高中化学验证原电池的效果试题

美国斯坦福大学研究人员最近发明一种“水”电池，这种电池能利用淡水与海水之间含盐量的差别进行发电。海水中的“水”电池总反应可表示为：5MnO₂ + 2Ag + 2NaCl＝Na₂Mn₅O₁₀ + 2AgCl
（1）写出负极电极反应式               。
（2）当生1 mol Na₂Mn₅O₁₀时，转移电子的数目是       。
用上述电池电解尿素[CO(NH₂)₂]的碱性溶液制合成氨的装置如图（隔膜仅阻止气体通过，阴、阳极均为惰性电极）。

（3）写出A电极的名称            。
（4）写出电解时阳极的电极反应式                   。
（5）已知电解排出液中n(OH^－)/n(CO₃^2－) =1，则起始时进入电解池中的原料配比n(KOH)/n[CO(NH₂)₂]是          。

(14分)请回答下列问题：
（1）下表列出了一些化学键的键能E：

化学键	H—H	O===O	O—H
E/kJ·mol^－1	436	x	463

反应H₂(g)＋O₂(g)===H₂O(g) ΔH＝－241.8 kJ·mol^－1，则x＝__________。
（2）铅蓄电池是正极板上覆盖有PbO₂，负极板上覆盖有Pb，电解质溶液是H₂SO₄溶液，电池放电时的总反应：Pb+PbO₂+2H₂SO₄=2PbSO₄+2H₂O。
请写出充电时阴极的电极反应式：
（3）反应m A＋n Bp C，在某温度下达到平衡。

①若A、B、C都是气体，减压后正反应速率小于逆反应速率，则m、n、p的关系是_______。
②若C为气体，且m + n = p，在加压时化学平衡发生移动，则平衡必定向_______方向移动。
③若再升高温度，平衡向逆向移动，则正反应为       反应（填“吸热”或“放热”）
（4）依据氧化还原反应Zn(s)＋Cu^2＋(aq)===Zn^2＋(aq)＋Cu(s)设计的原电池如图所示。

①请在图中标出电极材料及电解质溶液（写化学式）
②盐桥中的Cl^－向________极移动（填“左”或“右”）。

(15分)化学反应原理在工业生产中具有十分重要的意义。
（1）工业生产可以用NH₃(g)与CO₂(g)经两步反应生成尿素，两步反应的能量变化示意图如下：

则NH₃(g)与CO₂(g)反应生成尿素的热化学方程式为_______________。
（2）已知反应Fe(s)＋CO₂(g） FeO(s)＋CO(g）ΔH＝a kJ·mol^－1。测得在不同温度下，该反应的平衡常数K随温度的变化如下：

温度(℃)	500	700	900
K	1.00	1.47	2.40

①该反应的化学平衡常数K的表达式为        ，a________0(填“>”、“<”或“＝”)。在500 ℃  2 L密闭容器中进行反应，Fe和CO₂的起始量均为4 mol，则5 min后达到平衡时CO₂的转化率为________，生成CO的平均速率v(CO)为_______________。
②700 ℃反应达到平衡后，要使反应速率增大且平衡向右移动， 可采取的措施有              。
（3）利用CO与H₂可直接合成甲醇，下图是由“甲醇-空气”形成的绿色燃料电池的工作原理示意图，写出以石墨为电极的电池工作时负极的电极反应式               ，利用该电池电解1L 0．5mol/L的CuSO₄溶液，当消耗560mLO₂（标准状况下）时，电解后溶液的pH＝（溶液电解前后体积的变化忽略不计）。

工业合成氨与制备硝酸一般可连续生产，流程如图所示：

（1）工业生产时，制取氢气的一个反应为：CO+H₂O（g）CO₂+H₂ T℃时，往1L密闭容器中充入0.2mol CO和0.3mol水蒸气。反应建立平衡后，体系中c(H₂)=0.12mol·L^－1。该温度下此反应的平衡常数K=_____（填计算结果）。
（2）合成塔中发生反应N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g）；△H<0。下表为不同温度下该反应的平衡常数。由此可推知，表中T₁____300℃（填“>”、“<”或“=”）。

