高中化学探究电解池作用填空题

[化学——选修2：化学与技术](15分)某地煤矸石经预处理后含SiO₂( 63%)、Al₂O₃( 25%) 、Fe₂O₃(5%)及少量钙镁的化合物等，一种综合利用煤矸石的工艺流程如下图所示。

（1）写出“酸浸”过程中主要反应的离子方程式（任写一个）：         。
（2）物质X足量时，“转化”过程中发生反应的有关离子方程式为          。
（3）已知Fe³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为2.1和3.7，A1³⁺开始沉淀和沉淀完全的pH分别为4.1和5.4。为了获得Al( OH)₃产品，从煤矸石的盐酸浸取液开始，若只用CaCO₃一种试剂，后续的操作过程是       ，然后再加入CaCO₃，调节pHCaCO₃若只pH到5.4，过滤得到Al( OH)₃。
（4）以煤矸石为原料还可以开发其他产品，例如在煤矸石的盐酸浸取液除铁后，常温下向A1Cl₃饱和溶液中不断通入HC1气体，可析出大量A1Cl₃·6H₂O晶体。结合化学平衡移动原理解释析出晶体的原因：         。
（5）工业上电解冶炼铝的原料用Al₂O₃而不用A1Cl₃其原因是       。电解Al₂O₃冶炼铝时，阳极材料是         ，阳极需要定期更换，其原因是            。

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(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，降低温度，将NO₂(g)转化为N₂O₄(l)，再制备浓硝酸。
①已知：2NO₂(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A。A是           ，说明理由：                。

6种相邻短周期主族元素的相对位置如下表，M元素原子核外电子数是Y元素原子核外电子数的2倍，W元素原子的次外层电子数是最外层电子数的2倍。用化学用语回答下列问题：

	X	Y	Z
W		M	Q

（1）Y在周期表中的位置是________。
（2）X、Y、Z三种元素的原子半径由大到小的顺序是________。
（3）W、M、Q三种元素最高价氧化物对应的水化物中，酸性由强到弱的顺序是________。
（4）W的最高价氧化物可以和Z的氢化物反应，利用该反应可刻蚀玻璃，反应的化学方程式是________。
（5）X的含10个电子的气态氢化物甲是一种重要的化工原料。甲的电子式是       ，实验室制备甲的化学方程式是________，甲可以与X的最高价氧化物对应的水化物溶液反应生成盐乙，乙溶液中的离子浓度由大到小的顺序是      。X的含18个电子的气态氢化物丙可与空气构成一种环保型碱性燃料电池，电池工作时丙发生的电极反应方程式是      。
（6）工业上用下图所示装置电解Q元素的钠盐溶液丁，获得一种含Q元素的消毒剂。该反应的离子方程式是      。

如图甲、乙是电化学实验装置。

（1）若甲、乙两烧杯中均盛有饱和NaCl溶液。
①甲中碳棒上的电极反应式为_________            ________；
②乙中碳棒上的电极反应式为                ；乙中总反应的离子方程式为_________        _；
③将湿润的淀粉－KI试纸放在乙烧杯上方，发现试纸先变蓝后褪色，这是因为过量的Cl₂氧化了生成的I₂。若反应中Cl₂和I₂的物质的量之比为5∶1，且生成两种酸，该反应的化学方程式为：______________。
（2）若甲、乙两烧杯中均盛有CuSO₄溶液。
①甲中铁棒上的电极反应式为__________________________________________；
②如果起始时乙中盛有200 mL pH＝5的CuSO₄溶液(25℃)，一段时间后溶液的pH变为1，若要使溶液恢复到电解前的状态，可向溶液中加入____  ___(填写物质的化学式)___ _____g（电解前后溶液的体积不变）。

