- 电解池
- 共5205题
(16分)某研究小组拟用粗食盐(含Ca2+、Mg2+、SO等)、粗硅(含C及不与Cl2反应的固体杂质)制取纯硅,设计如下的工艺流程:
试回答下列问题:
(1)工业上一般是利用过量焦炭在高温下还原石英砂来制取粗硅,写出该过程的化学方程式:_______________________________________________________________________。
(2)精制粗盐水所需试剂为①BaC12;②Na2CO3;③HC1;④NaOH,其滴加的先后顺序是下列的________(填下列各项的序号)。
a.①②④③ b.④②①③ c.④①③② d.②④①③
已知,,假设该粗盐水中
的浓度均为0.01 mol·L-1,若向1 L该粗盐水中逐渐滴入一定量Na2CO3溶液,首先出现的沉淀是__________。
(3)已知SiCl4的沸点是57.6℃,CC14的沸点是76.8℃。在反应器I中得到的SiCl4粗品中含有CCl4,从中得到纯净SiCl4可采用的方法是下列各项中的________(填序号)。
a.蒸馏 b.干馏 c.分液 d.过滤
反应器Ⅱ中发生反应的化学方程式为__________________________________________。
(4)下图是用离子交换膜法电解饱和食盐水的示意图,电解槽中阴极产生的气体是_____。产品A的化学式为____________。
若采用无膜电解槽电解饱和食盐水可制取次氯酸钠,试写出该反应的化学方程式__ ___。
正确答案
(16分)
(1)SiO2+2CSi+2CO↑(2分)
(2)a(2分);碳酸钙(或CaCO3)(2分)
(3)a(2分);SiCl4+2H2Si+4HCl(2分)
(4)氢气(或H2)(2分);NaOH(2分);NaCl+H2O NaClO+H2↑(2分)
试题分析:(1)C在高温条件下还原SiO2,生成Si和CO,化学方程式为:SiO2+2CSi+2CO↑
(2)Na2CO3溶液的作用为除去Ca2+、除去过量的BaCl2溶液,所以Na2CO3的顺序在BaCl2的后面,HCl的作用是除去过量的Na2CO3和NaOH,所以在最后,因此a项正确;因为Ksp(MgCO3) < Ksp(CaCO3),CaCO3更难溶,所以首先析出的沉淀是CaCO3。
(3)SiCl4与CCl4在常温下为液体,相互溶解,但沸点不同,所以用蒸馏的方法得到纯净的SiCl4;反应器II中H2还原SiCl4,化学方程式为:SiCl4+2H2Si+4HCl。
(4)根据放电顺序,阴极上H2O电离出的H+放电,所以电解槽中阴极产生的气体是氢气;水电离出的H+放电,促进H2O的电离平衡向右移动,OH‾浓度增大,所以产品A为NaOH;无膜电解槽电解饱和食盐水可制取次氯酸钠,电解产生的Cl2与NaOH反应生成次氯酸钠,所以化学方程式为:NaCl+H2O NaClO+H2↑
人工肾脏可采用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素,原理如图。
(1)电源的负极为________(填“A”或“B”)。
(2)阳极室中发生的反应依次为___________________________________、
___________________________________________________________。
(3)电解结束后,阴极室溶液的pH与电解前相比将________;若两极共收集到气体13.44 L(标准状况),则除去的尿素为________g(忽略气体的溶解)。
正确答案
(1)B (2)2Cl--2e-=Cl2↑
CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl
(3)不变 7.2
(1)由图产生Cl2极为阳极知A为正极,B为负极。
(2)阳极室发生的反应依次为2Cl--2e-=Cl2↑。
