高中化学探究电解池作用填空题

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：C（s）+O₂（g）=CO₂（g）  △H=akJ·mol^—1；
2CO（g）+O₂（g）=2CO₂（g）  △H=bkJ·mol^—1；
2Cu₂O（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：
2H₂O（g）2H₂（g）+O₂（g） ⊿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“>”、“<”）。

(10分）铜及其化合物在工农业生产及日常生活中应用非常广泛。
（1）由辉铜矿制取铜的反应过程为：
2Cu₂S(s) + 3O₂ (g) = 2Cu₂O(s) + 2SO₂(g) △H=－768.2kJ·mol^－1,
2Cu₂O(s) + Cu₂S(s) =" 6Cu(s)" + SO₂(g)   △H=+116.0kJ·mol^－1,
请写出Cu₂S与O₂反应生成Cu与SO₂的热反应方程式：                             。
（2）氯化铜溶液中铜各物种的分布分数(平衡时某物种的浓度占各物种浓度之和的分数)与c(Cl^－) 的关系如图。

①当c(Cl^－)="9" mol·L^－1时，溶液中主要的3种含铜物种浓度大小关系为         。
②在c(Cl^－)="1" mol·L^－1的氯化铜溶液中，滴入AgNO₃溶液，含铜物种间转化的离子方程式为 （任写一个）。
（3） 电解Na₂HPO₃溶液可得到亚磷酸，装置如下图（说明：阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过）

①阳极的电极反应式为：            ____________。
②产品室中反应的离子方程式为：          _____。

氨、硝酸、硝酸铵、硝酸铜是重要的化工产品。工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如下：

请回答下列问题：
（1）吸收塔中通入空气的作用是                 。
下列可以代替硝酸镁加入到蒸馏塔中的是        。

A．浓硫酸

B．氯化钙

C．生石灰

D．硝酸亚铁

（2）制硝酸尾气中的氮氧化物常用尿素[CO(NH₂)₂]作为吸收剂，其主要的反应为：NO、NO₂混合气与水反应生成亚硝酸，亚硝酸再与尿素[CO(NH₂)₂]反应生成CO₂ 和N₂，请写出反应的化学方程式     、       。
（3）在氧化炉里，催化剂存在时氨气和氧气反应：
4NH₃ + 5O₂4NO + 6H₂O  4NH₃ + 3O₂2N₂+ 6H₂O
在不同温度时生成产物如图一所示。在氧化炉里，反应温度通常控制在800℃~900℃的理由是      。
         
（4）如图二所示装置可用于电解NO制备 NH₄NO₃，电解总反应方程式为        ，需补充氨气的理由是                 。
（5）工业上通常用铜与浓硝酸反应制得光谱纯硝酸铜晶体（化学式为Cu(NO₃)₂·3H₂O，摩尔质量为242g/mol）。已知：25℃、1.01×10⁵ Pa时，在密闭容器发生反应：2NO₂N₂O₄，达到平衡时，c(NO₂)="0.0400" mol/L，c(N₂O₄)="0.0100" mol/L。
现用一定量的Cu与足量的浓高纯度硝酸反应，制得5.00 L已达到平衡的N₂O₄和NO₂的混合气体（25℃、1.01×10⁵ Pa），理论上生成光谱纯硝酸铜晶体的质量为________ g。

【化学——选修2化学与技术】(15分)
（一）下列叙述正确的是（   ）

A．合成氨的“造气”阶段会产生废气

B．电镀的酸性废液用碱中和后就可以排放

C．电解制铝的过程中，作为阳极材料的无烟煤不会消耗

D．使用煤炭转化的管道煤气比直接燃煤可减少环境污染

（二）工业生产Na₂S常用方法是无水芒硝(Na₂SO₄)一碳还原法，其流程示意图如下：

（1）若煅烧阶段所得气体为等物质的量的CO和CO₂。写出煅烧时发生的总反应方程式：      。
（2）用碱液浸出产品比用热水更好，理由是      。
（3）废水中汞常用硫化钠除去，汞的除去率与溶液pH和硫化钠实际用量与理论用量比值x的关系如图所示。
 
