- 原电池工作原理的实验探究
- 共4125题
I．如图1所示，将2molA气体和1molB气体充入一容积可变的密闭容器中．发生反应：2A（g）+B（g）⇌2C（g）．反应开始时可滑动的活塞的位置如图1所示，当反应达到平衡时，活塞位置如图2所示．则达到平衡时，A的转化率为______；该条件下反应的平衡常数为______．
Ⅱ．（1）已知298K时，1molC2H6在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量1558.3KJ．写出该反应的化学方程式______．
（2）利用该反应设计一个燃料电池：用氢氧化钾溶液做电解 质溶液，用多孔石墨做电极，在电极上分别充入乙烷和氧气．写出负极的电极反应式______．
（3）有化学实验装置如图3，石墨棒上的电极反应式为______；如果起始时盛有1000mLpH=5的硫酸铜溶液（25℃）（CuSO4 足量），一段时间后溶液的pH变为1，若要使溶液恢复到起始浓度（忽略溶液体积的变化），可向溶液中加入______（填物质名称），其质量为______．
正确答案
Ⅰ依据图1和图2反应开始和平衡后气体体积之比在相同条件下等于物质的量之比，假设反应过程中消耗A的物质的量为x，列式计算
2A（g）+B（g）⇌2C（g）
起始量（mol） 2 1 0
变化量（mol） x 0.5x x
平衡量（mol） 2-x 1-0.5x x
得到 （ 2-x+1-0.5x+x）：（2+1）=7：10
求的x=1.8mol
A的转化率=
平衡时ABC的浓度为
[A]=
[B]=
[C]=
则化学平衡常数K=
故答案为：90%；56.7L•mol-1；
Ⅱ（1）1molC2H6在氧气中完全燃烧生成二氧化碳和液态水，放出热量1558.3KJ，依据化学方程式的书写，2mol乙烷燃烧放热3116.6KJ，根据书写热化学方程式的要求写出热化学方程式为：
2C2H6（g）+7 O2（g）=4CO2（g）+6H2O （l）△H=-3116.6KJ•mol-1
（2）用氢氧化钾溶液做电解质溶液，用多孔石墨做电极，在电极上分别充入乙烷和氧气，乙烷在负极发生氧化反应，氧气再正极发生还原反应，在强碱溶液中进行，写出总的化学方程式为
2C2H6+7 O2+8OH-=4CO32-+10H2O，正极反应容易写出为7O2+14H2O+28e-=28OH-，用总反应减去正极反应，消去氧气得到负极的电极反应式为C2H6+18 OH-→2CO32-+12H2O+14e-
（3）装置中的电子流向判断石墨为阳极，铁为阴极，电解质溶液中的氢氧根离子在阳极放电，电极反应为4OH-→2H2O+O2↑+4e-；阴极电极反应为Cu2++2e-=Cu
起始时盛有1000mLpH=5的硫酸铜溶液（25℃）（CuSO4 足量），一段时间后溶液的pH变为1，若要使溶液恢复到起始浓度（忽略溶液体积的变化），反应的化学方程式为2CuSO4+2H2O
故答案为：（1）2C2H6（g）+7 O2（g）=4CO2（g）+6H2O （l）△H=-3116.6KJ•mol-1
（2）C2H6+18 OH-→2CO32-+12H2O+14e-
（3）4 OH-→2 H2O+O2↑+4e-氧化铜 4g[或碳酸铜 6.2g]
运用化学反应原理研究碳的氧化物的性质具有重要意义．
（1）CO2是一种重要的物质，但其过量排放，可能导致全球气温升高．下列措施不能够有效控制CO2所导致的温室效应的是______（填序号）
①大力发展低碳产业，提倡低碳生活，依法控制CO2的过量排放
②禁止滥砍滥伐，植树造林，恢复生态
③开发利用各种新型能源代替煤、石油、天然气等化石能源
④提倡使用脱硫煤、无铅汽油等清洁燃料
（2）常温下，碳酸在水中的电离常数Ka1=4.2×10-7，Ka2=5.6×10-11；次氯酸在水中的电离常数Ka=4.7×10-8．写出84消毒液露置在空气中发生反应的离子方程式______．
（3）CO具有还原性，某同学设计图示装置（固定装置及胶管略去）验证CO气体能否与Na2O2反应．
已知：H2C2O4
（4）已知C（s）+O2（g）=CO2（g），△H=-393.5kJ•mol-1；CO（g）+
正确答案
（1）①提倡低碳生活，依法控制CO2的过量排放，可以有效控制二氧化碳的排放；故①正确；
②禁止滥砍滥伐，植树造林，恢复生态，进行光合作用吸收二氧化碳放出氧气；故②正确；
③开发利用各种新型能源代替煤、石油、天然气等化石能源，开发新能源替代化石燃料减少二氧化碳排放；故③正确；
④煤脱硫、无铅汽油燃烧不能减少二氧化碳的排放；故④错误；
故答案为：④；
（2）依据电离平衡常数比较碳酸酸性大于次氯酸，第一步电离大于次氯酸，第二步电离小于次氯酸的电离，结合84消毒液成分为次氯酸钠和二氧化碳反应生成的次氯酸见光分解分析可知；次氯酸钠和二氧化碳、水反应生成次氯酸和碳酸氢钠，次氯酸见光分解生成盐酸和氧气，反应的离子方程式为：ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO3-；2HClO=2H++2Cl-+O2↑；
