高中化学探究电解池作用填空题

(14分)数十年来，化学工作者对碳的氧化物做了广泛深入的研究并取得了一些重要成果。
已知：C(s)＋O₂(g)＝CO₂(g)；ΔH＝－393 kJ·mol^－1  ①
2CO (g)＋O₂(g)＝2CO₂(g)；ΔH＝－566 kJ·mol^－1     ②
2H₂(g)＋O₂(g)＝2H₂O(g)；ΔH＝－484 kJ·mol^－1      ③
（1）工业上常采用将水蒸气喷到灼热的炭层上实现煤的气化（制得CO、H₂），该反应的热化学方程式是                                                                    
（2）上述煤气化过程中需向炭层交替喷入空气和水蒸气，喷入空气的目的是                 
                                          ；该气化气可在适当温度和催化剂下合成液体燃料甲醇，该反应方程式为                                                  
（3）CO常用于工业冶炼金属，下图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO₂)]与温度(t)的关系曲线图。

下列说法正确的是          

A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量

B．CO不适宜用于工业冶炼金属铬（Cr）

C．工业冶炼金属铜（Cu）时较低的温度有利于提高CO的利用率

D．CO还原PbO2的反应ΔH＞0

（4）在载人航天器中应用电化学原理，以Pt为阳极，Pb（CO₂的载体）为阴极，KHCO₃溶液为电解质溶液，还原消除航天器内CO₂同时产生O₂和新的能源CO，总反应的化学方程式为：2CO₂2CO+O₂，则其阳极的电极反应式为                                     
（5）将CO通入银氨溶液中可析出黑色的金属颗粒，写出反应方程式                     
                                                                              

工业上通常用下列方法治理含氮化合物的污染。
（1）用稀土等催化剂能将汽车尾气中的CO、NO_x、碳氢化合物转化成无毒物质，从而减少汽车尾气污染。已知：
①N₂(g)+ O₂(g)＝2NO(g)   △H＝＋180.5 kJ/mol ②2C(s)+ O₂(g)＝2CO(g)     △H＝—221.0 kJ/mol
③C(s)+ O₂(g)＝CO₂(g)       △H＝—393. 5 kJ/mol
写出NO(g)与CO(g)催化转化成N₂(g)和CO₂(g)的热化学方程式                  。
（2）用NH₃还原NO_x生成N₂和H₂O。现有NO、NO₂的混合气3 L，可用同温同压下3.5 L的NH₃恰好使其完全转化为N₂，则原混合气体中NO和NO₂的物质的量之比为           。
（3）电化学降解治理水中硝酸盐污染。在酸性条件下，电化学降解NO的原理如图1，A为电源的    极，阴极反应式为                                。

（4）通过控制溶液的pH对工业废水中的金属离子进行分离。图2是某些金属氢氧化物在不同浓度和pH时的沉淀——溶解图像，图中直线上的点表示平衡状态。当溶液中的离子浓度小于1×10^-5 mol·L^-1时，认为该离子沉淀完全。
①Fe (OH)₃、Al(OH)₃、Cr(OH)₃三种物质的溶度积常数最大的是               ，
图中A、B、C三点中表示Fe(OH)₃的沉淀速率大于溶解速率的是              。
②由图可得Fe(OH)₂的溶度积的值为           。

(12分)氢能是重要的新能源。储氢作为氢能利用的关键技术，是当前关注的热点之一。
（1）氢气是清洁燃料，其燃烧产物为________。
（2）NaBH₄是一种重要的储氢载体，能与水反应得到NaBO₂，且反应前后B的化合价不变，该反应的化学方程式为__________________________________________，反应消耗1 mol NaBH₄时转移的电子数目为________。
（3）储氢还可借助有机物，如利用环己烷和苯之间的可逆反应来实现脱氢和加氢：                      

在某温度下，向恒容密闭容器中加入环己烷，其起始浓度为a mol·L^－1，平衡时苯的浓度为b mol·L^－1，该反应的平衡常数K＝________。
（4）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢(忽略其他有机物)。

