高中化学探究电解池作用简答题

I.下图为相互串联的三个装置，试回答：

（1）若利用乙池在铁片上镀银，则B是_________（填电极材料），电极反应式是_________；应选用的电解质溶液是_____________。
（2）若利用乙池进行粗铜的电解精炼，则________极（填“A”或“B”）是粗铜，若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_____________________。
（3）丙池滴入少量酚酞试液，电解一段时间___________（填“C”或“Fe”）极附近呈红色。
（4）写出甲池负极的电极反应式：________________________________。若甲池消耗3.2gCH₃OH气体，则丙池中阳极上放出的气体物质的量为______________。
II.（5）请利用反应Fe +2Fe³⁺= 3Fe²⁺设计原电池。
设计要求：①该装置尽可能提高化学能转化为电能的效率；
②材料及电解质溶液自选，在图中做必要标注；
③画出电子的转移方向。

甲醇可作为燃料电池的原料。以CH₄和H₂O为原料，通过下列反应来制备甲醇。
I：CH₄(g)+H₂O(g)＝CO(g) + 3H₂(g)   △H ＝+206.0 kJ·mol^－1
II：CO(g)+2H₂(g)＝CH₃OH (g)  △H＝－129.0 kJ·mol^－1
（1）CH₄(g)与H₂O(g)反应生成CH₃OH (g)和H₂(g)的热化学方程式为                      。
（2）将1.0 mol CH₄和2.0 mol H₂O ( g )通入容积为10 L的反应室，在一定条件下发生反应I，测得在一定的压强下CH₄的转化率与温度的关系如图。

①假设100 ℃时达到平衡所需的时间为5 min，则用H₂表示该反应的平均反应速率为               。
②100℃时反应I的平衡常数为                            。
（3）在压强为0.1 MPa、温度为300℃条件下，将a mol CO与3a mol H₂的混合气体在催化剂作用下发生反应II生成甲醇，平衡后将容器的容积压缩到原来的l/2，其他条件不变，对平衡体系产生的影响是                (填字母序号)。

A．c ( H2 )减少

B．正反应速率加快，逆反应速率减慢

C．CH3OH 的物质的量增加

D．重新平衡c ( H2 )/ c (CH3OH )减小 E．平衡常数K增大

（4）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种污染，其原理是：通电后，将Co²⁺氧化成Co³⁺，然后以Co³⁺ 做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO₂而净化。实验室用图装置模拟上述过程

①写出阳极电极反应式                                     。
②请写出除去甲醇的离子方程式                           。

H₂O₂是一种常用绿色氧化剂，在化学研究中应用广泛。
（1）空气阴极法电解制备H₂O₂的装置如下图所示，主要原理是在碱性电解质溶液中，通过利用空气中氧气在阴极还原得到H₂O₂和稀碱的混合物。试回答：

①直流电源的a极名称是           。
②阴极电极反应式为               。
③1979年，科学家们用CO、O₂和水在三苯膦钯的催化下室温制得了H₂O₂。相对于电解法，该方法具有的优点是安全、                   。
（2）Fe³⁺对H₂O₂的分解具有催化作用。利用图(a)和(b)中的信息，按图(c)装置（连通的A、B瓶中已充有NO₂气体）进行实验。可观察到B瓶中气体颜色比A瓶中的               （填“深”或“浅”），其原因是                         。

（3）用H₂O₂和H₂SO₄的混合溶液可溶解印刷电路板金属粉末中的铜。反应的离子方程式是             ，控制其它条件相同，印刷电路板的金属粉末用10%H₂O₂ 和3.0mol·L^－1H₂SO₄溶液处理，测得不同温度下铜的平均溶解速率（见下表）

温度（℃）	20	30	40	50	60	70	80
Cu的平均溶解速率 （×10^－3mol·min^－1）	7.34	8.01	9.25	7.98	7.24	6.73	5.76

当温度高于40℃时，铜的平均溶解速率随着反应温度的升高而下降，其主要原因是             。

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如下表：

（1）滤渣1的主要成分为               。
（2）从滤液2中获得NiSO₄.6H₂O的实验操作          、             、过滤、洗涤、干燥。
（3）用离子方程式解释加入H₂O₂的作用                    。
（4）加NiO调节溶液的pH至5，则生成沉淀的离子方程式有                      。
（5）电解浓缩后的滤液2可获得金属镍，其基本反应原理如图：

