时测定溶液的pH约为10。一段时间后，试管底部聚集大量红色沉淀，溶液仍为无色。
查阅资料：

物质	氯化铜	氧化亚铜	氢氧化亚铜(不稳定)	氯化亚铜
颜色	固体呈棕色，浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色	红色	橙黄色	白色

*相同温度下CuCl的溶解度大于CuOH
下列说法错误的是
A．反应结束后最终溶液呈碱性
B．阴极上发生的电极反应为：2H₂O + 2e^-¯ ═ H₂↑+ 2OH^-¯
C．电解过程中氯离子移向阳极
D．试管底部红色的固体具有还原性

铁是地壳中含量第二的金属元素，其单质、合金及化合物在生产生活中的应用广泛。
（1）铁红与铝粉发生铝热反应可用于焊接钢轨，其化学方程式为_______________；铁红与KNO₃、KOH混合加热共融，可制得高铁酸钾（K₂FeO₄），K₂FeO₄具有强氧化性，是一种新型高效水处理剂，它在水处理过程中（铁元素被还原为+3价）的两个作用是_________________________。
（2）氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如下：

回答下列问题：
①操作Ⅰ、Ⅱ的名称分别是____________、______________；
②写出在空气中煅烧FeCO₃的化学方程式____________________；
③煅烧如果不充分，产品中将有Fe²⁺存在，试设计实验检验产品中有无Fe²⁺____________。
（3）有些同学认为KMnO₄溶液滴定也能进行铁元素含量的测定．
a．称取2．850g绿矾（FeSO₄•7H₂O）产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25．00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0．01000mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20．00mL．
①写出酸性KMnO₄溶液与FeSO₄溶液反应的离子方程式____________；
②计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为___________；[已知M（FeSO₄•7H₂O）=278g/mol]
③滴定达到终点时锥形瓶中溶液颜色变化为________________________。
（4）工业废水中含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大的危害，必须进行处理。常用的处理方法是电解法，该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解的进行，阴极附近溶 液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀。
①用Fe作电极的目的是        。
②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          。

碳及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。请按要求回答下列问题：
（1）已知：C(s)+O₂(g) = CO₂(g)     △H =" -393" kJ•mol^-1；
2CO(g)+O₂(g) = 2CO₂(g)      △H =" -566" kJ•mol^-1；
2H₂(g)+O₂(g) = 2H₂O(g)     △H = -484 kJ•mol^-1
将水蒸气喷到灼热的炭上可实现炭的气化（制得CO、H₂），该反应的热化学方程式为______________________________________________________________________。
（2）将一定量CO(g)和H₂O(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应为CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如下三组实验数据：

实验编号	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
H2O	CO	CO2
1	500	4	8	3.2	4
2	750	2	4	0.8	3
3	750	2	4	0.8	1

①该反应的正反应为          (填“吸热”或“放热”)反应。
②实验1中，0～4 min时段内，以v(H₂)表示的反应速率为          。若在此温度下H₂O(g)、CO(g)起始量分别为2 mol、4 mol，则此反应的平衡常数为___________。
③实验2达到平衡时CO的转化率为         。
④实验3与实验2相比，改变的条件是         ；
请在下图坐标中画出“实验2”与“实验3”中c(CO₂)随时间变化的曲线，并作标注实验编号。

（3）CO与H₂一定条件下反应生成甲醇（CH₃OH），甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用KOH溶液作电解质溶液，多孔石墨做电极，该电池的负极反应式为____________________________________。
（4）一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物），则阴极的电极反应式为
______________________________________。

(14分)CO、SO₂是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法。
I、甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张。利用CO可以合成甲醇。

（2）一定条件下，在容积为VL的密闭容器中充入α mol CO与2a mol H₂合成甲醇平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①P₁＿＿P₂(填“＞”、“＜”或“=”)，理由是  
②该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=   (用a和V表示)
③该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是:CO   H₂(填“＞” 、“＜” 或“="”" )
④下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是   。(填写相应字母)

A．使用高效催化剂

B．降低反应温度

C．增大体系压强

D．不断将CH30H从反应混合物中分离出来

E、增加等物质的量的CO和H₂
Ⅱ、某学习小组以SO₂为原料，采用电化学方法制取硫酸。
（3）原电池法:该小组设计的原电池原理如图所示。写出该电池负极的电极反应式          。