为使除汞达到最佳效果，应控制条件是      。
（4）取Na₂S(含少量NaOH)，加入到CuSO₄溶液中，充分搅拌，若反应后溶液pH＝4，此时溶液中c(S^2－)＝      mol·L^－1。
[已知：CuS的K_sp＝8.8×10^－36；Cu(OH)₂的K_sp＝2.2×10^－20(保留2位有效数字)]。
（5）纳米Cu₂O常用电解法制备，制备过程用铜棒和石墨棒做电极，Cu(NO₃)₂做电解液。电解生成Cu₂O应在      ；该电极pH将      (填“升高”“不变”或“降低”)，用电极方程式解释pH发生变化的原因      。

(14分)亚磷酸（H₃PO₃）是二元酸，H₃PO₃溶液存在电离平衡：H₃PO₃H⁺+ H₂PO₃^－。亚磷酸与足量NaOH溶液反应，生和Na₂HPO₃。
（1）①写出亚磷酸与少量NaOH溶液反应的离子方程式      。
②根据亚磷酸（H₃PO₃）的性质可推测Na₂HPO₃稀溶液的pH      7（填“>”、“<”或“=”）。
③某温度下，0.1000 mol·L^－1的H₃PO₃溶液中c (H⁺)＝2.5×10^－2mol·L^－1，除OH^—之外其他离子的浓度由大到小的顺序是      ，该温度下H₃PO₃电离平衡的平衡常数K=      。（H₃PO₃第二步电离忽略不计，结果保留两位有效数字）
（2）亚磷酸具有强还原性，可使碘水褪色，该反应的化学方程式      。
（3）电解Na₂HPO₃溶液也可得到亚磷酸，装置示意图如下：

说明：阳膜只允许阳离子通过，阴膜只允许阴离子通过。
①阴极的电极反应式为      。
②产品室中生成亚磷酸的离子方程式为     。

【化学——选修2：化学与技术】海洋是一个丰富的资源宝库，通过海水的综合利用可获得许多物质供人类使用。
（1）海水中盐的开发利用：
①海水制盐目前以盐田法为主，建盐田必须选在远离江河入海口，多风少雨，潮汐落差大且又平坦空旷的海滩。所建盐田分为贮水池、蒸发池和      池。
②目前工业上采用比较先进的离子交换膜电解槽法进行氯碱工业生产，在电解槽中阳离子交换膜只允许阳离子通过，阻止阴离子和气体通过，请说明氯碱生产中阳离子交换膜的作用           （写一点即可）。
（2）电渗析法是近年来发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如图所示。其中具有选择性的阴离子交换膜和阳离子交换膜相间排列。请回答下面的问题：
①海水不能直接通入到阴极室中，理由是                                         。
②A口排出的是         （填“淡水”或“浓水”）。

（3）用苦卤（含Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Cl^－、Br^－等离子）可提取溴，其生产流程如下：

①若吸收塔中的溶液含BrO₃^－，则吸收塔中反应的离子方程式为            。
②通过①氯化已获得含Br₂的溶液，为何还需经过吹出、吸收、酸化来重新获得含Br₂的溶液                                                         。
③向蒸馏塔中通入水蒸气加热，控制温度在90℃左右进行蒸馏的原因是                  。

