高考二轮复习知识点：电解池工作原理及应用1

试卷更新日期：2023-07-30 类型：二轮复习

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一、选择题

1. $N_{A}$ 为阿伏加德罗常数的值。下列说法正确的是（）

A、 $4 {MnO}_{4}^{-} + 5 HCHO + 12 H^{+} = 4 {Mn}^{2 +} + 5 {CO}_{2} ↑ + 11 H_{2} O$ ， $1 mol [4 {MnO}_{4}^{-} + 5 HCHO]$ 完全反应转移的电子数为 $20 N_{A}$ B、用电解粗铜的方法精炼铜，当电路中通过的电子数为 $N_{A}$ 时，阳极应有 $32 gCu$ 转化为 ${Cu}^{2 +}$ C、常温下， $pH = 9$ 的 ${CH}_{3} COONa$ 溶液中，水电离出的 $H^{+}$ 数为 $10^{- 5} N_{A}$ D、 $1 L$ 浓度为 $0.100 mol \cdot L^{- 1}$ 的 ${Na}_{2} {CO}_{3}$ 溶液中，阴离子数为 $0.100 N_{A}$

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2. 回收利用工业废气中的 $C O_{2}$ 和 $S O_{2}$ ，实验原理示意图如下。

下列说法不正确的是（）

A、废气中 $S O_{2}$ 排放到大气中会形成酸雨 B、装置 $a$ 中溶液显碱性的原因是 $H C O_{3}^{-}$ 的水解程度大于 $H C O_{3}^{-}$ 的电离程度 C、装置 $a$ 中溶液的作用是吸收废气中的 $C O_{2}$ 和 $S O_{2}$ D、装置 $b$ 中的总反应为 $S O_{3}^{2 -} + C O_{2} + H_{2} O \begin{array}{l} \underset{}{\underset{=}{电解}} \end{array} H C O O H + S O_{4}^{2 -}$

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3. 葡萄糖酸钙是一种重要的补钙剂，工业上以葡萄糖、碳酸钙为原料，在溴化钠溶液中采用间接电氧化反应制备葡萄糖酸钙，其阳极区反应过程如下：

下列说法错误的是

A、溴化钠起催化和导电作用 B、每生成 $1 m o l$ 葡萄糖酸钙，理论上电路中转移了 $2 m o l$ 电子 C、葡萄糖酸能通过分子内反应生成含有六元环状结构的产物 D、葡萄糖能发生氧化、还原、取代、加成和消去反应

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4. 能正确表示下列反应的离子方程式为

A、新制氯水中加入少量CaCO₃： 2Cl₂+H₂O+CaCO₃=Ca²⁺+2Cl^-+CO₂↑+2HClO B、硫酸铜溶液中滴入几滴氨水： Cu²⁺+4NH₃·H₂O = [Cu(NH₃)₄]²⁺+4H₂O C、久置的H₂S溶液变浑浊： 2S^2-+ O₂+4H⁺ = 2S↓+2H₂O D、用铜电极电解硫酸铜溶液： 2Cu²⁺ +2H₂O $\begin{array}{l} \underline{\underline{通电}} \end{array}$ 2Cu+O₂↑+4H⁺

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5. 铁碳微电解技术是处理酸性废水的一种工艺，装置如下图所示。若上端口打开，并鼓入空气，可得到强氧化性中间体羟基自由基 $(\cdot O H)$ ；若上端口关闭，可得到强还原性中间体氢原子 $(\cdot H)$ 。下列说法正确的是

A、无论上端口是关闭还是打开，正极反应式均为： $F e - 2 e^{-} = F e^{2 +}$ B、 $1 m o l O_{2}$ 完全转化为羟基自由基 $(\cdot O H)$ 时转移了 $2 m o l$ 电子 C、若处理含酚类的酸性废水，则上端口应关闭 D、若处理含 $C r_{2} O_{7}^{2 -}$ 的酸性废水，则上端口应打开并鼓入空气

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6. 一种水性电解液Zn-MnO₂离子选择双隔膜电池如图所示[KOH溶液中， Zn²⁺以 $Z n (O H)_{4}^{2 -}$ 存在]。电池放电时，下列叙述正确的是

A、Ⅱ区的 $S O_{4}^{2 -}$ 通过交换膜向I区迁移 B、Ⅲ区的K⁺通过交换膜最终向I区迁移 C、Zn电极反应：Zn+2e^-+4OH^-= $Z n (O H)_{4}^{2 -}$ D、电池总反应：Zn+4OH^-+MnO₂+4H⁺= $Z n (O H)_{4}^{2 -}$ +Mn²⁺+2H₂O

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7. 四川大学余达刚教授课题组发展了一种镍催化下用CO₂制备苯乙酸的反应，反应原理如图所示。下列有关说法正确的是

A、H⁺向B极移动 B、A极的电极反应式为 C、若使用铅蓄电池作电源，则每生成0.5mol苯乙酸，消耗49gH₂SO₄ D、该反应的原子利用率为100%，有利于实现碳中和

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8. 利用CH₄燃料电池电解制备Ca(H₂PO₄)₂并得到副产物NaOH、H₂、Cl₂ ，装置如图所示。下列说法错误的是

A、a极反应：CH₄-8e^-＋4O^2-=CO₂＋2H₂O B、A、C膜均为阳离子交换膜，B膜为阴离子交换膜 C、阳极室有氯气产生，阴极室中有氢气产生且NaOH浓度增大 D、a极上通入标况下2.24L甲烷，阳极室Ca²⁺减少0.2mol

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9. 使用石墨电极电解 $C u C l_{2}$ 溶液，阴极产物为

A、 $O_{2}$ B、Cu C、 $C l_{2}$ D、 $H_{2}$

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10. 新型三步法氯碱工艺，具有清洁、低成本的特点，其工作原理如图所示，假定各装置中溶液体积均为 $1 L$ (忽略反应过程中体积变化)。各步骤开始工作时，下列说法错误的是

