高中化学探究电解池作用简答题

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	Ag^＋、Na^＋
阴离子	NO3^－、SO4^2^－、Cl^－

下图Ⅰ所示装置中，甲、乙、丙三个烧杯依次分别盛放足量的A、 B、 C三种溶液，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27 g。常温下各烧杯中溶液的pH与电解时间t的关系如下图Ⅱ所示。据此回答下列问题：

（1）M为电源的________（填“正”或“负”）极，乙中阳离子向      （填“c”或“d”）定向移动，A是________（填写化学式）。
（2）计算电极f上生成的气体在标准状况下的体积为                。
（3）b电极上发生的电极反应为                                ；
乙烧杯的电解池总反应的化学方程式为_________________________________。
（4）要使丙恢复到原来的状态，应加入物质的质量为             。

钨是我国丰产元素，也是熔点最高的金属，被誉为“光明使者”。用黑钨矿[FeWO₄、MnWO₄(W为+6价)]结合其它化工生产高纯钨的化工流程如下。已知H₂WO₄是不溶于水的弱酸，受热可分解生成氧化物。请回答下列有关问题：

（1）上述流程中通入空气的目的是    ；
（2）滤渣A与硫酸反应的离子方程式为    ；
（3）实验室用锌锰碱性电池作做电源模拟氯碱工业的装置如下图：

已知：锌锰碱性电池的总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=Zn(OH)₂+2MnOOH，则锌锰碱性电池的锌电极应与装置中
电极    (填“A”或“B”)相接，气体Y为气体出口       （填“A”或“B”）出来的气体，为提高生产效率，电解开始时，从进料口B加入的物质为      ，写出锌锰碱性电池正极反应式      ；
（4）已知：单质碳也可与固体甲制得钨，用气体Y而不用单质碳的原因      ；
（5）将H₂与CO₂以4:1的体积比混合，在适当的条件下可制得CH₄。已知：
CH₄ (g) + 2O₂(g)  CO₂(g)+ 2H₂O（1）   ΔH₁＝－890.3 kJ/mol
H₂(g) + 1/2O₂(g)  H₂O（1）           ΔH₂＝－285.8 kJ/mol
则CO₂(g)与H₂(g)反应生成CH₄(g)与液态水的热化学方程式是        。

“低碳循环”引起各国的高度重视，而如何降低大气中CO₂的含量及有效地开发利用CO₂，引起了全世界的普遍重视。所以“低碳经济”正成为科学家研究的主要课题。
（1）写出CO₂与H₂反应生成CH₄和H₂O的热化学方程式                     。
已知：①CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)      ΔH＝－41kJ·mol^－1
②C(s)+2H₂(g)CH₄(g)            ΔH＝－73kJ·mol^－1
③2CO(g)C(s)+CO₂(g)          ΔH＝－171kJ·mol^－1
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g) + 6H₂(g)CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)。已知一定条件下，该反应中CO₂的平衡转化率随温度、投料比[n(H₂) / n(CO₂)]的变化曲线如下左图：
①在其他条件不变时，请在上图中画出平衡时CH₃OCH₃的体积分数随投料比[n(H₂) / n(CO₂)]变化的曲线图。

②某温度下，将2.0molCO₂(g)和6.0molH₂(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时，改变压强和温度，平衡体系中CH₃OCH₃(g)的物质的量分数变化情况如图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是             ；

A．P₃＞P₂，T₃＞T₂         B．P₁＞P₃，T₁＞T₃       
C．P₂＞P₄，T₄＞T₂       D．P₁＞P₄，T₂＞T₃
③在恒容密闭容器里按体积比为1:3充入二氧化碳和氢气，一定条件下反应达到平衡状态。当改变反应的某一个条件后，下列变化能说明平衡一定向逆反应方向移动的是       ；
A．正反应速率先增大后减小
B．逆反应速率先增大后减小
C．化学平衡常数K值增大 
D．反应物的体积百分含量增大
E．混合气体的密度减小
F．氢气的转化率减小
（3）最近科学家再次提出“绿色化学”构想：把空气吹入碳酸钾溶液，然后再把CO₂从溶液中提取出来，经化学反应后使空气中的CO₂转变为可再生燃料甲醇。甲醇可制作燃料电池，写出以稀硫酸为电解质甲醇燃料电池负极反应式__                         。以此燃料电池作为外接电源按图所示电解硫酸铜溶液，如果起始时盛有1000mL pH＝5的硫酸铜溶液（25℃，CuSO₄足量），一段时间后溶液的pH变为1，此时可观察到的现象是                   ；若要使溶液恢复到起始浓度（温度不变，忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入       （填物质名称），其质量约为      g。

【改编】雾霾含有大量的污染物SO₂、NO。工业上变“废”为宝，吸收工业尾气SO₂和NO，可获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：


