高中化学探究电解池作用试题

X、Y、Z、W、E五种短周期元素在元素周期表的位置如图。其中W的原子序数是Y的2倍。

（1）能证明X、Z两元素非金属性强弱的离子方程式为
（2）一定条件下，在恒容容器中，充人一定量的WY₂ (g)和XY (g)，发生反应：
时，各物质的平衡浓度如下表：

①若温度升高到 T₂℃时，反应的平衡常数为6.64，则该反应的逆反应为______反应（填“吸热”或“放热”）。
②其他条件不变，若该反应在恒压条件下进行，平衡时XY的转化率a₂______a₁（T₁℃时的转化率）（填“<”“>”“=”）
（3）室温下，Mg(OH)₂饱和溶液______（填“能”或“不能”）使石蕊试液变蓝，通过计算说明原因(已知：。答
（4）化学反应在工业生产中有重要的地位，若要提高E₂的转化率，可采取的措施是______（填字母代号）
a．升高温度       b．加催化剂       c．增加H₂的浓度      d．分离出EH₃
一定条件下，1mol E₂与3molH₂在密闭容器中反应达到平衡，E₂的转化率为25%且放出23.lkJ能量，则该条件下反应的热化学反应方程式为____________________．
（5）电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染，其原理如图所示。其中B为电源的______极，其电极反应式为______。

(14分)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。
（一）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          。
（二）氮化铁磁粉是一种磁记录材料，利用氨气在400⁰C以上分解得到的氮原子渗透到高纯铁粉中可制备氮化铁。制备高纯铁粉涉及的主要生产流程如下：

已知:①某赤铁矿石含60.0% Fe₂O₃、3.6% FeO,还含有A1₂O₃、MnO₂、CuO等。
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下：

（3）步骤②中加双氧水的目的是      ，pH控制在3. 4的作用是      。已知25°C时，，该温度下反应：Cu^2＋＋2H₂OCu(OH)₂＋2H^＋的平衡常数K=       。
（4）如何判断步骤③中沉淀是否洗涤干净？______________________
（5）制备氮化铁磁粉的反应：（未配平），若整个过程中消耗氨气34.0 g，消耗赤铁矿石2 kg，设整个过程中无损耗，则氮化铁磁粉的化学式为     。

能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）
反应II：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）+H₂O（g）
上述反应符合“原子经济”原则的是                  （填“I”或“Ⅱ”）。
（2）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
则CH₃OH（l）+O₂（g）＝CO（g）+2H₂O（l）   ΔH＝   
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如下图所示的电池装置。
①该电池负极的电极反应为                          。
②工作一段时间后，测得溶液的pH                   （填增大、不变、减小）。
③用该电池作电源，组成如下图所示装置（a、b、c、d均为石墨电极），甲容器装250mL0．04mol/LCuSO₄溶液，乙容器装300mL饱和NaCl溶液，写出c电极的电极反应        ，常温下，当300mL乙溶液的pH为13时，断开电源，则在甲醇电池中消耗O₂的体积为                  mL（标准状况），电解后向甲中加入适量下列某一种物质，可以使溶液恢复到原来状态，该物质是           （填写编号） 。

A．CuO

B．CuCO3

C．Cu（OH）2

D．Cu2（OH）2CO3

铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是          (只写离子方程式)。
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe＋CuSO₄=Cu＋FeSO₄设计的原电池，请在图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为         ；
若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1 mol NaCl溶液400 mL，当阳极产生的气体为448 mL(标准状况下)时，溶液的pH= (假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu^2＋等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下K_sp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，              直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu^2＋。

I．一定条件下铁可以和CO₂发生反应：
Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)    △H＞0。1100℃时，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂气体，反应过程中CO₂气体和CO气体的浓度与时间的关系如图所示。

（1）8分钟内，CO的平均反应速率v(CO)=___________（结果保留3位有效数字）。
（2）1100℃时该反应的平衡常数K＝     （填数值）；该温度下，若在8分钟时CO₂和CO各增加0.5mol/L，此时平衡         移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）1100℃时，2L的密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器	甲	乙
反应物投入量	3molFe、2molCO2	4molFeO、3molCO
CO的浓度(mol/L)	C1	C2
CO2的体积分数	φ1	φ2
体系压强（Pa）	P1	P2

下列说法正确的是___________（填序号）；
A．2C₁ = 3C₂               B．φ_{1 =} φ₂                C．P₁＜P₂
II．（4）已知：①Fe(OH)₃(aq)Fe³⁺(aq)+3OH^－(aq)；ΔH=" a" kJ•mol^-1
②H₂O(l) H⁺(aq)+OH^－(aq)；ΔH="b" kJ•mol^－1
请写出Fe³⁺发生水解反应的热化学方程式：                             。
（5）柠檬酸（用H₃R表示）可用作酸洗剂，除去水垢中的氧化铁。
溶液中H₃R、H₂R^－、HR^2－-、R^3－的微粒数百分含量与pH的关系如图所示。图中a曲线所代表的微粒数的百分含量随溶液pH的改变而变化的原因是                   （结合必要的方程式解释）。调节柠檬酸溶液的pH=4时，溶液中上述4种微粒含量最多的是          （填微粒符号）。

