- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
2011年3月，日本福岛核电站发生核泄漏，核泄漏的放射性物质中，大量存在一种叫做“碘-131”的放射性元素．传说吃含碘食品或服碘片可以减缓碘-131对人体的影响，有些人就去抢购碘盐、碘片．下表是某食用碘盐包装袋上的部分说明：
（1）下列说法正确的是______
A．碘酸钾可氧化氯化钠 B．只用淀粉就能检验碘盐中的碘酸钾 C．高温会导致碘的损失 D．该碘盐中碘酸钾含量约为34～84mg/kg
（2）碘酸钾在工业上可用电解法制取．以石墨和不锈钢为电极，以KI溶液为电解液，在一定条件下电解，反应的方程式为：KI+3H2O
（3）碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生如下反应，配平化学方程式．
______KIO3+______KI+______H2SO4→______K2SO4+______I2+______H2O
该反应的氧化剂为______
（4）已知：I2+2S2O32-→2I-+S4O62-．某学生测定食用碘盐中碘的含量，其步骤为：
a．准确称取w g食盐，加适量蒸馏水使其完全溶解 b．用稀硫酸酸化所得溶液，加入足量KI溶液，使KIO3与KI反应完全 c．以淀粉为指示剂，逐滴加入物质的量浓度为2.0×10-3mol•L-1的Na2S2O3溶液10.0mL，恰好反应完全．则所测盐中碘的含量是（以含w的代数式表示）______mg/kg．
正确答案
（1）A．食盐中加入碘酸钾，说明二者可共存，能稳定存在，说明二者之间不发生反应，故A错误；
B．淀粉只能检验碘单质，与碘酸钾不反应，故B错误；
C．由“烹饪时，待食品熟后加入碘盐”知高温会导致碘的损失，故C正确；
D．由碘的含量35±15mg/kg，该碘盐中碘酸钾含量约为20×
故答案为：CD；
（2）由电解方程式可知电解时KI在阳极被氧化，说明阳极为惰性电极材料，应为石墨，故答案为：石墨；
（3）反应中KIO3与KI之间发生氧化还原反应生成I2，根据氧化剂、还原剂之间得失电子数目相等可知KIO3～5KI，结合质量守恒可得：KIO3+5KI+3H2SO4=3K2SO4+3I2+3H2O，其中KIO3为氧化剂，
故答案为：1；5；3；3；3；3；KIO3；
（4）反应的关系式为：KIO3～3I2～6S2O32-，n（Na2S2O3）=2.0×10-3mol•L-1×0.01L=2.0×10-5mol，
所以：n（KIO3）=
m（I）=
所以wkg食盐中含有42.3×10-5×106mg=423mg，
则所测盐中碘的含量是
故答案为：
化学变化中有一种同种元素之间发生电子转移的氧化还原反应，这种反应有时会因溶液酸碱性的变化而改变反应方向，如图1所示，已知甲、乙、丙三种物质中含有同一种元素．
请回答以下问题：
（1）若乙为Cl2，丙为KClO，则：
①甲的化学式为______．
②反应②的化学方程式为______．
③若将反应①设计成原电池，正极反应过程为______（用“Ⅰ”或“Ⅱ”填空）．
④如图2所示，a、b两电极材料分别为铁钉和石墨．则以下说法不正确的是______（填代号）
A．a 电极不可能作阳极
B．a 电极可能发生反应：2H++2e-=H2↑
C．b 电极不可能有气体放出
D．a电极可能发生反应：Fe-2e-=Fe2+
（2）若甲、乙、丙中所含相同元素X的化合价分别为a、b、c，且a＜b＜c，反应①进行过程中其他元素化合价不变，则该反应中氧化产物与还原产物中X元素的物质的量之比为______．（用含a、b、c的代数式表示）．
正确答案
（1）
①若乙为Cl2，丙为KClO，由Cl从0价→+1价，由甲、乙、丙三种物质中含有同一种元素可知，甲中的Cl化合价变化应降低．发生反应：Cl2+2KOH═KCl+KClO+H2O．
故答案为：KCl；
②反应②中甲为KCl，丙为KClO，H2SO4作介质，根据氧化还原反应中的价态归中的反应规律．
故答案为：KClO+KCl+H2SO4═K2SO4+Cl2↑+H2O；
③若将反应①设计成原电池，正极反应应为化合价降低的反应．Ⅰ中乙为Cl2，甲为KCl，Cl从0价→-1价．
故答案为：Ⅰ；
④如图2所示，a、b两电极材料分别为铁钉和石墨
A．a 电极可作阳极，铁钉失去电子，发生氧化反应．故A错误；
B．a 电极可能发生反应：2H++2e-=H2↑是指a 电极铁钉作阴极时发生还原反应．故B正确；
C．b 电极可能有气体放出，当b 电极石墨作阳极时发生反应：2KCl+2H2O
D．a电极可能发生反应：Fe-2e-=Fe2+是指a 电极铁钉作阳极时的反应．故D正确；
故答案为A、C；
（2）
设甲、丙中X的物质的量分别为m、n，则由氧化还原反应规律氧化剂得到的电子总数等于还原剂失去的电子总数．知：（b-a）×m=（c-b）×n．解得n：m=（b-a）/（c-b）氧化剂发生还原反应对应产物为还原产物，还原剂发生氧化反应对应产物为氧化产物．则该反应中氧化产物与还原产物中X元素的物质的量之比为n：m=（b-a）/（c-b）．
