高中化学验证原电池的效果试题

有甲、乙两位同学均想利用原电池反应检测金属的活动性顺序，两人均用镁片和铝片作电极，但甲同学将电极放入6 mol·L^－1的H₂SO₄溶液中，乙同学将电极放入6 mol·L^－1的NaOH溶液中，如图所示。

（1）甲中SO₄^2-移向极（填“铝片”或“镁片”）。写出甲中正极的电极反应式__________。
（2）乙中负极为________，总反应的离子方程式：_________________。此反应中氧化剂和还原剂的物质的量之比为。
（3）上述实验也反过来证明了“直接利用金属活动性顺序表判断原电池中的正负极”这种做法_______（填“可靠”或“不可靠”）。如不可靠，请你提出另一个判断原电池正负极的可行性实验方案_____________（如可靠，此空可不填）。

(15分)能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）氧化—还原法消除氮氧化物的转化如下：
①反应Ⅰ为：NO＋O₃＝NO₂＋O₂，生成11.2 L O₂(标准状况)时，转移电子的物质的量是mol。
②反应Ⅱ中，当n(NO₂)∶n[CO(NH₂)₂]＝3∶2时，反应的化学方程式是。
（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)△H＝－41.8 kJ·mol－1已知：2SO2(g)＋O₂(g)2SO₃(g)△H＝－196.6 kJ·mol－1写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式。
（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是。

（4）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；
①该反应平衡常数表达式为K＝。
②已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0。

（5）合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)△H<0。在容积均为VL的I、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是。

(14分）氮、磷及其化合物在科研及生产中均有着重要的应用。
（1）某课外学习小组欲制备少量NO气体，写出铁粉与足量稀硝酸反应制备NO的离子方程式： 。
（2）LiFePO₄是一种新型动力锂电池的电极材料。
①下图为某LiFePO₄电池充、放电时正极局部放大示意图，写出该电池放电时正极反应方程式： 。

②将LiOH、FePO₄·2H₂O（米白色固体）与还原剂葡萄糖按一定计量数混合，在N₂中高温焙烧可制得锂电池正极材料LiFePO₄。焙烧过程中N₂的作用是 ；实验室中以Fe³⁺为原料制得的FePO₄·2H₂O有时显红褐色，FePO₄·2H₂O中混有的杂质可能为 。
（3）磷及部分重要化合物的相互转化如图所示。

①步骤Ⅰ为白磷的工业生产方法之一，反应在1300℃的高温炉中进行，其中SiO₂的作用是用于造渣（CaSiO₃），焦炭的作用是 。
②不慎将白磷沾到皮肤上，可用0.2mol/L CuSO₄溶液冲洗，根据步骤Ⅱ可判断，1molCuSO₄所能氧化的白磷的物质的量为 。
③步骤Ⅲ中，反应物的比例不同可获得不同的产物，除Ca₃(PO₄）₂外可能的产物还有 。

(14分)甲醇是一种重要的化工原料，在生产中有着重要的应用。工业上用甲烷氧化法合成甲醇的反应有：

（1）用CH₄和0₂直接制备甲醇蒸气的热化学方程式为。
（2）某温度下，向4 L恒容密闭容器中通人6 mol C0₂和6mol CH₄，发生反应(i)，平衡体系中各组分的体积分数均为，则此温度下该反应的平衡常数K=，CH₄的转化率为。
（3）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯，其反应的热化学方程式为：
，科研人员对该反应进行了研究，部分研究结果如下：

①从反应压强对甲醇转化率的影响“效率”看，工业制取甲酸甲酯应选择的压强是(填“3．5× 10⁶ Pa”“4．O×10⁶ Pa”或“5.0× 10⁶ Pa”)。
②实际工业生产中采用的温度是80℃，其理由是。
（4）直接甲醇燃料电池(简称DMFC)由于其结构简单、能量转化率高、对环境无污染，可作为常规能源的替代品而越来越受到关注。DMFC的工作原理如图所示：

①通入a气体的电极是电池的(填“正”或“负”)极，其电极反应式为 .
②常温下，用此电池以惰性电极电解O．5 L饱和食盐水(足量)，若两极共生成气体1．12 L(已折算为标准状况下的体积)，则电解后溶液的pH为(忽略溶液的体积变化)。

