高中化学验证原电池的效果计算题

(燃料电池)宇宙飞船上的氢氧燃料电池，其电池反应为：2H₂＋O₂＝2H₂O，试写出电解质溶液为盐酸时的电极反应式，并指出各电极和介质溶液的pH的变化，若电解质溶液为KOH时又如何？

不同元素的气态原子失去最外层一个电子所需要的能量（设其为Ｅ）如下图所示，试根据元素在周期表中的位置，分析图中曲线的变化特点．并回答下列问题。
　1至19号元素气态原子失去最外层一个电子所需能量：
　　　　　　　　　
　　⑴同主族内不同元素的Ｅ值变化的特点是：________________。各主族中Ｅ值的这种变化特点体现了元素性质的________________________变化规律。
　　⑵同周期内，随原子序数增大，Ｅ值增大，但个别元素的Ｅ值出现反常现象，试预测下列关系式中正确的是_________________________（填写编号，多选倒扣）
①Ｅ（砷）＞E（硒）　　　　　　  ②E（砷）＜E（硒）
③E（溴）＞E（硒）　　　 　 　　 ④E（溴）＜E（硒）
　　⑶估计1 mol气态Ca原子失去最外层一个电子所需能量Ｅ值的范围：________＜E＜________。
　　⑷10号元素Ｅ值较大的原因是_______________________________。

亚憐酸（H₃PO₃)是二元酸，与足量NaOH溶液反应生成Na₂HPO₃。
（1）PCl₃水解可制取亚磷酸：PCl₃+3H₂O=H₃PO₃+_______。
（2）H₃PO₃溶液中存在电离平衡：H₃PO₃H⁺+H₂PO₃^－。
①某温度下，0.10mol•L^－1的 H₃PO₃溶液 pH =1.6，即溶液中c(H⁺) =2.5×10^－2 mol•L^－1。求该温度下上述电离平衡的平衡常数K，写出计算过程。（H₃PO₃的第二步电离忽略不计，结果保留两位有效数字。）
②根据H₃PO₃的性质可推测Na₂HPO₃稀溶液的pH________7 (填“>”、“=”或“<”）。
（3）亚磷酸具有强还原性，可使碘水褪色。该反应的化学方程式为_______。
（4）电解Na₂HPO₃溶液也可得到亚鱗酸，装置示意图如下：

①阴极的电极反应式为____________________________。
②产品室中反应的离子方程式为_____________________。

（1）用CH₄催化还原NO_x可以消除氮氧化物的污染。例如：
CH₄(g)+4NO₂(g)＝4NO(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　ΔＨ＝－574 kJ·mol^-1
CH₄(g)+4NO(g)＝2N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　ΔＨ＝－1160 kJ·mol^-1
若用标准状况下4.48ＬCH₄还原NO₂至N₂，整个过程中转移的电子总数为　　　　（阿伏伽德罗常数用N_A表示），放出的热量为　　　　　    kJ。
（2）已知：C₃H₈(g )  ====  CH₄(g)＋HC≡CH(g)＋H₂(g)       △H₁＝156.6kJ·mol^-1
CH₃CH＝CH₂(g)  ====  CH₄(g)＋HC≡CH(g)      △H₂＝32.4kJ·mol^-1 
则相同条件下，反应C₃H₈(g)====CH₃CH＝CH₂ (g)＋H₂(g)的△H＝    kJ·mol^-1。
(3)甲烷在高温下与水蒸气反应反应方程式为：CH₄(g)＋H₂O(g)＝CO(g)＋3H₂(g)。部分物质的燃烧热数据如右表：已知1mol H₂O(g)转变为1mol H₂O(l)时放出44.0 kJ热量。写出CH₄和H₂O在高温下反应的热化学方程式                                   。

物 质	燃烧热（kJ·mol^－^1）
H2(g)	－285.8
CO(g)	－283.0
CH4(g)	－890.3

(4)有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，以N₂、H₂为电极反应物，以HCl－NH₄Cl为电解质溶液制取新型燃料电池。请写出该电池的正极反应式                        。

近年来，以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克，极大地促进了甲醇化学的发展。
（1）与炭和水蒸气的反应相似，以天然气为原料也可以制得CO和H₂，该反应的化学方程式为_________。
（2）合成甲醇的一种方法是以CO和H₂为原料，其能量变化如图所示：

由图可知，合成甲醇的热化学方程式为________________________________________。
（3）以CO₂为原料也可以合成甲醇，其反应原理为：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)
①在lL的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下发生反应，测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时问变化如图所示：

则下列说法正确的是_________________(填字母)；

A．3min时反应达到平衡

B．0～10min时用H2表示的反应速率为0．225mol·^-1·min^-1

C．CO2的平衡转化率为25％

D．该温度时化学平衡常数为（mol/L）^－2

②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器	容器1	容器2	容器3
反应物投入量（始态）	1molCO2、3molH2	0.5molCO2、1.5molH2	1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol•L^-1	c1	c2	c3
平衡时体系压强/Pa	p1	p2	p3

