高中化学验证原电池的效果试题

A、B、D、E四种元素均为短周期元素，原子序数逐渐增大。A元素原子的核外电子数、电子层数和最外层电子数均相等。B、D、E三种元素在周期表中的相对位置如图①所示，只有E元素的单质能与水反应生成两种酸。甲、乙、M、W、X、Y、Z七种物质均由A、B、D三种元素中的一种或几种组成，其中只有M分子同时含有三种元素；W为A、B两元素组成的18电子分子，可作火箭燃料；甲、乙为非金属单质；X分子含有10个电子。它们之间的转化关系如图②所示。

B	D
		E

图①

请回答下列问题：
（1）Z的化学式为__________________。
（2）E的单质与水反应的离子方程式为________________________________________。
（3）W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。W空气燃料电池放电时，正极反应式为________________________________，负极反应式为____________________。
（4）将一定量的A₂、B₂的混合气体放入1 L密闭容器中，在500 ℃、2×10⁷ Pa下达到平衡。测得平衡气体的总物质的量为0.50 mol，其中A₂为0.3 mol，B₂为0.1 mol。则该条件下A₂的平衡转化率为________，该温度下的平衡常数为____________(结果保留3位有效数字)。

部分中学化学常见元素原子结构及性质如下表所示：

序号	元素	结构及性质
①	A	A单质是生活中的常见金属，它有两种氯化物，相对分子质量相差35.5
②	B	B原子最外层电子数是内层电子总数的1/5
③	C	C是常见化肥的主要元素，单质常温下呈气态
④	D	D单质被誉为“信息革命的催化剂”，是常用的半导体材料
⑤	E	通常情况下，E没有正化合价，A、B、C、D、F都能与E形成化合物
⑥	F	F在周期表中可以排在ⅠA族，也有人提出排在ⅦA族

 
（1）A元素在周期表中的位置为_______________________________________________。
（2）B与C形成的化合物的化学式为_______________________________________，它属于________(填“离子”或“共价”)化合物。
（3）①F与E可以形成原子个数比分别为2∶1、1∶1的两种化合物X和Y，区别X与Y的水溶液的实验方法是__________________________________________。
②F与C组成的两种化合物M和N所含的电子数分别与X、Y相等，则M的水溶液显________________性，N的结构式为______________________________。
（4）C与E都是较活泼的非金属元素，用化学方程式表明这两种单质的氧化性强弱：________________________________________________________。
（5）有人认为B、D的单质用导线连接后插入NaOH溶液中可以形成原电池，你认为是否可以，若可以，试写出负极的电极方程式(若认为不行可不写)：______________________________________________________________。

2013年初,雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中,汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为:2NO(g)+2CO(g)2CO₂(g)+N₂(g)。在密闭容器中发生该反应时,c(CO₂)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线,如图所示。

据此判断:
①该反应的ΔH　　0(填“>”或“<”)。 
②在T₂温度下,0～2 s内的平均反应速率v(N₂)=　　　　。 
③当固体催化剂的质量一定时,增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S₁>S₂,在上图中画出c(CO₂)在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是　　　　(填代号)。 


(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物,用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。
例如:
CH₄(g)+2NO₂(g)N₂(g)+CO₂(g)+2H₂O(g)     ΔH₁="-867" kJ/mol
2NO₂(g)N₂O₄(g)   ΔH₂="-56.9" kJ/mol
写出CH₄(g)催化还原N₂O₄(g)生成N₂(g)和H₂O(g)的热化学方程式:　                 。 
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用,可达到低碳排放的目的。如图是通过人工光合作用,以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为　                   。 

以下是对化学反应变化过程及结果的研究。按要求回答问题：
Ⅰ.关于反应速率和限度的研究
（1）已知25℃时有关弱酸的电离平衡常数：

弱酸化学式	CH3COOH	HCN	H2CO3
电离平衡常数(25℃)	1.8×10^－5	4.9×10^－10	K1＝4.3×10^－7 K2＝5.6×10^－11

