高中化学验证原电池的效果试题

(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      。

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：                。

NO和NO₂是常见的氮氧化物，研究它们的综合利用有重要意义。
（1）氮氧化物产生的环境问题有           （填一种）。
（2）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       。
（3）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
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                   。
②一定温度下，向2 L恒容密闭容器中充入NO₂和SO₂各1 mol，5min达到平衡，此时容器中NO 和NO₂的浓度之比为3∶1，则NO₂的平衡转化率是       。
③上述反应达平衡后，其它条件不变时，再往容器中同时充入
NO₂、SO₂、SO₃、NO各1mol，平衡      （填序号）。
A．向正反应方向移动
B．向逆反应方向移动
C．不移动
（4）某化学兴趣小组构想将NO转化为HNO₃，装置如图，电极为多孔惰性材料。则负极的电极反应式是             。

化学电池在通讯、交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）锌锰干电池是应用最普遍的电池之一（如图所示），锌锰干电池的负 极材料是       ，负极发生的电极反应方程式为：                     。若反应消耗16.25 g 负极材料，则电池中转移电子的物质的量为      mol。

（2）目前常用的镍（Ni）镉（Cd）电池其电池总反应式可以表示为：Cd+2NiO（OH）+2H₂O2Ni（OH）₂+Cd（OH）₂，已知Ni（OH）₂和Cd（OH）₂均难溶于水，但能溶于酸，以下说法中正确的是____。
①以上反应是可逆反应           ②以上反应不是可逆反应
③充电时化学能转变为电能       ④放电时化学能转变为电能

A．①③

B．②④

C．①④

D．②③

（3）下图为氢氧燃料电池的构造示意图，根据电子运动方向可知，则X极为电池的______（填“正”或“负”）极，Y极的电极反应方程式为                  。

【改编】研究NO₂ 、SO₂ 、CO等大气污染气体的处理具有重要意义，完成下列问题：
I．已知：2SO₂(g) + O₂(g)2SO₃(g) ΔH₁= —196．6 kJ·mol^―1
2NO(g) + O₂(g)2NO₂(g) ΔH₂= —113．0 kJ·mol^―1
（1）反应NO₂(g) + SO₂(g)SO₃(g) + NO(g) 的ΔH=                           。
（2）硫酸工业尾气中的SO₂可利用氨水吸收，写出该反应的方程式____________________。
II．汽车尾气是城市空气污染的一个重要因素，常用以下反应净化汽车尾气：
2NO(g)+2CO(g)2CO₂(g)+N₂(g)
在某温度T₁℃下，2L密闭容器中充入NO 、CO各0．4mol，测得不同时间的NO和CO物质的量如下表：

时间(s)	0	2	4	6	8	10
n(NO)(mol)	0．4	0．32	0．26	0．22	0．20	0．20

（3）反应在4s内的平均速率为v(CO)＝           mol·L^－1·s^－1
（4）上述反应达到平衡后，继续加入NO 、CO、CO₂各0．2mol和N₂        mol时，平衡不移动。
（5）在上述条件下该反应能够自发进行，如果把温度从T₁℃升高到T₂℃，平衡常数K将        （填写“变大”、“变小”、“不变”）。
III．一种CO分析仪的传感器可测定汽车尾气是否符合排放标准，该分析仪的工作原理类似燃料电池，其中的固体电解质是Y₂O₃－Na₂O，O²ˉ可以在其中自由移动，
（6）O²ˉ移向电池           极（填“正”或“负”），
（7）负极的反应式为                                            。

【改编】SO₂、NO_x、CO₂是对环境影响较大的气体，控制和治理SO₂、NO_x、CO₂是减少酸雨、光化学烟雾和解决温室效应的有效途径。
（1）碳元素在元素周期表的位置：                         。
（2）标况下2.24LSO₂恰好被1L 0.2mol·L^－1的NaOH溶液完全吸收，请写出吸收后溶液中离子浓度由大到小的顺序为                                           。
（3）已知汽车尾气NO与CO净化反应生成无污染气体，3g NO参加该反应放出37.99 kJ热量，请写出该反应的热化学方程式：                                     。
（4）某科研小组想以如图所示装置用原电池将 SO­₂转化为重要的化工原料。

①其负极反应式：                           ，
②当有1mol SO­₂被吸收，则通过质子（H⁺）交换膜的H⁺离子数为                 。
（5）某科研小组用CO₂通过下面反应方程式来生产甲醇，
CO₂(g)＋3H₂(g)CH₃OH(g)＋H₂O(g)  ΔH= —49.0kJ·mol^-1
现将6molCO₂和8molH₂充入一容积为2L的恒温密闭容器中，测得H₂的物质的量随时间变化如下图中实线所示（图中字母后的数字表示对应的坐标）。