（4）电解法:该小组用Na₂SO₃溶液充分吸收S0₂得到NaHSO₃溶液，然后电解该溶液制得了硫酸。原理如下图所示。

写出开始电解时阳极的电极反应式          。

(14分)SO₂ 、CO 、NO_x 是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。请回答下列问题：
（1）已知25℃、101kPa时：
2SO₂(g) + O₂(g)  2SO₃(g)           △H₁ =" -" 197 kJ•mol^-1
H₂O(g) = H₂O(l)                        △H₂ =" -" 44 kJ•mol^-1
2SO₂(g) + O₂(g) + 2H₂O(g) = 2H₂SO₄(l)      △H₃ =" -" 545 kJ•mol^-1
则SO₃(g)与H₂O(l)反应的热化学方程式是                                。
（2）若反应2H₂（g）+  O₂ （g）=2H₂O（g ）,△H=-241.8kJ•mol^-1，根据下表数据则x=______kJ•mol^-1。

化学键	H-H	O═O	O-H
断开1mol化学键所需的能量/kJ	436	x	463

（3）甲醇汽油也是一种新能源清洁燃料。工业上可用CO和H₂制取甲醇，热化学方程式为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   △H=-90 kJ•mol^-1
①该温度下，在两个容积均为1 L的密闭容器中，分别发生该反应：

容器	甲	乙
反应物投入量	1 mol CO (g)和2 mol H2(g)	1 mol CH3OH(g)
平衡时c(CH3OH)	c1	c2
平衡时能量变化	放出54kJ	吸收a kJ

则c_{1_________} c₂(填“＞”或“＜”或“＝”),a=____________。
②若密闭容器容积与①相同，Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示投料比不同时的反应过程。若Ⅱ反应的n(CO)起始 ="10" mol、投料比为0.5，则：

A点的平衡常数K_A=             ，
B点的平衡常数K_B    K_A。(填“＞”或“＜”或“＝”)
③为提高CO转化率可采取的措施是          （至少答出两条）。
（4）电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示，

则a电极名称为_______，
b电极反应式为_________________。

碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。
（1）C、CO、CO₂在实际生产中有如下应用：
a．2C + SiO₂Si + 2CO        b．3CO + Fe₂O₃2Fe + 3CO₂
c．C + H₂OCO + H₂            d．CO₂ + CH₄CH₃COOH
上述反应中，理论原子利用率最高的是        。
（2）有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。但H₂中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，为搞清该方法对催化剂的影响，查得资料：

则：① 不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是       。
② SO₂(g) + 2CO(g) =" S(s)" + 2CO₂(g)   △H ＝       。
（3）汽车尾气中含大量CO和氮氧化物（NO）等有毒气体。
①活性炭处理NO的反应：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂ (g) ∆H＝-a kJ·mol^－1（a>0）
若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是：       。


a．增加排气管长度                b．增大尾气排放口
c．添加合适的催化剂              d．升高排气管温度
②在排气管上添加三元催化转化装置，CO能与氮氧化物（NO）反应生成无毒尾气，其化学方程式是          。
（4）利用CO₂与H₂反应可合成二甲醚（CH₃OCH₃）。以KOH为电解质溶液，组成二甲醚 空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是       。
（5）电解CO制备CH₄和W，工作原理如图所示，生成物W是      ，其原理用电解总离子方程式解释是      。

CrO₃主要用于电镀工业，做自行车、仪表等日用五金电镀铬的原料。CrO₃具有强氧化性，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。

请回答下列问题：
（1）B点时剩余固体的化学式是____________。
（2）加热至A点时反应的化学方程式为______________________________。
（3）CrO₃具有两性，写出CrO₃溶解予KOH溶液的反应化学方程式____________________。
（4）三氧化铬还用于交警的酒精测试仪，以检查司机是否酒后驾车。若反应后红色的CrO₃变为绿色的Cr₂（SO₄）₃，酒精被完全氧化为CO₂，则其离子方程式为_______________。
（5）由于CrO₃和K₂Cr₂O₇均易溶于水，所以电镀废水的排放是造成铬污染的主要原因。某工厂采用电解法处理含铬废水，耐酸电解槽用铁板作阴、阳极，槽中盛放含铬废水，原理示意图如图：

①A为电源___________极，阳极区溶液中发生的氧化还原反应为________________________。
②已知电解后阳极区溶液中c（Fe^3＋）为2.0×10^－13 mol·L^－1，则c（Cr^3＋）为__________mol·L^－1。{已知K_sp[Fe（OH）₃]＝4.0×10^－38，K_sp[Cr（OH）₃]＝6.0×10^－31}

