高中化学验证原电池的效果试题

本题分为选做题(a)、(b)两道平行题，分值一样，可根据高一课程学习情况选择其中一道题完成作答，若二道题均作答，则按(a)题给分。
(a)有H、N、O、Na、Cl五种短周期主族元素。
（1）写出氯离子的原子结构示意图________，写出水分子的电子式________。
（2）NH₄NO₃是_______化合物（填“离子”或“共价”）。
（3）氯气是有毒气体，写出用饱和氢氧化钠溶液吸收氯气的离子方程式：_____________。
（4）金属元素铁是中学化学常见元素，将铁单质浸入氯化铁溶液中，该反应的离子方程式为__________。
（5）请依据（4）中的反应，设计一个原电池。要求：画出实验装置图，注明电解质溶液名称、正负极及正负极材料，并标出电子移动方向，写出电极反应式。

正极反应式：___________________，负极反应式：___________________。

某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理(Cu元素的相对原子质量为64)。按照实验步骤依次回答下列问题：

（1）导线中电子流向为____________(用a、b表示)。
（2）若装置中铜电极的质量增加0.64 g，则导线中转移的电子数目为________ (用“N_A”表示) ；
（3）装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K^＋、Cl^－的移动方向的表述正确的是________。

A．盐桥中的K^＋向左侧烧杯移动、Cl^－向右侧烧杯移动

B．盐桥中的K^＋向右侧烧杯移动、Cl^－向左侧烧杯移动

C．盐桥中的K^＋、Cl^－都向左侧烧杯移动

D．盐桥中的K^＋、Cl^－几乎都不移动

（4）若将反应2Fe^3＋＋Cu===Cu^2＋＋2Fe^2＋设计成原电池，写出电极反应式。
正极反应_____________；
（5）下列是用化学方程式表示的化学变化，请在每小题后的横线上注明能量的转化形式。
①电池总反应：Zn＋Ag₂O＋H₂O===Zn(OH)₂＋2Ag：__________。
②2C₂H₂＋5O₂4CO₂＋2H₂O：_____________。
③6H₂O＋6CO₂ C₆H₁₂O₆(葡萄糖)＋6O₂：__________。

有A、B、C、D四种短周期元素，其原子序数依次增大。A、B可形成A₂B和A₂B₂两种化合物，B、C同主族且可形成CB₂和CB₃两种化合物。回答下列问题。
（1）B在周期表中的位置______________。
（2）CB₂通入A₂B₂溶液中可被氧化为W，方程式为____________。用W的溶液（体积为1L，假设变化前后溶液体积变化忽略不计）组装成原电池（如图所示）

电池总反应可表示为：PbO₂ +Pb+ 2W＝ 2PbSO₄ + 2H₂O 。若电池中转移0．1 mol电子时，则W的浓度由质量分数39 % （密度1．3 g·cm^－3）变为____________mol·L^－1。
（3）金属元素E是中学化学常见元素，位于元素周期表的第四周期。该元素可与D形成ED₂和ED₃两种化合物。将E的单质浸入ED₃溶液中（如下图甲所示），溶液由黄色逐渐变为浅绿色，该反应的离子方程式为_________________________。

（4）依据（3）中的反应，可用单质E和石墨为电极设计一个原电池，则在该原电池工作时，石墨一极发生的反应可以表示为________________。比较甲、乙两图，说明石墨除形成闭合回路外所起的作用是                     。

某课外小组分别用下图所示装置对原电池和电解池原理进行实验探究。
        
请回答：
Ⅰ．用图1、2所示装置进行第一组实验。
（1）A极发生反应的电极反应式为                         。
（2）N极发生反应的电极反应式为                         。
（3）滤纸上能观察到的现象有                             。
（4）标准状况11.2L CH₄反应则图2可收集气体                L（标况）
Ⅱ．用图3所示装置进行第二组实验。实验过程中，两极均有气体产生，Y极区溶液逐渐变成紫红色；停止实验，铁电极明显变细，电解液仍然澄清。查阅资料发现，高铁酸根(FeO₄^2－)在溶液中呈紫红色。
（5）电解过程中，X极区溶液的pH            (填“增大”“减小”或“不变”)。
（6）电解过程中，Y极发生的电极反应为Fe-6e^-+8OH^－＝FeO₄^2－+4H₂O和           。
（7）若在X极收集到672 mL气体，在Y极收集到168 mL气体(均已折算为标准状况时气体体积)，则Y电极(铁电极)质量减少              g。
（8）在碱性锌电池中，用高铁酸钾作为正极材料，电池反应为：2K₂FeO₄+3Zn＝Fe₂O₃+ZnO+2K₂ZnO₂  该电池正极发生的反应的电极反应式为             。

