高中化学探究电解池作用简答题

海洋是一座巨大的宝藏，海水中蕴含80多种元素。氯碱工业和制备金属镁的原料都可来自于海水。

Ⅰ．在氯碱工业中，曾用石棉隔膜电解槽来电解食盐水（如图甲所示）。
（1）写出阳极的反应式                                     。
（2）图甲中流出的b是                       溶液。
（3）石棉隔膜的作用是                                               。
Ⅱ．随着科技的发展，电解工艺不断革新，电解效率和产品纯度得到提高。20世纪80年代起，隔膜法电解工艺逐渐被离子交换膜电解技术取代。
（1）离子交换膜电解槽（如图乙所示）中⑥、⑦分别是_______、______________。
（2）已知一个电子的电量是1．602×10^－19C，用离子膜电解槽电解饱和食盐水，当电路中通过1．929×10⁵ C的电量时，生成NaOH_        g。 
Ⅲ．下图是工业上生产镁的流程。

（1）写出下列反应的化学方程式：
①沉淀池：                     ；  ②电解：                              ；
（2）整个生产流程中循环使用的物质是               。
（3）简述加热氯化镁的结晶水合物使之脱水转化为无水氯化镁的注意事项：                   。

研究CO₂的利用对促进低碳社会的构建具有重要意义。
（1）将CO₂与焦炭作用生成CO，CO可用于炼铁等。
已知：①Fe₂O₃(s) + 3C(石墨) =" 2Fe(s)" + 3CO(g) △H ₁ = +489．0 kJ·mol^－1
        ②C(石墨) +CO₂(g) = 2CO(g)  △H ₂ = +172．5 kJ·mol^－1
则CO还原Fe₂O₃(s)的热化学方程式为                                 。
（2）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g) +3H₂(g)CH₃OH(g) +H₂O(g) △H
①该反应的平衡常数表达式为K=                                      。
②取一定体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比为1∶3），加入恒容密闭容器中，发生上述反应反应过程中测得甲醇的体积分数φ(CH₃OH)与反应温度T的关系如图1所示，则该反应的ΔH                       0 （填“>”、“<”或“＝”）。

③在两种不同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图2所示，曲线I、Ⅱ对应的平衡常数大小关系为K_Ⅰ     K_Ⅱ(填“>”、“<”或“＝”)。
（3）以CO₂为原料还可以合成多种物质。
①工业上尿素[CO(NH₂)₂]由CO₂和NH₃在一定条件下合成，其反应方程式为       。
当氨碳比＝3，达平衡时CO₂的转化率为60%，则NH₃的平衡转化率为：         。
②用硫酸溶液作电解质进行电解，CO₂在电极上可转化为甲烷，该电极反应的方程式为            。

制烧碱所用盐水需两次精制。第一次精制主要是用沉淀法除去粗盐水中Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-等离子，过程如下：
Ⅰ. 向粗盐水中加入过量BaCl₂溶液，过滤；
Ⅱ. 向所得滤液中加入过量Na₂CO₃溶液，过滤；
Ⅲ. 滤液用盐酸调节pH，获得一次精制盐水。
（1）过程Ⅰ除去的离子是______。
（2）过程Ⅰ、Ⅱ生成的部分沉淀及其溶解度（20℃/g）如下表：

CaSO4	Mg2(OH)2CO3	CaCO3	BaSO4	BaCO3
2.6×10^-2	2.5×10^-4	7.8×10^-4	2.4×10^-4	1.7×10^-3

     ① 检测Fe³⁺是否除尽的方法是______。
② 过程Ⅰ选用BaCl₂而不选用CaCl₂，运用表中数据解释原因______。
③ 除去Mg²⁺的离子方程式是______。
④ 检测Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺是否除尽时，只需检测Ba²⁺即可，原因是_____。
（3）第二次精制要除去微量的I^-、IO₃^-、NH₄⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，流程示意如下：

① 过程Ⅳ除去的离子是______。
② 盐水b中含有SO₄^2-。Na₂S₂O₃将IO₃^- 还原为I₂的离子方程式是______。
③ 过程VI中，在电解槽的阴极区生成NaOH，结合化学平衡原理解释：_______。