(15分)能源、环境与人类生活和社会发展密切相关，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）氧化—还原法消除氮氧化物的转化：
①反应Ⅰ为：NO＋O₃＝NO₂＋O₂，生成11.2 L O₂(标准状况)时，转移电子的物质的量是mol。
②反应Ⅱ中，当n(NO₂)∶n[CO(NH₂)₂]＝3∶2时，反应的化学方程式是。
（2）硝化法是一种古老的生产硫酸的方法，同时实现了氮氧化物的循环转化，主要反应为：NO₂(g)＋SO₂(g)SO₃(g)＋NO(g)△H＝－41.8 kJ·mol－1已知：2SO2(g)＋O₂(g)2SO₃(g)△H＝－196.6 kJ·mol－1写出NO和O₂反应生成NO₂的热化学方程式。
（3）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如下图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是。

（4）将燃煤废气中的CO₂转化为二甲醚的反应原理为：2CO₂(g)+6H₂(g)CH₃OCH₃(g)+3H₂O(g)；
①该反应平衡常数表达式为K＝。
②已知在某压强下，该反应在不同温度、不同投料比时，CO₂的转化率如图所示。该反应的ΔH________(填“>”、“<”或“＝”)0。

（5）合成气CO和H₂在一定条件下能发生如下反应：CO(g) +2H₂(g)CH₃OH(g)△H<0。在容积均为VL的I、Ⅱ、Ⅲ三个相同密闭容器中分别充入amol CO和2a mol H₂，三个容器的反应温度分别为T₁、T₂、T₃且恒定不变，在其他条件相同的情况下，实验测得反应均进行到t min时CO的体积分数如图所示，此时I、Ⅱ、Ⅲ三个容器中一定达到化学平衡状态的是；若三个容器内的反应都达到化学平衡时，CO转化率最大的反应温度是。

某工厂废弃的钒渣中主要含V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等，现从该钒渣回收V₂O₅的工艺流程示意图如下：

（已知：沉淀为(NH₄)₂V₆O₁₆，全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂）。
R₂(SO₄)_n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层) + nH₂SO₄(水层)
回答下列问题：
（1）(NH₄)₂V₆O₁₆中钒（V）的化合价为，①中产生的废渣的主要成分是。
（2）工艺中反萃取所用的X试剂为。
（3）为提高②中萃取效率，应采取的措施是。
（4）请完成④中的反应离子方程式：

（5）成品V₂O₅可通过铝热反应来制取金属钒，写出该反应的化学方程式：。
（6）将两个全钒液流储能电池串联后作为电源，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl₂被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，装置如下：

b为电解池的极，全钒液流储能电池正极的电极反应式为；
若通过消毒液发生器的电子为0.2 mol，则消毒液发生器中理论上最多能产生gNaClO。

Ⅰ、工业上用含有Cr₂O₇^2-和CrO₄^2-的废水回收铬。其工艺流程如下：

已知：①2 CrO₄^2-（黄色）+2H⁺ Cr₂O₇^2-（橙色）+ H₂O;
②常温下，Ksp【Fe（OH）₃】=1.0×10^-38，Ksp【Cr（OH）₃】=1.0×10^-32；
③当离子浓度小于1.0×10^-5mol·L^-1时，认为沉淀完全。
（1）下列选项中能说明反应2 CrO₄^2-（黄色）+2H⁺ Cr₂O₇^2-（橙色）+ H₂O达平衡状态的是_______(填选项字母)。

A．Cr2O7^2-和CrO4^2-的浓度相同

B．2v（Cr2O7^2-）= v（CrO4^2-）

C．溶液的颜色不变

D．溶液的PH不变

（2）为防止FeSO₄溶液变质，在保存时需加入的试剂为(填试剂名称)
（3）过滤操作中需要用到的玻璃仪器有
（4）FeSO₄溶液与溶液A发生反应的离子方程式为
（5）沉淀C的化学式为，pH₂的范围为
Ⅱ、铝电池性能优越，铝一空气电池以其环保、安全而受到越来越多的关注，其原理如图所示。

（6）该电池的总反应化学方程式为；
（7）某铝一空气电池的效率为50%，若用其作电源电解500mL的饱和NaCl溶液，电解结束后，所得溶液（假设溶液电解前后体积不变）中NaOH的浓度为0.3 mol·L^－1，则该过程中消耗铝的质量为。