 
则等物质的量浓度的①CH₃COONa、②NaCN、③Na₂CO₃、④NaHCO₃溶液的pH由大到小的顺序为__________(填编号)。
（2）已知2SO₂(g)＋O₂(g)2SO₃(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol^－1，在一个容积为2 L的容器中加入2 mol SO₂和1 mol O₂，在某温度下充分反应，经过30 min达到平衡，放出热量176.94 kJ。如果用SO₂表示该反应的反应速率，则v(SO₂)＝________。
（3）下图为某温度下，CuS(s)、ZnS(s)、FeS(s)分别在溶液中达到沉淀溶解平衡后，溶液的S^2－浓度、金属阳离子浓度变化情况。如果向三种沉淀中加盐酸，最先溶解的是________。

向新生成的ZnS浊液中滴入足量含相同浓度的Cu^2＋、Fe^2＋的溶液，振荡后，ZnS沉淀会转化为________(填化学式)沉淀。
Ⅱ.关于电化学的研究
全钒液流电池是一种新型的绿色环保储能电池。其电池总反应为：VO₂⁺＋2H^＋＋V^2＋V^3＋＋VO^2＋＋H₂O。则充电时阳极反应式为__________________________，用此电池电解1 L 1 mol·L^－1的CuSO₄溶液，当转移0.1 mol电子时，溶液的pH＝________(不考虑溶液体积变化)。

2013年初，雾霾天气多次肆虐我国中东部地区。其中，汽车尾气和燃煤尾气是造成空气污染的原因之一。
(1)汽车尾气净化的主要原理为2NO(g)＋2CO(g) 2CO₂(g)＋N₂(g)。在密闭容器中发生该反应时，c(CO₂)随温度(T)、催化剂的表面积(S)和时间(t)的变化曲线如图所示。

据此判断：
①该反应的ΔH________0(填“>”或“<”)
②在T₂温度下，0～2 s内的平均反应速率v(N₂)＝______________________。
③当固体催化剂的质量一定时，增大其表面积可提高化学反应速率。若催化剂的表面积S₁>S₂，在上图中画出c(CO₂)在T₁、S₂条件下达到平衡过程中的变化曲线。
④若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是________(填代号)。


(2)直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。
①煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。
例如：CH₄(g)＋2NO₂(g)=N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g)　ΔH₁＝－867 kJ/mol
2NO₂(g)N₂O₄(g)　ΔH₂＝－56.9 kJ/mol
写出CH₄(g)催化还原N₂O₄(g)生成N₂(g)、CO₂(g)和H₂O(g)的热化学方程式：________________________________________________________________________。
②将燃煤产生的二氧化碳回收利用，可达到低碳排放的
目的。如图是通过人工光合作用，以CO₂和H₂O为原料制备HCOOH和O₂的原理示意图。催化剂b表面发生的电极反应式为__________________________。

③常温下，0.1 mol·L^－1的HCOONa溶液pH为10，则HCOOH的电离常数K_a＝________。

二甲醚(CH₃OCH₃)是无色气体，可作为一种新型能源。由合成气(组成为H₂、CO和少量的CO₂)直接制备二甲醚，其中的主要过程包括以下四个反应：
甲醇合成反应：
(ⅰ)CO(g)＋2H₂(g)=CH₃OH(g)    ΔH₁＝－90.1 kJ·mol^－1
(ⅱ)CO₂(g)＋3H₂(g)=CH₃OH(g)＋H₂O(g)    ΔH₂＝－49.0 kJ·mol^－1
水煤气变换反应：
(ⅲ)CO(g)＋H₂O(g)=CO₂(g)＋H₂(g)   ΔH₃＝－41.1 kJ·mol^－1
二甲醚合成反应：
(ⅳ)2CH₃OH(g)=CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g)    ΔH₄＝－24.5 kJ·mol^－1
回答下列问题：
(1)Al₂O₃是合成气直接制备二甲醚反应催化剂的主要成分之一。工业上从铝土矿制备较高纯度Al₂O₃的主要工艺流程是____________________________________________(以化学方程式表示)。
(2)分析二甲醚合成反应(ⅳ)对于CO转化率的影响
________________________________________________________________________。
(3)有研究者在催化剂(含CuZnAlO和Al₂O₃)、压强为5.0 MPa的条件下，由H₂和CO直接制备二甲醚，结果如图所示。其中CO转化率随温度升高而降低的原因是_________________________________________________。

