高中化学探究电解池作用试题

（1）据报道以硼氢化合物NaBH₄（H的化合价为-1价） 和 H₂O₂作原料的燃料电池，可用作通信卫星电源。负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO₂，其工作原理如图所示。写出该电池放电时负极的电极反应式：           。

（2）火箭发射常以液态肼（N₂H₄）为燃料，液态过氧化氢为助燃剂。
已知：N₂H₄（l） + O₂（g） ＝ N₂（g）+ 2H₂O（l）     △H =" –" 534 kJ·mol^—1
H₂O₂（l）= H₂O（l） + 1/2O₂（g）          △H =" –" 98.6 kJ·mol^—1
写出常温下，N₂H₄（l） 与H₂O₂（l）反应生成N₂和H₂O的热化学方程式:           。
（3）O₃可由臭氧发生器（原理如图所示）电解稀硫酸制得。

①图中阴极为            （填“A”或“B”）。
②若C处通入O ₂，则A极的电极反应式为：          。
（4）向一密闭容器中充入一定量的一氧化碳和水蒸气，发生反应：
CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，下列情况下能判断该反应一定达到平衡状态的是_______（选填编号）。

A．v正（H2O) = v逆（H2)

B．容器中气体的压强不再发生改变

C．H2O的体积分数不再改变

D．容器中CO2和H2的物质的量之比不再发生改变

E．容器中气体的密度不再发生改变
（5）温度T₁时，在一体积为2L的密闭容积中,加入0.4molCO₂和0.4mol的H₂,反应中c(H₂O)的变化情况如图所示，T₁时反应CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)第4分钟达到平衡。在第5分钟时向体系中同时再充入0.1molCO和0.1molH₂（其他条件不变），请在右图中画出第5分钟到9分钟c(H₂O)浓度变化的曲线。

氮化硅（Si₃N₄）是一种优良的高温结构陶瓷，在航天航空、汽车发动机、机械等领域有着广泛的用途。工业上有多种方法来制备氮化硅，常见的方法有：
（1）在1 300-l 400℃时，高纯粉状硅与纯氮气化合，其反应方程式为_________。
（2）在高温条件下利用四氯化硅气体、纯氮气、氢气反应生成氮化硅和HCl。
①已知：25℃，101 kPa条件下的热化学方程式：
3Si（s）+2N₂（g）=Si₃N₄（s）  △H= -750.2kJ/mol
Si（s）+2Cl₂（g）=SiCl₄（g）  △H="-609.6" kJ/mol
H₂（g）+Cl₂（g）=2HCl（g）  △H="--184.6" kJ/mol
四氯化硅气体与氮气、氢气反应的热化学方程式为____________________。
②工业上制取高纯硅和四氯化硅的生产流程如下：

已知：X，高纯硅、原料B的主要成分都可与Z反应，Y与X在光照或点燃条件下可反应，Z的焰色呈黄色。
上述生产流程中电解A的水溶液时，阳极材料能否用Cu？________（填“能”或“不能”）。写出Cu为阳极电解A的水溶液开始一段时间阴阳极的电极方程式。阳极:       ；阴极：        。
（3）由石英砂合成氮化硅粉末的路线图如下所示

（把图中的①·⑤改为I-V）
①石英砂不能与碱性物质共同存放，以NaOH为例，用化学方程式表示其原因：               。
②图示I-V的变化中，属于氧化还原反应的是         。
③SiCl₄在潮湿的空气中剧烈水解，产生白雾，军事工业中用于制造烟雾剂。SiCl₄水解的化学方程式为___________________。
④在反应IV中四氯化硅与氨气反应生成Si（NH₂）₄和一种气体       （填分子式）；在反应V中Si（NH₂）₄受热分解，分解后的另一种产物的分子式为          。

NH₃经一系列反应可以得到HNO₃和NH₄NO₃，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)+O₂(g)2NO₂(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（ρ₁、ρ₂）下随温度变化的曲线（如图）。

