高中化学验证原电池的效果填空题

甲醇是一种常用的燃料，工业上可以用CO和H₂在一定条件下合成甲醇。
（1）已知CO（g）、H₂（g）、CH₃OH（1）的燃烧热△H分别为：-283.0kJ／mol、-285.8 kJ/mol、-726.5kJ/mol，则CO合成甲醇的热化学方程式为：                     。
（2）在恒容密闭容器中CO与H₂发生反应生成甲醇，各物质浓度在不同条件下的变化状况如图所示（开始时氢气的浓度曲线和8分钟后甲醇的浓度曲线未画出。4分钟和8分钟改变的条件不同）：   

①下列说法正确的是       

A．起始时n（H2）为1．7mol

B．当容器内压强恒定时，说明反应达到平衡状态

C．4分钟时，改变的条件是升高温度

D．7分钟时，v（CO）=v（CH3OH）

②计算0~2min内平均反应速率v（H₂）=        
③在3min时该反应的平衡常数K=      （计算结果）
④在图中画出8~12min之间c（CH₃OH）曲线   
（2）2009年，中国在甲醇燃料电池技术上获得突破，组装了自呼吸电池及主动式电堆，其装置原理如图甲。

①该电池的负极反应式为：                    。
②乙池是一铝制品表面“钝化”装置，两极分别为铝制品和石墨。
M电极的材料是               ，该铝制品表面“钝化”时的反应式为：                       。

目前，新能源不断被利用到现代的汽车中，高铁电池技术就是科研机构着力研究的一个方向。
（1）高铁酸钾－锌电池（碱性介质）是一种典型的高铁电池，则该种电池负极材料是     。
（2）工业上常采用NaClO氧化法生产高铁酸钾（K₂FeO₄），K₂FeO₄在碱性环境中稳定，在中兴和酸性条件下不稳定。反应原理为：
Ⅰ在碱性条件下，利用NaClO氧化Fe(NO₃)₃制得Na₂FeO₄
3NaClO + 2Fe(NO₃)₃ + 10NaOH＝2Na₂FeO₄↓+ 3NaCl + 6NaNO₃ + 5H₂O
Ⅱ Na₂FeO₄与KOH反应生成K₂FeO₄：Na₂FeO₄ + 2KOH＝K₂FeO₄ + 2NaOH
主要的生产流程如下：

①写出反应①的离子方程式                                                 。
②流程图中“转化”（反应③）是在某低温下进行的，说明此温度下K_sp（K₂FeO₄）     K_sp（Na₂FeO₄）（填“＞”或“＜”或“＝”）。
（3）已知K₂FeO₄在水溶液中可以发生：4FeO₄^2—＋10H₂O4Fe(OH)₃↓＋8OH^—+3O₂↑,则K₂FeO₄可以在水处理中的作用是                                           。
（4）FeO₄^2—在水溶液中的存在形态图如图所示。

①若向pH=10的这种溶液中加硫酸至pH=2，HFeO₄^-的分布分数的变化情况是               。
②若向pH=6的这种溶液中滴加KOH溶液，则溶液中含铁元素的微粒中，       转化为       （填化学式）。

欧盟原定于2012年1月1日起征收航空碳排税以应对冰川融化和全球变暧，研究碳及其化合物的综合利用对促进低碳社会的构建具有重要的意义。请运用相关知识研究碳及其化合物的性质。
（1）近年来，我国储氢纳米碳管研究取得重大进展，用电弧法合成的碳纳米管中常伴有大量碳纳米颗粒（杂质)，这种碳纳米颗粒可用氧化气化法提纯，其反应的化学方程式为：
___C+___K₂Cr₂O₇+___—___CO₂↑+ ___K₂SO₄+ ___Cr₂(SO₄)₃+___H₂O
①完成并配平上述化学方程式。
②在上述方程式上标出该反应电子转移的方向与数目。
（2）高温时，用CO还原MgSO₄可制备高纯MgO。
①750℃时，测得气体中含等物质的量SO₂和SO₃，此时反应的化学方程式________
②由MgO可制成“镁－次氯酸盐”燃料电池，其装置示意图如图1，该电池反应的离子方程式为_____________________。

