- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
2010年亚运会在我国广州成功举办，整个亚运会体现了环保理念．
（1）广州亚运会火炬“潮流”采用了丙烷（C3H8）作为燃料，燃烧后的产物为水和二氧化碳．在298K时，1mol丙烷完全燃烧生成CO2和液态水放出2221.5kJ的热量，则该反应的热化学方程式为______．
又知：在298K时C3H8（g）=C3H6（g）+H2（g）△H=124.2kJ•mol-1，H2（g）+
（2）广州是一座美丽的海滨城市，海水资源非常丰富．
①海洋电池是以铝为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液，空气中氧气与铝反应产生电流，电池总反应为4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3，下列说法正确的是______（填写序号字母）；
a．电池工作时，电流由铝电极沿导线流向铂电极
b．铂电极采用网状比块状更利于O2放电
c．海水中的OH-向铝电极方向移动
②用惰性电极电解200mL l.5mol/L食盐水；电解2min时，两极共收集到448mL气体（标准状况下）．写出该电解反应的离子方程式______．假设电解前后溶液的体积不变，则电解后该溶液的pH为______．
正确答案
（1）在298K时，1mol丙烷完全燃烧生成CO2和液态水放出2221.5kJ的热量，则该反应的热化学方程式为C3H8（g）+5O2（g）=3CO2（g）+4H2O（l），△H=-2221.5kJ•mol-1，
故答案为：C3H8（g）+5O2（g）=3CO2（g）+4H2O（l），△H=-2221.5kJ•mol-1；
（2）①铝为负极，铂网为正极，海水为电解质溶液形成的原电池中，
a．原电池工作时，电流由负极沿导线流向正极，即电流由铂电极沿导线流向铝电极，故a错误；
b．铂电极采用网状能增大气体的面积，网状比块状更利于O2放电，故b正确；
c．原电池工作时，电解质中的阴离子移向负极，所以海水中的OH-向铝电极方向移动，故c正确；
故答案为：bc；
②电解氯化钠溶液反应的离子方程式为：2Cl-+2H2O
（1）已知：2SO2（g）+O2（g）⇌2SO3 （g）△H=-196.6kJ•mol-1；2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）△H=-113.0kJ•mol-1 ．则反应NO2（g）+SO2（g）⇌SO3（g）+NO（g）的△H=______kJ•mol-1
一定条件下，将NO2与SO2 按体积比1：2置于密闭容器中发生上述反应，下列能说明反应达到平衡状态的是______．
a．体系压强保持不
b．混合气体颜色保持不变
c．SO3与NO的体积比保持不变
d．每消耗1mol SO3的同时生成1mol NO2
（2）CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO（g）+2H2（g）⇌CH3OH（g）．CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图1所示．该反应△H______0（填“＞”或“＜”）．实际生产条件控制在250℃、1.3×104kPa左右，选择此压强的理由是______
（3）甲醇（CH3OH）燃料电池的结构示意图如图2．甲醇进入______极（填“正”或“负”），正极发生的电极反应为______．
（4）101kPa时，若16gCH3OH完全燃烧生成液态水，放出热量为363.25kJ/mol，则甲醇燃烧的热化学方程式为______．
正确答案
（1）根据盖斯定律，将第二个方程式颠倒过来，与第一个方程式相加得：2NO2+2SO2═2SO3+2NO，△H=-83.6 kJ•mol-1，则NO2+SO2⇌SO3+NO，△H=-41.8 kJ•mol-1；
a、本反应是反应前后气体分子数不变的反应，故体系的压强保持不变，故a不能说明反应已达到平衡状态；
b、随着反应的进行，NO2的浓度减小，颜色变浅，故b可以说明反应已达平衡；
c、SO3和NO都是生成物，比例保持1：1，故c不能作为平衡状态的判断依据；
d、d中所述的两个速率都是逆反应速率，不能作为平衡状态的判断依据；故选b；
故答案为：-41.8；b；
（2）由图可知，温度升高，CO的转化率降低，平衡向逆反应方向移动，故逆反应是吸热反应，正反应是放热反应，△H＜0；压强大，有利于加快反应速率，有利于使平衡正向移动，但压强过大，需要的动力大，对设备的要求也高，故选择250℃、1.3×104kPa左右的条件．因为在250℃、压强为1.3×104 kPa时，CO的转化率已较大，再增大压强，CO的转化率变化不大，没有必要再增大压强，
故答案为：＜；在1.3×104kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加得不偿失；
（3）甲醇燃料电池中，甲醇中C元素的化合价升高，则甲醇为负极，电解质为酸，甲醇失去电子生成二氧化碳，电极反应为CH3OH+H2O-6e-=CO2+6H+，氧气再正极上得到电子发生还原反应在酸溶液中生成水，反应的电极反应为：O2+4H++4e-═2H2O，
故答案为：负； O2+4H++4e-═2H2O；
