高中化学验证原电池的效果试题

23．能源短缺是人类社会面临的重大问题。甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上合成甲醇的反应原理为：CO(g) ＋ 2H₂(g)   CH₃OH(g)  ΔH；
下表所列数据是该反应在不同温度下的化学平衡常数（K）。

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

①根据表中数据可判断ΔH      0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。
②在300℃时，将2 mol CO、3 mol H₂和2 mol CH₃OH充入容积为1L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）以甲醇、氧气为原料，KOH溶液作为电解质构成燃料电池总反应为：2CH₃OH+3O₂+4OH^-=2CO₃^2-+6H₂O，则负极的电极反应式为：        ，随着反应的不断进行溶液的pH   (填“增大”“减小”或“不变”)。
（3）如果以该燃料电池为电源，石墨作两极电解饱和食盐水，则该电解过程中阳极的电极反应式为：                 ；如果电解一段时间后NaCl溶液的体积为1L，溶液的pH为12（25℃下测定），则理论上消耗氧气的体积为       mL（标况下）。

如图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和NaCl溶液的U型管中，下列分析正确的是

A．K1闭合，铁棒上发生的反应为2H^＋＋2e^－→H2↑

B．K1闭合，石墨棒周围溶液pH逐渐升高

C．K2闭合，铁棒不会被腐蚀，属于牺牲阳极的阴极保护法

D．K2闭合，电路中通过0.4NA个电子时，两极共产生标况下4.48L气体

(13分) A、B、C、D、E、F、G、H是核电荷数依次增大的短周期主族元素。元素A的原子半径是所有元素中最小的。A、E同主族，B、C、D同周期，D、G最外层电子数相等，G的质量数为D的2倍，元素B的一种常见单质可做惰性电极材料，其最高价氧化物甲为常见温室气体。B、D、G的质子数之和等于F、H的质子数之和，I单质是日常生活中用量最大的金属，易被腐蚀或损坏。回答下列问题：
（1）I元素在周期表中的位置                。
（2）化合物甲的结构式为                      。
（3）根据以上信息，下列说法不正确的是______________。
A．A和B能形成多种化合物
B．热稳定性: H₂D< H₂G
C．元素G的最高价氧化物对应水化物的酸性比H的弱
D．简单离子半径的大小顺序：r_D <r_E<r_F     E．沸点：H₂D< H₂G
F．同温同压下，将a L CA₃和b L AH通入水中，若所得溶液的pH=7，则a>b
（4）常温下，相同浓度F、I简单离子的溶液中滴加NaOH溶液，F、I两元素先后沉淀，F (OH)_n完全沉淀的pH是4.7，I (OH)_n完全沉淀的pH是2.8，则k_sp较大的是：               （填化学式）
（5）若在H与I组成的某种化合物的溶液乙中，加入铜片，溶液会慢慢变为蓝色，依据产生该现象的反应原理，所设计的原电池如图所示，其反应中正极电极反应式为              。

（6）若用石墨电极电解含有0．04 mol CuGD₄和0.04 mol EH的混合溶液400 mL，当阳极产生的气体784 mL（标况）时，溶液的pH=           （假设电解后溶液体积不变）。

天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。
（1）科学家用氮化镓材料与铜组装如图的人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄。

①写出铜电极表面的电极反应式       。
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量     （选填“盐酸”或“硫酸”）。
（2）天然气中的H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式        。
（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：CO₂(g)＋CH₄(g) 2CO(g)＋2H₂(g) 。
①该反应的平衡常数表达式为         。
②在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1mol·L^－1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如下图1所示，则压强P₁   P₂（填“大于”或“小于”）；压强为P₂时，在Y点：v(正)   v(逆)（填“大于”、“小于”或“等于”）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为106，其核磁共振氢谱如图2，则X的结构简式为          。

