高中化学探究电解池作用实验题

(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：                          

（14分 每空2分）化工原料红矾钠(重铬酸钠:Na₂Cr₂O₇·2H₂O)主要是以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr₂O₃,还含有Al₂O₃、SiO₂等杂质)为主要原料生产,其主要工艺流程如下:

步骤①中主要反应的化学方程式如下:
4FeO·Cr₂O₃+8Na₂CO₃+7O₂8Na₂CrO₄+2Fe₂O₃+8CO₂
（1） ①中反应是在回转窑中进行的,反应时需不断搅拌,其作用是　         。
（2） 杂质Al₂O₃在①中转化的化学反应方程式为　　　            　。
（3） 用化学平衡移动原理说明③中煮沸的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(用离子方程式结合文字说明),若调节pH过低产生的影响是　　　　　　　　。
（4） ⑤中酸化是使CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-写出该反应的离子方程式:　          。

（5） 工业上还可用电解法制备重铬酸钠,其装置示意图如上。
阴极的电极反应式为　                                ;
阳极的电极反应式为　                                。

．欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr₂O₇^2-转化为Cr(OH)₃沉淀除去。三种金属离子生成沉淀的pH如表。

	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)2	7.0	9.0
Fe(OH)3	1.9	3.2
Cr(OH)3	6.0	8.0

 
（1）某含铬废水处理的主要流程如下图所示：

①初沉池中加入明矾作沉降剂，其作用的原理是（用离子方程式表示）           。
②请补充并配平以下反应池中发生主要反应的离子方程式：
  Cr₂O₇^2-+  HSO₃^-+    ==   Cr³⁺+   SO₄^2-+    H₂O。
③根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此过程中发生主要反应的离子方程式是：H⁺+OH^-=H₂O和                        。证明Cr³⁺沉淀完全的方法是                           。
（2）工业可用电解法来处理含Cr₂O₇^2-废水。实验室利用如图模拟处理含Cr₂O₇^2-的废水，阳极反应是Fe-2e^-=Fe²⁺，阴极反应式是2H⁺+2e^-=H₂↑。

①Fe²⁺与酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反应的离子方程式是                             ，
②上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡角度解释其原因            
                   。
③若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，则阳离子全部生成沉淀的物质的量是_______mol。

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)

(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__              ___。

(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       。

某同学设计了以下操作流程来除去混在氯化钠固体中的少量硫酸钠和氯化钙。

（1）试剂A是          ，试剂A需要过量的原因是                    。
（2）操作a得到的滤渣的成分是                      ，在实验室中进行操作a需要的仪器是：铁架台（带铁圈）、滤纸、烧杯、            、            。
（3）加入试剂C调节滤液pH的离子反应方程式是                。
（4）该同学想利用上述得到的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，部分装置如下图：                       

①碳棒接直流电源的_____极； 铁棒上发生的电极反应为    。
②说明氯气具有氧化性的实验现象是                  。
③将上图中的仪器，连成一整套装置，各种仪器接口的连接顺（填编号）是B接 ，   接  。在答题卡的方框中画出与A接口连接的仪器的装置图。

Ⅰ、某化学研究性学习小组为探究元素性质的变化规律，设计了如下实验：
（1）甲同学欲比较N、C、Si的非金属性强弱，设计了图1所示的实验装置，其设计的依据是                                                           ；但该装置存在缺陷，请指出                                           。
（2）乙同学设计了如图2装置验证元素性质递变规律。A、B、C处分别是蘸有NaBr溶液的棉花、湿润的淀粉KI试纸、湿润的红纸。乙同学可能观察到的现象A．                   ；B．                  ；C．                    。从环保角度考虑，该装置有明显不足，请指出提出改进建议                                         。

Ⅱ、另一化学研究性学习小组在实验室条件下用以硫酸铜溶液为电解液，用电解的方法实现了粗铜的提纯，并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不反应）。
步骤一：电解精制：
电解时，粗铜应与电源的      极相连。阴极上的电极反应式为                   。
步骤二：电解完成后，该小组同学按以下流程对电解液进行处理：

（1）阳极泥的综合利用：稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液，请写出该步反应的离子方程式：
                                                                         。
残渣含有极少量的黄金，如何回收金，他们查阅了有关资料，了解到了一些有关金的信息：

序号	反应	平衡常数
1		1
2		1

请根据以上信息简要解释溶解阳极泥能够溶于王水的原因                              
                                                    。
（2）滤液含量的测定：以下是该小组探究滤液的一个实验流程。

则滤液中的浓度为       ，的浓度为      。

废旧硬质合金刀具中含碳化钨(WC)、金属钴(Co)及少量杂质铁，利用电解法回收WC和制备Co_xO_y，的工艺流程简图如下：


（1）电解时废旧刀具作阳极，不锈钢作阴极，盐酸的作用是______。
（2）通人氨气的目的是调节溶液的pH，除去铁元素。由表中的数据可知，理论上可选择pH最大范围是____________。
（3）实验测得NH₄HCO₃溶液显碱性，制备CoCO₃时，选用的加料方式是_______（填代号），原因是_______。
a．将滤液与NH₄HCO₃溶液同时加入到反应容器中
b．将滤液缓慢加入到盛有NH₄HCO₃溶液的反应容器中
c．将NH₄HCO₃溶液缓慢加入到盛有滤液的反应容器中
写出生成CoCO₃的离子方程式______________________________________。
（4）实验中获得的若洗涤不充分，在焙烧时会产生污染性气体，该污染性气体的成分为_______________（填化学式）。
（5）实验室用下列装置制取，并测定其化学式。

