- 化学能与电能
- 共5875题
铅蓄电池是常见的化学电源之一，其充电、放电的总反应是：
2PbSO4 + 2H2O
（1）铅蓄电池放电时，___________（填物质名称）在负极发生___________（氧化、还原）反应。
（2）铅蓄电池充电时，应将蓄电池的负极与电源的____________极连接。
（3）有一个蓄电池两个电极的极性标志模糊不清了，现提供铜导线和食盐水，请设计一个简单的实验，判断两个电极的极性。写出实验操作、现象和结论。
_______________________________
正确答案
（1）铅；氧化
（2）负
（3）两电极均连接铜导线，插入食盐水中构成闭合回路，一个铜电极上有气泡产生，连接该铜导线的是蓄电池的负极，另一个铜电极附近溶液呈蓝色，连接该铜导线的是蓄电池的正极。
化学电池在通迅、交通及日常生活中有着广泛的应用。
（1）上图是锌锰干电池的基本构造图。
①MnO2的作用是除去正极上的产物H2，本身生成Mn2O3，该反应的化学方程式是__________________。
②关于该电池的使用和性能，说法正确的是_____________
A．该电池可充电后反复使用
B．该电池可用于闹钟、收音机、照相机等
C．该电池使用后能投入火中，也可投入池塘中
（2）目前常用的镍(Ni)镉(Cd)电池，其电池总反应可表示为：
Cd+2NiO(OH)+2H2O
A ．以上反应是可逆反应
B．反应环境为碱性
C．电池放电时Cd 做负极
D．是一种二次电池
（3）美国阿波罗宇宙飞船上使用的氢氧燃料电池是一种新型电源，其构造如图所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成，通人的氢气和氧气由孔隙中逸出，并在电极表面发生电极反应而放电。
①其电极分别为a是____________极 (填正或负)，
②若为飞行员提供了360kg的水，则电路中通过了_____________mol电子。
正确答案
（1）①2MnO2+H2==Mn2O3+H2O；②B
（2）BCD
（3）①负；②40000
近期因“召回门”而闹的沸沸扬扬的丰田Prius属第三代混合动力车，可以用电动机、内燃机或二者结合推动车轮。汽车上坡或加速时，电动机提供推动力，降低了汽油的消耗；在刹车和下坡时电动机处于充电状态。
（1）混合动力车的内燃机以汽油为燃料，汽油（以辛烷C8H18计）和氧气充分反应，每生成1mol水蒸气放热569．1kJ。则该反应的热化学方程式为_____________________________。
（2）混合动力车的电动机目前一般使用的是镍氢电池，镍氢电池采用镍的化合物为正极，储氢金属（以M表示）为负极，碱液（主要为KOH）为电解液。镍氢电池充放电原理示意如图，其总反应式是
___________（填“增大”、“不变”或“减小”），该电极的电极反应式为_____________________。
（3）汽车尾气中的一氧化碳是大气污染物，可通过如下反应降低其浓度：
CO（g）+1/2O2（g）
①某温度下，在两个容器中进行上述反应，容器中各物质的起始浓度及正逆反应速率关系如下表所示。请填写表中的空格。
②相同温度下，某汽车尾气中CO、CO2的浓度分别为1．0×10-5mol·L-1和1．0×10-4mol·L-1。若在汽车的排气管上增加一个补燃器，不断补充O2并使其浓度保持为1．0×10-4mol·L-1，则最终尾气中CO的浓度为_________mol·L-1。
正确答案
（1）C8H18(l)+25/2O2(g) ＝ 8CO2(g)+9H2O(g) △H＝－5121.9 kJ·mol-1（2）增大；NiOOH+H2O+e-＝ Ni(OH)2+OH-
（3）①v(正)﹥v(逆)；② 1.1×10-6
为了减少煤燃烧对大气造成的污染，煤的气化和液化是高效、清洁利用煤炭的重要途径，而减少CO2气体的排放也是人类面临的重大课题．煤综合利用的一种途径如下所示：
（1）用图所示装置定量检测过程①产生的CO2（已知：煤粉燃烧过程中会产生SO2）
B中预期的实验现象是______，D中的试剂是______．
（2）已知C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H1=+131.3kJ•mol-1
C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）△H2=+90kJ•mol-1
则一氧化碳与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气的热化学方程式是______，该反应的化学平衡常数K随温度的升高将______ （填“增大”、“减小”或“不变”）．
（3）用图装置可以完成⑤的转化，同时提高能量的利用率．其实现的能量转化形式主要是______，a的电极反应式是______．
（4）燃煤烟气中的CO2可用稀氨水捕获和吸收，不仅可以减少CO2的排放，也可以生产化肥碳酸氢铵．假设该方法每小时处理含CO2的体积分数为11.2%的燃煤烟气1000m3（标准状况），其中CO2的脱除效率为80%，则理论上每小时生产碳酸氢铵______kg．