A、与传统方法相比，该方法可不需要离子交换膜 B、过程①中b极电极反应式： $N a_{0.44} M n O_{2} - x e^{-} = N a_{0.44 - x} M n O_{2} + x N a^{+}$ C、过程②外电路转移 $0.5 m o l e^{-}$ 时， $N a C l$ 溶液物质的量浓度变为 $1.5 m o l \cdot L^{- 1}$ D、过程③中溶液中 $C l^{-}$ 向f极方向移动失去电子产生 $C l_{2}$

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11. 2，5-呋喃二甲酸(FDCA)是一种重要的化工原料，可用如图所示的电化学装置合成。图中的双极膜中间层中的H₂O解离为H⁺和OH^- ，并在直流电场作用下分别向两极迁移。下列说法正确的是

A、a为电源正极 B、双极膜中间层中的OH^-在外电场的作用下移向铅电极 C、制得1mol FDCA，理论上消耗2 mol D、负极区的电极反应为：-6e-+2H₂O=+6H⁺

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12. 某有色金属工业的高盐废水中主要含有 $H^{+}$ 、 $C u^{2 +}$ 、 $Z n^{2 +}$ 、 $S O_{4}^{2 -}$ 、 $F^{-}$ 和 $C l^{-}$ ，利用如图电解装置可回收 $Z n S O_{4}$ 、 $C u S O_{4}$ 并尽可能除去 $F^{-}$ 和 $C l^{-}$ ，其中双极膜(BP)中间层的 $H_{2} O$ 解离为 $H^{+}$ 和 $O H^{-}$ ，并在直流电场作用下分别向两极迁移，M膜、N膜需在一价阴离子交换膜和阳离子交换膜中选择。下列说法错误的是

A、BP膜中 $H^{+}$ 均向右侧溶液迁移，M膜为一价阴离子交换膜 B、溶液a的溶质主要为HF和HCl，溶液b的溶质主要为 $Z n S O_{4}$ 和 $C u S O_{4}$ C、当阳极产生22.4L气体(标准状况)时，有4mol离子通过N膜 D、电解过程中，应控制高盐废水的pH不能过高

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13. 由乙烯制备2-氯乙醇(HOCH₂CH₂Cl)的原理为：CH₂=CH₂+HClO→HOCH₂CH₂Cl。用铂(Pt)作电极电解KCl溶液制备2-氯乙醇的装置如下图所示。下列说法错误的是（）

A、Y连接电源的负极 B、电解时，K⁺通过阳离子交换膜从左侧移向右侧 C、理论上，制取1 mol 2-氯乙醇生成气体b的体积为11.2L (标准状况) 。 D、电解时，左侧溶液pH逐渐减小，右侧溶液pH逐渐增大

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14. Adv.Mater报道我国科学家耦合光催化/电催化分解水的装置如图，光照时，光催化电极产生电子 $(e^{-})$ 和空穴 $(h^{+})$ 。下列有关说法正确的是（）

A、光催化装置中溶液的 $p H$ 减小 B、离子交换膜为阴离子交换膜 C、电催化装置阳极电极反应式： $4 O H^{-} + 4 h^{+} = 2 H_{2} O + O_{2} ↑$ D、整套装置转移 $0.01 m o l e^{-}$ ，光催化装置生成 $3.81 g I_{3}^{-}$

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15. 生活污水中的氮和磷主要以铵盐和磷酸盐形式存在，可用铁、石墨做电极，用电解法去除。电解时，如图1原理所示可进行除氮；翻转电源正负极，可进行除磷，原理是利用Fe^2＋将PO $_{4}^{3 -}$ 转化为Fe₃(PO₄)₂沉淀。下列说法正确的是（）

A、图2中0～20min脱除的元素是氮元素，此时石墨做阴极 B、溶液pH越小、有效氯浓度越大，氮的去除率越高 C、图2中20～40min脱除的元素是磷元素，此时阳极的电极反应式为2Cl^-－2e^-=Cl₂↑ D、电解法除氮有效氯ClO^-氧化NH₃的离子方程式为3ClO^-＋2NH₃=3Cl^-＋N₂↑＋3H₂O

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16. 用氯化钠溶液润湿的滤纸分别做甲、乙两个实验，下列判断错误的是（）

A、a极上发生氧化反应 B、b极上发生的反应为： $O_{2} + 2 H_{2} O + 4 e^{-} = 4 O H^{-}$ C、d极上发生的反应为： $F e - 2 e^{-} = F e^{2 +}$ D、铁片腐蚀速率：甲＞乙

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二、多选题

17. 下列装置可分离废水中的Co²⁺和Ni²⁺。已知Ni²⁺和Co²⁺性质相似，Co²⁺和乙酰丙酮不反应。下列说法正确的是

A、M电极接太阳能电池的P电极 B、通电一段时间后，I、IV室内溶液pH均减小 C、膜a、膜b分别为阳离子交换膜和阴离子交换膜 D、每生成1molSO $_{4}^{2 -}$ ，理论上双极膜至少解离7molH₂O

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18. 现有一种安全、高效的双极制氢系统，该系统能够从阳极低电压醛氧化和阴极析氢反应中得到氢气；其工作原理如图所示。下列说法正确的是（）

A、电压越高，阳极制氢速率越快 B、电解一段时间后，阴极室的pH不变 C、制得1mol氢气，理论上有1molOH^-透过交换膜 D、阳极反应为2R-CHO+4OH^--2e^-=2R-COO^-+H₂↑+2H₂O