以下是对化学反应变化过程及结果的研究。按要求回答问题：
（1）已知：
甲醇脱水反应2CH₃OH(g)＝CH₃OCH₃(g)＋H₂O(g) △H₁＝－23.9kJ·mol^－1
甲醇制烯烃反应2CH₃OH(g)＝C₂H₄ (g)＋2H₂O(g) △H₂＝－29.1kJ·mol^－1
乙醇异构化反应C₂H₅OH(g)＝CH₃OCH₃(g))△H₃＝＋50.7kJ·mol^－1
则乙烯气相直接水合反应
C₂H₄ (g)＋H₂O(g)＝C₂H₅OH(g)的△H＝。
（2）在25℃下，将pH=a的氢氧化钠溶液与pH=b的醋酸溶液等体积混合，若两溶液恰好完全反应，则a+b________14(填“>”、“<”或“=”)；该温度下醋酸的电离常数K=__________(用含a、b的式子表示)。
（3）用一个离子方程式表示反应：100ml 3mol·L^-1NaOH溶液中通入标准状况下4.48LCO₂；所得溶液中离子浓度大小排列顺序为：；
（4）废氨水可以转化成氨，氨再设计成碱性燃料电池。下图是该燃料电池示意图，产生的X气体可直接排放到大气中。

a电极电极反应式为；T℃下，某研究员测定NH₃·H₂O的电离常数为1.8×10^－5，NH₄⁺的水解平衡常数为1.5×10^－8（水解平衡也是一种化学平衡，其平衡常数即水解常数），则该温度下水的离子积常数为，请判断T25℃（填“＞”“＜”“＝”）。

27.氮是一种非常重要的元素，它的单质和化合物应用广泛，在科学技术和生产中有重要的应用。试回答下列问题：
（1）N₂和H₂为原料合成氨气的反应为：N₂（g）+3H₂（g）2NH₃（g） △H<0，下列措施可以提高H₂的转化率是（填选项序号）。
a．选择适当的催化剂b．增大压强
c．及时分离生成的NH₃d．升高温度
（2）在恒温条件下，将N₂与H₂按一定比例混合的气体充入一个2L固定容积的密闭容器中，10分钟后反应达平衡时，n（N₂）=1.0mol，n（H₂）=1.0mol，n（NH₃）=0.4mol，则反应速率v（N₂）=mol/(L·min)。
（3）在容积恒定的密闭容器中进行反应2NO（g）+O₂（g）2NO₂（g） △H>0
该反应的反应速率（v）随时间（t）变化的关系如下图所示。若t₂、t₄时刻只改变一个条件，下列说法正确的是（填选项序号）。

a．在t₁-t₂时，可依据容器内气体的压强保持不变判断反应已达到平衡状态
b．在t₂时，采取的措施一定是升高温度
c．在t₃-t₄时，可依据容器内气体的密度保持不变判断反应已达到平衡状态
d．在t₀-t₅时，容器内NO₂的体积分数在t₃-t₄时值的最大
（4）氨和联氨（N₂H₄）是氮的两种常见化合物，最常见的制备联氨的方法是以丙酮为催化剂，用次氯酸钠与氨气反应，该反应中还原剂与氧化剂的物质的量之比为2:1，写出该反应的化学方程式：。
（5）已知：N₂(g)+O₂(g) = 2NO(g)△H=+180.5kJ/mol
N₂(g)+3H₂(g) 2NH₃(g) △H=－92.4kJ/mol
2H₂(g)+O₂(g) = 2H₂O(g) △H=－483.6kJ/mol
若有17 g 氨气经催化氧化完全生成一氧化氮气体和水蒸气所放出的热量为。
（6）直接供氨式碱性燃料电池的电池反应式是4NH₃ + 3O₂ = 2N₂ + 6H₂O，电解质溶液一般使用KOH溶液，则负极电极反应式是．从理论上分析，该电池工作过程中(填“需要”或“不需要”)补充碱(KOH)．

对含氮物质的研究和利用有着极为重要的意义。
（1）N₂、O₂和H₂相互之间可以发生化合反应，已知反应的热化学方程式如下：
N₂(g)+O₂(g)=2NO(g)H=+180．5kJ·mol^-1；
2H₂(g)+O₂(g)=2H₂O(g)H =-483．6 kJ·mol^-1；
N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)H =-92．4 kJ·mol^-1。
则氨的催化氧化反应的热化学方程式为 。
（2）汽车尾气净化的一个反应原理为：2NO(g)+2CO(g)N₂(g)+2CO₂(g)H<0。
一定温度下，将2．8mol NO、2．4mol CO通入固定容积为2L的密闭容器中，反应过程中部分物质的物质的量变化如图所示。