正确答案
（1）燃煤烟气的成分为CO2、SO2、CO、H2O，酸性高锰酸钾能够除去SO2，CO2、CO、H2O不能使品红溶液褪色，碱石灰能够吸收CO2，故答案为：品红溶液不变色；碱石灰；
（2）C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H1=+131.3kJ•mol-1 ①
C（s）+2H2O（g）=CO2（g）+2H2（g）△H2=+90kJ•mol-1 ②
由盖斯定律②-①得：
CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41.3kJ•mol-1升高温度平衡向吸热的方向移动，而该反应正反应为放热，故逆向移动，平衡常数K减小，
故答案为：CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）△H=-41.3kJ•mol-1；减小；
（3）原电池将化学能转变成电能，正极：3O2+12e-+12H+=6H2O，总反应：CH3OCH3+3O2=2CO2↑+3H2O，负极的电极反应=总反应-正极的电极反应=CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+，
故答案为：化学能转变成电能；CH3OCH3+3H2O-12e-=2CO2↑+12H+；
（4）由 CO2 +NH3•H2O=NH4HCO3
1 1
所以NH4HCO3 的质量为：4000mol×79g/mol=316000g=316kg，故答案为：316．
氢气燃烧生成液态水的热化学方程式是
2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-572kJ/mol． 请回答下列问题：
（1）生成物能量总和______（填“＞”、“＜”或“=”）反应物能量总和．
（2）若1mol氢气完全燃烧生成水蒸气，则放出的热量______（填“＞”、“＜”或“=”）286kJ．
（3）美国阿波罗宇宙飞船上使用了一种新型装置，其构造的一部分如右图所示：a、b两个电极均由多孔的碳块组成．此装置的负极反应式为______，当正极消耗5.6L（标准状况）气体时，外电路转移的电子数为______．
正确答案
（1）因放热反应中生成物能量总＜与反应物能量总和，而2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-572kJ/mol是放热反应，故答案为：＜；
（2）据热化学方程式2H2（g）+O2（g）═2H2O（l）△H=-572kJ/mol，2mol氢气完全燃烧生成液态水放出热量
572kJ，反应热随反应物的物质的量增大或减小相同的倍数，故1mol氢气完全燃烧生成液态水放出热量
286kJ，因液态水变成水蒸气需要吸热，所以1mol氢气完全燃烧生成水蒸气放出热量小于286kJ，故答案为：＜；
（3）因燃料电池的总反应为：2H2+O2=2H2O，通入负极的是H2，电极反应式：H2-2e-+2OH-=2H2O，通入正极的是O2，
设转移的电子为Xmol，电极反应式：
O2 +4e-+2H2O=4OH- 22.4L/mol 4mol
5.6L Xmol
解得：x=1mol
故转移电子物质的量为6.02×1023
故答案为：H2-2e-+2OH-=2H2O；6.02×1023 ．
I．A～J分别表示中学化学中常见的一种物质，它们之间相互关系如图1所示（部分反应物、生成物没有列出），且已知G为主族元素的固态氧化物，A、B、C、D、E、F六种物质中均含同一种元素．请填写下列空白：
（1）A、B、C、D、E、F六种物质中含有的同一种元素在周期表中位置______，
（2）写出反应④的离子方程式______．
（3）若向气体K的水溶液中加入盐酸，使其恰好完全反应，所得溶液的pH______7（填“＞”、“＜”或“=”），用离子方程式表示其原因：______．
II．电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法：保持污水的pH在5.0～6.0之间，通过电解生成Fe（OH）3沉淀．Fe（OH）3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用．阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去（或撇掉）浮渣层，即起到了浮选净化的作用．某科研小组用电浮选凝聚法处理污水，设计装置如图2所示．
（1）电解池阳极的电极反应分别是①______； ②4OH--4e-=2H2O+O2↑．
（2）熔融盐燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，以CH4为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料为电极．已知负极的电极反应是：CH4+4
