- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
Ⅰ．X、Y、Z是短周期元素的三种常见氧化物．X跟水反应可生成一种具有还原性的不稳定的二元酸，该酸的化学式是______；Y和X组成元素相同，Y与水反应生成M，足量M的浓溶液与3.2g Cu在加热条件下充分反应，其中被还原的M的物质的量为______．固态Z可应用于人工降雨，0.5mol•L-1Z与NaOH反应所得的正盐水溶液中，离子浓度从大到小的顺序为______．
Ⅱ．N2O5是一种新型硝化剂，其性质和制备受到人们的关注．现以H2、O2、熔融盐Na2CO3组成的燃料电池，其中Y为CO2；采用电解法制备N2O5，总的反应方程式为：N2O4+2HNO3=2N2O5+H2，装置如图所示．
写出石墨I电极上发生反应的电极反应式______．
在电解池中生成N2O5的电极反应式为______．
Ⅲ．烟气的脱硫（除SO2）技术和脱硝（除NOx）技术都是环境科学研究的热点．
（1）烟气脱硫、脱硝对环境的意义______．
（2）目前，科学家正在研究一种以乙烯作为还原剂的脱硝（NO）原理，其脱硝机理示意图如图1．
脱硝率与温度、负载率（分子筛中催化剂的质量分数）的关系如图2所示．
①写出该脱硝原理总反应的化学方程式：______．②为达到最佳脱硝效果，应采取的条件是______．
正确答案
Ⅰ、常见的二元含氧酸有H2SO4、H2SO3、H2CO3、H2SiO3，具有还原性的二元含氧酸为亚硫酸，化学式是H2SO3，所以X为二氧化硫；
Y和X组成元素相同，所以Y是三氧化硫，M是硫酸，浓硫酸和铜反应的方程式为
Cu+H2SO4（浓）+H2SO4（浓） （被还原硫酸）
64g 1mol
3.2g 0.05mol
所以被还原的硫酸为0.05mol；
固态可应用于人工降雨的氧化物为二氧化碳，所以Z是二氧化碳，二氧化碳与NaOH反应所得的正盐为碳酸钠，碳酸钠是强碱弱酸盐，所以能电离也能水解，只是电离程度大于水解程度，所以碳酸根离子浓度大于碳酸氢根离子浓度；碳酸是二元弱酸，所以碳酸根离子能发生两步水解，第一步水解程度大于第二步水解程度，碳酸根离子每步都有氢氧根离子生成，所以氢氧根离子的浓度大于碳酸氢根离子的浓度；碳酸钠是强碱弱酸盐，其水溶液呈碱性，所以氢氧根离子浓度大于氢离子浓度，所以溶液中离子的浓度大小为C（Na+）＞C（CO32- ）＞C（OH-）＞C（HCO3-）＞C（H+），
故答案为：H2SO3；0.05mol；C（Na+）＞C（CO32- ）＞C（OH-）＞C（HCO3-）＞C（H+）；
Ⅱ、燃料原电池中，负极上燃料失电子和碳酸根离子反应生成二氧化碳和水，电极反应式为H2+CO32--2e-=CO2+H2O；
N2O5中氮元素的化合价是+5价，而硝酸中氮元素也是+5价．因此应该在左侧生成N2O5，即在阳极区域生成，据电极反应离子放电顺序可知：阴极发生2H++2e-=H2↑的反应，则阳极为N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+．
故答案为：H2+CO32--2e-=CO2+H2O；N2O4+2HNO3-2e-=2N2O5+2H+；
Ⅲ、（1）、SO2和氮的氧化物（NOx）是引起酸雨的主要物质，所以烟气脱硫、脱硝的环境意义是防止酸雨、光化学烟雾的发生，故答案为：防止酸雨、光化学烟雾的发生；
（2）①由图1知，反应物为一氧化氮、氧气、乙烯，铜为催化剂，生成物为氮气、二氧化碳和水，反应方程式为6NO+3O2+2C2H4
故答案为：6NO+3O2+2C2H4
②满足脱硝率高，负载率低，适宜的温度，由图可知，适合条件为350℃、负载率3%，故答案为：350℃、负载率3%．
已知D、M、H是常见的非金属单质，其中M是无色气体，H是有色气体，J是一种金属单质（其同族的某种元素是形成化合物种类最多的元素），A、C是金属氧化物，C和J均是某种常见电池的电极材料，J元素的+2价化合物比+4价化合物稳定，B与C反应时，每生成1molH同时消耗4molB和1molC，K只知含有CO或CO2中的一种或两种。 它们关系如图
（1）写出下列物质的化学式：A______________D______________
（2）写出下列反应的化学方程式：
②____________________________⑤____________________________
（3）由金属氧化物A和C得到其相应的金属，在冶金工业上一般可用____________方法（填序号）
①热分解法 ②热还原法 ③电解法
其中从A得到其相应金属也可用铝热法，若反应中1molA参加反应，转移电子的物质的量为________
（4）用C、J作电极，与硫酸构成如图所示电池，正极的电极反应为______________当反应转移1mol电子时，负极质量增加______________g。
正确答案
（1）Fe3O4；C
（2）PbO2+4HCl（浓）==PbCl2+Cl2↑+2H2O；2HClO
（3）②；8mol
（4）PbO2+2e-+4H++SO42-==PbSO4+2H2O；48
锂离子电池的广泛应用使回收利用锂货源成为重要课题：某研究性学习小组对废旧锂离子电池正极材料（LiMn2O4、碳粉等涂覆在铝箔上）进行资源回收研究，设计实验流程如下
（1）第②步反应得到的沉淀X的化学式为______．
（2）第③步反应的离子方程式是______．
（3）第④步反应后，过滤Li2CO3所需的玻璃仪器有______．若过滤时发现滤液中有少量浑浊，从实验操作的角度给出两种可能的原因：______、______．
