化学竞赛章节练习90氯碱工业电化学综合.docx
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化学竞赛章节练习90氯碱工业电化学综合
中学化学竞赛试题资源库——氯碱工业电化学综合
A组
．用直式隔膜式电解槽电解饱和食盐水，下列说法中，错误的是
A阴、阳极电极材料分别是铁和石墨
B加入电解槽中的原料是预先加热过的饱和食盐水
C加入电解槽的饱和食盐水必须先除去钙、镁等离子
D从电解槽中流出的是纯净的氢氧化钠溶液
．在原电池和电解池的电极上所发生的反应，同属氧化反应或同属还原反应的是
A原电池的正极和电解池的阳极所发生的反应
B原电池的正极和电解池的阴极所发生的反应
C原电池的负极和电解池的阳极所发生的反应
D原电池的负极和电解池的阴极所发生的反应
．因发生电极反应，直接破坏了该电极附近水的电离平衡的是
A电解氯化铜溶液的阴极B铜锌原电池的负极
C电解饱和食盐水的阴极D电解饱和食盐水的阳极
．下列关于铜电极的叙述，正确的是
A铜锌原电池中铜为负极，发生氧化反应
B用电解法精炼粗铜时，粗铜作阴极
C在镀件上电镀铜时，可用精铜作阳极
D电解稀H2SO4制H2、O2时，可用铜作阳极
．下列事实不能用电化学理论解释的是
A轮船水线以下的船壳上镶嵌有一定量的锌块
B镀锌的铁制品比镀锡的铁制品耐用
C铝片不用特殊方法保存
D锌跟稀硫酸反应时，滴入少量硫酸铜溶液后，反应速率加快
．以下现象与电化腐蚀无关的是
A黄铜（铜锌合金）制作的铜锣不易产生铜绿
B生铁比软铁芯（几乎是纯铁）容易生锈
C锈质器件附有铜质配件，在接触处易生铁锈
D银质奖牌久置后表面变暗
．下列叙述正确的是
①锌跟稀硫酸反应制取氢气，加人少量硫酸铜能加快反应速率
②锌层破损后，白铁（镀锌的铁）比马口铁（镀锡的铁）更易腐蚀
③电镀时，应把镀件置于电镀槽的阴极
④冶炼铝时，把氧化铝加入液态冰晶石中成为熔融体后电解
⑤钢铁表面常易锈蚀生成Fe2O3·nH2O
A①②③④⑤B①③④⑤C①③⑤D②④
．为防止水闸门被腐蚀，可采取的措施是
A与低电压交流电源相接B与锌板相接
C与直流电源的正极相接D与石墨相接
．下列工作着的装置中，溶液总质量减少，而pH值升高的是
A铁作阴极，银作阳极，电解硝酸银溶液
B铁片和铜片用导线连接起来插入盛有稀硫酸的烧杯中
C分别用铂作阴、阳极，电解氢氧化钠溶液
D铁作阴极，碳棒作阳极，电解氯化钾溶液
．滴有酚酞和氯化钠试液的湿润滤纸分别做甲、乙两个实验，能发现附近变成红色的电极是
甲乙
AacBbdCadDbc
．下列装置中，当工作一段时间后，溶液的pH值增大的是
ABCD
．下图四个装置，各工作一段时间后，溶液pH显著升高的是；溶液中电解质质量不变的是。
ABCD
．下列装置中的纯锌棒都浸在相同浓度的稀硫酸中，锌棒腐蚀速度从快到慢的顺序是
①②③④
A③④②①B②③①④C④②①③D③②①④
．在下图的五个烧杯中都盛有天然水：
①②③④⑤
铁被腐蚀由快到慢的顺序是
A③②①④⑤B④②①③⑤C③②④⑤①D④⑤②③①
．下列各组装置中，在两极的电极反应分别相同的组是
ABCD
．下列四种装置中，溶液的体积均为250mL，开始时电解质溶液的浓度均为0.10mol/L，工作一段时间后，测得导线上均通过0.02mol电子，若不考虑溶液体积的变化，则下列叙述正确的是
A工作一段时间后溶液的浓度①＝②＝③＝④
B工作一段时间后溶液的pH值：
④＞③＞①＞②
C产生气体的总体积：
④＞③＞①＞②
D电极上析出的固体的质量：
①＞②＞③＞④
．能够使反应Cu＋2H2O＝Cu（OH）2＋H2↑发生的是
A铜片作原电池的负极，碳棒作原电池的正极，氯化钠作电解质溶液
B铜锌合金在潮湿空气中发生电化学腐蚀
C用铜片作阴、阳电极，电解硫酸钠溶液
D用铜片作阴、阳电极，电解硫酸铜溶液
．某同学为了完成2HCl＋2Ag＝2AgCl＋H2↑的反应，设计了下列四个实验，如图所示，你认为可行的方案是（电解质溶液为HCl）
ABCD
．按下列反应式进行的过程可否实现？
Cu＋2H2O＝Cu（OH）2＋H2↑
如果能实现，则指出必需的条件和为进行这一反应所用仪器的略图。
如果不可能，请说明为什么？
．为了判断电源A、B两极中哪一个是正极，某学生取滤纸一条，用硫酸钠、酚酞溶液湿润，然后从A、B两极中引出两根导线，并把两导线端分别压在滤纸两侧，通电后在滤纸上靠近A极所连导线的一侧呈现红色，试判断哪一极是正极?