①A电极反应式为                      和2H⁺+2e^- =H₂↑。
②若一段时间后，在A、B两极均收集到11.2L气体(标准状况下)，能得到Ni          g。

工业电解饱和食盐水模拟装置的结构如图所示：

（1）写出电解饱和食盐水的化学方程式                ，该工业称为                  工业
（2）实际生产中使用的盐往往含有一些杂质，在电解食盐水之前，需要提纯食盐水。为了除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2－及泥沙，可将粗盐溶于水，然后进行下列五项操作，正确的操作顺序是                 
①过滤 ②加过量的NaOH溶液 ③加适量的盐酸 ④加过量的Na₂CO₃溶液 ⑤加过量的BaCl₂溶液

A．①④②⑤③

B．④①②⑤③

C．②⑤④①③

D．⑤②④③①

（3）在该装置中写出装NaOH溶液试管中所发生的化学反应方程式（并用双线桥表示电子的转移的方向和数目）                   。

Ⅰ、醉驾对人们的安全危害很大，利用下列原理可以检查司机是否酒后开车。
2K₂Cr₂O₇(橙色)＋3C₂H₅OH＋H₂SO₄ →Cr₂(SO₄)₃（绿色）＋K₂SO₄＋CH₃COOH＋H₂O
①配平化学方程式后，H₂O前面的系数为         ；
②怎样判断司机是酒后开车：                             。
③写出用粮食酿酒的化学方程式：               ；                   。
Ⅱ、下列框图中，A由两种黑色金属氧化物等物质的量混合而成，B中含有四种阳离子。据此回答下列问题：

（1）A的组成是            （填化学式）。
（2）相同条件下，溶液B中所有阳离子的氧化性由强到弱的顺序依次是            。
（3）A中某组分可由单质与水反应制得，化学方程式为：       。
（4）电解所用装置如图所示。

①电解开始阶段，阳极上的电极反应是           ，阴极上的电极反应是            。
②电解至阴极刚开始有固体R析出时，该溶液中金属离子浓度由大到小的顺序是            。

(14分)铬(Cr)是周期表中VIB族元素,化合价可以是 0 ~+6 的整数价态。回答下列问题：
（1）某铬化合物的化学式为 Na₃CrO₈，其阴离子结构可表示为,则Cr的化合价为       。
（2）在如图装置中,观察到Cu电极上产生大量的无色气泡,Cr电极周围出现天蓝色(Cr²⁺) ,而后又变成绿色 (Cr³⁺)。该电池总反应的过程表示为：        ，2Cr²⁺+2H⁺＝ 2Cr³⁺+ H₂。左侧烧杯溶液中c(Cl^－)      (填“增大”，“减小”或“不变”)。

（3）已知K_sp(BaCrO₄)=1．2×10^－10, K_sp(PbCrO₄)= 2．8×10^－13, K_sp(Ag₂CrO₄)= 2．0×10^－12。某溶液中含有Ba²⁺、Pb²⁺、Ag⁺，浓度均为0．01 mol/L ，向该溶液中逐滴入 0．01 mol/L Na₂CrO₄溶液时，三种阳离子产生沉淀的先后顺序为                    。
（4）在溶液中存在如下平衡：

则反应的平衡常数K=                  。
（5）CrO2－4呈四面体构型，结构为。CrO2－7由两个CrO2－4四面体组成，这两个CrO2－4四面体通过共用一个顶角氧原子彼连，结构为。则由n(n＞1)个CrO2－4通过角顶氧原子连续的链式结构的化学式为      。
（6）CrO₃是H₂CrO₄的酸酐，受热易分解。把一定量的 CrO₃加热至790K时，残留固体的质量为原固体质量 76％。写出 CrO₃受热分解化学方程式：                     。

(14分)甲醇作为基本的有机化工产品和环保动力燃料具有广阔的应用前景，CO₂加氢合成甲醇是合理利用CO₂的有效途径。由CO₂制备甲醇过程可能涉及反应如下：
反应Ⅰ：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g)   △H ₁=－49.58kJ•mol^-1
反应Ⅱ：CO₂(g)+H₂(g)CO(g)+H₂O(g)     △H₂
反应Ⅲ：CO(g)+2 H₂(g)CH₃OH(g)         △H ₃=－90.77 kJ•mol^-1
回答下列问题：
（1）反应Ⅱ的△H₂=         ，反应I自发进行条件是        （填“较低温”、“较高温”或“任何温度”）。
（2）在一定条件下3L恒容密闭容器中,充入一定量的H₂和CO₂仅发生反应Ⅰ，实验测得反应物在不同起始投入量下，反应体系中CO₂的平衡转化率与温度的关系曲线，如图1所示。