（4）101kPa时，若16gCH3OH物质的量为0.5mol，完全燃烧生成液态水，放出热量为363.25kJ/mol，则1mol甲醇燃烧放热726.5KJ；反应的热化学方程式为：CH3OH（l）+3/2 O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5 kJ/mol，
故答案为：CH3OH（l）+3/2 O2（g）═CO2（g）+2H2O（l）△H=-726.5 kJ/mol．
T℃时反应2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）过程中的能量变化如图所示，回答下列问题．
（1）写出该反应的热化学方程式（用E1、E2或E3表示，下同）______
（2）T℃时将3molSO2和1molO2通入体积为2L的恒温恒容密闭容器中，发生反应．2min时反应达到平衡，此时测得反应物O2还剩余0.1mol，则达到平衡时SO2的转化率为______，反应______（填“放出”或“吸收”）______热量．（用E1、E2或E3表示）
（3）下列叙述能证明该反应已达化学平衡状态的是______（填序号）
①SO2的体积分数不再发生变化 ②容器内压强不再发生变化 ③容器内气体原子总数不再发生变化 ④相同时间内消耗2n molSO2的同时生成n molO2 ⑤相同时间内消耗2n molSO2的同时生成2n molSO3
（4）在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E1、E2和E3的变化是：E1______，E2______，E3______（填“增大”“减小”或“不变”）．
（5）若以右图所示装置，用电化学原理生产硫酸，将SO2、O2以一定压强喷到活性电极上反应．写出两电极的电极反应式：______，______
为稳定持续生产，硫酸溶液的浓度应维持不变，则通入SO2和水的质量比为______．
（6）SOCl2是一种无色液体，可与碳共同构成锂电池的正极材料，且其放电时也有SO2气体产生．写出SOCl2在电池中放电时的电极反应式______．
正确答案
（1）△H=反应物吸收的能量-生成物放出的能量═-E3kJ/mol=-（E2-E1）kJ/mol，
故答案为：2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g）△H=-E3kJ/mol 或△H=-（E2-E1）kJ/mol
（2）从图象知，反应物的能量大于生成物的能量，所以该反应是放热反应．
2SO2（g）+O2（g）
2SO3（g） 放热 E3
反应开始 3 mol 1mol 0 E3
转化 1.8 mol 0.9mol 1.8 mol 0.9E3
平衡 1.2mol 0.1mol 1.8 mol
所以SO2的转化率=
故答案为：60%；放出； 0.9 E3；
（3）该反应前后气体体积减小，化学平衡状态的标志：正逆反应速率相等、体系各物质的含量不变．
①②④符合条件；根据原子守恒，各元素的原子总数始终不变，故③错；⑤所指方向一致，故⑤错．
故选：①②④；
（4）加入催化剂，改变了反应历程，改变反应速率，但平衡不移动，所以E2、E1 减小，E3不变，
故答案为：E2、E1 减小，E3不变；
（5）根据原电池反应原理，还原剂在负极上发生氧化反应，氧化剂在正极上发生还原反应，该原电池的本质是
2SO2+O2+2H2O=H2SO4，为维持浓度不变，SO2和O2反应生成硫酸的质量分数是50%，所需的水为反应反应的水和做溶剂的水，所以质量比为=2×64：（2×18+2×98）=16：29
故答案为：+：O2+4e-+4H+═2H2O，-：SO2-2e-+2H2O═SO42-+4H+；16：29；
（6）SOCl2中S的化合价是+4价，是中间价态，能发生氧化还原反应，反应中有二氧化硫生成，也有S单质生成，
故答案为：2SOCl2+4e-═S+SO2↑+4Cl-
甲醇是重要的化工原料，在日常生活中有着广泛的应用．
（1）工业上一般采用下列两种反应合成甲醇：
反应Ⅰ：CO（g）+2H2（g）
CH3OH（g）△H1
反应Ⅱ：CO2（g）+3H2（g）
CH3OH（g）+H2O（g）△H2
①在以上制备甲醇的两个反应中：反应I优于反应II，原因为______．
②下表所列数据是反应Ⅰ在不同温度下的化学平衡常数的数值：
I、在一密闭容器中发生反应Ⅰ并达到平衡后，保持其他条件不变，对容器升温，此反应的化学反应平衡应______移动（填“正向”、“逆向”、“不”）．
II、某温度下，将1mol CO和4molH2充入2L的密闭容器中，充分反应达到平衡后，测得c（CO）=0.1mol/L，则CO的转化率为______，此时的温度______250℃（填“＞”、“＜”、“=”）
（2）已知在常温常压下：①2CH3OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（l）△H1=-Q1kJ/mol
②2CO （g）+O2（g）=2CO2（g）△H2=-Q2 kJ/mol③H2O（g）=H2O（l）△H3=-Q3 kJ/mol
请写出甲醇发生不完全燃烧生成一氧化碳和气态水的热化学反应方程式：______
（3）某同学依据甲醇燃烧的反应原理，设计如图所示的电池装置，工作一段时间后，测得溶液的pH将______填“升高”、“降低”、“不变”），该燃料电池负极反应的离子方程式为：______．
正确答案
（1）反应I中反应物完全转化，子利用率为100%，符合“原子经济性”的原则，故答案为：①反应I符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%；
