高中化学探究电解池作用实验题

(11分)下图表示两种溶液进行电解的装置：

电极A由金属R制成，R的硫酸盐的化学式为RSO₄，B、C、D都是Pt。P和Q是电池的两极，电路接通后，金属离子R²⁺离子沉积于电极B上，同时电极C、D上产生气泡。
(1)P和Q中正极是__________。
(2)A极上的电极反应式为_______________________。
(3)罩在电极C、D上的两集气瓶中收集到气体的体积比是__________。
(4)当电流强度为2 A，通电3 min 13 s后，电极B上生成金属R 0.127 g。已知1 mol电子的电量为96 500 C，则R的相对原子质量为__________，它是__________(填元素符号)。
(5)将P和Q变换位置接线，使电流方向反过来，电流强度为2 A，5 min后在B极上看到了_____________、_______________________两种现象。

CuCl₂溶液中的铜主要以Cu (H₂O)₄²⁺、CuCl₄^2-形式存在，它们间有如下转化关系：Cu (H₂O)₄²⁺(蓝色)+4Cl^-CuCl₄^2-(黄色)+4H₂O；电解不同浓度的CuCl₂溶液，均可看做Cu²⁺、Cl^-直接放电。下图为电解浓度较大CuCl₂溶液的装置，实验开始后，观察到丙中的KI-淀粉溶液慢慢变蓝。回答下列问题：

（1）甲电极的电极反应式为_________________。
（2）丙中溶液变蓝是乙电极产物与KI反应导致的，该反应的化学方程式为_________________。
（3）随电解的不断进行，U型管中溶液的颜色变化为__________;
A．由黄色变为浅蓝色    B．由蓝色变为浅黄色
溶液颜色变化的原因是_________________。
（4）当电解到一定程度，甲电极附近出现蓝色Cu(OH)₂絮状物。经测，甲电极附近溶液的pH=a，此时甲电极附近c(Cu²⁺)="________" mol·L^-1。(已知：Cu(OH)₂的K_sp=2.2*10^-20)。

已知在pH为4—5的环境中，Cu²⁺几乎不水解，而Fe³⁺几乎完全水解。某学生欲用电解纯净CuSO₄溶液的方法，并根据电极上析出铜的质量以及电极上产生气体的体积来测定铜的相对原子质量。其实验流程如下：


图4-16
试回答下列问题：
(1)步骤①所加入的A的化学式为________________，加入A的作用是___________________,
(2)步骤②中所用部分仪器如图4-16所示，则A应接直流电源的__________极。
(3)电解开始后一段时间，在U形管内可观察到的现象是____________，其电解总反应的离子方程式为________________________。
(4)下列实验操作属必要的是__________(填字母，下同)，属不必要的是________________。

A．称量电解前电极的质量

B．电解后电极在烘干、称量前，必须用蒸馏水冲洗

C．刮下电解后电极上的铜，并清洗、称量

D．电极在烘干称量的操作必须按烘干→称量→再烘干→再称量进行两次

E.在有空气存在的情况下，电极烘干必须采用低温烘干法
(5)铜的相对原子质量为______________________。

在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如图418。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：

图4-18
(1)阳极上的电极反应式为_______________________。
(2)阴极上的电极反应式为_______________________。
(3)原上层液体是______________________。
(4)原下层液体是______________________。
(5)搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是_______________________。
(6)要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是_______________，现象是_______________。

请从下图中选出必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积（大于25mL），并检验氯气的氧化性。

（1）电源、电流表，与A、B两极的正确连接顺序为L→J→K→（    ）→（   ）→M。
（2）B极发生的电极反应式是          。简述检验该电极产物的方法和现象             。
（3）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接依序为：检验氯气的氧化性时B接D 、E接C。测定产生的氢气的体积时A接_________、_________接__________。
（4）若电解饱和食盐水50mL，通电为t min时，测得产生的H₂体积为 5.6mL（标况），则此时溶液的pH为            。（忽略溶液体积的变化）