 
则下列各量的大小关系为c₁___________c₃，p₂_________p₃(填“大于”、“等于”或“小于”)。
（4）近年来，甲醇燃料电池技术获得了新的突破，如图所示为甲醇燃料电池的装置示意图。电池工作时，分别从b、c充入CH₃OH、O₂，回答下列问题：

①从d处排出的物质是___________，溶液中的质子移向电极__________(填“M”或“N”)；
②电极M上发生的电极反应式为__________________________。

研究CO₂与CH₄，反应使之转化为CO和H₂，对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义。
（1）已知：2CO（g）+O₂（g）＝2CO₂（g） △H＝－566kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）＝2H₂O（g）  △H＝－484kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）＝CO₂（g）+2H₂O（g） △H＝－890kJ/mol
则：CH₄（g）+CO₂（g）＝2CO（g）+2H₂（g）△H＝____________。

(2)在密闭容器中通人物质的量浓度均为0.1mol/L的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应CH₄（g）+CO₂（g）＝2CO（g）+2H₂（g），测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图1：
①下列事实能说明该反应一定达到平衡的是    。
a．CO₂的浓度不再发生变化
b．υ_正（CH₄）＝2υ_逆（CO）
c．混合气体的平均相对分子质量不发生变化
d．CO与H₂的物质的量比为1:1
②据图可知，P₁、P₂、P₃、P₄由大到小的顺序为     。
③在压强为P₄、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡x点，则用CO表示该反应的速率为    ，该温度下，反应的平衡常数为     。
(3)用CO与H₂可合成甲醇(CH₃OH)，以甲醇和氧气反应制成的燃料电池如图2所示，该电池工作程中O₂应从     (填“c或一b”)口通人，电池负极反应式为                 ，若用该电池电解精炼铜，每得到6. 4g铜，转移电子数目为        。

某兴趣小组模拟氯碱工业生产原理并探究其产品的性质。已知文献记载：
①氯气与冷的氢氧化钠溶液反应生成NaC1O；氯气与热的氢氧化钠溶液反应可生成NaC1O和NaC1O₃。②在酸性较弱时KI只能被NaC1O氧化，在酸性较强时亦能被NaC1O₃氧化。
（1）该小组利用如图所示装置制取家用消毒液（主要成分为NaClO），则a为   （填“阳极”或“阴极”）。生成NaClO的离子方程式为   。

（2）该小组将0.784 L（标准状况）Cl₂通入50.00 mL热的NaOH溶液中，两者恰好完全反应后，稀释到250.0 mL。
①取稀释后的溶液25.00 mL用醋酸酸化，加入过量KI溶液。用0.2000 mol·L^－1 Na₂S₂O₃溶液滴定：I₂＋2S₂O₃^2－＝2I^－＋S₄O₆^2－，消耗Na₂S₂O₃溶液10.00 mL时恰好到达终点。
②将上述滴定后的溶液用盐酸酸化至强酸性，再用上述Na₂S₂O₃溶液滴定到终点，需Na₂S₂O₃溶液30.00 mL。
①操作②中氯酸钠与碘化钾反应的离子方程式为   。
②反应后的溶液中次氯酸钠和氯酸钠的物质的量之比为   。
③计算氢氧化钠溶液的物质的量浓度。

随着大气污染的日趋严重，“节能减排”，减少全球温室气体排放，研究NO_x、SO₂、CO等大气污染气体的处理具有重要意义。
（1）下图是在101kP_a，298k条件下1mol NO₂和1mol CO反应生成1mol CO₂和1mol NO过程中能量变化示意图。

已知：① N₂（g）+O₂（g）＝2NO（g） △H=+179.5kJ/mol
② 2NO（g）+O₂（g）＝2NO₂（g）  △H=-112.3kJ/mol
则在298k时，反应：2NO(g)＋2CO(g)N₂(g)＋2CO₂(g)的△H＝       。
（2）将0.20mol NO₂和0.10molCO充入一个容积恒定为1L的密闭容器中发生反应，在不同条件下，反应过程中部分物质的浓度变化状况如图所示。

①下列说法正确的是          。（填序号）
a.容器内的压强不发生变化说明该反应达到平衡
b.当向容器中加再充入0.20mol NO时，平衡向正反应方向移动，K值增大
c.升高温度后，K值减小，NO₂的转化率减小
d.向该容器内充入He气，反应物的体积减小，浓度增大，所以反应反应速率增大
②计算产物NO在0～2min时平均反应速率v(NO)=    mol·L^-1·min^-1；
③第4min时改变的反应条件为     （填“升温”、“降温”）；
④计算反应在第6min时的平衡常数K=     。若保持温度不变，此时再向容器中充入CO、NO各0.060mol，平衡将     移动（填“正向”、“逆向”或“不”）。
（3）有学者想以如图所示装置用原电池原理将SO₂转化为重要的化工原料。其负极的反应式为     ，当有0.25molSO₂被吸收，则通过质子（H⁺）交换膜的H⁺的物质的量为      。

