高中化学验证原电池的效果试题

科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下   与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出直接以甲醇为燃料的燃料电池。已知：H₂(g)、CO(g)和CH₃OH（1）的燃烧热△H分别为-285.8 kJ．、一283.0 kJ和一726.5．kJ 。请回答下列问题：
（1）用太阳能分解10mol H₂O(1)消耗的能量是________kJ.
（2）甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式为：
__________________________________________________________________________.
（3）在容积为2L的密闭容器中，由CO₂和H₂合成甲醇，在其他条件不变的情况下，
考查温度对反应的影响，实验结果如下图所示（注：、均大于300℃）：

下列说法正确的是_______________（填序号）
①温度为时，从反应开始到反应达到平衡，生成甲醇的平均速率为：

②该反应在时的平衡常数比时的小
③该反应为放热反应
④处于A点的反应体系的温度从变到，达到平衡时增大
（4）在温度时，将1mol CO₂和3mol H₂充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO₂的转化率为a，则此时容器内的压强与起始压强之比为___________。
（5）在直接以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，负极的反应式为___________________;正极的反应式为_____________________________________.理想状态下，该燃料电池消耗lmol甲醇所能产生的最大电能为701.8kJ，则该燃料电池的理论效率为_______________（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）。

现有纯锌片、纯铜片和500 mL 0.1 mol·L^－1的硫酸、导线、1 000 mL量筒。用如下图所示装置利用原电池原理，制备一定量的氢气。

（1）如上图所示，装置气密性良好，且1 000 mL量筒中已充满水，刚开始实验时，根据构成原电池必须满足的条件，首先要进行的操作是                             ；
（2）a的电极材料为            ，作原电池的         极；电子经外电路由           
（①a→b  ②b→a 填序号，下同）
（3）b极上发生的电极反应为_________，反应时a极附近SO₄^2-浓度          （填“逐渐增大”、“逐渐减小”或“始终不变”）；
（4）假设反应过程中溶液体积不变，当硫酸浓度降低一半时，通过导线的电子的物质的量为         ，量筒中收集的气体体积最接近      mL

A．400

B．500

C．600

D．700

近年来，为提高能源利用率，西方提出共生理念——为提高经济效益，人类生产活动尽可能多功能化．共生工程将会大大促进化学工业的发展．
（1）由于共生工程的应用，利用发电厂产生的SO₂制成自发电池，其电池反应方程式为：2SO₂＋O₂＋2H₂O＝2H₂SO₄，该电池电动势为1.06V．实际过程中，将SO₂通入电池的      极（填“正”或“负”），负极反应式为     ．用这种方法处理SO₂废气的优点是     ．
（2）以硫酸工业的SO₂尾气、氨水、石灰石、焦炭、碳酸氢铵和氯化钾等为原料，可以合成有重要应用价值的硫化钙、硫酸钾、亚硫酸铵等物质．合成路线如下：

①生产中，向反应Ⅱ中的溶液中加入适量还原性很强的对苯二酚等物质，其目的是     ．
②下列有关说法正确的是     ．

A．反应Ⅰ中需鼓入足量空气，以保证二氧化硫充分氧化生成硫酸钙

B．反应Ⅲ中发生反应的化学方程式为CaSO4＋4CCaS＋4CO↑

C．反应Ⅳ需控制在60～70℃，目的之一是减少碳酸氢铵的分解

D．反应Ⅴ中的副产物氯化铵可用作氮肥

③反应Ⅴ中选用了40%的乙二醇溶液做溶剂，温度控制在25℃，此时硫酸钾的产率超过90%，选用40%的乙二醇溶液做溶剂的原因是     ．
④（NH₄)₂SO₃可用于电厂等烟道气中脱氮，将氮氧化物转化为氮气，同时生成一种氮肥，形成共生系统．写出二氧化氮与亚硫酸铵反应的化学方程式     ．