①比较ρ₁、ρ₂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，降低温度，将NO₂（g）转化为N₂O₄(l)，再制备浓硝酸。
（1）已知：2NO(g)N₂O₄(g)  ΔH₁
2NO₂(g)N₂O₄(l)  ΔH₂
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。为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A。A是                          ，说明理由              。

二氧化硫和氮氧化物都是常见的大气污染物，回答下列相关问题。
Ⅰ某温度下氮氧化物与悬浮在大气中的海盐粒子相互作用时，涉及如下反应：
i．2NO(g)＋Cl₂(g）2ClNO(g)   △H₁＜ 0      其平衡常数为K₁
ii．2NO₂(g)＋NaCl(s) NaNO₃(s)＋ClNO(g)  △H₂＜0    其平衡常数为K₂
（1）现有反应4NO₂(g)＋2NaCl(s) 2NaNO₃(s)＋2NO(g)＋Cl₂(g)，则此反应的平衡常数K₃＝    （用K₁、K₂表示），反应热△H₃＝    （用△H₁、△H₂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 NO₂和足够的NaCl(s)，10min时反应ii达到平衡。测得平衡时NO₂的转化率α₁(NO₂) ＝50%，则：
①10min内υ(ClNO) ＝                  ，平衡常数K₂＝                ；
②若其它条件不变，使反应在恒压条件下进行，平衡时NO₂转化率为α₂(NO₂)，则：
α₁(NO₂) ＝         α₂(NO₂)（填“>”“<”或“=”）。
II除氮氧化物外，SO₂也是重要的大气污染物，需要对其进行吸收处理。
（3）若用一定量的NaOH溶液吸收SO₂气体后所得吸收液恰好呈中性，下列有关吸收液中粒子关系正确的是             。

A．c(Na^＋) ＝ c(HSO3^-)＋ 2c(SO3^2-)

B．c(Na^＋) > c(HSO3^-) ＝c(SO3^2-) > c(H^+) = c(OH^—)

C．2c(Na^＋) ＝2c(H2SO3)＋2c(HSO3^-)＋2c(SO3^2-)

D．c(Na^＋) > c(HSO3^—) + c(SO3^2—) +c(H2SO3)

（4）工业上也可以用Na₂SO₃溶液吸收SO₂，并用电解法处理吸收后所得溶液以实现吸收液的回收再利用，装置如图所示，则

①工作一段时间后，阴极区溶液的pH     （填“增大”“减小”或“不变”）；
②写出阳极的电极反应式                      。

观察下列几个装置示意图,有关叙述正确的是

A．装置①中阳极上析出红色固体

B．装置②的待镀铁制品应与电源正极相连

C．装置③闭合电键后,外电路电子由a极流向b极

D．装置④的离子交换膜允许阳离子、阴离子、水分子自由通过

辉铜矿（主要成分为Cu₂S）经火法冶炼，可制得Cu和H₂SO₄，流程如下图所示：

（1）Cu₂S中Cu元素的化合价是     价。
（2）Ⅱ中，电解法精炼粗铜（含少量Ag、Fe），CuSO₄溶液做电解质溶液：
①粗铜应与直流电源的     极（填“正”或“负”）相连。
②铜在阴极析出，而铁以离子形式留在电解质溶液里的原因是      。
（3）Ⅲ中，烟气（主要含SO₂、CO₂）在较高温度经下图所示方法脱除SO₂，并制得H₂SO₄。

①在阴极放电的物质是         。
②在阳极生成SO₃的电极反应式是          。
（4）检测烟气中SO₂脱除率的步骤如下：
i．将一定量的净化气（不含SO₃）通入足量NaOH溶液后，再加入足量溴水。
ii．加入浓盐酸，加热溶液至无色无气泡，再加入足量BaCl₂溶液。
iii．过滤、洗涤、干燥，称量沉淀质量。
①用离子方程式表示i中溴水的主要作用        。
②若沉淀的质量越大，说明SO₂的脱除率越        （填“高”或“低”）。