①正极的电极反应是______．
②为了使该燃料电池长时间稳定运行，电池的电解质组成应保持稳定．为此电池工作时必须有部分A物质参加循环．则A物质的化学式是______．
（3）实验过程中，若在阴极产生了44.8L（标准状况）气体，则熔融盐燃料电池消耗CH4（标准状况）______ L．
正确答案
I．G为主族元素的固态氧化物，在电解条件下生成I和H，能与NaOH溶液反应，说明G为Al2O3，与NaOH反应生成NaAlO2，而I也能与NaOH反应生成NaAlO2，则I为Al，H为O2，C和碱反应生成E、F，D和气体K反应也生成E、F，则说明E、F都为氢氧化物，E能转化为F，应为Fe（OH）2→Fe（OH）3的转化，所以E为Fe（OH）2，F为Fe（OH）3，则C为FeCl2，D为FeCl3，K为NH3，B为Fe3O4，与Al在高温条件下发生铝热反应生成A，即Fe，则各物质分别为：A、Fe；B、Fe3O4；C、FeCl2；D、FeCl3；E、Fe（OH）2；F、Fe（OH）3；G、Al2O3；H、O2；I、Al；K、NH3；
（1）A、B、C、D、E、F六种物质中的含有同一种元素铁元素，在周期表中位置，位于周期表第4周期、第Ⅷ族，
故答案为：第4周期、第Ⅷ族；
（2）反应④是金属铝和氢氧化钠溶液的反应，Al与NaOH溶液反应生成NaAlO2和H2，
反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑，故答案为：2Al+2OH-+2H2O═2AlO2-+3H2↑；
（3）气体K的水溶液为一水合氨溶液，加入盐酸，使其恰好完全反应生成氯化铵和水，氯化铵在水溶液中水解显酸性，所以PH＜7；反应的离子方程式为：NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+；
故答案为：＜； NH4++H2O⇌NH3•H2O+H+；
II．（1））活泼金属电极做电解池的阳极，通甲烷的一端是原电池的正极，连接的铁做电解池的阳极，所以铁电极本身放电；，电极反应为：Fe-2e-=Fe2+；故答案为：Fe-2e-=Fe2+；
（2）①燃料电池中，正极发生的反应一定是氧气得电子的过程，该电池的电解质环境是熔融碳酸盐，所以电极反应为：O2+2CO2+4e-=2CO32- （或2O2+4CO2+8e-=4CO32-），故答案为：O2+2CO2+4e-=2CO32- （或2O2+4CO2+8e-=4CO32-）；
②电池是以熔融碳酸盐为电解质，可以循环利用的物质只有二氧化碳（CO2），故答案为：CO2；
（3）阴极的电极反应为：2H++2e-=H2↑，阴极产生了44.8L（标准状况）即2mol的氢气产生，所以转移电子的物质的量为4mol，根据电池的负极电极反应是CH4+4CO32--8e-=5CO2+2H2O，当转移0.1mol电子时，消耗CH4（标准状况）的体积V=nVm=0.5mol×22.4L/mol=11.2L，故答案为：11.2．
碳和碳的化合物在人类生产、生活中的应用非常广泛，如何降低大气中CO2的含量及有效地开发利用CO2，引起了各国的普遍重视．
（1）化学与以节能减排为基础的低碳经济密切相关．下列做法违背发展低碳经济的是______（填序号）
A．提高原子利用率，发展绿色化学
B．大力发展汽车产业，鼓励市民购买家用汽车
C．推广煤的气化、液化技术，提供清洁高效燃料
D．开发利用太阳能、风能、氢能、核能等能源
（2）在载人航天器的生态系统中，不仅要求分离除去CO2，还要求提供充足的O2．某种电化学装置可实现如下转化：2CO2═2CO+O2，CO可用作燃料．已知该反应的阳极反应式为：4OH--4e-→O2↑+2H2O，则阴极反应式为______．
（3）CO2可转化成有机物实现碳循环．在体积为lL的密闭容器中，充入1mol CO2和3mol H2，一定条件下发生反应：
CO2（g）+3H2（g）⇌CH3OH（g）+H2O（g）△H=-49.0kJ•mol-1，
则得CO2和CH2OH（g）的浓度随时间变化如图所示．
①从3min到8min，v（H2）=______．
②能说明上述反应达到平衡状态的是______（填编号）．
A．反应中CO2与CH2OH的物质的量浓度之比为1：1（即图中交叉点）
B．混合气体的密度不随时闻的变化而变化
C．单位时间内每消耗3mol H2，同时生成1mol H2O
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变
（4）已知：
①C（s）+O2（g）═CO2（g），△H1=-437.3kJ•mol-1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g），△H2=-571.6kJ•mol-1
③2CO（g）+O2（g）═2CO2（g），△H3=-566.0kJ•mol-1
则：C（s）+H2O（g）═CO（g）+H2（g），△H=______．
