高中化学验证原电池的效果简答题

(14分)2013年初，雾霾天气多次肆虐天津、北京等地区。其中，燃煤和汽车尾气是
造成空气污染的原因之一。
(l)汽车尾气净化的主要原理为：2NO(g) + 2CO(g)2CO₂(g)+ N₂(g)△H <0
①该反应平衡常数表达式____________________________
②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行，下列示意图正确且能说明反应在进行到t₁时刻达到平衡状态的是________________（填代号）。

（2）直接排放煤燃烧产生的烟气会引起严重的环境问题。煤燃烧产生的烟气含氮的氧化物，用CH₄催化还原NOx可以消除氮氧化物的污染。
已知：CH₄(g)+2NO₂(g)＝N₂(g)＋CO₂(g)+2H₂O(g)　△H＝－867 kJ/mol        ①
2NO₂(g)N₂O₄(g)  △H＝－56.9 kJ/mol         ②
H₂O(g)＝H₂O(l)   △H＝－44.0 kJ/mol            ③
写出CH₄催化还原N₂O₄(g)生成N₂和H₂O（1）的热化学方程式：_____________________。
（3）甲烷燃料电池可以提升能量利用率。下图是利用甲烷燃料电池电解100mLlmol/L食盐水，电解一段时间后，收集到标准状况下的氢气2.24L（设电解后溶液体积不变）．

①甲烷燃料电池的负极反应式：______________________________________.
②电解后溶液的pH=____（忽略氯气与氢氧化钠溶液反应）
③阳极产生气体的体积在标准状况下是________L

I、用CH₄催化还原氮氧化物可以消除氮氧化物的污染。已知：
①CH₄（g）+4NO₂（g）=4NO（g）+ CO₂（g）+2H₂O（g）     △H=" -574" kJ·mol^-l 
②CH₄（g）+4NO（g）=2N₂（g）+ CO₂（g）+ 2H₂O（g）       △H=" -1160" kJ·mol^-l
③H₂O（g）=H₂O（1）    △H=-44．0 kJ·mol^-l
写出CH₄（g）与NO₂（g）反应生成N₂（g）、CO₂（g）和H₂O（1）的热化学方程式____   。
II、开发新能源和三废处理都是可持续发展的重要方面。
（1）由碳的氧化物赢接合成乙醇燃料已进入大规模生产。如采取以CO和H₂为原料合成乙醇，化学反应方程式：2CO（g）+4H₂（g）－CH₃CH₂OH（g）+H₂O（g）;若密闭容器中充有10 mol CO与20mol H₂，在催化剂作用下反应生成乙醇：CO的转化率（a）与温度、压强的关系如图所示。

①若A、B两点表示在某时刻达到的平衡状态，此时在A点时容器的体积为10L，则该温度下的平衡常数：K=____     ；
②若A、C两点都表示达到的平衡状态，则白反应开始到达平衡状态所需的时间t_A    t_C（填 “>”、“<”或“=”）。
（2）日前工业上也可以用CO₂来生产甲醇。一定条件下发生反应：CO₂（g）+3H₂（g）   CH₃OH（g）+H₂O（g）△H<0，若将6mo1 CO₂和8mol H₂充入2L的密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化的曲线如右图所示（实线）。
①若改变某一实验条件再进行两次实验，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可能是       ，曲线II对应的实验条件改变可能是____  。
②请在答题卷图中绘出甲醇的物质的量随时间变化曲线。

III、用MnO₂制KMnO₄的工艺流程如图：电解池中两极材料均为碳棒，在水或酸性溶液中K₂MnO₄发生歧化而变成MnO₂和KMnO₄。

①写出240℃熔融时发生反应的化学方程式              ，投料时必须满足n（KOH）:n（MnO₂）              。
②阳极的电极反应为                   。
③B物质是          （填化学式），可以循环使用的物质是           （填化学式）。

分废旧铅蓄电池的回收利用是发展循环经济的必经之路。其阴、阳极填充物(铅膏，主要含PbO、PbO₂、PbSO₄)是废旧铅蓄电池的主要部分，回收时所得黄丹(PbO)、碳酸铅可用于合成三盐基硫酸铅(组成可表示为3PbO·PbSO₄·H₂O)，其工艺流程如下：

