高中化学探究电解池作用试题

以惰性电极电解CuSO₄和NaCl的混合溶液，两电极上产生的气体(标准状况下测定)体积如下图所示，下列有关说法正确的是

A．a表示阴极上产生的气体，t1前产生的为Cl2

B．原溶液中CuSO4和NaCl物质的量之比为1:1

C．若t2时溶液的体积为1 L，此时溶液的pH为13

D．若原溶液体积为1 L，则原溶液中SO4^2^-的物质的量浓度为0.2 mol/L

某工厂废弃的钒渣中主要含V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等，现从该钒渣回收V₂O₅的工艺流程示意图如下：

（已知：沉淀为(NH₄)₂V₆O₁₆，全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂）。
R₂(SO₄)_n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层) + nH₂SO₄(水层)
回答下列问题：
（1）(NH₄)₂V₆O₁₆中钒（V）的化合价为          ，①中产生的废渣的主要成分是         。
（2）工艺中反萃取所用的X试剂为          。
（3）为提高②中萃取效率，应采取的措施是                        。
（4）请完成④中的反应离子方程式：

（5）成品V₂O₅可通过铝热反应来制取金属钒，写出该反应的化学方程式：               。
（6）将两个全钒液流储能电池串联后作为电源，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl₂被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，装置如下：

b为电解池的      极，全钒液流储能电池正极的电极反应式为                    ；
若通过消毒液发生器的电子为0.2 mol，则消毒液发生器中理论上最多能产生   gNaClO。

Cl₂及其化合物在生产、生活中具有广泛的用途

（1）25℃时将氯气溶于水形成氯气－氯水体系，该体系中Cl₂(aq)、HClO和ClO^－分别在三者中所占分数（α）随pH变化的关系如左上图所示。
①已知HClO的杀菌能力比ClO^－强，由图分析，用氯气处理饮用水时，pH＝7.5与pH＝6时杀菌效果强的是__________。
②氯气－氯水体系中，存在多个含氯元素的平衡关系，分别用平衡方程式表示为
______________________________________________________________。
（2）ClO₂是一种新的消毒剂，工业上可用Cl₂氧化NaClO₂溶液制取ClO₂，写出该反应的化学方程式____________。
（3）工业上还可用下列方法制备ClO₂，在80℃时电解氯化钠溶液得到NaClO₃，然后与盐酸反应得到ClO₂。电解时，NaClO₃在_____极（填阴或阳）生成，生成ClO₃^–的电极反应式为_________________________。
（4）一定条件下，在水溶液中 1 mol Cl^–、1mol ClO_x^–（x=1,2,3,4）的能量大小与化合价的关系如右上图所示
①从能量角度看，C、D、E中最不稳定的离子是     （填离子符号）。
②B → A + D反应的热化学方程式为                     （用离子符号表示）。

煤是一种重要的化工原料，人们将利用煤制取的水煤气、焦炭、甲醚等广泛用于工农业生产中。
（1）已知:

①C(s) ＋ H₂O(g) === CO(g)＋H₂(g)    ΔH＝＋131.3 kJ·mol^－1
②CO₂(g) ＋ H₂(g) ===" CO(g)" ＋ H₂O(g) ΔH＝+41.3 kJ·mol^－1
则碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式为                            。
该反应在        （填“高温”、“低温”或“任何温度”）下有利于正向自发进行。
（2）有人利用炭还原法处理氮氧化物，发生反应C(s)+2NO(g) N₂(g)+CO₂(g)。向某密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，在T₁℃时，不同时间测得各物质的浓度如下表所示：

时间(min) 浓度（mol·L^-1）	0	10	20	30	40	50
NO	1.00	0.68	0.50	0.50	0.60	0.60
N2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30
CO2	0	0.16	0.25	0.25	0.30	0.30

①10～20min内，N₂的平均反应速率v(N₂)＝                。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是      (填字母序号)。
A．通入一定量的NO            B．加入一定量的活性炭
C．加入合适的催化剂           D．适当缩小容器的体积
（3）研究表明：反应CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)平衡常数随温度的变化如下表所示：

温度/℃	400	500	800
平衡常数K	9.94	9	1

若反应在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的浓度均为0.020 mol·L^-1，在该条件下达到平衡时，CO的转化率为      。
（4）用CO做燃料电池电解CuSO₄溶液、FeCl₃和FeCl₂混合液的示意图如图1所示，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。工作一段时间后，断开K，此时A、B两极上产生的气体体积相同。