简述理由。
．原电池、电解池在工作时，各极的质量变化有以下三种可能：
①变大、②变小、③不变
（1）负极质量变化可能是；
（2）正极质量变化可能是；
（3）阴极质量变化可能是；
（4）阳极质量变化可能是。
．对于下列装置中的反应，写出相应的电极反应式：
（甲）（乙）（丙）（丁）
（1）甲装置中，Zn极；Ag极；
（2）乙装置中，Cu极；Ag极；
（3）丙装置中，Fe极；C极；
（4）丁装置中，Pt极；Fe极。
．按照下图接通线路，反应一段时间后，回答下列问题（假设所提供的电能可以保证电解反应的顺利进行）：
（1）U型管内发生什么现象?
写出有关反应的化学方程式
（2）在a、b烧杯中发生什么现象
（3）如果小烧杯中有0.508g碘析出，问大烧杯中，负极减轻多少克?
．目前世界上比较先进的电解制碱术是离子交换膜法。
试回答下列问题：
（1）电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。
除去SO42－可用钡试剂，该钡试剂可以是。
（选填a、b、c）
ABa（OH）2BBa（NO3）2CBaCl2
（2）现有200mL食盐水，其中含有少量的NaOH，该溶液的pH等于10，用石墨电极电解，当阴极产生的气体体积为0.224L（标准状况）时停止电解。
阳极的电极反应式为。
电解后溶液的pH约为（忽略溶液的体积变化）。
．请从下图中选出必要装置进行电解食盐水实验。
要求准确测量产生氢气的体积（氢气的体积小于25mL），并通过实验证明生成的气体是氯气。
（1）铁棒A、炭棒B应分别与电源的_________极、_________极相连接。
（2）请选用上图所示的仪器，设计出实验装置，并根据所设计的实验方案，将接口连接顺序用字母表达出来_____________________A－B____________________。
（3）实验中生成5.6mL氢气时（标准状况下），U形管内50mL溶液的pH值约为________。
．请从图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验，要求测定产生的氢气的体积（大于25mL），并检验氯气的氧化性。
（1）A极发生的电极反应式是，B极发生的电极反应式是。
（2）电源、电流表，与A、B两极的正确连接顺序为
L→（）→（）→（）→（）→M
（3）设计上述气体实验装置时，各接口的正确连接顺序是
（）接（）、（）接A、B接（）、（）接（）
．已知下列反应（反应所需的其他条件和各物质的化学计量数均已略去）：
①A＋B
M＋D＋E；②M＋E→A＋F＋B请针对以下两种不同情况回答：
（1）若A是一种钠盐，反应①是化学工业上制取单质E和化合物M的重要方法。
则A的电子式为；反应②的离子方程式为；在酸性条件下，若将化合物F加到含Fe2＋的溶液中，溶液从浅绿色变成黄色，反应的离子方程式为。
（2）若A是一种含氧酸盐，可用于实验室中检验水的存在。
1个A的酸根离子中共含有50个电子，其中含有一种元素X，X的原子最外层电子数是电子层数的2倍，则X在元素周期表中的位置是第周期族。
X单质的熔点是112.8℃则X单质的晶体类型属于晶体。
X与碳单质在一定条件下可以生成CX2的化合物，其分子结构类似于CO2，则CX2属于（填“极性”或“非极性”）分子。
反应②的化学方程式为。
．根据下列反应框图填空，已知反应①是工业上生产化合物D的反应，反应⑤是实验室鉴定化合物E的反应。
（1）单质L是。
（2）化合物B是。
（3）图中除反应①以外，还有两个用于工业生产的反应，是和（填代号）。
它们的化学反应方程式分别是
和
．下图中的每一方格表示有关的一种反应物或生成物，其中粗框表示初始反应物（反应时加入或生成的水，以及生成沉淀J时的其它产物均已略去）。