由产物CO2、N2知CO(NH2)2在此室反应被氧化,CO(NH2)2―→CO2+N2,发生还原反应的为Cl2。故方程式为CO(NH2)2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl。
(3)阴极室2H++2e-=H2↑。
阳极室产生的H+通过质子交换膜进入阴极室,从而使阴极室H+浓度保持不变。pH与电解前相比不变。
两极共收集到的气体n(气体)=13.44/22.4=0.6 mol
m[CO(NH2)2]==7.2 g
(8分)取100ml的食盐水用惰性电极进行电解,当阳极析出11.2L气体(标准状况)时,食盐恰好完全电解,试计算:
(1)所取食盐水中氯化钠的物质的量浓度是 ;流经导线的电子数目
(2)要使溶液恢复到原状态,需加入的是物质 ,其质量是 。
正确答案
(8分,计算各3分)(1)10mol/L NA (2)氯化氢 36.5g
考查电化学的有关计算。
(1)惰性电极电解饱和食盐水,阳极是氯离子失去电子生成氯气,电极反应式是2Cl--2e-=Cl2↑,氯气的物质的量是11.2L÷22.4L/mol=0.5mol
所以根据原子守恒可知,氯化钠的物质的量就是1.0mol
其浓度是1.0mol÷0.1L=10mol/L
流经导线的电子数目是0.5×2×NA=NA。
(2)应用阴极是氢离子得到电子,生成氢气,根据电子的得失守恒可知,氢气也是0.5mol。所以要使溶液恢复到原状态,需加入的物质是1.0mol氯化氢,质量是1mol×36.5g/mol=36.5g。
如图为相互串联的甲乙两电解池
试回答:
(1)甲池若为用电解原理精炼铜的装置,则A是 极,材料是 ,
电极反应为 。
(2)乙池中若滴入少量酚酞试液,电解一段时间后Fe极附近呈 色.
(3)若甲池为电解精炼铜,阴极增重12.8g,则:乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为
;若此时乙池剩余液体为400 mL,则电解后得到碱液的物质的量浓度为 。
正确答案
1)阴极;纯铜;Cu2++2 e- =" Cu" ;(2)红;
(3)4.48L;1mol/L
试题分析:结合装置图,与电源负极相连的是阴极,与电源正极相连的是阳极,甲池若为用电解原理精炼铜的装置,则A是阴极,材料为纯铜,发生电极反应是Cu2++2 e- = Cu。
乙池中实质是电解NaCl饱和溶液,C极上放出Cl2,Fe极上生成H2 ,2H2O+2e-=H2↑+2OH,若滴入少量酚酞试液,电解一段时间后Fe极附近呈红色。若甲池为电解精炼铜,阴极增重12.8g,即转移的电子有,则乙池中阳极放出的气体在标准状况下的体积为
;产生OH-有0.4mol,若此时乙池剩余液体为400 mL,则电解后得到碱液的物质的量浓度为
。
点评:考查电解池实验装置图,难度不大,解题的关键是要区分正负极,电极发生的反应,把握得失电子情况,仔细计算。
(15分)(1)铅是碳的同族元素,比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为第 周期.第 族;PbO2的酸性比CO2的酸性 (填“强”或“弱”)。
(2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体,反应的化学方程式为 。
(3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得,反应的离子方程式为 ;PbO2也可以通过石墨为电极,Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生反应的电极反应式为 ,阴极上观察到的现象是 ;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为 ,这样做的主要缺点是 。