①导线中电子移动方向为________。(用A、D表示)
②生成目标产物的电极反应式为__________________。
③该储氢装置的电流效率η＝____________________。(，计算结果保留小数点后1位)

（1）下图是目前世界上比较先进的电解饱和食盐水制碱技术——离子交换膜，分别写出①、④、⑤各表示什么物质：①      ④       ⑤      

（2）．使用氯化钠作原料可以得到多种产品。
①实验室用惰性电极电解100 mL 0.1 mol·L^－1 NaCl溶液，若阴阳两极均得到112 mL气体(标准状况)，则所得溶液的物质的量浓度是______________(忽略反应前后溶液体积的变化)。
②某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl₂被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置。对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是________。

A．a为正极，b为负极；NaClO和NaCl	B．a为负极，b为正极；NaClO和NaCl
C．a为阳极，b为阴极；HClO和NaCl	D．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl

③实验室中很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)₂沉淀。某同学利用上图装置，只更换一个电极，通过电解法制取较纯净的Fe(OH)₂沉淀，且较长时间不变色。该同学换上的电解材料是__________(用元素符号表示)，总的反应式是_______________。

（1）将反应2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O（1）  △H<0，以KOH溶液为电解质溶液，设计一个原电池，其负极反应为：                              。
（2）电解原理在化学工业中有着广泛的应用。现将你设计的原电池通过导线与下图中电解池相连，其中，a为电解液，X和Y是两块电极板，则：

①若X和Y均为惰性电极，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0.2molCuO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                 。
②若X、Y分别为铁和铜，a仍为CuSO₄溶液，则Y极的电极反应式为                 。

某兴趣小组利用如图所示装置进行实验。

（1）断开K₂、闭合K₁，U形管内除电极上有气泡外，还可观察到的现象是                 ；阳极电极反应式为                。当电路中转移0.001mol电子时，右侧注射器最多可以收集到气体        mL
（折算为标准状况）。
（2）断开K₂、闭合K₁一段时间，待注射器中充有一定量的气体后，断开K₁、闭合K₂，此时装置内化学能转化为电能。实现能量转化的化学方程式为               ；
（3）假设实验装置不漏气，当（2）中注射器内气体全部参加反应后，U形管内的溶液理论上       （填“能”或“不能”）恢复原样。

某校化学小组的同学以碳棒为电极电解氯化铜溶液时发现阴极碳棒上除了有红色物质析出外,还有少量白色物质析出。为探究阴极碳棒上的附着物,设计了如下过程:
Ⅰ.有关资料
铜的化合物的颜色、性质如下:

物质	颜色、性质		物质	颜色、性质
氢氧化铜Cu(OH)2	蓝色固体不溶于水	硫酸铜(CuSO4)	溶液呈蓝色
氧化亚铜(Cu2O)	红色固体不溶于水	氯化铜(CuCl2)	溶液呈绿色,稀溶液呈蓝色
氯化亚铜(CuCl)	白色固体不溶于水	碱式氯化铜	绿色固体不溶于水

    Ⅱ．探究实验
（1）提出假设:①红色物质一定有铜,还可能有Cu₂O；②根据以上资料，白色物质化学式可能为                  。
（2）实验验证:
取电解CuCl₂溶液后的阴极碳棒附着物,洗涤、干燥,连接下列装置进行实验,验证阴极产物。

实验结束后,碳棒上的白色物质变为红色,无水硫酸铜不变色。
①碳棒上的红色物质有无Cu₂O?　   　　(填“有”或“无”),请简要说明的理由：
　                                                　; 
②在c装置后将气体通入硝酸银溶液中,若出现白色沉淀,可说明提出假设②中的白色物质一定存在，写出装置b中发生反应的化学方程式:　　　　　　　　　　　　　　　。 
（3） 由以上实验分析可知：电解CuCl₂溶液的阴极上发生的电极反应式为Cu²⁺+2e^-Cu和　                        　　　。

