高中化学验证原电池的效果简答题

(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_________。

随着能源与环境问题越来越被人们关注，碳一化学（C1化学）成为研究的热点。“碳一化学”即以单质碳及CO、、、等含一个碳原子的物质为原料合成工业产品的化学与工艺。
（1）将转化成有机物可有效实现碳循环。转化成有机物的例子很多，如：
a．          b．
c．      d．
在以上属于人工转化的反应中，原子利用率最高的是      （填序号）。
（2）CO可用于合成甲醇。在压强0.1MPa条件下，在体积为bL的密闭容器中充入和，在催化剂作用下合成甲醇：。平衡时CO的转化率与温度、压强的关系如图。

①该反应属于      反应（填“吸热”或“放热”）。若一个可逆反应的平衡常数值很大，对此反应的说法正确的是   （填序号）。
a．反应使用催化剂意义不大
b．该反应发生将在很短时间内完成
c．该反应达到平衡时至少有一种反应物百分含量很小
d．该反应一定是放热反应
②时，该反应的平衡常数       (用的代数式表示)。
（3）二甲醚（）被称为21世纪的新型燃料，也可替代氟利昂作制冷剂等，对臭氧层无破坏作用。工业上可利用煤的气化产物（水煤气）合成二甲醚。
①工业上利用水煤气合成二甲醚的三步反应如下：
a．    
b． 
c．
总反应：的           。
②对于反应b，在温度和容积不变的条件下，能说明该反应已达到平衡状态的是    （填字母）。
a．
b．容器内压强保持不变
c．的浓度保持不变
d．的消耗速率与的消耗速率之比为
（4）以KOH溶液为电解质，用二甲醚-空气组成燃料，其中负极的电极反应式为      。
（5）C1化合物在治理汽车尾气方面也大有可为，如CO、等在一定条件下均可以与氮氧化物生成无污染的物质。写出CO与氮氧化物（NO）在有催化剂的条件下反应的化学方程式                         
                                         。

燃料电池具有高的发电效率，因而受到重视。
（1）可用 Li₂CO₃和 Na₂CO₃的熔融盐混合物作电解质，CO 为负极燃气，空气与 CO₂的混合气 为正极助燃气，制得在 650℃下工作的燃料电池，完成有关的电池反应式：负极反应2CO+2CO₃^2-－4e－＝4CO₂，正极反应式_                                   
（2）某甲烷一氧气燃料电池的结构如图所示，该电池的两个电极均由多 孔碳制成，以 KOH 溶液为电解质溶液，气体由多孔碳隙逸出并在电极表 面放电，反应后溶液中 K₂CO₃增 多。写出该电 池的负极反应式                             

 

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。

(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      。

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)
（1）判断反应达到平衡状态的依据是（填字母序号）__________

A．生成CH3OH的速率与消耗CO的速率相等	B．混合气体的密度不变
C．混合气体的相对平均分子质量不变	D．CH3OH、CO、H2的浓度都不再发生变化

（2）下表所列数据是反应在不同温度下的化学平衡常数（K）

温度	250℃	300℃	350℃
K	2.041	0.270	0.012

 
①该反应化学平衡常数表达式K=                          
②由表中数据判断该反应的△H__________0（填“>”、“=”或“<”）；
③某温度下，将2molCO和6mol H₂充入2L的密闭容器中，充分反应后，达到平衡时测得C(CO)=0.2mol·L^-1，此时的温度为__________
（3）25℃101KPa下，1g液态甲醇完全燃烧生成CO₂和液态水时放出热量22.68kJ，表示甲醇燃烧热的热化学方程式为                                   
（4）据报道，最近摩托罗拉公司研发了一种由甲醇和氧气以及强碱做电解质溶液的新型手机电池，电量可达现在使用的镍氢电池或锂电池的十倍，该电池工作时负极电极反应式为                  。若反应时消耗16g甲醇所产生的电能电解足量的CuSO₄溶液，则将产生标准状况下的O₂________升

I．KNO₃俗名硝石，是一种重要的化工原料，在农业上用途十分广泛，下面是一种KNO₃制备方法的主要步骤：

（1）反应Ⅰ中，CaSO₄与NH₄HCO₃的物质的量之比为1︰2，该反应的化学方程式为             。
（2）反应Ⅱ需在干态、加热的条件下进行，加热的目的是        ；从反应Ⅳ所得混合物中分离出CaSO₄的方法是             （填“趁热过滤”、“冷却过滤”）。
（3）检验反应Ⅱ所得K₂SO₄中是否混有KCl的方法是：取少量K₂SO₄样品溶解于水，     。
（4）整个流程中，可循环利用的物质除(NH₄)₂SO₄外，还有    （填化学式）。
（5）将硝酸与浓KCl溶液混合，也可得到KNO₃，同时生成等体积的气体A和气体B。B是三原子分子，B与O₂反应生成1体积黄绿色气体A和2体积红棕色气体C。B的分子式为    。
II．（1）工业上可采用电化学的方法获得N₂H₄，装置如右图所示，则通入氧气的 一极为       （填“正极”、“负极”），NH₃反应的电极反应式为         。

（2）肼（N₂H₄）可以在纯氧中燃烧生成氮气和水，为了充分利用其能量， 有人设计了原电池装置，电极材料是多孔石墨电极，电解质为能够传导H⁺的固体电解质，请写出负极反应式                  。

