高中化学验证原电池的效果试题

下图Ⅰ、Ⅱ分别是甲、乙两组同学将反应设计成的原电池装置，其中C₁、C₂均为碳棒。甲组向图Ⅰ烧杯中逐滴加入适量浓盐酸；乙组向图ⅡB烧杯中逐滴加入适量40% NaOH溶液。下列叙述中正确的是   

A．甲组操作时，电流计(G)指针发生偏转

B．乙组操作时，C2做正极

C．乙组操作时，C1上发生的电极反应为：I2＋2e^－===2I^－

D．甲组操作时，溶液颜色变浅

目前已研制出一种用磺酸类质子作溶剂的酸性乙醇电池，其效率比甲醇电池高出32倍，电池构造如图所示，电池反应式为：C₂H₅OH+3O₂=2CO₂+3H₂O。下列关于该电池的说法正确的是

A．通入乙醇的电极为该电池的正极

B．放电过程中，电源内部的H^+从正极区向负极区迁移

C．该电池的正极反应为：4H^++O2+4e^—=2H2O

D．用该电池做电源，用惰性电极电解饱和NaCl溶液时，每消耗0.2 mol C2H5OH，阴极产生标准状况下气体的体积为13.44 L

甲醇（CH₃OH）是一种可再生能，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应合成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)
（1）t℃时，往1L密闭容器中充入1mol CO和2molH₂。10min后，反应达到平衡，并测得CH₃OH(g)的浓度为0.8 mol·L^－1。
①该时间内反应速率v(H₂) ＝____。t℃时，该反应的化学平衡常数K= (mol·L^－1)^－2
②下列各项中，能说明该反应已达到平衡的是_____________（填序号）
a.恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
b.一定条件下，测得v_正(CO) ＝v_逆(CH₃OH)
c.恒温、恒容条件下，容器内的气体密度不发生变化
d.一定条件下，单位时间内消耗2 mol H₂，同时生成1 mol CH₃OH(g)
（2）下图是该反应在T₁ 、T₂温度下CO的转化率随时间变化的曲线。

①该反应的焓变ΔH____0(填“＞”、“＜”或“＝”)。
②T₁和T₂温度下的平衡常数大小关系是K₁____________K₂(填“＞”、“＜”或“＝”)。
③若保持容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______________。
a．升高温度                    b．将CH₃OH(g)从体系中分离
c．使用合适的催化剂            d．充入He，使体系总压强增大
（3）已知在常温常压下：
①2CH₃OH(l)+3O₂(g)=2CO₂(g)+4H₂O(g)  ΔH ＝－a kJ·mol^-1
②2CO(g)+O₂(g)=2CO₂(g) ΔH ＝－b kJ·mol^-1
则，CH₃OH(l)+O₂(g) =CO(g)+2H₂O(g)  ΔH＝____________kJ·mol^-1。
（4）我国在甲醇燃料电池技术方面已获得重大突破。甲醇燃料电池的工作原理如图所示。

①该电池工作时，b口通入的物质为______。
②该电池正极的电极反应式为       。

(14分)如下图所示，某同学设计一个甲醚（CH₃OCH₃）燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。

根据要求回答相关问题：
（1）通入氧气的电极为________(填“正极”或“负极”)，写出负极的电极反应式_______________________________。
（2）铁电极为________(填“阳极”或“阴极”)，石墨电极(C)的电极反应式为________________________________________。
（3）反应一段时间后，乙装置中生成氢氧化钠主要在________(填“铁极”或“石墨极”)区。
（4）如果粗铜中含有锌、银等杂质，丙装置中阳极上电极反应式为______ ___                           __，反应一段时间，硫酸铜溶液浓度将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
（5）若在标准状况下，有2．24 L氧气参加反应，则乙装置中铁电极上生成的气体的标况下的体积为____  ____；丙装置中阴极析出铜的质量为____ ___   _。

熔融盐燃料电池具有较高的发电效率，因而受到重视。某燃料电池以熔融的K₂CO₃(其不含O^2－和HCO)为电解质，以丁烷为燃料，以空气为氧化剂，以具有催化作用和导电性能的稀土金属材料为电极。
该燃料电池负极电极反应式为：2C₄H₁₀＋26CO－52e^－=34CO₂＋10H₂O。
试回答下列问题：
（1）该燃料电池的化学反应方程式为________________________________________________；
（2）正极电极反应式为_________________________________________。
（3）为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定。为此，必须在通入的空气中加入一种物质，加入的物质是________，它来自________________________________。
（4）某学生想用该燃料电池和如图所示装置来电解饱和食盐水：

