燃料电池具有广阔的发展前途,科学家近年研制出一种微型的燃料电池,采用甲醇取代氢气做燃料可以简化电池设计,该电池有望取代传统电池。某学生在实验室利用碱性甲醇燃料电池电解Na2SO4溶液。
请根据图示回答下列问题: w
(1)图中a电极是 (填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)。该电极上发生的电极反应式为 。
(2)碱性条件下,通入甲醇的一极发生的电极反应式为 。
(3)当消耗3.36 L氧气时(已折合为标准状况),理论上电解Na2SO4溶液生成气体的总物质的量
是 mol。
(4)25℃、101kPa时,燃烧16g甲醇生成CO2和H2O(l),放出的热量为363.26 kJ,写出甲醇燃烧的热化学方程式: 。
按要求对下图中两极进行必要的连接并填空:
(1)在A图中,使铜片上冒H2气泡。请加以必要连接,
则连接后的装置叫 。
电极反应式:锌板: _______________;
铜板: ___________
(2)在B图中,(a和b均为惰性电极)
使a极析出铜,请加以必要的连接后,该装置叫 。
电极反应式,a极: ;b极: 。
在经过一段时间后,停止反应并搅均溶液,溶液的pH (升高、降低、不变),加入一定量的 后,溶液能恢复至与电解前完全一致。
某课外活动小组用如图装置进行实验,试回答下列问题。
(1)若开始时开关K与a连接,则B极的电极反应式为 。
(2)若开始时开关K与b连接,则B极的电极反应式为 ,
总反应的离子方程式为 。
有关上述(2)实验,下列说法正确的是(填序号) 。
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润的KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体,则溶液中转移0.2 mol电子
(3)该小组同学认为,如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
①该电解槽的阳极反应式为 。
此时通过阴离子交换膜的离子数 (填“大于”、“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为 。
2004年美国圣路易斯大学研制了一种新型的乙醇电池,它用磺酸类质子溶剂,在200oC左右时供电,乙醇电池比甲醇电池效率高出32倍且更安全。电池总反应为:C2H5OH +3O2 =2CO2 +3H2O,电池示意如图:
(1)_________极(填a或b)为电池的负极,电池工作时电流方向为______________;
(2)写出电池正极反应方程式___________________;
(3)电池工作时,1mol乙醇被氧化时就有________mol电子转移。
近年来,随着聚酯工业的快速发展,氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此,将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。回答下列问题:
(1)Deacon发明的直接氧化法为: 。下图为刚性容器中,进料浓度比 c(HCl) ∶ 分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系:
可知反应平衡常数 K(300℃)________ K(400℃)(填"大于"或"小于")。设HCl初始浓度为 , 根据进料浓度比 c(HCl)∶ c(O 2)=1∶1的数据计算 K(400℃)=________(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率,同时降低产物分离的能耗。进料浓度比 c(HCl)∶ 过低、过高的不利影响分别是________。
(2)Deacon直接氧化法可按下列催化过程进行:
Δ
Δ
Δ
则 的 Δ H=________ 。
(3)在一定温度的条件下,进一步提高HCl的转化率的方法是________。(写出2种)
(4)在传统的电解氯化氢回收氯气技术的基础上,科学家最近采用碳基电极材料设计了一种新的工艺方案,主要包括电化学过程和化学过程,如下图所示:
负极区发生的反应有________(写反应方程式)。电路中转移1 mol电子,需消耗氧气________L(标准状况)
如图所示,用甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型燃料电池做电源,对A、B装置通电一段时间后,发现有1.6g甲醇参加反应且③电极增重(假设工作时无能量损失)。
请回答下列问题:
(1)分别指出F电极、②电极的名称 、 。
(2)④电极的反应式: 。E电极的反应式: 。
①电极上产生的实验现象是 。
(3)若A池中原混合液的体积为500 mL,CuSO4、K2SO4浓度均为0.1 mol/L,电解过程中A池中共收集到标准状况下的气体 L。
某课外活动小组同学用右图装置进行相关的实验,试回答下列问题。
(1)若开始时开关K与a连接,则A极的电极反应式为 。
(2)若开始时开关K与b连接,则总反应的离子方程式为 。在该实验中,下列说法正确的是(填序号) 。
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后(设NaCl足量)加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体,则有0.2 mol电子转移
(3)事实证明,能设计成原电池的反应通常是放热反应,下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是 。
A.C(s) + H2O(g) =" CO(g)" + H2(g) △H > 0
B.NaOH(aq) + HC1(aq) =" NaC1(aq)" + H2O(1) △H < 0
C.2H2(g) + O2(g) = 2H2O(1) △H<0
(4)电解原理在化学工业中有着广泛的应用。右图中,a为电解液,X和Y是两块电极板,回答下列问题:
(4)①若X和Y均为惰性电极,a为CuSO4溶液,则电解时的化学反应方程式为 。通过一段时间后,向所得溶液中加入8g CuO粉末,恰好恢复电解前的浓度和pH,则电解过程中转移的电子的物质的量为 。
②若X、Y分别为铁和铜,a仍为CuSO4溶液,则Y极的电极反应式为 。
是银锌碱性电池的正极活性物质,可通过下列方法制备:在加入适量 溶液,生成沉淀,保持反应温度为80,边搅拌边将一定量溶液缓慢加到上述混合物中,反应完全后,过滤、洗剂、真空干燥得到固体样品。反应方程式为
+回答下列问题:
(1)上述制备过程中,检验洗剂是否完全的方法是.