（4）若废旧锂离子电池正极材料含LiNB2O4的质量为18.1g第③步反应中加入20.0mL3.0mol•L-1的H2SO4溶液．定正极材料中的锂经反应③和④完全为Li2CO3，剩至少有______Na2CO3参加了反应．
正确答案
第一步就是铝溶解在氢氧化钠溶液中（注意LiMn2O4不溶于水）生成四羟基合铝酸钠，即滤液的主要成分，第二步就是四羟基合铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠的过程，第三步是LiMn2O4在酸性环境下能被空气中的氧气氧化发生的氧化还原反应，得到的滤液中有生成的硫酸锂，可能有过量的硫酸，最后一步加入碳酸钠之后所得的滤液主要成分为硫酸钠；
（1）四羟基合铝酸钠与过量二氧化碳反应得产物是Al（OH）3沉淀和碳酸氢钠，故答案为：Al（OH）3；
（2）在酸性环境下，LiMn2O4能被空气中的氧气氧化，离子方程式为：4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O，故答案为：4 LiMn2O4+O2+4H+=4Li++8MnO2+2H2O；
（3）过滤所用玻璃仪器有：漏斗、玻璃棒、烧杯；过滤时发现滤液中有少量浑浊，原因可能有：滤纸破损、滤液超过滤纸边缘等，故答案为：漏斗、玻璃棒、烧杯；滤纸破损、滤液超过滤纸边缘
（4）根据LiMn2O4～0.5H2SO4～Li+得18.1gLiMn2O4即0.1molLiMn2O4消耗硫酸的量为0.05mol，故硫酸有剩余，剩余的硫酸和生成的Li+共消耗碳酸钠0.05mol，即5.3g，故答案为：5.3g．
近年来，为提高能源利用率，西方提出共生系统．特指为提高经济效益，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．合成路线如图：
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+4C
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，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______．
正确答案
（1）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，原电池反应是负极发生氧化反应，正极发生还原反应，依据元素化合价变化可知，二氧化硫中硫元素化合价升高，失去电子发生氧化反应，过程中，将SO2通入电池的负极，电极反应为：SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+；此方法的优点是污染小，生成产物可以循环利用，可以回收有效能；
故答案为：负；SO2+2H2O-2e-=SO42-+4H+；利用上述电池，可回收大量有效能，副产品为H2SO4，减少环境污染，实现（能质）共生；
（2）①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，防止亚硫酸根被氧化，以更好的得到亚硫酸铵晶体；
故答案为：防止亚硫酸铵被氧化；
②A、依据流程图结合反应生成物分析，过量的空气把亚硫酸钙氧化为硫酸钙；故A正确；
B、依据流程图中的反应物和生成物，结合元素化合价变化分析写出反应的化学方程式为CaSO4+4C
C、防止碳酸氢铵在温度过高时分解得不到需要的目标产物；故C正确；
D、氯化铵是一种氮肥；故D正确；
故答案为：ABCD；
③反应V中选用了40%的乙二醇溶液，温度控制在25℃，此时硫酸钾的产率超过90%，选用40%的乙二醇溶液原因是利用乙二醇降低硫酸钾溶解度，有利于析出；
故答案为：K2SO4在有机溶剂乙二醇中溶解度小，能充分析出；
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，二氧化氮与亚硫酸铵反应，二氧化氮具有强氧化性能氧化亚硫酸铵反应，生成硫酸铵，本身被还原为氮气，原子守恒配平书写出的化学方程式为：4（NH4）2SO3+2NO2=4（NH4）2SO4+N2；
故答案为：4（NH4）2SO3+2NO2=4（NH4）2SO4+N2；
已知X是一种酸式盐，H是常见金属单质，F、I是常见非金属单质，D为淡黄色固体，E、G都是工业上重要的碱性物质，A物质可做耐火材料。它们有如图所示的转化关系。试回答下列问题
⑴X的化学式为：______________ ；G的电子式为_______________ 。
⑵写出下列反应的化学方程式 ①____________________ ； ②__________________。
⑶H与同周期原子序数比其大一的另一种金属组成原电池，H作正极，则负极反应式为___________，电解质溶液为______________。
⑷H的工业制法可用电解原理，当阳极产生可使湿润的淀粉KI试纸变蓝的气体 1.12升（标况）时，阴极生成H____________克，有关化学方程式为________________。
正确答案
⑴ Mg(HCO3)2 ; 
⑵①2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 ②Mg+ CO2
⑶Al-3e-+4OH-=AlO2-+2H2O ; NaOH(aq)（或其它强碱）
⑷1.2g ;MgCl2(熔融)
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