- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
发展“碳一化学”，开发利用我国相对丰富的煤炭资源具有重要的战略意义和经济价值。下面是以焦炭为原料，经“碳一化学”途径制取乙二醇的过程：
（1）该过程中产生的的CO可继续与水蒸气发生可逆反应得到CO2和H2，此反应的平衡常数表达式K =____________。
（2）CH3OH(l)气化时吸收的热量为27 kJ/mol，CH3OH(g)的燃烧热为677 kJ/mol，请写出CH3OH(l)完全燃烧的热化学方程式_________________。
（3） “催化还原”反应制乙二醇原理如下：
CH3OOC-COOCH3(g)+4H2(g) 
为探究实际生产的最佳条件，某科研小组进行了多方面研究。下图表示乙二醇达到平衡时的产率随原料投料比[n(氢气)/n(草酸二甲酯)]和压强的变化关系，其中三条曲线分别表示体系压强为1.5 MPa、2.5 MPa、3.5 MPa的情况，则曲线甲对应的压强是P(甲)=___________。
（4）草酸二甲酯水解产物草酸（H2C2O4）为二元中强酸
① 草酸氢钾溶液中存在如下平衡：
H2O
② 向0.1 mol/L的草酸氢钾溶液里滴加NaOH溶液至中性，此时溶液里各粒子浓度关系正确的是 （填序号）。
a．c(K+) = c(HC2O4-) + c(H2C2O4) + c(C2O42-)
b．c(K+) + c(Na+) = c(HC2O4-) + c(C2O42-)
c．c(Na+) = c(H2C2O4) + c(C2O42-)
d．c(K+) > c(Na+)
（5）以甲醇为原料，使用酸性电解质构成燃料电池，该燃料电池的负极反应式为 ;若以甲烷代替该燃料电池中的甲醇，向外界提供相等电量，则每代替32 g甲醇，所需标准状况下的甲烷的体积为 L。
正确答案
（14分）
（1）K=
（2）CH3OH(l) +3/2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) ∆H =" -650" kJ /mol
（3）3.5 MPa
（4）①HC2O4-+H2O
（5）CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+ 16.8
试题分析：
（2）① CH3OH(l)= CH3OH(g) ∆H =" 27" kJ /mol
②CH3OH(g)+3/2 O2(g)=CO2(g)+2H2O(g) ∆H =" -677" kJ /mol
①+② 得 CH3OH(l) +3/2O2(g) = CO2(g)+2H2O(l) ∆H =" -650" kJ /mol
（3）压强越大，速率越大，达平衡所需的时间越短，甲的时间最短，对应的压强最大，为3.5 MPa
（4）①HC2O4-既有电离又有水解。②a为物料守恒，正确；b为电荷守恒，错误，正确的为c（H+）+c(K+) + c(Na+) = c(HC2O4-) + 2c(C2O42-)+c（OH-）；c错误；向0.1 mol/L的草酸氢钾溶液里滴加NaOH溶液至中性，草酸氢钾溶液呈酸性，若草酸氢钾和NaOH溶液恰好反应，生成K2C2O4和Na2C2O4，它们水解呈碱性，要呈中性，应是草酸氢钾>NaOH，即c(K+) > c(Na+)，d正确，选a d 。
（5）总：CH3OH+3/2O2= CO2+2H2O 酸性电解质的正极反应式：3/2O2+6 H++6e-="3" H2O
负极反应式=总-正极反应式 得：CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+
CH4 +2H2O -8e-= CO2+8 H+ ，32 g甲醇相当于1mol ，有6 mol电子转移，提供相等电量，需3/4 mol CH4，V="nVm=3/4*22.4=" 16.8(L)
已知X、Y、Z、W四种短周期元素的原子半径依次减小。在周期表中X与Y、Y与Z均位于同一周期的相邻位置；X的最外层电子数为次外层电子数的2倍；W分别能与X、Y、Z按一定原子数之比形成电子总数为 10的常见化合物。请判断X、Y、Z、W四种元素并回答下列问题（要求用确定后的元素符号及有关化学用 语表示）：
(1)(XY)2分子中所有原子最外层都满足8电子结构，请写出其结构式：_________________；(XY)2可与W2化合生成WXY，其水溶液是一种酸，某浓度该酸的钾盐(KXY)溶液能使酚酞试液显红色，请用离子方程式表示其原因：____________________。
(2)已知乙炔在一定条件下可以三聚生成苯：3CH
(3)三聚氰胺遇强酸或强碱性水溶液发生水解，氨基逐步被羟基取代生成三聚氰酸。三聚氰胺由于含氮量 高而被一些奶粉厂家非法掺入奶粉中以提高其产品的含氮量（俗称蛋白精），经研究表明三聚氰胺和三 聚氰酸在肾细胞中结合沉积从而形成肾结石，堵塞肾小管，最终造成肾衰竭，严重则危及生命。试写出 三聚氰胺与稀盐酸反应直接生成三聚氰酸的离子方程式：_______________________。
(4)低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式，其中一种技术是将XZ2转化成有机物实现碳循环。如：
2XZ2(g)+2W2Z(l) =X2W4(g)+ 3Z2(g) △H=+1411.0 kJ/mol
2XZ2(g)+3W2Z(l) =X2W5ZW(1)+3Z2(g) △H=+1366.8 kJ/mol
则由X2W4水化制X2W5ZW反应的热化学方程式为_____________________。