填写下列空白：
（1）物质B是，F是，J是；
（2）反应①的离子方程式是。
．下图每一方框内的字母代表一种反应物或生成物：
从A到F均为中学化学中常见的物质，其中B跟E反应生成物质F，某温度下该反应起始和其时刻的反应混合组成如上表所示。
请写出下列反应方程式：
反应①；反应③；
反应③（须注明反应条件）；反应④。
．在玻璃圆筒中盛有两种无色的互不相溶的中性液体。
上层液体中插入两根石墨电极，圆筒内还放有一根下端弯成环状的玻璃搅棒，可以上下搅动液体，装置如右图。
接通电源，阳极周围的液体呈现棕色，且颜色由浅变深，阴极上有气泡生成。
停止通电，取出电极，用搅棒上下剧烈搅动。
静置后液体又分成两层，下层液体呈紫红色，上层液体几乎无色。
根据上述实验回答：
（1）阳极上的电极反应式为_____________________。
（2）阴极上的电极反应式为_____________________。
（3）原上层液体是_____________________________。
（4）原下层液体是_____________________________。
（5）搅拌后两层液体颜色发生变化的原因是。
（6）要检验上层液体中含有的金属离子，其方法是，现象是。
．已知在pH为4～5的环境中，Cu2＋几乎不水解，而Fe3＋已完全水解，转化为Fe（OH）3。
某同学欲提纯含有少量Fe2（SO4）3和稀H2SO4的CuSO4溶液，并利用电解纯净的CuSO4溶液得到的数据，计算Cu的相对原子质量。
（1）向含有少量Fe2（SO4）3和稀H2SO4的CuSO4溶液中，加入稍过量的黑色粉末A搅拌、过滤，得到较纯净的CuSO4溶液。
A的化学式为_______，加入A的作用是______________；
（2）将较纯净的CuSO4溶液放入右图所示的装置中进行电解，石墨电极上的电极反应式为____________________________，电解反应的离子方程式为_______________；
（3）实验完成后，石墨电极产生标准状况下的气体VmL，铜电极增重ag，则Cu的相对原子质量（用带有a、V的计算式表示）为___________。
．由于Fe（OH）2极易被氧化，所以在实验室用亚铁盐与氢氧化钠反应很难制得Fe（OH）2沉淀。
某学生设计了如图所示的装置制备Fe（OH）2，两极材料分别为石墨和铁。
（1）a电极材料应为，电极反应式为。
（2）电解液可以选用（填序号，多选扣分）。
A蒸馏水BNaCl溶液
C烧碱溶液DNa2SO4溶液
（3）d为苯，其作用是，在加入苯之前对C溶液应作何简单处理。
（4）反应一段时间后，停止通电，用一注射器向。
中推入一些空气，看到的现象是_____________，反应方程式为。
．已知在pH＝4～5的环境中，Cu2＋几乎不水解，而Fe3＋几乎完全水解。
某学生欲用电解纯净的CuSO4溶液的方法，并根据电极上析出的铜的质量以及电极上产生气体的体积来测定铜的相对原子质量，其实验流程如下图所示：
试回答下列问题：
（1）步骤①中所加入的A的化学式为；加入A的作用是。
（2）步骤②中所用部分仪器如右图所示，则A接直流电源的极。
（3）电解开始后的一段时间内，在U型管内可观察到的现象是_________。
其电解反应的离子方程式为。
（4）下列实验操作属必要的是（填字母）。
A称量电解前电极的质量
B电解后的电极在烘干称重前，必须用蒸馏水冲洗
C刮下电解后电极上的铜，并清洗、称量
D电极烘干称重的操作必须按烘干→称重→再烘干→再称重进行两次
E在有空气存在的憎况下，电极烘干必须采用低温烘干法
（5）铜的相对原子质量为。
．通常情况下，塑料是绝缘材料，不能像金属那样直接电镀。