故答案为：ClO-+CO2+H2O=HClO+HCO3-；2HClO=2H++2Cl-+O2↑；
（3）依据反应生成产物结合试验目是验证CO气体能否与Na2O2反应的分析，通入过氧化钠前需要除去二氧化碳、水；所以依据题干图装置可知，先除去二氧化碳，再用浓硫酸干燥，导气管的连接顺序为：abcf；依据二氧化碳和过氧化钠的反应类推分析得到生成产物为碳酸钠；
故答案为：abcf；Na2CO3；
（4）已知①C（s）+O2（g）=CO2（g），△H=-393.5kJ•mol-1；②CO（g）+
使用该电池电解饱和食盐水制取1molNaClO，结合电解反应化学方程式计算，2NaCl+2H2O
故答案为：CO2（g）+C（s）=2CO（g）△H=+172.5kJ•mol-1；CO+CO32-→2CO2+2e-；11.2；
氨气在农业和国防工业都有很重要的作用，历史上诺贝尔化学奖曾经有3次颁给研究氮气与氢气合成氨的化学家．
（1）如图1表示了298K时氮气与氢气合成氨反应过程中的能量变化，据此请回答：
①写出氮气与氢气合成氨的热化学反应方程式：______
②对于合成氨的反应下列说法正确的是______（填编号）
A、该反应在任意条件下都可以自发进行
B、加入催化剂，能使该反应的E和△H都减小
C、若反应在298K、398K时的化学平衡常数分别为K1、K2，K1＞K2
D、该反应属于人工固氮
（2）现在普遍应用的工业合成氮的方法N2+3H2⇌2NH3，是哈伯于1905年发明的，但此法达到平衡时反应物的转化率不高．
①能使该反应的反应速率增大，且平衡向正方向移动的措施是______（填编号）
A、使用的更高效催化剂
B、升高温度
C、及时分离出氨气
D、冲入氮气，增大氮气的浓度（保持容器体积不变）
②若在某温度下、2L的密闭容器中发生N2+3H2⇌2NH3的反应，如图2表示N2的物质的量随时间的变化曲线．用H2表示0～10min内该反应的平速率v（H2）=______．从1min起，压缩容器的体积为1L，则n（N2）的变化曲线为______（填编号）
A、a B、b C、c D、d
（3）随着对合成氨研究的发展，2001年两位希腊化学家提出了电解合成氨的方法，即在常压下吧氢气和用氦气稀释的氮气，分别通入一个加热到500℃的电解池中，采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质理用吸附在它内外表面上的金属但多晶薄膜像电噪，实现了常压、570℃条件下高转化率的电解法合成氮（装置如图3）．
请回答：铠电极是电解池的______极（填“阳“或“阴“），该极上的电极反应式是______．
正确答案
（1））①由图1可知，1molN2（g）与3molH2（g）完全反应生成2molNH3（g）的反应热为508kJ/mol-600kJ/mol=-92kJ/mol，
所以合成氨的热化学反应方程式为N2（g）+3H2（g）
故答案为：N2（g）+3H2（g）
②A、该反应为焓减熵减，△H-T△S＜0，反应自发进行，故应在低温下可能自发进行，故A错误；
B、加入催化剂降低活化能，不影响反应热，故B错误；
C、该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应移动，平衡常数降低，故C正确；
D、工业合成氨是人工固氮，故D正确．
故选：CD；
（2）①A、使用的更高效催化剂，反应加快，不影响平衡移动，故A错误；
B、升高温度，反应加快，平衡向吸热反应移动，即向逆反应移动，故B错误；
C、降低生成物浓度，速率降低，平衡向正反应移动，故C错误；
D、冲入氮气，增大氮气的浓度，速率加快，平衡向体积减小方向移动，即平衡向正反应移动，故D正确．
故选：D；
②由图2可知，0～10min内氮气的物质的量变化为0.6mol-0.2mol=0.4mol，所以v（N2）=
速率之比等于化学计量数之比，所以v（H2）=3v（N2）=3×0.02mol/（L•min）=0.06mol/（L•min），
压缩体积，增大压强，平衡向正反应移动，改变瞬间n（N2）不变，平衡时n（N2）减小，故选D，
故答案为：0.06mol/（L•min）；D；
（3）由图3可知，氮气在铠电极放电生成氨气，所以铠电极为阴极，在电解池中，阴极发生得电子的还原反应，氮气得电子的过程为：N2+6e-+6H+=2NH3，
故答案为：N2+6e-+6H+=2NH3．
乙醇是重要的化工原料和液体燃料，可以利用下列反应制取乙醇：
2CO2（g）+6H2（g） 
（1）写出该反应的平衡常数表达式：K=______．
（2）在一定压强和温度下，在反应物总物质的量相同的情况下，测得该反应的实验数据如下表：
①该反应是______反应（填“吸热”或“放热”）．
②提高氢碳比[n（H2）/n（CO2）]，则CO2的转化率______；化学平衡______移动，平衡常数K______（填“增大”、“减小”、或“不变”）．
