高中化学探究电解池作用试题

(14分)（1）对工业合成氨条件的探索一直是化学工业的重要课题，在恒温恒容的甲容器、恒温恒压的乙容器中分别进行合成氨反应，如下图（图中所示数据均为初始物理量）。t分钟后反应均达到平衡，生成NH₃均为0.4mol（忽略水对压强的影响及氨气的溶解）。

①判断甲容器中的反应达平衡的依据是          。（填写相应编号）

A．压强不随时间改变

B．气体的密度不随时间改变

C．c(N2)不随时间改变

D．单位时间内生成2molNH3的同时消耗1molN2

E.单位时间内断裂3 mol H-H键，同时断裂6 mol N-H键
②该条件下甲容器中反应的平衡常数K=          ；平衡时，甲的压强P_平=      （初始压强用P₀表示）。
③该条件下，若向乙中继续加入0.2mol N₂，达到平衡时N₂转化率=              。
（2）最近华南理工大提出利用电解法制H₂O₂并用产生的H₂O₂处理废氨水，装置如下图

①为了不影响H₂O₂的产量，需要向废氨水加入适量硝酸调节溶液的pH约为5，则所得废氨水溶液中c（NH₄⁺）____    C（NO₃^-）（填“＞”、“＜”或“=”）。
②Ir-Ru惰性电极有吸附O₂作用，该电极上的反应为                                。
③理论上电路中每转移3mol电子，最多可以处理NH₃·H₂O的物质的量为               。

新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH₃COO) Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。
方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。
在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：

请回答下列问题：
（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是                   。
（2）在方法一所发生的反应中， 除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有       、       、       （填化学式）生成。
（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为                       。
（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：                                   。
（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为                                。

次磷酸(H₃PO₂)是一种精细化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：
（1）H₃PO₂是一元中强酸，写出其电离方程式：                    
（2）H₃PO₂及NaH₂PO₂均可将溶液中的银离子还原为银单质，从而可用于化学镀银。
①(H₃PO₂)中，磷元素的化合价为            
②利用(H₃PO₂)进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4︰1，则氧化产物为：    (填化学式)；依据所学关于电镀的原理，分析该电镀过程中可选用的电极材料为阳极：         ；阴极：            。
③NaH₂PO₂是         （填“正盐”还是“酸式盐”），其溶液显        性(填“弱酸性”、“中性”、或者“弱碱性”)，其溶液中离子浓度由大到小的顺序应为                  
（3）(H₃PO₂)也可以通过电解的方法制备。
工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

①写出阳极的电极反应式                      
②分析产品室可得到H₃PO₂的原因                   

(15分)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。
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）装置Ⅱ中，发生了两个氧化还原反应，产物分别为NO₂^-和NO₃^-，写出酸性条件下生成NO₃^-的反应的离子方程式               。
（4）装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如下图所示。

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)

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的三种方法：

（1）方法I中，用炭粉在高温条件下______________（填氧化、还原）CuO。
（2）方法II采用离子交换膜控制电解液中OH‾的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示：该电解池的阳极反应式为_____________________________，该装置中的离子交换膜为_____________（填阴、阳）离子交换膜。

（3）方法III为加热条件下用液态肼(N₂H₄)还原新制Cu(OH)₂ 来制备纳米
级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为_______________________________________。
（4）在相同的密闭容器中，用以上三种方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：

水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。

a．实验①前20 min的平均反应速率v(H₂)= _____________                         
b．实验②比实验①所用的催化剂催化效率_____________ （填高、低）
c．实验的温度T₂ _____________T_l（填>、<），原因是____________________________________________。

已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不反应）。某化学兴趣小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液，用电解的方法实现了粗铜的提纯，并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。
步骤一：电解精制：请回答以下问题：
电解时，粗铜应与电源的     极相连。阴极上的电极反应式为                   。电解过程中，硫酸铜的浓度会           （选填：变大、不变、变小）
步骤二：电解完成后，该小组同学按以下流程对电解液进行处理：

阳极泥的综合利用：稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请你写出该步反应的离子反应方程式：                                                                                 。残渣含有极少量的黄金，如何回收金，他们查阅了有关资料，了解到了一些有关金的知识，以下是他们获取的一些信息：

序号	反应	平衡常数
1	Au + 6HNO3（浓）= Au(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O	<< 1
2	Au^3++ 4Cl^— =  AuCl4^—	>>1

