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填空题

(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PbO2PbOx+(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PbO2PbOx+(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。

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(15分)电解原理在化学工业中有广泛应用。如图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题:

(1)若X、Y都是惰性电极,a是NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则:

① Y电极上的电极反应式为                             

在X极附近观察到的现象是                          

②电解总反应离子方程式为                              

(2)要在铁件的表面镀铜防止铁被腐蚀,则:

① Y电极的材料是        (选填纯铁、纯铜或纯锌),电极反应式是             。电解液a选用        溶液,电解过程中其浓度           (选填增大、减小或不变)。

②若电镀前X、Y两电极的质量相同,电镀完成后将它们取出洗净、烘干、称量,二者质量差为5.12 g,则电镀时电路中通过的电子为          mol。

③镀层破损后,镀铜铁比镀锌铁更容易被腐蚀,请简要说明原因:

                                                                        

正确答案

(1)①2Cl--2e-=Cl2↑(2分)    有气泡产生,溶液变红(2分)

②2Cl- +2H2O电解2OH-+Cl2↑+H2↑(2分)

(2)①纯铜(1分)Cu-2e-=Cu2+(2分) CuSO4(其他合理答案也给分) (1分)不变(1分)② 0.08mol(2分)

③铁比铜活泼,镀层破坏后,在潮湿的环境中形成原电池,加速铁的腐蚀(其他合理答案也给分) (2分)

(1)由图,得:电子从外加电源的负极流向电解池的阴极X,溶液中的阴离子(Cl、OH-)从阴极X移向阳极Y,再阳极Y发生失电子的反应,电子流回外加电源的正极;则溶液中的阳离子(Na+、H+)从阳极Y移向阴极X;

①故两极反应为:Y:2Cl--2e-=Cl2↑(放电能力:Cl>OH-),X:2H++2e-= H2↑(放电能力:H+>Na+)因为消耗了H+,则水的电离平衡(H2O H++ OH-)正向移动,使C(OH-)增大,即C(OH-)>C(H+),故溶液变红;

②总化学方程式为2 NaCl+2H2O电解2NaOH+Cl2↑+H2

(2)要在铁件的表面镀铜,则铁件作阴极,可用纯铜作阳极,故两极反应为:

①阳极:Cu-2e-= Cu2+,Cu2++2e-= Cu,故电解过程中溶液中C(Cu2+)不变;

②设电镀前X、Y两电极的质量均为m g,依据电极反应式判断:设电解过程中阳极减少a g,则阴极就增加a g,即:(m+a)-(m-a)=" 5.12" g,则a="2.56" g,n(Cu)="2.56" g/64g.mol-1="0.04" mol,Cu——2e-,则n(e-)="2" n(Cu)=0.08mol;

③镀层破损后,镀铜铁中,铁比铜活泼,故加速铁的腐蚀;

镀层破损后,镀锌铁中,锌比铁活泼,故加速锌的腐蚀;

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如图所示装置为在直流电的作用下电解CuSO4溶液图,其中A、B为石墨电极,a、b为电源的两极,当接通电源后,通电一段时间后,将B电极取出洗干净并干燥后称量其质量增加了3.2g,则:

⑴a为电源的       极。

⑵写出电极反应方程式:A                ,B                

⑶如果想使反应溶液恢复到原来状态,应该加入   ,加入       g。

正确答案

(1)正(2)4OH--4e-==2H2O+O2↑ 2Cu2++4e-="=2Cu" (3)CuO 4g    

该装置为电解池,B电极质量增加了3.2g,为铜附在上面,作为阴极,a为电源的极,b为负极。阳极:4OH--4e-==2H2O+O2↑  阴极: 2Cu2++4e-="=2Cu"

转移电子0.1mol生成铜0.05mol,加入氧化铜为0.05mol/4g

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(12分)铁及铁的化合物应用广泛,如FeCl3可用作催化剂、印刷电路铜板腐蚀剂和外伤止血

剂等。

(1)写出FeCl3溶液腐蚀印刷电路铜板的离子方程式                              

(2)若将(1)中的反应设计成原电池,请画出原电池的装置图(标出电极材料和电解质溶液),并写出电极反应式。

正极反应                              ,

负投反应                             

(3)某同学用碳棒、铜棒和稀硫酸为原材料,以及一些必要条件,实现 Cu+H2SO4(稀)=CuSO4+H2↑反应。请在框内画出能够实现这一反应的实验装置图。

(4)另一位同学在做(3)反应实验时,看到碳棒和铜棒

上都有气泡产生,但铜棒没有被腐蚀。请你分析其原因

                                         