①装置A制得的中含有少量Cl₂，则装置B中所盛放的试剂为______（填代号）。
a．NaHCO₃溶液    b．NaOH溶液    c．KMnO₄溶液    d．饱和NaCI溶液
②在CoCO₃完全转化为后，若称得E管增重4．40g，D管内残留物质的质量是8．30g，则生成物的化学式为____________。
③若缺少装置F，则导致的值______（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

I.为探究SO₂的性质，需要标准状况下11．2 LSO₂气体。化学小组同学依据化学方程式Zn+ 2H₂SO₄（浓）=ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O计算后，取32.5g锌粒与质量分数为98%的浓硫酸（密度）  60mL充分反应，锌全部溶解，对于制得的气体，有同学认为可能混有杂质。
（1）化学小组所制得的气体中混有的主要杂质气体可能是            （填分子式）。产生这种结果的主要原因是                             （用化学方程式和必要的文字加以说明）
（2）为证实相关分析，化学小组的同学设计了实验，组装了如下装置，对所制取的气体进行探究。

①置B中加入的试剂         ，装置C中品红溶液的作用是                     。
②装置D加入的试剂         ，装置F加入的试剂                     。
③可证实一定量的锌粒和一定量的浓硫酸反应后生成的气体中混有某杂质气体的实验现象是                                                                              。
④U型管G加入的试剂         ，作用为                                       .
II．工业上可采用电化学法利用H₂S废气制取氢气，该法制氢过程的示意图所示，回答下列问题：

（1）产生反应池中发生反应的化学方程式为                                  。
（2）反应后的溶液进入电解池，电解时阳极反应式为                         。
（3）若电解池中生成5. 6 L H₂(标准状况)，则理论上在反应池中可生成S沉淀的物质的量为___________ mol。

(15分)过二硫酸钾(K₂S₂O₈)是一种无色结晶，易溶于水，不溶于乙醇，有强氧化性，易分解。实验室制备过二硫酸钾可通过低温电解KHSO₄溶液得到。
实验步骤如下：
步骤1．称取KHSO₄溶解蒸馏水，倒入大试管，试管浸在冰水浴中(装置见图9)，并冷却到5℃以下。
步骤2. 电解2h，每隔约半小时补一次冰
步骤3．过滤
步骤4.                       
步骤5．干燥、称重
（1）电解时溶液温度控制在5℃以下的原因是                。
（2）电解时阳极反应式为                    。电解过程中， 阳极产生微量且能使湿润的KI-淀粉变蓝的单质气体，该气体可能是          (填化学式)。
（3）步骤4操作是                                        。
（4）取得到的样品0.2500g溶于30mL水，加4gKI，塞住瓶塞，振荡，静止15min，加入1mL冰醋酸，再用cmol·L^{- 1}Na₂S₂O₃溶液滴定。
(S₂O₈^2- +3I^- =2SO₄^2- +I₃^-；I₃^-I₂+I^-；2S₂O₃^2-+I₂=2I^- + S₄O₆^2-)
①溶解时，加入KI后需塞住瓶塞，其目的是                  。
②本实验所用的指示剂为                   。
③若本次滴定消耗Na₂SO₃溶液VmL，由本次结果计算，样品中K₂S₂O₈的纯度为           (用含c、V的代数式表示)。
（5）分析化学上检验Mn²⁺在Ag⁺催化下K₂S₂O₈溶液将Mn²⁺氧化为紫色的MnO₄^-，该反应的离子方程式为                                              。

某小组同学以碳棒为电极电解CuCl2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产物，同学们阅读资料并设计了如下过程：
Ⅰ.有关资料：铜的化合物颜色性质如下

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)	浓溶液呈绿色，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白色物质为铜的化合物，其化学式可能为__________________________。
(2)实验验证
取电解CuCl₂溶液后的阴极碳棒，洗涤、干燥，连接下列装置进行实验，验证阴极产物，

①实验前，检查装置A气密性的方法是_______________________________。
②实验时，各装置从左至右的连接顺序为A→________→________→B→________→________。
(3)观察现象，得出结论
实验结束后，碳棒上的白色物质变为红色，F中物质不变色，D中出现白色沉淀，根据现象①碳棒上的红色物质是否有Cu₂O________(填“是”或“否”)，理由是________________________________________________________；
②装置________(填上图中装置编号)中________的现象说明提出假设②中的白色物质一定存在；
③写出装置B中发生反应的化学方程式___________________________ _。
(4)问题讨论
①电解CuCl2溶液后的阴极上发生的反应为：______________________
和_______________________________________________________________；
②实验过程中，若装置B中的空气没有排净就开始加热，可能对实验造成的影响是__________________________________________________________。