（4）CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其K_SP=2.8×10^-9mol²/L²。现将2×10^-4mol/L的Na₂CO₃溶液与一定浓度的CaC1₂溶液等体积混合生成沉淀，计算应加入CaC1₂溶液的最小浓度为      。

按要求完成下列各小题。   
Ⅰ、CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，焦炭、天然气（主要成分为CH₄）、重油、煤在高温下均可与水蒸气反应制得合成气。
（1）已知某反应的平衡常数表达式为： 
它所对应的化学方程式为：                                                。
（2）向体积为2L的密闭容器中充入CH₄和H₂O(g)组成的混合气（共1mol），在一定条件下发生反应，并达到平衡状态，测得温度、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X₂ ____ X₁(填“=”“>”或“<”下同)
②图2中两条曲线所示的压强比的关系：P₂ _______P₁
（3）以CH₄、O₂为原料可设计成燃料电池：
①设装置中盛有150.0mL 1.0mol/L KOH溶液，放电时参与反应的氧气在标准状况下的体积为4.48L，假设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：         
②以H₂SO₄溶液代替KOH溶液为电解质溶液,将CH₄改为C₆H₁₂O₆ ，则燃料电池的负极反应式为：
                。
Ⅱ、（1）某温度(t℃)时，测得0.01mol·L^-1的NaOH溶液的pH＝11。在此温度下，将pH＝2的H₂SO₄溶液V_aL与pH＝12的NaOH溶液V_bL混合，若所得混合液为中性，则V_a︰V_b＝          。
(2)在25℃时，将c mol·L^-1的醋酸溶液与0.02 mol·L^-1NaOH溶液等体积混合后溶液刚好呈中性，用含c的代数式表示CH₃COOH的电离常数K_a=____________________。

I．甲醇是一种优质燃料，可制作燃料电池。工业上可用下列两种反应制备甲醇：
已知：CO(g) + 2H₂(g)  CH₃OH(g)  ΔH₁
CO₂(g) ＋ 3H₂(g)  CH₃OH(g)  +  H₂O(g)   ΔH₂   
2H₂(g)+ O₂(g)=2H₂O(g)   ΔH₃
则2CO(g)＋O₂(g)=2CO₂(g) 的反应热ΔH=____ ___（用ΔH₁、ΔH₂、ΔH₃表示）。
II．工业上可利用“甲烷蒸气转化法生产氢气”，反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)。
已知温度、压强和水碳比[n(H₂O)/ n(CH₄)]对甲烷平衡含量的影响如下图：

图1（水碳比为3）                        图2（800℃）
（1）温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是                            。
（2）其他条件不变，请在图2中画出压强为2 MPa时，CH₄平衡含量与水碳比之间关系曲线。（只要求画出大致的变化曲线）
（3）已知：在700℃，1MPa时，1mol CH₄与1mol H₂O在1L的密闭容器中反应，6分钟达到平衡，此时CH₄的转化率为80%，求这6分钟H₂的平均反应速率和该温度下反应的平衡常数是多少？（写出计算过程，结果保留小数点后一位数字。） 
III．某实验小组设计如图a所示的电池装置，正极的电极反应式为____                     ____。

合成氨然后再生产尿素是最重要的化工生产。
I．在3个2 L的密闭容器中，在相同的温度下、使用相同的催化剂分别进行反应：
3H₂(g) + N₂(g)2NH₃(g)，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时有关数据如下：

容器	甲	乙	丙
反应物投入量	3 mol H2、2 mol N2	6 mol H2、4mol N2	2 mol NH3
达到平衡的时间/min		5	8
平衡时N2的浓度/mol·L^－1	c1	1.5
NH3的体积分数	ω1		ω3
混合气体密度/g·L^－^1	ρ1	ρ2

 
（1）容器乙中反应从开始到达平衡的反应速率为v(H₂)=___________。
（2）在该温度下甲容器中反应的平衡常数K=                             (用含c₁的代数式表示)。
（3）分析上表数据，下列关系正确的是________（填序号）：
a．2c₁ > 1.5         b．2ρ₁ = ρ₂       c．ω₃ = ω₁ 
II．工业上用氨气合成尿素（H₂NCONH₂）的反应在进行时分为如下两步：
第一步：2NH₃(l)＋CO₂(g) H₂NCOONH₄ (l)  (氨基甲酸铵)  △H1
第二步：H₂NCOONH₄(l)H₂O(l)＋H₂NCONH₂(l)              △H2   
（4）某实验小组模拟工业上合成尿素的条件，在一体积为0.5 L密闭容器中投入4 mol氨和1mol二氧化碳，实验测得反应中各组分随时间的变化如左下图I所示：