从中可知，金很难与硝酸反应，但却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1∶3的混合物），请你简要解释金能够溶于王水的原因                                                            
（2）滤液含量的测定： 以下是该小组探究滤液的一个实验流程：
则100mL滤液中Cu²⁺的浓度为        mol·L^—1，Fe²⁺的浓度为           mol·L^—1

甲醇是未来重要的绿色能源之一，以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇
Ⅰ、CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H=+206．0KJ/mol
Ⅱ、CO（g）+2H₂（g）═CH₃OH（g）△H=-129．0KJ/mol
（1）CH₄（g）与H₂O（g）反应成CH₃OH（g）和H₂（g）的热化学方程式为          。
（2）将1．0mol CH₄和2．0mol H₂O（g）通入容积为2L的密闭容器中，在一定条件下发生反应I，测得在一定压强下平衡时CH₄的转化率与温度的关系如图1．

①假设100℃时反应I达到平衡所需的时间为5min，则用H₂表示这段时间该反应的平均反应速率为           。
②100℃时反应I的平衡常数为              。若保持温度和容器的容积不变，5min时再向容器中充入H₂O（g）和CO各0．2mol，平衡将      移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）如图2，P是可自由平行滑动的活塞，关闭K₂，在相同温度下，通过K₁、K₃分别向A、B中各充入2mol CO和3mol H₂，在一定条件下发生反应Ⅱ，关闭K₁、K₃，反应起始时A、B的体积相同，均为aL。
①反应达到平衡后，A内压强为起始压强的0．6倍，则平衡时A容器中H₂的体积分数为           。
②若在平衡后打开K₂，再次达到平衡后B容器的体积缩至0．6a L，则打开K₂之前，B容器的体积为      L。
（4）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺作氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化．实验室用如图3装置模拟上述过程：
①写出阳极电极反应式                         ；
②写出除去甲醇的离子方程式                                 。

(14分)下图为细菌冶铜和火法冶锎的主要流程。

（1）硫酸铜溶液一般不呈中性，原因是__                _____(用离子方程式表示）。写出电解硫酸铜溶液的化学方程式：_____ _________(电解过程中，始终无氢气产生)。
（2）细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。细菌冶铜与火法冶铜相比，优点为_____                                ___________(写出一点即可)。
（3）用惰性电极分别电解浓的氯化铜溶液和硫酸铜溶液。电解浓的氯化铜溶液时发现阴极有金属铜生成，同时阴极附近会出现棕褐色溶液。而电解硫酸铜溶液时，没有棕褐色溶液生成。

下面是关于棕褐色溶液成分的探究
①有同学认为，阴极附近出现的棕褐色溶液是氯气反应的结果，你认为他的猜测是否正确？______(填“正确”或“不正确"），原因是_____  _                                                    _____。
资料1:一般具有混合价态(指化合物中同一元素存在两种不同的化合价，如Fe₃O₄中的 Fe元索)的物质的颜色比单一价态的物质的颜色要深。
资料2:CuCl微溶于水,能溶于浓盐酸。
②猜想：棕褐色溶液中可能含有的离子是____            ____(填3种主要离子符号）。
③验证猜想:完成实验方案(配制棕褐色溶液）。
取少量____  ____固体于试管中，加入__   _____使其溶解，再加入___    ____溶液，观察现象。
④已知电解前，U形管中加入了100mL0.5 mol.L^－1 CuCl₂溶液，电解结束时电路中一共转移了0.03 mol电子，且阴极生成0.64 g铜,则形成的低价阳离子的物质的量为_____mol。

次磷酸（H₃PO₂）是一种精细磷化工产品，具有较强的还原性。回答下列问题：
（1）H₃PO₂是一元中强酸，写出其电离方程式_______________________。
（2）H₃PO₂和NaH₂PO₂均可将溶液中的Ag⁺还原为Ag，从而可用于化学镀银。
①H₃PO₂中，P元素的化合价为__________；
②利用H₃PO₂进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4:1，则氧化产物为___________（填化学式）；
③NaH₂PO₂为___________（填“正盐”或“酸式盐”），其溶液显___   ____（填“弱酸性”、“中性”或“弱碱性”）。
（3）H₃PO₂的工业制法是：将白磷（P₄）与Ba(OH)₂溶液反应生成PH₃气体和Ba(H₂PO₂)₂，后者再与H₂SO₄反应，写出白磷与Ba(OH)₂溶液反应的化学方程式______________________。
（4）H₃PO₂也可用电渗析法制备。“四室电渗析法”工作原理如图所示（阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过）：