硝酸工业的基础是氨的催化氧化，在催化剂作用下发生如下反应：
① 4NH₃(g)+5O₂(g)4NO(g)+6H₂O(g)    △H =" —905" kJ/mol    ①主反应
② 4NH₃(g)+3O₂(g)2N₂(g)+6H₂O(g)     △H =" —1268" kJ/mol   ②副反应
有关物质产率与温度的关系如甲图。

（1）由反应①②可知反应⑤N₂(g) + O₂(g)2NO(g)的反应热ΔH=     
（2）由图甲可知工业上氨催化氧化生成 NO时，反应温度最好控制在     
（3）用Fe₃O₄制备Fe（NO₃）₃溶液时，需加过量的稀硝酸，原因一：将Fe₄O₃中的Fe²⁺全部转化为Fe³⁺，
原因二：     （用文字和离子方程式说明）。
（4）将NH₃通入NaClO溶液中，可生成N₂H₄，则反应的离子方程式为     。
（5）依据反应②可以设计成直接供氨式碱性燃料电池（如乙图所示），则图中A为     （填“正极”或“负极”），电极方程式为     

近年来，碳和碳的化合物在生产生活实际中应用越来越广泛。
（1）CO和H₂的混合气体俗称合成气，是一种重要的工业原料气，焦炭、天然气（主要成分为CH₄）、重油、煤在高温下均可与水蒸气反应制得合成气。已知某反应的平衡常数表达式为：K＝，它所对应的化学方程式为：                            。
（2）甲醇是一种重要的化工原料，在日常生活中有着广泛的应用。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）＋2H₂（g）CH₃OH（g）
反应Ⅱ：CO₂（g）＋3H₂（g）CH₃OH（g）＋H₂O（g）
在以上制备甲醇的两个反应中：反应Ⅰ优于反应Ⅱ，原因为_________________。
（3）在Cu₂O/ZnO做催化剂的条件下，将1molCO(g)和2molH₂(g)充入容积为2L的密闭容器中合成CH₃OH(g)，反应过程中，CH₃OH的物质的量（n）与时间（t）及温度的关系如下图所示。

根据题意回答下列问题：
①正方应是______反应（填“放热”或“吸热”）；500℃时平衡常数K=           。
②在300℃，从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率v(H₂)＝                 。
③若其它条件不变，对处于Z点的体系，将体积压缩至原来的1/2，达到新的平衡后，下列有关该体系的说法正确的是            。
a．氢气的浓度与原平衡比减少        b．正、逆反应速率都加快
c．甲醇的物质的量增加              d．重新平衡时n(H₂) /n(CH₃OH)增大
④据研究，反应过程中起催化作用的为Cu₂O，反应体系中含少量的CO₂有利于维持Cu₂O的量不变，原因是：                            （写出相关的化学方程式并辅以必要的文字说明）。
（3）甲烷是一种清洁能源，也可用于燃料电池。某甲烷燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极。为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定，电池工作时必须有部分A物质参加循环（见下图）。A物质的化学式是_________；该原电池的负极反应式可表示为                   。

开发、使用清洁能源发展“低碳经济”，正成为科学家研究的主要课题。氢气、甲醇是优质的清洁燃料，可制作燃料电池。
（1）已知：① 2CH₃OH(1) + 3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(g)  ΔH₁ =" –" 1275.6 kJ/mol
② 2CO(g) + O₂(g) = 2CO₂(g)    ΔH₂ =" –" 566.0 kJ/mol
③ H₂O(g) = H₂O(1)  ΔH₃ =" –" 44.0 kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成一氧化碳和液态水的热化学方程式：___________。
（2）生产甲醇的原料CO和H₂来源于：CH₄(g) + H₂O(g) CO(g) + 3H₂(g)  ΔH>0
①一定条件下CH₄的平衡转化率与温度、压强的关系如图a。则T_l ________T₂(填“<”、“>”、“=”，下同)；A、B、C三点处对应平衡常数（K_A、K_B、K_C）的大小关系为___________。
     