故答案为：
类比是化学学习中常用的方法之一，已知硝酸能把铁氧化成Fe（NO3）3，但当铁过量时，产物是Fe（NO3）2．某同学受此启发，提出一个相似的观点：氯气与铁粉反应，当Cl2足量时生成FeCl3，当铁粉过量时产物是FeCl2．为验证此观点是否正确，该同学将一根细的纯铁丝分别在足量和少量的Cl2中点燃，取其表面生成物并分别编号为A、B，然后通过实验确定其成分．探究过程如下：
（1）提出假设：A是FeCl3，B是FeCl2．
（2）设计实验方案：分别取A、B的溶液均进行以下实验，但实验现象相同．请填写下表中的相应空格
（3）根据上述实验结论，写出Cl2与铁粉加热时发生反应的化学方程式______．
（4）为进一步探究FeCl3溶液的性质，他又利用A溶液做了如下一些实验，其中明显错误的是______ （填写序号）．
A．将A溶液滴入淀粉碘化钾溶液中，可得到蓝色液体，该液体能产生丁达尔现象
B．向A溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，溶液颜色加深
C．在A溶液中滴加NaOH浓溶液，出现红褐色沉淀
D．将A溶液加热蒸干并灼烧，得到FeCl3固体
（5）FeCl3溶液常作印刷电路铜板腐蚀剂，写出反应的离子方程式______．腐蚀后的废液中含有FeCl2、FeCl3、CuCl2，某研究性学习小组的同学们设计了两种从废液中回收Cu的方案：
方案1：向废液中加入过量的铁粉，充分反应后，过滤．在所得滤渣中加入足量的盐酸，充分反应后，再过滤即得到铜，该方案中涉及的四种阳离子的氧化性由强到弱的顺序为：______．
方案2：在废液中加入适量的盐酸调节溶液的pH=1，用铜和石墨作电极进行电解，当观察到阴极上有少量气泡产生时，即停止电解，这时要回收的Cu已全部析出．该方案中铜作______极，该电极上所发生的电极反应为 （若有多个电极反应，请全部写出）______．方案2在电极上直接回收铜，操作上比方案1简便，但方案2也有不足之处，主要表现为：______．
正确答案
（2）A是FeCl3，B是FeCl2，分别向A、B溶液中加KSCN溶液，只有三价铁离子遇到硫氰酸根显红色，高锰酸钾具有氧化性，可以将亚铁离子氧化为黄色的三价铁离子，
故答案为：溶液变红色；FeCl2；
（3）氯气和金属铁反应的产物是氯化铁，Cl2与铁粉加热时发生反应的化学方程式为：2Fe+3Cl2
（4）A、碘离子具有还原性，可以和三价铁之间反应生成碘单质和亚铁离子，碘遇淀粉显蓝色，淀粉溶液是胶体，具有丁达尔现象，故A正确；
B、铁和三价铁之间反应生成亚铁离子，向A溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，溶液颜色不会加深，故B错误；
C、三价铁和氢氧化钠反应生成氢氧化铁红褐色沉淀，故C正确；
D、三价铁离子易水解，将氯化铁溶液加热蒸干并灼烧，得到氧化铁固体，故D错误；
故选BD；
（5）三价铁和金属铜之间反应生成亚铁离子和铜离子，在氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，该反应能证明三价铁的氧化性强于铜离子，根据金属活动顺序表得出Cu2+＞H+＞Fe2+，电解时，阳极是活泼电极时，则金属电极会溶解，阴极上有少量气泡产生时，说明金属铜做阴极，按照氧化性顺序Fe3+＞Cu2+＞H+＞Fe2+，可以得出放电的离子以及电极反应为：Fe3++e-=Fe2+，Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑，在阳极上放电的是氯离子，产生氯气，有毒，
故答案为：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+；Fe3+＞Cu2+＞H+＞Fe2+；阴；Fe3++e-=Fe2+，Cu2++2e-=Cu，2H++2e-=H2↑；产生污染性的气体氯气；使用了电解装置成本较高．
现有A、B、C、D四种元素，其原子序数依次递增．已知，A、C为短周期非金属元素，其单质在常温下均为气体，两单质混合见光爆炸生成AC，AC溶液显强酸性．B、D为金属元素，B的原子序数为D的一半，D与C2和AC溶液反应分别得DC3和DC2，烧碱溶液不能与D单质反应，而能与B单质反应．请回答下列问题：
（1）C的原子结构示意图为______；B在周期表中的位置是______．
（2）用电子式表示AC的形成过程______．
（3）写出B单质与NaOH溶液反应的离子方程式______．
（4）电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法，右图是该方法处理污水的实验装置示意图（B、D金属单质作电极）．实验过程中，污水的pH始终保持在5.0～6.0之间．接通电源后，阴极产生的气体将污物带到水面形成浮渣而刮去，起到浮选净化作用；阳极产生的沉淀具有吸附性，吸附污物而沉积，起到凝聚净化作用．阳极的电极反应有两个，分别是2H2O-4e-=4H++O2↑和______．阳极区生成沉淀的离子方程式是______．