（1）用碳酸盐作转化剂，将铅膏中的硫酸铅转化为碳酸铅，转化反应式如下：
PbSO₄(s)＋CO (aq)PbCO₃(s)＋SO₄^2-(aq)
①下列说法错误的是：___________________。
A．PbSO₄的K_sp比PbCO₃的K_sp大
B．该反应平衡时，c(CO)＝c(SO₄^2-)
C．该反应的平衡常数K＝ 
②室温时，向两份相同的PbSO₄样品中分别加入同体积、同浓度的Na₂CO₃和NaHCO₃溶液均可实现上述转化，在_________溶液中PbSO₄转化率较大，理由是_________。
（2）滤液A能用来回收Na₂SO₄·10H₂O，提取该晶体的主要步骤有____________、___________、过滤、洗涤、干燥；检验该晶体中阴离子的实验方法是______________。
（3）物质X是一种可循环使用的物质，其溶质主要是______________(填化学式)，若X中残留的SO过，循环利用时可能出现的问题是__________________。
（4）生成三盐基硫酸铅的离子方程式为____________________。
（5）向铅膏浆液中加入Na₂SO₃溶液的目的是将其中的PbO₂还原为PbO。若实验中所取铅膏的质量为47.8g，其中PbO₂的质量分数为15％，则要将PbO₂全部还原，至少需要加入__________mL的0.5 mol·L^-1 Na₂SO₃溶液。

雾霾天气严重影响人们的生活质量，其中氮氧化物和硫氧化物是造成雾霾天气的主要原因之一。消除氮氧化物和硫氧化物有多种方法。
（1）氮、氧元素非金属性较强的是      。
（2）NH₃催化还原氮氧化物(SCR)技术是目前应用最广泛的烟气氮氧化物脱除技术。反应原理如图1所示：
 
①由图1可知SCR技术中的氧化剂为             。
②用Fe做催化剂时，在氨气足量的情况下，不同c(NO₂)/c(NO)对应的脱氮率如图2所示，脱氮效果最佳的c(NO₂)/c(NO)=                。当NO₂与NO的物质的量之比为1：1时，用氨脱氮，每生成1molN₂放出的热量为QkJ，写出该反应的热化学方程式                                 。
（3）海水具有良好的吸收SO₂的能力，其吸收过程如下：
①SO₂溶于海水生成H₂SO₃，H₂SO₃最终会电离出SO₃^2－，SO₃^2－可以被海水中的溶解氧氧化为SO₄^2－。海水的pH会         （填“升高” 、“不变”或“降低”）。
②SO₂和O₂在H₂SO₄溶液中可以构成原电池，其负极反应式是                    。
（4）碲（Te）为ⅥA族元素，是当今高新技术新材料的主要成分之一。工业上可将SO₂通入TeCl₄的酸性溶液中进行“还原”得到碲，该反应的化学方程式是_________               。

铝作为材料金属在现代社会中发挥着巨大的作用，铝的化合物在工农业生产及人们的日常生活中也具有广泛地作用。
(1)若将铝溶解，下列试剂中最好选用________(填编号)。
A．浓硫酸  B．稀硫酸  C．稀硝酸
(2)工业制备金属铝利用含有杂质氧化铁和二氧化硅的铝土矿(主要成分为氧化铝)为原料，先制备Al(OH)₃。方法是先在铝土矿中加入硫酸，过滤，然后在滤液中加入过量的NaOH溶液，再过滤，在滤液中通入________(一种过量的气体)，该反应的离子方程式_______________________________________________。
(3)工业上用电解熔融Al₂O₃的方法制备金属铝，其阴极反应式为_________。
(4)我国首创以铝、空气、海水为能源的新型电池。该电池以取之不尽的海水为电解液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。这种海水电池的能量比“干电池”高20～50倍。该新型电池用于航海标志灯已研制成功，只要把灯放入海水中数秒钟，就会发出耀眼的白光。该电池的总反应为：4Al＋3O₂＋6H₂O===4Al(OH)₃。其负极材料为________，正极反应式为_________________。
(5)碱式氯化铝(分子式可表示为Al₂(OH)_nCl_(6－n)是一种新型无机混凝剂，该产品对工业污水、造纸水、印染水具有较好的净化效果。为确定碱式氯化铝分子式中的n值，可采用沉淀称量法。准确称取碱式氯化铝样品4.97 g，配制成500 mL溶液，用硝酸酸化后，然后逐滴加入过量的AgNO₃溶液。然后对沉淀进行过滤、洗涤、干燥，称取沉淀物质量为14.35 g。该碱式氯化铝中的n＝________。