开发氢能是实现社会可持续发展的需要。下图是以含H₂S杂质的天然气为原料制取氢气的流程图。

回答下列问题：
（1）反应②的化学方程式为                                           。
（2）反应④的离子方程式为                                           。
（3）步骤③中制氢气的原理如下：
Ⅰ：CH₄(g)＋H₂O(g)CO(g)＋3H₂(g)      ΔH＝＋206.4 kJ·mol^－1
Ⅱ：CO(g)＋H₂O(g) CO₂(g)＋H₂(g)      ΔH＝－41.2 kJ·mol^－1
①对于反应Ⅰ，一定可以提高平衡体系中H₂的百分含量，又能加快反应速率的措施是           （填字母代号）。
a．升高温度      b．增大水蒸气浓度      c．加入催化剂      d．降低压强
②利用反应Ⅱ，将CO进一步转化，可提高H₂的产量。若1.00 mol CO和H₂的混合气体（CO的体积分数为20%）与H₂O反应，得到1.18 mol CO、CO₂和H₂的混合气体，则CO的转化率为           。
③若该天然气中硫化氢的体积分数为5%，且甲烷与水蒸气反应转化成二氧化碳和氢气的总转化率为80%，则通过上述流程1.00 m³天然气理论上可制得氢气       m³（同温同压条件下）。
（4）一定条件下，如图所示装置可实现有机物的电化学储氢（生成的有机物为气体，忽略其他有机物）。
①生成目标产物的电极反应式为                  。
②该储氢装置的电流效率为η＝          。（η＝ ×100%，计算结果保留小数点后1位）

（共13分）I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。
（1）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        。若改用AlCl₃水溶液作电解液，则阴极产物为   。
（2）为测定镀层厚度，用NaOH溶液溶解钢制品表面的铝镀层，当反应转移6 mol电子时，所得还原产物的物质的量为          mol。
（3）用铝粉和Fe₂O₃做铝热反应实验，需要的试剂还有                 。
a．KCl        b.KClO₃        c.MnO₂        d.Mg
取少量铝热反应所得到的固体混合物，将其溶于足量稀H₂SO₄，滴加KSCN溶液无明显现象，      （填“能”或“不能”）说明固体混合物中无Fe₂O₃，理由是           （用离子方程式说明）。
II燃料电池(Fuel Cell)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。
（4）美国Simons等科学家发明了使NH₃直接用于燃料电池的方法，其装置为用铂作为电极，加入电解质溶液中，其电池反应为4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O
写出该燃料电池的正极反应式                                                          
（5）以天然气(假设杂质不参与反应)为原料的燃料电池示意图如图所示。

①放电时，负极的电极反应式为：                             
②假设装置中盛装100.0 mL 3.0 mol·L^—1 KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下体积为8960 mL。放电完毕后，电解质溶液中各离子浓度的大小关系为：                        

研究NO₂、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）已知：2SO₂(g)+O₂(g)2SO₃(g)  ΔH= -196.6kJ·mol^-1
2NO(g)+O₂(g)2NO₂(g)  ΔH= -113.0kJ·mol^-1
则反应NO₂(g)+SO₂(g)SO₃(g)+NO(g)的ΔH=         kJ·mol^-1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比2∶1置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是            。

A．体系压强保持不变	B．混合气体颜色保持不变
C．SO3和NO的体积比保持不变	D．每消耗1molSO3的同时生成1mol NO

测得上述反应达平衡时NO₂与SO₂的体积比为5∶1，则平衡常数K=        。
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图（2）所示。该反应ΔH________0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250℃、
1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是：                                                   。
 
（3）依据燃烧的反应原理，合成的甲醇可以设计如图（3）所示的原电池装置。
①该电池工作时，OH^-向         极移动（填“正”或“负”）。
②该电池正极的电极反应式为                              。

(本题共14分)
火力发电厂产生的烟气中含有CO₂、CO、SO₂等物质，直接排放会对环境造成危害。对烟气中CO₂、CO、SO₂等物质进行回收利用意义重大。
（1）“湿式吸收法”利用吸收剂与烟气中的SO₂发生反应从而脱硫，其中“钠碱法”用NaOH溶液作吸收剂，向100mL0.2mol·L^-1的NaOH溶液中通入标准状况下0.448LSO₂气体，反应后测得溶液pH<7．则溶液中下列各离子浓度关系正确的是   (填字母序号)．
A．c(HSO₃^-)>c(SO₃^2-)>c(H₂SO₃)     
B．c(Na⁺)>c(HSO₃^-)>c(H⁺)>c(SO₃^2-)
C．c(Na⁺)+c(H⁺)=c(HSO₃^-)+c(SO₃^2-)+c(OH^-)
（2）CO₂是一种温室气体,人类活动产生的CO₂长期积累，威胁到生态环境，其减排问题受到全世界关注。工业上常用高浓度的K₂CO₃溶液吸收CO₂，得溶液X，再利用电解法使K₂CO₃溶液再生，其装置示意图如下：
  
