- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
将纯锌片和纯铜片按如图方式插入100ml相同浓度的稀硫酸中一段时间,请回答下列问题:
(1)下列说法正确的是______.
A、甲、乙均为化学能转变为电能的装置
B、乙中铜片上没有明显变化
C、甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少
D、两烧杯中溶液的pH均增大
(2)在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速度:甲______乙(填“>”、“<“或“=”).
(3)当甲中产生1.12L(标准状况)气体时,通过导线的电子为______mol.
(4)这时,甲中负极发生氧化反应,溶解了______g.
正确答案
(1)A、甲符合原电池构成条件,所以属于原电池,乙不能构成闭合回路,所以不能构成原电池,故A错误;
B、乙不能构成原电池,氢离子在锌片上得电子发生还原反应,所以乙中铜片上没有明显变化,故B正确;
C、甲中铜片作正极,正极上氢离子得电子生成氢气,所以铜片质量不变,乙中锌片和氢离子发生置换反应,所以质量减少,故C错误;
D、两烧杯中锌和氢离子发生置换反应导致溶液中氢离子浓度减小,所以溶液的pH均增大,故D正确;
故选:BD;
(2)甲能构成原电池,乙不能构成原电池,作原电池负极的金属加速被腐蚀,所以在相同时间内,两烧杯中产生气泡的速度:甲>乙,故答案为:>;
(3)甲中,铜电极上氢离子得电子生成氢气,电极反应式为2H++2e-=H2↑,根据电极反应式知,通过电子的物质的量=×2=0.1mol,
故答案为:0.1;
(4)甲中负极锌上电极反应式为Zn-2e-=Zn2+,正极电极反应式为2H++2e-=H2↑,根据锌和氢气之间的关系式知,溶解锌的质量=×65g/mol=3.25g,
故答案为:3.25.
请从如图中选用必要的装置进行电解饱和食盐水的实验,要求测定产生的氢气的体积,并检验氯气.
(1)A极发生的电极反应式是______B极发生的电极反应式是______
(2)设计上述气体实验装置时,各接口的正确连接顺序为:A接______、______接______;B接______、______接______.
(3)证明产物中有Cl2的实验现象是______.
(4)已知电解后测得产生的H2的体积为44.8mL(已经折算成标准状况),电解后溶液的体积为50mL,此时溶液中NaOH的物质的量浓度为______.
(5)有一和电解饱和食盐水能量转换相反的装置中,一极通入甲烷,另一极通入氧气,电解质溶液为KOH溶液,负极的反应式为______正极的反应式为______.
正确答案
(1)电解饱和食盐水获得氯气时,A极是活泼金属电极,应为阴极,阴极上是氢离子得电子,
反应式为:2H++2e-=H2↑,B极是阳极,阳极是氯离子失电子的过程,反应式是:2Cl--2e-=Cl2↑,
故答案为:2H++2e-=H2↑;2Cl--2e-=Cl2↑;
(2)测定产生的氢气的体积用排水量气法,导管是短进长出,所以A接G,用装有淀粉碘化钾溶液的洗气瓶检验氯气时,导管要长进短出,所以B接D,氯气要进行尾气处理,即E接C,故答案为:G、F、H、D、E、C;
(3)氯气可以将碘化钾中的碘置换出来,生成的碘单质可使使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,所以证明产物中有Cl2的实验现象是湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,故答案为:湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝;
(4)根据电解饱和食盐水的电解原理方程式:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,当产生的H2的体积为44.8mL0.002mol时,生成氢氧化钠的物质的量为0.004mol,所以溶液中NaOH的物质的量浓度=
=0.08mol/L,
故答案为:0.08mol/L;
(5)在甲烷燃料电池中,负极上失电子的是燃料甲烷,在碱性环境下电极反应为:CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O,正极上得电子的是氧气,在碱性环境下电极反应为:2O2+8e-+4 H2O=8OH-,
故答案为:CH4-8e-+10OH-=CO32-+7H2O;2O2+8e-+4 H2O=8OH-.
有铜片、锌片和250mL稀硫酸组成的原电池,当在铜片上放出4.48L(标准状况下)的气体时,硫酸恰好完全反应.
(1)该原电池的正极反应式______
(2)原稀硫酸的物质的量浓度是______mol/L
(3)锌片减少的质量______.
正确答案
(1)锌的活泼性大于铜,所以锌片作负极,铜片作正极,正极上氢离子得电子生成氢气.
故答案为:2H++2e-=H2 ↑.
