高中化学验证原电池的效果试题

已知在25⁰C、1.013×10⁵Pa下，1mol氢气完全燃烧生成液态水放出285kJ的热量，请回答下列问题（H₂O相对分子质量为18）：
（1）若2 mol氢气完全燃烧生成水蒸气，则放出的热量 _  __570 kJ（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（2）现有25⁰C、1.013×10⁵Pa下的H₂和CH₄的混合气体0.5mol，完全燃烧生成一定质量的CO₂气体和10.8gH₂O（l），放出203kJ的热量，则1molCH₄ 完全燃烧生成CO₂气体和H₂O（l）的热化学方程式为                               。
（3）美国阿波罗宇宙飞船上使用了一种新型装置，其构造如图所示：A、B两个电极均由多孔的碳块组成。

该电池的正极为：______（填A或B）。电极反应式为 ________    ____ 。
（4）若将上述装置中通入H₂的改成CH₄气体，也可以组成一个原电池装置，电池的总反应为：CH₄+2O₂+2KOH = K₂CO₃+3H₂O ，则该电池的负极反应式为：______ _                _ 。

(14 分) 一氧化碳被广泛应用于冶金工业和电子工业。
⑴高炉炼铁是最为普遍的炼铁方法，相关反应的热化学方程式如下：
4CO(g)＋Fe₃O₄(s)＝4CO₂(g)＋3Fe(s)   △H="a" kJ·mol^－1
CO(g)＋3Fe₂O₃(s)＝CO₂(g)＋2Fe₃O₄(s)   △H="b" kJ·mol^－1
反应3CO(g)＋Fe₂O₃(s)＝3CO₂(g)＋2Fe(s)的△H=     kJ·mol^－1(用含a、b 的代数式表示)。
⑵电子工业中使用的一氧化碳常以甲醇为原料通过脱氢、分解两步反应得到。
第一步：2CH₃OH(g)HCOOCH₃(g)+2H₂(g)  △H>0
第二步：HCOOCH₃(g)CH₃OH(g) +CO(g)   △H>0
①第一步反应的机理可以用下图表示：

图中中间产物X的结构简式为     。
②在工业生产中，为提高CO的产率，可采取的合理措施有     。
⑶为进行相关研究，用CO还原高铝铁矿石，反应后固体物质的X—射线衍射谱图如图所示（X—射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同）。反应后混合物中的一种产物能与盐酸反应生产两种盐，该反应的离子方程式为     。

⑷某催化剂样品（含Ni₂O₃40%，其余为SiO₂）通过还原、提纯两步获得镍单质：首先用CO将33.2 g样品在加热条件下还原为粗镍；然后在常温下使粗镍中的Ni与CO结合成Ni(CO)₄（沸点43 ℃），并在180 ℃时使Ni(CO)₄重新分解产生镍单质。
上述两步中消耗CO的物质的量之比为     。
⑸为安全起见，工业生产中需对空气中的CO进行监测。
①粉红色的PdCl₂溶液可以检验空气中少量的CO。若空气中含CO，则溶液中会产生黑色的Pd沉淀。每生成5.3gPd沉淀，反应转移电子数为     。
②使用电化学一氧化碳气体传感器定量检测空气中CO含量，其结构如图所示。这种传感器利用原电池原理，则该电池的负极反应式为     。

硫酸铅（PbSO₄）广泛应用于制造铅蓄电池、白色颜料等。利用方铅矿精矿（PbS）直接制备硫酸铅粉末的流程如下：

已知：（ⅰ）PbCl₂（s）+2Cl^－(aq)PbCl₄^-(aq) △H＞0
（ⅱ）K_sp(PbSO₄)=1.08×10^-8, K_sp(PbCl₂)=1.6×10^-5
（ⅲ）Fe^3＋、Pb^2＋以氢氧化物形式完全沉淀时，溶液的PH值分别为3.2、7.04
（1）步骤Ⅰ中生成PbCl₂和S的离子方程式                               ，加入盐酸的另一个目的是为了控制PH值在0.5～1.0，原因是                                     。
（2）用化学平衡移动的原理解释步骤Ⅱ中使用冰水浴的原因                       。
（3）写出PbCl₂晶体转化为PbSO₄沉淀的离子方程式                           。
（4）请用离子方程式解释滤液2加入H₂O₂可循环利用的原因                         ，滤液3是               。
（5）铅蓄电池的电解液是硫酸，充电后两个电极上沉积的  PbSO₄分别转化为PbO₂和Pb，充电时阴极的电极反应式为                      。

