高中化学探究电解池作用实验题

二氧化氯（ClO₂）为一种黄绿色气体，是一种高效、广谱、安全的杀菌、消毒剂。制备ClO₂的方法有多种。
（1）纤维素还原法制ClO₂。其原理是：纤维素水解得到的最终产物A与NaClO₃反应生成ClO₂。完成反应的化学方程式：其流程如下：□（A）+□NaClO₃+□H₂SO₄=□ClO₂↑+□CO₂↑+□H₂O+□______
（2）电解食盐水制取ClO₂ ，其流程如下：

①粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质。除杂操作时，往粗盐水中加入试剂的顺序依次为__________（填化学式），充分反应后将沉淀一并滤去，再加入盐酸。
②食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠（NaClO₃）与盐酸在发生器中反应生成ClO₂ ，写出发生器中生成ClO₂的化学方程式____________________。
③上述流程中，可循环利用的物质有__________；按照绿色化学原则，电解槽阴极产生的气体与方框中物质的物质的量之比为________时，原子的利用率为100%。
（3）实验室以NH₄Cl、盐酸、NaClO₂（亚氯酸钠）为原料制备ClO₂的流程下如下：

已知：(I)A气体在标准状况下的密度为0．089g/L；
(Ⅱ)气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
①电解时，发生反应的化学方程式为         。
②NCl₃与NaClO₂（亚氯酸钠）按物质的量之比为1∶6混合，在溶液中恰好反应生成ClO₂，该反应的离子方程式为           。

(11分)某化学兴趣小组用如图所示装置电解CuSO₄溶液，测定铜的相对原子质量。

（1）若实验中测定在标准状况下放出的氧气的体积VL，B连接直流电源的_________（填“正极”或“负极”）；
（2）电解开始一段时间后，在U形管中可观察到的现象有__________________，电解的离子方程式为___________________________________。
（3）实验中还需测定的数据是_______________（填写序号）
①B极的质量增重m g      
②A极的质量增重m g
（4）下列实验操作中必要的是________（填字母）

A．称量电解前电极的质量

B．电解后，取出电极直接烘干称重

C．刮下电解过程中电极上析出的铜，并清洗、称重

D．在有空气存在的情况下，烘干电极必须采用低温烘干的方法

（5）铜的相对原子质量为：___________（用含有m、V的计算式表示）
（6）如果用碱性(KOH为电解质)甲醇燃料电池作为电源进行实验,放电时负极电极反应式为___________。

下列实验装置、操作能达到实验目的的是

21．某中药主要含二硫化亚铁（FeS₂），某学习小组欲用下图所示装置进行实验，测定其铁、硫元素的质量分数。
（1）装置中，A为高温灼烧装置，B为气体吸收装置，C为检测尾气中是否含有SO₂的传感器。取m g该中药样品于装置A中，经充分反应，使硫元素全部转化为SO₂和SO₃，在B中得到白色沉淀，传感器（装置C）未检测到SO₂。

① 装置B中的H₂O₂反应时表现出了     性。
② 欲计算硫元素的质量分数，需测量的数据是     。
③ 传感器的工作原理如下图所示。

传感器中阴极的电极反应式是     。
（2）为测定铁元素的质量分数，继续实验。
a．将A装置中的剩余固体用足量盐酸酸浸，有少量H₂产生。充分反应后过滤，得到黄色滤液；
b．向滤液中滴加TiCl₃溶液，至恰好完全反应，TiCl₃被氧化为TiO²⁺；
c．用滴定法测定Fe²⁺的量，消耗v mL n mol/LK₂Cr₂O₇溶液。
① a中滤液含有的金属阳离子是     。
② b中反应的离子方程式是     。
③ c中K₂Cr₂O₇被还原为Cr³⁺，样品中铁元素质量分数的数学表示式是     。