①已知总反应的快慢由慢的一步决定，则合成尿素总反应的快慢由第     步反应决定。
②第二步反应的平衡常数K随温度T的变化如右上图II所示，则△H2             0；③若第一步反应升温时氨气浓度增大，请在图II中画出第一步反应K₁随温度T变化曲线，并作出必要的标注。
（5）氨和尿素溶液都可以吸收硝工业尾气中的NO、NO₂，将其转化为N₂。
①尿素与NO、NO₂三者等物质的量反应为：CO(NH₂)₂+NO+NO₂ =CO₂+2N₂+2H₂O
该反应中的氧化剂为                    （写化学式）。
②已知：N₂(g)+O₂(g)= 2NO(g)   △H ="a" kJ·mol^－1
N₂(g)+3H₂(g)= 2NH₃(g) △H₂="bkJ·" kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)= 2H₂O(g) △H=" c" kJ·mol^－1
则4NH₃(g) +4NO(g) +O₂(g)= 4N₂(g)+6H₂O(g) △H=              。
③尿素燃料电池结构如下图所示。其工作时负极电极反应式可表示为                       。

（1）N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g) △H=－94.4kJ·mol^－1。恒容时，体系中各物质浓度随时间变化的曲线如图示。

①在1L容器中发生反应，前20min内，v(NH₃)=         ，放出的热量为        ；
②25min时采取的措施是                                     ；
③时段III条件下，反应的平衡常数表达式为                （用具体数据表示）。
（2）电厂烟气脱氮的主反应①：4NH₃(g)+6NO(g)5N₂(g)+6H₂O(g)   △H<0，副反应②：2NH₃(g)+8NO(g)5N₂O(g)+3H₂O(g) △H＞0。平衡混合气中N₂与N₂O含量与温度的关系如右图。请回答：在400K～600K时，平衡混合气中N₂含量随温度的变化规律是                                                          ，导致这种规律的原因是                                                 （任答合理的一条原因）。

（3）直接供氨式燃料电池是以NaOH溶液为电解质的。电池反应为：4NH₃+3O₂=2N₂+6H₂O，则负极电极反应式为                                   。

甲烷和氨在国民经济中占有重要地位。
（1）制备合成氨原料气H₂，可用甲烷蒸汽转化法，主要转化反应如下：
CH₄(g) + H₂O(g)  CO(g) + 3H₂(g)   ΔH =" +206.2" kJ/mol
CH₄(g) + 2H₂O(g)  CO₂(g) +4H₂(g)  ΔH = +165.0kJ/mol
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO₂，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是                 。
（2）工业生产尿素的原理是以NH₃和CO₂为原料合成尿素[CO(NH₂)₂]，反应的化学方程式为：2NH₃ (g)+ CO₂ (g) CO(NH₂)₂ (l) + H₂O (l)，该反应的平衡常数和温度关系如下：

T / ℃	165	175	185	195
K	111.9	74.1	50.6	34.8

 
① 反应热ΔH（填“＞”、“＜”或“＝”）_______0。
② 在一定温度和压强下，若原料气中的NH₃和CO₂的物质的量之比（氨碳比），下图是氨碳比（x）与CO₂平衡转化率（α）的关系。求图中的B点处，NH₃的平衡转化率。

（3）已知甲烷燃料电池的工作原理如下图所示。该电池工作时，a口放出的物质为_________，该电池正极的电极反应式为：____          ，工作一段时间后，当3.2g甲烷完全反应生成CO₂时，有         mol 电子发生转移。

工业上“固定”和利用CO₂能有效地减轻“温室’效应。有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g) ΔH =－49.0 kJ·mol^－1
（1）在相同温度和容积不变时，能说明该反应已达平衡状态的是　   

A．n(CO2)∶n(H2)∶n(CH3OH)∶n(H2O)＝1∶3∶1∶1

B．容器内压强保持不变

C．H2的消耗速率与CH3OH的消耗速率之比为3∶1

D．容器内的密度保持不变

（2）一定温度时将6 mol CO₂和8 mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如图所示(实线)。图中数据a(1，6)代表的意思是：在1 min时H₂的物质的量是6 mol。

① a点正反应速率　　逆反应速率(填“大于”、“等于”或“小于”)。
② 仅改变某一实验条件时，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示，曲线Ⅰ对应的实验条件改变是　      ，曲线Ⅱ对应的实验条件改变是　  　 　。
③ 在题给图中绘出加入催化剂对应的曲线。
④ 结合图给实线的数据，计算该温度时反应的化学平衡常数。（写出计算过程）
（3）甲醇可用以制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为：       。