(4)二甲醚直接燃料电池具有启动快、效率高等优点，其能量密度高于甲醇直接燃料电池(5.93 kW·h·kg^－1)。若电解质为酸性，二甲醚直接燃料电池的负极反应为__________
_____________________，一个二甲醚分子经过电化学氧化，可以产生________________个电子的电量；该电池的理论输出电压为1.20 V，能量密度E＝_______________(列式计算。能量密度＝电池输出电能/燃料质量，1 kW·h＝3.6×10⁶ J)。

如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业的原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

(1)甲烷燃料电池负极反应式为________________________。
(2)石墨(C)极的电极反应式为_______________________。
(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成的气体的体积为________L；丙装置中阴极析出铜的质量为________ g。
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)₂的实验装置(如图所示)。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用)________________
若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸钠溶液作电解质溶液，阳极选用________作电极。

A、B、C、D、E为原子序数依次增大的五种短周期元素,其中仅含有一种金属元素,A和D最外层电子数相同;B、C和E在周期表中相邻,且C、E同主族。B、C的最外层电子数之和等于D的原子核外电子数,A和C可形成两种常见的液态化合物。 请回答下列问题:
(1)B的原子结构示意图         。
(2)C、D、E三种原子对应的离子半径由大到小的顺序是           (填具体离子);由A、B、C三种元素按4∶2∶3组成的化合物所含的化学键类型为                      。
(3)用某种废弃的金属易拉罐与A、C、D组成的化合物溶液反应,该反应的离子方程式为:                      。
(4)在100 mL 18 mol/L的浓的A、C、E组成的酸溶液中加入过量的铜片,加热使之充分反应, 产生的气体在标准状况下的体积可能是   (填序号);
a.7.32 L       b.6.72 L        c.20.16 L      d.30.24 L
若使上述反应中剩余的铜片继续溶解,可向其中加入硝酸钠,反应的离子方程式为:                  。
(5)A、C两元素的单质与熔融K₂CO₃组成的燃料电池,其负极反应式为                 ,用该电池电解1 L 1 mol/L NaCl溶液当消耗标准状况下1.12 L H₂时,NaCl溶液的pH=  (假设电解过程中溶液的体积不变)。

氯化铁是常见的水处理剂,无水FeCl₃易升华。工业上制备无水FeCl₃的一种工艺如图所示:

（1）加入吸收塔的吸收剂X应是   （填字母编号）。
a.NaOH溶液      b.饱和食盐水        c.FeCl₂溶液      d.淀粉KI溶液
（2）取0.5 mL饱和FeCl₃溶液滴入50 mL沸水中,得红褐色氢氧化铁胶体,则发生反应的离子方程式为                  。
（3）实验室中从FeCl₃溶液制得FeCl₃·6H₂O晶体的过程中,需先加入   且保持过量,然后进行的操作依次为   、冷却结晶、过滤。
（4）将H₂S气体通入FeCl₃溶液中会出现浑浊,则其反应的离子方程式为          。
（5）铁铬氧化还原液流电池是一种低成本的储能电池,电池结构如图所示（电极材料为石墨）,工作原理为:Fe³⁺+Cr²⁺Fe²⁺+Cr³⁺
则电池放电时,Cl^-将移向   极（填“正”或“负”）;充电时,阴极的电极反应式为                  。

科研、生产中常涉及钠、硫及其化合物。
(1)实验室可用无水乙醇处理少量残留的金属钠，化学反应方程式为                      。要清洗附着在试管壁上的硫，可用的试剂是           。
(2)如图为钠高能电池的结构示意图，该电池的工作温度为320 ℃左右，电池反应为2Na+xS=Na₂S_x,正极的电极反应式为               。M(由Na₂O和Al₂O₃制得)的两个作用是                       。