（1）装置Ⅰ的目的是                                              。
（2）含硫各微粒(H₂SO₃、HSO₃^－和SO₃^2－)存在于SO₂与NaOH溶液反应后的溶液中，它们的物质的量分数X(i)与溶液pH的关系如图所示。

①若是0.1molNaOH反应后的溶液，测得溶液的pH＝4时，溶液中各离子浓度由大到小的顺序是                          。
②向pH=5的NaHSO₃溶液中滴加一定浓度的CaCl₂溶液，溶液中出现浑浊，pH降为2，用化学平衡移动原理解释溶液pH降低的原因：                        。
（3）写出装置Ⅱ中，酸性条件下反应的离子方程式                ，                 。
（4）装置Ⅲ中阴极反应方程式为                               ；阳极使Ce⁴⁺再生，其原理如图所示。生成Ce⁴⁺从电解槽的    (填字母序号)口流出。

（5）若进入装置Ⅳ的溶液中的NO₂^－完全转化为NH₄NO₃，反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为    。

工业上从电解精炼铜的阳极泥（含金、银、铜、硒等单质）中提取硒的湿法工艺流程如下：

（1）向溶液X中加入铁屑的作用是______ ，此操作中不能加入过量铁粉的原因是______。
（2）检验溶液Z中阴离子的操作方法是______。
（3）过滤操作中要用到玻璃棒，请另举两例用到玻璃棒的实验或操作：______。
（4）实验室中制取SO₂的原理为：，此处应使用______（填“较浓的硫酸”或“稀硫酸”），原因是______。制取SO₂的装置，最好选用下图中的______。

（5）粗硒中硒的含量可用如下方法测定：
通过用Na₂S₂O₃标准溶液（显碱性）滴定反应②中生成的I₂来计算硒的含量。滴定操作中用到的玻璃仪器有_______。实验中准确称量0.1200g粗硒样品，滴定中消耗0.2000mol的Na₂S₂O₃溶液27.60mL，则粗硒样品中硒的质量分数为       。

(17分)金属镍具有优良的物理和化学特性，是高技术产业的重要原料。
（1）羰基法提纯镍涉及的反应为：Ni（s）+4CO（g）Ni（CO）₄（g）
①当温度升高时，减小，则H     0（填“>”或“<”）。
②一定温度下，将一定量的粗镍和CO加入一恒压密闭容器中，下列示意图正确且能说明反应达到平衡状态的是________（填代号）。

若在相同温度下，上述反应改在体积为1L的恒容密闭容器中进行，平衡常数      （填“增大”、“不变”或“减小”），反应进行3s后测得Ni(CO)₄的物质的量为0．6mol，则0—3s内的平均反应速率v(CO)=____mol。
③要提高上述反应中CO的转化率，同时增大反应速率，可采取的措施为____________________（写出一条措施即可）。
（2）以NiS04溶液为电解质溶液进行粗镍（含Fe、Zn、Cu、Pt、Au等杂质）的电解精炼，下列说法正确的是____________（填代号）。(已知氧化性：)
a．电解过程中，化学能转化为电能
b．粗镍作阳极，发生还原反应
c．利用阳极泥可回收Cu、Pt、Au等金属
d．粗镍精炼时通过的电量与阴极析出镍的质量成正比
（3）工业上用硫化镍(NiS)作为电极材料冶炼镍。电解时，硫化镍中的硫元素以单质形态沉积在某电极附近，镍元素以Ni^2＋形态进入电解液中，如图所示。硫化镍与电源的____________（填“正极”或“负极”）相接。写出阳极的电极反应式________________。

(16分)汽车尾气中CO、NO_x 以及燃煤废弃中的SO₂都是大气污染物，对它们的治理具有重要意义。吸收SO₂和NO，获得Na₂S₂O₄和NH₄NO₃产品的流程图如下(Ce为铈元素)：

（1）装置Ⅰ中，NaOH溶液吸收SO₂也可生成Na₂SO₃和NaHSO₃的混合溶液
①写出NaOH溶液吸收SO₂生成等物质的量的Na₂SO₃和NaHSO₃混合溶液时总反应的离子方程式           。
②已知混合液pH随：n（）变化关系如下表：

	91：9	1：1	9：91
	8.2	7.2	6.2

当混合液中时，c(Na⁺)      c(HSO₃^-)+ 2c(SO₃^2-)（填“>”“=”或“<”）
（2）装置Ⅱ中，酸性条件下，NO被Ce⁴⁺ 氧化的产物主要是NO₃^- 、NO₂^- ，写出只生成NO₂^-的离子方程式                       ；
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。