Cl₂是一种重要的化工原料。
（1）电解饱和NaCl溶液获得Cl₂的化学方程式是_______。
（2）为便于储存，要将氯气液化[ Cl₂(g)  Cl₂(l) ]，应采取的措施是_______（写出一条即可）。
（3）液氯储存区贴有的说明卡如下（部分）：

危险性
储运要求	远离金属粉末、氨、烃类、醇更物质；设置氯气检测仪
泄漏处理	NaOH、NaHSO3溶液吸收
包装	钢瓶

   ① 用离子方程式表示“泄漏处理”中NaHSO₃溶液的作用_______。
② 若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是       。
③ 氯气含量检测仪工作原理示意图如下：
 
Cl₂在Pt电极放电的电极反应式是_______。
（4）质量标准要求液氯含水量（以1 g氯气含水的质量计）＜0. 4 mg，含水量超标会严重腐蚀钢瓶。液氯含水量的测定装置如下图所示：

（已知：P₂O₅ + 3H₂O = 2H₃PO₄；Cl₂与P₂O₅不反应。）
① 用离子方程式说明c装置的作用_______。
② 检测液氯的含水量，根据上图，需要测定的数据是_______。

【化学与技术】
由黄铜矿（主要成分是CuFeS₂）炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成Cu和Fe的低价硫化物，且部分Fe的硫化物转化为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式是            、           ，反射炉内生成炉渣的主要成分是             ；
（2）冰铜（Cu₂S和FeS互相熔合而成）含Cu量为20%～50%。转炉中将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的Cu₂S被氧化成Cu₂O，生成的Cu₂O与Cu₂S反应，生成含Cu量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式是        、          ；
（3）粗铜的电解精炼如图所示。

在粗铜的电解过程中，粗铜板是图中电极            （填图中的字母）；在电极d上发生的电极反应为     ；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                。

由黄铜矿(主要成分是)炼制精铜的工艺流程示意图如下：

（1）在反射炉中，把铜精矿砂和石英砂混合加热到1000℃左右，黄铜矿与空气反应生成和的低价硫化物，且部分的硫化物转变为低价氧化物。该过程中两个主要反应的化学方程式分别是、，反射炉内生成炉渣的主要成分是；
（2）冰铜（和互相熔合而成）含量为20%--50%。转炉中，将冰铜加熔剂（石英砂）在1200℃左右吹入空气进行吹炼。冰铜中的被氧化为，生成与反应，生成含量约为98.5%的粗铜，该过程发生反应的化学方程式分别是、；
（3）粗铜的电解精炼如右图所示。在粗铜的电解过程中，粗铜板应是图中电极（填图中的字母）；在电极上发生的电极反应式为；若粗铜中还含有，它们在电解槽中的存在形式和位置为。

铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
（1）要确定铁的某氯化物的化学式，可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54的样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和的阴离子交换柱，使和发生交换。交换完成后，流出溶液的用0.40的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0。计算该样品中氯的物质的量，并求出中值：（列出计算过程）；
（2）现有一含有和的混合物样品，采用上述方法测得=1:2.1，则该样品中的物质的量分数为。在实验室中，可用铁粉和盐酸反应制备，可用铁粉和反应制备；
（3）与氢碘酸反应时可生成棕色物质，该反应的离子方程式为

（4）高铁酸钾（）是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。与在强碱性条件下反应可制取，其反应的离子方程式为与电池类似，-也可以组成碱性电池，在电池中作为正极材料，其电极反应式为，该电池总反应的离子方程式为。

铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。
(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝土矿制备金属铝，其相关反应的热化学方程式如下：
  
 
①反应的=kJ·mol^－1(用含、 的代数式表示)。
②是反应过程中的中间产物。与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃) 的化学方程式为。
(2)镁铝合金( )是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的、 单质在一定温度下熔炼获得。该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为。得到的混合物()在一定条件下可释放出氢气。   
①熔炼制备镁铝合金()时通入氩气的目的是。
②在 溶液中，混合物 能完全释放出。1 mol 完全吸氢后得到的混合物 与上述盐酸完全反应，释放出的物质的量为。
③在 和溶液中，如图混合物 均只能部分放出氢气，反应后残留固体物质的射线衍射谱图如图所示(射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。在上述溶液中，混合物 中产生氢气的主要物质是(填化学式)。