②100℃时，将1 mol CH₄和2 mol H₂O通入容积为1 L的定容密封容器中，发生反应，能说明该反应已经达到平衡状态的是__________
a．容器内气体密度恒定  
b．单位时间内消耗0.1 mol CH₄同时生成0.3 mol H₂
c．容器的压强恒定      
d．3v正(CH₄) = v逆(H₂)
如果达到平衡时CH₄的转化率为0.5，则100℃时该反应的平衡常数K =___________
（3）某实验小组利用CO(g) 、 O₂(g) 、KOH（aq）设计成如图b所示的电池装置，则该电池负极的电极反应式为___________。

硫酸盐在生产生活中有广泛应用。
Ⅰ．工业上以重晶石（主要成分BaSO₄）为原料制备BaCl₂，其工艺流程示意图如下：

某研究小组查阅资料得：
BaSO₄（s）+4C（s） 4CO（g）+BaS（s）△H₁=+571.2kJ•mol^-1      ①
BaSO₄（s）+2C（s）2CO₂（g）+BaS（s）△H₂=+226.2kJ•mol^-1      ②
（1）用过量NaOH溶液吸收气体，得到硫化钠。该反应的离子方程式是         。
（2）反应C（s）+CO₂（g） 2CO（g）的△H=           。
（3）实际生产中必须加入过量的炭，同时还要通入空气，其目的有两个
①从原料角度看，                           ；
②从能量角度看，①②为吸热反应，炭和氧气反应放热维持反应所需高温。
（4）该小组同学想对BaSO₄在水中的沉淀溶解平衡做进一步研究，查资料发现在某温度时BaSO₄在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示。

该小组同学提出以下四种观点：
①当向含有SO₄^2-的溶液中加入Ba²⁺ 使SO₄^2-沉淀完全，则此时SO₄^2-在溶液中的浓度为0
②加入Na₂SO₄可以使溶液由a点变到b点
③通过蒸发可以使溶液由d点变到c点
④d点无BaSO₄沉淀生成
其中正确的是   （填序号）。
Ⅱ．某燃料电池以CaHSO₄固体为电解质传递H⁺，其基本结构如图所示，电池总反应可表示为2H₂+O₂═2H₂O。

请回答：
（5）H⁺由   极通过固体酸电解质传递到另一极（填a或者b）。
（6）b极上发生的电极反应是                  。

运用化学反应原理研究碳、氮、硫、氯等单质及其化合物的反应，对生产、生活、环境保护等领域有着重要的意义。
（1）下列措施中，不利于环境保护的有        （填编号）。
a.大量开采使用化石燃料
b.使用无氟冰箱、空调
c.多步行多乘公交车，少用专车和私家车
d.将工业“废气”、“废液”、“废渣”直接排放
（2）工业上的“脱碳”指的是从“脱硝”、“脱硫”后的烟气用碱液吸收并得到浓缩的二氧化碳。利用二氧化碳合成甲醇是碳减排的新方向。
①写出吸收二氧化碳的离子方程式                      。
②常温下，0.1mol/LNaHCO₃溶液的pH＞8，则溶液中c(H₂CO₃) _______c(CO₃^2－) （填“＞”、“＜”或“＝”）。
③合成的甲醇可以做为新型燃料电池的原料，若电解液是碱性的，则其负极的电极反应式为       。
（3）二氧化氯（ClO₂），为一种黄绿色气体，是公认的高效、广谱安全的杀菌消毒剂。工业上制备ClO₂的反应原理为：4HC1(浓)+2NaClO₃＝2ClO₂↑+Cl₂↑+2H₂O+2NaCl。上述反应中，产生1 mol ClO₂，则被氧化的HC1为        。
（4）SO₂溶于水可以得到二元弱酸H₂SO₃（亚硫酸）。
①25℃时，将NaOH深液与亚硫酸混合至恰好中和，则混合液中各种离子浓度的大小关系为         。
②25℃时，当NaOH溶液与H₂SO₃等物质的量混合时，发现混合液pH＜7，请你简要解释其原因     。

