高中化学探究电解池作用填空题

(14)天然气是重要的化石燃料和工业原料，其主要成分为甲烷。

（1）CO₂气体排放会产生温室效应，将通入CO₂碳化了的水在如图1所示的电解池阴极区进行电解，可以直接产生甲烷，加入硫酸钠为了增加导电性。
①写出电解时阴极的电极反应式           。
②电解时电解池采用阳离子交换膜，若采用阴离子交换膜会对电解产生的影响为           。
（2）将甲烷和硫反应可以制备CS₂，其流程如下：

①反应1产生两种含硫的物质，则该反应方程式为           。
②反应当中，每有1molCS₂生成时，需要消耗O₂的物质的量为           。
③为了将含硫化合物充分回收，实验时需对反应1出来的气体分流，则进入反应2和反应3的气体气体关系为           。
（3）甲烷在高温下分解生成烃和氢气，若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图2所示，甲烷在高温下分解反应的化学方程式为        。

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利用下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）。

MnO₂是一种重要的无机功能材料，粗MnO₂的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO₂（含有较多的MnO和MnCO₃）样品转化为纯MnO₂的实验，其流程如下：

（1）在第①步反应中，为加快反应速率，可采取的措施有                    （任写一种），产生CO₂气体的的方程式是                                                         ；
（2）写出步骤②中所发生的离子方程式                                         ；
（3）如果蒸发得到的固体中，只含NaClO₃和NaCl,为得到比较纯的NaClO₃溶液，结合下面各物质的溶解度与温度的关系，
。
其基本操作是：将固体溶于适量水，通过       ，        ，便可得到较纯的NaClO₃溶液。
（4）工业上也常用石墨做电极，电解酸化的MnSO₄溶液来制MnO₂,则阳极上所发生的离子方程式       。

（1）甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
① CH₄(g)+H₂O(g)＝CO(g) + 3H₂(g)  △H ＝+206.0 kJ·mol^－1
② CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH (g)        △H＝－129.0 kJ·mol^－1
CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的△H＝          。
（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O ( g )通入容积为10 L的反应器，在一定条件下发生反应①，测得在一定压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。

假设100℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为    mol·L^-1·min^-1。
（3）在某温度和压强下，将一定量 CO与H₂充入密闭容器发生反应②生成甲醇，平衡后压缩容器体积至原来的l/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是     (填序号)：

A．c ( H2 )减少；

B．平衡常数K增大；

C．CH3OH 的物质的量增加；

D．正反应速率加快，逆反应速率减慢；

E.重新平衡c ( H₂ )/ c (CH₃OH )减小
（4）电解法可消除甲醇对水质造成的污染，原理是：通电将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后Co³⁺将甲醇氧化成CO₂和H⁺（用石墨烯吸附除去Co²⁺）。现用图装置模拟上述过程，

则：Co²⁺在阳极的电极反应式为：              ；除去甲醇的离子方程式为                 。

煤粉中的氮元素在使用过程中的转化关系如下图所示：

（1）②中NH₃参与反应的化学方程式为          。
（2）③中加入的物质可以是          （填字母序号）。
a.空气       b.CO         c.KNO₃         d.NH₃
（3）焦炭氮中有一种常见的含氮有机物吡啶（），其分子中相邻的C和N原子相比，N原子吸引电子能力更          （填“强”或“弱”），从原子结构角度解释原因：        。
（4）已知：N₂(g) ＋ O₂(g)===2NO(g)    ΔH =" a" kJ·mol^-1
N₂(g) ＋ 3H₂(g)===2NH₃(g)    ΔH =" b" kJ·mol^-1
2H₂(g) ＋ O₂(g)===2H₂O(l)    ΔH =" c" kJ·mol^-1
反应后恢复至常温常压，①中NH₃参与反应的热化学方程式为          。
（5）用间接电化学法除去NO的过程，如下图所示：

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间，写出阴极的电极反应式：          。
用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：          。

液氨是一种良好的储氢物质。
已知：①2NH₃(g)  N₂ (g)＋3H₂(g)    ΔH =＋92.4 kJ·mol^－1
②液氨中2NH₃(l)  NH₂^－ ＋NH₄^＋
（1）氨气自发分解的反应条件是        (填“低温”或“高温”)。
（2）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。反应的活化能最大的是          (填催化剂的化学式)。

