- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
甲醇()是重要的能源物质,研究甲醇具有重要意义。
(1)利用工业废气中的可制取甲醇,其反应为:
常温常压下已知下列反应的能量变化如图所示:
写出由二氧化碳和氢气制备甲醇的热化学方程式:
。
(2)为提高甲醇燃料的利用率,科学家发明了一种燃料电池,电池的一个电极通入空气,另一个电极通入甲醇气体,电解质是掺入了的
晶体,在高温下它能传导
离子。电池工作时正极反应为 。
若以该电池为电源,用石墨做电极电解100mL含有如下离子的溶液。
电解一段时间后,当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时(忽略溶液体积的变化及电极产物可能存在的溶解现象)阳极上收集到氧气的物质的量为 mol。
(3)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:通电后将氧化成
,然后以
做氧化剂把水中的甲醇氧化成
而净化。实验室用下图装置模拟上述过程:
①写出阳极电极反应式 ;
②除去甲醇的离子反应为:,该过程中被氧化的元素是 ,当产生标准状况下2.24L
时,共转移电子 mol。
正确答案
(1)(2分)
(2) (2分) 0.1(2分)
(3)①(2分) ②C或碳(2分) 0.6(2分)
试题分析:(1)左图中转化为
时能量变化为-41 Kl·mol-1,右图中
转化为
时能量变化为:419 Kl·mol-1—510 Kl·mol-1= -9Kl·mol-1,则由二氧化碳和氢气制备甲醇的能量变化为-41 Kl·mol-1+(-9Kl·mol-1)=—50 Kl·mol-1
(2)为提高甲醇燃料的利用率,在燃料电池的一个电极通入空气,此时空气作为正极,而甲醇气体作为负极,正极反应式为:。当两极收集到相同体积(相同条件)的气体时,说明电解过程分别产生了O2、Cl2、H2,则此时阳极上收集到氧气的物质的量为0.1mol。
(3)由题意,通电后将氧化成
说明
所在的电极为阳极,则阳极反应式为:
,CH3OH作为阴极,被氧化,其中被氧化的是甲醇中的C元素,当产生标准状况下2.24L
时,说明共产生了0.1mol
,则共转移电子0.6 mol。
点评:将有机化合物制作成相应的燃料电池,符合绿色化学与可持续发展理念,此种类型的题目为高考重要考点,体现了化学与生活息息相关,也加强了学生的化学设计与探究意识。
(8分)氢氧燃料电池是将H2通入负极,O2通入正极而发生电池反应的,其能量转换率高。
(1)若电解质溶液为KOH,负极反应为_________________________________________
(2)若电解质溶液为硫酸,其正极反应为______________________ ,若在常温下转移2mol电子,可产生水质量为_________g。
(3)若用氢氧燃料电池电解由NaCl和CuSO4组成的混合溶液,其中c(Na+)=3c(Cu2+)=3mol·L—1,取该混合液100mL用石墨做电极进行电解,通电一段时间后,在阴极收集到1.12L (标准状况)气体。此时氢氧燃料电池中消耗H2和O2的物质的量各是多少?(写出计算过程)(保留2位小数)
正确答案
(1) 2 H2-4 e- + 4 OH-=4 H2O (2) O2+4e-+ 4 H+ = 2 H2O 18 g
(3)H2和O2的物质的量分别为:0. 15 mol, 0.075 mol
(1)负极失去电子,所以电极反应式为2 H2-4 e- + 4 OH-=4 H2O。
(2)正极得到电子,所以氧气在正极通入,电极反应式为O2+4e-+ 4 H+ = 2 H2O。每生成1mol水就转移2mol电子,所以是的质量是18g。
(3)考查电解池的有关计算。
阴极生成气体,说明铜离子全部析出,所以反应中转移电子是1mol/L×0.1L×2+1.12L÷22.4L/mol×2=0.3mol。
设消耗H2和O2的物质的量分别为x、y,则根据电子得失守恒可知
2H2 + O2 2H2O 4e—
2mol 1mol 4mol
x y 0.3mol
解得:x="0." 15 mol y="0.075" mol
新型高效的甲烷燃料电池采用铂为电极材料,两电极上分别通入CH4和O2,电解质为KOH溶液。某研究小组将两个甲烷燃料电池串联后作为电源,进行饱和氯化钠溶液(滴有几滴酚酞)电解实验,如图所示。
回答下列问题:
(1)甲烷燃料电池正极、负极的电极反应分别为________________________ 、________________________。
(2)闭合K开关后,a、b电极上均有气体产生,其中a电极上得到的是________;电解过程中________极(填“a”或“b”)附近会出现红色。电解氯化钠溶液的总化学方程式为________________________。将a、b两极的产物相互反应可得到“84”消毒液的有效成分NaClO,特殊情况下可用“84”消毒液吸收SO2,反应的离子方程式为________________________。
(3)若每个电池甲烷通入量为1 L(标准状况),且反应完全,则理论上最多能产生的氯气体积为________L(标准状况)。
正确答案
(1)O2+2H2O+4e-=4OH- CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O
(2)Cl2 b 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ ClO-+SO2+H2O=Cl-+SO42-+2H+
(3)4
(3)根据CH4+10OH--8e-=CO32-+7H2O、2Cl--2e-=Cl2↑和电子守恒知,计算关系式为CH4~8e-~4Cl2,所以标准状况下氯气体积为4 L。
(9分)由硫可制得多硫化钠Na2Sx,x的值一般为2~6。当x=2时,多硫化钠称为过硫化钠。
Ⅰ.过硫化钠加入盐酸中有硫沉淀析出,写出该反应的化学方程式 ,该反应的还原产物是 。
Ⅱ.某些多硫化钠可用于制作蓄电池。下图是一种正在投入生产的大型蓄电系统的原理图。
电池中的左右两侧为电极,中间为离子选择性膜,在电池放电和充电时该膜只允许钠离子通过。电池充、放电的化学反应方程式为:
(1)电池中的左侧“电极”的电极名称是 (填“正极”或“负极”)。
(2)放电过程中钠离子从 (选“左到右”或“右到左”)通过离子交换膜。
(3)写出充电过程中阳极的电极反应式 。
正确答案
Ⅰ.Na2S2+2HCl=2NaCl+H2S↑+S↓(2分) H2S(1分)
Ⅱ.(1)正极(2分)
(2)右到左(2分)
(3)3NaBr-2e-=NaBr3+2Na+(2分)
略
.⑴今有2H2+O22H2O反应,设计成燃料电池,则负极通的应是 ,正极通的应是 ,电极反应式为: 、 。
⑵如把KOH改为稀H2SO4作电解质,则电极反应式为: 、
。⑴和⑵的电解液不同,反应进行后,其溶液的PH值变化为 、 。
⑶如把H2改为甲烷,KOH作电解质,则负极反应式为: 。
正确答案
:⑴H2 O2 负极:2H2+4OH-→4H2O+4e-;正极:O2 + 2H2O + 4e-→ 4OH-;⑵负极:2H2→4H++4e-;正极:O2+4H++4e-→2H2O;⑴中变小,⑵中变大;⑶负极:CH4+10OH―=CO32-+7H2O+8e―。
依据原电池的原理应用。首先考虑原电池反应所依据的氧化还原反应,再考虑产物与电解质溶液的反应。⑴⑵两问中原电池反应为2H2+O2=2H2O,最后一问原电池反应为CH4+2O2+2KOH=K2CO3+3H2O。
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