如图所示，以石墨为电极电解A的水溶液，并做下面一系列实验。试根据实验现象完成下列问题（电解质A的水溶液焰色反应呈紫色）。

（1）A的化学式为    　　　　  ，E的名称为   　　　　　　　　     。
（2）I和F反应的离子方程式是        　　　　　　　　　   　        。
（3）若将电解装置中的阳极换成铁棒，则在U型管底部可观察到的现象是                                                     
           　     ，阳极的电极反应式为      　　　　                 ，阴极的电极反应式为      　　　　　　　　　　　　　     ，电解的化学方程式为     　    　　　　　　　               。

我国有丰富的海水资源，开发和利用海水资源是当前科学研究的一项重要任务，下图是海水综合利用的一个方面。

请回答下列问题：
1、①步主要反应的的离子方程式：                         。
溴的用途有很多，写出其中的一种               。
2、分离出氢氧化镁的操作称为          ，第③步需要加入        ，写出该物质在水中的电离方程式：                   。
3、将粗食盐中含有的Mg²⁺、Ca²⁺和SO₄^2—等杂质除去，加入的试剂有（按加入顺序填入）                                       。
4、④产物氢气在          极生成，若电解食盐水时消耗NaCl的质量为234g,则在理论上最多可得氯气的体积为___     _升（标准状况）。

氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示：

（1）溶液A的溶质是                   ；
（2）电解饱和食盐水的离子方程式是                              ；
（3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用              ；
（4）电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca^2＋、Mg^2＋、NH₄^＋、SO₄^2－[c(SO₄^2－)＞c(Ca^2＋)]。
精致流程如下（淡盐水和溶液A来自电解池）：

①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是    。
②过程Ⅰ中将NH₄⁺转化为N₂的离子方程式是   
③BaSO₄的溶解度比BaCO₃的小，过程Ⅱ中除去的离子有      
④经过程Ⅲ处理，要求盐水中c 中剩余Na₂SO₃的含量小于5mg /L,若盐水b中NaClO的含量是7.45 mg /L ，则处理10m³盐水b ，至多添加10% Na₂SO₃溶液       kg（溶液体积变化忽略不计）。

在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如下图。接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。根据上述实验回答：

（1）阳极上的电极反应式为___________________________________。
（2）阴极上的电极反应式为___________________________________。
（3）原上层液体是___________________________________________。
（4）原下层液体是___________________________________________。
（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是________________________________________。
（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是___________________________________，现象是________________________________________。

.(16分)某课外活动小组同学用下图装置进行实验，试回答下列问题。

(1)若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应式为                        。
(2)若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为     ，总反应的离子方程式为                 ，有关该实验的下列说法正确的是(填序号)           。
①溶液中Na⁺向A极移动    ②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝  ③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度  ④若标准状况下B极产生2.24 L气体，则溶液中转移0.2 mol电子
(3)该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法，设想用下图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应式为           。此时通过阴离子交换膜的离子数     (填“大于”或“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从                                                             出口           (填写“A”、“B”、“C”、“D”)导出。
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因                       。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池，则电池正极的电极反应式为                      。

某研究性学习小组将下列装置如图连接，C、D、E、F、X、Y 都是惰性电极。将电源接通后，向乙中滴入酚酞试液，在F极附近显红色。试回答下列问题：

（1）电源A 极的名称是__________(正极或负极)。
（2）甲装置中的C极的电极反应式______________________________。
（3）欲用丙装置给铜镀银，G应该是______(填“铜”或“银”)，电镀液的主要成分是__________(填化学式)。
（4）装置丁中的现象是__________________________。