煤粉中的氮元素在使用过程中的转化关系如下图所示：

（1）②中NH₃参与反应的化学方程式为          。
（2）③中加入的物质可以是          （填字母序号）。
a．空气      b．CO      c．KNO₃     d．NH₃
（3）焦炭氮中有一种常见的含氮有机物吡啶（），其分子中相邻的C和N原子相比，N原子吸引电子能力更          （填“强”或“弱”），从原子结构角度解释原因：         。
（4）已知：N₂（g） ＋ O₂（g） 2NO（g）   ΔH =" a" kJ·mol^-1
N₂（g） ＋ 3H₂（g） 2NH₃（g） ΔH =" b" kJ·mol^-1
2H₂（g） ＋ O₂（g） 2H₂O（l） ΔH =" c" kJ·mol^-1
反应后恢复至常温常压，①中NH₃参与反应的热化学方程式为          。
（5）用间接电化学法除去NO的过程，如下图所示：

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间，写出阴极的电极反应式：          。
用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：          。

人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。
I．最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H⁺)实验氮的固定一电解法合成氨，大大提高了氮气和氢气的转化率。
总反应式为N₂+3H₂2NH₃。则在电解法合成氨的过程中，应将H₂不断地通入_________极(填“阴”或“阳”)；
向另一电极通入N₂，该电极的反应式为__________________________。
II．据报道，在一定条件下，N₂在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应，主要产物为NH₃相应的反应方程式为：2N₂(g)+6H₂O(g) 4NH₃(g)+3O₂(g)△H=Q
（1）上述反应的平衡常数表达式为_______________。
（2）取五份等体积N₂和H₂O的混合气体(物质的量之比均为1：3)，分别加入体积相同的恒容密闭容器中，在温度不相同的情况下发生反应，反应相同时间后，测得氮气的体积分数(N₂)与反应温度T的关系曲线如下图所示，则上述反应的Q________0(填“＞”、“＜”或“=”)。

（3）若上述反应在有催化剂的情况下发生，则下图所示的a、b、c、d四条曲线中，能表示反应体系能量变化的是_______(填字母代号)，图中△H绝对值为1530kJ·mol^-1。

III．目前工业合成氨的原理是：N₂(g)+3H₂ (g) 2NH₃(g)△H=-93．0kJ·mol^-1
回答下列问题：
结合II中的数据，则2H₂ (g)+O₂ (g)=2H₂O(g)的△H=___________。
（2）在一定温度下，将1molN₂和3mol H₂混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得气体总物质的量为2．8mol。
①达平衡时，H₂的转化率______________。
②在相同条件下，若起始时只将NH₃置于该容器中，达到平衡状态时NH₃的转化率为a₂，当a₁+a₂=1时，则起始时NH₃的物质的量n(NH₃)= _________mol。

第五主族的磷单质及其化合物在工业上有广泛应用。
（1）同磷灰石在高温下制备黄磷的热化学方程式为：
4Ca₅（PO₄）₃F（s）+21SiO₂（s）+30C（s）=3P₄（g）+20CaSiO₃（s）+30CO（g）+SiF₄（g），△H
已知相同条件下：
4Ca₃（PO₄）₂F（s）+3SiO₂（s）=6Ca₃（PO₄）₂（s）+2CaSiO₃（s）+SiF₄（g） ， △H₁
2Ca₃（PO₄）₂（s）+10C（s）=P₄（g）+6CaO（s）+10CO（g） ，△H₂
SiO₂（s）+CaO（s）=CaSiO₃（s） ，△H₃
用△H₁、△H₂和△H₃表示△H，则△H=____________________；
（2）三聚磷酸可视为三个磷酸分子（磷酸结构式如图）之间脱去两个水分子产物，其结构式为_________，三聚磷酸钠（俗称“五钠”）是常用的水处理剂，其化学式为____________；

（3）次磷酸钠（NaH₂PO₂）可用于工业上的化学镀镍。
①化学镀镍的溶液中含有Ni²⁺和H₂P，在酸性等条件下发生下述反应：
（a）_____  Ni²⁺ + ____ H₂P+ _____ → ___Ni⁺+______ H₂P + ____
（b）6 H₂P +2H⁺ =2P+4H₂PO₃+3H₂↑
请在答题卡上写出并配平反应式（a）；
②利用①中反应可在塑料镀件表面沉积镍—磷合金，从而达到化学镀镍的目的，这是一种常见的化学镀。请从以下方面比较化学镀与电镀。
方法上的不同点：________________________________；
原理上的不同点：__________________________________；
化学镀的优点：____________________________________。

