高中化学验证原电池的效果试题

研究氮的固定具有重要意义。
（1）雷雨天气中发生自然固氮后，氮元素转化为________而存在于土壤中。处于研究阶段的化学固定
新方法是N₂在催化剂表面与水发生如下反应：
2N₂(g)+6H₂O(l)=4NH₃(g)+3O₂(g)    △H      K ①
已知：N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)   △H₁=-92.4kJ·mol^-1   K₁  ②
2H₂(g) +O₂(g) =2H₂O(l)  △H₂=-571.6kJ·mol^-1   K₂ ③
则△H =________；K=___________（用K₁和 K₂表示）。
（2）在四个容积为2L的密闭容器中，分别充入1mol N₂、3mol H₂O，在催化剂条件下进行反应①3h，实验数据见下表：

序号	第一组	第二组	第三组	第四组
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10^﹣6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

下列能说明反应①达到平衡状态的是_____（填字母）。
a.NH₃和O₂的物质的量之比为4∶3
b.反应混合物中各组份的质量分数不变
c.单位时间内每消耗1molN₂的同时生成2molNH₃
d.容器内气体密度不变
若第三组反应3h后已达平衡，第三组N₂的转化率为___________；第四组反应中以NH₃表示的反应速率是__________________，与前三组相比，NH₃生成量最小的原因可能是_________________。
（3）美国化学家发明一种新型催化剂可以在常温下合成氨，将其附着在电池的正负极上实现氮的电化学固定，其装置示意图如下：

则开始阶段正极反应式为_____________；忽略电解过程中溶液体积变化，当电池中阴极区溶液pH = 7时，溶液中NH₃·H₂O的浓度为___________( K_b=2×10^-5mol·L^-1)；当电池中阴极区呈红色时，溶液中离子浓度由大到小的顺序为_________________。

常温下钛的化学活性很小，在较高温度下可与多种物质反应。工业上由金红石（含TiO₂大于96％）为原料生产钛的流程如下：

（1）TiCl₄遇水强烈水解，写出其水解的化学方程式           。
（2）①若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是       。
②Cl₂含量检测仪工作原理如下图8，则Cl₂在Pt电极放电的电极反应式为        。

③实验室也可用KClO₃和浓盐酸制取Cl₂，方程式为：KClO₃ + 6HCl(浓) =" KCl" + 3Cl₂↑+ 3H₂O。
当生成6.72LCl₂（标准状况下）时，转移的电子的物质的量为      mol。
（3）一定条件下CO可以发生如下反应：4H₂(g)+2CO(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)  △H。
①该反应的平衡常数表达式为K=              。
②将合成气以n(H₂)/n(CO)=2通入1 L的反应器中，CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如上图9所示，下列判断正确的是            （填序号）。
a．△H <0            
b．P₁<P₂<P₃
c．若在P₃和316℃时，起始时n(H₂)/n(CO)=3，则达到平衡时，CO转化率小于50％
③采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制备二甲醚（简称DME）。观察上图10回答问题。催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为            时最有利于二甲醚的合成。

(15分)
I．从海水中可以提取氯、溴、碘等卤族元素。
（1）碘元素在周期表中的位置为_________________________。
（2）已知：X₂(g)+H₂(g) 2HX(g)(X₂表示C1₂、Br₂和1₂)。下图表示平定衡常数K与温度t的关系。

①△H表示X₂与H₂反应的焓变，△H_______O。(填“>"、“<’’或‘‘=’’)
②曲线a表示的是________(填“C1₂”、“Br₂"或“1₂’’)与H₂反应时K与t的关系。
II．C1₂是一种重要的化工原料。
（3）液氯储存区贴有的说明卡如下(部分)：

危险性
储运要求	远离金属粉末、氨、烃类、醇更物质；设置氯气检测仪
泄漏处理	NaOH、NaHS03溶液吸收
包装	钢瓶

①用离子方程式表示“泄漏处理’’中NaHS0₃溶液的作用__________________。
②若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是__________________。
③氯气含量检测仪工作原理示意图如下：C1₂在Pt电极放电的电极反应式是_______________。

（4）质量标准要求液氯含水量(以1 g氯气含水的质量计)<0．4 mg，含水量超标会严重腐蚀钢瓶。液氯含水量的测定装置如下图所示：

(已知：P₂0₅+3H₂0=2H₃P0₄；C1₂与P₂0₅不反应。)
检测液氯的含水量，根据上图，需要测定的数据是_______________________________。

(14分）尿素[CO(NH₂)₂]是一种非常重要的高氮化肥,以天然气（含H₂S)为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（图中某些转化步骤未列出）。

请回答下列问题：
(1)反应①的离子方程式是____________。
(2)天然气脱硫后产生的Fe₂S₃和H₂O与0₂反应的化学方程式是_______。
(3)反应②N₂+3H₂2NH₃△H<0，温度升高，该反应的平衡常数_______ (填 “增大”、“减小” 或“不变”)。如该反应在恒容恒温条件下进行，下列说法能判断达到平衡的是    。

A．单位时间内生成nmol N2同时消耗3nmol H2

B．混合气体的密度不变

C．混合气体的平均摩尔质量不变

D．N2、H2、NH3浓度之比为1:3:2

(4)H₂NCOONH₄(氨基甲酸铵）是合成尿素的中间体，H₂NCOONH₄在水溶液中要发生水解反应，其水解反应的离子方程式为：                                  。
(5)如果整个生产过程釆用绿色化学工艺，则生产120t尿素理论上需要CH₄__      _m³(标准状况）。
(6)化学家正在研究尿素动力燃料电池，尿液也能发电！用这种电池直接去除城市废水中的尿素，既能产生净化的水又能发电。尿素燃料电池结构如图所示，工作时负极的电极反应式为_____。

