高中化学探究电解池作用实验题

(14分)世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO2的流程如下：

已知：①NCl₃是黄色黏稠状液体或斜方形晶体，极易爆炸，有类似氯气的刺激性气味，自然爆炸点为95℃，在热水中易分解，在空气中易挥发，不稳定。②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
回答下列问题：
（1）电解时，发生反应的化学方程式为_____________________________________。实验室制备气体B的化学方程式为____________________________。为保证实验的安全，在电解时需注意的问题是：①控制好生成NCl₃的浓度；②_______________________。
（2）NCl₃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_________________________________________ 。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10 mL，稀释成100 mL试样；
步骤2：量取V1 mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30 min
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。（已知I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－）
①上述步骤3中滴定终点的现象是_______________________________；
②根据上述步骤可计算出原ClO₂溶液的浓度为___________g/L（用含字母的代数式表示）。

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IA，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=         。

已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质（与酸不不反应）。某化学兴趣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。
步骤一：电解精制：    
请回答以下问题：
电解时，粗铜应与电源的     极相连。阴极上的电极反应式为                       
电解过程中，硫酸铜的浓度会           （选填：变大、不变、变小）
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，请你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知识，以下是他们获取的一些信息：

序号	反应	平衡常数
1	Au + 6HNO3（浓） Au(NO3)3 + 3NO2↑+ 3H2O	<< 1
2	Au^3++ 4Cl^—  AuCl4^—	>>1

 
从中可知，金很难与硝酸反应，但却可溶于王水（浓硝酸与盐酸按体积比1∶3的混合物），请你简要解释金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100mL滤液中Cu²⁺的浓度为            mol·L^-1，Fe²⁺的浓度为        mol·L^-1

某化学兴趣小组进行有关电解食盐水的探究实验，电解装置如图所示。

实验一：电解饱和食盐水。
（1）配制饱和食盐水所需的玻璃仪器有：烧杯、量筒、                  。
（2）电解饱和食盐水的化学方程式为                 。
实验二：电解不饱和食盐水及产物分析。
相同条件下，电解1mol·L^-1 NaCl溶液并收集两极产生的气体。在X处收集到V₁mL气体，同时，在Y处收集到V₂mL气体，停止电解。结果发现V₂<V₁，且与电解饱和食盐水相比，Y处收集到的气体颜色明显较浅。经讨论分析，导致上述现象的原因有：
ⅰ.有部分Cl₂溶于NaCl溶液中；ⅱ.有O₂生成。
（3）设计实验证明有部分Cl₂溶于NaCl溶液中。实验方案为：取少量           电极附近溶液。
（4）证明有O₂生成并测定O₂的体积。按如右图所示装置进行实验，通过注射器缓缓地将在Y处收集到V₂mL气体全部推入装置A(盛有足量试剂NaOH溶液)中，最终，量气管中收集到V₃mL气体(设V₁、V₂、V₃均在相同条件下测得)。

①装置A的作用是                。
②本实验中，观察到________________的现象，说明石墨电极上有O₂生成。
③实验中是否需要预先除尽装置中的空气？             （填“是”或“否”）。
（5）实验二中，在石墨电极上产生的Cl₂的总体积为         mL（用代数式表示）。

工业上由黄铜矿（主要成分CuFeS₂）冶炼铜的主要流程如下：

（1）气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的        吸收。
A．浓H₂SO₄        B．稀HNO₃         C．NaOH溶液         D．氨水
（2）用稀H₂SO₄浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在       (填离子符号)，检验溶液中还存在Fe²⁺的方法是               (注明试剂．现象)。
（3）由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为                                    。
（4）以CuSO₄溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al．Zn．Ag．Pt．Au等杂质)的电解精炼，下列说法正确的是
A．电能全部转化为化学能       
B．粗铜接电源正极，发生氧化反应
C．溶液中Cu²⁺向阳极移动       
D．利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属
（5）利用反应可制备CuSO₄，若将该反应2Cu²⁺ + O₂ + 2H₂SO₄ = 2CuSO₄ + 2H₂O设计为原电池，其正极电极反应式为                                  。

通过煤的气化和液化，使碳及其化合物得以广泛应用。
I．工业上先用煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，存在以下平衡：
CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g）
（1）向1L恒容密闭容器中充入CO和H₂O（g），800℃时测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4
n（H2O）/mol	0．600	0．520	0．450	0．350	0．350
n（CO）/mol	0．400	0．320	0．250	0．150	0．150

则该温度下反应的平衡常数K=                   。（保留2位有效数字）
（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H₂O（g）、2molCO₂、2mo1 H₂，此时v （正）_____________ v （逆）（填“>” “="”" 或 “<”）。
II．已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（l）的燃烧热分别为283 kJ·mol^-1、286 kJ·mol^-1、726 kJ·mol^-1。
（3）利用CO、H₂合成液态甲醇的热化学方程式为                             。
（4）依据化学反应原理，分析增加压强对制备甲醇反应的影响                  。
III．为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如右图所示：一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2—。

