- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
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）
反应Ⅱ：CO2（g）＋3H2（g）
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对于反应Ⅰ，下图甲表示能量的变化；图乙表示一定温度下，在体积为2L的密闭容器中加入4mol H2和一定量的CO后，CO和CH3OH（g）的浓度随时闻峦化。
在“图甲”中，曲线__________（填：“a”或“b”）表示使用了催化剂；该反应属于________（填：“吸热”、“放热”）反应。在图乙中从反应开始到建立平衡，用H2浓度变化表示的反应速率为_____________；该温度下CO（g）＋2H2（g）
③对于反应Ⅱ，在一定温度时，将lmol CO2年和3mol H2充入一密闭恒容容器中，充分反应达到平衡后，若CO2的转化率为a，则容器内的平衡压强与起始压强之比为__________；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．增加CO2的量
c．充入He，使体系总压强增大
d．按原比例再充入CO2和H2
（2）甲醇对水质会造成一定的污染，有一种电化学法可消除这种 污染，其原理是：通电后，将Co2＋氧化成Co3＋，然后以Co3＋做氧化剂把水中的甲醇氧化成CO2而净化。实验室用下图装置模拟上述过程。
①阳极电极反应式为____________。
②除去甲醇的离子方程式为________________。
正确答案
（14分）（1）①反应I符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%（1分）
②b（1分） 放热（1分） 0.15mol/(L·min)（2分） 12（1分）③1－
（2）①CO2＋－e－＝CO3＋（2分）
②6 CO3＋＋CH3OH＋H2O＝CO2↑＋6 CO2＋＋6H＋（2分）
试题分析：（1）①根据反应I和反应Ⅱ的生成物可知，反应I中生成物只有一种，而反应Ⅱ中还有水生成，即反应I符合“原子经济性”的原则即原子利用率为100%，所以反应Ⅰ优于反应Ⅱ。
②根据图像甲可知，曲线b的活化能低于曲线a的活化能，所以曲线b表示使用了催化剂；同样根据图像甲可知，反应物的总能量高于生成物的总能量，所以反应是放热反应；根据图像乙可知，反应进行到10min是反应达到平衡状态，此时生成的甲醇浓度是0.75mol/L，则根据反应I可知，消耗氢气的浓度是1.5mol/L，所以氢气表示的反应速率是1.5mol/L÷10min＝0.15mol/(L·min)；平衡时氢气的浓度是2mol/L－1.5mol/L＝0.5mol/L，所以根据CO和甲醇的平衡浓度可知，该温度下反应的平衡常数K＝
③ CO2（g）＋3H2（g）
起始量（mol/L） 1 3 0 0
转化量（mol/L） a 3a a a
平衡量（mol/L） 1－a 3－3a a a
则根据压强之比是相应的物质的量之比可知
容器内的平衡压强与起始压强之比为
a．因正反应放热，升高温度可使平衡向逆反应方向移动，不能增加甲醇产率，故a不正确；
b．增加CO2的量，平衡向正反应方向移动，所以可以增加甲醇产率，故b正确；
c．充入He，使体系总压强增大，对于参加反应的物质来说，浓度不变，平衡不移动，甲醇产率不变，故c错误；
d．按原比例再充入CO2和H2压强增大，平衡向正反应方向移动，可以增加甲醇产率，故d正确。
答案选bd。
（2）①原电池中阳极失去电子，所以根据装置图可知，CO2＋在阳极失去电子，阳极电极反应式为CO2＋－e－＝CO3＋。
②Co3＋做氧化剂，能把水中的甲醇氧化成CO2而净化，反应的离子方程式是6 CO3＋＋CH3OH＋H2O＝CO2↑＋6 CO2＋＋6H＋。
如图所示，组成的原电池：当电解质溶液为稀H2SO4时：Zn电极是______（填“正”或“负”）极，其电极反应为______，该反应是______（填“氧化”或“还原”，下同）反应；Cu电极是______极，其电极反应为______．
正确答案
该原电池中，锌易失电子作负极，电极反应式为：Zn-2e-═Zn2+，失电子的物质发生氧化反应，铜电极是正极，正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：负，Zn-2e-═Zn2+，氧化，正，2H++2e-═H2↑．
（12分）甲醇是一种新型的汽车动力燃料，工业上可通过CO和H2化合制备甲醇，该反应的热化学方程式为：CO(g)+2H2(g)
已知某些化学键的键能数据如下表：
请回答下列问题：
（1）已知CO中的C与O之间为叁键连接，该反应的⊿H = ；
（2）某化学研究性学习小组模拟工业合成甲醇的反应，在容积固定为2L的密闭容器内充入1molCO和2molH2，加入合适催化剂（体积可以忽略不计）后在250°C开始反应，并用压力计监测容器内压强的变化如下：
则从反应开始到20min时，以CO表示的平均反应速率= ，该温度下平衡常数K= ，若升高温度则K值 （填“增大”、“减小”或“不变”）；
（3）下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 ；
A、容器内气体的平均摩尔质量保持不变
B、2v(H2)正=v(CH3OH)逆
C、容器中气体的压强保持不变
D、单位时间内生成nmolCO的同时生成2nmolH2
（4）甲醇-空气燃料电池（DMFC）是一种高效能、轻污染电动汽车的车载电池，其工作原理示意图如右，该燃料电池的电池反应式为2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)，则负极的电极反应式为 。
正确答案
(12分) (1) -116 kJ·mol－1 (2) 0.0125 mol·L－1·min－1 , 4 , 减小
（3）AC (4) 2 CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+
（1）反应热就是断键吸收的能量和形成化学键所放出的能量的差值，所以根据反应式可知，该反应的△H＝1072kJ·mol＋2×436kJ·mol－3×412kJ·mol－358kJ·mol－463kJ·mol＝－116kJ·mol.
