高中化学探究电解池作用实验题

（共11分） 课题式研究性学习是培养学生创造思维的良好方法，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___________
（2）乙装置中电解反应的总化学方程式是________________
（3）如果收集甲、乙装置中C、D、E、F产生的物质的物质的量之比是________
（4）欲用丙装置给铜镀银，G应该是_____(填名称)，电镀液的主要成分是______（填化学式）
（5）装置丁中Y极附近红褐色变深，说明氢氧化铁胶粒带_________电荷。
（6）从Cu²⁺、Na⁺、SO₄^2－、Cl^－四种离子中恰当地组成电解质，按下列要求进行电解，
写出所有符合要求的物质化学式。
①、以石墨为电极进行电解，使电解质质量减少，水质量不变，采用的电解质是________
②、以石墨为电极进行电解，使电解质质量不变，水质量减少，采用的电解质是________
③、以碳棒为阳极，铁棒为阴极进行电解，使电解质和水的质量都减少，采用的电解质是___

如图甲、乙是电化学实验装置。

（1）若甲、乙两烧杯中均盛有NaCl溶液，则：
①甲中石墨棒上的电极反应式为       ；
②乙中总反应的离子方程式为        ；
③将湿润的淀粉KI试纸放在乙烧杯上方，发现试纸先变蓝后褪色，这是因为过量的Cl₂氧化了生成的I₂ 。若反应中Cl₂和I₂的物质的量之比为5∶1，且生成两种酸，该反应的化学方程式为        。
（2）若甲乙两烧杯中均盛有足量CuSO₄溶液，则：
①甲中铁棒上的电极反应式为       ；
②如果起始时乙中盛有200mLpH=5的CuSO₄溶液（25℃），一段时间后溶液的pH变为1，若要使溶液恢复到电解前的状态，可向溶液中加入的物质是       （写化学式），其质量为          g。

某化学研究小组以铜为电极电解饱和食盐水，探究过程如下：
实验1：如图所示连接装置，电源接通后，与电池负极相连的铜丝上有大量气泡产生；与电池正极相连的铜丝由粗变细．电解开始30 s内，阳极附近出现白色浑浊，然后开始出现橙黄色浑浊，此时测定溶液的pH约为10．随着沉淀量的逐渐增加，橙黄色沉淀慢慢聚集在试管底部，溶液始终未出现蓝色．

实验2：将实验1中试管底部的橙黄色沉淀取出，分装在两支小试管中，以后的操作和现象如下：

序号	操作	现象
①	滴入稀硝酸溶液	沉淀溶解，有无色气泡产生，最终得到蓝色溶液
②	滴入稀硫酸溶液	橙黄色沉淀转变为紫红色不溶物，溶液呈现蓝色

阅读资料：常见铜的化合物颜色如下：

物质	颜色	物质	颜色
氯化铜	固体呈棕色，浓溶液呈绿色，稀溶液呈蓝色	氢氧化亚铜（不稳定）	橙黄色
碱式氯化铜	绿色	氢氧化铜	蓝色
氧化亚铜	砖红色或橙黄色	氯化亚铜	白色

请回答下列问题：
（1）铜的常见正化合价为________、________，最终试管底部橙黄色沉淀的化学式________________．
（2）阴极上发生的反应为________________；阳极上发生的反应为________________．
（3）写出实验2中①、②的离子方程式：
①____________________________________，②______________________________．

兴趣小组通过实验探究溶解铜的方法和本质。
（1）在热水浴中进行3个实验，部分实验报告如下表所示

序号	实验操作	实验现象
Ⅰ	稀硫酸中加入铜片	无明显变化
Ⅱ	硝酸钠溶液中加入铜片	无明显变化
Ⅲ	稀硫酸中加入硝酸钠溶液	无明显变化
再加入铜片	有无色气泡；溶液变蓝

①实验Ⅰ、Ⅱ的目的是__________________。
②实验Ⅲ中反应的本质是（用离子方程式表示）____________________。
（2）利用电化学原理实现铜溶于稀硫酸并生成氢气。
①Cu作________极。②总反应的离子方程式是____________。

利用下图电解装置进行实验。

（1）若a、b是惰性电极，电解质溶液是氯化钠溶液，a极是   极，总反应的离子方程式是                                      。
（2）若a、b是惰性电极，电解质溶液是硝酸银溶液，b极上的现象是      ，总反应的离子方程式是                          。
（3）若a、b是惰性电极，电解质溶液是硫酸钾溶液，a极上的电极反应是            ，若两极附近分别加入石蕊试液，两极附近的现象是                             。

(10分)某研究性学习小组用电解溶液的方法测定铜的相对原子质量(装置如图),实验中测得某电极的质量增重为m g，已知氧元素相对原子质量为16。请回答:

(1)m g应为       极的质量增重(填A或B)，电解总反应的离子方程式为                      ；
(2)本实验(电解溶液)中，学习小组采用两套方案测定铜的相对原子质量。
①第一套方案中，同学们测得气体的体积为V L(标准状况)，则铜的相对原子质量是(用m、V表示)                     ；
②第二套方案中，以下数据需要测定的是(填序号)     。
a. A极增加的质量    b. 整套装置减少的质量
c. 电解后溶液的体积 d. 电解后溶液的pH（可由此计算出溶液中H⁺的物质的量浓度）

由于Fe(OH)₂极易被氧化，所以实验室难用亚铁盐
溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)₂沉淀．若用如图所
示实验装置可制得纯净的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）若电解液d是      （填字母编号，下同），则白色沉淀在电极上生成；若是          ，则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。

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，要对d溶液进行         （填操作名称）处理，其目的是除去溶液中溶解的氧气。
（4）若装置中生成的气体在标准状况下的体积为2.24L，则生成的沉淀质量为   g。

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”）。

(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       。

下列实验装置、操作能达到实验目的的是

重铬酸钾又名红矾钾，是化学实验室中的一种重要分析试剂。工业上以铬酸钾（K₂CrO₄）为原料，采用电化学法制备重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）。制备装置如下图所示（阳离子交换膜只允许阳离子透过）：

制备原理：2CrO₄^2-（黄色）+2H⁺Cr₂O₇^2-（橙色）+H₂O
（1）通电后阳极室产生的现象为          ，其电极反应式是            。
（2）该制备过程总反应的离子方程式可表示为4CrO₄^2-+4H₂O="2" Cr₂O₇^2- + 4OH^- +2H₂↑+O₂↑，若实验开始时在右室中加入38.8g K₂CrO₄，t分钟后测得右室中K与Cr的物质的量之比为3:2，则溶液中K₂CrO₄和K₂Cr₂O₇的物质的量之比为       ；此时电路中转移电子的物质的量为          。

(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__              ___。

随着人类对温室效应和资源短缺等问题的重视，如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了各国的普遍重视。
⑴目前工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下发生反应：
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)  △H＝－49.0kJ/mol
测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如图所示。

①从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝___________mol/(L·min)。
②该反应的平衡常数表达式为__________________。
③下列措施中能使n(CH₃OH)／n(CO₂)增大的是___________。

A．升高温度	B．充入He(g)，使体系压强增大
C．将H2O(g)从体系中分离	D．再充入1mol CO2和3mol H2

⑵在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂。某种电化学装置可实现如下转化：2 CO₂＝2 CO＋O₂，CO可用作燃料。
已知该反应的阳极反应为：4OH^――4e^―＝O₂↑＋2H₂O
则阴极反应式为：________________________________。
有人提出，可以设计反应2CO＝2C＋O₂（△H＞0、△S＜0）来消除CO的污染。请你判断是否可行并说出理由：__________________________________________。

(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：