（5）以辛烷（C₈H₁₈）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式                           。
（6）已知一个电子的电量是1．602×10^—19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1．929×10⁵C的电量时，生成NaOH              g。
Ⅳ．煤燃烧产生的CO₂是造成温室效应的主要气体之一。
（7）将CO₂转化成有机物可有效地实现碳循环。如：
a．6CO₂+6H₂OC₆H₁₂O₆+6O₂      b．2CO₂ + 6H₂C₂H₅OH +3H₂O
c．CO₂ + CH₄CH₃COOH          d．2CO₂ + 6H₂ CH₂=CH₂ + 4H₂O
以上反应中，最节能的是               ，反应b中理论上原子利用率为                  。

某NiO的废料中有FeO、CuO、Al₂O₃、MgO、SiO₂等杂质，用此废料提取NiSO₄和Ni的流程如下：

已知：有关金属离子生成氢氧化物沉淀所需的pH如下图：

（1）滤渣1的主要成分为         。
（2）电解脱铜：金属铜在         极析出。
（3）①用离子方程式解释加入H₂O₂的作用         。
②加Na₂CO₃调节溶液的pH至5，则滤渣2的主要成分为         。
（4）从滤液2中获得NiSO₄^.6H₂O的实验操作是         、过滤、洗涤、干燥。
（5）电解浓缩后的滤液2可获得金属镍，其基本反应原理示意图如下：

①A极的电极反应式为         和2H⁺+2e^-=H₂↑。
②B极附近pH会         （填“增大”、“减小”或“不变”）；用平衡移动原理解释B极附近pH变化的原因：         。
③若一段时间后，在A、B两极均收集到11.2L气体（标准状况下），理论上能得到Ni         g。

以食盐为原料进行生产并综合利用的某些过程如下图所示。

（1）除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺和SO₄^2-离子，加入下列沉淀剂的顺序是（填字母）            。  
a．Na₂CO₃         b．NaOH        c．BaCl₂
（2）将滤液的pH调至酸性除去的离子是             。
（3）电解饱和食盐水可得到H₂和另外两种产物，这两种物质相互反应的离子方程式为              ，欲从饱和食盐水中获得食盐晶体，可采用的实验方法是              。
（4）气体X可增大饱和食盐水吸收CO₂的量，有利于NaHCO₃晶体的生成和析出，X的化学式是        。
（5）下列有关NaHCO₃和纯碱的说法正确的是          (填字母)

A．NaHCO3属于盐类，纯碱属于碱

B．分别往同浓度的NaHCO3溶液和纯碱溶液中滴加稀盐酸，产生气泡的速率相同

C．常温下在水中的溶解度，NaHCO3大于纯碱

D．除去NaHCO3溶液中的纯碱，应往溶液中通入足量的CO2

(13分)世界环保联盟建议全面禁止使用氯气用于饮用水的消毒，而建议采用高效“绿色”消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体，易溶于水、不稳定、呈黄绿色，在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备ClO₂的流程如下：

已知：①NCl₃是黄色黏稠状液体或斜方形晶体，极易爆炸，有类似氯气的刺激性气味，自然爆炸点为95℃，在热水中易分解，在空气中易挥发，不稳定。②气体B能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
回答下列问题：
（1）电解时，发生反应的化学方程式为                     。
实验室制备气体B的化学方程式为               。
为保证实验的安全，在电解时需注意的问题是：①控制好生成NCl₃的浓度；②                 。
（2）NCl₃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                                 。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了下列实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10 mL，稀释成100 mL试样；
步骤2：量取V₁ mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30 min。
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。（已知I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－）
①上述步骤3中滴定终点的现象是                             ；
②根据上述步骤可计算出原ClO₂溶液的浓度为   g /L（用含字母的代数式表示）。

电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池，装有电解液a，X、Y都是惰性电极，通过导线与直流电源相连。请回答以下问题：
⑴若X、Y都是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两极各滴入几滴酚酞试液，则

①写出电解饱和NaCl溶液的化学方程式                   
②电解池中X极附近观察到的现象是           。
③Y电极上的电极反应式为                    ，
检验该电极反应产物的方法是                         。
⑵如果用电解法精炼铜，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       ，电极反应式主要为                          
（说明：杂质发生的电极反应不必写出）

某化学研究性小组采用如下装置(夹持和加热仪器已略去)电解饱和食盐水一段时间，并通过实验测定产物的量来判断饱和食盐水的电离率。
饱和食盐水的电解率=(电解的氯化钠质量/总的氯化钠质量)×100%