（3）N₂和H₂以铁作催化剂从145℃就开始反应，不同温度下NH₃的产率如右图所示。温度高于900℃时，NH₃产率下降的原因是          。

（4）硝酸厂的尾气直接排放将污染空气，目前科学家探索利用燃料气体中的甲烷等将氮氧化物还原为氮气和水，其反应机理为：
CH₄（g）+4NO₂（g）＝4NO（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）； △H=－574kJ·mol^－1；
CH₄（g）+4NO（g）＝2N₂（g）+CO₂（g）+2H₂O（g）；    △H=－1160kJ·mol^－1
则甲烷直接将NO₂还原为N₂的热化学方程式为：           。
（5）氨气在纯氧中燃烧，生成一种单质和水。科学家利用此原理，设计成氨气-氧气燃料电池，则通入氨气的电极碱性条件下发生反应的电极反应式为           。

化学反应与能量密不可分，回答下列问题。
（1）已知31g白磷变为31g红磷时释放能量。试回答：
①上述变化属于____化学（填“物理”或“化学”）变化。
②31g白磷的能量_____（“>”或“<”）31g红磷的能量。
（2）A、B、C三个烧杯中分别盛有200mL相同物质的量浓度的稀硫酸：

①分别写出B、C装置中铁片表面发生反应的电极反应式：
B______________________，C____________________。
②一段时间后，C中产生3.36L（标准状况下）气体时，硫酸恰好消耗完。此时，三个烧杯中液体质量由大到小的顺序为________（填字母），稀硫酸的物质的量浓度为________mol/L。

Ⅰ．下面的虚线框中每一列、每一行相当于周期表的每一族和每一周期，但它的列数和行数都多于元素周期表。

I．请在下面的虚线框中用实线画出周期表第一至第六周期的轮廓，并画出金属与非金
属的分界线。（要求：左上角的第一个格是第一周期第IA族元素）
II．X、Y、Z、M、N为短周期的五种主族元素，其中X、Z同主族，Y、Z同周期，M与X，Y既不同族，也不同周期。X原子最外层电子数是核外电子层数的三倍，Y的最高化合价与其最低化合价的代数和等于6。N是短周期主族元素中原子半径最大的非金属元素。
（1）请写出下列元素的元素符号：X____________，Y____________，M____________。
（2）请写出N元素在周期表中的位置              周期、              主族；与N同族的短周期元素L，其最高价氧化物的电子式为                    ；N的最高价氧化物与NaOH溶液反应离子方程式：                        。
（3）Y与Z的最高价氧化物的水化物的酸性强弱                 （用化学式表示）Y与Z相比，非金属性较强的元素是________________，可以证明该结论的实验是（用化学方程式表示）                 。
（4）L和M 按1:4的原子个数组成的化合物甲与 X的常见气态单质乙以及NaOH溶液构成原电池，如图，试分析：

①闭合K，写出左侧A电极的反应式                  
②闭合K，当A电极消耗1．6g化合物甲时（假设过程中无任何损失），则右侧装置中电极上放出的气体在标准状况下的体积为                       升

燃煤能排放大量的CO、CO₂、SO₂，PM_2．5（可入肺颗粒物）污染也跟冬季燃煤密切相关。SO₂、CO、CO₂也是对环境影响较大的气体，对它们的合理控制、利用是优化我们生存环境的有效途径。
（1）如图所示，利用电化学原理将SO₂转化为重要化工原料C

若A为SO₂，B为O₂，则负极的电极反应式为：________________________；
（2）有一种用CO₂生产甲醇燃料的方法：CO₂＋3H₂CH₃OH＋H₂O
已知：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）△H＝－a kJ·mol^－1；
2H₂（g）＋O₂（g）＝2H₂O（g）△H＝－b kJ·mol^－1；
H₂O（g）＝H₂O（l）△H＝－c kJ·mol^－1；
CH₃OH（g）＝CH₃OH（l）△H＝－d kJ·mol^－1，
则表示CH₃OH（l）燃烧热的热化学方程式为：____________________________；
（3）光气 （COCl₂）是一种重要的化工原料，用于农药、医药、聚酯类材料的生产，工业上通过Cl₂（g）＋CO（g）COCl₂（g）制备。左图为此反应的反应速率随温度变化的曲线，右图为某次模拟实验研究过程中容器内各物质的浓度随时间变化的曲线。回答下列问题：