汽车尾气是城市空气的主要污染物之一，其主要有害成分是CO、氮氧化物（NOx）等。
（1）NOx产生的原因之一是汽车发动机工作时引发N₂和O₂反应，其能量变化值如右图所示，

则：N₂(g)＋O₂(g)2NO(g) △H=　　  。
（2）汽车尾气中CO、NO_x的有效消除成为环保领域的重要课题。某研究小组在实验室用某新型催化剂对CO、NO催化转化进行研究，测得NO转化为N₂的转化率随温度、CO混存量的变化情况如下图一。

① NO与CO混存时，相互反应的化学方程式为                              。
② 1000K，n(NO)/n(CO)=5:4时，NO的转化率为75%，则CO的转化率约为       。
③ 由于n(NO)/n(CO)在实际过程中是不断变化的，保证NO转化率较高的措施是将温度大约控制在              K之间。
（3）汽车尾气中NO_x有望通过燃料电池实现转化。已经有人以 NO₂、O₂和熔融NaNO₃制成了燃料电池，其原理如图二。
① 图中石墨Ⅱ为电池的             极。
② 在该电池使用过程中，石墨I电极上的产物是氧化物Y，其电极反应式为      。
（4）甲醇也可用于燃料电池。工业上采用反应CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g) ΔH<0合成甲醇。
① 在恒容密闭反应器中，H₂的平衡转化率与温度、压强的关
系如图三所示，则A、B、C三点处对应平衡常数(K_A、K_B、K_C)的
大小关系为        。

② 某高温下，将6molCO₂和8molH₂充入2L密闭容器中发生
反应，达到平衡后测得c(CO₂)=2.0mol·L^-1，则该温度下反应的平
衡常数值为      。

(18分)MnO₂和Zn是制造干电池的重要原料，工业上用软锰矿(主要成分MnO₂)和闪锌矿(主要成分ZnS)联合生产MnO₂和Zn的工艺流程如下图所示：

（1）操作I用到硅酸盐材质的仪器有烧杯、玻璃棒和_______ _____(填仪器名称)。
（2）稀硫酸浸泡时反应的离子方程式为_______________________________________；该反应中若析出19.2g单质A，共转移____________mo1电子。浸泡时反应速率较慢，下列措施不能提高浸泡时反应速率的是________(填代号)。
a．将矿石粉碎   
b．提高浸泡温度
c．适当增大硫酸浓度
d．改变软锰矿与闪锌矿的比例
（3）由硫酸锰溶液可得到固体碳酸锰，然后在空气中煅烧碳酸锰制备MnO₂。已知：

写出碳酸锰在空气中煅烧生成MnO₂的热化学方程式_________________________。
（4）用惰性电极电解硫酸酸化的硫酸锰溶液制备MnO₂的装置如下图所示：

①a应与直流电源的_________(填“正”或“负”)极相连。．
②电解过程中氢离子的作用是______________和_____________；若转移的电子数为个，左室溶液中的变化量为________________。

(17分)运用化学反应原理研究碳的化合物具有重要意义。
（1）常温下可用于检测CO，反应原理为：。向2L密闭容器中加入足量，并通人1molCO，CO₂的体积分数随时间的变化如下图所示。

①0～0.5min内的平均反应速率_____________。
②保持温度和体积不变，若开始加入CO(g)的物质的量是原来的2倍，则下列说法正确的是____________(填代号)。
a．生成I₂的质量为原来的2倍
b．混合气体的平均摩尔质量不变
c．达到平衡的时间为原来的2倍
d．混合气体的密度不变
③反应达a点时，欲增大容器中的体积分数，可采取的措施为____________。
（2）以为催化剂，可以将的混合气体直接转化为乙酸。
①若该反应的原子利用率为100％，则______________。
②在25℃下，将pH=a的氢氧化钠溶液与pH=b的醋酸溶液等体积混合，若两溶液恰好完全反应，则________14(填“>”、“<”或“=”)；该温度下醋酸的电离常数K=__________(用含a、b的式子表示)。
（3）利用反应可以处理汽车尾气，若将该反应设计为原电池，用熔融Na₂O作电解质，其正极电极反应式为________________________________。