从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应：2H₂＋O₂＝2H₂O。
（1）为了加快正反应速率，可以采取的措施有________（填序号，下同）。
A．使用催化剂                      B适当提高氧气的浓度
C．适当提高反应的温度              D．适当降低反应的温度
（2）下图能正确表示该反应中能量变化的是________。

（3）从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。

化学键	H—H	O＝O	H—O
键能kJ/mol	436	496	463

请填写下表：

化学键	填“吸收热量”或“放出热量”	能量变化kJ
拆开化学键	2molH2和1molO2中的化学键
形成化学键	4molH—O键
总能量变化

（4）氢氧燃料电池的总反应方程式为2H₂＋O₂＝2H₂O。其中，氢气在________极发生________反应。电路中每转移0．2mol电子，标准状况下消耗H₂的体积是________L。

某化学兴趣小组利用废弃铝矿（含CuO、Al₂O₃及SiO₂），模拟工业上提取铝的工艺，设计如下图所示的简单操作流程：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

回答下列问题：
（1）滤渣主要成分的化学式为_________。
（2）灼烧Al（OH）₃时，用到多种硅酸盐质的仪器，除玻璃棒、酒精灯、泥三角外，还有_______（填仪器名称）。
（3）溶液Y中要加入稍过量原料A，原料A的化学式是_______。
（4）操作流程中③的离子方程式为_____________。
（5）铝电池性能优越，Al—Ag₂O电池可用作水下动力电源，其原理如图所示：

请写出该电池正极反应式                  。

某原电池装置如图所示，电池总反应为:2Ag＋Cl₂＝2AgCl。下列说法正确的是

A．正极反应为AgCl ＋e^—＝Ag ＋Cl^－

B．放电时，交换膜右侧溶液中有大量白色沉淀生成

C．若用NaCl溶液代替盐酸，则电池总反应随之改变

D．当电路中转移0．01 mol e^－时，交换膜左侧溶液中约减少 0．02 mol离子

短周期主族元素A，B，C，D，E，F的原子序数依次增大，它们的原子核外电子层数之和为13。B的化合物种类繁多，数目庞大；C，D是空气中含量最多的两种元素，D，E两种元素的单质反应可以生成两种不同的离子化合物；F为同周期半径最小的元素。试回答以下问题：
（一）（1）D在周期表中的位置是        ，写出实验室制备单质F的离子方程式           。
（2）化学组成为BDF₂的电子式为：       ，A、C、F三种元素形成的化合物CA₄F为         化合物(填 “离子”或“共价”)。
（3）化合物甲、乙由A，B，D，E中的三种或四种组成，且甲、乙的水溶液均呈碱性。则甲、乙反应的离子方程式为：                               。
（4）由C，D，E，F形成的简单离子的离子半径由大到小的顺序是           (用元素离子符号表示)。
（5）元素B和F的非金属性强弱，B的非金属性         于F(填“强”或“弱”)，并用化学方程式证明上述结论                                                    。
（二）以CA₃代替氢气研发氨燃料电池是当前科研的一个热点。
（1）CA₃燃料电池使用的电解质溶液是2mol•L^﹣1的KOH溶液，电池反应为：4 CA₃+3O₂=2C₂+6H₂O．该电池负极的电极反应式为         ；每消耗3.4g CA₃转移的电子数目为       。
（2）用CA₃燃料电池电解CuSO₄溶液，如图所示，A、B均为铂电极，通电一段时间后，在A电极上有红色固体析出，则B电极上发生的电极反应式为       ；此时向所得溶液中加入8gCuO固体后恰好可使溶液恢复到电解前的浓度，则电解过程中收集到的气体在标准状况下体积为         L。