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19. 应对新冠肺炎疫情时所采取的措施是对环境进行彻底消毒，二氧化氯( $C l O_{2}$ ，黄绿色易溶于水的气体)是一种安全稳定、高效低毒的消毒剂。工业上通过惰性电极电解氯化铵和盐酸的方法制备 $C l O_{2}$ 的原理如图所示，下列说法错误的是

A、装置工作时，a与电源的正极连接，b极附近溶液pH逐渐减小 B、a极上发生的电极反应为 $N H_{4}^{+} - 6 e^{-} + 3 C l^{-} = N C l_{3} + 4 H^{+}$ C、 $C l O_{2}$ 发生器内发生反应 $N C l_{3} + 6 C l O_{2}^{-} + 3 H_{2} O = 6 C l O_{2} ↑ + N H_{3} ↑ + 3 C l^{-} + 3 O H^{-}$ D、当有0.3 mol阴离子通过离子交换膜时，理论上产生2.24 L(STP) $C l O_{2}$

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20. 某工业碱性废水中含 $S^{2 -}$ ，利用下列装置可将其转化为FeS。下列说法正确的是

A、Fe棒连接电源的正极 B、b电极一定是惰性材料 C、阳极反应式为 $F e - 2 e^{-} + S^{2 -} = F e S ↓$ D、气体X可能是 $O_{2}$

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21. 按下图装置进行电解(氯化钠足量)，若乙中横坐标x表示电路中通过电子的物质的量，纵坐标y表示反应物或生成物的物质的量，下列叙述错误的是（）

A、E表示生成金属钠的物质的量 B、E表示消耗水的物质的量 C、F表示溶解铜的物质的量 D、F表示生成氯气的物质的量

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三、非选择题

22. 尿素 $[C O {(N H_{2})}_{2}]$ 合成的发展体现了化学科学与技术的不断进步。

(1)、十九世纪初，用氰酸银 $(A g O C N)$ 与 $N H_{4} C l$ 在一定条件下反应制得 $C O {(N H_{2})}_{2}$ ，实现了由无机物到有机物的合成。该反应的化学方程式是。

(2)、二十世纪初，工业上以 $C O_{2}$ 和 $N H_{3}$ 为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：
      $ⅰ . C O_{2}$ 和 $N H_{3}$ 生成 $N H_{2} C O O N H_{4}$ ；

      $ⅱ . N H_{2} C O O N H_{4}$ 分解生成尿素。

结合反应过程中能量变化示意图，下列说法正确的是 $($ 填序号 $)$ 。

      $a .$ 活化能：反应 $ⅰ <$ 反应 $ⅱ$

      $b . ⅰ$ 为放热反应， $ⅱ$ 为吸热反应

      $c . C O_{2} (l) + 2 N H_{3} (l) \begin{array}{l} = \end{array} C O {(N H_{2})}_{2} (l) + H_{2} O (l) Δ H = E_{1} - E_{4}$

(3)、近年研究发现，电催化 $C O_{2}$ 和含氮物质 $(N O_{3}^{-}$ 等 $)$ 在常温常压下合成尿素，有助于实现碳中和及解决含氮废水污染问题。向一定浓度的 $K N O_{3}$ 溶液通 $C O_{2}$ 至饱和，在电极上反应生成 $C O {(N H_{2})}_{2}$ ，电解原理如图所示。

      $①$ 电极 $b$ 是电解池的极。

      $②$ 电解过程中生成尿素的电极反应式是。

(4)、尿素样品含氮量的测定方法如下。
已知：溶液中 $c (N H_{4}^{+})$ 不能直接用 $N a O H$ 溶液准确滴定。

      $①$ 消化液中的含氮粒子是。

      $②$ 步骤 $ⅳ$ 中标准 $N a O H$ 溶液的浓度和消耗的体积分别为 $c$ 和 $V$ ，计算样品含氮量还需要的实验数据有。

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23. 超纯 $G a (C H_{3})_{3}$ 是制备第三代半导体的支撑源材料之一，近年来，我国科技工作者开发了超纯纯化、超纯分析和超纯灌装一系列高新技术，在研制超纯 $G a (C H_{3})_{3}$ 方面取得了显著成果，工业上以粗镓为原料，制备超纯 $G a (C H_{3})_{3}$ 的工艺流程如下：

已知：①金属 $G a$ 的化学性质和 $A l$ 相似， $G a$ 的熔点为 $29.8 ℃$ ；

② $E t_{2} O$ (乙醚)和 $N R_{3}$ (三正辛胺)在上述流程中可作为配体；

③相关物质的沸点：

物质

$G a (C H_{3})_{3}$

$E t_{2} O$

$C H_{3} I$

$N R_{3}$

沸点/ $℃$

55.7

34.6

42.4

365.8

回答下列问题：

(1)、晶体 $G a (C H_{3})_{3}$ 的晶体类型是；

(2)、“电解精炼”装置如图所示，电解池温度控制在 $40 - 45 ℃$ 的原因是，阴极的电极反应式为；

(3)、“合成 $G a {(C H_{3})}_{3} (E t_{2} O)$ ”工序中的产物还包括 $M g I_{2}$ 和 $C H_{3} M g I$ ，写出该反应的化学方程式：；

(4)、“残渣”经纯水处理，能产生可燃性气体，该气体主要成分是；

(5)、下列说法错误的是____；

A、流程中 $E t_{2} O$ 得到了循环利用 B、流程中，“合成 $G a_{2} M g_{5}$ ”至“工序X”需在无水无氧的条件下进行 C、“工序X”的作用是解配 $G a {(C H_{3})}_{3} (N R_{3})$ ，并蒸出 $G a {(C H_{3})}_{3}$ D、用核磁共振氢谱不能区分 $G a {(C H_{3})}_{3}$ 和 $C H_{3} I$

(6)、直接分解 $G a {(C H_{3})}_{3} (E t_{2} O)$ 不能制备超纯 $G a {(C H_{3})}_{3}$ ，而本流程采用“配体交换”工艺制备超纯 $G a {(C H_{3})}_{3}$ 的理由是；