①在阳极区发生的反应包括    和H⁺+HCO₃^-=CO₂↑+H₂O．
②简述CO₃^2-在阴极区再生的原理          ．
（3）再生装置中产生的CO₂和H₂在一定条件下反应生成甲醇等产物，工业上利用该反应合成甲醇。已知：25℃，101kP下：
① H₂(g)+1/2O₂(g)=H₂O(g)  △H₁=-242kJ/mol
②CH₃OH(g)+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g) △H₂="-676" kJ/mol
写出CO₂和H₂生成气态甲醇等产物的热化学方程式          ．
（4）已知反应：CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)；△H=-41.2kJ/mol．生成的CO₂与H₂以不同的体积比混合时在合适的条件下反应可制得CH₄．
①850℃时在一体积为10L的恒容密闭容器中，通入一定量的CO和H₂O（g），CO和H₂O(g)浓度变化如右图所示。下列说法正确的是        (填序号)．

A．达到平衡时，反应体系最终会放出49.44kJ热量
B．第4min时，混合气体的平均相对分子质量不再变化，可判断已达到化学平衡
C．第6min时，若升高温度，反应平衡常数会增大
D．第8min时，若充入CO，会导致v(正)>v(逆)，平衡向正反应方向移动
E．0~4min时，CO的平均反应速率为0.030mol/(L•min)
②熔融盐燃科电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极。负极反应式为       ．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，为此电池工作时必须有部分A物质参加循环，则A物质的化学式是       ．

我国是个钢铁大国，钢铁产量为世界第一，高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法．
I．已知反应Fe₂O₃（s）+3CO（g）2Fe（s）+3CO₂（g）△H=﹣23.5kJ•mol^﹣1，该反应在1000℃的平衡常数等于64。在一个容积为10L的密闭容器中，1000℃时加入Fe、Fe₂O₃、CO、CO₂各1.0mol，反应经过l0min后达到平衡．
（1）CO的平衡转化率=     
（2）欲提高CO的平衡转化率，促进Fe₂O₃的转化，可采取的措施是     
a．提高反应温度
b．增大反应体系的压强
c．选取合适的催化剂
d．及时吸收或移出部分CO₂
e．粉碎矿石，使其与平衡混合气体充分接触
Ⅱ．高炉炼铁产生的废气中的CO可进行回收，使其在一定条件下和H₂反应制备甲醇：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g）．请根据图示回答下列问题：

（1）从反应开始到平衡，用H₂浓度变化表示平均反应速率v（H₂）=         
（2）若在温度和容器相同的三个密闭容器中，按不同方式投入反应物，测得反应达到平衡吋的有关数据如下表：

容器	反应物投入的量	反应物的转化率	CH3OH的浓度	能量变化 （Q1、Q2、Q3均大于0）
甲	1mol CO和2mol H2	α1	c1	放出Q1kJ热量
乙	1mol CH3OH	α2	c2	吸收Q2kJ热量
丙	2mol CO和4mol H2	α3	c3	放出Q3kJ热量

则下列关系正确的是（      ）
A．c₁=c₂        B．2Q₁=Q₃        C．2α₁=α₃        D．α₁+α₂=1  
Ⅲ．以甲烷为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，图三是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图．回答下列问题：
（1）B极上的电极反应式为                                 
（2）若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解100mL 1mol/L的硫酸铜溶液，当两极收集到的气体体积相等时，理论上消耗的甲烷的体积为          （标况下）．

(14分)（1）对工业合成氨条件的探索一直是化学工业的重要课题，在恒温恒容的甲容器、恒温恒压的乙容器中分别进行合成氨反应，如下图（图中所示数据均为初始物理量）。t分钟后反应均达到平衡，生成NH₃均为0.4mol（忽略水对压强的影响及氨气的溶解）。