在下图中，E和F分别为电源两极；甲烧杯中盛有100 mL 0.2mol·L^－1 AgNO₃溶液，乙烧杯中盛有100 mL 0.15 mol·L^－1 CuCl₂溶液，A、B、C、D均为石墨电极，如果电解一段时间后，发现B极增重1.08g，则

（1）E为________极，C为________极。
（2）A极的电极反应式为_________________________，析出气体________mL。(标准状况)
（3）若乙烧杯溶液体积不变，则此时溶液的物质的量浓度将变为         mol·L^－1。
（4）甲烧杯中滴入石蕊试液，________极附近变红（填A或B）；如果继续电解，在甲烧杯中最终得到________溶液(填溶质的化学式)。

（1）从NaCl、CuSO₄两种电解质中选取适当的物质，按电解要求填写（填化学式）：
①以铜为电极，进行电解时电解质浓度不变，则采用的电解质是__________。
②以碳棒为电极，进行电解时使电解质和水的质量均变小，则采用的电解质是________。
此电解反应的阳极反应式：                               ，电解池的总反应化学方程式：                                   。
（2）①甲同学用直流电源、碳棒、铜棒和稀硫酸为原材料，实现了在通常条件下不能发生的反应：Cu＋H₂SO₄(稀)===CuSO₄＋H₂↑，则该同学选用的阳极材料是_______。
②乙同学在做铜与稀硫酸的上述反应实验时，看到碳棒和铜棒上都有气泡产生，但铜棒却没有被腐蚀。请你选出最可能的原因       （填字母代号）
A.铜被稀硫酸钝化    B．碳棒和铜棒与电源正负极接反
此时的电解池的总反应为____________                     ____________

过氧化氢和臭氧是用途很广的氧化剂。试回答下列问题：
（1）过氧化氢是一种绿色氧化剂，写出在酸性条件下H₂O₂氧化氯化亚铁的离子反应方程式：              　　　         　　　　　　　　　　
（2）Na₂O₂、K₂O₂、 以及BaO₂都可与酸作用生成过氧化氢，目前实验室制取过氧化氢可通过上述某种过氧化物与适量稀硫酸作用，过滤即可制得。最适合的过氧化物是____________（写电子式），
臭氧（O₃）可以使湿润的淀粉－碘化钾试纸变蓝，反应的化学方程式为：
KI＋O₃＋H₂O→KOH＋I₂＋O₂（未配平 ）   回答问题：
① 还原产物的化学式为        　　    
② 配平后的化学方程式是                                  
（4）O₃ 可由臭氧发生器（原理如下图所示）电解稀硫酸制得。

①图中阴极为     （填“A”或“B”）。
② 若C处不通入O ₂ ，D、E处分别收集到11．2L和有4．48L
气体（标准状况下）， 则E处收集的气体中O₃所占的体积分数
为          （忽略 O ₃ 的分解）。
③ 若C处通入O ₂，则A极的电极反应式为：            。
（5）新型O₃氧化技术对燃煤烟气中的NOx和SO₂脱除效果显著，锅炉烟气中的NOx 95％以上是以NO形式存在的，可发生反应NO（g）+ O₃（g）NO₂（g）+ O₂ （g）。在一定条件下，将NO和O₃通入绝热恒容密闭容器中发生上述反应 ，正反应速率随时间变化的示意图（如下图）所示。由图可得出的正确说法是           

a．反应在c点达到平衡状态  
b．反应物浓度：b点小于c点
c．反应物的总能量低于生成物的总能量
d．Δt₁＝Δt₂时，NO的转化率：a～b段小于b～c段

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(其中不含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 3.25 mol·L^－1 NaOH溶液，则消耗C₄H₁₀的体积在标准状况下为________mL。

铜及其化合物在生产、生活中有广泛的应用。
（1）铜可采用如下方法制备：
火法炼铜：Cu₂S+O₂ 2Cu+SO₂
湿法炼铜：CuSO₄+Fe  FeSO₄+Cu
上述两种方法中，铜元素均被_____  _____ (填“氧化”还是“还原”)成铜单质。
（2）印刷电路板上使用的铜需要回收利用。
用FeCl₃溶液浸泡印刷电路板制备CuCl₂·2H₂O，实验室模拟回收过程如下：

