高中化学探究电解池作用填空题

电子工业常用30%的FeCl₃溶液腐蚀敷在绝缘板上的印刷电路板铜箔．某工程师为了从使用过的腐蚀废液中回收铜，并重新获得FeCl₃溶液，准备采用下列流程：

（1）写出流程①中回收金属铜时发生反应的离子方程式                           ．
请根据上述反应设计一个原电池，在方框中画出简易装置图（标出相应电极名称、电极材料、电解质溶液）．
（2）写出图流程③相关反应的化学方程式：                                      ．
（3）如下图为相互串联的甲、乙两个电解池(电极都是惰性电)

请回答：
①写出两电解池中的电解反应方程式：
甲________________                                  _
乙                                                   
②若甲槽阴极增重12.8 g，则乙槽阳极放出气体在标准状况下的体积为______        __。
③若乙槽剩余液体为400 mL，则电解后得到碱液的物质的量浓度为____              __。

(17分)运用化学反应原理研究溶液的组成与性质具有重要意义。请回答下列问题：
（1）用惰性电极电解含有NaHCO₃的NaCl溶液，假设电解过程中产生的气体全部逸出，测得溶液pH变化如图所示。

则在0→t₁时间内，阳极反应式为                ，溶液pH升高比较缓慢的原因是(用离子方程式回答)                       。
（2）含氨废水易引发水体富营养化。向NH₄Cl溶液中加入少量NaOH固体，
溶液中______________(填“增大”“减小”或“不变)；25℃时，NH₃·H₂O的电离平衡常数K_b=1.8×10^—5mol·L^—1，该温度下，1 mol·L^—1的NH₄Cl溶液中c（H^＋）="________________" molL。（已知）
（3）如果粗盐中SO₄^2-含量较高，精制过程需添加钡试剂除去SO₄^2-，该钡试剂可选用下列试剂中的        。
a．Ba(OH)₂           b．Ba(NO₃)₂           c．BaCl₂
现代工艺中更多使用BaCO₃除SO₄^2-，请写出发生反应的离子方程式                。
（4）某工业生产中，向含有大量Ca²⁺、Mn²⁺的溶液中加入足量NH₄HCO₃，生成MnCO₃沉淀和CO₂，写出该反应的离子方程式             ，剩余溶液中<    。
[已知K_sp(MnCO₃)=1×10^-11(mol·L^-1)²，K_sp(CaCO₃)="5" ×10^-9(mol·L^-1)²]

为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。
（1）汽车内燃机工作时会引起N₂和O₂的反应：N₂（g）+ O₂（g）2NO（g），是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。
①在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如图所示，根据图像判断反应N₂（g）+ O₂（g）2NO（g）的△H__________0(填“>”或“<”)。

②在T₃温度下，向2L密闭容器中充入10molN₂与5mo1O₂，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v（N₂）=___________________。该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1 mol，则达到平衡后N₂的转化率为____________。
（2）利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO₂，用阴极排出的溶液可吸收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_______________。
（3）以H₂O₂和硼氢化合物NaBH₄（B的化合价为+3价）作原料的燃 料电池，可用作电解池的电源。其工作原理如图所示

①写出a极上的电极反应式：              ，
②正极材料采用MnO₂，MnO₂除了作电极材料之外还可能具有的作用为                               

工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理，常用的处理方法有两种。
方法1：还原沉淀法
该法的工艺流程为

其中第①步存在下列平衡：2CrO₄^2- (黄色) +2H⁺ Cr₂O₇^2-(橙色) +H₂O
（1）若平衡体系的pH=2，该溶液显        色。
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是             。
A．Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的浓度相同   
B.2V(Cr₂O₇^2-)=V(CrO₄^2-)    
C．溶液的颜色不变
（3）第③步生成的Cr(OH)₃在溶液中存在以下沉淀溶解平衡
Cr(OH)₃(s) Cr³⁺(aq)+3OH^-(aq)     Ksp Cr(OH)₃="c" (Cr³⁺)∙c³(OH^-)=10^-32
常温下，要使c(Cr³⁺)降至10^-5mol/L，溶液的pH应调至__________。
方法2电解法：
该法用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2-的酸性废水，随着电解的进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。
（4）用Fe做电极的原因为                    。
（5）在阴极附近溶液pH升高的原因（用电极反应式解释）       ，溶液中同时生成的沉淀还有        。