(18分)氮、硫、氯及其化合物是中学化学重要的组成部分。
（1）氨气燃料电池使用的电解质溶液是KOH溶液，电池反应为：。该电池负极的电极反应式为__________；用该电池进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼，以CuSO₄溶液为电解质溶液，下列说法正确的是____________.
a．电能全部转化为化学能    
b．的物质的量浓度不变(不考虑溶液体积变化)
c．溶液中Cu²⁺向阳极移动 
d．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
e．若阳极质量减少64g，则转移电子数为2N_A个
（2）①将SO₂通入到BaCl₂溶液中，出现了异常现象，看到了明显的白色沉淀，为探究该白色沉淀的成分，他设计了如下实验流程：所得悬浊液白色沉淀观察现象并判断。则试剂A的化学式为_________。实验表明，加入试剂A后，白色沉淀未见溶解，产生该白色沉淀的离子方程式是___________。
②利用如图所示电化学装置吸收工业尾气中SO₂，阴极上生成Cu。写出装置中阳极的电极反应式__________。

（3）已知。某同学设想用下列流程得到BaCl₂，

则①的离子方程式为_________，该反应的平衡常数K=__________；
（4）自来水厂用ClO₂处理后的水中，要求ClO₂的浓度在0.1～0.8mg·L^-1之间。碘量法可以检测水中ClO₂的浓度，步骤如下：
I．取一定体积的水样，加入一定量的碘化钾，再用氢氧化钠溶液调至中性，并加入淀粉溶液，溶液变蓝。
Ⅱ．加入一定量的Na₂S₂O₃溶液，发生反应
Ⅲ．加硫酸调节水样pH至1～3。
操作时，不同pH环境中粒子种类如图所示：

请回答：
①确定操作Ⅱ完全反应的现象是___________。
②在操作Ⅲ过程中，溶液又呈蓝色，反应的离子方程式是__________。

【改编】甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）已知：CO(g)＋1/2O₂(g)＝CO₂(g)    △H＝—283 kJ·mol^—1
2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(l)    △H＝—285.8 kJ·mol^—1
CH₃OH(l)＋3/2O₂(g)＝CO₂(g) ＋2H₂O(l)    △H＝—725kJ·mol^—1
则反应CO(g)＋2H₂(g)＝CH₃OH(l)的△H=_______。
（2）工业上合成甲醇一般采用下列反应：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）   △H="—a" kJ/mol（a＞0），H₂的平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

压强：P₁            P₂（填“＞”、“＝”或“＜”）。
（3）在容积固定的密闭容器中发生CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g） △H="—a" kJ/mol（a＞0），各物质的浓度如下表：

浓度mol/L 时间/min	c(CO)	c(H2)	c(CH3OH)
0	0.8	1.6	0
2	0.6	1.2	0.2
4	0.3	0.6	0.5
6	0.3	0.6	0.5

①反应从2 min到4 min之间，H₂的反应速率为         。
②反应达到平衡时CO的转化率为              。
③反应在第2 min时改变了反应条件，改变的条件可能是         （填序号）。
A．使用催化剂        B．降低温度       C．增加H₂的浓度
（3）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，实验室用如图装置模拟该过程，其原理是：通电后，Co²⁺被氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺做氧化剂把甲醇氧化成CO₂而除去(Co³⁺的还原产物是CO²⁺)。

①写出阳极电极反应式___________________________________________；
②写出除去甲醇的离子方程式________________________________。

氮的固定是几百年来科学家一直研究的课题。
（1）下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。

反应	大气固氮 N2 (g)+O2 (g)2NO(g)	工业固氮 N2 (g)+3H2 (g)2NH3(g)
温度/℃	27	2000	25	400	450
K	3.84×10^-31	0.1	5×10^8	0.507	0.152

①分析数据可知：大气固氮反应属于__________（填“吸热”或“放热”）反应。
②分析数据可知：人类不适合大规模模拟大气固氮的原因__________。
③从平衡视角考虑，工业固氮应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500℃左右的高温，解释其原因_______________________。

（2）工业固氮反应中，在其他条件相同时，分别测定N₂的平衡转化率在不同压强（р₁、р₂）下随温度变化的曲线，下图所示的图示中，正确的是________（填“A”或“B”）；比较р₁、р₂的大小关系_________。

