- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
北京奥运会“祥云”火炬燃料是丙烷（C3H8），亚特兰大奥运会火炬燃料是丙烯（C3H6）。
（1）丙烷脱氢可得丙烯。
已知：C3H8(g) ==CH4(g)＋HC
CH3CH
则相同条件下，反应C3H8(g) ==CH3CH
（2）以丙烷为燃料制作新型燃料电池，电池的正极通入O2和CO2，负极通入丙烷，电解质是熔融碳酸盐。电池总反应方程式为 ；放电时CO32－移向电池的 （填“正”或“负”）极。
（3）碳氢化合物完全燃烧生成CO2和H2O。常温常压下，空气中的CO2溶于水，达到平衡时，溶液的pH=5.60，c(H2CO3)=1.5×10-5 mol/L。若忽略水的电离及H2CO3的第二级电离，则H2CO3
（4）常温下，0.1 mol/LNaHCO3溶液的pH大于8，则溶液中c(H2CO3) c(CO32－)（填“＞”、“=”或“＜”），原因是
（用离子方程式和必要的文字说明）。
正确答案
（1）124.2 （2分）
（2）C3H8＋5O2=3CO2＋4H2O （2分） 负（1分）
（3）4.2×10-7 mol/L（2分）
（4）＞ （1分） HCO3－＋H2O
HCO3－＋H2O
试题分析：（1）根据盖斯定律可得：∆H=∆H1-∆H2="156.6" kJ•mol‾1-32.4 kJ•mol‾1=124.2kJ•mol‾1。
（2）燃料电池的总反应方程式可根据燃烧反应的方程式书写：C3H8＋5O2=3CO2＋4H2O；原电池放电时阴离子向负极移动。
（3）根据pH可得c(H+)=10-5.6mol/L H2CO3 = HCO3‾ + H+
平衡浓度（mol•L‾1） 1.5×10-5 10-5.6 10-5.6
K=(10-5.6 mol•L‾1×10-5.6 mol•L‾1)÷1.5×10-5 mol•L‾1=4.2×10-7 mol•L‾1。
（4）NaHCO3溶液存在两个平衡，HCO3‾的电离：HCO3－
（7分）氮是地球上含量丰富的一种元素，氮元素的单质及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。
（1）根据右侧能量变化示意图，请写出NO2和CO反应的热化学方程式 。
（2）在固定体积的密闭容器中，进行如下化学反应：
N2(g)+3H2(g)
①该反应的平衡常数表达式：K=
②试判断K1 K2（填写“>”，“=”或“<”）
③下列各项能说明该反应已达到平衡状态的是 （填字母）
a．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1∶3∶2
b．v(N2)正 = 3v(H2)逆
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
（3）对反应N2O4(g)
a．A、C两点的反应速率：A＞C
b．A、C两点的化学平衡常数：A＞C
c．A、C两点N2O4的转化率：A＞C
d．由状态B到状态A，可以用加热的方法
正确答案
(7分)（1）NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g) ΔH＝－234 kJ•mol－1
（2）①C2（NH3）/C（N2）.C3（H2）（1分） ②＞（1分）③c （1分）（3）c d
（除注明外每空2分）
试题分析：（1）根据图像可知，反应中放出的热量是134kJ/mol－268kJ/mol＝－234kJ/mol，所以该反应的热化学方程式是NO2(g)+CO(g)=NO(g)+CO2(g) ΔH＝234kJ/mol。
（2）①化学平衡常数是在一定条件下，当可逆反应达到平衡状态时，生成物浓度的幂之积和反应物浓度的幂之积的比值，所以根据反应的化学方程式可知，该反应的平衡常数表达式是K＝C2（NH3）/C（N2）.C3（H2）。
②正反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，所以平衡常数减小，即K1＞K2。
③在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。平衡时各种物质的浓度不再发生变化，但各种物质的浓度不一定相等或满足某种关系，a不正确；b中反应速率的方向相反，但满足速率之比是相应的化学计量数之比，不正确；根据方程式可知，反应是体积减小的可逆反应，所以压强也是减小的，因此选项c可以说明；密度是混合气的质量和容器容积的比值，在反应过程中质量和容积始终是不变的，d不正确，答案选c。