回答下列问题：
①此温度下该反应的平衡常数的数值K=           。
②仅改变某一条件再进行实验，测得H₂的物质的量随时间变化如图中虚线所示。与实线相比，虚线改变的条件可能是                         。

天然气是一种重要的清洁能源和化工原料，其主要成分为甲烷。
（1）已知：CH₄(g)＋2O₂(g)===CO₂(g)＋2H₂O(g)  ∆H₁
CO(g)＋H₂O(g)===CO₂(g)＋H₂(g)    ∆H₂
2CO(g)＋O₂(g)===2CO₂(g)          ∆H₃
则CO₂(g)＋CH₄(g)===2CO(g)＋2H₂(g)的∆H＝           。
（2）天然气中的少量H₂S杂质常用氨水吸收，产物为NH₄HS。一定条件下向NH₄HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式    。
（3）天然气的一个重要用途是制取H₂，其原理为：
CO₂(g)+CH₄(g) 2CO(g)+2H₂(g)。
①该反应的平衡常数表达式为                    。
②在密闭容器中通入物质的量浓度均为0.1 mol•L^—1的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应，测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图l所示。则压强P₁      P₂ (填“大于”或“小于”)；压强为P₂时，在Y点：v(正)       v (逆)（填“大于"、“小于”或“等于"）。

（4）天然气也可重整生产化工原料，最近科学家们利用天然气无氧催化重整获得芳香烃X。由质谱分析得X的相对分子质量为l06，其核磁共振氢谱如图2所示，则X的结构简式为             。
（5）科学家用氮化镓材料与铜组装如右图所示人工光合系统，利用该装置成功地实现了以CO₂和H₂O合成CH₄。

①写出铜电极表面的电极反应式        。
②为提高该人工光合系统的工作效率，可向装置中加入少量      （选填“盐酸”或“硫酸”）。

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          。

将纯锌片和纯铜片按下图方式插入100 mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：

（1）下列说法中正确的是__________(填序号)。

A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置

B．乙中铜片上没有明显变化

C．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少

D．两烧杯中H^+的浓度均减小

（2）在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速率：甲____乙(填“＞”、“＜”或“＝”)。
（3）当甲中产生1.12 L(标准状况)气体时，理论上通过导线的电子数目为__________。
（4）当乙中产生1.12 L(标准状况)气体时，将锌、铜片取出，再将烧杯中的溶液稀释至1 L，测得溶液中c(H^＋)＝0.1 mol·L^－1。试确定原稀硫酸的物质的量浓度为______________。

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。

工业常用燃料与水蒸气反应制备H₂和CO， 再用H₂和CO合成甲醇。
（1）制取H₂和CO通常采用：C(s)+H₂O(g) CO(g)+H₂(g)  △H＝+131.4 kJ·mol^-1，下列判断正确的是        。
a．该反应的反应物总能量小于生成物总能量
b．标准状况下，上述反应生成1L H₂气体时吸收131.4 kJ的热量
c．若CO(g)+H₂(g)C(s)+H₂O(1)  △H＝－QkJ·mol^-1，则Q＜131.4
d．若C(s)+CO₂(g)2CO(g)  △H₁；CO(g)+H₂O(g)H₂(g)+CO₂(g)  △H₂则：△H₁+△H₂＝+131.4 kJ·mol^-1
（2）甲烷与水蒸气反应也可以生成H₂和CO，该反应为：CH₄(g)+H₂O(g)CO(g)+3H₂(g)
已知在某温度下2L的密闭绝热容器中充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气，测得的数据如下表：

	不同时间各物质的物质的量/mol
0 min	2min	4min	6min
CH4	2.00	1.76	1.60	n2
H2	0.00	0.72	n1	1.20

根据表中数据计算：
①0 min~2min内H₂的平均反应速率为       。
②达平衡时，CH₄的转化率为      。在上述平衡体系中再充入2.00mol甲烷和1.00mol水蒸气，达到新平衡时H₂的体积分数与原平衡相比      （填“变大”、“变小”或“不变”），可判断该反应达到新平衡状态的标志有______。（填字母）
a．CO的含量保持不变               
b．容器中c(CH₄)与c(CO)相等
c．容器中混合气体的密度保持不变      
d．3ν_正（CH₄）=ν_逆（H₂）
（3）合成甲醇工厂的酸性废水中含有甲醇（CH₃OH），常用向废液中加入硫酸钴，再用微生物电池电解，电解时Co²⁺被氧化成Co³⁺，Co³⁺把水中的甲醇氧化成CO₂，达到除去甲醇的目的。工作原理如下图（c为隔膜，甲醇不能通过，其它离子和水可以自由通过）。

①a电极的名称为              。
②写出除去甲醇的离子方程式                               。
③微生物电池是绿色酸性燃料电池，写出该电池正极的电极反应式为                  。