（3）20世纪末，科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺）为介质，用吸附在它内外表面上的金属钯多晶薄膜做电极，实现高温常压下的电化学合成氨，提高了反应物的转化率，其实验简图如C所示，阴极的电极反应式是_____________。
（4）近年，又有科学家提出在常温、常压、催化剂等条件下合成氨气的新思路，反应原理为：2N₂(g)+6H₂O(1) 4NH₃(g)+3O₂(g)，则其反应热ΔH＝___________________。
（已知：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g) △H＝－92.4kJ·mol^－1
2H₂(g) +O₂(g) 2H₂O(l)  △H＝－571.6kJ·mol^－1 ）

Al₂O₃、Al(OH)₃都是重要化工原料。根据要求回答问题：
Ⅰ、电解法制高品质Al(OH)₃装置如下（中间用离子交换膜隔开）：
4Na[Al(OH)₄]+2H₂O4Al(OH)₃↓+4NaOH+O₂↑+2H₂↑

（1）产物Al(OH)₃在       区（填“阴极”或“阳极”）沉积；
（2）电解中转移2mol e^—时，将制得__________mol的Al(OH)₃。
Ⅱ、制取纳米Al₂O₃需要纯净的硫酸铝。现有0.05mol·L^-1硫酸铝溶液，经检测，含有Fe²⁺、Fe³⁺。可按下述操作提纯：往溶液中加足量H₂O₂充分反应，再用试剂X调节溶液pH=3.5。（室温下，0.1mol·L^-1的Fe²⁺、Al³⁺开始沉淀的pH分别为7.0和3.7，Fe³⁺完全沉淀的pH=3.2）
（3）纳米氧化铝分散在分散剂中将形成胶体。则纳米氧化铝的直径约为_________m。
（4）检验硫酸铝溶液含有Fe³⁺时，所采用的试剂及现象是_____________________。
（5）往溶液中加入H₂O₂的作用是                           （用离子方程式表示）。
（6）加入的X试剂（填选项编号）是          。

A．CuO

B．Al(OH)3

C．NaOH

D．NaHCO3

若调节后溶液的pH偏离3.5，可能带来的后果是__________________________。

MnO₂是重要化学物质，某学习小组设计了将粗MnO₂（含有较多的MnO、MnCO₃和Fe₂O₃）样品转化为纯MnO₂实验，其流程如下：

按要求回答下列问题
（1） 第②步操作中，氧化性强弱顺序：ClO₃^－______ MnO₂ (填“＞”“＜”)，当NaClO₃转移2mol电子时，生成的氧化产物的物质的量为________mol。NaClO₃在常温下能够与盐酸反应生成氯气，该反应的离子方程式为___________________。
（2）第④步操作中，最终得到的固体除NaClO₃外，还一定含有下列物质中的_________
a．NaCl         b．NaClO         c．NaClO₄         d．NaOH
（3）MnO₂是碱性锌锰电池的正极材料，则碱性锌锰电池放电时，正极的电极反应式是：__________。
（4）为得到纯净的MnO₂，须将过滤后的MnO₂合并后进行洗涤，判断是否洗涤干净可选用的试剂是______(填写一组即可)。工业上可以以石墨为电极电解酸化的硫酸锰制取二氧化锰，该反应的阳极反应式为_____________。

(14分)还原剂还原法、光催化氧化法、电化学吸收法是减少氮氧化物排放的有效措施。
（1）利用炭粉可以将氮氧化物还原。
已知：N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g)；ΔH＝＋180.6 kJ·mol^－1
C(s)＋O₂(g)===CO₂(g)；ΔH＝－393.5 kJ·mol^－1
反应C(s)＋2NO(g)===CO₂(g)＋N₂(g)；ΔH＝________kJ·mol^－1。
（2）TiO₂在紫外线照射下会使空气中的某些分子产生活性基团OH，OH能将NO、NO₂氧化，如图所示，OH与NO₂的反应为NO₂＋OH===HNO₃。写出OH与NO反应的化学方程式：___________。

