高中化学探究电解池作用实验题

高铁酸盐（如K₂FeO4）是一种高效绿色氧化剂，可用于饮用水和生活用水的处理。从环境保护的角度看，制备高铁酸盐较好的方法为电化学法。
（1）电化学法制备高铁酸钠采用铁片作阳极，NaOH溶液作为电解质溶液，其电流效率可达到40%。写出阳极产生高铁酸钠的电极反应方程式：            。
（2）铁丝网电极是更理想的阳极材料，相同条件下，可将电流效率提高至70%以上，原因是          。研究亦发现，铁电极在某一电压范围内会产生氧气使阳极表面生成Fe₂O₃膜而“钝化”。写出产生O₂的电极反应方程式：          。
（3）FeO₄^2—易与水4h生成絮状氢氧化铁，也会影响高铁酸盐的产率。若以铁丝网为阳极，在中间环节（对应图中4h后）过滤掉氢氧化铁，反应过程中FeO₄^2—浓度以及电流效率随时间的变化如图1中实线所示（图中曲线是每隔1h测得的数据）。图中虚线部分对应于没有过滤氢氧化铁而连续电解的情况。下列判断正确的是   (填编号)

①过滤：掉氢氧化铁有利于获得较高浓度的高铁酸盐溶液
②过滤掉氢氧化铁对电流效率影响不大
③实验表明不过滤掉氢氧化铁，6h后电流效率几乎为0
（4）在相同的pH条件下，经过相同的反应时间，高铁酸盐的产率与温度关系如图2。

随温度升高，高铁酸盐产率先增大后减小的原因是          。
（5）人们还对用铁的氧化物作电极制备高铁酸盐进行了研究，例如以磁铁矿多孔电极制备高铁酸盐，该研究方向的价值有          （至少答一点）。

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     　    　　　　　　　               。

(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。

电解原理在化学工业中有广泛应用。如下图表示一个电解池，装有电解液a;X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：

（1）若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中X极上的电极反应式为                  。
在X极附近观察到的现象是                        。
②Y电极上的电极反应式为         ，检验该电极反应产物的方法是         。
（2）如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，则
①X电极的材料是         ，电极反应式为         。
②Y电极的材料是         ，电极反应式为         。

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________________________________________。

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_______________。

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______________________。

已知反应AsO₄^3-+2I^-+2H⁺AsO₃^3-+I₂+H₂O是可逆反应。现设计如下图所示实验装置(装置中盐桥的作用是使整个装置形成一个闭合的回路)进行下述操作：

(Ⅰ)向(B)烧杯中逐滴加入浓盐酸，发现微安表指针偏转；
(Ⅱ)若改向(B)烧杯中滴加40%NaOH溶液，发现微安表指针偏转方向与Ⅰ相反。
试完成下列问题：
(1)两次操作过程中微安表指针为什么会发生偏转？
(2)两次操作过程中指针偏转方向为什么相反？

如图所示接通线路，反应一段时间后，回答下列问题（假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行）：

（1）U形管内可观察到_____________，写出有关反应的化学方程式：_______________。
（2）在小烧杯a、b中分别有什么现象产生？_______________________________________。
（3）如果小烧杯中有0.508 g碘析出，问烧杯c中负极的质量减轻_____________g。

某同学用碳棒、铜棒和稀硫酸为原材料，实现了在通常条件下不能发生的反应：Cu＋H₂SO₄(稀)====CuSO₄＋H₂↑。
（1）请在方框内画出能够实现这一反应的实验装置图。

(2)某同学在做铜与稀硫酸的上述反应实验时，看到碳棒和铜棒都有气泡产生，但铜棒没有被腐蚀。请你分析其原因___________________，此时的电池反应为____________________。