氯气在工农业生产中应用非常广泛。请回答以下问题：
（1）下面是三位同学分别设计的实验室制取和收集氯气的装置，其中最好的是  （填序号）：

（2）某课外小组同学用如图所示装置通过电解食盐水并探究氯气相关性质，请回答：

①现有电极:C和Fe供选择，请在虚框中补画导线、电源（），串联变阻器以调节电流，同时标出电极材料；电解的离子反应方程式为                                       。
②通电一段时间后，玻璃管A、B、C三处是浸有不同溶液的棉花，其中A、B两处的颜色变化分别为      、      ；C处发生的离子反应方程式为                 。
③为防止氯气逸出造成污染，应采取的措施是                                   。
（3）当在阴极收集到气体448mL（标准状况）后停止实验，将U形管溶液倒于量筒中测得体积为400mL，则摇匀后理论上计算得溶液pH=      。

类比是化学学习中常用的方法之一，已知硝酸能把铁氧化成Fe(NO₃)₃，但当铁过量时，产物是Fe(NO₃) ₂。某同学受此启发，提出一个相似的观点：氯气与铁粉反应，当 C1₂足量时生成 FeC1₃ , 当铁粉过量时产物是FeCl₂ 。为验证该观点是否正确，该同学将一根细的纯铁丝分别在足量和少量的C1₂中点燃，取其表面生成物并分别编号为A、B，然后通过实验确定其成分。
探究过程如下：
提出假设：A是FeCl₃,B是FeCl₂ 。
（1）设计实验方案：分别取 A、B 的溶液均进行以下实验，但实验现象相同。请填写下表中的相应空格。

实验方法	实验现象	结论
分别向A、B溶液中加KSCN溶液	____________________	固体物质中有FeCl3
分别向KMnO4溶液中加适量A、B溶液	KMnO4溶液颜色无明显变化	固体物质中不含_______

（2）根据上述实验结论，写出C1₂与铁粉加热时发生反应的化学方程式____________________。
（3）为进一步探究 FeC1₃溶液的性质，他又利用 A 溶液做了如下一些实验，其中明显错误的是____
（填写序号）。
A．将 A 溶液滴入淀粉碘化钾溶液中，可得到蓝色液体，该液体能产生丁达尔现象
B．向 A 溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，溶液颜色加深
C．在 A 溶液中滴加NaOH浓溶液，出现红褐色沉淀
D．将 A 溶液加热蒸干并灼烧，得到FeC1₃固体
（4）FeCl₃溶液常作印刷电路铜板腐蚀剂，腐蚀后的废液中含有 FeC1₃、FeCl₂、CuCl₂，某研究性学习小组的同学们设计了两种从废液中回收 Cu的方案：
方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，过滤。在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜。
该方案中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为                     。
方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的 pH＝1，用铜和石墨作电极进行电解。当观察到阴极上有少量气泡产生时，即停止电解，这时要回收的 Cu 已全部析出。该方案中铜作_________极，该电极上所发生的电极反应为（若有多个电极反应，请按照反应发生的先后顺序全部写出）____________________。
方案2在电极上直接回收铜，操作上比方案 1 简便，但方案 2 也有不足之处，主要表现为____。

某学生试图用电解法根据电极上析出物质的质量来验证阿伏加德罗常数数值，其实验方案的要点为：①用直流电源电解CuCl₂溶液，所用仪器如下图所示。②在电流强度为I A，通电时间为t min后，精确测得电极上析出铜的质量为m g。
 
试回答：（1）连接这些仪器的正确顺序为(用图中标注仪器接线柱的英文字母表示)：
E接      ，C接        ，        接F。
（2）写出B电极上发生的电极反应式：                           ；
G试管中淀粉KI溶液变化的现象为                      ，
相应的离子方程式是                          。
（3）为精确测定电极上析出的铜的质量，所必需的实验步骤的先后顺序应是       。(选填下列操作步骤的编号)
①称量电解前电极质量            
②刮下电解后电极上的铜并清洗
③用蒸馏水清洗电解后的电极      
④低温烘干电极后称量
⑤低温烘干刮下的铜后称量        
⑥再次低温烘干后称量至恒重
（4）已知电子的电量为1.6×10^-19C。试列出阿伏加德罗常数的计算式：N_A=         。