（3）下图所示的装置能吸收和转化NO₂、NO和SO₂。

①阳极区的电极反应式为____。
②阴极排出的溶液中含S₂O₄^2－离子，能吸收NO_x气体，生成的SO₃^2-可在阴极区再生。将S₂O₄^2－吸收NO₂的离子方程式配平，并在方格内填上相应物质：____S₂O₄^2－＋____NO₂＋____OH^－===SO₃^2-＋____N₂＋____
③已知阴极生成的吸收液每吸收标准状况下7.84 L的气体，阳极区新生成质量分数为49%的硫酸100 g，则被吸收气体中NO₂和NO的物质的量之比为________。
（4）O₃、醛类、PAN(过氧硝酸乙酰)等污染物气体和颗粒物所形成的烟雾称为光化学烟雾。某研究性学习小组为模拟光化学烟雾的形成，用紫外线照射装在密闭容器内的被污染空气样品，所得物质的浓度随时间的变化如图所示。请你根据光化学烟雾的形成原理，对减少光化学烟雾的发生提出一个合理建议：________。

(14分)亚硝酸(HN0₂)在工业上用于有机合成，既具有氧化性又具有还原性，而且氧化性比还原性突出得多。回答下列问题：
（1）亚硝酸是一种中强酸，写出其电离方程式                            。
（2）HNO₂及NaN0₂均可将溶液中的I^－氧化为I₂，这个反应可用于分析测定。
①HNO₂中，N元素的化合价为                 。
②在酸性条件下，NaN0₂与KI按物质的量之比l：1恰好完全反应，含氮产物为       (填化学式)。
③要得到稳定的HN0₂溶液，可以往冷的浓NaN0₂溶液中加入或通入某种物质，下列物质中不适合使用的
是         (填序号)。
a．磷酸  
b．二氧化碳  
c．稀硫酸  
d．二氧化硫  
e．次氯酸
（3）HNO₂的工业制法是：将二氧化氮和一氧化氮的混合物溶解在接近零度的水中，即生成亚硝酸的水溶液。写出该反应的化学方程式：            。
（4）亚硝酸盐对人体健康的损害不亚于农药。可采用电解法除去。电解含Ce^3＋、NO₂^－ 的废水除去NO₂^－ ，其次是再生Ce^4＋，其原理如图所示。

①Ce^4＋从电解槽的           (填字母序号)口流出。
②写出阴极的电极反应式                     。

【化学—化学与技术】
铝生产产业链由铝土矿开采、氧化铝制取、铝的冶炼和铝材加工等环节构成。

（1）工业上采用电解氧化铝和冰晶石(Na₃AlF₆)熔融体的方法冶炼得到金属铝：2Al₂O₃4Al＋3O₂↑。
加入冰晶石的作用为_______________________。
（2）上述工艺所得铝材中往往含有少量Fe和Si等杂质，可用电解方法进一步提纯，该电解池中阳极的电极反应式为________，下列可作阴极材料的是______。
a．铝材      b．石墨      c．铅板     d．纯铝
（3）阳极氧化能使金属表面生成致密的氧化膜。以稀硫酸为电解液，铝阳极发生的电极反应式_______________________。在铝阳极氧化过程中，需要不断地调整电压，理由是_________________。
（4）下列说法正确的是__________________。
a．阳极氧化是应用原电池原理进行金属材料表面处理的技术
b．铝的阳极氧化可增强铝表面的绝缘性能
c．铝的阳极氧化可提高金属铝及其合金的耐腐蚀性，但耐磨性下降
d．铝的阳极氧化膜富多孔性，具有很强的吸附性能，能吸附染料而呈各种颜色

工业上利用锌焙砂（主要含ZnO、ZnFe₂O₄，还含有少量FeO、CuO等氧化物杂质）制取金属锌的流程如图所示。

（1）提高酸浸效率的措施为_________________________________（任答一条即可）；酸浸时H⁺与难溶固体ZnFe₂O₄反应的离子方程式为___________________。
（2）净化Ⅰ中H₂O₂参与反应的离子方程式为____________________________；X可选择的试剂为______（写化学式）。净化Ⅱ中Y为_____________（写化学式）。
（3）电解法制备锌的装置如图甲所示：