(3)铝电池性能优越，电池可用作水下动力电源，其原理如图所示。该电池反应的化学方程式为。

Ⅰ.（1）一定条件下Fe(OH)₃与KClO在KOH溶液中反应可制得K₂FeO₄，该反应的化学方程式为                                    ；
生成0.1molK₂FeO₄转移的电子的物质的量       mol。
（2）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为碱溶液，其反应式为：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O 3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH
放电时电池的负极反应式为           。充电时电解液的pH       （填“增大”“不变”或“减小”）。
Ⅱ.NH₄Al(SO₄)₂是食品加工中最为快捷的食品添加剂，用于焙烤食品中；NH₄HSO₄在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛。请回答下列问题：

（1）相同条件下，0.1 mol·L^－1NH₄Al(SO₄)₂中c(NH)     （填“等于”、“大于”或“小于”）0.1 mol·L^－1NH₄HSO₄中c(NH)。
（2）如图1是0.1 mol·L^－1电解质溶液的pH随温度变化的图像。
①其中符合0.1 mol·L^－1NH₄Al(SO₄)₂的pH随温度变化的曲线是        （填写字母）；
②20℃时，0.1 mol·L^－1NH₄Al(SO₄)₂中2c(SO)－c(NH)－3c(Al^3＋)＝           mol·L^－1。
（3）室温时，向100 mL 0.1 mol·L^－1NH₄HSO₄溶液中滴加0.1 mol·L^－1NaOH溶液，得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图2所示。试分析图中a、b、c、d四个点，水的电离程度最大的是      ；在b点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是                  。
（4）已知Al(OH)₃为难溶物（常温下，K_sp[Al(OH)₃]＝2.0×10^－33）。当溶液pH=5时，某溶液中的
Al³⁺    （填“能”或“不能”）完全沉淀（溶液中的离子浓度小于1×10^－5 mol·L^－1时，沉淀完全）。

欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr₂O₇^2-转化为Cr(OH)₃沉淀除去。三种金属离子生成沉淀的pH如右表。

	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)2	7.0	9.0
Fe(OH)3	1.9	3.2
Cr(OH)3	6.0	8.0

（1）某含铬废水处理的主要流程如下图所示：

①初沉池中加入明矾作沉降剂，其作用的原理是（用离子方程式表示）           。
②请补充并配平以下反应池中发生主要反应的离子方程式：
  Cr₂O₇^2-+  HSO₃^-+    ==   Cr³⁺+   SO₄^2-+    H₂O。
③根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此过程中发生主要反应的离子方程式是：H⁺+OH^-＝H₂O和   ____________________________          。证明Cr³⁺沉淀完全的方法是                                                   。
（2）工业可用电解法来处理含Cr₂O₇^2-废水。实验室利用如右下图模拟处理含Cr₂O₇^2-的废水，阳极反应是Fe-2e^-＝Fe²⁺，阴极反应式是2H⁺+2e^-＝H₂↑。

①Fe²⁺与酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反应的离子方程式是                             ；
②上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡角度解释其原因     。
③若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，则阳离子全部生成沉淀的物质的量是_______mol。

减少污染、保护环境是全世界最热门的课题。
（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H₂(g)＋1/2O₂(g)==H₂O(g) ΔH₁＝-241.8 kJ·mol^－1
C(s)＋1/2O₂(g)===CO(g)  ΔH₂＝－110.5 kJ·mol^－1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为                          。
②洗涤含SO₂的烟气。以下物质可作洗涤剂的是    （填序号）：
a．Ca(OH)₂      b．CaCl₂         c．Na₂CO₃       d．NaHSO₃
（2）CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。在密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。

①M、N两点平衡状态下，容器中总物质的物质的量之比为：n(M)_总：n(N)_总＝　　 　　　。
②若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为　　     。
（3）催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
①催化硝化法中，用H₂将NO还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强。则该反应离子方程式为               。
②电化学降解NO的原理如右图所示，电源正极为    （填“a”或“b”）；若总反应为4NO₃^-+4H⁺通电5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，则阴极反应式为                  。

高铁酸钠（Na₂FeO₄）具有很强的氧化性，广泛应用于净水、电池工业等领域。以粗FeO(含有CuO、Al₂O₃和SiO₂等杂质)制备高铁酸钠的生产流程如下，回答下列问题：