（3）二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向，将CO₂转化为甲醇的热化学方程式为：
CO₂(g)+3H₂(g)（g）CH₃OH(g)+H₂O(g)  ΔH
①该反应的平衡常数表达式为K_______。
②取五份等体积CO₂和H₂的混合气体（物质的量之比均为1：3)，分别加入温度不同、容积相同的恒容密闭容器中，发生上述反应，反应相同时间后，测得甲醇的体积分数(CH₃OH)与反应温度T的关系曲线如图2所示，则上述CO₂转化为甲醇反应的 ΔH_____0 (填“>”、“<”或“ =” )。
③在同条件下发生反应，测得CH₃OH的物质的量随时间变化如图3所示，曲线 I、II对应的平衡常数大小关系为K_I_______K_II(填“>”、“<”或“ = ”)。

工业上一般在恒容密闭容器中可以采用下列反应合成甲醇：
CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g） ΔH
     
图1 （图中表示生成1mol物质时的能量）          图2
（1）根据图1请写出合成甲醇的热化学方程式                                    
（2）该反应的逆反应速率随时间变化的关系如上图2。t₁时改变了某种条件，改变的条件可能是                       。
（3）判断反应达到平衡状态的依据是       (填字母序号)。

A．2v(H2)(逆) =v(CO)(正)	B．混合气体的密度不变
C．混合气体的平均相对分子质量不变	D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

E．容器内CO、H₂、CH₃OH的浓度之比为1:2:1  
（4）在一定温度下，若将4a mol H₂和2amol CO放入2L的密闭容器中，充分反应后测得CO的转化率为50％，则该反应的平衡常数为         。若此时再向该容器中投入a mol CO、2amol H₂和amol CH₃OH，判断平衡移动的方向是     （“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）；与原平衡相比，CO的物质的量浓度    （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（5）某甲烷燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（见图）。A物质的化学式是_________；该原电池的负极反应式可表示为                          。

燃煤废气中的氮氧化物（NO_x）、二氧化碳等气体，常用下列方法处理，以实现节能减排、废物利用等。
（1）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              。
（2）将燃煤废气中的CO₂转化为甲醚的反应原理为：
2CO₂(g) + 6H₂(g) CH₃OCH₃(g) + 3H₂O(g)
已知一定压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率见下表：

投料比[n(H2) / n(CO2)]	500 K	600 K	700 K	800 K
1.5	45%	33%	20%	12%
2.0	60%	43%	28%	15%
3.0	83%	62%	37%	22%

①若温度升高，则反应的平衡常数K将             （填“增大”、“减小”或“不变”。下同）；若温度不变，提高投料比[n(H₂) / n(CO₂)]，则K将             。
②若用甲醚作为燃料电池的原料，请写出在碱性介质中电池负极的电极反应式
                                      。若通入甲醚（沸点为-24.9 ℃）的速率为1.12 L·min^-1（标准状况），并以该电池作为电源电解2 mol·L^-1 CuSO₄溶液500 mL，则通电30 s后理论上在阴极可析出金属铜     g。

根据所学知识，完成下列问题：
（1）化学反应可视为旧键断裂和新键生成的过程。键能是形成（或拆开）1 mol化学键时释放（或吸收）的能量。已知白磷和其燃烧产物P₄O₆的分子结构如图所示，现提供以下键能（kJ· mol^-1）： P－P：198，  P－O：360， O－O：498，白磷(P₄)燃烧的热化学方程式为                       。

（2）化学能与电能之间可以相互转化，以Fe、Cu、C(石墨)、CuSO₄溶液、FeSO₄溶液、Fe₂(SO₄)₃溶液 、AgNO₃溶液为原料，通过原电池反应实现2Fe³⁺ + Cu＝2Fe²⁺ + Cu²⁺,请你把下图补充完整，使之形成闭合回路，并用元素符号标明电极。甲池中电解液是        溶液；乙池中电解液是         溶液。（要求：甲、乙两池中电解质元素种类始终保持不变）