减少污染、保护环境是全世界最热门的课题。
（1）为了减少空气中SO₂的排放，常采取的措施有：
①将煤转化为清洁气体燃料。
已知：H₂(g)＋1/2O₂(g)==H₂O(g) ΔH₁＝-241.8 kJ·mol^－1
C(s)＋1/2O₂(g)===CO(g)  ΔH₂＝－110.5 kJ·mol^－1
则焦炭与水蒸气反应生成CO的热化学方程式为                          。
②洗涤含SO₂的烟气。以下物质可作洗涤剂的是    （填序号）：
a．Ca(OH)₂      b．CaCl₂         c．Na₂CO₃       d．NaHSO₃
（2）CO在催化剂作用下可以与H₂反应生成甲醇：CO(g)+2H₂(g)CH₃OH(g)。在密闭容器中充有10 mol CO与20 mol H₂，CO的平衡转化率与温度、压强的关系如右图所示。

①M、N两点平衡状态下，容器中总物质的物质的量之比为：n(M)_总：n(N)_总＝　　 　　　。
②若M、N、Q三点的平衡常数K_M、K_N、K_Q的大小关系为　　     。
（3）催化硝化法和电化学降解法可用于治理水中硝酸盐的污染。
①催化硝化法中，用H₂将NO还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强。则该反应离子方程式为               。
②电化学降解NO的原理如右图所示，电源正极为    （填“a”或“b”）；若总反应为4NO₃^-+4H⁺通电5O₂↑+2N₂↑+2H₂O，则阴极反应式为                  。

A、B、C、D、E、F六种元素，其中A、B、C、D、E为短周期主族元素。它们之间的关系如下：
Ⅰ.原子半径：A < C< B < E< D  
Ⅱ.原子的最外层电子数：A=D    C=E   A + B=C
Ⅲ.原子的核外电子层数：B=C=2A 
Ⅳ.B元素的主要化合价：最高正价+最低负价=2
请回答：
（1）甲为由A、B两种元素组成的常见气体，写出其电子式            ；
（2）写出某黑色含F的磁性氧化物与E最高价氧化物对应水化物的稀溶液反应的离子方程式              。装置1经过一段时间向插入碳棒的玻璃筒内滴入酚酞溶液，可观察到碳棒附近的溶液变红，该电极反应为       。单质F发生      （填电化学腐蚀类型）

（3）向A、B、C三种元素组成的某盐稀溶液中滴加AgNO₃溶液生成白色沉淀，该反应的化学方程式为               ,已知该盐溶液常温下呈酸性，则0.1mol/L该盐溶液中离子浓度的大小顺序为            。
（4）上述元素中的五种元素可形成一种常见复盐，经检测该复盐中三种离子的个数比为2:1:2，则该复盐的化学式为          。为检验该复盐中的某种有色离子存在，请写出实验的操作步骤和现象               。

如图所示，某同学设计了一个燃料电池并探究氯碱工业原理和粗铜的精炼原理，其中乙装置中X为阳离子交换膜。请按要求回答相关问题：

(1)甲烷燃料电池负极反应式是                             ；
(2)石墨(C)极的电极反应式为                               ；
(3)若在标准状况下，有2.24 L氧气参加反应，则乙装置中铁极上生成 的气体体积为________L ，丙装置中阴极析出铜的质量为________g ；
(4)某同学利用甲烷燃料电池设计电解法制取漂白液或Fe(OH)₂的实验装置(如图所示)。

若用于制漂白液，a为电池的________极，电解质溶液最好用________；若用于制Fe(OH)₂，使用硫酸钠作电解质溶液，阳极选用________作电极。

常见的纽扣电池为AgZn电池,它用不锈钢制成一个由正极壳和负极盖组成的小圆盒,盒内靠正极壳一端填充Ag₂O和少量石墨组成的正极活性材料,负极盖一端填充ZnHg合金作负极的活性材料,电解质溶液为浓KOH溶液。写出此电池的正极和负极反应式以及电池总反应式。

下图是某化学兴趣小组探究不同条件下化学能转变为电能的装置。
请回答下列问题：

（1）当电极a为Al，电极b为Cu，电解质溶液为稀硫酸时，正极的电极反应式为：      。
（2）当电极a为Al，电极b为Mg，电解质溶液为氢氧化钠溶液时，该装置        
（填“能”或“不能”）形成原电池，若不能，请说明理由；若能，请指出正、负极材料：          。当反应中收集到标准状况下224mL气体时，消耗的电极质量为       g。
（3）燃料电池的工作原理是将燃料和氧化剂（如O₂）反应所产生的化学能直接转化为电能。现设计一燃料电池，以电极a为正极，电极b为负极，甲烷为燃料，采用氢氧化钠溶液为电解液；则甲烷应通入            极（填a或b，下同），电子从        极流出，电解质溶液中OH^－向       极移动。

