高中化学验证原电池的效果试题

某工厂废弃的钒渣中主要含V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等，现从该钒渣回收V₂O₅的工艺流程示意图如下：

（已知：沉淀为(NH₄)₂V₆O₁₆，全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂）。
R₂(SO₄)_n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层) + nH₂SO₄(水层)
回答下列问题：
（1）(NH₄)₂V₆O₁₆中钒（V）的化合价为          ，①中产生的废渣的主要成分是         。
（2）工艺中反萃取所用的X试剂为          。
（3）为提高②中萃取效率，应采取的措施是                        。
（4）请完成④中的反应离子方程式：

（5）成品V₂O₅可通过铝热反应来制取金属钒，写出该反应的化学方程式：               。
（6）将两个全钒液流储能电池串联后作为电源，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl₂被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，装置如下：

b为电解池的      极，全钒液流储能电池正极的电极反应式为                    ；
若通过消毒液发生器的电子为0.2 mol，则消毒液发生器中理论上最多能产生   gNaClO。

雾霾由多种污染物形成，其中包含颗粒物（包括PM2.5在内）、氮氧化物（NO_x）、CO、SO₂等。化学在解决雾霾污染中有着重要的作用。
（1）已知：2SO₂(g）+O₂(g）2SO₃(g）     ΔH=－196.6 kJ·mol^－1
2NO(g）+O₂(g）2NO₂(g）    ΔH=－113.0 kJ·mol^－1
则反应NO₂(g）+SO₂(g）SO₃(g）+NO(g）    ΔH=_________kJ·mol^－1。
一定条件下，将NO₂与SO₂以体积比1︰2置于恒温恒容的密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的有_______________。
a．体系密度保持不变            
b．混合气体颜色保持不变
c．SO₂和NO的体积比保持不变  
d．每消耗1 mol SO₃的同时生成1 mol NO₂
测得上述反应平衡时NO₂与SO₂体积比为1︰5，则平衡常数K＝_______。
（2）CO、CO₂都可用于合成甲醇。
①CO用于合成甲醇反应方程式为：CO(g）+2H₂(g）CH₃OH(g）
CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。实际生产条件控制在250℃、1.3×10⁴kPa左右，选择此压强的理由是_________________________________________。

②CO₂用于合成甲醇反应方程式为：CO₂(g）+3H₂(g）CH₃OH(g）+H₂O(g）
下图是科学家现正研发的，以实现上述反应在常温常压下进行的装置。写出甲槽的电极反应____________。

（3）下图是一种用NH₃脱除烟气中NO的原理。

①该脱硝原理中，NO最终转化为H₂O和_________（填化学式）。
②当消耗2 mol NH₃和0.5 molO₂时，除去的NO在标准状况下的体积为__________L。
（4）NO直接催化分解（生成N₂和O₂）也是一种脱硝途径。在不同条件下，NO的分解产物不同。在高压下，NO在40℃下分解生成两种化合物，体系中各组分物质的量随时间变化曲线如图所示，写出NO分解的化学方程式_______________________________。

Ⅰ、工业上用含有Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的废水回收铬。其工艺流程如下：

已知：①2 CrO₄^2-（黄色）+2H⁺ Cr₂O₇^2-（橙色）+ H₂O;
②常温下，Ksp【Fe（OH）₃】=1.0×10^-38，Ksp【Cr（OH）₃】=1.0×10^-32；
③当离子浓度小于1.0×10^-5mol·L^-1时，认为沉淀完全。
（1）下列选项中能说明反应2 CrO₄^2-（黄色）+2H⁺ Cr₂O₇^2-（橙色）+ H₂O达平衡状态的是_______(填选项字母)。

A．Cr2O7^2-和CrO4^2-的浓度相同

B．2v（Cr2O7^2-）= v（CrO4^2-）

C．溶液的颜色不变

D．溶液的PH不变

（2）为防止FeSO₄溶液变质，在保存时需加入的试剂为               (填试剂名称)
（3）过滤操作中需要用到的玻璃仪器有             
（4）FeSO₄溶液与溶液A发生反应的离子方程式为             
（5）沉淀C的化学式为                     ，pH₂的范围为             
Ⅱ、铝电池性能优越，铝一空气电池以其环保、安全而受到越来越多的关注，其原理如图所示。

（6）该电池的总反应化学方程式为              ；
（7）某铝一空气电池的效率为50%，若用其作电源电解500mL的饱和NaCl溶液，电解结束后，所得溶液（假设溶液电解前后体积不变）中NaOH的浓度为0.3 mol·L^－1，则该过程中消耗铝的质量为              。

