- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
（Ⅰ）氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一．
（1）以天然气为原料制H2是合成氨的一条重要的路线．甲烷的部分氧化，其反应式如下：
①CH4（g）+1/2O2 （g）=CO （g）+2H2（g）△H1=-35.6kJ•molˉ1
试判断常温下，上述反应能否自发进行______（填“能”或“否”），有研究认为甲烷部分氧化的机理为：
②CH4（g）+2O2 （g）=CO 2（g）+2H2O（g）△H2=-890.3kJ•molˉ1
③CH4（g）+CO2 （g）=2CO （g）+2H2（g）△H3=247.3kJ•molˉ1
试结合反应①，确定下面热化学反应方程式中的△H值
CH4（g）+H2O （g）=CO （g）+3H2（g）△H=______kJ•molˉ1
（2）恒温下，向一个2L的密闭容器中充入1mol N2和2.6mol H2，反应过程中对NH3的浓度进行检测，得到的数据如下表所示：
此条件下，该反应达到化学平衡时，氮气的浓度为______．
（3）希腊亚里斯多德大学的Marmellos和Stoukides用一种特殊的电解方法合成氨．即在常压下把氢气和用氦气稀释的氮气，分别通入到570℃的电解池中，用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，金属钯多晶薄膜做电极，转化率高达78%．其实验装置如右图．阴极的电极反应式______．
（4）用标准盐酸标定某氨水的浓度时应该选择下列哪种指示剂最好______．
A．甲基橙 B．石蕊 C．酚酞
（Ⅱ） pC类似pH，是指极稀溶液中溶质物质的量浓度的常用对数负值，如溶液中某溶质的浓度为：1×10ˉ3mol•Lˉ1，则pC=-lg（1×10ˉ3）=3．某温度下，H2CO3溶液的pC-pH关系如图．
请回答下列问题：
（1）pH=2～4时，H2CO3溶液中主要存在的离子为______；
（2）求此温度下H2CO3
H++HCO3ˉ 的电离平衡常数______；
（3）能够抵抗外来少量酸碱的影响、保持自身 pH变化不大的溶液，称之为缓冲溶液．如浓度均为0.1mol•Lˉ1的NaHCO3和Na2CO3混合溶液就是一种缓冲溶液，加入少量酸或碱，由于平衡HCO3ˉ
H++CO32ˉ移动，溶液中H+浓度变化不大．根据上述信息，确定氨水和氯化铵的混和溶液能不能形成缓冲溶液______．
正确答案
（Ⅰ）、（1）反应CH4（g）+1/2O2 （g）=CO （g）+2H2（g）的△H1=-35.6kJ•molˉ1＜0．△S＞0根据反应能否自发进行的判据：△H-T△S可推知该数值一定是小于0，故反应能自发进行，能，根据反应①②③，结合盖斯定律，可知反应CH4（g）+H2O （g）=CO （g）+3H2（g）△H=①×2-②×
（2）根据反应N2 +3H2 ⇌2NH3
初始浓度：0.5 1.3 0
变化浓度：0.1 0.3 0.2
平衡浓度：0.4 1.0 0.2
所以达到平衡时氮气的浓度是1.0mol/L，故答案为：1.0mol/L；
（3）在电解池中，阴极发生得电子的还原反应，在酸性介质下，氮气得电子的过程为：N2+6e-+6H+=2NH3，故答案为：N2+6e-+6H+=2NH3；
（4）用标准盐酸标定某氨水的浓度时，选择甲基橙能降低滴定误差，故答案为：A；
（Ⅱ）、（1）根据某温度下，H2CO3溶液的pC-pH关系图，可以得出pH=2～4时，H2CO3溶液中主要存在的离子为H+、HCO3-，故答案为：H+、HCO3-；
（2）此温度下H2CO3
H++HCO3-的电离平衡常数K=
（3）氨水的电离能产生铵根离子，铵根离子水解能产生一水合氨分子，氨水和氯化铵的混和溶液能够抵抗外来少量酸碱的影响，保持自身pH变化不大，能形成缓冲溶液，故答案为：能．
现已确认，CO、SO2和NOx的排放是造成大气污染的重要原因．
（1）用CO2和氢气合成CH3OH具有重要意义，既可以解决环境问题，还可解决能源危机．已知CH3OH具有重要意义，既可以解决环境问题，还可解决能源危机．已知CH3OH、H2的燃烧热分别为-726.5kJ/mol、-285.8kJ/mol，写出工业上用CO2和H2合成CH3OH的热化学方程式：______．