此时的总反应为                                

正确答案

(12分)(1)2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2(2分)

(2)(2分)

正极反应:Fe3+e=Fe2(或2Fe3+2e=2Fe2

负极反应:Cu=2Cu2+2e(或Cu-2e=Cu2)(2分)

(3)(2分,无直流电源不给分)

(4)电源反接了,2H2OH2↑+O­2↑(4分)

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太阳能电池可用做电解的电源(如图)。

(1)若c、d均为惰性电极,电解质溶液为硫酸铜溶液,电解过程中,c极先无气体产生,后又生成气体,则c极为________极,在电解过程中,溶液的pH________(填“增大”、“减小”或“不变”),停止电解后,为使溶液恢复至原溶液应加入适量的________。

(2)若c、d均为铜电极,电解质溶液为氯化钠溶液,则电解时,溶液中氯离子的物质的量将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

(3)若用石墨、铁作电极材料,可组装成一个简易污水处理装置。其原理是:加入试剂调节污水的pH在5.0~6.0之间。接通电源后,阴极产生的气体将污物带到水面形成浮渣而刮去,起到浮选净化作用;阳极产生的有色沉淀具有吸附性,吸附污物而沉积,起到凝聚净化作用。该装置中,阴极的电极反应式为__________________________;阳极区生成的有色沉淀是________。

正确答案

(1)阴 减小 CuO和H2O[或Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3] (2)不变 (3)2H+2e=H2↑ Fe(OH)2

(1)用惰性电极电解硫酸铜溶液,c极上先无气体生成,后产生气体,说明c极为阴极(先生成Cu,后生成H2),电解CuSO4溶液最终生成H2SO4,溶液的pH减小。电解过程分两个阶段:第一阶段,阴极生成Cu,阳极生成O2,溶液中减少的相当于CuO;第二阶段,阴极生成H2,阳极生成O2,溶液中减少的相当于H2O。

(2)若c、d为铜电极时,阳极:Cu-2e=Cu2,电解质溶液中Cl不放电,故其物质的量不变。

(3)若用石墨、铁作电极材料,阴极产生气体,阴极发生的反应只能是2H+2e=H2↑,阳极生成有色沉淀,则阳极为铁放电,Fe-2e=Fe2,该有色沉淀是Fe(OH)2

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由于Fe (OH)2极易被氧化,所以实验室很难用亚铁盐溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe (OH)2沉淀,应用下图电解实验可以制得白色的纯净的Fe (OH)2沉淀。两电极材料分别为石墨和铁。

(1)b电极材料应为____,电极反应式为________________。

(2)电解液C可以是__________。

正确答案

(1)铁,Fe-2e =" Fe" 2    (2)B、C

试题分析:(1)b极为阳极,发生氧化反应,铁单质失去电子,电极反应式为Fe-2e- =" Fe" 2;(2)电解液必须是电解质溶液,A错误;电解NaCl溶液,阳极为铁单质被氧化,阴极为氢离子在放电,故溶液中存在着由水电离出来的氢氧根离子,则与亚铁离子结合,生成氢氧化亚铁沉淀,B正确;电解氢氧化钠溶液,阳极为铁单质被氧化,生成的亚铁离子与溶液中的氢氧根离子结合,生成氢氧化亚铁沉淀,阴极为氢离子在放电,C符合要求;电解氯化铜溶液,阳极为铁单质被氧化,阴极为铜离子在放电,在石墨表面附着铜,亚铁离子存在电解液中,D不符合要求。

点评:电解池是历年高考常考知识点,注重考查学生分析问题、解决问题的能力。

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填空题

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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电解原理在化学工业中有广泛应用。右图表示一个电解池,装有电解液a;X、Y是两块电极板,通过导线与直流电源相连。请回答以下问题:

若X、Y都是惰性电极,a是饱和NaCl溶液,实验开始时,同时在两边各滴入几滴酚酞试液,则

①电解池中X极上的电极反应为                       

在X极附近观察到的实验现象是                     

②Y电极上的电极反应式为                      

检验该电极反应产物的方法是                                        

正确答案

.①2H++2e- = H2↑电极表面产生大量气泡,溶液颜色变红

②2Cl- + 2e- = Cl2↑使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝

试题分析:①电解池中X极和电源的负极相连,做阴极,溶液中的氢离子放电生成氢气,电极反应式为2H++2e- = H2↑。由于氢离子放电,破坏了阴极周围水的电离平衡,所以溶液显碱性,则实验中观察到的现象是电极表面产生大量气泡,溶液颜色变红。

