- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
过氧化氢和臭氧都是常见的绿色氧化剂，在工业生产中有着重要的用途．
（1）据报道以硼氢化合物NaBH4（B的化合价为+3价）和H2O2作原料的燃料电池，可用作通信卫星电源．负极材料采用Pt/C，正极材料采用MnO2，其工作原理如图1所示．该电池放电时正极的电极反应式为：______；以MnO2做正极材料，可能是因为______．
（2）火箭发射常以液态肼（N2H4）为燃料，液态过氧化氢为助燃剂．
已知：N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）△H=-534kJ•mol-1H2O2（l）=H2O（l）+1/2O2（g）△H=-98.64kJ•mol-1
H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJ•mol-1反应N2H4（g）+2H2O2（l）=N2（g）+4H2O（g） 的△H=______．
（3）O3可由臭氧发生器（原理如图2所示）电解稀硫酸制得．
①图中阴极为______（填“A”或“B”）．
②若C处通入O2，则A极的电极反应式为：______．
③若C处不通入O2，D、E处分别收集到11.2L和有4.48L气体（标准状况下），则E处收集的气体中O3所占的体积分数为______
（忽略O3的分解）．
（4）新型O3氧化技术对燃煤烟气中的NOx和SO2脱除效果显著，锅炉烟气中的NOx 95%以上是以NO形式存在的，可发生反应NO（g）+O3 （g）
a．反应在c点达到平衡状态
b．反应物浓度：b点小于c点
c．反应物的总能量低于生成物的总能量
d．△t1=△t2时，NO的转化率：a～b段小于b～c段．
正确答案
（1）原电池负极发生氧化反应，正极反应还原反应，由原电池工作原理图1可知，电极a为负极，电极b为正极，H2O2在正极放电生成OH-，电极反应式为H2O2+2e-=2OH-； MnO2对电极反应具有催化作用．
故答案为：H2O2+2e-=2OH-；MnO2对电极反应具有催化作用．
（2）已知：①N2H4（g）+O2（g）=N2（g）+2H2O（g）△H=-534kJ•mol-1②H2O2（l）=H2O（l）+1/2O2（g）△H=-98.64kJ•mol-1
③H2O（l）=H2O（g）△H=+44kJ•mol-1
由盖斯定律，①+②×2+③×3得N2H4（g）+2H2O2（l）=N2（g）+4H2O（g）△H=-534kJ•mol-1+2×（-98.64kJ•mol-1）+2×44kJ•mol-1=-643.28kJ•mol-1
故答案为：-643.28kJ•mol-1．
（3）①由图可知，B极生成O2、O3，B极反应氧化反应，电解池阳极发生氧化反应，故A为阴极．
故答案为：A．
②C处通入O2，O2发生还原反应，在酸性条件下生成水，电极反应式为O2+4H++4e-=2H2O．
故答案为：O2+4H++4e-=2H2O．
③若C处不通入O2，实质为电解水，D处为氢气，物质的量为
故答案为：50%．
（4）该反应反应前后气体的物质的量不变，容器体积不变，故体系压强恒定．绝热恒容密闭容器，体系温度随反应进行变化，随反应进行反应物的浓度降低，由图可知，c点以前正反应速率增大，说明正反应为放热反应，c点以后反应正反应速率降低，应是浓度影响比温度影响更大．图为正反应速率随时间变化，说明反应未到达平衡．
a．反应在c点前，温度对速率影响大，c点以后浓度减小对速率影响大，C点未达到平衡状态，故a错误；
b．反应为达平衡，b点在c点之前，浓度反应物浓度：b点大于c点，故b错误；
c．该反应为放热反应，反应物的总能量高于生成物的总能量，故c错误；
d．a～b段反应速率小于b～c段反应速率，△t1=△t2时，b～c段反应的NO更多，故NO的转化率：a～b段小于b～c段，故d正确．
故选：d．
能源是现代社会发展的支柱之一，化学能是重要的能源．
（1）下列反应中，属于吸热反应的是______（填选项序号）．a．Ba（OH）2•8H2O与NH4Cl混合搅拌 b．生石灰加入水中c．盐酸与NaOH溶液反应 d．H2在O2中燃烧
（2）某同学进行如右图所示实验，测量铝与盐酸反应中的能量变化．实验表明：反应温度升高，由此判断铝与盐酸反应是______（填“吸热”或“放热”）反应，其离子方程式是______，其中还原剂是______（填化学式）．
