- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
有A、B、C、D、E五种短周期元素，它们的原子序数依次增大，其中B是地壳中含量最多的元素。已知A、C及B、D分别是同主族元素，且B、D两元素原子核内质子数之和是A、C两元素原子核内质子数之和的2倍；在处于同周期的C、D、E三种元素中，E的原子半径最小。
（1）A的元素名称是_______，E的元素符号为____________。
（2）C、B、D原子半径由大到小的顺序为____________（用元素符号和“>” 表示）
（3）D、E两元素的最高价氧化物对应水化物的酸性强弱_____> _____（填化学式）。
（4）E的单质与C的最高价氧化物对应水化物反应的离子方程式为_______________。
（5）用A的单质和B的单质可制成气体燃料电池，该电池是将多孔的惰性电极浸入浓KOH溶液中，向两极中分别通入A的单质和B的单质，如图所示。
A的单质通入电池的_______极，发生_______（填“氧化”或“还原”）反应。
正确答案
（1）氢；Cl
（2）Na>S>O
（3）HClO4>H2SO4（4）Cl2+ 2OH- = H2O + Cl－+ ClO－
（5） 负；氧化
下图是元素周期表的短周期部分，序号a～h代表8种常见元素．
请用相应的化学用语回答下列问题：
（1）画出g原子结构示意图______．
（2）写出元素h的单质与元素a、c形成的简单化合物发生置换反应的化学方程式______．
（3）写出f单质与a、d、e三种元素形成的化合物水溶液反应的化学方程式______．
（4）a、b元素形成的最简单化合物与d单质可组成燃料电池（以KOH溶液作电解质溶液），写出正极的电极反应式：______，负极发生______反应（填“氧化”或“还原”），OH-移向______极．
正确答案
根据元素在周期表中的分布知识，可以推知a是H，b是C，c是N，d是O，e是Na，f是Al，g是S，h是Cl．
（1）S原子结构示意图为：
，故答案为：
；
（2）元素a、c形成的简单化合物是氨气，元素h的单质是氯气，氯气和氨气的反应为：3Cl2+2NH3=N2+6HCl，故答案为：3Cl2+2NH3=N2+6HCl；
（3）f单质是金属铝与a、d、e三种元素形成的化合物水溶液氢氧化钠反应的化学方程式为：2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al（OH）4]+3H2↑，故答案为：2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al（OH）4]+3H2↑；
（4）a、b元素形成的最简单化合物是甲烷，和氧气形成的甲烷燃料电池中，正极上放电的是氧气，发生得电子得还原反应，电极反应是O2+2H20+4e-=4OH-，负极上是燃料甲烷失电子，发生氧化反应，在原电池中，阴离子移向原电池的负极，故答案为：O2+2H20+4e-=4OH-；氧化；负．
能源短缺是人类面临的重大问题．甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应I：CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）△H1
反应II：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H2
下表所列数据是反应Ⅱ在不同温度下的化学平衡常数（K）
①由表中数据判断△H2______0（填“＞”、“＜”或“=”），
②若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______，
A．升高温度 B．将CH3OH（g）从体系中分离 C．使用合适的催化剂
D．充入He，使体系总压强增大 E．按原比例再充入 CO和 H2
③某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的恒容密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol•L-1，则CO的转化率为______，此时的温度为______（从上表中选择）；
④恒温下，1mol CO和nmol H2在一个容积可变的密闭容器中反应达到平衡后，生成a molCH3OH．若起始时放入3molCO+3nmolH2，则达平衡时生成CH3OH______mol．
（2）某实验小组依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的原电池装置．
①该电池工作时，OH-向______极移动（填“正”或“负”），
②该电池正极的电极反应式为______．
正确答案
（1）①表中数据分析，随温度增大，平衡常数减小，说明平衡逆向进行，根据平衡移动原理，升温向吸热反应方向进行，故正向是放热反应，△H2＜0；故答案为：＜；
②CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）△H2＜0；若容器容积不变，可增加甲醇产率的条件分析：
