题目内容

（12分）如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

(1)甲烷燃料电池负极反应式是                             ；
(2)石墨(C)极的电极反应式为                               ；
(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成 的气体体积为________L ，丙装置中阴极析出铜的质量为________g ；
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)2的实验装置(如图所示)。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________；若用于制Fe(OH)2，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用________作电极。

（12分） (1)  CH4 +10OH- -8e－＝CO32-+7H2O ；（3分）
(2)2Cl－－2e－＝Cl2↑；（2分） (3)4.48L，（2分）　12.8g；（2分）
(4) 负（1分）　饱和氯化钠溶液或食盐水（1分） 铁 （1分）

解析试题分析：燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极。
（1）燃料电池中，负极上投放燃料，所以投放甲烷的电极是负极，负极上失电子发生氧化反应，电极反应式为：CH4+10OH--8e-＝CO32-+7H2O；
（2）甲中投放氧化剂的电极是正极，所以乙装置中石墨电极是阳极，阳极上氯离子失电子发生氧化反应，电极反应式为：2Cl--2e-＝Cl2↑；
（3）串联电池中转移电子数相等，若在标准状况下，有2.24L氧气参加反应，氧气的物质的量是2.24L÷22.4L/mol÷0.1mol，则则转移电子的物质的量＝0.1mol×4＝0.4mol，乙装置中铁电极上氢离子放电生成氢气，设生成氢气的体积为xL；丙装置中阴极上析出铜，设析出铜的质量为yg，则
2H++2e-＝H2↑
2mol   22.4L
0.4mol   xL
解得x=4.48
Cu 2++2e-＝Cu
2mol  64g
0.4mol  yg
解得y=12.8
（4）电解饱和食盐水时，阴极上析出氢气，阳极上析出氯气，氯气和氢氧化钠反应生成次氯酸钠，次氯酸钠是漂白液的有效成分，B电极上生成氯气，氯气的密度小于溶液的密度，所以生成的氯气上升，能和氢氧化钠溶液充分的接反应生成次氯酸钠，所以A极上析出氢气，即A极是阴极，所以a为电池负极；若用于制Fe（OH）2，使用硫酸钠做电解质溶液，阴极上氢离子放电生成氢气，如果阳极是惰性电极，阳极上氢氧根离子放电生成氧气得不到氢氧化亚铁，所以阳极上应该是铁失电子生成亚铁离子，亚铁离子和氢氧化钠反应生成氢氧化亚铁。
考点：考查原电池和电解池原理及物质的量的有关计算

练习册系列答案
相关题目

某反应中反应物与生成物有：FeCl2、FeCl3、CuCl2、Cu。
（1）将上述反应设计成的原电池如图甲所示，请回答下列问题：
 
①图中X溶液是_____________________________；
②石墨电极上发生的电极反应式为__________________________________________；
③原电池工作时，盐桥中的____________(填“K＋”或“Cl－”)不断进入X溶液中。
（2）将上述反应设计成的电解池如图乙所示，乙烧杯中金属阳离子的物质的量与电子转移的物质的量的变化关系如图丙，请回答下列问题：
①M是__________极；
②图丙中的②线是______________的变化。
③当电子转移为2 mol时，向乙烧杯中加入________ L 5 mol·L－1 NaOH溶液才能使所有的金属阳离子沉淀完全。
（3）铁的重要化合物高铁酸钠(Na2FeO4)是一种新型饮用水消毒剂，具有很多优点。
①高铁酸钠生产方法之一是电解法，其原理为Fe＋2NaOH＋2H2O=Na2FeO4＋3H2↑，则电解时阳极的电极反应式是__________________________________。
②高铁酸钠生产方法之二是在强碱性介质中用NaClO氧化Fe(OH)3生成高铁酸钠、氯化钠和水，该反应的离子方程式为_______________________________________。

下图为细菌冶铜和火法冶铜的主要流程。

(1) 硫酸铜溶液一般呈________(填“酸”、“碱”或“中”)性，原因是________    (用离子方程式表示）。写出电解硫酸铜溶液的化学方程式：______________(电解过程中，始终无氢气产生)。
(2)细菌冶金又称微生物浸矿，是近代湿法冶金工业上的一种新工艺。细菌冶铜与火法冶铜相比，优点为________________(写出一点即可)。

