- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
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1 g FeS2完全燃烧放出7.1 kJ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
(1)4FeS2(s)+11O2(g)
(2)2H2O+SO2 ＝ H2SO4+H2 (3)减小H2浓度，使HI分解平衡正向移动，提高HI的分解率
(4)①MH+OH--e- ＝ M+H2O； ②2H2O+O2+4e- ＝ 4OH-
试运用所学知识，解决下列问题：
（1）煤化工通常通过研究不同温度下平衡常数以解决各种实际问题．已知等体积的一氧化碳和水蒸气进入反应器时，会发生如下反应：CO（g）+H2O（g）
H2（g）+CO2（g），该反应平衡常数随温度的变化如下表所示：
若在500℃时进行，设起始时CO和H2O的起始浓度均为0.020mol•L-1，在该条件下，CO的平衡转化率为______．
（2）在100℃时，将0.40mol的二氧化氮气体充入2L抽真空的密闭容器中，每隔一定时间就对该容器内的物质进行分析，得到如下表数据：
①n3______n4（填“＞”或“＜”或“=”），该反应的平衡常数的值为______；
②若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体，要达到上述同样的平衡状态，四氧化二氮的起始浓度是______mol•L-1，假设在80s时达到平衡，请在右图中画出并标明该条件下此反应中N2O4和NO2的浓度随时间变化的曲线．
（3）以甲醇为燃料制成燃料电池，请写出在氢氧化钾介质中该电池的正极反应式______．
正确答案
（1）对于反应 CO（g）+H2O（g）
H2（g）+CO2（g），
开始（mol/L）：0.02 0.02 0 0
变化（mol/L）：c c c c
平衡（mol/L）：0.02-c 0.02-c c c
所以
所以CO的转化率为
故答案为：75%．
（2）①由表可知，60s时反应达到化学平衡状态，二氧化氮的物质的量不再变化，所以n3=n4，
根据反应方程式计算：
2NO2
N2O4
初始：0.4mol 0
转化：0.16mol 0.08mol
平衡：0.24mol 0.08mol
则平衡时的浓度分别为：c（N2O4）=0.04mol/L，c（NO2）=0.12mol/L，
所以该温度下该反应平衡常数k=
故答案为：=； 2.8
②根据反应 2NO2
N2O4可知，0.4molNO2与0.2molN2O4相当，若在相同情况下最初向该容器充入的是四氧化二氮气体，要达到上述同样的平衡状态，四氧化二氮的起始浓度是
根据反应 2NO2
N2O4可知，NO2的浓度随时间变化为N2O4的浓度变化2倍．从放入N2O4到平衡时需要80s，初始加入的N2O4的物质的量浓度为0.1mol/L，平衡时N2O4的物质的量浓度为0.04mol/L，NO2的物质的量浓度为2×（0.1mol/L-0.04mol/L）=0.12mol/L，图象可取起点、20s、80s等几个点用平滑曲线来连接．
故答案为：
（3）甲醇为原料的燃料电池中，燃料甲醇为负极，发生失电子的氧化反应，氧气是正极，发生得电子得还原反应，氢氧化钠为电解质，在碱性环境下，氧气的放电情况为：O2+2H2O+4e-=4OH-．
故答案为：O2+2H2O+4e-=4OH-．
在汽车上安装催化转化器可使汽车尾气中的主要污染物（CO、NOx、碳氢化合物）相互反应生成无毒害物质，减少汽车尾气污染。
（1）N2(g)+ O2(g)＝2NO(g) △H＝＋180.5 kJ/mol
2C(s)+ O2(g)＝2CO(g) △H＝－221.0 kJ/mol
C(s)+ O2(g)＝CO2(g) △H＝－393.5 kJ/mol
写出NO(g)与CO(g)反应的热化学方程式____________________。
（2）某研究性学习小组在技术人员的指导下，在某温度时按下列流程探究催化剂作用下的反应速率，用气体传感器测得不同时间的NO和CO浓度如表
①前2s内的平均反应速率v (N2) =__________。
②列式计算该温度下反应的平衡常数K_______________。
③对于该可逆反应，下列叙述正确的是___________（填序号）。
A．该反应在一定条件下能自发进行
B．该反应能有效减少有害气体的排放
C．该反应一旦发生将在很短的时间内完成
D．该反应达到平衡时CO、NO的转化率相等
（3）CO分析仪以燃料电池为工作原理，其装置如图所示，该电池中电解质为氧化钇－氧化钠，其中O2-可以在固体介质NASICON中自由移动。下列叙述错误的是____（填序号）。
A．负极的电极反应式为：CO+O2--2e-＝CO2
B．工作时O2-在固体介质中由电极a流向电极b
C．工作时电子由电极a通过电流计流向电极b
D．电流计中显示的电流越大，汽车尾气中CO的含量越高
正确答案
（1）2NO(g)+2CO(g)＝N2(g)+2CO2(g) △H＝－746.5 kJ/mol
（2）①1.875×10－4 mol·L-1·s-1；②5.00 ×103；③ABC
（3）B
CuSO4溶液是中学化学及工农业生产中常见的一种试剂．
（1）某同学配制CuSO4溶液时，向盛有一定量硫酸铜晶体的烧杯中加入适量的蒸馏水，并不断搅拌，结果得到悬浊液．他认为是固体没有完全溶解，于是对悬浊液加热，结果发现浑浊更明显了，随后，他向烧杯中加入了一定量的______溶液，得到了澄清的CuSO4溶液．