(7)、比较分子中的 $C - G a - C$ 键角大小： $G a {(C H_{3})}_{3}$ $G a {(C H_{3})}_{3} (E t_{2} O)$ (填“>”“<”或“=”)，其原因是。

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24. 工业上常用甲烷和水蒸气催化重整制备H₂ ，该工艺同时发生如下反应：
反应Ⅰ：CH₄(g)+H₂O(g) $⇌_{}^{}$ CO(g)+3H₂(g)　ΔH₁
反应Ⅱ：CO(g)+H₂O(g) $⇌_{}^{}$ CO₂(g)+H₂(g)　ΔH₂

(1)、反应Ⅰ和反应Ⅱ以物质的量分数表示的平衡常数Kx与温度T变化关系如图甲所示，则ΔH₁-ΔH₂0(填“>”“<”或“=”)。

(2)、恒容密闭容器中，按质量比为8：9加入CH₄和H₂O，下列说法正确的是____。

A、达平衡时，CH₄和H₂O的转化率相等 B、反应Ⅰ在低温时容易自发进行 C、当压强不再发生改变时，反应Ⅰ和反应Ⅱ均达到了平衡 D、单位时间内，若有2molH-O键断裂，同时有3molH-H键断裂，则反应Ⅰ处于平衡状态

(3)、某科研小组研究了反应I的动力学，获得其速率方程v_正=k_正·c^m(CH₄)·cⁿ(H₂O)，k_正为速率常数(只受温度影响)，反应级数是反应的速率方程式中各反应物浓度的指数之和。在某温度下进行实验，测得各组分初始浓度和反应初始速率如下：
实验序号
1
2
3
CH₄浓度/mol·L^-1
0.1000
0.2000
0.2000
H₂O浓度/mol·L^-1
0.1000
0.1000
0.2000
速率/mol·L^-1·s^-1
3.75×10^-4
1.50×10^-3
3.00×10^-3
若某时刻，测得c(CH₄)=0.4000mol·L^-1 ， c(H₂O)=0.4000mol·L^-1 ，则此时的反应速率v_正=。

(4)、在2.4MPa下，将CH₄和H₂O(g)按照1：3的比例通入反应器中。平衡时各组分的物质的量分数与温度的关系如图乙所示。
①600℃时，若经过tmin，反应达到平衡。该条件下，反应I的K_p=(MPa)²(列出计算式即可)。
②H₂的含量在740℃左右出现峰值的原因为。

(5)、某工厂用电解原理除去H₂中的杂质CH₄、CO和CO₂ ，其装置如图丙所示：
①CH₄参与的电极反应为。
②经测定，原料气中各气体的体积分数为：
气体
H₂
CH₄
CO
CO₂
体积分数
82%
3%
5%
10%
若电解过程中消耗了100m³的原料气，则可得到相同条件下纯净H₂m³。

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25. 金山银山不如绿水青山，实现碳达峰碳中和是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求。

(1)、二甲醚(CH₃OCH₃)被誉为“21 世纪的清洁燃料，以CO₂、H₂为原料制备二甲醚涉及的主要反应如下：
I.2CO₂ (g) +6H₂(g) $\overset{}{⇌}$ CH₃OCH₃(g) +3H₂O(g) ΔH₁= - 122. 5kJ/mol
Ⅱ．CO₂(g) +H₂(g) $\overset{}{⇌}$ CO(g) +H₂O(g) ΔH₂=+41.1kJ/mol
①在压强、CO₂和H₂的起始投料一定的条件下，发生反应I、Ⅱ，实验测得CO₂平衡转化率和平衡时CH₃OCH₃的选择性随温度的变化如图所示。(已知：CH₃OCH₃的选择性= $\frac{2 \times C H_{3} O C H_{3} 的物质的量}{反应的 C O_{2} 的物质的量} \times 100 %$ )
其中表示平衡时CH₃OCH₃的选择性的曲线是(填“①”或“②”)；温度高于300℃时，曲线②随温度升高而升高的原因是。
②对于反应Ⅱ的反应速率v=v_正- v_逆=k _正p(CO₂)·p(H₂) - k_逆p(CO)·p(H₂O)，其中k_正、k_逆分别为正、逆反应速率常数，p为气体的分压(分压=总压 ×物质的量分数)。
a．降低温度，k_正- k_逆(填 “增大”“减小”或”不变”)；
b．在一定温度和压强下的反应Ⅱ，按照n(H₂)：n(CO₂)=1：1投料，CO₂转化率为50%时 v₍_正₎：v₍_逆₎=3：4，用气体分压表示的平衡常数K_p=。

(2)、石化工业，常采用碳酸钠溶液作为脱硫吸收剂。
已知： 25℃，H₂CO₃K_a1=4.5×10^-7 K_a2=4.7 ×10^-11； H₂S K_a1=1.1 ×10^-7K_a2=1.3 ×10^-13。请写出H₂S与足量碳酸钠溶液反应的离子方程式：。

(3)、化工废水中常常含有以二甲胺(CH₃)₂NH)为代表的含氮有机物，可以通过电解法将二甲胺转化为无毒无害的气体排放，装置如图所示。

反应原理是：(i) Cl^-在阳极转化为Cl₂；

(ii) Cl₂在碱性溶液中歧化为ClO^-；

(iii) ClO^-将二甲胺氧化为N₂ ， $C O_{3}^{2 -}$ 和H₂O。

①写出电解池中阴极发生反应的方程式。

②电解池中选择阴离子交换膜而不选择阳离子交换膜的原因是。

③当阴极区收集到6.72L (标况下) H₂时，阳极区收集到N₂的体积(标况下)是L。

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26. 为加快实现“双碳”目标，有效应对全球气候变化、构建低碳社会，CO₂资源化利用受到越来越多的关注。