（3）其他条件相同，反应①在不同催化剂作用下反应相同时间后，氨气的转化率随反应温度的变化如图2所示。
①a点所代表的状态________(填“是”或“不是”)平衡状态。
②c点氨气的转化率高于b点，原因是                                     。
③请在图2中再添加一条Ni催化分解氨气过程的总趋势曲线。
④假设Ru催化下，温度为750 ℃时，氨气的初始浓度为c₀，平衡转化率为40%，则该温度下此反应的平衡常数K =                  。
（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                    。

(14分)大气污染越来越成为人们关注的问题，烟气中的NO_x必须脱除(即脱硝)后才能排放。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(l)；ΔH＝－890.3 kJ·mol^－1
N₂(g)＋O₂(g)===2NO(g)；ΔH＝＋180 kJ·mol^－1
CH₄可用于脱硝，其热化学方程式为CH₄(g)＋4NO(g)===CO₂(g)＋2N₂(g)＋2H₂O(l)，ΔH＝________。
（2）C₂H₄也可用于烟气脱硝。为研究温度、催化剂中Cu^2＋负载量对其NO去除率的影响，控制其他条件一定，实验结果如图1所示。为达到最高的NO去除率，应选择的反应温度和Cu^2＋负载量分别是________。

（3）臭氧也可用于烟气脱硝。
①O₃氧化NO结合水洗可产生HNO₃和O₂，该反应的化学方程式为____。
②一种臭氧发生装置原理如图2所示。阳极(惰性电极)的电极反应式为________。
（4）图3是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。
①该脱硝原理中，NO最终转化为________(填化学式)和H₂O。
②当消耗2 mol NH₃和0.5 mol O₂时，除去的NO在标准状况下的体积为________。

（5）NO直接催化分解(生成N₂与O₂)也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40 ℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图4所示。写出Y和Z的化学式：____。

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：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g)   △H ₁ =" +489.0" kJ·mol^－1
②C(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，反应过程中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在两种不同条件下发生反应，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“＝”)。
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质。
①工业上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其发生可逆反应的方程式为              。
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，请写出该电极反应的方程式为            。

减少二氧化碳的排放是一项重要课题。
（1）CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃：  
在0.1 MPa时，按＝1：3投料，如图所示不同温度（T）下，平衡时的四种气态物质的物质的量（n）的关系。

①该反应的△H__________0（填“>”、“＝”或“<”）。
②曲线b表示的物质为__________。
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是__________。
（2）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如下图所示。

①该工艺中能量转化方式主要有__________。
②b为电源的__________（填“正”或“负”）极，电解时，生成乙烯的电极反应式是__________。
（3）以CO₂为原料制取碳（C）的太阳能工艺如图所示。

①过程1每反应1mol Fe₃O₄转移电子的物质的量为__________。
②过程2发生反应的化学方程式是__________。

(12分)在右图均用石墨作电极的电解池中，甲池中为500mL含某一溶质的蓝色溶液，乙池中为500mL稀硫酸，闭合K₁，断开K₂进行电解，观察到A电极表面有红色的固态物质生成，B电极有无色气体生成；当溶液中的原有溶质完全电解后，立即停止电解，取出A电极，洗涤、干燥、称量，电极质量增重1.6g。请回答下列问题：

（1）电解过程中，乙池C电极发生反应的电极反应式                    。
（2）甲池电解时反应的离子方程式                         。
（3）甲池电解后溶液的pH=       ，要使电解后溶液恢复到电解前的状态，则需加入      ，
其质量为        g。（假设电解前后溶液的体积不变）
（4）电解后若再将K₁断开，闭合K₂，电流计指针发生偏转，则D电极发生反应的电极反应式     。