（2）用铂作电极，一极通入空气，一极通入CH3OH（l），与KOH溶液可组成燃料电池，其负极反应式为______．溶液中的阴离子向______极定向移动．
（3）如图是一个电化学装置示意图，用CH3OH-空气燃料电池作此装置的电源．
①如果A为粗铜，B为纯铜，C为CuSO4溶液．该原理的工业生产意义是______．
②如果A是铂电极，B是石墨电极，C是AgNO3溶液．通电后，若B极增重10.8g，该燃料电池理论上消耗______mol甲醇．（计算
结果保留两位有效数字）
（4）常温下向1L、0.2mol/L NaOH溶液中通入4.48L（标准状况）的SO2（忽略混合后溶液体积的变化），若测得溶液的pH＜7，则溶液中c（SO32-）_______c（H2SO3）（填“＞”、“＜”、或“=”）．有关该溶液中离子浓度关系的判断正确的是______（填字母编号）．
A．c（SO32-）十c（OH-）+c（HSO3-）=c（Na+）+c（H+）
B．c（H2SO3）+c（HSO3-）+c（SO32-）=0.2mol/L
C．c（H2SO3）+c（H+）=c（SO32-）十c（OH-）
D．c（Na+）＞c（H+）＞c（HSO3-）＞c（OH-）
正确答案
（1）甲醇和氢气的燃烧热书写其热化学方程式分别为：
①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l），△H1=-1453kJ/mol；
②2H2（g）+O2（g）=2H2O（l），△H2=-571.6KJ/mol，
根据盖斯定律，反应CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l）
可以看成是方程式
故答案为：CO2（g）+3H2（g）═CH3OH（l）+H2O（l），△H=-130.9KJ/mol；
（2）在甲醇燃料电池中，负极上是燃料甲醇失电子的反应，当电解质是KOH溶液时，
电极反应为：CH3OH-6e-+8OH-=6H2O+CO32-，电解质中的阴离子向负极移动，
故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=6H2O+CO32-；负；
（3）①如果阳极为粗铜，阴极为纯铜，电解质为CuSO4溶液的电解池可以实现粗铜中金属铜的精炼，即电解精炼金属铜，故答案为：精炼粗铜；
②A是铂电极，B是石墨电极，C是AgNO3溶液．通电后，B极上的电极反应为：Ag++e-=Ag，当质量增重10.8g时，转移电子0.1mol，根据甲醇燃料电池的总反应式：2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l），可知当转移12mol电子时，消耗甲醇的物质的量为2mol，所以当转移0.1mol电子时，消耗甲醇的物质的量为
故答案为：0.017；
（4）常温下向1L、0.2mol/L NaOH溶液中通入4.48L（标准状况）的SO2（忽略混合后溶液体积的变化）时，所得的溶液为0.2mol/L的亚硫酸氢钠，溶液显酸性，说明亚硫酸氢根的电离程度大于水解程度，A、根据电荷守恒得：2c（SO32-）十c（OH-）+c（HSO3-）=c（Na+）+c（H+），故A错误；
B．根据物料守恒得：c（H2SO3）+c（HSO3-）+c（SO32-）=0.2mol/L，故B正确；
C．根据质子守恒得：c（H2SO3）+c（H+）=c（SO32-）十c（OH-），故C正确；
D．溶液中的离子浓度大小关系为：c（Na+）＞c（HSO3-）＞c（H+）＞c（OH-），故D错误．
故选BC．
开发氢能是实现社会可持续发展的需要．硫铁矿（FeS2）燃烧产生的SO2通过下列碘循环工艺过程既能制H2SO4，又能制H2．
请回答下列问题：
（1）已知1g FeS2完全燃烧放出7.1kJ热量，FeS2燃烧反应的热化学方程式为 ．
（2）该循环工艺过程的总反应方程式为 ．
（3）用化学平衡移动的原理分析，在HI分解反应中使用膜反应器分离出H2的目的是 ．
（4）用吸收H2后的稀土储氢合金作为电池负极材料（用MH）表示），NiO（OH）作为电池正极材料，KOH溶液作为电解质溶液，可制得高容量，长寿命的镍氢电池．电池充放电时的总反应为：NiO（OH）+MH