III．（6）高铁酸钠（Na₂FeO₄）广泛应用于净水、电池工业等领域，工业常用电解法制备，其原理为
Fe+2OH^－-+2H₂OFeO₄^2－-+3H₂↑
请设计一个电解池并在答题卡的方框内画出该装置的示意图并作相应标注。

其阳极反应式为：________________________________。

【改编】MnO₂和Zn是制造干电池的重要原料，工业上用软锰矿(主要成分MnO₂)和闪锌矿(主要成分ZnS)联合生产MnO₂和Zn的工艺流程如下图所示：

（1）操作I的名称是___     __，判断固体单质A是否洗涤干净的方法是                    。
（2）稀硫酸浸泡时反应的离子方程式为__________________________________；该反应中若消耗8.7g氧化剂，共转移_______mo1电子。浸泡时反应速率较慢，下列措施不能提高浸泡时反应速率的是_______(填代号)。
a．将矿石粉碎
b．提高浸泡温度
c．使用98%的浓硫酸浸泡
d．改变软锰矿与闪锌矿的比例
（3）由硫酸锰溶液可得到固体碳酸锰，然后在空气中煅烧碳酸锰制备MnO₂。已知：

写出碳酸锰在空气中煅烧生成MnO₂的热化学方程式_________________________。
（4）用惰性电极电解硫酸酸化的硫酸锰溶液制备MnO₂的装置如下图所示：

①b应与直流电源的_________(填“正”或“负”)极相连。
②电解过程中氢离子的作用是______________和_____________；a电极方程式为：________________。

研究氮氧化物与悬浮在大气中海盐粒子的相互作用时，涉及如下放热反应：
2NO₂（g）+NaCl（s）NaNO₃（s）+ClNO（g）  K₁  ∆H ="a" kJ/mol （I）
2NO（g）+Cl₂（g）2ClNO（g）               K₂  ∆H ="b" kJ/mol （II）
（1）反应4NO₂（g）+2NaCl（s）2NaNO₃（s）+2NO（g）+Cl₂（g）的平衡常数K=          （用K₁、K₂表示），∆H=      kJ/mol（用a、b表示）。
（2）为研究不同条件对反应（II）的影响，在恒温条件下，向2L恒容密闭容器中加入0．2mol NO和0．1mol Cl₂，10min时反应（II）达到平衡。测得10min内v（ClNO）=7．5×10^-3mol•L^-1•min^-1，则平衡后
n（Cl₂）=        mol。其它条件保持不变，反应（II）在恒压条件下进行，平衡常数
K₂        （填“增大”“减小”或“不变”)。
（3）实验室可用NaOH溶液吸收NO₂，反应为2NO₂+2NaOH=NaNO₃+NaNO₂+H₂O。含0．2mol NaOH的水溶液与0．2mol NO₂恰好完全反应得1L溶液A，溶液B为0．1mol•L‾¹的CH₃COONa溶液，则两溶液中c（NO₃‾）、c（NO₂^-）和c（CH₃COO‾）由大到小的顺序为           。(已知HNO₂的电离常数K_a=7.1×10^-4mol•L‾¹，CH₃COOH的电离常数K _a=1．7×10^-5mol•L‾¹)
（4）由有机阳离子、Al₂Cl₇^—和AlCl₄^—组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。钢制品应接电源的       极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为        。若改用AlCl₃水溶液作电解液，则阴极产物为         。

某NiO的废料中有FeO、CuO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质，用此废料提取NiSO₄和Ni的流程如下：

已知：有关金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下图：

（1）滤渣1的主要成分为         。
（2）电解脱铜：金属铜在         极析出。
（3）①用离子方程式解释加入H₂O₂的作用         。
②加Na₂CO₃调节溶液的pH至5，则滤渣2的主要成分为         。
（4）从滤液2中获得NiSO₄^.6H₂O的实验操作是         、过滤、洗涤、干燥。
（5）电解浓缩后的滤液2可获得金属镍，其基本反应原理示意图如下：

①A极的电极反应式为         和2H⁺+2e^-=H₂↑。
②B极附近pH会         （填“增大”、“减小”或“不变”）；用平衡移动原理解释B极附近pH变化的原因：         。
③若一段时间后，在A、B两极均收集到11.2L气体（标准状况下），理论上能得到Ni         g。