（选做题16分）工业废水中常含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大损害，必须进行处理。常用的处理方法有两种。
方法1：还原沉淀法
该法的工艺流程为：CrO₄^2－Cr₂O₇^2－Cr³⁺Cr(OH)₃↓
其中第①步存在平衡：2CrO₄^2－(黄色)+2H^＋Cr₂O₇^2－(橙色)+H₂O
（1）若平衡体系的pH=2，该溶液显      色。
（2）能说明第①步反应达平衡状态的是             。
A．Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－的浓度相同  
B．2v (Cr₂O₇^2－)=" v" (CrO₄^2－)
C．溶液的颜色不变
（3）第②步中，还原1molCr₂O₇^2－离子，需要         mol的FeSO₄7H₂O。
（4）第③步生成的Cr(OH)₃在溶液中存在沉淀溶解平衡,请写出其沉淀溶解平衡方程式               
常温下，Cr(OH)₃的溶度积K_sp=[Cr³⁺]·[OH⁻]³=10⁻³²，要使c(Cr³⁺)降至10⁻⁵mol/L，溶液的pH应调至           。
方法2：电解法
该法用Fe做电极电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。
（5）用Fe做电极的原因是                                    。
⑹在阴极附近溶液pH升高的原因是(用电极反应解释)                  ，溶液中同时生成的沉淀还有                 。

发展储氢技术是氢氧燃料电池推广应用的关键。研究表明液氨是一种良好的储氢物质，其储氢容量可达17.6% （质量分数）。液氨气化后分解产生的氢气可作为燃料供给氢氧燃料电池。氨气分解反应的热化学方程式如下：
2NH₃(g)  N₂ (g) + 3H₂(g)  ΔH =" +92.4" kJ·mol^-1
请回答下列问题：
（1）氨气自发分解的反应条件是        。（填“高温”、“低温”或“任何条件下”）
（2）已知：2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g) ΔH =" -" 483.6 kJ·mol^-1
NH₃(l)NH₃(g)  ΔH =" +23.4" kJ·mol^-1
则，反应4NH₃(l)+3O₂(g)=2N₂(g)+6H₂O(g)的ΔH =        。
（3）研究表明金属催化剂可加速氨气的分解。图1为某温度下等质量的不同金属分别催化等浓度氨气分解生成氢气的初始速率。
①不同催化剂存在下，氨气分解反应的活化能最大的是        （填写催化剂的化学式)。
②恒温（T₁）恒容时，用Ni催化分解初始浓度为c₀的氨气，并实时监测分解过程中氨气的浓度。计算后得氨气的转化率α(NH₃)随时间t变化的关系曲线（见图2）。请在图2中画出：在温度为T₁，Ru催化分解初始浓度为c₀的氨气过程中α(NH₃) 随t变化的总趋势曲线（标注Ru-T₁）。

③如果将反应温度提高到T₂，请在图2中再添加一条Ru催化分解初始浓度为c₀的氨气过程中α(NH₃) ~ t的总趋势曲线（标注Ru-T₂）
（4）用Pt电极对液氨进行电解也可产生H₂和N₂。阴极的电极反应式是        。（已知：液氨中2NH₃(l)  NH₂^－ + NH₄^＋）

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）工业上合成甲醇的反应原理为：CO(g)＋2H₂(g)CH₃OH(g)  ΔH；下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根据表中数据可判断ΔH      0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。     
②在300℃时，将2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容积为1L的密闭容器中，此时反应将     （填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”）。
（2）以甲醇、氧气为原料，KOH溶液作为电解质构成燃料电池总反应为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，则负极的电极反应式为：        ，随着反应的不断进行溶液的pH   (填“增大”“减小”或“不变”)。
（3）如果以该燃料电池为电源，石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极的电极反应式为：                 ；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的pH为12（25℃下测定），则理论上消耗氧气的体积为       mL（标况下）。

（1）有人研究证明：使用氯气作自来水消毒剂，氯气会与水中有机物反应，生成如CHCl₃等物质，这些物质可能是潜在的致癌致畸物质。目前人们已研发多种饮用水的新型消毒剂。下列物质不能作自来水消毒剂的是         （填序号）。