化学反应与能量密不可分，回答下列问题。
（1）已知31g白磷变为31g红磷时释放能量。试回答：
①上述变化属于____化学（填“物理”或“化学”）变化。
②31g白磷的能量_____（“>”或“<”）31g红磷的能量。
（2）A、B、C三个烧杯中分别盛有200mL相同物质的量浓度的稀硫酸：

①分别写出B、C装置中铁片表面发生反应的电极反应式：
B______________________，C____________________。
②一段时间后，C中产生3.36L（标准状况下）气体时，硫酸恰好消耗完。此时，三个烧杯中液体质量由大到小的顺序为________（填字母），稀硫酸的物质的量浓度为________mol/L。

(13分)（1）臭氧几乎可与除铂、金、铱、氟以外的所有单质反应。如:
6Ag(s) + O₃(g) = 3Ag₂O(s)    ΔH₁
已知2Ag₂O(s) =" 4Ag(s)" + O₂(g)   ΔH₂
则常温下反应:  2O₃(g) = 3O₂(g)的ΔH=                 （用ΔH₁和ΔH₂表示）.
（2）在恒压下，将CH₄(g)和NO₂(g)置于密闭容器中发生化学反应：
CH₄(g) ＋2NO₂(g)N₂(g) ＋CO₂(g) ＋2H₂O(g)
在不同温度、不同投料比时，NO₂的平衡转化率见下表：

投料比[n(NO2) / n(CH4)]	400 K	500 K	600 K
1	60%	43%	28%
2	45%	33%	20%

①写出该反应平衡常数的表达式K =            。
②若温度不变，提高[n(NO₂) / n(CH₄)]投料比，则NO₂的平衡转化率         。（填“增大”、“减小”或“不变”。）
③由上表可知该可逆反应的正反应是      反应。
④400 K时，将投料比为1的NO₂和CH₄的混合气体共0.04 mol，充入一装有催化剂的容器中，充分反应后，平衡时NO₂的体积分数        。
（3）下图为连续自动监测氮氧化物（NO_x）的仪器动态库仑仪的工作原理示意图。则NiO电极上NO发生的电极反应式为：                 。

(14分)砷（As）广泛分布于自然界，其原子结构示意图是。
（1）砷位于元素周期表中     族，其气态氢化物的稳定性比NH₃      （填“强”或“弱”）。
（2）砷的常见氧化物有As₂O₃和As₂O₅，其中As₂O₅热稳定性差。根据下图写出As₂O₅分解为As₂O₃的热化学方程式：                             。

（3）砷酸盐可发生如下反应：AsO₄^3-＋2I^﹣＋2H⁺ AsO₃^3-＋I₂＋H₂O。下图装置中，C₁、C₂是石墨电极。

①A中盛有棕色的KI和I₂的混合溶液，B中盛有无色的Na₃AsO₄和Na₃AsO₃的混合溶液，当连接开关K，并向B中滴加浓盐酸时发现灵敏电流计G的指针向右偏转。此时C₂上发生的电极反应是          。
②一段时间后，当电流计指针回到中间“0”位时，再向B中滴加过量浓NaOH溶液，可观察到电流计指针______（填“不动”、“向左偏”或“向右偏”）。
（4）利用（3）中反应可测定含As₂O₃和As₂O₅的试样中的各组分含量（所含杂质对测定无影响），过程如下：
①将试样溶于NaOH溶液，得到含AsO₄^3-和AsO₃^3-的混合溶液。
As₂O₅与NaOH溶液反应的离子方程式是                      。
②上述混合液用0.02500 mol·L^-1的I₂溶液滴定，消耗I₂溶液20.00 mL。滴定完毕后，使溶液呈酸性，加入过量的KI，析出的I₂又用0.1000 mol·L^-1的Na₂S₂O₃溶液滴定，消耗Na₂S₂O₃溶液30.00 mL。（已知2Na₂S₂O₃＋I₂＝Na₂S₄O₆＋2NaI）试样中As₂O₅的质量是      g。