①乙中A极产生的气体在标准状况下的体积为________________。
②丙装置溶液中金属阳离子的物质的量与转移电子的物质的量变化关系如图2所示，则图中③线表示的是________（填离子符号）的变化；反应结束后，要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要________ mL 5.0 mol·L^－1 NaOH溶液。

(10分)某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中的溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流表的指针发生了偏转。

请回答下列问题：
（1）甲池为________(填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为_____________。
（2）丙池中F电极为________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，该池总反应的化学方程式为____________________________________________________________。
（3）当乙池中C极质量减轻4.32 g时，甲池中B电极理论上消耗O₂的体积为________mL(标准状况)。
（4）一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是________(填字母)。

A．Cu

B．CuO

C．Cu(OH)2

D．Cu2(OH)2CO3

金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H₂SO₄(浓)+ FeTiO₃＝TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O
（1）步骤I中发生反应的离子方程式：                    、                     。
（2）已知：TiO^2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。
25 ℃时，难溶电解质溶解度(s)与pH关系如图，TiO(OH)₂溶度积K_sp＝1×10^－29

①步骤Ⅲ加入铁屑原因是                    。
②TiO^2＋水解的离子方程式为              。向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是       。
当溶液pH接近     时，TiO(OH)₂已沉淀完全。
（3）反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于       ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）研究发现，可以用石墨作阳极、钛网作阴极、熔融CaF₂-CaO作电解质，利用下图所示装置获得金属钙，并以钙为还原剂，还原二氧化钛制备金属钛。写出阳极上所发生的反应式：                   。

【选修2—化学与技术】实验室从含碘废液（除H₂O外，含有CCl₄、I₂、I^－等）中回收碘，其实验过程如下：

（1）向含碘废液中加入稍过量的Na₂SO₃溶液，将废液中的I₂还原为I^－，其离子方程式为               ；该操作将I₂还原为I^－的目的是               。
（2）操作X的名称为           。
（3）氧化时，在三颈瓶中将含I^－的水溶液用盐酸调至pH约为2，缓慢通入Cl₂，在40⁰C左右反应（实验装置如图所示）。实验控制在较低温度下进行的原因是          ；锥形瓶里盛放的溶液为           。

（4）利用下图所示装置（电极均为惰性电极）也可吸收SO₂，并用阴极排出的溶液吸收NO₂。

①阳极的电极反应式为     。
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时有SO₃^2－生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为     。

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中的主要离子方程式为                                     。
（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＝8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还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如图所示。①生成Ce⁴⁺从电解槽的   (填字母序号)口流出。②写出阴极的反应式                     。
（5）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的浓度为a g·L^-1，要使1 m³该溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂              L。(用含a代数式表示，计算结果保留整数)

（NH₃经一系列反应可以得到HNO₃，如下图所示。

（1）I中，NH₃和O₂在催化剂作用下反应，其化学方程式是_____________________。
（2）II中，2NO（g）+O₂2NO₂(g)。在其他条件相同时，分别测得NO的平衡转化率在不同压强（P₁、P₂）下温度变化的曲线（如图）。

①比较P₁、P₂的大小关系：________________。
②随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是________________。
（3）III中，将NO₂（）转化为N₂O₄（），再制备浓硝酸。
①已知：2NO₂（）N₂O₄（）△H₁
2NO₂（）N₂O₄（） △H₂
下列能量变化示意图中，正确的是（选填字母）_______________。

②N₂O₄与O₂、H₂O化合的化学方程式是_________________。
（4）IV中，电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示，其阳极电极反应式为_____________，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A，A是_____________，说明理由：________________。

甲醇是一种可再生能源，又是一种重要的化工原料，具有开发和应用的广阔前景。工业上可用如下方法合成甲醇：

方法一	CO(g) +2H2(g) CH3OH(g)
方法二	CO2(g) +3H2(g) CH3OH(g) H2O(g)

（1）已知：① 2CH₃OH(l) + 3O₂(g) 2CO₂(g) + 4H₂O(g)  △H=－1275.6 kJ•mol^-1
② 2CO(g) + O₂(g) 2CO₂(g)  △H=－566.0 kJ•mol^-1
③ H₂O(l) = H₂O(g)  △H =" +" 44.0 kJ•mol^-1
则甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学反应方程式为             。
（2）方法一生产甲醇是目前工业上常用的方法。在一定温度下，向2L密闭容器中充入1molCO和2molH₂，发生上述反应，5分钟反应达平衡，此时CO的转化率为80%。请回答下列问题：
①前5分钟内甲醇的平均反应速率为            ；已知该反应在低温下能自发进行，则反应的
△H为      （填“＞”、“＜”或 “=”）0。
②在该温度下反应的平衡常数K=         。
③某时刻向该平衡体系中加入CO、H₂、CH₃OH各0.2mol后，将使ν_正             ν_逆（填“>”“=”“<”）。
（3）全钒液流储能电池是利用不同价态离子对的氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，其原理如下图所示。