铁是地壳中含量第二的金属元素，其单质、合金及化合物在生产生活中的应用广泛。
（1）铁红与铝粉发生铝热反应可用于焊接钢轨，其化学方程式为_______________；铁红与KNO₃、KOH混合加热共融，可制得高铁酸钾（K₂FeO₄），K₂FeO₄具有强氧化性，是一种新型高效水处理剂，它在水处理过程中（铁元素被还原为+3价）的两个作用是_________________________。
（2）氧化铁是重要工业颜料，用废铁屑制备它的流程如下：

回答下列问题：
①操作Ⅰ、Ⅱ的名称分别是____________、______________；
②写出在空气中煅烧FeCO₃的化学方程式____________________；
③煅烧如果不充分，产品中将有Fe²⁺存在，试设计实验检验产品中有无Fe²⁺____________。
（3）有些同学认为KMnO₄溶液滴定也能进行铁元素含量的测定．
a．称取2．850g绿矾（FeSO₄•7H₂O）产品，溶解，在250mL容量瓶中定容；
b．量取25．00mL待测溶液于锥形瓶中；
c．用硫酸酸化的0．01000mol/LKMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积的平均值为20．00mL．
①写出酸性KMnO₄溶液与FeSO₄溶液反应的离子方程式____________；
②计算上述样品中FeSO₄•7H₂O的质量分数为___________；[已知M（FeSO₄•7H₂O）=278g/mol]
③滴定达到终点时锥形瓶中溶液颜色变化为________________________。
（4）工业废水中含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大的危害，必须进行处理。常用的处理方法是电解法，该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解的进行，阴极附近溶 液pH升高，产生Cr（OH）₃沉淀。
①用Fe作电极的目的是        。
②阴极附近溶液pH升高的原因是                       （用电极反应式解释），溶液中同时生成的沉淀还有          。

碳及其化合物在工农业生产生活中有着重要作用。请按要求回答下列问题：
（1）已知：C(s)+O₂(g) = CO₂(g)     △H =" -393" kJ•mol^-1；
2CO(g)+O₂(g) = 2CO₂(g)      △H =" -566" kJ•mol^-1；
2H₂(g)+O₂(g) = 2H₂O(g)     △H = -484 kJ•mol^-1
将水蒸气喷到灼热的炭上可实现炭的气化（制得CO、H₂），该反应的热化学方程式为______________________________________________________________________。
（2）将一定量CO(g)和H₂O(g)分别通入容积为2 L的恒容密闭容器中，一定条件下发生反应为CO(g)+H₂O(g)CO₂(g)+H₂(g)，得到如下三组实验数据：

实验编号	温度/℃	起始量/mol	平衡量/mol	达到平衡所需时间/min
H2O	CO	CO2
1	500	4	8	3.2	4
2	750	2	4	0.8	3
3	750	2	4	0.8	1

①该反应的正反应为          (填“吸热”或“放热”)反应。
②实验1中，0～4 min时段内，以v(H₂)表示的反应速率为          。若在此温度下H₂O(g)、CO(g)起始量分别为2 mol、4 mol，则此反应的平衡常数为___________。
③实验2达到平衡时CO的转化率为         。
④实验3与实验2相比，改变的条件是         ；
请在下图坐标中画出“实验2”与“实验3”中c(CO₂)随时间变化的曲线，并作标注实验编号。

（3）CO与H₂一定条件下反应生成甲醇（CH₃OH），甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用KOH溶液作电解质溶液，多孔石墨做电极，该电池的负极反应式为____________________________________。
（4）一定条件下，下图装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物），则阴极的电极反应式为
______________________________________。

(14分)CO、SO₂是主要的大气污染气体，利用化学反应原理是治理污染的重要方法。
I、甲醇可以补充和部分替代石油燃料，缓解能源紧张。利用CO可以合成甲醇。

（2）一定条件下，在容积为VL的密闭容器中充入α mol CO与2a mol H₂合成甲醇平衡转化率与温度、压强的关系如图所示。

①P₁＿＿P₂(填“＞”、“＜”或“=”)，理由是  
②该甲醇合成反应在A点的平衡常数K=   (用a和V表示)
③该反应达到平衡时，反应物转化率的关系是:CO   H₂(填“＞” 、“＜” 或“="”" )
④下列措施中能够同时满足增大反应速率和提高CO转化率的是   。(填写相应字母)