用含少量铁的氧化物的氧化铜制取氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）。有如下操作：

已知：在pH为4～5时，Fe³⁺几乎完全水解而沉淀，而此时Cu²⁺却几乎不水解。
（1）溶液A中的金属离子有Fe³⁺、Fe²⁺、Cu²⁺。能检验溶液A中Fe²⁺的试剂为    （填编号，下同）
①KMnO₄  ②(NH₄)₂S  ③NaOH  ④KSCN
（2）氧化剂可选用        。
①Cl₂   ②KMnO₄    ③HNO₃   ④H₂O₂
（3）要得到较纯的产品，试剂可选用        。
①NaOH     ②FeO     ③CuO     ④Cu（OH）₂   ⑤Cu₂（OH）₂CO₃
（4）欲测定溶液A中的Fe²⁺的浓度，实验前，首先要配制一定物质的量浓度的KMnO₄溶液250mL，配制时需要的仪器除天平、玻璃棒、烧杯、药匙、胶头滴管外，还需           ，下列滴定方式中（夹持部分略去），最合理的是         （填序号）
 
写出滴定反应的离子方程式___                                   __。
（5）为了测定制得的氯化铜晶体（CuCl₂·xH₂O）中的值，某兴趣小组设计了两种实验方案：（已知CuCl₂的摩尔质量为135g/mol；H₂O的摩尔质量为18g/mol）。
方案一：称取m g晶体灼烧至质量不再减轻为止，冷却、称量所得无水CuCl₂的质量为n₁ g。
方案二：称取m g晶体溶于水，加入足量氢氧化钠溶液、过滤、沉淀洗涤后用小火加热至质量不再轻为止，冷却，称量所得固体的质量为n₂ g。
试评价上述两种实验方案：其中正确的方案是    ，据此计算得x＝                      （用含m、n₁或n₂的代数式表示）。
（6）某同学想利用氯化钠设计一套实验装置来电解饱和食盐水，并检验氯气的氧化性和测定所产生的氢气的体积（约8mL）。

试从上图中选用几种必要的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺序（填编号）是：
A接       ，      接        ；B接       ，      接      ；
（7）若装入的饱和食盐水为75mL（氯化钠足量，电解前后溶液体积变化可忽略，假设两极产生的气体全部逸出），当测得氢气为8.4mL（标准状况）时停止通电。将U形管内的溶液倒入烧杯，其pH约为        。

由于Fe(OH)₂极易被氧化；所以实验室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。若用图所示实验装置则可制得纯净的Fe(OH)₂沉淀。两极材料分别为石墨和铁。
（1）a电极材料为________，其电极反应式为_______________．
（2）电解液d可以是________，则白色沉淀在电极上生成；也可以是________，则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。(填字母代号)
A．纯水 B．NaCl溶液 C．NaOH溶液 D．CuCl₂溶液
（3）液体c为苯，其作用是:                                                           ；在加入苯之前，对d溶液进行加热煮沸处理的目的是:                                      ．
（4）为了在短时间内看到白色沉淀，可以采取的措施是            。
A．改用稀硫酸做电解液
B．适当增大电源电压
C．适当缩小两电极间距离
D．适当降低电解液温度
（5）若d改为Na₂SＯ₄溶液，当电解一段时间，看到白色沉淀后，再反接电源，继续电解，除了电极上看到气泡外，另一明显现象为：                                              ．
写出反接后两极的电极反应式:
阳极：                                    
阴极:                                       

NiSO₄•6H₂O是一种绿色易溶于水的晶体，广泛用于化学镀镍、生产电池等，可由电镀废渣(除含镍外，还含有Cu、Zn、Fe、Cr等杂质)为原料获得。工艺流程如下图：

