高中化学验证原电池的效果简答题

钒是一种重要的合金元素，还用于催化剂和新型电池。从含钒固体废弃物（含有SiO₂、Al₂O₃及其他残渣）中提取钒的一种新工艺主要流程如下：

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：

物质	V2O5	NH4VO3	VOSO4	(VO2)2SO4
溶解性	难溶	难溶	可溶	易溶

部分含钒化合物在水中的溶解性如下表：
请回答下列问题：
（1）反应①所得溶液中除H⁺之外的阳离子有___________。
（2）反应②碱浸后滤出的固体主要成分是        （写化学式）。
（3）反应④的离子方程式为                    。
（4）25℃、101 kPa时，4Al(s)＋3O₂(g)==2Al₂O₃(s)  ΔH₁＝-a kJ/mol
4V(s)＋5O₂(g)==2V₂O₅(s)   ΔH₂＝-b kJ/mol
用V₂O₅发生铝热反应冶炼金属钒的热化学方程式是         。
（5）钒液流电池（如图所示）具有广阔的应用领域和市场前景，该电池中隔膜只允许H⁺通过。电池放电时负极的电极反应式为      ，电池充电时阳极的电极反应式是    。

（6）用硫酸酸化的H₂C₂O₄溶液滴定(VO₂)₂SO₄溶液，以测定反应①后溶液中的含钒量，反应的离子方程式为：2VO₂⁺＋H₂C₂O₄＋2H⁺===2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25.00 mL 0.1000 mol/L H₂C₂O₄标准溶液于锥形瓶中，加入指示剂，将待测液盛放在滴定管中，滴定到终点时消耗待测液24.0 mL，由此可知，该(VO₂)₂SO₄溶液中钒的含量为      g/L。

某种锂离子电池的正极材料是将含有钴酸锂（LiCoO₂）的正极粉均匀涂覆在铝箔上制成的，可以再生利用。某校研究小组尝试回收废旧正极材料中的钴。

（1）25℃时，用图1所示装置进行电解，有一定量的钴以Co²⁺的形式从正极粉中浸出，且两极均有气泡产生，一段时间后正极粉与铝箔剥离。
①阴极的电极反应式为：LiCoO₂ + 4H⁺ + e^- ="==" Li⁺ + Co²⁺ + 2H₂O 、         。
阳极的电极反应式为         。
②该研究小组发现硫酸浓度对钴的浸出率有较大影响，一定条件下，测得其变化曲线如图2所示。当c(H₂SO₄) > 0.4 mol·L^-1时，钴的浸出率下降，其原因可能为         。
（2）电解完成后得到含Co²⁺的浸出液，且有少量正极粉沉积在电解槽底部。用以下步骤继续回收钴。

①写出“酸浸”过程中正极粉发生反应的化学方程式         。该步骤一般在80℃以下进行，温度不能太高的原因是         。
②已知(NH₄)₂C₂O₄溶液呈弱酸性，下列关系中正确的是         （填字母序号）。
a.c (NH₄⁺)> c(C₂O₄^2-)>c (H⁺)>c (OH^-)
b.c (H⁺) +c (NH₄⁺) ="c" (OH^-) + c(HC₂O₄^-)+c(C₂O₄^2-)
c.c (NH₄⁺)+ c (NH₃•H₂O) = 2[c(C₂O₄^2-) + c(HC₂O₄^-) + c(H₂C₂O₄)]
（3）已知所用锂离子电池的正极材料为x g，其中LiCoO₂（M =" 98" g·mol^-1）的质量分数为a%，则回收后得到CoC₂O₄•2H₂O （M =" 183" g·mol^-1）的质量不高于         g。

氯化亚铜（CuCl）是一种白色固体，微溶于水，不溶于酒精。研究该物质的应用新领域、生产新方法及生产过程中的环保新措施都具有重要意义。
（1）镁—氯化亚铜海水电池，可用于鱼雷上。该电池被海水激活时，正极导电能力增强，同时产生气泡，则正极上被还原的物质有      、      （填化学式）。
（2）工业上以铜作催化剂，氯代甲烷和硅粉反应合成甲基氯硅烷的过程中产生大量废渣（主要成分为硅粉、铜、碳等）。某课外小组以该废渣为原料制CuCl，流程示意图如下：