（3）常温下，将除去表面氧化膜的Al、Cu片插入浓HNO₃中组成原电池(图1)，测得原电池的电流强度(I)随时间(t)的变化如图2所示，反应过程中有红棕色气体产生。

图1                     图2
0～t₁时，原电池的负极是Al片，此时，正极的电极反应式是     ，溶液中的H^＋向      极移动（填“正”或“负”），t₁时，原电池中电子流动方向发生改变，其原因是            。

将下图所示实验装置的 K 闭合，下列判断正确的是

A．片刻后甲池中c(SO4^2-)增大	B．电子沿 Zn→a→b→Cu 路径流动
C．Cu 电极上发生还原反应	D．片刻后可观察到滤纸a点变红色

甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，请回答下列问题：
（1）一定温度下，在一恒容的密闭容器中，由CO和H₂合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g） CH₃OH（g）
①下列情形不能说明该反应已达到平衡状态的是       （填序号）．
A．每消耗1mol CO的同时生成2molH₂
B．混合气体总物质的量不变
C．生成CH₃OH的速率与消耗CO的速率相等
D．CH₃OH、CO、H₂的浓度都不再发生变化
②CO的平衡转化率（α）与温度、压强的关系如图所示．B、C两点的平衡常数K（B）K（C）（填“＞”、“=”或“＜”）．

③某温度下，将2．0mol CO和6．0molH₂充入2L的密闭容器中，达到平衡时测得
c（CO）=0．25mol/L，CO的转化率=      ，此温度下的平衡常数K=      （保留二位有效数字）．
（2）常温下，将V mL、0．20mol/L氢氧化钠溶液逐滴加入到20．00mL、0．20mol/L甲酸溶液中，充分反应，溶液pH=7，此时V      20．00（填“＞”、“=”或“＜”）;当氢氧化钠溶液与甲酸溶液恰好完全反应时，溶液中所含离子浓度由大到小排列顺序____________
（3）温度650℃的熔融盐燃料电池，用（CO、H₂）作反应物，空气与CO₂的混合气体为正极反应物，镍作电极，用Li₂CO₃和Na₂CO₃混合物作电解质．该电池的正极反应式为__________       ．
（4）己知：CH₃OH、H₂的燃烧热（△H）分别为﹣726．5kJ/mol、﹣285．8kJ/mol，则常温下CO₂和H₂反应生成CH₃OH和H₂O的热化学方程式是               ．

钢铁分析中常用过硫酸盐氧化法测定钢中锰的含量，反应原理为：
2Mn²⁺+5S₂O₈^2-+8H₂O  2MnO₄^-+10SO₄^2-+16H⁺
（1）基态锰原子的价电子排布式为           。
（2）上述反应涉及的元素属于同主族元素，其第一电离能由大到小的顺序为         (填元素符号)。
（3）已知H₂S₂O₈的结构如图。

①H₂S₂O₈硫原子的轨道杂化方式为                。
②上述反应中被还原的元素为                  。
③上述反应每生成1 mol MnO₄^-，S₂O₈^2- 断裂的共价键类型及其数目为           、          。
(4)一定条件下，水分子间可通过氢键将从H₂O分子结合成三维骨架结构，其中的多面体孔穴中可包容气体小分子，形成笼形水合包合物晶体。

①右图是一种由水分子构成的正十二面体骨架(“o”表示水分子)，其包含的氢键数为           ；
②实验测得冰中氢键的作用能为18.8kJ·mol^-1，而冰的熔化热为5.0kJ·mol^-1，其原因可能是                 。
（5）MnO₂可用于碱锰电池材料的正极材料，加入某种纳米粉体可以优化碱锰电池的性能，该纳米粉体的结构如右图。该纳米粉体的化学式为__________。
（6）铑（Rh）与钴属于同族元素，性质相似。铑的某配合物的化学式为CsRh(SO₄)₂·4H₂O，该物质易溶于水，向其水溶液中加入一定浓度的BaCl₂溶液，无沉淀生成，该盐溶于水的电离方程式为               。