①当左槽溶液逐渐由黄变蓝，其电极反应式为                。
②充电过程中，右槽溶液颜色变化是                        。
③若用甲醇燃料电池作为电源对其充电时，若消耗甲醇4.8g时，电路中转移的电量的为        （法拉第常数F=9.65×l0⁴C · mol^-1)。

目前正在研究和已经使用的储氢合金有镁系合金、稀土系合金等。
（1）已知：Mg(s)+H₂(g)＝MgH₂(s)         △H₁＝－74.5 kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2H₂(g)＝Mg₂NiH₄(s)              △H₂ ＝－64.4 kJ·mol^－1
Mg₂Ni(s)+2MgH₂(s)＝2Mg(s)+ Mg₂NiH₄(s)    △H₃，则△H₃ =    kJ·mol^－1。
（2）工业上用电解熔融的无水氯化镁获得镁。其中氯化镁晶体脱水是关键工艺之一，一种氯化镁晶体脱水的方法是：先将MgCl₂·6H₂O转化为MgCl₂·NH₄C1·nNH₃（铵镁复盐），然后在700℃脱氨得到无水氯化镁，脱氨反应的化学方程式为     。
（3）储氢材料Mg(AlH₄)₂在110～200℃的反应为：Mg(AlH₄)₂＝MgH₂+2Al+3H₂↑。生成2.7gAl时，产生的H₂在标准状况下的体积为     L。
（4）采用球磨法制备Al与LiBH₄的复合材料，并对Al－LiBH₄体系与水反应产氢的特性进行下列研究：
①下图为25℃水浴时每克不同配比的Al－LiBH₄复合材料与水反应产生H₂体积随时间变化关系图。由下图可知，下列说法正确的是     （填字母）。

a．25℃时，纯铝与水不反应
b．25℃时，纯LiBH₄与水反应产生氢气
c．25℃时，Al－LiBH₄复合材料中LiBH₄含量越高，1000s内产生氢气的体积越大
②下图为25℃和75℃时，Al－LiBH₄复合材料[w (LiBH₄)=25%]与水反应一定时间后产物的X－射线衍射图谱（X－射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同）。

从图中可知，25℃时Al－LiBH₄复合材料中与水完全反应的物质是   （填化学式）。
（5）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：

①某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，起始浓度为a mol·L^－1，平衡时苯的浓度为b mol·L^－1，该反应的平衡常数K＝     。
②一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物）。生成目标产物的电极反应式为     。

已知Cr(OH)₃在碱性较强的溶液中将生成[Cr(OH)₄]^―，铬的化合物有毒，由于+6价铬的强氧化性，其毒性是+3价铬毒性的100倍。因此，必须对含铬的废水进行处理，可采用以下两种方法。
Ⅰ.还原法 在酸性介质中用FeSO₄等将+6价铬还原成+3价铬。
具体流程如下：

有关离子完全沉淀的pH如下表：

有关离子	Fe^2+	Fe^3+	Cr^3+
完全沉淀为对应氢氧化物的pH	9.0	3.2	5.6

（1）写出Cr₂O2－ 7与FeSO₄溶液在酸性条件下反应的离子方程式             。
（2）还原+6价铬还可选用以下的               试剂（填序号）。
A．明矾          B．亚硫酸氢钠          C．生石灰           D．铁屑
（3）在含铬废水中加入FeSO₄，再调节pH，使Fe³⁺和Cr³⁺产生氢氧化物沉淀。
则在操作②中可用于调节溶液pH的试剂为：            （填序号）；
A．Na₂O₂        B．Ba(OH)₂        C．Ca(OH)₂         D．NaOH
此时调节溶液的pH范围在         （填序号）最佳。
A．3～4         B．6～8          C．10～11          D．12～14
Ⅱ.电解法 将含+6价铬的废水放入电解槽内，用铁作阳极，加入适量的氯化钠进行电解。阳极区生成的Fe²⁺和Cr₂O2－ 7发生反应，生成的Fe³⁺和Cr³⁺在阴极区与OH^－结合生成Fe(OH)₃和Cr(OH)₃沉淀除去。
（4）写出阴极的电极反应式                                        。
（5）电解法中加入氯化钠的作用是                               。