某课外小组探究钠、铝、铁、铜单质还原性强弱及其相关化学性质，做了如下实验：

实验1	常温时取四种金属少量分别放入装有蒸馏水的试管中
实验2	再取少量铝、铁、铜分别放入装有稀硫酸的试管中

（1）实验1中能发生反应的离子方程式                                      。
（2）实验2中能够判断出铝、铁、铜还原性强弱的现象是                        。
结论：由实验1、2得出四种金属的还原性强弱顺序为              ；请从原子结构角度解释钠的还原性强于铝                                        。
（3）为确认实验2反应后溶液中的金属阳离子，再进行实验：
①取Al反应后的溶液加入过量的NaOH溶液，写出反应的离子方程式               。
②一段时间后，取Fe反应后的溶液，检验Fe²⁺方法正确的是                  。
a．滴加KSCN溶液，无明显变化，再加入少量氯水，溶液变红
b．滴加K₃［Fe(CN)₆］溶液，有蓝色沉淀产生
c．滴加NaOH溶液，产生的白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色
（4）在实验2中，铝、铁反应现象的差异并不是很明显，有同学建议再设计一种实验来证明这两种金属的还原性关系，请设计一种实验方案                           。
（5）在实验过程中，还有同学为了验证铁与铜的还原性，用铁、铜、导线、烧杯、氯化铁溶液设计了原电池装置。
①画出原电池的装置图                                                 。
②该电池的正极反应为                                                 。

(16分)甲醇又称“木醇”或“木精”，沸点64.7℃，是无色有酒精气味易挥发的液体。甲醇有毒，误饮5～10mL能双目失明，大量饮用会导致死亡。甲醇是重要的化学工业基础原料和液体燃料，可用于制造甲醛和农药，并常用作有机物的萃取剂和酒精的变性剂等。
（1）工业上可利用CO₂和H₂生产甲醇，方程式如下：
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(l)＋H₂O (g) △H＝Q₁kJ·mol^－1
又查资料得知：①CH₃OH(l)＋1/2 O₂(g)CO₂(g)＋2H₂(g)△H＝Q₂kJ·mol^－1
②H₂O(g)=H₂O(l) △H= Q₃kJ·mol^－1，则表示甲醇的燃烧热的热化学方程式为    。
（2）工业上可用CO和H₂O (g) 来合成CO₂和H₂，再利用（1）中反应原理合成甲醇。某温度下，将1molCO和1.5molH₂O充入10L固定密闭容器中进行化学反应：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g) △H＞0,当反应进行到10min时达到平衡，此时测得H₂为0.6 mol。回答下列问题:
①0～10min内H₂O(g)的平均反应速率为                 。
②若想加快正反应速率的同时提高CO的转化率，可以采用的方法是          。
a.升高温度                      b.缩小容器的体积
c.增大H₂O (g)的浓度             d.加入适当的催化剂
③若保持温度容积不变再向其中充入1molCO和0.5molH₂O(g)，重新达到化学平衡状态时,此时平衡混合气体中H₂的体积分数为     。
（3）甲醇燃料电池是符合绿色化学理念的新型燃料电池，下图是以甲醇燃料电池（甲池）为电源的电解装置。已知：A、B、C、D、E、F都是惰性电极，丙中为0.1 mol/L CuSO₄溶液 (假设反应前后溶液体积不变)，当向甲池通入气体a和b时，D极附近呈红色。回答下列问题：

① a物质是          ,A电极的电极反应式为          。
② 乙装置中的总化学反应方程式为                   。
③ 当乙装置中C电极收集到224mL(标况下)气体时, 丙中溶液的pH＝     。

铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质、合金及其化合物在生产生活中的应用日趋广泛，铝土矿是生产铝及其化合物的重要原料。
（1）铝元素在元素周期表中的位置是               。
（2）铝电池性能优越，铝一空气电池以其环保、安全而受到越来越多的关注，其原理如图所示。

①该电池的总反应化学方程式为              ；
②电池中NaCl的作用是                。
③以铝一空气电池为电源电解KI溶液制取KIO₃（石墨为电极材料）时，电解过程中阳极的电极反应式为                            。
④某铝一空气电池的效率为50%，若用其作电源电解500mL的饱和NaCl溶液，电解结束后，所得溶液（假设溶液电解前后体积不变）中NaOH的浓度为0.3 mol·L^－1，则该过程中消耗铝的质量为          
（3）氯化铝广泛用于有机合成和石油工业的催化剂，聚氯化铝也被用于城市污水处理。
①氯化铝在加热条件下易升华，气态氯化铝的化学式为Al₂Cl₆，每种元素的原子最外层均达到8电子稳定结构，则其结构式为               。
②将铝土矿粉与碳粉混合后加热并通入氯气，可得到氯化铝，同时生成CO，写出该反应的化学方程式    。

（1）某课外活动小组同学用下图装置进行实验

试回答下列问题：
①若开始时开关K与a连接，则铁发生电化学腐蚀中的             腐蚀。
②若开始时开关K与b连接，则总反应的离子方程式为                。
（2）芒硝化学式为Na₂SO₄·10H₂O，无色晶体，易溶于水，是一种分布很广泛的硫酸盐矿物。该小组同学设想，如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法，用如下图所示装置电解硫酸钠溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钠，无论从节省能源还是从提高原料的利用率而言都更加符合绿色化学理念。