②温度升高化学平衡常数减小，说明生成物减少，反应物增多，故反应向逆向移动，反应放热；达到平衡时，反应的CO的物质的量为：1mol-2L×0.2moL/L=0.8mol，转化率为
故答案为：I：逆向；II：80%；＜；
（2）根据盖斯定律计算，2×③+
CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（g）△H=（2Q3+0.5Q2-0.5Q1）kJ/mol，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（g）△H=（2Q3+0.5Q2-0.5Q1）kJ/mol；
（3）该燃料电池的正极反应为：02+4e-+2H2O═4OH-，负极反应为：CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O，总反应为：2CH3OH+302+4OH-═2CO32-+6H2O，根据反应式可知工作一段时间后，测得溶液的pH将降低，故答案为：降低；CH3OH-6e-+8OH-═CO32-+6H2O．
为减少和消除CO2对环境的影响，一方面世界各国都在限制其排放量，另一方面科学家加强了对CO2创新利用的研究．甲醇是一种可再生燃料，它的沸点为64.7℃．有科学家提出绿色构想：把含有CO2的空气或工业尾气通入碳酸钾溶液中，然后再把CO2从溶液中提取出来，经化学反应后得到甲醇，其构想流程如下：（相对原子质量：C-12 O-16 Ca-40 Ba-137）
试回答下列问题：
（1）写出分解池中发生反应的化学方程式______．
（2）在2×105Pa、300℃合成塔中，若有CO2与H2反应生成32g甲醇和水，放出49.5kJ的热量，试写出合成塔中发生反应的热化学方程式：_____________．
（3）在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，合成塔中维持300℃的较高温度的原因可能是______；若要提高甲醇的产率，可采取的措施有（写2条）：______、______．
（4）甲醇的一个重要作用是制燃料电池，常用KOH作电解质溶液，负极的电极反应式为：______．
（5）常温常压下，饱和CO2水溶液的pH=5.6，c （H2CO3）=1.5×10-5mol•L-1，若忽略水的电离和H2CO3的二级电离，则H2CO3⇌HCO3-+H+的平衡常数K=______（计算结果保留2位有效数字，己知10-5.6=2.5×10-6）．
（6）某同学拟用沉淀法测定空气中CO2的体积分数，他查得CaCO3、BaCO3的溶度积常数分别为4.96×10-9、2.58×10-9，该同学应该选用较合适的试剂是______（填字母）．
A．Ba（OH）2溶液 B．Ca（OH）2溶液
C．BaCl2和NaOH混合溶液 D．CaCl2溶液．
正确答案
（1）依据流程图分析判断，分解池中发生的反应为碳酸氢钾分解生成碳酸钾、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：2KHCO3
故答案为：2KHCO3
（2）根据CO2与足量H2恰好完全反应生成32g甲醇和水，可放出49.5 kJ的热量，则生成1 mol CH3OH放出热量49.5 kJ的热量，所以热化学方程式为
CO2（g）+3H2（g）=CH3OH （g）+H2O（g）△H=-49.5kJ•mol-1，故答案为：CO2（g）+3H2（g）=CH3OH （g）+H2O（g）△H=-49.5kJ•mol-1；
（3）在合成塔中发生的是放热反应，高温不利于甲醇的生成，较低温时反应速率过慢，生产效率低，合成塔中维持300℃的较高温度的原因提高反应速率，催化剂在此温度下活性最大，反应是放热反应，气体体积减小的反应，依据平衡移动原理可知反应正向进行提高甲醇的产率，
故答案为：该温度下催化剂的活性最高；降温；加压或将水和甲醇从混合体系中分离出来；
（4）燃料电池是燃料在负极失去电子发生氧化反应，氧气在正极得到电子发生还原反应；依据氧化还原反应电子守恒和电荷守恒，碱性电解质溶液中电极反应为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O或：2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O，
故答案为：CH3OH+8OH--6e-=CO32-+6H2O或：2CH3OH+16OH--12e-=2CO32-+12H2O；
（5）常温常压下，饱和CO2水溶液的pH=5.6，c（H+）=c（HCO3-）=10-5.6mol/L；c （H2CO3）=1.5×10-5mol•L-1，若忽略水的电离和H2CO3的二级电离，则H2CO3⇌HCO3-+H+的平衡常数K=
（6）根据CaCO3、BaCO3的溶度积大小可知BaCO3更难溶，因此令CO2生成BaCO3反应更完全，故可选择Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液）作为CO2的沉淀剂，测定的数据除空气的体积外，还需要测定实验时的温度、压强、沉淀的质量，故答案为：Ba（OH）2（或NaOH溶液和BaCl2溶液），故答案为：AD．
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