铁、铜及其化合物在工农业生产中应用广泛。
（1）在潮湿空气中，钢铁发生电化学腐蚀转化为Fe(OH)₂的反应方程式为       。在含有等浓度硫酸溶液的下列装置中，铁腐蚀的速率由快到慢的顺序是            （用序号填写）。

（2）已知：①3Fe（s）+2O_2（g）=Fe₃O₄（s）      H="-1118" kJ·mol^-1
②2Al（s）+3/2O₂（g）=A1₂O₃（s）     H="-1675.7" kJ·mol^-1
则焊接钢轨时铝与Fe₃O₄发生反应生成铁和Al₂O₃的热化学方程式为              。
（3）Na₂FeO₄具有强氧化性，其电解制法如图所示，请写出阳极的电极反应式      。Na₂FeO₄是一种既能杀菌、消毒，又能絮凝净水的水处理剂，其原理是              。

（4）工业上常用FeCl₃溶液腐蚀印刷线路板，发生反应的离子方程式是            。若腐蚀铜板后的溶液中，Cu²⁺、Fe³⁺和Fe²⁺浓度均为0．1 mol·L^-1，结合下图分析，当混合溶液中通入氨气调节溶液的pH=5．6时，溶液中存在的金属阳离子为    。从图中数据计算Fe(OH)₂的溶度积Ksp[Fe(OH)₂]=      。

已知：横坐标为溶液的pH，纵坐标为金属离子的物质的量浓度的对数（当溶液中金属离子浓度10^-5 mol·L^-1时，可认为沉淀完全）。

(13分)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）。

研究和深度开发CO、CO₂的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。
（1）CO可用于炼铁，已知：①Fe₂O₃(s)+ 3C(s)＝2Fe(s)+ 3CO(g) ΔH₁＝+489.0 kJ/mol，
②C(s)+CO₂(g)＝2CO(g) ΔH₂＝+172.5 kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                        。
（2）①分离高炉煤气得到的CO与空气可设计成燃料电池（以KOH溶液为电解液）。则该电池的负极反应式：           。
②用上述燃料电池用惰性电极电解足量MgCl₂和NaCl的混合溶液。电解开始后阴极的现象为____  。
（3）一定条件下铁可以和CO₂发生反应：Fe(s)＋CO₂(g)FeO(s)＋CO(g)，已知该反应的平衡常数(K)与温度(T)的关系如图甲所示：

①该反应的平衡常数表达式K＝      。
②一定温度下，向某密闭容器中加入足量铁粉并充入一定量的CO₂气体，反应过程中CO₂气体和CO气体的浓度与时间的关系如图乙所示。8分钟内，CO的平均反应速率v(CO)＝     mol/(L·min)。
③下列措施中能使平衡时c(CO)／c(CO₂)增大的是     （填序号）。

A．升高温度	B．增大压强
C．充入一定量CO	D．再加入一些铁粉

④CO₂和H₂充入一定体积的密闭容器中，在两种温度下发生反应：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)，测得CH₃OH的物质的量随时间的变化见图：

（i）曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ      K_Ⅱ（填“＞”或“＝”或“＜”）。
(ii)一定温度下，此反应在恒压容器中进行，能判断该反应达到化学平衡状态的依据是       。
a．容器中压强不变    
b．H₂的体积分数不变  
c．c（H₂）＝3c（CH₃OH）
d．容器中密度不变    
e．2个C＝O断裂的同时有6个H－H断裂

2014年莱芜共出现284天雾霾天气，其中重度霾15天。燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。
I．已知：①CaO(s)＋CO₂(g)＝CaCO₃(s)  ΔH=－178.3 kJ/mol
②CaO(s)＋SO₂(g)＝CaSO₃(s) ΔH=－402.0 kJ/mol
③2CaSO₃(s)＋O₂(g)＝2CaSO₄(s) ΔH=－2314.8 kJ/mol
写出CaCO₃与SO₂反应生成CaSO₄的热化学方程式：____
II．（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)，△H＜0。若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是        （填代号）。

（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)+2NO(g)N₂ (g)+CO₂ (g)。某研究小组向密闭的真空容器中（假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计）加入NO和足量的活性炭，恒温(T₁℃)条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度/mol·L^－1 时间/min	NO	N2	CO2
0	1.00	0	0
10	0.58	0.21	0.21
20	0.40	0.30	0.30
30	0.40	0.30	0.30
40	0.32	0.34	0.17
50	0.32	0.34	0.17

①10min~20min以v(CO₂) 表示的平均反应速率为                         。
②根据表中数据，计算T₁℃时该反应的平衡常数为          （保留两位小数）。
③一定温度下，随着NO的起始浓度增大，则NO的平衡转化率       （填“增大”、“不变”或“减小”） 。
④下列各项能作为判断该反应达到平衡的是           （填序号字母）。
A．容器内压强保持不变
B．2v_正(NO) = v_逆(N₂)
C．容器内CO₂的体积分数不变
D．混合气体的密度保持不变
⑤30min末改变某一条件，过一段时间反应重新达到平衡，则改变的条件可能是           。
III．化学在环境保护中起着十分重要的作用，利用电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。该方法可用H₂将NO₃^－还原为N₂，25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12。其原理如下图所示。