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制得的氢氧化钠溶液从出口(填“A”、“B”、“C”或“D”)           导出。
③通电开始后，阴极附近溶液pH会增大，请简述原因：                   。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钠溶液组合为氢氧燃料电池，则电池负极的电极反应式为        ，已知H₂的燃烧热为285.8 kJ·mol^－1，则该燃料电池工作产生36 g H₂O时，理论上有          kJ的能量转化为电能。

某化学兴趣小组对电化学问题进行了实验探究。
I 利用下图装置探究金属的防护措施，实验现象是锌电极不断溶解，铁电极表面有气泡产生。

（1）写出负极的电极反应：_____________。
（2）某学生认为，铁电极可能参与反应，并对产物作出假设：
假设1：铁参与反应，被氧化生成；
假设2：铁参与反应，被氧化生成；
假设3：__________________________。
（3）为了探究假设1、2，他进行如下操作：
①取溶液于试管中，加入过量铁粉；
②取操作①试管的上层清液加入2滴溶液，生成蓝色沉淀；
③取少量正极附近溶液加入2滴溶液，未见蓝色沉淀生成；
④取少量正极附近溶液加入2滴溶液，未见溶液变红。
据②、③、④现象得出的结论是_____________。
II 利用下图装置做电解的溶液实验。

实验记录：
A．阳极上有黄绿色气体产生，该气体使湿润的碘化钾淀粉试纸先变蓝后褪色（提示：氧化性大于且含的溶液是无色的）；
B．电解一段时间后，阴极表面除有铜吸附外，还出现了少量气泡和浅蓝色固体。
（1）分析实验记录A中试纸颜色变化，用离子方程式解释：①____________；②_____________。
（2）分析实验记录B中浅蓝色固体可能是_______________（写化学式），试分析生成该物质的原因___________。

瓦斯爆炸是煤矿开采中的重大危害，一种瓦斯分析仪（下图）能够在煤矿巷道中的甲烷浓度达到一定浓度时，可以通过传感器显示。该瓦斯分析仪工作原理类似燃料电池的工作原理，其装置如图所示，其中的固体电解质是Y₂O₃－Na₂O，O^2-可以在其中自由移动。下列有关叙述正确的的是

A．瓦斯分析仪工作时，电池内电路中电子由电极b流向电极a

B．电极b是正极，O^2-由电极a流向电极b

C．电极a的反应式为：CH4+5O^2—―8e^-＝CO3^2- +2H2O

D．当固体电解质中有1 mol O^2-通过时，电子转移4 mol

(12分)（1）物质的量浓度相同的三种盐NX、NaY、NaZ的溶液，其pH依次为8、9、10，则HX、HY、HZ的酸性由强到弱的顺序是                  。
（2）比较下列溶液的pH(填“>”“<”或“=”)：
①0．1 mol·L^-1Na₂CO₃溶液       0．1 mol·L^-1NaHCO₃溶液
②0．1 mol·L^-1NH₄Cl溶液       0．01 mol·L^-1NH₄C1溶液
（3）把a、b、c、d四块金属片浸泡在稀H₂SO₄中，用导线两两相连，可以组成各种原电池。若a、b相连，a为负极；c、d相连，c极发生氧化反应；a、c相连，c为正极；b、c相连，电流由c极流向b极，则这四种金属的活动性由强到弱的顺序为          。
（4）将AlCl₃溶液蒸干、灼烧，最后所得的固体的主要成份是           。
（5）氯化铁溶液呈     性(填“酸”、“碱”或“中”)，原因是(用离子方程式表示)：
（6）向明矾溶液中逐滴加入Ba(OH)₂溶液至SO₄^2-刚好沉淀完全时，溶液的pH   7(填“>”“<”或“=”)，离子反应总方程式为：                     。

磺酰氯（SO₂Cl₂）是一种有机氯化剂，也是锂电池正极活性物质。已知磺酰氯是一种无色液体，熔点-54.1℃，沸点69.1℃，遇水发生剧烈水解。
（1）磺酰氯可与白磷发生反应为：P₄+ 10SO₂Cl₂= 4PCl₅ + 10SO₂↑，若生成1molSO₂，则转移电子的物质的量为   mol。
（2）某学习小组的同学依据反应：SO₂(g)+ Cl₂(g)SO₂Cl₂(g)  △H ＜0，设计的制备磺酰氯装置如图甲。