①步骤1中反应的离子方程式是______  _________。
②步骤2所加的氧化剂最适宜的是____________  ________。
A．HNO₃       B．H₂O₂       C．KMnO₄
③步骤3的目的是使溶液的pH升高到5，此时Fe³⁺浓度为____  ______
[K_sp(Fe(OH)₃)=4×10^-38]，可选用的“试剂1”是____  ______(写出一种即可)。
④蒸发浓缩CuCl₂溶液时，要滴加浓盐酸，目的是__________  _____________ (用化学方程式并结合简要的文字说明)，再经冷却、结晶、过滤，得到CuCl₂·2H₂O。
（3）欲实现反应Cu+H₂SO₄(aq)＝CuSO₄+H₂↑，在你认为能实现该转化的装置中的括号内，标出电极材料(填
“Cu”或“C”)。并写出电极反应式。                         
                   。

 

(14分)汽车尾气中CO、NO_x 以及燃煤废弃中的SO₂都是大气污染物，对它们的治理具有重要意义。
Ⅰ．①CH₄(g)+4NO₂(g) = 4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)    △H₁= —574 kJ·mol^{- 1}．
②CH₄(g) + 4NO(g) = 2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)     △H₂= 一1160 kJ·mol^{- 1}
（1）甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为                                            ；
Ⅱ．吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

（2）装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce ⁴⁺ 氧化的产物主要是NO₃^- 、NO₂^- ，写出只生成NO₃^- 的离子方
式                                            ；
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。

①生成的Ce⁴⁺ 从电解槽的        (填字母序号)口流出；
②生成S₂O₄^{2 -} 的电极反应式为                          ；
（4）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^- 的浓度为a g·L^{- 1} ，要使1m³该溶液中的NO₂^- 完全转化为NH₄NO₃，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂        L。(用含a代数式表示，计算结果保留整数)

(10分)目前工业上有一种用CO₂来生产燃料甲醇的方法，可以将CO₂变废为宝。
（1）已知在常温常压下：
①2CH₃OH（l）+3O₂（g）=2CO₂（g）+4H₂O（g）△H=^_1275.6kJ•mol^-1
②2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）△H=^_556.0kJ•mol^-1
③H₂O（g）=H₂O（l）△H=-44.0kJ•mol^-1
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：___________________。
（2）某同学利用甲醇(酸性)燃料电池为电源，设计了一种电解法制取Fe（OH）₂的实验装置(如下图)。通电后，下图竖直装置下端B极上有大量气泡产生，溶液中产生大量的Fe（OH）₂白色沉淀，且较长时间不变色。则电源中b极为______极(填“正”或“负”)，其电极反应式为__________________，装置上端A极电极材料是： ____(填化学式)，B电极上的电极反应式为____________。

（3）利用电解法在铁制品上镀铜可以防止铁被腐蚀，以下说法正确的是_____。
a．电镀时，通常用铜做阳极，可溶性铜盐作电解质溶液
b. 电镀过程中，维持电流恒定，温度升高，电解反应速率加快
c．电镀过程中，电能全部转化为化学能
d．电镀过程中，铜离子向阴极移动，发生还原反应

（共8分）
（1）2.00g C₂H₂完全燃烧生成液态水和CO₂，放出99.6kJ热量，请写出表示C₂H₂燃烧热的热化学方程式：                                        ；
（2）C₂H₂可用于制作燃料电池，请写以KOH溶液为电解质溶液的乙炔燃料电池的负极反应式：     ；
（3）用乙炔燃料电池电解AgNO₃溶液，用石墨做电解池两极，请写出与电源负极相连的石墨电极的电极反应式：                                      ；
（4）高铁电池是一种新型可充电电池，与普通高能电池相比，该电池能长时间保持稳定的放电电压。高铁电池的总反应为：3Zn + 2K₂FeO₄ + 8H₂O3Zn(OH)₂ + 2Fe(OH)₃ + 4KOH。请写出该电池在充电时阴极的电极反应式：                                 ；