（3）某市对大气进行监测，发现该市首要污染物为可吸入颗粒物PM2.5（直径小于等于2.5μm的悬浮颗粒物）其主要来源为燃煤、机动车尾气等。因此，对PM2.5、SO₂、NOx等进行研究具有重要意义。请回答下列问题：
①对PM2.5空气样本用蒸馏水处理，制成待测试样。若测得该试样所含水溶性无机离子的化学组分及其平均浓度如下表：

离子	K^+	Na^+	NH4^+	SO4^２－	NO3^－	Cl^－
浓度/ mol•L^-1	4×10^-6	6×10^-6	2×10^-5	4×10^-5	3×10^-5	2×10^-5

根据表中数据判断该试样的酸碱性为        ，试样的pH值=        
②已知气缸中生成NO的反应为：N₂(g)+O₂(g)  2NO(g) H＞0
若1 mol空气含有0.8 molN₂和0.2 molO₂,1300℃时在密闭容器内反应达到平衡。测得NO为8 × 10^-4 mol.计算该温度下的平衡常数K= ___________；汽车启动后，气缸温度越高，单位时间内NO排放量越大，原因是                                          。

已知工业上合成氨的反应为：N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g) △H＜0。在一体积为2L的密闭容积中，加入0.20mol的N₂和0.60mol的H₂，反应中NH₃的物质的量浓度的变化情况如图所示，

请回答下列问题：
（1） 写出该反应平衡常数的表达式K="_____"
（2）反应进行到4分钟到达平衡。请计算从反应开始到刚刚平衡，平均反应速率v(NH₃) 为            ；
（3）5分钟时，保持其它条件不变，把容器的体积缩小一半，平衡         移动（填“向逆反应方向”、“向正反应方向”或“不”）。化学平衡常数将        （填“增大”、“减少”或“不变”）。
（4）N₂和H₂的反应还有其它应用。如：有人设想寻求合适的催化剂和电极材料，分别以N₂、H₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl溶液为电解质溶液制造新型燃料电池，试写出该电池的正极电极反应式            。

是汽车尾气中的主要污染物之一。
（1） 能形成酸雨，写出转化为的化学方程式:.
（2）汽车发动机工作时会引发和反应，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。
（3）在汽车尾气系统中装置催化转化器，可有效降低的排放。
①当尾气中空气不足时，在催化转化器中被还原成排出。写出被还原的化学方程式：.
② 当尾气中空气过量时，催化转化器中的金属氧化物吸收生成盐。其吸收能力顺序如下：.原因是.
（4）通过传感器可监测的含量，其工作原理示意图如下:

①电极上发生的是反应(填"氧化"或"还原")。
②写出电极的电极反应式: .

图一是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，回答下列问题：

图一
（1）图一中气体A的俗称是_______________
（2）合成氨工业是煤化工产业链中非常重要的一步。已知有一组数据：破坏1mol氮气中的化学键需要吸收946 kJ能量；破坏0.5mol氢气中的H-H键需要吸收218kJ的能量；形成氨分子中1 mol N-H键能够释放389kJ能量。图二表示合成氨工业过程中能量的变化，请将图中①、②的能量变化的数值，填在下边的横线上。

图二
①           kJ ，②            kJ
（3）煤化工产业的重要产品之一甲醇，是一种新型的汽车动力燃料，发达国家等一般通过CO和H₂化合制备甲醇,该反应的化学方程式为：CO (g) + 2H₂(g)CH₃OH(g)
①下列描述中能说明上述反应已达平衡的是_______；
A. 容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B.  2v(H₂)_正 = v(CH₃OH)_逆
C. 容器中气体的压强保持不变
D. 单位时间内生成n molCO的同时生成2n mol H₂
②在容积固定的恒温密闭容器中充入CO和H₂发生上述反应，反应在第4 min时候达到其限度，此时容器中压强与反应前之比为3︰5，容器内物质的各种物质的量浓度如下表：

时间/浓度	c(CO)(mol/L)	C(H2 )(mol/L)	c(CH3OH)(mol/L)
起始	0.200	0.300	0.000
第4 min	a	b	c

则b=__________________
（4）甲醇—空气燃料电池（DMFC)是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理如下图所示，该燃料电池的电池反应式为2CH₃OH (g) + 3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(l)，则负极的电极反应式为______________________，正极附近pH值_______________(填写“增大”、“减小”或者“不变”)

