- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
肼（N2H4）广泛用于火箭推进剂、有机合成及电池燃料。请回答下列问题
（1）直接肼燃料电池原理如图所示，通入N2H4的极为电池的__________极。（填：正、负）
（2）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）
试写出气态肼在气态四氧化二氮中燃烧生成氮气和气态水的热化学方程式：_____________________。
（3）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）。
（4）已知：2NO2（g）==N2O4（g） △H=-57.20kJ·mol-1。一定温度下，在密闭容器中反应
2NO2（g）
A．减小NO2的浓度 B．降低温度 C．增加NO2的浓度 D．升高温度
（5）17℃、1.01×105Pa，密闭容器中N2O4和NO2的混合气体达到平衡时，c（NO2）=0.0300mol·L-1、
c（N2O4）=0.0120 mol·L-1。计算反应2NO2（g）
_______________________________
正确答案
（1）负极
（2）2N2H4（g）+N2O4（g）=3N2（g）+4H2O（g）△H=-947 .6 kJ· mol-1
（3）④④③
（4）BC
（5）
甲醇是一种可再生能源，用途广泛，一种由甲醇、氧气以及强碱溶液制成的新型手机电池，容量达氢镍电池或锂电池的10倍．回答下列有关问题：
（1）工业上有一种生产甲醇的反应：
CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ•mol-1
在某温度下，容积均为1L的A、B两个容器中，按不同方式投入反应物，保持恒温恒容，经10秒钟后达到平衡，达到平衡时的有关数据如下表：
①从反应开始至达到平衡时，A中用CO2来表示的平均反应速率为______．
②该温度下，反应CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g） 的化学平衡常数的值为______．
③a=______．
④下列措施中能使n（CH3OH）/n（CO2）增大的是______．
A．升高温度 B．充入氢气
C．将水蒸气从体系中分离 D．用更有效的催化剂
（2）某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度的NaCl与CuSO4混合溶液，其装置如图1：
①写出甲中通入甲醇一极的电极反应式______．
②图2中曲线Ⅰ、Ⅱ分别表示乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系（气体体积已换算成标准状况下的体积），写出电解开始时铁极上的电极反应式______；
t1后石墨电极上的电极反应式______；计算在t2时所得溶液的pH为（忽略电解前后溶液体积的变化）______．
正确答案
（1）①1mol二氧化碳完全反应放出49.0kJ热量，当放出29.4kJ热量时，则参加反应的n（CO2）=
②CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）
初始（mol/L） 1 3 0 0
转化（mol/L） 0.6 1.8 0.6 0.6
平衡（mol/L） 0.4 1.2 0.6 0.6
根据K=
故答案为：0.12；
③恒温恒容下，容器A与容器B为等效平衡，平衡时对应组分的物质的量、浓度相等，二者起始物质的量等于各物质的化学计量数，放出热量与吸收热量之和等于反应热数值，则吸收的热量=反应热-放出的热量=49.0kJ-29.4kJ=19.6kJ，
故答案为：19.6；
④要使n（CH3OH）/n（CO2）增大，应使平衡向正反应方向移动，
A．因正反应放热，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则n（CH3OH）/n（CO2）减小，故A错误；
B．充入氢气，平衡向正反应方法移动，n（CH3OH）/n（CO2）增大，．故B正确；
C．将水蒸气从体系中分离，平衡向正反应方法移动，n（CH3OH）/n（CO2）增大，故C正确；
D．用更有效的催化剂，平衡不移动，则n（CH3OH）/n（CO2）不变，故D错误．
故答案为：BC；
（2）①甲醇燃料电池中，在碱性条件下，甲醇失电子生成碳酸根与水，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