①H₂和CO₂的起始的投入量以A和B两种方式投入
A：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=1.5mol
B：n(H₂)=3mol，n(CO₂)=2mol，曲线I代表哪种投入方式     （用A、B表示）
②在温度为500K的条件下，按照A方式充入3mol H₂和1.5mol CO₂，该反应10min时达到平衡：
a．此温度下的平衡常数为      ；500K时，若在此容器中开始充入0.3molH₂和0.9mol CO₂、0.6molCH₃OH、ｘmolH₂O，若使反应在开始时正向进行，则ｘ应满足的条件是
b．在此条件下，系统中CH₃OH的浓度随反应时间的变化趋势如图2所示，当反应时间达到3min时，迅速将体系温度升至600K，请在图2中画出3～10min内容器中CH₃OH浓度的变化趋势曲线。
（3）固体氧化物燃料电池是一种新型的燃料电池，它是以固体氧化锆、氧化钇为电解质，这种固体电解质在高温下允许氧离子（O ^2-）在其间通过，该电池的工作原理如下图所示，其中多孔电极均不参与电极反应，下图是甲醇燃料电池的模型。

①出该燃料电池的负极反应式        
②如果用该电池作为电解装置，当有16g甲醇发生反应时，则理论上提供的电量最多为       （法拉第常数为9.65×10⁴C·mol^-1）

减少二氧化碳的排放，氮氧化物、二氧化硫的处理与利用是一项重要的热点课题。
Ⅰ.（1）CO₂经催化加氢可合成低碳烯烃：2CO₂(g) + 6H₂(g)C₂H₄(g) + 4H₂O(g)    
在0.1 MPa时，按＝1:3投料，图1所示不同温度（T）下，平衡时的四种气态物质的物质的量（n）的关系。

①该反应的△H__________0（填“>”、“＝”或“<”）。
②曲线b表示的物质为__________。
③为提高CO₂的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是__________。
（2）在强酸性的电解质水溶液中，惰性材料做电极，电解CO₂可得到多种燃料，其原理如图2所示。
b为电源的__________极，电解时，生成乙烯的电极反应式是                       。
Ⅱ.（3）用活性炭还原法可以处理氮氧化物。
如反应：C(s)＋2NO(g)N₂(g)＋CO₂(g) △H＝Q kJ·mol^－1。
在T₁℃时，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

①T_l℃时，该反应的平衡常数K＝              。
②30 min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡，根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______（答一种即可）。
Ⅲ．（4）工业上可以用NaOH溶液或氨水吸收过量的SO₂，分别生成NaHSO₃、NH₄HSO₃，其水溶液均呈酸性。相同条件下，同浓度的两种酸式盐的水溶液中c(SO₃^2－)较小的是      ，用文字和化学用语解释原因                             。

新的研究表明二甲醚（DME）是符合中国能源结构特点的优良车用替代燃料，二甲醚催化重整制氢的反应过程，主要包括以下几个反应（以下数据为25℃、1.01×10⁵Pa测定）：
①CH₃OCH₃（g) + H₂O（l) 2 CH₃OH（l) △H＝＋24.52kJ/mol
②CH₃OH（l) + H₂O（l)  CO₂（g) + 3H₂（g) △H＝＋49.01kJ/mol
③CO（g) + H₂O（l)  CO₂（g) + H₂（g) △H＝－41.17kJ/mol
④CH₃OH（l)  CO （g) + 2H₂（g) △H＝＋90. 1kJ/mol
请回答下列问题：
（1）写出用二甲醚制H₂同时全部转化为CO₂时反应的热化学方程式                       。
（2）200℃时反应③的平衡常数表达式K=           。
（3）在一常温恒容的密闭容器中，放入一定量的甲醇如④式建立平衡，以下可以作为该反应达到平衡状态的判断依据为_______。
A．容器内气体密度保持不变        B．气体的平均相对分子质量保持不变
C．CO的体积分数保持不变          D．CO与H₂的物质的量之比保持1:2不变
（4）工业生产中测得不同温度下各组分体积分数及二甲醚转化率的关系如下图所示，
 
