高中化学验证原电池的效果试题

(14分)根据下图所示装置回答问题：

（1）装置A中a电极的电极反应式为                                 ，b电极的电极反应式为                                     ；
（2）装置B中C为           极，电极反应式为                   。
（3）当铁电极的质量变化为19.2g时，a极上消耗O₂在标准状况下的体积为           L。
（4）当装置A中消耗0.05mol氢气时，装置B中溶液的pH为               。(溶液体积为100mL不变)
（5）若将装置B改为电解精炼铜，则粗铜作      极，另一极反应为             。

下图甲是CO₂电催化还原为碳氢化合物的工作原理示意图，用一种钾盐水溶液作电解液；图乙是用H₂还原CO₂制备甲醇的工作原理示意图，硫酸为电解质溶液。下列说法不正确的是
   

A．甲中铜片作阴极，K^+向铜片电极移动

B．乙中正极发生的电极反应为CO2+6e^-+6H^+CH3OH+H2O

C．乙中H2SO4的作用是增强溶液的导电性

D．甲中若CxHy为C2H4，则生成1 mol C2H4的同时生成2 molO2

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及各种化工产品的工业过程。
（1）在煤的气化反应器中发生如下几种反应：
C（s）十H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）  △H₁= +131kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）            △H₂= —394kJ/mol
CO（g）+1／2O₂（g）=CO₂（g）       △H₃= —283kJ/mol
则CO（g）+H₂O（g）H₂（g）+CO₂（g）△H=          
（2）将不同量的CO(g)和H₂O(g)分别通入到体积为2 L的恒容密闭容器中，进行反应
CO（g）+H₂O（g）H₂（g）+CO₂（g），得到如下三组数据：

实验组	温度／℃	起始量／mol	平衡量／mol	反应达平衡时间／min
CO	H2O	H2	CO
1	650	4	2	1.6	2.4	5
2	900	2	1	0.4	1.6	3

①实验l中以 CO₂表示的反应速率为                 。
②在900℃时，此反应的平衡常数K＝          
③若其它条件不变向实验2的平衡混合物中再加入0.4 mol H₂O和0.4 mol CO₂，达到新平衡时CO的转化率将       （变大、变小、不变）
（3）将标准状况下224mLCO₂通入200mL 0.1 mol/L KOH溶液中，充分反应后得到溶液X，若不考虑溶液体积的变化，下列有关X的叙述不正确的是      
A、c(OH^－)＝c(H⁺)+ c(HCO₃^—)+ 2c(H₂CO₃)
B、该溶液中，c(K⁺) > c(CO₃^2—) > c(OH^－) > c(HCO₃^—)> c(H⁺)
C、该溶液中，水电离出的c(OH^－)大于水电离出的c(H⁺)
（4）以CO和O₂为原料,用KOH作电解质组成燃料电池，则该电池负极的反应式为        。
若将该电池作电源，以石墨为电极电解硫酸铜溶液，当产生时0.64gCu，理论上至少需要消耗标况下的CO气体       mL

有关下列图象的说法正确的是

A．由图甲表示的反应速率随温度变化的关系可知该反应的ΔH>0

B．图乙表示向pH相同的盐酸与醋酸中分别加入水后溶液pH的变化，则其中曲线a对应的是醋酸

C．图丙表示该反应为放热反应．且催化剂能降低反应的活化能、改变反应物的焓

D．图丁中开关K置于a或b处均可减缓铁的腐蚀

某新型电池NaBH₄(B的化合价为+3价)和H₂O₂作原料，该电池可用作深水勘探等无空气环境电源，其工作原理如下图所示。

下列说法正确的是

A．电池工作时Na^+从b极区移向a极区

B．b极上的电极反应为：H2O2+2e^－+2H^+=2H2O

C．每消耗3molH2O2，转移3mole^－

D．a极上的电极反应为：BH4^－+8OH^－+8e^－=BO2^－+6H2O

通过煤的气化和液化，使碳及其化合物得以广泛应用。
I．工业上先用煤转化为CO，再利用CO和水蒸气反应制H₂时，存在以下平衡：CO(g)+H₂O(g) CO₂(g)+H₂(g)
（1）向1L恒容密闭容器中充人CO和H₂O(g)，800℃时测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4
n(H2O)/mol	0.600	0.520	0.450	0.350	0.350
n(CO)/mol	0.400	0.320	0.250	0.150	0.150

则该温度下反应的平衡常数K=       。
（2）相同条件下，向2L恒容密闭容器中充入1molCO、1mol H₂O(g)、2molCO₂、2mo1 H₂，
此时υ(正)       υ(逆)  (填“>” “="”" 或 “<”)。
II．已知CO(g)、H₂(g)、CH₃OH（l）的燃烧热分别为283 kJ·mol^-1、286 kJ·mol^-1、726 kJ·mol^-1'。
（3）利用CO、H₂合成液态甲醇的热化学方程式为       。
（4）依据化学反应原理，分析增加压强对制备甲醇反应的影响       。
III。为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如图所示：
 