（3）电能是现代社会应用最广泛的能源之一．下图所示为锌、铜和稀硫酸组成的原电池，其负极是______，正极的电极反应式是______．若电路中有1mol电子转移，则在标准状况下产生H2的体积为______L．
正确答案
（1）a、Ba（OH）2•8H2O与NH4Cl混合搅拌后二者的反应为吸热反应，故a正确；
b、生石灰和水反应生成氢氧化钙的反应是放热反应，故b错误；
c、酸碱中和反应属于放热反应，故c错误；
d、物质的燃烧反应为放热反应，故d错误．
故选a；
（2）金属铝和酸的反应实质是2Al+6H+=2Al3++3H2↑，属于放热反应，，其中铝元素化合价升高，所以金属铝是还原剂，故答案为：放热；2Al+6H+=2Al3++3H2↑；Al；
（3）锌、铜和稀硫酸组成的原电池，其负极是较活泼的金属锌，正极是金属铜，正极的电极反应式是：2H++2e-=H2↑，若电路中有1mol电子转移，所以生成氢气的物质的量为0.5mol，体积为0.5mol×22.4L/mol=11.2L，
故答案为：Zn；2H++2e-=H2↑；11.2．
（1）某化学反应，设反应物总能量为E1，生成物总能量为E2．若E1＞E2，则该反应为______热反应，该反应的能量转化是 化学能转化为热能______．
（2）用锌片、铜片和稀盐酸组成的原电池，正极的电极反应是______，负极的电极反应是______，原电池反应是______．
正确答案
（1）若反应物的总能量为E1大于生成物的总能量为E2，则为放热反应，该反应是放热反应，化学能转化为热能，
故答案为：放热；化学能转化为热能；
（2）正极上氢离子得电子生成氢气，电极反应式为2H++2e-=H2↑；负极上锌失电子变成离子进入溶液，电极反应式为Zn-2e-=Zn2+；所以电池反应式为Zn+2H+=Zn2++H2↑．
故答案为：2H++2e-=H2↑；Zn-2e-=Zn2+；Zn+2H+=Zn2++H2↑．
化学科学的重要责任在于认识自然界里存在的各种各样的、奇妙的化学反应，探索纷繁的化学反应的本质和规律．通过化学反应原理模块的学习，我们可以比较深刻地理解化学科学的精髓，提高化学学科素养．请根据所学化学反应原理，解决以下问题．
（1）依据氧化还原反应：2Ag+（aq）+Cu（s）=Cu2+（aq）+2Ag（s） 设计的双液原电池，可以提供稳定的电流．装置如图所示，其中盐桥中装有琼脂-饱和KCl溶液．
回答下列问题：
①电极X的材料和电解质溶液Y分别为______、______；
②盐桥中K+移向______（填A或B）；
③银电极发生的电极反应为______．
（2）已知：C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-396.5kJ•mol-1
H2（g）+1/2O2=H2O（g）△H2=-241.8kJ•mol-1
CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H3=-283.0kJ•mol-1
根据盖斯定律写出单质碳和水蒸气生成水煤气的热化学方程式：______．
（3）100mL 1.0mol•L-1盐酸与100mL1.0mol•L-1NaOH溶液在量热计中进行中和反应．测得反应后溶液温度升高了6.8℃，已知稀溶液的比热容为4.2kJ/℃•kg-1，则该中和反应的反应热为______．（小数点后面保留一位有效数字）
正确答案
（1）①氧化还原反应：2Ag+（aq）+Cu（s）=Cu2+（aq）+2Ag（s）中，活泼的失电子的金属Cu为负极，得电子的阳离子Ag+是电解质中的阳离子，所以电解质可以选择AgNO3溶液；
②原电池反应，B池中Ag+析出，为符合溶液的电中性，盐桥中的钾离子移向B池；
③银电极发生的电极反应为溶液中的银离子得到电子析出银单质，电极反应为：Ag++e-=Ag；
故答案为：Cu、AgNO3溶液；B；Ag++e-=Ag；
（2）①C（s）+O2（g）=CO2（g）△H1=-396.5kJ•mol-1
②H2（g）+1/2O2=H2O（g）△H2=-241.8kJ•mol-1③CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H3=-283.0kJ•mol-1