已知：NaClO不稳定，受热易分解。
（1）粗FeO酸溶过程中通入水蒸气（高温），其目的是__________________________。
（2）操作I目的是得到高纯度FeSO₄溶液，则氧化I中反应的离子方程式为_________。
（3）本工艺中需要高浓度NaClO溶液，可用Cl₂与NaOH溶液反应制备
①Cl₂与NaOH溶液反应的离子方程式为_________________。
②在不同温度下进行该反应，反应相同一段时间后，测得生成NaClO浓度如下：

温度/℃	15	20	25	30	35	40	45
NaClO浓度/mol·L^-1	4.6	5.2	5.4	5.5	4.5	3.5	2

请描述随温度变化规律________________________________________________________。
其原因为____________________________________________________________________。
（4）工业也常用电解法制备Na₂FeO₄，其原理为Fe+2OH^-+2H₂O电解FeO₄^2-+3H₂↑。请用下列材料设计电解池并在答题卡的方框内画出该装置。

可选材料：铁片、铜片、碳棒、浓NaOH溶液、浓HCl等
其阳极反应式为：________________________________。

D、A、B、C为四种原子序数依次增大的短周期元素，A、B、C同周期，A的原子半径是同周期中最大的；B、D同主族。已知D元素的一种单质是日常生活中饮水机常用的消毒剂，C元素的单质可以从A、B两元素组成的化合物的水溶液中置换出B元素的单质。
（1）C元素在周期表中的位置     周期        族。
（2）A、B元素形成的常见化合物水溶液显        性，原因是（用离子方程式表示）                用石墨做电极电解该化合物的水溶液，则阴极反应式为                       ，
（3）A、D元素可以形成化合物A₂D₂，写出A₂D₂与CO₂反应的化学方程式                  （用元素符号表示）。该反应中还原剂是        。
（4）B元素的单质在不同的条件下可以与O₂发生一系列反应：① B(s)+O₂(g)=BO₂(g)；△H=－296.8kJ/mol②2BO₂(g)+O₂(g) 2BO₃(g)；△H=－196.6kJ/mol
则1 mol BO₃(g)若完全分解成B（s），反应过程中的热效应为             。

海水是巨大的化学资源宝库。
Ⅰ．从海水中可以提取氯、溴、碘等卤族元素。
（1）Cl₂的电子式是      。
（2）已知：X₂ (g)+H₂(g)2HX(g) (X₂表示Cl₂、Br₂和I₂)。 
下图表示平衡常数K与温度t的关系。

①ΔH 表示X₂与H₂反应的焓变，ΔH      0。（填“＞”、“＜”或“＝”）
② 曲线a表示的是    （填“Cl₂”、“Br₂”或“I₂”）与H₂反应时K与t的关系。
Ⅱ．海水淡化具有广泛的应用前景，淡化前需对海水进行预处理。
（1）通常用明矾［K₂SO₄·Al₂(SO₄)₃·24H₂O］作混凝剂，降低浊度。明矾水解的离子方程式是      。
（2）用下图所示NaClO的发生装置对海水进行消毒和灭藻处理。

① 装置中由NaCl转化为NaClO的化学方程式是      。
② 海水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^－等杂质离子，处理过程中装置的阴极易产生水垢，其主要成分是Mg(OH)₂和CaCO₃。生成CaCO₃的离子方程式是      。
③ 若每隔5-10 min倒换一次电极电性，可有效地解决阴极的结垢问题。
试用电极反应式并结合必要的文字进行解释      。

对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。
（1）含氰废水中的CN^－有剧毒。
①CN^－中C元素显+2价， N元素显-3价，用原子结构解释N元素显负价的原因是   ，共用电子对偏向N原子，N元素显负价。
②在微生物的作用下，CN^－能够被氧气氧化成HCO₃^-，同时生成NH₃，该反应的离子方程式为      。
（2）含乙酸钠和对氯酚（）的废水可以利用微生物电池除去，其原理如下图所示。

①B是电池的      极（填“正”或“负”）；②A极的电极反应式为        。
（3）电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如下图所示（图中“HA”表示乳酸分子，A^- 表示乳酸根离子）。

①阳极的电极反应式为        。
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理：         。
③ 电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6-8，此时进入浓缩室的OH^-可忽略不计。400mL 10 g•L^-1乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为145 g•L^-1（溶液体积变化忽略不计），阴极上产生的H₂在标准状况下的体积约为      L。（乳酸的摩尔质量为90 g• mol^-1）