①写出阳极的电极反应式_________________                   ___________________；
②分析产品室可得到H₃PO₂的原因__________________            _________________；
③早期采用“三室电渗析法”制备H₃PO₂：将“四室电渗析法”中阳极室的稀硫酸用H₃PO₂稀溶液代替，并撤去阳极室与产品室之间的阳膜，从而合并了阳极室与产品室。其缺点是产品中混有          杂质，该杂质产生的原因是                                  。

(12分)电化学原理常应用于工农业生产、对工业废水和生活污水进行处理。
（1）对工业废水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施之一，含氰废水中的CN^－有剧毒。
①CN^－中碳元素显+2价，则非金属性N    C（填<,=或>）
②在微生物的作用下，CN^－能够被氧气氧化成HCO₃^-，同时生成NH₃，该反应的离子方程式为                                                             。
（2）某研究性学习小组模拟工业生产，将下列装置如图连接，C、D、E、X、Y 都是石墨，F是铁，丙是模拟精炼铜。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题:

①电源 B 极的名称是________
②甲装置中电解反应的总化学方程式是:___________                                        _。
③通电一段时间后，丙中原电解质的物质的量浓度将__________（填“变大”、“变小”或“不变”）。
④装置丁中的现象是_________________________________                      _______。
（3）对生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如下图所示（图中“HA”表示乳酸分子，A^- 表示乳酸根离子）。

① 阳极的电极反应式为                                                。
② 电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6-8，此时进入浓缩室的OH^-可忽略不计。400mL 10 g•L^-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 g•L^-1（溶液体积变化忽略不计），阴极上产生的H₂在标准状况下的体积约为         L。（乳酸的摩尔质量为90 g• mol^-1）

近年来雾霾天气多次肆虐我国部分地区。其中燃煤和汽车尾气是造成空气污染的原因之一。
（1）汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g) 。在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)和时间(t)的变化曲线如图1所示。据此判断：
①该反应的△H        0（填“＜”或“＞”）。
②在T₂温度下，0～2s内的平均反应速率v (N₂)为          。
③若降低温度,将NO₂(g)转化为N₂O₄(l)，已知:2NO₂(g) N₂O₄(g)ΔH₁    2NO₂(g) N₂O₄(l)ΔH₂ ；下列能量变化示意图2中,正确的是(选填字母)　　　　。 
        
图1                                      图2
（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气中含氮的氧化物，某化学课外小组用CH₄可以消除NO_X对环境的污染。已知：CH₄(g)+4NO₂(g)=4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g);△H<0   
CH₄(g)+4NO(g)=2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g);△H=-1160KJ/mol
现有某NO₂、NO的混合气体，同温同压下密度是氢气的17倍，用16g CH₄恰好完全反应生成N₂、CO₂(g)、H₂O(g)，放出热量1042.8KJ。则△H为（    ）

A．-925.6KJ/mol

B．-867 KJ/mol

C．-691.2 KJ/mol

D．-574 KJ/mol

（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mL 1 mol/L食盐水的装置，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）。
①该燃料电池的负极反应式为        。
②电解后溶液的pH约为      （忽略氯气与氢氧化钠溶液反应）。

(14分)金属铜具有良好的导电性和导热性，在电气和电子工业中应用广泛。请回答下列问题：
（1）资料显示：加热条件下氨气能够还原CuO得到金属铜。某同学用装置I和Ⅱ制取纯净干燥的氨气，装置I中应选用试剂______(供选用的试剂有：NH₄Cl固体、NH₄HCO₃固体)，试剂a最好选用__________，其作用是_________________________________________；装置III吸收尾气，如何检验所得溶液中数目最多的阳离子(只回答试剂名称和实验现象)_____________________。

（2）电解硫酸铜溶液也可得到金属铜。
①以黄铜矿(主要成份为CuFeS₂)为原料采用电解法可制取硫酸铜溶液。实验室用如图所示装置模拟其过程，阳极区稀硫酸的作用是溶解矿粉得到Cu²⁺、Fe²⁺、H₂S，硫酸铁的作用是氧化吸收H₂S，防止逸出造成污染。电解过程中，阳极区Fe³⁺的浓度基本保持不变，原因是(用电极反应式回答)______________，阴极上先有固体析出，然后又溶解，阴极区通入O₂的作用是(用离子方程式回答)__________________。