请回答下列问题：
（1）溶解废渣常用一定浓度的稀硫酸，用浓硫酸配制一定浓度的稀硫酸用到的玻璃仪器除烧杯、量筒、玻璃棒外还有：         。
（2）向滤液中滴入适量的Na₂S溶液，目的是除去Cu²⁺、Zn²⁺，写出除去Cu²⁺的离子方程式：                                        。
（3）在40℃左右，用6%的H₂O₂氧化Fe²⁺，再在95℃时加入NaOH调节pH，除去铁和铬。此外，除去铁还常用NaClO₃作氧化剂，在较小的pH条件下水解，最终生成一种浅黄色的黄铁矾钠［Na₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂］沉淀除去。下图是温度—pH与生成的沉淀关系图，图中阴影部分是黄铁矾稳定存在的区域（已知25℃时，Fe(OH)₃的Ksp = 2.64×10⁻³⁹）。下列说法正确的是______（选填序号）。

a．FeOOH中铁为+2价
b．若在25℃时，用H₂O₂氧化Fe²⁺，再在pH=4时除去铁，此时溶液中c(Fe³⁺)=2.64×10⁻²⁷
c．用氯酸钠在酸性条件下氧化Fe²⁺离子方程式为：6Fe²⁺+ClO₃^－+6H⁺=6Fe³⁺+Cl^－+3H₂O
d．工业生产中常保持在85～95℃生成黄铁矾钠，此时水体的pH约为1.2～1.8
（4）上述流程中滤液Ⅲ的主要成分是_________________。
（5）确定步骤④中Na₂CO₃溶液足量，碳酸镍已完全沉淀的简单实验方法是       。
（6）操作Ⅰ的实验步骤依次为：【实验中可选用的试剂：6mol•L^-1的H₂SO₄溶液，蒸馏水、pH试纸】。
①__________________________________；
②__________________________________；
③                                 ；
④用少量乙醇洗涤NiSO₄•6H₂O晶体并晾干。

净水剂液体聚合硫酸铝铁兼具铁盐和铝盐的双重絮凝特性，一般是以铁盐为主，铝盐为辅。现用的铝土矿（其主要成分是Al₂O₃，含有少量杂质Fe₂O₃和SiO₂，其他杂质忽略不计）来制备该净水剂，其工艺流程如下：

（1）H₂SO₄浓度的适宜范围是45%~50%，反应的适宜温度是100℃，其目的是：          ；Al₂O₃与H₂SO₄反应的化学反应方程式是__________。
（2）操作I为：冷却静置、       、洗涤，所得到的溶液I中的金属阳离子有_______（填化学式）。
（3）溶液I中加入绿矾（FeSO₄·7H₂O）和双氧水的目的是：                         ，涉及的反应离子方程式为                                        _              _。
（4）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，请在答题卡中完成钢材镀铝的装置示意图，并作相应标注。

“向海洋进军”，已成为世界许多国家发展的战略口号，海水中通常含有较多的Ca²⁺、Mg²⁺、等杂质离子，以海盐为原料的氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下：

依据上图，完成下列填空：
（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极的电极反应式为  　　　　　　　      ；
（2）电解过程的总反应的化学方程式_________________________________________。
（3）电解槽阳极产物可用于_____________________________（至少写出两种用途）。
（4）工业食盐含Ca²⁺、Mg²⁺等杂质，精制过程中除去这2种离子所发生反应的离子方程式为：                                                                    。
（5）如果粗盐中SO₄^2-含量较高，必须添加钡试剂除去SO₄^2-，该钡试剂可以是     
a．Ba(OH)₂　　　b．Ba(NO₃)₂　　　c．BaCl₂
（6）为了有效除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-加入试剂的合理顺序为          
a．先加NaOH，后加Na₂CO₃，再加钡试剂　　　
b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na₂CO₃
c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na₂CO₃
（7）已知NaOH、NaCl在水中的溶解度数据如下表：

温度/℃	20	30	40	50	60	70	80	90	100
NaOH /g	109	118	129	146	177	300	313	318	337
NaCl/ g	36	36.3	36.6	37	37.3	37.8	38.4	39	39.8