甲方案：利用甲、乙装置测定饱和食盐水的电解率
（1）若饱和食盐水中滴有酚酞，则电解过程中甲装置中的U形管左端的实验现象为________________； 该电解池总反应的化学方程式为________________；
（2）若洗气瓶a中盛放的为足量的氢氧化钠溶液，通过测定洗气瓶a在电解前后的质量变化来计算饱和食盐水的电解率，则正确的连接顺序为__________连_________(填A、B、C、D、E等导管口)，则洗气瓶a中发生反应的离子方程式为________________；
乙方案：利用甲、丙装置测定饱和食盐水的电解率
（3）对于乙方案，有同学提出有两种方法都可测得饱和食盐水的电解率
Ⅰ．通过测定硬质玻璃管中氧化铜固体前后质量差来计算饱和食盐水的电解率。
Ⅱ．通过测定丙装置中除硬质玻璃管外的某装置前后质量差来计算饱和食盐水的电解率
①一同学认为可以在乙方案方法Ⅱ中的装置中添加一干燥装置防止外界空气中的水蒸气的干扰，则  该干燥装置应与__________口连接(填A、B、C、D、E等导管口)。
②另一同学认为乙方案的方法Ⅰ、Ⅱ测得的实验结论都不正确，你是否同意？________(填“同意”或“不同意”)请说明理由 ________________________。
丙方案：只利用甲装置测定饱和食盐水的电解率
（4）若电解150mL饱和食盐水一段时间，测得溶液的为pH为14，求饱和食盐水的电解率__________(保留一位小数，假设电解前后溶液体积不变，饱和食盐水密度约为1.33g/mL，溶解度为36.0g)。

某化学兴趣小组用下图所示装置进行电化学原理的实验探究，试回答下列问题：

（1）通O₂的Pt电极为电池      极（填电极名称），其电极方程式为     。
（2）若B电池为电镀池，目的是在某镀件上镀一层银，则X电极材料为      ，电解质溶液为          。
（3）若B电池为精炼铜，且粗铜中含有Zn、Fe、Ag、Au等杂质，则该电池阳极泥的主要成分是        。
（4）若B电池的电解质溶液为500 mL 1.0mol/L的NaCl溶液，X、Y皆为惰性电极，当电池工作一段时间断开电源K，Y电极有560mL（标准状况）无色气体生成（假设电极产生气体完全溢出，溶液体积不变），此时B电池溶液的pH=   ，要使该溶液恢复到原来的状态，需加入   （填物质并注明物质的量）。
（5）若X、Y均是铜，电解质溶液为NaOH溶液，电池工作一段时间，X极附近生成砖红色沉淀，查阅资料得知是Cu₂O，试写出该电极发生的电极反应式为       。

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           。

有难溶于水的粉末状固体样品，可能含Al、Fe₂O₃、Cu₂O、SiO₂、Fe₃O₄中的一种或几种。研究小组通过实验确定样品的成分。
查阅资料知：
① Cu₂O + 2H⁺ =" Cu" + Cu²⁺ + H₂O；
② 部分氢氧化物在溶液中沉淀的pH见下表：

物质	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀的pH	1.8	6.3	5.2
完全沉淀的pH	3.0	8.3	6.7

注：金属离子的起始浓度为0.1 mol·L^-1
实验步骤：
Ⅰ．取一定量样品于烧杯中，加足量NaOH溶液，有气体产生，过滤得固体A和无色溶液B；
Ⅱ．向B中加入稀硫酸，出现白色沉淀，继续滴加稀硫酸至过量，白色沉淀完全溶解；
Ⅲ．向A中加入足量稀硫酸并微热，固体完全溶解，得溶液C；
Ⅳ．向C中加入NaClO，调节溶液的pH至4～5，产生红褐色沉淀，过滤得到蓝绿色溶液D；
Ⅴ．向D中加入NaOH，调节溶液的pH到7～8，产生蓝色絮状沉淀。
请回答下列问题。
（1）Ⅰ中产生气体的离子方程式为                  。
（2）由Ⅰ、Ⅱ知，原样品中一定不存在的物质是           。
（3）溶液C中除H⁺、Cu²⁺外一定还含有的阳离子是           ；为验证溶液C中存在该阳离子，可选用的试剂及对应的现象是                。
（4）Ⅳ中加NaClO的目的是                。
（5）将Ⅳ中得到的溶液D电解，阳极的电极反应式为                ；若电路中有0.1mol电子通过，则理论上阴极质量增重            g。
（6）由上述实验可以获得结论：原样品所有可能的成分组合为
组合1：          ；组合2：                 ；……（用化学式表示）

(14分）在工业生产和日常生活中有重要用途。 I.工业上用钛矿石(,含等杂质）经过下述反应制得：

其中，步骤②发生的反应为：
(1)净化钛矿石时，是否需要除去杂质FeO? ______ (填“需要”或“不需要”)。
(2)  净化钛矿石时，需用浓氢氧化钠溶液来处理，写出该过程中发生反应的化学方程式: __________________
II. TiO2可通过下述两种方法制备金属钛：
“方法一”是电解TiO2来获得Th将处理过的TiO2作阴极，石墨为阳极，熔融CaO为电解液，用碳块作电解槽池。
(3)阴极反应的电极反应式为__________________
“方法二”是先将TiO2与 Cl2、C反应得到TiCl4,再用镁还原得到TL因下述反应难于发生：
所以不能直接由Ti02和Cl2反应（即氯化反应）来制取TiCl4。当往氯化反应体系中加入碳后，碳与上述反应发生耦合，使得反应在高温条件下能顺利进行。
(4)  己知:
请写出与Cl2、C反应制取TiO4的热化学方程式：____________
(5)从化学平衡的角度解释：往氯化反应体系中加入碳时，氯化反应能顺利进行的原因________________________________________________