(15分)能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）氧化—还原法消除氮氧化物的转化：
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         。
（2）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       。
（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是     。

（4）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；
①该反应平衡常数表达式为K＝             。
②已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0。

（5）合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g) △H<0。在容积均为VL的I、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是           ；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是       。

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。

(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

(15分)能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）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         。
（2）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       。
（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是     。

（4）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；
①该反应平衡常数表达式为K＝             。
②已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0。

（5）合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g) △H<0。在容积均为VL的I、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是           ；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是       。

(14分)甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：

（1）用CH₄和0₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为                     。
（2）某温度下，向4 L恒容密闭容器中通人6 mol C0₂和6mol CH₄，发生反应(i)，平衡体系中各组分的体积分数均为，则此温度下该反应的平衡常数K=       ，CH₄的转化率为                 。
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：
，科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是   (填“3．5× 10⁶ Pa”“4．O×10⁶ Pa”或“5.0× 10⁶ Pa”)。
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是                           。
（4）直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示：

①通入a气体的电极是电池的   (填“正”或“负”)极，其电极反应式为    .
②常温下，用此电池以惰性电极电解O．5 L饱和食盐水(足量)，若两极共生成气体1．12 L(已折算为标准状况下的体积)，则电解后溶液的pH为   (忽略溶液的体积变化)。

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              。

(15分)CO和NO是汽车尾气的主要污染物。消除汽车尾气的反应式之一为：
2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)。请回答下列问题：
（1）已知：N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)   △H= +180.5kJ/mol   ①
C(s)+O₂(g)=CO₂(g)          △H= -393.5kJ/mol   ②
2C(s)+O₂=2CO(g)           △H= -221kJ/mol   ③
则2NO(g) + 2CO(g)N₂(g) + 2CO₂(g)△H=               。
（2）-定温度下，在一体积为VL的密闭容器中充人一定量的NO和CO时，反应进行到t时刻时达到平衡状态，此时n(CO)=amol、n(NO)=2amol、n(N₂)=bmol，且N₂占平衡混合气体总体积的1/4。
①该反应的平衡常数K=       （用只含a、V的式子表示）。
②判断该反应达到平衡的标志是____（填序号）
A．v(CO₂)_生成=v(CO)_消耗
B．混合气体的平均相对分子质量不再改变
C．混合气体的密度不再改变
D．NO、CO、N₂、CO₂的物质的量浓度均不再变化
（3）在一定温度下，将2.0molNO、2.4molCO通入固定容积2L的密闭中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示，则：

①有害气体NO的转化率是         ，0～15minCO₂的平均反应速率v(CO₂)=____。
②20min时，若改变反应条件，导致CO浓度减小，则改变的条件是    （填序号）。
A．增加CO的量         B．加入催化剂
C．降低温度            D．扩大容积体积
（4）通过NO_x传感器可监测NO_x的含量，其工作原理如图所示，

则：
①Pt电极上发生的是   反应（填“氧化”或“还原”）；
②NiO电极上的电极反应式为        。

(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：                 。

（1）为摆脱对石油的过度依赖，科研人员将煤液化制备汽油，并设计了汽油燃料电池，电池工作原理如图所示：一个电极通入氧气，另一电极通入汽油蒸气，电解质是掺杂了Y₂O₃的ZrO₂晶体，它在高温下能传导O^2﹣。

以辛烷（C₈H₁₈）代表汽油，写出该电池工作时的负极反应方程式                          ，已知一个电子的电量是1.602×10^﹣19C，用该电池电解饱和食盐水，当电路中通过1.929×10⁵C的电量时，生成
NaOH      g。
（2）硝酸厂的尾气含有氮氧化物，不经处理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：
CH₄（g）+4NO₂（g）═4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；△H=﹣574kJ•mol^﹣1
CH₄（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：                         。
（3）某温度时，向AgNO₃溶液中加入K₂CrO₄溶液会生成Ag₂CrO₄沉淀，Ag₂CrO₄在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示．

①该温度下，下列说法正确的是    ．

A．Ag2CrO4的溶度积常数（Ksp）为1×10^﹣8

B．含有大量CrO4^2-的溶液中一定不存在Ag^+

C．a点表示Ag2CrO4的不饱和溶液，蒸发可以使溶液由a点变到b点

D．0.02mol•L^﹣1的AgNO3溶液与0.02mol•L^﹣1的Na2CrO4溶液等体积混合会生成沉淀

②若常温下K_sp[Cr（OH）₃]=10^﹣32，要使c（Cr³⁺）降至10^﹣5mol•L^﹣1，溶液的pH应调至   ．

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)．

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：
（1）已知：
甲醇脱水反应2CH₃OH(g)＝CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g) △H₁＝－23.9kJ·mol^－1
甲醇制烯烃反应2CH₃OH(g)＝C₂H₄ (g)＋2H₂O(g) △H₂＝－29.1kJ·mol^－1
乙醇异构化反应C₂H₅OH(g)＝CH₃OCH₃(g))△H₃＝＋50.7kJ·mol^－1
则乙烯气相直接水合反应
C₂H₄ (g)＋H₂O(g)＝C₂H₅OH(g)的△H＝              。
（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a+b________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）用一个离子方程式表示反应：100ml 3mol·L^-1NaOH溶液中通入标准状况下4.48LCO₂                     ；所得溶液中离子浓度大小排列顺序为：                   ；
（4）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池。下图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中。

a电极电极反应式为           ；T℃下，某研究员测定NH₃·H₂O的电离常数为1.8×10^－5，NH₄⁺的水解平衡常数为1.5×10^－8（水解平衡也是一种化学平衡，其平衡常数即水解常数），则该温度下水的离子积常数为          ，请判断T      25℃（填“＞”“＜”“＝”）。