(3) 用惰性电极分别电解浓的氯化铜溶液和硫酸铜溶液。电解浓的氯化铜溶液时发现阴极有金属铜生成，同时阴极附近会出现棕褐色溶液。而电解硫酸铜溶液时，没有棕褐色溶液生成。下面是关于棕褐色溶液成分的探究：
①有同学认为，阴极附近出现的棕褐色溶液是氯气反应的结果，你认为他的猜测是否正确？________(填“正确”或“不正确"），原因是__________
资料1:
一般具有混合价态(指化合物中同一元素存在两种不同的化合价，如Fe3O4中的 Fe元索)的物质的颜色比单一价态的物质的颜色要深。
资料2:
CuCl微溶于水，能溶于浓盐酸。
②猜想：棕褐色溶液中可能含有的离子是________(填3种主要离子符号）。
③验证猜想：完成实验方案(配制棕褐色溶液）。
取少量________固体于试管中，加入________使其溶解，再加入________溶液，观察现象。
④已知电解前，U形管中加入了________100mL0.5 mol . L－1 CuCl2溶液，电解结朿时电路中一共转移了 0.03 mol电子，且阴极生成0. 64 g铜，则形成的低价阳离子的物质的量为________mol。

甲、乙两池电极材料都是铁棒与碳棒（如下图）。请回答下列问题：       

(1)若两池中均盛放CuSO4溶液，反应一段时间后：
①有红色物质析出的是：甲池中的    棒；乙池中的       棒。
②在乙池中阳极的电极反应式是                  。
(2)若两池中均盛放饱和NaCl溶液。
①写出乙池中发生总反应的离子方程式                      。
②将湿润的淀粉KI试纸放在乙池附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去，这是因为过量的Cl2将生成的I2氧化。若反应的Cl2和I2的物质的量之比为5:1，且生成两种酸。该反应的化学方程式为         。
③若乙池转移0.02mol电子后停止实验，池中溶液的体积是200mL，则溶液混匀后的pH=           。

二甲醚(CH3OCH3)是一种重要的清洁燃料气，其储运、燃烧安全性、理论燃烧温度等性能指标均优于液化石油气，也可用作燃烧电池的燃料，具有很好的好展前景。
（1）已知H2、CO和CH3OCH3的燃烧热(ΔH)分别为-285.5kJ/mol、-283kJ/mol和-1460.0 kJ/mol，则工业上利用水煤气成分按1:1合成二甲醚的热化学方程式为：           。
（2）工业上采用电浮远凝聚法处理污水时，保持污水的pH在5.0，通过电解生成Fe(OH)3胶体，吸附不溶性杂质，同时利用阴极产生的H2，将悬浮物带到水面，利于除去。实验室以二甲醚燃料电池模拟该方法设计的装置如下图所示：

①乙装置以熔融碳酸盐为电解质，稀土金属材料为电极。写出该燃料电池的正极电极反应式         ；下列物质可用做电池熔融碳酸盐的是           。
A.MgCO3       B.Na2CO3      C.NaHCO3     D.(NH4)2CO3
②写出甲装置中阳极产物离子生成Fe(OH)3沉淀的离子方程式                。
③已知常温下Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，电解一段时间后，甲装置中c(Fe3+)=   。
④已知：H2S的电离平衡常数：K1=9.1×10-8、K2=1.1×10-12；H2CO3的电离平衡常数：K1=4.31×10-7、K2=5.61×10-11。测得电极上转移电子为0.24mol时，将乙装置中生成的CO2通入200mL 0.2mol/L的Na2S溶液中,下列选项正确的是
A．发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O=CO32-+H2S
B．发生反应的离子方程式为：CO2+S2-+H2O=HCO3-+HS-
C．c(Na+)=2[c(H2S)+c(HS-)+c(S2-)]
D．c(Na+)+c(H+)=2c(CO32-)+2c(S2-)+c(OH-)
E．c(Na+)>c(HCO3-)>c(HS-)>c(OH-)

有人设计以Pt和Zn为电极材料,埋入人体作某种心脏起搏器的能源。它依靠人体内体液中含有一定物质的量浓度的溶解氧、H+和Zn2+进行工作。试写出两极反应的方程式。

(14分）氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图完成下列问题：
在电解过程中，阴极上生成气体的电子式为     。
（2）精制过程中除去阳离子中的Ca2+、Mg2+等杂质，除去Mg2+的离子方程式为       。
（3）精制过程要除去SO42-，可选择下列溶液中的      （填字母序号）
a. Ba(OH)2           b.Ba(NO3)2          c.BaCl2
（4）在实际生产中也可以用BaCO3除去SO42-（已知溶解度BaSO4<BaCO3)，试用平衡移动原理加以解释：     。
（5） 脱盐工作中，利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过蒸发、冷却、   、  （填操作名称）而制得50%的NaOH溶液。
（6）写出电解饱和食盐水的离子方程式：                          

下列有关实验装置及用途叙述完全正确的是

A．a装置检验消去产物，中间应加水洗装置 B．b装置检验酸性：盐酸＞碳酸＞苯酚
C．c装置用于实验室制取并收集乙烯 D．d装置用于实验室制硝基苯

【选修2化学与技术】(15分)
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（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被氧化为Cu2O，生成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d上发生的电极反应式为                         ；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                     。

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