②Y电极和电源的正极相连,做阳极,溶液中的氯离子放电,则电极反应式为2Cl- + 2e- = Cl2↑。氯气具有强氧化性,据此可以鉴别,即检验该电极反应产物的方法是使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。

点评:该题是基础性试题的考查,试题紧扣教材基础上,旨在巩固学生的教材,提高学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力。该题的关键是明确电解池的工作原理,然后结合题意和装置图灵活运用即可。

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简答题

由于Fe(OH)2极易被氧化,所以实验室难用亚铁盐

溶液与烧碱反应制得白色纯净的Fe(OH)2沉淀.若用如图所

示实验装置可制得纯净的Fe(OH)2沉淀.两极材料分别为石

墨和铁。

(1)a电极材料为           ,其电极反应式为                                  

(2)若电解液d是      (填字母编号,下同),则白色沉淀在电极上生成;若是          ,则白色沉淀在两极之间的溶液中生成。

(3)液体c为苯,其作用是                              ,在加入苯之前,要对d溶液进行         (填操作名称)处理,其目的是除去溶液中溶解的氧气。

(4)若装置中生成的气体在标准状况下的体积为2.24L,则生成的沉淀质量为   g。

正确答案

(8分)

(1)Fe(1分) Fe-2e===Fe2(1分)

(2) C(1分)    B(1分)

(3)隔绝空气,防止Fe(OH)2被氧气氧化;(1分) 加热(1分)

(4)9(2分)

试题分析:(1)a电极与电源正极相连,因而是铁,电极反应是Fe-2e===Fe2

(2) A项,纯水几乎不能导电,D项铁与氯化铜不通电就反应,排除AD,B项,电解过程,溶液中逐渐有氢氧根产生,沉淀在溶液中产生,而C项,一开始就有氢氧根,沉淀在电极上产生,故答案分别是C和D;

(3)隔绝空气,防止Fe(OH)2被氧气氧化;加热除去溶解的氧气;

(4)结合方程式Fe-2e===Fe2和H2O+2e-===2OH-+H2↑,可知生成1molFe(OH)2,即9g。

点评:本题考查的Fe(OH)2性质及电解池的知识,题目难度不大,结合所学知识即可解答。

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简答题

(6分)常温下电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液,理论上两极所得气体的体积随时间变化的关系如下图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积),根据图中信息回答下列问题。

⑴通过计算推测:

①原混合溶液NaCl和CuSO4的物质的量浓度。

②t2时所得溶液中氢离子物质的量浓度

⑵实验中发现,阳极产生的气体体积与阴极相比,明显小于对应时间段的理论值。试简要分析其可能原因。

正确答案

(1)①c(NaCl)=0.1mol/L   c(CuSO4)=0.1mol/L

②0.1mol/L

(2)由于阳极产生的是氯气和氧气,在水中的溶解度明显大于氢气,所以阳极产生的气体体积与阴极相比,明显小于对应时间段的理论值。

考查电解池的有关计算。本题的关键是对图像的解读。刚开始时阴极Cu2+得电子,无气体放出,Cu2+反应完溶液中的H+放电,Ⅰ是H2,阳极先是溶液中的Cl-放电,反应完后溶液中的OH-放电,计算时抓住电子守恒。

(1)①根据图像可知,生成氯气是224ml,物质的量是0.01mol

所以氯化钠的浓度是c(NaCl)=0.01mol×2÷0.2L=0.1mol/L

当开始生成氢气时,铜离子放电完毕,此时生成氧气是336ml-224ml=112ml

所以共转移电子是0.01mol×2+0.112L÷22.4L/mol×4=0.04mol

根据得失得失守恒可知,硫酸铜的物质的量是0.04mol÷2=0.02mol

则c(CuSO4)=0.02mol÷0.2L=0.1mol/L

②t1~t2时才产生氢离子,物质的量是0.112L÷22.4L/mol×4=0.02mol

所以氢离子浓度是0.02mol÷0.2L=0.1mol/L

因此pH=1

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