高中化学探究电解池作用填空题

(9分)下图是甲醇燃料电池工作的示意图，其中A、B、D均为石墨电极，C为铜电极。

Ⅰ．工作一段时间后，断开K，此时 C电极质量减少3.2g。
（1）甲中负极的电极反应式为                                             
（2）乙溶液此时离子浓度由大到小的顺序是                                      
Ⅱ．连接K，继续电解一段时间，当A，B两极上产生的气体体积相同时
（3）乙中A极析出的气体在标准状况下的体积为         ，溶质的物质的量浓度为        mol/L (不考虑溶液体积变化)
（4）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，则图中②线表示的是      离子的变化；此时要使丙装置中金属阳离子恰好完全沉淀，需要      mL 5. 0 moL/L NaOH 溶液。

Al及其化合物用途广泛，工业上可以将明矾石经处理后得到明矾[KAl(SO₄)₂·12H₂O]，再将明矾焙烧后制得Al₂O₃等物质，进一步处理后还可以得到Al。
已知焙烧明矾的化学方程式为：

请回答：
（1）Al₂O₃的摩尔质量是      。
（2）工业上可用电解Al₂O₃制备Al，其化学方程式是                          。
（3）在焙烧明矾的反应中，氧化剂和还原剂的物质的量之比是             。
（4）焙烧明矾时产生的SO₂可综合利用来制硫酸。
已知25℃、101 kPa时：
2SO₂(g) +O₂(g)2SO₃(g)           △H₁ ＝ 一197 kJ/mol
2H₂O (g)＝2H₂O（1）                  △H₂ ＝ 一44 kJ/mol
2SO₂(g)+O₂(g)+2H₂O(g)＝2H₂SO₄(l)    △H₃ ＝ 一545 kJ/mol
SO₃(g)与H₂O(l)反应的热化学方程式是                         。
（5）以Al和NiO(OH)为电极，NaOH溶液为电解液可以组成一种新型电池，放电时NiO(OH)转化为Ni(OH)₂。
①该电池的负极反应式                   。
②电池总反应的化学方程式                                      。

(每空2分，共10分)
研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g)  △H ₁ =" +489.0" kJ·mol^－1
C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)   △H ₂ =" +172.5" kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                               。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)  △H
①该反应的平衡常数表达式为K=               。
②取一定体积CO₂和H₂的混合气体(物质的量之比为1∶3)，加入恒容密闭容器中，发生上述反应。反应经过相同时间后，测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的ΔH        0(填“>”、“<”或“＝”)。

③在两种不同温度下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
④用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，该电极反应的方程式为                        。

(16分)最新研究发现，用隔膜电解法处理高浓度乙醛废水具有工艺流程简单、电耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应，转化为乙醇和乙酸，

总反应为：

2CH₃CHO + H₂O ="==" CH₃CH₂OH + CH₃COOH。实验室中，以一定浓度的乙醛—Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置示意图如图所示。

（1）若以甲醇燃料电池为该电解的直流电源，燃料电池中的电解液是氢氧化钠溶液，则燃料电池中b极的电极反应式为                                                 。电池工作一段时间后，氢氧化钠溶液物质的量浓度         （填变大，变小或不变）
（2）电解过程中，两极除分别生成乙酸和乙醇外，均产生无色气体。阳极电极反应如下：① 4OH^－ - 4e^－="=" O₂↑+ 2H₂O；②                            
（3）已知：乙醛、乙醇的沸点分别为20.8℃、78.4℃。从电解后阴极区的溶液中分离出乙醇粗品的方法是                。
（4）若直流电源使用新型的熔融碳酸盐燃料电池(MCFS)，该电池以一定比例Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔混合物为电解质，操作温度为650 ℃，在此温度下以镍为催化剂，以煤气(CO、H₂的体积比为1∶1)直接作燃料，其工作原理如图所示。

①B极发生______(填“氧化”或“还原”)反应，电极反应式                        。
②以此电池电解足量的CuSO₄溶液，当电池消耗1.12L(标准状况下)氧气时，则阴极产物的质量为_  _____ g。加入一定量的            可以让CuSO₄溶液回复原状。
A、CuO     B、Cu(OH)₂      C、CuCO₃      D、Cu