①判断甲容器中的反应达平衡的依据是          。（填写相应编号）

A．压强不随时间改变

B．气体的密度不随时间改变

C．c(N2)不随时间改变

D．单位时间内生成2molNH3的同时消耗1molN2

E.单位时间内断裂3 mol H-H键，同时断裂6 mol N-H键
②该条件下甲容器中反应的平衡常数K=          ；平衡时，甲的压强P_平=      （初始压强用P₀表示）。
③该条件下，若向乙中继续加入0.2mol N₂，达到平衡时N₂转化率=              。
（2）最近华南理工大提出利用电解法制H₂O₂并用产生的H₂O₂处理废氨水，装置如下图

①为了不影响H₂O₂的产量，需要向废氨水加入适量硝酸调节溶液的pH约为5，则所得废氨水溶液中c（NH₄⁺）____    C（NO₃^-）（填“＞”、“＜”或“=”）。
②Ir-Ru惰性电极有吸附O₂作用，该电极上的反应为                                。
③理论上电路中每转移3mol电子，最多可以处理NH₃·H₂O的物质的量为               。

新型锂离子电池在新能源的开发中占有重要地位。可用作节能环保电动汽车的动力电池。磷酸亚铁锂（LiFePO₄）是新型锂离子电池的首选电极材料，它的制备方法如下：
方法一：将碳酸锂、乙酸亚铁［(CH₃COO) Fe］、磷酸二氢铵按一定比例混合、充分研磨后，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂，同时生成的乙酸及其它产物均以气体逸出。
方法二：将一定浓度的磷酸二氢铵、氯化锂混合溶液作为电解液，以铁棒为阳极，石墨为阴极，电解析出磷酸亚铁锂沉淀。沉淀经过滤、洗涤、干燥，在800℃左右、惰性气体氛围中煅烧制得晶态磷酸亚铁锂。
在锂离子电池中，需要一种有机聚合物作为正负极之间锂离子迁移的介质，该有机聚合物的单体之一（用M表示）的结构简式如下：

请回答下列问题：
（1）上述两种方法制备磷酸亚铁锂的过程都必须在惰性气体氛围中进行。其原因是                   。
（2）在方法一所发生的反应中， 除生成磷酸亚铁锂、乙酸外，还有       、       、       （填化学式）生成。
（3）在方法二中，阳极生成磷酸亚铁锂的电极反应式为                       。
（4）写出M与足量氢氧化钠溶液反应的化学方程式：                                   。
（5）已知该锂离子电池在充电过程中，阳极的磷酸亚铁锂生成磷酸铁，则该电池放电时正极的电极反应式为                                。

次磷酸(H₃PO₂)是一种精细化工产品，具有较强还原性，回答下列问题：
（1）H₃PO₂是一元中强酸，写出其电离方程式：                    
（2）H₃PO₂及NaH₂PO₂均可将溶液中的银离子还原为银单质，从而可用于化学镀银。
①(H₃PO₂)中，磷元素的化合价为            
②利用(H₃PO₂)进行化学镀银反应中，氧化剂与还原剂的物质的量之比为4︰1，则氧化产物为：    (填化学式)；依据所学关于电镀的原理，分析该电镀过程中可选用的电极材料为阳极：         ；阴极：            。
③NaH₂PO₂是         （填“正盐”还是“酸式盐”），其溶液显        性(填“弱酸性”、“中性”、或者“弱碱性”)，其溶液中离子浓度由大到小的顺序应为                  
（3）(H₃PO₂)也可以通过电解的方法制备。
工作原理如图所示(阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过)：

①写出阳极的电极反应式                      
②分析产品室可得到H₃PO₂的原因                   

(15分)雾霾含有大量的污染物SO₂、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：
 
（1）装置Ⅰ中的主要离子方程式为           。
（2）含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中。
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，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，发生了两个氧化还原反应，产物分别为NO₂^-和NO₃^-，写出酸性条件下生成NO₃^-的反应的离子方程式               。
（4）装置Ⅲ还可以使Ce⁴⁺再生，其原理如下图所示。

①生成Ce⁴⁺从电解槽的           (填字母序号)口流出。
②写出阴极的反应式           。
（5）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^－的浓度为a g·L^-1，要使1 m³该溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂             L。(用含a代数式表示)