(18分)碱金属元素的单质及其化合物被广泛应用于生产、生活中。

②一定量的Na在足量O₂中充分燃烧，参加反应的O₂体积为5.6 L(标准状况)，则该反应过程中转移电子的数目为_________。
（2）金属锂广泛应用于化学电源制造，锂水电池就是其中的一种产品。该电池以金属锂和 钢板为电极材料，以LiOH为电解质，加入水即可放电。
总反应为：2Li+2H₂O₌2LiOH+H₂↑
①锂水电池放电时，向_________极移动。
②写出该电池放电时正极的电极反应式：_________________。
③电解熔融LiCl可以制备金属Li。但LiC1熔点在873 K以上，高温下电解，金属Li产量极低。经过科学家不断研究，发现电解LiCl—KCl的熔盐混合物可以在较低温度下生成金属Li。
你认为，熔盐混合物中KCl的作用是_________________________________________。
写出电解该熔盐混合物过程中阳极的电极反应式：______________________________。
（3）最新研究表明，金属钾可作工业上天然气高温重整的催化剂，有关反应为：
。一定温度下，向2 L容积不变的密闭容器中充入4 mol 和6 mo1 H₂O(g)发生反应，10 min时，反应达到平衡状态，测得CH₄(g)和H₂(g)的物质的量随时间变化的曲线如图所示。

①0～10 min内用(CO)表示的化学反应速率为_________。
②下列叙述中，能够证明该反应已达到平衡状态的是_________(填序号)。
a．生成3 molH-H键的同时有4 molC-H键断裂
b．其他条件不变时，反应体系的压强保持不变
c．反应混合气体的质量保持不变
d．
③此温度下，该反应的化学平衡常数K=_________mo1²·L^-2。

碳及其化合物有广泛的用途。
（1）在电化学中，常用碳作电极。在碱性锌锰干电池中，碳棒作    极。
（2）将水蒸气通过红热的碳即可产生水煤气．反应为：C（s）+H₂O（g）=CO（g）+H₂（g）；△H=+131.3kJ•mol^-1，则要制备标准状况下22.4升水煤气，转移的电子的物质的量为   ，需要吸收的热量为         kJ。
(3）工业上把水煤气中的混合气体经过处理后，获得的较纯H₂用于合成氨：
N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）；△H=-92.4kJ•mol^-1。下图1是在两种不同实验条件下模拟化工生产进行实验所测得N₂随时间变化示意图。

①与实验Ⅰ比较，实验Ⅱ改变的条件为：                        。
②实验Ⅲ比实验Ⅰ的温度要高，其它条件相同，请在上图2中画出实验Ⅰ和实验Ⅲ中NH₃浓度随时间变化的示意图。
（4）Na₂CO₃可在降低温室气体排放中用作CO₂的捕捉剂。1L0.2mol/L Na₂CO₃溶液吸收标准状况下2.24LCO₂后，溶液中各离子浓度由大到小的顺序为           。

氯化亚铜（CuCl）是一种白色固体，微溶于水，不溶于酒精。研究该物质的应用新领域、生产新方法及生产过程中的环保新措施都具有重要意义。
（1）镁—氯化亚铜海水电池，可用于鱼雷上。该电池被海水激活时，正极导电能力增强，同时产生气泡，则正极上被还原的物质有     、     （填化学式）。
（2）工业上以铜作催化剂，氯代甲烷和硅粉反应合成甲基氯硅烷的过程中产生大量废渣（主要成分为硅粉、铜、碳等）。某课外小组以该废渣为原料制CuCl，流程示意图如下：

回答下列问题：
①氯代甲烷有4种，其中属于重要工业溶剂的是           （写出化学式）。
②“还原”阶段，SO₃^2－将Cu^2＋还原得[CuCl₂]^－，完成下列离子方程式。
Cu^2＋+Cl^－+SO₃^2－+    ＝[CuCl₂]^－+    +    
③在稀释过程中存在下列两个平衡：
ⅰ [CuCl₂]^－CuCl＋Cl^－    K＝2.32
ⅱ CuCl(s)Cu⁺(aq)＋Cl^－   K_sp＝1.2×10^－6
当[CuCl₂]^－完成转化时（c([CuCl₂]^－)≤1.0×10^－5 mol·L^－1），溶液中c(Cu^＋)≥   。
④获得CuCl晶体需经过滤、洗涤、干燥。洗涤时，常用无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂的优点是    （写一点）。
（3）工业生产CuCl过程中产生浓度为2～3 g·L^－1的含铜废水，对人及环境都有较大的危害，必须进行回收利用。用萃取法富集废水中的铜，过程如下：