金属镁可用于制造合金、储氢材料、镁电池等。
已知:①C(s)+O₂(g)CO(g)   ΔH="-110.5" kJ·mol^-1②Mg(g)+O₂(g)MgO(s) ΔH="-732.7" kJ·mol^-1
（1）一种制备镁的反应为MgO(s)+C(s)Mg(g)+CO(g),该反应的ΔH=     。
（2）一种用水氯镁石(主要成分为MgCl₂·6H₂O)制金属镁工艺的关键流程如下:

①为探究MgCl₂·6H₂O“一段脱水”的合理温度范围,某科研小组将MgCl₂·6H₂O在不同温度下分解,测得残留固体物质的X-射线衍射谱图如下图所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在)。测得E中Mg元素质量分数为60.0%,则E的化学式为            。 “一段脱水”的目的是制备MgCl₂·2H₂O,温度不高于180 ℃的原因是      。

②若电解时电解槽中有水分,则生成的MgOHCl与阴极产生的Mg反应,使阴极表面产生MgO钝化膜,降低电解效率。生成MgO的化学方程式为              。

（3）Mg₂Ni是一种储氢材料。2.14 g Mg₂Ni在一定条件下能吸收0.896 L H₂(标准状况下)生成X，X的化学式为           。
（4）“镁-次氯酸盐”燃料电池的装置如右图所示,该电池反应的电极反应式分别为负极                      。 正极               

I．铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及其合金在生产生活中的应用十分广泛。
（1）金属铝的生产是以Al₂O₃为原料，与冰晶石(Na₃A1F₆)在熔融状态下进行电解，其阴极电极反应式为              ，其电极均由石墨材料做成，则电解时不断消耗的电极是          (填“阴极”或“阳极”)，冰晶石的作用为                                          。
（2）铝电池性能优越，A1-Ag₂O电池可用作水下动力电源，化学反应为2Al+3Ag₂O+2NaOH＝2NaAlO₂+6Ag+H₂O，则负极的电极反应式为          ，正极附近溶液的pH      (填“变大”“不变”或“变小”)。
已知：①2Al(s)＋3Cl₂(g)＝2AlCl₃(s) △H₁＝－1390 .8kJ/mol
②4Al(s)＋3O₂(g)＝2Al₂O₃(s) △H₂＝－3339.6kJ/mol
③2C(s)＋O₂(g)=2CO(g) △H₃＝－221.0kJ/mol
Al₂O₃(s)+ 3C(s)＋3Cl₂(g)＝2AlCl₃(s)+3CO(g)的△H＝              。
Ⅱ．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
（1）下图是在一定温度和压强下N₂和H₂反应生成1 mol NH₃过程中的能量变化示意图，

请写出合成氨的热化学反应方程式：       (ΔH的数值用含字母a、b的代数式表示)。
（2）工业合成氨的反应为 在一定温度下，
将一定量的N₂和H₂通入到体积为1 L的密闭容器中，反应达到平衡后，改变下列条件，能使平衡向正反应方向移动且平衡常数不变的是               。

A．增大压强

B．增大反应物的浓度

C．使用催化剂

D．降低温度

Ⅲ．铁及其化合物在生活、生产中有广泛应用。请回答下列问题。
（1）黄铁矿(FeS₂)是生产硫酸和冶炼钢铁的重要原料。其中一个反应为3FeS₂+8O₂6SO₂+Fe₃O₄，有3 m01FeS₂参加反应，转移            mol电子。
（2）氯化铁溶液称为化学试剂中的“多面手”，写出SO₂通入氯化铁溶液中反应的离子方程式：      。
Ⅳ.锰及其化合物应用越来越广泛，MnO₂是一种重要的无机功能材料，制备Mn0₂的方法之一是以石墨为电极，电解酸化的MnSO₄溶液，阳极的电极反应式为                。现以铅蓄电池为电源电解酸化的MnS0₄溶液，如图所示

铅蓄电池的总反应方程式为                ，当蓄电池中有4 mol H⁺被消耗时，则电路中通过的电子的物质的量为          ，MnO₂的理论产量为     g。