电源负极为      (填A或B)，阴极反应式为                     ；若电解过程中转移了2mol电子，则质子交换膜左侧极室电解液的质量减少         克。

“低碳循环”已引起各国家的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量和有效地开发利用CO₂正成为化学家研究的主要课题。
Ⅰ．用电弧法合成的储氢纳米碳管常伴有大量的碳纳米颗粒（杂质），这种颗粒可用如下氧化法提纯，请完成该反应的化学方程式：
C+      KMnO₄+       H₂SO₄→    _CO₂↑+      MnSO₄ +      K₂SO₄+      H₂O
Ⅱ．工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与CO₂进行高温重整制备CO（同时产生H₂），CO和水蒸气在一定条件下发生反应也能制取氢气：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)     △H＝－41 kJ/mol
某小组研究在相同温度下该反应过程中的能量变化。他们分别在体积均为V L的两个恒温恒容密闭容器中加入一定量的反应物，使其在相同温度下发生反应。相关数据如下：

容器编号	起始时各物质物质的量/mol				达到平衡的时间	达平衡时体系能量的变化/kJ
	CO	H2O	CO2	H2
①	1	4	0	0	t1 min	放出热量：32.8 kJ
②	2	8	0	0	t2 min	放出热量：Q

（1）容器①中反应达平衡时，CO的转化率为                  。
（2）计算容器②中反应的平衡常数K=                    。
（3）下列叙述正确的是               （填字母序号）。
a．平衡时，两容器中H₂的体积分数相等
b．容器②中反应达平衡状态时，Q =" 65.6" kJ
c．反应开始时，两容器中反应的化学反应速率相等
d．容器①中，反应的化学反应速率为：
e．平衡时，容器中的转化率：① < ②
Ⅲ．工业上利用用CO₂来生产燃料甲醇的反应原理：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g),某些化学键的键能数据如下表：

则该热化学反应方程式为                                             。
Ⅳ．将CH₃OH设计成燃料电池，其利用率更高，下图是利用甲醇燃料电池进行某种电化学反应的示意图。

①写出该燃料电池的负极电极方程式                            。
②若A、B是石墨电极，X为NaCl溶液，当A极产生22.4L气体(标况下)，则理论上消耗CH₃OH     克。
③若乙池要实现铁上镀铜，则A电极选择                   。

【化学-选修2 化学与技术】
下图是传统的工业生产金属铝的基本流程图。结合铝生产的流程图回答下列问题：

（1）工业冶炼金属铝用的是铝土矿，铝土矿的主要成分是________(填化学式)。石油炼制和煤的干馏产品__________(填物质名称)作电解铝的阴极和阳极材料。
（2）在金属铝的冶炼中加入冰晶石和氟化钙的目的是________
（3）在冶炼过程中，阳极材料需要定期进行更换，原因是氧化铝溶解并和部分冰晶石发生反应生成Al₂OF₆^2-，写出该反应的离子方程式________________。若电解的总反应为2Al₂O₃+3C3CO₂+4Al，则阳极的电极反应式为_______________。
（4）冰晶石能在碱性溶液中分解，写出冰晶石与足量NaOH溶液反应生成两种钠盐的化学方程式______________。
（5）已知生产1mol铝消耗的电能为1．8x10⁶J，9g铝制饮料罐可回收能量为0．2kJ，则铝制饮料罐的热回收效率η=_____________。（热回收效率= 回收能量/生产耗能 x100%）

二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。制备ClO₂的方法有多种。
（1）纤维素还原法制ClO₂。其原理是：纤维素水解得到的最终产物A与NaClO₃反应生成ClO₂。完成反应的化学方程式：其流程如下：□（A）+□NaClO₃+□H₂SO₄=□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□______
（2）电解食盐水制取ClO₂ ，其流程如下：

①粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质。除杂操作时，往粗盐水中加入试剂的顺序依次为__________（填化学式），充分反应后将沉淀一并滤去，再加入盐酸。
②食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO₃）与盐酸在发生器中反应生成ClO₂ ，写出发生器中生成ClO₂的化学方程式____________________。
③上述流程中，可循环利用的物质有__________；按照绿色化学原则，电解槽阴极产生的气体与方框中物质的物质的量之比为________时，原子的利用率为100%。
（3）实验室以NH₄Cl、盐酸、NaClO₂（亚氯酸钠）为原料制备ClO₂的流程下如下：

已知：(I)A气体在标准状况下的密度为0．089g/L；
(Ⅱ)气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
①电解时，发生反应的化学方程式为         。
②NCl₃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           。