（2） CO(g)+2H2(g)
起始量（mol） 1 2 0
转化量（mol） x 2x x
平衡量（mol） 1－x 2－2x x
所以有
解得x＝0.5
CO表示的平均反应速率是
（3）在一定条件下，当可逆反应的正反应速率和逆反应速率相等时（但不为0），反应体系中各种物质的浓度或含量不再发生变化的状态，称为化学平衡状态。混合气的平均相对分子质量是混合气的质量和混合气的总的物质的量的比值，质量不变，但物质的量是变化的，所以A可以说明；B中反应速率的方向相反，但不满足速率之比是相应的化学计量数之比，不能说明；反应是体积减小的，所以压强也是减小的，C可以说明；D中反应速率的方向是相同的，速率之比是相应的化学计量数之比，因此D中的关系始终是成立，不正确，答案选AC。
（4）原电池中负极失去电子，所以甲醇在负极通入。由于质子交换膜只能允许氢离子通过，所以负极电极反应式是2 CH3OH-12e-+2H2O=2CO2+12H+。
如图是一个化学过程的示意图．
（1）请回答图中甲池是______装置，其中OH-移向______极（填“CH3OH”或“O2”）
（2）写出通入CH3OH的电极的电极反应式是______．
（3）向乙池两电极附近滴加适量紫色石蕊试液，附近变红的电极为______极（填“A”或“B”），并写出此电极反应的电极反应式______．
（4）乙池中反应的离子方程式为______．
（5）当乙池中B（Ag）极的质量增加5.40g时，乙池的pH是______（若此时乙池中溶液的体积为500mL）；此时丙池某电极析出1.60g某金属，则丙中的某盐溶液可能是______（填序号）
A．MgSO4 B．CuSO4 C．NaCl D．AgNO3．
正确答案
（1）燃料电池是化学能转变为电能的装置，属于原电池，燃料电池中，投放燃料的电极是负极，投放氧化剂的电极是正极，原电池放电时，电解质溶液中氢氧根离子向负极移动，即向投放甲醇的电极移动，故答案为：原电池；CH3OH；
（2）该燃料电池中，甲醇失电子和氢氧根离子反应生成碳酸根离子和水，电极反应式为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O，
故答案为：CH3OH-6e-+8OH-=CO32-+6H2O；
（3）乙池有外接电源属于电解池，连接原电池正极的A是阳极，连接原电池负极的B是阴极，电解硝酸银溶液时，A电极上氢氧根离子放电导致电极附近氢离子浓度大于氢氧根离子浓度，溶液呈酸性，加热紫色石蕊试液呈红色，电极反应式为4OH--4e-=O2↑+2H2O，
故答案为：A，4OH--4e-=O2↑+2H2O；
（4）电解硝酸银溶液时，银离子得电子生成银、水失电子生成氧气和氢离子，离子方程式为4Ag++2H2O=4Ag+O2↑+4H+，
故答案为：4Ag++2H2O=4Ag+O2↑+4H+；
（5）当乙池中B（Ag）极的质量增加5.40g时，设氢离子浓度为xmol/L，
4Ag++2H2O=4Ag+O2↑+4H+；
432g 4mol
5.40g 0.5xmol
x=0.1，则溶液的pH=1，
阴极上析出金属，则在金属活动性顺序表中金属元素处于H元素后，根据串联电池中转移电子数相等知，丙中析出金属元素需要的电子等于或小于乙池中转移电子数，据此确定含有的金属元素，析出5.40g时转移电子是0.05mol，
A、硫酸镁中镁元素处于H元素前，所以阴极上不析出金属单质，故错误；
B、电解硫酸铜溶液时，阴极上析出1.60g铜需要转移电子0.05mol，故正确；
C、氯化钠中钠元素处于氢元素前，所以阴极上不析出金属单质，故错误；
D、电解硝酸银溶液时，阴极上析出1.60g银需要转移电子0.0148mol＜0.05mol，故正确；
故选BD；
故答案为：1；BD．
关于锌铜-稀硫酸原电池的叙述，错误的是（ ）
正确答案
A．锌作负极、铜作正极，正极上氢离子得电子生成氢气，所以氢离子在铜表面被还原而产生气泡，故A正确；
B．锌作负极、铜作正极，电子从负极锌沿导线流向正极铜，电流从正极铜沿导线流向负极锌，故B错误；
C．锌失电子、铜片上氢离子得电子，所以电子从负极锌沿导线流向正极铜，故C正确；
D．锌易失电子生成锌离子而逐渐被腐蚀，所以其质量逐渐减小，所以锌作负极，故D正确；
故选B．
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