科学家一直致力于“人工固氨”的新方法研究。目前合成氨技术原理为：
N₂(g) +3H₂(g) 2NH₃(g)+92.4 kJ/mol
673K，30MPa下，上述合成氨反应中n(NH₃)和n(H₂)随时间变化的关系如右图所示。

（1）下列叙述正确的是(  )
A．点a的正反应速率比点b的大
B．点c处反应达到平衡
C．点d和点e处的n (N₂)相同
D．773K，30MPa 下，反应至t₂时刻达到平衡，则n(NH₃)比图中e点的值大
（2）在容积为2.0 L恒容得密闭容器中充入0.80 mol N₂(g)和1.60 mol H₂(g)，673K、30MPa下达到平衡时，NH₃的体积分数为20%。该条件下，N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g)的平衡常数值为：_____________。
（3）K值越大，表明反应达到平衡时(    )。
A. H₂的转化率一定越高    B．NH₃的产量一定越大
C．正反应进行得越完全    D．化学反应速率越大
（4）1998年希腊亚里斯多德大学的两位科学家采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H⁺），实现了高温、常压下高转化率的电解合成氨。其实验装置如图。阳极的电极反应为：H₂-2e2H⁺，则阴极的电极反应为：_____________。

铝是最常见的金属之一。
（1）浓硝酸、浓硫酸可贮存在铝制容器的原因是                           。
（2）纳米铝主要应用于火箭推进剂。工业上利用无水氯化铝与氢化铝锂（LiAlH₄）在有机溶剂中反应制得纳米铝，化学方程式如下：3LiAlH₄+AlCl₃="4Al" + 3LiCl + 6H₂↑
该反应的氧化剂为               。
（3）氢化铝钠（NaAlH₄）是一种重要的储氢材料，已知：
NaAlH₄(s)=Na₃AlH₆ (s)+ Al (s) + H₂(g)    ΔH＝+ 37 kJ·molˉ¹
Na₃AlH₆(s)="3NaH(s)+" Al (s) + H₂(g)      ΔH＝+ 70.5 kJ·molˉ¹
则NaAlH₄(s)=" NaH(s)" + Al (s) +H₂(g)      ΔH＝                 。

（4）已知H₂O₂是一种弱酸，在强碱性溶液中主要以HO₂^－形式 存在。目前研究比较热门的Al－H₂O₂燃料电池，其原理如右图所示，电池总反应如下：
2Al+3HO₂^－+3H₂O =2[Al(OH) ₄]^－+OH^－
①正极反应式为                         。
②与普通锌锰干电池相比，当消耗相同质量的负极活性物质时，Al－H₂O₂燃料电池的理论放电量约为普通锌锰干电池的______倍。
③Al电极易被NaOH溶液化学腐蚀，这是该电池目前未能推广使用的原因之一。反应的离子方程式为                              。

下图是煤化工产业链的一部分，试运用所学知识，解决下列问题：

(1)已知该产业链中某反应的平衡常数表达式为：

它所对应反应的化学方程式为_______。
已知在一定温度下,在同一平衡体系中各反应及平衡常数如下：

则K₁、K₂、K₃之间的关系为_______。
(2)煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题。已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，发生如下反应：， 该反应平衡常数随温度的变化如下：

该反应的逆反应方向是_______反应(填“吸热”或“放热”），若在500℃时进行，设起始时CO和H₂O的起始浓度均为0.020mol/L，在该条件下，反应达到平衡时CO的转化率为_______。
(3)甲醇是一种新型的汽车动力燃料，可通过CO和H₂化合制备甲醇,该反应的热化学方程式为：
下列描述中能说明上述反应已达平衡的是_______；
A. 容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B.
C. 容器中气体的压强保持不变
D. 单位时间内生成n molCO的同时生成2n mol H₂
(4)甲醇-空气燃料电池（DMFC)是一种高效能、轻污 染电动汽车的车载电池，其工作原理如下图所示，该燃料电池的电池反应式为，则负极的电极反应式为_______。

(5) CO₂在自然界循环时可与CaCO₃反应，CaCO₃是一种难溶物质，其。 CaCl₂溶液与Na₂CO₃溶液混合可形成CaCO₃沉淀。现将CaCl₂溶液与的Na₂CO₃溶液等体积混合，则生成沉淀时原CaCl₂溶液的最小浓度为_______。