①写出该电解池反应的离子方程式_______________________________________。
②将湿润的淀粉KI试纸放在该装置附近，发现试纸变蓝，待一段时间后又发现蓝色褪去，这是因为过量的Cl₂将生成的I₂氧化。若反应的Cl₂和I₂的物质的量之比为5∶1，且生成两种酸。该反应的化学方程式为___________________________________________________________。
③若电解后得到200 mL 3.25mol/LNaOH溶液，则消耗C₄H₁₀的体积在标准状况下为________mL。

C、O、Na、Al、S、Cl是常见的六种元素
（1）C元素位于元素周期表第      周期，第       族；C元素的一种同位素可以测定文物年代，这种同位素的符号为      
（2）用“大于”“小于”或“等于”填空

离子半径	还原性	得电子能力
N^3-      Al^3+	O^2-      S^2-	^35Cl       ^37Cl

（3）①CaCO₃和适量HCl溶液反应时，每产生4.4 g 气体（不考虑气体溶解），放热a kJ，则该反应的热化学方程式为                             。
②上述反应至无气泡逸出后，取适量残留溶液，插入pH传感器并逐滴滴入碳酸钠溶液，测得pH变化曲线如图所示


请用离子方程式表示B-C段发生的反应：                                    
（4）氢气、氧气常用来作燃料电池，写出电解质为氢氧化钠溶液时负极上的电极方程式                             

(16分)Ⅰ：中国政府承诺，到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~50%。
（1）有效“减碳”的手段之一是节能，下列制氢方法最节能的是           
A．电解水制氢：2H₂O2H₂↑＋O₂↑         
B．高温使水分解制氢：2H₂O2H₂↑＋O₂↑
C．太阳光催化分解水制氢：2H₂O   2H₂↑＋O₂↑    
D．天然气制氢：CH₄＋H₂OCO ＋ 3H₂
（2）CO₂可转化成有机物实现碳循环。在体积为1L的密闭容器中，充入 1mol CO₂和3mol H₂，一定条件下反应： CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) △H=－49．0kJ·mol^－1，测得CO₂和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图所示。

①从3 min到9 min，v(H₂)=________mol·L^－1·min^－1。
②能说明上述反应达到平衡状态的是____________（填编号）。
A．反应中CO₂与CH₃OH的物质的量浓度之比为1∶1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时间的变化而变化
C．单位时间内消耗3mol H₂，同时生成1mol H₂O
D．CO₂的体积分数在混合气体中保持不变
Ⅱ： 甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。
（3）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上述反应符合“原子经济”原则的是    （填“I”或“Ⅱ”）。
②已知反应Ⅰ的能量变化如图所示：由表中数据判断  ΔH₁     0 （填“＞”、“＝”或“＜”）。

③某温度下，将2 mol 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          。
（4）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如下图所示的电池装置。

①该电池正极的电极反应为____________
②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池总反应的化学方程式为____________．

下列说法正确的是(  )

A．图(a)中，随着电解的进行，溶液中H^＋的浓度越来越小

B．图(b)中，Mg电极作电池的负极

C．图(c)中，发生的反应为Co＋Cd^2^＋=Cd＋Co^2^＋

D．图(d)中，K分别与M、N连接时，Fe电极均受到保护

．工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图所示：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O(g)CO₂+H₂
T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H₂)=0.12mol·L^－1。该温度下此反应的平衡常数K=_____（填计算结果）。
（2）合成塔中发生反应N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)；△H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中T₁____573K（填“>”、“<”或“=”）。

T/℃	T1	300	T2
K	1.00×10^7	2.45×10^5	1.88×10^3

（3）N₂和H₂以铁作催化剂从145℃就开始反应，不同温度下NH₃的产率如图所示。

温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因是                        。
（4）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气，目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
①CH₄(g)+4NO₂(g)＝4NO(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)； △H=－574kJ·mol^－1
②CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)； △H=－1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：                
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极碱性条件下发生反应的电极反应式为                                 。

(16分) 碳及其化合物有广泛的用途。
（1）反应C(s)＋ H₂O(g) CO(g) ＋H₂(g) ΔH=" +131.3" kJ•mol^-1，达到平衡后，体积不变时，以下有利于提高H₂产率的措施是    。