一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2—。
（5）以辛烷（C₈H₁₈）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式       。
（6）已知一个电子的电量是1.602×10^—19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×10⁵C的电量时，生成NaOH       g。
Ⅳ．煤燃烧产生的CO₂是造成温室效应的主要气体之一。
（7）将CO₂转化成有机物可有效地实现碳循环。如：
a．6CO₂+6H₂OC₆H₁₂O₆+6O₂       
b．2CO₂ + 6H₂C₂H₅OH +3H₂O     
c．CO₂ + CH₄CH₃COOH
d．2CO₂ + 6H₂CH₂=CH₂ + 4H₂O
以上反应中，最节能的是       ，反应c中理论上原子利用率为       。

ⅠPM2.5是连续雾霾过程影响空气质量最显著的污染物，其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO₂、NO_x等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
（1）将PM2.5样本用蒸馏水处理制成待测试样。测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^2-	NO3^-	Cl^-
浓度/mol•L^-1	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断PM2.5试样的pH 。
（2）NO_x汽车尾气的主要污染物之一。汽车发动机工作时会引发N₂和O₂反应，其能量变化示意图如下：

则N₂和O₂反应生成NO的热化学反应方程式为        
（3）碘循环工艺不仅能吸收SO₂降低环境污染，同时又能制得氢气，具体流程如下：

①用离子方程式表示反应器中发生的反应：                   
②将生成的氢气与氧气分别通入两个多孔惰性电极，KOH溶液作为电解质溶液，负极的电极反应式_     _
Ⅱ铝元素在自然界中主要存在于铝土矿（主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂）中。工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如下。
在滤液A中加入漂白液，目的是氧化除铁，所得滤液B显酸性。
（1）检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为：              （注明试剂、现象）。
（2）将滤液B中的铝元素以沉淀形式析出，可选用的最好试剂为         （填代号）。
A．氢氧化钠溶液       B．硫酸溶液        C．氨水       D．二氧化碳
（3）由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为：          蒸发浓缩、冷却结晶、         、洗涤。
（4）SiO₂和NaOH焙烧制备硅酸钠，可采用的装置为              （填代号）。

为有效控制雾霾，各地积极采取措施改善大气质量，研究并有效控制空气中的氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物含量显得尤为重要。
（1）汽车内燃机工作时会引起N₂和O₂的反应：N₂（g）+ O₂（g）2NO（g），是导致汽车尾气中含有NO的原因之一。
①在T₁、T₂温度下，一定量的NO发生分解反应时N₂的体积分数随时间变化如图所示，根据图像判断反应N₂（g）+ O₂（g）2NO（g）的△H__________0(填“>”或“<”)。

②在T₃温度下，向2L密闭容器中充入10molN₂与5mo1O₂，50秒后达到平衡，测得NO的物质的量为2mol，则该反应的速率v（N₂）=___________________。该温度下，若开始时向上述容器中充入N₂与O₂均为1 mol，则达到平衡后N₂的转化率为____________。
（2）利用下图所示装置(电极均为惰性电极)可吸收SO₂，用阴极排出的溶液可吸收NO₂。

①阳极的电极反应式为_____________________。
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时有SO₃^2—生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为_______________。
（3）以H₂O₂和硼氢化合物NaBH₄（B的化合价为+3价）作原料的燃 料电池，可用作电解池的电源。其工作原理如图所示

①写出a极上的电极反应式：              ，
②正极材料采用MnO₂，MnO₂除了作电极材料之外还可能具有的作用为                               

A、B、C、D、E是五种短周期的主族元素，它们的原子序数依次增大，A、D都能与C按原子个数比为1:1或2:1形成化合物，A、B组成的气态化合物的水溶液呈碱性，E与C的最外层电子数相同。
（1）A与B形成的化合物中，原子个数比为2:1的化合物的结构式为                      。
（2）D与C按原子个数比为1:1形成化合物的电子式是                          。
（3）B、C所形成氢化物的稳定性由强到弱的顺序是          、          (填具体的化学式)。
（4）F是一种历史悠久、应用广泛的金属元素。若将F金属投入到盐酸溶液中，生成了浅绿色溶液M。写出M的酸性溶液和A与 C形成的一种化合物反应的离子方程式：                      。
（5）有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以A₂、B₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，试写出该电池的正极电极反应式：        ；放电时溶液中H⁺移向      （填“正”或“负”）极。
（6）E(s)+O₂(g)  EO₂(g) △H₁   E(g)+O₂(g)   EO₂(g) △H₂，则△H_l        △H₂（填“>”或“<”或“=”）。