①你认为反应控制的最佳温度应为___________。
A．300～350℃     B．350～400℃
C．400～450℃     D．450～500℃
②在温度达到400℃以后，二甲醚与CO₂以几乎相同的变化趋势明显降低，而CO、H₂体积分数也以几乎相同的变化趋势升高，分析可能的原因是__________（用相应的化学方程式表示）。
（5）某一体积固定的密闭容器中进行反应②，200℃时达平衡。请在下图补充画出：t₁时刻升温，在t₁与t₂之间某时刻达到平衡；t₂时刻添加催化剂，CO₂的百分含量随时间变化图像。

（6）一定条件下，如图示装置可实现有机物的电化学储氢（忽略其它有机物），则阴极的电极反应式为                  。

（1）人们常用催化剂来选择反应进行的方向。右图所示为一定条件下1mol CH₃OH与O₂发生反应时，生成CO、CO₂或HCHO的能量变化图[反应物O₂(g)和生成物H₂O(g)略去]。

①写出1 moL HCHO生成CO的热化学方程式：     。
②CH₃OH与O₂在有催化剂作用下反应，产物中HCHO比率大大提高的原因是     。
（2）①一定温度下，将N₂H₄与NO₂以体积比为1:1置于10 L定容容器中发生反应
2N₂H₄(g)+2NO₂(g) 3N₂(g)+4H₂O(l)  ΔH<0
下列能说明反应达到平衡状态的是   。
a．混合气体密度保持不变           b．3v_正(NO₂)=2v_逆(N₂)
c．N₂H₄与NO₂体积比保持不变        d．体系压强保持不变
②在某温度下，5L密闭容器中发生上述反应，容器内部分物质的物质的量变化如下表：

物质的量/mol 时间	n (N2H4)	n (NO2)	n (N2)
起始	2.0	3.0	0
第2min	1.5	a	0.75
第4min	1.2	b	1.2
第6min	1.0	c	1.5
第7min	1.0	c	1.5

请画出该反应中n(NO₂)随时间变化曲线,并画出在第7min分别升温、加压、加催化剂的情况下n(NO₂)随时间变化示意图。计算该温度下反应的平衡常数K(保留2位有效数字,写出计算过程)。
   
（3）纳米级Cu₂O具有优良的催化性能，制取Cu₂O的方法有：
①加热条件下用液态肼（N₂H₄）还原新制Cu(OH)₂制备纳米级Cu₂O，同时放出N₂。该制法的化学方程式为          。
②用阴离子交换膜控制电解液中OH^－的浓度制备纳米Cu₂O，反应为2Cu＋H₂OCu₂O＋H₂↑，如图所示。该电解池的阳极反应式为    。

(15分)某铜矿石的成分中含有Cu₂O，还含有少量的Al₂O₃、Fe₂0₃和Si0₂。某工厂利用此矿石炼制精铜的工艺流程示意图如下：

已知：CuO₂＋2H^＋＝Cu＋Cu^2＋＋H₂O
（1）滤液A中铁元素的存在形式为      (填离子符号)，生成该离子的离子方程式为           ，检验滤液A中存在该离子的试剂为          (填试剂名称)。
（2）金属E与固体F发生的某一反应可用于焊接钢轨，该反应的化学方程式为           。
（3）常温下．等pH的NaAlO₂和NaOH两份溶液中，由水电离出的c(OH^一)前者为后者的10⁸倍，则两种溶液的pH=                         。
（4）将Na₂CO₃溶液滴入到一定量的CuCl₂溶液中，除得到蓝色沉淀，还有无色无味气体放出，写出相应的离子方程式：                           。
（5）①粗铜的电解精炼如图所示。在粗铜的电解精炼过程中，c为粗铜板，则a端应连接电源的     (填“正”或“负”)极，若粗铜中含有Au、Ag、Fe杂质，则电解过程中c电极上发生反应的方程式有       、       。

②可用酸性高锰酸钾溶液滴定法测定反应后电解液中铁元素的含量。滴定时不能用碱式滴定管盛放酸性高锰酸钾溶液的原因是      、滴定中发生反应的离子方程式为                   ， 滴定时．锥形瓶中的溶液接触空气，则测得铁元素的含量会      (填“偏高”或“偏低”)。

硫在地壳中主要以硫化物、硫酸盐等形式存在，其单质和化合物在工农业生产中有着重要的应用。
（1）某科研小组用SO₂为原料制取硫酸。
①利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池的负极的电极反应式            。
②用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂得NaHSO₃溶液，然后电解该溶液可制得硫酸。电解原理示意图如图所示。电解时阳极区会产生气体，产生气体的原因是            。