①生成的Ce⁴⁺从电解槽的         (填字母序号)口流出；
②生成S₂O₄^{2 -} 的电极反应式为                           ；
（4）已知进入装置Ⅳ的溶液中，NO₂^- 的浓度为a g·L^{- 1} ，要使1m³该溶液中的NO₂^- 完全转化为NO₃^-，至少需向装置Ⅳ中通入标准状况下的O₂         L。(用含a代数式表示)

脱去冶金工业排放烟气中SO₂的方法有多种。
（1）热解气还原法。已知CO还原SO₂生成S(g)和CO₂过程中，每转移1mol电子需吸收2.0 kJ的热量，则该反应的热化学方程式为    。
（2）离子膜电解法。利用硫酸钠溶液吸收SO₂，再用惰性电极电解。将阴极区溶液导出，经过滤分离硫磺后，可循环吸收利用，装置如图1所示，则阴极的电极反应式为    ，阳极产生气体的化学式为    。

（3）氧化锌吸收法。配制ZnO悬浊液（含少量MgO、CaO），在吸收塔中封闭循环脱硫，发生的主要反应为ZnO＋SO₂ = ZnSO₃(s)，测得pH、吸收效率η随时间t的变化如图2所示。

①该反应常温能自发进行的原因是    。
②纯ZnO的悬浮液pH约为6.8，结合图2和图3，下列说法正确的是    。
A．向ZnSO₃与水混合体系中加稀硫酸，硫元素会以SO₂形式逸出
B．pH-t曲线ab段发生的主要反应为ZnO＋SO₂=ZnSO₃
C．pH-t曲线cd段发生的主要反应为ZnSO₃＋SO₂＋H₂O =" Zn" (HSO₃)₂
D．pH=7时，溶液中c(SO₃^2-) = c(HSO₃^-)
③为提高SO₂的吸收效率η，可采取的措施为    。
A．增大悬浊液中ZnO的量
B．适当提高单位时间内烟气的循环次数
C．调节溶液的pH至6.0以下

(15分)重金属元素铬的毒性较大，含铬废水需经处理达标后才能排放。
Ⅰ.某工业废水中主要含有Cr^3＋，同时还含有少量的Fe^3＋、Al^3＋、Ca^2＋和Mg^2＋等，且酸性较强。为回收利用，通常采用如下流程处理：

注：部分阳离子常温下以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH见下表。

氢氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mg(OH)2	Al(OH)3	Cr(OH)3
pH	3.7	9.6	11.1	8	9(>9溶解)

（1）氧化过程中可代替H₂O₂加入的试剂是________(填序号)。
A．Na₂O₂     B．HNO₃    C．FeCl₃     D．KMnO₄
（2）加入NaOH溶液调整溶液pH＝8时，除去的离子是________；已知钠离子交换树脂的原理：M^n＋＋nNaR―→MR_n＋nNa^＋，此步操作被交换除去的杂质离子是__________。
A．Fe^3＋      B．Al^3＋      C．Ca^2＋      D．Mg^2＋
（3）还原过程中，每消耗0.8 mol Cr₂O转移4.8 mol e^－，该反应离子方程式为________________。
Ⅱ.酸性条件下，六价铬主要以Cr₂O形式存在，工业上常用电解法处理含Cr₂O的废水：
该法用Fe作电极电解含Cr₂O的酸性废水，随着电解进行，在阴极附近溶液pH升高，产生Cr(OH)₃溶液。
（1）电解时能否用Cu电极来代替Fe电极？________(填“能”或“不能”)，理由是______________。
（2）电解时阳极附近溶液中Cr₂O转化为Cr^3＋的离子方程式为___________________。
（3）常温下，Cr(OH)₃的溶度积K_sp＝1×10^－32，溶液的pH应为____时才能使c(Cr^3＋)降至10^－5 mol·L^－1。

铵盐是一种重要的水体污染物。某课题组利用电解法，在含Cl^-的水样中，探究将NH₄⁺转化为N₂而脱氮的影响因素和反应机理。
（1）电解法脱氮的原理可能如下：
①直接电氧化
在碱性条件下，发生2NH₃ + 6OH^- - 6e^- = N₂ + 6H₂O反应的电极为     （填“阴”、“阳”）极；
②-OH(自由羟基)电氧化
在电流作用下，利用产生的强氧化性中间产物OH脱氮，-OH中O元素的化合价    ；
③间接电氧化
利用电解产生的Cl₂，与H₂O作用生成HClO进行脱氮。请写出HClO在酸性条件下氧化NH₄⁺的离子方程式                  。
（2）探究适宜的实验条件
下图为不同电流强度下脱氮的效果，综合考虑能耗因素，电流强度应选择    A。

（3）该课题组进一步探究脱氮过程中的强氧化性的活性中间产物，提出了如下假设，请你完成假设三：
假设一：只有·OH；    
假设二：只有HClO；  
假设三：               。
（4）请你设计实验探究脱氮过程中是否有·OH产生，完成下表内容。