A、B、C、D、E、F是中学化学中常见的六种短周期元素，有关位置及信息如下：A的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应生成离子化合物；C单质一般保存在煤油中；F的最高价氧化物对应的水化物既能与酸反应又能与碱反应，G单质是日常生活中用量最大的金属，易被腐蚀或损坏。请回答下列问题：

（1）A元素的氢化物水溶液能使酚酞变红的原因用电离方程式解释为            。
（2）同温同压下，将a L A氢化物的气体和b L D的氢化物气体通入水中，若所得溶液的pH=7，则a    b(填“>"或“<”或“=”)
（3）常温下，相同浓度F、G简单离子的溶液中滴加NaOH溶液，F、G两元素先后沉淀，F (OH)_n完全沉淀的pH是4.7，G (OH)_n完全沉淀的pH是2.8，则k_sp较大的是：              （填化学式）
（4）A与B可组成质量比为7:16的三原子分子，该分子释放在空气中其化学作用可能引发的后果有：                。
①酸雨          ②温室效应     ③光化学烟雾    ④臭氧层破坏
（5）A和C组成的一种离子化合物，能与水反应生成两种碱，该反应的化学方程式是        。
（6）已知一定量的E单质能在B₂ (g)中燃烧，其可能的产物及能量关系如下左图所示：请写出一定条件下EB₂(g) 与E（s）反应生成EB(g)的热化学方程式          。
            
（7）若在D与G组成的某种化合物的溶液甲中，加入铜片，溶液会慢慢变为蓝色，依据产生该现象的反应原理，所设计的原电池如上右图所示，其反应中正极反应式为                 。

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）。

A、B、C、D、E、F是中学化学中常见的六种短周期元素，有关位置及信息如下：A的最高价氧化物对应的水化物与其氢化物反应生成离子化合物；C单质一般保存在煤油中；F的最高价氧化物对应的水化物既能与酸反应又能与碱反应，G单质是日常生活中用量最大的金属，易被腐蚀或损坏。请回答下列问题：

（1）A元素的氢化物水溶液能使酚酞变红的原因用电离方程式解释为            。
（2）同温同压下，将a L A氢化物的气体和b L D的氢化物气体通入水中，若所得溶液的pH=7，则a    b(填“>"或“<”或“=”)
（3）常温下，相同浓度F、G简单离子的溶液中滴加NaOH溶液，F、G两元素先后沉淀，F (OH)_n完全沉淀的pH是4.7，G (OH)_n完全沉淀的pH是2.8，则k_sp较大的是：              （填化学式）
（4）A与B可组成质量比为7:16的三原子分子，该分子释放在空气中其化学作用可能引发的后果有：                。
①酸雨          ②温室效应     ③光化学烟雾    ④臭氧层破坏
（5）A和C组成的一种离子化合物，能与水反应生成两种碱，该反应的化学方程式是        。
（6）已知一定量的E单质能在B₂ (g)中燃烧，其可能的产物及能量关系如下左图所示：请写出一定条件下EB₂(g) 与E（s）反应生成EB(g)的热化学方程式          。
            
（7）若在D与G组成的某种化合物的溶液甲中，加入铜片，溶液会慢慢变为蓝色，依据产生该现象的反应原理，所设计的原电池如上右图所示，其反应中正极反应式为                 。

Ⅰ.（1）一定条件下Fe(OH)₃与KClO在KOH溶液中反应可制得K₂FeO₄，该反应的化学方程式为                                    ；
生成0.1molK₂FeO₄转移的电子的物质的量       mol。
（2）高铁电池是一种新型二次电池，电解液为碱溶液，其反应式为：
3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O 3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH
放电时电池的负极反应式为           。充电时电解液的pH       （填“增大”“不变”或“减小”）。
Ⅱ.NH₄Al(SO₄)₂是食品加工中最为快捷的食品添加剂，用于焙烤食品中；NH₄HSO₄在分析试剂、医药、电子工业中用途广泛。请回答下列问题：

（1）相同条件下，0.1 mol·L^－1NH₄Al(SO₄)₂中c(NH)     （填“等于”、“大于”或“小于”）0.1 mol·L^－1NH₄HSO₄中c(NH)。
（2）如图1是0.1 mol·L^－1电解质溶液的pH随温度变化的图像。
①其中符合0.1 mol·L^－1NH₄Al(SO₄)₂的pH随温度变化的曲线是        （填写字母）；
②20℃时，0.1 mol·L^－1NH₄Al(SO₄)₂中2c(SO)－c(NH)－3c(Al^3＋)＝           mol·L^－1。
（3）室温时，向100 mL 0.1 mol·L^－1NH₄HSO₄溶液中滴加0.1 mol·L^－1NaOH溶液，得到的溶液pH与NaOH溶液体积的关系曲线如图2所示。试分析图中a、b、c、d四个点，水的电离程度最大的是      ；在b点，溶液中各离子浓度由大到小的排列顺序是                  。
（4）已知Al(OH)₃为难溶物（常温下，K_sp[Al(OH)₃]＝2.0×10^－33）。当溶液pH=5时，某溶液中的
Al³⁺    （填“能”或“不能”）完全沉淀（溶液中的离子浓度小于1×10^－5 mol·L^－1时，沉淀完全）。

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。