(14 分)碳及其化合物应用广泛。
I．工业上利用CO和水在沸石分子筛表面反应制氢气，CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)
（1）向 1L恒容密闭容器中注入CO和H₂O（g），830^oC时，测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	0.200	0.160	0.125	0.099	0.080	0.080
n(H2O)/mol	0.300	0.260	0.225	0.199	0.180	0.180

则该温度下反应的平衡常数K=    
（2）相同条件下，向 1L恒容密闭容器中，同时注入1molCO、1molH₂O(g)、2molCO₂和2molH₂，此时
v（正）      v（逆）（填“＞”“＝”或“＜”）
II．已知：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)        △H₁=－141kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)               △H₂=－484kJ·mol^－1
CH₃OH（l）+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)     △H₃=－726kJ·mol^－1
（3）利用CO、H₂化合制得液态甲醇的热化学方程式为                             
Ⅲ．一种新型氢氧燃料电池工作原理如下图所示。

（4）写出电极A的电极反应式      ，放电过程中，溶液中的CO₃^2-将移向电极       （填A或B）
（5）以上述电池电解饱和食盐水，若生成0.2mol Cl₂，则至少需通入O₂的体积为     L（标准状况）

电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请完成以下问题：
    
（1）若X、Y者是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中化学反应方程式为_____________,在X极附近观察到的现象是_________________。
②检验Y电极上反应产物的方法是_________________________。
③当导线中有0.1 mol的电子通过时,在标况下理论上两极可收集的气体的体积是__  __L。
（2）下图装置中，

①当A键断开，B、C闭合时，乙为       池；
②当A、C两键断开, B闭合时，乙中铁极增重1.6g，则被氧化的铁有       g；
③将乙中两极都换成石墨，硫酸铜溶液换H₂SO₄后断开B、C两键， 闭合A键，则乙为      池，当甲中锌极减轻6.5g时，乙中共放出气体       mL（标况）。

随着大气污染的日趋严重，国家拟于“十二五”期间，将二氧化硫（SO₂)排放量减少8%，氮氧化物（NOx)排放量减少10%.目前，消除大气污染有多种方法.
（1）处理NOx的一种方法是利用甲烷催化还原NOx.已知：
CH₄（g)+4NO₂（g)=4NO（g)+CO₂（g)+2H₂O（g)   △H=－574kJ·mol^－1
CH₄（g)+4NO（g)=2N₂（g)+CO₂（g)+2H₂O（g)   △H=－1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                        .
（2）降低汽车尾气的方法之一是在排气管上安装催化转化器，发生如下反应：
2NO（g)+2CO（g)N₂（g)+2CO₂（g)；△H＜0.若在一定温度下，将2molNO、1molCO充入1L固定容积的容器中，反应过程中各物质的浓度变化如图所示，该反应的化学平衡常数为K=       .

若保持温度不变，20min时再向容器中充入CO、N₂各0.6mol，平衡将      移动（填“向左”、“向右”或“不”）.
20min时，若改变反应条件，导致N₂浓度发生如图所示的变化，则改变的条件可能是         （填序号）.
①加入催化剂      ②降低温度
③缩小容器体积    ④增加CO₂的量
（3）肼（N₂H₄）用亚硝酸氧化可生成氮的另一种氢化物，该氢化物的相对分子质量为43.0，其中氮原子的质量分数为0.977.写出肼与亚硝酸反应的化学方程式               .
（4）如图所示装置可用于制备N₂O₅，则生成N₂O₅的那一极电极反应式为                  .