① 0~6 min内，反应的平均速率v（Cl₂）＝               ；
② 若保持温度不变，在第7 min 向体系中加入这三种物质各2 mol，则平衡           移动（填“向正反应方向”、“向逆反应方向”或“不”）；
③ 若将初始投料浓度变为c（Cl₂）＝0．7 mol/L、c（CO）＝0．5 mol/L、c（COCl₂）＝             mol/L，保持反  应温度不变，则最终达到化学平衡时，Cl₂的体积分数与上述第6 min时Cl₂的体积分数相同；
④ 随温度升高，该反应平衡常数变化的趋势是            ；（填“增大”、“减小”或“不变”）
⑤比较第8 min反应温度T（8）与第15 min反应温度T（15）的高低：T（8）______________T（15）（填“<”、“>”或“＝”）。

甲醇（CH₃OH）是一种重要的化工原料，也是一种比较理想的燃料。甲醇在各个领域有着广泛的应用。
（1）实验测得：32 g甲醇在氧气中完全燃烧，生成二氧化碳气体和液态水时释放出726.4 kJ的热量，试写出甲醇燃烧的热化学方程式：_________________________。
（2）燃料电池是一种连续地将燃料和氧化剂的化学能直接转换成电能的化学电池。下图是一个化学过程的示意图。2CH₃OH+3O₂+4KOH K₂CO₃+6H₂O

①A（石墨）电极的名称是               。
②通入O₂的电极的电极反应式是________________
③写出通入CH₃OH的电极的电极反应式是                 。
④乙池中反应的化学方程式为                    。
⑤当电路中通过0.01mol电子时，丙池溶液的C(H⁺) =          mol/L（忽略电解过程中溶液体积的变化）。
（3）合成甲醇的主要反应是：2H₂（g）+ CO（g）CH₃OH（g） △H="—90.8" kJ·mol^—1。
①在恒温恒容条件下，充入一定量的H₂和CO，发生反应2H₂（g）+ CO（g） CH₃OH（g）。则该反应达到平衡状态的标志有
a．混合气体的密度保持不变        b．混合气体的总压强保持不变
c．CO的质量分数保持不变         d．甲醇的浓度保持不变
e．v_正（H₂）= v_逆（CH₃OH）        f．v（CO）= v（CH₃OH）
②要提高反应2H₂­（g）+ CO（g） CH₃OH（g）中CO的转化率，可以采取的措施是：
a．升温    b．加入催化剂
c．增加CO的浓度    d．加入H₂
e．加入惰性气体     f．分离出甲醇

某学生利用下面实验装置探究盐桥式原电池的工作原理(Cu元素的相对原子质量为64)。按照实验步骤依次回答下列问题：

（1）导线中电子流向为____________(用a、b表示)。
（2）若装置中铜电极的质量增加0.64 g，则导线中转移的电子数目为________ (用“N_A”表示) ；
（3）装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K^＋、Cl^－的移动方向的表述正确的是________。

A．盐桥中的K^＋向左侧烧杯移动、Cl^－向右侧烧杯移动

B．盐桥中的K^＋向右侧烧杯移动、Cl^－向左侧烧杯移动

C．盐桥中的K^＋、Cl^－都向左侧烧杯移动

D．盐桥中的K^＋、Cl^－几乎都不移动

（4）若将反应2Fe^3＋＋Cu===Cu^2＋＋2Fe^2＋设计成原电池，写出电极反应式。
正极反应_____________；
（5）下列是用化学方程式表示的化学变化，请在每小题后的横线上注明能量的转化形式。
①电池总反应：Zn＋Ag₂O＋H₂O===Zn(OH)₂＋2Ag：__________。
②2C₂H₂＋5O₂4CO₂＋2H₂O：_____________。
③6H₂O＋6CO₂ C₆H₁₂O₆(葡萄糖)＋6O₂：__________。