回答下列问题：
①氯代甲烷有4种，其中属于重要工业溶剂的是            （写出化学式）。
②“还原”阶段，SO₃^2－将Cu^2＋还原得[CuCl₂]^－，完成下列离子方程式。
Cu^2＋+Cl^－+SO₃^2－+     ＝[CuCl₂]^－+     +    
③在稀释过程中存在下列两个平衡：
ⅰ.[CuCl₂]^－CuCl＋Cl^－    K＝2.32
ⅱ.CuCl(s)Cu⁺(aq)＋Cl^－   K_sp＝1.2×10^－6
当[CuCl₂]^－完成转化时（c([CuCl₂]^－)≤1.0×10^－5 mol·L^－1），溶液中c(Cu^＋)≥    。
④获得CuCl晶体需经过滤、洗涤、干燥。洗涤时，常用无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂的优点是     （写一点）。
（3）工业生产CuCl过程中产生浓度为2～3 g·L^－1的含铜废水，对人及环境都有较大的危害，必须进行回收利用。用萃取法富集废水中的铜，过程如下：

①实验室完成步骤ⅰ时，依次在分液漏斗中加入曝气后的废水和有机萃取剂，经振荡并        后，置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先        ，然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
②写出步骤ⅱ的离子方程式：                。

氮氧化合物是大气污染的重要因素。
（1）汽车排放的尾气中含NO，生成NO的反应的化学方程式为     。
（2）采取还原法，用炭粉可将氮氧化物还原。
已知： N₂(g)＋O₂(g)=2NO(g)        ΔH＝＋180.6 kJ·mol^－1
C(s)＋O₂(g)=CO₂(g)         ΔH＝－393.5 kJ·mol^－1
则反应 C(s)＋2NO(g)=CO₂(g)＋N₂(g)  ΔH＝________kJ·mol^－1。
（3）将NO₂变成无害的N₂要找到适合的物质G与适当的反应条件，G应为  （填写“氧化剂”或“还原剂”）。下式中X必须为无污染的物质，系数n可以为0。
NO₂ + G  N₂ + H₂O + nX（未配平的反应式）。
下列化合物中，满足上述反应式中的G是   （填写字母）。
a．NH₃         b．CO₂         c．SO₂         d．CH₃CH₂OH
（4）治理水中硝酸盐污染的方法是：
①催化反硝化法中，用H₂将NO₃^-还原为N₂，一段时间后，溶液的碱性明显增强。则反应的离子方程式为：     。
②在酸性条件下，电化学降解NO₃^-的原理如下图，电源正极为：  （选填“A”或“B”），阴极反应式为：      。

运用化学反应原理研究碳、氮、硫、氯等单质及其化合物的反应，对生产、生活、环境保护等领域有着重要的意义。
（1）下列措施中，不利于环境保护的有        （填编号）。
a.大量开采使用化石燃料
b.使用无氟冰箱、空调
c.多步行多乘公交车，少用专车和私家车
d.将工业“废气”、“废液”、“废渣”直接排放
（2）工业上的“脱碳”指的是从“脱硝”、“脱硫”后的烟气用碱液吸收并得到浓缩的二氧化碳。利用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。
①写出吸收二氧化碳的离子方程式                      。
②常温下，0.1mol/LNaHCO₃溶液的pH＞8，则溶液中c(H₂CO₃) _______c(CO₃^2－) （填“＞”、“＜”或“＝”）。
③合成的甲醇可以做为新型燃料电池的原料，若电解液是碱性的，则其负极的电极反应式为       。
（3）二氧化氯（ClO₂），为一种黄绿色气体，是公认的高效、广谱安全的杀菌消毒剂。工业上制备ClO₂的反应原理为：4HC1(浓)+2NaClO₃＝2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl。上述反应中，产生1 mol ClO₂，则被氧化的HC1为        。
（4）SO₂溶于水可以得到二元弱酸H₂SO₃（亚硫酸）。
①25℃时，将NaOH深液与亚硫酸混合至恰好中和，则混合液中各种离子浓度的大小关系为         。
②25℃时，当NaOH溶液与H₂SO₃等物质的量混合时，发现混合液pH＜7，请你简要解释其原因     。