（5）一定条件下，2mol B与3mol D的氧化物W恰好反应，则W的化学式______．
正确答案
（1）短周期非金属元素，其单质在常温下为气体有：H2、N2、O2、F2、Cl2，根据题意，A、C两单质混合见光爆炸生成AC，混合见光爆炸是H2和Cl2的特征反应，结合原子序数依次递增，则可确定A是H元素，单质是H2，C是Cl元素，单质是Cl2．化合物AC为HCl．D与C2和AC溶液反应分别得DC3和DC2，即D与Cl2和HCl溶液反应分别得DCl3和DCl2，可分析出金属D化合价具有+2、+3价，确定出D为Fe元素．Fe的原子序数为26，则B的原子序数为13，即B为Al元素．C是Cl，Cl的原子序数=核电荷数=核外电子数=17，故原子示意图为
，B是Al，Al的原子序数=13，原子核外有3个电子层，最外层排布3个电子，根据电子层数=周期数，最外层电子数=主族序数，可得Al在周期表中位置为第三周期、第IIIA族，
故答案为：Cl
；第三周期第IIIA族；
（2）AC为化合物HCl，用电子式表示形成过程时，反应物用原子的电子式表示，生成物用化合物的电子式表示，符号用“→”符号，故表示为
，
故答案为：
；
（3）B单质是Al，根据铝的性质，与NaOH溶液反应时有水参与，生成偏铝酸钠和氢气，反应为Al+NaOH+H2O→NaAlO2+H2↑，根据化合价升降法配平，Al由0价上升到+3价，上升3价，H2中H由+1价降低为0价，总共降低2价，所以Al前面计量数为2，
H2前面计量数为3，其它物质前计量数根据原子守恒配平即得方程式2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑，
改写离子方程式时Al、H2是单质保留化学式，H2O是弱电解质保留化学式，NaOH和NaAlO2是易溶于水、易电离物质改成离子形式，再删除不参与离子反应的Na+，
即得离子方程式2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑，故答案为：2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2↑；
（4）根据题意，电解池的阳极材料为Fe，阴极材料为Al．金属作阳极时，电极称为活性电极，由于金属失电子能力强于溶液中的阳离子，所以阳极上是活性电极自身先失去电子．电解池的阳极放电顺序是：活性电极＞Ag+＞Hg2+＞Fe3+＞Cu2+＞H+等，因此阳极的另一个电极反应为Fe-2e-=Fe2+．生成的Fe2+进入溶液中，溶液中Fe2++2OH-═Fe（OH）2↓，来自水的电离H2O
H++OH-，Fe（OH）2易被氧气氧化，反应为4Fe（OH）2+O2+2H2O═4Fe（OH）3↓，上述三步反应合并即得总反应为4Fe2++10H2O+O2=4Fe（OH）3↓+8H+．
故答案为：Fe-2e-=Fe2+；4Fe2++10H2O+O2=4Fe（OH）3↓+8H+；
（5）根据题意，B单质是Al，D为Fe，2molAl与3molFe的氧化物反应为铝热反应，生成Fe和铝的氧化物，依据原子守恒，
2molAl生成1molAl2O3，1molAl2O3中共含有3mol氧原子，3mol氧原子只能来自于3molFe的氧化物中，因此Fe的氧化物中只含一个氧原子，
反应方程式为2Al+3FeO 
故答案为：FeO．
X、Y、Z三种短周期元素，它们的原子序数之和为16。X、Y、Z三种元素常见单质在常温下都是无色气体，在适当条件下可发生如下图所示变化
已知一个B分子中含有的Z元素的原子个数比C分子中的少一个。请回答下列问题：
（1）X元素在周期表中的位置是______________________。
（2）X的单质与Z的单质可制成新型的化学电源（KOH溶液作电解质溶液），两个电极均由多孔性碳制成，通入的气体由孔隙中逸出，并在电极表面放电，则正极通入__________（填物质名称）；负极电极反应式为____________________。
（3）C在一定条件下反应生成A的化学方程式是_______________________________。
（4）已知Y的单质与Z的单质生成C的反应是可逆反应，△H＜0。将等物质的量的Y、Z的单质充入一密闭容器中，在适当催化剂和恒温、恒压条件下反应。下列说法中，正确的是____________________（填写下列各项的序号）。
a．达到化学平衡时，正反应速率与逆反应速率相等
b．反应过程中，Y的单质的体积分数始终为50%
c．达到化学平衡时，Y、Z的两种单质在混合气体中的物质的量之比为1:1
d．达到化学平衡的过程中，混合气体平均相对分子质量减小
e．达到化学平衡后，再升高温度，C的体积分数增大
正确答案
（1）第2周期，ⅥA族
（2）氧气；H2+2OH-==2H2O+2e-
（3）4NH3+5O2
（4）ab
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