27.氮是一种非常重要的元素，它的单质和化合物应用广泛，在科学技术和生产中有重要的应用。试回答下列问题：
（1）N₂和H₂为原料合成氨气的反应为：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）  △H<0，下列措施可以提高H₂的转化率是（填选项序号）          。
a．选择适当的催化剂           b．增大压强 
c．及时分离生成的NH₃          d．升高温度
（2）在恒温条件下，将N₂与H₂按一定比例混合的气体充入一个2L固定容积的密闭容器中，10分钟后反应达平衡时，n（N₂）=1.0mol，n（H₂）=1.0mol，n（NH₃）=0.4mol，则反应速率v（N₂）=        mol/(L·min)。
（3）在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO（g）+O₂（g）2NO₂（g） △H>0
该反应的反应速率（v）随时间（t）变化的关系如下图所示。若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是（填选项序号）                  。

a．在t₁-t₂时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
b．在t₂时，采取的措施一定是升高温度
c．在t₃-t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d．在t₀-t₅时，容器内NO₂的体积分数在t₃-t₄时值的最大
（4）氨和联氨（N₂H₄）是氮的两种常见化合物，最常见的制备联氨的方法是以丙酮为催化剂，用次氯酸钠与氨气反应，该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2:1，写出该反应的化学方程式：                      。
（5）已知：N₂(g)+O₂(g) = 2NO(g)        △H=+180.5kJ/mol
N₂(g)+3H₂(g)  2NH₃(g)        △H=－92.4kJ/mol
2H₂(g)+O₂(g) = 2H₂O(g)           △H=－483.6kJ/mol
若有17 g 氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为     。
（6）直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O，电解质溶液一般使用KOH溶液，则负极电极反应式是        ．从理论上分析，该电池工作过程中      (填“需要”或“不需要”)补充碱(KOH)．

Ⅰ．下面的虚线框中每一列、每一行相当于周期表的每一族和每一周期，但它的列数和行数都多于元素周期表。

I．请在下面的虚线框中用实线画出周期表第一至第六周期的轮廓，并画出金属与非金
属的分界线。（要求：左上角的第一个格是第一周期第IA族元素）
II．X、Y、Z、M、N为短周期的五种主族元素，其中X、Z同主族，Y、Z同周期，M与X，Y既不同族，也不同周期。X原子最外层电子数是核外电子层数的三倍，Y的最高化合价与其最低化合价的代数和等于6。N是短周期主族元素中原子半径最大的非金属元素。
（1）请写出下列元素的元素符号：X____________，Y____________，M____________。
（2）请写出N元素在周期表中的位置              周期、              主族；与N同族的短周期元素L，其最高价氧化物的电子式为                    ；N的最高价氧化物与NaOH溶液反应离子方程式：                        。
（3）Y与Z的最高价氧化物的水化物的酸性强弱                 （用化学式表示）Y与Z相比，非金属性较强的元素是________________，可以证明该结论的实验是（用化学方程式表示）                 。
（4）L和M 按1:4的原子个数组成的化合物甲与 X的常见气态单质乙以及NaOH溶液构成原电池，如图，试分析：

①闭合K，写出左侧A电极的反应式                  
②闭合K，当A电极消耗1．6g化合物甲时（假设过程中无任何损失），则右侧装置中电极上放出的气体在标准状况下的体积为                       升

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          。

（原创）化学反应原理在生产和科研中有着重要的应用，请利用相关知识回答下列问题。
（1）一定条件下在密闭容器中加入NH₄I发生反应：
a.NH₄I(s) NH₃(g)+HI(g)
b.2HI(g) H₂(g)+I₂(g)
则反应a的平衡常数表达式为_______；达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向_______(填正向、逆向或不移动)
（2）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄△H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是_____________

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小

C．若反应在一绝热容器中进行，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：(正)> (逆)

（3）利用反应6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为______极，其电极反应式为________________
②当有2.24 L NO₂(标准状况下)被处理时，转移电子为____________mol
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用_______（选填“阳”或“阴”）离子交换膜。
（4）使用硼氢化钠(NaBH₄)为诱导剂，可使Co²⁺与肼(N₂H₄)在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
①写出该反应的离子方程式______________________________。
②在纳米钴的催化作用下，肼(N₂H₄)可分解生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有_________________________________ (任写一种)。

(10分)某兴趣小组的同学用下图所示装置研究有关电化学的问题(甲、乙、丙三池中的溶质足量)，当闭合该装置的电键K时，观察到电流表的指针发生了偏转。

请回答下列问题：
（1）甲池为________(填“原电池”、“电解池”或“电镀池”)，A电极的电极反应式为_____________。
（2）丙池中F电极为________(填“正极”、“负极”、“阴极”或“阳极”)，该池总反应的化学方程式为____________________________________________________________。
（3）当乙池中C极质量减轻4.32 g时，甲池中B电极理论上消耗O₂的体积为________mL(标准状况)。
（4）一段时间后，断开电键K。下列物质能使乙池恢复到反应前浓度的是________(填字母)。

A．Cu

B．CuO

C．Cu(OH)2

D．Cu2(OH)2CO3