（3）A点的压强大于C点的压强，所以A、C两点的反应速率：C＞A，选项a不正确；A、C两点的温度相同，化学平衡常数相等，b不正确；正反应是体积增大的，增大压强平衡向逆反应方向移动，所以A点的转化率大，c正确；B和A点相比，压强相等，但温度不同，所以由状态B到状态A，可以用加热的方法，d正确，答案选cd。
点评：判断化学平衡状态的标志有：(1)任何情况下均可作为标志的：①υ正=υ逆(同一种物质)；②各组分含量(百分含量、物质的量、质量)不随时间变化；③某反应物的消耗(生成)速率、某生成物的消耗(生成)速率=化学计量数之比；(2)在一定条件下可作为标志的是：①对于有色物质参加或生成的可逆反应体系，颜色不再变化；②对于有气态物质参加或生成的可逆反应体系，若反应前后气体的系数和相等，则混合气体平均相对分子质量M和反应总压P不变(恒温恒容)；③对于恒温绝热体系，体系的温度不在变化；(3)不能作为判断标志的是：①各物质的物质的量或浓度变化或反应速率之比=化学计量数之比 (任何情况下均适用)；②有气态物质参加或生成的反应，若反应前后气体的系数和相等，则混合气体平均相对分子质量M和反应总压P不变(恒温恒容)。
天然气（以甲烷计）在工业生产中用途广泛。
Ⅰ．在制备合成氨原料气H2中的应用
（1）甲烷蒸汽转化法制H2的主要转化反应如下：
CH4(g) + H2O(g) 
CH4(g) + 2H2O(g)
上述反应所得原料气中的CO能使氨合成催化剂中毒，必须除去。工业上常采用催化剂存在下CO与水蒸气反应生成易除去的CO2，同时又可制得等体积的氢气的方法。此反应称为一氧化碳变换反应，该反应的热化学方程式是 。
（2）CO变换反应的汽气比（水蒸气与原料气中CO物质的量之比）与CO平衡变换率
（已转化的一氧化碳量与变换前一氧化碳量之比）的关系如下图所示：
汽气比与CO平衡变换率的关系
析图可知：
① 相同温度时，CO平衡变换率与汽气比的关系是 。
② 汽气比相同时，CO平衡变换率与温度的关系是 。
（3）对于气相反应，用某组分（B）的平衡压强（pB）代替物质的量浓度也可以表示平衡常数（记作Kp），则CO变换反应的平衡常数表示式为：Kp= 。随温度的降低，该平衡常数 （填“增大”“减小”或“不变”）。
Ⅱ．在熔融碳酸盐燃料电池中的应用
以熔融Li2CO3和K2CO3为电解质，天然气经内重整催化作用提供反应气的燃料电池示意图如下：
（1）外电路电子流动方向：由 流向 （填字母）。
（2）空气极发生反应的离子方程式是 。
（3）以此燃料电池为电源电解精炼铜，当电路有0.6 mol e‑转移，有 g 精铜析出。
正确答案
（12分）
Ⅰ（1）CO(g)＋H2O(g) 
（2）①汽气比越大CO平衡变化率越大 （1分）
②温度越高CO平衡变化率越小 （1分）
（3） Kｐ= 
增大 （1分）
Ⅱ（1）由Ａ流向Ｂ （2分）
（2）O2＋4e-＋2CO2=2CO32- （2分）
（3）19.2 （2分）
试题分析：Ⅰ（1）①CH4(g) + H2O(g)
②CH4(g) + 2H2O(g)
加减消元，②―①得ΔH =ΔH2―ΔH1=165.0kJ/mol―206.2 kJ/mol=－41.2 kJ/mol,答案：CO(g)＋H2O(g)
（2）①由汽气比与CO平衡变换率的关系图，选取某一温度，随汽气比增大，CO平衡变换率变大，故答案：汽气比越大CO平衡变化率越大 （1分）
②在汽气比与CO平衡变换率的关系图中，将横坐标汽气比固定，作纵坐标的平行线，得：温度越高CO平衡变化率越小 ，答案：温度越高CO平衡变化率越小 （1分）
（3）由方程式CO(g)＋H2O(g) 
反应的△H=－41.2 kJ/mol，是放热反应，降低温度，平衡正向移动，平衡常数增大，答案：增大 （1分）
Ⅱ（1）外电路电子由负极移向正极，由Ａ流向Ｂ ，答案：由Ａ流向Ｂ（2分）
（2）空气中氧气作氧化剂，在碳酸盐体系中，CO2变成CO32―,答案：O2＋4e-＋2CO2=2CO32- （2分）
（3）由关系式Cu2＋ ＋2e―=Cu得m(Cu)=0.6mol/2×64g·mol-1=19.2g,答案：19.2 （2分）
（10分）Q、W、X、Y、Z是5种短周期元素，原子序数逐渐增大，Q与W组成的化合物是天然气的主要成分，W与Y、X与Y组成的化合物是机动车排出的大气污染物，Y和Z能形成原子个数比为1︰1和l︰2的两种离子化合物。