②用惰性电极电解一定浓度CuSO₄溶液制取金属铜，一段时间后停止通电，此时加入9．8gCu(OH)₂恰好能使电解质溶液恢复至初始状态，则该过程中阳极产生气体的体积为____________L(标准状况)。

(13分)Ⅰ：已知Ca(OH)₂与Cl₂反应的氧化产物与温度有关，在一定量的石灰乳中通入足量的氯气，二者恰好完全反应。生成Cl^-、ClO^-、ClO₃^-三种含氯元素的离子，其中ClO^-、ClO₃^-两种离子的物质的量(n)与反应时间(t)的曲线如图所示。

（1）t₁时，开始有ClO₃^-生成的原因是_________________。
（2）t₂时，Ca(OH)₂与Cl₂发生反应的总的化学方程式为        ___________________________。
（3）该石灰乳中含有Ca(OH)₂的物质的量是_________mol。
（4）若反应物的量不变，在某温度下恰好完全反应时，氧化产物比值为，则n(Cl^-)=____mol（用含a的代数式来表示）。
Ⅱ下图中，是电解NO制备 NH₄NO₃，其工作原理如图所示，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃。

（1）阳极发生的电极反应式为                           。
（2）需补充物质A，A是_____________，说明理由：________________。

用含少量铁的氧化物的氧化铜制取氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）。有如下操作：

已知：在pH为4～5时，Fe³⁺几乎完全水解而沉淀，而此时Cu²⁺却几乎不水解。
（1）溶液A中的金属离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺。能检验溶液A中Fe²⁺的试剂为    （填编号，下同）
①KMnO₄  ②(NH₄)₂S  ③NaOH  ④KSCN
（2）氧化剂可选用        。
①Cl₂   ②KMnO₄    ③HNO₃   ④H₂O₂
（3）要得到较纯的产品，试剂可选用        。
①NaOH     ②FeO     ③CuO     ④Cu（OH）₂   ⑤Cu₂（OH）₂CO₃
（4）欲测定溶液A中的Fe²⁺的浓度，实验前，首先要配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、药匙、胶头滴管外，还需           ，下列滴定方式中（夹持部分略去），最合理的是         （填序号）
 
写出滴定反应的离子方程式___                                   __。
（5）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）中的值，某兴趣小组设计了两种实验方案：（已知CuCl₂的摩尔质量为135g/mol；H₂O的摩尔质量为18g/mol）。
方案一：称取m g晶体灼烧至质量不再减轻为止，冷却、称量所得无水CuCl₂的质量为n₁ g。
方案二：称取m g晶体溶于水，加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再轻为止，冷却，称量所得固体的质量为n₂ g。
试评价上述两种实验方案：其中正确的方案是    ，据此计算得x＝                      （用含m、n₁或n₂的代数式表示）。
（6）某同学想利用氯化钠设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并检验氯气的氧化性和测定所产生的氢气的体积（约8mL）。

试从上图中选用几种必要的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺序（填编号）是：
A接       ，      接        ；B接       ，      接      ；
（7）若装入的饱和食盐水为75mL（氯化钠足量，电解前后溶液体积变化可忽略，假设两极产生的气体全部逸出），当测得氢气为8.4mL（标准状况）时停止通电。将U形管内的溶液倒入烧杯，其pH约为        。

纳米级Cu₂O由于具有优良的催化性能而受到关注，下表为制取Cu₂O的三种方法：

（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是                 。
（2）已知：①2Cu(s)＋1/2O₂(g)=Cu₂O(s)   △H = -akJ·mol^-1
②C(s)＋1/2O₂(g)=CO(g)      △H = -bkJ·mol^-1
③Cu(s)＋1/2O₂(g)=CuO(s)    △H = -ckJ·mol^-1
则方法Ⅰ发生的反应：2CuO(s)＋C(s)= Cu₂O(s)＋CO(g) △H =       kJ·mol^-1。
（3）方法Ⅱ采用离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度而制备纳米Cu₂O，装置如图所示,该电池的阳极反应式为                      。

（4）方法Ⅲ为加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂来制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为               。已知肼与氨相似，则它与足量盐酸反应的方程式                      
（5）在相同的密闭容器中，用以上两种方法制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：
2H₂O（g）  2H₂（g）+ O₂（g）△H>0 水蒸气的浓度随时间t变化如下表所示。

下列叙述正确的是         （填字母代号）。
A．实验的温度:T₂<T₁
B．实验①前20 min的平均反应速率 v(O₂)=7×10^-5 mol·L^-1 min^-1  
C．实验②比实验①所用的催化剂催化效率高