（3）一种乙醇燃料电池中发生的化学反应为：在酸性溶液中乙醇与氧气作用生成水和二氧化碳．该电池的负极反应式为：______．
若以上述燃料电池为电源来电解饱和食盐水，当消耗46g乙醇时，电解产生的H2体积（标况）为______L．
（4）25℃、101kPa下，H2（g）、C2H4（g）和C2H5OH（l）的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、1411.0kJ•mol-1和1366.8kJ•mol-1，请写出由C2H4（g）和H2O（l）反应生成C2H5OH（l）的热化学方程式______．
正确答案
（1）反应为2CO2（g）+6H2（g） 
故答案为：
（2）①由表中数据可知，温度越高，二氧化碳的转化率越低，则升高温度，化学平衡逆向移动，则正反应为放热反应，故答案为：放热；
②由表中的数据可知，相同温度时，提高氢碳比[n（H2）/n（CO2）]，则CO2的转化率增大，化即学平衡正向移动，但温度不变，则K不变，
故答案为：增大；正向；不变；
（3）酸性条件下，乙醇在负极发生氧化反应，则负极反应为C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+，
由电子守恒可知C2H5OH～12e-～6H2↑，n（C2H5OH）=
则n（H2）=6mol，其标况下的体积为6mol×22.4L/mol=134.4L，
故答案为：C2H5OH-12e-+3H2O=2CO2+12H+；134.4；
（4）25℃、101kPa下，H2（g）、C2H4（g）和C2H5OH（l）的燃烧热分别是285.8kJ•mol-1、1411.0kJ•mol-1和
1366.8kJ•mol-1，
则H2（g）+
C2H4（g）+3O2（g）=2CO2（g）+2H2O（l）△H=-1411.0kJ•mol-1②，
C2H5OH（l）+3O2（g）=2CO2（g）+3H2O（l）△H=-1366.8kJ•mol-1③，
由盖斯定律可知，②-③可得反应C2H4（g）+H2O（l）=C2H5OH（l），
其反应热为-1411.0kJ•mol-1-（-1366.8kJ•mol-1）=-44.2 kJ•mol-1，
热化学方程式为C2H4（g）+H2O（l）=C2H5OH（l）△H=-44.2 kJ•mol-1，
故答案为：C2H4（g）+H2O（l）=C2H5OH（l）△H=-44.2 kJ•mol-1．
过渡排放CO2会造成“温室效应”，科学家正在研究如何将CO2转化为可利用的资源．其中一种方案就是将CO2转化为可再生燃料甲醇（CH3OH）．其化学方程式为：
请填空：
（1）写出上述反应的平衡常数表达式______：
（2）在容积为2L的密闭容器中，用一定量的二氧化碳和一定量氢气在一定条件下合成甲醇，实验结果如图所示．下列说法正确的是______（填序号）
A．在300℃，从反应开始到平衡，甲醇的平均反应速率v（CH3OH）=
B．反应体系从300℃升温到500℃，平衡常数K变化大
C．该反应的正反应为放热反应
D．处于C点的反应体系从300℃升高到500℃，
（3）25℃，1.01×105Pa时，16g 液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出369.2kJ的热量，该反应的热化学方程式为：______．
（4）选用合适的合金为电极，以氢氧化钠、甲醇、水、氧气为原料，可以制成一种以甲醇为原料的燃料电池，此电池的负极应加入或通入的物质是______；正极的电极反应式：______．
正确答案
（1）根据K=生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积，得出K=
（2）A、化学反应速率等于单位时间内物质浓度的变化量，甲醇的平均反应速率v（CH3OH）=
B、根据图示信息：升高温度，甲醇的物质的量减少，所以反应逆向进行，即反应是放热反应，对于放热反应，升高温度，平衡常数减小，故B错误；
C、根据图示信息：升高温度，甲醇的物质的量减少，所以反应逆向进行，即反应是放热反应，故C正确；
D、C点时反应达到平衡状态，升高温度，对于该放热反应，平衡逆向进行，所以
故选CD．
（3）16g 液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出369.2kJ的热量，则1mol 液态甲醇完全燃烧，当恢复到原状态时，放出725.8kJ的热量，即热化学方程式为：
CH3OH（l）+
（4）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，根据所给试剂，只能选择氢氧化钠为电解质，在碱性环境下，氧气的放电情况为：O2+2H2O+4e-=4OH-，故答案为：甲醇；O2+2H2O+4e-=4OH-．
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