(16分)某研究小组拟用粗食盐(含Ca²⁺、Mg²⁺、SO等)、粗硅(含C及不与Cl₂反应的固体杂质)制取纯硅，设计如下的工艺流程：

试回答下列问题：
（1）工业上一般是利用过量焦炭在高温下还原石英砂来制取粗硅，写出该过程的化学方程式：_______________________________________________________________________。
（2）精制粗盐水所需试剂为①BaC1₂；②Na₂CO₃；③HC1；④NaOH，其滴加的先后顺序是下列的________(填下列各项的序号)。
a．①②④③    b．④②①③    c．④①③②    d．②④①③
已知，，假设该粗盐水中的浓度均为0.01 mol·L^-1，若向1 L该粗盐水中逐渐滴入一定量Na₂CO₃溶液，首先出现的沉淀是__________。
（3）已知SiCl₄的沸点是57.6℃，CC1₄的沸点是76.8℃。在反应器I中得到的SiCl₄粗品中含有CCl₄，从中得到纯净SiCl₄可采用的方法是下列各项中的________(填序号)。
a．蒸馏    b．干馏    c．分液    d．过滤
反应器Ⅱ中发生反应的化学方程式为__________________________________________。
（4）下图是用离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图，电解槽中阴极产生的气体是_____。产品A的化学式为____________。

若采用无膜电解槽电解饱和食盐水可制取次氯酸钠，试写出该反应的化学方程式__              ___。

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Na₂S₂O₃和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

⑴装置Ⅰ中的主要离子方程式为                                         。3
⑵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，它们的物质的量分数X(i)与溶液pH 的关系如图所示。

①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH=8时，溶液中个离子由大到小的顺序是         。
②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：                                。
⑶写出装置Ⅱ中，酸性条件下的离子方程式                             。
⑷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写出与阴极的反应式                      。
⑸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， 计算结果保留整数)

(14分)金属钛（Ti）性能优越，被称为继铁、铝之后的“第三金属”。工业上以钛铁矿（主要成分FeTiO₃，含FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质）为主要原料冶炼金属钛，其生产的工艺流程图如下：

已知：2H₂SO₄(浓)+ FeTiO₃＝TiOSO₄ + FeSO₄ + 2H₂O
（1）步骤I中发生反应的离子方程式：                 、                  。
（2）已知：TiO^2＋易水解，只能存在于强酸性溶液中。
25 ℃时，难溶电解质溶解度与pH关系如图，

TiO(OH)₂溶度积K_sp＝1×10^－29
①步骤Ⅲ加入铁屑原因  是          　        。
② TiO^2＋水解的离子方程式为                 。
向溶液II中加入Na₂CO₃粉末的作用是       。
当溶液pH=       时，TiO(OH)₂已沉淀完全。
（3）TiCl₄→Ti反应后得到Mg、MgCl₂、Ti的混合物，可采用真空蒸馏的方法分离得到Ti，依据下表信息，需加热的温度略高于       ℃即可。

	TiCl4	Mg	MgCl2	Ti
熔点/℃	－25.0	648.8	714	1667
沸点/℃	136.4	1090	1412	3287

（4）电解TiO₂制备钛的方法如图所示。该方法由于具备生产过程简化、生产成本低、产品质量高、环境友好等诸多优点而引人注目。已知TiO₂熔融状态下不发生电离，电解时阴极反应式为       。

(14分）氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图完成下列问题：
在电解过程中，阴极上生成气体的电子式为     。
（2）精制过程中除去阳离子中的Ca²⁺、Mg²⁺等杂质，除去Mg²⁺的离子方程式为       。
（3）精制过程要除去SO₄^2-，可选择下列溶液中的      （填字母序号）
a. Ba(OH)₂           b.Ba(NO₃)₂          c.BaCl₂
（4）在实际生产中也可以用BaCO₃除去SO₄^2-（已知溶解度BaSO₄<BaCO₃)，试用平衡移动原理加以解释：     。
（5） 脱盐工作中，利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过蒸发、冷却、   、  （填操作名称）而制得50%的NaOH溶液。
（6）写出电解饱和食盐水的离子方程式：