（2）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应是          。
②用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H₂的目的是                  。
（3）氢化亚铜是一种红色固体，可由硫酸铜为原理制备
4CuSO₄ + 3H₃PO₂ + 6H₂O="4CuH↓" + 4H₂SO₄ + 3H₃PO₄。
①该反应中还原剂是             （写化学式）。
②该反应每生成1molCuH，转移的电子物质的量为        。
（4）硫酸铜晶体常用来制取波尔多液，加热时可以制备无水硫酸铜。将25.0 g胆矾晶体放在坩埚中加热测定晶体中结晶水的含量，固体质量随温度的升高而变化的曲线如下图。

请分析上图，填写下列空白：
①30℃～110℃间所得固体的化学式是        ，
②650℃～1000℃间所得固体的化学式是        。

煤粉中的氮元素在使用过程中的转化关系如下图所示：

（1）②中NH₃参与反应的化学方程式为          。
（2）③中加入的物质可以是          （填字母序号)。
a．空气        b．CO         c．KNO₃        d．NH₃
（3）焦炭氮中有一种常见的含氮有机物吡啶（)，其分子中相邻的C和N原子相比，N原子吸引电子能力更          （填“强”或“弱”)，从原子结构角度解释原因：         。
（4）已知：N₂（g) ＋ O₂（g)2NO（g)   ΔH =" a" kJ·mol^-1
N₂（g) ＋ 3H₂（g)2NH₃（g) ΔH =" b" kJ·mol^-1
2H₂（g) ＋ O₂（g)2H₂O（l) ΔH =" c" kJ·mol^-1
反应后恢复至常温常压，①中NH₃参与反应的热化学方程式为          。
（5）用间接电化学法除去NO的过程，如下图所示：

已知电解池的阴极室中溶液的pH在4~7之间，写出阴极的电极反应式：          。
用离子方程式表示吸收池中除去NO的原理：          。

(共16分)Ⅰ.CO和H₂作为重要的燃料和化工原料，有着十分广泛的应用。
（1）已知：C(s)+O₂(g)=CO₂(g)         △H₁= -393．5 kJ·mol^-1
C(s)+H₂O(g)= CO(g)+H₂(g)    △H₂= +131．3 kJ·mol^-1
则反应CO(g)+H₂(g)+O₂(g)=H₂O(g)+CO₂(g)△H=            kJ·mol^-1。
（2）利用反应CO(g) +H₂(g)+O₂(g) = CO₂(g) +H₂O(g) 设计而成的MCFS燃料电池是用水煤气（CO和H₂物质的量之比为1:1）作负极燃气，空气与CO₂的混合气为正极助燃气，用一定比例的Li₂CO₃和Na₂CO₃低熔点混合物做电解质的一种新型电池。现以该燃料电池为电源，以石墨作电极电解饱和NaCl溶液，反应装置以及现象如图所示。则有：

①燃料电池即电源的N极的电极反应式为 _______________________  ；
②已知饱和食盐水的体积为1 L，一段时间后，测得左侧试管中气体体积为11．2 mL(标准状况)，若电解前后溶液的体积变化忽略不计，而且电解后将溶液混合均匀，则此时溶液的pH为                 。
Ⅱ.CO和NO是汽车尾气的主要污染物。消除汽车尾气的反应式之一为：
2NO(g)+2CO(g)  N₂(g)+2CO₂(g)。请回答下列问题：
（3）一定温度下，在一体积为VL的密闭容器中充人一定量的NO和CO时，反应进行到t时刻时达到平衡状态，此时n(CO)=amol、n(N0)=2amol、n(N₂)=bmol，且N₂占平衡混合气体总体积的1/4。
①该反应的平衡常数K=               （用只含a、V的式子表示）
②判断该反应达到平衡的标志是____（填序号）
A．v(CO₂)_生成=v(CO)_消耗            
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变
C．混合气体的密度不再改变    
D．NO、CO、N₂、CO₂的物质的量浓度均不再变化
（4）在一定温度下，将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示，则：

①有害气体NO的转化率是          ，0～15minCO₂的平均反应速率v(CO₂)=____（保留小数点后三位）。
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件是     。（填序号）。
A．增加CO的量      B．加入催化剂
C．减小CO₂的量     D．扩大容器体积