②图1中乙中石墨电极为阳极、铁电极为阴极，开始Cl-在阳极放电生成氯气，阴极Cu2+放电生成Cu：Cu2++2e-=Cu；故图2中Ⅰ表示阴极产生的气体，Ⅱ表示阳极产生的气体，t1前电极反应式为：阳极2Cl--4e-=Cl2↑，t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，所以在t1后，石墨电极上的电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O；t1～t2电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极2Cu2++4e-=2Cu，t2点后电极反应式为：阳极4OH--4e-=O2↑+2H2O，阴极4H++4e-=2H2↑，所以t1～t2 阳极上生成氧气，t1～t2Ⅱ产生的气体体积=0.336L-0.224L=0.112L，阳极上生成112mL氧气需要n（OH-）=
故答案为：Cu2++2e-=Cu；4OH--4e-=O2↑+2H2O；1．
（1）在2L的密闭容器中放入4molN2O5，发生如下反应：2N2O5（g）
4NO2（g）+O2（g）．反应5min后，测得N2O5转化了20%，则：υ（NO2）为______、5min时，N2O5占混合气体体积分数是______．阅读资料，回答（2）、（3）小题锌铜原电池用画图的方式（如图）表示很不方便，常常采用电池图式表达式，如Zn|ZnSO4（1mol/L）||CuSO4（1mol/L）|Cu 上式中，发生氧化反应的负极写在左边，发生还原反应的正极写在右边．用实垂线“|”表示电极与溶液之间的界面，用双实垂线“||”表示盐桥．
（2）上述资料列举的电池中，锌片上发生的电极反应式是______，
（3）现有一电池，其图式表达式为Cu|CuSO4（1mol/L）||Fe2（SO4）3（0.5mol/L）|C．该电池中，正极的电极反应式是______，负极的电极反应式是______．
（4）写出支链只有一个乙基且式量最小的烷烃的结构简式______．
正确答案
（1）2N2O5（g）⇌4NO2（g）+O2（g）．
2 4
（4×20%）mol 1.6mol
v（NO2）=
在相同条件下，各气体的物质的量之比等于体积之比．
2N2O5（g）⇌4NO2（g）+O2（g） 计量数增加．
2 3
（4×20%）mol 1.2mol
所以混合气体的物质的量为4mol+1.2mol=5.2 mol，
混合气体中N2O5的物质的量为（4-0.8）mol=3.2mol，
N2O5占混合气体的物质的量分数为
故答案为：0.16mol/（L•min）；61.5%
（2）根据电极材料活泼性判断，锌作负极，锌失去电子变成离子进入溶液，发生氧化反应．
故答案为：Zn-2e-=Zn2+（3）根据电极材料活泼性判断，铜作负极，碳作正极，铜失电子 变成铜离子进入溶液，发生氧化反应；溶液中三价铁离子得电子生成二价铁离子，发生还原反应．
故答案为：（+）2Fe3++2e-=2Fe2+；（-）Cu-2e-=Cu2+（4）采用知识迁移的方法解答，该烷烃相当于甲烷中的氢原子被烃基取代，如果有乙基，主链上碳原子最少有5个，所以该烃相当于甲烷中的3个氢原子被乙基取代，故该烃的结构简式
故答案为
丙烷在燃烧时能放出大量的热，它也是液化石油气的主要成分，作为能源应用于人们的日常生产和生活。
已知：①2C3H8(g)＋7O2(g)＝6CO(g)＋8H2O(l)；△H＝－2741.8kJ/mol
②2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)；△H=-566 kJ/mol
（1）反应C3H8(g)＋5O2(g)＝3CO2(g)＋4H2O(l)的△H＝__________________ （2）C3H8在不足量的氧气里燃烧，生成CO和CO2以及气态水，将所有的产物通入一个固定体积的密闭容器中，在一定条件下发生如下可逆反应：CO (g)＋H2O(g) 
①下列事实能说明该反应达到平衡的是____________ a．体系中的压强不发生变化
b．V正（H2）=V逆（CO ）
c．混合气体的平均相对分子质量不发生变化
d．CO2的浓度不再发生变化
② T℃时，在一定体积的容器中，通入一定量的CO(g)和H2O(g)，发生反应并保持温度不变，各物质浓度随时间变化如下表：
第5、6min时的数据是保持温度和体积不变时，改变某一条件后测得的。则第4～5min之间，改变的条件 ，第5～6min之间，改变的条件是 。
已知420℃时，该化学反应的平衡常数为9。如果反应开始时，CO和H2O(g)的浓度都是0.01 mol／L，则CO在此条件下的转化率为 。又知397℃时该反应的平衡常数为12，请判断该反应的△H 0 (填“>”、“＝”、“<”)．
（3）依据（1）中的反应可以设计一种新型燃料电池，一极通入空气，另一极通入丙烷气体；燃料电池内部是熔融的掺杂着氧化钇（Y2O3）的氧化锆（ZrO2）晶体，在其内部可以传导O2-。在电池内部O2-移向_ ___极（填“正”或“负”）；电池的负极反应式为 。
（4）用上述燃料电池用惰性电极电解足量Mg(NO3)2和NaCl的混合溶液。电解开始后阴极的现象为____ 。
正确答案
（1）－2219.9kJ/mol