直接排放含SO₂，的烟气会形成酸雨，危害环境。利用钠碱循环法可脱除烟气中的SO₂在钠碱循环法中，用Na₂SO₃溶液作为吸收液，吸收液吸收SO₂的过程中，pH随n(SO₃^2-)： n(HSO₃^-)变化关系如下表:

n(SO3^2-)：n(HSO3^-)	91：9	1：1	1：91
pH	８.２	7.2	6.2

（1）上表判断NaHSO₃溶液显___________性，用化学平衡原理解释____________________________________________________________________________
（2）当吸收液呈中性时，溶液中离子浓度关系正确的是(选填字母):　　　　　　　　　　　　
a. c(Na⁺ )=" 2c(" SO₃^2-) + c( HSO₃^-)
b. c(Na⁺ )> c( HSO₃^-)>c( SO₃^2-) >c(H⁺)>c(OH^-)
c. c(Na⁺ )+ c(H⁺)="c(" HSO₃^-)+c( SO₃^2-) +c(OH^-)
当吸收液的pH降至约为6时，需送至电解槽再生。再生示意图如下:

（3）HSO₃^-在阳极放电的电极反应式是_________________________________________
（4）当阴极室中溶液pＨ升至8以上时，吸收液再生并循环利用。简述再生原理:　
________________________________________________________________________

CuSO₄溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂。
（1）某同学配制CuSO₄溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液。他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，随后，他向烧杯中加入了一定量的       溶液，得到了澄清的CuSO₄溶液。
（2）该同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。

①图一是根据反应Zn + CuSO₄== Cu + ZnSO₄设计成的锌铜原电池。Cu极的电极反应式是        ，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K⁺向      移动（填“甲”或“乙”）。
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是       （填“CH₄”或“O₂”），a处电极上发生的电极反应式是        ；当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的CH₄在标准状况下的体积为      L。
（3）反应一段时间后，燃料电池的电解质溶液完全转化为K₂CO₃溶液，以下关系正确的是     。

A．c(K^+)+c(H^+)=c(HCO3^-)+ c(CO3^2-)+c(OH^-)

B．c(OH^-)=c(H^+)+c(HCO3^-)+2c(H2CO3)

C．c(K^+)>c(CO3^2-)>c(H^+)>c(OH^-)

D．c(K^+)>c(CO3^2-)>c(OH^-)>c(HCO3^-)

E．c(K⁺)= 2c(CO₃^2-)+ c(HCO₃^-)+c(H₂CO₃)

(15分)硫酸厂用煅烧黄铁矿(FeS₂)来制取硫酸，实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分是Fe₂O₃及少量FeS、SiO₂)制备绿矾．
⑴SO₂和O₂反应制取SO₃的反应原理为：2SO₂+O₂2SO₃，在一密闭容器中一定时间内达到平衡．
①该反应的平衡常数表达式为：                  ．
②该反应达到平衡状态的标志是       ．
A．v(SO₂)=v(SO₃)        B．混合物的平均相对分子质量不变
C．混合气体质量不变    D．各组分的体积分数不变
⑵某科研单位利用原电池原理，用SO₂和O₂来制备硫酸，装置如图，电极为多孔的材料能吸附气体，同时也能使气体与电解质溶液充分接触．
 
①B电极的电极反应式为              ；
②溶液中H⁺的移动方向由     极到     极；(用A、B表示)
⑶测定绿矾产品中含量的实验步骤：
a．称取5.7 g产品，溶解，配成250 mL溶液
b．量取25 mL待测液于锥形瓶中
c．用硫酸酸化的0.01 mol/L KMnO₄溶液滴定至终点，消耗KMnO₄溶液体积40 mL
根据上述步骤回答下列问题：
①滴定时发生反应的离子方程式为(完成并配平离子反应方程式)．
  Fe²⁺+  +            ——  Fe³⁺+  Mn²⁺+          
②用硫酸酸化的KMnO₄滴定终点的标志是               ．
③计算上述产品中FeSO₄·7H₂O的质量分数为           ．