（5）某文献报道：在30℃、30MPa条件下，以Fe、COCl2作催化剂，CO2和H2反应生成丁烷和戊烷．假定在一容器中充人一定量的CO2和H2，加入催化剂，若CO2和H2的转化率均为100%，产物只有丁烷和戊烷，
正确答案
（1）A．提高原子利用率，发展绿色化学，可以减少污染，符合低碳经济的理念，故A正确；
B．大力发展汽车产业，鼓励市民购买家用汽车，会排放大量的尾气：如二氧化碳等，不符合低碳经济的理念，故B错误；
C．推广煤的气化、液化技术，提供清洁高效燃料，可以减少污染，符合低碳经济的理念，故C正确；
D．开发利用太阳能、风能、氢能、核能等能源，可以减少污染，符合低碳经济的理念，故D正确；
故选：B；
（2）总反应式为2CO2=2CO+O2，阳极反应为4OH--4e-=O2↑+2H2O，总反应式减去阳极反应式得阴极反应式：2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-，
故答案为：2CO2+4e-+2H2O=2CO+4OH-；
（3）①v（CH3OH）=
②A．由图可知反应中CO2与CH3OH的物质的量浓度之比为1：1时，并未达到平衡状态，故A错误；
B．因气体的质量不变，容器的体积不变，则无论是否达到平衡状态，都存在混合气体的密度不随时间的变化而变化，不能判断是否达到平衡状态，故B错误；
C．无论是否达到平衡状态，都存在单位时间内每消耗3molH2，同时生成1molH2O，故C错误；
D．CO2的体积分数在混合气体中保持不变，说明达到平衡状态，故D正确．
故选：D；
（4）①C（s）+O2（g）═CO2（g），△H1=-437.3kJ•mol-1
②2H2（g）+O2（g）═2H2O（g），△H2=-571.6kJ•mol-1
③2CO（g）+O2（g）═2CO2（g），△H3=-566.0kJ•mol-1
由盖斯定律，①+②×
故答案为：+131.5kJ•mol-1；
（5）CO2和H2转化为丁烷，4CO2+13H2
CO2和H2转化为戊烷，5CO2+16H2
故a取值范围为3.2＜a＜3.25，故答案为：3.2＜a＜3.25；
（1）将不同量的CO（g）和H2O（g）分别通入体积2L的恒容密闭容器中，进行反应CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g），得到如下两组数据：
①实验1中以v（CO2）表示的反应速率为______（第二位小数）
②该反应为______（填“吸热”或“放热”）反应．
③求实验2的平常常数K，要求写出计算过程，结果取二位小数
（2）已知在常温常压下：①2CH3OH（1）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（1）△H=-1451.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
写出甲醇不完全燃烧生成CO和液态水的热化学方程式______
（3）甲醇和氧气完全燃烧的反应可以设计为燃料电池，装置如图，该电池通过K2CO3溶液吸收反应生的CO2．则负极的电极反应为______．
（4）CaCO3的KSP=2.8×10-9．将等体积CaCl2溶液与Na2CO3溶液混合，若Na2CO3溶液的浓度为2×10-4mol/L，则生成沉淀所需该CaCl2溶液的最小浓度为______．
正确答案
（1）①、由表中数据可知，CO的物质的量变化量为4mol-2.4mol=1.6mol，v（CO）=
故答案为：0.13mol/（L•min）；
②、实验1中CO的转化率为
故答案为：放热；
③、平衡时CO的物质的量为1.6mol，则：
CO（g）+H2O（g）⇌CO2（g）+H2（g），
开始（mol）：2 1 0 0
变化（mol）：0.4 0.4 0.4 0.4
平衡（mol）：1.6 0.6 0.4 0.4
该反应前后气体体积不变，故利用物质的量代替浓度计算平衡常数，故900℃时该反应平衡常数k=
故答案为：0.17；
（2）已知：①2CH3OH（1）+3O2（g）=2CO2（g）+4H2O（1）△H=-1451.6kJ/mol
②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g）△H=-566.0kJ/mol
根据盖斯定律，①-②得2CH3OH（1）+2O2（g）=2CO（g）+4H2O（1），故△H=（-1451.6kJ/mol）-（-566.0kJ/mol）=
885.6kJ/mol，即CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2H2O（l）△H=-442.8kJ/mol；
（3）总的电池反应式为：2CH3OH+3O2+2CO32-=4HCO3-+2H2O，甲醇发生氧化反应，在负极放电，氧气发生还原反应，在正极放电，正极电极反应式为3O2+12e-+12HCO3-=12CO32-+6H2O，总反应是减去正极反应式可得负极电极反应式为：