硫及其化合物在自然界中广泛存在，运用相关
原理回答下列问题：
（1）如图表示一定温度下，向体积为10L的密闭容器中充入1molO₂和一定量的SO₂后，SO₂和SO₃(g)的浓度随时间变化的情况。
①该温度下，从反应开始至平衡时氧气的平均反应速率是      ；
②该温度下，反应2SO₂(g)+O₂(g) 2SO₃(g)的平衡常数为              。
（2）以黄铜矿（主要成分CuFeS₂）为原料，经焙烧、熔炼等使铁元素及其他有关杂质进入炉渣，将铜元素还原为铜。发生的主要反应为：
2Cu₂S(s)+3O₂(g) = 2Cu₂O(s)+2SO₂(g) △H ="-768.2" kJ·mol^－1
2Cu₂O(s)+ Cu₂S (s) = 6Cu(s)+SO₂(g) △H ="+116.0" kJ·mol^－1
①“焙烧”时，通入少量空气使黄铜矿部分脱硫生成焙砂（主要成分是Cu₂S和FeS，其物质的量比为1:2）和SO₂，该反应的化学方程式为：              。
②在熔炼中，Cu₂S与等物质的量的O₂反应生成Cu的热化学方程式为：      。

（3）用电解的方法将硫化钠溶液氧化为多硫化物的研究具有重要的实际意义，将硫化物转变为多硫化物是电解法处理硫化氢废气的一个重要内容。
如图，是电解产生多硫化物的实验装置：
①已知阳极的反应为：(x+1)S^2－=S_xS^2－+2xe^－，则阴极的电极反应式是：                  。
当反应转移xmol电子时，产生的气体体积为        （标准状况下）。
②将Na₂S·9H₂O溶于水中配制硫化物溶液时，通常是在氮气气氛下溶解。其原因是（用离子反应方程式表示）：             。

SO₂、NO、NO₂、CO都是污染大气的有害气体，对其进行回收利用是节能减排的重要课题。
（1）上述四种气体中直接排入空气时会引起酸雨的有__________（填化学式）。
（2）已知：2SO₂(g)+ O₂(g)=2SO₃(g)；△H=－196.6kJ/mol
O₂(g)+2NO(g)=2NO₂(g)；△H=－113.0kJ/mol
①反应：NO₂(g) +SO₂(g)= SO₃(g) +NO(g)的△H=_ kJ/mol。
②一定条件下，将NO₂和SO₂以体积比1：1置于恒温恒容的密闭容器中发生反应： NO₂(g) +SO₂(g)SO₃(g) +NO(g)，
下列不能说明反应达到平衡状态的是_____（填字母）。
a．体系压强保持不变
b．混合气体的颜色保持不变
c．NO的物质的量保持不变
d．每生成1molSO₃的同时消耗1molNO₂
（3）CO可用于合成甲醇，其反应的化学方程式为CO(g)+2H₂(g) CH₃OH(g)。在一容积可变的密闭容器中充有10molCO和20mol H₂，在催化剂作用下发生反应生成甲醇。CO的平衡转化率（α）与温度（T）、压强（p）的关系如图所示。

①上述合成甲醇的反应为______（填“放热”或“吸热”）反应。
②A、B、C三点的平衡常数K_A、K_B、K_C的大小关系为___________。
③若达到平衡状态A时，容器的体积为10L，则在平衡状态B时容器的体积为_____L。
（4）某研究小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^-向______（填“a”或“b”）极移动。
②电池工作一段时间后，测得溶液的pH减小，则该电池总反应的离子方程式为__________________。

近年来，以天然气等为原料合成甲醇的难题被一一攻克，极大地促进了甲醇化学的发展。
（1）与炭和水蒸气的反应相似，以天然气为原料也可以制得CO和H₂，该反应的化学方程式为_________。
（2）合成甲醇的一种方法是以CO和H₂为原料，其能量变化如图所示：