(15分)I、用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄(g)+4NO₂（g）=4NO（g）+ CO₂（g）+2H₂O（g）    △H= 574 kJ·mol^l
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+ CO₂（g）+ 2H₂O（g）     △H= 1160 kJ·mol^l
③H₂O（l）=H₂O（g）   △H=+44kJ·mol^l
写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（1）的热化学方程式___。
II、开发新能源和三废处理都是可持续发展的重要方面。CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。在密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

（1）M、N两点平衡状态下，容器中物质的总物质的量之比为：n(M)_总：n(N)_总=     。
（2）若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为       ；P₁     P₂  (填“>” 或“<” 或“=”)
III、用MnO₂制KMnO₄的工艺流程如下图：电解池中两极材料均为碳棒，在中性或酸性溶液中K₂MnO₄发生歧化反应而变成MnO₂和KMnO₄。

（1）写出240℃熔融时发生反应的化学方程式                                        ；投料时必须满足n（KOH）：n（MnO₂）              。
（2）阳极的电极反应式为                   。
（3）B物质是          （填化学式），可以循环使用的物质是           （填化学式）。

对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。
（1）含氰废水中的CN^－有剧毒。
①CN^－中C元素显+2价， N元素显-3价，用原子结构解释N元素显负价的原因是                         ，共用电子对偏向N原子，N元素显负价。
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）含乙酸钠和对氯酚（）的废水可以利用微生物电池除去，其原理如下图所示。

①B是电池的                                 极（填“正”或“负”）；
②A极的电极反应式为                                                  。
（3）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）。

阳极的电极反应式为                                           。
简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：                              。
③ 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）

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：

方法Ⅰ	用炭粉在高温条件下还原CuO
方法Ⅱ	电解法：2Cu＋H2O Cu2O＋H2↑
方法Ⅲ	用肼（N2H4）还原新制Cu(OH)2

 
（1）工业上常用方法Ⅱ和方法Ⅲ制取Cu₂O而很少用方法Ⅰ，其原因是反应条件不易控制，若控温不当易生成       而使Cu₂O产率降低。
（2）已知：①C(s)+O₂(g)=CO₂(g) △H=akJ·mol^—1；
②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g) △H=bkJ·mol^—1；
③2Cu₂O(s)+O₂(g)=4CuO(s) △H=ckJ·mol^—1.
方法Ⅰ制备过程会产生有毒气体，写出制备反应的热化学方程式                  。
（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，该电池的阳极生成Cu₂O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           。
（5）方法Ⅲ可以用甲醛稀溶液替代肼，但因反应温度较高而使部分产品颗粒过大，      （填操作名称）可分离出颗粒过大的Cu₂O。
（6）在相同的密闭容器中，用方法Ⅱ和方法Ⅲ制得的Cu₂O分别进行催化分解水的实验：
 ⊿H>0
水蒸气的浓度（mol·L^－1）随时间t (min)变化如下表：

序号	温度	0	10	20	30	40	50
①	T1	0.050	0.0492	0.0486	0.0482	0.0480	0.0480
②	T1	0.050	0.0488	0.0484	0.0480	0.0480	0.0480
③	T2	0.10	0.094	0.090	0.090	0.090	0.090

可以判断：实验①的前20 min的平均反应速率 ν(O₂)＝                           ；实验温度T₁        T₂（填“>”、“<”）；催化剂的催化效率：实验①         实验②（填“>”、“<”）。

(14分)如下图所示，某同学设计一个甲醚（CH₃OCH₃）燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：
（1）通入氧气的电极为________(填“正极”或“负极”)，写出负极的电极反应式_______________________________。
（2）铁电极为________(填“阳极”或“阴极”)，石墨电极(C)的电极反应式为________________________________________。
（3）反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在________(填“铁极”或“石墨极”)区。
（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中阳极上电极反应式为______ ___                           __，反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
（5）若在标准状况下，有2．24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的标况下的体积为____  ____；丙装置中阴极析出铜的质量为____ ___   _。

电解原理在化学工业中有广泛应用。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。请回答以下问题：

①若X、Y都是惰性电极，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
电解池中X极上的电极反应式为                                   。
在X极附近观察到的现象是                                      。
②Y电极上的电极反应式为                                    ，
检验该电极反应产物的方法是                                     。
（2）如要在某导电塑料表面镀一层金属铜，则
①X电极的材料是          ，电极反应式是               。
②Y电极的材料是          ，电解液a选用               溶液，。
（说明：杂质发生的电极反应不必写出）

熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K₂CO₃(其不含O^2－和HCO)为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。
该燃料电池负极电极反应式为：2C₄H₁₀＋26CO－52e^－=34CO₂＋10H₂O。
试回答下列问题：
（1）该燃料电池的化学反应方程式为________________________________________________；
（2）正极电极反应式为_________________________________________。
（3）为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是________，它来自________________________________。
（4）某学生想用该燃料电池和如图所示装置来电解饱和食盐水：

①写出该电解池反应的离子方程式_______________________________________。
②将湿润的淀粉KI试纸放在该装置附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去，这是因为过量的Cl₂将生成的I₂氧化。若反应的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___________________________________________________________。
③若电解后得到200 mL 3.25mol/LNaOH溶液，则消耗C₄H₁₀的体积在标准状况下为________mL。

硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用，但硫的氧化物直接排放到大气中会造成污染。
（1）一种以铜作催化剂脱硫有如下两个过程：
①在铜的作用下完成工业尾气中SO₂的部分催化氧化，所发生反应为：
2SO₂＋2n Cu＋(n＋1)O₂＋(2－2 n) H₂O＝2n CuSO₄＋(2－2n) H₂SO₄

从环境保护的角度看，催化脱硫的意义为      ；每吸收标准状况下11.2L SO₂，被SO₂还原的O₂的质量为      g。
②利用右图所示电化学装置吸收另一部分SO₂，并完成Cu的再生。写出装置内所发生反应的离子方程式      。
（2） 碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

① 用离子方程式表示反应器中发生的反应      。
② 用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是      。
（3）向等物质的量浓度Na₂S、NaOH混合溶液中滴加稀盐酸至过量。其中主要含硫各物种（H₂S、HS^—、S^2—）的分布分数（平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数）与滴加盐酸体积的关系如下图所示（忽略滴加过程H₂S气体的逸出）。

①写出图中由2到3段的反应离子方程式      。
②NaHS溶液呈碱性，若向溶液中加入CuSO₄溶液，恰好完全反应，所得溶液呈强酸性，其原因是       （用离子方程式表示）。

铝是自然界中含量最高的金属元素,以铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、SiO₂）为原料通过以下途径制备氯化铝晶体：

（1）X是__________（填名称）。
（2）已知Y是氧化铝，目的是调节溶液的pH，根据下表数据，溶液的pH应保持在_______范围。

	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物沉淀完全时的pH
Fe^3+	1.9	3.2
Al^3+	4.0	5.2

（3）检验滤液C中既不存在Fe²⁺又不存在Fe³⁺的操作步骤是：              （注明试剂、现象）。
（4）SiO₂和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为            （填代号）。

（5）离子液体是一种室温熔融盐，为非水体系，由有机阳离子、Al₂Cl₇^－和AlCl₄^－组成的离子液体作电解液时，可在钢制品上电镀铝。电镀是钢制品应接电源的        极，已知电镀过程中不产生其他离子且有机阳离子不参与电极反应，阴极电极反应式为              。不用AlCl₃水溶液作电解液的原因是       。

电解原理在化学工业中有广泛应用．如图表示一个电解池，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．请回答以下问题：

（1）若X、Y都是惰性电极，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X极上的电极反应式为                    ．
②Y电极上的电极反应式为                            ，
③该反应的总反应方程式是：                               ^﹣
（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，则
①X电极的材料是    ，电极反应式是                       ．
②Y电极的材料是               ，电极反应式是                  ．
（3）若a为CuSO₄溶液，则电解时的化学反应方程式为                             、                         通过一段时间后，向所得溶液中加入0.2molCu（OH）₂粉末，恰好恢复电解前的浓度和pH，则电解过程中转移的电子的物质的量为                 ．
（4）若电解含有0.04molCuSO₄和0.04molNaCl的混合溶液400ml，当阳极产生的气体672mL（标准状况下）时，溶液的C（H⁺）=               （假设电解后溶液体积不变）．