(1)、I.Sabatier反应可实现CO₂甲烷化：
反应1    CO₂(g)+4H₂(g) $⇌_{}^{}$ CH₄(g)+2H₂O(g)      ΔH=-165kJ⋅mol⁻¹
同时还发生的反应如下：
反应2   CO₂(g)+H₂(g) $⇌_{}^{}$ CO(g)+H₂O(g)       ΔH=+41kJ⋅mol⁻¹
已知键能是指气态原子形成1mol化学键释放的能量，上述反应中相关的化学键键能数据如下：
化学键
O-H
C-H
C=O
H-H
键能/(kJ·mol⁻¹)
463
414
802
436
则C(g)+O(g)=CO(g)     ΔH=kJ⋅mol⁻¹。

(2)、向某恒压密闭容器中充入5molCO₂和20molH₂，在不同温度下达到平衡时各含碳元素物质的物质的量n(X)与温度T的关系如下图所示。
①当反应1和反应2均达到化学平衡状态时，维持温度不变，增大容器体积，则反应2的平衡移动方向(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)，反应2的平衡常数(填“增大”“减小”或“不变”)。
②曲线Y表示的是(填含碳元素物质的化学式)的物质的量与温度的关系，曲线Z所表示的物质在800K~1100K之间物质的量增大的原因是。
③800K时，反应2的压强平衡常数K_p=(计算结果保留两位有效数字，用分压代替浓度，分压=物质的量分数×总压)。

(3)、 Ⅱ.一种从高炉气回收CO₂制储氢物质HCOOH的综合利用示意图如下：
铂电极上生成HCOOH的电极反应式为；电解过程中还伴随着析氢反应，若生成HCOOH的电解效率为80%，当电路中转移1mole⁻时，阴极室溶液的质量增加g(CO₂溶解量不计)[B的电解效率= $\frac{n (生成 B 所用的电子）}{n (通过电极的电子)}$ ]。

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27. 赤泥硫酸铵焙烧浸出液水解制备偏钛酸[TiO(OH)₂]可回收钛。
已知：

i．一定条件下，Ti⁴⁺水解方程式： $T i^{4 +} + 3 H_{2} O ⇌ T i O {(O H)}_{2} + 4 H^{+}$

ii．一定温度下： $K_{s p} [F e {(O H)}_{2}] = 4.9 \times 1 0^{- 17}$ ； $K_{s p} [F e {(O H)}_{3}] = 2.6 \times 1 0^{- 39}$

I．赤泥与硫酸铵混合制取浸出液。

(1)、用化学用语表示(NH₄)₂SO₄溶液呈酸性的原因。
II．水解制备偏钛酸：浸出液中含Fe³⁺、Ti⁴⁺等，先向其中加入还原铁粉，然后控制水解条件实现Ti⁴⁺水解制备偏钛酸。

(2)、浸出液(pH=2)中含有大量Ti⁴⁺ ，若杂质离子沉淀会降低钛水解率。从定量角度解释加入还原铁粉的目的。

(3)、一定条件下，还原铁粉添加比对钛水解率的影响如图所示。当还原铁粉添加比大于1时，钛水解率急剧下降，解释其原因。
备注：还原铁粉添加比= $\frac{n (铁)}{n (理论)}$ ；n铁粉为还原铁粉添加量，n理论为浸出液中Fe³⁺全部还原为Fe²⁺所需的还原铁粉理论量。

(4)、一定条件下，温度对钛水解率的影响如图所示。结合化学平衡移动原理解释钛水解率随温度升高而增大的原因。

(5)、III．电解制备钛：偏钛酸煅烧得到二氧化钛(TiO₂)，运用电化学原理在无水CaCl₂熔盐电解质中电解TiO₂得到海绵钛，装置如图所示。

电极X连接电源(填“正”或“负”)极。

(6)、写出电极Y上发生的电极反应式。

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28. 碳达峰是指我国承诺2030年前，二氧化碳的排放不再增长。因此，诸多科学家都在大力研究利用和减少碳的排放。

(1)、“神十三”中航天员们呼吸产生的CO₂用一种循环方案处理，即CO₂(g) +2H₂(g) $\overset{}{⇌}$ C(s)+2H₂O(g) ΔH，然后电解水又得氢气和氧气。在温度为T，向一恒容密闭容器中，按物质的量之比2：1通入H₂和CO₂ ，测得反应过程中压强(p)随时间(t)的变化如图中a所示，若其它条件不变，仅改变某一条件时，测得其压强p随时间t的变化如图中b所示。
①能说明容器中的反应均已达到平衡状态的是。
A．容器内气体的平均相对分子质量不变
B． CO₂和H₂的转化率相等
C． H₂(g)与C(s)的物质的量之比保持不变
D．v(H₂)=v( H₂O)
②ΔH0( 填“>”“<”或“不确定”) ；理由是。
③改变的条件是。

(2)、CO₂经催化加氢可以生成低碳有机物，主要有以下反应：
反应I ：CO₂(g) +3H₂(g) $\overset{}{⇌}$ CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH =-49.6 kJ ·mol^-1
反应II ：2CH₃OH(g) $\overset{}{⇌}$ CH₃OCH₃(g)+H₂O(g) ΔH =-23.4 kJ·mol^-1
反应III ：2CO₂(g) +6H₂(g) $\overset{}{⇌}$ CH₃OCH₃ (g) +3H₂O(g)
①反应III的活化能E_a(正)E_a(逆)(填“>”“<”或“=”)。
②在T₁温度下，将6molCO₂和14molH₂充入2L的恒容密闭容器中发生反应I和III，达到平衡状态时CH₃OH( g)和CH₃OCH₃( g)的物质的量分别为2 mol和1 mol。则T₁温度时反应I的平衡常数K=。