①NO的平衡转化率为 ，0~20min平均反应速率v(NO)为 。25min时，若保持反应温度不变，再向容器中充入CO、N₂各0．8 mol，则化学平衡将 移动(填“向左”、“向右”或“不”)。
②若只改变某一反应条件X，反应由原平衡I达到新平衡II，变量Y的变化趋势如下图所示。下列说法正确的是 (填字母代号)。

（3）某化学小组拟设计以N₂和H₂为电极反应物，以HCl—NH₄Cl为电解质溶液制成燃料电池，则该电池的正极反应式为 。假设电解质溶液的体积不变，下列说法正确的是 (填字母代号)。
a．放电过程中，电解质溶液的pH保持不变
b．溶液中的NH₄Cl浓度增大，但Cl^-离子浓度不变
c．每转移6．0210²³个电子，则有标准状况下11．2L电极反应物被氧化
d．为保持放电效果，电池使用一段时间需更换电解质溶液

(15分)卤素的单质及其化合物在生产、生活中应用广泛。
（1）“碘盐"通常是在食盐中添加适量的K1O₃，为缺碘地区人们提供碘元素。
①碘元素的一种原子含74个中子、5 3个质子，表示此核素的符号是___(如)。
②“碘盐"溶液用稀硫酸酸化后，再加入淀粉碘化钾溶液，溶液由无色变篮色。
写出该反应的化学方程式__________________________________________。
③碘单质溶解在有机溶剂___________中形成常用的医用消毒剂(填结构简式)。
（2）工业上利用氢气和氯气反应制取盐酸，设计成原电池又能获取电能，下列说法错误的是___（填选项)。

A．两极材料可用石墨，用稀盐酸做电解质溶液

B．通氯气的电极反应式为

C．电解质溶液中的阳离子向通氯气的电极移动‘

D．通入氢气的电极为原电池的正极

（3）H₂和卤素单质(F₂、C1₂、Br₂、1₂)反应生成I molHX的能量变化如图所示(反应物和产物均为298K时的稳定状态)。

①曲线A代表的卤化氢是__________(填化学式)。
②写出Br₂（1）与HCI气体反应的热化学方程式___________。
③往甲乙两容器分别通入等量的H₂和I₂，两容器起始状态相同，甲为恒容绝热密闭容器，乙为恒容恒温密闭容器，发生反应,反应达到平衡后，H₂的体积分数甲_______乙(填“>’’‘‘=”或“<”)。

(本题16分)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图：

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上表：
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，ⅰ、4Al(s)＋3O₂(g)2Al₂O₃(s) ΔH₁＝-a kJ/mol
ⅱ、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：2V＋H₂C₂O₄＋2H⁺2VO²⁺＋2CO₂↑＋2H₂O。取25．00 mL 0．1000 mol/LH₂C₂O₄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。

如图所示，杠杆AB两端分别挂有体积相同、质量相等的空心铜球和空心铁球，调节杠杆并使其在水中保持平衡，然后小心地向水槽中滴入浓CuSO₄溶液，一段时间后，下列有关杠杆的偏向判断正确的是（实验中不考虑两球的浮力变化）

A．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端高B端低

B．杠杆为导体或绝缘体时，均为A端低B端高

C．当杠杆为导体时，A端低B端高；杠杆为绝缘体时，A端高B端低

D．当杠杆为导体时，A端高B端低；杠杆为绝缘体时，A端低B端高

利用如图装置，完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述中，正确的是

A．若X为锌棒，Y为NaCl溶液，开关K置于M处，可减缓锌的腐蚀，这种方法称为牺牲阴极保护法。

B．若X为碳棒，Y为NaCl溶液，开关K置于N处，可加快铁的腐蚀。

C．若X为铜棒，Y为硫酸铜溶液，开关K置于M处，铜棒质量将增加，此时外电路中的电子向铜电极移动。

D．若X为铜棒，Y为硫酸铜溶液，开关K置于N处，可用于铁表面镀铜，溶液中铜离子浓度将减小。

(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”）。