2CH3OH+14CO32-+4H2O-12e-=16HCO3-，即CH3OH+7CO32-+2H2O-6e-=8HCO3-，
故答案为：CH3OH+7CO32-+2H2O-6e-=8HCO3-；
正极电极反应式为3O2+12e-+6H2O=12OH-，
（4）由混合后碳酸根浓度为1×10-4mol/L，混合后使碳酸根沉淀，
需要钙离子的最小浓度为
原氯化钙浓度为混合后钙离子浓度的2倍，故原氯化钙的浓度为2×2.8×10-5mol/L=5.6×10-5mol/L，
故答案为：2.8×10-5mol/L．
已知H2（g）、CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol-1、-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1．请回答下列问题：
（1）用太阳能分解5mol液态水消耗的能量是______kJ；
（2）液态甲醇不完全燃烧生成一氧化碳气体和液态水的热化学方程式为______；
（3）在以甲醇为燃料的燃料电池中，电解质溶液为酸性，则正极的电极反应式为______； 理想状态下，该燃料电池消耗2mol甲醇所能产生的最大电能为1162.4kJ，则该燃料电池的理论效率为______．（燃料电池的理论效率是指电池所产生的最大电能与燃料电池反应所能释放的全部能量之比）
正确答案
（1）H2的燃烧热△H分别为-285.8kJ•mol-1，分解5mol液态水消耗的能量为5mol×285.8kJ•mol-1=1429kJ，
故答案为：1429kJ；
（2）由CO（g）和CH3OH（l）的燃烧热△H分别为-283.0kJ•mol-1和-726.5kJ•mol-1，则
①CO（g）+1/2O2（g）=CO2（g）△H=-283.0kJ•mol-1
②CH3OH（l）+3/2O2（g）=CO2（g）+2 H2O（l）△H=-726.5kJ•mol-1
由盖斯定律可知用②-①得反应CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l），该反应的反应热△H=-726.5kJ•mol-1-（-283.0kJ•mol-1）=-443.5kJ•mol-1，
故答案为：CH3OH（l）+O2（g）=CO（g）+2 H2O（l）△H=-443.5kJ•mol-1；
（3）甲醇燃料电池，甲醇在负极失电子发生氧化反应，氧气在正极放电，酸性条件下生成水，正极电极反应式为：O2+4e-+4H+═2H2O，
CH3OH（l）的燃烧热△H=-726.5kJ•mol-1，故2mol甲醇完全燃烧放出的热量为2mol×726.5kJ•mol-1=1453kJ，故该燃料电池的理论效率为
故答案为：O2+4e-+4H+═2H2O；80%．
硝酸工业的基础是氨的催化氧化，在催化剂作用下发生如下反应：
①4NH3（g）+5O2（g）⇌4NO（g）+6H2O（g）△H=-905kJ/mol ①主反应
②4NH3（g）+3O2（g）⇌2N2（g）+6H2O（g）△H=-1268kJ/mol ②副反应
有关物质产率与温度的关系如甲图．
（1）由反应①②可知反应③N2（g）+O2（g）⇌2NO（g）的反应热△H=______
（2）由图甲可知工业上氨催化氧化生成 NO时，反应温度最好控制在______
（3）用Fe3O4制备Fe（NO3）3溶液时，需加过量的稀硝酸，原因一：将Fe4O3中的Fe2+全部转化为Fe3+，原因二：______（用文字和离子方程式说明）．
（4）将NH3通入NaClO溶液中，可生成N2H4，则反应的离子方程式为______．
（5）依据反应②可以设计成直接供氨式碱性燃料电池（如乙图所示），则图中A为______（填“正极”或“负极”），电极方程式为______．
正确答案
（1）由盖斯定律，（①-②）×
故答案为：+181.5 kJ/mol；
（2）从图象可以看在，反应温度在780～840℃，NO的产率最大，故选择780～840℃，
故答案为：780～840℃；
（3）溶液中铁离子水解Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，过量的硝酸抑制Fe3+的水解，
故答案为：溶液中铁离子水解Fe3++3H2O⇌Fe（OH）3+3H+，过量的硝酸抑制Fe3+的水解；
（4）NH3通入NaClO溶液中，生成N2H4，N元素的化合价升高，故Cl元素的化合价应降低，有氯离子生成，根据元素守恒与电荷守恒可知，还有水生成，配平后离子方程式为：2NH3+ClO-=N2H4+Cl-+H2O，
故答案为：2NH3+ClO-=N2H4+Cl-+H2O；
（5）由图可知，A极通入的为氨气，发生氧化反应，为负极，氨气在碱性条件下放电生成氮气与水，电极反应式为：2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O，
故答案为：负极；2NH3-6e-+6OH-=N2+6H2O．
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