(2)Zn+H2SO4 =ZnSO4 +H2↑
1mol 22.4L
0.2 mol 4.48L
硫酸的物质的量为 0.2 mol,所以其物质的量浓度为C==
=0.8mol/L
故答案为0.8;
(3)Zn+H2SO4 =ZnSO4 +H2↑
65g 22.4L
13g 4.48L
故答案为:13g;
(16分)甲醇是一种可再生能源,具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H2反应生产CH3OH,并开发出甲醇燃料电池。
(1)已知:CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) △H=-283.0 kJ·mol-1
2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l) △H=-1453.0 kJ·mol-1
则CH3OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H2O(l)的热化学方程式为 。
(2)工业上常利用反应CO(g)+2H2(g)≒CH3OH(g) △H<0合成甲醇,在230℃~270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比,分别在230℃、250℃和270℃进行实验,结果如图。
230℃的实验结果所对应的曲线是 (填字母);该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H2):n(CO) 的比值范围是 (填字母)。A.1~1.5 B.2.5~3 C.3.5~4.5
(3)制甲醇所需要的氢气,可用下列反应制取:H2O(g)+CO(g)H2(g)+CO2(g) △H<0,某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题:
①该温度下,若起始时c(CO)="1" mol·L-1,c(H2O)="2" mol·L-1,反应进行一段时间后,测得H2的浓度为0.5 mol·L-1,则此时该反应v(正) v(逆)(填“>”、“<”或“=”)。
②若降低温度,该反应的K值将 (填“增大”、“减 小”或“不变”)。
(4)某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。
①该电池工作时,OH-向 极移动(填“a”或“b”)。
②工作一段时间后,测得溶液的pH减小,该电池负极反应式为 ,电池总反应的离子方程式为 。
正确答案
(1)CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l) △H =-443.5kJ·mol-1
(2)X ; B (3)① > ② 增大
(4)① b ② CH3OH - 6e-+ 8OH-=CO32- + 6H2O
2CH3OH + 3O2 + 4OH-=2CO32- + 6H2O
(1)考查盖斯定律的应用。根据反应①CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g)和反应②2CH3OH(l)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)可知,②-①×2即得到2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(l),所以反应热是-1453.0kJ/mol+283.0 kJ/mol×2=-887 kJ/mol。
(2)因为反应是放热反应,所以温度越高,转化率越低。因此根据图像可判断曲线X表示的是230℃。同样根据图像可判断,n(H2):n(CO) 的比值范围在2.5~3时,转化率最高,所以答案选B。
(3)①根据方程式可知当氢气浓度是0.5mol/L时,生成物CO2的浓度也是0.5mol/L。消耗水蒸气和CO的浓度都是0.5mol/L,则剩余水蒸气和CO的浓度分别是0.5mol/L和1.5mol/L。此时<1,所以反应向正反应方向移动,即正反应速率大于逆反应速率。
②正反应是放热反应,降低温度,平衡向正反应方向移动,平衡常数增大。
(4)原电池中负极失去电子,发生氧化反应。电子经导线传递到正极,所以溶液中的阳离子向正极移动,阴离子向负极移动。正极得到电子,发生还原反应。在该燃料电池中,正极通入氧气,负极通入甲醇,所以a是正极,b是负极。电解质是碱性溶液,所以负极电极反应式为CH3OH - 6e-+ 8OH-=CO32- + 6H2O,电池总反应式为2CH3OH + 3O2 + 4OH-=2CO32- + 6H2O。
如图甲、乙是电化学实验装置.
(1)若甲、乙两烧杯中均盛有NaCl溶液.
①甲中石墨棒上的电极反应式为______;
②乙中总反应的离子方程式为______;
③将湿润的淀粉KI试纸放在乙烧杯上方,发现试纸先变蓝后褪色,这是因为过量的Cl2氧化了生成的I2.若反应中Cl2和I2的物质的量之比为5:1,且生成两种酸,该反应的化学方程式为______.
(2)若甲、乙两烧杯中均盛有CuSO4溶液.
①甲中铁棒上的电极反应式为______.
②如果起始时乙中盛有200mL pH=5的CuSO4溶液(25℃),一段时间后溶液的pH变为1,若要使溶液恢复到电解前的状态,可向溶液中加入______(填写物质的化学式)______ g.
正确答案
(1)①甲为原电池装置,石墨棒上氧气得电子发生还原反应,反应为2H2O+O2+4e-═4OH-,
故答案为:2H2O+O2+4e-═4OH-;
②乙为电解装置,由电子流向可知石墨为阳极,阳极上氯离子放电,阴极上氢离子放电,
则电解反应为2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-,
故答案为:2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-;
③Cl2氧化了生成的I2,Cl元素的化合价降低,生成盐酸,反应中Cl2和I2的物质的量之比为5:1,,设I元素的化合价为x,则5×2×1=1×2×x,解得x=+5,则生成碘酸,
所以发生的化学反应为5Cl2+I2+6H2O═10HCl+2HIO3,故答案为:5Cl2+I2+6H2O═10HCl+2HIO3;
(2)①甲为原电池装置,铁作负极,负极反应为Fe-2e-═Fe2+,故答案为:Fe-2e-═Fe2+;
②由2CuSO4+2H2O2Cu+O2↑+2H2SO4,要使溶液恢复原状态,可加入CuO(或CuCO3),一段时间后溶液的pH变为1,则c(H+)=0.1mol/L-10-5mol/L=0.1mol/L,
n(H+)=0.2L×0.1mol/L=0.02mol,则由电解反应可知析出的Cu的物质的量为0.01mol,由Cu原子守恒可知,
m(CuO)=0.01mol×80g/mol=0.8g,或m(CuCO3)=0.01mol×124g/mol=1.24g,
故答案为:CuO(或CuCO3);0.8(或1.24).
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