(3)、工业上利用废气中的CO₂、CO联合制取烧碱、氯代烃和甲醇的流程如图。已知B中的装置使用了阳离子交换膜。

①B中发生的总反应的离子方程式为。
②若某废气中含有的CO₂和CO的体积比为1：1，废气中CO₂和CO体积分数共为13. 44%。假设A中处理了标准状况下10 m³的废气，其中CO₂和CO全部转化成CH₃OH ，理论上可制得C₂H₄Cl₂ kg。

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29. 我国力争实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标，研究碳的化合物对减少CO₂在大气中累积及实现可再生能源的有效利用具有重要意义。

(1)、已知CO₂和H₂在一定条件下能发生反应 $C O_{2} (g) + H_{2} (g) ⇌ H C O O H (g)$ ，反应物与生成物的能量与活化能的关系如图所示，该反应的ΔH=kJ/mol(用含E_a1和E_a2的代数式表示)。

(2)、恒温恒容条件下，为了提高 $C O_{2} (g) + H_{2} (g) ⇌ H C O O H (g)$ 反应中CO₂的平衡转化率，可采取的措施为(任写一项)。下列不能说明该反应达到平衡状态的是(填字母)。
A．v(CO₂)_正=v(H₂)_逆
B．HCOOH的体积分数不再变化
C．混合气体的密度不再变化
D．c(CO₂)：c(H₂)：c(HCOOH)=1：1：1

(3)、一定温度下，在一刚性密闭容器中，充入等物质的量的CO₂和H₂此时容器的压强为48kPa，发生反应 $C O_{2} (g) + H_{2} (g) ⇌ H C O O H (g)$ ， 6min时达到平衡，此时容器压强为36kPa，则0~6min内用H₂分压表示的化学反应速率为kPa/min。相同温度下，该反应的逆反应平衡常数K_p=kPa(K_p是平衡分压代替平衡浓度计算的平衡常数)。

(4)、除合成甲酸(HCOOH)外，有科学家以CO₂、H₂为原料合成CH₃OH达到有效降低空气中二氧化碳含量的目的，其中涉及的主要反应如下：
I.CO₂(g)+3H₂(g) $\overset{}{⇌}$ CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH₁=-49.5kJ·mol^-1
II.CO₂(g)+H₂(g) $\overset{}{⇌}$ CO(g)+H₂O(g) ΔH₂=+41.5kJ·mol^-1
不同条件下，按照n(CO₂)：n(H₂)=1：3投料，CO₂的平衡转化率如图所示：
压强p₁、P₂、P₃由小到大的顺序是。压强为P₁时，温度高于300℃后，CO₂的平衡转化率随温度升高而升高的原因是。

(5)、近年来，有研究人员用CO₂通过电催化生成多种燃料，实现CO₂的回收利用，其工作原理如图所示：
请写出Cu电极上产生HCOOH的电极反应式。

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30. 《自然》杂志报道，科学家设计出了“空气燃料实验系统”，其过程分三步：
第一步，利用太阳能收集空气中的 $C O_{2}$ 和 $H_{2} O$ ；
第二步，在太阳能作用下将 $C O_{2}$ 和 $H_{2} O$ 转化成合成气(CO、 $H_{2}$ )；
第三步，利用合成气合成液态烃和甲醇。
Ⅰ模拟制备合成气的装置如图1所示。
回答下列问题：

(1)、交换膜是(填“阴离子”或“阳离子”)交换膜。b极是(填“正极”或“负极”)。

(2)、Ⅱ利用合成气合成甲醇： $C O (g) + 2 H_{2} (g) = C H_{3} O H (g)$ $Δ H$
已知： $a A (g) + b B (g) = x X (g) + y Y (g)$ $Δ H = x Δ H_{m} [X (g)] + y Δ H_{m} [Y (g)] - a Δ H_{m} [A (g)] - b Δ H_{m} [B (g)]$ ， $Δ H_{m} [X (g)]$ 表示 $X (g)$ 的摩尔生成焓，其余类推。
$25 ℃ 101 k P a$ 时， $C O (g)$ 、 $H_{2} (g)$ 、 $C H_{3} O H (g)$ 的摩尔生成焓分别为 $- 110.5 k J / m o l$ 、0、 $- 201.25 k J / m o l$ ，则上述反应的 $Δ H =$ 。

(3)、某温度、催化剂作用下，该反应的速率方程为 $v = k c^{n} (C O) c^{m} (H_{2})$ (k为速率常数，与温度、催化剂有关，与浓度无关)。测得速率与CO、 $H_{2}$ 的浓度关系如下表所示：
实验
$c (C O) / m o l / L$
$c (H_{2}) / m o l / L$
速率
Ⅰ
0.10
0.10
v
Ⅱ
0.20
0.10
2v
Ⅲ
0.20
0.20
8v
Ⅳ
0.40
x
36v
计算x=。

(4)、某温度下，向容积为 $2 L$ 的密闭容器中加入 $1 m o l C O$ 和 $2 m o l H_{2}$ ，发生上述反应，CO转化率随时间的变化如图2所示：
该温度下反应的平衡常数为；若起始压强为 $9 M P a$ ，则 $10 m i n$ 时容器中的压强为MPa；若保持其他条件不变，起始时加入 $2 m o l C O$ 和 $2 m o l H_{2}$ ，达到平衡，相应的点可能是图中A、B、C、D中的。

(5)、若只改变反应的一个条件，能使平衡体系中 $\frac{n (C H_{3} O H)}{n (H_{2})}$ 增大的措施有(答出一点即可)。

(6)、若投料时CO与 $H_{2}$ 的物质的量之比恒定，温度、压强对CO平衡转化率的影响如图3所示，图中X点的v(逆) Y点的v(正)(填“>”“<”或“=”)，理由是。