①若用浓盐酸与二氧化锰为原料制取Cl₂，其反应的化学方程式为            。
②有关题图甲所示的装置说法正确的是        （不定项选择）。
a．A、E处洗气瓶中盛放的可能分别是饱和食盐水和饱和Na₂SO₃溶液
b．D处U形管中盛放的可以是碱石灰
c．B处反应管冷却水应从m接口通入
d．装置C处吸滤瓶若放在冰水中冷却，更有利于SO₂Cl₂的收集
③从化学平衡移动角度分析，反应管通水冷却的目的为                  。
（3）GET公司开发的Li-SO₂Cl₂军用电池，其示意图如图乙所示，已知电池反应为：2Li + SO₂Cl₂ =" 2LiCl" + SO₂↑，则电池工作时，正极的电极反应式为                     。

近期“五水共治”越来越引起人们的重视。对工业废水和生活污水进行处理是防止水体污染、改善水质的主要措施。
（1）含乙酸钠和对氯酚()的废水可以通过构成微生物电池除去，其原理如下图所示。

①B是电池的    极(填“正”或“负”)；
②A极的电极反应式为                   。
（2）电渗析法处理厨房垃圾发酵液，同时得到乳酸的原理如下图所示（图中“HA”表示乳酸分子，A^－表示乳酸根离子）。

①阳极的电极反应式为                                   ；
②简述浓缩室中得到浓乳酸的原理                                          ；
③电解过程中，采取一定的措施可控制阳极室的pH约为6~8，此时进入浓缩室的OH^－可忽略不计。400 mL10 g/L 乳酸溶液通电一段时间后，浓度上升为 145 g/L(溶液体积变化忽略不计)，则阴极上产生的H₂在标准状况下的体积约为          L(乳酸的摩尔质量为90g/ mol ）。

（选考）【化学—选修2：化学与技术】
近年来，为提高能源利用率，西方提出共生理念——为提高经济效益，人类生产活动尽可能多功能化。共生工程将会大大促进化学工业的发展。
（1）由于共生工程的应用，利用发电厂产生的SO₂制成自发电池，其电池反应方程式为：2SO₂＋O₂＋2H₂O＝2H₂SO₄，该电池电动势为1.06V。实际过程中，将SO₂通入电池的   极（填“正”或“负”），负极反应式为           ；用这种方法处理SO₂废气的优点是                   。
（2）以硫酸工业的SO₂尾气、氨水、石灰石、焦炭、碳酸氢铵和氯化钾等为原料，可以合成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸铵等物质。合成路线如下：

① 生产中，向反应II中的溶液中加入适量还原性很强的对苯二酚等物质，其目的是         。
② 下列有关说法正确的是              (填序号)。

A．反应Ⅰ中需鼓入足量空气，以保证二氧化硫充分氧化生成硫酸钙

B．反应III中发生反应的化学方程式为CaSO4＋4CCaS＋4CO↑

C．反应IV需控制在60～70℃，目的之一是减少碳酸氢铵的分解

D．反应V中的副产物氯化铵可用作氮肥

③ 反应V中选用了40%的乙二醇溶液做溶剂，温度控制在25℃，此时硫酸钾的产率超过90%，选用40%的乙二醇溶液做溶剂的原因是                                。
④（NH₄)₂SO₃可用于电厂等烟道气中脱氮，将氮氧化物转化为氮气，同时生成一种氮肥，形成共生系统。写出二氧化氮与亚硫酸铵反应的化学方程式                     。

金属铅为带蓝色的银白色重金属，其单质及化合物可用于铅蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料。回答下列问题：
（1）铅蓄电池是一种典型的可充电电池，电池总反应式为：Pb+PbO₂+4H⁺+2SO₄^2-2PbSO₄+2H₂O。写出放电时负极的电极反应式          。
（2）早在古代，硫酸铅就被用作白色颜料，但用这种颜料作出的画天长日久会变为黑色，经检测其成分为PbS。古画修复师在变黑处涂抹H₂O₂后即可将颜色修复，用化学方程式表示古画修复颜色的原理                                    。
（3）PbO与次氯酸钠溶液反应可以制得PbO2，写出该反应的离子方程式            。
（4）PbO₂在加热过程中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4.0%（）的残留固体，若a点固体表示为PbO_x或mPbO₂·nPbO，列式计算x=          ，m:n=          。