（2）该同学利用制得的CuSO4溶液，进行以下实验探究．
①图一是根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4 设计成的锌铜原电池．Cu极的电极反应式是______，盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时K+向______移动（填“甲”或“乙”）．
②图二中，Ⅰ是甲烷燃料电池（电解质溶液为KOH溶液）的结构示意图，该同学想在Ⅱ中实现铁上镀铜，则b处通入的是______（填“CH4”或“O2”），a处电极上发生的电极反应式是______；当铜电极的质量减轻3.2g，则消耗的CH4在标准状况下的体积为______L．
（3）反应一段时间后，燃料电池的电解质溶液完全转化为K2CO3溶液，以下关系正确的是______．
A．c（K+）+c（H+）=c（HCO3-）+c（CO32-）+c（OH-）
B．c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3）
C．c（K+）＞c（CO32-）＞c（H+）＞c（OH-）
D．c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-）
E．c（K+）=2c（CO32-）+c（HCO3-）+c（H2CO3）
正确答案
（1）配制水解呈酸性的溶液时应在相应酸的稀溶液中溶解，防止水解．硫酸铜为强酸弱碱盐，铜离子在溶液中发生水解生成氢氧化铜，应加入硫酸使其溶解，
故答案为：硫酸；
（2）①根据反应Zn+CuSO4═Cu+ZnSO4，结合图一可知，Zn为负极，Cu为正极，铜离子在Cu电极上得电子析出Cu，电极反应式为Cu2++2e-═Cu，
盐桥中是含有琼胶的KCl饱和溶液，电池工作时，Cl-向负极移动，K+向正极移动，所以，K+向乙装置移动，
故答案为：Cu2++2e-═Cu；乙；
②甲烷碱性燃料电池为电源，总电极反应式为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，
电镀时，镀件铁作电解池的阴极，连接甲烷燃料电源的负极，所以a应通入CH4；镀层金属作电解池的阳极，发生氧化反应，连接甲烷燃料电源的正极，所以b应通入O2．所以甲烷碱性燃料电池a处电极上CH4放电，发生氧化反应，电极反应式是CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O，
根据电子转移守恒8n（CH4）=2n（Cu）=2×
所以n（CH4）=
所以v（CH4）=
故答案为：O2；CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O；0.28L；
（4）A、电荷不守恒，故A错误；
B、溶液中OH-来源于水的电离及CO32-、HCO3-与水的水解反应，每产生1个H2CO3，分子，生成2个OH-，故c（OH-）=c（H+）+c（HCO3-）+2c（H2CO3），故B正确；
C、K2CO3溶液呈碱性判断，故c（H+）＜c（OH-），故C错误；
D、溶液中OH-来源于水的电离，HCO3-、CO32-水解，所以c（OH-）＞c（HCO3-），盐类水解很微弱，所以c（CO32-）＞c（OH-），故c（K+）＞c（CO32-）＞c（OH-）＞c（HCO3-），故D正确；
E、根据物料守恒c（K+）=2c（CO32-）+2c（HCO3-）+2c（H2CO3），故E错误．
故选：BD．
亚憐酸（H3PO3）是二元酸，与足量NaOH溶液反应生成Na2HPO3．
（1）PCl3水解可制取亚磷酸：PCl3+32O═H3PO3+______．
（2）H3PO3溶液中存在电离平衡：H3PO3⇌H++H2PO3-．
①某温度下，O.1Omol．L-1 的 H3PO3 溶液 pH=1.6，即溶液中 c（H+）=2.5x 10-2 mol．L-1．求该温度下上述电离平衡的平衡常数K，写出计算过程．
（H3PO3的第二步电离忽略不计，结果保留两位有效数字．）
②根据H3PO3的性质可推测Na2HPO3稀溶液的pH______7 （填“＞”、“=”或“＜”）．
（3）亚磷酸具有强还原性，可使碘水褪色．该反应的化学方程式为______
（4）电解Na2HPO3溶液也可得到亚鱗酸，装置示意图如图：
①阴极的电极反应式为______
②产品室中反应的离子方程式为______．
正确答案
（1）PCl3水解可制取亚磷酸和盐酸，水解方程式为：PCl3+32O⇌H3PO3+3HCl，故答案为：HCl；
（2）①H3PO3=H++H2PO3-
起始浓度 0.10 0 0
反应浓度 2.5×10-2 2.5×10-2 2.5×10-2平衡浓度0.10-2.5×10-2 2.5×10-2 2.5×10-2电离平衡常数K=
②H3PO3是弱酸，Na2HPO3是强碱弱酸盐，所以其水溶液呈碱性，即pH＞7，故答案为：＞；
（3）亚磷酸和碘发生氧化还原反应，亚磷酸作还原剂被氧化生成磷酸，碘被还原生成氢碘酸，反应方程式为：H3PO3+I2+H2O=2HI+H3PO4，故答案为：H3PO3+I2+H2O=2HI+H3PO4；
（4）①阴极上氢离子得电子发生还原反应，电极反应式为2H++2e-=H2↑，故答案为：2H++2e-=H2↑；
②产品室中HPO32-和氢离子结合生成亚磷酸，反应离子方程式为：HPO32-+2H+=H3PO3，故答案为：HPO32-+2H+=H3PO3．
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