在塑料上电镀铜要先进行表面处理、敏化、活化等，使其表面沉积一层导电的金属膜，然后再进行电镀。
其操作程序如下：
打磨→除油→粗化→敏化→活化→化学镀铜→电镀铜
（1）在洁净粗糙的塑料表面进行“敏化”，需将塑料放人氯化亚锡（SnCl2）溶液中，吸附一层氯化亚锡。
在“活化”时，将“敏化”后的塑料放入含银离子的溶液中，氯化亚锡与银离子反应形成一层活性单质银和＋4价可溶性锡盐。
用水冲洗塑料并吹干。
写出该反应的离子方程式：
；
该反应的还原剂是：
。
（2）将“敏化”、“活化”后的塑料放人化学镀铜液中。
在活性银和KNaC4H4O6催化作用下，化学镀铜液中的硫酸铜、氢氧化钠和甲醛反应，塑料表面生成一层金属铜沉积层，还生成甲酸钠、硫酸钠等。
反应完成后，用水冲洗塑料，然后吹干。
写出该反应化学方程式
（3）电镀铜时，塑料制品作为极，金属铜板作为，含有的溶液作为电镀液。
B组
．在如图的装置中，甲、乙两烧杯中都盛有相同体积的0.1mol/L的硫酸溶液，下列有关实验的叙述中，错误的是
A电流计G的指针不动
B通过电流计G的电子流动方向是由上向下
C甲、乙两装置都不是电解槽
D甲装置中铜极上有气泡产生
E乙装置中，[H＋]会减小
．如右图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心钢球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向烧杯中央滴入浓CuSO4溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验过程中，不考虑铁丝次应及两球的浮力变化）
A杠杆为导体和绝缘体时，均为A端高B端低
B杠杆为导体和绝缘体时，均为A端低B端高
C当杠杆为绝缘体时，A端低，B端高；为导体时，A端高，B端低
D当杠杆为绝缘体时，A端高，B端低；为导体时，A端低，B端高
．以不破坏MnO4－为前提，试设计一个实验，证明KMnO4溶液的紫色是由于MnO4－离子存在的缘故。
．α－AgI是一种固体导体，导电率很高。
为了研究α－AgI究竟是Ag＋离子导电还是I－离子导电，请设计一个简便的电化学实验。
写出实验结果并对结果进行说明。
．实验室分析白铁（镀锌）样品成分步骤为：
首先观察到有大量气体冒出，后来放出气体速度变慢，最后完全反应。
②接着加入大量的NaOH溶液；过滤，分离出灰绿色沉淀；该沉淀在空气中加热至质量不变；最后得到1.20g红色粉末。
试回答：
（1）白铁镀锌的作用是；
（2）盖玻片的作用是；
（3）放出气体速度由快变慢的原因是；
（4）为什么要加入过量NaOH溶液；
（5）在空气中加热灰绿色沉淀的化学反应方程式是；
（6）锌在样品中的百分含量是。
．如右图所示，有两个容器，容器中充满溶液，其中左容器中充满HClO溶液，右容器中充满稀H2SO4，右容器中插有两根金属棒，一根为铁棒，一根为铜棒，且用导线相连。
两个容器由一根很长的导管相连，导管正中有一小段水银柱，导管粗细均匀（拐角处体积忽略），在标况下，左右管的体积均为1.12L，（压强均为P。
，温度为0℃），在光照下，一段时间后，左容器中HClO减少0.1mol，右容器导线通过的电子个数为1.204×1022，则此时左右管体积分别为多少？
（温度不变）
C组
．有一组有机物废水电化学净化的微型实验，其方法和设备简单经济，操作方便，效果明显。
（1）在电场作用下，废水中的阴阳离子分别向电解池的阳极和阴极移动，进而可能在两极产生氧气或者氢气，这些气体的生成逸出将废水中的污染物带到液面，起到一定的浓缩作用。
更加重要的是阴极区域由于H＋还原，OH－离子浓度不断增大，可与阳极溶出的金属离子形成难溶的氢氧化物进而吸附污染物而沉淀。