实验方案	预期实验结果和结论
配制一定pH、NH4^+和Cl^-浓度的溶液，用最佳电流强度，电解样品90min后，采用电子自旋共振法检测样品中·OH

（5）研究得知，脱氮过程主要以原理③为主，弱酸性溶液中比强酸溶液中更利于使NH₄⁺转化为N₂而脱氮，请从化学平衡移动的角度解释其原因                。

(16分) 研究发现铜具有独特的杀菌功能, 能较好地抑制病菌的生长。现有工业上由辉铜矿石(主要成分Cu₂S)的冶炼铜两种方案：
Ⅰ 火法炼铜在1200℃发生的主要反应为:
①2Cu₂S+3O₂＝2Cu₂O+2SO₂         ②2Cu₂O+Cu₂S＝ 6Cu+SO₂↑
此方案的尾气可以用表中方法处理

方法1	用生物质热解气(主要成分CO、CH4、H2)将SO2在高温下还原成单质硫,其部分热化学方程式为： 2CO(g)+SO2(g)= S(g)+2CO2(g)  ΔH="+8." 0 kJ·mol^-1 2H2(g)+SO2(g)= S(g)+2H2O(g)  ΔH="+90." 4 kJ·mol^-1
方法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

Ⅱ“细菌冶金”是利用某些细菌的特殊代谢功能开采金属矿石，例如溶液中亚铁硫杆菌能利用空气中的氧气将黄铁矿(主要成分FeS₂)氧化为Fe₂(SO₄)₃，并使溶液酸性增强；利用Fe₂(SO₄)₃作氧化剂溶解辉铜矿石，溶液酸性又进一步增强，过滤未溶解完的辉铜矿石，在滤液中加入足量的铁屑，待反应完全后过滤出铜和剩余的铁屑，得溶液Xml（设整个过程中其它杂质不参与反应，不考虑溶液离子水解）。其流程如图：

（1）Ⅱ相对于Ⅰ的优点是______________________________。(说一点即可)
（2）Ⅰ中反应2Cu₂O+Cu₂S＝ 6Cu+SO₂↑氧化剂是________
（3）已知CO的燃烧热283. 0 kJ·mol^-1，写出S(g)与O₂(g)反应生成SO₂(g)的热化学方程式___________。
（4）若用Ⅰ中方法2吸收尾气，则开始时阳极的电极反应式为________________。
（5）写出Ⅱ中黄铁矿氧化过程的化学反应方程式______________________________
（6）假设Ⅱ中每一步都完全反应，消耗掉标况下空气5×22.4VL（氧气体积分数为20%），则所得c(Fe²⁺)=________________（可以写表达式）。

氮可以形成多种化合物，如NH₃、N₂H₄、HCN、NH₄NO₃等。
（1）已知：N₂(g)+2H₂(g)=N₂H₄(l)            △H=" +" 50.6kJ·mol^-1
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(l)            △H="-571.6" kJ·mol^-1
则①N₂H₄(l)+O₂(g)=N₂(g)+2H₂O(l)     △H=     kJ·mol^-1
②N₂(g)+2H₂(g)=N₂H₄(l) 不能自发进行的原因是   。
③用次氯酸钠氧化氨，可以得到N₂H₄的稀溶液，该反应的化学方程式是   。
（2）采矿废液中的CN^-可用H₂O₂处理。已知：H₂SO₄=H⁺+ HSO₄^-   HSO₄^-H⁺+ SO₄^2-
用铂电极电解硫酸氢钾溶液，在阳极上生成S₂O₈^2-，S₂O₈^2-水解可以得到H₂O₂。写出阳极上的电极反应式   。
（3）氧化镁处理含的废水会发生如下反应：
MgO+H₂OMg(OH)₂        Mg(OH)₂+2NH₄⁺ Mg²⁺ +2NH₃·H₂O。
①温度对氮处理率的影响如图所示。在25℃前，升高温度氮去除率增大的原因是   。

②剩余的氧化镁，不会对废水形成二次污染，理由是   。
（4）滴定法测废水中的氨氮含量（氨氮以游离氨或铵盐形式存在于水中）步骤如下：①取10 mL废水水样于蒸馏烧瓶中，再加蒸馏水至总体积为175 mL②先将水样调至中性，再加入氧化镁使水样呈微碱性，加热③用25 mL硼酸吸收蒸馏出的氨[2NH₃+4H₃BO₃＝(NH₄)₂B₄O₇+5H₂O]④将吸收液移至锥形瓶中，加入2滴指示剂，用c mol·L^-1的硫酸滴定至终点[(NH₄)₂B₄O₇+H₂SO₄+5H₂O＝(NH₄)₂SO₄+4H₃BO₃]，记录消耗的体积V mL。则水样中氮的含量是   mg·L^-1（用含c、V的表达式表示）。