选择适宜的材料和试剂设计一个原电池，以便完成下列反应： 2FeCl₃+Cu2FeCl₂+CuCl₂。画出原电池的示意图并写出电极反应。

(14分)工业上用硫碘开路循环联产氢气和硫酸的工艺流程如下图所示：

回答下列问题：
（1）在反应器中发生反应的化学方程式是______________。
（2）在膜反应器中发生反应：2HI(g)H₂(g)十I₂ △H>0。若在一定条件下密闭容器中加入l mol HI(g)，  n(H₂)随时间(t)的变化如图所示：

①该温度下，反应平衡常数K=_______，若升高温度，K值将_______
(填“增大”、“减小”或“不变?’)。
②用化学平衡原理解释使用膜反应器及时分离出H₂的目的是___________________
（3）电渗析装置如下图所示：

①结合电极反应式解释阴极区HI_x转化为HI的原理是______________________________
②该装置中发生的总反应的化学方程式是________________________
（4）上述工艺流程中循环利用的物质是_________。

(14 分)CO₂和CH₄是两种重要的温室气体，通过CH₄和CO₂反应制造更高价值化学品是目前的研究目标。
（1）250℃时，以镍合金为催化剂，向4 L密闭容器中通入6 mol CO₂、6 mol CH₄，发生如下反应：CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g)。平衡体系中各组分体积分数如下表：

物质	CH4	CO2	CO	H2
体积分数	0.1	0.1	0.4	0.4

①此温度下该反应的平衡常数K=           。
②已知：CH₄(g)＋2O₂(g)＝CO₂(g)＋2H₂O(g) △H="-890.3" kJ·mol^－1
CO(g)＋H₂O (g)＝CO₂(g)＋H₂ (g) △H="2.8" kJ·mol^－1
2CO(g)＋O₂(g)＝2CO₂(g) △H="-566.0" kJ·mol^－1
反应CO₂(g)＋CH₄(g)2CO(g)＋2H₂(g) 的△H＝              ；
③在不同温度下催化剂的催化效率与CO的生成速率如右图所示。t1～t2℃时，温度升高而CO的生成速率降低的原因是                                   ；
（∆代表CO的生成速率，■代表催化剂的催化效率）
④为了提高该反应中CH₄的转化率，可以采取的措施是                     ；
⑤若再向容器中同时充入2.0 mol CO₂、6.0 mol CH₄、4.0 molCO 和8.0 molH₂，则上述平衡向          (填“正反应”或“逆反应”)方向移动。
（2）以CO₂为原料可以合成多种物质。
①可降解二氧化碳聚合物是由CO₂加聚而成，写出其结构简式：                    ；
②以氢氧化钾水溶液作电解质进行电解，CO₂在铜电极上可转化为甲烷，该电极反应方程式为      。

请用相关知识回答下列问题：
（1）用纯净的碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳气体，实验过程测得的CO₂气体体积随时间变化如右图所示。

①________段化学反应速率最快，_______段收集的二氧化碳气体最多。
②除加入蒸馏水外，当加入下列物质中的      （填序号）时，则能够减缓上述反应的速率。
A．醋酸钠溶液   B．碳酸钙粉末  C．稀硫酸   D．浓盐酸
（2）原电池是一种能量装置。
①下列在理论上可用来设计原电池的反应是      （填序号）。
A．NaOH +HCl==NaCl+H₂O            B．2FeCl₃＋Cu=2FeCl₂＋CuCl₂
C．CuSO₄ +2NaOH== Cu(OH)₂+NaSO₄  D．C₂H₆O +3O₂==3H₂O+2CO₂
②实验室中用锌片与硫酸反应制取氢气时，向反应溶液中滴加几滴CuSO₄溶液，可以发现产生氢气速率明显加快，其原因是                                         。

（1）在室温下测得0.1mol·L^-1氨水PH=11，则该温度下氨水的电离度=__________
（2）25℃时在0.1mol·L^-1的H₂A水溶液中，用氢氧化钠来调节溶液的pH，得到其中含H₂A、HA^-、A^2-三种微粒的溶液。
①当溶液的pH=7时，c（Na⁺）=__________（填微粒间量的关系）
②当c（Na⁺）=c（A^2-）+c（HA^-）+c（H₂A）时溶液为__________溶液（填物质）。
（3）肼（N₂H₄）又称联氨，是一种可燃性的液体，可用作火箭燃料。已知在101kPa时，32.0gN₂H₄在氧气中完全燃烧生成氮气和液态水，放出热量624kJ（25℃时），N₂H₄完全燃烧反应的热化学方程式是__________。
（4）甲醇—空气燃料电池是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，该燃料电池的电池反应式为：2CH₃OH+3O₂=2CO₂+4H₂O。其工作原理示意图如下（其中a、b、c、d四个出入口表示通入或排出的物质）。

则负极的电极反应式为__________；正极的电极反应式为__________