A．增加碳的用量

B．升高温度

C．用CO吸收剂除去CO

D．加入催化剂

（2）已知，C（s）+ CO₂（g）2CO（g） △H=+172.5kJ•mol^-1
则反应 CO（g）+H₂O（g）CO₂（g）+H₂（g） 的△H=      kJ•mol^-1。
（3）CO与H₂一定条件下反应生成甲醇（CH₃OH），甲醇是一种燃料，可利用甲醇设计一个燃料电池，用稀硫酸作电解质溶液，多孔石墨做电极，该电池负极反应式为      。
（4）在一定温度下，将CO(g)和H₂O(g)各0.16 mol分别通入到体积为2.0L的恒容密闭容器中，发生以下反应：CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)，得到如下数据：

t / min	2	4	7	9
n(H2O)/mol	0.12	0.11	0.10	0.10

①其它条件不变，降低温度，达到新平衡前v(逆)_____v(正)(填“>”、“<”或“=”) 。
②该温度下，此反应的平衡常数K=__________；
③其它条件不变，再充入0.1mol CO和0.1mol H₂O(g)，平衡时CO的体积分数______(填“增大”、“减小”或“不变”)。

以铬酸钾为原料,电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下:

下列说法不正确的是

A．在阴极室,发生的电极反应为:2H2O+2e^-2OH^-+H2↑

B．在阳极室,通电后溶液逐渐由黄色变为橙色,是因为阳极区H^+浓度增大,使平衡2CrO4^2-+2H^+ Cr2O7^2-+H2O向右移动

C．该制备过程中总反应的化学方程式为4K2CrO4+4H2O2K2Cr2O7+4KOH+2H2↑+O2↑

D．测定阳极液中K和Cr的含量,若K与Cr的物质的量之比(nK/nCr)为d,则此时铬酸钾的转化率为1-

镍氢电池(NiMH)目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型，NiMH中的M表示储氢金属或合金，该电池在充电过程中的总反应方程式是Ni(OH)₂＋M===NiOOH＋MH。
已知：6NiOOH＋NH₃＋H₂O＋OH^－===6Ni(OH)₂＋NO
下列说法正确的是

A．NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为NiOOH＋H2O＋e^－===Ni(OH)2＋OH^－

B．充电过程中OH^－从阳极向阴极迁移

C．充电过程中阴极的电极反应式：H2O＋M＋e^－===MH＋OH^－，H2O中的H被M还原

D．NiMH电池中可以用KOH溶液、氨水等作为电解质溶液

降低大气中CO₂的含量及有效利用CO₂，目前已引起各国普遍重视。
（1）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离去除CO₂，还要求提供充足的O₂。某种电化学装置可实现如下转化：2CO₂＝2CO＋O₂，CO可用作燃料。已知该反应的阳极反应为：4OH^－－4e^－＝O₂↑＋2H₂O，则阴极反应式为                                      。
（2）工业上有一种方法是用CO₂来生产燃料甲醇。为探究反应原理，现进行如下实验，在体积为1 L的密闭容器中，充入1 mol CO₂和3 mol H₂，在500℃下发生反应：
CO₂(g)＋3H₂(g)  CH₃OH(g)＋H₂O(g) 。
实验测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时间变化如下图1所示。
①图2是改变温度时H₂的化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应
是              （填“吸热”或“放热”）反应。

②500℃达平衡时，CH₃OH的体积分数为               。

某兴趣小组利用如图所示装置进行实验。

（1）断开K₂、闭合K₁，U形管内除电极上有气泡外，还可观察到的现象是                 ；阳极电极反应式为                。当电路中转移0.001mol电子时，右侧注射器最多可以收集到气体        mL
（折算为标准状况）。
（2）断开K₂、闭合K₁一段时间，待注射器中充有一定量的气体后，断开K₁、闭合K₂，此时装置内化学能转化为电能。实现能量转化的化学方程式为               ；
（3）假设实验装置不漏气，当（2）中注射器内气体全部参加反应后，U形管内的溶液理论上       （填“能”或“不能”）恢复原样。

某小组为研究电化学原理，设计如图装置。下列叙述不正确的是

A．a和b不连接时，铁片上会有金属铜析出

B．a和b用导线连接时，铜片上发生的反应为：Cu^2++ 2e^－= Cu

C．无论a和b是否连接，铁片均会溶解，溶液从蓝色逐渐变成浅绿色

D．a和b分别连接直流电源正、负极，Cu^2^＋向铜电极移动