①实验室完成步骤ⅰ时，依次在分液漏斗中加入曝气后的废水和有机萃取剂，经振荡并       后，置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先       ，然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
②写出步骤ⅱ的离子方程式：               。

NO和NO₂是常见的氮氧化物，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）氮氧化物产生的环境问题有          （填一种）。
（2）氧化—还原法消除氮氧化物的转化如下：
①反应Ⅰ为：NO＋O₃＝NO₂＋O₂，生成11.2 L O₂（标准状况）时，转移电子的物质的量是       mol。
②反应Ⅱ中，当n(NO₂)∶n[CO(NH₂)₂]＝3∶2时，反应的化学方程式是      。
（3）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：
NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g) △H＝－41.8 kJ·mol^－1
①已知：2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g) △H＝－196.6 kJ·mol^－1
写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式                  。
②一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入NO₂和SO₂各1 mol，5min达到平衡，此时容器中NO 和NO₂的浓度之比为3∶1，则NO₂的平衡转化率是      。
③上述反应达平衡后，其它条件不变时，再往容器中同时充入
NO₂、SO₂、SO₃、NO各1mol，平衡 （填序号）。
A．向正反应方向移动
B．向逆反应方向移动
C．不移动
（4）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是            。

A、B、C、D、E为原子序数依次增大的元素，其中只有E不属于短周期，相关信息如下表：

元素	A	B	C	D	E
相关 信息	最高正价与最低负价代数和为2	与元素C可形成离子个数比为2：1和1：1的化合物	单质质软，通常保存在煤油中	D元素可形成两种氧化物，其中一种是形成酸雨的主要成分	其单质是用途最广泛的金属，人体缺少该元素易患贫血症

回答以下问题（化学用语中的元素用相应的元素符号表示）。
（1）C在元素周期表中的位置是                            。
（2）B、D元素对应的相对分子质量最小的氢化物受热分解所需温度B   D（填“＞”、“＜”或“＝”）。
（3）检验E³⁺离子的方法是                                                    。
（4）鉴别D的两种氧化物的试剂是         （仅限一种）；常温常压下DO₂与一氧化碳反应生成 1.6g D单质与另一种氧化物，并放出14.86kJ的热量，写出此反应的热化学方程式          。
（5）0.1mol·L^-1C₂D溶液中各种离子浓度从大到小的顺序是                        。
（6）AO₂、O₂和熔融NaAO₃可制作燃料电池，其原理如图所示。该电池在使用过程电极Ⅰ生成氧化物Y，写出电极Ⅱ的反应式                               。

为了减少煤燃烧对大气造成的污染，煤的气化和液化是高效、清洁利用煤炭的重要途径，而减少CO₂气体的排放也是人类面临的重大课题。煤综合利用的一种途径如下所示：

（1）用如图[（1）小题图]所示装置定量检测过程①产生的CO₂（已知：煤粉燃烧过程中会产生SO₂）B中预期的实验现象是　　　           ，D中的试剂是　　　　                 。
        
（2）已知① C(s) + H₂O(g) =  CO(g) + H₂ (g)  ； ΔH₁ =" +131.3" kJ·mol^-1
② C(s) + 2H₂O(g) = CO₂(g) + 2H₂(g)　；ΔH₂ =" +90" kJ·mol^-1
　则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是　　　　　　　　　 。
（3）用（3）小题图装置可以完成⑤的转化，同时提高能量的利用率。其实现的能量转化形式主要是由　　 　　　能转化为             能，a的电极反应式是　　 　　　　         。
（4）燃煤烟气中的CO₂可用稀氨水吸收，不仅可以减少CO₂的排放，也可以生产化肥碳酸氢铵。假设该方  法每小时处理含CO₂的体积分数为11.2%的燃煤烟气 1000 m³(标准状况)，其中CO₂的脱除效率为80%，则理论上每小时生产碳酸氢铵　               　　kg。

近几年来，我国中东部地区陷入严重的雾霾天气，面对全球近期的气候异常，环境问题再次成为焦点。非金属氧化物的合理控制和治理是优化我们生存环境的有效途径之一。请运用化学反应原理知识，回答下列问题：
Ⅰ、目前，消除氮氧化物污染有多种方法。
（1）用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）＝4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g） △H＝－57kJ•mol^-1
②4CH₄（g）+4NO（g）＝2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H＝－1160kJ•mol^-1
③H₂O（g）＝H₂O（l） △H＝－44.0kJ•mol^-1
写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g），CO₂（g）和H₂O（l）的热化学方程式________________。
（2）用活性炭还原法处理氮氧化物。有关反应为：C(s)+ 2NO（g） N₂（g）+CO₂（g）某研究小组向恒容密闭容器中加入一定量的活性炭和NO，恒温（T℃）条件下反应，反应进行到不同时间测得各物质的浓度如下：