(5)利用X2W5ZW燃料电池设计如图所示的装置：
①该装置中Cu极为______极；
②写出b极的电极反应式：_____________；
③当铜片的质量变化12.8 g时，a极上消耗的O2在标准状况下的体积为_________L；甲、乙两装置中电 解质溶液pH的变化为甲______，乙_______（填“变大”、“变小”或“不变”）。
正确答案
(1)N
(2)
(3)
(4)C2H4(g)+H2O(l)=C2H5OH(l) △H=-44. 2 kJ/mol
(5)①阳；②C2H5OH+16OH--12e-=2CO32-+11H2O；③2.24；变小；不变
（1）元素S在周期表中的位置是______．
（2）原电池是把______能转变成______能．
（3）断开1molH-H键需______436kJ的能量（填“吸收”或“放出”）．
正确答案
（1）S的质子数为16，原子结构中有3个电子层，最外层电子数为6，则在元素周期表中的第三周期第ⅥA族，故答案为：第三周期第ⅥA族；
（2）原电池中的能量变化是通过氧化还原反应来实现的，则原电池装置实现了化学能转变为电能，故答案为：化学；电；
（3）因断裂化学键需要吸收能量，则断开1molH-H键需吸收436kJ的能量，故答案为：吸收．
研究氮及其化合物具有重要意义。请回答下列问题：
（1）脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为：
2NH3(g) +NO(g) +NO2(g)
（2）巳知NO2和N2O4可以相互转化:2NO2(g)
（3）25℃时,将NH3溶于水得100 mL0.1 mol • L－1的氨水，测得pH＝11，则该条件下，NH3 • H2O的电离平衡常数Kb＝_______。
（4）已知：N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H＝＋180kJ/mol；
2NO(g)＋O2(g)＝2NO2(g) △H＝－112kJ/mol；
2C(s)＋O2(g)＝2CO(g) △H＝－221kJ/mol；
C(s)＋O2(g)＝CO2 (g) △H＝－393.5kJ/mol。
则反应4CO(g)＋2NO2(g)＝4CO2 (g)＋ N2(g) △H＝________。
（5）用电化学法可获得N2O5。如图装置中，阳极的电极反应式为：N2O4＋2HNO3－2e－＝2N2O5＋2H＋，则该电解反应的化学方程式为________________。
正确答案
（每空2分，共14分）（1）NO和NO2 （2）Y；
（3）
（5）N2O4＋2HNO3
试题分析：（1）根据反应的方程式可知，氨气中氮元素的化合价从－3价升高到0价，失去3个电子，因此氨气是还原剂。NO和NO2中氮元素的化合价分别从＋2价和＋4价降低0价，得到2个和4个电子，因此氧化剂是NO和NO2。
（2）由图可知10～25min平衡状态时，X表示的生成物的浓度变化量为（0.6－0.2）mol/L＝0.4mol/L，Y表示的反应物的浓度变化量为（0.6＝0.4）mol/L＝0.2mol/L。即X表示的生成物的浓度变化量是Y表示的反应物的浓度变化量的2倍，所以X表示NO2浓度随时间的变化曲线，Y表示N2O4浓度随时间的变化曲线；由图可知，10～25min及30min之后X、Y的物质的量不发生变化，则相应时间段内的点处于化学平衡状态，因此c和d点的反应速率相等。25min后NO2和N2O4的浓度增大，因此反应速率增大，即b、c、d三点的化学反应速率大小关系是
（3）氨水溶液中测得pH＝11，因此溶液中c(OH－)＝0.001mol/L，则根据电离方程式NH3·H2OOH－＋NH4＋可知，溶液中c(NH4＋)＝0.001mol/L，则溶液中c(NH3·H2O)＝0.1mol/L－0.001mol/L，所以该温度下氨水的电离常数Kb＝
（4）已知反应①：N2(g)＋O2(g)＝2NO(g) △H＝＋180kJ/mol；②：2NO(g)＋O2(g)＝2NO2(g) △H＝－112kJ/mol；③：2C(s)＋O2(g)＝2CO(g) △H＝－221kJ/mol；④：C(s)＋O2(g)＝CO2 (g) △H＝－393.5kJ/mol，依据盖斯定律可知，（④×2－③）×2－①－②即得到反应式4CO(g)＋2NO2(g)＝4CO2 (g)＋ N2(g)，所以该反应的反应热△H＝（－393.5kJ/mol×2＋221kJ/mol）×2－180kJ/mol＋112kJ/mol＝－1200kJ/mol。
（5）电解池中阳极失去电子，发生氧化反应。阴极得到电子，发生还原反应。则阴极是溶液中的氢离子得到电子生成氢气，阳极是N2O4失去电子生成N2O5，所以总的反应式是N2O4＋2HNO3
按下图装置进行实验，并回答下列问题
（1）判断装置的名称：A池为___________ B池为______________
（2）锌极为__________极，电极反应式为_______________________
（3）石墨棒C1为______极，电极反应式为_______________________ 石墨棒C2附近发生的实验现象为
____________________________
（4）当C2极析出224mL气体（标准状态）时，锌的质量减少_________g。
正确答案
（1）原电池；电解池
（2）负；Zn-2e-==Zn2+ （3）阳；2Cl--2e-==Cl2↑；电极上有气泡产生，无色溶液变红色
（4）0.65
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