 
根据上述数据，脱盐工序中利用通过 　　　  、      　 （填操作名称）除去NaCl。

某种碳酸锰矿的主要成分有MnCO₃、MnO₂、FeCO₃、MgO、SiO₂、Al₂O₃等。已知碳酸锰难溶于水。一种运用阴离子膜电解法的新技术可用于从碳酸锰矿中提取金属锰，流程如下：

阴离子膜法电解装置如下图所示：

（1）写出用稀硫酸溶解碳酸锰反应的离子方程式：                                     。
（2）已知Ksp (Fe(OH)₃) =" 4" ´10^–38，假设溶液中Fe³⁺离子浓度为0．1 mol·L^–1，则开始生成Fe(OH)₃沉淀的pH是_________，沉淀完全的pH是_________。（可能用到的数据：lg= -0．1  lg=0．2）
（3）已知不同金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下表：

离子	Fe^3+	A1^3+	Fe^2+	Mn^2+	Mg^2+
开始沉淀的pH	1．2	3．7	7．0	7．8	9．3
沉淀完全的pH	3．7	4．7	9．6	9．8	10．8

加氨水调节溶液的pH等于6，则“滤渣（待处理）”的成分是            （写化学式），滤液中含有的阳离子有H⁺和           （写符号）。
（4）在浸出液里锰元素只以Mn²⁺的形式存在，且滤渣A中也无MnO₂，请用离子方程式解释原因：                                                                               。
（5）电解装置中箭头表示溶液中阴离子移动的方向，则A电极是直流电源的      极。实际生产中，阳极以稀硫酸为电解液，阳极的电极反应式为                                      。
（6）该工艺之所以采用阴离子交换膜，是为了防止Mn²⁺进入阳极区发生副反应生成MnO₂造成资源浪费，写出该副反应的电极反应式：                                              。

(14分)二氧化氯(ClO₂)是国内外公认的高效、广谱、快速、安全无毒的杀菌消毒剂，被称为“第4代消毒剂”。工业上可采用氯酸钠(NaClO₃)或亚氯酸钠(NaClO₂)为原料制备ClO₂。
（1）亚氯酸钠也是一种性能优良的漂白剂，但在强酸性溶液中会发生歧化反应，产生ClO₂气体，离子方程式为_________________________________________________。向亚氯酸钠溶液中加入盐酸，反应剧烈。若将盐酸改为相同pH的硫酸，开始时反应缓慢，稍后一段时间产生气体速率迅速加快。产生气体速率迅速加快的原因是______________________________________。
（2）化学法可采用盐酸或双氧水还原氯酸钠制备ClO₂。用H₂O₂作还原剂制备的ClO₂更适合用于 饮用水的消毒，其主要原因是___________________________________。
（3）电解法是目前研究最为热门的生产ClO₂的方法之一。下图所示为直接电解氯酸钠、自动催化循环制备高纯ClO₂的实验。

①电源负极为_______极(填A或B)：
②写出阴极室发生反应依次为：________________________、____________________________；
③控制电解液H⁺不低于5mol/L，可有效防止因H⁺浓度降低而导致的ClO₂^﹣歧化反应。若两极共收集到气体22.4L(体积已折算为标准状况，忽略电解液体积的变化和ClO₂气体溶解的部分)，此时阳极室与阴极室c(H⁺)之差为______________。

工业上用铝土矿(主要成分为Al₂O₃，Fe₂O₃等)提取Al₂O₃做冶炼铝的原料，由熔盐电解法获得的粗铝中含一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用于钢材镀铝。工艺流程如下图所示：
(已知：NaCl熔点为801℃；AlCl₃在181℃升华)

（1）向滤液中通入过量CO₂所发生反应的离子方程式为                       。
（2）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，则铝和氧化铁反应的化学方程式为                       。
（3）将Cl₂连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮而除去。气泡的主要成分除Cl₂外还含有______。固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在________。
（4）镀铝电解池中，金属铝为阳极，熔融盐电镀液中铝元素主要以AlCl₄^－形式存在，则阳极的电极反应式为_____________。
（5）钢材镀铝后，抗腐蚀性能会大大增强，其原因是_____________。