A．明矾

B．二氧化氯

C．臭氧

D．高铁酸钠( Na2FeO4)

（2）高铁（VI）酸盐是新一代水处理剂。其制备方法有：次氯酸盐氧化法（湿法）和高温过氧化物氧化法（干法）等。湿法是在碱性溶液中用次氯酸盐氧化铁（III）盐，写出该法的离子方程式：                                                     。
（3）用高铁（VI）酸盐设计的高铁（VI）电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O→3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH
①写出正极发生的电极反应式：                                         。
②用高铁（VI）电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当有0.1molK₂FeO₄反应时，在电解池中生成H₂          L（标准状况），同时生成Fe(OH)₃=       mol。
③下表列出了某厂排放的含锌废水中的含量及国家环保标准值的有关数据：

	含锌废水水质	经处理后的水国家环保标准值
Zn^2^＋浓度/(mg·L^－1)	≤800	≤3.9
pH	1～5	6～9

经处理后的废水pH＝8，此时废水中Zn^2＋的浓度为     mg/L（常温下，Ksp[Zn(OH)₂]＝1.2×10^17），   （填“符合”或“不符合”）国家环保标准。

（1）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气和水，放出热量624kJ（25℃时），N₂H₄完全燃烧反应的热化学方程式是                                  。

（2）肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的KOH溶液。
肼—空气燃料电池放电时：
负极的电极反应式是                                  ；
正极的电极反应式是                                  。
（3）下图是一个电化学过程示意图。

①锌片上发生的电极反应是                                  。
②假设使用肼—空气燃料电池作为本过程中的电源，铜片的质量变化128g，则肼一空气燃料电池理论上消耗标准状况下的空气         L（假设空气中氧气体积含量为20%）
（4）传统制备肼的方法，是以NaClO氧化NH₃，制得肼的稀溶液。该反应的离子方程式是                                         。

(10分)甲、乙、丙均为中学化学常见的气体单质，A、B、C为常见的化合物，A和B都极易溶于水，用玻璃棒分别蘸取A和B的浓溶液后，相互靠近会看到白烟。各物质之间存在如下图所示的转化关系：

请回答下列问题：
（1）丙与A反应生成乙和C的化学反应方程式为——————
（2）向0.1 mol/L的C溶液中通入A至显中性，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为：__________.
（3）常温下取M的饱和溶液与AgI的饱和溶液等体积混合，再加入足量的AgNO₃浓溶液发生反应，则生成沉淀的物质的量较多的是________。(填化学式)
（4）电解尿素[CO(NH₂)₂]的碱性溶液制取甲的装置示意图如右图(电解池中隔膜仅阻止气体通过，a、b极均为惰性电极)。

电解时，b极的电极反应是_______。若在a极产生112mL气体(标准状况)，则消耗尿素的质量为______g。

亚氯酸钠（NaClO₂）是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业。它在碱性环境中稳定存在。某同学查阅资料后设计生产NaClO₂的主要流程如下。

（1）Ⅰ、Ⅲ中发生反应的还原剂分别是       、       （填化学式）。
（2）Ⅱ中反应的离子方程式是                         。
（3）A的化学式是       ，装置Ⅲ中A在       极区产生。
（4）ClO₂是一种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备。写出该制备反应的化学方程式                                           。
（5）NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl。取等质量变质前后的NaClO₂试样均配成溶液，分别与足量FeSO₄溶液反应时，消耗Fe²⁺的物质的量             。（填“相同”，“不同”或“无法判断”）