（1）W在元素周期表中的位置是 周期 族。
（2）工业合成XQ3是放热反应。下列措施中，既能加快反应速率，又能提高原料利用率是 。（填写序号）
（3）2.24 L（标准状况）XQ3被200 mL l mol/L QXY3溶液吸收后，所得溶液中离子浓度从大到小的顺序是 。（用离子符号表示）
（4）WQ4Y与Y2的反应可将化学能转化为电能，其工作原理如右图所示，a极的电极反应是 。
（5）已知：W（s）+Y2（g）=WY2（g）；
WY（g）+
（6）X和Z组成的一种离子化合物，能与水反应生成两种碱，该反应的化学方程式为 。
正确答案
（1）第二周期、第ⅣA族。 （2）D （3）c(NO3-)＞c( H+)＞c(NH4+)＞c(OH-)
（4）CH4 – 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O （5）CO2、CO 1：8.24
（6）Na3N + 4H2O =" 3NaOH" + NH3.H2O
Q与W组成的化合物是天然气的主要成分，所以Q是H，W是C。机动车排出的大气污染物主要是碳的氧化物和氮的氧化物，因此X是N，Y是O。Y和Z能形成原子个数比为1︰1和l︰2的两种离子化合物，说明Z是钠元素。
（2）氨的合成是放热的、体积减小的可逆反应，升高温度，不利于平衡向正反应方向进行，催化剂不能平衡状态，将XQ3及时分离出去会降低反应速率，正确的答案是D。
（3）0.1molNH3和0.2molHNO3混合后，硝酸过量，溶液中含有的溶质是NH4NO3和HNO3，所以所得溶液中离子浓度从大到小的顺序是c(NO3-)＞c( H+)＞c(NH4+)＞c(OH-)。
（4）根据电子的流动方向可知a是负极，应通入甲烷，所以a极的电极反应是CH4 – 8e- + 10OH- = CO32- + 7H2O。
（5）将所给的热化学方程式合并可得到W（s）+1/2Y2（g）=WY（g）；
因此24gC完全燃烧放出的热量是787kJ，不完全燃烧放出的热量是311 kJ，而实际放出362.5
kJ，所以产物是CO和CO2的混合物。根据十字交叉法可计算CO和CO2的物质的量之比是
（6）X和Z分别是N和Na，其化合价分别是－3价和＋1价，所以其化学式为Na3N，反应的方程式为Na3N + 4H2O =" 3NaOH" + NH3.H2O。
多晶硅是太阳能光伏产业的重要原材料。
(1)由石英砂可制取粗硅，其相关反应的热化学方程式如下：
SiO2(s)＋C(s)=SiO(g)＋CO(g) ΔH＝a kJ·mol－1
2SiO(g)=Si(s)＋SiO2(s) ΔH＝b kJ·mol－1
①反应SiO2(s)＋2C(s)=Si(s)＋2CO(g)的ΔH＝________ kJ·mol－1(用含a、b的代数式表示)。
②SiO是反应过程中的中间产物。隔绝空气时，SiO与NaOH溶液反应(产物之一是硅酸钠)的化学方程式为________________________________。
(2)粗硅提纯常见方法之一是先将粗硅与HCl制得SiHCl3，经提纯后再用H2还原：
SiHCl3(g)＋H2(g)
不同温度及不同
①X是________(填“H2”或“SiHCl3”)。
②上述反应的平衡常数K(1 150 ℃)________K(950 ℃)(填“>”、“<”或“＝”)。
(3)SiH4(硅烷)法生产高纯多晶硅是非常优异的方法。
①用粗硅作原料，熔融盐电解法制取硅烷原理如图所示，电解时阳极的电极反应式为_________________________________________。
②硅基太阳电池需用N、Si两种元素组成的化合物Y作钝化材料，它可由SiH4与NH3混合气体进行气相沉积得到，已知Y中Si的质量分数为60%，Y的化学式为________。
正确答案
(1)①2a＋b ②SiO＋2NaOH=Na2SiO3＋H2↑
(2)①SiHCl3 ②>
(3)①Si＋4H＋－4e－=SiH4↑ ②Si3N4
(1)①反应SiO2(s)＋2C(s)=Si(s)＋2CO(g)可由第一个反应×2＋第二个反应得到，则ΔH＝(2a＋b)kJ·mol－1。②根据产物有硅酸钠及质量守恒得到反应的化学方程式为SiO＋2NaOH=Na2SiO3＋H2↑。(2)①根据图像，在温度不变的情况下，
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