高中化学验证原电池的效果简答题

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）。

欲降低废水中重金属元素铬的毒性，可将Cr₂O₇^2-转化为Cr(OH)₃沉淀除去。三种金属离子生成沉淀的pH如右表。

	开始沉淀的pH	完全沉淀的pH
Fe(OH)2	7.0	9.0
Fe(OH)3	1.9	3.2
Cr(OH)3	6.0	8.0

（1）某含铬废水处理的主要流程如下图所示：

①初沉池中加入明矾作沉降剂，其作用的原理是（用离子方程式表示）           。
②请补充并配平以下反应池中发生主要反应的离子方程式：
  Cr₂O₇^2-+  HSO₃^-+    ==   Cr³⁺+   SO₄^2-+    H₂O。
③根据“沉淀法”和“中和法”的原理，向沉淀池中加入NaOH溶液，此过程中发生主要反应的离子方程式是：H⁺+OH^-＝H₂O和   ____________________________          。证明Cr³⁺沉淀完全的方法是                                                   。
（2）工业可用电解法来处理含Cr₂O₇^2-废水。实验室利用如右下图模拟处理含Cr₂O₇^2-的废水，阳极反应是Fe-2e^-＝Fe²⁺，阴极反应式是2H⁺+2e^-＝H₂↑。

①Fe²⁺与酸性溶液中的Cr₂O₇^2-反应的离子方程式是                             ；
②上述反应得到的金属阳离子在阴极区可沉淀完全，从其对水的电离平衡角度解释其原因     。
③若溶液中含有0.01mol Cr₂O₇^2-，则阳离子全部生成沉淀的物质的量是_______mol。

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                  。

短周期元素X、Y、Z、W在周期表中的位置如图所示，其中W的氧化物是酸雨形成的主要物质。

（1） 写出W的原子结构示意图：               。
（2） 将足量X的最高价氧化物通入含Y元素的阴离子溶液中。反应的离子方程式为               。
（3） 已知:①X(s) + O₂(g) ＝XO₂(g)　             ΔH＝－393.5 kJ·mol^－1
②H₂(g) + 1/2 O₂(g) ＝H₂O(g)　　         ΔH＝－242.0 kJ·mol^－1
③XH₄(g) + 2O₂(g) ＝XO₂(g) + 2H₂O(g)      ΔH＝－802.0 kJ·mol^－1
则XH₄气体分解成氢气和X固体的热化学方程式为　        　　。
（4） ZO是由单质X和ZO₂反应制取单质Z的中间产物。隔绝空气时，ZO与NaOH溶液反应(产物含有一种固体单质和一种钠盐)的化学方程式为_______________。
（5） 利用原电池原理，可用W的一种氧化物、O₂和H₂O来制备W的最高价氧化物对应水化物。写出该电池负极反应式：___________。
（6） 将W的气态氢化物通入一定量的NaOH溶液中，在所得溶液中逐滴加入稀盐酸至过量，生成气体与HCl的物质的量的关系如图所示(忽略气体的溶解和HCl的挥发)。

①O点溶液中所含溶质的化学式为____________。
②a点溶液中，c(Na⁺): c(Cl^－)= _______________。

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。

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                                         。

从能量的变化和反应的快慢等角度研究反应：。
（1）为了加快正反应速率，可以采取的措施有________（填序号，下同）。

A．使用催化剂	B．提高氧气的浓度
C．提高反应的温度	D．降低反应的温度

（2）已知该反应为放热反应，下图能正确表示该反应中能量变化的是________。

（3）从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。已知：化学键的键能：  

化学键	H—H	O＝O	H—O
键能	436	496	463

由此计算2molH₂在氧气中燃烧生成气态水放出的热量               
（4）已知1克氢气完全燃烧生成液态水放出QKJ的热量，则氢气燃烧生成液态水的热化学反应方程式为                            
（5）氢氧燃料电池的总反应方程式为。其中，氢气在________（填“正”或“负”）极发生________反应（填“氧化”或“还原”）。电路中每转移0．2mol电子，标准状况下消耗H₂的体积是________L。

某化学兴趣小组的同学为了探究铝电极在电池中的作用,设计并进行了以下一系列实验,实验结果记录如下:

编号	电极材料	电解质溶液	电流计指针偏转方向
1	Mg、Al	稀盐酸	偏向Al
2	Al、Cu	稀盐酸	偏向Cu
3	Al、C(石墨)	稀盐酸	偏向石墨
4	Mg、Al	氢氧化钠溶液	偏向Mg
5	Al、Zn	浓硝酸	偏向Al

试根据表中的实验现象回答下列问题:
（1）实验1和2中Al所作的电极(正极或负极)         (填“相同”或“不相同”)。
（2）实验3中负极反应式：　               ；总反应的离子方程式： 　                           。
（3）实验4中铝作　　　　极，电极反应式：　                           。
（4）解释实验5中电流计指针偏向铝的原因                            。

A、J是日常生活中常见的两种金属，这两种金属和NaOH组成原电池，A作负极；F常温下是气体单质，各物质有以下的转化关系（部分产物及条件略去）。

请回答以下问题：
（1）写出该原电池的总反应方程式_____________________。
（2）写出②的化学方程_________________。
（3）常温时pH=12的C溶液中，溶质的阳离子与溶质的阴离子浓度之差为          。（写出计算式）
（4）若③中J的氧化物为磁性氧化物，且每生成1mol J放出Q kJ的热量，请写出A→J反应的热化学方程式                          。

