高中化学探究电解池作用实验题

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=      。

某课外活动小组用如图装置进行实验，试回答下列问题:

（1）若开始时开关K与a连接，则B极的电极反应为                     。
（2）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应为                     ，总反应的离子方程式为                     。
（3）有关上述实验，下列说法正确的是       。

A．溶液中Na^＋向A极移动

B．从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝

C．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

D．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

（4）该小组同学认为，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，那么可以设想用如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为               。 此时通过阴离子交换膜的离子数      (填“大于”“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“A”、“B”、“C”或 “D”)________导出。
③电解过程中阴极区碱性明显增强，用平衡移动原理解释原因__________________________

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=         。

8分）电解原理在化学工业中有广泛应用。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
a.电解池中X极上的电极反应式为 ① 。在X极附近观察到的现象是 ② 。
b.Y电极上的电极反应式为 ③ ，检验该电极反应产物的方法是  ④。
(2)如要用电解方法精炼粗铜，电解液a选用CuSO₄溶液，则
a .X电极的材料是  ⑤ ，电极反应式是  ⑥ 。
b.Y电极的材料是 ⑦  ，电极反应式是 ⑧  。
（说明：杂质发生的电极反应不必写出）

某课外活动小组设计了如下图所示的装置，调节滑动变阻器，控制电流强度适中的情况下用其进行缓慢电解NaCl溶液及相关实验(此时，止水夹a处于打开状态，止水夹b处于关闭状态)。实验过程中看到了令人很高兴的现象(阳离子交换膜只允许阳离子和水通过)。

请帮助他们分析并回答下列问题：
（1）写出B装置中的电极反应：
阴极：__________________________________；
阳极：__________________________________。
（2）先后观察到A装置中的现象是：
①烧杯A中导管产生气泡数秒后溶液变红，                      ；
②烧瓶中液面 ______________________________，烧杯A中导管又有气泡冒出。
（3）当观察到A装置中的现象后，他们关闭止水夹a，打开止水夹b。再观察C装置（此溶液经过煮沸，且上层有油膜），若无现象，请说明理由；若有现象，请写出有关反应的化学方程式(是离子反应的写离子方程式)：_______________________；片刻后再向烧杯C 中吹大量空气，则C中的现象是                          。

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。

A、B、C三种强电解质，它们在水中电离出的离子如下表所示：

阳离子	Na^＋、K^＋、Cu^2^＋
阴离子	SO4^2^－、OH^－

下图所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放250 mL足量的A溶液、足量的B溶液、足量的C溶液，电极均为石墨电极。
接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加了8 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系图如下。据此回答下列问题：

（1）M为电源的________极(填写“正”或“负”)。
（2）计算电极e上生成的气体在标准状况下的体积为_________________。
（3）B溶液中的溶质为             。电解后，乙烧杯中溶液的pH＝__________。 若在B溶液中事先滴加紫色石蕊试液，       极（填写“c”或“d”）先变红。

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：                                              。

如图所示的实验装置，丙为用淀粉碘化钾和酚酞混合溶液润湿的滤纸，m、n为夹在滤纸两端的铂夹。丁为直流电源，x、y为电源的两极。G为电流计，电极均为石墨电极。闭合K₂、断开K₁，一段时间后，A、B两极产生的气体体积之比为2:1，回答下列问题：

（1）M溶液可能是                （填序号）。
A．KNO₃溶液 B. Ba(OH)₂溶液 C．H₂SO₄溶液 D. NaCl溶液 E．CuSO₄溶液
（2）C极的电极反应式为                     。
（3）滤纸丙的m端发生的现象为                       。
（4）闭合K₂、断开K₁一段时间后，断开K₂、闭合K₁,若M溶液为KOH溶液，则A极电极反应式为            。乙池电解质溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。

高铁酸钾（K₂FeO₄）具有高效的消毒作用，为一种新型非氯高效消毒剂。电解法制备高铁酸钾操作简便，成功率高，易于实验室制备。其原理如下图所示。

I. 实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料发现，高铁酸根（FeO₄^2－）在溶液中呈紫红色。
（1）电解过程中，X极是   极，电极反应是                  。
（2）电解过程中，Y极放电的有                              。
（3）生成高铁酸根（FeO₄^2－）的电极反应是                     。
II. 若用不同种电池作为上述实验的电源，请分析电池反应。
（1）铅蓄电池总的化学方程式为：
2H₂O＋2PbSO₄ Pb＋PbO₂＋2H₂SO₄，则它在充电时的阳极反应为
                                                           。
（2）镍镉碱性充电电池在放电时，其两极的电极反应如下：
正极：2NiOOH＋2H₂O＋2e^－＝2Ni（OH）₂＋2OH^－
负极：Cd＋2OH^－－2e^－＝Cd（OH）₂
则它在放电时的总反应的化学方程式为                  。
（3）肼（N₂H₄）是一种可燃性液体，可用作火箭燃料。已知在25℃、101kPa时，32.0g N₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气和液态水，放出624kJ的热量，则N₂H₄完全燃烧的热化学方程式是                                     ；
肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池，电解质溶液是20%~30%的KOH溶液，放电时负极的电极反应是                              。
（4）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O₂和CO₂，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐，电池总反应方程式为：C₃H₈＋5O₂＝3CO₂＋4H₂O。
写出该电池正极的电极反应：                              。
（5）当制备相同物质的量的高铁酸钾时，理论上，上述四种电池中分别消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物质的量之比是                       。

（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　                                。