与铅蓄电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，钠硫电池的理论放电量是铅蓄电池的  __ 倍。
(3)Na₂S溶液中离子浓度由大到小的顺序为              ，向该溶液中加入少量固体CuSO₄，溶液pH            (填“增大”、“减小”或“不变”)，Na₂S溶液长期放置有硫析出，原因为            (用离子方程式表示)。

下面是元素周期表的一部分，参照元素①－⑧在表中的位置，请用化学用语回答下列问题：

族 周期	IA		0
1	①	ⅡA	ⅢA	ⅣA	ⅤA	ⅥA	ⅦA
2				②	③	④
3	⑤		⑥	⑦			⑧

 
（1）④、⑤、⑥的原子半径由大到小的顺序为(元素符号)________________________。
（2）②、③、⑦的最高价含氧酸的酸性由强到弱的顺序是(填化学式)________     。
（3）①、④、⑤、⑧中的某些元素可形成既含离子键又含极性共价键的化合物，写出其中一种化合物的化学式：_______________。
（4）由②和④组成的化合物与⑤的同周期相邻主族元素的单质反应的化学方程式为:_______。
（5）⑥单质与⑤的最高价氧化物的水化物反应的离子方程式为                    。
（6）若用①②组成最简单的有机物作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中燃料电池负极的电极反应式:                                                         。
（7）燃煤废气中的含有氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等气体，常用下列方法对燃煤废气进行脱硝处理时，常利用甲烷催化还原氮氧化物。
如：CH₄(g)＋4NO₂(g)=4NO(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) ， △H=－574 kJ·mol^－1
CH₄(g)＋4NO(g)=2N₂(g)＋CO₂(g)＋2H₂O(g) ， △H=－1160 kJ·mol^－1
则CH₄(g)将NO₂(g)还原为N₂(g)等的热化学方程式为                             。

锌（Zinc）是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜，在现代工业中对于电池制造有不可磨灭的贡献。
Ⅰ.湿法炼锌
某种冶炼过程可用下图简略表示

（1）ZnS焙烧反应的化学方程式为_____________________________________。
（2）电解过程中析锌一极的电极反应式为_______________________________。
（3）氧化锌像氧化铝一样，属于两性氧化物，则氧化锌与氢氧化钠反应的离子方程式为_________________________________________________________。
（已知：“锌酸”的化学式可写成H₂[Zn（OH）₄]）
Ⅱ.锌电池
用锌作负极的电池生活中随处可见，如锌锰干电池、锌锰碱性电池、锌空电池等。
（4）锌锰碱性电池，以二氧化锰为正极，锌粒为负极，氢氧化钾溶液为电解液。其具有容量大、放电电流大的特点，因而得到广泛应用。电池总反应式为Zn＋2MnO₂＋2H₂O=2MnO（OH）＋Zn（OH）₂。
碱性电池中，负极锌由片状改变成粒状的优点是_______________________；正极反应式为________________________________________________________________________。
（5）新型锌空电池（如图）与锂电池相比，锌空气充电电池的储存电量是它的三倍，成本是锂电池的一半，并且完全没有过热爆炸的安全隐患。该电池的总反应为2Zn＋O₂=2ZnO，电解质溶液为KOH溶液，则负极的电极反应式为__________________________。若以该电池为电源，用惰性电极电解硝酸银溶液，为保证阴极有10.8 g银析出，至少需要________L空气（折算成标准状况）进入该电池。

近年来我国汽车拥有量呈较快增长趋势，NO_x是汽车尾气中的主要污染物之一。
(1)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：

①写出该反应的热化学方程式：_________________________________________。
②随温度升高，该反应化学平衡常数的变化趋势是___________________________
(2)在汽车上安装高效催化转化器，可有效降低NO_x的排放。某研究性学习小组在技术人员的指导下，在某温度时，按下列流程探究某种催化剂作用下反应2NO＋2CON₂＋2CO₂　ΔH＜0的反应速率。
汽车尾气→尾气分析仪→催化反应器→尾气分析仪
用气体传感器测得不同时间NO和CO的浓度如下表：

时间/s	0	1	2	3	4	5
c(NO)(×10^－^4 mol·L^－^1)	10.0	4.50	2.50	1.50	1.00	1.00
c(CO)(×10^－^3 mol·L^－^1)	3.60	3.05	2.85	2.75	2.70	2.70