[化学—选修2：化学与技术]南海某小岛上，可利用的淡水资源相当匮乏，解放军战士为了寻找合适的饮用水源，对岛上山泉水进行分析化验，结果显示山泉水属于硬水。 
（1）硬水是指含有较多______________的水，硬水加热后产生沉淀的离子方程式为：
___________________________________________________( 写出生成一种沉淀物的即可) 。 
（2）硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO），已知水的硬度在8°以下的软水，在8°以上的称为硬水。已知岛上山泉水中c(Ca²⁺)=1.2×10^－3mol/L，c(Mg²⁺) =6×l0^－4mol/L，那么此水__________________________（填“是”或“否”）属于硬水。 
（3）离子交换法是软化水的常用方法。聚丙烯酸钠是一种离子交换树脂，写出聚丙烯酸钠单体的结构简式__________________________
（4）解放军战士通常向水中加入明矾净水，请用离子方程式解释其净水原理：____________________________________________________。 
（5）岛上还可以用海水淡化来获得淡水。下面是海水利用电渗析法获得淡水的原理图，已知海水中含Na⁺、Cl^－、Ca²⁺、Mg²⁺、SO等离子，电极为惰性电极。请分析下列问题：  

①离子交换膜是指 __________________________（填A或B）。 
②写出通电后阳极区的电极反应式__________________________________________________，阴极区的现是：____________________________________________________

（共14分）（1）美国麻省理工学院(MIT)近年来设计出镁锑液态金属电池，其工作原理如图所示，负极金属失去电子，并通过外电路做功，而负极金属离子化后通过熔盐迁移到正极并与正极金属合金化；充电则执行相反的过程。

写出电池放电时的正极反应式为                                 。
（2）我国锑的蕴藏量占世界第一位，辉锑矿（Sb₂S₃）是其主要矿物。某冶金课题组进行三氯化锑水溶液的电解研究，然后利用电解过程中阳极生成的五氯化锑作为浸出剂，对辉锑矿进行酸性浸出；从而实现浸出-电解的闭路循环，解决了传统炼锑过程中“工业三废”排放量大的问题。流程如图：

①写出锑元素在周期表中的位置                  。
②“工业三废”指的是                          。
③电解过程中阳极主要是Sb³⁺被氧化成Sb⁵⁺。请写出阴极的电极反应式           。
④根据流程图写出“浸出”步骤发生反应的化学方程式         。
⑤已知浸出液中除Sb³⁺外，还有Cu²⁺、Pb²⁺等重金属离子，其中c(Cu²⁺)=1.6×10^－3mol·L^－1，向浸出液中加入硫化钠至溶液中的Cu²⁺刚好完全沉淀，则c(S^2－)=      。（已知K_sp(CuS)=8×10^－45  K_sp(PbS)=3.4×10^－28）
⑥还原除砷的原理是：在大于4mol·L^－1的HCl溶液中，以次磷酸钠（Na₃PO₂）做还原剂，保持微沸温度，使AsCl₃被还原为棕色单质砷沉淀，请配平该反应的化学方程式:
AsCl₃ +   Na₃PO₂ +   HCl +   H₂O =   As ↓+   H₃PO₃ +   NaCl

(16分)污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO₂，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO₂，又制得电池材料MnO₂(反应条件已省略)。

请回答下列问题：
（1）上述流程中多次涉及到过滤操作，实验室进行过滤操作时需要用到的硅酸盐仪器有玻璃棒、       、      ；其中玻璃棒的作用是                。
（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al^3＋和Fe^3＋，其原理是                             。
（3）已知K_sp(CuS)＝8.4×10^－45，K_sp(NiS)＝1.4×10^－24；在除铜镍的过程中，当Ni^2＋恰好完全沉淀(此时溶液中c(Ni^2＋)＝1.0×10^－5mol/L)，溶液中Cu^2＋的浓度是     mol/L。
（4）工业上采用电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，其中隋性电极作阳极，铁作阴极，请写出阳极的电极反应式                                  。
（5）下列各组试剂中，能准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量的是__________。(填编号)
a．NaOH溶液、酚酞试液        b．稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c．碘水、淀粉溶液            d．氨水、酚酞试液
（6）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过                  (填操作名称)制得硫酸锰晶体(MnSO₄•H₂O，相对分子质量为169)。已知废气中SO₂浓度为8.4g/m³，软锰矿浆对SO₂的吸收率可达90%，则处理1000m³燃煤尾气，可得到硫酸锰晶体质量为        kg(结果保留3位有效数字)。

用酸性氢氧燃料电池电解苦卤水（含Cl^—、Br^—、Na⁺、Mg²⁺）的装置如下图所示（a、b为石墨电极），下列说法正确的是

A．电池工作时，正极反应式为O2+2H2O+4e^-=4OH^-

B．电解时，电子流动路径是：负极→外电路→阴极→溶液→阳极→正极

C．试管中NaOH溶液是用来吸收电解时产生的Cl2

D．当电池中消耗2.24L（标准状况）H2时，b极周围会产生0.02mol气体