电解原理在化学工业中有广泛应用。下图表示一个电解池，装有电解液a；X、Y是两块电极板，通过导线与直流电源相连。请完成以下问题：
    
（1）若X、Y者是惰性电极，a是饱和NaCl溶液，实验开始时，同时在两边各滴入几滴酚酞试液，则
①电解池中化学反应方程式为_____________,在X极附近观察到的现象是_________________。
②检验Y电极上反应产物的方法是_________________________。
③当导线中有0.1 mol的电子通过时,在标况下理论上两极可收集的气体的体积是__  __L。
（2）下图装置中，

①当A键断开，B、C闭合时，乙为       池；
②当A、C两键断开, B闭合时，乙中铁极增重1.6g，则被氧化的铁有       g；
③将乙中两极都换成石墨，硫酸铜溶液换H₂SO₄后断开B、C两键， 闭合A键，则乙为      池，当甲中锌极减轻6.5g时，乙中共放出气体       mL（标况）。

(14 分)碳及其化合物应用广泛。
I．工业上利用CO和水在沸石分子筛表面反应制氢气，CO(g)＋H₂O(g)CO₂(g)＋H₂(g)
（1）向 1L恒容密闭容器中注入CO和H₂O（g），830^oC时，测得部分数据如下表。

t/min	0	1	2	3	4	5
n(CO)/mol	0.200	0.160	0.125	0.099	0.080	0.080
n(H2O)/mol	0.300	0.260	0.225	0.199	0.180	0.180

则该温度下反应的平衡常数K=    
（2）相同条件下，向 1L恒容密闭容器中，同时注入1molCO、1molH₂O(g)、2molCO₂和2molH₂，此时
v（正）      v（逆）（填“＞”“＝”或“＜”）
II．已知：CO(g)+1/2O₂(g)=CO₂(g)        △H₁=－141kJ·mol^－1
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)               △H₂=－484kJ·mol^－1
CH₃OH（l）+3/2O₂(g)=CO₂(g)+2H₂O(g)     △H₃=－726kJ·mol^－1
（3）利用CO、H₂化合制得液态甲醇的热化学方程式为                             
Ⅲ．一种新型氢氧燃料电池工作原理如下图所示。

（4）写出电极A的电极反应式      ，放电过程中，溶液中的CO₃^2-将移向电极       （填A或B）
（5）以上述电池电解饱和食盐水，若生成0.2mol Cl₂，则至少需通入O₂的体积为     L（标准状况）

某学生利用下图实验装置探究盐桥式原电池的工作原理(Cu元素的相对原子质量为64)。按照实验步骤依次回答下列问题：

（1）导线中电子流向为____________(用a、b表示)。
（2）若装置中铜电极的质量增加0.64 g，则导线中转移的电子数目为________ (用“N_A”表示)；
（3）装置中盐桥中除添加琼脂外，还要添加KCl的饱和溶液，电池工作时，对盐桥中的K^＋、Cl^－的移动方向的表述正确的是________。

A．盐桥中的K^＋向左侧烧杯移动、Cl^－向右侧烧杯移动

B．盐桥中的K^＋向右侧烧杯移动、Cl^－向左侧烧杯移动

C．盐桥中的K^＋、Cl^－都向左侧烧杯移动

D．盐桥中的K^＋、Cl^－几乎都不移动

（4）若将反应2Fe^3＋＋Cu===Cu^2＋＋2Fe^2＋设计成原电池，写出电极反应式。
正极反应______________；
（5）下列是用化学方程式表示的化学变化，请在每小题后的横线上注明能量的转化形式。
①电池总反应：Zn＋Ag₂O＋H₂O===Zn(OH)₂＋2Ag：__________。
②2C₂H₂＋5O₂4CO₂＋2H₂O：_________________。
③6H₂O＋6CO₂C₆H₁₂O₆(葡萄糖)＋6O₂：__________。

用NH₃催化还原N_xO_y可以消除氮氧化物的污染。
已知：反应I： 4NH₃（g）+6NO（g）  5N₂（g）＋6H₂O（l）  △H₁
反应II： 2NO（g）+O₂（g） 2NO₂（g）           △H₂（且|△H₁| ＝2|△H₂|）
反应III：4NH₃（g）+6NO₂（g） 5N₂（g）＋3O₂（g）＋6H₂O（l）   △H₃
反应I和反应II在不同温度时的平衡常数及其大小关系如下表