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31. 金属锌具有储量丰富、电池理论容量高、氧化还原电位低、对环境友好等诸多优势；锌的化合物在防腐、电镀、医学、纺织等领域有诸多应用。

(1)、一种水性电解液 $Z n - V_{2} O_{5}$ 离子选择双隔膜电池如图所示。放电结束后对左侧电极片进行紫外测试，可观测到在765nm处有一个较强的吸收峰，在615nm处有一个肩峰，与标准 $V O S O_{4}$ 图像吻合。(注： $V O S O_{4}$ 可溶于水，强碱性环境下 $Z n^{2 +}$ 最终转化为 $Z n {(O H)}_{4}^{2 -}$ )。
①该电池中b膜为离子交换膜。(填“阴”或“阳”)
②该电池正极的电极反应式为；当电路中转移1mol电子时， $V_{2} O_{5}$ 电极质量减少g。

(2)、 $Z n C l_{2}$ 的浓溶液可形成配合酸 $H [Z n C l_{2} (O H)]$ ，因此 $Z n C l_{2}$ 浓溶液常用作除锈剂。 $6 m o l \cdot L^{- 1}$ 的 $Z n C l_{2}$ 溶液的酸性就相当千 $p H = 1$ 的酸。根据以上信息，请写出 $Z n C l_{2}$ 的浓溶液除铁锈 $(F e_{2} O_{3} \cdot n H_{2} O)$ 的化学方程式。

(3)、已知 $Z n {(O H)}_{2}$ 难溶于水，在强碱溶液中发生反应 $Z n {(O H)}_{2} (s) + 2 O H^{-} (a q) ⇌ Z n {(O H)}_{4}^{2 -} (a q)$ ，下图是二价锌在水溶液中的存在形式与pH的关系，其中c为 $Z n^{2 +}$ 或 $Z n {(O H)}_{4}^{2 -}$ 浓度的值。
① $K_{s p} [Z n {(O H)}_{2}] =$ 。
②向 $c [Z n {(O H)}_{4}^{2 -}] = 0.1 m o l \cdot L^{- 1}$ 的溶液中加入等体积 $0.4 m o l \cdot L^{- 1}$ 的HCl后，体系中的Zn元素主要以(写微粒符号)形式存在。

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32. 丙烯是重要的有机化工原料之一，丙烷直接脱氢制丙烯 $(P D H)$ 是一条绿色生产丙烯的途径。
主反应： $C_{3} H_{8} (g) ⇌_{}^{} C_{3} H_{6} (g) + H_{2} (g) Δ H_{1}$
副反应： $C_{3} H_{8} (g) ⇌_{}^{} C_{2} H_{4} (g) + C H_{4} (g) Δ H_{2} = + 81.7 k J \cdot m o l^{- 1}$

(1)、 $1 M P a$ 恒压下，主反应的 $K_{p 1}$ 随温度变化如图1所示， $Δ H_{1}$ 0(填”、“<”或=”)，判断的理由是。

(2)、 $1 M P a$ 恒压下， $C_{3} H_{8} 、 C_{3} H_{6}$ 在不同温度下的平衡体积分数如图2所示，图中表示 $C_{3} H_{6}$ 的体积分数的曲线为(填“a”或“b”)， $600 ℃$ 时， $C H_{4}$ 的体积分数为。

(3)、下列关于 $P D H$ 工艺说法正确的是

A、 $C H_{4}$ 的物质的量分数不再改变，反应体系已达平衡 B、采用合适的催化剂能提高主反应的平衡转化率，促使丙烯的产率提高 C、反应达到平衡后，增加压强， $\frac{c (H_{2}) \cdot c (C_{3} H_{6})}{c (C H_{4}) \cdot c (C_{2} H_{4})}$ 不变 D、升高温度，生成 $C_{3} H_{6}$ 的速率加快，生成其他副产物的速率减慢

(4)、丙烷氧化脱氢制丙烯 $(O P D H) ： 2 C_{3} H_{8} (g) + O_{2} (g) ⇌_{}^{} 2 C_{3} H_{6} (g) + 2 H_{2} O (g)$ $Δ H = - 470 k J \cdot m o l^{- 1}$ ，相比 $P D H$ ，该途径生产丙烯的好处是。

(5)、用下图所示装置电解二氧化碳酸性溶液也可制得丙烯。
①Y极与电源(填“正”或“负”)极相连。
②X极的电极反应式为。
③理论上， $n (丙烯) ： n (O_{2}) =$ 。

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33. 除去废水中Cr(Ⅵ)的方法有多种。请按要求回答下列问题。

(1)、金属除Cr(Ⅵ)法：其他条件相同时，用等量的Zn粉、Zn-Cu粉分别处理酸性含Cr(Ⅵ)废水。Cr(Ⅵ)的残留率随时间的变化如下图所示，图1中b方法选用的金属粉处理效果更快的原因是。

(2)、 $N a H S O_{3}$ 与熟石灰除Cr(Ⅵ)法：向酸性废水中加入 $N a H S O_{3}$ ，再加入熟石灰，使 $C r^{3 +}$ 沉淀(常温下 $K_{s p} [C r {(O H)}_{3}] = 6.3 \times 1 0^{- 31}$ ；设 $c (C r^{3 +}) ≤ 6 ． 3 \times 1 0^{- 7} m o l / L$ 时沉淀完全)。
①实验中的 $N a H S O_{3}$ 作用是。