某课外活动小组同学用如图装置进行实验,试回答下列问题。

（1）若开始时开关K与b连接，则B极的电极反应式为          ,总反应的离子方程式为          ，有关上述实验,下列说法正确的是（填序号）      。
①溶液中Na⁺向A极移动
②从A极处逸出的气体能使湿润KI淀粉试纸变蓝
③反应一段时间后加适量盐酸可恢复到电解前电解质的浓度
④若标准状况下B极产生2.24 L气体,则溶液中转移0.2 mol电子
（2）上述实验反应一小段时间后，再把开关K与a连接,则B极的电极反应式为        。
（3）该小组同学认为如果模拟工业上离子交换膜法制烧碱的方法,则可以设想用如下图装置电解硫酸钾溶液来制取氢气、氧气、硫酸和氢氧化钾。

①该电解槽的阳极反应式为     。此时通过阴离子交换膜的离子数     （填”大于”或”小于”或”等于”）通过阳离子交换膜的离子数。
②制得的氢氧化钾溶液从出口      （填写“A”、“B”、“C”、“D”）导出。
③通电开始后,阴极附近溶液pH会增大,请简述原因                。
④若将制得的氢气、氧气和氢氧化钾溶液组合为氢氧燃料电池,则电池正极的电极反应式为                   。
⑤燃料电池所用燃料可以是氢气,也可以是其他燃料,如甲醇、肼等。液态肼（分子式N₂H₄)可以在氟气中燃烧生成氮气和氟化氢。利用肼、氟气与KOH溶液组成碱性燃料电池,请写出该电池负极的电极反应式         。

(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

分1923年以前，甲醇一般是用木材或其废料的分解蒸馏来生产的。现在工业上合成甲醇几乎全部采用一氧化碳或二氧化碳加压催化加氢的方法，工艺过程包括造气、合成净化、甲醇合成和粗甲醇精馏等工序。
已知甲醇制备的有关化学反应以及在不同温度下的化学反应平衡常数如下表所示：

（1）反应②是____________(填“吸热”或“放热”)反应。
（2）某温度下反应①中H₂的平衡转化率(a)与体系总压强(P)的关系如下图所示。则平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)_____K(B)(填“＞”、“＜”或“＝”)。

据反应①与②可推导出K₁、K₂与K₃之间的关系，则K₃＝_________(用K₁、K₂表示
（3）在3L容积可变的密闭容器中发生反应②，已知c(CO)与反应时间t变化曲线Ⅰ如下图所示，若在t₀时刻分别改变一个条件，则曲线Ⅰ可变为曲线Ⅱ和曲线Ⅲ。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ时，改变的条件是_____________。当曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，改变的条件是________。

（4）甲醇燃料电池有着广泛的用途，若采用铂为电极材料，两极上分别通入甲醇和氧气，
以氢氧化钾溶液为电解质溶液，则该碱性燃料电池的负极反应式是_________________；
（5）一定条件下甲醇与一氧化碳反应可以合成醋酸。通常状况下，将a mol／L的醋酸与b mol／L Ba(OH)₂溶液等体积混合，反应平衡时，2c(Ba^2＋)=c(CH₃COO^－)，用含a和b的代数式表示该混合溶液中醋酸的电离常数为_____________。

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_________               。

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。

甲醇燃料分为甲醇汽油和甲醇柴油。工业上合成甲醇的方法很多。
（1）一定条件下发生反应：
①CO₂（g）+3H₂（g）＝CH₃OH（g）+H₂O（g） △H₁    
②2CO（g）+O₂（g） ＝2CO₂（g）              △H₂
③2H₂（g）+O₂（g）＝2H₂O（g）                   △H₃
则CO（g） + 2H₂（g） CH₃OH（g）　△H＝              。
（2）在容积为2L的密闭容器中进行反应： CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g） ，其他条件不变，在300℃和500℃时，物质的量n（CH₃OH）与反应时间t的变化曲线如图所示。该反应的△H       0（填>、<或=）。

（3）若要提高甲醇的产率，可采取的措施有____________（填字母）。

A．缩小容器体积

B．降低温度

C．升高温度

D．使用合适的催化剂

E．将甲醇从混合体系中分离出来
（4）CH₄和H₂O在催化剂表面发生反应CH₄+H₂OCO+3H₂，T℃时，向1 L密闭容器中投入1 mol CH₄和1 mol H₂O（g），5小时后测得反应体系达到平衡状态，此时CH₄的转化率为50% ，计算该温度下的平衡常数       （结果保留小数点后两位数字）。
（5）以甲醇为燃料的新型电池，其成本大大低于以氢为燃料的传统燃料电池，目前得到广泛的研究，如图是目前研究较多的一类固体氧化物燃料电池工作原理示意图。回答下列问题：

①B极的电极反应式为                  。
②若用该燃料电池做电源，用石墨做电极电解硫酸铜溶液，当电路中转移1mole^-时，实际上消耗的甲醇的质量比理论上大，可能原因是                  。
（6）25℃时，草酸钙的K_sp=4.0×10^-8,碳酸钙的K_sp=2.5×10^-9。向20ml碳酸钙的饱和溶液中逐滴加入8.0×10^-4 mol·L^-1的草酸钾溶液20ml，能否产生沉淀            （填“能”或“否”）。