(15分)某铜矿石的成分中含有Cu₂O，还含有少量的Al₂O₃、Fe₂0₃和Si0₂。某工厂利用此矿石炼制精铜的工艺流程示意图如下：

已知：CuO₂＋2H^＋＝Cu＋Cu^2＋＋H₂O
（1）滤液A中铁元素的存在形式为      (填离子符号)，生成该离子的离子方程式为           ，检验滤液A中存在该离子的试剂为          (填试剂名称)。
（2）金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为           。
（3）常温下．等pH的NaAlO₂和NaOH两份溶液中，由水电离出的c(OH^一)前者为后者的10⁸倍，则两种溶液的pH=                         。
（4）将Na₂CO₃溶液滴入到一定量的CuCl₂溶液中，除得到蓝色沉淀，还有无色无味气体放出，写出相应的离子方程式：                           。
（5）①粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解精炼过程中，c为粗铜板，则a端应连接电源的     (填“正”或“负”)极，若粗铜中含有Au、Ag、Fe杂质，则电解过程中c电极上发生反应的方程式有       、       。

②可用酸性高锰酸钾溶液滴定法测定反应后电解液中铁元素的含量。滴定时不能用碱式滴定管盛放酸性高锰酸钾溶液的原因是      、滴定中发生反应的离子方程式为                   ， 滴定时．锥形瓶中的溶液接触空气，则测得铁元素的含量会      (填“偏高”或“偏低”)。

K₂CO₃有广泛的用途。
（1）钾肥草木灰中含有K₂CO₃、K₂SO₄、KCl等。将草木灰用水浸取，过滤、蒸发得浓缩液。
①该浓缩液呈碱性的原因用离子方程式表示为      。
②检验该浓缩液中Cl^－所用的试剂有        。

A．AgNO3溶液

B．硝酸

C．盐酸

D．Ba(NO3)2溶液

E．BaCl₂溶液
（2）工业上曾利用如下反应生产碳酸钾：K₂SO₄ + C + CaCO₃ → K₂CO₃+ X+ CO₂↑（未配平）
已知X为两种元素组成的化合物，则X的化学式为          ；反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为        。
（3）离子膜电解-炭化法是目前生产碳酸钾的常用的方法。
第一步：精制KCl溶液
粗KCl中含有Ca²⁺、Mg²⁺等离子，按以下流程精制：

已知：加入K₂CO₃后，溶液中部分Mg²⁺转化为MgCO₃沉淀。
K_sp[Mg(OH)₂]=5.6×10^－12，K_sp(CaCO₃)=2.8×10^－9，K_sp(MgCO₃)=6.8×10^－6。
①操作Ⅰ的名称是         。
②当加入KOH后，溶液中n(CO₃^2－)增大，主要原因是    。
第二步：电解精制后的KCl溶液制取KOH，其它产物制取盐酸。
第三步：将KOH与CO₂反应转化为KHCO₃，再将KHCO₃分解得到产品。
③离子膜电解-炭化法的整个过程中，可以循环利用的物质有    。

(15分)工业生产中产生的SO₂、NO直接排放将对大气造成严重污染。利用电化学原理吸收SO₂和NO，同时获得 Na₂S₂O₄和 NH₄NO₃产品的工艺流程图如下(Ce为铈元素)。

请回答下列问题：
（1）装置I中生成HSO－3的离子方程式为                                     。
（2）含硫各微粒(H₂SO₃、HSO－3和SO2－3)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数ω与溶液pH的关系如下图所示。

①下列说法正确的是         （填标号）。

A．pH = 7时，溶液中c( Na^+) < c (HSO－3) + c(SO2－3)

B．由图中数据，可以估算出H2SO3的第二级电离平衡常数K2≈10^－7

C．为获得尽可能纯的 NaHSO3，应将溶液的pH控制在 4～5为宜

D．pH = 9时溶液中 c(OH^－)=" c" (H^+) + c(HSO－3)+ 2c(H2SO3)

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，其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中的反应在酸性条件下进行，写出NO被氧化为NO－2离子方程式                      。
（4）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。

图中A为电源的     （填“正”或“负”）极。右侧反应室中发生的主要电极反应式为          。
（5）已知进人装置Ⅳ的溶液中NO－2的浓度为 0.75 mol/L ，要使 1m³该溶液中的NO－2完全转化为 NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的 O₂的体积为          L 。