由图可知，合成甲醇的热化学方程式为________________________________________。
（3）以CO₂为原料也可以合成甲醇，其反应原理为：CO₂(g)+3H₂(g)CH₃OH(g)+H₂O(g)
①在lL的密闭容器中，充入1molCO₂和3molH₂，在500℃下发生反应，测得CO₂(g)和CH₃OH(g)的浓度随时问变化如图所示：

则下列说法正确的是_________________(填字母)；

A．3min时反应达到平衡

B．0～10min时用H2表示的反应速率为0．225mol·^-1·min^-1

C．CO2的平衡转化率为25％

D．该温度时化学平衡常数为（mol/L）^－2

②在相同温度、相同容积的3个密闭容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温、恒容，测得反应达到平衡时的有关数据如下：

容器	容器1	容器2	容器3
反应物投入量（始态）	1molCO2、3molH2	0.5molCO2、1.5molH2	1molCH3OH、1molH2O
CH3OH的平衡浓度/mol•L^-1	c1	c2	c3
平衡时体系压强/Pa	p1	p2	p3

 
则下列各量的大小关系为c₁___________c₃，p₂_________p₃(填“大于”、“等于”或“小于”)。
（4）近年来，甲醇燃料电池技术获得了新的突破，如图所示为甲醇燃料电池的装置示意图。电池工作时，分别从b、c充入CH₃OH、O₂，回答下列问题：

①从d处排出的物质是___________，溶液中的质子移向电极__________(填“M”或“N”)；
②电极M上发生的电极反应式为__________________________。

（原创）化学反应原理在生产和科研中有着重要的应用，请利用相关知识回答下列问题。
（1）一定条件下在密闭容器中加入NH₄I发生反应：
a.NH₄I(s) NH₃(g)+HI(g)
b.2HI(g) H₂(g)+I₂(g)
则反应a的平衡常数表达式为_______；达到平衡后，扩大容器体积，反应b的移动方向_______(填正向、逆向或不移动)
（2）氮元素的+4价氧化物有两种，它们之间发生反应：2NO₂N₂O₄△H < 0，将一定量的NO₂充入注射器中后封口，下图是在拉伸和压缩注射器的过程中气体透光率随时间的变化(气体颜色越深，透光率越小)。下列说法正确的是_____________

A．b点的操作是压缩注射器

B．c点与a点相比，c(NO2)增大，c(N2O4)减小

C．若反应在一绝热容器中进行，则b、c两点的平衡常数Kb>Kc

D．d点：(正)> (逆)

（3）利用反应6NO₂+8NH₃=7N₂+12H₂O构成原电池，能消除氮氧化物的排放，减轻环境污染，装置如图所示。

①电极a为______极，其电极反应式为________________
②当有2.24 L NO₂(标准状况下)被处理时，转移电子为____________mol
③为使电池持续放电，该离子交换膜需选用_______（选填“阳”或“阴”）离子交换膜。
（4）使用硼氢化钠(NaBH₄)为诱导剂，可使Co²⁺与肼(N₂H₄)在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体。
①写出该反应的离子方程式______________________________。
②在纳米钴的催化作用下，肼(N₂H₄)可分解生成两种气体，其中一种气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如图所示，为抑制肼的分解，可采取的合理措施有_________________________________ (任写一种)。

研究CO₂与CH₄，反应使之转化为CO和H₂，对减缓燃料危机、减小温室效应具有重要的意义。
（1）已知：2CO（g）+O₂（g）＝2CO₂（g） △H＝－566kJ/mol
2H₂（g）+O₂（g）＝2H₂O（g）  △H＝－484kJ/mol
CH₄（g）+2O₂（g）＝CO₂（g）+2H₂O（g） △H＝－890kJ/mol
则：CH₄（g）+CO₂（g）＝2CO（g）+2H₂（g）△H＝____________。