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：__________。

研究氮的固定具有重要意义。
（1）雷雨天气中发生自然固氮后，氮元素转化为________而存在于土壤中。处于研究阶段的化学固定
新方法是N₂在催化剂表面与水发生如下反应：
2N₂(g)+6H₂O(l)=4NH₃(g)+3O₂(g)    △H      K ①
已知：N₂(g)+3H₂(g)=2NH₃(g)   △H₁=-92.4kJ·mol^-1   K₁  ②
2H₂(g) +O₂(g) =2H₂O(l)  △H₂=-571.6kJ·mol^-1   K₂ ③
则△H =________；K=___________（用K₁和 K₂表示）。
（2）在四个容积为2L的密闭容器中，分别充入1mol N₂、3mol H₂O，在催化剂条件下进行反应①3h，实验数据见下表：

序号	第一组	第二组	第三组	第四组
t/℃	30	40	50	80
NH3生成量/（10^﹣6mol）	4.8	5.9	6.0	2.0

下列能说明反应①达到平衡状态的是_____（填字母）。
a.NH₃和O₂的物质的量之比为4∶3
b.反应混合物中各组份的质量分数不变
c.单位时间内每消耗1molN₂的同时生成2molNH₃
d.容器内气体密度不变
若第三组反应3h后已达平衡，第三组N₂的转化率为___________；第四组反应中以NH₃表示的反应速率是__________________，与前三组相比，NH₃生成量最小的原因可能是_________________。
（3）美国化学家发明一种新型催化剂可以在常温下合成氨，将其附着在电池的正负极上实现氮的电化学固定，其装置示意图如下：

则开始阶段正极反应式为_____________；忽略电解过程中溶液体积变化，当电池中阴极区溶液pH = 7时，溶液中NH₃·H₂O的浓度为___________( K_b=2×10^-5mol·L^-1)；当电池中阴极区呈红色时，溶液中离子浓度由大到小的顺序为_________________。

常温下钛的化学活性很小，在较高温度下可与多种物质反应。工业上由金红石（含TiO₂大于96％）为原料生产钛的流程如下：

（1）TiCl₄遇水强烈水解，写出其水解的化学方程式           。
（2）①若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是       。
②Cl₂含量检测仪工作原理如下图8，则Cl₂在Pt电极放电的电极反应式为        。

③实验室也可用KClO₃和浓盐酸制取Cl₂，方程式为：KClO₃ + 6HCl(浓) =" KCl" + 3Cl₂↑+ 3H₂O。
当生成6.72LCl₂（标准状况下）时，转移的电子的物质的量为      mol。
（3）一定条件下CO可以发生如下反应：4H₂(g)+2CO(g) CH₃OCH₃(g)+H₂O(g)  △H。
①该反应的平衡常数表达式为K=              。
②将合成气以n(H₂)/n(CO)=2通入1 L的反应器中，CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如上图9所示，下列判断正确的是            （填序号）。
a．△H <0            
b．P₁<P₂<P₃
c．若在P₃和316℃时，起始时n(H₂)/n(CO)=3，则达到平衡时，CO转化率小于50％
③采用一种新型的催化剂（主要成分是Cu-Mn的合金），利用CO和H₂制备二甲醚（简称DME）。观察上图10回答问题。催化剂中n(Mn)/n(Cu)约为            时最有利于二甲醚的合成。

(15分)
I．从海水中可以提取氯、溴、碘等卤族元素。
（1）碘元素在周期表中的位置为_________________________。
（2）已知：X₂(g)+H₂(g) 2HX(g)(X₂表示C1₂、Br₂和1₂)。下图表示平定衡常数K与温度t的关系。

①△H表示X₂与H₂反应的焓变，△H_______O。(填“>"、“<’’或‘‘=’’)
②曲线a表示的是________(填“C1₂”、“Br₂"或“1₂’’)与H₂反应时K与t的关系。
II．C1₂是一种重要的化工原料。
（3）液氯储存区贴有的说明卡如下(部分)：

危险性
储运要求	远离金属粉末、氨、烃类、醇更物质；设置氯气检测仪
泄漏处理	NaOH、NaHS03溶液吸收
包装	钢瓶

①用离子方程式表示“泄漏处理’’中NaHS0₃溶液的作用__________________。
②若液氯泄漏后遇到苯，在钢瓶表面氯与苯的反应明显加快，原因是__________________。
③氯气含量检测仪工作原理示意图如下：C1₂在Pt电极放电的电极反应式是_______________。

（4）质量标准要求液氯含水量(以1 g氯气含水的质量计)<0．4 mg，含水量超标会严重腐蚀钢瓶。液氯含水量的测定装置如下图所示：

(已知：P₂0₅+3H₂0=2H₃P0₄；C1₂与P₂0₅不反应。)
检测液氯的含水量，根据上图，需要测定的数据是_______________________________。