A．使用高效催化剂

B．降低反应温度

C．增大体系压强

D．不断将CH30H从反应混合物中分离出来

E、增加等物质的量的CO和H₂
Ⅱ、某学习小组以SO₂为原料，采用电化学方法制取硫酸。
（3）原电池法:该小组设计的原电池原理如图所示。写出该电池负极的电极反应式          。

（4）电解法:该小组用Na₂SO₃溶液充分吸收S0₂得到NaHSO₃溶液，然后电解该溶液制得了硫酸。原理如下图所示。

写出开始电解时阳极的电极反应式          。

(14分)SO₂ 、CO 、NO_x 是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径。请回答下列问题：
（1）已知25℃、101kPa时：
2SO₂(g) + O₂(g)  2SO₃(g)           △H₁ =" -" 197 kJ•mol^-1
H₂O(g) = H₂O(l)                        △H₂ =" -" 44 kJ•mol^-1
2SO₂(g) + O₂(g) + 2H₂O(g) = 2H₂SO₄(l)      △H₃ =" -" 545 kJ•mol^-1
则SO₃(g)与H₂O(l)反应的热化学方程式是                                。
（2）若反应2H₂（g）+  O₂ （g）=2H₂O（g ）,△H=-241.8kJ•mol^-1，根据下表数据则x=______kJ•mol^-1。

化学键	H-H	O═O	O-H
断开1mol化学键所需的能量/kJ	436	x	463

（3）甲醇汽油也是一种新能源清洁燃料。工业上可用CO和H₂制取甲醇，热化学方程式为：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)   △H=-90 kJ•mol^-1
①该温度下，在两个容积均为1 L的密闭容器中，分别发生该反应：

容器	甲	乙
反应物投入量	1 mol CO (g)和2 mol H2(g)	1 mol CH3OH(g)
平衡时c(CH3OH)	c1	c2
平衡时能量变化	放出54kJ	吸收a kJ

则c_{1_________} c₂(填“＞”或“＜”或“＝”),a=____________。
②若密闭容器容积与①相同，Ⅰ、Ⅱ曲线分别表示投料比不同时的反应过程。若Ⅱ反应的n(CO)起始 ="10" mol、投料比为0.5，则：

A点的平衡常数K_A=             ，
B点的平衡常数K_B    K_A。(填“＞”或“＜”或“＝”)
③为提高CO转化率可采取的措施是          （至少答出两条）。
（4）电解NO制备NH₄NO₃，其工作原理如图所示，

则a电极名称为_______，
b电极反应式为_________________。

碳和氮的化合物与人类生产、生活密切相关。
（1）C、CO、CO₂在实际生产中有如下应用：
a．2C + SiO₂Si + 2CO        b．3CO + Fe₂O₃2Fe + 3CO₂
c．C + H₂OCO + H₂            d．CO₂ + CH₄CH₃COOH
上述反应中，理论原子利用率最高的是        。
（2）有机物加氢反应中镍是常用的催化剂。但H₂中一般含有微量CO会使催化剂镍中毒，在反应过程中消除CO的理想做法是投入少量SO₂，为搞清该方法对催化剂的影响，查得资料：

则：① 不用通入O₂氧化的方法除去CO的原因是       。
② SO₂(g) + 2CO(g) =" S(s)" + 2CO₂(g)   △H ＝       。
（3）汽车尾气中含大量CO和氮氧化物（NO）等有毒气体。
①活性炭处理NO的反应：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂ (g) ∆H＝-a kJ·mol^－1（a>0）
若使NO更加有效的转化为无毒尾气排放，以下措施理论上可行的是：       。


a．增加排气管长度                b．增大尾气排放口
c．添加合适的催化剂              d．升高排气管温度
②在排气管上添加三元催化转化装置，CO能与氮氧化物（NO）反应生成无毒尾气，其化学方程式是          。
（4）利用CO₂与H₂反应可合成二甲醚（CH₃OCH₃）。以KOH为电解质溶液，组成二甲醚 空气燃料电池，该电池工作时其负极反应式是       。
（5）电解CO制备CH₄和W，工作原理如图所示，生成物W是      ，其原理用电解总离子方程式解释是      。