(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示,已知失重曲线上的a点为样品失重的4.0%(即样品起始质量—a点固体质量/样品起始质量×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2 ·nPbO,列式计算x值和m:n值 。
正确答案
(1)六 ⅣA 弱
(2)PbO2+4HCl(浓) △PbCl2+Cl2↑+2H2O
(3)PbO+ClO- PbO2+Cl- Pb2++2H2O—2e-
PbO2↓+4H+
石墨上包上铜镀层 Pb2++2e- Pb↓ 不能有效利用Pb2+
(4)根据PbO2△PbOx+(2—x/2)O2↑,有(2—x/2)×32=239×4.0%,x=2—(239×4.0%/16)=1.4,根据mPbO2 ·nPbO,2m+n/m+n=1.4,m:n=2/3。
试题分析:(1)根据题给信息知,铅是碳的同族元素,比碳多4个电子层,碳位于第二周期,则铅在元素周期表的位置为第六周期、第ⅣA族;根据同主族元素性质递变规律判断,PbO2的酸性比CO2的酸性弱。(2)根据题意知,PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体氯气,迁移二氧化锰与浓盐酸的反应知,反应的化学方程式为PbO2+4HCl(浓) △PbCl2+Cl2↑+2H2O。(3)根据题给信息知,PbO与次氯酸钠溶液反应生成PbO2和氯化钠,反应的离子方程式为PbO+ClO- PbO2+Cl-;根据题给信息知,电解池阳极发生氧化反应,即Pb2+失电子被氧化生成PbO2,电极反应式为Pb2++2H2O—2e-
PbO2↓+4H+,阴极上发生还原反应,电极反应式为:Cu2++2e-
Cu↓,观察到的现象是石墨上包上铜镀层;若电解液中不加入Cu(NO3)2,阴极发生的电极反应式为Pb2++2e-
Pb↓,这样做的主要缺点是不能有效利用Pb2+。(4)根据题给信息知,PbO2在加热过程发生的反应为PbO2△PbOx+(2—x/2)O2↑,则有(2—x/2)×32=239×4.0%,x=2—(239×4.0%/16)=1.4,根据mPbO2 ·nPbO,2m+n/m+n=1.4,m:n=2/3。
某化学研究小组以铜为电极电解饱和食盐水,探究过程如下:
【实验1】:如图装置,电源接通后,与电池负极相连的铜丝上有大量气泡产生;与电池正极相连的铜丝由粗变细.电解开始
30s内,阳极附近出现白色浑浊,然后开始出现橙黄色浑浊,此时测定溶液的pH约为10.随着沉淀量的逐渐增加,橙黄色沉淀慢慢聚集在试管底部,溶液始终未出现蓝色.
【实验2】:将实验1中试管底部的橙黄色沉淀取出,分装在两支小试管中,以后的操作和现象如下:
阅读资料:常见铜的化合物颜色如下:
请回答下列问题:(1)铜的常见正化合价为______,最终试管底部橙黄色沉淀的化学式______;
(2)阳极上发生的反应为:______;
(3)写出实验2中①、②的离子方程式①______②______.
正确答案
(1)氯化铜中铜的化合价为+2价,氧化亚铜中铜的化合价为+1价,所以铜的常见正化合价为+1、+2;根据常见铜的化合物颜色判断,试管底部橙黄色沉淀的物质是Cu2O.
故答案为:+1、+2; Cu2O.
(2)电解时,铜作阳极,阳极上铜失电子生成亚铜离子进入溶液,亚铜离子和氯离子生成氯化亚铜白色沉淀,所以电极反应式为2Cu+2Cl--2e-=2CuCl↓.
故答案为:2Cu+2Cl--2e-=2CuCl↓.
(3)①根据实验现象及硝酸和氧化亚铜的性质、及常见铜的化合物颜色判断,生成物是一氧化氮、硝酸铜和水,所以离子方程式为3Cu2O+2H++2NO3-=6Cu2++2NO↑+7H2O
②根据实验现象及常见铜的化合物颜色,生成物是铜、硫酸铜和水,所以离子方程式为Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O.
故答案为:3Cu2O+2H++2NO3-=6Cu2++2NO↑+7H2O;Cu2O+2H+=Cu+Cu2++H2O.
