- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
航天飞机常采用新型燃料电池作为电能来源,燃料电池一般指采用H2、CH4、CO、C2H5OH等可燃物质与O2一起构成的电池装置,它可直接将化学能转化为电能。我国发射的“神舟五号”载人飞船是采用先进的甲烷电池为电能来源的,该电池以KOH溶液为电解质,其总反应的化学方程式为:CH4+2O2+2OH-===CO32-+3H2O。
(1)电极反应 正极__________ _________负极____________ __________。
(2)消耗标准状况下的5.6 L O2时,有________mol电子发生转移。
(3)开始放电时,正极附近溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
正确答案
(1)CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O 2O2+8e-+4H2O=8OH-
(2)1.0mol (3)增大
本题考查中和热的测定。在实验中需要测量溶液的体积,所以需要量筒,同时还需要测量温度,所以需要温度计;在实验过程中要尽可能的减少热量损耗,而金属铜是热的良导体,所以不能用环形铜丝搅拌棒代替环形玻璃搅拌棒;根据实验数据知两次实验中的温度差的平均值为:℃,所以反应中放出的热量Q=4.18KJ·℃-1· Kg-1×0.1kg×3.4℃=1.4212 KJ。因为反应中生成的水的物质的量为0.025mol,所以∆H=
kJ·mol-1,因此反应的热化学方程式为NaOH(aq)+HCl(aq)=NaCl(aq)+H2O(l) ∆H=56.8 kJ·mol-1;KOH属于强碱,对属于结果无影响,但醋酸属于弱酸,溶于水会吸热,因此测定结果有影响。
(10分)(1)有人将铂丝插入KOH溶液中做电极,并在两极片上分别通入甲烷和氧气,形成一种燃料电池,在该电池反应中,甲烷发生类似于燃烧的反应,根据以上判断:
①通甲烷的铂丝为原电池的______极,发生的电极反应为____________________。
②该电池工作时(放电)反应的总化学方程式为_______________________________。
(2)X、Y、Z为三种不同短周期非金属元素的单质。在一定条件下发生如下反应: 若常温下Y为固体,X、Z为气体,A在空气中充分燃烧可生成B,则:
①B的化学式为 ;
②向苛性钠溶液中通入过量的A所发生反应的离子方程式为
③将B与氯气的水溶液充分反应可生成两种强酸,该反应的化学方程式为
正确答案
(10分,除标注外每空2分)
(1)(1)①负(1分) CH4 + 10OH- -8e- = CO32- + 7H2O
②CH4 +2O2 +2OH- =CO32- +3H2O
(2)①SO2(1分) ②H2S+OH-=HS-+H2O ③ SO2+Cl2+2H2O=H2SO4+2HCl
略
(10分)(1)处理含CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S。
(已知:①CO(g)+ 1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0KJ·mol-1
②S(s)+ O2(g)=SO2(g) △H=-296.0KJ·mol-1 )
此反应的热化学方程式是 。
(2)硫—碘循环分解水制氢,主要涉及下列反应:
I SO2+2H2O+I2===H2SO4+2HI II 2HIH2+I2
III 2H2SO4====2SO2+O2+2H2O
分析上述反应,下列判断正确的是 。、
a.反应III易在常温下进行 b.反应I中SO2氧化性比HI强
c.循环过程中需补充H2O d.循环过程中产生1molO2的同时产生1 molH2
(3)实验室用Zn和稀硫酸制取H2,若加入少量下列试剂中的 ,产生H2的速率将增大。
a.NaNO3 b.CuSO4 c.Na2SO4 d.NaHSO3
(4)以丙烷(C3H8)为燃料制作新型燃料电池,电池的正极通人O2和CO2,负极通人丙烷.电解质是熔融碳酸盐。电池反应方程式为 。
(5)冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O2=8Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2
上述冶炼过程产生大量SO2。下列处理SO2的方案中合理的是 (填代号)。
a.高空排放 b.用于制备硫酸 c.用纯碱溶液吸收制Na2SO3 d.用浓硫酸吸收
正确答案
(10分,每空2分)
(1)2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g) △H1=-270KJ·mol-1
(2)c (3)b (4)C3H8+5O2=3CO2+4H2O (5)b,c
(1)CO、SO2烟道气污染的一种方法是将其在催化剂作用下转化为单质S的化学方程式为:2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g),所以,其反应的热化学方程式的反应热为:①×2+②=-270,即热化学方程式为:2CO(g)+SO2(g)=S(s)+2CO2(g) △H1=-270KJ·mol-1
(2)I、II、III的总方程式为:2H2O ===== 2H2 + O2;所以正确答案只有c;
(3)正确答案为b,Zn与CuSO4溶液反应置换出Cu从而形成原电池加快反应速率。而a.NaNO3相当于溶液中存在HNO3,则无H2生成;加入c.Na2SO4不影响反应速率;加入d.NaHSO3会与H2SO4反应使溶液中H+浓度降低反应速率减小。
(4)燃料电池的总反应方程式相当于燃料的直接燃烧
(5)高空排放明显会污染环境不可行;二氧化硫不能与浓硫酸反应
(10分)我国在青藏高原发现了名为“可燃冰”的环保型新能源。
(1)“可燃冰”属于化石燃料,主要成分是CH4。另外还有两种化石燃料,它们的名称分别是 ________和 。
(2)CH4可与Cl2反应,反应历程如下
则CH4与Cl2反应生成CH3-Cl(g)的热化学方程式为 。
(3)CH4可用于设计燃料电池。甲烷燃料电池的工作原理如下图所示:
则通入CH4的一极为原电池的 (填“正极”或“负极”),正极的电极反应式为 。
(4)在25℃时,将两个铂电极插入一定量的饱和Na2SO4溶液中进行电解,通电一段时间后在阳极逸出a mol气体,同时析山w g Na2SO4·10H2O晶体,若温度不变,此时剩余溶液的质量分数是 。
正确答案
略
燃料电池是目前正在探索的一种新型电池。它的工作原理是在燃料燃烧过程中将化学能直接转化为电能,目前已经使用的氢氧燃料电池的基本反应是:X极:O2(g) + 4e- + 2H2O(l) ="==" 4OH-
Y极:H2(g)-2e- + 2OH- ="==" 2H2O(l)
(1)X极是电池的 极(“正”或“负” ),发生 反应(“氧化”或“还原” )反应。
(2)总的电池反应方程式
(3)若反应得到5.4g液态水,燃料电池中转移的电子为 mol
正确答案
(1)正、还原 (2)2H2 + O2 ="=" 2H2O (3)0.6
(1)在原电池中较活泼的金属作负极,失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极上,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。正极得到电子,发生还原反应。根据方程式可知,氧气得到电子,氢气失去电子,所以X是正极,发生还原反应,Y是负极,发生氧化反应。
(2)正极和负极的电极反应式相加即得到总反应式,即2H2 + O2 ="=" 2H2O。
(3)根据总反应式可知,每生成36g水,反应中就转移4mol电子,所以若反应得到5.4g液态水,燃料电池中转移的电子为。
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