(2)银锌碱性电池的电解质溶液为溶液,电池放电时正极的 转化为,负极的转化为,写出该电池反应方程式:.
(3)准确称取上述制备的样品(设仅含和)2.558,在一定的条件下完全分解为和,得到224.0(标准状况下)。计算样品中的质量分数(计算结果精确到小数点后两位)。
镍电池广泛应用于混合动力汽车系统,电极材料由Ni(OH)2、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害。某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究,设计实验流程如下:
已知:①NiCl2易溶于水,Fe3+不能氧化Ni2+。
②已知实验温度时的溶解度:NiC2O4>NiC2O4·H2O>NiC2O4·2H2O
③某温度下一些金属氢氧化物的Ksp及沉淀析出的理论pH如下表所示:
M(OH)n |
Ksp |
|
|
pH |
|
|
|
开始沉淀 |
沉淀完全 |
|
|
Al(OH)3 |
1.9×10-23 |
3.4 |
4.2 |
Fe(OH)3 |
3.8×10-38 |
2.5 |
2.9 |
Ni(OH)2 |
1.6×10-14 |
7.6 |
9.8 |
回答下列问题:
(1) 用NiO调节溶液的pH,依次析出沉淀Ⅰ________和沉淀Ⅱ__________(填化学式)。
(2) 写出加入Na2C2O4溶液的反应的化学方程式: 。
(3) 检验电解滤液时阳极产生的气体的方法: 。
(4) 写出“氧化”反应的离子方程式: 。
(5) 如何检验Ni(OH)3已洗涤干净? 。
锂离子电池的广泛应用使回收利用锂资源成为重要课题:某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料(LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上)进行资源回收研究,设计实验流程如下:
(1)第②步反应得到的沉淀X的化学式为 。
(2)第③步反应的离子方程式是 。
(3)第④步反应后,过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有 。
若过滤时发现滤液中有少量浑浊,从实验操作的角度给出两种可能的原因:
、 。
(4)若废旧锂离子电池正极材料含LiMn2O4的质量为18.1 g,第③步反应中加入20.0mL 2.5mol·L-1的H2SO4溶液。正极材料中的锂经反应③和④完全转化为Li2CO3,至少有 g Na2CO3参加了反应。
高铁酸钾(K2FeO4)具有高效的消毒作用,为一种新型非氯高效消毒剂。电解法制备高铁酸钾操作简便,成功率高,易于实验室制备。其原理如下图所示。
I. 实验过程中,两极均有气体产生,Y极区溶液逐渐变成紫红色;停止实验,铁电极明显变细,电解液仍然澄清。查阅资料发现,高铁酸根(FeO42-)在溶液中呈紫红色。
(1)电解过程中,X极是 极,电极反应是 。
(2)电解过程中,Y极放电的有 。
(3)生成高铁酸根(FeO42-)的电极反应是 。
II. 若用不同种电池作为上述实验的电源,请分析电池反应。
(1)铅蓄电池总的化学方程式为:
2H2O+2PbSO4 Pb+PbO2+2H2SO4,则它在充电时的阳极反应为
。
(2)镍镉碱性充电电池在放电时,其两极的电极反应如下:
正极:2NiOOH+2H2O+2e-=2Ni(OH)2+2OH-
负极:Cd+2OH--2e-=Cd(OH)2
则它在放电时的总反应的化学方程式为 。
(3)肼(N2H4)是一种可燃性液体,可用作火箭燃料。已知在25℃、101kPa时,32.0g N2H4在氧气中完全燃烧生成氮气和液态水,放出624kJ的热量,则N2H4完全燃烧的热化学方程式是 ;
肼—空气燃料电池是一种碱性燃料电池,电解质溶液是20%~30%的KOH溶液,放电时负极的电极反应是 。
(4)以丙烷为燃料制作新型燃料电池,电池的正极通入O2和CO2,负极通入丙烷,电解质是熔融碳酸盐,电池总反应方程式为:C3H8+5O2=3CO2+4H2O。
写出该电池正极的电极反应: 。
(5)当制备相同物质的量的高铁酸钾时,理论上,上述四种电池中分别消耗的Pb、Cd、肼、丙烷的物质的量之比是 。
I、二氧化硫是重要的工业原料,探究其制备方法和性质具有非常重要的意义。
(1)工业上用黄铁矿(FeS2,其中S元素为-l价)在高温下和氧气反应制备SO2:
,该反应中被氧化的元素是________(填元素符号)。
(2)一化学研究性学习小组设计用如下装置验证二氧化硫的化学性质.