(2)在密闭容器中通人物质的量浓度均为0.1mol/L的CH₄与CO₂，在一定条件下发生反应CH₄（g）+CO₂（g）＝2CO（g）+2H₂（g），测得CH₄的平衡转化率与温度及压强的关系如图1：
①下列事实能说明该反应一定达到平衡的是    。
a．CO₂的浓度不再发生变化
b．υ_正（CH₄）＝2υ_逆（CO）
c．混合气体的平均相对分子质量不发生变化
d．CO与H₂的物质的量比为1:1
②据图可知，P₁、P₂、P₃、P₄由大到小的顺序为     。
③在压强为P₄、1100℃的条件下，该反应5min时达到平衡x点，则用CO表示该反应的速率为    ，该温度下，反应的平衡常数为     。
(3)用CO与H₂可合成甲醇(CH₃OH)，以甲醇和氧气反应制成的燃料电池如图2所示，该电池工作程中O₂应从     (填“c或一b”)口通人，电池负极反应式为                 ，若用该电池电解精炼铜，每得到6. 4g铜，转移电子数目为        。

硼及其化合物在耐髙温合金工业、催化剂制造、髙能燃料等方面应用广泛。
（1）氮化硼是一种耐高温材料，巳知相关反应的热化学方程式如下：
2B(s)+N₂(g)= 2BN(s) ΔH="a" kJ • mol^-1
B₂H₆ (g)=2B(s) + 3H₂ (g) ΔH =b kJ • mol^-1
N₂ (g) + 3H₂ (g) 2NH₃ (g)    ΔH ="c" kJ• mol^-1
①反应B₂H₆(g)+2NH₃(g)=2BN(s)+6H₂(g)  ΔH =           (用含a、b、c的代数式表示)kJ ·mol^-1。
②B₂H₆是一种髙能燃料，写出其与Cl₂反应生成两种氯化物的化学方程式：                  。
（2）硼的一些化合物的独特性质日益受到人们的关注。
①最近美国化学家杰西·萨巴蒂尼发现由碳化硼制作的绿色焰火比传统焰火（硝酸钡）更安全，碳化硼中硼的质量分数为78. 6%，则碳化硼的化学式为                               。
②近年来人们将LiBH₄和LiNH₂球磨化合可形成新的化合物Li₃BN₂H₈和Li₄BN₃ H₁₀，Li₃BN₂H₈球磨是按物质的量之比n(LiNH₂) : n(LiBH₄) =" 2" : 1加热球磨形成的，反应过程中的X衍射图谱如图所示。

Li₃BN₂H₈在大于250℃时分解的化学方程式为                                        ，Li₃BN₂H₈与Li₄BN₃H₁₀的物质的量相同时，充分分解，放出等量的H₂，Li₄BN₃ H₁₀分解时还会产生固体Li₂NH和另一种气体，该气体是      。
（3）直接硼氢化物燃料电池的原理如图，负极的电极反应式为                               。电池总反应的离子方程式为                                               。

研究、、CO等大气污染气体的测量及处理具有重要意义。
（1）可使等氧化，常用于定量测定CO的含量。已知：

写出CO（g）与反应生成的热化学方程式：________________。
（2）CO可制做燃料电池，以KOH溶液作电解质，向两极分别充入CO和空气，工作过程中，K⁺移向_______极(填“正”或“负”)，正极反应方程式为：___________________。
（3）新型氨法烟气脱硫技术的化学原理是采用氨水吸收烟气中的SO₂，再用一定量的磷
酸与上述吸收产物反应。该技术的优点除了能回收利用SO₂外，还能得到一种复合肥料。
①该复合肥料可能的化学式为___________(写出一种即可)。
②若氨水与恰好完全反应生成正盐，则此时溶液呈________性(填“酸”或“碱”)。
常温下弱电解质的电离平衡常数如下：氨水

③向②中溶液中通入________气体可使溶液呈中性。(填“SO₂”或NH₃”)
此时溶液中________2（填“＞”“＜”或“＝”）
（4）可用强碱溶液吸产生硝酸盐。在酸性条件下，FeSO₄溶液能将还原为NO，写出该过程中产生NO反应的离子方程式___________________________________。