硫及其化合物在自然界中广泛存在，运用相关
原理回答下列问题：
（1）如图表示一定温度下，向体积为10L的密闭容器中充入1molO₂和一定量的SO₂后，SO₂和SO₃(g)的浓度随时间变化的情况。
①该温度下，从反应开始至平衡时氧气的平均反应速率是      ；
②该温度下，反应2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)的平衡常数为              。
（2）以黄铜矿（主要成分CuFeS₂）为原料，经焙烧、熔炼等使铁元素及其他有关杂质进入炉渣，将铜元素还原为铜。发生的主要反应为：
2Cu₂S(s)+3O₂(g) = 2Cu₂O(s)+2SO₂(g) △H ="-768.2" kJ·mol^－1
2Cu₂O(s)+ Cu₂S (s) = 6Cu(s)+SO₂(g) △H ="+116.0" kJ·mol^－1
①“焙烧”时，通入少量空气使黄铜矿部分脱硫生成焙砂（主要成分是Cu₂S和FeS，其物质的量比为1:2）和SO₂，该反应的化学方程式为：              。
②在熔炼中，Cu₂S与等物质的量的O₂反应生成Cu的热化学方程式为：      。

（3）用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义，将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。
如图，是电解产生多硫化物的实验装置：
①已知阳极的反应为：(x+1)S^2－=S_xS^2－+2xe^－，则阴极的电极反应式是：                  。
当反应转移xmol电子时，产生的气体体积为        （标准状况下）。
②将Na₂S·9H₂O溶于水中配制硫化物溶液时，通常是在氮气气氛下溶解。其原因是（用离子反应方程式表示）：             。

SO₂、NO、NO₂、CO都是污染大气的有害气体，对其进行回收利用是节能减排的重要课题。
（1）上述四种气体中直接排入空气时会引起酸雨的有__________（填化学式）。
（2）已知：2SO₂(g)+ O₂(g)=2SO₃(g)；△H=－196.6kJ/mol
O₂(g)+2NO(g)=2NO₂(g)；△H=－113.0kJ/mol
①反应：NO₂(g) +SO₂(g)= SO₃(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。
②一定条件下，将NO₂和SO₂以体积比1：1置于恒温恒容的密闭容器中发生反应： NO₂(g) +SO₂(g)SO₃(g) +NO(g)，
下列不能说明反应达到平衡状态的是_____（填字母）。
a．体系压强保持不变
b．混合气体的颜色保持不变
c．NO的物质的量保持不变
d．每生成1molSO₃的同时消耗1molNO₂
（3）CO可用于合成甲醇，其反应的化学方程式为CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H₂，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如图所示。

①上述合成甲醇的反应为______（填“放热”或“吸热”）反应。
②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为___________。
③若达到平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积为_____L。
（4）某研究小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^-向______（填“a”或“b”）极移动。
②电池工作一段时间后，测得溶液的pH减小，则该电池总反应的离子方程式为__________________。

硼及其化合物在耐髙温合金工业、催化剂制造、髙能燃料等方面应用广泛。
（1）氮化硼是一种耐高温材料，巳知相关反应的热化学方程式如下：
2B(s)+N₂(g)= 2BN(s) ΔH="a" kJ • mol^-1
B₂H₆ (g)=2B(s) + 3H₂ (g) ΔH =b kJ • mol^-1
N₂ (g) + 3H₂ (g) 2NH₃ (g)    ΔH ="c" kJ• mol^-1
①反应B₂H₆(g)+2NH₃(g)=2BN(s)+6H₂(g)  ΔH =           (用含a、b、c的代数式表示)kJ ·mol^-1。
②B₂H₆是一种髙能燃料，写出其与Cl₂反应生成两种氯化物的化学方程式：                  。
（2）硼的一些化合物的独特性质日益受到人们的关注。
①最近美国化学家杰西·萨巴蒂尼发现由碳化硼制作的绿色焰火比传统焰火（硝酸钡）更安全，碳化硼中硼的质量分数为78. 6%，则碳化硼的化学式为                               。
②近年来人们将LiBH₄和LiNH₂球磨化合可形成新的化合物Li₃BN₂H₈和Li₄BN₃ H₁₀，Li₃BN₂H₈球磨是按物质的量之比n(LiNH₂) : n(LiBH₄) =" 2" : 1加热球磨形成的，反应过程中的X衍射图谱如图所示。

Li₃BN₂H₈在大于250℃时分解的化学方程式为                                        ，Li₃BN₂H₈与Li₄BN₃H₁₀的物质的量相同时，充分分解，放出等量的H₂，Li₄BN₃ H₁₀分解时还会产生固体Li₂NH和另一种气体，该气体是      。
（3）直接硼氢化物燃料电池的原理如图，负极的电极反应式为                               。电池总反应的离子方程式为                                               。