亚硝酸钠（NaNO₂）是重要的防腐剂。某化学兴趣小组尝试制备亚硝酸钠，查阅资料：①HNO₂为弱酸，在酸性溶液中，NO₂^-可将MnO₄^-还原为Mn^2＋且无气体生成。
②NO不与碱反应，可被酸性KMnO₄溶液氧化为硝酸
探究一 亚硝酸钠固体的制备
以碳和浓硝酸为起始原料，设计如下装置利用一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠。（反应方程式为2NO＋Na₂O₂=2NaNO₂，部分夹持装置和A中加热装置已略）

（1）写出装置A烧瓶中发生反应的化学方程式                          。
（2）有同学认为装置C中产物不仅有亚硝酸钠，还有碳酸钠和氢氧化钠，为排除干扰应在B、C装置间增加装置E，E中盛放的试剂应是         （填字母）。
A．浓H₂SO₄   B．碱石灰  C．无水CaCl₂
探究二 亚硝酸钠固体含量的测定及性质验证
称取装置C中反应后的固体4.000g溶于水配成250mL溶液，取25.00mL溶液于锥形瓶中，用0.1000
mol/L酸性KMnO₄溶液进行滴定，实验所得数据如下表所示：

滴定次数	1	2	3	4
KMnO4溶液体积/mL	20.60	20.02	20.00	19.98

 
（3）第一组实验数据出现异常，造成这种异常的原因可能是        （填字母）。
A．酸式滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗
B．锥形瓶洗净后未干燥
C．滴定终了仰视读数
（4）根据表中数据，计算所得固体中亚硝酸钠的质量分数                    。
（5）亚硝酸钠易溶于水，将0.2mol·L^-1的亚硝酸钠溶液和0.1mol·L^-1的盐酸等体积混合，混合后溶液呈酸性，则混合后溶液中离子浓度由大到小的顺序为           。
探究三  反应废液的处理
反应后烧瓶A中仍然存在一定量的硝酸，不能直接排放，用NaOH溶液调成中性，再用电化学降解法进行处理。25℃时，反应进行10min，溶液的pH由7变为12。电化学降解NO₃^-的原理如右图所示。
（6）电源正极为       （填A或B），阴极反应式为                       。

工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产粗钢。
（1）该工艺的中间过程会发生反应：2Cu₂O+Cu₂S6Cu+SO₂↑，反应的氧化剂是         。
（2）火法熔炼的粗铜含杂质较多。某化学研究性学习小组在实验室条件下用CuSO₄溶液作电解液来实现粗铜的提纯，并对电解后溶液进行净化除杂和含量测定。
实验一 粗铜的提纯粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不反应），电解时粗铜应与电源的        极相连，阴极上的电极反应式为              。
实验二 电解后溶液的净化除杂在精炼铜的过程中，电解液中c（Cu²⁺）逐渐下降，c（Fe²⁺）、c（Zn²⁺）会逐渐增大，所以需定时除去其中的Fe²⁺、Zn²⁺。甲同学参考下表的数据，设计了如下方案：

试剂a是               （填化学式），其目的是             ；该方案能够除去的杂质离子是           （填离子符号）。
实验三 电解后溶液离子含量的测定
乙同学设计了如下方案：

则100mL溶液中Cu²⁺的浓度为         mol·L^-1，Fe²⁺的浓度为         mol·L^-1。

某化学兴趣小组拟采用下图所示装置电解饱和氯化钠溶液制备H₂，通过H₂还原氧化铜测定Cu的相对原子质量Ar（Cu），同时检验Cl₂的氧化性（图中夹持和加热仪器已略去）。

（1）直流电源中的X极为      极（填“正”、“负”、“阴”或“阳”）；写出甲装置U形管中反应的离子方程式：             ；实验开始后，用铁棒作电极的一侧的实验现象是   。
（2）为完成上述实验，正确的链接顺序为：a连     ，b连   （填写连接的字母）。
（3）装置乙中的G瓶内溶液可能为     （填字母）。

A．淀粉KI溶液

B．NaOH溶液

C．Na2S溶液

D．Na2SO3溶液

H瓶内的反应的离子方程式为：               。
（4）在对硬质玻璃试管里的氧化铜粉末加热前需要进行的操作为：                。
（5）装置丙中N瓶内盛放的试剂为     ，作用是              。
（6）为了测定Cu的相对原子质量，某同学通过实验测得如一下数据：
I．氧化铜样品质量为m₁g
Ⅱ．反应后硬质玻璃管中剩余固体质量为m₂g
Ⅲ．反应前后U形管及其固体质量差为m₃g
Ⅳ．反应前后瓶及其液体质量差为m₄g
①请选择理论上误差最小的一组数据计算Ar（Cu），Ar（Cu）=             。
②如果选用其它数据进行计算，会导致Ar（Cu）    （填“偏大”、“偏小”或“无影响”），理由是                                                           。