温度/K	反应I	反应II	已知：
298	K1	K2
398	K1′	K2′

（1）△H_{3 =}              （用△H_1、△H₂ 的代数式表示）;推测反应III是    反应（填“吸热”或“放热”）
（2）相同条件下,反应I在2L密闭容器内,选用不同的催化剂，反应产生N₂的量随时间变化如图所示。

①计算0～4分钟在A催化剂作用下，反应速率v（NO）=         。
②下列说法不正确的是       。
A．单位时间内H-O键与N-H键断裂的数目相等时，说明反应已经达到平衡
B．若在恒容绝热的密闭容器中发生反应，当K值不变时，说明反应已经达到平衡
C．该反应的活化能大小顺序是：E_a（A）>E_a（B）>E_a（C）
D．增大压强能使反应速率加快，是因为增加了活化分子百分数
（3）一定条件下，反应II达到平衡时体系中n（NO）∶n（O₂）∶n（NO₂）＝2∶1∶2。恒温恒压时，在其它条件不变时，再充入NO₂气体， NO₂体积分数      （填“变大”、“变小”或“不变”）
（4）电化学气敏传感器可用于监测环境中NH₃的含量，其工作原理示意图如下，溶液中OH^-向电极      移动（填a或b），负极的电极反应式为         。

(14分)以硫铁矿(主要成分为FeS₂)为原料制取硫酸，其烧渣可用来炼铁。
（1）煅烧硫铁矿时发生反应：FeS₂＋O₂―→Fe₂O₃＋SO₂(未配平)。当产生448 L(标准状况)SO₂时，消耗O₂的物质的量为____________。
（2）Fe₂O₃用CO还原焙烧的过程中，反应物、生成物和温度之间的关系如图所示。

(图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四条曲线是四个化学反应平衡时的气相组成对温度作图得到的；A、B、C、D四个区域分别是Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、Fe稳定存在的区域)
已知：3Fe₂O₃(s)＋CO(g)===2Fe₃O₄(s)＋CO₂(g)；ΔH₁＝a kJ·mol^－1
Fe₃O₄(s)＋CO(g)===3FeO(s)＋CO₂(g)；ΔH₂＝b kJ·mol^－1
FeO(s)＋CO(g)===Fe(s)＋CO₂(g)；ΔH₃＝c kJ·mol^－1
① 反应Fe₂O₃(s)＋3CO(g)===2Fe(s)＋3CO₂(g)的ΔH＝____________kJ·mol^－1(用含a、b、c的代数式表示)。
②800 ℃时，混合气体中CO₂体积分数为40%时，Fe₂O₃用CO还原焙烧反应的化学方程式为__________________。
③ 据图分析，下列说法正确的是___________ (填字母)。
a. 温度低于570℃时，Fe₂O₃还原焙烧的产物中不含FeO
b. 温度越高，Fe₂O₃还原焙烧得到的固体物质组成中Fe元素的质量分数越高
c. Fe₂O₃还原焙烧过程中及时除去CO₂有利于提高Fe的产率
（3） FeS₂是Li/FeS₂电池(示意图如图)的正极活性物质。

①FeSO₄、Na₂S₂O₃、S及H₂O在200 ℃时以等物质的量连续反应24 h后得到FeS₂。写出该反应的离子方程式：                。
②Li/FeS₂电池的负极是金属Li，电解液是含锂盐的有机溶液。电池放电反应为FeS₂＋4Li===Fe＋4Li^＋＋2S^2－。该反应可认为分两步进行：第1步，FeS₂＋2Li===2Li^＋＋FeS₂^2-，则第2步正极的电极反应式为____________________。

下图是一个化学过程的示意图。

（1）通入O₂的电极名称                  、C(Pt)电极的名称是______________
（2）写出通入O₂的电极上的电极反应式是_______   _______________________。
（3）写出通入CH₃OH的电极上的电极反应式是______________________________。
（4）乙池中反应的化学方程式为__________________________________。
（5）当乙池中B(Ag)极的质量增加5.40 g时，甲池中理论上消耗O₂__________mL(标准状况下)；