按下图中装置实验,A、B两烧杯分别盛放200 g 10% NaOH溶液和足量CuSO4溶液。通 电一段时间后,c极上有Cu析出,又测得A杯溶液中NaOH的质量分数为10.23%,试回答:
(1)电源的P极为________极。
(2)b极产生气体的体积为________L(标准状况)。
(3)c极上析出沉淀的质量为________g。
(4)d极上所发生的电极反应式为:________________。
正确答案
(1)负
(2)2.8
(3)16
(4)4OH--4e-→2H2O+O2↑
如图所示,p、q为直流电源的两极,A由金属单质X制成,B、C、D为铂电极,接通电源,金属X沉积于B极,同时C、D上产生气泡,试回答:
(1)p为 极,A极发生了 反应。
(2)C为 极,可收集到 ;D为 极,可收集到 。
(3)C极的电极反应式为 。
(4)在电解过程中,测C、D两极上产生气体的体积,实验数据如下表:
仔细分析以上实验数据,请说出变化的可能原因是
。
(5)当反应进行一段时间后,A、B电极附近溶液的pH (填“增大”“减小”或“不变”)。
(6)当电路中通过0.004 mol电子时,B极上沉积的金属X为0.128 g,则此金属的摩尔质量为 。
正确答案
(1)正 氧化
(2)阳 氧气 阴 氢气
(3)4OH--4e-=O2↑+2H2O
(4)在开始反应的1~4 min内,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解没有达到饱和,氧气的溶解度大于氢气,故氢气和氧气的体积比大于2∶1;随着反应的进行,到4 min后,由于生成的氧气和氢气在水中的溶解均达到饱和,故体积比约等于2∶1
(5)不变
(6)64 g/mol
(1)B极:X2++2e-=X因此B为阴极,由此可推知A是阳极。C是阳极,D是阴极,p为正极。
(4)从O2和H2在水中的溶解度大小回答。
(5)中A极:X-2e-=X2+,B极:X2++2e-=X,故两极pH不变。
(6)设X的摩尔质量为M,则:
X2++2e-= X
2 mol M
0.004 mol 0.128 g
M==64 g/mol。
在50 mL 0.2 mol/L CuSO4溶液中插入两个电极通电电解(不考虑水分蒸发)。则:
(1)若两极均为铜片,试说明电解过程中浓度变化情况________________________________。
(2)若阳极为纯锌,阴极为铜片,阳极反应式是 ________________________________。
(3)如不考虑H+在阴极上放电,当电路中有0.04 mol e-通过时,阴极增重________g,阴极上的电极反应式是 ________________________________。
正确答案
(1)不变
(2)Zn-2e-→Zn2+
(3)1.28;Cu2++2e-→Cu
氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示:
(1)溶液A的溶质是 ;
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是 ;
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2~3,用化学平衡移动原理解释盐酸的作用 ;
(4)电解所用的盐水需精制。去除有影响的Ca2+、Mg2+、NH4+、SO42-[c(SO42->c(Ca2+)]。精致流程如下(淡盐水和溶液A来自电解池):
①盐泥a除泥沙外,还含有的物质是 。
②过程Ⅰ中将NH4+转化为N2的离子方程式是 。 ③BaSO4的溶解度比BaCO3的小,过程Ⅱ中除去的离子有 。
正确答案
(1)NaOH
(2)2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)氯气和水反应,Cl2+H2OHCl+HClO,增大HCl的浓度可使平衡向逆向移动,减少氯气在水中的溶解度,有利于氯气的溢出。
(4)①Mg(OH)2 ②2NH4++3Cl2+8OH-=8H2O+6Cl-+N2↑ ③SO42- Ca2+
(1)电解时,阴极H+放电,阳极Cl-放电,因此溶液中溶质是NaOH。
(2)电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl-+2H2O2OH-+H2↑+Cl2↑
(3)因为阳极上产生Cl2,而氯气能溶解于水,产能发生Cl2+H2OHCl+HClO,根据平衡移动原理知,增大盐酸的浓度可使平衡向逆向移动,这样减少了氯气的溶解度,有利于氯气的溢出。
(4)由于溶解中含有Mg2+,所以用NaOH调节溶液的pH时,会产生Mg(OH)2沉淀,即盐泥a中还含有Mg(OH)2。淡盐水中含有氯气,氯气具有强氧化性,
可将NH4+氧化为N2,而氯气被还原成Cl-,方程式为2NH4++3Cl2+8OH-=8H2O+6Cl-+N2↑;沉淀转化的实质是沉淀溶解平衡的移动,一般说来,溶解度相对大的容易转化为溶解度更小的沉淀,加入BaCO3后,溶液中的SO42-更容易生成更难溶的BaSO4沉淀,由于Ca2+的存在,还会生成CaCO3沉淀。
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