这称之为电浮选凝聚作用。
①阳极除了发生电极反应Fe→Fe2＋＋2e－，还发生什么电极反应？
在阳极发现红褐色沉淀，是因为发生化学反应（写离子反应式）
②阴极发生电极反应
③如果以L－H（H为氢，L为有色基团）表示污染物，被吸附后发生氧化还原反应而脱色，请写出化学反应方程式
（2）另一种电化学净化法称为间接电化学氧化，是在电解过程中使低价金属离子Mn＋（例如Co2＋、Fe2＋）氧化为高价态的金属离子，然后以此高价态的金属离子作氧化剂把废水中的有机物氧化分解成CO2而净化。
其阳极反应式为：
Mn＋→M（n＋1）＋＋e－
①用L表示有机物质，Ox为L的氧化产物（如CO2），请写出阴极反应式
②如图：
一个井穴板穴孔盛放了饱和Ca（OH）2溶液，另外3个分别盛放相同体积相同浓度的CoSO4和H2SO4混合溶液，但分别添加2滴甘油，2滴乙醇，2滴甲醇，编号为1#、2#、3#，分别混合均匀后。
写出M（n＋1）＋氧化有机物（以甲醇为代表）的离子方程式
③在这里采用澄清石灰水和三组样品实验比较的目的在于
．电解食盐溶液的氯碱生产技术，已由传统的隔膜法变革为离子膜法高新技术。
这种技术进步，如下表所示：
表1产品液碱质量比较
项目
离子膜法
隔膜法
隔膜法
NaOH%
35（已有50%的报道）
10～12
30
NaCl%
**
14～16
4
Na2CO3%
**
（一般不计量）
1
表2能耗与蒸汽用量比较
（以NaOH质量分数为50％作比较基准）
项目
离子膜法
隔膜法
电解用电度/吨
2160
2600
蒸汽用电度/吨
80
700
蒸量用电度/吨
**
**
隔膜法和离子膜法新技术中所用的膜有本质区别。
前者是有条件地阻止阴、阳极电解产物相混合的多孔石棉隔膜。
后者由阳离子交换树脂（几类氟碳树脂）组成，树脂的高分子骨架上接有能电离出H+而可与Na+等阳离子交换的离子交换基团—SO3H、—COOH，所以是一类厚度虽仅0.l～0.5mm，但一般只允许溶液中的阳离子在膜中通过，更不能自由通过气体或液体的阳离子交换膜。
试从自然科学、生产技术与社会发展的综合角度，系统简答下列相关问题。
（1）在所给离子膜法电解食盐溶液示意图中的括号内，填写开始电解时进入电解槽用作电解液的液体A、B的组成名称，以及电解产出气体C、D的化学式，并简述其通过电解液的循环电解，直接生产纯浓液碱的电化学原理。
离子膜法电解槽的极间距，由于膜在电极间的结构紧凑而远小于隔膜法电解槽，这将如何影响能耗？
（2）传统隔膜法的阴极电解碱液，它所含NaOH的质量分数，为什么只能控制得低些？
（3）试对比评价本离子膜法科技进步的经济、社会效益。
．生产高纯度氢氧化钠的离子交换膜电解槽采用阳离子交换膜把阴极室和阳极室隔开。
阳离子交换膜“只”允许阳离子通过。
原料食盐水加入阳极区。
末反应完的食盐水从阳极区取出经精制后送回阳极室。
从外部加水到阴极室以调节生成的烧碱溶液浓度。
烧碱溶液从阴极室取出。
和隔膜法相比，离子交换膜电解槽有以下特点：
（1）得到高纯度的固体烧碱（含杂质：
NaCl0.1%以下，NaClO极微量；隔膜法产品含上述杂质量分别为1.0%～1.2%和0.1%～0.3%）；
（2）得高浓度的烧碱溶液（含NaOH35%～48%；隔膜法产品含NaOH约10%），大大降低了用于蒸发浓缩的能量消耗；
（3）要求高浓度的原料食盐水中所含钙、镁等金属离子的总量控制在0.1ppm以下。
请根据食盐水电解的两极反应和副反应、离子迁移和放电及上述两种膜（交换膜和隔膜）的性能，简要说明离子交换膜电解槽具有上述特点的原因。
参考答案（90）
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