A、升高温度平衡逆向进行，甲醇产率减小，故A不符合；
B、将CH3OH（g）从体系中分离，平衡正向进行，甲醇产增大，故B符合；
C、使用合适的催化剂，改变反应速率，不改变化学平衡，甲醇产率不变，故C不符合；
D、充入He，使体系总压强增大，分压不变，平衡不动，故D不符合；
E、按原比例再充入 CO和 H2，相当于增大体系压强，平衡向气体体积减小的方向进行，即正向进行，甲醇产率增大，故E符合；
故答案为：BE；
③某温度下，将2mol CO和6mol H2充入2L的恒容密闭容器中，充分反应，达到平衡后，测得c（CO）=0.2mol•L-1，则依据平衡三段式列式计算：
CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）
起始量（mol） 2 6 0
变化量（mol） 1.6 3.2 1.6
平衡量（mol） 0.4 2.8 1.6
CO的转化率=
平衡后物质的平衡浓度为：C（CO）=0.2mol/L；C（H2）=1.4mol/L；C（CH3OH）=0.8mol/L；
平衡常数K=
故答案为：80%； 250℃；
④恒温下，1mol CO和nmol H2在一个容积可变的密闭容器中反应达到平衡后，生成a molCH3OH．若起始时放入3molCO+3nmolH2，依据恒温恒压容器中达到的平衡是等效平衡，所以容器中生成甲醇物质的量为3a；故答案为：3a；
（2）①依据甲醇燃烧的反应原理，结合如图所示的原电池装置，负极上失电子发生氧化反应，正极上得到电子发生还原反应；一般燃料在负极上发生反应，氧气再正极发生还原反应；
负极电极反应为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O；阴离子移向负极；正极电极反应为：O2+2H2O+4e-=4OH-；
故答案为：负；O2+2H2O+4e-=4OH-；
甲醇是一种可再生能源，具有开发和应用的广阔前景，工业上一般可采用如下反应来合成甲醇：CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）．
（1）分析该反应并回答下列问题：
①平衡常数表达式为K=______．
②下列各项中，不能够说明该反应已达到平衡的是______（填序号）．
A、恒温、恒容条件下，容器内的压强不发生变化
B、一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等
C、一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变
D、一定条件下，单位时间内消耗2mol CO，同时生成1mol CH3OH
（2）如图1是该反应在不同温度下CO的转化率随时间变化的曲线．
①该反应的焓变△H______0（填“＞”、“＜”或“=”）．
②T1和T2温度下的平衡常数大小关系是K1______K2（填“＞”、“＜”或“=”）．
③若容器容积不变，下列措施可增加甲醇产率的是______．
A、升高温度
B、将CH3OH（g）从体系中分离
C、使用合适的催化剂
D、充入He，使体系总压强增大
（3）2009年10月，中国科学院长春应用化学研究所在甲醇燃料电池技术方面获得新突破，组装出了自呼吸电池及主动式电堆．甲醇燃料电池的工作原理如图2所示．
①该电池工作时，b口通入的物质为______，c口通入的物质为______．
②该电池正极的电极反应式为：______．
③工作一段时间后，当6.4g甲醇完全反应生成CO2时，有______NA个电子转移．
正确答案
（1）①反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）的平衡常数K=
②A．由方程式可以看出，反应前后气体的物质的量不相等，只有达到平衡状态，容器压强不发生变化，能判断反应达到平衡状态，故A错误；
B．一定条件下，CH3OH分解的速率和CH3OH生成的速率相等，即正逆反应速率相等，所以能判断反应达到平衡状态，故B错误；
C、一定条件下，CO、H2和CH3OH的浓度保持不变是平衡的标志，故C错误；
D、一定条件下，单位时间内消耗2molCO，同时生成1mol CH3OH，只能表明正反应速率，不能表示正逆反应速率相等，故D正确．
故选D．
（2）①反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）中，反应向右进行，一氧化碳的转化率增大，温度升高，化学平衡向着吸热方向进行，根据图中的信息可以知道：T2＞T1，所以该反应是放热反应，故答案为：＜；
②对于放热反应，温度越高，化学平衡常数越小，T2＞T1，反之越大，所以K1＞K2，故答案为：＞；
③A、若容器容积不变，升高温度，反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）平衡逆向移动，甲醇产率降低，故A错误；
B、将CH3OH（g）从体系中分离，反应CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）平衡正向移动，甲醇产率增大，故B正确；