根据盖斯定律，①-②-③得到：单质碳和水蒸气生成水煤气的热化学方程式：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=128.3 kJ•mol-1
故答案为：C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=128.3 kJ•mol-1；
（3）100mL 1.0mol•L-1盐酸与100mL1.0mol•L-1NaOH溶液在量热计中进行中和反应．生成水为0.1mol，测得反应后溶液温度升高了6.8℃，已知稀溶液的比热容为4.2kJ/°C•kg-1，可以根据计算公式计算得到：Q=-C（T2-T1）；稀溶液的密度可以近似为1g/ml，所以Q=-C（T2-T1）=-4.2kJ/°C•kg-1×6.8°C×（200ml×1g/ml×10-3kg/g）=5.71KJ；中和反应生成0.1molH2O，中和反应的反应热是生成1mol水时放出的热量，所以反应的中和热为57.1KJ/mol，
故答案为：57.1 kJ•mol-1．
研究化学反应对人类社会的发展进步有重要意义．
（1）已知：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H1=-92.4kJ/mol
2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H2=-523.6kJ/mol
H2O（g）=H2O（l）△H3=-44.0kJ/mol
根据最新“人工固氮”的研究报道，在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3的TiO2）表面与水发生反应生成氨气，试写出此反应的热化学方程式______．
（2）现有反应：Cu+H2SO4═CuSO4+H2，欲通过如图1所示装置实现上述反应，请选择合适的装置在括
号内标出电极材料（填“Cu”或“C”），并且写出C电极上的电极反应式______．
（3）长期使用的锅炉需要定期除水垢，否则会降低燃料的利用率．水垢中含有的CaSO4，可先用Na2CO3溶液处理，使之转化为疏松、易溶于酸的CaCO3，而后用酸除去．则CaSO4 转化为CaCO3的离子方程式为______．
（4）科学研究发现纳米级Cu2O的可作为太阳光分解水的催化剂．一定温度下，在2L密闭容器中加入纳米级Cu2O并通入0.10mol水蒸气，发生反应：2H2O（g）
则：
①该条件下上述反应的化学平衡常数K=______；
②若达到平衡后在t1时刻保持温度不变，将容器的体积缩小，请在图2中画出正、逆反应速率随时间变化的关系图．
正确答案
解（1）已知：①N2（g）+3H2（g）2NH3（g）△H1=-92.4kJ/mol
②2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）△H2=-523.6kJ/mol
③H2O（g）=H2O（l）△H3=-44.0kJ/mol
则反应2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）等于①×2-3×②-6×③，所以△H=2△H1-3△H2-6△H3=-1650 kJ/mol，
故答案为：2N2（g）+6H2O（l）=4NH3（g）+3O2（g）△H=-1650 kJ/mol；
（2）Cu和H2SO4之间的反应是非自发的，需要电解池实现，金属铜作阳极，阴极是导体即可，电解质为硫酸，即：
，
C电极为阴极，反应为：2H++2e-→H2↑，故答案为：
；2H++2e-→H2↑；
（3）沉淀向着更难溶的方向转化，CaSO4和碳酸钠反应转化为CaCO3的离子方程式为：CaSO4（s）+CO32-（aq）=CaCO3（s）+SO42-（aq），
故答案为：CaSO4（s）+CO32-（aq）=CaCO3（s）+SO42-（aq）；
（4）①根据表中数据，可以看出反应在60min时达到平衡，则
2H2O（g）
初始浓度：0.05 0 0
变化浓度：0.002 0.002 0.001
平衡浓度：0.048 0.002 0.001
则平衡常数K=
则压强增大，正逆反应速率均增大，平衡向着气体体积减小的方向进行，即向左进行，所以逆反应速率还是大于正反应速率，即
，
故答案为：1.7×10-6mol/L；
．
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