(10分)甲醇可作为燃料电池的原料。通过下列反应可以制备甲醇：CO(g)+ 2H₂(g)CH₃OH (g)
（1）下图表示反应中能量的变化。

①此反应的ΔH=___________。
②已知CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g) △H=" +" 41.3kJ·mol^－1，试写出由CO₂和H₂制取甲醇的热化学方程式                            。
（2）一种新型燃料电池，是用两根金属铂做电极插入KOH溶液中，然后向两极上分别通入CH₃OH和O₂。装置图如下所示：

①经测定，电子流动方向由b到a，则甲醇从_______(填“A”或“B”)口通入，该极的电极反应式为___________________。
②该电池工作一段时间后，正极附近的碱性____(填“增强”、“减弱”或“不变”)。
③用该电池电解(惰性电极)硝酸银溶液时，每消耗32 g CH₃OH，生成银的质量为___ g。

制烧碱所用盐水需两次精制。第一次精制主要是用沉淀法除去粗盐水中Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2－等离子，过程如下：
Ⅰ.向粗盐水中加入过量BaCl₂溶液，过滤；
Ⅱ.向所得滤液中加入过量Na₂CO₃溶液，过滤；
Ⅲ.滤液用盐酸调节pH，获得第一次精制盐水。
（1）过程Ⅰ除去的离子是______。
（2）过程Ⅰ、Ⅱ生成的部分沉淀及其溶解度（20℃/g）如下表，请依据表中数据解释下列问题：

CaSO4	Mg2(OH)2CO3	CaCO3	BaSO4	BaCO3
2.6×10^-2	2.5×10^-4	7.8×10^-4	2.4×10^-4	1.7×10^-3

①过程Ⅰ选用BaCl₂而不选用CaCl₂的原因为___________________________________。
②过程II之后检测Ca²⁺、Mg²⁺及过量Ba²⁺是否除尽时，只需检测Ba²⁺即可，原因是____________。
（3）第二次精制要除去微量的I^－、IO₃^－、NH₄⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，流程示意如下：

①过程Ⅳ除去的离子有______、_______。
②盐水b中含有SO₄^2－。Na₂S₂O₃将IO₃^－还原为I₂的离子方程式是___________________________。
③过程VI中，产品NaOH在电解槽的______区生成(填“阳极”或“阴极”)，该电解槽为______离子交换膜电解槽(填“阳”或“阴”)。

(15分)目前，“低碳经济”备受关注，CO₂的产生及有效开发利用成为科学家研究的重要课题。
（1）向浓CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂,可以制得纳米级碳酸钙(粒子直径在1〜10nm之间)。
①向浓CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂气体制纳米级碳酸钙时，应先通入NH₃，后通 入CO₂。制备纳米级碳酸钙的离子方程式为______________
②判断产品中是否含有纳米级碳酸钙的实验方法为_____________。
（2）—定条件下，C(s)和H₂O(g)反应，能生成CO₂(g)和H₂(g)。将C(s)和H₂O(g)分别加入甲、乙两个密闭容器中，发生反应：C(s)+2H₂O(g)CO₂(g)+2H₂(g)，其相关数据如下表所示：

①T₁⁰C时，该反应的平衡常数K=_______
②乙容器中，当反应进行到1．5min时，H₂0(g)的物质的量浓度_______ (填选项字母）。
A．=0．8 mol/L           B．-1．4 mol/L       
C．<1．4 mol/L           D．>1．4 mol/L
③丙容器的容积为1L，t₂⁰C时，起始充入a mol C0₂和bmol H₂(g)，反应达到平衡时，测得CO₂的转化率大于H₂的转化率，则的值需满足的条件为______________;
④丁容器的容积为1L，T1⁰C时，按下列配比充入C(s)、H₂O(g)、CO₂(g)和H₂(g)，达到平衡时各气体的体积分数与甲容器完全相同的是_______(填选项字母）。
A．0.6 mol、1.0 mol、0.5 mol、1.0 mol
B．0.6 mol、2.0 mol、O mol、O mol
C．1.0 mol、2.0 mol、1.0 mol、2.0 mol
D．0.25 mol、0.5 mol、0.75 mol、1.5 mol
（3）CO₂在一定条件下可转化为甲醚(CH₃OCH₃)。用甲醚燃料电池做电源，用惰性电极电解饱和K₂SO₄溶液可制取H₂SO₄和KOH，实验装置如下图所示：

①甲醚燃料电池的负极反应式为________
②A口导出的物质为_____________________(填化学式)。
③若燃料电池通入CH₃OCH₃(g)的速率为0．1mol/min^-1 ,2 min时，理论上C口收集到标准状况下气体的体积为______________