则电解槽中盛有的电解质溶液为______（填字母）。
a．ZnCl₂溶液        b．Zn(NO₃)₂溶液         c．ZnSO₄溶液
根据图甲中的数据，可求得电解过程中电流的有效利用率为_________。
（4）使用含有[Zn(OH)₄]^2-的强碱性电镀液进行镀锌防腐蚀，可得到细致的光滑镀层，电镀时阴极电极反应式_____________________。以锌为负极，采用牺牲阳极法防止铁闸的腐蚀，图乙中锌块的固定位置最好应在_____处（填字母）。

Ⅰ．已知：
4Na（g）+3CO₂（g）=2Na₂CO₃（l）+C(s，金刚石)  △H=－1080.9kJ/mol
4Na（g）+CO₂（g）=2Na₂O（s）+C（s，金刚石）  △H=－357.5kJ/mol
试写出固体Na₂O与固体C（金刚石）反应得到气体Na和液态Na₂CO₃的热化学方程式             。
Ⅱ．硝基苯甲酸乙酯在OH^— 存在下发生水解反应：O₂NC₆H₄COOC₂H₅＋OH^－O₂NC₆H₄COO^－＋C₂H₅OH
两种反应物的初始浓度均为0.050mol/L ，某温度下测得O₂NC₆H₄COOC₂H₅的转化率α随时间变化的数据如表所示：

t/s	0	120	180	240	330	530	600	700	800
α/%	0	33	42	49	59	73	74	75	75

回答下列问题：
（1）该反应在330~530s的平均反应速率为           （只列出算式，不做运算）。
（2）试计算某温度下该反应的平衡常数（写出计算过程）。
（3）为提高O₂NC₆H₄COOC₂H₅的转化率，可以采取的措施有                     ，（写2条）。
Ⅲ．（1）下图装置中，开始电解时，Al电极反应式为                       ,石墨电极反应式为                       。

（2）通电一段时间后测得有0.6mol电子转移，作出Al(OH)₃物质的量与消耗H₂O的物质的量的的图象（反应物足量，作出标注）。

(13分)金属冶炼和处理常涉及许多反应。
（1）下列有关金属的冶炼的说法正确的是(    )
a．高炉炼铁的过程是通过置换反应得到的铁
b．用直接加热氧化铝的方法冶炼得到铝
c．高温加热氧化汞可以制单质汞
d．硫化亚铜与氧气反应炼制的过程属于氧化还原反应
（2）辉铜矿（Cu₂S）可发生反应：2Cu₂S + 2H₂SO₄ + 5O₂ ＝ 4CuSO₄ + 2H₂O
该反应的还原剂是______，当1molO₂发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为______mol。
（3）如图为电解精炼银的示意图，______（填a或b）极为含有杂质的粗银，若b极有少量红棕色气体生成，则生成该气体的电极反应式为                           。

（4）为处理银器表面的黑斑（Ag₂S），将银器置于铝制容器里的食盐水中并与铝接触，Ag₂S转化为Ag，食盐水的作用为     ，其总反应式为：                。
（5）高炉炼铁是冶炼铁的主要方法，发生的主要反应为：Fe₂O₃（s）+3CO（g）= 2Fe（s）+3CO₂（g）
已知：①FeO(s) + CO(g) ＝ Fe(s) + CO₂(g)        △H₁＝－11KJ/mol
②3Fe₂O₃(s) + CO(g) ＝ 2Fe₃O₄(s) + CO₂(g)        △H₂＝－47KJ/mol
③Fe₃O₄(s) + CO(g) ＝ 3FeO(s) + CO₂(g)        △H₃＝+19KJ/mol
则反应Fe₂O₃（s） + 3CO（g）= 2Fe（s）+ 3CO₂（g）的△H＝             。