C、使用合适的催化剂不会引起化学平衡的移动，甲醇的转化率不变，故C错误；
D、若容器容积不变，充入He，使体系总压强增大，单质各组分的浓度不变，化学平衡不移动，甲醇的转化率不变，故D错误；
故选B；
（3）①在甲醇燃料电池中，燃料甲醇作负极，氧气作正极，电解质中的阳离子移向正极，所以c口通入的物质为氧气，b口通入的物质为甲醇，故答案为：CH3OH；O2；
②该电池正极是氧气发生得电子的还原反应，电极反应式为：O2+4e-+4H+=2H2O，故答案为：O2+4e-+4H+=2H2O；
③当6.4g即0.2mol甲醇完全反应生成CO2时，根据总反应：2CH3OH+3O2=2CO2+4H2O，消耗氧气0.3mol，转移电子1.2mol，即个数为1.2NA，故答案为：1.2NA．
化学反应与能量有比不可分的关系，回答下列问题．
Ⅰ：已知31g白磷变为31g红磷释放能量．试回答：
（1）上述变化属于______（填“物理”或“化学”）变化．
（2）31g白磷具有的能量_______（“＞”或“＜”）31g红磷具有的能量，常温常压下，______更稳定．
（3）31g白磷完全燃烧释放的能量_______（“＞”或“＜”）31g红磷完全燃烧释放的能量．
Ⅱ：A、B、C三个烧杯中分别盛有200mL相同物质的量浓度的稀硫酸
（1）分别写出三个装置中铁片表面发生反应的离子方程式：
A______；B______；C______．
（2）一段时间后，B中Sn极附近溶液的pH______（填“增大”、“减小”、“不变”）．
（3）一段时间后，C中产生了3.36L（标准状况）气体时，硫酸恰好全部被消耗，则原稀硫酸溶液的物质的量浓度=______mol•L-1．此时，三个烧杯中液体质量由大到小的顺序为：______（填写序号）．
（4）比较A、B、C中铁被腐蚀的速率，由快到慢的顺序是______（填写序号）．
Ⅲ：某温度时，在一个2L的密闭容器中，X、Y、Z三种物质的物质的量随时间的变化曲线如图所示．根据图中数据填空：
（1）该反应的化学方程式为______．
（2）反应开始至2min，以气体Z表示的平均反应速率为______．
（3）若X、Y、Z均为气体，2min后反应达到平衡，反应达平衡时：
①此时体系的压强是开始时的______倍；
②达平衡时，容器内混合气体的平均相对分子质量比起始投料时______（填“增大”“减小”或“相等”）．
正确答案
Ⅰ：（1）因白磷和红磷是不同的物质，白磷变为红磷是化学变化，故答案为：化学；
（2）因白磷变为红磷释放能量，所以白磷具有的能量大于红磷具有的能量，物质的能量越低，稳定性越好，故答案为：＞；红磷，
（3）因化学反应中能量守恒，放出的能量=反应物的总能量-生成物的总能量，反应物的能量大，生成物的能量相同，放出的能量也大，故答案为：＞，
Ⅱ：（1）A中是金属铁和硫酸能发生置换反应，原理方程式为：Fe+2H+=Fe2++H2↑；B中Sn、Fe、硫酸构成的原电池，金属铁较活泼，做负极，电极反应为：Fe-2e-=Fe2+，C中Zn、Fe、硫酸构成的原电池，金属锌较活泼，做负极，金属铁作正极，该极发生的电极反应为：2H++2e-=H2↑，故答案为：Fe+2H+=Fe2++H2↑；Fe-2e-=Fe2+；2H++2e-=H2↑；
（2）B中Sn（锡）极发生的电极反应为：2H++2e-=H2↑，所以氢离子浓度减小，酸性减弱，pH增大，故答案为：增大；
（3）电池总反应为：H2SO4+Fe=FeSO4+H2↑，n（H2SO4）=n（H2）=
则：c（H2SO4）=
A中是金属铁和硫酸能发生置换反应，进入的是铁，出去的是氢气，质量增重是54，B中Sn、Fe、硫酸构成的原电池，进入的是铁，出去的是氢气，质量增重是54，C中Zn、Fe、硫酸构成的原电池，进入的是锌，出去的是氢气，质量增重是63，原来三个溶液的质量相等，而溶液质量的变化等于进入和出去的物质的质量之差，所以三个烧杯中液体质量由大到小的顺序为：C＞A=B，
故答案为：0.75；C＞A=B；
（4）电化学腐蚀的速率大于化学腐蚀的速率，金属做原电池正极时得到保护，腐蚀速率最小，故答案为：BAC．
Ⅲ．（1）由图象可知，在反应中，X、Y的物质的量逐渐减小，Z的物质的量逐渐增大，则X、Y为反应物，Z为生成物，同时该反应为可逆反应，相同时间内物质的量的变化比值为：c（X）：c（Y）：c（Z）=（1.0-0.9）：（1.0-0.7）：0.2=1：3：2，化学反应中物质的量变化之比等于化学剂量数之比，则化学方程式为Y+3X⇌2Z，故答案为：Y+3X⇌2Z；
（2）反应开始至2min，气体Z的平均反应速率v=
（3）①反应达平衡时，气体的总物质的量为：0.9mol+0.7mol+0.2mol=1.8mol，起始时气体的总物质的量为：1.0mol+1.0mol=2.0mol，在相同温度下，气体的物质的量之比等于压强之比，反应达平衡时，此时容器内的压强与起始压强之比为1.8mol：2.0mol=9：10，故答案为：9：10，
②根据物质的摩尔质量M=
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