I.下图为相互串联的三个装置，试回答：

（1）若利用乙池在铁片上镀银，则B是_________（填电极材料），电极反应式是_________；应选用的电解质溶液是_____________。
（2）若利用乙池进行粗铜的电解精炼，则________极（填“A”或“B”）是粗铜，若粗铜中还含有Au、Ag、Fe，它们在电解槽中的存在形式和位置为_____________________。
（3）丙池滴入少量酚酞试液，电解一段时间___________（填“C”或“Fe”）极附近呈红色。
（4）写出甲池负极的电极反应式：________________________________。若甲池消耗3.2gCH₃OH气体，则丙池中阳极上放出的气体物质的量为______________。
II.（5）请利用反应Fe +2Fe³⁺= 3Fe²⁺设计原电池。
设计要求：①该装置尽可能提高化学能转化为电能的效率；
②材料及电解质溶液自选，在图中做必要标注；
③画出电子的转移方向。

Ⅰ．A、B、C、D、E、F、G均为短周期元素，原子序数依次递增。A元素原子核内无中子，B元素原子最外层电子数是次外层电子数的2倍，D是地壳中含量最多的元素，E是短周期中金属性最强的元素，F与G位置相邻，G是同周期元素中原子半径最小的元素．请用化学用语回答：
（1）推断B元素在元素周期表中的位置_______________________。
（2）A与D形成的18电子的化合物与FD₂化合生成一种强酸，其化学方程式为_____________。
（3）用电子式表示化合物E₂F的形成过程_______________________。
（4）下图为某新型发电装置示意图，其负极电极反应为_______________________。

（5）在101kPa、25℃下，16g液态C₂A₄在D₂中完全燃烧生成气体C₂，放出312kJ热量，则C₂A₄和D₂反应的热化学方程式为_______________________。
Ⅱ．A、B、C、X均为常见的纯净物，它们之间有如下转化关系（副产品已略去）。

试回答：
（1）若X是强氧化性单质，则A不可能是___________。
a．S         b．N₂         c．Na        d．Mg        e．Al
（2）若X是金属单质，向C的水溶液中滴入AgNO₃溶液，产生不溶于稀HNO₃的白色沉淀，则B的 化   学式为___________。
（3）若A、B、C为含某金属元素的无机化合物，X为强电解质，A溶液与C溶液反应生成B，则B的化学式为___________。

金属铁是应用广泛，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。
（1）要确定铁的某氯化物FeCl_x的化学式，可利用离子交换和滴定的方法。实验中称取3.25g的FeCl_x样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH^-的阴离子交换柱，使Cl^-和OH^-发生交换。交换完成后，流出溶液的OH^-用1.0 mol·L^-1的盐酸中和滴定，正好中和时消耗盐酸60.0mL。计算该样品中氯的物质的量，并求出FeCl_x中x的值：
（列出计算过程）。
（2）现有一含有FeCl₂和FeCl₃的混合物样品，采用上述方法测得n(Fe)∶n(Cl) = 1∶2.8，则该样品中FeCl₃的物质的量分数为               。
（3）把SO₂气体通入FeCl₃溶液中，发生反应的离子方程式为                  。
（4）高铁酸钾(K₂FeO₄)是一种强氧化剂，可作为水处理剂和高容量电池材料。FeCl₃和KClO在强碱性条件下反应可制取K₂FeO₄，其反应的离子方程式为                   ；与MnO₂—Zn电池类似，K₂FeO₄—Zn也可以组成碱性电池，其中Zn极的电极反应式为               ，K₂FeO₄的电极反应式为              。

美国斯坦福大学研究人员最近发明一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。海水中的“水”电池总反应可表示为：5MnO₂ + 2Ag + 2NaCl＝Na₂Mn₅O₁₀ + 2AgCl
（1）写出负极电极反应式               。
（2）当生1 mol Na₂Mn₅O₁₀时，转移电子的数目是       。
用上述电池电解尿素[CO(NH₂)₂]的碱性溶液制合成氨的装置如图（隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。

（3）写出A电极的名称            。
（4）写出电解时阳极的电极反应式                   。
（5）已知电解排出液中n(OH^－)/n(CO₃^2－) =1，则起始时进入电解池中的原料配比n(KOH)/n[CO(NH₂)₂]是          。