①电池放电时，负极的电极反应式为 ．
②充电完成时，Ni（OH）2全部转化为NiO（OH）．若继续充电将在一个电极产生O2，O2扩散到另一个电极发生电极反应被消耗，从而避免产生的气体引起电池爆炸，此时，阴极的电极反应式为 ．
正确答案
2007年10月24日，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭将“嫦娥一号”探月卫星成功送入太空，迈出了向广寒宫求索的第一步．“长征三号甲”是三级液体助推火箭，一、二级为常规燃料，第三级为液态氧燃料．
（1）常规燃料通常指以肼（N2H4）为燃料，以二氧化氮做氧化剂．但有人认为若用氟气代替二氧化氮作氧化剂，反应释放的能量更大（两者反应生成氮气和氟化氢气体）．
已知：N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）；△H=-543kJ•mol-1
H2（g）+
请写出肼和氟气反应的热化学方程式：______；
（2）氢是一种理想的绿色能源，最近科学家利用太阳光分解水来制备氢．如图为光分解水制氢的循环系统，反应过程中所需的电能由太阳能光电池提供，反应体系中I2和Fe2+等可循环使用．
①判断光电池的a端为______极，b端为______极；
②写出电解池A中电极反应式：
阴极______，阳极______；
③电解池B中反应的离子方程式______；
④若电解池A中生成H2的体积为8.96L（标准状况下），则电解池B中生成Fe2+的物质的量为______．
正确答案
（1）由N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）；△H=-543kJ•mol-1①
H2（g）+
利用盖斯定律可知①+②×4-③×2可得反应N2H4（g）+2F2（g）=N2（g）+4HF（g），
该反应的△H=（-543kJ•mol-1）+4×（-269kJ•mol-1）-2×（-242kJ•mol-1）=-1135kJ•mol-1，
故答案为：N2H4（g）+2F2（g）=N2（g）+4HF（g）△H=-1135kJ•mol-1
（2）电解池左边放出氢气，氢离子在此得到电子，故左侧为电解池阳极，所以a端为原电池负极，b端为正极碘离子在此失去电子．
故答案为：①负，正
②2H++2e-→H2↑，2I-→I2+2e-③4Fe3++2H2O
O2↑+4H++4Fe2+
（4）据原电池原理，得失电子守恒有n（H2）=V/Vm=8.96L/22.4molL-1=0.4mol，所以 故答案为：失去电子数为2×0.4mol=0.8mol，Fe3+→Fe2+，得到电子数为2×0.4mol
故答案为：0.8mol
肼（N2H4）广泛用于火箭推进剂、有机合成及电池燃料。回答下列问题
（1）联氨的工业生产常用氨和次氯酸钠为原料获得，也可在高锰酸钾催化下，尿素和次氯酸钠-氢氧化钠溶液反应获得，尿素法反应的化学方程式为：__________________________。
（2）直接肼燃料电池原理如上图所示，通入N2H4的极为电池的___________极。
（3）火箭常用N2O4作氧化剂，肼作燃料，已知：
N2(g)+2O2(g)=2NO2(g) △H=-67．7kJ·mol-1，
N2H4(g)+O2(g)=N2(g)+2H2O(g) △H=-534．0kJ·mol-12NO2(g)
（4）肼的水合物（水合肼，N2H4·2H2O）是一种强还原剂，某文献报道用Fe-Al复合催化剂催化水合肼可选择性还原对氯硝基苯制备对氯苯胺，某次实验部分记录如下
请分别从实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组合出最佳条件依次为__________________（选用序号①②③④⑤）。
正确答案
（1）CO(NH2)2+NaClO+2NaOH==N2H4+Na2CO3+NaCl+2H2O （或CO(NH2)2+NaClO==N2H4+CO2+NaCl）
（2）负极
（3）2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-947 .6 kJ·mol-1
（4）④④③
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