（2）①bd；②增加H2浓度；增加H2O(g)浓度；75％；△H＜0
（3）负；C3H8+10O2-－20e－＝3CO2+4H2O
（4）有大量无色气泡（或气体）产生，并且有白色沉淀产生
（ I）在2L密闭容器中，800℃时反应2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）体系中，n（NO）随时间的交化如下表：
（1）写出该反应的平衡常数表达式：K=______，已知：K（300℃）＞K（350℃），该反应是______反应（填“放热”或“吸热”）；
（2）如图中表示NO2的变化的曲线是______，用O2的浓度变化表示从0～2s内该反应的平均速率v=______；
（3）能说明该反应已经达到平衡状态的是______
a． v（NO2）=2v（O2）；b．容器内压强保持不变；c．v逆（NO）=2v正（O2）；d．容器内物质的密度保持不变．
（4）为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是______
a．及时分离出NO2气体；b．适当升高温度；c．增大O2的浓度；d．选择高效的催化剂．
（ II）用石墨做电极电①稀H2SO4 ②K2SO4溶液 ③CuCl2溶液 ④CuSO4 溶液 ⑤KOH溶液．
（1）阴阳极都有气体产生，且体积比（相同条件下）为2：1的是______（填序号，下同），其阳极的电极反应式都是______，总反应的化学方程式是______．
（2）阴极．阳极都有气体产生，其中溶液的pH变小的是______，pH变大的是______．
（3）一个电极析出金属，一个电极析出气体，且溶液pH明显减小的是______，其总反应的化学方程式是______．
正确答案
（Ⅰ）、（1）可逆反应2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）的平衡常数k=
平衡常数K（300℃）＞K（350℃），说明温度升高，平衡向逆反应移动，升高温度平衡向吸热反应移动，故该反应正反应是放热反应．
故答案为：
（2）NO2是产物，随反应进行浓度增大，平衡时c（NO2）为NO浓度的变化量△c（NO），由表中数据可知3s时反应达平衡，平衡是n（NO）=0.007mol，△n（NO）=0.02mol-0.007mol=0.013mol，故c（NO2）=△c（NO）=
2s内用NO表示的平均反应速率v（NO）=
所以v（O2）=
故答案为：b；1.5×10-3mol•L-1•s-1；
（3）a、表示同一方向反应速率，v（NO2）自始至终为v（O2）的2倍，不能说明达到平衡，故a错误；
b、随反应进行，反应混合气体总的物质的量在减小，压强减小，当压强不变，说明反应到达平衡，故b正确；
c、不同物质表示速率，到达平衡时，正逆速率之比等于化学计量数之比，V逆 （NO）：正（O2）=2：1，即V逆 （NO）=2v正（O2），故c正确；
d、混合气体的总质量不变，容器容积为定值，所以密度自始至终不变，不能说明达到平衡，故d错误．
故答案为：bc．
（4）可逆反应2NO（g）+O2（g）⇌2NO2（g）正反应是体积减小的放热反应．
a．及时分离出NO2气体，瞬间逆反应速率减小，正反应速率不变，平衡向正反应进行，随后反应混合物各组分的浓度降低，速率减小，故a错误；
b．升高温度反应速率增大，平衡向吸热反应移动，即平衡向逆反应移动，故b错误；
c．增大O2的浓度，瞬间正反应速率增大，逆反应速率不变，平衡向正反应进行，随后生成物的浓度增大，逆反应速速率增大，故c正确；
d．加入高效催化剂，同等程度增大正、逆反应速率，平衡不移动，故d错误．
故选：c．
（Ⅱ）、（1）由给出电解质溶液可知，阴阳极都有气体产生，且体积比（相同条件下）为2：1的，实质是电解的水生成氧气与氢气，电解质溶液应为：①稀H2SO4、②K2SO4溶液、⑤KOH溶液．电解池的阳极发生氧化反应，氢氧根在阳极放电，生成氧气与水，阳极电极反应式4OH--4e-=O2↑+2H2O；
总反应的化学方程式是2H2O
故答案为：①②⑤；4OH--4e-=O2↑+2H2O；2H2O
（2）由给出电解质溶液可知，阴阳极都有气体产生，实质是电解的水生成氧气与氢气，电解质溶液应为：①稀H2SO4、②K2SO4溶液、⑤KOH溶液．电解后溶液的浓度增大，①稀H2SO4电解后溶液的酸性增强，溶液PH值不变，②K2SO4溶液是中性溶液，电解后溶液PH值不变，⑤KOH溶液电解后溶液的碱性增强，溶液PH值增大．
故答案为：①；⑤．
（3）一个电极析出金属，一个电极析出气体，且溶液pH明显减小，电解质的是④CuSO4溶液符合，电解硫酸铜溶液生成铜、氧气与硫酸，总反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O
故答案为：④；2CuSO4+2H2O
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