高中化学探究电解池作用简答题

二氧化硫常用作消毒剂和漂白剂，也是一种重要的工业原料。
（1）将a mol SO₂通入1 L 1 mol/L NaOH溶液中充分反应后，阴离子总数       阳离子总数(填选项前的字母)。
A．a＞1时大于      B．a＝1时等于       C．大于      D．小于
（2）保险粉（Na₂S₂O₄）广泛用于印染行业和食品储存行业。可以将SO₂通入草酸钠（Na₂C₂O₄）和NaOH的混合溶液中制取保险粉。制取保险粉的离子方程式为                    。
（3）工业上常以SO₂为原料制取Na₂S₂O₃。步骤如下：
①将Na₂S和Na₂CO₃按2︰1的物质的量之比配成混合溶液。
②将混合溶液注入敞口反应釜中，加热反应釜将温度控制在50℃左右。
③向反应釜中缓缓通入SO₂至稍微过量使Na₂S和Na₂CO₃完全反应。
④反应结束后加热浓缩溶液，冷却至30℃以下析出大量Na₂S₂O₃晶体。
⑤滤出晶体，母液循环利用。
据此请回答：
（ⅰ）工业制取Na₂S₂O₃的反应的化学方程式为                                   。
（ⅱ）工业生产的首要目的是盈利，为节约成本并减少对环境的污染，应尽可能的提高产率，制取步骤中体现了这一思想的有              （填步骤序号）。
（ⅲ）工业生产的Na₂S₂O₃含有两种杂质，这两种杂质是Na₂SO₃和          。以下条件中可以求出产品中Na₂S₂O₃的物质的量分数的是         。(填选项前的字母)
A．产品中钠原子和硫原子的物质的量之比
B．产品中钠原子和氧原子的物质的量之比
C．产品中硫原子和氧原子的物质的量之比
D．以上均能
（4）一种以铜作催化剂脱硫有如下两个过程：
①在铜的作用下完成工业尾气中SO₂的部分催化氧化，所发生反应为：
2SO₂＋2n Cu＋(n＋1)O₂＋(2－2 n) H₂O＝2n CuSO₄＋(2－2n) H₂SO₄
每吸收标准状况下11.2 L SO₂，被SO₂还原的O₂的质量为      g。
②利用下图所示电化学装置吸收另一部分SO₂，并完成Cu的再生。写出装置内所发生反应的离子方程式                           。

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                             。

(14分)工业生产中产生的SO₂、NO直接排放将对大气造成严重污染。利用电化学原理吸收SO₂和NO，同时获得 Na₂S₂O₄和 NH₄NO₃产品的工艺流程图如下(Ce为铈元素)。

请回答下列问题。
（1）装置Ⅱ中NO在酸性条件下生成NO₂^—的离子方程式                             。
（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ω与溶液pH的关系如下图所示。

①下列说法正确的是                     （填标号）。

A．pH＝7时，溶液中c( Na^+)＜c (HSO－3) + c(SO2－3)

B．由图中数据，可以估算出H2SO3的第二级电离平衡常数Ka2≈10^－7

C．为获得尽可能纯的 NaHSO3，应将溶液的pH控制在 4～5为宜

D．pH＝2和 pH＝9时的溶液中所含粒子种类不同

②若1L1mol/L的NaOH溶液完全吸收13.44L（标况下）SO₂，则反应的离子方程式为     。
③取装置Ⅰ中的吸收液vmL，用cmol/L的酸性高锰酸钾溶液滴定。酸性高锰酸钾溶液应装在    （填“酸式”或“碱式”）滴定管中，判断滴定终点的方法是                     。
（3）装置Ⅲ的作用之一是再生Ce⁴⁺，其原理如下图所示。图中A为电源的      （填“正”或“负”）极。右侧反应室中发生的主要电极反应式为                                    。

（4）已知进入装置Ⅳ的溶液中NO₂^—的浓度为 0.4 mol/L ，要使 1m³该溶液中的NO₂^—完全转化为NH₄NO₃，需至少向装置Ⅳ中通入标准状况下的 O₂的体积为      L。

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        。

工业废水中常含有一定量的Cr₂O，会对人类及生态系统产生很大损害，电解法是行之有效的除去铬的方法之一。该法用Fe和石墨作电极电解含Cr₂O的酸性废水，最终将铬转化为Cr(OH)₃沉淀，达到净化目的。某科研小组利用以上方法处理污水，设计了熔融盐电池和污水电解装置如下图所示。

（1）Fe电极为         （填“M”或“N”）；电解时       (填“能”或“不能”)否用Cu电极来代替Fe电极，理由是                                                。
（2）阳极附近溶液中，发生反应的离子方程式是                            
阴极附近的沉淀有                             。
（3）图中熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质、CH₄为燃料、空气为氧化剂、稀土金属材料为电极的新型电池。已知，该熔融盐电池的负极的电极反应是CH₄–8e^–+4CO₃^2–==5CO₂+2H₂O，则正极的电极反应式为                  。
（4）实验过程中，若电解池阴极材料质量不变，产生4.48L（标准状况）气体时，熔融盐燃料电池消耗CH₄的体积为                    L（标准状况）。

“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）                   。

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                  。

(15分)利用LiOH和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。
（1）利用如图装置电解制备LiOH，两电极区电解液分别为LiOH和LiCl溶液。B极区电解液为__________溶液（填化学式），阳极电极反应式为__________ ，电解过程中Li⁺向_____电极迁移（填“A”或“B”）。

（2）利用钴渣[含Co(OH)₃、Fe(OH)₃等]制备钴氧化物的工艺流程如下：

Co(OH)₃溶解还原反应的离子方程式为____________________________________，铁渣中铁元素的化合价为___________，在空气中煅烧CoC₂O₄生成钴氧化物和CO₂，测得充分煅烧后固体质量为2.41g，CO₂的体积为1.344L（标准状况），则钴氧化物的化学式为__________。

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________________。

化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
（1）利用“化学蒸气转移法”提纯金属钨的反应原理为W(s)＋I₂(g)WI₂(g)。该反应在石英真空管中进行，如下图所示：

①该反应的平衡常数表达式K＝_______，若K＝1/2，向某恒容密闭容器中加入1mol I₂(g)和足量W(s)，反应达到平衡时I₂(g)的转化率为__________。
②该反应的△H____0（填“＞”或“＜”），上述反应体系中可循环使用的物质____。
③能够说明上述反应已经达到平衡状态的有_________（填序号）。
a．I₂与WI₂的浓度相等
b．W的质量不再变化
c．容器内混合气体的密度保持不变
d．单位时间内，金属钨消耗的物质的量与碘化钨生成的物质的量相等
（2）利用“隔膜电解法”处理高浓度乙醛废水的工艺具有流程简单、能耗较低等优点，其原理是使乙醛分别在阴、阳极发生反应生成乙醇和乙酸，总反应式为2CH₃CHO＋H₂OCH₃CH₂OH＋CH₃COOH，实验室中，以一定浓度的乙醛和Na₂SO₄溶液为电解质溶液，模拟乙醛废水的处理过程，其装置如图所示。

①若以甲烷碱性燃料电池为直流电源，则燃料电池中b极应通入__________(填化学式)。
②电解池阳极区的电极反应式为_________________。
③在实际工艺处理中，阴极区乙醛的去除率可达60%。若在两极区分别注入1 m³乙醛含量为3000 mg·L^-1的废水，可得到乙醇________kg(计算结果保留小数点后一位)。

(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)