Ⅰ．(8分)利用下图装置作电解50mL 0.5 mol·L^－1的CuCl₂溶液实验。

实验记录：
A．阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的淀粉碘化钾试纸先变蓝后褪色(提示：Cl₂氧化性大于IO₃^－)；
B．电解一段时间以后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。
（1）分析实验记录A中试纸颜色变化，用离子方程式解释：①                                 ；
②                                                  。
（2）分析实验记录B中浅蓝色固体可能是          (写化学式)，
试分析生成该物质的原因                                                             。
Ⅱ．(10分)A、B、C、D、E、F六种元素的原子序数依次递增，A^＋核外无电子，B元素的一种单质是自然界中最硬的物质，C、D、E的简单离子具有相同的核外电子排布，舍勒是D元素单质的发现者之一，戴维最早制得了E元素的单质，F元素的单质历史上曾作为流通货币，A、C、D、F四种元素形成的化合物W可用于制镜工业。
（1）D、E两元素通常可形成两种离子化合物，其中一种化合物X可用做供氧剂，X与A₂D反应会产生大量气体，该气体能使带火星的木条复燃。请写出X与A₂D反应的化学方程式                         。
（2）A、B、D、E四种元素形成的某化合物，摩尔质量为68 g·mol^－1，请用离子方程式解释其水溶液呈碱性的原因                                   。
（3）B、C的氧化物是汽车尾气中的主要有害物质，通过钯碳催化剂，两者能反应生成无毒物质，请写出该反应的化学方程式                                        。
（4）W的水溶液久置会析出一种沉淀物Z，Z由C、F两元素形成且两元素原子个数比为1:3，Z极易爆炸分解生成两种单质。请写出Z分解的化学方程式                                。请从化学反应原理的角度解释Z能发生分解反应的原因                                    。

（1）室温下，向Na₂S的水溶液中加入等体积等浓度的盐酸,反应后所得的溶液中,除氢离子之外的离子浓度由小到大的顺序为：                                                    
（2）常温下将0.2mol/LHCl溶液与0.2mol/LMOH溶液等体积混合(忽略混合后溶液体积的变化)，测得混合溶液的pH=6，求出混合溶液中下列算式的结果(填具体数字)：
c(Cl^－)－c(M⁺)=               mol/L；   c(H⁺)－c(MOH)=               mol/L。
（3）已知：室温下H₂CO₃的电离常数K₁=4.2×10^-7，K₂=5.6×10^-11，则pH为8.0的NaHCO₃溶液中C(CO₃^2-)：C(HCO₃^-)=                      。
（4）工业上可以通过电解NO制备 NH₄NO₃，其工作原理如下图所示，为使电解产物全部转化为NH₄NO₃，需补充物质A，A是_____        __， 阴极的电极反应______________。

尿素 [CO(NH₂)₂ ]是首个由无机物人工合成的有机物。
（1）工业上尿素由CO₂和NH₃，在一定条件下合成，其反应方程式为               。
（2）当氨碳比 =4，CO₂的转化率随时间的变化关系如图所示．

①A点的逆反应速率v_逆(CO₂)       点的正反应
速率为v_正(CO₂)（填“大于”、“小于”或“等于”）
②NH₃的平衡转化率为           。
（3）人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如图

①电源的负极为         （填“A”或“B”）．
②阳极室中发生的化学反应用方程式表示,依次为         、         。
③电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将         ；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素为       g（忽略气体的溶解）．

碳及其化合物应用广泛。
I 工业上利用CO和水蒸汽反应制氢气，存在以下平衡：
CO(g)+H₂O(g)  CO₂(g)+H₂(g)△H＞0
（1）向1L恒容密闭容器中注入CO(g)和H₂O(g),830℃时测得部分数据如下表。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2mol CO、2mol H₂O(g),1molCO₂和1mo1H₂，此时v(正 ) __________v(逆)(填“＞”“＝”或“＜”)
（3）上述反应达到平衡时，要提高CO的转化率，可采取的措施是_______（填字母代号）。

A．升高温度

B．加入催化剂

C．增大压强

D．增加CO的浓度

E．及时分离出CO₂
II 已知CO(g)+1/2 O₂(g)＝CO₂(g)           △H＝一141 kJ·mol^-1
2H₂(g)+ O₂(g)＝2H₂O(g)                      △H＝一484 kJ·mol^-1
CH₃OH（1）+3/2O₂(g)＝CO₂(g)+2H₂O(g)        △H＝一726 kJ·mol^-1
（4）用CO(g)、H₂(g)化合制得液态甲醇的热化学方程式为___________________________。
III某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解100mL一定浓度NaCl与CuSO₄混合溶液，其装置如图：

（5）写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式__________________________________ 。
（6）理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出在t₁后,石墨电极上的电极反应式____________，原混合溶液中CuSO₄的物质的量浓度____________mol/L。（假设溶液体积不变）
（7）将在t₂时所得的溶液稀释至200mL，该溶液的pH约为___________。