②Cr(Ⅲ)在水溶液中的存在形态分布如图所示。当pH＞12时，Cr(Ⅲ)去除率下降的原因可用离子方程式表示为。

③为使 $C r^{3 +}$ 沉淀完全，调控溶液的pH最小值为。

(3)、离子交换法除铬(Ⅵ)：Cr(Ⅵ)去除率与pH关系如图所示。已知：强碱性树脂(ROH)与废水中的 $C r O_{4}^{2 -}$ 、 $H C r O_{4}^{-}$ 离子能发生交换均生成 $R_{2} C r O_{4}$ (s)。其反应可表示为(以 $C r O_{4}^{2 -}$ 发生交换为例) $2 R O H (s) + C r {O_{4}}^{2 -} (a q) ⇌ R_{2} C r O_{4} (s) + 2 O H^{-} (a q)$ 。

①写出 $H C r O_{4}^{-}$ 发生交换反应的平衡常数表达式， $K =$ 。

②当pH＞4时，Cr(Ⅵ)去除率下降的原因是。

(4)、电解除铬(Ⅵ)法：一般采用在直流电作用下铁板做阳极和阴极[忽略Cr(Ⅵ)在阴极放电]，可将酸性废水中的Cr(Ⅵ)转化为 $C r^{3 +}$ ，再加碱沉淀为 $C r {(O H)}_{3}$ 。已知： $H_{2} O + C r_{2} O_{7}^{2 -} (a q) ⇌ 2 C r O_{4}^{2 -} + 2 H^{+}$ 。
①酸性废水中的Cr(Ⅵ)离子存在的主要形式为。

②当沉淀出2mol $C r {(O H)}_{3}$ 时，阳极至少消耗mol Fe。

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34. 镍钛钯废靶材含钛55％、镍25％、钯18％和杂质铝2％。从镍钛钯废靶材回收有关金属的工艺流程如下：
已知：I.常温下，钛与钯均不溶于盐酸。
II.PdCl $_{6}^{2 -}$ 在溶液中存在配位平衡：PdCl $_{6}^{2 -}$ (aq) $⇌$ PdCl₄(aq)+2Cl^-(aq) △H>0
回答下列问题：

(1)、“调pH”除铝、钛时，pH对溶液中金属离子质量浓度影响如下表，根据表中数据判断除铝、钛时pH应调节至为宜。
pH
溶液中金属离子质量浓度(mg·L^-1)
Al³⁺
Ni²⁺
Ti⁴⁺
1.1
6100
7780
46
2.1
5960
7430
3
3.4
212
6080
1
4.2
125
5870
1
5.2
107
3720
1

(2)、“酸溶”所得溶液，经电积可得单质镍，电积沉镍装置如图所示。电积装置中，交换膜b应为离子交换膜(填“阳”或“阴”)。电解时浓缩室溶液体积保持不变，当浓缩室得到1L 0.6mol·L^-1的盐酸时，阴极得到Ni的质量小于14.75g，其原因为。

(3)、“氧化浸出”时，钯(Pd)被氧化生成配位离子PdCl $_{6}^{2 -}$ 的离子方程式为。

(4)、“沉钯”时，温度保持在55～65℃，温度不易过高，其原因除防止铵盐分解外，还有。“沉钯”时，铵盐最好选用(填化学式)，有利于钯的沉淀。

(5)、氯钯酸铵[(NH₄)₂PdCl₆]在“焙烧还原”时所用石英管冷凝壁上有大量白色固体析出，该固体可在操作中循环使用(填操作单元名称)。

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35. 铜是重要的金属，广泛应用于电气、机械制造、国防等领域，铜的化合物在科学研究和工农业生产中有许多用途。回答下列问题：

(1)、基态Cu原子价层电子排布式为。

(2)、 $C u S O_{4}$ 晶体中S原子的杂化方式为， $S O_{4}^{2 -}$ 的立体构型为。

(3)、向 $C u S O_{4}$ 溶液中加入过量氨水，可生成 $[C u (N H_{3})] S O_{4}$ ，其配体的电子式为；下列有关说法正确的是。
A．氨气极易溶于水，原因之一是 $N H_{3}$ 分子和 $H_{2} O$ 分子之间形成氢键
B． $N H_{3}$ 分子和 $H_{2} O$ 分子空间构型不同，氨分子的键角小于水分子的键角
C． $[C u (N H_{3})] S O_{4}$ 所含有的化学键有离子键、极性共价键和配位键
D． $[C u (N H_{3})] S O_{4}$ 组成元素中电负性最大的是氮元素

(4)、金铜合金的一种晶体结构为立方晶型，如图所示：
①该合金的化学式为。
②已知该合金的密度为 $d g / c m^{3}$ ，阿伏加德罗常数值为N_A ，则该晶胞的棱长为cm。

(5)、以情性电极电解足量的 $C u S O_{4}$ 溶液。阳极上的电极反应式为：，若该电极产生气体的物质的量为0.01mol，则析出铜的质量为g。

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物质	$G a (C H_{3})_{3}$	$E t_{2} O$	$C H_{3} I$	$N R_{3}$
沸点/ $℃$	55.7	34.6	42.4	365.8

实验序号	1	2	3
CH₄浓度/mol·L^-1	0.1000	0.2000	0.2000
H₂O浓度/mol·L^-1	0.1000	0.1000	0.2000
速率/mol·L^-1·s^-1	3.75×10^-4	1.50×10^-3	3.00×10^-3

实验	$c (C O) / m o l / L$	$c (H_{2}) / m o l / L$	速率
Ⅰ	0.10	0.10	v
Ⅱ	0.20	0.10	2v
Ⅲ	0.20	0.20	8v
Ⅳ	0.40	x	36v

pH	溶液中金属离子质量浓度(mg·L^-1)
pH	Al³⁺	Ni²⁺	Ti⁴⁺
1.1	6100	7780	46
2.1	5960	7430	3
3.4	212	6080	1
4.2	125	5870	1
5.2	107	3720	1

气体	H₂	CH₄	CO	CO₂
体积分数	82%	3%	5%	10%

化学键	O-H	C-H	C=O	H-H
键能/(kJ·mol⁻¹)	463	414	802	436