 
请回答下列问题(均不考虑温度变化对催化剂催化效率的影响)：
①前2 s内的平均反应速率v(N₂)＝________。
②在该温度下，反应的平衡常数K＝________L·mol^－1(写出计算结果)。
③对于该可逆反应，通过综合分析以上信息，至少可以说明________(填字母)。
A．该反应的反应物混合后很不稳定
B．该反应一旦发生将在很短的时间内完成
C．该反应体系达到平衡时至少有一种反应物的百分含量较小
D．该反应在一定条件下能自发进行
E．该反应使用催化剂意义不大

(3)通过NO_x传感器监测NO_x的含量，其工作原理示意图如上图：
①Pt电极上发生的是__________反应(填“氧化”或“还原”)。
②写出NiO电极的电极反应式：________________________________________。

能源的开发利用与人类社会的可持续发展息息相关。
Ⅰ.已知：Fe₂O₃（s）＋3C（s）=2Fe（s）＋3CO（g）
ΔH₁＝a kJ·mol^－1
CO（g）＋O₂（g）=CO₂（g）　ΔH₂＝b kJ·mol^－1
4Fe（s）＋3O₂（g）=2Fe₂O₃（s）　ΔH₃＝c kJ·mol^－1
则C的燃烧热ΔH＝________ kJ·mol^－1。
Ⅱ.（1）依据原电池的构成原理，下列化学反应在理论上可以设计成原电池的是________（填序号）。
A．C（s）＋CO₂（g）=2CO（g）
B．NaOH（aq）＋HCl（aq）=NaCl（aq）＋H₂O（l）
C．2H₂O（l）=2H₂（g）＋O₂（g）
D．2CO（g）＋O₂（g）=2CO₂（g）
若以熔融的K₂CO₃与CO₂为反应的环境，依据所选反应设计成一个原电池，请写出该原电池的负极反应：____________________________________________________________。
（2）某实验小组模拟工业合成氨反应N₂（g）＋3H₂（g）2NH₃（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol^－1，开始他们将N₂和H₂混合气体20 mol（体积比1∶1）充入5 L合成塔中，反应前压强为p₀，反应过程中压强用p表示，反应过程中与时间t的关系如图所示。

请回答下列问题：
①反应达平衡的标志是（填字母代号）________。
A．压强保持不变
B．气体密度保持不变
C．NH₃的生成速率是N₂的生成速率的2倍
②0～2 min内，以c（N₂）变化表示的平均反应速率为________。
③欲提高N₂的转化率，可采取的措施有________。
A．向体系中按体积比1∶1再充入N₂和H₂
B．分离出NH₃
C．升高温度
D．充入氦气使压强增大
E．加入一定量的N₂
（3）25 ℃时，BaCO₃和BaSO₄的溶度积常数分别是8×10^－9和1×10^－10，某含有BaCO₃沉淀的悬浊液中，c（CO₃^2-）＝0.2 mol·L^－1，如果加入等体积的Na₂SO₄溶液，若要产生BaSO₄沉淀，加入Na₂SO₄溶液的物质的量浓度最小是________ mol·L^－1。

氟化铜是一种锂/氟化铜电池正极活性材料，可通过下列方法制备：在铂皿中将氧化铜用过量的40%氢氟酸溶解，先制成CuF₂·5HF·5H₂O，再将生成物放入镍管内的铂舟中，在干燥的氟化氢气流中以400%进行加热脱水，最后通入氮气。
（1）制备过程中用铂皿而不用玻璃器皿的原因是______________________________________（用化学方程式表示）。
（2） 锂/氟化铜电池放电时总反应为置换反应，其化学方程式为____________________________________________________。
（3）准备称取上述制备的样品（仅含CuF₂和CuO） 2.120 g，在通风橱中加入稀硫酸至完全溶解，然后加入足量的氢氧化钠溶液，得沉淀，将沉淀充分灼烧，得1.680 g黑色固体，计算样品中CuF₂和CuO的物质的量之比。