常见锌锰干电池因含有汞、酸或碱等，废弃后进入环境将造成严重危害。某化学兴趣小组拟采用如下处理方法回收废电池中的各种资源。

（1）填充物用60℃温水溶解，目的是          。
（2）操作A的名称为            。
（3）铜帽溶解时加入H₂O₂的目的是              （用化学方程式表示）。铜帽溶解完全后，可采用_____________方法除去溶液中过量的H₂O₂。
（4）碱性锌锰干电池的电解质为KOH，总反应为Zn+2MnO₂+2H₂O=2MnOOH+Zn(OH)₂，其负极的电极反应式为           。
（5）滤渣的主要成分为含锰混合物，向含锰混合物中加入一定量的稀硫酸、稀草酸，并不断搅拌至无气泡为止。主要反应为2MnO(OH)+MnO₂+2H₂C₂O₄+3H₂SO₄=2MnSO₄+4CO₂↑+6H₂O。
①当1 mol MnO₂参加反应时，共有     mol电子发生转移。
②MnO(OH)与浓盐酸在加热条件下也可发生反应，试写出该反应的化学方程式：                     。
（6）锌锰干电池所含的汞可用KMnO₄溶液吸收。在不同pH下，KMnO₄溶液对Hg的吸收率及主要产物如下图所示：

根据上图可知：
①pH对Hg吸收率的影响规律是随pH升高，汞的吸收率__        _.
②在强酸性环境下Hg的吸收率高的原因可能是KMnO₄在酸性条件下        强.

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）。

（1）有人研究证明：使用氯气作自来水消毒剂，氯气会与水中有机物反应，生成如CHCl₃等物质，这些物质可能是潜在的致癌致畸物质。目前人们已研发多种饮用水的新型消毒剂。下列物质不能作自来水消毒剂的是         （填序号）。

A．明矾

B．二氧化氯

C．臭氧

D．高铁酸钠( Na2FeO4)

（2）高铁（VI）酸盐是新一代水处理剂。其制备方法有：次氯酸盐氧化法（湿法）和高温过氧化物氧化法（干法）等。湿法是在碱性溶液中用次氯酸盐氧化铁（III）盐，写出该法的离子方程式：                                                     。
（3）用高铁（VI）酸盐设计的高铁（VI）电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O→3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH
①写出正极发生的电极反应式：                                         。
②用高铁（VI）电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当有0.1molK₂FeO₄反应时，在电解池中生成H₂          L（标准状况），同时生成Fe(OH)₃=       mol。
③下表列出了某厂排放的含锌废水中的含量及国家环保标准值的有关数据：

	含锌废水水质	经处理后的水国家环保标准值
Zn^2^＋浓度/(mg·L^－1)	≤800	≤3.9
pH	1～5	6～9

经处理后的废水pH＝8，此时废水中Zn^2＋的浓度为     mg/L（常温下，Ksp[Zn(OH)₂]＝1.2×10^17），   （填“符合”或“不符合”）国家环保标准。

(12分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO(g) ＋ 2H₂(g)   CH₃OH(g)              ΔH₁
反应Ⅱ：CO₂(g) ＋ 3H₂(g)   CH₃OH(g)  +  H₂O(g)   ΔH₂
①下表所列数据是反应Ⅰ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

由表中数据判断ΔH₁       0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。
②某温度下，将2mol CO和6 mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c(CO)＝ 0.2 mol／L，则CO的转化率为       ，此时的温度为       （从上表中选择）。
（2）已知在常温常压下：
①2CH₃OH(l) ＋ 3O₂(g) ＝ 2CO₂(g) ＋ 4H₂O(l)  ΔH₁＝－1451.6kJ／mol
②2CO (g)+ O₂(g) ＝ 2CO₂(g)  ΔH₂＝－566.0kJ／mol                                         
（3）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置：

①工作一段时间后，测得溶液的pH减小。请写出该电池的负极的电极反应式。                       
②用该电池电解（惰性电极）500mL某CuSO₄溶液，电解一段时间后，为使电解质溶液恢复到原状态，需要向溶液中加入9.8g Cu(OH)₂固体。则原CuSO₄溶液的物质的量浓度为         mol/L（假设电解前后溶液体积不变）。

LiFePO₄电池具有稳定性高、安全、对环境友好等优点，可用于电动汽车。电池反应为： FePO₄+Li = LiFePO₄，电池的正极材料是LiFePO₄，负极材料是石墨，含U导电固体为电解质。下列有关LiFePO₄电池说法正确的是

A．可加入硫酸以提高电解质的导电性

B．放电时电池内部Li^+向负极移动.

C．充电过程中，电池负极材料的质量减少

D．放电时电池正极反应为FePO4+Li^++e^-=LiFePO4

原电池的电极名称不仅与电极材料的性质有关，也与电解质溶液有关，下列说法中不正确的是

A．由Al、Cu、稀H2SO4组成原电池，放电时SO4^2^－向Al电极移动

B．由Mg、Al、NaOH溶液组成原电池，其负极反应式为：Al－3e^－＋4OH^－＝AlO2^－＋2H2O

C．由Fe、Cu、NaCl溶液组成原电池，其负极反应式为：Cu － 2e^－＝ Cu^2^＋

D．由Al、Cu、浓硝酸组成原电池作电源，用石墨电极来电解硝酸银溶液，当析出1 mol Ag时，消耗Cu电极32g