浓度（mol/L） 时间（min）	NO	N2	CO2
0	0.100	0	0
10	0.058	0.021	0.021
20	0.040	0.030	0.030
30	0.040	0.030	0.030
40	0.032	0.034	0.017
50	0.032	0.034	0.017

①T℃时该反应的平衡常数为____________（结果保留两位有效数字）。
②30 min后改变某一条件，反应重新达到平衡，则改变的条件可能是___________________。
③若30min后升高温度重新达到平衡时，容器中NO、N₂、CO₂的浓度之比为5：3：3，则该反应
△H_________0（填“＜”“＞”“＝”）。
Ⅱ、某科研小组为治理SO₂对大气的污染，利用烟气中的SO₂为原料制取硫酸。
（1）利用原电池原理，用SO₂、O₂和H₂O来制备硫酸，该电池用多孔材料作电极，它能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触。请写出该电池负极的电极反应式__________。
（2）利用Na₂SO₃溶液充分吸收SO₂制得NaHSO₃溶液。
①常温时吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)变化关系如下表：

n(SO3^2^－)：n(HSO3^－)	91：9	1：1	1：91
pH	8.2	7.2	6.2

以下离子浓度关系的判断正确的是
A．NaHSO₃溶液中c（H⁺）＜c （OH^-）
B．Na₂SO₃溶液中c（Na⁺）＞c （SO₃^2-）＞c （HSO₃^-）＞c （OH^-）＞c（H⁺）
C．当吸收液呈中性时，c（Na⁺）＞c （HSO₃^-）＞c （SO₃^2-）＞c（OH^-）＝c（H⁺）
D．当n(SO₃^2－)：n(HSO₃^－)＝1:1时，c（Na⁺）=c （HSO₃^-）+2c （SO₃^2-）
②然后电解该NaHSO₃溶液可制得硫酸。电解原理示意图如下图所示。请写出开始时阳极反应的电极反应式______________________________________。

根据下图实验装置判断，下列说法正确的是

A．该装置能将电能转化为化学能

B．活性炭为正极，其电极反应式为： 2H^++2e^-＝H2↑

C．电子从铝箔流出，经电流表、活性炭、滤纸回到铝箔

D．装置内总反应方程式为：4Al+3O2 +6H2O = 4Al(OH)3

CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，可以在一定条件下制备甲醇，二甲醚等多种有机物。工业上利用天然气（主要成分为CH₄）与水进行高温重整制备合成气。
（1） 已知：CH₄、H₂和CO的燃烧热分别为890.3kJ/mol、285.8kJ/mol和283.0kJ/mol，且1mol液态水汽化时的能量变化为44.0kJ。写出甲烷与水蒸气在高温下反应制取合成气的热化学方程式                  。
（2）在一定条件下，向体积为2L的密闭容器中充入0.40mol CH₄和0.60mol H₂O(g)，测得CH₄(g)和H₂(g)的物质的量浓度随时间变化如下表所示：

时间/min 物质 浓度	0	1	2	3	4
CH4	0.2mol·L^—1	0.13 mol·L^—1	0.1 mol·L^—1	0.1 mol·L^—1	0.09 mol·L^—1
H2	0 mol·L^—1	0.2 mol·L^—1	0.3 mol·L^—1	0.3 mol·L^—1	0.33 mol·L^—1

①3—4min之间，化学平衡向___   ____反应方向移动（填“正”或“逆”）。
②3min时改变的反应条件是____________________（只填一种条件的改变）
（3）已知温度、压强、投料比X〔n(CH₄)/n(H₂O)〕对该反应的影响如图所示。

①图1中的两条曲线所示投料比的关系X₁____X₂(填“=”“>”或“<”下同)
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：p₁_______p₂
（4）以天然气（设杂质不参与反应）、KOH溶液为原料可设计成燃料电池
①放电时，正极的电极反应式_______________________________________
②设装置中盛有100.0mL 3.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为8.96L，放电过程中没有气体逸出，则放电完毕后，所得溶液中各离子浓度由大到小的关系为                     ____。