①能说明二氧化硫具有氧化性的实验现象为________________________________。
②为验证二氧化硫的还原性,充分反应后,取试管b中的溶液分成三份,分别进行如下实验:
方案Ⅰ:向第一份溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成
方案Ⅱ:向第二份溶液加入品红溶液,红色褪去
方案Ⅲ:向第三份溶液加入BaC!:溶液,产生白色沉淀上述方案合理的是方案______(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”);试管b中发生反应的离子反应方程式为____________________。
③当通入二氧化硫至试管c中溶液显中性时,溶液中c(Na+)=________________(用含硫元素微粒浓度的代数式表示)。
Ⅱ、另一化学研究性学习小组在实验室条件下以硫酸铜溶液为电解液,用电解的方法实现了粗铜的提纯,并对阳极泥和电解液中金属进行回收和含量测定。已知粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属和少量矿物杂质(与酸不反应)。
步骤一:电解精制:
电解时,粗铜应与电源的______极相连。阴极上的电极反应式为____________。
步骤二:电解完成后,该小组同学按以下流程对电解液进行处理:
稀硝酸处理阳极泥得到硝酸银稀溶液,请写出该反应的离子方程式:
____________________________________________________________。
某课外活动小组同学用右图装置进行实验,试回答下列问题。
(1)若开始时开关K与a连接,则A极的电极反应式
为 。
(2)若开始时开关K与b连接,则总反应的离子方程式为 。
有关上述实验,下列说法正确的是(填序号) 。
①溶液中Na+向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后(设NaCl足量)加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体,则有0.2 mol电子转移
(3)该小组同学模拟工业上用离子交换膜法制烧碱的方法,那么可以设想用如右图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。
①该电解槽的阳极反应式为 。此时通过阴离子交换膜的离子数
(填“大于”或“小于”或“等于”)通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口(填写“A”、 “D”) 导出。
③若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池负极的电极反应式为 。
某经济开发区将钛冶炼厂与氯碱厂、甲醇厂组成了一个产业链(如图所示),大大地提高了资源利用率,减少了环境污染。
请填写下列空白:
(1)写出钛铁矿经氯化得到四氯化钛的化学方程式: ▲ 。
(2)由CO和H2合成甲醇的方程式是:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
①已知该反应在300℃时的化学平衡常数为0.27,该温度下将2 mol CO、3 mol H2和2 mol CH3OH充入容积为2 L的密闭容器中,此时反应将 ▲ (填“向正反应方向进行”、“向逆反应方向进行”或“处于平衡状态”)。
②若不考虑生产过程中物质的任何损失,该产业链中每合成19.2 t甲醇,至少需额外补充H2 ▲ t。
(3)用甲醇—空气碱性(KOH)燃料电池作电源电解精炼粗铜(右图),
在接通电路一段时间后纯Cu质量增加3.2 g。
①请写出燃料电池中的负极反应式: ▲ 。
②燃料电池正极消耗空气的体积是 ▲ (标准状况,
空气中O2体积分数以20%计算)。
(16分)氢氧燃料电池是符合绿色化学理念的新型发电装置。下图为电池示意图,该电池电极表面镀一层细小的铂粉,铂吸附气体的能力强,性质稳定,
请回答:
(1)氢氧燃料电池的能量转化主要形式是 ,在导线中电子流动方向为 (用a、b 表示)。
(2)负极反应式为 。
(3)电极表面镀铂粉的原因为
(4)该电池工作时,H2和O2连续由外部供给,电池可连续不断提供电能。因此,大量安全储氢是关键技术之一。金属锂是一种重要的储氢材料,吸氢和放氢原理如下:
Ⅰ.2Li+H2="2LiH " Ⅱ.LiH+H2O==LiOH+H2↑
①反应Ⅰ中的还原剂是 ,反应Ⅱ中的氧化剂是 。
②已知LiH固体密度为0.82g/cm3。用锂吸收224L(标准状况)H2,生成的LiH体积与被吸收的H2体积比为 。
③由②生成的LiH与H2O作用放出的H2用作电池燃料,若能量转化率为80%,则导线中通过电子的物质的量为 mol。
试题篮
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